JP2001244256A - 処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＶＤ膜の膜厚分布を全体にわたって均一に
する。 【解決手段】 常圧ＣＶＤ装置は、ガス導入口１０を有
する処理室３においてウエハ１を保持するサセプタ８
と、処理室３に配置されてガス導入口１０から導入され
た処理ガス１６を流通させる複数の流通孔１３が中心部
を除いて開設されたブロッカプレート１２と、サセプタ
８とブロッカプレート１２との間に配置されて各流通孔
１３を流通した処理ガス１６をウエハ１に向けて吹き出
す複数の吹出口１５が全面に開設されたフェイスプレー
ト１４とを備えている。 【効果】 ガス導入口から導入の処理ガスはブロッカプ
レートの中心部で周辺に放射状に拡散され、ブロッカプ
レートの各流通孔からフェイスプレート全体に均等に供
給され、フェイスプレートの各吹出口からウエハ全面に
均等に吹き出すため、処理ガスによるウエハ上の成膜の
膜厚分布は均一になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、処理装置、特に、
処理ガスを用いて被処理物に所望の処理を施す処理装置
に関し、例えば、半導体装置の製造工程において、半導
体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化膜や金属膜等
を成膜処理するのに利用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、ウエハ
に酸化膜の一例であるＴＥＯＳ（トリ・エチル・オルソ
・シリケート）膜を形成する場合には、常圧ＣＶＤ装置
が使用されている。従来のこの種の常圧ＣＶＤ装置とし
て、ガス導入口と排気口とを有する処理室と、処理室に
おいて被処理物であるウエハを保持するサセプタと、処
理室に配置されてガス導入口から導入された処理ガスを
流通する流通孔が複数開設されたブロッカプレートと、
処理室においてサセプタに保持されたウエハとブロッカ
プレートとの間に配置されてブロッカプレートの各流通
孔からの処理ガスを複数の吹出口からウエハに向けてシ
ャワー状に吹き出すフェイスプレートとを備えているも
の、がある。

【０００３】なお、常圧ＣＶＤ装置を述べてある例とし
ては、株式会社工業調査会１９９４年１１月２５日発行
「電子材料１９９４年１１月号別冊」Ｐ４４〜Ｐ５１、
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体集積
回路装置の微細化や高集積化に伴って、常圧ＣＶＤ技術
を含む気相成長処理技術においては、膜厚や膜質（不純
物濃度、結晶性）を均一かつ高精度に形成することが求
められている。

【０００５】しかしながら、前記した常圧ＣＶＤ装置に
よってウエハに形成されたＴＥＯＳ膜は、ウエハ面内の
中心部における膜厚が厚くなり周辺部の膜厚が薄くな
り、膜厚分布の均一性が低下するという問題点があるこ
とが本発明者によって明らかにされた。前記した常圧Ｃ
ＶＤ装置によってウエハに成膜されたＴＥＯＳ膜の膜厚
が中心部において厚くなるのは、次のような理由による
と考えられる。

【０００６】前記した常圧ＣＶＤ装置において、複数の
流通孔がブロッカプレートに全面にわたって均等に開設
されているとともに、複数の吹出口がフェイスプレート
に全面にわたって均等に開設されているため、中心部に
配置の導入口から導入された処理ガスがブロッカプレー
トの中心部に位置した流通孔を集中的に流通してフェイ
スプレートの中心部に位置した吹出口をそのまま通過し
て吹き出してしまう状態になり、その結果、処理ガスが
ウエハの中心部に集中的に供給される状態になり、ウエ
ハの中心部の膜厚が他の部位よりも厚くなってしまう。

【０００７】そこで、フェイスプレートの中心部の吹出
口を閉塞することが考えられる。ところが、フェイスプ
レートの中心部の吹出口を閉塞すると、ウエハの中心部
に対する処理ガスの供給量が不足するため、今度は、ウ
エハの中心部の膜厚が他の部位よりも薄くなってしまう
という問題点があることが本発明者によって明らかにさ
れた。

【０００８】本発明の目的は、被処理物に対して均一な
処理を施すことができる処理装置を提供することにあ
る。

【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【００１１】すなわち、処理装置は、ガス導入口を有す
る処理室と、この処理室において被処理物を保持するサ
セプタと、前記処理室に配置されて前記ガス導入口から
導入された処理ガスを流通させる複数の流通孔が開設さ
れたブロッカプレートと、前記サセプタに保持された前
記被処理物と前記ブロッカプレートとの間に配置されて
前記ブロッカプレートの各流通孔を流通した処理ガスを
前記被処理物に向けて吹き出す複数の吹出口が開設され
たフェイスプレートとを備えており、前記複数の流通孔
は前記ブロッカプレートの中心部の領域を除いて全面に
わたって開設されており、前記複数の吹出口は前記フェ
イスプレートの全面の領域にわたって開設されているこ
とを特徴とする。

【００１２】また、前記複数の流通孔は複数種類の口径
のものを備えており、口径の小さい流通孔が前記ブロッ
カプレート内周側の領域に配置され、口径の大きい流通
孔が前記ブロッカプレート外周側の領域に全面にわたっ
て開設されており、前記複数の吹出口が前記フェイスプ
レートの全面の領域にわたって開設されていることを特
徴とする。

【００１３】前記した第一の手段によれば、ブロッカプ
レートの中心部には流通孔が開設されていないことによ
り、中心部に配置のガス導入口から導入された処理ガス
はブロッカプレートの中心部において衝突して周辺に向
けて放射状に拡散されるため、ブロッカプレートの各流
通孔からは処理ガスがフェイスプレートに向けて全体に
わたって均等に供給される状態になり、フェイスプレー
トの各吹出口からは処理ガスが被処理物の全面にわたっ
て均等にシャワー状に吹き出すことになる。つまり、被
処理物には処理ガスが全面にわたって均一に供給される
状態になるため、被処理物に対する処理状態は全体にわ
たって均一になる。

【００１４】前記した第二の手段によれば、ブロッカプ
レートに開設された流通孔の口径が大小適宜に設定され
ていることにより、中心部に配置のガス導入口から導入
された処理ガスは各流通孔をそれらの口径に応じて流通
することになるため、ブロッカプレートの各流通孔から
は処理ガスがフェイスプレートに向けて全体にわたって
均等に供給される状態になり、フェイスプレートの各吹
出口からは処理ガスが被処理物の全面にわたって均等に
シャワー状に吹き出すことになる。つまり、被処理物に
は処理ガスが全面にわたって均一に供給される状態にな
るため、被処理物に対する処理状態は全体にわたって均
一になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態であ
る常圧ＣＶＤ装置を示す正面断面図である。図２（ａ）
はそのブロッカプレートの平面図であり、（ｂ）はその
フェイスプレートの平面図である。図３は作用を説明す
るための拡大部分断面図である。

【００１６】本実施の形態において、本発明に係る処理
装置は、ウエハ１に成膜処理を施す常圧ＣＶＤ装置とし
て構成されており、被処理物としてのウエハ１を処理す
るための処理室３を形成したチャンバ２を備えている。
チャンバ２は上端面が閉塞し下端面が開口した円筒形状
に形成されており、チャンバ２の下端開口はウエハ１の
出し入れ口４を構成している。チャンバ２の円筒壁の中
間部には排気口５が全周にわたって均等に配置されて処
理室３に連通するように開設されており、排気口５には
処理室３を大気圧よりも若干低めの真空度に排気する排
気装置（図示せず）が接続されている。

【００１７】処理室３の下部の内周面にはセラミックに
よって形成された内張り６が全体にわたって添着されて
いる。処理室３の下部の筒心上には支持軸７が配設され
ており、支持軸７はエアシリンダ装置等から構成された
昇降駆動装置（図示せず）によって昇降されるようにな
っている。支持軸７の上端にはウエハ１よりも大径の円
盤形状に形成されたサセプタ８が同心に配されて水平に
固定されており、サセプタ８の上面はウエハ１を密着し
て保持するように構成されている。サセプタ８の内部に
はヒータ９が設置されており、ヒータ９はサセプタ８が
保持したウエハ１を全体にわたって均一に加熱するよう
になっている。なお、サセプタ８にはエジェクタピン
（図示せず）が上下方向に挿通されるようになってお
り、サセプタ８が支持軸７によってウエハ出し入れ口４
に下降された際に、エジェクタピンはサセプタ８の上の
ウエハ１を持ち上げてサセプタ８の上面から浮かせるよ
うになっている。

【００１８】チャンバ２の天井壁の中心にはガス導入口
１０が上下方向に開設されており、その下側には内径が
処理室３の内径と略等しい円盤中空形状のバッファ部１
１が同心的に形成されている。バッファ部１１の上端部
にはブロッカプレート１２がガス導入口１０に近接され
て水平に固定されている。ブロッカプレート１２はアル
ミニウムが用いられて厚さ２〜３ｍｍの円盤形状に形成
されており、バッファ部１１の上端部に建て込まれて固
定されている。

【００１９】図２（ａ）に示されているように、ブロッ
カプレート１２にはガス導入口１０に導入された処理ガ
スを流通させる流通孔１３が複数個、中心部の領域を除
いて全面にわたって放射状に配置されて開設されてお
り、各流通孔１３の口径は等しく設定されている。すな
わち、流通孔１３はブロッカプレート１２の中心には開
設されておらず、ガス導入口１０の開口の投影面の外側
に最も内側の各流通孔１３が配置された状態になってい
る。そして、流通孔１３の口径は０．５〜１．０ｍｍ程
度に設定されている。

【００２０】バッファ部１１のブロッカプレート１２の
下方にはフェイスプレート１４が所定の間隔（５〜１０
ｍｍ程度）をもって水平に固定されている。フェイスプ
レート１４はアルミニウムが用いられて厚さ１０ｍｍ程
度の円盤形状に形成されており、バッファ部１１の段付
き部に建て込まれて固定されている。

【００２１】図２（ｂ）に示されているように、フェイ
スプレート１４にはバッファ部１１に供給された処理ガ
スを流通して処理室３にシャワー状に吹き出させる複数
個の吹出口１５が全面にわたって放射状に配置されて開
設されている。図１、図２（ｂ）および図３に示されて
いるように、各吹出口１５は孔径の大きい大径部１５ａ
と孔径の小さい小径部１５ｂとから構成されており、大
径部１５ａがバッファ部１１側に形成され、小径部１５
ｂが処理室３側に形成されている。各吹出口１５の小径
部１５ｂの口径はブロッカプレート１２の流通孔１３の
口径と略等しく設定されており、大径部の口径１５ａは
小径部１５ｂの口径の１．５〜２．０倍程度に設定され
ている。

【００２２】次に、作用を説明する。

【００２３】サセプタ８が支持軸７によってウエハ出し
入れ口４に下降された状態で、サセプタ８の上面に被処
理物としてのウエハ１がウエハ移載装置（図示せず）に
よって移載されると、図１および図２に示されているよ
うに、サセプタ８はウエハ１が処理室３におけるフェイ
スプレート１４の下面に近接する位置に支持軸７によっ
て上昇される。また、サセプタ８に移載されたウエハ１
はヒータ９によって温度分布が全体にわたって均一にな
るように加熱される。

【００２４】処理室３が排気口５によって大気圧よりも
若干低い真空度に排気されて安定すると、処理ガス１６
がガス導入口１０に供給される。例えば、ＴＥＯＳ膜が
ウエハ１に形成される場合には、シリコン（Ｓｉ）のエ
チル化合物とオゾン（Ｏ₃ ）が供給される。

【００２５】図３に示されているように、ブロッカプレ
ート１２の中心に流通孔１３が開設されていないため、
ガス導入口１０に導入された処理ガス１６はブロッカプ
レート１２の中心の壁面に吹き当たって径方向外向きに
放射状に拡散するように流れることにより各流通孔１３
に均等に分散し、各流通孔１３からバッファ部１１にそ
れぞれ流通して行く状態になる。

【００２６】各流通孔１３からバッファ部１１に均等に
それぞれ流れ込んだ処理ガス１６はバッファ部１１にお
いて適度に拡散することによりさらに全体的に均一な分
布状態になり、フェイスプレート１４の各吹出口１５の
大径部１５ａにそれぞれ均等に流入し、各吹出口１５の
小径部１５ｂから処理室３に均等な吹出量をもってシャ
ワー状に吹き出す。この際、フェイスプレート１４の中
心に開設された吹出口１５からも他の吹出口１５と同等
に処理ガス１６が吹き出す。

【００２７】中心の吹出口１５も含めて各吹出口１５か
ら均等な吹出量をもってシャワー状に吹き出した処理ガ
ス１６はウエハ１の全面にわたって均等に供給された状
態になるため、ウエハ１には処理ガス１６が全面にわた
って均等に接触する状態になる。ウエハ１に全面にわた
って均等に接触した処理ガス１６はウエハ１の外方で開
設した排気口５から排気されて行く。

【００２８】そして、加熱されたウエハ１に接触した処
理ガス１６はＣＶＤ反応によってウエハ１の表面にＴＥ
ＯＳ膜を形成する。この際、処理ガス１６がウエハ１の
全面にわたって均等に接触するため、処理ガス１６によ
ってウエハ１の上に形成されたＴＥＯＳ膜の膜厚分布は
全面にわたって均一になる。すなわち、ＣＶＤ反応によ
る成膜レートは処理ガス１６のウエハ１に対する供給量
に依存するため、処理ガス１６のウエハ１に対する供給
量が全面にわたって均等であれば、成膜の膜厚分布はウ
エハ１の全面にわたって均一になる。

【００２９】ところで、ブロッカプレートの中心に流通
孔が開設されているとともに、フェンスプレートの中心
にも吹出口が開設されている従来例の場合には、ガス導
入口に供給された処理ガスが中心の流通孔および吹出口
を直通してしまうため、ウエハの中心部に対する処理ガ
スの供給量が増加することによって成膜レートが高くな
り、その結果、ウエハの中心部において膜厚が厚くなっ
てしまう。

【００３０】そこで、フェイスプレートの中心の吹出口
を塞いだ場合には、中心部の吹出口から処理ガスが全く
吹き出さない状態になることにより、ウエハの中心部に
は処理ガスが供給されないか希薄な状態になるため、成
膜レートが低くなり、その結果、ウエハの中心部におい
て膜厚が薄くなってしまう。

【００３１】以上のようにして、ＴＥＯＳ膜がウエハ１
に全面にわたって均一に形成され所定の処理時間が経過
すると、サセプタ８は支持軸７によってウエハ出し入れ
口４に下降される。サセプタ８に保持された成膜済みの
ウエハ１はエジェクタピンによってサセプタ８から浮か
された状態でウエハ移載装置によって受け取られ、ウエ
ハ出し入れ口４から搬出される。

【００３２】以降、前述した作業が繰り返されることに
より、ウエハ１にＴＥＯＳ膜が枚葉処理によって形成さ
れて行く。

【００３３】前記実施形態によれば、次の効果が得られ
る。

【００３４】1) ブロッカプレート１２の中心部から流
通孔１３をなくすことにより、ガス導入口１０から導入
された処理ガス１６を各流通孔１３に均等に分散させる
ことができるため、各流通孔１３からフェイスプレート
１４に供給される処理ガスの供給量を中心部と周辺部と
において均等に制御することができる。

【００３５】2) 前記1)により、フェイスプレート１４
の各吹出口１５から処理ガス１６をウエハ１の全面に均
等にシャワー状に吹き出させることができるため、処理
ガス１６をウエハ１の全面に均等に接触させることがで
き、処理ガス１６による成膜の膜厚分布を全体にわたっ
て均一に制御することができる。

【００３６】3) 前記1)および2)により、処理ガスの供
給量を抑制することによって成膜レートを遅延しつつウ
エハ面内の膜厚分布を均一に制御することができるた
め、処理ガスの使用量を低減することができる。

【００３７】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３８】例えば、ブロッカプレート１２の中心部か
ら流通孔をなくすように構成するに限らず、図４に示さ
れているように、ブロッカプレート１２Ａの全面にわた
って口径の相異なる複数の流通孔を形成してもよい。す
なわち、図４に示されているブロッカプレート１２Ａに
おいては、ブロッカプレート１２Ａの内周側の領域には
口径が０．３ｍｍの流通孔１３Ａが全体にわたって開設
されており、ブロッカプレート１２Ａの外周側の領域に
は口径が０．５ｍｍの流通孔１３Ｂが全面にわたって開
設されている。

【００３９】図４（ｂ）に示されているように、ガス導
入口１０からブロッカプレート１２Ａに供給された処理
ガス１６は内側領域の各流通孔１３Ａを最初に流通しよ
うとするが、内側領域の各流通孔１３Ａの口径は小さい
ため、その流通量は抑制されることになる。内側領域の
各流通孔１３Ａで流通を抑制された処理ガス１６は周辺
部に向かって放射状に拡散して行き、外側領域の各流通
孔１３Ｂに分散してバッファ部１１へ流通することにな
る。この際、外側領域の各流通孔１３Ｂの口径は内側領
域の各流通孔１３Ａの口径よりも大径に設定されている
ため、内側領域の各流通孔１３Ａでバッファ部１１に流
通した残りの処理ガス１６であっても、外側領域の各流
通孔１３Ｂにおける処理ガス１６の流通量は内側領域の
流通孔１３Ａにおける処理ガス１６の流通量と同等にな
る。

【００４０】つまり、本実施の形態においても、ブロッ
カプレート１２の各流通孔１３Ａおよび１３Ｂを流通す
る処理ガス１６の流量は全面にわたって均等になり、バ
ッファ部１１に供給される処理ガス１６の供給量はバッ
ファ部１１の全体にわたって均一になる。その結果、バ
ッファ部１１においてフェイスプレート１４に供給され
る処理ガス１６の供給量は中心部と周辺部において均等
になるため、フェイスプレート１４の各吹出口１５から
シャワー状に吹き出される処理ガス１６の吹出量も全体
にわたって均等になり、処理ガス１６によるウエハ１の
成膜の膜厚分布を全体にわたって均一に制御することが
できる。

【００４１】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるＴＥＯ
Ｓ膜を形成する常圧ＣＶＤ装置について説明したが、そ
れに限定されるものではなく、その他の酸化膜や金属膜
等を形成する常圧ＣＶＤ装置や減圧ＣＶＤ装置およびプ
ラズマＣＶＤ装置、さらには、ドライエッチング装置等
の処理装置全般に適用することができる。

【００４２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００４３】ブロッカプレートの中心部に流通孔を開設
しないことにより、中心部に配置のガス導入口から導入
された処理ガスはブロッカプレートの中心部において衝
突して周辺に向けて放射状に拡散されるため、ブロッカ
プレートの各流通孔からは処理ガスがフェイスプレート
に向けて全体にわたって均等に供給される状態になり、
フェイスプレートの各吹出口からは処理ガスが被処理物
の全面にわたって均等にシャワー状に吹き出すことにな
り、その結果、被処理物には処理ガスが全面にわたって
均一に供給される状態になるため、被処理物に対する処
理状態を全体にわたって均一に制御することができる。

【００４４】ブロッカプレートに開設される流通孔の口
径を大小適宜に設定することにより、中心部に配置のガ
ス導入口から導入された処理ガスは各流通孔をそれらの
口径に応じて流通することになるため、ブロッカプレー
トの各流通孔からは処理ガスがフェイスプレートに向け
て全体にわたって均等に供給される状態になり、フェイ
スプレートの各吹出口からは処理ガスが被処理物の全面
にわたって均等にシャワー状に吹き出すことになり、そ
の結果、被処理物には処理ガスが全面にわたって均一に
供給される状態になるため、被処理物に対する処理状態
を全体にわたって均一に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である常圧ＣＶＤ装置を
示す正面断面図である。

【図２】（ａ）はそのブロッカプレートの平面図であ
り、（ｂ）はそのフェイスプレートの平面図である。

【図３】作用を説明するための拡大部分断面図である。

【図４】本発明の他の実施の形態である常圧ＣＶＤ装置
を示しており、（ａ）はブロッカプレートの平面図、
（ｂ）は主要部の拡大断面図である。

【符号の説明】

１…ウエハ（被処理物）、２…チャンバ、３…処理室、
４…ウエハ出し入れ口、５…排気口、６…内張り、７…
支持軸、８…サセプタ、９…ヒータ、１０…ガス導入
口、１１…バッファ部、１２、１２Ａ…ブロッカプレー
ト、１３…流通孔、１３Ａ…小口径の流通孔、１３Ｂ…
大口径の流通孔、１４…フェイスプレート、１５…吹出
口、１５ａ…大径部、１５ｂ…小径部、１６…処理ガ
ス。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス導入口を有する処理室と、この処理
   室において被処理物を保持するサセプタと、前記処理室
   に配置されて前記ガス導入口から導入された処理ガスを
   流通させる複数の流通孔が開設されたブロッカプレート
   と、前記サセプタに保持された前記被処理物と前記ブロ
   ッカプレートとの間に配置されて前記ブロッカプレート
   の各流通孔を流通した処理ガスを前記被処理物に向けて
   吹き出す複数の吹出口が開設されたフェイスプレートと
   を備えており、前記複数の流通孔は前記ブロッカプレー
   トの中心部の領域を除いて全面にわたって開設されてお
   り、前記複数の吹出口は前記フェイスプレートの全面の
   領域にわたって開設されていることを特徴とする処理装
   置。
2. 【請求項２】 ガス導入口を有する処理室と、この処理
   室において被処理物を保持するサセプタと、前記処理室
   に配置されて前記ガス導入口から導入された処理ガスを
   流通させる複数の流通孔が開設されたブロッカプレート
   と、前記サセプタに保持された前記被処理物と前記ブロ
   ッカプレートとの間に配置されて前記ブロッカプレート
   の各流通孔を流通した処理ガスを前記被処理物に向けて
   吹き出す複数の吹出口が開設されたフェイスプレートと
   を備えており、前記複数の流通孔は複数種類の口径のも
   のを備えており、口径の小さい流通孔が前記ブロッカプ
   レート内周側の領域に配置され、口径の大きい流通孔が
   前記ブロッカプレート外周側の領域に全面にわたって開
   設されており、前記複数の吹出口が前記フェイスプレー
   トの全面の領域にわたって開設されていることを特徴と
   する処理装置。
3. 【請求項３】 前記複数の吹出口は大径部と小径部とか
   ら構成されており、前記大径部が前記フェイスプレート
   の前記ブロッカプレート側に開設され、前記小径部が前
   記フェイスプレートの前記サセプタ側に開設されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の処理装置。
4. 【請求項４】 前記サセプタはその中心部に支持軸が連
   結されており、この支持軸が昇降するように構成されて
   いることを特徴とする請求項１、２または３に記載の処
   理装置。
5. 【請求項５】 前記処理室に形成したチャンバの側壁に
   排気口が開設されていることを特徴とする請求項１、
   ２、３または４に記載の処理装置。