WO2006068241A1 - 基板表面処理装置 - Google Patents

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heat
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Masaru Umeda
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Kabushiki Kaisha Watanabe Shoko
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/4557—Heated nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection

Definitions

  • the present invention relates to a substrate surface processing apparatus, and more particularly to a substrate surface processing apparatus that supplies a carrier gas to a surface of a substrate such as a silicon substrate, a compound semiconductor substrate, or a glass substrate by spraying or the like.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11 80958
  • a substrate surface processing apparatus is used as a processing apparatus for performing processing such as cleaning of a semiconductor substrate surface and deposition of an "oxidation" thin film in the semiconductor-related industrial field. It is also used as a liquid crystal display and plasma display in the glass-related industrial field.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of the MOCVD chamber portion of the silicon substrate surface treatment apparatus according to Conventional Example 1.
  • the silicon substrate S is heated by the heater unit 1 provided at the lower part of the substrate.
  • a carrier gas supply port through which a carrier gas G is supplied to a gas nozzle plate 2 provided opposite to the silicon substrate S for the purpose of supplying a thin film material uniformly to the silicon substrate S.
  • a supply mold 3 is provided in which 3a and a carrier gas diffusion part 3b having a substantially conical shape that expands downward in the figure with the carrier gas supply port 3a as the center.
  • the gas nozzle plate 2 is formed with a plurality of carrier gas vent holes 2a that communicate with the carrier gas diffusion portion 3b and blow carrier gas G toward the surface of the silicon substrate S.
  • the gas diffusion portion 3b The path of the carrier gas G that reaches the carrier gas ventilation hole 2a via is defined as the carrier gas blowing channel.
  • the carrier gas G supplied through the carrier gas spraying channel causes a thermal decomposition reaction on the silicon substrate S, whereby a thin film is deposited on the surface of the silicon substrate S.
  • the carrier gas G which has finished the role of thin film formation, is formed between the heater unit 1 and the gas nozzle plate 2.
  • the air is exhausted by a vacuum pump (not shown) through the carrier gas exhaust port 4.
  • the temperature of the gas nozzle plate 2 rises due to radiant heat from the heater unit 1 and the silicon substrate S.
  • the temperature of the central portion of the gas nozzle plate 2 is higher than that of the peripheral portion, an overheating state is likely to occur.
  • aluminum with excellent thermal conductivity is generally used for gas nozzle plate 2.
  • a circulation path 5 for cooling water is provided around the gas nozzle plate 2 as an outer peripheral water cooling type, the device is devised.
  • the outer peripheral water-cooled gas nose plate 2 has a temperature difference of 50 to 80 ° C. between the central portion and the peripheral portion. This temperature difference is a fatal phenomenon for a substrate surface processing apparatus for performing uniform processing.
  • a solid material generally used for MOCVD has a remarkably low vapor pressure, and thus needs to be heated to a high temperature in order to stably obtain a necessary amount of CVD material.
  • the carrier gas G that is flowed for the purpose of conveying the raw material gas is also supplied to the carrier gas supply port 3a while being heated to about 200 ° C.
  • a heater 6 is provided around the conical carrier gas diffusion part 3b.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of the MOCVD chamber portion of the silicon processing apparatus according to Conventional Example 2.
  • a plurality of carrier gas vent holes 12a are formed in the gas nozzle plate 12, and a heat transfer path 12b for a heat medium is provided between the plurality of carrier gas vent holes 12a. Is. At this time, the heat transfer paths 12b are parallel to each other and the flow direction of the heat medium is the same. In this case, the temperature difference between the 12 surfaces of the gas nozure plate decreased to about 30 ° C.
  • the area of the surface to be treated tends to be increased more and more, and the accuracy requirement for the homogenization of the treatment is increasing. Therefore, the countermeasure in the above-mentioned Conventional Example 2 is accompanied by a problem that it is insufficient as a substrate surface treatment apparatus that is required recently.
  • the carrier gas used is as high as 200 ° C, and it is easy to maintain this high temperature state. It wasn't.
  • An object of the present invention is to provide a substrate surface processing apparatus capable of performing uniform processing even at a higher temperature.
  • a substrate surface treatment apparatus for supplying a gas to a substrate surface from a plurality of gas vents to perform the surface treatment of the substrate.
  • the upstream ring connected to the heat medium inlet supplying the heat medium, the downstream ring connected to the heat medium outlet for discharging the heat medium, and the flow direction of the heat medium from the upstream ring to the downstream ring are adjacent to each other.
  • the heat medium is a gas having a temperature higher than the supply temperature of the gas.
  • the heat medium circulation path extending from the upstream ring to the downstream ring via the plurality of heat transfer paths extends from the gas supply source to the gas vent hole. It is provided in the heat conversion board which comprises the termination
  • the plurality of gas vent holes are formed in a direction perpendicular to the heat conversion plate, and the heat transfer path is located on an inner diameter side substantially flush with the upstream ring.
  • the gas when passing through the plurality of gas vents on the upstream side is heated to a substantially uniform temperature.
  • the flow rate of the heat medium flowing in the heat transfer path is set to at least one of the connection portions between the heat transfer path and the downstream ring or the upstream ring.
  • a flow rate adjusting mechanism for limiting is provided.
  • the gas is a single gas or mixed gas of argon, nitrogen, and air.
  • the substrate surface treatment apparatus of the present invention is characterized in that the gas has a temperature higher than the supply temperature of the gas.
  • the upstream ring is connected to the heat medium inlet for supplying a predetermined heat medium
  • the downstream ring is connected to the heat medium outlet for discharging the heat medium
  • the upstream ring A plurality of heat transfer paths are connected to the upstream and downstream rings so that the flow direction of the heat medium from the downstream to the downstream ring is opposite to each other, and carrier gas is supplied as the heat medium.
  • a plurality of heat transfers from the upstream ring to the heat conversion plate constituting the terminal portion of the carrier gas blowing flow path from the carrier gas supply source to the carrier gas vent hole.
  • a heat medium circulation path is provided through the path to the downstream ring, and the heat conversion plate is heated to a substantially uniform temperature by this heat medium circulation path, thereby realizing a stable high temperature of the carrier gas. Therefore, a higher homogenous treatment can be realized.
  • a plurality of carrier gas vent holes are formed in the heat conversion plate in the vertical direction, and the carrier gas when passing through the plurality of carrier gas vent holes is substantially the same as the upstream ring.
  • the flow rate adjusting mechanism for limiting the flow rate of the heat medium flowing in the heat transfer path has few connection portions between the heat transfer path and the downstream ring or the upstream ring. In either case, the temperature of the heat medium flowing in the heat transfer path can be controlled uniformly.
  • FIG. 1 shows a carrier gas heating tube unit used in the substrate surface treatment apparatus of the present invention
  • (A) is a perspective view of the appearance of the carrier gas heating tube unit
  • (B) is a flow path of the heat medium. It is an explanatory diagram.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the configuration of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a heat conversion plate.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the overall configuration of the substrate surface treatment apparatus of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a substrate surface treatment apparatus of Conventional Example 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a substrate surface treatment apparatus of Conventional Example 2.
  • the energy received from the heat source decreases as the heat transfer path passes through the center line and the distance from the center to the outer periphery. For this reason, in this method having a plurality of heat transfer paths, it is necessary to adjust the flow rate of the heat medium in each heat transfer path for each heat transfer path.
  • the flow rate can be adjusted by experiment.
  • a plurality of heat transfer paths 12b for the heat medium are secured in the gas nozzle plate 12, and carrier gas vent holes 12a are provided between the adjacent heat transfer paths 12b and each heat
  • the temperature difference in the gas nozzle plate 12 decreased to -5 ° C.
  • FIG. 1 (A) is a perspective view conceptually showing the configuration of the heat medium circulation applied to the substrate surface treatment apparatus of the present invention
  • Fig. 1 (B) is an explanatory view of the flow path of the heat medium
  • Fig. 2 is the same.
  • FIG. 3 is a sectional view conceptually showing the configuration of the heat medium circulation adapted to the substrate surface treatment apparatus of the invention
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view of the main part of the heat medium circulation adapted to the substrate surface treatment apparatus of the present invention
  • FIG. 4 is a sectional view of the substrate surface treatment apparatus of the present invention.
  • the heat medium circulation applied to the present embodiment includes the heater unit 1 and the carrier gas exhaust port 4 described above.
  • a gas nozzle plate 22 provided facing the silicon substrate S has a carrier gas supply port 22a to which a carrier gas G is supplied for the purpose of supplying a thin film material uniformly to the silicon substrate S.
  • a carrier gas diffusion part 22b having a substantially conical shape that expands downward in the figure around the carrier gas supply port 22a, and a carrier gas G that communicates with the carrier gas diffusion part 22b toward the surface of the silicon substrate S.
  • a plurality of carrier gas vent holes 22c to be blown are formed, and a carrier gas G path from the carrier gas supply port 22a to the carrier gas vent hole 22c via the gas diffusion portion 22b is defined as a carrier gas spray passage.
  • the carrier gas G supplied through the carrier gas blowing channel causes a thermal decomposition reaction on the silicon substrate S, whereby a thin film is deposited on the surface of the silicon substrate S.
  • the carrier gas G which has finished the role of thin film formation, is formed between the heater unit 1 and the gas nozzle plate 2.
  • the air is exhausted by a vacuum pump (not shown) through the carrier gas exhaust port 4.
  • a carrier gas heating tube unit 30 that forms a heat transfer path of a heat medium made of high-temperature gas is disposed on the gas nozzle plate 22.
  • the carrier gas heating pipe unit 30 has a large-diameter annular upstream ring 32 connected to a supply pipe 31 serving as a heat medium inlet and a heat medium outlet.
  • a small-diameter annular upstream ring 34 connected to the discharge pipe 33 is arranged in parallel, and the upstream ring 32 and the downstream ring 34 are connected to each other and supplied from the heating medium inlet to be heated by the heating medium outlet.
  • the connecting pipe 35 includes a heat transfer pipe portion 35 a located on the inner diameter side of the same plane as the upstream ring 32 and having an end connected to the upstream ring 32 on the upstream side.
  • a heat transfer pipe portion 35 a located on the inner diameter side of the same plane as the upstream ring 32 and having an end connected to the upstream ring 32 on the upstream side.
  • each heat transfer pipe portion 35a is located on the upstream side in the flow direction of the heat medium, and the heat transfer pipe portion 35a that maintains a relatively high temperature is located between the carrier gas vent holes 22c.
  • the temperature of the carrier gas G passing through the carrier gas vent 22c is adjusted alternately.
  • the carrier gas G when it is necessary to heat the carrier gas G, for example, when it is used as a substrate surface processing apparatus in a semiconductor-related industrial field such as a silicon substrate S as shown in the present embodiment, heat is applied. Hot gas is used for the medium.
  • the carrier gas G is cooled, for example, when used as a cleaning device for a substrate surface such as a liquid crystal display or a plasma display in the glass-related industrial field, cooling water or a low-temperature gas is used as a heat medium. It is done.
  • the type of high-temperature gas the type or temperature set according to the heating temperature (cooling temperature) of the carrier gas G is used in any medium that uses argon, nitrogen, air, etc. Of course.
  • each connection pipe 35 is connected to the downstream ring 34 (or the upstream ring 32) in consideration of conditions such as the connection distance (connection position) from the supply pipe 31 and the length of the heat transfer pipe portion 35a. It is possible to make the temperature of the carrier gas G uniform by providing an orifice for restricting the flow rate of the heat medium flowing in the heat transfer pipe portion 35a or a throttling mechanism 35b for adjusting the flow rate at the connecting portion.
  • the heat medium circulation path applicable to the present embodiment is the connection pipe 35 that forms a plurality of heat transfer paths that connect the upstream ring 32, the downstream ring 34, the upstream ring 32, and the downstream ring 34.
  • the gas nozzle plate 22 having a plurality of carrier gas vent holes 22c is configured as a carrier gas G heat conversion plate.
  • the heat transfer paths formed by the heat transfer pipe portions 35a are parallel to each other and the flow directions of the heat medium flowing in the adjacent heat transfer paths are alternated with each other. It is possible to reduce the temperature difference between the upstream point and the downstream point in the gas nozzle plate 22 of the diameter S. Hereinafter, this relationship will be described in detail.
  • the heat transfer path when the temperature of the heat medium is higher than the gas nozzle plate 22 having a function as a heat conversion plate, the temperature of the heat medium is transmitted to the gas nozzle plate 22 via the heat transfer path. . Conversely, when the temperature of the heat medium is lower than that of the gas nozzle plate 22, the gas nozzle plate 22 is cooled. Compared with the conventional substrate surface treatment equipment, the heat medium flowing through the heat transfer path, the heater, and the silicon substrate S are heated by the radiant heat from the silicon substrate S. The configuration is fundamentally different.
  • the upstream and downstream directions of the heat transfer path in contact with P are opposite to each other. Accordingly, the temperature difference in the adjacent region of the gas nozzle plate 22 is configured as high / low / high / low.
  • this configuration eliminates the cause of the temperature difference potentially generated in the gas nozzle plate 22. Work in the direction to make. Therefore, the gas nozzle plate 22 can be more uniformly heated by the heat medium. Uniform heating of the gas nozzle plate 22 can also be adjusted by adjusting the flow rate of the heat medium in each heat transfer path by the orifice 8.
  • the silicon substrate S is heated by the heater unit 1 provided below.
  • the gas nozzle plate 22 provided opposite to the silicon substrate S has a plurality of carrier gas vents 22c and a conical carrier gas diffusion portion for the purpose of supplying a thin film material uniformly to the silicon substrate S. 22b.
  • the carrier gas G supplied through the carrier gas vent 22c causes a thin film to be deposited on the surface of the silicon substrate S by causing a thermal decomposition reaction on the silicon substrate S.
  • the carrier gas G that has finished the role of forming a thin film is exhausted by a vacuum pump or the like via the exhaust port 4.
  • the gas nozzle plate 22 is supplied with a heat medium (high-temperature gas) from a supply pipe 31 and is composed of an upstream ring 32, a connection pipe 35, a downstream ring 34, and the like, which is a heat medium circulation gas applied to this embodiment. It is discharged from the discharge pipe 33 through the nose plate 22. As a result, one heat medium supplies the heat energy held by itself and ends its role as the heat medium.
  • the other gas nozzle plate 22 receives heat supply from the heat medium in the plane of the plate constituting itself, and is heated to a uniform temperature.
  • the carrier gas G for surface-treating the surface of the silicon substrate S is supplied in a uniform distribution from the carrier gas supply port 3 a and is heated in the carrier gas vent 22 c of the gas nozzle plate 22. After the surface of the silicon substrate S is heated and surface-treated, it is exhausted from the exhaust port 4.
  • the upstream ring is connected to the heat medium inlet for supplying a predetermined heat medium
  • the downstream ring is connected to the heat medium outlet for discharging the heat medium
  • the upstream ring A plurality of heat transfer paths are connected to the upstream and downstream rings so that the flow direction of the heat medium from the downstream to the downstream ring is opposite to each other, and carrier gas is supplied as the heat medium.
  • a plurality of heat transfers from the upstream ring to the heat conversion plate constituting the terminal portion of the carrier gas blowing channel from the carrier gas supply source to the carrier gas vent hole.
  • a heat medium circulation path is provided through the path to the downstream ring, and the heat conversion plate is heated to a substantially uniform temperature by this heat medium circulation path, thereby realizing a stable high temperature of the carrier gas. Therefore, a higher homogenous treatment can be realized.
  • a plurality of carrier gas vent holes are formed in the heat conversion plate in the vertical direction, and the carrier gas when passing through the plurality of carrier gas vent holes is substantially the same as the upstream ring.
  • the flow rate adjusting mechanism for limiting the flow rate of the heat medium flowing in the heat transfer path has few connection portions between the heat transfer path and the downstream ring or the upstream ring. In either case, the temperature of the heat medium flowing in the heat transfer path can be controlled uniformly.

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Abstract

　キャリアガスの高温化を実現することができ、よってより高い均質処理を実現することができる基板表面処理装置を提供する。 　所定の熱媒体を供給する熱媒体入口に上流環が接続され、熱媒体を放出する熱媒体出口に下流環が接続され、上流環から下流環へと至る熱媒体の流れ方向が互いに隣接するもの同士で逆方向となるように上流環と下流環とに複数の熱伝達路が接続されると共に、熱媒体として気体が用いられている。

Description

明 細 書
基板表面処理装置
技術分野
[0001] 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、 ガラス基板等の基板表面にキャリアガスを吹き付けなどにより供給して表面処理を施 す基板表面処理装置に関する。
背景技術
[0002] 特許文献 1 :特開平 11 80958号公報
[0003] 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は、半導体基板表 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。また、ガラ ス関連の産業分野においては液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のとして用 いられる。
[0004] 図 5は、従来例 1に係るシ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。
[0005] 図 5において、シリコン基板 Sは、基板下部に設けられたヒータユニット 1によって加 熱される。
[0006] シリコン基板 Sに対向して設けられたガスノズノレプレート 2には、シリコン基板 Sに対 して均一に薄膜の原料を供給する目的でキャリアガス Gが供給されるキャリアガス供 給口 3aとこのキャリアガス供給口 3aを中心として図示下方に向けて拡開する略円錐 形状のキャリアガス拡散部 3bとを形成した供給金型 3が設けられている。また、ガスノ ズノレプレート 2にはキャリアガス拡散部 3bと連通してシリコン基板 Sの表面に向けてキ ャリアガス Gを吹き付ける複数のキャリアガス通気孔 2aが形成され、キャリアガス供給 口 3aからガス拡散部 3bを経由してキャリアガス通気孔 2aに至るキャリアガス Gの経路 をキャリアガス吹き付け流路としている。
[0007] キャリアガス吹き付け流路を経て供給されるキャリアガス Gは、シリコン基板 S上で熱 分解反応を起こすことによってシリコン基板 Sの表面に薄膜が堆積される。薄膜形成 の役目を終えたキャリアガス Gは、ヒータユニット 1とガスノズノレプレート 2との間に形成 されたキャリアガス排気口 4を経由して不図示の真空ポンプ等で排気される。
[0008] 一方、ガスノズルプレート 2は、ヒータユニット 1とシリコン基板 S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 2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ノレプレー ト 2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、ガスノズノレプレー ト 2の過熱を防止する目的で、外周水冷式としてガスノズノレプレート 2の周辺に冷却 水用の循環路 5を設けるとレ、つた工夫がなされてレ、る。
[0009] し力、しながら、このような従来例 1のような構成において、大口径のシリコン基板 Sに 対応する為には、ガスノズノレプレート 2も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ノレプレート 2は、その中央部と周辺部とでは 50〜80°C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。
[0010] 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 Gも 200°C程度に加熱された状態でキヤ リアガス供給口 3aまで供給される。また、キャリアガス Gの加熱を目的に円錐形状の キャリアガス拡散部 3bの周囲に加熱ヒータ 6を設けてレ、る。
[0011] また、原料ガスを含んだキャリアガス Gの温度が低下した場合は、ガスノズルプレー ト 2を構成する内面あるいはキャリアガス通気孔 2aに原料ガスの成分が凝縮する。こ れに対し、原料ガスを含んだキャリアガス Gの温度が必要以上に過熱された場合に は、ガスノズノレチャンバを構成する内面あるいはキャリアガス通気孔 2a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、シリコン基板 S上に、所望の 薄膜を得ることが困難となる。
[0012] 図 6は、従来例 2に係るシリコン処理装置の MOCVDチャンバ部の構成例を示す 縦断面図である。
[0013] 図 6に示したものは、ガスノズノレプレート 12に複数のキャリアガス通気孔 12aを形成 すると共に、この複数のキャリアガス通気孔 12aの間に熱媒体の熱伝達路 12bを設け たものである。この際、各熱伝達路 12bは互いに平行とし、熱媒体の流れ方向を同一 にした場合、ガスノズノレプレート 12面の温度差は約 30°Cと減少した。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0014] し力しながら、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という問題点 を伴う。また、単に複数のキャリアガス通気孔 12aの間に熱媒体の熱伝達路 12bを設 けただけでは、使用されるキャリアガスが 200°Cと高温であり、この高温状態を維持す ることは容易ではなかった。
[0015] 本発明は、より高い温度においても均一処理を行うことができる基板表面処理装置 を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0016] 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、複数のガス通気孔か らガスを基板表面に供給して該基板の表面処理を施す基板表面処理装置において 所定の熱媒体を供給する熱媒体入口に接続された上流環と、前記熱媒体を放出 する熱媒体出口に接続された下流環と、前記上流環から前記下流環へと至る前記熱 媒体の流れ方向が互いに隣接するもの同士で逆方向となるように前記上流環と前記 下流環とに接続された複数の熱伝達路とを備えると共に、
前記熱媒体を前記ガスの供給温度よりも高温な気体としたことを特徴とする。
[0017] 本発明の基板表面処理装置は、前記上流環から前記複数の熱伝達路を経由して 前記下流環へと至る熱媒体循環路は前記ガスの供給源から前記ガス通気孔に至る ガス吹き付け流路の終端部を構成する熱変換板に設けられ、該熱変換板は前記熱 媒体循環路によって略均一温度に加熱されることを特徴とする。
[0018] 本発明の基板表面処理装置は、前記複数のガス通気孔は前記熱変換板に垂直方 向に形成され、前記熱伝達路は前記上流環と略同一平面状の内径側に位置する上 流側にて前記前記複数のガス通気孔を通過する際の前記ガスが略均一温度に加熱 されることを特徴とする。 [0019] 本発明の基板表面処理装置は、前記熱伝達路と前記下流環又は前記上流環との 接続部分の少なくとも何れか一方には、前記熱伝達路内を流れる前記熱媒体の流 量を制限するための流量調節機構が設けられていることを特徴とする。
[0020] 本発明の基板表面処理装置は、前記気体は、アルゴン、窒素、空気の単独ガス又 は混合ガスであることを特徴とする。
[0021] 本発明の基板表面処理装置は、前記気体が前記ガスの供給温度よりも高温である ことを特徴とする。
発明の効果
[0022] 本発明の基板表面処理装置にあっては、所定の熱媒体を供給する熱媒体入口に 上流環が接続され、熱媒体を放出する熱媒体出口に下流環が接続され、上流環か ら下流環へと至る熱媒体の流れ方向が互いに隣接するもの同士で逆方向となるよう に上流環と下流環とに複数の熱伝達路が接続されると共に、熱媒体としてキャリアガ スの供給温度よりも高温な気体が用いられていることにより、キャリアガスの高温化を 実現することができ、よってより高い均質処理を実現することができる。
[0023] 本発明の基板表面処理装置にあっては、キャリアガスの供給源からキャリアガス通 気孔に至るキャリアガス吹き付け流路の終端部を構成する熱変換板に上流環から複 数の熱伝達路を経由して下流環へと至る熱媒体循環路が設けられ、この熱媒体循環 路によって熱変換板が略均一温度に加熱されることにより、キャリアガスの安定した 高温化を実現することができ、よってより一層高い均質処理を実現することができる。
[0024] 本発明の基板表面処理装置にあっては、熱変換板に複数のキャリアガス通気孔が 垂直方向に形成され、複数のキャリアガス通気孔を通過する際のキャリアガスが上流 環と略同一平面状の内径側に位置する熱伝達路の上流側にて略均一温度に加熱さ れることにより、複数のキャリアガス通気孔を通過するキャリアガスの温度を個別且つ 高い温度で高温ィ匕することができる。
[0025] 本発明の基板表面処理装置にあっては、熱伝達路内を流れる熱媒体の流量を制 限するための流量調節機構が熱伝達路と下流環又は上流環との接続部分の少なく とも何れか一方に設けられていることにより、熱伝達路内を流れる熱媒体の温度を均 一に制御することができる。 図面の簡単な説明
[0026] [図 1]本発明の基板表面処理装置に使用されるキャリアガス加熱管ユニットを示し、 ( A)はキャリアガス加熱管ユニットの外観の斜視図、（B)は熱媒体の流路説明図であ 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]本発明の基板表面処理装置の全体構成の断面図である。
[図 5]従来例 1の基板表面処理装置の断面図である。
[図 6]従来例 2の基板表面処理装置の断面図である。
符号の説明
[0027] 31…供給管 (熱媒体入口）
32…上流環
33· · ·排出管 (熱媒体出口）
34…下流環
35…接続管
35 a…熱伝達管部（熱伝達路）
35b…オリフィス
22…ガスノズルプレート（熱変換板）
22c…キャリアガス通気孔
発明を実施するための最良の形態
[0028] 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。
[0029] <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外周へと離間する程に減少する。このこと力 、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。 [0030] さらに、従来例 2の図 6において、ガスノズルプレート 12に複数の熱媒体の熱伝達 路 12bを確保し、この隣接する熱伝達路 12b間にキャリアガス通気孔 12aを設けると 共に各熱伝達路 12bを互いに平行とし、隣接する熱伝達路 12bを流れる熱媒体の方 向を逆方向とした場合、ガスノズルプレート 12内の温度差は _ 5°Cと減少した。
[0031] 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、実用的なガスノズルプレート 12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することはできない。
[0032] 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。
[0033] ぐ本実施の形態の構成 >
図 1 (A)は本発明の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、図 1 (B)は熱媒体の流路の説明図、図 2は同じく本発明の基板表面 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断面図、図 3は同じく本発 明の基板表面処理装置に適応される熱媒体循環の要部の拡大断面図、図 4は同じ く本発明の基板表面処理装置の断面図である。
[0034] 本実施形態に適用される熱媒体循環は、上述したヒータユニット 1、キャリアガス排 気口 4を備えている。
[0035] シリコン基板 Sに対向して設けられたガスノズノレプレート 22には、シリコン基板 Sに 対して均一に薄膜の原料を供給する目的でキャリアガス Gが供給されるキャリアガス 供給口 22aとこのキャリアガス供給口 22aを中心として図示下方に向けて拡開する略 円錐形状のキャリアガス拡散部 22bと、キャリアガス拡散部 22bと連通してシリコン基 板 Sの表面に向けてキャリアガス Gを吹き付ける複数のキャリアガス通気孔 22cとが形 成され、キャリアガス供給口 22aからガス拡散部 22bを経由してキャリアガス通気孔 2 2cに至るキャリアガス Gの経路をキャリアガス吹き付け流路としている。
[0036] キャリアガス吹き付け流路を経て供給されるキャリアガス Gは、シリコン基板 S上で熱 分解反応を起こすことによってシリコン基板 Sの表面に薄膜が堆積される。薄膜形成 の役目を終えたキャリアガス Gは、ヒータユニット 1とガスノズノレプレート 2との間に形成 されたキャリアガス排気口 4を経由して不図示の真空ポンプ等で排気される。
[0037] 一方、ガスノズルプレート 22には、高温気体からなる熱媒体の熱伝達路を形成する キャリアガス加熱管ユニット 30が配置されている。
[0038] このキャリアガス加熱管ユニット 30は、図 1に示すように、熱媒体入口となる供給管 3 1と接続された下方に大口径の円環状の上流環 32と、熱媒体出口となる排出管 33と 接続された上方に小径な円環状の上流環 34とが平行に配置されると共に、これら上 流環 32と下流環 34とを接続して熱媒体入口から供給されて熱媒体出口から排出さ れる熱媒体の流れを規定する複数の熱伝達路を構成する略 L字形状に屈曲された 接続管 35とを備えている。
[0039] 接続管 35は、上流環 32と同一平面状の内径側に位置して端部が上流環 32に接 続された熱伝達管部 35aを上流側に備えている。この際、図 1 (B)に示すように、供 給管 31を基準として熱伝達管部 35aを上流環 32に交互に接続することにより、供給 管 31から供給されて図示左右に分散された熱媒体は、隣接する熱伝達管部 35aで 互いに逆方向に流れることとなる。また、各熱伝達管部 35aは、図 4に示すように、熱 媒体の流れ方向上流側に位置して比較的高温状態を維持している熱伝達管部 35a がキャリアガス通気孔 22cの間に交互に配置され、このキャリアガス通気孔 22cを通 過するキャリアガス Gの温度を調節する。
[0040] この際、キャリアガス Gを加熱する必要がある場合、例えば、本実施の形態に示すよ うなシリコン基板 Sといった半導体関連の産業分野における基板表面の処理装置とし て使用する場合には熱媒体に高温ガスが用いられる。また、キャリアガス Gを冷却す る場合、例えば、ガラス関連の産業分野における液晶ディスプレイやプラズマデイス プレイ等の基板表面の洗浄処理装置として使用する場合には熱媒体に冷却水や低 温ガスが用いられる。尚、高温ガスの種類としては、アルゴン、窒素、空気等が使用さ れる力 何れの媒体にあってもキャリアガス Gの加熱温度（冷却温度）に応じた種類 や温度設定されたものが用いられるのは勿論である。また、特に加熱を目的とした場 合には、高温ガスといった気体の温度設定は液体よりも高く設定することができ、しか も、キャリアガス加熱管ユニット 30の流路内壁を削るといった経年劣化も少ないといつ た利点を有する。 [0041] 尚、各接続管 35は、例えば、供給管 31からの接続距離 (接続位置)や熱伝達管部 35aの長さ等の条件を考慮して下流環 34 (或いは上流環 32)との接続部に、熱伝達 管部 35a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 35bを設けてキャリアガス Gの温度の均一化を図ることも可能である。
[0042] このように、本実施形態に適応される熱媒体循環路は、上流環 32、下流環 34、上 流環 32及び下流環 34を接続する複数の熱伝達路を形成する接続管 35を備え、且 つ、複数のキャリアガス通気孔 22cを形成したガスノズルプレート 22はキャリアガス G の熱変換板として構成される。
[0043] また、熱伝達管部 35aで形成される熱伝達路は相互に平行で且つ隣接する熱伝達 路内を流れる熱媒体の流れの方向が隣接するもの同士で交互であるため、特に大 口径のガスノズルプレート 22における上流点と下流点間に生じる温度差を緩和する こと力 Sできる。以下、この関係を詳述する。
[0044] 熱伝達路において、熱媒体の温度が熱変換板としての機能を有するガスノズルプ レート 22よりも高い場合は、熱媒体の温度が熱伝達路を経由してガスノズノレプレート 22に伝えられる。逆に、熱媒体の温度がガスノズルプレート 22よりも低い場合は、ガ スノズノレプレート 22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シリコン基板 Sからの幅射熱で加熱されてレ、る 熱変換板にぉレ、て、熱伝達作用に係わる構成が基本的に相違する。
[0045] この熱変換にぉレ、て、熱変換板を加熱する場合には、熱伝達路内の熱媒体温度を 、上流側と下流側とで比較した場合、上流側の温度が高ぐ下流側の温底は低くなる 。よって同一の熱伝達路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、上流側の温度が低ぐ下流側の温度は高くなる。よって同 一の熱伝達路において上流と下流では温度差が発生する。
[0046] ところで、ガスノズルプレート 22の全体としてみた場合は、 P 接する熱伝達路は上 流及び下流の方向が相互に逆方向とされている。よってガスノズノレプレート 22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。
[0047] ここで、本構成は、ガスノズルプレート 22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、ガスノズルプレート 22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。ガスノズノレプレート 22の加熱の均一化は、オリフィス 8による各熱 伝達路内の、熱媒体の流量を調節することによつても調整することができる。
[0048] 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 Sは下部に 設けられたヒータユニット 1によって加熱される。このシリコン基板 Sに対向して設けら れたガスノズルプレート 22には、シリコン基板 Sに対して均一に薄膜の原料を供給す る目的で複数のキャリアガス通気孔 22cと円錐形状のキャリアガス拡散部 22bとが設 けられている。キャリアガス通気孔 22cを経て供給されるキャリアガス Gは、シリコン基 板 S上で熱分解反応を起こすことによってシリコン基板 Sの表面に薄膜が堆積される 。薄膜形成の役目を終えたキャリアガス Gは、排気口 4を経由して真空ポンプ等で排 気される。
[0049] ガスノズルプレート 22は、供給管 31から熱媒体（高温ガス）が供給され、上流環 32 、接続管 35、下流環 34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 ガスノズノレプレート 22を経て、排出管 33から排出される。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 ガスノズノレプレート 22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。
[0050] シリコン基板 Sの表面を表面処理するためのキャリアガス Gは、キャリアガス供給口 3 aから均一分布化されて供給され、ガスノズノレプレート 22のキャリアガス通気孔 22cに おいて熱せられ、シリコン基板 Sの表面を加熱し表面処理した後、排気口 4から排気 される。
産業上の利用可能性
[0051] 本発明の基板表面処理装置にあっては、所定の熱媒体を供給する熱媒体入口に 上流環が接続され、熱媒体を放出する熱媒体出口に下流環が接続され、上流環か ら下流環へと至る熱媒体の流れ方向が互いに隣接するもの同士で逆方向となるよう に上流環と下流環とに複数の熱伝達路が接続されると共に、熱媒体としてキャリアガ スの供給温度よりも高温な気体が用いられていることにより、キャリアガスの高温化を 実現することができ、よってより高い均質処理を実現することができる。 [0052] 本発明の基板表面処理装置にあっては、キャリアガスの供給源からキャリアガス通 気孔に至るキャリアガス吹き付け流路の終端部を構成する熱変換板に上流環から複 数の熱伝達路を経由して下流環へと至る熱媒体循環路が設けられ、この熱媒体循環 路によって熱変換板が略均一温度に加熱されることにより、キャリアガスの安定した 高温化を実現することができ、よってより一層高い均質処理を実現することができる。
[0053] 本発明の基板表面処理装置にあっては、熱変換板に複数のキャリアガス通気孔が 垂直方向に形成され、複数のキャリアガス通気孔を通過する際のキャリアガスが上流 環と略同一平面状の内径側に位置する熱伝達路の上流側にて略均一温度に加熱さ れることにより、複数のキャリアガス通気孔を通過するキャリアガスの温度を個別且つ 高い温度で高温ィ匕することができる。
[0054] 本発明の基板表面処理装置にあっては、熱伝達路内を流れる熱媒体の流量を制 限するための流量調節機構が熱伝達路と下流環又は上流環との接続部分の少なく とも何れか一方に設けられていることにより、熱伝達路内を流れる熱媒体の温度を均 一に制御することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 複数のガス通気孔からガスを基板表面に供給して該基板の表面処理を施す基板表 面処理装置において、
所定の熱媒体を供給する熱媒体入口に接続された上流環と、前記熱媒体を放出 する熱媒体出口に接続された下流環と、前記上流環から前記下流環へと至る前記熱 媒体の流れ方向が互いに隣接するもの同士で逆方向となるように前記上流環と前記 下流環とに接続された複数の熱伝達路とを備えると共に、
前記熱媒体を気体としたことを特徴とする基板表面処理装置。
[2] 前記上流環から前記複数の熱伝達路を経由して前記下流環へと至る熱媒体循環路 は前記ガスの供給源から前記ガス通気孔に至るガス吹き付け流路の終端部を構成 する熱変換板に設けられ、該熱変換板は前記熱媒体循環路によって略均一温度に 加熱されることを特徴とする請求項 1に記載の基板表面処理装置。
[3] 前記複数のガス通気孔は前記熱変換板に垂直方向に形成され、前記熱伝達路は前 記上流環と略同一平面状の内径側に位置する上流側にて前記前記複数のガス通気 孔を通過する際の前記ガスが略均一温度に加熱されることを特徴とする請求項 2に 記載の基板表面処理装置。
[4] 前記熱伝達路と前記下流環又は前記上流環との接続部分の少なくとも何れか一方 には、前記熱伝達路内を流れる前記熱媒体の流量を制限するための流量調節機構 が設けられていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3の何れ力、 1つに記載の基板 表面処理装置。
[5] 前記気体は、アルゴン、窒素、空気の単独ガス又は混合ガスであることを特徴とする 請求項 1乃至請求項 4の何れか 1つに記載の基板表面処理装置。
[6] 前記気体が前記ガスの供給温度よりも高温であることを特徴とする請求項 1乃至 5の いずれか 1項記載の基板表面処理装置。
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