JPH1180958A

JPH1180958A - 基板表面処理装置

Info

Publication number: JPH1180958A
Application number: JP23751997A
Authority: JP
Inventors: Kunio Amaya; 邦夫天谷
Original assignee: AMATANI SEISAKUSHO KK
Current assignee: AMATANI SEISAKUSHO KK
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 1999-03-26
Anticipated expiration: 2017-09-02
Also published as: JP4287918B2

Abstract

(57)【要約】【課題】より高い均質処理を可能とした基板表面処理
装置を得る。【解決手段】ガスを所定の温度とするための熱媒体循
環路は、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との間を互いに平
行方向に接続し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、隣接する熱伝達路３
ａ、３ｂ間の上流環１から下流環２への流路方向を交互
として形成される。このため、熱伝達路３ａ、３ｂに隣
接する領域の温度差が高／低／高／低・・・・、と構成さ
れ、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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４
０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４
０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Ｃ
ＶＤ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５
０ａ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３
０℃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、シリコン基板等の基
板表面へ所定のガスを吹き付けこの基板表面へ表面処理
を施す基板表面処理装置であり、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）との間を互いに平行方
向に接続し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、隣接する熱伝達路（３
ａ、３ｂ）間の上流環（１）から下流環（２）への流路
方向を交互とし、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している。

【００１２】さらに、上記の基板表面処理装置は、熱媒
体循環路内の所定平面内であり、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（４）を有し、この熱変換板（４）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、平面内において略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５０
ｂ、５０ｂ、・・・・を互いに平行とし、隣接する熱伝達路
（８）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４
ａ、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、３
ｂ、・・・・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、下流側の温底は低くなる。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揚
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３
ａ、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１
００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

【手続補正書】

【提出日】平成９年９月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【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、下流側の温底は低くなる。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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン基板等の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）との間を互いに平行方
向に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、隣接する前記熱伝達路（３ａ、３ｂ）間の前記上流環
（１）から下流環（２）への流路方向を交互とし、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。
【請求項２】前記基板表面処理装置は、さらに、前記
熱媒体循環路内の所定平面内であり、前記平行方向の前
記熱媒体の流路の形成された平面内に前記熱媒体循環路
と熱的に接続された熱変換板（４）を有し、該熱変換板
（４）の前記平面内を前記熱媒体により略均一温度に熱
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。
【請求項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略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。
【請求項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。