(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着器ベースと、該蒸着器ベースに安置され、その内部に反応領域を有する反応炉と、該反応炉の内部に配置され、ウェーハが安置される基板と、前記反応炉内に化合物ソースガスを注入するための化合物ソースガス注入器と、前記基板に内装されてウェーハを加熱する基板加熱手段と、前記反応炉を加熱する反応炉加熱手段とを含み、  前記化合物ソースガス注入器は、前記反応炉に連結される注入管と、前記反応炉内を上部からガス予熱領域、ガス混合領域及び反応領域に区画する１次及び２次シャワーヘッドとから構成されることを特徴とする低圧化学蒸着装置。
【請求項２】
前記反応炉は、上下端が開放された単一管と、該単一管の上端開口部を密閉する密閉部材とを含み、前記反応炉の内部に、基板が昇降可能に設置される反応領域が形成されることを特徴とする請求項１記載の低圧化学蒸着装置。
【請求項３】
前記２次シャワーヘッドは、伝熱機能と電極としての機能を有する材質で形成され、前記２次シャワーヘッド間に高周波発生器を接続したプラズマ発生手段が備えられることを特徴とする請求項１記載の低圧化学蒸着装置。
【請求項４】
前記化合物ソースガス注入器には、前記１次及び２次シャワーヘッドにより区画されるガス混合領域から残留ガスが排気される排気構造が形成されることを特徴とする請求項１記載の低圧化学蒸着装置。
【請求項５】
前記反応炉加熱手段は、加熱媒体が循環する加熱ジャケットを含むことを特徴とする請求項１記載の低圧化学蒸着装置。
【請求項６】
前記基板の底面には位置決定溝が形成され、前記蒸着器ベースの下部を開閉する開閉板には、前記位置決定溝に対応する位置決定ピンが突設されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の低圧化学蒸着装置。
【請求項７】
前記基板の上部に、化合物ソースガスを分散させるためのガス分散板が隔離設置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の低圧化学蒸着装置。
【請求項８】
前記１次及び２次シャワーヘッドは、それぞれ複数の孔が形成され、このうち、２次シャワーヘッドの孔は１次シャワーヘッドの孔より直径が小さく、その数が多く形成されることを特徴とする請求項１に記載の低圧化学蒸着装置。
【請求項９】
前記化合物ソースガス注入器には、前記１次シャワーヘッドと前記２次シャワーヘッド間のガス混合領域に連結されるガス補助注入管が設置されることを特徴とする請求項１に記載の低圧化学蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は低圧化学蒸着装置に関するもので、詳しくは膜質及び厚さを均一化し、パーティクルを防止し、膜質を多様化し、部品の破損を防止し、自動化を有利にし、さらに低圧化学蒸着装置とプラズマ低圧化学蒸着装置として兼用し得るようにした低圧化学蒸着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体製造工程において、ウェーハ上に絶縁体、誘電体又は導電体等の性質を有する窒化膜、酸化膜、珪素膜等の化合物薄膜を蒸着するのに低圧化学蒸着(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)方法が使用されている。
低圧化学蒸着法に使用される蒸着装置としては、低温、低圧の雰囲気で反応炉内部に流入される化合物ソースガスを反応させてウェーハ上に化合物薄膜を蒸着させるもので、ウェーハを一枚ずつローディングさせながら蒸着させる枚葉式低圧化学蒸着装置と、複数枚のウェーハを同時にローディングさせた状態で蒸着させる鐘形低圧化学蒸着装置が使用されており、枚葉式低圧化学蒸着装置は自動化が容易であり広い面積を必要としないという利点があって広く使用されている。
【０００３】
以下、従来の低圧化学蒸着装置のうち、枚葉式低圧化学蒸着装置を添付図面に示す例に基づいて説明する。
図１２は従来の枚葉式低圧化学蒸着装置の一例を示すもので、一側にウェーハＷが出入するウェーハ出入口１１ａが形成され、他側に反応生成物を排出する排気口１１ｂが形成され、下端が開閉板１１ｃにより開閉される蒸着器ベース１１と、この蒸着器ベース１１の上部に装着されて反応空間Ｓを形成する反応炉１２と、この反応炉１２の上端部に設置された化合物ソースガス注入器１３と、開閉板１１ｃを貫通する昇降ラム１５により反応空間Ｓ内で昇降される基板１４とから構成される。
【０００４】
このような従来の枚葉式低圧化学蒸着装置では、昇降ラム１５により基板１４をウェーハ出入口１１ａから低い位置であるローディング／アンローディング位置に下降させた状態でウェーハ出入口１１ａからウェーハＷを進入させ、基板１４上に安置させた後、昇降ラム１５により基板１４を上昇させて蒸着位置に位置させ、基板１４に設置された基板加熱手段１６を稼働して、基板１４上にローディングされたウェーハＷを加熱させるとともに化合物ソースガス注入器１３で反応炉１２内に化合物ソースガスを注入する。それによって化合物ソースガスが反応してウェーハＷ上に化合物薄膜が蒸着されるものである。  しかし、このような従来の枚葉式低圧化学蒸着装置においては、ウェーハＷが搭載された基板１４のみが加熱され、反応炉１２及び周辺は加熱されないため熱的効果が低くなり、低い熱的効果により薄膜でピンホールが発生し易く、ステップカバーリジ(Step Coverage) が劣等になる問題点があった。
【０００５】
又、従来の装置において、化合物ソースガス注入器１３は反応炉１２の上面を貫通する注入管１３ａとこの注入管１３ａの下端に連結され、複数のシャワー孔を有するシャワーヘッド１３ｂとから構成されたもので、単に化合物ソースガスを噴射するだけであり、十分な混合が行なわれないので、化合物薄膜の蒸着がウェーハの全面にわたって均一に施されない問題点があった。
又、従来、前述したような低圧化学蒸着装置の問題点を補完するため、基板と反応炉側に設置された電極にプラズマ発生器を接続してプラズマを発生させることにより、化合物ソースガスをイオン化させて反応を促進させるプラズマ低圧化学蒸着(Plasma Enhanced Low Pressure Chemical Vapor Deposition)装置が使用されている。
【０００６】
従来のプラズマ低圧化学蒸着装置は、図１３に示すように、一側にウェーハ出入口２１ａが形成され、他側に排出口２１ｂが形成され、下端が開閉板２１ｃにより開閉される蒸着器ベース２１と、この蒸着器ベース２１の上部側に備えられる反応炉２２と、反応炉２２の上面に設置される化合物ソースガス注入器２３と、開閉板２１ｃを貫通して乗降する昇降ラム２５により反応炉２２の内部で昇降可能に設置され、ウェーハＷが搭載される基板２４と、この基板２４に設置された加熱手段２６と、反応炉２２と基板２４にそれぞれ接続された電極２７ａ、２７ｂを備えたプラズマ発生器２７とから構成される。
【０００７】
このような従来のプラズマ低圧化学蒸着装置は、開閉板２１ｃを貫通し乗降する昇降ラム２５を下降させて、その上端に固定された基板２４を前記出入口２１ａより低いローディング／アンローディング位置に下降させて後、出入口２１ａを通じてウェーハＷを挿入して基板２４上に搭載し、昇降ラム２５を上昇させることで基板２４を蒸着位置に上昇させ、基板加熱手段２６を稼働して、基板とその上に搭載されたウェーハＷを加熱するとともに、化合物ソースガス注入器２３を通じて化合物ソースガスを注入しながら反応炉２２の上部と基板２４に接続された電極２７ａ、２７ｂに連結されたプラズマ発生器２７を作動させて反応炉２２内にプラズマを発生させる。それによって化合物ソースガスをイオン化しながらウェーハＷ上に化合物薄膜を蒸着するようにしたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のプラズマ低圧化学蒸着法は、プラズマを発生させて化合物ソースガスをイオン化させることで工程温度を低温にし得るため、蒸着温度による素子の特性変化を最小化し得る利点がある。
しかし、前述のプラズマ低圧化学蒸着法においては、ウェーハＷの搭載された基板２４だけが加熱され反応炉２２及び周辺は加熱されないため、注入される化合物ソースガスが十分に予熱されなかった状態で反応空間Ｓ内に供給されるので、熱的効果が低くなり、低い熱的効果により薄膜にピンホールが発生し易く、ステップカバーリジが劣等になる問題点がある。
【０００９】
又、前述した従来の低圧化学蒸着装置又はプラズマ低圧化学蒸着装置は、化合物ソースガス注入器２３が反応炉２２の上部に貫通される注入管２３ａと、この注入管２３ａの下端に連結され、単に複数のシャワー孔が穿孔されたシャワーヘッド２３ｂとから構成されているので、注入される化合物ソースガスの予熱及び混合が十分に行われず、基板２４上にローディングされたウェーハＷの化合物ソースガスに対する接触条件が均一でないので化合物薄膜の均質性が低下する問題点があった。
又、従来の低圧化学蒸着装置とプラズマ低圧化学蒸着装置においては、基板上に安置されたウェーハＷがシャワーヘッドの直下方に露出されているため、化合物ソースガスに対するウェーハの接触条件が全面的に均一でなく、膜質及び厚さの均質化を阻害する要因となる。
【００１０】
又、従来の装置は、反応生成物等のガスを排出する時、排気管だけを通じて排出するので、反応炉内に滞留しているガスが迅速にかつ円滑に排出されなくて残存ガスによる膜質の低下を招来する問題点があった。
又、従来の低圧化学蒸着装置又はプラズマ低圧化学蒸着装置においては、基板１４、２４が、図１２及び図１３に示すように、単に昇降ラム１５、２５の上端に固定されてローディング／アンローディング位置と蒸着位置との間で昇降するもので、基板のローディング／アンローディング位置が昇降ラムだけによって決定されるので、ローディング／アンローディング位置が正確に維持されなくてロボットによるウェーハのローディング／アンローディング等を包含した自動化に支障を招く問題点があった。
【００１１】
本発明の目的は、基板加熱手段により、基板上に安置されたウェーハを加熱するとともに反応炉及びその周囲を加熱して、化合物ソースガスの注入過程で予熱させることにより、熱的効果を高めて、蒸着される化合物薄膜の膜質を向上させ、パーティクルを防止し得るようにした低圧化学蒸着装置を提供することである。
本発明の他の目的は化合物ソースガスを反応炉に注入する過程で、ガス予熱領域とガス混合領域及び反応領域を経るようにすることにより、熱的効果をより向上させるとともに、ガスを十分に混合して膜質を向上しパーティクルの発生を防止することである。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は反応炉外郭に間接伝熱部材を配置するか、反応炉自体を間接伝熱機能を有する材質で形成することで、反応炉加熱手段から発生された熱が反応空間に直接輻射されなく間接伝熱されるようにすることにより、反応空間及びウェーハに対する温度分布を全体的に均一にして膜質及び厚さの均質化を達成することである。
本発明のさらに他の目的は反応炉側にプラズマ電極を別に設置せずに、反応炉の外郭に配置される間接伝熱兼用電極部材又は反応炉自体がプラズマ電極を兼ねるようにして構造を簡素化することである。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は反応炉加熱手段として伝熱ヒーターを使用せず、加熱媒体の循環される加熱ジャケットを使用することにより、エネルギーの節減を図ることである。
本発明のさらに他の目的はウェーハの安置される基板の上部に化合物ソースガス分散板を高さ調節可能に設置することにより、注入される化合物ソースガスの分散を促進しウェーハに対する接触条件を均一にして膜質及び厚さの均質化をより効果的に達成することである。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は反応生成物等のガスを排気管のみを通じて排出させることにより、反応炉内に滞留しているガスの排出を迅速にかつ確実に遂行して、残存ガスによる膜質の低下を排除することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような本発明の目的は、蒸着器ベースと、蒸着器ベースに安置され、その内部に反応領域を有する反応炉と、反応炉内部で昇降され、ウェーハを安置する基板と、反応炉内に化合物ソースガスを注入するための化合物ソースガス注入器と、前記基板に内装されてウェーハを加熱する基板加熱手段と、反応炉を加熱する反応炉加熱手段とを備えて、基板上に安置されたウェーハと反応炉を同時に適正温度に加熱させて熱的効果を向上させることにより達成される。
【００１６】
前記反応炉と化合物ソースガス注入器は注入される化合物ソースガスが十分に予熱され混合される構造を有する。
前記反応炉と反応炉加熱手段間に間接伝熱部材を設置するか、反応炉を構成する管又はシャワーヘッド等を間接伝熱機能を有する材質で形成することにより、前記反応炉予熱手段の熱は、反応炉に対して輻射による直接伝熱をできるだけ減らし、伝導及び対流による間接伝熱により反応炉を加熱するようにし全体的な温度分布を均一にして膜質及び厚さを均質化し得る構造を有する。
【００１７】
前記基板と間接伝熱兼用電極部材又は間接伝熱機能を有する要素に高周波発生器を接続したプラズマ発生手段を備えることにより、プラズマによる蒸着及び食刻にも適用できる。
前記化合物ソースガス注入器は単位注入管で構成して１種の化合物ソースガスを注入するか、内外部注入管で構成して２種の化合物ソースガスを注入することにより多様な膜質の薄膜を蒸着することができる。
前記基板は底面に位置決定溝を形成し、蒸着器ベースの下端を開閉する開閉板に位置決定溝に対応する位置決定ピンを設置することにより、基板がローディング／アンローディング位置に下降した時、位置決定溝と位置決定ピンにより正確な位置を維持し得るようにして、ローディング／アンローディングが正確になるようにするとともに自動化に有利にする。
【００１８】
前記基板の上部には化合物ソースガス分散板を設置することにより、ウェーハの全面にわたって化合物ソースガスが均等に接触して、厚さ及び膜質が全体的に均一な薄膜が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による低圧化学蒸着装置を添付図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による低圧化学蒸着装置の第１実施例を示すものである。
図１に示すように、本実施例による低圧化学蒸着装置は、上下部が開放され、周壁の一側にウェーハＷを出入させるためのウェーハ出入口１１１が形成され、他側に反応生成物を排出するための排気口１１２が形成された蒸着器ベース１１０と、この蒸着器ベース１１０の上部に設けられ、その内部に反応領域Ｒを形成する反応炉１２０と、この反応炉１２０に連通し、反応炉１２０の内部に化合物ソースガスを注入するための化合物ソースガス注入器１３０とを備える。前記反応炉１２０の内部にはローディング／アンローディング位置と蒸着位置に昇降可能に設置され、ウェーハＷが安置される基板１４０と、基板１４０に内装され、上記ウェーハＷを加熱する基板加熱手段１５０が設けられ、反応炉１２０の上部には、反応炉を加熱させる反応炉加熱手段１６０が設置されている。
【００２０】
前記蒸着器ベース１１０は蒸着設備フレーム（図示せず）に装着されるもので、その下側開口部には蒸着器ベース１１０の内部を下端側で開閉するための開閉板１１３が昇降可能に設置されている。この開閉板１１３には昇降ラム１１４が貫通設置され、昇降ラムの上端に基板１４０が固定設置される。昇降ラム１１４の昇降の間、異物質が侵入するかガスが漏出することを防止するため、開閉板１１３と昇降ラム１１４間に伸縮性ダストカバー１１５が設置されている。
昇降ラム１１４は通常の直線往復機構からなる昇降駆動手段（図示せず）により昇降可能になる。
【００２１】
図示例では、蒸着器ベース１１０と反応炉１２０が一体型に形成されているが、必ずしもこれに局限されるものではなく、蒸着器ベース１１０と反応炉１２０を別に作って気密に結合することもできる。
反応炉１２０は通常に使用される石英管を使用し、その上端部は密閉部材１２１で閉鎖されている。密閉部材１２１はその一次的機能が反応炉１２０の内部を外部から遮断し、密閉するためのもので、二次的機能は反応炉加熱手段１６０の熱が輻射により直接反応炉１２０の内部に伝達されることなく間接伝導及び対流により伝達されるようにするためのもので、石英板、ＳｉＣ板を使用することができる。
【００２２】
化合物ソースガス注入器１３０は反応炉１２０の上部一側に連通される注入管１３１と、前記密閉部材１１２の下方に一定間隔を置いて配置される１次シャワーヘッド１３２と、２次シャワーヘッド１３３とから構成される。密閉部材１２１と１次シャワーヘッド１３２間には化合物ソースガスを予熱するガス予熱領域Ｈが形成され、１次シャワーヘッド１３２と２次シャワーヘッド１３３間には化合物ソースガスを十分に混合するためのガス混合領域Ｍが形成され、２次シャワーヘッド１３３の下部には化合物ソースガスが反応を起こす反応領域Ｒが形成される。
【００２３】
１次シャワーヘッド１３２と２次シャワーヘッド１３３にはシャワー孔１３２ａ、１３３ａが穿孔され、２次シャワーヘッド１３３のシャワー孔１３３ａは１次シャワーヘッド１３２のシャワー孔１３２ａよりその大きさが小さく数が多い。
１次シャワーヘッド１３２は石英円板が使用され、２次シャワーヘッド１３３はプラズマを発生させるための電極を兼用し得るように導電性円板が使用され、その一例としてＳｉＣ円板が使用される。
【００２４】
ここで、２次シャワーヘッド１３３としてＳｉＣ円板を使用する場合は、その材質が不透明性であるので、反応炉加熱手段１６０の熱が反応領域Ｒに対し、直接輻射により伝達されることなく、伝導及び対流により間接伝熱するようにする機能を有する。
基板１４０は石英板、カーボン板又はＳｉＣ板で形成され、内部に基板加熱手段１５０を受容するための空間が確保されている。
基板１４０の底面には複数（図面には二つのみを示す）の位置決定溝１４１が形成されており、開閉板１１３には位置決定溝１４１に対応する位置決定ピン１４２が突設されている。
【００２５】
位置決定ピン１４２は、図１の左側下端に拡大して図示したように、開閉板１１３に固定される支持部１４２ａと、この支持部１４２ａの上部に支持部１４２ａより小さい直径で一体に形成され、前記位置決定溝１４１に挿入される挿入部１４２ｂと、これら間に形成され、基板１４０の底面が掛かる係止段１４２ｃとから構成される。その係止段１４２ｃの高さによって基板１４０のローディング／アンローディング位置が正確に決定される。又、この位置決定ピン１４２は開閉板１１３に対し螺子方式に締結設置することにより、その係止段１４２ｃの高さを調節し得るようにすることが望ましい。
基板加熱手段１５０は基板１４０の内部上側に内装されるもので、一般に伝熱ヒーターが使用される。
【００２６】
反応炉加熱手段１６０は反応炉１２０の上端部に配置されるもので、一般の伝熱ヒーター又はＳｉＣヒーターが使用される。
プラズマ発生手段１７０は反応炉１２０と基板１４０との間、つまり反応領域Ｒ内でプラズマを発生させるためのもので、図示例では高周波発生器１７１から発生される高周波電圧を２次シャワーヘッド１３３と基板１４０に印加するように構成される。
図面で、１１６は冷却水通路、１７２は電極である。
【００２７】
以下、本実施例による低圧化学蒸着装置による蒸着過程及び作用効果を説明する。
先ず、昇降ラム１１４を下降させ、その上端に固定された基板１４０をローディング／アンローディング位置に下降させた後、反応炉１２０内の圧力を通常の真空ポンプ（図示せず）で適正工程圧力に維持させた状態で、ウェーハ出入口１１１を通じてウェーハＷを基板１４０上に安置させる。
基板１４０がローディング／アンローディング位置に下降した状態では、開閉板１１３の位置決定ピン１４２の挿入部１４２ｂは基板１４０の位置決定溝１４１に挿入されており、基板１４０の底面が位置決定ピン１４２の係止段１４２ｃに掛かって、基板１４０の位置が正確に維持されている。これによって、ロボットアーム等によりウェーハＷを安置させる過程で、正確な位置に置くことができる。
【００２８】
基板１４０上にウェーハＷが安置された状態で、昇降ラム１１４により基板１４０を蒸着位置に上昇させる。
次いで、基板加熱手段１５０と反応炉加熱手段１６０を稼働して、基板１４０上に置かれたウェーハＷと反応炉１２０を適正温度である１００〜１，１００℃程度に加熱しながら化合物ソースガス注入器１３０によって化合物ソースガスを反応炉１２０内に注入する。
注入管１３１から注入される化合物ソースガスは、１次的に反応炉１２０の最上端部であるガス予熱領域Ｈ内に注入され、ここで、反応炉加熱手段１６０の熱により十分に予熱された後、シャワー孔１３２ａを通じてガス混合領域Ｍに噴射され、ここで十分に混合された後、シャワー孔１３３ａを通って反応領域Ｒに噴射注入される。
【００２９】
この際にシャワー孔１３３ａはシャワー孔１３２ａより直径が小さく数が多く形成されているので、ガス混合領域Ｍに注入された化合物ソースガスは、一定時間滞留しながら十分に混合される。
このように十分に予熱され混合された後、２次シャワーヘッド１３３のシャワー孔１３３ａを通って反応空間Ｒに注入された化合物ソースガスは、反応炉加熱手段１６０により適正な工程温度に加熱されている反応炉１２０内で反応しながら、基板１４０のウェーハＷに化合物薄膜として蒸着される。
【００３０】
前述した蒸着工程で、基板１４０上に安置されたウェーハＷと反応炉１２０は基板加熱手段１５０と反応炉加熱手段１６０により加熱され、それとともに、注入される化合物ソースガスは、ガス予熱領域Ｈとガス混合領域Ｍを通過しながら十分に予熱されてから反応領域Ｒに噴射注入されるので、熱的効果が上昇し、１次シャワーヘッド１３２と２次シャワーヘッド１３３により区画されるガス予熱領域Ｈとガス混合領域Ｍを通過しながら十分に混合されてから注入されるので、薄膜にピンホール、クラック等の欠陥又はステップカバーリジが劣等になることなしに優秀な膜質の薄膜を得ることができる。
【００３１】
蒸着が完了したら、反応炉１２０の内部に滞留する反応生成物又は残留ガスを排気口１１２を通じて排出させながら昇降ラム１１４により基板１４０をローディング／アンローディング位置に下降させ、ウェーハ出入口１１１を通じて蒸着完了されたウェーハＷをロボットアーム等によりアンローディングする。
基板１４０をローディング／アンローディング位置に下降した状態では、前述したように、基板１４０の位置決定溝１４１と開閉板１１３の位置決定ピン１４２の作用により正確な位置に維持されるので、ロボットアーム等によるアンローディング作業が円滑にかつ正確に行われる。
又、反応生成物又は残留ガスは主に蒸着器ベース１１０の排気口１１２を通じて排出される。
【００３２】
一方、本実施例では、前記ガス混合領域Ｍと排気口１１２間に残留排出管１１７を連結設置し、その途中に開閉バルブ１１８を設置する。
残留ガス排出管１１７は蒸着過程では開閉バルブ１１８を閉じておき、反応炉１２０内に注入される化合物ソースガスが残留ガス排出管１１７を通じて排出すること、および外部から異物質又は空気等が侵入することを防止する。
蒸着を完了してからウェーハＷをアンローディングさせるとともに、反応生成物と残留ガスを排出する時は、前記開閉バルブ１１８を開放してガス混合領域Ｍと排気口１１２を連通させることにより、ガス混合領域Ｍ内に残留するガスを迅速に排出させることができる。
【００３３】
ここで、ガス混合領域Ｍはその下部に設置された２次シャワーヘッド１３３のシャワー孔１３３ａの直径が比較的小さくなっており、ガス混合領域１３３の残留ガスがシャワー孔１３３ａを通って反応領域Ｒそして排気口１１２に排出されるのに一定時間を必要とするため、膜質を低下させるおそれがあるが、本実施例では残留ガス排出管１１７を設置し、アンローディング時に開閉バルブ１１８を開放することにより、ガス混合領域Ｍ内の残留ガスが迅速にかつ円滑に排出されるので、ガスによる膜質の低下を防止することができる。
【００３４】
又、本実施例では、プラズマ発生手段１７０を用いて反応炉１２０と基板１４０に高周波電圧を印加し反応領域Ｒでプラズマを発生させて化合物ソースガスの反応を促進することにより、より優秀な膜質の薄膜を蒸着することができる。
即ち、プラズマ発生器１７１を稼働させると、ＳｉＣ材質の２次シャワーヘッド１３３と基板１４０に接続された電極１７２間に高周波電圧が印加され、これら間でプラズマが発生し、１次シャワーヘッド１３２及び２次シャワーヘッド１３３を通過しながら十分に予熱され混合された化合物ソースガスがプラズマ放電により円滑に反応させる。ここで、反応炉１２０側に別の電極を設置せず２次シャワーヘッド１３３自体を電極として兼用することにより、部品数が減らされ組立が簡便になって原価を節減することになる。
【００３５】
図２は前述した第１実施例の化合物ソースガス注入器１３０を変形した変形例で、本変形例では、前記残留ガス排出管１１７の途中に補助注入管１３４を連結し、残留ガス排出管１１７と補助注入管１３４間に転換バルブ１３５を設置したものである。
本変形例は、蒸着過程では排気バルブ１１８を閉鎖し転換バルブ１３５を補助注入管１３４とガス混合領域Ｍとが連結される状態に転換させた状態で、注入管１３１を通じて化合物ソースガスをガス予熱領域Ｈに注入するとともに補助注入管１３４を通じてガス混合領域Ｍに注入するもので、注入管１３１と補助注入管１３４を通じて相違する種類の化合物ソースガスを注入することにより多様な膜質の薄膜を蒸着させることができる。
【００３６】
蒸着を完了してからアンローディングさせる過程では、転換バルブ１３５を、ガス混合領域Ｍと補助注入管１３４が遮断され残留ガス排出管１１７に連通させる状態に転換させるとともに排気バルブ１１８を開放して、ガス混合領域Ｍ内の残留ガスが残留ガス排出管１１７を通じて迅速にかつ円滑に排出されるようにすることにより、残留ガスによる膜質の低下を防止することができる。
その他の構成及び作用効果は前述の第１実施例と同一であるので、同一部分に同一符号を付し、具体的説明は省略する。
【００３７】
図３は前述の第１実施例の反応炉加熱手段１６０を変形した変形例を示すもので、本変形例では、反応炉加熱手段１６０として蒸着器ベース１１０の周壁と反応炉１２０の周壁を取り囲むジャケット１６１と反応炉１２０の上部に装着されるジャケット１６２を設置し、このジャケット１６１、１６２内に加熱媒体１６３、１６４を循環させる構造でなっている。
前記加熱媒体としては高温水蒸気又はエチレングリコールが使用できる。高温水蒸気を使用する場合は高温水蒸気を得るためのボイラー等の設備が大型化する欠点があるので、エチレングリコールを加熱手段（図示せず）により加熱して循環させることが望ましい。  本実施例の他の構成部分は前述した第１実施例と同一であるので、同一部分には同一符号を付与し、その具体的説明は省略する。
【００３８】
図４は本発明の第２実施例を示すもので、本実施例による低圧化学蒸着装置は、上下部が開放され、周壁一側にウェーハＷを出入させるためのウェーハ出入口２１１が形成された、他側に反応生成物を排出するための排気口２１２が形成された蒸着器ベース２１０と、この蒸着器ベース２１０の上部に安置され、その内部に反応領域Ｒを形成する反応炉２２０と、この反応炉２２０の上端側に連通され、反応炉２２０の内部に化合物ソースガスを注入するための化合物ソースガス注入器２３０と、前記反応炉２２０の内部でローディング／アンローディング位置と蒸着位置に昇降可能に設置され、ウェーハＷが安置される基板２４０と、基板２４０に内装され、基板上のウェーハＷを加熱する基板加熱手段２５０と、反応炉２２０の周囲に設置され、反応炉を加熱させる反応炉加熱手段２６０とから構成される点においては前述した第１実施例と同一である。しかし、反応炉２２０の構造と化合物ソースガス注入器２３０の構造が異なり、基板２４０を回転させるための基板回転手段２４３を備える点と反応炉２２０の周囲と反応炉加熱手段２６０との間に間接伝熱兼用電極部材２８０を設置した点が異なる。
【００３９】
即ち、本実施例では、蒸着器ベース２１０の下端開口部は開閉板２１３により開閉可能になっており、この開閉板２１３には基板２４０を昇降させるための昇降ラム２１４が貫通設置されている。
前記反応炉２２０は上下部が開放された円筒形内部管２２１と下部が開放され上部が閉鎖された外部管２２２とから構成され、内外部管２２１、２２２間に化合物ソースガス流動路２２３が形成される。  ここで、内部管２２１の上端は外部管２２２の上面より低い状態に設置され、その間を通じて化合物ソースガス流動路２２３と反応領域Ｒが互いに連通する。
【００４０】
化合物ソースガス注入器２３０は化合物ソースガス流動路２２３の下端部に連通した注入管２３１で構成される。
基板２４０を昇降させる昇降ラム２１４は基板回転手段２４３により回転可能に設置され、昇降及び回転作動を兼ねるようになっている。
基板加熱手段２５０は基板２４０の内部上側に内装され、基板２４０上に安置されるウェーハＷを加熱し得るようになっている。
反応炉加熱手段２６０は前記反応炉２２０の上部と周壁を取り囲み、下端が少なくとも蒸着時の基板２４０の底面より低い状態に配置される。
【００４１】
ここで、反応炉加熱手段２６０は一般の電熱ヒーターを使用するか、図３のようにジャケットを設置し、その内部に高温水蒸気又はエチレングリコールを加熱させて循環させるものとすることもできる。
反応炉２２０と反応炉加熱手段２６０の上面及び周壁間には間接伝熱兼用電極部材２８０が設置される。
この間接伝熱兼用電極部材２８０は導電性を有するとともに反応炉加熱手段２６０の熱が直接反応炉２２０の内部に輻射伝熱されることをできるだけ減らし対流により間接伝熱される材質で構成され、例えばＳｉＣ材質又はこれに類似する特性を有する材質を使用することができる。
図４で、２１５は伸縮性ダストカバーであり、２１６は冷却水循環通路であり、２１７は蒸着器ベース２１０と内外部管２２１、２２２の下端間に挿入されて気密を維持するためのパッキングである。２７２は電極である。
【００４２】
以下、本実施例による低圧化学蒸着装置の蒸着過程及び作用効果を説明する。
先ず、昇降ラム２１４により、その上端に固定された基板２４０をローディング／アンローディング位置に下降させた後、反応炉２２０内の圧力を通常の真空ポンプ（図示せず）により適正工程圧力に維持させた状態でウェーハ出入口２１１を通じてウェーハＷを基板２４０上に安置し、再び昇降ラム２１４により基板２４０を蒸着位置に上昇させる。
【００４３】
以後、基板加熱手段２５０と反応炉加熱手段２６０を稼働させて、基板２４０に安置されたウェーハＷと反応炉２２０を適正工程温度である１００〜１，１００℃程度に加熱しながら化合物ソースガス注入器２３０により化合物ソースガスを反応炉２２０内に注入する。
化合物ソースガス注入器２３０から注入される化合物ソースガスは注入管２３１から注入され、内外部管２２１、２２２によって形成された化合物ソースガス流動路２２３の下端から上部に流動し、その上端部から反応領域Ｒ内に流入する。
【００４４】
ここで、化合物ソースガスはその流動路２２３を沿って下部から上部に流動する過程で反応炉加熱手段２６０の熱により十分に予熱されてから反応炉２２０内に流入し、化合物ソースガスは反応炉加熱手段２６０により適正工程温度に加熱されている反応炉２２０内で反応しながら基板２４０に安置されたウェーハＷに化合物薄膜として蒸着される。
前述した蒸着過程で、化合物ソースガスは化合物ソースガス流動路２２３の下部から上部に流動しながら十分に予熱された状態で反応炉２２０内に注入されるので熱的効果が上昇し、予熱された状態で適正工程温度に加熱されている反応炉２２０内の反応領域Ｒに注入されるので、薄膜にピンホール又はクラック等の欠陥及びステップカバーリジが劣等になることなしに優秀な膜質の薄膜が得られる。
【００４５】
又、本実施例では、基板２４０を昇降させる昇降ラム２１４に基板回転手段２４３を設置して基板２４０を回転させることにより、ウェーハＷに対する化合物ソースガスの接触条件が全面にわたって均一になって均等な膜質の薄膜が得られる。
一方、本実施例では、反応炉２２０側と基板２４０側に接続されるプラズマ発生手段２７０を設置して反応炉２２０と基板２４０側に高周波電圧を印加することにより、反応領域Ｒでプラズマを発生させて化合物ソースガスの反応を促進させて、より優秀な膜質の薄膜を蒸着するか、又は反応炉の内部をエッチングさせることもできる。
【００４６】
即ち、プラズマ発生器２７１を稼働させると、ＳｉＣ又はカーボン材質の間接伝熱兼用電極部材２８０と基板２４０に設置された電極２７２間には高周波電圧が印加され、これら間でプラズマが発生し、化合物ソースガス流動路２２３を流動する間に十分に予熱され混合された化合物ソースガスがプラズマ放電によりその反応がより活発に行われる。ここで、反応炉２２０側に別の電極を設置しないで、間接伝熱兼用電極部材２８０自体を電極として使用するので、部品数が減少し、組立が簡便になり、原価が節減される。
【００４７】
図５は本発明の第３実施例を示すもので、本実施例による低圧化学蒸着装置は反応炉２２０と化合物ソースガス注入器２３０を変形したものであり、その他の構成部分は前述した第２実施例と同一であるので、同一部分には同一符号を付与し、その具体的説明は省略する。
即ち、本実施例では、前記反応炉２２０を下端が開放され上端が閉鎖された単一管２２４に形成したものであり、前記化合物ソースガス注入器２３０を、蒸着器ベース２１０の一側壁を貫通して反応炉２２０の内部に延びる水平部２３２ａとこの水平部２３２ａの内側端から上方に折曲形成し垂直部２３２ｂとを一体に形成した注入管２３２で構成したものである。
【００４８】
ここで、注入管２３２の垂直部２３２ｂの上端は少なくとも基板２４０の蒸着位置より高い位置に来るように設置する。
本実施例は、反応炉２２０を単一管２２４で構成するとともに化合物ソースガスを反応領域Ｒの上部側に注入し得るようにしたものであり、化合物ソースガスが垂直部２３２ｂを通じて上昇流動する過程で反応炉加熱手段２６０により十分に予熱されるので、前述した第２実施例と同等な効果が得られるものである。
【００４９】
図６は第３実施例の変形例を示すもので、本変形例は第３実施例の化合物ソースガス注入器２３０のみを変形したものである。
即ち、本変形例では、化合物ソースガス注入器２３０を、蒸着器ベース２１０の一側周壁を貫通する水平部２３３ａとこの水平部２３３ａの内側端から上方に折曲形成された垂直部２３３ｂを有する太径の外部注入管２３３と、この外部注入管２３３の水平部２３３ａと垂直部２３３ｂの内部に挿入される水平部２３４ａと垂直部２３４ｂを有する内部注入管２３４とから構成し、内外部注入管２３４、２３３間の注入通路と内部注入管２３４の内部の注入通路を通じて相違する種類の化合物ソースガス同時に注入し得るようにして、より多様な種類の薄膜を蒸着し得るようにする。
【００５０】
本変形例において、外部注入管２３３の垂直部２３３ｂの上端は少なくとも基板の蒸着位置より高い位置に配置され、内部注入管２３４の垂直部２３４ｂの上端は基板の蒸着位置程度に設置することが望ましい。これは二つの注入通路を通じて注入される化合物ソースガスが内部注入管２３４の垂直部２３４ｂの上端と外部注入管２３３の垂直部２３３ｂの上端との間の空間部２３５で互いに混合されるようにして膜質を向上させるためのである。
【００５１】
図７は前記第３実施例の他の変形例を示すもので、本実施例は前記第３実施例の化合物ソースガス注入器２３０を変形したものである。
即ち、本変形例は、化合物ソースガス注入器２３０が蒸着器ベース２１０の下部を開閉する開閉板２１３を上下に貫通し、その上端が基板の蒸着位置より高い位置まで延長される注入管２３６で構成されたものである。
本変形例においても、化合物ソースガスが注入管２３６の下部から上部に流動する間に反応炉加熱手段２６０の熱により十分に加熱された後、その上端から反応領域Ｒの上部に注入されるので、前述した第３実施例と同等な効果を有することになる。
【００５２】
図８は第３実施例のさらに他の変形例を示すもので、本変形例は前記実施例の化合物ソースガス注入器２３０を変形したものである。
即ち、本変形例では、化合物ソースガス注入器２３０が、蒸着器ベース２１０の開閉板２１３を上下に貫通し、その上端が基板の蒸着位置より高い位置まで延長される外部注入管２３７と、この外部注入管２３７の内部に挿入され、その上端が基板の蒸着位置に位置する内部注入管２３８とから構成され、内外部注入管２３８、２３７間の注入通路と内部注入管２３８の内部の注入通路を通じて相違する種類の化合物ソースガスが注入されながら反応炉加熱手段１６０の熱により予熱されるとともに内外部注入管２３８、２３７の上端間の空間部２３９で二種の化合物ソースガスが混合されてから反応領域Ｒに注入されるように構成されたもので、本変形例も前述した第３実施例及び図６の変形例と同等な効果を有することになる。
【００５３】
図９は本発明による低圧化学蒸着装置の第４実施例を示すもので、本実施例においては、上下部が開放され、周壁一側にウェーハＷを出入させるためのウェーハ出入口３１１を備え、他側に反応生成物を排出するための排気口３１２が形成された蒸着器ベース３１０と、この蒸着器３１０の上部に安置され、その内部に反応領域Ｒを形成する反応炉３２０と、この反応炉３２０の上端側に連通され、反応炉３２０の内部に化合物ソースガスを注入するための化合物ソースガス注入器３３０と、前記反応炉３２０の内部でローディング／アンローディング位置と蒸着位置に昇降可能に設置され、ウェーハＷが安置される基板３４０と、前記基板３４０に内装され、基板上に安置されたウェーハＷを加熱する基板加熱手段３５０と、前記反応炉３２０の周囲に設置され、反応炉を加熱させる反応炉加熱手段３６０とから構成される点が前述した第３実施例と同一であるが、反応炉３２０の構造及び化合物ソースガス注入器３３０の構造が異なるものである。
【００５４】
即ち、本実施例では、反応炉３２０が蒸着器ベース３１０に安置され、上下部が開放された内部管３２１とこの内部管３２１の上部及び周壁を取り囲み、上端が閉鎖された外部管３２２とから構成され、これら内外部管３２１、３２２の周壁間には化合物ソースガス流動路３２３が形成される。
内部管３２１の上端と外部管３２２の上面間には化合物ソースガス流動路３２３と反応領域Ｒとを連結する間隔が形成されている。
又、内部管３２１は石英管で形成され、外部管３２２はＳｉＣ材質のような伝導性を有するとともに反応炉加熱手段３６０の熱が輻射により直接伝熱されなく伝導及び対流により間接的に加熱されるようにする材質で構成されて、間接伝熱機能とプラズマ発生手段３７０の電極としての機能を遂行し得るようになっている。
【００５５】
前記化合物ソースガス注入器３３０は前記化合物ソースガス流動路３２３の下端部に連通される注入管３３１で構成される。
図９で、３１３は開閉板、３１４は昇降ラム、３１５はダストカバー、３１６は冷却水路、３１７はパッキング、３４３は基板回転手段、３７１はプラズマ発生器３７０を構成する高周波発生器、３７２は基板３４０に内装される電極である。
本実施例において、化合物ソースガスの注入過程を含む蒸着過程は前述した第２実施例と同一であるが、ただ別の間接伝熱兼用電極部材を設置せず、反応炉３２０を構成する外部管３２２の材質を間接伝熱及び電極機能を有する材質としたことが相違する。
【００５６】
図１０は本発明による低圧化学蒸着装置の第５実施例を示すもので、本実施例は、上下部が開放され、周壁一側にウェーハＷを出入させるためのウェーハ出入口４１１が形成され、他側に反応生成物を排出するための排気口４１２が形成された蒸着器ベース４１０と、この蒸着器ベース４１０の上部に安置され、その内部に反応領域Ｒを形成する反応炉４２０と、この反応炉４２０の上端側に連通され、反応炉４２０の内部に化合物ソースガスを注入するための化合物ソースガス注入器４３０と、前記反応炉４２０の内部でローディング／アンローディング位置と蒸着位置に昇降可能に設置され、ウェーハＷが安置される基板４４０と、前記基板４４０に内装され、基板上に安置されたウェーハＷを加熱する基板加熱手段４５０と、前記反応炉４２０の周囲に設置され、反応炉を加熱させる反応炉加熱手段４６０とから構成される点は前述した第４実施例と同一であり、反応炉４２０の構造及び化合物ソースガス注入器４３０の構造のみが異なるものである。
【００５７】
即ち、本実施例は、反応炉４２０が下部が開放され上端が閉鎖された単一管４２１で形成され、この単一管４２１は反応領域Ｒを提供する基本的機能以外に、間接伝熱機能及びプラズマ発生手段の電極としての機能を有するようにＳｉＣ材質で形成されたものである。
又、化合物ソースガス注入器４３０は、蒸着器ベース４１０の開閉板４１３を上下に貫通し、その上端が基板４４０の蒸着位置より高く延長された注入管４３１で構成される。
【００５８】
図１０で、４１３は開閉板、４１４は昇降ラム、４１５はダストカバー、４１６は冷却水路、４１７はパッキング、４４３は基板回転手段、４７１はプラズマ発生器４７０を構成する高周波発生器、４７２は基板４４０に内装される電極である。
本実施例において、化合物ソースガスの注入過程を含む蒸着過程は前述した図７の変形例と同一である。ただ反応炉４２０を単一管４２１で構成するとともに別の間接伝熱兼用電極部材を設置することなく、単一管４２１自体の材質を間接伝熱及び電極機能を有する材質としたことだけが相違するので、その具体的説明は省略する。
【００５９】
図１１は本発明に使用される基板の他の実施例を示すもので、本実施例は基板５４０の上部に、基板５４０の上部に安置されるウェーハＷの全面にわたって化合物ソースガスを均一に分散させるための分散板５４４を設置したものである。
基板５４０と分散板５４４は、これらの間隔を調節するための間隙調節手段５４５により結合されている。
間隙調節手段５４５は基板５４０と分散板５４４に固定され、互いに反対の螺旋方向を有する螺子棒５４７、５４８と、両螺子棒に締結されるターンバックル式の調節ノブ５４６とから構成される。前記螺子棒５４７、５４８はそれぞれ三つずつ、ウェーハ出入口５５１を通じて出入されるウェーハＷとの干渉を避けるように配置される。
【００６０】
このように基板５４０は、反応領域Ｒ内に注入される過程で化合物ソースガスが直ちにウェーハＷの表面に接触することなく、分散板５４４間の間隙を通じて基板５４０上に安置されたウェーハＷと接触して、化合物ソースガスがウェーハＷの一部分に集中的に接触しなく全面にわたって均一に接触するので、薄膜の厚さが全面にわたって均一になる。
又、前記間隙調節手段５４５により基板５４０の上面と分散板５４４間の間隙を、使用する化合物ソースガス又は薄膜の条件によって最適状態に調節することにより、所望薄膜を確実に得ることができる。
【００６１】
このような構造は前述した実施例のいずれかにも適用し得るもので、前記間隙調節手段５４５は必ずしも図示例に局限されるものでなく、その間隙を調節し得る構造であればどんな構造であっても採用できる。
本発明は前述した実施例に局限されるものではなく、本発明の思想及び範囲内で多様な変形が可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による低圧化学蒸着装置によると、蒸着膜質及び厚さが均一になり、パーティクルが防止され、膜質が多様化され、部品の破損が防止され、自動化に有利であるとともに、低圧化学蒸着装置とプラズマ低圧化学蒸着装置を兼用することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による低圧化学蒸着装置の第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】  第１実施例の変形例を示す縦断面図である。
【図３】  第１実施例の他の変形例を示す縦断面図である。
【図４】  本発明による低圧化学蒸着装置の第２実施例を示す縦断面図である。
【図５】  本発明による低圧化学蒸着装置の第３実施例を示す縦断面図である。
【図６】  第３実施例の変形例を示す縦断面図である。
【図７】  第３実施例の他の変形例を示す縦断面図である。
【図８】  第３実施例のさらに他の変形例を示す縦断面図である。
【図９】  本発明による低圧化学蒸着装置の第４実施例を示す縦断面図である。
【図１０】  本発明による低圧化学蒸着装置の第５実施例を示す縦断面図である。
【図１１】  本発明に使用される基板の他の実施例を示す部分拡大図である。
【図１２】  従来の低圧化学蒸着装置の一例を示す縦断面図である。
【図１３】  従来のプラズマ低圧化学蒸着装置の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１０、２１０、３１０、４１０  蒸着器ベース  １２０、２１０、３２０、４２０  反応炉  １３０、２３０、３３０、４３０  化合物ソースガス注入器  １４０、２４０、３４０、４４０、５４０  基板  １５０、２５０、３５０、４５０  基板加熱手段  １６０、２６０、３６０、４６０  反応炉加熱手段  １７０、２７０、３７０、４７０  プラズマ発生手段
【図１】
0003889074.tif 000002
【図２】
0003889074.tif 000003
【図３】
0003889074.tif 000004
【図４】
0003889074.tif 000005
【図５】
0003889074.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003889074.tif 000008
【図８】
0003889074.tif 000009
【図９】
0003889074.tif 000010
【図１０】
0003889074.tif 000011
【図１１】
0003889074.tif 000012
【図１２】
0003889074.tif 000013
【図１３】
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