JP3165938B2 - ガス処理装置 - Google Patents

ガス処理装置

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JP3165938B2 JP17984593A JP17984593A JP3165938B2 JP 3165938 B2 JP3165938 B2 JP 3165938B2 JP 17984593 A JP17984593 A JP 17984593A JP 17984593 A JP17984593 A JP 17984593A JP 3165938 B2 JP3165938 B2 JP 3165938B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス処理装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程では、シリコンなどの半
導体ウエハ（以下「ウエハ」という）上に集積回路を形
成するために、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やスパッタリングなどの成膜
処理が行われる。このような成膜処理では薄膜をウエハ
上に均一に処理するためにウエハの全面を所定の温度に
均一に加熱維持することが重要な技術となっている。
【０００３】ウエハを加熱する方法としては大別してヒ
ータによる加熱とランプなどのエネルギー線を用いる方
法とがあり、このうち例えば抵抗発熱体よりなるヒータ
を用いた成膜装置は従来次のように構成されている。図
５は従来装置を示す図であり、真空チャンバよりなる処
理室１の下部には、ウエハ載置台１０が支持体１０ａに
支持されて配設されており、このウエハ載置台１０は、
抵抗発熱体１１の両面側に絶縁板１２、１３を重ね合わ
せると共に上側の絶縁板１２の表面にウエハ載置面をな
すグラファイト板１４が積重されて構成されている。更
に抵抗発熱体１１からは、給電線１５が引き出され、こ
の給電線１５は例えば図示しないシースワイヤに囲まれ
て処理室１の外に引き出されている。また抵抗発熱体１
１にはシースワイヤの中に熱電対を収納してなるシース
熱電対１６が接触されている。
【０００４】このような成膜処理装置では、処理室１内
を排気管１７より排気して所定の真空度に維持しながら
ガス供給部１８より処理ガスを供給すると共に、抵抗発
熱体１１に給電線１５を介して給電し、シース熱電対１
６の温度検出値にもとづいてヒータの温度つまりウエハ
Ｗの温度が所定の温度になるように制御している。
【０００５】また上述のような加熱方法の他に、抵抗発
熱線をセラミックスの中に埋設してセラミックスヒータ
を構成し、このセラミックスヒータにウエハを載置して
加熱する方法や、処理室の外に加熱ランプを配設し、石
英板よりなる透過窓を通して加熱ランプの輻射熱により
ウエハを加熱する方法などが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、処理ガスと
して腐食性のガスを用いたりあるいは処理ガスの反応に
より腐食性のガスが生成される場合がある。例えばハロ
ゲン化ガスを用いた場合には気相反応により腐食性の強
いハロゲンガスが生成され、しかもプロセス中は高温と
なってハロゲンガスの腐食性は極めて強くなるため、処
理ガス雰囲気にさらされている給電線１５や端子部ある
いは抵抗発熱体１１自体が腐食し、抵抗値が増加してヒ
ータに所定の電流を流せなくなったり、断線に至ること
もあった。
【０００７】また腐食の問題の他にも給電線１５の端子
部間に導電性の膜が付着してショートを起こすこともあ
った。この結果図５に示す成膜装置では抵抗発熱体１１
に安定して電力を供給することができなくなって、ウエ
ハＷの温度が不安定になり、膜厚の面内均一性が悪くな
るなどの問題点があった。
【０００８】一方熱電対についても次のような問題があ
った。即ち熱電対は処理室１内の雰囲気にさらされてい
るが、そのレスポンスは真空度によって変わるため、例
えば処理ガスの供給により圧力が大きく変化したときに
温度がオーバショートしてしまうなど成膜初期時の温度
が不安定になり、安定した成膜処理が行えないという欠
点がある。
【０００９】そしてまたセラミックスヒータを用いた場
合には、抵抗発熱体が直接処理ガス雰囲気にさらされな
いので上述の欠点は緩和されるが、シースワイヤとセラ
ミックス体とを直接接合すると割れが起こるので、端子
部分は露出しており、やはり同様の問題が起こる。更に
セラミックスは熱容量が非常に大きくて急加熱、急冷却
ができないことから、作業中はヒータをオンの状態のま
まにしており、このためウエハＷは室温から急激に加熱
されることになり、ウエハＷの熱ダメージが大きいし、
搬送アームが歪みやすいという問題もある。
【００１０】そしてまた加熱ランプ方式についてはタン
グステン膜などの金属膜の成膜に利用されることが多い
が、石英板（光透過窓）に金属膜が付着するとその部分
が輻射熱を吸収してまわりの部分よりも高温になり、こ
のため熱歪みによって石英板が割れるという問題があ
る。
【００１１】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、加熱手段に安定して電力を
供給し、これにより被処理体に対して安定した処理を行
うことのできるガス処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、処理室内に配
置された被処理体を加熱手段により加熱しながら処理ガ
スにより処理するガス処理装置において、内部空間が処
理室内の雰囲気に対して気密に隔離されると共に処理室
の外に連通し、光透過性の材質よりなる被処理体載置面
を備えたケースと、このケース内に、被処理体載置面と
対向するように配置された加熱手段と、前記処理室の外
部から処理室内の雰囲気に触れることなく前記ケース内
に導入されて前記加熱手段に接続された給電線と、前記
ケース内に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給
手段と、を備えてなることを特徴とする。本発明では、
前記不活性ガス供給手段に代えて、あるいは不活性ガス
供給手段を設ける構成に加えて前記ケース内の圧力を調
整するための圧力調整手段を設けてもよい。更にまた大
気側からケース内に導入された温度測定用の熱電対を設
けてもよい。
【００１３】
【作用】加熱手段や給電線が処理ガスと接触することが
ないため、処理ガスとして腐食性のガスを使用しても加
熱手段や給電線が腐食しないし、端子間に導電性の膜が
付着してショートするといったこともなく、加熱手段に
安定して電力を供給できる。
【００１４】そしてケース内は高温になるが、ここを不
活性ガス雰囲気とすれば、例えば抵抗発熱体や給電線の
酸化が抑えられる。ケースの内部空間を大気側に対して
も気密に隔離し、ケース内の圧力と処理室内の雰囲気の
圧力との差を小さくするようにすればケースとして小さ
な耐圧のものを用いることができる。また熱電対を処理
室内の雰囲気から気密に隔離することにより熱電対のレ
スポンスが処理室内の圧力の変化に対して影響を受ける
ことがなく、従って温度制御が安定する。
【００１５】
【実施例】図１は本発明をＣＶＤ装置に適用した実施例
の全体構成を示す図、図２及び図３はこの実施例の要部
を示す図である。図中２は気密構造の例えばアルミニウ
ムよりなる処理室であり、この処理室２の上部には所定
の処理ガスを当該処理室２の中に供給するためのガス供
給部２１が配設されている。
【００１６】前記処理室２の底部には排気管２２が接続
されており、真空ポンプ２３により処理室２内を所定の
真空度に維持できるようになっている。前記処理室２の
側壁には、図示しないロードロック室との間を開閉する
ためのゲートバルブＧ１、Ｇ２が設けられている。
【００１７】前記処理室２の底部には、前記ガス供給部
２１と対向するように例えば石英よりなるケース３が配
設されている。このケース３は、図２及び図３に示すよ
うに上面が被処理体載置面例えばウエハ載置面３１とし
て構成された第１の円筒部３２と、この第１の円筒体３
２の下部側に内部空間が当該円筒体３２と連通するよう
に接続された第２の円筒体３３と、この第２の円筒体３
３の下端に形成されたフランジ部３４と、を備え、第２
の円筒体３３の下端は開口しているが、他の部分は外部
に対して閉じた構造に作られている。そしてフランジ部
３４の下面は処理室２の底壁にＯリング３５を介して接
合固定され、これによりケース３の内部空間が処理室２
内の雰囲気（処理雰囲気）と気密に隔離される。また処
理室２の底面において第２の円筒体３３の下端と対向す
る領域に孔部２４ａが形成されており、この孔部２４ａ
を塞ぐように、蓋板２４が取り付けられている。
【００１８】前記ケース３の第１の円筒体３１内には、
加熱手段例えば抵抗発熱体４、絶縁板４１及び反射板４
２が各々スロット部材４０に支持されて上からこの順に
配列して設けられている。抵抗発熱体４は、例えばタン
グステン、モリブデン、タンタルあるいはニッケルクロ
ム合金などより構成されると共に、例えば渦巻き状、Ｓ
字状、円板状など任意の形状に構成できるが、図示の例
では円板状に成形されており、ウエハ載置面３１の直ぐ
真下に位置している。前記反射板４２は抵抗発熱体４か
らの輻射熱を反射して処理室２の底部の温度上昇を抑え
るためのものであり、例えば金属ミラー板により構成さ
れる。ただし図３では図示の便宜上絶縁板４１及び反射
板４２は省略してある。
【００１９】前記抵抗発熱体４には、例えば２本の給電
線５Ａ、５Ｂが接続されており、これら給電線５Ａ、５
Ｂは蓋板２４を通って処理室２の外部の電源部２５（図
１参照）に接続されている。また抵抗発熱体４の下面側
には熱伝導率の大きい材質よりなる小さな環状突起６１
が設けられており、この環状突起６１に温度測定用の熱
電対６が密入されている。この熱電対６は第２の円筒体
３３の内部空間から前記蓋板２４を通って処理室２の外
部の温度制御部６２（図１参照）に接続されている。
【００２０】前記抵抗発熱体４については、複数の加熱
領域を形成して夫々独立に温度調整できるように分割し
てもよく、この場合には各加熱領域に共通なコモンの給
電線と、分割された抵抗発熱体４に対応する給電線とを
用いると共に、各加熱領域毎に熱電対を用いればよい。
【００２１】また蓋板２４には、不活性ガス供給手段で
ある不活性ガス供給管４３及び不活性ガス排気管４４が
接続されている。不活性ガス供給管４３は例えばＮ2 ガ
スを供給するための不活性ガス供給源４５に接続される
と共に不活性ガス排気管４４は図示しない工場排気ダク
トに接続され、ケース３内が不活性ガス雰囲気とされる
ようになっている。
【００２２】前記ケース３の第１の円筒体３２には、周
方向に３等分した各位置において、当該円筒体３２の上
面（ウエハ載置面）から下面に亘って伸びるように細い
筒状体７１が接合されており、この筒状体７１の内部空
間は、円筒体３２の上面及び下面に夫々形成された穴７
２、７３を通じてケース３の外に連通する一方ケース３
の内部空間３とは気密に区画されている。これら筒状体
７１の内部空間には、リング状のリフト台７４に植設さ
れたウエハＷのリフトピン７５がウエハ載置面３１より
突出、没入できるように昇降自在に挿入されている。リ
フト台７４は、処理室２の底壁から処理室２内に気密に
突入されたリフト軸７６を介して昇降機構７７に連結さ
れている。
【００２３】次に上述実施例の作用について述べる。先
ず被処理体であるウエハＷがゲートバルブＧ１を介して
図示しない搬送手段により処理室２内に搬入され、昇降
機構７７によりウエハ載置面３１より突出した状態にお
かれている３本のリフトピン７５の上に受け渡された
後、このリフトピン７５が降下することによりウエハ載
置面３１の上に載置される。一方電源部２５から給電線
５Ａ、５Ｂを介して抵抗発熱体４に給電され当該抵抗発
熱体４が発熱する。抵抗発熱体４の熱は輻射熱として、
石英よりなるウエハ載置面３１を通ってウエハＷに伝熱
される。このとき不活性ガス供給管４３及び不活性ガス
排気管４４を介してケース３内に例えばＮ2 ガスが通流
される。
【００２４】そして熱電対６が抵抗発熱体４の発熱に応
じた温度を検出し、温度制御部６２に温度測定値が入力
されて抵抗発熱体４の電力制御つまりウエハＷの温度制
御が行われる。更にガス供給部２１を介して処理室２内
に処理ガス例えばＷＦ6 とＨ2 が所定の流量で供給さ
れ、真空ポンプ２３により排気管２２を介して排気する
ことにより所定の真空度に維持し、ウエハＷの表面に例
えばタングステンが成膜される。
【００２５】上述実施例によれば、内部空間が処理室２
内の雰囲気に対して気密に隔離されたケース３を用い、
このケース３の中に抵抗発熱体４及び給電線５Ａ、５Ｂ
を収納しているため、処理ガスとして腐食性のガスを使
用しても抵抗発熱体４や給電線５Ａ、５Ｂが腐食しない
ので腐食による抵抗値の増加や断線のおそれがない。ま
た給電線５Ａ、５Ｂの端子部間に導電性の膜が付着して
ショートするといったこともなく、この結果抵抗発熱体
１１に安定して電力を供給することができ、ウエハＷに
対して安定した成膜処理を行うことができる。
【００２６】そしてケース３内は高温になるが、ケース
３内を不活性ガス雰囲気としているため抵抗発熱体４や
端子部の酸化が抑えられ、抵抗値の増加や断線を防止で
きる。
【００２７】またウエハ載置面３１に例えば金属膜が付
着しても、ウエハ載置面３１にはウエハＷが載置されて
いるので、金属膜付着部分における局所的な昇温が抑え
られるので石英が割れるおそれもない。そしてまた急加
熱、急冷却が可能なので処理室２内からウエハＷを搬出
した後ヒータをオフにして、次のウエハＷが搬入された
ときにヒータをオンにする温度制御が可能であり、その
ような制御を行うことによりウエハＷを室温から徐々に
処理温度まで昇温し、処理温度から徐々に降温すること
ができるためウエハＷの熱的ストレスを抑えることがで
きる。
【００２８】更に熱電対６も処理室２内の雰囲気から気
密に隔離されているため、熱電対６のレスポンスが処理
室２内の圧力の変化に影響を受けることがない。従って
例えば処理ガスの供給時に処理室２内の圧力が大きく変
化しても温度測定値が安定するため、安定した温度制御
を行うことができる。
【００２９】更にまたケース３の第２の円筒体３３は第
１の円筒体３２に比べて径が小さく、これによりケース
３下部への伝熱が少ないのでケース３と処理室２の底壁
とをシールしているＯリング３５に対する熱の悪影響が
少ない。
【００３０】ここで図４は本発明の他の実施例を示す図
である。この実施例では、ケース３の内部空間を大気側
に気密に隔離するように、ケース３の下端開口部に連続
して気密構造の筐体８０を設け、この筐体８０内に給電
線５Ａ、５Ｂ及び熱電対６並びに２本の圧力調整管８
１、８２を大気側から気密に貫通させている。そして一
方の圧力調整管８１はバルブＶ１を介して図示しない空
気供給源に接続されると共に、他方の圧力調整管８２は
バルブＶ２を介して真空ポンプ８３に接続されている。
【００３１】このような実施例によれば、処理室２内を
大気に開放しているときには一方の圧力調整管８１より
空気をケース３内に導入してケース３内を大気圧とし、
また処理室２内を所定の真空度に減圧する場合には他方
の圧力調整管８２よりケース３内を真空排気して両雰囲
気の圧力差を小さくすることができ、従ってケース３と
して耐圧の小さなものを用いることができる。この例で
は圧力調整管８１、８２及び図示しない空気供給源並び
に真空ポンプ８３は圧力調整手段を構成している。
【００３２】以上においてケース３は、石英以外の材質
で構成してもよいし、例えばウエハ載置面３１のみ石英
を用い、他の部分については金属で作るなどの構成であ
ってもよい。また被処理体としてはウエハに限らずＬＣ
Ｄ基板などであってもよいし、ガス処理についてはエッ
チング処理やアッシング処理などであってもよい。なお
加熱手段としては加熱ランプを用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、内部空間が処
理室内の雰囲気に対して気密に隔離されたケースを用
い、この中に加熱手段や給電線を配置しているため、加
熱手段や給電線の腐食あるいは端子部間のショートとい
ったおそれがなく、従って被処理体に対して安定した処
理を行うことができる。またケース内を不活性ガス雰囲
気としているので加熱手段や端子部の酸化が抑えられ
る。請求項２または３の発明によれば、ケースの内部空
間の圧力を調整できるため、ケース内と処理室内の雰囲
気との圧力差を小さくすることにより、ケースとして小
さな耐圧のものを用いることができる。更に請求項４の
発明によれば、熱電対のレスポンスが処理室内の圧力の
変化に対して影響を受けることがないため、温度制御が
安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の全体構成を示す縦断側面図で
ある。
【図２】本発明の実施例の要部を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例の要部を示す分解斜視図であ
る。
【図４】本発明の他の実施例の要部を示す縦断側面図で
ある。
【図５】従来のＣＶＤ装置を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
２ 処理室 ３ ケース ３１ ウエハ載置面 ４ 抵抗発熱体 ４３ 不活性ガス供給管 ４５ 不活性ガス排気管 ５Ａ、５Ｂ 給電線 ６ 熱電対 ７５ リフトピン ８１、８２ 圧力調整管 ８３ 真空ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/22 H01L 21/265 H01L 21/3065 H01L 21/31

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理室内に配置された被処理体を加熱手
    段により加熱しながら処理ガスにより処理するガス処理
    装置において、 内部空間が処理室内の雰囲気に対して気密に隔離される
    と共に処理室の外に連通し、光透過性の材質よりなる被
    処理体載置面を備えたケースと、 このケース内に、被処理体載置面と対向するように配置
    された加熱手段と、 前記処理室の外部から処理室内の雰囲気に触れることな
    く前記ケース内に導入されて前記加熱手段に接続された
    給電線と、前記ケース内に不活性ガスを供給するための不活性ガス
    供給手段と 、を備えてなることを特徴とするガス処理装
    置。
  2. 【請求項２】 処理室内に配置された被処理体を加熱手
    段により加熱しながら処理ガスにより処理するガス処理
    装置において、 内部空間が処理室内の雰囲気及び大気側に対して気密に
    隔離されると共に処理室の外に連通し、光透過性の材質
    よりなる被処理体載置面を備えたケースと、 このケース内に、被処理体載置面と対向するように配置
    された加熱手段と、 前記処理室の外部から処理室内の雰囲気に触れることな
    く前記ケース内に導入されて前記加熱手段に接続された
    給電線と、 前記ケース内の圧力を調整するための圧力調整手段と、
    を備えてなることを特徴とする ガス処理装置。
  3. 【請求項３】 前記ケース内に不活性ガスを供給するた
    めの不活性ガス供給手段を設けたことを特徴とする請求
    項２記載のガス処理装置。
  4. 【請求項４】 大気側からケース内に導入された温度測
    定用の熱電対を備えてなることを特徴とする請求項１、
    請求項２または請求項３記載のガス処理装置。
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