JP2001279450A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハを回転させずにウエハ上の処理ガスの
流れを均一にする。 【解決手段】 ウエハ１を収容する処理室１１において
ウエハ１を保持して内蔵したヒータ１９で加熱する保持
台１７と、ウエハ１に処理ガス３７を吹き出す吹出口３
５を有するガスヘッド３０とを備えているＣＶＤ装置１
０において、処理ガス３７を吸い込む排気口２４を有す
る下端面閉塞の円筒形状の排気ダクト２２が保持台１７
の周囲を回転するように設置されており、排気ダクト２
２の内周にはガスヘッド３０が一体回転するように組み
込まれている。 【効果】 回転するガスヘッドから吹き出された処理ガ
スは回転する排気ダクトによって吸い込まれることによ
ってウエハに全体にわたって均一に接触するため、ウエ
ハのＣＶＤ膜の膜厚は均一になる。保持台は回転しない
ため、保持台に設置されるヒータや熱電対に対する電気
配線を自由に引き回すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理装置、特
に、処理ガスを用いて被処理基板に所望の処理を施すも
のに関し、例えば、半導体装置の製造工程において、半
導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化膜や金属膜
を形成する基板処理装置に利用して有効な技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、ウエハ
に酸化膜の一例であるＴＥＯＳ（トリ・エチル・オルソ
・シリケート）膜を形成する場合には、枚葉式コールド
ウオール形常圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置とい
う。）が使用されている。従来のこの種のＣＶＤ装置と
して、被処理基板としてのウエハを収容する処理室と、
この処理室においてウエハを保持して加熱する保持台
と、ウエハに処理ガスをシャワー状に吹き付けて供給す
るガスヘッドと、処理室を大気圧よりも若干低めに排気
する排気ダクトとを備えているものがある。

【０００３】前記したＣＶＤ装置において、ウエハに形
成されるＣＶＤ膜の膜厚や膜質を全体にわたって均一に
形成するために、ウエハを保持した保持台を回転させる
ことによってウエハ上の処理ガスの流れを均一に制御す
ることが考えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記したＣＶ
Ｄ装置において保持台を回転させるように構成した場合
においては、保持台に内蔵されたヒータや温度センサ
（熱電対）に対する電気配線を敷設することができない
という問題点がある。

【０００５】本発明の目的は、被処理基板を回転させる
ことなく被処理基板上の処理ガスの流れを均一に制御す
ることができる基板処理装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る基板処理装
置は、被処理基板を収容する処理室と、この処理室にお
いて前記被処理基板を保持して加熱する保持台と、前記
被処理基板に処理ガスを供給するガスヘッドとを備えて
いる基板処理装置であって、前記保持台の外側には前記
処理ガスを吸い込む排気口を有する円筒形状の排気ダク
トが同心円に配置されており、この排気ダクトは前記保
持台の周囲を回転するように構成されていることを特徴
とする。

【０００７】前記した基板処理装置において、保持台に
保持された被処理基板に処理が施されるに際しては、排
気ダクトが保持台の周囲を回転される。ガスヘッドから
被処理基板に供給される処理ガスは回転する排気ダクト
によって吸い込まれることにより、被処理基板の上を螺
旋状に流れることになるため、処理ガスは被処理基板に
全体にわたって均一に接触する状態になる。つまり、被
処理基板を保持した保持台を回転させなくても、被処理
基板上の処理ガスの流れを均一に制御することができる
ため、被処理基板に全体にわたって均一な処理を施すこ
とができる。他方、保持台を回転させなくて済むことに
より、保持台に設置されるヒータや温度センサに対する
電気配線を自由に敷設することができる。

【０００８】ちなみに、前記手段に係る基板処理装置に
おいて、排気ダクトを保持台の設置位置と同等またはそ
れよりも上部に配置することにより、処理ガスが保持台
の下方に回り込むことを防止することができる。

【０００９】また、排気ダクトの内側にガスヘッドを一
体回転するように設置することにより、ガスヘッドから
吹き出される処理ガス自体を被処理基板に対して回転さ
せることができるため、被処理基板上の処理ガスの流れ
をより一層均一に制御することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態である
基板処理装置を図面に即して説明する。

【００１１】図１に示されているように、本発明に係る
基板処理装置は、ＣＶＤ装置（枚葉式コールドウオール
形常圧ＣＶＤ装置）として構成されている。図１に示さ
れているＣＶＤ装置１０は被処理基板としてのウエハ
（半導体ウエハ）１を処理する処理室１１を形成したチ
ャンバ１２を備えており、チャンバ１２は下側カップ１
３と上側カップ１４とが組み合わされて下端面が閉塞し
上端面が開口した円筒形状に形成されている。チャンバ
１２の下側カップ１３の円筒壁の下端部付近にはウエハ
搬入搬出口１５が水平に方向横長に開設されており、ウ
エハ搬入搬出口１５は被処理基板であるウエハ１を処理
室１１にウエハ移載装置（図示せず）によって搬入搬出
し得るように形成されている。

【００１２】チャンバ１２の下側カップ１３の底壁の中
心線上には支持軸１６が処理室１１に下方から挿入され
ており、支持軸１６はエアシリンダ装置等が使用された
昇降駆動装置（図示せず）によって昇降されるようにな
っている。支持軸１６の上端にはウエハ１よりも大径の
円盤形状に形成された保持台１７が同心に配されて水平
に固定されており、保持台１７は支持軸１６によって昇
降されるようになっている。保持台１７の上面にはウエ
ハ１を密着して保持する保持面１８が形成されている。

【００１３】保持台１７の内部にはヒータ１９が設置さ
れており、ヒータ１９は保持面１８が保持したウエハ１
を全体にわたって均一に加熱するように構成されてい
る。また、保持台１７の内部には温度センサとしての熱
電対２０が複数個、適当な間隔を置いて配置されてお
り、各熱電対２０はヒータ１９によって加熱されたウエ
ハ１の温度を測定するように構成されている。ヒータ１
９および熱電対２０の電気配線（図示せず）は保持台１
７内から支持軸１６の中空部内を通して外部の電源やコ
ントローラに接続されている。

【００１４】チャンバ１２の下側カップ１３の底壁上に
は複数本のエジェクタピン２１が垂直方向上向きに突設
されており、図１（ａ）に示されているように、エジェ
クタピン２１は保持台１７が下降した状態において保持
台１７に挿通することにより、保持面１８に保持された
ウエハ１を持ち上げて保持面１８から浮かせるようにな
っている。

【００１５】他方、チャンバ１２の上側カップ１４には
略円筒形状の中空体に形成された排気ダクト２２が同心
円かつ水平に配置されて軸受装置（図示せず）によって
回転自在に支承されており、排気ダクト２２は電動モー
タ等の回転駆動装置（図示せず）によって回転されるよ
うになっている。排気ダクト２２の内径は保持台１７の
外径よりも若干大きめに設定されており、排気ダクト２
２の下端は保持台１７の上面に略一致されている。

【００１６】図１および図２に示されているように、排
気ダクト２２は上端面が閉塞し下端面が開口した一対の
円筒が内外および上下で同心円に配置されて下端間で連
結された上端面閉塞の円筒形状の中空体に構築されてお
り、排気ダクト２２の中空体内には排気路２３が中空部
によって形成されている。排気ダクト２２の内側筒壁の
下端部には複数個の排気口２４が周方向に等間隔に配置
されて排気路２３の内外を連通するように開設されてお
り、各排気口２４は排気ダクト２２の中心側の処理ガス
やパージガス等を周方向において均等に吸い込んで排気
路２３を通じて排気するようになっている。

【００１７】図２（ｂ）に示されているように、排気ダ
クト２２の内側筒壁の外周面における排気口２４に対向
する部位には、短尺の円筒形状に形成された流量調整部
材２５が周方向に摺動自在に嵌合されており、流量調整
部材２５には排気口２４と略同形の調整口２６が各排気
口２４に対向するように周方向に等間隔に配置されて開
設されている。流量調整部材２５が排気ダクト２２に対
して周方向に摺動されて、調整口２６の排気口２４に対
する開度が適宜に調整されることによって、排気口２４
の吸込流量が制御されるようなっている。すなわち、流
量調整部材２５を摺動させることにより、成膜時と処理
ガスの排気時における排気ダクト２２のコンダクタンス
を制御することができるようになっている。

【００１８】排気ダクト２２の閉塞壁の中心線上には円
筒形状に形成された回転軸２７が固定されており、この
回転軸２７が軸受装置によって回転自在に支承され回転
駆動装置によって回転されることにより、排気ダクト２
２は回転されるようになっている。回転軸２７の円筒中
空部は排気ダクト２２の排気路２３に連通されている。
すなわち、回転軸２７の円筒中空部は排気路２８を構成
しており、排気路２８は排気ダクト２２と反対側端にお
いて真空ポンプ等の真空排気装置（図示せず）に接続さ
れている。

【００１９】図１および図２に示されているように、排
気ダクト２２には処理ガスを供給するガスヘッド３０が
一体的に組み込まれている。すなわち、排気ダクト２２
の中心にはガス導入口３１が開設されており、ガス導入
口３１には回転軸２７の中心線上に挿入されたガス導入
管３２が接続されている。ガス導入管３２が形成したガ
ス導入路３３はガス導入口３１と反対側端において原料
ガスやパージガス等の処理ガスを導入するガス供給装置
（図示せず）に流体的に接続されている。ちなみに、回
転軸２７の中空部によって形成された排気路２８は回転
軸２７とガス導入管３２との間の空間によって形成され
た状態になっている。

【００２０】排気ダクト２２の内周には円板形状に形成
されたガス吹出プレート（以下、プレートという。）３
４がガス導入口３１から間隔を置いて水平に嵌入されて
固定されており、プレート３４には複数個のガス吹出口
（以下、吹出口という。）３５が十字形状に配列されて
上下を流通させるように開設されている。排気ダクト２
２の内側面とプレート３４の上面とが画成する内側空間
によってガス溜め３６が形成されており、ガス溜め３６
はガス導入口３１に導入された処理ガス３７を全体的に
均等に拡散させて各吹出口３５から均等にシャワー状に
吹き出させるようになっている。

【００２１】次に、作用を説明する。

【００２２】図１（ａ）に示されているように、保持台
１７が支持軸１６によって下限位置に下降されて、エジ
ェクタピン２１が保持台１７に下から挿通した状態にな
ると、ウエハ移載装置によって搬送されて来たウエハ１
がウエハ搬入搬出口１５から搬入されて複数本のエジェ
クタピン２１の上端間に受け渡される。

【００２３】続いて、保持台１７が支持軸１６によって
上昇されると、エジェクタピン２１が保持台１７の下方
に相対的に引き込まれるため、エジェクタピン２１上の
ウエハ１は保持台１７の保持面１８に受け渡されて保持
面１８に保持される。

【００２４】保持面１８に保持されたウエハ１はヒータ
１９によって加熱されるとともに、ヒータ１９の温度お
よびウエハ１の温度が熱電対２０によって測定される。
そして、ヒータ１９の加熱量は熱電対２０の測定結果に
従ってフィードバック制御される。

【００２５】図１（ｂ）に示されているように、保持面
１８の上にウエハ１を保持した保持台１７はウエハ１の
上面が排気ダクト２２の排気口２４が構成する平面に略
一致する高さに支持軸１６によって上昇されて停止され
る。

【００２６】続いて、排気ダクト２２の排気口２４が排
気路２３および排気路２８を通じて排気されるととも
に、排気ダクト２２が回転軸２７によって回転される。
排気口２４の排気量および排気ダクト２２の回転が安定
した時点で、処理ガス３７がガス導入路３３からガス導
入口３１に導入される。例えば、ＴＥＯＳ膜がウエハ１
に形成される場合には、シリコン（Ｓｉ）のエチル化合
物とオゾン（Ｏ₃ ）が導入される。

【００２７】ガス導入口３１に導入された処理ガス３７
はガス溜め３６に作用する排気ダクト２２の排気力によ
ってガス溜め３６に流入して径方向外向きに放射状に拡
散して、十字形状に配列された各吹出口３５からそれぞ
れが略均等な流れになってウエハ１に向かってシャワー
状に吹き出す。吹出口３５群からシャワー状に吹き出し
た処理ガス３７は排気ダクト２２の排気力によってウエ
ハ１の外方に流れ、排気ダクト２２に環状に開設された
排気口２４に吸い込まれて排気ダクト２２の排気路２３
および回転軸２７の排気路２８を流通して排気されて行
く。

【００２８】この際、排気ダクト２２に組み込まれたガ
スヘッド３０は排気ダクト２２と共に回転しているた
め、吹出口３５群からシャワー状に吹き出した処理ガス
３７は螺旋状に流れ、保持台１７の上に保持されたウエ
ハ１の全面にわたって均等に接触する状態になる。ここ
で、処理ガス３７の熱化学反応による成膜レートは処理
ガス３７のウエハ１に対する接触量に依存するため、処
理ガス３７がウエハ１の全面にわたって均等に接触すれ
ば、ウエハ１に処理ガス３７によって形成されるＴＥＯ
Ｓ膜の膜厚分布や膜質分布はウエハ１の全面にわたって
均一になる。

【００２９】また、ガスヘッド３０の吹出口３５群から
吹き出した処理ガス３７は吹出口３５群を取り囲むよう
に開設された排気口２４群によって全て回収されて排気
されるため、保持台１７の下方に回り込むことはない。
したがって、回り込んだ処理ガス３７による反応生成物
が保持台１７の下面や支持軸１６の外周面およびチャン
バ１２の下側カップ１３の壁面に付着することはない。
その結果、付着物が剥離して異物となって飛散し、ウエ
ハ１を汚染する現象が発生するのを未然に防止すること
ができる。また、付着物を除去するための処理室１１の
洗浄作業の頻度を低減することができる。

【００３０】以上のようにしてＴＥＯＳ膜がウエハ１の
全面にわたって均一に形成され所定の処理時間が経過す
ると、図１（ａ）に示されているように、保持台１７は
支持軸１６によって搬入搬出位置に下降される。保持台
１７が下限位置に下降されると、ウエハ１はエジェクタ
ピン２１によって保持面１８から浮かされ、ウエハ移載
装置によってエジェクタピン２１の上から受け取られ、
ウエハ搬入搬出口１５から処理室１１の外部へ搬出され
る。

【００３１】以降、前述した作業が繰り返されることに
より、ウエハ１にＴＥＯＳ膜がＣＶＤ装置１０によって
枚葉処理されて行く。

【００３２】前記実施形態によれば、次の効果が得られ
る。

【００３３】1) 処理ガス３７を吹き出すガスヘッド３
０および吹き出された処理ガス３７を排気する排気ダク
ト２２を回転させることにより、処理ガス３７をウエハ
１の全面にわたって均等に接触させることができるた
め、ウエハ１に形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分
布を全面にわたって均一に制御することができる。

【００３４】2) 保持台１７を回転させないことによ
り、保持台１７の内部にヒータ１９や熱電対２０を設置
することができるとともに、ヒータ１９や熱電対２０の
ための電気配線を保持台１７に容易に敷設することがで
きる。

【００３５】3) 排気ダクト２２を上面が閉塞した二重
円筒の中空体形状に形成して複数の排気口２４を円筒の
内周壁に開設するとともに、排気路２３を中空体の円筒
部および閉塞壁体内に配設することにより、排気系がチ
ャンバ１２から突出するのを防止することができるた
め、チャンバ１２ひいてはＣＶＤ装置１０全体を小型化
することができる。

【００３６】4) 排気ダクト２２を保持台１７との間に
わずかな隙間を残す位置に配置することにより、ガスヘ
ッド３０から吹き出した処理ガス３７を排気ダクト２２
によって全て回収して排気することができるため、処理
ガス３７が保持台１７の下方に回り込むことを防止する
ことができ、回り込んだ処理ガス３７による反応生成物
が保持台１７の下面や支持軸１６の外周面およびチャン
バ１２の下側カップ１３の壁面に付着するのを未然に防
止することができる。

【００３７】5) 前記4)により、付着物が剥離して異物
となって飛散しウエハ１を汚染する現象が発生するのを
未然に防止することができ、また、付着物を除去するた
めの処理室１１の洗浄作業の頻度を低減することができ
る。

【００３８】6) ガスヘッド３０を排気ダクト２２と共
に回転させるように構成することにより、ガスヘッド３
０に開設する吹出口３５の個数を少なくすることができ
るため、ガスヘッド３０の製造コストを低減することが
できる。

【００３９】7) 流量調整部材２５を設置することによ
り、排気ダクト２２の排気量を調整することができるた
め、成膜時と処理ガス排気時のコンダクタンスを調整す
ることができる。

【００４０】8) 温度センサを保持台に設置することに
より、温度センサとして安価な熱電対を使用することが
できるため、放射温度計等の高価な非接触式温度センサ
を使用せずに済み、ＣＶＤ装置全体としての製造コスト
およびランニングコストを低減することができる。

【００４１】9) 温度センサを使用することにより、ヒ
ータをフィードバック制御することができるため、被処
理基板であるウエハの温度を正確に制御することがで
き、成膜精度を高めることができるとともに、処理時間
を短縮することができる。

【００４２】図３は本発明の他の実施の形態を示す正面
断面図である。図４はその排気ダクトを示している。

【００４３】本実施形態が前記実施形態と異なる点は、
ガスヘッド３０Ａが上側カップ１４に固定されており、
回転する排気ダクト２２Ａがチャンバ１２の下側カップ
１３に配設されている点である。すなわち、ガスヘッド
３０Ａのプレート３４は下側カップ１３と上側カップ１
４との間に挟み込まれて固定されており、プレート３４
には吹出口３５が全面にわたって均一に開設されてい
る。他方、一端面が閉塞の略円筒形状の中空体に形成さ
れた排気ダクト２２Ａは閉塞壁側を下側にされて下側カ
ップ１３に同心円に配設されて回転軸２７によって回転
されるように構成されている。排気ダクト２２Ａのウエ
ハ搬入搬出口１５と対向する部位にはウエハ挿通口２９
が開設されており、回転軸２７の中心線上には昇降する
支持軸１６が挿通されている。排気口２４Ａは排気ダク
ト２２Ａの上端面に開設されており、円形リング板形状
の流量調整部材２５Ａの調整口２６によってその開度を
調整されるようになっている。

【００４４】次に、作用を説明する。

【００４５】図３に示されているように、成膜処理され
るに際して、ウエハ１を保持した保持台１７は上面が排
気ダクト２２Ａの上端面に略一致する位置まで上昇さ
れ、プレート３４の下面に近接される。排気ダクト２２
Ａの排気速度や回転速度が安定した時点で、ガスヘッド
３０Ａの吹出口３５から処理ガス３７がシャワー状に吹
き出されると、処理ガス３７は回転する排気ダクト２２
Ａの排気力によって排気口２４に径方向外向きに吸引さ
れることにより、ウエハ１の上を螺旋状に流れるため、
ウエハ１に全面にわたって均等に接触することになる。
このようにして処理ガス３７がウエハ１に全面にわたっ
て均等に接触することにより、ウエハ１に処理ガス３７
によって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分布は全
面にわたって均一になる。

【００４６】以上説明したように、本実施の形態におい
ても、ウエハ１に形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質
分布を全面にわたって均一に制御することができ、ま
た、保持台１７を回転させなくて済むため、保持台１７
にヒータ１９や熱電対２０を容易に内蔵することができ
る。しかも、本実施の形態においては、ガスヘッド３０
Ａと排気ダクト２２Ａとが分離されているため、ガスヘ
ッド３０Ａおよび排気ダクト２２Ａの構造をそれぞれ独
立して簡単に構成することができる。

【００４７】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、
種々に変更が可能であることはいうまでもない。

【００４８】例えば、ガスヘッド３０が回転される実施
形態において、プレート３４に開設する複数個の吹出口
３５は十字形状に配列するに限らず、一直線状に配列し
てもよいし、全面にわたって均一に配置してもよい。

【００４９】流量調整部材は省略してもよい。

【００５０】温度センサとしては、熱電対を使用するに
限らず、他の接触式温度センサを使用することができ
る。

【００５１】被処理基板はウエハに限らず、ＬＣＤ装置
（液晶表示装置）の製造工程におけるガラス基板やアレ
イ基板等の基板であってもよい。

【００５２】以上の説明においてはＣＶＤ装置によって
ＴＥＯＳ膜を形成する場合について説明したが、前記構
成に係るＣＶＤ装置はその他の酸化膜や金属膜等を形成
することができる。さらに、本発明は、枚葉式コールド
ウオール形常圧ＣＶＤ装置に限らず、減圧ＣＶＤ装置や
プラズマＣＶＤ装置、さらには、ドライエッチング装置
等の基板処理装置全般に適用することができる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被処理基板に処理ガスを全体にわたって均等に接触させ
ることができるため、被処理基板に全体にわたって均一
な処理を施すことができ、また、被処理基板を保持する
保持台を回転させないため、保持台にヒータや温度セン
サを内蔵することができるとともに、それらのための電
気配線を容易に敷設することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す
各正面断面図であり、（ａ）はウエハ搬入搬出時を示し
ており、（ｂ）は処理中を示している。

【図２】排気ダクトとガスヘッドを示しており、（ａ）
はその分解斜視図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う一
部省略断面図である。

【図３】本発明の他の実施の形態であるＣＶＤ装置を示
す正面断面図である。

【図４】排気ダクトを示しており、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は（ａ）の一部省略分解斜視図である。

【符号の説明】

１…ウエハ（被処理基板）、１０…ＣＶＤ装置（基板処
理装置）、１１…処理室、１２…チャンバ、１３…下側
カップ、１４…上側カップ、１５…ウエハ搬入搬出口、
１６…支持軸、１７…保持台、１８…保持面、１９…ヒ
ータ、２０…熱電対（温度センサ）、２１…エジェクタ
ピン、２２、２２Ａ…排気ダクト、２３…排気路、２
４、２４Ａ…排気口、２５、２５Ａ…流量調整部材、２
６…調整口、２７…回転軸、２８…排気路、２９…ウエ
ハ挿通口、３０、３０Ａ…ガスヘッド、３１…ガス導入
口、３２…ガス導入管、３３…ガス導入路、３４…ガス
吹出プレート、３５…ガス吹出口、３６…ガス溜め、３
７…処理ガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 格 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 (72)発明者 笠次 克尚 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 EA11 5F045 AB32 AC09 BB02 BB08 BB15 DP03 DQ10 EB02 EF05 EF20 EG02 EG06 EM06

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板を収容する処理室と、この処
   理室において前記被処理基板を保持して加熱する保持台
   と、前記被処理基板に処理ガスを供給するガスヘッドと
   を備えている基板処理装置であって、前記保持台の外側
   には前記処理ガスを吸い込む排気口を有する円筒形状の
   排気ダクトが同心円に配置されており、この排気ダクト
   は前記保持台の周囲を回転するように構成されているこ
   とを特徴とする基板処理装置。