JPH111775A

JPH111775A - 成膜処理装置

Info

Publication number: JPH111775A
Application number: JP16487797A
Authority: JP
Inventors: Munehisa Futamura; 宗久二村; Teruo Iwata; 輝夫岩田; Kazuichi Hayashi; 和一林
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1997-06-09
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】載置台内の上板および下板での熱伝達を向上
させ、溶接割れが発生しない成膜処理装置を提供するこ
と。【解決手段】成膜処理装置は、処理室１０と、この処
理室内に設けられ、被処理体を載置するための載置台３
０と、処理室１０内に処理ガスを供給する処理ガス供給
手段１１とを有している。載置台３０は、互いに接合さ
れた上板３１と下板３２とを有し、上板３１の接合面に
は、抵抗発熱体収納溝４１を形成して抵抗発熱体４０を
収納し、溝以外の部分は他方の部材と接触している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜処理を行う成
膜処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程においては、シリコン等
の半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）上に集積回路
を形成するために、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐ
ｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、金属あるいは金
属化合物の成膜処理を行っている。例えば、ウエハ表面
にＴｉ膜を形成する場合には、内部に抵抗発熱線を埋設
した載置台にウエハを載置し、抵抗発熱線により被処理
体を加熱しながら、載置台の上方に設けたシャワーヘッ
ドから処理室内に、処理ガス例えばＴｉＣｌ₄ガスとＨ₂
ガスとを所定の流量で導入し、これにより、ウエハ表面
にＴｉ膜を形成している。

【０００３】このような金属膜の成膜の際、金属膜は、
目的とするウエハ表面のみならず、処理室の壁部、載置
台、シャワーヘッド等にも堆積することになる。そのた
め、数十枚のウエハの成膜毎にクリーニングガスを利用
した洗浄を行っている。この際のクリーニングにおいて
は、近時、チャンバー壁およびサセプターを加熱すると
ともにＣｌＦ₃ガスをチャンバー内に導入して堆積物を
プラズマレスで分解する方法が採用されている。

【０００４】また、ウエハを載置する載置台は、図８に
示すように構成されている。すなわち、載置台１は、腐
蝕防止のためハステロイから形成した上板２と下板３と
からなり、その周辺部４で溶接により接合されている。
上板２には、中心から周辺部近傍にまで亘る平坦な溝５
が形成されており、この平坦な溝５内には、ウエハＷを
加熱するための抵抗発熱線６が埋設されている。この抵
抗発熱線６は、処理室の壁部を貫通して延びる給電線
７，７に接続されており、これら給電線７，７は、腐蝕
防止のため、シースベローズ８により被覆されている。
これにより、薄膜をウエハＷ上に均一に処理するため
に、給電線７，７を介して電力が供給されると、抵抗発
熱線６が発熱してウエハＷの全面を所定温度に均一に加
熱して維持するようになっている。なお、シースベロー
ズ８内には、載置台１の温度計測を行うための熱電対
（図示略）が延出している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記ＣＶＤ装置では、
ウエハＷの載置台１の上板２に形成した平坦な溝５の部
分は、下板３に接触しておらず、この平坦な溝５の外周
辺部分のみが下板３に接触しているので、給電線７，７
を介して電力を供給し抵抗発熱線６を発熱させてウエハ
Ｗを加熱する際、載置台１の外周辺部分の方が載置台１
の中央部分に比べて熱が上板２から下板３に伝わり易
い。そのため、載置台１の中央部分と外周辺部分とで温
度差が生じ、この温度差により、中央部分と外周辺部分
とで熱膨張の度合いが異なり、上板２と下板３とに歪み
が生じ、その結果、載置台１の溶接部分４に割れが生じ
るおそれがある。

【０００６】また、上記ＣＶＤ装置の処理室内は、例え
ば６００℃以上の高温に維持して成膜処理を行っている
が、このような高温状態で洗浄処理を行うと、クリーニ
ングガスであるＣｌＦ₃等により処理室の壁部が腐蝕さ
れるおそれがあるため、一般的には、自然放冷により、
例えば３００℃以下に処理室を冷却した後、洗浄処理を
行っている。しかしながら、数十枚のウエハを成膜処理
する毎にクリーニング処理を行っているため、このクリ
ーニング処理毎に処理室を自然放冷する必要があり、ス
ループットが低いといった問題がある。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、載置台内の上板および下板での熱伝達を向
上させ、溶接割れが発生しない成膜処理装置を提供する
こと、およびこれに加えて、成膜処理を行った後、効率
良く載置台を冷却することができる成膜処理装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１発明は、処理ガスを用いて被処理体に成膜を施
す処理室と、この処理室内に設けられ、被処理体を載置
するための載置台と、前記処理室内に処理ガスを供給す
る処理ガス供給手段とを有する成膜処理装置において、
前記載置台は、互いに接合された２枚の部材を有し、こ
れら部材のうち一方の部材の接合面には、抵抗発熱体収
納溝を形成して抵抗発熱体を収納し、溝以外の部分は他
方の部材と接触していることを特徴とする成膜処理装置
を提供する。

【０００９】第２発明は、第１発明において、前記他方
の部材は、冷却ガス流路を有することを特徴とする成膜
処理装置を提供する。

【００１０】第３発明は、第１発明または第２発明にお
いて、さらに、処理室内に冷却ガスを供給する冷却ガス
供給手段を有することを特徴とする成膜処理装置を提供
する。

【００１１】第４発明は、第２発明または第３発明にお
いて、前記冷却ガス流路は、載置台内の中心部分と外側
部分とに分離して冷却ガスを流通するようにしたことを
特徴とする成膜処理装置を提供する。

【００１２】第５発明は、第４発明において、載置台内
の中心部分の冷却ガス流路と、外側部分の冷却ガス流路
の長さを略等しく形成したことを特徴とする成膜処理装
置を提供する。

【００１３】第１発明においては、載置台は、互いに接
合された２枚の部材を有し、これら部材のうち一方の部
材の接合面には、抵抗発熱体収納溝を形成して抵抗発熱
体を収納し、溝以外の部分は他方の部材と接触している
ので、２枚の部材の接触面積を大きくして熱伝達を良好
にすることができ、２枚の部材の歪みを極めて小さくす
ることができる。したがって、これら部材の溶接部分に
割れが発生することを防止することができる。

【００１４】第２発明においては、載置台の抵抗発熱体
を収納していない他方の部材に冷却ガス流路を形成した
ので、そこに冷却ガスを通流させることにより載置台を
効率良く迅速に冷却することができる。

【００１５】第３発明においては、さらに、処理室内に
冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段を設けたので、こ
れを用いて処理室内に冷却ガスを供給することにより載
置台を一層迅速に冷却することができる。

【００１６】第４発明においては、冷却ガス流路は、載
置台内に中心部分と外側部分とに分離して冷却ガスを流
通させるようにしたので、効率良く冷却することができ
る。また、第５発明では、このように分離した載置台内
の中心部分の冷却ガス流路と、外側部分の冷却ガス流路
の長さを略等しく形成したので、冷却時には、載置台を
均一に冷却することができ、載置台に歪みが生じること
がない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
ガス処理装置を図面を参照しつつ説明する。本実施の形
態は、ＣＶＤ装置を一例としており、図１は、本発明の
実施の形態に係るＣＶＤ装置の模式的断面図である。

【００１８】図１に示すように、例えばアルミニウムか
らなる気密な処理室１０の側壁には、ウエハＷ（被処理
体）の搬入口および搬出口をそれぞれ開閉するゲートバ
ルブＧ1，Ｇ2が設けられている。処理室１０の天井部に
は、処理ガスや洗浄ガス等を導入するためのシャワーヘ
ッド１１が設けられている。このシャワーヘッド１１
は、例えばアルミニウム等により円筒状に形成されてお
り、その内部空間には、多数の孔が形成された分散板１
１ａが設けられている。このシャワーヘッド１１のガス
導入口１２には、ガス通路１３を介して、処理ガスであ
るＴｉＣｌ₄ガス源１４やＨ₂ガス源１５に接続されてお
り、さらに、洗浄ガスとしてのＣｌＦ₃源１６および冷
却ガスとしてのＡｒ源１７に接続されている。ガス通路
１３には、それぞれ流量制御弁１４ａ，１５ａ，１６
ａ，１７ａ及び開閉弁１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ
が介装されている。

【００１９】シャワーヘッド１１にはマッチング回路２
３を介して高周波電源２４が接続されており、この高周
波電源２４からシャワーヘッド１１に高周波電力が印可
され得るようになっている。なお、シャワーヘッド１１
と処理室１０との間は絶縁部材２５により絶縁されてお
り、処理室１０は接地されている。

【００２０】処理室１０内には、シャワーヘッド１１に
対向するようにウエハの載置台３０が設けられており、
この載置台３０には、外部から図示しない搬送アームと
の間でウエハＷの受け渡しの際に使用するプッシャーピ
ン１９が図示しない昇降機構によって昇降自在に設けら
れている。このプッシャーピン１９は、ウエハＷの３点
を支持するように配置され載置台３０内を貫通して設け
られている。

【００２１】さらに、処理室１０の底板の中央には、排
気管２１の一端の開口部である排気口２２が形成されて
おり、排気管２１は、下方に延出されて図示しないター
ボ分子ポンプに接続されている。

【００２２】次に、図２ないし図４に、載置台３０の詳
細構造を示す。図２は、載置台の下板の平面図であり、
図３は、載置台の縦断面図であって図２のＩＩＩ−ＩＩ
Ｉ線に沿った断面図であり、図４は、載置台の縦断面図
であって配線構造を説明するための図である。

【００２３】図３および図４に示すように、載置台３０
は、腐蝕防止のためハステロイ（商標）で形成された上
板３１と下板３２とからなり、その周辺部３３で溶接に
より接合されている。下板３２の底面には、後述する給
電線４２，４３等を収納して腐蝕から防止するためのス
テンレス、ハステロイ、インコネル（商標）等からなる
一対のシースベローズ３４，３５が設けてある。このシ
ースベローズ３４，３５は、耐蝕性の点からはハステロ
イから形成してあることが好ましい。シースベローズ３
４，３５は、その上端に、例えばハステロイからなるエ
ンドピース３６，３７を有すると共に、その下端に、例
えばハステロイからなり外部に接続するためのエンドピ
ース３８，３９を有している。

【００２４】上板３１には、抵抗発熱線４０が間隔をお
いて周回するように、上板３１に下向きに開口した収納
溝４１に収納されている。収納溝４１は、抵抗発熱線４
０を密着するように形成されており、収納溝４１同士の
間の部分は、下板３２に接触している。これにより、後
述するように、上板３１と下板３２とのの接触面積を大
きくして熱伝達を良好にすることができ、上板３１と下
板３２に歪みを生起することなく、上板３１と下板３２
との溶接部分３３に割れが生じるといった虞れもなくす
ることができる。

【００２５】また、抵抗発熱線４０は、上板３１の径方
向内方のゾーンと外方のゾーンとに分離して設けられて
おり、これら２つのゾーンを別々に独立して制御するよ
うに構成されている。そのため、一方のゾーンの抵抗発
熱線４０には、図４の左側のシースベローズ３４内に収
納した給電線４２，４２が接続されており、他方のゾー
ンの抵抗発熱線４０には、図４の右側のシースベローズ
３５内に収納した給電線４３，４３が接続されている。

【００２６】下板３２には、図２および図３に示すよう
に、成膜処理の終了後に洗浄処理を行う際に、載置台３
０を冷却するための２つのゾーンの冷却ガス流路４４，
４５が形成されている。一方の冷却ガス流路４４は、図
２に示すように、下板３２の径方向内方すなわち中心部
分に複数回周回するように配置されており、他方の冷却
ガス流路４５は、下板３２の径方向外方すなわち外側部
分に１周のみして配置されている。これら冷却ガス流路
４４，４５の流路長さを等しくして、両方の冷却ガス流
量が均等になるようにされている。

【００２７】これら冷却ガス流路４４，４５には、図３
の左側のシースベローズ３４内を通して冷却ガスである
Ａｒガスを供給するようにしてあり、このＡｒガスを夫
々の冷却ガス流路４４，４５に導くための入口流路４
６，４７が下板３２に形成されている。冷却ガス流路４
４，４５内を循環したＡｒガスは、図３の右側のシース
ベローズ３５内を通して排出するように構成されてお
り、Ａｒガスを冷却ガス流路４４，４５からシースベロ
ーズ３５に導くための出口流路４８，４９が下板３２に
形成されている。なお、成膜処理時には、給電線４２，
４３等を保護するため、シースベローズ３４，３５内に
不活性ガス例えばＮ₂ガスを供給するようにしてもよ
い。

【００２８】次に、シースベローズ３４，３５の下板３
２への接合部の構造を図５および図６に示す。図５は、
図３及び図４の左側のシースベローズの下板への接合部
の図であり、図６は、図３及び図４の右側のシースベロ
ーズの下板への接合部の図である。

【００２９】図５に示すように、左側のシースベローズ
３４のエンドピース３６の下板３２への接合部では、給
電線４２，４２が離間して挿入されており、冷却ガスの
入口流路４６，４７が離間して形成されている。これら
給電線４２，４２および入口流路４６，４７の間に、給
電線４２，４２により給電する抵抗発熱線４０のゾーン
側の温度を計測するための熱電対５０と、インターロッ
ク用の熱電対５１とが配置されている。

【００３０】図６に示すように、右側のシースベローズ
３５のエンドピース３７の下板３２への接合部では、給
電線４３，４３が離間して挿入されており、冷却ガスの
出口流路４８，４９が離間して形成されている。これら
給電線４３，４３および出口流路４８，４９の間に、給
電線４３，４３により給電する抵抗発熱線４０のゾーン
側の温度を計測するための熱電対５２が配置されてい
る。

【００３１】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。ウエハＷをゲートバルブＧ1を介して図示しない搬
送アームにより処理室１０内に導入し、載置台３０上に
載置すると共に、図示しない電源部から給電線４２，４
３を介して抵抗発熱線４０に給電して載置台３０を加熱
し、ウエハＷを所定温度に加熱する。また、ＴｉＣｌ₄
ガス源１４およびＨ₂ガス源１５から処理室１０内に、
処理ガスであるＴｉＣｌ₄ガスとＨ₂ガスとを所定の流量
で導入し、図示しないターボ分子ポンプにより排気管２
１を介して排気することにより処理室１０内を所定の真
空度に維持し、さらに必要に応じて高周波電源２４から
高周波電力を印可した状態でウエハＷ表面にＴｉ膜を形
成する。

【００３２】数十枚のウエハＷの成膜処理の後、洗浄処
理を行う際には、冷却ガス源１７からシャワーヘッド１
１を介して冷却ガス例えばＡｒガスを処理室１０内に供
給し、同時に、排気管２１を介して排気する。また、こ
の処理室１０への冷却ガスの供給と同時にまたは別途、
載置台３０内の２つのゾーンの冷却ガス流路４４，４５
内に冷却ガス例えばＡｒガスを供給する。すなわち、図
３の左側のシースベローズ３４内を通して冷却ガスであ
るＡｒガスを供給し、入口流路４６，４７を介してＡｒ
ガスを冷却ガス流路４４，４５に導入する。このように
中心部分と外側部分とで分離してＡｒガスを流すことに
より、効率よく冷却することができる。また、Ａｒガス
がこれら冷却ガス流路４４，４５内を循環する際には、
両者の流路長さが等しく両者の流量を均等にできるた
め、載置台３０を均一に冷却することができる。冷却ガ
ス流路４４，４５内を循環したＡｒガスは、出口流路４
８，４９を介して図３の右側のシースベローズ３５内を
通して排出する。

【００３３】このように、成膜処理の後、洗浄処理を行
う際には、処理室１０および載置台３０を積極的に冷却
しているため、従来のように自然放冷することなく、処
理室１０および載置台３０を迅速に冷却することがで
き、スループットを向上することができる。

【００３４】クリーニング時には、ＣｌＦ₃源１６から
処理室１０内にＣｌＦ₃ガスを導入しする。この際に、
載置台３０および処理室１０の壁部は上記冷却により例
えば３００℃程度に低下している。そして、ＣｌＦ₃は
反応性が高いため、この温度においてＴｉと反応してガ
ス成分を生成し、チャンバー外へ排出することができ
る。すなわちクリーニングガスとしてＣｌＦ₃を用いる
ことによりプラズマレスクリーニングが可能であり、極
めて簡便にクリーニングを行うことができる。

【００３５】さらに、上板３１に下向きに開口した収納
溝４１に、抵抗発熱線４０が周回するように収納してあ
り、収納溝４１が抵抗発熱線４０を密着して、収納溝４
１同士の間の部分が下板３２に接触してある。そのた
め、抵抗発熱線４０に給電して発熱する際には、上板３
１と下板３２との接触面積が大きいことから、上板３１
から下板３２への熱伝達が良好であり、従来のように熱
膨張差が生じることがなく、上板３１と下板３２に歪み
を生起することがない。したがって、上板３１と下板３
２との溶接部分３３に割れが生じるといったおそれもな
くすることができる。

【００３６】なお、本発明は、上述した実施の形態に限
定されることなく、種々変形可能である。例えば、載置
台内の抵抗発熱体の収納方法は図３に示したものに限ら
ず、例えば図７に示すようなものであっても良い。すな
わち、図７では収納溝４１が２つの抵抗発熱線４０を包
持するようにして収納している。そのため、上板３１か
ら下板３２への熱伝達が良好であり、上板３１と下板３
２との溶接部分３３に割れが生じるといったおそれもな
いことはもちろんであり、さらに、複数の抵抗発熱線４
０を一つの収納溝４１に収納するようにしているため、
収納溝４１の個数を減らすことができ、下板３２の加工
が容易である。

【００３７】また、載置台を冷却する手段として処理室
内にガスを供給すると共に、載置台に冷却ガスを通流さ
せたが、これらを併用す必要はなく、いずれか一方を行
えばよい。また、冷却ガスとしてＡｒガスを用いたが、
これに限らず、Ｎ₂ガス、Ｈｅガス等、他の不活性ガス
を用いることができる。また、冷却手段はこれらに限ら
ず他の手段であってもよい。

【００３８】被処理体は、ウエハに限られるものではな
く、また、ガス処理も、熱ＣＶＤに限らず、プラズマＣ
ＶＤであってもよく、さらに、成膜装置に限定されず、
エッチング処理装置であってもよい。また、ガス処理の
後処理として行うクリーニング処理はＣｌＦ₃に限らず
用いる他のガスを用いてもよいし、プラズマレスクリー
ニングに限らず、ＮＦ₃ガスを用いたプラズマクリーニ
ングであってもよい。さらに、本発明はガス処理後にク
リーニングを行う場合に限らず、温度を低下させて他の
後処理を行う場合にも有効である。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、第１発明によれば、
載置台の互いに接合された２枚の部材のうち一方の部材
の接合面には、抵抗発熱体収納溝を形成して抵抗発熱体
を収納し、溝以外の部分は他方の部材と接触しているの
で、２枚の部材の接触面積を大きくして熱伝達を良好に
することができ、２枚の部材の歪みを極めて小さくする
ことができる。したがって、これら部材の溶接部分に割
れが発生することを防止することができる。

【００４０】第２発明によれば、載置台の抵抗発熱体を
収納していない他方の部材に冷却ガス流路を形成したの
で、そこに冷却ガスを通流させることにより載置台を効
率良く迅速に冷却することができる。

【００４１】第３発明によれば、さらに、処理室内に冷
却ガスを供給する冷却ガス供給手段を設けたので、これ
を用いて処理室内に冷却ガスを供給することにより載置
台を一層迅速に冷却することができる。

【００４２】第４発明によれば、冷却ガス流路は、載置
台内に中心部分と外側部分とに分離して冷却ガスを流通
させるようにしたので、効率良く冷却することができ
る。また、第５発明によれば、このように分離した載置
台内の中心部分の冷却ガス流路と、外側部分の冷却ガス
流路の長さを略等しく形成したので、冷却時には、載置
台を均一に冷却することができ、載置台に歪みが生じる
ことが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るＣＶＤ装置の模式的
断面図。

【図２】図１に示す載置台の下板の平面図。

【図３】図１に示す載置台の縦断面図であって図２のＩ
ＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。

【図４】図１に示す載置台の縦断面図であって配線構造
を説明するための図。

【図５】図３および図４の左側のシースベローズの下板
への接合部の図。

【図６】図３および図４の右側のシースベローズの下板
への接合部の図。

【図７】本発明の他の実施形態に係る載置台の縦断面図
であって配線構造を説明するための図。

【図８】従来の載置台の縦断面図。

【符号の説明】

１０……処理室１１……シャワーヘッド１７……冷却ガス源（冷却ガス供給手段）３０……載置台３１……上板３２……下板３４，３５……シースベローズ４０……抵抗発熱線４１……収納溝４２，４３……給電線４４，４５……冷却ガス流路４６，４７……入口流路４８，４９……出口流路Ｗ……半導体ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理ガスを用いて被処理体に成膜を施す
処理室と、この処理室内に設けられ、被処理体を載置するための載
置台と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
を有する成膜処理装置において、前記載置台は、互いに接合された２枚の部材を有し、こ
れら部材のうち一方の部材の接合面には、抵抗発熱体収
納溝を形成して抵抗発熱体を収納し、溝以外の部分は他
方の部材と接触していることを特徴とする成膜処理装
置。
【請求項２】前記他方の部材は、冷却ガス流路を有す
ることを特徴とする請求項１に記載の成膜処理装置。
【請求項３】さらに、処理室内に冷却ガスを供給する
冷却ガス供給手段を有することを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載の成膜処理装置。
【請求項４】前記冷却ガス流路は、載置台内の中心部
分と外側部分とに分離して冷却ガスを流通するようにし
たことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の成
膜処理装置。
【請求項５】載置台内の中心部分の冷却ガス流路と、
外側部分の冷却ガス流路の長さを略等しく形成したこと
を特徴とする請求項４に記載の成膜処理装置。