JP2003253448A - 基板処理装置 - Google Patents
基板処理装置Info
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Abstract
おいて、ガスの均一混合と、均一分散とを同時に行うこ
とができるようにする。 【解決手段】2種のガスは導入部92,94から混合室
74に導入される。導入部92,94は互いに対向する
第1のスリット100,102を有し、この混合室74
において2種のガスが衝突して混合される。また、混合
室74の周辺には、混合室よりも広い空間を持つ拡散室
76が形成され、混合室74と拡散室76とは連通部1
04,106を介して連通している。連通部104,1
06は第2のスリット108,110を有し、この第2
のスリット108,110から混合されたガスが拡散室
76へ分散し、さらに小孔を介して反応室へ導かれる。
Description
板を処理する基板処理装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般的
に、原料ガスを含む複数のガスを用いるCVD装置にお
いては、原料供給の観点からは、ガスを均一に混合す
ることと、処理基板であるウエーハの表面全域にわた
り原料ガスを均一に供給すること、が重要な課題とな
る。これら、の条件を満たさない場合は、ウエーハ
処理層の膜厚や膜質の均一性の阻害要因となる。 【0003】図12において、従来のCVD装置が示さ
れている。原料供給源48は、2つの原料タンク50,
52を有し、この原料タンク50,52は、配管44,4
6を介して装置本体部16に接続されている。配管4
4,46には、バルブ54,56及びマスフローコントロ
ーラ58,60が設けられている。装置本体部16は、
サセプタ36上に基板88を載置した反応室32と、配
管44,46が接続されたガス供給部42とを有し、こ
のガス供給部42を介して反応室32にガスが供給され
るようになっている。ガス供給部42は、ガスミキサと
しての第1の分散板120、緩衝板としての第2の分散
板84、及びシャワー板72を有し、これらには多数の
小孔82,84,86がそれぞれ形成されている。した
がって、配管44,46からガス供給部42から入った
2つのガスは、第1の分散板120、第2の分散板84
及びシャワー板の上部に形成された空間により混合さ
れ、かつ基板主面方向に分散されて、3段階で反応室3
2に供給されるようにしてある。 【0004】しかしながら、上記従来例においては、3
段階でガス混合、分散を意図しているに関わらず、多数
の小孔82〜86が形成された分散板120,84及び
シャワー板72により行うようにしているので、ガスは
基板主面方向と垂直方向(図においては縦方向)に流
れ、基板主面方向へは拡がらず、混合及び分散のいずれ
の観点からも十分ではなかった。 【0005】そのため、従来においても、種々の改善が
なされている。例えば特許2533685号公報におい
ては、複数の配管に対応して複数のセパレータを設けた
構成が開示されている。セパレータには、円周方向に溝
が複数形成され、この溝によりガスを基板主面方向端部
に導く。しかしながら、ガスの混合は、前述した従来例
と同様に、多数の小孔が形成された分散板の上部空間に
おいて行われるので、基板主面方向端部へのガス供給は
できても、ガスの混合という観点からは不十分であっ
た。 【0006】また、特許3030280号公報において
は、2つのガスを衝突させるように合流させてガスを混
合する構成が開示されている。しかしながら、流入ガス
を互いにぶつけ合うことのみによりガスを混合させるよ
うにしているので、十分にガスを混合させることができ
ないし、また、ガスを混合させた後は、前述した従来例
と同様に、多数の小孔が形成された分散板の上部空間に
おいて分散させるようにしているので、均一分散という
観点からも不十分であった。 【0007】さらに、特開平6−124903号公報に
おいては、複数のガスを渦巻状または蛇行するガス通路
を有する混合器で混合させる構成が開示されている。し
かしながら、このような混合器においては、渦巻状また
は蛇行するガス通路にガスの入口を直列に形成してあ
り、それぞれのガス入口からガス出口までの距離が異な
るので、ガス通路を長く形成しなければ十分なガスの混
合はなし得ず、一方、ガス通路を長くすれば複雑な構造
となるという欠点があった。 【0008】本発明は、上述した従来の欠点を解消し、
ガスの均一混合と、ガスの均一分散とを同時に行うこと
ができる基板処理装置を提供することを課題としてい
る。 【課題を解決するための手段】 【0009】上記の課題を解決するため、本発明の特徴
とするところは、基板を反応室内に配置し、少なくとも
2種のガスをガス供給部から前記反応室に導入して基板
を処理する基板処理装置において、前記ガス供給部は、
少なくとも2種のガスが導入される混合室と、前記反応
室に接続された拡散室と、前記混合室と前記拡散室とを
連通する少なくとも1つの連通部とを有し、前記連通部
は、基板主面方向に延在し、かつ前記混合室内に導入さ
れた少なくとも2種のガスが衝突する付近に形成されて
なる基板処理装置にある。したがって、少なくとも2種
のガスは、混合室内で互いに衝突し、その衝突した付近
において、基板主面方向に延在する連通部を介して拡散
室に導入されるので、ガスの混合と分散が同時に行うこ
とができる。 【0010】混合室に2つのガスを導入する導入部は、
スリット状に形成し、導入されるガスを絞って流速を高
めて混合室内で衝突させることができる。また、連通部
もスリット状に形成し、2つのガスが衝突して十分混合
された混合ガスをスリット状の連通部により抽出し、か
つ混合されたガスの流速を増大し、ガス拡散室の周辺へ
向けて分散させることができる。この連通部のスリット
幅は、混合室内外の圧力差を規定しない場合は、狭い方
が好ましく、例えば2mm以下にすることが好ましく、
さらに1mm以下にすればより好ましい。 【0011】 【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。図1乃至図7において、本発明の第1
の実施形態が示されている。図1に示すように、基板処
理装置10は、カセット部12、基板移載部14及び基
板処理本体部16とを有する。カセット部12は、カセ
ット室18を有し、このカセット室18に図示しないカ
セットが搬入、搬送されるようになっている。基板移載
部14は、移載室20と移載ロボット22とを有し、移
載室20に移載ロボット22のアーム24が配置されて
いる。この移載ロボット22は、アーム24の先端には
図示しないツィーザが設けられ、このツィーザを上下、
左右、進退自在に動かすことによって、カセット室18
のカセットから基板を取り出し、後述する基板処理本体
部16の反応室32に搬送するようになっている。な
お、カセット室12と移載室20、及び移載室20と反
応室32との間にはそれぞれゲートバルブ26,28が
設けられ、このゲートバルブ26,28を開閉制御する
ことにより真空を保ちながら基板を搬送できるようにし
てある。 【0012】基板処理本体部16は、例えば枚葉式熱C
VD装置からなり、装置本体30内に反応室32が形成
されている。この反応室32には、ヒータユニット34
が昇降自在に設けられている。このヒータユニット34
は、上部に基板が載置するためのサセプタ36が設けら
れていると共に、内部に図示しないヒータが配置されて
いる。また、装置本体30には、基板を投入するための
基板投入口38と、反応室32を減圧するための排気口
40が形成されている。さらに、装置本体30の上部に
は後述するガス供給部42が設けられている。 【0013】図2に詳しく示すように、ガス供給部42
は、ガスAが供給される第1の配管44と、ガスBが供
給される第2の配管46とが接続されている。ガスAは
例えばO2であり、ガスBは例えば原料ガスを含むN2
であり、2つの原料タンク50,52を有する原料供給
源48から供給される。配管44,46には、バルブ5
4,56及びマスフローコントローラ58,60が設けら
れており、ガス供給部48へ供給するガスの流量を制御
するようにしてある。 【0014】ガス供給部42は、前述した装置本体30
の上部に固定されたフランジ62及びこのフランジ62
に固定された蓋体64に囲まれて構成されている。この
フランジ62及び蓋体64の内側には、ミキサ板66、
スペーサ68、分散板70及びシャワー板72が上下方
向に重ねられて配置されている。そして、蓋体64及び
ミキサ板66により後述する混合室74と拡散室76が
形成され、ミキサ板66、スペーサ68及び分散板70
により第1の緩衝室78が形成され、分散板70及びシ
ャワー板72により第2の緩衝室80が形成されてい
る。また、拡散室76と第1の緩衝室78とは、ミキサ
板66に多数形成された形成された第1の小孔82によ
り、第1の緩衝室78と第2の緩衝室80とは、分散板
70に多数形成された第2の小孔84により、第2の緩
衝室80と反応室32とは、シャワー板72に多数形成
された小孔86により、それぞれ連通されている。シャ
ワー板72の下方には、上昇したサセプタ36に載置さ
れた基板88が第3の小孔86に対向し、第3の小孔8
6から混合されたガスが基板88上に吹き付けられるよ
うになっている。 【0015】図3乃至図5にも示すように、ミキサ板6
6は円板状に形成され、このミキサ板66の中心付近に
隔壁部90が形成されている。この隔壁部90により、
中心で円形に形成された混合室74と、周囲で同心円状
に形成された拡散室76とに分けられている。拡散室7
6は、混合室74より広い空間容積を持っており、この
拡散室76の下部に前述した第1の小孔82が多数形成
されている。また、この隔壁部90は、図3の左右方向
に2つの導入部92,94が形成されている。この導入
部92,94は、前述した配管44,46が接続される円
形溝96,98と、この円形溝96,98から基板主面方
向で混合室74へ向けて延在する第1のスリット10
0,102を有し、この第1のスリット100,102が
混合室74内で対向している。また、隔壁部90は、図
3の上下方向、即ち、第1のスリット100,102を
結ぶ対角線と直交する方向に2つの連通部104,10
6が形成されている。この連通部104,106は、基
板主面方向に延在し、混合室74と拡散室76とを連通
している。また、この連通部104,106は、混合室
74に開口する第2のスリット108,110と、この
第2のスリット108,110に接続されて拡散室76
に開口する幅広の案内部112,114とを有する。こ
の連通部104,106の形成位置は、導入部92,94
から混合室74に入ったガスAとガスBが互いに衝突す
る位置であり、この実施形態においては、導入部92,
94から等距離位置になっている。 【0016】次に上記第1の実施形態の作用について説
明する。カセット室18にカセットが投入されると、ゲ
ートバルブ26が開き、移載ロボット22によりカセッ
トから基板を取り出し、ゲートバルブ26を閉じる。移
載ロボット22により基板が取り出されると、ゲートバ
ルブ28が開き、移載ロボット22により基板投入口3
8から反応室32内に基板が投入され、ヒータユニット
36が上昇し、サセプタ36上に基板を載置する。次に
移載ロボット22のツィーザが後退し、ゲートバルブ2
8が閉じられる。次に排気口40から図示しない排気ラ
インを介して反応室32の排気を実施して反応室40を
減圧状態にする。次にヒータユニット36のヒータに通
電して基板88を所定温度まで加熱する。続いてバルブ
54,56を開き、マスフローコントローラ58,60に
より流量を調節して原料供給源48の原料タンク50,
52から配管44,46を介してガスAとガスBを供給
する。 【0017】ガスAとガスBとは、まずガス供給部42
の導入部92,94に基板主面と垂直方向から導入され
る。この導入部92, 94においては、ガスAとガス
Bとは、円形溝96,98によりそれぞれ基板主面方向
に方向変換され、次に第1のスリット100,102に
よって絞られ、混合室74に導入される。この混合室7
4においては、ガスAとガスBとは、拡散しながら互い
に衝突し、衝突した部分で混合される。このように混合
されたガスは、衝突した部分に集中し、次に連通部10
4,106の第2のスリット108,110により再び絞
られて拡散室76に導かれる。 【0018】図6において、ガスAとガスBとのモル比
を数値シュミレーションした結果が示されている。ガス
AとガスBとの流量はともに750sccmであり、第
2のスリットの出口付近の圧力は1000Paとした。
ガスAとガスBとは、領域A又は領域Kでは10:0又
は0:10であったものが、混合室74で互いに衝突す
ることにより混合され、混合割合が高い領域が第2のス
リット108に向けて形成される。第2のスリット10
8においては、両者は5:5となり、ほぼ完全に混合さ
れたガスが拡散室に供給されることになる。第2のスリ
ット108は、2mm以下であれば、両者のモル比をほ
ぼ5:5にすることができる。 【0019】連通部104,106から出た混合ガス
は、拡散室76の周辺方向に向けて勢い付けられると共
に、拡散室76において分散する。この分散された混合
ガスは、第1の小孔82を介して第1の緩衝室78に至
り、この第1の緩衝室78おいてさらに分散混合され、
次に第2の小孔84を介して第2の緩衝室80に至り、
この第2の緩衝室80においてさらに混合され、次に第
3の小孔86を介して反応室32に至り、基板88に向
けて均等に吹き付けられる。この混合ガスを吹き付けら
れた基板の表面に膜が形成されるものである。 【0020】その後、ヒータユニット36のへの通電を
停止し、排気口40から反応室32の排気をし、ヒータ
ユニット36を下方に移動させ、ゲートバルブ28を開
き、移載ロボット22により基板を取り出し、必要に応
じて冷却し、ゲートバルブ26を開き、カセット室18
のカセットに基板を移載することにより処理を終了す
る。 【0021】なお、上記第1の実施形態においては、拡
散室76と反応室32とは、第1の緩衝室78と第2の
緩衝室80を介して接続しているが、この第1の緩衝室
78及び第2の緩衝室80のいずれか一方又は双方を省
略し、構成を簡略化することができる。 【0022】図7において、本発明の第2の実施形態が
示されている。この第2の実施形態は、前述した第1の
実施形態と比較すると、隔壁部90の構成を異にしてい
る。即ち、第1の実施形態においては、隔壁部90をほ
ぼ円形とし、連通部104,106には案内部112,1
14を延在させていたが、この第2の実施形態において
は、幅広部を含む部分を削除し、混合室74と導入部9
2,94に沿って曲面部116,118を形成し、連通部
104,106は第2のスリット108,110のみで形
成したものである。したがって、隔壁部90の占める面
積を小さくした分、拡散室76の空間容積を増大し、混
合と分散をより進めることができると共に、第1の小孔
82の数を増やすことができるものである。なお、第1
の実施形態と同一部分については、図面に同一番号を付
してその説明を省略する。 【0023】図8において、本発明の第3の実施形態が
示されている。この第3の実施形態は、前述した第1及
び第2の実施形態と比較すると、導入部を省略し、混合
室74にガスAとガスBとを直接導入するようにした点
が異なる。即ち、この第3の実施形態においては、配管
44,46は、混合室74に直接接続され、ガスAとガ
スBとは、混合室74においてその方向を基板主面方向
に変えて衝突するようになっている。そして、この衝突
した位置に連通部104,106が形成されている。こ
の連通部104,106は、第2の実施形態と同様に、
第2のスリット108,110のみから構成されてい
る。したがって、ガス供給部42の構成を簡略化するこ
とができ、安価に製造できると共に、定期的清掃等のメ
ンテナンスを行う場合に有利となる。なお、第1及び第
2の実施形態と同一部分については、図面に同一番号を
付してその説明を省略する。 【0024】図9乃至図11において、第2のスリット
108,110の幅をそれぞれ1mm、2mm、4mm
とした場合のガスAとガスBとのモル比を数値シュミレ
ーションした結果が示されている。この結果によれば、
スリット幅が狭い程、ガスAとガスBとの混合が促進さ
れることが分かり、スリット幅が2mm以下であればほ
ぼ完全に混合させることができる。ただし、スリット幅
が狭くなると、混合室と拡散室との圧力差とが大きくな
るため、この圧力差との関係を含めてスリット幅を決め
ることができる。なお、この数値シュミレーションの条
件は、第1の実施形態と同様に、ガスAとガスBとの流
量はともに750sccmであり、第2のスリットの出
口付近の圧力は1000Paとした。 【0025】なお、上記3つの実施形態においては、2
つの連通部を設けているが、連通部は少なくとも1つあ
れば足り、3つ以上設けることもできる。また、導入さ
れるガスは2種に限ることなく、3種以上であってもよ
い。 【0026】以上のように、本発明は、特許請求の範囲
に記載した事項を特徴とするが、さらに次のような実施
形態が含まれる。 (1)基板を反応室内に配置し、少なくとも2種のガス
をガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する
基板処理装置において、前記ガス供給部は、少なくとも
2種のガスが導入される混合室と、前記反応室に接続さ
れた拡散室と、前記混合室と前記拡散室とを連通する少
なくとも1つの連通部とを有し、前記連通部は、基板主
面方向にスリット状に形成されて延在し、前記混合室内
に導入された少なくとも2種のガスが衝突する付近に形
成されてなる基板処理装置 (2)基板を反応室内に配置し、少なくとも2種のガス
をガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する
基板処理装置において、前記ガス供給部は、少なくとも
2種のガスが導入される混合室と、前記反応室に接続さ
れた拡散室と、前記混合室と前記拡散室とを連通する少
なくとも1つの連通部とを有し、前記連通部は、基板主
面方向に延在し、かつ2つのガスが混合室に導入される
部分からほぼ等距離位置に形成されてなることを特徴と
する基板処理装置。 (3)基板を反応室内に配置し、少なくとも2種のガス
をガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する
基板処理装置において、前記ガス供給部は、少なくとも
2種のガスを導入する導入部と、この導入部に接続され
た混合室と、前記反応室に接続された拡散室と、前記混
合室と前記拡散室とを連通する少なくとも1つの連通部
とを有し、前記連通部は、基板主面方向に延在し、かつ
前記導入部からほぼ等距離位置に形成されてなることを
特徴とする基板処理装置。 (4)前記導入部は、それぞれスリットを有し、該スリ
ットにより2つのガスを絞って衝突させるようにしたこ
とを特徴とする(3)記載の基板処理装置。 【0027】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、混
合室で衝突したガスを基板主面方向に延在する連通部を
介して拡散室に導くようにしたので、ガスの混合と分散
とを同時に行うことができるものである。
示す断面図である。 【図2】本発明の第1の実施形態に係る基板処理装置に
用いた装置本体部を示す断面図である。 【図3】本発明の第1の実施形態に係る基板処理装置に
用いたミキサ板を示す平面図である。 【図4】本発明の第1の実施形態に係る基板処理装置に
用いたミキサ板を示し、図3のA−A線断面図である。 【図5】本発明の第1の実施形態に係る基板処理装置に
用いたミキサ板を示し、図3のB−B線断面図である。 【図6】本発明の第1の実施形態に係る基板処理装置の
ガス供給部におけるガスの混合状態を数値シュミレーシ
ョンした結果を示すシュミレーション図である。 【図7】本発明の第2の実施形態に係る基板処理装置に
用いたガス供給部を示す半分透視斜視図である。 【図8】本発明の第3の実施形態に係る基板処理装置に
用いたガス供給部を示す半分透視斜視図である。 【図9】本発明の第3の実施形態に係る基板処理装置の
ガス供給部におけるガスの混合状態を数値シュミレーシ
ョンした結果を示し、連通部のスリット幅を1mmとし
たときのシュミレーション図である。 【図10】本発明の第3の実施形態に係る基板処理装置
のガス供給部におけるガスの混合状態を数値シュミレー
ションした結果を示し、連通部のスリット幅を2mmと
したときのシュミレーション図である。 【図11】本発明の第3の実施形態に係る基板処理装置
のガス供給部におけるガスの混合状態を数値シュミレー
ションした結果を示し、連通部のスリット幅を4mmと
したときのシュミレーション図である。 【図12】従来の基板処理装置における装置本体部を示
す断面図である。 10 基板処理装置 12 カセット部 14 基板移載部 16 装置本体部 18 カセット室 22 移載ロボット 32 反応室 34 ヒータユニット 36 サセプタ 42 ガス供給部 44,46 配管 48 原料供給源 50,52 原料タンク 66 ミキサ板 70 分散板 72 シャワー板 74 混合室 76 拡散室 82,84,86 小孔 88 基板 90 隔壁部 92,94 導入部 100,102 第1のスリット 104,106 連通部 108,110 第2のスリット
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 基板を反応室内に配置し、少なくとも2
種のガスをガス供給部から前記反応室に導入して基板を
処理する基板処理装置において、 前記ガス供給部は、少なくとも2種のガスが導入される
混合室と、 前記反応室に接続された拡散室と、 前記混合室と前記拡散室とを連通する少なくとも1つの
連通部とを有し、 前記連通部は、基板主面方向に延在し、かつ前記混合室
内に導入された少なくとも2種のガスが衝突する付近に
形成されてなることを特徴とする基板処理装置。
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JP2002052856A JP4255237B2 (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 基板処理装置及び基板処理方法 |
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2002
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