JP3563564B2 - ガス処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体の表面温度分布の均一化を図って成膜の均一性を向上すると共に、加熱手段への給電線および端子等の腐蝕を防止してパーティクルの発生を抑制することができるガス処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造工程においては、シリコン等の半導体ウエハ(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)やスパッタリング等の成膜処理を行っている。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温度に均一に加熱して維持する必要がある。
【0003】
このウエハを加熱する方法の一つに、セラミックスヒータを用いた成膜処理装置がある。この処理装置では、真空に維持した処理室内に成膜のための処理ガスを供給するようにしており、この処理室の下方に、ウエハの載置台を兼ねると共に内部に抵抗発熱体を埋設したセラミックス体が配置されている。
【0004】
このような処理装置で特開平8−218172号公報に開示されたセラミックス体の要部拡大図を図7に示す。セラミックス体1の内部には、抵抗発熱線2,2が埋設してあり、この抵抗発熱線2,2が一対の端子3,3に接続しており、この端子3,3には、絶縁チューブ5,5により被覆した給電線4,4が接続している。これら給電線4,4は、処理室の底壁を貫通して処理室の外部に延出している。
【0005】
これら給電線4,4は、ステンレス等のシースベローズ6により取り囲まれており、シースベローズ6の上端には、ステンレス等のエンドピース7が設けられ、このエンドピース7の上端に、モリブデンからなるリング体8が金ろう付けにより設けられ、このリング体8は、セラミックス体1にも金ろう付けされている。また、シースベローズ6の径方向外方には、石英製の保護管9が設けられており、この保護管9には、不活性ガス例えば窒素ガスを保護管9内に供給してパージするためのガス供給管10が接続さられている。さらに、シースベローズ6内には、セラミックス体1の温度計測を行うための熱電対11も収納され外部に延出してある。
【0006】
このようにシースベローズ6等により端子3,3及び給電線4,4を取り囲んでいると共に、保護管9内に不活性ガスをパージしているため、端子3,3および給電線4,4を腐蝕性の強い例えばハロゲンガスに晒すことなく、端子3,3及び給電線4,4を不活性ガス雰囲気にでき、端子3,3及び給電線4,4の腐蝕を防止できる。
【0007】
また、処理室内を例えばClF3、NF3ガスにより洗浄する場合、石英製の保護管9内に不活性ガスをパージし、シースベローズ6を洗浄ガスに晒すことなく不活性ガス雰囲気にできるため、シースベローズ6の腐蝕を防止することができる。
【0008】
さらに、シースベローズ6のエンドピース7とセラミックス体1との間に、モリブデン製のリング体8を介装し金ろう付けしてあるのは、セラミックス体1に接触する部材をセラミックス体1の熱膨張率に近似したモリブデンを用いることにより、例えば成膜処理の高温時(600℃〜700℃)にリング体8とセラミックス体1との接合部分に割れ等が生じないようにするためである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、モリブデン製のリング体8がシースベローズ6のエンドピース7およびセラミックス体1に金ろう付けしてあるため、この金ろう付け部分を介して、セラミックス体1の熱がシースベローズ6に伝わって逃げ、セラミックス体1の表面温度分布が不均一になり、その結果、成膜処理時に、成膜の均一性が阻害されるといったことがある。
【0010】
また、上記のように、石英製の保護管9が設けてあり、この保護管9内に不活性ガス例えば窒素ガスをパージしてシースベローズ6及びモリブデン製のリング体8等を保護するようにしているが、成膜処理時と洗浄時との熱サイクルによりモリブデン製のリング体8の金ろう付け部分が損傷することがあり、また、洗浄時には、この金ろう付け部分がClF3、NF3ガスの洗浄ガスにより腐蝕されることがある。そのため、この損傷または腐蝕した金ろう付け部分を介して、ClF3、NF3ガスの洗浄ガスがモリブデン製のリング体8内にリークして逆拡散し、このモリブデン製のリング体8も腐蝕して剥離されると共に、端子3,3及び給電線4,4が腐蝕されるといったことがあり、その結果、パーティクルを発生させるといった虞れがあった。
【0011】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、被処理体の表面温度分布の均一化を図って成膜の均一性を向上すると共に、加熱手段への給電線および端子等の腐蝕を防止してパーティクルの発生を抑制することができるガス処理装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第1発明は、処理ガスにより被処理体に処理を施す処理室と、
この処理室内に設けられ、被処理体を載置するための絶縁体からなる載置台と、
この載置台内に埋設され、被処理体を加熱するための抵抗発熱体と、
一端がこの抵抗発熱体に接続され、他端側が処理室の壁を貫通して処理室外に延出する給電線と、
給電線を絶縁状態で収納し、載置台と処理室の壁との間に介装された金属管と、
前記金属管を前記載置台に接合する螺合手段と
を具備することを特徴とするガス処理装置を提供する。
【0013】
第2発明は、第1発明において、前記処理室では、成膜ガスを用いてCVD法により被処理体に成膜処理を行い、その後、塩素とフッ素を含むクリーニングガスによりクリーニングを行い、前記載置台は、絶縁性セラミック材料からなることを特徴とするガス処理装置を提供する。
【0014】
第3発明は、第1発明または第2発明のいずれかにおいて、前記螺合手段は、前記金属管の端部と前記載置台との間に隙間が形成されるように、その螺軸の先端の一部分を載置台に螺合することを特徴とするガス処理装置を提供する。
【0015】
第4発明は、第1発明ないし第3発明のいずれかにおいて、前記金属管は前記螺号手段の螺軸を通挿する孔を有し、その孔径を螺軸の径より大きくしたことを特徴とするガス処理装置を提供する。
【0016】
第5発明は、第1発明ないし第4発明のいずれかにおいて、前記金属管を取り囲み、耐食性の非金属材料からなる保護管を載置台と処理室の壁との間に介装したことを特徴とするガス処理装置を提供する。
【0017】
第6発明は、第1発明ないし第5発明のいずれかにおいて、前記金属管内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段をさらに具備することを特徴とするガス処理装置を提供する。
【0018】
第1発明によれば、螺合手段を用いて金属管を載置台に接合しているため、金ろう付けにより接合する場合に比べて、抵抗発熱体により所定温度に加熱した載置台から金属管に熱が逃げ難く、載置台の表面温度分布の均一化を図って処理の均一性を向上することができる。
【0019】
第2発明によれば、CVD成膜装置において腐食性の極めて強いClF3などの塩素とフッ素を含むクリーニングガスを用いる場合において、螺合手段を用いて金属管を載置台に接合しているため、金ろう付けにより接合する場合のような腐蝕の問題が生じず、また、載置台として腐蝕に強い絶縁性セラミック材料を用いているので、パーティクル発生を防止することができる。
【0020】
第3発明および第4発明によれば、螺合手段により、金属管の熱膨張を許容できるため、金ろう付けによる接合の場合に比べて、金属管と載置台との接合部分が損傷されることがなく、洗浄時に、洗浄ガスが金属管の内部にリークすることがなく、給電線の腐蝕を防止してパーティクルの発生を抑制することができる。
【0021】
第5発明によれば、載置台と処理室の壁との間に耐食性の非金属材料からなる保護管を設けたので、金属管を洗浄時の腐蝕性の強い洗浄ガスから金属管を保護することができ、金属管の腐蝕を防止することができる。
【0022】
第6発明によれば、不活性ガスを金属管の内部からパージしているため、金属管内への腐蝕性の強いガスの逆拡散を防止でき、また、金属管から保護管内に不活性ガスを供給すれば、金属管の周囲を不活性ガス雰囲気にして腐蝕を防止することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るガス処理装置を図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、CVD成膜処理装置を一例としている。図1は、本発明の実施の形態に係るCVD成膜処理装置の模式的断面図である。
【0024】
図1に示すように、例えばアルミニウムからなる気密な処理室20の側壁には、ウエハW(被処理体)の搬入口及び搬出口を夫々開閉するゲートバルブG1,G2が設けてあり、処理室20の上方には、例えばガス供給管21a、21bから夫々送出されたTiCl4ガス及びNH3ガスを処理室20内に別々に供給するためのガス供給部21が設けてある。
【0025】
処理室20内には、ガス供給部21に対向するようにウエハの載置台をなすセラミックスヒータ22が設けてあり、このセラミックスヒータ22は、絶縁体例えば窒化アルミニウム(AlN)、窒化シリコン(SiN)あるいは酸化アルミニウム(Al2O3)からなるセラミックス体からなっている。このセラミックスヒータ22は、支持ロッド23を介して処理室20の底板部24に支持されている。
【0026】
処理室20の底板部24には、セラミックスヒータ22と外部から図示しない搬送アームとの間でウエハWの受け渡しの際に使用するプッシャーピン25が昇降機構26によって昇降自在に構成されている。このプッシャーピン25は、ウエハWの3点を支持するように配置されセラミックスヒータ22内を貫通して設けられている。さらに、セラミックスヒータ22の周囲には、例えば処理室20内を洗浄する際に使用するプラズマ発生用の電極27が周設され、この電極27と処理室20の壁部との間に高周波電源Eから高周波電圧を印加するようになっている。
【0027】
さらに、処理室20の底板部24の中央には、排気管28の一端の開口部である排気口29が形成してあり、排気管28は、下方に延出されてターボ分子ポンプ30に接続してある。ターボ分子ポンプ30の側部には、図示しないドライポンプに接続される排気管31が設けてあり、ターボ分子ポンプ30の下部には、ジャッキ機構32が設けてある。すなわち、処理室20の底板部24は、側壁の下端部に対して着脱自在に気密に接合してあり、ジャッキ機構32により底板部24が昇降できるようになっている。
【0028】
次いで、図2は、図1に示したセラミックスヒータ及び配線構造を示す模式的断面図であり、図3は、図2の要部を拡大した模式的断面図である。これら図2及び図3に示すように、セラミックスヒータ22内には、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)あるいはニッケルークロム(Ni−Cr)などからなる抵抗発熱線33(抵抗発熱体)が埋設してあり、この抵抗発熱線33は、セラミックス体に近似した熱膨張率を有する金属例えばモリブデンからなる端子34,34に接続してある。この端子34,34には、絶縁チューブにより被覆した給電線35,35が接続してあり、この給電線35,35は、底板部24を貫通して外部に延出されている。また、端子34,34の間には、セラミックスヒータ22内の温度計測を行うための熱電対36が設けられており、この熱電対36のための配線37が給電線35,35の間に配置して外部に延出されている。
【0029】
これら端子34,34、熱電対36、給電線35,35及び配線37は、ステンレス、ハステロイ(商標)、インコネル(商標)等からなるシースベローズ38(金属管)内に収納されている。このシースベローズ38は、耐蝕性の点からはハステロイで形成されていることが好ましい。シースベローズ38は、その上端に、耐蝕性のハステロイからなるエンドピース39を有している。このエンドピース39は、図3に示すように、セラミックスヒータ22に直接接触して埋設された筒状部39aと、この筒状部39aから径方向外方に延出したリング状の座部39bとからなっている。 このエンドピース39の端部に設けられた座部39bには、螺子40(螺合手段)を通挿するための孔41が形成してあり、この螺子40の螺軸40aの先端部のみがセラミックスヒータ22に螺合されており、エンドピース39の座部39bとセラミックスヒータ22との間には隙間が形成されている。このように、螺軸40aの先端部のみが螺号され、螺軸40aの大部分を固定しておらず、座部39bとセラミックスヒータ22との間に隙間が形成されているため、熱サイクルによるエンドピース39の熱膨張が許容される。
【0030】
また、図4は、変形例に係り、セラミックスヒータ及び配線構造を拡大した模式的断面図である。この図4に示すように、エンドピース39の座部39bの孔41を、長孔、楕円孔など、螺軸40aの径より大きく形成してある。そのため、螺子40は、エンドピース39の熱膨張をより一層大きく許容するように変位することができる。
【0031】
さらに、図2に示すように、シースベローズ38は、その下端に、底板部24に通挿したリングピース42を有している。このリングピース42は、図示しない不活性ガス供給手段に接続されており、下方から不活性ガス例えば窒素ガスを噴出し、上方のシースベローズ38内に供給してパージするようになっている。さらに、リングピース42の上端部には、不活性ガスをシースベローズ38から外部に噴出して後述する保護管44内に不活性ガスをパージするための噴出孔43,43が形成されている。
【0032】
シースベローズ38の周囲には、シースベローズ38を隙間を介して取り囲むように耐食性の非金属材料例えば石英からなる保護管44が設けてある。なお、この保護管44は、他の材料、例えばセラミックスで形成されていてもよい。保護管44の上端は、螺子等によりセラミックスヒータ22に接合されていてもよく、保護管44内の不活性ガスを処理室20内に流出できるように、セラミックスヒータ22に軽く接触するようにしてあってもよい。また、保護管44の下端には、リング体45が設けてあり、このリング体45の下方に、バネ46が介装してあり、このバネ46は、その外方のリング体47により側方を保持してある。このバネ46により、保護管44は、上方に付勢されている。さらに、リング体45には、保護管44内の不活性ガスを処理室20内に流出するための噴出孔48が形成してある。なお、参照符号49は、リング体47のシール面をシールするためのナットである。
【0033】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
ウエハWをゲートバルブG1を介して図示しない搬送アームにより処理室20内に導入し、載置台であるセラミックスヒータ22上に載置すると共に、図示しない電源部から給電線35,35を介して抵抗発熱線33に給電してセラミックスヒータ22を加熱し、ウエハWを所定温度に加熱する。また、供給部21を介して処理室20内に処理ガス例えばTiCl4ガスとNH3ガスとを所定の流量で導入し、ターボ分子ポンプ30により排気管28を介して排気することにより処理室20内を所定の真空度に維持し、ウエハW表面にTiN膜を形成する。
【0034】
一方、このような成膜処理を行っている間、図示しない不活性ガス供給手段から例えば窒素ガスをシースベローズ38内にその下方から上方に向かって供給する。これにより、図2に示すように、シースベローズ38内は不活性ガスによりパージされると共に、不活性ガスは、噴出孔43,43を介して保護管44内に噴出され、保護管44内も不活性ガスによりパージされる。さらに、不活性ガスは、噴出孔48を介して処理室20内に噴出される。
【0035】
また、定期的に処理室20内に洗浄ガス例えばClF3、NF3ガスの洗浄ガスをガス供給部21から導入し、プラズマ電極27と処理室20の壁部との間に高周波電圧を印加してClF3、NF3ガスをプラズマ化し、処理室20の壁部やセラミックスヒータ22あるいは保護管44に付着した反応副生成物をエッチングして除去するが、この洗浄時においても、図示しない不活性ガス供給手段から窒素ガスをシースベローズ38内に供給する。但し、不活性ガスとしては、例えば、Arガス、Heガス等であってもよく、ClF3、NF3ガスは、必ずしもプラズマ化しなくてもよい。
【0036】
このように、本実施の形態では、セラミックスヒータ22と処理室20の壁との間に介装した保護管44により、シースベローズ38を洗浄時の腐蝕性の強いClF3、NF3ガス等の洗浄ガスからシースベローズ38を保護することができ、シース部ロース38の腐蝕を防止することができる。これに加えて、上記のように、シースベローズ38内が不活性ガスによりパージされると共に、不活性ガスが噴出孔43,43を介して保護管44内に噴出され、保護管44内も不活性ガスによりパージされ、さらに、不活性ガスが噴出孔48を介して処理室20内に噴出されているため、シースベローズ38内への腐蝕性の強いガスの逆拡散を防止することができ、また、シースベローズ38の周囲を不活性ガス雰囲気にして腐蝕を防止することができ、パーティクルの発生を抑制することができる。
【0037】
また、螺子40の螺軸40aの先端部のみがセラミックスヒータ22に螺合してあり、螺軸40aの大部分を固定されておらず、座部39bとセラミックスヒータ22との間に隙間が形成されているため、熱サイクルによるエンドピース39の熱膨張が許容される。そのため、金ろう付けにより接合する場合に比べて、抵抗発熱線33により所定温度に加熱したセラミックスヒータ22からエンドピース39及びシースベローズ38に熱が逃げ難く、セラミックスヒータ22の表面温度分布の均一化を図り、ウエハWへの成膜の均一性を向上することができる。
【0038】
さらに、螺子40が熱サイクルによるエンドピース39の熱膨張を許容きるため、金ろう付けによる接合の場合に比べて、エンドピース39とセラミックスヒータ22との接合部分が損傷されることがなく、洗浄時に、ClF3、NF3ガス等の洗浄ガスがエンドピース39の内部にリークして逆拡散することがない。そのため、端子34,34や給電線35,35等の腐蝕を防止してパーティクルの発生を抑制することができる。
【0039】
さらに、CVD成膜処理装置をメンテナンスする場合には、図5に示すように、処理室20の底板部24と側壁部との図示しない螺子を外し、ジャッキ機構32により底板部24を排気管28やターボ分子ポンプ30と共に降下させ、底板部24に装着されている内部部品、例えばセラミックス22、プッシャーピンの駆動機構26、洗浄用のプラズマ電極27、セラミックスヒータの配線構造部分等を引き出すことができるので、処理室20を解体する構造に比べてメンテナンスを極めて容易に行うことができる。
【0040】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、種々変形可能である。例えば、被処理体は、ウエハに限られるものではなく、また、ガス処理装置も、熱CVD成膜処理装置に限らず、プラズマCVD成膜処理装置であってもよく、さらに、成膜装置に限定されず、エッチング処理装置であってもよい。
【0041】
【実施例】
本発明を適用したセラミックスヒータの面内温度分布の測定を行い、比較例として、従来の金ろう付けによる図7に示す場合について、セラミックスヒータの面内温度分布の測定を行った。
【0042】
面内温度分布の測定に際しては、実施例及び比較例共に、ヒータ設定温度を、600℃とし、処理室内の圧力を、150mTorrとした。
測定結果として、図6(a)に比較例を示し、図6(b)に実施例を示した。図6(a)(b)の各数値は、「9個の測定点の平均温度」と、「各測定点の温度」との差を示している。その結果、比較例では、面内温度分布は、±1.52%の拡がりがあったのに対し、実施例では、±0.63%に抑えることができた。なお、面内温度分布は(面内最高温度−面内最低温度)×100/(面内平均温度×2)の計算値に±を付加して表した。
このように、本発明では、セラミックスヒータ22の表面温度分布の均一化を図ることができるため、ウエハWへの成膜の均一性を向上することができる。
【0043】
【発明の効果】
以上述べたように、第1発明によれば、螺合手段を用いて金属管を載置台に接合しているため、金ろう付けにより接合する場合に比べて、抵抗発熱体により所定温度に加熱した載置台から金属管に熱が逃げ難く、載置台の表面温度分布の均一化を図って処理の均一性を向上することができる。
【0044】
第2発明によれば、CVD成膜装置において腐食性の極めて強いClF3などの塩素とフッ素を含むクリーニングガスを用いる場合に、螺合手段を用いて金属管を載置台に接合しているため、金ろう付けにより接合する場合のような腐蝕の問題が生じず、また、載置台として腐蝕に強い絶縁性セラミック材料を用いているので、パーティクル発生を防止することができる。
【0045】
第3発明および第4発明によれば、螺合手段により、金属管の熱膨張を許容できるため、金ろう付けによる接合の場合に比べて、金属管と載置台との接合部分が損傷されることがなく、洗浄時に、洗浄ガスが金属管の内部にリークすることがなく、給電線の腐蝕を防止してパーティクルの発生を抑制することができる。
【0046】
第5発明によれば、載置台と処理室の壁との間に耐食性の非金属材料からなる保護管を設けたので、金属管を洗浄時の腐蝕性の強い洗浄ガスから金属管を保護することができ、金属管の腐蝕を防止することができる。
【0047】
第6発明によれば、不活性ガスを金属管の内部からパージしているため、金属管内への腐蝕性の強いガスの逆拡散を防止でき、また、金属管から保護管内に不活性ガスを供給すれば、金属管の周囲を不活性ガス雰囲気にして腐蝕を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るCVD成膜処理装置の模式的断面図。
【図2】図1に示したセラミックスヒータ及び配線構造を示す模式的断面図。
【図3】図2の要部を拡大した模式的断面図。
【図4】他の実施形態におけるセラミックスヒータおよび配線構造を拡大した模式的断面図。
【図5】処理室の底板部を降下した状態におけるCVD成膜処理装置の模式的断面図。
【図6】比較例および実施例に係るセラミックスヒータの面内温度分布の測定結果を示す図。
【図7】従来の セラミックスヒータ及び配線構造を示す模式的断面図。
【符号の説明】
20……処理室
22……セラミックスヒータ(載置台)
33……抵抗発熱線(抵抗発熱体)
34……端子
35……給電線
38……シースベローズ(金属管)
39……エンドピース(金属管)
39b……座部
40……螺子
40a……螺軸
41……孔
43……噴出孔
44……保護管
48……噴出孔
Claims (6)
- 処理ガスにより被処理体に処理を施す処理室と、
この処理室内に設けられ、被処理体を載置するための絶縁体からなる載置台と、
この載置台内に埋設され、被処理体を加熱するための抵抗発熱体と、
一端がこの抵抗発熱体に接続され、他端側が処理室の壁を貫通して処理室外に延出する給電線と、
給電線を絶縁状態で収納し、載置台と処理室の壁との間に介装された金属管と、
前記金属管を前記載置台に接合する螺合手段と
を具備することを特徴とするガス処理装置。 - 前記処理室では、成膜ガスを用いてCVD法により被処理体に成膜処理を行い、その後、塩素とフッ素を含むクリーニングガスによりクリーニングを行い、前記載置台は、絶縁性セラミック材料からなることを特徴とする請求項1に記載のガス処理装置。
- 前記螺合手段は、前記金属管の端部と前記載置台との間に隙間が形成されるように、その螺軸の先端の一部分を載置台に螺合することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガス処理装置。
- 前記金属管は前記螺号手段の螺軸を通挿する孔を有し、その孔径を螺軸の径より大きくしたことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のガス処理装置。
- 前記金属管を取り囲み、耐食性の非金属材料からなる保護管を載置台と処理室の壁との間に介装したことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のガス処理装置。
- 前記金属管内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段をさらに具備することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のガス処理装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP16487897A JP3563564B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | ガス処理装置 |
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