JP2003253448A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】少なくとも２種のガスを用いる基板処理装置に
おいて、ガスの均一混合と、均一分散とを同時に行うこ
とができるようにする。 【解決手段】２種のガスは導入部９２，９４から混合室
７４に導入される。導入部９２，９４は互いに対向する
第１のスリット１００，１０２を有し、この混合室７４
において２種のガスが衝突して混合される。また、混合
室７４の周辺には、混合室よりも広い空間を持つ拡散室
７６が形成され、混合室７４と拡散室７６とは連通部１
０４，１０６を介して連通している。連通部１０４，１
０６は第２のスリット１０８，１１０を有し、この第２
のスリット１０８，１１０から混合されたガスが拡散室
７６へ分散し、さらに小孔を介して反応室へ導かれる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＶＤ装置等、基
板を処理する基板処理装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般的
に、原料ガスを含む複数のガスを用いるＣＶＤ装置にお
いては、原料供給の観点からは、ガスを均一に混合す
ることと、処理基板であるウエーハの表面全域にわた
り原料ガスを均一に供給すること、が重要な課題とな
る。これら、の条件を満たさない場合は、ウエーハ
処理層の膜厚や膜質の均一性の阻害要因となる。 【０００３】図１２において、従来のＣＶＤ装置が示さ
れている。原料供給源４８は、２つの原料タンク５０,
５２を有し、この原料タンク５０,５２は、配管４４,４
６を介して装置本体部１６に接続されている。配管４
４,４６には、バルブ５４,５６及びマスフローコントロ
ーラ５８,６０が設けられている。装置本体部１６は、
サセプタ３６上に基板８８を載置した反応室３２と、配
管４４,４６が接続されたガス供給部４２とを有し、こ
のガス供給部４２を介して反応室３２にガスが供給され
るようになっている。ガス供給部４２は、ガスミキサと
しての第１の分散板１２０、緩衝板としての第２の分散
板８４、及びシャワー板７２を有し、これらには多数の
小孔８２，８４，８６がそれぞれ形成されている。した
がって、配管４４,４６からガス供給部４２から入った
２つのガスは、第１の分散板１２０、第２の分散板８４
及びシャワー板の上部に形成された空間により混合さ
れ、かつ基板主面方向に分散されて、３段階で反応室３
２に供給されるようにしてある。 【０００４】しかしながら、上記従来例においては、３
段階でガス混合、分散を意図しているに関わらず、多数
の小孔８２〜８６が形成された分散板１２０，８４及び
シャワー板７２により行うようにしているので、ガスは
基板主面方向と垂直方向（図においては縦方向）に流
れ、基板主面方向へは拡がらず、混合及び分散のいずれ
の観点からも十分ではなかった。 【０００５】そのため、従来においても、種々の改善が
なされている。例えば特許２５３３６８５号公報におい
ては、複数の配管に対応して複数のセパレータを設けた
構成が開示されている。セパレータには、円周方向に溝
が複数形成され、この溝によりガスを基板主面方向端部
に導く。しかしながら、ガスの混合は、前述した従来例
と同様に、多数の小孔が形成された分散板の上部空間に
おいて行われるので、基板主面方向端部へのガス供給は
できても、ガスの混合という観点からは不十分であっ
た。 【０００６】また、特許３０３０２８０号公報において
は、２つのガスを衝突させるように合流させてガスを混
合する構成が開示されている。しかしながら、流入ガス
を互いにぶつけ合うことのみによりガスを混合させるよ
うにしているので、十分にガスを混合させることができ
ないし、また、ガスを混合させた後は、前述した従来例
と同様に、多数の小孔が形成された分散板の上部空間に
おいて分散させるようにしているので、均一分散という
観点からも不十分であった。 【０００７】さらに、特開平６−１２４９０３号公報に
おいては、複数のガスを渦巻状または蛇行するガス通路
を有する混合器で混合させる構成が開示されている。し
かしながら、このような混合器においては、渦巻状また
は蛇行するガス通路にガスの入口を直列に形成してあ
り、それぞれのガス入口からガス出口までの距離が異な
るので、ガス通路を長く形成しなければ十分なガスの混
合はなし得ず、一方、ガス通路を長くすれば複雑な構造
となるという欠点があった。 【０００８】本発明は、上述した従来の欠点を解消し、
ガスの均一混合と、ガスの均一分散とを同時に行うこと
ができる基板処理装置を提供することを課題としてい
る。 【課題を解決するための手段】 【０００９】上記の課題を解決するため、本発明の特徴
とするところは、基板を反応室内に配置し、少なくとも
２種のガスをガス供給部から前記反応室に導入して基板
を処理する基板処理装置において、前記ガス供給部は、
少なくとも２種のガスが導入される混合室と、前記反応
室に接続された拡散室と、前記混合室と前記拡散室とを
連通する少なくとも１つの連通部とを有し、前記連通部
は、基板主面方向に延在し、かつ前記混合室内に導入さ
れた少なくとも２種のガスが衝突する付近に形成されて
なる基板処理装置にある。したがって、少なくとも２種
のガスは、混合室内で互いに衝突し、その衝突した付近
において、基板主面方向に延在する連通部を介して拡散
室に導入されるので、ガスの混合と分散が同時に行うこ
とができる。 【００１０】混合室に２つのガスを導入する導入部は、
スリット状に形成し、導入されるガスを絞って流速を高
めて混合室内で衝突させることができる。また、連通部
もスリット状に形成し、２つのガスが衝突して十分混合
された混合ガスをスリット状の連通部により抽出し、か
つ混合されたガスの流速を増大し、ガス拡散室の周辺へ
向けて分散させることができる。この連通部のスリット
幅は、混合室内外の圧力差を規定しない場合は、狭い方
が好ましく、例えば２ｍｍ以下にすることが好ましく、
さらに１ｍｍ以下にすればより好ましい。 【００１１】 【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。図１乃至図７において、本発明の第１
の実施形態が示されている。図１に示すように、基板処
理装置１０は、カセット部１２、基板移載部１４及び基
板処理本体部１６とを有する。カセット部１２は、カセ
ット室１８を有し、このカセット室１８に図示しないカ
セットが搬入、搬送されるようになっている。基板移載
部１４は、移載室２０と移載ロボット２２とを有し、移
載室２０に移載ロボット２２のアーム２４が配置されて
いる。この移載ロボット２２は、アーム２４の先端には
図示しないツィーザが設けられ、このツィーザを上下、
左右、進退自在に動かすことによって、カセット室１８
のカセットから基板を取り出し、後述する基板処理本体
部１６の反応室３２に搬送するようになっている。な
お、カセット室１２と移載室２０、及び移載室２０と反
応室３２との間にはそれぞれゲートバルブ２６,２８が
設けられ、このゲートバルブ２６,２８を開閉制御する
ことにより真空を保ちながら基板を搬送できるようにし
てある。 【００１２】基板処理本体部１６は、例えば枚葉式熱Ｃ
ＶＤ装置からなり、装置本体３０内に反応室３２が形成
されている。この反応室３２には、ヒータユニット３４
が昇降自在に設けられている。このヒータユニット３４
は、上部に基板が載置するためのサセプタ３６が設けら
れていると共に、内部に図示しないヒータが配置されて
いる。また、装置本体３０には、基板を投入するための
基板投入口３８と、反応室３２を減圧するための排気口
４０が形成されている。さらに、装置本体３０の上部に
は後述するガス供給部４２が設けられている。 【００１３】図２に詳しく示すように、ガス供給部４２
は、ガスＡが供給される第１の配管４４と、ガスＢが供
給される第２の配管４６とが接続されている。ガスＡは
例えばＯ_２であり、ガスＢは例えば原料ガスを含むＮ_２
であり、２つの原料タンク５０,５２を有する原料供給
源４８から供給される。配管４４,４６には、バルブ５
４,５６及びマスフローコントローラ５８,６０が設けら
れており、ガス供給部４８へ供給するガスの流量を制御
するようにしてある。 【００１４】ガス供給部４２は、前述した装置本体３０
の上部に固定されたフランジ６２及びこのフランジ６２
に固定された蓋体６４に囲まれて構成されている。この
フランジ６２及び蓋体６４の内側には、ミキサ板６６、
スペーサ６８、分散板７０及びシャワー板７２が上下方
向に重ねられて配置されている。そして、蓋体６４及び
ミキサ板６６により後述する混合室７４と拡散室７６が
形成され、ミキサ板６６、スペーサ６８及び分散板７０
により第１の緩衝室７８が形成され、分散板７０及びシ
ャワー板７２により第２の緩衝室８０が形成されてい
る。また、拡散室７６と第１の緩衝室７８とは、ミキサ
板６６に多数形成された形成された第１の小孔８２によ
り、第１の緩衝室７８と第２の緩衝室８０とは、分散板
７０に多数形成された第２の小孔８４により、第２の緩
衝室８０と反応室３２とは、シャワー板７２に多数形成
された小孔８６により、それぞれ連通されている。シャ
ワー板７２の下方には、上昇したサセプタ３６に載置さ
れた基板８８が第３の小孔８６に対向し、第３の小孔８
６から混合されたガスが基板８８上に吹き付けられるよ
うになっている。 【００１５】図３乃至図５にも示すように、ミキサ板６
６は円板状に形成され、このミキサ板６６の中心付近に
隔壁部９０が形成されている。この隔壁部９０により、
中心で円形に形成された混合室７４と、周囲で同心円状
に形成された拡散室７６とに分けられている。拡散室７
６は、混合室７４より広い空間容積を持っており、この
拡散室７６の下部に前述した第１の小孔８２が多数形成
されている。また、この隔壁部９０は、図３の左右方向
に２つの導入部９２,９４が形成されている。この導入
部９２,９４は、前述した配管４４,４６が接続される円
形溝９６,９８と、この円形溝９６,９８から基板主面方
向で混合室７４へ向けて延在する第１のスリット１０
０,１０２を有し、この第１のスリット１００,１０２が
混合室７４内で対向している。また、隔壁部９０は、図
３の上下方向、即ち、第１のスリット１００,１０２を
結ぶ対角線と直交する方向に２つの連通部１０４,１０
６が形成されている。この連通部１０４,１０６は、基
板主面方向に延在し、混合室７４と拡散室７６とを連通
している。また、この連通部１０４,１０６は、混合室
７４に開口する第２のスリット１０８,１１０と、この
第２のスリット１０８,１１０に接続されて拡散室７６
に開口する幅広の案内部１１２,１１４とを有する。こ
の連通部１０４,１０６の形成位置は、導入部９２,９４
から混合室７４に入ったガスＡとガスＢが互いに衝突す
る位置であり、この実施形態においては、導入部９２,
９４から等距離位置になっている。 【００１６】次に上記第１の実施形態の作用について説
明する。カセット室１８にカセットが投入されると、ゲ
ートバルブ２６が開き、移載ロボット２２によりカセッ
トから基板を取り出し、ゲートバルブ２６を閉じる。移
載ロボット２２により基板が取り出されると、ゲートバ
ルブ２８が開き、移載ロボット２２により基板投入口３
８から反応室３２内に基板が投入され、ヒータユニット
３６が上昇し、サセプタ３６上に基板を載置する。次に
移載ロボット２２のツィーザが後退し、ゲートバルブ２
８が閉じられる。次に排気口４０から図示しない排気ラ
インを介して反応室３２の排気を実施して反応室４０を
減圧状態にする。次にヒータユニット３６のヒータに通
電して基板８８を所定温度まで加熱する。続いてバルブ
５４,５６を開き、マスフローコントローラ５８,６０に
より流量を調節して原料供給源４８の原料タンク５０,
５２から配管４４,４６を介してガスＡとガスＢを供給
する。 【００１７】ガスＡとガスＢとは、まずガス供給部４２
の導入部９２,９４に基板主面と垂直方向から導入され
る。この導入部９２, ９４においては、ガスＡとガス
Ｂとは、円形溝９６,９８によりそれぞれ基板主面方向
に方向変換され、次に第１のスリット１００,１０２に
よって絞られ、混合室７４に導入される。この混合室７
４においては、ガスＡとガスＢとは、拡散しながら互い
に衝突し、衝突した部分で混合される。このように混合
されたガスは、衝突した部分に集中し、次に連通部１０
４,１０６の第２のスリット１０８,１１０により再び絞
られて拡散室７６に導かれる。 【００１８】図６において、ガスＡとガスＢとのモル比
を数値シュミレーションした結果が示されている。ガス
ＡとガスＢとの流量はともに７５０ｓｃｃｍであり、第
２のスリットの出口付近の圧力は１０００Ｐａとした。
ガスＡとガスＢとは、領域Ａ又は領域Ｋでは１０：０又
は０：１０であったものが、混合室７４で互いに衝突す
ることにより混合され、混合割合が高い領域が第２のス
リット１０８に向けて形成される。第２のスリット１０
８においては、両者は５：５となり、ほぼ完全に混合さ
れたガスが拡散室に供給されることになる。第２のスリ
ット１０８は、２ｍｍ以下であれば、両者のモル比をほ
ぼ５：５にすることができる。 【００１９】連通部１０４,１０６から出た混合ガス
は、拡散室７６の周辺方向に向けて勢い付けられると共
に、拡散室７６において分散する。この分散された混合
ガスは、第１の小孔８２を介して第１の緩衝室７８に至
り、この第１の緩衝室７８おいてさらに分散混合され、
次に第２の小孔８４を介して第２の緩衝室８０に至り、
この第２の緩衝室８０においてさらに混合され、次に第
３の小孔８６を介して反応室３２に至り、基板８８に向
けて均等に吹き付けられる。この混合ガスを吹き付けら
れた基板の表面に膜が形成されるものである。 【００２０】その後、ヒータユニット３６のへの通電を
停止し、排気口４０から反応室３２の排気をし、ヒータ
ユニット３６を下方に移動させ、ゲートバルブ２８を開
き、移載ロボット２２により基板を取り出し、必要に応
じて冷却し、ゲートバルブ２６を開き、カセット室１８
のカセットに基板を移載することにより処理を終了す
る。 【００２１】なお、上記第１の実施形態においては、拡
散室７６と反応室３２とは、第１の緩衝室７８と第２の
緩衝室８０を介して接続しているが、この第１の緩衝室
７８及び第２の緩衝室８０のいずれか一方又は双方を省
略し、構成を簡略化することができる。 【００２２】図７において、本発明の第２の実施形態が
示されている。この第２の実施形態は、前述した第１の
実施形態と比較すると、隔壁部９０の構成を異にしてい
る。即ち、第１の実施形態においては、隔壁部９０をほ
ぼ円形とし、連通部１０４,１０６には案内部１１２,１
１４を延在させていたが、この第２の実施形態において
は、幅広部を含む部分を削除し、混合室７４と導入部９
２,９４に沿って曲面部１１６,１１８を形成し、連通部
１０４,１０６は第２のスリット１０８,１１０のみで形
成したものである。したがって、隔壁部９０の占める面
積を小さくした分、拡散室７６の空間容積を増大し、混
合と分散をより進めることができると共に、第１の小孔
８２の数を増やすことができるものである。なお、第１
の実施形態と同一部分については、図面に同一番号を付
してその説明を省略する。 【００２３】図８において、本発明の第３の実施形態が
示されている。この第３の実施形態は、前述した第１及
び第２の実施形態と比較すると、導入部を省略し、混合
室７４にガスＡとガスＢとを直接導入するようにした点
が異なる。即ち、この第３の実施形態においては、配管
４４,４６は、混合室７４に直接接続され、ガスＡとガ
スＢとは、混合室７４においてその方向を基板主面方向
に変えて衝突するようになっている。そして、この衝突
した位置に連通部１０４，１０６が形成されている。こ
の連通部１０４，１０６は、第２の実施形態と同様に、
第２のスリット１０８，１１０のみから構成されてい
る。したがって、ガス供給部４２の構成を簡略化するこ
とができ、安価に製造できると共に、定期的清掃等のメ
ンテナンスを行う場合に有利となる。なお、第１及び第
２の実施形態と同一部分については、図面に同一番号を
付してその説明を省略する。 【００２４】図９乃至図１１において、第２のスリット
１０８，１１０の幅をそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ
とした場合のガスＡとガスＢとのモル比を数値シュミレ
ーションした結果が示されている。この結果によれば、
スリット幅が狭い程、ガスＡとガスＢとの混合が促進さ
れることが分かり、スリット幅が２ｍｍ以下であればほ
ぼ完全に混合させることができる。ただし、スリット幅
が狭くなると、混合室と拡散室との圧力差とが大きくな
るため、この圧力差との関係を含めてスリット幅を決め
ることができる。なお、この数値シュミレーションの条
件は、第１の実施形態と同様に、ガスＡとガスＢとの流
量はともに７５０ｓｃｃｍであり、第２のスリットの出
口付近の圧力は１０００Ｐａとした。 【００２５】なお、上記３つの実施形態においては、２
つの連通部を設けているが、連通部は少なくとも１つあ
れば足り、３つ以上設けることもできる。また、導入さ
れるガスは２種に限ることなく、３種以上であってもよ
い。 【００２６】以上のように、本発明は、特許請求の範囲
に記載した事項を特徴とするが、さらに次のような実施
形態が含まれる。 （１）基板を反応室内に配置し、少なくとも２種のガス
をガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する
基板処理装置において、前記ガス供給部は、少なくとも
２種のガスが導入される混合室と、前記反応室に接続さ
れた拡散室と、前記混合室と前記拡散室とを連通する少
なくとも１つの連通部とを有し、前記連通部は、基板主
面方向にスリット状に形成されて延在し、前記混合室内
に導入された少なくとも２種のガスが衝突する付近に形
成されてなる基板処理装置 （２）基板を反応室内に配置し、少なくとも２種のガス
をガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する
基板処理装置において、前記ガス供給部は、少なくとも
２種のガスが導入される混合室と、前記反応室に接続さ
れた拡散室と、前記混合室と前記拡散室とを連通する少
なくとも１つの連通部とを有し、前記連通部は、基板主
面方向に延在し、かつ２つのガスが混合室に導入される
部分からほぼ等距離位置に形成されてなることを特徴と
する基板処理装置。 （３）基板を反応室内に配置し、少なくとも２種のガス
をガス供給部から前記反応室に導入して基板を処理する
基板処理装置において、前記ガス供給部は、少なくとも
２種のガスを導入する導入部と、この導入部に接続され
た混合室と、前記反応室に接続された拡散室と、前記混
合室と前記拡散室とを連通する少なくとも１つの連通部
とを有し、前記連通部は、基板主面方向に延在し、かつ
前記導入部からほぼ等距離位置に形成されてなることを
特徴とする基板処理装置。 （４）前記導入部は、それぞれスリットを有し、該スリ
ットにより２つのガスを絞って衝突させるようにしたこ
とを特徴とする（３）記載の基板処理装置。 【００２７】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、混
合室で衝突したガスを基板主面方向に延在する連通部を
介して拡散室に導くようにしたので、ガスの混合と分散
とを同時に行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置を
示す断面図である。 【図２】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置に
用いた装置本体部を示す断面図である。 【図３】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置に
用いたミキサ板を示す平面図である。 【図４】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置に
用いたミキサ板を示し、図３のＡ−Ａ線断面図である。 【図５】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置に
用いたミキサ板を示し、図３のＢ−Ｂ線断面図である。 【図６】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の
ガス供給部におけるガスの混合状態を数値シュミレーシ
ョンした結果を示すシュミレーション図である。 【図７】本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置に
用いたガス供給部を示す半分透視斜視図である。 【図８】本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置に
用いたガス供給部を示す半分透視斜視図である。 【図９】本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の
ガス供給部におけるガスの混合状態を数値シュミレーシ
ョンした結果を示し、連通部のスリット幅を１ｍｍとし
たときのシュミレーション図である。 【図１０】本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置
のガス供給部におけるガスの混合状態を数値シュミレー
ションした結果を示し、連通部のスリット幅を２ｍｍと
したときのシュミレーション図である。 【図１１】本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置
のガス供給部におけるガスの混合状態を数値シュミレー
ションした結果を示し、連通部のスリット幅を４ｍｍと
したときのシュミレーション図である。 【図１２】従来の基板処理装置における装置本体部を示
す断面図である。 １０ 基板処理装置 １２ カセット部 １４ 基板移載部 １６ 装置本体部 １８ カセット室 ２２ 移載ロボット ３２ 反応室 ３４ ヒータユニット ３６ サセプタ ４２ ガス供給部 ４４，４６ 配管 ４８ 原料供給源 ５０，５２ 原料タンク ６６ ミキサ板 ７０ 分散板 ７２ シャワー板 ７４ 混合室 ７６ 拡散室 ８２，８４，８６ 小孔 ８８ 基板 ９０ 隔壁部 ９２，９４ 導入部 １００，１０２ 第１のスリット １０４，１０６ 連通部 １０８，１１０ 第２のスリット

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板を反応室内に配置し、少なくとも２
   種のガスをガス供給部から前記反応室に導入して基板を
   処理する基板処理装置において、 前記ガス供給部は、少なくとも２種のガスが導入される
   混合室と、 前記反応室に接続された拡散室と、 前記混合室と前記拡散室とを連通する少なくとも１つの
   連通部とを有し、 前記連通部は、基板主面方向に延在し、かつ前記混合室
   内に導入された少なくとも２種のガスが衝突する付近に
   形成されてなることを特徴とする基板処理装置。