(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽の上部を閉塞する蓋体と、
被処理基板を支持するステージと、
前記ステージと対向するように前記蓋体に取り付けられたガスヘッドと、
前記真空槽と前記蓋体との間に挟持される周縁部を有し、加熱源を内蔵し、前記ステージと前記ガスヘッドとの間の反応空間の容積を規定するインナーブロックと
を備え、
前記真空槽の内部には、前記インナーブロックの内周部と前記ステージの外周部との間に形成された排気通路を介して前記反応空間と連通する排気ポートを備えた下部空間が形成されており、
前記下部空間には、ガス分圧制御用のガス導入ポートが設けられている
薄膜製造装置。
【請求項２】
前記インナーブロックは、前記真空槽の内壁面と前記ステージの外周部との間に設置された環状のブロック体であり、
前記周縁部は、前記真空槽と前記蓋体に対してシール部材を介して取り付けられている請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項３】
前記インナーブロックの内周部には防着板が取り付けられている請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項４】
前記下部空間は、前記反応空間よりも大きな容積を有する請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項５】
前記蓋体と前記インナーブロックには、前記ガスヘッドに対して成膜ガスを導入するガス導入ラインが形成されている請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項６】
前記蓋体と前記インナーブロックとの間には、前記ガスヘッドと前記ステージとの間の距離を調整するスペーサブロックが配置されている請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項７】
前記インナーブロックの下端部は、前記真空槽の底部に対してシール部材を介して取り付けられている請求項１に記載の薄膜製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＭＯＣＶＤ装置等の薄膜製造装置に関し、更に詳しくは、基板処理サイズに合わせて反応空間の容積を調整可能な薄膜製造装置および薄膜製造装置用インナーブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の分野においては、半導体製造装置メーカーは多種多様なプロセス要求に対応するため装置が多様化する傾向にありながら、成膜効率の向上・短納期要求・低価格要求にも対応する必要に迫られている。【０００３】
一方、従来より、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を製造する薄膜製造装置が知られている（下記特許文献１参照）。この種の化学的反応プロセスを利用する半導体製造装置においては、成膜効率すなわちガス使用効率を上げることに対して強い市場要求がある。特に、液体原料は総じて高価であるため半導体製造装置本体の価格よりも長期にわたる装置運用コストを重視する昨今、成膜効率が装置選定の決め手になり得る。【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、１台の半導体製造装置は数個のプロセスモジュールで構成され、１つのプロセスモジュールは例えば１０００個近い部品より構成されている。装置の多様化は構成部品に違いを生み、違う部品の数だけ組立作業手順・部品調整方法が必要になり、作業種類が増大して組立作業・製品検査作業を阻害し短納期要求が実現できない。また、部品種類の増加は、部品の数だけ発注業務・納期確認業務・受入業務も増大するため購買に関する業務も増大してしまう。また、部品を購入する立場において、部品種類の増大は一括購入の価格的優位性を阻害するばかりか、部品毎の納期は短納期要求の実現を阻害しかねない。また、部品を販売する立場においても、部品が異なれば加工機械・切削工具のセッティングが異なりセッティング変更の手間が価格・納期に跳ね返ってきてしまう。【０００６】
一方、ＭＯＣＶＤ法等の化学的反応プロセスを利用する薄膜製造装置において、成膜効率を上げるためには、基板に合わせて反応空間を可能な限り小さく構成する必要がある。しかしながら、基板サイズ毎に真空槽サイズを変更すれば、真空槽に接続される配管・機器等様々な部品が変わり、機械部品の変更はセンサー・配線等の電気部品の変更となり、電気部品の変更は制御ソフトの変更となり得る。最終的には多くの部品種類ができてしまう。さらに、半導体業界規模でＣＯ2（二酸化炭素）の削減が大きな課題ともなっており、装置運用コスト・ＣＯ2削減の面からも稼働電力の低減が強く求められている。【０００７】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、部品の共通化によるコスト削減と成膜効率の向上を図ることができる薄膜製造装置および薄膜製造装置用インナーブロックを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するに当たり、本発明の薄膜製造装置は、真空槽と、真空槽の上部を閉塞する蓋体と、被処理基板を支持するステージと、ステージと対向するように蓋体に取り付けられたガスヘッドとを備えた薄膜製造装置において、真空槽と蓋体との間に配置され、加熱源を内蔵するとともにステージとガスヘッドとの間の反応空間の容積を規定するインナーブロックを備えている。【０００９】
本発明では、真空槽の内部に設置されたインナーブロックによって反応空間の容積を規定することで、インナーブロックのサイズ変更のみで真空槽サイズを変更することなく反応空間の容積の最適化を図る。これにより、共通の真空槽を用いてサイズの異なる複数種の基板の成膜が可能となる。また、処理する基板サイズに合わせて用意する装置構成部品の数の増大を最小限に抑えることが可能となるので、部品コストの低減を図ることができるとともに、組立作業・製品検査作業・調整作業の簡素化を図りながら、優れた成膜効率と安定成膜を実現することができる。【００１０】
好適には、インナーブロックは、真空槽の内壁面とステージの外周部との間に設置された環状のブロック体で構成され、真空槽と蓋体に対してシール部材を介して取り付けられる。このような構成のインナーブロックにおいては、基板サイズに応じてブロック体の内径を変更するのみで反応空間の容積の最適化を容易に実現することができる。【００１１】
また、インナーブロックは加熱源を具備しており、成膜時に所定のプロセス温度に加熱調整することでガス使用効率を高め、成膜効率の向上を図る。また、インナーブロック全体でなく、少なくとも反応空間に臨む領域のみ所定のプロセス温度に維持するのみで消費電力の削減を図ることができる。この場合、インナーブロックの低温部が臨む空間領域を上記反応空間の容積よりも大きく形成し、好ましくは当該空間領域にガス分圧用の不活性ガスを導入することで、インナーブロックの低温部表面への成膜ガスの原料成分の析出を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたように、本発明によれば、共通の真空槽を用いてサイズの異なる複数種の基板の成膜が可能となる。また、処理する基板サイズに合わせて用意する装置構成部品の数の増大を最小限に抑えることが可能となるので部品コストの低減を図ることができるとともに、組立作業・製品検査作業・調整作業の簡素化を図りながら、優れた成膜効率と安定成膜を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による薄膜製造装置の配管構成図である。
【図２】反応ガス源の構成の一例を示す図である。
【図３】反応ガス源の他の構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態による薄膜製造装置の構成を示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施形態による薄膜製造装置の他の構成を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施形態による薄膜製造装置の更に他の構成を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施形態による薄膜製造装置に用いられるインナーブロックの構成の変形例を示す図であり、Ａは側断面図、ＢはＡの［Ｂ］−［Ｂ］線断面図である。
【符号の説明】
【００１４】
１０，４０  薄膜製造装置
１１  処理室
１２  真空槽
１３  ガスヘッド
１４  ステージ
１５  蓋体
１６  防着板
１７，２７，５０  インナーブロック
１８，１９，２０，４２，４３  シール部材
２１  反応ガス供給ライン
２２  原料ガス供給ライン
２３  分圧制御用ガス導入ポート
２４  排気ポート
２５  真空排気ライン
２６  真空排気装置
３０，４４  ガス導入ライン
３１  反応空間
３２  排気通路
３３  下部空間
３４  加熱源
４１  スペーサブロック
Ｗ  基板
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。【００１６】
図１は本発明の実施形態による薄膜製造装置１０の成膜ガス供給ライン及び真空排気ラインの配管構成図である。なお、本明細書において「成膜ガス」とは、化学反応に用いる原料ガス、反応ガス、不活性ガスなどの単ガス又は混合ガスをいう。【００１７】
本実施形態の薄膜製造装置１０は、処理室（成膜室）１１を内部に形成する真空槽１２と、処理室１１に成膜ガスを導入するガスヘッド１３と、処理室１１に設置され半導体ウェーハやガラス基板等の被処理基板（以下「基板」という）Ｗを支持するステージ１４とを備えている。【００１８】
処理室１１は、真空排気ライン２５を介して真空排気装置２６に接続されており、メインバルブＶ０を開弁することで所定の減圧雰囲気に真空排気可能に構成されている。ステージ１４は、ガスヘッド１３に対向して配置されている。このステージ１４は例えばホットプレートからなり、ステージ１４の上に載置される基板Ｗを所定温度に加熱可能とされている。【００１９】
ガスヘッド１３は、詳細を後述するように、反応ガス源に連絡する反応ガス供給ライン２１と、原料ガス源と連絡する原料ガス供給ライン２２とが各々接続されており、処理室１１内に反応ガス、原料ガス又はこれらの混合ガスを導入する。本実施形態では、ガスヘッド１３として、例えば、ガス噴出孔を複数備えたシャワーヘッドが用いられている。【００２０】
反応ガスとしては、ＮＨ3（アンモニアガス）やＨ2（水素ガス）等が用いられる。原料ガスとしては、成膜金属（Ｔａ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ）の有機金属材料が用いられ、成膜対象（配線膜、バリア膜等）に合わせて選択される。この場合、反応ガスに活性化されたアンモニアガス等の窒化ガスを用いることでこれらの金属の窒化膜が作製される。不活性ガスとしては、Ｎ2やＡｒが用いられる。【００２１】
ここで、反応ガス源について説明する。反応ガス源は、図２に示すようにマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を用いてガス流量を制御できる一般的なガス源（反応ガス源、不活性ガス源等）である。このガス源は集積により１つのガス源から複数のガスを出すことが可能である。図３にガス源の集積例を示す。図示の例において、反応ガス１はＮＨ3、反応ガス２はＨ2、不活性ガスはＮ2である。これらの単ガス又は混合ガスをガス源として用いることができる。【００２２】
原料ガス源は、固体又は液体の有機金属原料をガス化し原料ガスとするシステムが用いられている。液体原料の場合、液を気化器へ送り気化させる気化システム又はバブリングシステムが用いられる。固体原料の場合は、固体を加熱液化した後気化器で気化する原料加熱システムと気化システムの複合システム、又は加熱システムとバブリングシステムの複合システム、或いは固体原料をガス化する昇華システム等が用いられる。なお、原料ガスは有機金属材料に限られず、ＷＦ6等の半導体製造プロセスで一般的に使用されているガスを使用することも可能である。【００２３】
処理室１１に導入された反応ガス及び原料ガスは、相互に化学反応を起こして基板Ｗ上に金属薄膜を形成する。副生成物や余剰のガスは、真空排気ライン２５を介して排気される。【００２４】
反応ガスと原料ガスは成膜室１１内に同時に導入されてもよいし、別々に導入されてもよい。原料ガス供給ライン２１は第１バルブＶ１を開閉することで原料ガスの導入／非導入の切替が行われる。なお、第１バルブＶ１の閉弁時、第２バルブＶ２を開弁することで原料ガスがバイパス配管２４を介して、処理室１１を経由せずに排気できるようにも構成されている。この場合、第２バルブＶ２は、成膜時に閉弁し、成膜終了後に開弁する。このような方法で原料ガスを供給することで、処理室１１に原料ガスを安定して導入することが可能となる。【００２５】
また、反応ガスを活性化させて処理室１１へ導入することも可能である。本実施形態では、反応ガス供給ライン２１を介して供給される反応ガスを励起してラジカルを生成するためのラジカル源２９をガスヘッド１３の近傍に設置している。ラジカル源２９としては、例えば、高温加熱された触媒線が用いられる。【００２６】
図４は、薄膜製造装置１０の内部構造を模式的に示す断面図である。薄膜製造装置１０は、真空槽１２と、真空槽１２の上部を閉塞する蓋体１５と、基板Ｗを支持するステージ１４と、ステージ１４と対向するように蓋体１５に取り付けられたガスヘッド１３とを備えている。【００２７】
ガスヘッド１３とステージ１４との間の空間領域は、原料ガスと反応ガスとが相互に反応して基板Ｗ上に金属薄膜を形成させる反応空間３１とされている。そして、真空槽１２と蓋体１５との間には、反応空間３１の容積を規定するインナーブロック１７が設置されている。【００２８】
インナーブロック１７は、真空槽１２の内壁面とステージ１４の外周部との間に設置された単一の環状のブロック体で構成されている。特に本実施形態では、インナーブロック１７は円環状に構成されている。インナーブロック１７の外径は真空槽１２の内径と略同等とされ、インナーブロック１７の内径は、ガスヘッド１３およびステージ１４の外周部と対向し、反応空間３１の目的とする形成幅に調整されることで反応空間３１の容積を規定する。【００２９】
ここで、インナーブロック１７は、処理する基板Ｗのサイズ（ガスヘッド１３、ステージ１４の外径）に対応して最適な反応空間を形成するものが複数用意されており、例えば、基板サイズがφ２００ｍｍの場合には図４に示すように反応空間３１の形成幅がＤ１となるインナーブロック１７が適用され、基板サイズがφ３００ｍｍの場合には図５に示すように反応空間３１の形成幅がＤ２となるインナーブロック２７が適用される。インナーブロック１７とインナーブロック２７とはその内径だけが異なる構成であるので、以下の説明では代表的にインナーブロック１７の方を説明する。【００３０】
インナーブロック１７は、アルミニウムやステンレス等の金属材料で構成され、真空槽１２と蓋体１５との間に配置されることで反応空間３１の容積を規定するとともに、真空槽１２に対して蓋体１５を組み付ける際の相フランジとしての機能をも有している。インナーブロック１７の周縁部１７ａは真空槽１２および蓋体１５に対して環状のシール部材１８，１９，２０を介して挟持されており、インナーブロック１７の下端部１７ｂは真空槽１２の底部に対してシール部材２０を介して取り付けられている。これにより、成膜ガスの回り込みによる真空槽１２の内壁面への原料成分の析出を防止することができる。また、インナーブロック１７の下端部１７ｂ側には環状の凹部１７ｃが設けられ、反応空間に対する排気空間を適切な容積に調整している。【００３１】
真空槽１２の内部の処理室１１は、真空槽１２と蓋体１５との間に配置されたインナーブロック１７によって、反応空間３１と、排気通路３２と、下部空間３３の３つの空間に分けられている。反応空間３１は、ガスヘッド１３とステージ１４とインナーブロック１７の内周部とで形成されている。排気通路３２は、ステージ１４の外周部とインナーブロック１７の内周部との間の環状空間で形成されている。【００３２】
下部空間３３は、インナーブロック１７の凹部１７ｃとステージ１４の外周部との間に形成されている。下部空間３３は、排気通路３２を介して反応空間３１と連通しているとともに、反応空間３１の容積よりも大きな容積を有している。また、下部空間３３には、インナーブロック１７と真空槽１２を貫通する開口からなる排気ポート２４が形成されており、この排気ポート２４に真空排気ライン２５が接続されている。また、真空槽１２の底部には、下部空間３３に対して、ガス分圧制御用の不活性ガスを導入するガス導入ポート２３が設けられている。【００３３】
インナーブロック１７の内周部には、真空槽１２およびインナーブロック１７に対する成膜材料の付着を防止するための防着板１６が取り付けられている。また、インナーブロック１７には加熱源３４が内蔵されており、防着板１４を所定温度に加熱調整可能とされている。加熱源３４はヒーターで構成されるが、これ以外に温媒の循環流路等で構成してもよい。なお、インナーブロック１７とは別に、真空槽１２を温度制御可能に構成してもよい。【００３４】
一方、ステージ１４は、基板Ｗを所定温度に加熱することが可能なホットプレートで構成されている。基板Ｗの保持機構は、静電チャック機構でもよいしメカニカルクランプ機構でもよい。ステージ１４に対する基板Ｗの搬送およびステージ１４から真空槽１２外部への搬出は、インナーブロック１７と真空槽１２を貫通する開口２８を介して図示しない基板搬送ロボットによって行われる。【００３５】
また、ガスヘッド１３は、基板Ｗに対して面内均一に成膜ガスを供給するシャワーヘッドで構成されている。このガスヘッド１３への成膜ガスの導入は、蓋体１５とインナーブロック１７にそれぞれ形成された流路を接続することで構成されたガス導入ライン３０を介して行われる。ガス導入ライン３０は、反応ガス供給ライン２１及び／又は原料ガス導入ライン２２に接続されている。【００３６】
以上のように構成される本実施形態の薄膜製造装置１０においては、真空槽１２の内部に配置されたインナーブロック１７によって反応空間３１の容積を規定することで、インナーブロック１７の内径のサイズ変更のみで真空槽１２の大きさを変更することなく反応空間の容積の最適化を図るようにしている。また、インナーブロック１７に加熱源３４を内蔵させることで、反応空間３１を構成する壁面の最適な温度制御を実現し、ガスヘッド１３から供給される成膜ガスの使用効率を高められると同時に、膜質の向上を図ることができる。【００３７】
従って、本実施形態によれば、共通の真空槽を用いてサイズの異なる複数種の基板の成膜が可能となるとともに、真空槽の基板毎、プロセス毎の設計、変更が不要となる。また、処理する基板サイズに合わせて用意する装置構成部品の数の増大を最小限に抑えることが可能となるので、部品コストの低減を図ることができるとともに、組立作業・製品検査作業・調整作業の簡素化を図りながら、優れた成膜効率と安定成膜を実現することができる。【００３８】
また、真空槽１２の内部の処理室１１を上述した構成の反応空間３１、排気流路３２および下部空間３３で構成することにより、反応空間３１に供給された成膜ガスの等方排気を実現でき、成膜効率の向上に貢献することができる。【００３９】
特に、排気通路３２の二次側すなわち下部空間３３の容積を反応空間３１の容積よりも大きく構成するとともに、下部空間３３へガス分圧制御用の不活性ガスを導入することにより、下部空間３３の内壁面に対する成膜ガス中の原料成分の析出温度を下げることができる。これにより、当該下部空間３３への成膜材料の付着を抑制できるとともに、下部空間３３を構成する壁面の低温下が図れるので、インナーブロック１７の加熱に要するエネルギーすなわち消費電力の低減を図ることができる。【００４０】
更に、ガスヘッド１３に対して成膜ガスを導入するガス導入ライン３０を蓋体１５、インナーブロック１７に形成することで真空槽１２に成膜ガスの導入機構を設ける必要をなくすことができ、インナーブロック１７とともに蓋体１５（ガスヘッド１３）を基板サイズに合わせて変更するだけで成膜ガスの導入機構を容易に構築することができる。【００４１】
以上のように、本実施形態によれば、基板サイズ・プロセス毎に要求される薄膜製造装置１０の変更をインナーブロック１７に集約することで、薄膜製造装置１０のインナーブロック１７以外の部分の変更を軽微にすることが可能となり、かつ、成膜効率が良く、パーティクルが少ない安定した成膜を行うことができる。【００４２】
続いて、図６は、本発明の他の実施形態による薄膜製造装置４０の概略構成を示している。なお、図において上述の薄膜製造装置１０と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。【００４３】
本実施形態の薄膜製造装置４０は、蓋体１５とインナーブロック１７との間に、ステージ１４とガスヘッド１３との間の距離を調整するためのスペーサブロック４１を備えている。スペーサ４１は、蓋体１５とインナーブロック１７に対してシール部材４２，４３を介して取り付けられている。また、ガスヘッド１３へ成膜ガスを導入するガス導入ライン４４は、蓋体１５とスペーサブロック４１とインナーブロック１７にそれぞれ形成された流路を接続することで構成されている。【００４４】
本実施形態の薄膜製造装置４０においては、インナーブロック１７の内径の調整だけでなく、スペーサブロック４１によりステージ１４−ガスヘッド１３間の高さを調整することで、基板サイズやプロセスの種類に応じて反応空間３１の高さあるいは容積の最適化を図ることができる。なお、スペーサブロック４１を別途設ける構成に代えて、インナーブロック１７にスペーサブロック４１の機能をもたせるようにしてもよい。【００４５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。【００４６】
例えば以上の実施の形態では、基板Ｗのサイズに応じて、内径の異なるインナーブロック１７，２７を使い分ける場合について説明したが、例えば図７Ａ，Ｂに示すように、インナーブロック５０を内径ｄ１、ｄ２及びｄ３を有する３つの環状ブロック体５１，５２，５３の組合せ体で構成し、基板サイズに合わせて内周側のブロック体５２，５３を取り付けたり取り外すようにしてもよい。なお、環状ブロック体の組合せ数は図示の例に限られない。
【図１】
0005337482.tif 000002
【図２】
0005337482.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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