(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に処理ガスを供給し、載置部に載置された被処理基板に対して処理を行う装置において、
前記載置部に載置された被処理基板に対向するように前記処理室内に設けられた処理ガス供給部をなす偏平な空洞部材と、
この空洞部材における被処理基板に対向する面に形成された複数のガス供給孔と、
前記空洞部材の周囲に沿ってリング状に設けられた管路部材と、
この管路部材の周方向に間隔をおいて複数設けられ、当該管路部材の内部空間と空洞部材の内部空間とを連通する連通路と、
前記管路部材に接続された処理ガス供給路と、を備えたことを特徴とする被処理基板の処理装置。
【請求項２】
処理室内に設けられた載置部に被処理基板を載置し、この被処理基板の被処理面に対向する加熱手段により被処理基板を加熱しながら処理室内に処理ガスを供給して被処理基板を処理する装置において、
前記載置部に載置された被処理基板と前記加熱手段との間に設けられた処理ガス供給部をなす偏平な石英よりなる空洞部材と、
この空洞部材における被処理基板に対向する面に形成された複数のガス供給孔と、
前記空洞部材の周囲に沿ってリング状に設けられた管路部材と、
この管路部材の周方向に間隔をおいて複数設けられ、当該管路部材の内部空間と空洞部材の内部空間とを連通する連通路と、
前記管路部材に接続された処理ガス供給路と、を備えたことを特徴とする被処理基板の処理装置。
【請求項３】
空洞部材の内部に、前記連通路からの処理ガスを分散させるための分散部材を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の被処理基板の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板の処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程では、半導体ウエハの表面に集積回路を形成する手法の一つとしてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法があり、近年このＣＶＤ処理を枚葉で行う成膜装置は、半導体ウエハ（以下ウエハという）Ｗを裏面側から加熱する片面加熱方式から、上下両側から加熱する両面加熱方式の装置に変わりつつある。
【０００３】
この両面加熱方式の装置は、例えば図６に示すように、載置台１０に設けられた抵抗発熱体１１と、載置台１０の上方側にウエハＷと対向するように設けられた加熱手段１２とにより、ウエハＷを上下両面から加熱するように構成されている。また載置台１０の左右両側壁には、載置台１０と加熱手段１２との間に開口するように２本のガス供給管１３、１４が突入して設けられており、こうしてウエハＷを両面側から加熱すると共に、装置内を排気管１５により排気しながら、ガス供給管１３、１４により処理ガスを供給して、ウエハＷ上に所定の薄膜を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで片面加熱方式の装置では、ウエハを載置台に設けられた抵抗発熱体で裏面側から加熱しており、ウエハの上方側にはスペ−スがあるので、このスペ−スに、ガス供給管をウエハ中央の上部側に開口するように設けると共に、この開口部とウエハとの間に複数の拡散板を配設して、ガス供給管から供給された処理ガスを拡散させて、当該ガスがウエハ上に均一に供給されるようにしていた。
【０００５】
しかしながら前記両面加熱方式の装置では、ウエハＷと対向するように加熱手段１２が設けられているので、ウエハＷ上方側のスペ−スが限られている。このため処理ガスをウエハＷの周縁部の上方側の２か所から供給するようにしているが、ガス供給管１３、１４とウエハＷとの間に、片面加熱方式のように上下方向の長さが全体で６０ｍｍ程度となる拡散板を設けることはスペ−ス的に困難である。
【０００６】
従って両面加熱方式の装置では、ガス流れを拡散板により均一化させる手法は採用できず、処理ガスのウエハＷへの供給が不均一になってしまう。また処理ガスは常温で処理室内に供給されるため、この処理ガスによって加熱手段１２によるウエハＷの表面の加熱が妨げられてしまうが、既述のように処理ガスの均一性が悪いと加熱が妨げられる程度が不均一になるので、ウエハ面内温度分布の均一性が低下する。このため上述の装置では、結果として成膜処理の均一性がかなり悪くなってしまう。
【０００７】
このような状態を回避するために、ガス供給管１３、１４からのガス供給を交互に行ったり、ウエハＷを回転させながら処理を行なうことにより、処理ガスのガス流れの均一性を高める工夫がなされているが、これらの措置ではガス流れの均一性の程度がそれ程高くならず、またガス供給管１３、１４に開閉を制御するための制御バルブを設けたり、載置台にウエハＷを回転させるための回転機構を設ける必要があるので装置構成が複雑化するという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、簡易な構成で処理ガスを被処理基板上へ均一に供給することができる被処理基板の処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、処理室内に処理ガスを供給し、載置部に載置された被処理基板に対して処理を行う装置において、前記載置部に載置された被処理基板に対向するように前記処理室内に設けられた処理ガス供給部をなす偏平な空洞部材と、この空洞部材における被処理基板に対向する面に形成された複数のガス供給孔と、前記空洞部材の周囲に沿ってリング状に設けられた管路部材と、この管路部材の周方向に間隔をおいて複数設けられ、当該管路部材の内部空間と空洞部材の内部空間とを連通する連通路と、前記管路部材に接続された処理ガス供給路と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、処理室内に設けられた載置部に被処理基板を載置し、この被処理基板の被処理面に対向する加熱手段により被処理基板を加熱しながら処理室内に処理ガスを供給して被処理基板を処理する装置に適用してもよい。さらに本発明では、空洞部材の内部に、前記連通路からの処理ガスを分散させるための分散部材を設けるようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の被処理基板の処理装置を成膜装置に適用した場合の実施の形態について説明する。図１は成膜装置の一例を示す断面図であり、図中２は円筒状の処理室である。この処理室２の下部側には、被処理基板であるウエハＷの載置部をなす載置台３が設けられている。この載置台３は石英製の有底円筒体からなり、底部がウエハＷの載置面３１を構成するように、開口端が下側を向くように配置されて、当該開口端に形成されたフランジ部３２が処理室２の下部側の内壁に嵌入されて固定されている。またフランジ部３２と前記内壁の接合部分にはＯリング３３が介在されている。
【００１２】
前記載置台３の上には、ウエハＷを支持するための支持ピン３４が３箇所の位置に設けられており、また載置台３の内部の載置面３１付近の位置には、抵抗発熱体からなる第１の加熱手段３５が設けられていて、この加熱手段３５によりウエハＷが裏面側から載置面３１を介して加熱されるように構成されている。
【００１３】
前記処理室３の上部側には、有底円筒体からなる石英容器４が設けられている。この石英容器４は、底部が載置台３の載置面と対向するように、開口端が上側を向くように配置されて、当該開口端に形成されたフランジ部４２が処理室２の上部側の内壁に嵌入されて固定されている。また石英容器４には、底部の内側に抵抗発熱体からなる前記第２の加熱手段４１が前記載置台３と対向するように設けられている。
【００１４】
前記石英容器４と前記載置台３との間には、処理ガス供給部をなす偏平な空洞部材５が、前記載置面３１と対向するように設けられている。この空洞部材５は、図２〜図４に示すように、透明な石英製の上下両端が塞がれた偏平な円筒体からなり、例えば外径Ｌ１が３６０ｍｍ、内側の厚さ（上下方向の長さ）ｔ１が１９ｍｍに設定されている。このような空洞部材５は、一端側が処理室２の内壁に嵌入されて固定され、他端側が空洞部材５の側周部に接合された支持部材５１により支持されている。
【００１５】
前記空洞部材５の内部には、例えば石英により構成され、空洞部材５の内壁に沿ってリング状に形成された突壁５３が、その下端側が空洞部材５の下面５２に接合されるように設けられている。この突壁５３は分散部材をなすものであり、外径Ｌ２が３２０ｍｍ、厚さｔ２が１７ｍｍに設定されていて、突壁５３の上面と空洞部材５の上面５４との間には、例えば２ｍｍ程度の僅かな隙間が形成されるように構成されている。また空洞部材５の下面（ウエハＷと対向する面）５２には、突壁５３よりも内側の領域に、内径３ｍｍの多数のガス供給孔５５が例えば１２ｍｍピッチで穿設されている。
【００１６】
前記空洞部材５の周囲には、平面形状がリング状の管路部材６が設けられている。この管路部材６は例えば内径が１６．５ｍｍであって、前記支持部材５１の下面に当該管路部材６の上面が接合されて支持されている。この管路部材６の内側と前記空洞部材５の側周部との間には、前記管路部材６の内部空間と前記空洞部材５の内部空間とを連通するための連通路をなす、内径４ｍｍの連通管６１が、例えば８か所の位置に周方向に均等な間隔をおいて設けられている。これら管路部材６及び連通管６１は例えば石英により構成されている。
【００１７】
前記処理室２の側壁には、処理ガス供給路をなすガス供給管７１が突入して設けられており、このガス供給管７１の先端部は前記管路部材６に接続されている。また処理室２の側壁の下部側には処理室２内を排気するための排気管７２が接続されている。
【００１８】
このような処理装置では、ガス供給管７１から管路部材６に供給された処理ガスは、図２及び図３に点線で示すように、管路部材６の内部を周方向に流れて行くが、当該管路部材６は内径を１６．５ｍｍとしてコンダクタンスを大きくしているので、ガス導入部の反対側まで処理ガスが行き渡りやすくなっており、しかも連通管６１は周方向に８カ所均等に配置されているので、処理ガスは空洞部材５へ八方から均一に供給される。
【００１９】
ここで例えば図５に示すように、空洞部材５に直接ガス供給管７１から処理ガスを供給すると、図５（ａ）に示すように、導入部（ガス供給管７１との接続部）から反対側（先端側）に向けて処理ガスが流れていくが、この際導入部側からガス供給孔５５を介して処理ガスが流出していくため、空洞部材５内では反対側に向かうに連れてガス流量が少なくなるように勾配が生じる。このため図５（ｂ）に示すように、ガス供給孔５５から流出するガス量は、導入部から先端側に向かうに連れて徐々に減少してしまい、上述の例程には高い均一性が得られないと考えられる。
【００２０】
こうして空洞部材５に供給された処理ガスは、図４に点線で示すように、空洞部材５の上面５４と突壁５３との隙間を流れて行くが、この際処理ガスはさらに周方向に分散される。つまり処理ガスは空洞部材５の中心部に向かって流れ込むが、その前に突壁５３が立っているため、ここに衝突して流れが乱され、空洞部材５の内壁と突壁５３との間の狭い隙間に沿って左右に広がりながら上昇して、突壁５３の上端を越えて突壁５３で囲まれた空間に流入する。この際突壁５３の上端と空洞部材５の上面５４との隙間の大きさを２ｍｍ程度として、コンダクタンスを小さくしているので、処理ガスが突壁５３の外側に一旦滞留して、周方向に広がって突壁５３の内側に入り込む。
【００２１】
従って処理ガスは突壁５３の内側のガス供給孔５５が形成された領域をより均一に流れて行き、ガス供給孔５５を介して空洞部材５から下方側に向けて流出して行く。この際処理ガスは空洞部材５内のガス流れに対応して、空洞部材５のガス供給孔５５から面内に亘って均一なガス量で流出していくので、載置台３上のウエハＷに対して均一に供給される。ここで突壁５３がない場合を想定すると、連通管６１の近傍のガス供給孔５５から流出されるガス量は多いが、連通管６１から離れるに連れてガス量が少なくなってしまうので、上記の例程には高い均一性が得られないと考えられる。
【００２２】
また処理室２内では、載置台３上に載置されたウエハＷが、第１の加熱手段３５により裏面側から加熱されると共に、第２の加熱手段４１により表面側から加熱される。この際第２の加熱手段４１とウエハＷとの間には空洞部材５が存在するが、この空洞部材５は石英製であって、第２の加熱手段４１からの熱線を透過させるので、ウエハＷは空洞部材５により妨げられることなく表面側から加熱される。
【００２３】
さらに第２の加熱手段４１とウエハＷとの間に空洞部材５が存在しているので、処理ガスが予熱される。つまり前記管路部材６や空洞部材５等のガス流路を構成する部材は第２の加熱手段４１の直ぐ下方側に配置されているので、当該ガス流路は加熱手段４１により加熱され、かなり高温となる。また前記ガス流路は、連通管６１や突壁５３が設けられていて、かなり流路が長いと共に、ガスとの接触面積も大きくなっている。従って常温で管路部材６に供給された処理ガスは、前記ガス流路を通流する際に、高温の部材と長い時間接触することにより温められ、こうしてウエハＷ上に供給されるまでに十分予熱される。
【００２４】
このようにして上述の処理装置では、載置台３上に載置されたウエハＷを、第１の加熱手段３５により裏面側から加熱すると共に、第２の加熱手段４１により表面側から加熱すると共に、排気管７２を介して図示しない排気手段により処理室２内を所定の真空度に維持しながら、処理ガス供給管７１から処理ガスを管路部材６、空洞部材５を介して供給することにより、ウエハＷ上に所定の薄膜が形成される。
【００２５】
本実施の形態では、既述のように、処理ガスを管路部材６により周方向へ分散させ、さらに突壁５３によりガス流速を低下させて分散させることによりガス流れの均一化を図っているので、処理ガスをウエハ上に均一に供給することができる。従ってガス供給管からの処理ガスの供給を制御したり、ウエハＷを回転させたりすることなく、簡易な構成で処理ガスをウエハ上に均一に供給することができる。またこのガス流れの均一化に際し、従来の拡散による均一化よりも部材の厚さ（上下方向の長さ）を１９ｍｍ程度をかなり薄くすることができる。
【００２６】
さらに既述のように、処理ガスが予熱されて、ウエハＷの温度と処理ガスの温度との温度差が小さくなるので、処理ガスが第２の加熱手段４１の加熱を妨げる程度がかなり小さくなる。こうしてガス流れが均一になることと合わせて、ガス流によるウエハ温度分布の乱れが抑えられて、ウエハＷの面内温度の均一性が高められ、こうして結果として処理の均一性が向上する。
【００２７】
さらにまた処理ガスを突壁５３の上側の隙間を通過させて分散させる構造としたので、突壁５３と空洞部材５の接合が容易であり、ガス流路を容易に製造することができる。つまり突壁の上下両端を空洞部材５の上下面に溶接し、突壁の板面に孔を開ける構造も考えられるが、加工上突壁の上下端の一方しか溶接できないので、このような構造のガス流路の加工は極めて困難となり、この点において上述の構造は有効である。
【００２８】
以上において、本発明はウエハを両面から加熱する方式の処理装置に限定されず、ウエハを裏面側から加熱する方式の処理装置やウエハを表面側から加熱する方式の処理装置に適用することができ、あるいはまたウエハＷを加熱しない処理例えばエッチング処理を行う装置に対しても適用することができる。
【００２９】
また本発明では、管路部材６を設けずにガス供給管７１から直接空洞部材５に処理ガスを供給するようにしてもよいし、空洞部材５に突壁５３を設けない構成としてもよい。また連通管６１は必ずしも管路部材６の周方向の均等な位置に設ける必要はなく、例えば連通管６１の内径と設置位置とを調整して、処理ガスを周方向に分散させるようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、簡易な構成で処理ガスを被処理基板上へ均一に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の被処理基板の処理装置の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】空洞部材と管路部材、突壁の一例を示す斜視図である。
【図３】空洞部材と管路部材の一例を示す平面断面図である。
【図４】空洞部材と管路部材の一例を示す側部断面図である。
【図５】比較例を示す平面断面図と側部断面図である。
【図６】従来の成膜装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
２          処理室
３          載置台
３５        第１の加熱手段
４１        第２の加熱手段
５          空洞部材
５３        突壁
５５        ガス供給孔
６          管路部材
６１        連通管
７１        ガス供給管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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