JPH08186079A

JPH08186079A - 基板表面処理装置

Info

Publication number: JPH08186079A
Application number: JP33775094A
Authority: JP
Inventors: Makoto Uchiyama; 誠内山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1996-07-16
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JP3414018B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、基板半径方向での処理の均一性を
改善することを目的とする。【構成】基板７１主面と対向し略平行をもってなる面
の略全面にわたり開口部の有効面積が互いに略等しい原
料流体の供給口３２と排出口４１からなる供給・排出対
Ｓ１をアレイ状に配設したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばダイオード、ト
ランジスタ、センサ、マイクロマシン等ならびそれらを
集積化したＩＣ等を製造する半導体加工組立プロセス技
術等で用いられる流体原料を供給、排出し基板（ウェ
ハ）表面を処理する基板表面処理装置に関し、特にその
処理が基板半径方向にむらを生じさせ易い場合にその半
径方向の均一性を著しく改良するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から基板表面処理に関して、例えば
シリコンや化合物半導体系エピタキシャル結晶堆積装置
に代表される一般にＣＶＤ（化学蒸着堆積法）と総称し
て知られる装置ならびに操作法（例えば、薄膜作成ハン
ドブック、応用物理学会／薄膜・表面物理分科会編１９
９１共立出版株式会社ページ２５５〜。ＵＬＳＩ製造装
置実用便覧、菅原活朗、前田和男編、株式会社サイエン
スフォーラム、ページ２５８〜）、ＲＩＥ（リアクテブ
イオンエッチング）に代表されるシリコンや化合物半導
体系エピタキシャル結晶基板をドライエッチングする装
置（例えば、ＵＬＳＩ製造装置実用便覧、菅原活朗、前
田和男編、株式会社サイエンスフォーラム、ページ４３
７〜）、無水弗酸ガスプロセスに代表される蒸気エッチ
ングやスプレーエッチング装置を含む各種材料に対する
ウェットエッチング装置（例えば、ＵＬＳＩ製造装置実
用便覧、菅原活朗、前田和男編、株式会社サイエンスフ
ォーラム、ページ１８８〜、最新ＬＳＩプロセス技術、
前田和男著、株式会社工業調査会、ページ２８０〜）、
さらにはアイススクラブに代表される固体や液体の微粒
子を噴霧して行なう物理洗浄装置（例えば、ＵＬＳＩ製
造装置実用便覧、菅原活朗、前田和男編、株式会社サイ
エンスフォーラム、ページ１７３〜）を含む洗浄装置等
がある。さらには、アトマイザーを用いて半導体表面に
液相薄膜を形成し焼き固めてＰＺＴの固体薄膜を形成す
る装置（例えば、サムコイニターナショナル研究所製強
誘電体薄膜形成用液体ソースＣＶＤ装置）なども含まれ
る。

【０００３】図１６（同図（ａ），（ｂ）はそれぞれＡ
−Ａ′，Ｂ−Ｂ′の断面図）はＣＶＤ法により基板表面
に薄膜を堆積する基板表面処理装置の第１の従来例を示
している。反応瓦斯導入管３０から反応室１０に原料瓦
斯を供給し、ヒータ６０で加熱された基板（ウェハ）７
０の表面（図では下面）に、熱分解反応等により原料瓦
斯を分解して薄膜を堆積形成するようになっている。反
応瓦斯排出管４０で反応瓦斯の排出がなされる。しか
し、このような従来の装置は膜の堆積速度が半径方向に
分布を持つことが知られており、原料瓦斯供給端では反
応にあずかる有効瓦斯濃度が高くその結果形成膜厚は厚
くなり、瓦斯排出端に近づくにつれて反応瓦斯濃度が低
くなり形成膜厚は段々薄くなる。その原因は原料供給上
流では有効瓦斯濃度が一番濃く、下流に流れていくに従
って基板と反応した分だけ有効瓦斯成分濃度を段々低下
させ、その結果堆積膜厚は段々薄くなることに起因す
る。図２のＤ特性は、上記装置でモノシラン瓦斯を常圧
下で８００〜６００℃の熱分解を行ないシリコンウェハ
上にシリコン膜を堆積形成したデータの一例である。本
図中の５インチのシリコンウェハの左端より反応瓦斯が
供給され右端より排出される。反応瓦斯の濃度や供給速
度によっては左端と右端における形成膜厚差異が１００
％にも及んでいる。

【０００４】図１７（同図（ａ），（ｂ）はそれぞれＡ
−Ａ′，Ｂ−Ｂ′の断面図）はＣＶＤ法により基板表面
に薄膜を堆積する基板表面処理装置の第２の従来例を示
している。シャワープレート（反応瓦斯導入管）３１で
反応室１０に原料瓦斯を供給し、ヒータ６０で加熱され
た基板７０の表面（図では下面）に薄膜を堆積形成する
ようになっている。反応瓦斯排出管４０で反応瓦斯の排
出がなされる。図２のＣ特性は、上記装置でモノシラン
瓦斯を８００〜６００℃で熱分解して５インチのシリコ
ンウェハ下面にシリコン膜を堆積形成したデータの一例
である。装置構造以外はＤと同一の条件のものである。
Ｄよりも向上が見られるものの、左端と右端における形
成膜厚差異が３０〜４０％にも及んでいる。更に、瓦斯
供給速度や供給瓦斯濃度（反応瓦斯分圧）を変化させる
とその値が最大６０％にも及び、瓦斯供給速度や供給瓦
斯濃度（反応瓦斯分圧）を様々に変化させる操作には対
応できないばかりか、上述したようなシリコン半導体エ
ピタキシャル結晶堆積装置での一般的要求仕様であるプ
ラスマイナス数％以下の膜厚均一性には到底及ばない。

【０００５】この問題を解決する一つの方法として、瓦
斯供給の上流ではウェハと装置壁との距離αを大きく
し、下流部では距離βを小さくし上流から下流に瓦斯が
移動する際に反応に供される瓦斯種の減り分を調整する
等の、瓦斯流れに対してウェハをどういう方向に置くか
ということで分布を小さくする工夫がなされている（例
えば、HANDBOOK OF THIN-FILM DEPOSITION PROCESSES A
ND TECHNIQUES,K.K.Schuegraf,NOYES PUBLICATION １９
８８ページ３９，４０，４１，４２）。しかし、この
工夫では、ある狭い範囲における操作条件のみに適応可
能であるだけであることが多く、その均一性を瓦斯供給
速度や供給瓦斯濃度（反応瓦斯分圧）、反応温度を変化
させることに対応できない場合が多く、操作条件の変化
に応じて相対位置を調整する必要がある。例えば、図１
６に示した第１の従来例の装置で堆積膜厚分布が当初
（α：βが１：１）約２５％だったものが、α：βを
３：１とした時にその相対分布が数％以下になったが、
当初の膜厚相対分布（α：βが１：１）約１０％である
操作条件でα：βを３：１としたにもかかわらずその相
対分布が約８％程度にしか向上しなかった。なお、この
ように位置を連続的に変化させるに便利な自動装置は通
常数１００℃、高いときは１０００℃を越える反応温度
の装置には組み込みが困難である。さらには、図１７に
示した第２の従来例の装置のようにウェハ中央から瓦斯
を供給する場合はその工夫もできない。

【０００６】また、パンケーキ型のシリコンエピタキシ
ャル結晶堆積装置のようにチャンバー内での流動が複雑
な装置で行なわれているように各ウェハをウェハ中心に
回転させたり（自転）、数枚のウェハをのせたサセプタ
を回転させたり（公転）する機構を設ける等の工夫をす
ると同時に、瓦斯流れをどのように形成し、かつそれに
対してウェハをどう相対的に位置させるかという流動制
御で堆積速度分布を小さくしている。回転機構を流体装
置に組み込むことは回転機器やそのコントローラを用い
ることが必要で装置コストの上昇をまねく。さらには、
装置の大型化や信頼性を損なう危険性も高くなる。減
圧、加圧装置に組み入れることはコスト、信頼性の点で
常圧装置に比べ一層不利となる。また回転軸のシール部
からの原料の漏洩の危険性をはらみ安全確保の点からも
好ましくない。また、操作温度は反応制御や反応機構解
のためにも最も精確に測定する必要があるにもかかわら
ず、回転しているウェハ上には熱電対を固定することが
不可能であり精確な測定が不可能である。さらに、これ
ら流巾制御で堆積速度分布を小さくしきれないときは、
ウェハ下面に位置する抵抗加熱コイルを上下し、ウェハ
との距離を調整することにより、ウェハの位置における
加熱温度に対する流れによる瓦斯濃度分布の影響を相殺
するようにしたやり方がある（例えば、ＵＬＳＩ製造装
置実用便覧、菅原活朗、前田和男編、株式会社サイエン
スフォーラム、ページ３２３〜）。しかし、この方法
は、装置機構が複雑で高価になる上、ウェハを搭載する
台板（サセプタ）は石英やシリコンカーバイド製で、そ
の加工精度によって決まる出来上がり具合を考慮した調
整には熟練が必要で工数、時間を要するばかりでなく、
多くの場合、装置を設計、製造、販売、サービスを専業
の一つとする専門メーカーからの派遣熟練技術者の力が
必要である。このような調整を、瓦斯供給速度や供給瓦
斯濃度（反応瓦斯分圧）等の操作条件の変化に応じてし
ょっちゅう調整を繰り返す必要がある。

【０００７】さらには分子流量域にまで減圧して流れの
影響を無視できる試みがなされている。しかし、そのた
めには真空ポンプや、装置効率を向上するために真空を
保持したまま半導体ウェハを反応室に搬送する機構、構
造（ロードロック）が必要になる。真空チャンバー中の
半導体ウェハを搬送する精密なメカトロ機器が必要とさ
れ、ダブルチャンバーと搬送系でその装置価格の５０％
を優に越えることも多い（例えば、東芝機械技報、三谷
慎一、No．１２ Oct．１９９３ページ２４〜）。また
この装置では、真空を保持したまま半導体ウェハを反応
室に入れる構造を採らないと、常圧から真空状態に減圧
するために極めて長時間を要する。ポンプ性能と反応室
の容積、操作真空度により異なってくるので普遍的な定
量値は提示できないが、例えば、市販の真空装置付き薄
膜堆積装置で、一般に多くの瓦斯系では未だ分子流には
遷移しない気圧と言われている０．００１mmHgに減圧す
るに通常３０分程度必要であり、０．０００００１mmHg
に減圧するには最低数時間程度は必要とする。このこと
をもってしても、膜の堆積時間が数十分である場合が多
いことを考慮すると真空系の装置が如何に低効率かがわ
かる。

【０００８】シリコンウェハの大口径化は急速に進展し
ており、４Ｍ，１６Ｍbit のＤＲＡＭの製造では８イン
チのシリコンウェハが用いられており、６４Ｍbit 以上
の集積化には１２インチウェハの使用が取りざたされて
いる（例えば、ウルトラクリーンテクノロジー、滝口蓮
一等、 vol．５，No．３）。上記シリコンエピタキシャ
ル結晶堆積装置においてもウェハの大口径化に伴い従来
の多数枚一括処理を行なうパンケーキ型（バーティカル
型）やシリンダー型（例えば、HANDBOOK OF THIN-FILM
DEPOSITION PROCESSES AND TECHNIQUES,K.K.Schuegraf,
NOYES PUBLICATION １９８８ページ３４）から枚葉式
への検討が盛んである（例えば、ウルトラクリーンテク
ノロジー、古池保等、 vol．５，No．３，ページ１７
〜、東芝機械技報、三谷慎一、No．１２ Oct．１９９３
ページ２４〜）。このような装置にあっては、１０mm
Hgに減圧しそのために高価なロードロック装置、高速加
熱ヒーターを設置し、しかもウェハを載せたサセプタを
数百回転以上の高速で回転する特殊かつ非常に高価な機
構を付加することにより、ウェハ面内の堆積膜厚の均一
性、高速堆積速度及びスループットの向上を図っている
（例えば、東芝機械技報、三谷慎一、No．１２ Oct．１
９９３ページ２４〜）。

【０００９】液相による基板処理においても基板全面で
均一性を確保するためには、ウェハを回転したり、スプ
レー方式やジェット方式等を用いなければならない場合
も多い（例えば、前記最新ＬＳＩプロセス技術ページ
２８０）。例えば、シリコン半導体をフッ酸、硝酸、酢
酸からなる水溶液にてエッチング加工する場合等がその
典型で（例えば、センサ技術１９８５年１月号(vol．
５，No．１）ページ１１５〜１１６）、物質の拡散に律
速される反応系では均一性確保のために高価で安全の点
や信頼性で問題を有するウェハ回転等の工夫が不可欠と
なる。又、溶液中では境膜が厚くなるため気相反応に比
し一般に回転数を高くする必要がある。また、さらにス
プレー方式や、アイススクライブ方法において、本のス
プレーノズルを使った場合はノズル口からウェハ中心へ
の距離とノズル口からウェハ周辺への距離が大巾に異な
る。そうならない様にするにはノズル口とウェハ間を大
巾に離間させなければならず装置の大型化を招く。ま
た、両者を離間させたり、スプレーの拡散の小さいスプ
レーを多く用いても、液体（若しくは噴霧体）の排出が
どちらか一方向若しくはウェハ外周からなされる限り左
右、上下若しくは中心、外周でムラが出易く、結局は多
くの装置でウェハの自転をスプレー法に加えてさらに行
なっているのが実状である。前述したアトマイザーを用
いた液体ソースＣＶＤでもウェハを自転させている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の基板表面処理装
置にあっては、基板の一端側から反応流体原料を供給し
他端側から排出するか、又は基板中央部から反応流体原
料を供給し周辺部から排出するようになっていたため、
反応流体原料供給端では反応にあずかる有効流体原料濃
度が高く、排出端に近づくにつれて反応流体原料濃度が
低くなって膜の堆積速度が半径方向に分布を持ち、形成
膜厚が半径方向で不均一になるという問題点があった。
また、この点を改良するため基板を回転させる等、可動
にすることはコストのみならず安全性の確保や、操作の
安定化、操作因子の測定等に著しい不利を招くという問
題点があった。

【００１１】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、上記したごとき回転機構装置や真
空装置やロードロック装置等の高価な装置を用いないこ
とはもとより、長い経験に基づく高度の熟練技能が必要
な調整を必要とせず、安価にしかも殆んどの反応系、反
応条件に対応可能で、基板半径方向での処理の均一性を
改善することのできる基板表面処理装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】本発明は、常圧法、減圧法、加圧法であっ
ても、ホットウオール、コールトウオール形式であって
も、反応形式が熱分解型、プラズマ反応型あるいは、デ
ジタル法、光や磁界アシスト法何れであっても適応で
き、特にその反応流体の移動がそれによる処理反応に影
響を与える場合の系に有効な改良をもたらすものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、流体原料を供給、排出し基
板表面を処理する基板表面処理装置において、前記基板
表面の主面と対向し略平行をもってなる面の略全面にわ
たり開口部の有効面積が互いに略等しい前記原料供給用
の供給口と前記排出用の排出口からなる供給・排出対を
アレイ状に配設してなることを要旨とする。

【００１４】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の基板表面処理装置において、前記基板表面の処理は該
基板表面に固体膜を堆積形成する処理であることを要旨
とする。

【００１５】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の基板表面処理装置において、前記基板表面の処理は該
基板表面のエッチング処理又は洗浄処理の何れかである
ことを要旨とする。

【００１６】請求項４記載の発明は、アトマイザーを用
いた液体ソースＣＶＤ装置等に関するもので上記請求項
１記載の基板表面処理装置において、前記基板表面の処
理は該基板表面に塗布膜を形成する処理であることを要
旨とする。

【００１７】請求項５記載の発明は気泡撹拌エッチング
法、スプレーエッチング法、アイススクラブ洗浄法等の
様な装置に関するもので、上記請求項２，３又は４記載
の基板表面処理装置において、気相を主とする原料が液
相若しくは固相、又は、両相からなる粒子を当該気相中
にほぼ均一に分散した２相若しくは３相のものからなる
こと若しくは、液相を主とする原料が気相若しくは固
相、又は、両相からなる微粒子を当該液相中にほぼ均一
に分散した２相若しくは３相のものからなることを要旨
とする。

【００１８】請求項６記載の発明は、上記請求項１記載
の基板表面処理装置において、前記供給口と前記排出口
とは同心的に形成された内口と外口の何れか一方と何れ
か他方をもって構成してなることを要旨とする。

【００１９】請求項７記載の発明は、上記請求項１記載
の基板表面処理装置において、前記供給口と前記排出口
とは内口と該内口を囲繞する複数の外口の何れか一方と
何れか他方をもって構成してなることを要旨とする。

【００２０】請求項８記載の発明は、上記請求項１記載
の基板表面処理装置において、前記供給口と前記排出口
とは離間した各別の開口をもって構成してなることを要
旨とする。

【００２１】請求項９記載の発明は、上記請求項１記載
の基板表面処理装置において、前記基板表面の主面と対
向し略平行をもってなる面を略水平に保持してなること
を要旨とする。

【００２２】請求項１０記載の発明は、上記請求項１記
載の基板表面処理装置において、前記基板表面の主面と
対向し略平行をもってなる面を略鉛直に保持してなるこ
とを要旨とする。

【００２３】請求項１１記載の発明は、上記請求項１記
載の基板表面処理装置において、前記基板表面の主面と
対向し略平行をもってなる面を適宜傾けて保持してなる
ことを要旨とする。

【００２４】請求項１２記載の発明は、上記請求項９又
は１１記載の基板表面処理装置において、前記基板表面
の主面を前記平行をもってなる面に対し下方に位置させ
てなることを要旨とする。

【００２５】請求項１３記載の発明は、上記請求項９又
は１１記載の基板表面処理装置において、前記基板表面
の主面を前記平行をもってなる面に対し上方に位置させ
てなることを要旨とする。

【００２６】請求項１４記載の発明は、上記請求項１３
記載の基板表面処理装置において、前記供給口の開口面
を前記排出口の開口面より高く構成してなることを要旨
とする。

【００２７】請求項１５記載の発明は、上記請求項１記
載の基板表面処理装置において、前記基板を、該基板表
面の主面と対向し略平行をもってなる前記面に対し移動
可能に構成してなることを要旨とする。

【００２８】請求項１６記載の発明は、上記請求項１記
載の前記基板表面の主面と対向し略平行をもってなると
ともに供給・排出対がアレイ状に配設された前記面を少
なくとも２組設け、１組の前記基板表面の主面と対向し
略平行をもってなる面上で基板表面の処理に供された原
料流体を以降の他の組の前記基板表面の主面と対向し略
平行をもってなる面上での他の基板表面の処理に供する
ように構成してなることを要旨とする。

【００２９】請求項１７記載の発明は、上記請求項１６
記載の基板表面処理装置において、前記他の組の面上で
の他の基板表面の処理に供される前記原料流体に、該原
料流体より処理に供される有効成分濃度の高い流体を付
加して供給するように構成してなることを要旨とする。

【００３０】

【作用】請求項１記載の発明においては、基板表面の各
供給・排出対の近傍でそれぞれ独立の半球若しくは薄い
円柱形状の完全混合系に近い瓦斯態領域が形成され、そ
れらが周囲で若干重なり連結されることにより被処理基
板の主面のほぼ全域に少なくとも横方向には瓦斯濃度に
分布の少ない反応空間が形成される。つまり、反応流体
の基板半径方向での供給と排出の均一性が向上すること
により、反応流体相の物質移動がその処理面で均一にな
る。その結果、基板半径方向での該処理に対する有効成
分の濃度分布を無くすことが可能となり、基板半径方向
の処理、加工の均一性が改善される。

【００３１】請求項２記載の発明においては、ＩＣ等の
製造において大口径化が進む半導体ウェハ上への半導体
薄膜等の堆積を基板半径方向において均一化することが
可能となる。

【００３２】請求項３記載の発明においては、半導体の
製造プロセス等において半導体ウェハ表面のエッチング
処理又は洗浄処理を基板半径方向でむらなく行なうこと
が可能となる。

【００３３】請求項４記載の発明においては、混成集積
回路等の製造プロセスにおいて所要の塗布膜を基板半径
方向においてむらなく塗布処理を行なうことが可能とな
る。

【００３４】請求項５記載の発明においては、上記エッ
チング処理、洗浄処理又は塗布膜処理における流体原料
は、気相、液相若しくは固相のうち少なくとも２相を含
む流体原料により、基板半径方向での均一化処理が実現
される。

【００３５】請求項６記載の発明においては、供給・排
出対を同心的に形成した内口と外口で形成することによ
り、処理の均一化を目的としたアレイ状の配設が極めて
容易化される。

【００３６】請求項７記載の発明においては、供給・排
出対を内口と、この内口を囲繞する複数の外口とで形成
することにより内口（内管）の取付け容易性が得られ
る。

【００３７】請求項８記載の発明においては、供給・排
出対を離間した各別の開口をもって構成することによ
り、装置製作費用のコスト低減が実現される。

【００３８】請求項９記載の発明においては、基板表面
の主面と対向し略平行をもってなる面を略水平に保持す
ることにより、装置構成の容易化とともに装置への基板
セットの容易化が実現される。

【００３９】請求項１０記載の発明においては、基板表
面の主面と対向し略平行をもってなる面を略鉛直に保持
することにより、装置断面積当たりの基板処理枚数が多
くなり大量処理が可能となる。

【００４０】請求項１１記載の発明においては、基板表
面の主面と対向し略平行をもってなる面を適宜傾けて保
持することにより、上記請求項１０記載の発明と略同様
の作用が得られる。

【００４１】請求項１２記載の発明においては、基板表
面の主面を前記平行をもってなる面に対し下方、即ち被
処理面を上面とすることにより基板保持の容易性が得ら
れる。

【００４２】請求項１３記載の発明においては、基板表
面の主面を前記平行をもってなる面に対し上方、即ち被
処理面を下面とすることにより、例えば半導体基板表面
への薄膜堆積処理等において、熱分解反応等で生じるパ
ーティクルがその薄膜堆積面に付着することが防止され
て良質の薄膜堆積が可能となる。

【００４３】請求項１４記載の発明においては、上記の
基板被処理面を下面とした場合において供給口の開口面
を排出口の開口面より高く構成することにより、パーテ
ィクルが基板被処理面に舞い上がることが防止されて一
層良質の薄膜堆積等が可能となる。

【００４４】請求項１５記載の発明においては、被処理
基板を移動可能に構成することにより、連続処理が可能
となって量産性が高められる。

【００４５】請求項１６記載の発明において、１組の基
板表面の主面と対向し略平行をもってなる面上で基板表
面の処理に供された原料流体を以降の他の組の基板表面
の主面と対向し略平行をもってなる面上での他の基板表
面の処理に供することにより、原料を効率よく使用する
ことが可能となる。

【００４６】請求項１７記載の発明においては、上記の
他の基板表面の処理に供される原料流体に、その原料よ
り処理に供される有効成分濃度の高い成分を付加して供
給することにより、各段において均等な処理を行なうこ
とが可能となる。

【００４７】

【実施例】以下、本発明の気相ＣＶＤにおける実施例を
図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本発明の第
１実施例を示す図である。図１の（ａ），（ｂ）はそれ
ぞれＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′の断面図である。図１に示すよ
うに、本実施例においては、反応瓦斯導入管３２を外
管、反応瓦斯排出管４１を内管とする供給・排出対Ｓ１
が基板（ウェハ）７１表面（図１では下面）の主面と対
向しほぼ平面をもってなる面のほぼ全面にわたりアレイ
状に多数設置されている。小面積のエリアに多数の反応
瓦斯の供給・排出対（サイト）Ｓ１よりなるセグメント
エリアＳＥ１が形成されている。反応瓦斯導入管３２か
ら反応室１１に原料瓦斯を供給し、ヒータ６１で加熱さ
れた基板７１の表面（図では下面）に、熱分解反応等に
より原料瓦斯を分解して薄膜を堆積形成するようになっ
ている。反応瓦斯排出管４１で反応瓦斯の排出がなされ
る。５１はウェハホルダである。薄膜形成の際、セグメ
ントエリアＳＥ１を充分小さく区切ればその小面積内で
の瓦斯の供給、排出は分布を持たなくなる。各供給・排
出対をカバーするセグメントエリアＳＥ１のサイズは、
一つの目安として反応瓦斯排出管４１の中心からの半径
が基板７１の下面と瓦斯管上端部がなす平面との距離に
等しくなるように瓦斯管上端部がなす平面に描かれた円
を考えればよい。そして、その円形セグメントエリアＳ
Ｅ１の周がお互いに接するか若干重なり合う程度がアレ
イの密度度合いとして適当な目安となる。また、薄膜成
長において正味の成長反応に用いられる有効瓦斯成分は
極く小量であるため、原料瓦斯の供給、排出の線速度を
ほぼ等しくするつまり、反応瓦斯排出管４１の内管径と
反応瓦斯導入管３２の外管径の有効断面積がほぼ等しい
ことが寸法の目安である。

【００４８】図２のＡ特性は上記装置を用いた実験結果
である。装置構造以外はＣ，Ｄと同一の条件であり形成
膜厚差異は数％以内であった。図２のＢ特性は、上記装
置において最も外周の供給・排出対Ｓ１を塞いで、中心
近傍の１２の対のみを用いた実験結果である。装置構造
以外はＡと同一の条件であり、供給・排出対Ｓ１の形成
されている中央部分の堆積膜厚差異は数％以内であり、
その外周部で２０〜３０％であった。このように供給・
排出対Ｓ１をアレイ状にすることは膜厚の均一化に効果
的であり、しかも、その存在するセグメントエリアＳＥ
１が広いほど効果的である。なお図１では、反応瓦斯導
入管３２が外管、反応瓦斯排出管４１が内管を構成して
いるが、その逆でも膜厚の均一化作用は変わらない。ま
た、瓦斯供給速度や供給瓦斯濃度（反応瓦斯分圧）を変
化させてその値が最大６０％にも及ぶ瓦斯供給速度や供
給瓦斯濃度（反応瓦斯分圧）条件を用いても膜厚分布は
プラスマイナス１％に満たない低下であった。

【００４９】上述したように本実施例によれば、各原料
の供給・排出対Ｓ１をアレイ状に設けたため、それら供
給・排出対Ｓ１近傍でそれぞれ独立の半球若しくは薄い
円柱形状の完全混合系に近い瓦斯態領域が形成され、そ
れらが周囲で若干重なり連結されることにより被堆積基
板７１の直下ほぼ全域に少なくとも横方向には瓦斯濃度
に分布の少ない反応空間が形成される。その結果、半径
方向での有効瓦斯成分の濃度分布を無くすことができ、
半径方向の堆積膜厚の分布を無くすことができる。

【００５０】図３には、本発明の第２実施例を示す。本
実施例は基板７１の被堆積面を下面にしたものである。
被堆積面にパーティクルの落下付着が少なく良質の堆積
膜等が得られる。

【００５１】図４には、本発明の第３実施例を示す。本
実施例は基板７１を縦置きにして処理するようにしたも
のである。装置断面積当たりの基板処理枚数が多くでき
大量処理に向き装置の効率が高い。５２はウェハホルダ
である。

【００５２】図５には、本発明の第４実施例を示す。本
実施例は基板７１を斜置きにして処理するようにしたも
のである。上記第３実施例とほぼ同様の作用、効果があ
る。

【００５３】図６には、本発明の第５実施例を示す。本
実施例は、基板処理が枚葉形式でなく、ウェハ移動ホル
ダ５３により基板７１をシリーズに処理するようにした
ものである。連続処理が可能で生産速度が高い。

【００５４】図７には、本発明の第６実施例を示す。本
実施例は、基板７１が横置きで多数枚一括処理を可能と
したものであり、生産速度が高い。当然、基板７１の成
長表面を下向きにする装置型式もある。

【００５５】図８には、本発明の第７実施例を示す。基
板７１を縦置きにして多数枚一括処理を可能としたもの
であり、上記と同様に生産速度が高い。

【００５６】図９には、本発明の第８実施例を示す。本
実施例は、原料を効率良く使うようにしたものであり、
図の上方の反応室１１ａで膜形成に供した原料を連結管
３３を用いて下方の反応室１１ｂに導き膜形成に供する
ようにしている。さらに連結管４２を用いて次の反応に
供してもよい。連結管３３，４２に送る原料に、より有
効成分の濃度の高い原料を加えてもよい。この付加する
原料の濃度、量を制御して、前段で減少した分を補えば
各段で等しい反応が行なえる。勿論、新たな原料種を供
給して各段での様々な反応系に変えたりすることもでき
る。本例では２段形式を示したが勿論３段以上にすれば
効率は更に増すことになる。

【００５７】図１０には、本発明の第９実施例を示す。
同図の（ａ），（ｂ）はそれぞれＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′の
断面図である。瓦斯供給管３４を細管して排出管４１を
囲繞するように構成したものである。堆積膜厚分布を小
さくする効果は第１実施例（図１）に比べて遜色なく、
排出管４１である内管の取付けがより容易となる。Ｓ２
が一つの供給・排出対である。

【００５８】図１１には、本発明の第１０実施例を示
す。同図の（ａ），（ｂ）はそれぞれＡ−Ａ′，Ｂ−
Ｂ′の断面図である。本実施例はインジェクションマニ
ホールド２１を用いたものであり、装置製作費用が安価
にできる。Ｓ３が一つの供給・排出対である。堆積膜厚
分布を小さくする効果は第１実施例（図１）に比べて遜
色ない。図１１では反応瓦斯導入管３５が外管、反応瓦
斯排出管４１が内管を構成しているが、その逆でも効果
は変わらない。

【００５９】図１２には、本発明の第１１実施例を示
す。同図の（ａ），（ｂ）はそれぞれＡ−Ａ′，Ｂ−
Ｂ′の断面図である。本実施例は、上記第１０実施例
（図１１）の一部の構成を変化させたもので、瓦斯導入
を管３５ａにしてそれらの開口面を排出管４１の開口部
の面より高くしてある。このような構成により、膜堆積
時に、反応室１２で分解反応が三次元的に発生し、基板
７１の膜厚成長面に付着すると成長薄膜の結晶性を損な
ったり、その基板７１を用いたトランジスタ等の形成を
損なうパーティクルをインジェクションマニホールド２
１に沈降させて舞い上がらせない効果がある。この装置
型式は第１実施例（図１）、第４実施例（図５）、第５
実施例（図６）、第６実施例（図７）、第９実施例（図
１０）、後述の第１３実施例（図１４）及び第１４実施
例（図１５）等の何れにも適用可能である。

【００６０】図１３には、本発明の第１２実施例を示
す。同図の（ａ），（ｂ）はそれぞれＡ−Ａ′，Ｂ−
Ｂ′の断面図である。本実施例は、上記第１１実施例
（図１２）の一部の構成を変化させたもので、瓦斯導入
を管３５ａにしてそれらの開口面を排出管４３の開口部
の面より高くしてあり、膜堆積時に、反応室１２で分解
反応が三次元的に発生し、基板７１の薄膜成長面に付着
すると成長薄膜の結晶性を損なったり、その基板７１を
用いたトランジスタ等の形成を損なうパーティクルをイ
ンジェクションマニホールド２１に沈降させて舞い上が
らせないという効果に加えて、漏斗型にした排出管４３
を用いて瓦斯排出と同時にそのパーティクルを装置外に
取り出すことを可能としたものである。この装置型式
は、上記と同様に第１実施例（図１）、第４実施例（図
５）、第５実施例（図６）、第６実施例（図７）、第９
実施例（図１０）、後述の第１３実施例（図１４）及び
第１４実施例（図１５）等の何れにも適用可能である。

【００６１】図１４には、本発明の第１３実施例を示
す。同図の（ａ），（ｂ）はそれぞれＡ−Ａ′，Ｂ−
Ｂ′の断面図である。本実施例は、反応瓦斯導入管３６
を外管、反応瓦斯排出管４４を内管として四角状の供給
・排出対を配置したものである。Ｓ４が一つの供給・排
出対である。堆積膜厚分布を小さくする効果は第１実施
例（図１）等に比べて遜色ない。条件によっては、反応
瓦斯導入管３６が各供給・排出対Ｓ４で共用になってお
り、第１実施例（図１）に比べて各セグメントエリアが
近接しており瓦斯濃度の均一化に効果がある。図１４で
は反応瓦斯導入管３６が外管、反応瓦斯排出管４４が内
管を構成しているが、その逆でも効果は変わらない。さ
らに反応瓦斯排出管４４を円形にし、反応瓦斯導入管３
６が反応瓦斯排出管４４を囲繞しかつ基板７１のエリア
をカバーする、つまり反応瓦斯導入管３６の最外延で囲
まれた全エリアで反応瓦斯排出管４４以外は全てを排出
口としてもよい。その場合でも導入管と排出管がその逆
としても効果は変わらない。

【００６２】図１５には、本発明の第１４実施例を示
す。同図の（ａ），（ｂ）はそれぞれＡ−Ａ′，Ｂ−
Ｂ′の断面図である。本実施例は、円環状の反応瓦斯導
入管３７と反応瓦斯排出管４５の組合わせでドーナツ状
の供給・排出対を構成したものである。Ｓ５が一つの供
給・排出対である。円環状の導入口と排出口を基板７１
と対向した面のほぼ全面に交互に構成してもよい。

【００６３】以上、各実施例は、気相原料を用いるＣＶ
Ｄ装置の改良について詳述したが、液相を用いる膜形成
装置は勿論のことエッチング装置、洗浄装置及び塗布膜
装置においても基板半径方向での処理むらを顕著に改善
し得るものである。そして、これらのエッチング処理、
洗浄処理及び塗布処理においては、気相若しくは液相を
用いたものであっても、気相、液相からなるもの、気
相、固相からなるもの、気相、液相、固相からなるもの
が用いられる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、流体原料を供給、排出し基板表面を処理す
る基板表面処理装置において、前記基板表面の主面と対
向し略平行をもってなる面の略全面にわたり開口部の有
効面積が互いに略等しい前記原料供給用の供給口と前記
排出用の排出口からなる供給・排出対をアレイ状に配設
したため、各供給・排出対の近傍でそれぞれ独立の完全
混合系に近い瓦斯態領域が形成され、それらが周囲部分
で若干重なり連結されることにより基板主面のほぼ全域
に少なくとも横方向には流体濃度に分布の少ない処理空
間が形成される。したがって基板半径方向での有効原料
濃度成分の濃度分布を無くすことができて、高度の熟練
技能の必要な調整等が不要でかつ安価に、基板半径方向
の処理、加工の均一性を顕著に改善することができる。

【００６５】請求項２〜１７記載の各発明によれば、そ
れぞれ上記請求項１記載の発明の効果に加えて、さらに
以下のような効果がある。

【００６６】請求項２記載の発明によれば、前記基板表
面の処理は該基板表面に固体膜を堆積形成する処理とし
たため、ＩＣ等の製造において大口径化が進む半導体ウ
ェハ上への半導体薄膜等の堆積膜厚をウェハ半径方向に
おいて均一化することができ、歩留りを顕著に向上させ
ることができる。

【００６７】請求項３記載の発明によれば、前記基板表
面の処理は該基板表面のエッチング処理又は洗浄処理の
何れかとしたため、半導体装置の製造プロセス等におい
て半導体ウェハ表面のエッチング処理又は洗浄処理をウ
ェハ半径方向でむらなく行なうことができる。

【００６８】請求項４記載の発明によれば、前記基板表
面の処理は該基板表面に塗布膜を形成する処理としたた
め、混成集積回路の製造プロセス等において所要の塗布
膜を基板半径方向においてむらなく塗布処理を行なうこ
とができる。

【００６９】請求項５記載の発明によれば、請求項３又
は４記載の基板表面処理装置において気相、液相若しく
は固相の混合相である原料を用いた場合、基板半径方向
での均一化処理を適切に実現することができる。

【００７０】請求項６記載の発明によれば、前記供給口
と前記排出口とは同心的に形成された内口と外口の何れ
か一方と何れか他方をもって構成したため、処理の均一
化を目的としたアレイ状の配設を極めて容易化すること
ができる。

【００７１】請求項７記載の発明によれば、前記供給口
と前記排出口とは内口と該内口を囲繞する複数の外口の
何れか一方と何れか他方をもって構成したため、内口
（内管）の取付け容易性を得ることができる。

【００７２】請求項８記載の発明によれば、前記供給口
と前記排出口とは離間した各別の開口をもって構成した
ため、供給・排出対の形成が容易となって装置製作費用
のコスト低減を図ることができる。

【００７３】請求項９記載の発明によれば、前記基板表
面の主面と対向し略平行をもってなる面を略水平に保持
したため、装置構成の容易化とともに装置への基板セッ
トの容易化を実現することができる。

【００７４】請求項１０記載の発明によれば、前記基板
表面の主面と対向し略平行をもってなる面を略鉛直に保
持したため、装置断面積当たりの基板処理枚数を多くす
ることができて大量処理が可能となる。

【００７５】請求項１１記載の発明によれば、前記基板
表面の主面と対向し略平行をもってなる面を適宜傾けて
保持したため、上記請求項１０記載の発明とほぼ同様の
効果がある。

【００７６】請求項１２記載の発明によれば、前記基板
表面の主面を前記平行をもってなる面に対し下方に位置
させたため、基板保持の容易性を得ることができる。

【００７７】請求項１３記載の発明によれば、前記基板
表面の主面を前記平行をもってなる面に対し上方に位置
させたため、例えば半導体基板表面への薄膜堆積処理等
において、熱分解反応等で生じたパーティクルがその薄
膜堆積面に付着することが防止されて良質の薄膜を堆積
することができる。

【００７８】請求項１４記載の発明によれば、上記請求
項１３記載の基板表面処理装置において、前記供給口の
開口面を前記排出口の開口面より高く構成したため、前
記パーティクルが基板被処理面に舞い上がることが防止
されて一層良質の薄膜堆積等を行なうことができる。

【００７９】請求項１５記載の発明によれば、前記基板
を、該基板表面の主面と対向し略平行をもってなる前記
面に対し移動可能に構成したため、連続処理が可能とな
って量産性を向上させることができる。

【００８０】請求項１６記載の発明によれば、請求項１
記載の前記基板表面の主面と対向し略平行をもってなる
とともに供給・排出対がアレイ状に配設された前記面を
少なくとも２組設け、１組の前記基板表面の主面と対向
し略平行をもってなる面上で基板表面の処理に供された
原料を以降の他の組の前記基板表面の主面と対向し略平
行をもってなる面上での他の基板表面の処理に供するよ
うに構成したため、原料を効率よく使用することができ
る。

【００８１】請求項１７記載の発明によれば、請求項１
６記載の基板表面処理装置において、前記他の組の面上
での他の基板表面の処理に供される前記原料流体に、該
原料より処理に供される有効成分濃度の高い流体を付加
して供給するように構成したため、各段において均等な
処理を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板表面処理装置の第１実施例を
示す縦断面図及び平断面図である。

【図２】上記第１実施例において基板半径方向における
堆積膜厚特性を比較例とともに示す図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す縦断面図である。

【図４】本発明の第３実施例を示す縦断面図である。

【図５】本発明の第４実施例を示す縦断面図である。

【図６】本発明の第５実施例を示す縦断面図である。

【図７】本発明の第６実施例を示す縦断面図である。

【図８】本発明の第７実施例を示す縦断面図である。

【図９】本発明の第８実施例を示す縦断面図である。

【図１０】本発明の第９実施例を示す縦断面図及び平断
面図である。

【図１１】本発明の第１０実施例を示す縦断面図及び平
断面図である。

【図１２】本発明の第１１実施例を示す縦断面図及び平
断面図である。

【図１３】本発明の第１２実施例を示す縦断面図及び平
断面図である。

【図１４】本発明の第１３実施例を示す縦断面図及び平
断面図である。

【図１５】本発明の第１４実施例を示す縦断面図及び平
断面図である。

【図１６】基板表面処理装置の第１の従来例を示す縦断
面図及び平断面図である。

【図１７】第２の従来例を示す縦断面図及び平断面図で
ある。

【符号の説明】

１１，１１ａ，１１ｂ，１２反応室３２，３４，３５，３６，３７供給口を構成する反応
瓦斯導入管４１，４３，４４，４５排出口を構成する反応瓦斯排
出管５１，５２ウェハホルダ５３ウェハ移動ホルダ６１ヒータ７１基板Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５供給・排出対ＳＥ１セグメントエリア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２３Ｆ 1/08 １０３Ｃ２３Ｇ 3/00 ＺＨ０１Ｌ 21/304 ３４１Ｎ 21/306

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体原料を供給、排出し基板表面を処理
する基板表面処理装置において、前記基板表面の主面と
対向し略平行をもってなる面の略全面にわたり開口部の
有効面積が互いに略等しい前記原料供給用の供給口と前
記排出用の排出口からなる供給・排出対をアレイ状に配
設してなることを特徴とする基板表面処理装置。
【請求項２】前記基板表面の処理は該基板表面に固体
膜を堆積形成する処理であることを特徴とする請求項１
記載の基板表面処理装置。
【請求項３】前記基板表面の処理は該基板表面のエッ
チング処理又は洗浄処理の何れかであることを特徴とす
る請求項１記載の基板表面処理装置。
【請求項４】前記基板表面の処理は該基板表面に塗布
膜を形成する処理であることを特徴とする請求項１記載
の基板表面処理装置。
【請求項５】前記流体原料が気相、液相、固相の少な
くとも２相からなることを特徴とする請求項２，３又は
４記載の基板表面処理装置。
【請求項６】前記供給口と前記排出口とは同心的に形
成された内口と外口の何れか一方と何れか他方をもって
構成してなることを特徴とする請求項１記載の基板表面
処理装置。
【請求項７】前記供給口と前記排出口とは内口と該内
口を囲繞する複数の外口の何れか一方と何れか他方をも
って構成してなることを特徴とする請求項１記載の基板
表面処理装置。
【請求項８】前記供給口と前記排出口とは離間した各
別の開口をもって構成してなることを特徴とする請求項
１記載の基板表面処理装置。
【請求項９】前記基板表面の主面と対向し略平行をも
ってなる面を略水平に保持してなることを特徴とする請
求項１記載の基板表面処理装置。
【請求項１０】前記基板表面の主面と対向し略平行を
もってなる面を略鉛直に保持してなることを特徴とする
請求項１記載の基板表面処理装置。
【請求項１１】前記基板表面の主面と対向し略平行を
もってなる面を適宜傾けて保持してなることを特徴とす
る請求項１記載の基板表面処理装置。
【請求項１２】前記基板表面の主面を前記平行をもっ
てなる面に対し下方に位置させてなることを特徴とする
請求項９又は１１記載の基板表面処理装置。
【請求項１３】前記基板表面の主面を前記平行をもっ
てなる面に対し上方に位置させてなることを特徴とする
請求項９又は１１記載の基板表面処理装置。
【請求項１４】前記供給口の開口面を前記排出口の開
口面より高く構成してなることを特徴とする請求項１３
記載の基板表面処理装置。
【請求項１５】前記基板を、該基板表面の主面と対向
し略平行をもってなる前記面に対し移動可能に構成して
なることを特徴とする請求項１記載の基板表面処理装
置。
【請求項１６】請求項１記載の前記基板表面の主面と
対向し略平行をもってなるとともに供給・排出対がアレ
イ状に配設された前記面を少なくとも２組設け、１組の
前記基板表面の主面と対向し略平行をもってなる面上で
基板表面の処理に供された原料流体を以降の他の組の前
記基板表面の主面と対向し略平行をもってなる面上での
他の基板表面の処理に供するように構成してなることを
特徴とする基板表面処理装置。
【請求項１７】前記他の組の面上での他の基板表面の
処理に供される前記原料流体に、該原料流体より処理に
供される有効成分濃度の高い流体を付加して供給するよ
うに構成してなることを特徴とする請求項１６記載の基
板表面処理装置。