JP4287918B2 - 基板表面処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板表面処理装置に関し、例えば、シリコン基板、化合物半導体基板、ガラス基板等の表面処理を施す基板表面処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板表面処理装置は一般に、半導体関連の産業分野において、シリコン基板、化合物半導体基板等の基板表面の処理装置として適用される。また、ガラス関連の産業分野では、液晶ディスプレーあるいはプラズマディスプレーの基板表面の洗浄、酸化、薄膜の堆積等の処理を施す処理装置として用いられる。
【０００３】
図５は、従来例１のシリコン基板表面処理装置のＭＯＣＶＤチャンバ部の構成例を示す縦断面図である。図５において、シリコン基板１００は下部に設けられたヒータ１２によって加熱される。このシリコン基板１００に対向して設けられたガスノズルプレート４０には、シリコン基板１００に対して均一に薄膜の原料を供給する目的で通気孔４０ａと円錐形状のガス供給口５とが設けられている。この通気孔４０ａを経て供給されるガスがシリコン基板１００上で熱分解反応を起こして薄膜が堆積される。薄膜形成の役目を終えたガスは、排気口６、６を経由して不図示の真空ポンプ等で排気される。
【０００４】
上記のガスノズルプレート４０は、ヒータ１２とシリコン基板１００からの輻射熱を受けて温度が上昇する。一般的には、ガスノズルプレート４０の中央部分の温度が周辺部に比較して高くなるので、過熱状態を起こしやすい。この理由によりガスノズルプレート４０には一般的に熱伝導性の優れたアルミニウムが使われる。また、ガスノズルプレート４０の過熱を防止する目的で、外周水冷式としてガスノズルプレート４０の周辺に冷却水用の循環路７を設ける工夫がなされている。
【０００５】
しかし、上記従来例１において、大口径のシリコン基板に対応する為には、ガスノズルプレート４０はその直径を拡大する必要が生じる。この為に、外周水冷式のガスノズルプレートは、その中央部と周辺部では５０〜８０℃の温度差が生ずることが知られている。この温度差は、均質な処理を施すための基板表面処理装置にとって致命的な現象となる。
【０００６】
例えば、一般的にＭＯＣＶＤに使われる固体原料は、その蒸気圧が著しく低いために、必要量のＣＶＤ原料を安定に得る為に高温に加熱することが必要である。前記原料ガスの搬送の目的で流されるキャリアガスも２００℃程度に加熱された状態でガス供給口５まで供給される。また、ガスの加熱を目的に円錐形状のガス供給口５の周囲に加熱ヒータ１８を設けている。
【０００７】
原料ガスを含んだ搬送ガスの温度が低下した場合は、ガスノズルプレートを構成する内面あるいは通気孔４０ａに原料ガスの成分が凝縮する。一方、必要以上に過熱された場合には、ガスノズルチャンバを構成する内面あるいは通気孔で薄膜や中間生成物の堆積を起こすことが知られている。その結果ウエハ上に、所望の薄膜を得ることが困難となる。
【０００８】
図６は、従来例２のシリコン基板表面処理装置のＭＯＣＶＤチャンバ部の構成例を示す縦断面図である。図６において、ガスノズルプレート５０に複数の熱媒体の熱伝達路５０ｂ、・・・・、５０ｂを確保し、これらの隣接する熱伝達路５０ｂ、５０ｂ間にガス通気孔５０ａを設ける方式を考案した。各熱伝達路５０ｂ、・・・・、５０ｂを互いに平行とし、熱媒体の流れ方向を同一にした場合、ガスノズルプレート５０面の温度差は約３０℃と減少した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、処理する表面の面積は益々拡大化される傾向にあり、また、処理の均質化に対する精度要求が高まっている。よって、上記の従来例２における対応等では、近時において要求される基板表面処理装置として不充分である問題点を伴う。
【００１０】
本発明は、より高い均質処理を可能とした基板表面処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明の基板表面処理装置は、基板表面へ所定のガスを吹き付け該基板表面へ表面処理を施す基板表面処理装置において、熱媒体の貫流の為の熱媒体入口（２０）と接続された上流環（１）と、所定の熱媒体の熱媒体出口（２１）と接続された下流環（２）と、上流環（１）と下流環（２）との間を接続し前記熱媒体の流路を形成する少なくとも２個の熱伝達路（３ａ、３ｂ）とを有し、熱伝達路（３ａ、３ｂ）は屈曲しており、屈曲する熱伝達路（３ａ又は３ｂ）のそれぞれを含む平面同士は平行であり、また、上流環と同一平面上にある各熱伝達路の一部同士及び上流環と同一平面上にない各熱伝達路の一部同士も部分的に平行であり、上流環（１）と同一平面上における熱伝達路（３ａ、３ｂ）の流路方向は交互で、かつ、上流環（１）と同一平面上にない部分における熱伝達路（３ａ、３ｂ）の流路方向は同じであり、ガスを所定の温度とするための熱媒体循環路が構成されたことを特徴とする。
【００１２】
さらに、上記の基板表面処理装置は、前記熱媒体循環路と熱的に接続された熱変換板（４）を前記上流環と同一平面内に有し、この熱変換板（４）の前記平面内を前記熱媒体により均一温度に熱することを可能とするとよい。
【００１３】
また、上記の熱変換板（４）の平面内には、この平面の垂直方向へ所定のガスを通過させる複数の通気孔が形成され、この通気孔を通過する所定のガスを、平面内において均一温度に熱することを可能とするとよい。なお、熱伝達路（３ａ、３ｂ）は、下流環あるいは上流環との接続部に、この熱伝達路内を流れる熱媒体の流量を制限するオリフィスまたは流量調節を行う絞り機構を設け、ガスの温度の均一化を図るとよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による基板表面処理装置の実施の形態を詳細に説明する。図１〜図４を参照すると本発明のシリコン基板表面処理装置の一実施例形態が示されている。
【００１５】
＜問題点の検討＞
一般的に熱源から受けるエネルギーは、例えば円板状の場合は、その中心線を通過する熱伝達路と中心から距離を増す度に減少する。このことから、複数の熱伝達路を持つ本方式においては、各熱伝達路の熱媒体の流量を熱伝達路毎に調整する必要がある。なお、流量の調整は実験によって求めることができる。また、流量を求めた結果は、固定式のオリフィス８を各熱伝達路の上流環との接続部、あるいは下流環との接続部に埋め込むことで、基板と対抗する円板状の温度を一定に保つことがことが可能となる。
【００１６】
さらに、従来例２の図６において、ガスノズルプレート５０に複数の熱媒体の熱伝達路５０ｂ、・・・・を確保し、この隣接する熱伝達路５０ｂ、５０ｂ間にガス通気孔５０ａを設ける方式とする。各熱伝達路５０ｂ、５０ｂ、・・・・を互いに平行とし、隣接する熱伝達路（５０ａ、５０ｂ）を流れる熱媒体の方向を異にした場合、ガスノズルプレート５０面内の温度差は−５℃と減少した。
【００１７】
この結果は基板表面処理装置としてはほぼ充分であるが、熱媒体の流れが複雑になる為に、実用的なノズルプレートの製作並びに熱媒体循環の為の接続方法が極めて複雑になり、このまま基板表面処理装置に採用できない。
【００１８】
熱源を内蔵するチャンバ壁（円筒状、箱状）に対しても、互いに対向する熱媒体の流れを構成することで、壁の温度を制御することが可能である。この場合は固定式のオリフィスよりも絞り弁を各熱伝達路に取付ける方が便利である。
【００１９】
＜本実施形態の構成＞
図１は、本発明実施形態のシリコン基板表面処理装置に適応される熱媒体循環の構成を概念的に示す斜視図であり、図２は同じく断面図である。
本実施形態に適用される熱媒体循環は、上流環１、下流環２、熱伝達路３、熱変換板４、ガス通気孔（ガスノズル）４ａ、排気口６、オリフィス８、基板加熱ヒータ１２、熱媒体入口２０、熱媒体出口２１、を有して構成される。なお、入熱媒体９０、出熱媒体９１は、熱媒体循環を構成する熱媒体として入力される熱媒体と出力される熱媒体とを峻別して表している。
【００２０】
本実施形態に適応される熱媒体循環路は、上流環１、下流環２、上流環１及び下流環２を接続する複数の熱伝達路３ａ、３ｂ、・・・・及び複数の通気孔４ａ、４ａ、・・・・の形成された熱変換板４とを有して構成される。
【００２１】
上記構成部の複数の熱伝達路３ａ、３ｂ、・・・・は相互に平行で有り、且つ隣接する熱伝達路３ａ、３ｂ、・・・・の上流環１から下流環２へ熱媒体を流した場合、流れの方向が交互方向の隣接する熱伝達路３ａ、３ｂ、・・・・を経て下流環２へ達する。この隣接する熱伝達路３ａ、３ｂ間の流れの方向が交互に構成されているため、大口径のガスプレートにおける上流点と下流点間に生じる温度差が緩和される。この関係を以下に詳述する。
【００２２】
熱伝達路３ａ、３ｂ、・・・・において、熱媒体の温度が熱変換板４よりも高い場合は、熱媒体の温度が熱伝達路３ａ、３ｂ、・・・・を経由して熱変換板４に伝えられる。逆に、熱媒体の温度が熱変換板４よりも低い場合は、熱変換板４を冷却することになる。従来の基板表面処理装置と比較した場合、熱伝達路を流れる熱媒体とヒータとウエハからの幅射熱で加熱されている熱変換板において、熱伝達作用に係わる構成が基本的に相違する。
【００２３】
この熱変換において、熱変換板を加熱する場合には、熱伝達路３ａ、３ｂ、・・・・内の熱媒体温度を、上流側と下流側とで比較した場合、上流側の温度が高く、下流側の温度は低くなる。よって同一の熱伝達路３ａ、３ｂ、・・・・において上流と下流では温度差が発生する。この熱変換において、熱変換板を冷却する場合には、熱伝達路３ａ、３ｂ、・・・・内の熱媒体温度を、上流側と下流側とで比較した場合、上流側の温度が低く、下流側の温度は高くなる。よって同一の熱伝達路３ａ、３ｂ、・・・・において上流と下流では温度差が発生する。
【００２４】
ところで、熱変換板４全体としてみた場合は、隣接する熱伝達路３ａ、３ｂ、・・・・は上流及び下流の方向が相互に逆方向とされている。よって熱変換板４の隣接する領域の温度差の高低が高／低／高／低・・・・と構成される。本構成は、熱変換板４に潜在的に生ずる温度差の要因を解消させる方向へ働く。よって、熱変換板４は、より均一的に熱媒体により加熱することが可能となる。熱変換板４の加熱の均一化は、オリフィス８による各熱伝達路３ａ、３ｂ、・・・・内の、熱媒体の流量を調節することによっても調整することができる。
【００２５】
図４に示した本実施形態の基板表面処理装置において、シリコン基板１００は下部に設けられたヒータ１２によって加熱される。このシリコン基板１００に対向して設けられた熱変換板４には、シリコン基板１００に対して均一に薄膜の原料を供給する目的で複数の通気孔４ａ、４ａ、・・・・と円錐形状のガス供給口５とが設けられている。この通気孔４ａ、４ａ、・・・・を経て供給されるガスが、シリコン基板１００上で熱分解反応を起こして薄膜が堆積される。薄膜形成の役目を終えたガスは、排気口６、６を経由して真空ポンプ等で排気される。
【００２６】
上記の熱変換板４は、熱媒体入口２０から入熱媒体９０が供給され、上流環１、下流環２、熱伝達路３等により構成される本実施形態に適用される熱媒体循環の熱変換板４を経て、熱媒体出口２１から出熱媒体９１として排出される。これにより一方の熱媒体は、自己の保持する熱エネルギーを供給し、熱媒体としての役目を終了する。他方の熱変換板４は、熱媒体から自己の構成する板の平面において熱供給を受け、均一的な温度に熱せられる。
【００２７】
シリコン基板１００の表面を表面処理するためのガスは、ガス供給口５から均一分布化されて供給され、熱変換板４のガス通気孔４ａ、４ａ、・・・・において熱せられ、シリコン基板１００の表面を加熱し表面処理した後、排気口６から排気される。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明より明かなように、本発明の基板表面処理装置は、熱媒体循環路の隣接する熱伝達路間の上流環から下流環への流路方向を交互として構成される。このため、熱伝達路に隣接する領域の温度差が高／低／高／低・・・・と構成される。本構成により、本装置の熱変換板を均一に加熱、あるいは冷却することが可能となる。
【００２９】
さらに、平行方向の熱媒体の流路の形成された平面内に熱媒体循環路と熱的に接続された熱変換板を有している。よって、この熱変換板の平面内を熱媒体により略均一温度に熱することを可能となる。
【００３０】
また、熱変換板の平面内には垂直方向へ所定のガスを通過させる複数の通気孔が形成される。よって、この通気孔を通過する所定のガスを、平面内において略均一温度に熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板表面処理装置の実施形態に適用される熱媒体循環の構成を概念的に示す斜視図である。
【図２】図１の構成を説明するための断面図である。
【図３】熱変換板の構成を説明するための断面図である。
【図４】基板表面処理装置の全体構成を概念的に示す断面図である。
【図５】従来例１の基板表面処理装置の構成を示す断面図である。
【図６】従来例２の基板表面処理装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 上流環
２ 下流環
３ 熱伝達路
４ 熱変換板
４ａ ガス通気孔ガスノズル
６ 排気口
８ オリフィス
１２ 基板加熱ヒータ
２０ 熱媒体入口
２１ 熱媒体出口
９０ 入熱媒体
９１ 出熱媒体
１００ シリコン基板

Claims (4)

1. 基板表面へ所定のガスを吹き付け該基板表面へ表面処理を施す基板表面処理装置において、
   熱媒体の貫流の為の熱媒体入口（２０）と接続された上流環（１）と、
   前記所定の熱媒体の熱媒体出口（２１）と接続された下流環（２）と、
   前記上流環（１）と下流環（２）との間を接続し前記熱媒体の流路を形成する少なくとも２個の熱伝達路（３ａ、３ｂ）とを有し、
   前記熱伝達路（３ａ、３ｂ）は屈曲しており、屈曲する熱伝達路（３ａ又は３ｂ）のそれぞれを含む平面同士は平行であり、また、上流環と同一平面上にある各熱伝達路の一部同士及び上流環と同一平面上にない各熱伝達路の一部同士も部分的に平行であり、
   前記上流環（１）と同一平面上における熱伝達路（３ａ、３ｂ）の流路方向は交互で、
   かつ、前記上流環（１）と同一平面上にない部分における熱伝達路（３ａ、３ｂ）の流路方向は同じであり、
   前記ガスを所定の温度とするための熱媒体循環路が構成されたことを特徴とする基板表面処理装置。
2. 前記基板表面処理装置は、前記熱媒体循環路と熱的に接続された熱変換板（４）を前記上流環と同一平面内に有し、該熱変換板（４）の前記平面内を前記熱媒体により均一温度に熱することを可能としたことを特徴とする請求項１記載の基板表面処理装置。
3. 前記熱変換板（４）の前記平面内には、該平面の垂直方向へ前記所定のガスを通過させる複数の通気孔が形成され、該通気孔を通過する前記所定のガスを、前記平面内において均一温度に熱することを可能としたことを特徴とする請求項２記載の基板表面処理装置。
4. 前記熱伝達路（３ａ、３ｂ）は、前記下流環あるいは上流環との接続部に、該熱伝達路内を流れる前記熱媒体の流量を制限するオリフィスまたは流量調節を行う絞り機構を設け、前記ガスの温度の均一化を図ったことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の基板表面処理装置。

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