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発明の名称 常圧CVD装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−240970(P2001−240970A)
公開日 平成13年9月4日(2001.9.4)
出願番号 特願2000−55310(P2000−55310)
出願日 平成12年3月1日(2000.3.1)
代理人 【識別番号】100078145
【弁理士】
【氏名又は名称】松村 修
【テーマコード(参考)】
4K030
5D121
5F045
【Fターム(参考)】
4K030 CA04 CA12 EA11 JA09 KA49 LA18 
5D121 EE03 EE19
5F045 AE29 DP03 EB03 EF05 EF20 EG01 EG06
発明者 中原 宏
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 下方に搬入された被処理物の表面に反応ガスを吹き付けて薄膜を成膜する供給ヘッドと、前記供給ヘッドの外面との間で反応済みの反応ガスを外部へ導く複数の排気通路が形成されるように前記供給ヘッドの周囲を囲み、上方中央部に排気管が配設されているヘッドカバーとから構成されている常圧CVD装置において、前記供給ヘッドの上方で前記排気管の下方の空間の中央部に、前記各排気通路を通過する排気ガスの流れで揺動できる排気バランス安定化装置が配設されていることを特徴とする常圧CVD装置。
【請求項2】 前記排気バランス安定化手段が振り子で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の常圧CVD装置。
【請求項3】 前記振り子が複数個の三角柱形振り子からなり、それらの三角柱形振り子を、それらの長軸が前記被処理物の移動方向に対してほぼ垂直な方向に沿って揺動自在に軸支された構造で構成されていることを特徴とする請求項2に記載の常圧CVD装置。
【請求項4】 前記振り子がチタンで形成されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の常圧CVD装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ、光ディスク、液晶表示装置の基板などの被処理物の表面に薄膜を成膜するための常圧CVD装置に関し、特に、その排気ガスを安定して排気するための排気ガス手段に関するものである。
【0002】
【従来の技術】先ず、図を参照しながら従来技術の常圧CVD装置を説明する。
【0003】図8は従来技術の常圧CVD装置の外観斜視図、図9は図8に示した常圧CVD装置のA―A線上における断面側面図、図10は図8に示した常圧CVD装置のB―B線上における断面側面図、図11は図8に示した常圧CVD装置における被処理物の一搬送手段である搬送チェーンの略線的な側面図、図12は図10を用いてヘッドカバー内における排気ガスによる現象を説明するための供給ヘッドの図であって、同図Aは供給ヘッドとヘッドカバーとの隙間が異なる場合を示す断面図、同図Bは同図Aに示した構造状態で生じる排気ガスの流れを示す断面図、そして同図Cは同図Cに示した排気ガスの流れによって生じる反応生成物の付着状態を示す断面図である。
【0004】なお、以下の本明細書において、被処理物として半導体ウエハを採り上げて説明する。
【0005】半導体装置の製造工程において半導体ウエハSの被処理面に薄膜を成膜する工程があるが、その成膜工程で用いられる成膜装置の一つに、図8乃至図11に示したような常圧CVD装置1がある。一般的に、この常圧CVD装置1は、半導体ウエハSの搬送装置2、加熱装置3、反応ガスの供給ヘッド4、反応ガスの排気装置5などから構成されている。
【0006】搬送装置2は半導体ウエハSを供給ヘッド4と加熱装置3との成膜空間へ搬送する搬送手段であって、不図示の駆動源によて回転駆動させられる、所定の間隔を開けて平行に配設されている一対のエンドレスのチェーン21(図11)と、これらのチェーン21にそれぞれ所定の間隔で取り付けられている複数のトレイホルダ22と、後記する供給ヘッド4の長軸方向に所定の間隔で2枚づつ半導体ウエハSを載置し、それぞれの対をなすトレイホルダ22に掛け渡すように載せられて搬送されるトレイ23などとから構成されている。一対のチェーン21は、不図示の駆動源に連結されているスプロケット211と複数個のプーリ212とでエンドレスで上下方向に所定の間隔を開けて広げられ、ガイドされている。
【0007】加熱装置3は板状に構成された電熱ヒータであって、供給ヘッド4の下方に配設されており、これらの間に搬送装置2で搬送されてきた半導体ウエハSを所定の温度に加熱する構成部品である。
【0008】供給ヘッド4は、反応ガスの素になる原料ガスの供給口41、42に通じ、複数枚の長方形の金属プレート43が所定の間隔で互いに平行に配列されて全体として外形が直方体に構成されていて、その長辺が搬送方向に対して直交する方向に、そしてそれぞれの隙間が下向きになる姿勢で搬送装置2に向き合って配設されていて、そのそれぞれの隙間から反応ガスを、その下方に搬送されてきている半導体ウエハSの表面に吹き付ける主要部品である。供給口41、42からは、例えば、前記のシランや酸素などの複数種の原料ガスがそれぞれ単独で供給され、供給ヘッド4の内部でミックスされて反応ガスとなる。
【0009】排気装置5は、供給ヘッド4を覆うように配設されているヘッドカバー51と加熱装置3の下方に配設されているヒータ側カバー52とから構成されており、供給ヘッド4の外側面とヘッドカバー51の内側面との間に所定の間隔の排気ダクト511、512が、そして供給ヘッド4の上面とヘッドカバー51の内面との間に所定の間隔の排気ダクト513が形成されており、そして排気ダクト513にはヘッドカバー51の外部に通じる排気管514が形成されていて、供給ヘッド4のそれぞれの隙間から半導体ウエハSの表面に吹き出された反応ガスの一部が排気ガスとして排気ダクト511、512、513及び排気管514を通じてヘッドカバー51から外部に排出されるように構成されている。
【0010】また、ヒータ側カバー52は加熱装置3の下方を覆い、反応ガスを収集するカバー521とこのカバー521の中央部に形成された排気管522とからなり、カバー521は半導体ウエハS、加熱装置3の下方に流れた反応ガスを集めて排気管522から排気ガスとして外部に排気する。
【0011】次に、前記のように構成された常圧CVD装置1の成膜動作の概略を図12をも用いて説明する。
【0012】先ず、搬送装置2の各トレイ23に、順次、2枚づつ半導体ウエハSを載置し、チェーン21を回転駆動して所定の速度で半導体ウエハSを供給ヘッド4及び加熱装置3との間の成膜エリアに搬送する。そして加熱装置3により所定の温度まで加熱されている搬送されてきた半導体ウエハSの表面に供給ヘッド4から前記のような反応ガスを吹き付け、反応ガスの熱反応により、例えば、SiO2の薄膜を成膜する。この供給ヘッド4から吹き出す反応ガスは、その一部分のみしか半導体ウエハS上で反応しないため、残りの大部分の未反応の反応ガスは供給ヘッド4の下方から供給ヘッド4の外側面に流れ、排気ダクト511、512を上昇し、排気ダクト513から排気管514を通じて外部に排気される。また、半導体ウエハS、加熱装置3の下方に流れた反応済みガス及び未反応ガスの反応ガスはヒータ側カバー52のカバー521に収集され、排気管522から外部に排気される。
【0013】また、半導体ウエハS上で反応せず、未反応ガスとなった反応ガスは、前記のように排気ダクト511、512、513を通じて排気される間、これらの排気ダクト511、512、513や供給ヘッド4の外周面などに反応生成物分Rとして付着する(図12C)。なお、これらの排気は不図示の設備で一定の静圧の下に制御されて行われていることを付言しておく。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】この反応生成物の付着は、供給ヘッド4にヘッドカバー51を取り付ける時に、図10に示したように、供給ヘッド4の各側面とヘッドカバー51の各内面との間隔、即ち、各排気ダクト511、512の幅(図10に示したように、供給ヘッド4の両側の排気ダクト511の幅WaとWb)が均等になるように取り付けられているならば、供給ヘッド4やヘッドカバー51に反応生成物R付着していない成膜初期の段階では、未反応ガスは供給ヘッド4の周りの排気ダクト511、512を均一に上昇し、排気ダクト513及び排気管514を通じて外部に排気されるが、図12Aに示したように、排気ダクト511の幅Waが一方の側の排気ダクト511の幅Wbより狭くなるように、即ち、両者が均等にならないように取り付けられているならば、図12Bに示したように、排気ダクト511の狭い方より広い方を流れる未反応ガスの排気量が多くなり、図12Cに示したように、供給ヘッド4やヘッドカバー51に付着する反応生成物Rの量が多くなる。逆の場合も同様であり、また、排気ダクト512についても同様な現象が生じる。
【0015】更にまた、供給ヘッド4の両側の排気ダクト511の幅WaとWbが均等になるように取り付けられていても、成膜が進行するに従って供給ヘッド4やヘッドカバー51に付着する反応生成物Rの度合いが均等でなくなる。
【0016】このように反応生成物Rの付着の度合いが異なると、排気ガスのバランスがますます不安定になり、半導体ウエハSの表面に成膜される薄膜の膜圧が均一に成膜されないという好ましくない問題が生じる。
【0017】本発明は前記の課題を解決しようとするものであって、バランス良く、かつ安定させて未反応ガスの排気を排気させることができる常圧CVD装置を得ることを目的とするものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】それ故、請求項1に記載の発明では、下方に搬入された被処理物の表面に反応ガスを吹き付けて薄膜を成膜する供給ヘッドと、前記供給ヘッドの外面との間で反応済みの反応ガスを外部へ導く複数の排気通路が形成されるように前記供給ヘッドの周囲を囲み、上方中央部に排気管が配設されているヘッドカバーとから構成されている常圧CVD装置において、前記供給ヘッドの上方で前記排気管の下方の空間の中央部に、前記各排気通路を通過する排気ガスの流れで揺動できる排気バランス安定化装置を配設して、前記課題を解決している。
【0019】また、請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の常圧CVD装置における前記排気バランス安定化装置が振り子で構成されていることを特徴とする。
【0020】更にまた、請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の常圧CVD装置における前記振り子を複数個の三角柱形振り子で構成し、それらの三角柱形振り子を、それらの長軸が前記被処理物の移動方向に対してほぼ垂直な方向に沿って揺動自在に軸支した構造を採って、前記課題を解決している。
【0021】そして更にまた、請求項4に記載の発明では、請求項2または請求項3に記載の常圧CVD装置における前記振り子をチタンで形成されていることを特徴とする。
【0022】従って、請求項1に記載の常圧CVD装置によれば、供給ヘッドとその供給ヘッドの相対する側面とヘッドカバーの内面とで形成されている排気ダクト中を流れる排気ガスの流れで前記排気バランス安定化装置を自己制御し、その排気ガスの流れバランスよく安定化させることができる。
【0023】また、請求項2に記載の常圧CVD装置によれば、前記発明の作用に加えて、振り子を用いたことにより、前記自己制御を敏感に行わせることができる。
【0024】更にまた、請求項3に記載の常圧CVD装置によれば、請求項2に記載の発明の作用に加えて、排気バランス安定化装置を極めて簡単な構造で構成することができる。
【0025】そして更にまた、請求項4に記載の常圧CVD装置によれば、請求項2及び請求項3に記載の発明の作用に加えて、排気ガスの制御をより敏感に行うことができ、しかも装置の長寿命化が計れる。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、図1乃至図7を用いて、本発明の一実施形態の常圧CVD装置を説明する。
【0027】図1は本発明の一実施形態の常圧CVD装置の外観斜視図、図2は図1に示した常圧CVD装置の長軸に沿った中心線であるA―A線上における断面側面図、図3は図1に示した常圧CVD装置の短軸に沿う、中心線より偏ったB―B線上における断面側面図、図4は図1乃至図3に示した常圧CVD装置のヘッドカバーの一部分の構造を示した斜視図、図5は図1乃至図3に示した常圧CVD装置の排気バランス安定化装置の一実施例である振り子の斜視図、図6は排気ガスがバランスよく排気されている状態を示す図1乃至図3に示した常圧CVD装置の排気バランス安定化装置の配設されている部分の断面図、図7は排気ガスがアンバランスで排気されようとする状態の場合の排気バランス安定化装置の動作を示す図1乃至図3に示した常圧CVD装置の排気バランス安定化装置の配設されている部分の断面図である。
【0028】なお、本発明の常圧CVD装置において、従来技術の常圧CVD装置1の構成部分と同一の構成部分には同一の符号を付し、それら一部の説明を省略する。
【0029】先ず、図1乃至図3を参照しながら、本発明の一実施形態の常圧CVD装置の構成及び構造を説明する図1において、符号1Aは全体として本発明の常圧CVD装置を指す。この常圧CVD装置1Aも、半導体ウエハSを搬送するための搬送装置2、加熱装置3、反応ガスの供給ヘッド4、反応ガスの排気装置6、排気バランス安定化装置7などから構成されている。搬送装置2、加熱装置3、及び供給ヘッド4の構成、構造及び機能は従来技術の常圧CVD装置1におけるそれらと同一であるので、それらの説明を省略する。
【0030】本発明の常圧CVD装置1Aにおける排気装置6は、図2及び図3に拡大して示したように、供給ヘッド4を覆うように配設されているヘッドカバー61と加熱装置3の下方に配設されているヒータ側カバー62とから構成されており、そして更に、ヘッドカバー61は供給ヘッド4の側面を覆う周辺カバー6110と供給ヘッド4の上方を覆う屋根カバー6120とから構成されている。
【0031】その周辺カバー6110は、外形が直方体の供給ヘッド4の周辺形状にならう形状の構造で形成されていて、相対向する2側面と供給ヘッド4のそれぞれの側面との間隔が、従来技術のヘッドカバー51と同様に、等しい所定の幅が開くように寸法取りされていて、排気ダクト6111、6112が形成される大きさで構成されている。
【0032】また、その屋根カバー6120との境に相当する上端部に、図4に示したように、相対向する端辺及び長辺のそれぞれの中央部にわたって掛け渡される十字状構造のビーム6113が形成されていて、周辺カバー6110が補強されていると同時に、下方から上昇してくる排気ガスを均等に通過させることができるように四隅に同一面積の貫通口6114が形成されている。
【0033】屋根カバー6120は、やはり図2及び図3に拡大して示したように、供給ヘッド4の上方を覆う、前記周辺カバー6110の開口断面積より若干小さく、ほぼ同似形の開口断面積を形成する比較的高さの低い垂直壁カバー部6121と、この垂直壁カバー部6121の上端部に連続して傾斜面で先細るほぼ角錐体形状の傘型カバー部6122とで、あたかも家屋の屋根の一構造である切妻構造の屋根を象った構造で構成されている。これは家屋の屋根の他の構造である寄棟造構造の屋根を象った構造で構成してもよい。そして傘型カバー部6122の頂部の中央部には排気管6123が取り付けられている。
【0034】前記ヒータ側カバー62は、加熱装置3の下方を覆い、反応ガスを収集するカバー621とこのカバー621の中央部に形成された排気管622とからなり、カバー621は半導体ウエハS、加熱装置3の下方に流れた反応ガスを集めて排気管622から排気ガスとして外部に排気する。
【0035】前記屋根カバー6120の垂直壁カバー部6121部分に、前記の排気バランス安定化装置7が配設されている。この排気バランス安定化装置7は、図5に示したような三角柱、図示の例では、断面が正三角形の三角柱の構造の排気バランス振り子71からなり、この排気バランス振り子71の長軸に沿って、そして一側辺713に偏った中央位置で、その両端面711、712に垂直に揺動軸72が取り付けられている。
【0036】このような排気バランス振り子71が2個、それらの排気バランス振り子71の長軸及び揺動軸72が垂直壁カバー部6121の長軸に平行に、そして垂直壁カバー部6121の相対向する短辺のほぼ中央部に各排気バランス振り子71の外側の揺動軸72が回動自在に軸支されており、内側の各揺動軸72がビーム6113の中央部に固定されている軸受け73の両側面にそれぞれ回動自在に軸支されている。このような構成で垂直壁カバー部6121に取り付けられた各排気バランス振り子71は、揺動軸72が近接して取り付けられている前記一側面713以外の2側面714、715で形成されている稜線716が真下に向く状態になる。なお、側面713と側面714とで形成されている稜線を稜線717、そして側面713と側面715とで形成されている稜線を稜線718とする。
【0037】本発明の常圧CVD装置1Aの排気装置6と排気バランス安定化装置7は以上のよう構成されている。次に、この常圧CVD装置1Aの動作を説明する。なお、半導体ウエハSの搬送及び成膜については、従来技術の常圧CVD装置1のそれらと同一であるので、それらの説明を省略する。
【0038】供給ヘッド4の下方に搬送されてきている半導体ウエハSの表面に対して供給ヘッド4のそれぞれの金属プレート42の隙間から吹き出された反応ガスの一部は排気ガスとして周辺カバー6110部分の排気ダクト6111、6112を上昇し、次に、屋根カバー6120の垂直壁カバー部6121に入り、そして排気バランス振り子71の両側面714、715に当たりながら通過して、その上方の傘型カバー部6122で上方中央部に収集されて排気管6123を通じてヘッドカバー61から外部に排出される。
【0039】また、ヒータ側カバー62のカバー621は半導体ウエハS、加熱装置3の下方に流れた反応ガスを集めて排気管622から排気ガスとして外部に排気される。
【0040】前記の排気ダクト6111、6112を上昇する排気ガスのバランスが安定している場合は、図6に示したように、排気バランス振り子71の稜線716が揺動軸72の真下にくる位置に留まる。
【0041】次に、図7Aに示したように、排気ガスのバランスが不安定になった場合は、それぞれの排気バランス振り子71は、図7Bに示したように、量の多い排気ガスが当たる側の側面712が他の側面713より押し上げられて、図示の例では、時計方向周りに上方に回動し、稜線717が傘型カバー部6122の内面に近接して、その間隔が狭まり、この隙間を通過しようとする排気ガス量が制限される。
【0042】排気ガスがこのように制限されると、排気バランス振り子71の側面715に当たる排気ガス量が多くなり、その多くなった排気ガスでその側面715が押し上げられて、反時計方向に回動し、その稜線718が傘型カバー部6122の前記内面とは反対側の内面に近接して、その間隔が狭まり、通過しようとしていた多量の排気ガスがやはり制限を受ける。
【0043】このように排気バランス振り子71が揺動することにより供給ヘッド4の両側面を上昇する排気ガスの流れのバランスが敏感に自己制御され、安定化される。従って、供給ヘッド4の周り、ヘッドカバー61の内面などに反応生成物が付着する時間を遅延させることができ、また、その付着量を削減させることができる。
【0044】排気バランス安定化装置7としては、前記の三角柱型の排気バランス振り子71が構造的に簡素で、加工もし易く、そして排気バランス振り子71の材質としては、軽量で耐熱性、耐酸性に優れた物質が良く、一例としては純チタンが用いて好適である。また、排気バランス振り子71の構造は正三角柱でなくてもよく、ヘッドカバー61の構造、ガス排気流路の間隔、排気ガスの流速、流量などを考慮して、その構造を断面が二辺が長い、或いは二辺が短い二等辺三角形の三角柱を用いてもよい。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、極めて簡単な構造、構成でヘッドカバー内の排気バランスを安定させることができるため、1.被処理物の表面に薄膜を均一な厚さで成膜でき、品質の向上を計ることができる2.反応生成物が供給ヘッド及びヘッドカバーに均等に付着することで、その反応生成物が剥がれ難くなり、ダストの発生の低減化が図れる3.反応生成物が剥がれ難くなることから常圧CVD装置の稼働率が向上する4.反応生成物が剥がれ難くなることから、その反応生成物の除去作業の回数を低減できるなど、数々の優れた効果が得られる。




 

 


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