JP2005203627A - 処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 シャワーヘッド構造のガス噴射面の温度制御性を向上させてこれを効率的に冷却することが可能な処理装置を提供する。
【解決手段】 処理容器２４内へ処理ガスを導入するシャワーヘッド構造２６とを有する処理装置において、シャワーヘッド構造は、処理容器に展開可能に取り付けられてヘッド取付開口が形成されると共に周辺部に冷却機構取付孔が形成されたヘッド取付枠体７６と、ガス噴射口を有して容器状に形成されると共に側壁の上端面が冷却機構取付孔を介して大気側へ露出するようにヘッド取付枠体に、ヘッド取付枠体の下面側方向へ挿脱可能に取り付け固定されるシャワーヘッド本体７８と、シャワーヘッド本体をヘッド取付枠体側へ固定する締付ボルト８０と、ガス拡散室を形成する拡散室区画板８２Ａ〜８２Ｃとガス拡散室内へ処理ガスを導入するガス導入口８３Ａ、８３Ｂと、シャワーヘッド本体の側壁の大気側へ露出する上端面に取り付けられる冷却機構８４とよりなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等に対して薄膜を堆積させる熱処理等を施すための処理装置に関する。
一般に、半導体集積回路を製造するには、半導体ウエハ等の被処理体に、成膜処理、エッチング処理、熱処理、改質処理、結晶化処理等の各種の枚葉処理を繰り返し行なって、所望する集積回路を形成するようになっている。上記したような各種の処理を行なう場合には、その処理の種類に対応して必要な処理ガスを処理容器内へ導入する。ここで処理装置として成膜装置を例にとって説明すると、真空引き可能になされた処理容器の天井部に、シャワーヘッド構造を設け、このシャワーヘッド構造のガス噴射口から処理容器内に向けて原料ガスや他の支援ガス、例えば酸化ガスや還元ガス等を供給し、そして、加熱された半導体ウエハ等の表面に、例えばＣＶＤ等によって薄膜を堆積させるようになっている（特許文献１）。
この場合、蒸気圧が比較的低くて活性化エネルギーが高いような原料ガスを用いる場合には、原料ガスの搬送途中で支援ガス（例えば酸化ガス）を混合すると成膜反応が生じてしまうので、これを防止するために原料ガスがシャワーヘッド構造より処理容器内へ噴射された時に初めて支援ガスと接触するような噴射方式を採用している。このような噴射方式を、いわゆるポストミックス方式とも称す。
図７は上記したような従来の成膜装置の一例を示す概略構成図である。図示するように、この成膜装置２は筒体状に成形された処理容器４を有しており、この処理容器４内は真空引き可能になされている。この処理容器４内には、被処理体として例えば半導体ウエハＷを載置する載置台６が起立させて設けられており、この載置台６内には加熱手段８が埋め込まれている。またこの処理容器４の天井部には、この内部に処理ガスとして例えば成膜ガスを導入するためのシャワーヘッド構造１０が設けられている。このシャワーヘッド構造１０は、複数枚のヘッド板１０Ａ〜１０Ｄを積層して、例えばボルト１２により締め付け固定されている。尚、図中では一部のボルトのみ示す。
上記各ヘッド板１０Ａ〜１０Ｄの表面には、必要に応じて複数の凹部やこれらの凹部を連絡するガス流路が予め形成されており、上記ヘッド板１０Ａ〜１０Ｄを組み付けた時に、分離区画された複数のガス拡散室１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを形成する。そして、最下部のヘッド板１０Ａはガス噴射板として構成され、このヘッド板１０Ａには、多数のガス噴射口１６が形成されている。図示例では、上記２つのガス拡散室１４Ａ、１４Ｃが連通される。
そして、これらのガス噴射孔１６は２つの群のガス噴射孔１６Ａ、１６Ｂに分かれており、一方の群のガス噴射孔１６Ｂはガス拡散室１４Ｂに連通されてこれより例えば原料ガスを噴射するようになっており、他方の群のガス噴射孔１６Ａはガス拡散室１４Ａに連通されてこれより例えばＯ２ 等の酸化ガスを噴射するようになっている。また、このシャワーヘッド構造１０の上面側の周辺部には、冷却ジャケット等の冷却機構１８が取り付けられており、これにより冷熱の熱伝導によって最下部のヘッド板１０Ａを所定の温度に冷却して、熱分解し易い原料ガスがガス噴射面の近傍で分解してこのガス噴射面にパーティクル等が付着することを防止するようになっている。
このシャワーヘッド構造１０により、原料ガスと酸化ガスとはこのシャワーヘッド構造１０内で混合されることなく分離された状態で流れ、それぞれのガス噴射孔１０Ａ、１０Ｂから別々に処理空間Ｓに噴射されてこの処理空間Ｓで初めて混合され、ウエハＷ上に薄膜を形成することになる。
特開平１０−３２１６１３号公報
ところで、上述したようなポストミックス方式で原料ガスや酸化ガスを処理容器内へ供給する場合、シャワーヘッド構造内では各ガスは区画されて混合することのないように別々の流路を介して流れるので、シャワーヘッド構造内にパーティクル等の原因となる不要な膜が堆積することは防止され、主としてウエハ表面のみに必要な薄膜を堆積させることができる。
しかしながら、ガス噴射孔１６Ｂより噴射された原料ガスが直ちに分解されてガス噴射面に不要な膜が付着しないように、冷却機構１８が設けられているが、このシャワーヘッド構造１０は平らな複数枚のヘッド板１０Ａ〜１０Ｃを積層してボルト１２で締め付け固定した構造であり、しかも処理容器４内は比較的低圧状態に維持されていることから、上記ヘッド板１０Ａ〜１０Ｃ間の熱伝導性はそれ程高くはなく、従って、ガス噴射面の温度制御性は良好ではないので、これを十分には冷却できずに不要な膜が付着する、といった問題があった。
また、ウエハに対して繰り返し成膜処理を行う過程で、処理空間と接するガス噴射面に原料ガスを噴射するガス噴射口を中心として不要な薄膜が直径数ｍｍ〜数ｃｍの大きさで堆積する場合があった。このようなガス噴射面に付着した不要な薄膜は放置しておくと剥がれ落ちてパーティクルの原因となるので、定期的に、或いは必要に応じて上記不要な薄膜を除去するクリーニング処理を高い頻度で行わなければならなかった。この場合、シャワーヘッド構造を成膜装置本体から分解して取り外さなければならないが、図示例の装置例にあっては、ボルト１２により複数枚のヘッド板１０Ａ〜１０Ｃを一体的に結合した構造なので、クリーニング洗浄のために最下段のヘッド板１０Ａを取り外すと、シャワーヘッド構造１０の略全体が分解されることになるので、メンテナンス作業が非常に複雑化し、且つメンテナンス作業時間も長くなる、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、シャワーヘッド構造のガス噴射面の温度制御性を向上させてこれを効率的に冷却することが可能な処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、シャワーヘッド構造のガス噴射面だけを分解できるようにすることにより、このクリーニング処理等のメンテナンス作業を迅速に短時間で、且つ簡単に行うことができるようにした処理装置を提供することにある。
請求項１に係る発明は、天井部が開口されて排気可能になされた筒体状の処理容器と、処理されるべき被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記処理容器の天井側に設けられて前記処理容器内へ処理ガスを導入するシャワーヘッド構造とを有する処理装置において、前記シャワーヘッド構造は、前記処理容器の天井部に展開可能に取り付けられた中央部にヘッド取付開口が形成されると共に周辺部に冷却機構取付孔が形成されてヘッド取付枠体と、底板に複数のガス噴射口を有してその周辺部の側壁が上方へ起立されて容器状に形成されると共に前記側壁の上端面が前記冷却機構取付孔を介して大気側へ露出するように前記ヘッド取付枠体に、前記ヘッド取付枠体の下面側方向へ挿脱可能に取り付け固定されるシャワーヘッド本体と、前記シャワーヘッド本体を前記底板側から螺合して前記ヘッド取付枠体側へ固定する締付ボルトと、前記シャワーヘッド本体内に収容されて前記ヘッド取付枠体側に固定されると共に前記ガス噴射口に連通されたガス拡散室を形成するための拡散室区画板と、前記拡散室区画板に設けられて前記ガス拡散室内へ前記処理ガスを導入するためのガス導入口と、前記シャワーヘッド本体の側壁の大気側へ露出する上端面に取り付けられる冷却機構とよりなることを特徴とする処理装置である。
このように、シャワーヘッド構造のガス噴射口を有するシャワーヘッド本体の一部を大気側へ露出させるようにして、この露出面に冷却機構を取り付けるようにしたので、冷却時の熱伝導性が向上して温度制御性が改善されてガス噴射面を効率的に冷却でき、この結果、このガス噴射面の部分にパーティクルの原因となる不要な膜（堆積膜）が付着することを防止することができる。
またガス噴射口の有するシャワーヘッド本体だけを取り外して分解可能としたので、クリーニング処理等のメンテナンス作業を迅速に短時間で且つ、簡単に行うことができる。
請求項２に係る発明は、天井部が開口されて排気可能になされた筒体状の処理容器と、処理されるべき被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記処理容器の天井側に設けられて前記処理容器内へ処理ガスを導入するシャワーヘッド構造とを有する処理装置において、前記シャワーヘッド構造は、前記処理容器の天井部に取り付けられて中央部にヘッド取付開口が形成されたヘッド取付枠体と、底板に複数のガス噴射口を有してその周辺部の側壁が上方へ起立されて容器状に形成されると共に前記側壁の上端面が大気側へ露出するようにして前記ヘッド取付枠体に取り付け固定されるシャワーヘッド本体と、前記シャワーヘッド本体内に収容されて固定されると共に前記ガス噴射孔に連通されたガス拡散室を形成するための拡散室区画板と、前記拡散室区画板に設けられて前記ガス拡散室内へ前記処理ガスを導入するためのガス導入口と、前記シャワーヘッド本体の側壁の大気側へ露出する上端面に取り付けられる冷却機構とよりなることを特徴とする処理装置である。
このように、シャワーヘッド構造のガス噴射口を有するシャワーヘッド本体の一部を大気側へ露出させるようにして、この露出面に冷却機構を取り付けるようにしたので、冷却時の熱伝導性が向上して温度制御性が改善されてガス噴射面を効率的に冷却でき、この結果、このガス噴射面の部分にパーティクルの原因となる不要な膜（堆積膜）が付着することを防止することができる。
この場合、例えば請求項３に規定するように、前記冷却機構取付孔は、前記ヘッド取付枠体の周方向に沿って所定の間隔で複数個形成されている。
また例えば請求項４に規定するように、前記拡散室区画板は、積層するようにして複数枚設けられると共に前記ガス拡散室は互いに分離区画されて複数個設けられる。
また例えば請求項５に規定するように、前記冷却機構は、ペルチェ素子と冷却媒体を流す冷却ジャケットとよりなる。
また例えば請求項６に規定するように、前記ヘッド取付枠体は、前記処理容器との間で取り付けられたヒンジ部により展開可能になされている。
本発明に係る処理装置によれば次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１、３〜６に係る発明によれば、シャワーヘッド構造のガス噴射口を有するシャワーヘッド本体の一部を大気側へ露出させるようにして、この露出面に冷却機構を取り付けるようにしたので、冷却時の熱伝導性が向上して温度制御性が改善されてガス噴射面を効率的に冷却でき、この結果、このガス噴射面の部分にパーティクルの原因となる不要な膜（堆積膜）が付着することを防止することができる。
またガス噴射口の有するシャワーヘッド本体だけを取り外して分解可能としたので、クリーニング処理等のメンテナンス作業を迅速に短時間で且つ、簡単に行うことができる。
請求項２に係る発明によれば、シャワーヘッド構造のガス噴射口を有するシャワーヘッド本体の一部を大気側へ露出させるようにして、この露出面に冷却機構を取り付けるようにしたので、冷却時の熱伝導性が向上して温度制御性が改善されてガス噴射面を効率的に冷却でき、この結果、このガス噴射面の部分にパーティクルの原因となる不要な膜（堆積膜）が付着することを防止することができる。
以下に本発明に係る処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は本発明に係る処理装置の第１実施例を示す断面構成図、図２はシャワーヘッド構造の拡大断面図、図３は処理装置の平面図、図４はシャワーヘッド構造の分解組み立て工程の一部を示す図である。ここでは処理装置として成膜装置を例にとって説明する。
図示するようにこの成膜装置２２は、例えば断面の内部が略円形状になされて天井部が開口されたアルミニウム製の処理容器２４を有している。この処理容器２４内の天井部には必要な処理ガス、例えば成膜用の原料ガスやそれ以外の酸化ガス等を導入するために本発明の特徴とするシャワーヘッド構造２６が設けられており、この下面のガス噴射面２８に設けた多数のガス噴射口３０から処理空間Ｓに向けて処理ガスを吹き出すようにして噴射するようになっている。このシャワーヘッド構造２６の詳細については後述する。
また、処理容器２４の側壁には、この処理容器２４内に対して被処理体としての半導体ウエハＷを搬入搬出するための搬出入口３２が設けられると共に、この搬出入口３２には気密に開閉可能になされたゲートバルブ３４が設けられている。
そして、この処理容器２４の底部３６に排気落とし込め空間３８が形成されている。具体的には、この容器底部３６の中央部には大きな開口４０が形成されており、この開口４０に、その下方へ延びる有底円筒体状の円筒区画壁４２を連結してその内部に上記排気落とし込め空間３８を形成している。そして、この排気落とし込め空間３８を区画する円筒区画壁４２の底部４４には、これより起立させて例えば石英ガラス等よりなる円筒体状の支柱４６が設けられており、この上端部に載置台４８が溶接により固定されている。尚、上記支柱４６や載置台４８をＡｌＮ等のセラミックにより形成してもよい。
そして、上記排気落とし込め空間３８の入口側の開口４０は、載置台４８の直径よりも小さく設定されており、上記載置台４８の周縁部の外側を流下する処理ガスが載置台４８の下方に回り込んで開口４０へ流入するようになっている。そして、上記円筒区画壁４２の下部側壁には、この排気落とし込め空間３８に臨ませて排気口５０が形成されており、この排気口５０には、真空排気系５２が接続される。具体的には、この真空排気系５２は、図示しない真空ポンプが介設された排気管５４よりなり、この排気管５４を上記排気口５０に接続して処理容器２４内及び排気落とし込め空間３８の雰囲気を真空引きして排気できるようになっている。
そして、この排気管５４の途中には、開度コントロールが可能になされた図示しない圧力調整弁が介設されており、この弁開度を自動的に調整することにより、上記処理容器２４内の圧力を一定値に維持したり、或いは所望する圧力へ迅速に変化させ得るようになっている。
また、上記載置台４８には、例えばカーボンワイヤ等の抵抗加熱ヒータよりなる加熱手段５６が埋め込まれており、この載置台４８の上面に被処理体としての半導体ウエハＷを載置し、これを加熱し得るようになっている。上記加熱手段５６は上記支柱４６内に配設された給電線５８に接続されて、電力を制御しつつ供給できるようになっている。
上記載置台４８には、この上下方向に貫通して複数、例えば３本のピン挿通孔６０が形成されており（図１においては２つのみ示す）、上記各ピン挿通孔６０に上下移動可能に遊嵌状態で挿通させた押し上げピン６２を配置している。この押し上げピン６２の下端には、円形リング形状に形成された例えばアルミナのようなセラミックス製の押し上げリング６４が配置されており、この押し上げリング６４に、上記各押し上げピン６２の下端を固定されない状態にて支持させている。この押し上げリング６４から延びるアーム部６６は、容器底部３６を貫通して設けられる出没ロッド６８に連結されており、この出没ロッド６８はアクチュエータ７０により昇降可能になされている。これにより、上記各押し上げピン６２をウエハＷの受け渡し時に各ピン挿通孔６０の上端から上方へ出没させるようになっている。また、アクチュエータ７０の出没ロッド６８の容器底部の貫通部には、伸縮可能なベローズ７２が介設されており、上記出没ロッド６８が処理容器２４内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。
次に本発明の特徴とするシャワーヘッド構造２６について説明する。
図２乃至図４にも示すように上記シャワーヘッド構造２６は、上記処理容器２４の天井部の周辺部に取り付けられて中央部に大きなヘッド取付開口７４（図４参照）が形成されたヘッド取付枠体７６と、その底板７８Ａに複数のガス噴射口３０を有してその周辺部の側壁７８Ｂが上方へ起立されて容器状に形成されたシャワーヘッド本体７８と、このシャワーヘッド本体７８を上記底板７８Ａ側から螺合して上記ヘッド取付枠体７６側へ固定する締付ボルト８０と、上記容器状のシャワーヘッド本体７８内に収容されてガス拡散室を形成するための複数、図示例では３枚の拡散室区画板８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃと、上記拡散室区画板、例えば最上段の拡散室区画板８２Ｃに形成されて処理ガスを導入するための複数、例えば２つのガス導入口８３Ａ、８３Ｂと、上記シャワーヘッド本体７８を冷却するための冷却機構８４とにより主に構成されている。
具体的には、上記シャワーヘッド構造２６の全体は、例えばニッケルやハステロイ（登録商標）等のニッケル合金、アルミニウム、或いはアルミニウム合金により形成されている。上記ヘッド取付枠体７６の平面の全体は図３に示すように略矩形状に成形されて、その中央部に大口径の円形状のヘッド取付開口７４（図４参照）が形成される。このヘッド取付枠体７６は、上記処理容器２４の天井部の周辺部にＯリング等のシール部材８６を介してボルト８８により気密に取り付け固定されている。このボルト８８は、図２においては１本しか記載していないが、実際には、ヘッド取付枠体７６の周方向に沿って等間隔で複数本設けられている。またこのヘッド取付枠体７６の一側には、図示しないアクチュエータによって駆動されるヒンジ部９０が上記処理容器２４の側壁との間でボルト９１によって取り付け固定されており、このヘッド取付枠体７６を固定する上記ボルト８８を取り外した状態でこのヘッド取付枠体７６を例えば１８０度展開（開閉）可能としている。
また、このヘッド取付枠体７６の上端部には、その中心方向へ所定の長さだけ延びるリング状の取付フランジ部９２が形成されており、この取付フランジ部９２の内側が上記ヘッド取付開口７４となっている。そして、このヘッド取付枠体７６の周辺部となる上記取付フランジ部９２には図３にも示すように、その周方向に沿って所定の間隔で配置された複数、図示例では４つの円弧状の冷却機構取付孔９４が形成されている。
また円形容器状に形成された上記シャワーヘッド本体７８は、底板７８Ａと側壁７８Ｂとが一体成形されており、前述したようにその底板７８Ａに多数のガス噴射口３０が形成されている。このガス噴射口３０は、２つのグループに分けられており、後述するように一方のグループのガス噴射口３０Ａは原料ガスを噴射するようになっており、他方のグループのガス噴射口３０ＢはＯ２ 等の酸化ガスを噴射するようになっている。
このシャワーヘッド本体７８のリング状の側壁７８Ｂの上部には、前記ヘッド取付枠体７６の冷却機構取付孔９４に対応させて、この冷却機構取付孔９４に嵌合し得るようになされた突状の嵌合凸部９６がその周方向に沿って４つ円弧状に形成されている（図４参照）。従って、この嵌合凸部９６が上記冷却機構取付孔９４に着脱自在に嵌合されてシャワーヘッド本体７８の一部であるこの嵌合凸部９６の上面を大気側に露出させるようになっている。また、この側壁７８の外周側の高さ方向の中央部には、その周方向に沿ってシール用フランジ９８がリング状に形成されており、組み立て時にこのシール用フランジ９８と上記ヘッド取付枠体７６の下面との間にＯリング等のシール部材１００（図２参照）を介設することによってこの部分を気密にシールしている。
このようなシャワーヘッド本体７８は、ガス噴射面２８の周辺部より上方に向けて挿入されて２枚の拡散室区画板８２Ａ、８２Ｂを突き抜けて上記取付フランジ部９２に螺合される締付ボルト８０（図２参照）により接合固定される。この際、図２に示すように底板７８Ａの内側周辺部と最下段の拡散室区画板８２Ａの下面の周辺部との間には、Ｏリング等のシール部材１０４が介設されて、この部分を気密にシールしている。図２及び図４においては、締付ボルト８０は１本しか記載していないが、実際には、シャワーヘッド本体７８の周方向に沿って複数本設けられている。
また上記３枚の拡散室区画板８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃの内、下段側の２つの拡散室区画板８２Ａ、８２Ｂの直径は、共に上記シャワーヘッド本体７８の内側に略接して収容できるような大きさに設定され、最上段の拡散室区画板８２Ｃの直径は、それよりもかなり小さく設定されている。上記下段側の２つの拡散室区画板８２Ａ、８２Ｂは、最下段の拡散室区画板８２Ａの下面周辺部よりその上方に向けて挿入して中段の拡散室区画板８２Ｂを貫通し、その先端が取付フランジ部９２に螺合されたボルト１０６（図２参照）により締め付け固定されている。また中段の拡散室区画板８２Ｂは、上記取付フランジ部９２より挿通してその先端をこの中段の拡散室区画板８２Ｂに螺合したボルト１０８により締め付け固定されている。更に、上記最上段の拡散室区画板８２Ｃは、ボルト１１０によって中段の拡散室区画板８２Ｂに取り付け固定している。尚、上記ボルト１０６、１０８及びボルト１１０は、図２中においては、１本、或いは２本しか記載していないが、実際には、その周方向に沿って複数本設けられているのは勿論である。
また上記最下段と中段の拡散室区画板８２Ａ、８２Ｂの接合面の周辺部及び中段と最上段の拡散室区画板８２Ｂ、８２Ｃの接合面の周辺部には、それぞれＯリング等のシール部材１１２、１１４が介設されており、この部分を気密にシールしている。また中段と最上段の拡散室区画板８２Ｂ、８２Ｃの接合面の中心部側にも、Ｏリング等のシール部材１１６が介設されており、後述するガス流路とガス拡散室との間をシールしている。
また最下段の拡散室区画板８２Ａの下面側には、例えば同心円状になされた複数の凹部状の溝部１１８が形成されており、これにシャワーヘッド本体７８を組み付けた時に上記溝部１１８により酸化ガス用のガス拡散室１２０を形成し得るようになっている。このガス拡散室１２０に上記酸化ガス用のガス噴射口３０Ｂが連通される。
また最下段の拡散室区画板８２Ａの上面側には、幅広の凹部状の溝部１２２が形成されており、これを中段の拡散室区画板８２Ｂに組み付けた時に上記溝部１２２により原料ガス用のガス拡散室１２４を形成し得るようになっている。このガス拡散室１２４に上記原料ガス用のガス噴射口３０Ａが連通される。
また最上段の拡散室区画板８２Ｃの下面にも幅広の凹部状の溝部１２６が形成されており、これを中段の拡散室区画板８２Ｂに組み付けた時に上記溝部１２６により酸化ガス用のガス拡散室１２８を形成し得るようになっている。そして、上記最上段、中段及び最下段の拡散室区画板８２Ｃ、８２Ｂ、８２Ａには、原料ガス用の導入口８３Ａから原料ガス用のガス拡散室１２４へ通じるガス流路１３０が例えば穿工加工によって形成されると共に、酸化ガス用の導入口８３Ｂから酸化ガス用のガス拡散室１２８及び１２０へ通じるガス流路１３２が形成される。尚、図２中における各ガス流路１３０、１３２や各ガス拡散室１２０、１２４、１２８は本発明の理解を容易にするために簡略化して記載したものであり、実際にはもっと複雑化な構成となっている。
また、上記中段及び最上段の拡散室区画板８２Ｂ、８２Ｃの内の上面の大気に晒される面には、このシャワーヘッド構造２６内に導入された原料ガスの再液化を防止するために加熱する再液化防止ヒータ１３４が略全面に亘って設けられている。
そして、上記シャワーヘッド本体７８の側壁７８Ｂの上端面の内、上記冷却機構取付孔９４を介して大気側に晒されている部分に前記冷却機構８４が設けられる。具体的には、この冷却機構８４は、上記大気に晒された露出面に直接的に取り付けられるペルチェ素子１３８と、このペルチェ素子１３８で発生した熱を排出するためにシャワーヘッド本体７８の周方向に沿って配設された冷却ジャケット１４０とよりなり、この冷却ジャケット１４０に冷媒として例えば冷却水を流すことによって、上記シャワーヘッド本体７８を冷却し得るようになっている。尚、図２はペルチェ素子１３８を設けた状態を示し、冷却ジャケット１４０の記載は省略している。
次に、以上のように構成された成膜装置の動作について説明する。
ここでは処理ガスとして原料ガスと酸化ガスを用いている。そして、原料ガスとしてはＨｆ（ハフニウム）を含む有機金属材料ガスを用い、酸化ガスとしてはＯ２ ガスを用いてＨｆ酸化物（ＨｆＯ２ ）の薄膜を堆積させる場合について説明する。
まず、未処理の半導体ウエハＷは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブ３４、搬出入口３２を介して処理容器２４内へ搬入され、このウエハＷは、上昇された押し上げピン６２に受け渡された後に、この押し上げピン６２を降下させることにより、ウエハＷを載置台４８の上面に載置してこれを支持する。
次に、シャワーヘッド構造２６へ原料ガスであるＨｆ有機金属含有ガスと酸化ガスであるＯ２ ガスとを流量制御しつつ供給して、このガスをそれぞれガス噴射口３０Ａ、３０Ｂよりそれぞれ吹き出して噴射し、処理空間Ｓへ導入する。尚、このＨｆ有機金属含有ガスは、常温では液体、或いは固体の有機金属材料を溶剤、例えばオクタンに溶かし、これを気化器にて気化させる事によって作られる。そして、排気管５４に設けた真空ポンプ（図示せず）の駆動を継続することにより、処理容器２４内や排気落とし込め空間３８内の雰囲気を真空引きし、そして、圧力調整弁の弁開度を調整して処理空間Ｓの雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。この時、ウエハＷの温度は、載置台４８内に設けた加熱手段５６により加熱されて所定のプロセス温度に維持されている。これにより、半導体ウエハＷの表面にＨｆＯ２ の薄膜が形成されることになる。
この時、上記Ｈｆ有機金属含有ガスは、活性が非常に高くて分解し易く、処理空間Ｓ内に導入されると比較的短時間で分解し、また、このＨｆ有機金属材料自体に酸素原子が含まれていることから、主にこの含有酸素原子とＨｆ原子とが化合して上記したようにウエハ表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＨｆＯ２ 膜が堆積することになる。また、上記酸化ガスであるＯ２ ガスは、上記反応を側面よりサポートすることになる。
この際、ガス噴射口３０Ａを処理空間Ｓに向けて流れる原料ガスが過度に高温状態になると、この原料ガスが直ちに分解されてガス噴射口３０Ａ内に堆積物が析出してこれを閉塞したり、ガス噴射面２８に多量の堆積物が付着するので、この現象が発生することを防止するために、冷却機構８４を設けてこのガス噴射面２８の部分を冷却するようになっている。この場合、図７に示す従来装置にあっては、積層結合された複数枚のヘッド板を介して冷熱を伝達するようにしていたので、熱伝導効率が劣って効率的な冷却ができなかったが、本発明の場合には、シャワーヘッド本体７８の側壁７８Ｂの一部を大気側に晒し、この部分に冷却機構８４を直接的に取り付けているので、熱伝導効率が向上して上記シャワーヘッド本体７８の底面７８Ａ、すなわちガス噴射面２８を、原料ガスが再液化しない範囲の温度で効率的に冷却することができる。換言すれば、シャワーヘッド本体７８の底板７８Ａと側壁７８Ｂとが一体的に成形されているので、熱伝導効率が非常に高くなって冷熱により、ガス噴射面２８を非常に効率的に冷却することができる。従って、ガス噴射口３０Ａ内が分解した堆積物で閉塞されたり、ガス噴射面２８に分解した堆積物（不要な膜）が付着することを、大幅に抑制することができる。
また、半導体ウエハＷを複数枚処理する内に、ガス噴射面２８にはパーティクル等の原因となる不要な膜（堆積物）が次第に付着することは避けられないので、このガス噴射面２８を必要に応じて定期的、或いは不定期的にクリーニング処理する必要がある。この場合、図７に示す従来の装置にあっては、このガス噴射面をクリーニング処理するためには、シャワーヘッド構造全体を分解して取り外さなければならないことから、メンテナンス作業が非常に煩雑で時間も要したが、本実施例の場合にはシャワーヘッド構造２６の全体を分解する必要はなくて、クリーニング処理のためにガス噴射面２８を有するシャワーヘッド本体７８のみを取り外すことができるので、クリーニング処理等のメンテナンス作業を迅速に、且つ短時間で容易に行うことができる。
すなわち、ガス噴射面２８のクリーニング作業を行う場合には、まず、シャワーヘッド構造２６のシャワーヘッド本体７８に取り付けている冷却機構８４を取り外し、更に、このシャワーヘッド構造２６のヘッド取付枠体７６を処理容器２４側へ取り付け固定している全てのボルト８８を取り外して処理容器２４からシャワーヘッド構造２６を分離可能とする。
次に、このヘッド取付枠体７６の一側に設けたヒンジ部９０を回転中心として、このシャワーヘッド構造２６の全体を、９０度、或いは１８０度展開（回転）する。次に図４に示すように、上記のようにシャワーヘッド構造２６の全体を展開した状態で、シャワーヘッド本体７８を、ヘッド取付枠体７６の取付フランジ部９２へ固定していた全ての締付ボルト８０を取り外し、そして、このシャワーヘッド本体７８のみをヘッド取付枠体７６から、この下面側の方向へ抜き出すようにして取り外して離脱させる。これにより、クリーニング作業のためにシャワーヘッド本体７８だけを分解して取り外すことができる。この際、他の部品、例えば３枚の拡散室区画板８２Ａ〜８２Ｃは、上記ヘッド取付枠体７６側へ固定されたままであり、これらを分解する必要はない。このように、ガス噴射面２８を有するシャワーヘッド本体７８だけを取り外して分解可能としたので、クリーニング処理等のメンテナンス作業を迅速に短時間で、且つ簡単に行うことができる。
＜第２実施例＞
次に本発明の第２実施例について説明する。この第２実施例は、主としてシャワーヘッド本体を効率的に冷却することを目的としたものである。図５はこのような本発明の第２実施例に用いるシャワーヘッド構造を主として示す拡大断面図、図６はシャワーヘッド構造の分解組み立て工程の一部を示す図である。尚、図１乃至図４に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
この第２実施例では、シャワーヘッド本体７８の側壁７８Ｂの上部に、その周辺部外方に延在するリング状のシール用フランジ１５２を設け、このシール用フランジ１５２を、ヘッド取付枠体７６の上端部の内周に設けた係合段部１５４にその上方より係合させてこれを支持するようになっている。そして、シール用フランジ１５２と係合段部１５４との接合面にＯリング等のシール部材１００を介在させてこの部分を気密にシールしている。そして、このシール用フランジ１５２の上方からボルト１５６を締め付けることにより、これと係合段部１５４とを接合させている。尚、ここでは図２において必要とされたシール用フランジ９８を設けていない。
そして、この第２実施例の場合にも、上記シャワーヘッド本体７８の上端面側は大気に晒されており、この上端面に冷却機構８４が取り付け固定されることになる。また、この第２実施例では、最下段の拡散室区画板８２Ａはボルト１５８によりシャワーヘッド本体７８の底板７８Ａ側に取り付け固定され、中段の拡散室区画板８２Ｂは、この上方より挿通されるボルト１６０により、最下段の拡散室区画板８２Ａ及びシャワーヘッド本体７８の底板７８Ａ側に取り付け固定されることになる。
上記した本発明の第２実施例の場合にも先の第１実施例と同様に、シャワーヘッド本体７８の側壁７８Ｂの一部を大気側に晒し、この部分に冷却機構８４を直接的に取り付けているので、熱伝導効率が向上して上記シャワーヘッド本体７８の底面７８Ａ、すなわちガス噴射面２８を、原料ガスが再液化しない範囲の温度で効率的に冷却することができる。換言すれば、シャワーヘッド本体７８の底板７８Ａと側壁７８Ｂとが一体的に成形されているので、熱伝導効率が非常に高くなって冷熱により、ガス噴射面２８を非常に効率的に冷却することができる。従って、ガス噴射口３０Ａ内が分解した堆積物で閉塞されたり、ガス噴射面２８に分解した堆積物（不要な膜）が付着することを、大幅に抑制することができる。
また、シャワーヘッド構造２６のクリーニング処理等のメンテナンス作業を行う場合には、図６に示すように冷却機構８４を取り外した後に、シャワーヘッド本体７８とヘッド取付枠体７６の係合段部１５４とを連結している全てのボルト１５６を取り外してこれらの係合を解き、そして、内側に収容された全ての拡散室区画板８２Ａ〜８２Ｃを含むこのシャワーヘッド本体７８の全体を上方に取り外す。これにより、シャワーヘッド本体７８のクリーニング処理等のメンテナンス作業を行うことができる。
尚、本実施例では３枚の拡散室区画板８２Ａ〜８２Ｃを用いて２種類のガス拡散室を設けた場合を例にとって説明したが、拡散室区画板の数及びガス種はこれに限定されず、またガス種についても３種類以上流すようにしてもよい。
また本実施例では成膜用の処理ガスとしてＨｆを含む有機金属材料ガスとＯ２ ガスとを用いてＨｆ酸化物膜を成膜する場合を例にとって説明したが、この膜種に限定されないのは勿論である。更には、被処理体としては半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも本発明を適用し得る。
本発明に係る処理装置の第１実施例を示す断面構成図である。 シャワーヘッド構造を示す拡大断面図である。 処理装置を示す平面図である。 シャワーヘッド構造の分解組み立て工程の一部を示す図である。 本発明の第２実施例に用いるシャワーヘッド構造を主として示す拡大断面図である。 シャワーヘッド構造の分解組み立て工程の一部を示す図である。 従来の成膜装置の一例を示す概略構成図である。
符号の説明
２２ 成膜装置（処理装置）
２４ 処理容器
２６ シャワーヘッド構造
２８ ガス噴射面
３０ ガス噴射口
４８ 載置台
５６ 加熱手段
７４ ヘッド取付開口
７６ ヘッド取付枠体
７８ シャワーヘッド本体
７８Ａ 底板
７８Ｂ 側壁
８０ 締付ボルト
８２Ａ〜８２Ｃ 拡散室区画板
８４ 冷却機構
８３Ａ，８３Ｂ ガス導入口
９０ ヒンジ部
９４ 冷却機構取付孔
１２０，１２４，１２８ ガス拡散室
１３８ ペルチェ素子
１４０ 冷却ジャケット
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (6)

  1. 天井部が開口されて排気可能になされた筒体状の処理容器と、
    処理されるべき被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、
    前記処理容器の天井側に設けられて前記処理容器内へ処理ガスを導入するシャワーヘッド構造とを有する処理装置において、
    前記シャワーヘッド構造は、
    前記処理容器の天井部に展開可能に取り付けられて中央部にヘッド取付開口が形成されると共に周辺部に冷却機構取付孔が形成されたヘッド取付枠体と、
    底板に複数のガス噴射口を有してその周辺部の側壁が上方へ起立されて容器状に形成されると共に前記側壁の上端面が前記冷却機構取付孔を介して大気側へ露出するように前記ヘッド取付枠体に、前記ヘッド取付枠体の下面側方向へ挿脱可能に取り付け固定されるシャワーヘッド本体と、
    前記シャワーヘッド本体を前記底板側から螺合して前記ヘッド取付枠体側へ固定する締付ボルトと、
    前記シャワーヘッド本体内に収容されて前記ヘッド取付枠体側に固定されると共に前記ガス噴射口に連通されたガス拡散室を形成するための拡散室区画板と、
    前記拡散室区画板に設けられて前記ガス拡散室内へ前記処理ガスを導入するためのガス導入口と、
    前記シャワーヘッド本体の側壁の大気側へ露出する上端面に取り付けられる冷却機構とよりなることを特徴とする処理装置。
  2. 天井部が開口されて排気可能になされた筒体状の処理容器と、
    処理されるべき被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、
    前記処理容器の天井側に設けられて前記処理容器内へ処理ガスを導入するシャワーヘッド構造とを有する処理装置において、
    前記シャワーヘッド構造は、
    前記処理容器の天井部に取り付けられて中央部にヘッド取付開口が形成されたヘッド取付枠体と、
    底板に複数のガス噴射口を有してその周辺部の側壁が上方へ起立されて容器状に形成されると共に前記側壁の上端面が大気側へ露出するようにして前記ヘッド取付枠体に取り付け固定されるシャワーヘッド本体と、
    前記シャワーヘッド本体内に収容されて固定されると共に前記ガス噴射孔に連通されたガス拡散室を形成するための拡散室区画板と、
    前記拡散室区画板に設けられて前記ガス拡散室内へ前記処理ガスを導入するためのガス導入口と、
    前記シャワーヘッド本体の側壁の大気側へ露出する上端面に取り付けられる冷却機構とよりなることを特徴とする処理装置。
  3. 前記冷却機構取付孔は、前記ヘッド取付枠体の周方向に沿って所定の間隔で複数個形成されていることを特徴とする請求項２記載の処理装置。
  4. 前記拡散室区画板は、積層するようにして複数枚設けられると共に前記ガス拡散室は互いに分離区画されて複数個設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の処理装置。
  5. 前記冷却機構は、ペルチェ素子と冷却媒体を流す冷却ジャケットとよりなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の処理装置。
  6. 前記ヘッド取付枠体は、前記処理容器との間で取り付けられたヒンジ部により展開可能になされていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の処理装置。

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