JPH09326398A - ガスフロー形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱を伴う基板の処理において、処理の際に
用いるガスの流れ（ガスフロー）を基板面上で均一にす
ること。 【解決手段】 複数の吐出ノズルＰ１〜Ｐ４のすべてを
チャンバ中心に対し同一方向に角度を設ける（ａ）。ま
た、複数の吐出ノズルのうち少なくとも１つはチャンバ
の中心から外れ、その他のすべてはチャンバの中心に向
けてガスを噴出する（ｂ）。このような構成によって、
基板Ｗの上方ではガスの渦流が形成される。そして吐出
ノズルはすべてチャンバ窓１０に向けて吐出されるの
で、チャンバの中央付近では下降流が発生する。当該下
降流と前記渦流とが合成されて基板面に均一なガスフロ
ーが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体などの基
板の加熱を伴う処理の過程において、前記基板の表面に
成膜するために必要なプロセスガスおよび不活性ガスを
前記基板に導くガスフロー形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体などの基板の製造過程において、
種々のプロセスガスおよび不活性ガスなどが処理室内に
供給される。従来より基板周辺の雰囲気を均一にするた
めに、様々なガスの流れ（ガスフロー）が考えられ、製
品化されている。

【０００３】図８は第１の従来の基板の枚葉式熱処理装
置のガスフローを示す図である。熱源であるハロゲンラ
ンプ１０１が基板Ｗの上下に位置しており、ハロゲンラ
ンプ１０１と基板Ｗの間は石英板１０２で仕切られてい
る。したがって、基板Ｗの処理を行う際に、プロセスガ
スは横方向から基板Ｗに略平行に流れる。図８の矢印Ｆ
はこのようなプロセスガスの流路を示す。このような従
来の技術において、基板Ｗを回転させることによって、
ウェハ面上でのガスの作用を積分的に均一化する。

【０００４】さらに、図９は、第２の従来の基板の枚葉
式熱処理装置のガスフローを示す図である。基板Ｗは基
板台１０３の上に載せられており、さらに、基板台１０
３の中央からは支持棒１０５が下方向に伸びている。そ
して基板の上方から基板Ｗに向けてプロセスガスを吹き
かけ、下方からプロセスガスを排出させるガス入出装置
１０４が設けられている。ここでガス入出装置１０４は
ハロゲンランプ１０７の光エネルギーを透過させるため
に、材質として石英ガラスなどを用いて、窓を形成して
いる。そして基板Ｗの周囲雰囲気が均一になるように外
壁１０６によって外気と遮断されている。そして、支持
棒１０５は図示しないモータによってα方向に回転し、
基板Ｗを回転させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図８に示す第１の従来
の基板の枚葉式熱処理装置においては、ガスフローや高
温状態の基板Ｗから生じる対流などにより、ガスフロー
の上流側，下流側および側面側の間に、基板Ｗとガスと
の間の熱伝達係数が異なり、基板面内温度の不均一を招
く。さらに、Ｎ₂Ｏなどの反応性のプロセスガスでは、
上流側と下流側との間で成膜した膜厚や膜質が不均一と
なる。そして、これらの課題を解決する目的で基板Ｗを
回転させる構造を採用しても、構造が非常に複雑となる
ため、装置が大型化するとともに、高価な製品となる新
たな問題が出現する。

【０００６】つぎに、図９に示す第２の従来の基板の枚
葉式熱処理装置においては、基板Ｗの上方および下方の
ガス入出装置１０４が熱源であるハロゲンランプ１０７
からの輻射エネルギーを遮断もしくは屈折させるため、
基板の面内温度の不均一を招く。また、熱源であるハロ
ゲンランプ１０７や石英ガラスで形成されたガス入出装
置１０４の形状が複雑であり、高価である。また、基板
Ｗの表面付近でのガスフローが不均一となる。すなわ
ち、基板Ｗの中央付近では周辺部よりも直接吹き付ける
ガスの量が大きいため、成膜などの場合には、膜厚が不
均一となる原因となる。したがって基板Ｗをα方向に回
転させることが必要となるが、基板Ｗの中央部と周辺部
におけるガスフローの不均一は十分に是正できないとと
もに、装置が複雑化するによって大型化するという問題
が残る。

【０００７】この発明は、上記課題に鑑みてなされたも
のであって、基板の周囲においてガスフローを均一にす
るガスフロー形成装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板の製造過程の処理において必要なガスを前記基
板に導くガスフロー形成装置であって、前記ガスを吐出
する複数のガス吐出口が設けられ、かつ、前記複数のガ
ス吐出口のうち少なくともひとつは、前記処理室の中心
軸に関して所定方向回りの流れを生じさせる方向に前記
ガスを吐出するように構成されている。

【０００９】請求項２に記載の発明は、基板の製造過程
の処理において必要なガスを前記基板に導くガスフロー
形成装置であって、前記基板を収容する処理室の上方に
設けられたドーム型天井と、前記基板の周囲に配置され
て前記ガスを前記ドーム型天井に向けて吐出する複数の
ガス吐出口とを備え、前記複数のガス吐出口のうち少な
くともひとつは、前記処理室の中心軸に関して所定方向
回りの流れを生じさせる方向に前記ガスを吐出するよう
に構成されている。

【００１０】請求項３に記載の発明は、基板の熱処理の
過程において必要なガスを前記基板に導くガスフロー形
成装置であって、前記基板の上方に設けられたドーム型
のチャンバ窓と、前記基板の周囲に配置されて前記チャ
ンバ窓に向けて前記ガスを吐出する複数のガス吐出口と
を備え、前記複数のガス吐出口のうち少なくともひとつ
は、前記チャンバの中心軸に関して所定方向回りの流れ
を生じさせる方向に前記ガスを吐出するように構成され
ている。

【００１１】ここで、「所定方向回り」とは、「左回
り」または「右回り」を指す。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１の（ａ）および（ｂ）は、こ
の発明の適用された基板の枚葉式熱処理装置の処理室を
示す平面図である。基板Ｗの処理を行う処理室（以下、
チャンバ）は側壁１１に囲まれた円形状であり、側壁の
１箇所に基板の入出口２０が設けられている。チャンバ
窓１０は石英などによって構成されており、チャンバ内
の雰囲気が外部に漏れないような構造となっている。チ
ャンバ内にはガスフロー形成装置１が２つ設置されてい
る。

【００１３】まず、図１（ａ）に示すように１つのガス
フロー形成装置１は、吐出ノズルＰを２つ備えている。
そしてすべての吐出ノズルＰはチャンバの中心から左に
外れた方向にガスを吐出するように構成されている。し
たがって各吐出ノズルＰから吐出されたガスは、回転さ
せる作用（モーメント）を生じ、チャンバ内で渦状の流
れ（以下、渦流）となる。

【００１４】つぎに、図１（ｂ）は、（ａ）と同様に１
つのガスフロー形成装置１は、吐出ノズルＰを２つ備え
ている。したがってチャンバ内には合計４つの吐出ノズ
ルＰが存在するが、そのうち３つの吐出ノズルがチャン
バの中心方向にガスを吐出し、残りの１つの吐出ノズル
は、チャンバの中心から外れた方向にガスを吐出する。
この中心から逸れた１つの吐出ノズルから噴出されるガ
スは、他の３つの吐出ノズルから噴出され、チャンバ中
心付近に滞留するガスに対して作用し、チャンバ内のガ
スは渦状の流れを形成する。このように複数の吐出ノズ
ルのうち少なくとも１つの吐出ノズルがガスの渦流を形
成するために、中心から外れた方向にガスを吐出するこ
とが必要である。ただし２つ以上の吐出ノズルを中心か
ら外れた方向に向ける場合は、同一の方向に向けなけれ
ばならない。

【００１５】図２はこの発明のガスフロー形成装置の斜
視図である。まずガスフロー形成装置１ａは、吐出ノズ
ルＰ１，Ｐ２を備えている。ガスは流入口Ｑａから供給
され、管内を通って吐出ノズルＰ１，Ｐ２から吐出す
る。またガスフロー形成装置１ｂも同様に吐出ノズルＰ
３，Ｐ４を備え、ガスの流入口Ｑｂを有している。そし
てガスフロー形成装置１ａ，１ｂをチャンバ内に設置し
た際に、装置を安定させるため安定ピン２が設けられて
いる。なお、本実施の形態においてガスフロー形成装置
１ａ，１ｂに用いられている材質は石英であるが、その
他の材質であってもよい。ただし、種々のガスに反応し
ないもの、高温に耐えうるもの、および、管内を通過す
るガスを予熱する効果のあるものなどが好ましい。

【００１６】図３はこの発明のガスフロー形成装置をチ
ャンバ内に設置したときの側面図である。基板Ｗは支持
ピン１５によって略水平に支持されている。そしてガス
フロー形成装置１はガス供給管１３が接続された供給口
１２からガスを供給される。

【００１７】さらにチャンバ内のガスは基板Ｗの下方に
設けられた排気口１４によって排気される。すなわちチ
ャンバ内には図に示すフローＦａによってガスが供給さ
れ、フローＦｂによって排気される。また、図に示すよ
うにガスフロー形成装置１の吐出ノズルＰ２，Ｐ３は上
方（天井方向）に向いている。これは吐出するガスを直
接基板Ｗに吹きかけるのではなく、基板Ｗの上方に向け
てガスを吹出し、基板Ｗの略中心で基板Ｗに向けて下降
流を形成することを目的とする。さらに、チャンバの側
壁１１の上方に、石英のチャンバ窓１０が存在するが、
当該チャンバ窓１０はドーム状の形態となっている。こ
れは、上方にガスを吹出すために、チャンバの中心にガ
スを集める効果があるとともに、効率よく渦流を形成さ
せる効果もある。

【００１８】このような構成において、基板Ｗの面上に
おいてガスの流れは、図４に示すようになる。基板Ｗの
上方に吹き付けられたガスは中心から外れた方向に向い
た吐出ノズルからのガスの流れによって渦流を形成す
る。この渦流は次第に下降していき、基板Ｗの表面に届
く。基板Ｗの表面付近では、渦流によってガスフローが
均一である。従来では所定の方向に流れるガスに対し
て、基板を回転させることによって基板表面でのガスフ
ローを均一にするようにしているが、この発明において
はガスを渦流にしているため、基板を回転させる必要が
なく、駆動機構を設ける必要がない。すなわち装置を簡
素化できるにもかかわらず、得られる効果は基板を回転
させた場合と同様である。

【００１９】つぎに、吐出ノズルの先端部について説明
する。図５はこの発明の吐出ノズルの先端部の一例を示
す図である。図５（ａ）は吐出ノズルの先端部を偏平状
に加工したものである。これによって吐出されるガスは
広がり、チャンバ内においてガスの分布が均一となる効
果が得られる。つぎに、図５（ｂ）は吐出ノズルの先端
部を絞ることによって吐出されるガスの流速を上げるこ
とができるため、渦流の回転成分の速度を上げることが
できるなどの効果がある。このような効果を期待しない
のであれば、通常の管状のノズルを裁断したような管状
先端部を用いても良い。さらに別の吐出ノズルの形態と
しては、チャンバの中心に向いたもの、チャンバの周辺
部に向いたもの、および、チャンバ中心から僅かに外れ
た方向に向いたものの組み合わせで、形成する渦流に対
して逆流しない方向であればよい。

【００２０】これまでドーム状のチャンバ窓について説
明してきたが、平板状のチャンバ窓によってチャンバを
構成しても良い。しかし、渦流およびチャンバの中心付
近からの下降流を形成するためには、ドーム状であるこ
とが望ましい。

【００２１】さらに、基板の上方に下降流をガイドする
ように石英やＳiＣなどで作成された円筒状の構造物を
設けても良い。そして、チャンバの上部は石英部材によ
る窓を構成していたが、ＳiＣなどの二次放射を利用す
るチャンバの構成となっていてもよい。

【００２２】＜変形例＞この発明のガスフロー形成装置
としての変形例をあげる。図６はこの発明のガスフロー
形成装置の変形例を示す図である。図に示すように、リ
ング状管に複数の穴Ｈが開けられており、当該穴Ｈから
ガスがチャンバ内に吐出する。リング状管は４本の足に
よって支えられているが、このうち２本はガスの流入口
となっており、フローｆのようにガスが流れ込む。複数
の穴Ｈはすべて図７に示すような構造となっている。す
なわち管に対して斜めに穴が形成されており、これによ
って穴Ｈから吹出すガスは一定の方向Ｆに流れ、その結
果として渦流を形成する。このようにリング状管の肉厚
が厚ければ、ガスの吹出す方向は任意の方向に向けるこ
とができる。そして、基板の上方に向けて渦流を形成す
ることが可能となる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、複数の吐出ノズルのうち少なくとも１つ
の吐出ノズルが処理室の中心から外れているため、渦流
を形成するため、ノズル個々の大きさ、および形状など
の個体差によるガスフローの偏りを防ぎ、基板面上にお
いてガスフローが均一化される。また基板を回転させる
必要がないため、構造を簡素化することができる。

【００２４】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の効果を含み、さらに、ドーム型の天井の中心付近にガ
スが集中するために、基板に対して、下降流を発生す
る。また天井に沿うようにガスを吐出するため、基板か
らの蒸発物が天井に付着することを防ぐ効果もある。

【００２５】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
および請求項２の効果をすべて含み、さらに、高温の石
英のチャンバ窓に沿ってガスが流れるため、ガスが予熱
されることにより基板と接した際の伝熱を減少し、基板
面内の温度の不均一要因を低減する効果がある。また、
基板とハロゲンランプなどの熱源との間に吐出ノズルが
侵入しないように配置した場合には、基板への照射エネ
ルギーの分布を乱すことがないという効果も得られる。

【００２６】結果として、ガスフローに起因する基板の
面内温度分布や反応性のあるプロセスガスによる成膜厚
および膜質などの不均一要因をすべて低減することがで
きる。また、ガスフローが渦流を形成しているため基板
を回転させる必要がなく装置の簡素化および小型化が実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明が適用された基板の枚葉式熱処理装置
の処理室を示す平面図である。

【図２】この発明のガスフロー形成装置の斜視図であ
る。

【図３】この発明のガスフロー形成装置をチャンバ内に
設置したときの側面図である。

【図４】この発明における基板Ｗの面上のガスの流れを
示す図である。

【図５】この発明の吐出ノズルの先端部の一例を示す図
である。

【図６】この発明のガスフロー形成装置の変形例を示す
図である。

【図７】この発明のガスフロー形成装置の変形例に設け
られた穴の形成状態を示す図である。

【図８】第１の従来の基板の枚葉式熱処理装置のガスフ
ローを示す図である。

【図９】第２の従来の基板の枚葉式熱処理装置のガスフ
ローを示す図である。

【符号の説明】

１ ガスフロー形成装置 ２ 安定ピン １０ チャンバ窓 １１ 側壁 ２０ 入出口 Ｐ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４） 吐出ノズル Ｗ 基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 敏博 京都市伏見区羽束師古川町322番地 大日 本スクリーン製造株式会社洛西事業所内 (72)発明者 増田 充弘 京都市伏見区羽束師古川町322番地 大日 本スクリーン製造株式会社洛西事業所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の製造過程の処理において必要なガ
   スを処理室内に収容された前記基板に導くガスフロー形
   成装置であって、 前記ガスを吐出する複数のガス吐出口が設けられ、かつ
   前記複数のガス吐出口のうち少なくともひとつは、前記
   処理室の中心軸に関して所定方向回りの流れを生じさせ
   る方向に前記ガスを吐出することを特徴とするガスフロ
   ー形成装置。
2. 【請求項２】 基板の製造過程の処理において必要なガ
   スを前記基板に導くガスフロー形成装置であって、 前記基板を収容する処理室の上方に設けられたドーム型
   天井と、 前記基板の周囲に配置されて前記ガスを前記ドーム型天
   井に向けて吐出する複数のガス吐出口と、を備え、 前記複数のガス吐出口のうち少なくともひとつは、前記
   処理室の中心軸に関して所定方向回りの流れを生じさせ
   る方向に前記ガスを吐出することを特徴とするガスフロ
   ー形成装置。
3. 【請求項３】 基板の熱処理の過程において必要なガス
   を前記基板に導くガスフロー形成装置であって、 前記基板の上方に設けられたドーム型のチャンバ窓と、 前記基板の周囲に配置されて前記チャンバ窓に向けて前
   記ガスを吐出する複数のガス吐出口と、を備え、 前記複数のガス吐出口のうち少なくともひとつは、前記
   チャンバの中心軸に関して所定方向回りの流れを生じさ
   せる方向に前記ガスを吐出することを特徴とする、基板
   の枚葉式熱処理装置におけるガスフロー形成装置。