JP2641910B2

JP2641910B2 - 処理装置

Info

Publication number: JP2641910B2
Application number: JP18868088A
Authority: JP
Inventors: 康彦川西
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1997-08-20
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JPH0238576A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、処理装置に関する。

（従来の技術）一般に、半導体集積回路等を製造するに際には、例え
ば、薄膜形成工程，エッチング工程，アッシング工程等
がある。これら各工程における処理は、通常以下の通り
行なわれている。

被処理体例えば半導体ウエハを処理室内の所定の位置
に設置する。この後、各処理に対応する処理ガスを、処
理室内に供給する。そして、供給された処理ガスを用い
て、半導体ウエハへの所定の処理を実行する。

上記のような処理に際し、ウエハへの処理の均一性を
向上させるために、半導体ウエハに対して均一的な処理
ガスの供給が要望されている。ここで、この要望に対処
した一例として、特公昭62−34834号公報には、処理室
内の処理ガス供給位置から半導体ウエハ設置付近まで、
円筒状のガイドを設け、このガイドにより処理ガスを半
導体ウエハに対して均一に供給するようにしたものが開
示されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記公報に記載されているように、処
理室内に処理ガスを案内する円筒状のガイドを設けると
以下のような問題点がある。

処理ガスは、ガス供給装置から被処理体付近にガイド
により案内される。この時、処理ガスは、被処理体の被
処理面積に対応するように案内される。しかし、被処理
体は、種類によって夫々大きさが異なる場合がある。例
えば半導体ウエハは、４インチ〜８インチと、ウエハ面
積が異なり、当然被処理面積が異なる。このような被処
理面積の異なったウエハを同一ガイドによる処理装置で
行なっても、特定の被処理面積を持つウエハには有効で
あるが、それ以外の被処理面積のウエハには、処理ガス
を均一的に供給できず、ウエハの各位置における均一な
処理を行なうことが出来なかった。

この発明は上記点に対処してなされたもので、被処理
面積の異なった被処理体に対しても、夫々の被処理体に
対応する如く処理ガスを均一的に供給でき、このことに
より、被処理体への処理の均一性を向上することができ
る処理装置を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）請求項１記載の発明は、装置内部に支持された被処理
体の被処理面に向けて薄膜形成用ガス等の処理ガスを噴
射して、被処理体に薄膜形成等の半導体製造処理を行う
処理装置において、装置内部に設けられ、この装置内に
気密空間を形成する反応チャンバと、この反応チャンバ
内に設けられ、被処理体をその被処理面が気密空間に向
けて露出した状態で支持する支持台と、反応チャンバ内
の被処理体被処理面に向けて処理ガスを噴射するガス供
給源と、このガス供給源に被処理体に向けて伸縮自在に
設けられ、そのガス供給源からの処理ガスを被処理体の
被処理面近傍まで案内する案内路を形成する処理ガス案
内管とを設けたものである。

請求項２記載の発明は、処理ガス案内管は、アルミニ
ウム材で構成した請求項１記載の処理装置である。

請求項３記載の発明は、被処理体は、半導体ウエハで
構成し、処理ガス案内管は、半導体ウエハの外周形状に
対応して円筒状に形成した請求項１記載の処理装置であ
る。

請求項４記載の発明は、処理ガス案内管は、ガス供給
源を覆うようにして、基端が反応チャンバ内に固定され
た基端筒状部材と、この基端筒状部材の側壁に沿って移
動可能に設けた先端筒状部材とから構成される請求項１
記載の処理装置である。

請求項５記載の発明は、処理ガス案内管は、被処理体
の大きさに応じて、処理ガス案内管を自動的に伸縮動作
させてその処理ガス案内管の先端部と被処理体の被処理
面との間隔を設定する間隔設定手段を設けた請求項１記
載の処理装置である。

（作用効果）ガス供給源に被処理体に向けて伸縮自在に処理ガス案
内管を設けたことにより、被処理体に向けて処理ガスを
噴射する前に、被処理体の形状大きさに応じて処理ガス
案内管を伸縮してからそのガス供給源からの処理ガスを
被処理体の被処理面近傍まで案内できるため、被処理面
積の異なった被処理体に対しても、夫々に対応して処理
ガスを均一的に供給でき、このことにより、被処理体へ
の処理の均一性を向上することができる。

また、被処理体は、半導体ウエハで構成し、処理ガス
案内管は、半導体ウエハの外周形状に対応して円筒状に
形成することにより、半導体ウエハの被処理面に対し
て、より均一的な処理ガスの供給を行うことができる。

また、処理ガス案内管は、基端筒状部材及び先端筒状
部材との２重構造で構成することにより、先端筒状部材
を基端筒状部材の側壁に沿って被処理体に向けて移動す
ることにより処理ガス案内管は伸長し、先端筒状部材を
基端筒状部材の側壁に沿ってガス供給源に向けて移動す
ることにより処理ガス案内管は短縮するため、処理ガス
案内管の先端部と被処理体の被処理面との間隔を被処理
体の大きさに応じて設定することができる。これによ
り、被処理面積の異なった被処理体に対しても、夫々に
対応して処理ガスを均一的に供給できる。

また、被処理体の大きさに応じて、処理ガス案内管を
自動的に伸縮動作可能な構成にすることにより、被処理
面積の異なった被処理体を枚葉処理する際の処理速度が
向上することができる。

（実施例）次に、本発明装置を半導体製造工程の枚葉処理による
薄膜形成工程で、高融点金属の薄膜形成を行なうメタル
CVD（Chemical Vapour Deposition）装置に適用した一
実施例につき図面を参照して説明する。

上記CVD装置は、第１図に示すように、処理室として
例えば冷却水等で壁面を冷却可能で気密な円筒状Al（ア
ルミニウム）製反応チャンバ（１）が、電気的に接地し
て設けられている。この反応チャンバ（１）上方に、被
処理体例えば半導体ウエハ（２）を設置する設置板
（３）が設けられている。この設置板（３）は、後に説
明する加熱光により急加熱可能で、かつ、プラズマ発生
用として電気良導体の材質例えばグラファイト製で構成
されている。又、起微細技術に対応して、グラファイト
製の設置板（３）には、電気抵抗例えば数Ωcm〜数100
Ωcmの材質例えばシリコンカーバイトがコーティングさ
れていて、グラファイトからの塵等の発生が防止されて
いる。さらに、設置板（３）の上方には、設置板（３）
の外周縁部に接して支持する導電性例えばAl製で円筒状
の支持体（４）が、上記反応チャンバ（１）とリング状
絶縁部材（５）を介して設けられている。そして、上記
支持体（４）は、プラズマ励起周波数例えば13.56MHzの
RF電源（６）に電気的に接続され、上記支持体（４）に
接続された設置板（３）が、プラズマ発生電極となる。
一方反応チャンバ（１）は接地電位に設定されている。

そして、上記設置板（３）近傍には、例えば半導体ウ
エハ（２）の外縁を用いて設置板（３）に半導体ウエハ
（２）を固定する如く、例えばエアシリンダ等の昇降機
構（７）を備えた保持体（８）が設けられている。ま
た、設置板（３）の上方には石英ガラス製の窓（９）を
通して設置板（３）に設けられたウエハ（２）を例えば
300℃〜1000℃に加熱可能なIRランプ（infrared raylam
p）（10）が設けられている。そして、設置板（３）近
辺の反応チャンバ（１）上壁には、排気例えば２ケ所の
排気口（11）が設けられ、この排気口（11）には、反応
チャンバ（１）内を所望の圧力に減圧及び反応ガス等を
排出可能な真空ポンプ（12）例えばターボ分子ポンプ等
が接続されている。

また、反応チャンバ（１）の下方には、膜成長用ガス
やキャリアガスやエッチングガス等を流出する多数の微
少な流出口をもつ円環状のガス導入口（13）が２系統独
立して設けられている。これらガス導入口（13）は流量
制御機構（14）例えばマス・フロー・コントローラ等を
介してガス供給源に接続されている。また、設置板
（３）とガス導入口（13）の間には、ガスの流れを制御
するための例えばステッピングモータ等の直線移動によ
る移動機構（15）を備えた円板状制御板（16）が設けら
れている。

そして、反応チャンバ（１）下方には、ガス導入口
（13）からチャンバ（１）内に供給された処理ガスを、
ウエハ（２）を設置する設置板（３）方向に案内する処
理ガス案内管としてのガイド管（17）が設けられてい
る。このガイド管（17）の構成は、上記円板状制御板
（16）の移動軌跡と所定の間隔を設けて囲むように、円
筒状の基端筒状部材としての第１のガイド管（17a）
が、反応チャンバ（１）に固定されている。この第１の
ガイド管（17a）は、例えばAl製で直径175mm、高さ63.5
mmである。さらに、上記第１のガイド管（17a）の外側
壁に周接して、円筒状の先端筒状部材としての第２のガ
イド管（17b）が設けられている。この第２のガイド管
（17b）は、例えばAl製で直径177mm、高さ63.5mmであ
る。そして、第２のガイド管（17b）は、上記設置板
（３）との間隔を、所望に応じて設定可能なようになっ
ている。即ち、第２のガイド管（17b）を、反応チャン
バ（１）内に固定されている第１のガイド管（17a）の
外側壁に沿って上下方向に移動して、所望する位置に設
定可能となっている。この移動動作は、所望に応じて自
動的に行っても良く、又オペレータがマニュアル操作し
てもよい。マニュアルの場合、オペレータが第２のガイ
ド管（17b）を設定した位置で、夫々のガイド管（17a）
（17b）を締め付ける如く、図示しないネジ等で固定す
る。又、移動を自動的に行なう場合は、第２のガイド管
（17b）に、エアシリンダ等の駆動機構を係合すること
により行なっても良い。

そして、反応チャンバ（１）の一側面には自動開閉例
えば昇降機構により開閉可能なゲートバルブ（18）を介
して、半導体ウエハ（２）を反応チャンバ（１）内に搬
入及び搬出するため、伸縮回転自在にウエハ（２）を保
持搬送するハンドアーム（19）と、ウエハ（２）を例え
ば25枚程度所定の間隔を設けて積載収納したカセット
（20）を載置して昇降可能な載置台（21）を内蔵した気
密な搬送予備室（22）が配設してある。

また、上記構成の膜形成を行なうCVD装置は制御部（2
3）でCVD処理動作制御される。

次に、上述したCVD装置による半導体ウエハ（２）へ
の成膜方法を第２図に示すフロー図に従って説明する。

予備室（22）の図示しない開閉口よりロボットハンド
又は人手により、例えば被処理半導体ウエハ（２）が25
枚程度収納されたカセット（20）を、昇降可能な載置台
（21）上に載置する（Ａ）。この時、ゲートバルブ
（１）を閉じた状態で、処理室である反応チャンバ
（１）内は既に、真空ポンプ（12）の働きで所望の低圧
状態となる様に減圧操作されている。そして、カセット
（20）をセットした後、搬送予備室（22）の図示しない
開閉口は気密となる如く自動的に閉じられ、図示しない
真空ポンプで反応チャンバ（１）と同程度に減圧される
（Ｂ）。次に、ゲードバルブ（18）が開かれ（Ｃ）、所
望の低圧状態を保持した状態で載置台（21）の高さを調
整することにより、半導体ウエハ（２）を伸縮自在なハ
ンドアーム（19）で、カセット（20）から所望の１枚を
取り出し、反応チャンバ（１）内に搬入する（Ｄ）。こ
の時、保持体（８）は昇降機構（７）により下降し、ウ
エハ（２）を被処理面を下向きに保持体（８）上に設置
する。そして、昇降機構（17）で保持体（８）を上昇
し、ウエハ（２）の周縁部を設置板（３）と保持体
（８）で挟持し固定設定する（Ｅ）。この半導体ウエハ
（２）を設置板（３）への設定が終了すると、ハンドア
ーム（19）を搬送予備室（22）内に収納し、ゲートバル
ブ（18）を閉じる（Ｆ）。

次に半導体ウエハ（２）被処理面への処理を開始す
る。

この処理は、半導体ウエハ（２）の被処理面に化学的
気相成長法により金属薄膜を形成するものである
（Ｇ）。

まず、反応チャンバ（１）内を所望の低圧状態例えば
100〜200mmTorrに保つ真空ポンプ（12）で排気制御しな
がら、IRランプ（10）から加熱光である赤外光を耐熱性
のグラファイト製の設置板（３）に周縁が支持されたウ
エハ（２）の裏面に照射する。このことにより、この設
置板（３）に設置されている半導体ウエハ（２）が急加
熱される。

この時、半導体ウエハ（２）の被処理面の温度をIRラ
ンプ（９）で例えば40〜530℃程度となる如くウエハ
（２）から放射される赤外線をパイロメーターを用いて
制御するか、高感度熱電対を用いてウエハ（２）の温度
を直接検知して制御する。そして、ガス導入口（13）を
開いて、流量制御機構（14）で反応ガスを構成する膜成
長用ガス例えばWF₆とキャリアガス例えばH₂及びArを流
出する。この反応チャンバ１内に供給された処理ガス
を、まず円板状制御板（16）で撹拌する。そして、この
撹拌された処理ガスは、ガイド管（17）のフード作用に
より、設置板（３）に設けたウエハ（２）方向に案内さ
れる。この処理ガスの案内において、ウエハ（２）の被
処理面に均一に処理ガスを供給するように、予め、ガイ
ド管（17）端部の位置を調整しておく。即ち、ガイド管
（17）端部とウエハ（２）の被処理面との間隔を設定し
ておく。この設定は、当該処理ウエハ（２）の被処理面
積に対応して、第２のガイド管（17b）を上下方向に昇
降移動して行なう。例えば第３図（Ａ）のような被処理
面積の小さいウエハ（２）の場合、被処理面と第２のガ
イド管（17b）との間隔を短かくする。すると、処理ガ
スは矢印（24）のように、設置したウエハ（２）の被処
理面近辺までガイド管（17）により均一に案内される。
即ち、処理ガスでは、ウエハ（２）近辺までは、ガイド
管（17）により規制され、他の処理室空間への処理ガス
の拡散が防止される。このことにより、被処理面の各位
置において、均一的な成膜処理が行なえる。又、第３図
（Ｂ）のように被処理面積の大きいウエハ（２）の場
合、第２のガイド管（17b）を移動して、被処理面と第
２のガイド管（17b）との間隔を比較的長く設定する。
すると、処理ガスは、矢印（25）のようにガイド管（1
7）の設定位置までは規制を受けて案内され、その後、
排気方向に沿ってある程度反応チャンバ（１）内に拡散
される。すると、ウエハ（２）の被処理面の各位置にお
いて、処理ガスが均一的に供給され、正確な成膜処理が
行なえる。

上記のような化学的な気相成長を行なうと、半導体ウ
エハ（２）の被処理面等に形成されたホール等に金属例
えばＷ（タングステン）の膜を選択的に堆積することが
できる。

そして、所望の膜形成が終了すると、反応ガスの流出
が止められ、昇降機構（７）で保持体（８）がウエハ
（２）を支持した状態で降下し、ゲートバルブ（18）が
開かれ（Ｈ）、伸縮回転自在なハンドアーム（19）によ
り半導体ウエハ（２）を反応チャンバ（１）より搬出す
る（Ｉ）とともにゲートバルブ（18）を閉じて、（Ｊ）
処理が完了する。この処理が完了後、カセット（20）内
に未処理ウエハが無いか確認し（Ｋ）、未処理ウエハが
ある場合再び上記のエッチング処理および化学的気相成
長処理を実行し、未処理ウエハがない場合、終了する。

又、上記成膜処理を実行する前に、半導体ウエハ
（２）に形成された自然酸化膜をプラズマエッチングす
ると、より正確な成膜処理が行なえる。

このエッチング処理は、反応チャンバ（１）内を所望
の低圧状態例えば数十〜数百mmTorrに保つように真空ポ
ンプ（12）で排気制御しながら、ガス導入口（13）を開
いて、流量制御機構（14）で流量を調節しながら処理ガ
スを均一的に拡散して上記ウエハ（２）上に供給する。
そして、グラファイト製の設置板（３）に接続されてい
る導電性の支持体（４）とチャンバ（１）壁面にRF電源
（６）から電力例えば400〔Ｗ〕を印加する。すると、
上記導電体の支持体（４）に接続しているグラファイト
製設置板（３）に電力が印加され、反応チャンバ（１）
が接地電極のため、上記設置板（３）との間に放電がお
こり、半導体ウエハ（２）上に供給された処理ガスがプ
ラズマ化され、このプラズマ化されたガスにより上記ウ
エハ（２）上に形成された自然酸化膜を例えば100Å/mi
n程度でエッチングする。この時、上記電力の印加によ
り、支持体（４）が高温となるため、図示しない冷却機
構により支持体（４）を例えば20℃程度に冷却制御して
おく。

このように、被処理体は半導体ウエハ（２）で構成
し、ガイド管（17）は、半導体ウエハ（２）の外周形状
に対応して円筒状に形成することにより、半導体ウエハ
（２）の被処理面に対して、より均一的な処理ガスの供
給を行うことができる。

また、ガイド管（17）は、第１のガイド管（17a）及
び第２のガイド管（17b）との２重構造で構成すること
により、第２のガイド管（17b）を第１のガイド管（17
a）の側壁に沿って伸縮可能であるため、ガイド管（1
7）の先端部と半導体ウエハ（２）の被処理面との間隔
を半導体ウエハ（２）の大きさに応じて設定することが
できる。これにより、被処理面積の異なった半導体ウエ
ハ（２）に対しても、夫々に対応して処理ガスを均一的
に供給できる。

また、ガイド管（17）の第１のガイド管（17a）に、
例えばエアシリンダ等の駆動機構を係合し、第２のガイ
ド管（17b）に対して第１のガイド管（17a）を自動的に
伸縮動作可能な構成にすることにより、被処理面積の異
なった半導体ウエハ（２）を枚葉処理する際の処理速度
が向上することができる。

上記実施例では、被処理体上に薄膜を形成するCVD装
置に適用した例について説明したが、これに限定するも
のではなく、処理室に供給した処理ガスをガイド管で案
内し、この案内した処理ガスを用いて被処理体に所定の
処理を行なう装置になら何れにも適用でき、例えば各種
成膜装置、エッチング装置，アッシング装置等に適用し
て良いことは言うまでもない。

又、上記実施例では被処理体として半導体ウエハに適
用した例について説明したが、これに限定するものでは
なく、TV画面等に用いられる液晶表示装置（LCD）等で
も何れでも良い。又、LCD基板を用いる場合、上記ガイ
ド管の形状をLCD基板の形状に対応する如く方形状とす
ると効果的である。即に被処理体形状に対応する如く、
ガイド管形状を構成すれば良い。

さらに、上記実施例では、処理ガスの案内をするガイ
ド場を二重とし、一方を移動可能なものについて説明し
たが、これに限定するものではなく、被処理体とガイド
管の間隔を設定できるようなものなら何れでも良く、例
えば１つの筒状のガイド管を移動可能なようにしても良
い。

以上説明したようにこの実施例によれば、ガイド管と
被処理体の間隔を所望する間隔に設定する手段を具備し
たことにより、被処理面積の異なった被処理体に対して
も、夫々に対応する如く処理ガスを均一的に供給でき、
このことにより、被処理体への処理の均一性を向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するためのCVD装
置の説明図、第２図は第１図装置の処理動作を示すフロ
ー図、第３図は、第１図装置のガイド管の設定位置を示
す図である。１……反応チャンバ、２……半導体ウエハ３……設置板、13……ガス導入口 16……円板状制御板、17……ガイド管 17a……第１のガイド管、17b……第２のガイド管

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】装置内部に支持された被処理体の被処理面
に向けて薄膜形成用ガス等の処理ガスを噴射して、前記
被処理体に薄膜形成等の半導体製造処理を行う処理装置
において、前記装置内部に設けられ、この装置内に気密
空間を形成する反応チャンバと、この反応チャンバ内に
設けられ、前記被処理体をその被処理面が気密空間に向
けて露出した状態で支持する支持台と、前記反応チャン
バ内の前記被処理体被処理面に向けて処理ガスを噴射す
るガス供給源と、このガス供給源に前記被処理体に向け
て伸縮自在に設けられ、そのガス供給源からの処理ガス
を前記被処理体の被処理面近傍まで案内する案内路を形
成する処理ガス案内管とを設けたことを特徴とする処理
装置。
【請求項２】前記処理ガス案内管は、アルミニウム材で
構成したことを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【請求項３】前記被処理体は、半導体ウエハで構成し、
前記処理ガス案内管は、前記半導体ウエハの外周形状に
対応して円筒状に形成したことを特徴とする請求項１記
載の処理装置。
【請求項４】前記処理ガス案内管は、前記ガス供給源を
覆うようにして、基端が反応チャンバ内に固定された基
端筒状部材と、この基端筒状部材の側壁に沿って移動可
能に設けた先端筒状部材とから構成されることを特徴と
する請求項１記載の処理装置。
【請求項５】前記処理ガス案内管は、前記被処理体の大
きさに応じて、前記処理ガス案内管を自動的に伸縮動作
させてその処理ガス案内管の先端部と前記被処理体の被
処理面との間隔を設定する間隔設定手段を設けたことを
特徴とする請求項１記載の処理装置。