JP3480271B2 - 熱処理装置のシャワーヘッド構造 - Google Patents

熱処理装置のシャワーヘッド構造

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JP3480271B2 JP29050497A JP29050497A JP3480271B2 JP 3480271 B2 JP3480271 B2 JP 3480271B2 JP 29050497 A JP29050497 A JP 29050497A JP 29050497 A JP29050497 A JP 29050497A JP 3480271 B2 JP3480271 B2 JP 3480271B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等に
熱処理を施す熱処理装置のシャワーヘッド構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路を製造するため
に半導体ウエハに所定の熱処理等施す装置としては、多
数枚のウエハに対して同時に熱処理を行なうことができ
るバッチ式の熱処理装置と、一枚ずつウエハを高速で熱
処理することができる枚葉式の熱処理装置があり、特
に、ウエハサイズが大きくなり、金属膜を形成する場合
には、膜厚の均一性が良好である等の理由により、枚葉
式の熱処理装置が採用される傾向にある。この枚葉式の
熱処理装置にあっては、例えば円筒体状の真空引き可能
な処理容器内に加熱ヒータ或いは、ランプで加熱できる
載置台を設置してこの上に半導体ウエハを載置し、この
ウエハを所定のプロセス温度に加熱維持しながらこの処
理容器の天井部に設けたシャワーヘッド部から必要な処
理ガスを流し、成膜等の所定の熱処理を行なうようにな
っている。
【０００３】図８は上述したような従来のシャワーヘッ
ド構造を示す概略構成図、図９は図８に示すシャワーヘ
ッド構造の接合部を示す部分拡大図である。このシャワ
ーヘッド部２は、処理容器の天井部４から下方に延びて
下端が開放された容器状のシャワーヘッド本体６を有し
ており、このシャワーヘッド本体６の天井部には、処理
ガスをこの内部に導入するガス導入ポート８が設けられ
る。シャワーヘッド本体６の下端の開口部６Ａを閉じる
ように、多数のガス噴射孔１０を散在させたシャワーヘ
ッド蓋体１２がボルト１４により取り付け固定されてい
る。図９はこのシャワーヘッド本体６とシャワーヘッド
蓋体１２の接合部を拡大して示している。これにより、
ガス導入ボート８からシャワーヘッド本体６内に導入し
た処理ガスを、上記多数のガス噴射孔１０から面状に略
均一に処理空間に供給できるようになっている。尚、処
理ガスの均一供給を目的としてシャワーヘッド本体６内
に拡散板１１を設ける場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体ウエ
ハの熱処理において、歩留り向上の見地から、ウエハの
面内温度の均一化と共にパーティクルの削減対策は非常
に重要なテーマである。このような状況下において、上
述したような従来のシャワーヘッド構造においては、図
９に示すようにシャワーヘッド本体６の下端部とシャワ
ーヘッド蓋体１２との接合部１６が広い範囲で面接触し
ていることから、熱処理時の昇降温により両者の熱膨張
差に起因してここにこすれが生じ、このこすれにより異
物、すなわちパーティクルが発生して歩留りが低下する
という問題点があった。特に、シャワーヘッド本体６や
シャワーヘッド蓋体１２は共に熱膨張率が略同じアルミ
ニウムを主体とした材料で形成されているとはいえ、シ
ャワーヘッド蓋体１２の方が高温になるためにその周辺
部の膨張伸縮量はかなり大きくなり、例えば直径２８ｃ
ｍ程度のシャワーヘッド蓋体１２の場合には、この接合
部１６の表面部分に長さ３ｍｍ程度のこすれの痕跡が見
られた。
【０００５】このような接合部１６におけるこすれによ
るパーティクルの発生を防止するために、シャワーヘッ
ド本体６とシャワーヘッド蓋体１２の接合部に、例えば
テフロンなどよりなるパッキンを介在させることも行な
われているが、この場合には、テフロンの耐腐食性が十
分でないなどの問題があり、パーティクル対策としては
十分ではなかった。特に、高微細化及び高集積化の要請
により、加工線幅がサブミクロン、例えば０．２〜０．
５μｍ程度まで小さくなった今日においては、上述した
ようなパーティクル削減対策が強く求められている。本
発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解
決すべく創案されたものである。本発明の目的は、パー
ティクルの発生を抑制することができる熱処理装置のシ
ャワーヘッド構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、被処理体に所定の熱処理を施す処理容
器の天井部に設けられた熱処理装置のシャワーヘッド構
造において、処理ガスを導入するガス導入ポートを有し
て下端が開放された中空状のシャワーヘッド本体と、こ
のシャワーヘッド本体の下端の開放部を閉じるように設
けられると共に前記処理ガスを放出する複数のガス噴射
孔を有するシャワーヘッド蓋体と、前記シャワーヘッド
本体の下端部に設けられて前記シャワーヘッド蓋体を保
持するカラー部材とを備えるように構成したものであ
る。
【０００７】これにより、シャワーヘッド蓋体は、シャ
ワーヘッド本体の下端に取り付けたカラー部材により支
持されるので、シャワーヘッド蓋体とシャワーヘッド本
体が直接接触することがなくなり、カラー部材を介して
接触することになるので、例えば接触面積が少なくな
り、熱伸縮にともなうパーティクルの発生を抑制するこ
とが可能となる。この場合、シャワーヘッド蓋体をカラ
ー部材に設けた肩部で保持させることにより、これは自
重で支持されることになり、従って、ボルトで強固に締
め付ける場合と異なり、熱伸縮が生じてもシャワーヘッ
ド蓋体は拘束されることなく容易に伸縮し、パーティク
ルの発生を更に抑制することができる。このようなカラ
ー部材は、シャワーヘッド本体やシャワーヘッド蓋体が
アルミニウムにより形成されるのに対してこれよりも硬
くて耐腐食性の大きなニッケルクロム系合金により形成
することができる。このニッケルクロム系合金として
は、例えばインコネル（商品名）やハステロイ（商品
名）を用いることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る熱処理装置
のシャワーヘッド構造の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。図１は本発明に係るシャワーヘッド構造を採
用した熱処理装置の一実施例を示す断面図、図２はシャ
ワーヘッド構造を示す分解図、図３はシャワーヘッド本
体とシャワーヘッド蓋体との接合部を示す拡大断面図、
図４はシャワーヘッド蓋体を示す平面図、図５はカラー
部材を示す下面図、図６はカラー部材を示す上面図、図
７はカラー部材を示す断面図である。
【０００９】この熱処理装置は、例えば表面がアルマイ
ト処理されたアルミニウム等により円筒状或いは箱状に
成形された処理容器２０を有しており、この処理容器２
０内には、処理容器底部より起立させた支柱２２上に、
例えば断面Ｌ字状の保持部材２４を介して被処理体とし
ての半導体ウエハＷを載置するための載置台２６が設け
られている。この支柱２２及び保持部材２４は、熱線透
過性の材料、例えば石英により構成されており、また、
載置台２６は、厚さ１ｍｍ程度の例えばカーボン素材、
アルミ化合物等により構成されている。この載置台２６
の下方には、複数本、例えば３本のリフタピン２８がピ
ン支持部材２５に対して上方へ起立させて設けられてお
り、このピン支持部材２５を処理容器底部に貫通して設
けられた押し上げ棒３０により上下動させることによ
り、上記リフタピン２８を載置台２６に貫通させて設け
たリフタピン穴３２に挿通させてウエハＷを持ち上げ得
るようになっている。
【００１０】上記押し上げ棒３０の下端は、処理容器２
０において内部の気密状態を保持するために伸縮可能な
ベローズ３４を介してアクチュエータ３６に接続されて
いる。上記載置台２６の周縁部には、ウエハＷの周縁部
を保持してこれを載置台２６側へ固定するためのリング
状のセラミック製クランプリング３８が設けられてお
り、このクランプリング３８は、上記保持部材２４を遊
嵌状態で貫通した支持棒４０を介して上記ピン支持部材
２５に連結されており、リフタピン２８と一体的に昇降
するようになっている。ここで保持部材２４とピン支持
部材２５との間の支持棒４０にはコイルバネ４２が介設
されており、クランプリング３８等の降下を助け、且つ
ウエハのクランプを確実ならしめている。これらのリフ
タピン２８、ピン支持部材２５及び保持部材２４も石英
等の熱線透過部材により構成されている。
【００１１】また、載置台２６の直下の処理容器底部に
は、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓４４が気密に
設けられており、この下方には、透過窓４４を囲むよう
に箱状の加熱室４５が設けられている。この加熱室４５
内には加熱手段として複数の加熱ランプ４６が反射鏡も
兼ねる回転台４８に取り付けられており、この回転台４
８は、回転軸５０を介して加熱室４５の底部に設けた回
転モータ５２により回転される。従って、この加熱ラン
プ４６より放出された熱線は、透過窓４４を透過して載
置台２６の下面を照射してこれを加熱し得るようになっ
ている。
【００１２】また、載置台２６の外周側には、複数の整
流孔５４を有するリング状の整流板５６が、上下方向に
環状に成形された支持コラム５８により支持させて設け
られている。整流板５６の内周側には、クランプリング
３８の外周部と接触してこの下方にガスが流れないよう
にするリング状の石英製アタッチメント６０が設けられ
る。整流板５６の下方の底部には排気口６２が設けら
れ、この排気口６２には図示しない真空ポンプに接続さ
れた排気路６４が接続されており、処理容器２０内を所
定の真空度に維持し得るようになっている。更に、処理
容器２０の側壁には、ゲートバルブ６６を介してウエハ
を搬出入するロードロック室６８が連結される。
【００１３】一方、上記載置台２６と対向する天井部７
０には、処理ガスやクリーニングガス等の必要なガスを
処理容器２０内へ導入するための本発明のシャワーヘッ
ド構造７２が設けられている。具体的には、シャワーヘ
ッド構造７２は、例えばアルミニウム等により中空筒体
状になされて下端が開放されたシャワーヘッド本体７４
を有しており、このシャワーヘッド本体７４の上端には
天井板７６が取り付けられている。このシャワーヘッド
本体７４は、天井部７０に設けた装着孔に上方より装着
され、天井板７６のフランジ部７６Ａを天井部７０の内
周縁部にスペーサ７８を介して気密に支持させている。
また、この天井板７６には、処理ガス等を内部に導入す
るためのガス導入ポート７９が設けられる。
【００１４】そして、図２及び図３にも示すようにこの
シャワーヘッド本体７４の下端の開放部８０には、カラ
ー部材８２によりシャワーヘッド蓋体８４が閉じるよう
に設けられる。このシャワーヘッド蓋体８４は、例えば
表面がアルマイト処理されたアルミニウムよりなり、図
４にも示すように直径が１ｍｍ程度の多数のガス噴射孔
８６が形成されると共に、その周縁部にはカラー部材８
２を収容するために下方が段部状に拡大された円形の複
数のカラー部材挿入孔８８が貫通させて形成されてお
り、径が拡大された拡大孔部８８Ａと径が小さい縮小孔
部８８Ｂとよりなる。この挿入孔８８は、図示例では円
板状のシャワーヘッド蓋体８４の周方向に沿って等間隔
で４箇所設けられるが、この数値には限定されない。
【００１５】カラー部材８２は、ニッケルアルミニウム
系合金、例えばインコネル（商品名）やハステロイ（商
品名）のようにアルミニウムよりも硬くて耐腐食性が大
きな金属材料により形成し、図５乃至図６のようにピン
状になっている。具体的にはこのカラー部材８２は、上
端よりも下端の直径を大きくして途中に段部９０を設け
た円柱状部材よりなり、下部拡大部８２Ａには、ボルト
ヘッドを収容するボルト凹部９２が形成され、上部縮小
部８２Ｂの中心部にはボルト挿通孔９４が上下に貫通し
て形成されている。そして、上記段部９０は、カラー部
材８２の肩部となり、この部分で後述するようにシャワ
ーヘッド蓋体８４を支持する。
【００１６】ここで、図３にも示すようにカラー部材挿
入孔８８の拡大孔部８８Ａの内径Ｌ１は、カラー部材８
２の下部拡大部８２Ａの外径Ｌ２よりも僅かに大きくな
されて遊嵌状態となり、例えばそれぞれ１４ｍｍ及び１
２ｍｍ程度に設定されている。また、カラー部材挿入孔
８８の縮小孔部８８Ｂの内径Ｌ３は、カラー部材８２の
上部縮小部８２Ｂの外径Ｌ４よりも僅かに大きく遊嵌状
態になり、例えばそれぞれ７ｍｍ及び４ｍｍ程度に設定
されている。更に、カラー部材８２の上部縮小部８２Ｂ
の高さＨ１（図７も参照）は、カラー部材挿入孔８８の
縮小孔部８８Ｂの厚みＨ２よりも少し大きく設定され、
これにより組み立て完了時に図３に示すようにカラー部
材８２の上部縮小部８２Ｂの上端がシャワーヘッド蓋体
８４の上面より僅かに上方へ突出するようになってい
る。
【００１７】この突出量、すなわちシャワーヘッド本体
７４側との間隔Ｈ３は、これからのガス漏れをできるだ
け小さくし、且つ熱伸縮によっても上下の両部材が接す
ることがないような距離、例えば０．１ｍｍ〜０．３ｍ
ｍ程度の範囲内に設定するのが好ましい。尚、シャワー
ヘッド本体７４の厚みＬ５は、略３０ｍｍ程度である。
そして、カラー部材８２は、この内部を挿通させたボル
ト９６をシャワーヘッド本体７４の下端部に形成したボ
ルト穴９８（図２参照）にねじ込むことにより取り付け
固定され、この時、シャワーヘッド蓋体８４を遊嵌状態
でカラー部材８２の肩部９０で支持するようになってい
る。この場合、ボルト９６の材質もカラー部材８２と同
じものを用い、耐腐食性を高めておくのが好ましい。ま
た、シャワーヘッド本体８４内には、図１に示すように
複数の拡散孔１００を有する拡散板１０２、１０４が設
けられている。
【００１８】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、ゲートバルブ６６を開い
て図示しない搬送アームにより処理容器２０内にウエハ
Ｗを搬入し、リフタピン２８を押し上げることによりウ
エハＷをリフタピン２８側に受け渡す。そして、リフタ
ピン２８を、押し上げ棒３０を下げることによって降下
させ、ウエハＷを載置台２６上に載置すると共に更に押
し上げ棒３０を下げることによってウエハＷの周縁部を
クランプリング３８で押圧してこれを固定する。
【００１９】次に、加熱ランプ４６によりウエハＷを所
定のプロセス温度に加熱維持しつつ所定の処理ガスを、
シャワーヘッド構造７２を介して処理容器２０内へ導入
し、所定の熱処理を行なう。この際、処理容器２０内の
雰囲気は真空排気され、所定のプロセス圧力に維持され
ている。シャワーヘッド構造７２においては、ガス導入
ポート７９から導入された処理ガスは、シャワーヘッド
本体７４の拡散板１０２、１０４の拡散孔１００を下方
へ通過しつつ拡散され、最終的にシャワーヘッド蓋体８
４に設けた多数のガス噴射孔８６からウエハＷの上方に
均一に供給されることになる。ここで、シャワーヘッド
構造７２のシャワーヘッド蓋体８４及びシャワーヘッド
本体７４は、載置台２６やウエハＷからの輻射熱でプロ
セス温度に近い温度、例えば成膜処理等の場合には４０
０〜５００℃まで上昇して熱伸縮を起こすことになり、
両接合部にてこすれ等が生じてパーティクルが発生する
恐れが生ずる。
【００２０】しかしながら、本発明の場合には、図３に
示すように、アルミニウム製のシャワーヘッド蓋体８４
はカラー部材８２を介してアルミニウム製のシャワーヘ
ッド本体７４に支持されており、従来の構造と異なって
両者は直接的には接していない。また、シャワーヘッド
本体７４の下端面とカラー部材８２は、接合部１０６
（図３参照）にて接しているが、この部分の接触面積
は、従来構造の場合と比較して非常に僅かである。なぜ
なら、図９に示すように、従来構造においては、接合部
１６における接触面は、シャワーヘッド本体６の円周方
向に沿ったリング状の面になっているのに対し、本発明
構造では、接触面は上述したようにカラー部材８２の接
合部１０６における微小な面積だけである。このカラー
部材８２は、全部で４個程度であり、これらの接触面積
を合算したとしても非常に少ない。
【００２１】従って、このように接触面積が非常に少な
いことから、シャワーヘッド本体７４とシャワーヘッド
蓋体８４が熱伸縮しても、カラー部材８２とシャワーヘ
ッド本体７４との間のこすれ量は非常に小さくなり、そ
の分、パーティクルの発生を抑制することができる。実
際に、本発明を実施して成膜処理を行なった後に、シャ
ワーヘッド構造を分解してシャワーヘッド本体７４の接
合面を顕微鏡で観察したところ、従来構造ではかなりの
こすれの痕跡があったのに対して、本発明構造ではこす
れの痕跡をほとんど確認することができなかった。この
場合、シャワーヘッド本体７４の下端面とシャワーヘッ
ド蓋体８４の上面との間に、僅かな間隙が生じている
が、この距離Ｈ３（図３参照）は、非常に小さく僅か
０．１〜０．３ｍｍ程度であることから、ここから漏れ
出す処理ガスはガス噴射孔８６を正規に流れ出るガス量
に対して僅かであり、処理の均一性等に悪影響を与える
こともない。
【００２２】また、シャワーヘッド蓋体８４には、カラ
ー部材８２の肩部９０と接して、ここで支持されること
になるが、この肩部９０にはシャワーヘッド蓋体８４の
自重の負荷がかかっているだけであり、しかもシャワー
ヘッド蓋体８４が水平方向へ熱伸縮してもこの肩部９０
上で僅かに遊嵌状態でスライドするだけであり、ここに
パーティクルが発生する程の強いこすれが生ずることも
ない。特に、この肩部９０の近傍におけるこすれを抑制
するために、この肩部９０の表面にＭＣＰ（Ｍｅｃｈａ
ｎｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）
処理を施すのが好ましい。
【００２３】また、カラー部材８２としてアルミニウム
よりも硬いインコネルやハステロイを用いているので、
耐久性及び耐蝕性等において優れているという利点を有
する。尚、上記実施例では、ランプ加熱による成膜装置
を例にとって説明したが、このような装置例に限定され
ず、枚葉式の熱処理装置においてシャワーヘッド構造を
採用する熱処理装置ならばどのような装置にも適用する
ことができ、更に、プラズマ処理装置にも適用できるの
は勿論である。また、被処理体としては、半導体ウエハ
に限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも適用でき
るのは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱処理装
置のシャワーヘッド構造によれば、次のように優れた作
用効果を発揮することができる。シャワーヘッド本体
に、カラー部材を介してシャワーヘッド蓋体を間接的に
支持させるようにしたので、シャワーヘッド本体とシャ
ワーヘッド蓋体が直接接触することがなく、しかも、シ
ャワーヘッド本体とカラー部材との熱伸縮が発生しても
シャワーヘッド本体やシャワーヘッド蓋体に発生するこ
すれ量が非常に小さくなり、その分、パーティクルの発
生量を大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシャワーヘッド構造を採用した熱
処理装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】シャワーヘッド構造を示す分解図である。
【図３】シャワーヘッド本体とシャワーヘッド蓋体との
接合部を示す拡大断面図である。
【図４】シャワーヘッド蓋体を示す平面図である。
【図５】カラー部材を示す下面図である。
【図６】カラー部材を示す上面図である。
【図７】カラー部材を示す断面図である。
【図８】従来のシャワーヘッド構造を示す概略構成図で
ある。
【図９】図８に示すシャワーヘッド構造の接合部を示す
部分拡大図である。
【符号の説明】
２０ 処理容器 ２６ 載置台 ４４ 透過窓 ４６ 加熱ランプ ７０ 天井部 ７２ シャワーヘッド構造 ７４ シャワーヘッド本体 ７９ ガス導入ポート ８０ 開放部 ８２ カラー部材 ８４ シャワーヘッド蓋体 ８６ ガス噴射孔 ８８ カラー部材挿入孔 ９０ 段部（肩部） ９４ ボルト挿入孔 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−335635（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−153481（ＪＰ，Ａ) 登録実用新案3005981（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 C23C 16/455 H01L 21/285 H01L 21/3065 H01L 21/31

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被処理体に所定の熱処理を施す処理容器
    の天井部に設けられた熱処理装置のシャワーヘッド構造
    において、処理ガスを導入するガス導入ポートを有して
    下端が開放された中空状のシャワーヘッド本体と、この
    シャワーヘッド本体の下端の開放部を閉じるように設け
    られると共に前記処理ガスを放出する複数のガス噴射孔
    を有するシャワーヘッド蓋体と、前記シャワーヘッド本
    体の下端部に設けられて前記シャワーヘッド蓋体を保持
    するカラー部材とを備えたことを特徴とする熱処理装置
    のシャワーヘッド構造。
  2. 【請求項２】 前記カラー部材は、前記シャワーヘッド
    本体の下端部にボルトにより固定され、且つ前記シャワ
    ーヘッド蓋体の周縁部を載置保持するための肩部を有し
    ていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置のシ
    ャワーヘッド構造。
  3. 【請求項３】 前記シャワーヘッド本体と前記シャワー
    ヘッド蓋体は、アルミニウムを含む材料により形成さ
    れ、前記カラー部材はニッケルクロム系合金により形成
    されることを特徴とする請求項１または２記載の熱処理
    装置のシャワーヘッド構造。
  4. 【請求項４】 前記ニッケルクロム系合金は、インコネ
    ル及びハステロイの内のいずれか１つであることを特徴
    とする請求項３記載の熱処理装置のシャワーヘッド構
    造。
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