JP2000038677A

JP2000038677A - 成膜装置

Info

Publication number: JP2000038677A
Application number: JP10221101A
Authority: JP
Inventors: Yukio Fukunaga; 由紀夫福永; Hiroyuki Kamiyama; 浩幸上山; Masao Saito; 真佐雄斉藤; Takeshi Murakami; 武司村上
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的高温に制御されるガス供給ヘッドの取
り付け部のシールを、安価でかつ作業性良く行なうこと
ができるようにした成膜装置を提供する。【解決手段】チャンバ本体２２と、該チャンバ本体の
頂部に取付部５２を介して取り付けられたガス供給ヘッ
ド２８とを備え、前記ガス供給ヘッドのヘッド本体と前
記取付部の間には、全周に渡る薄肉状の温度遷移壁５４
が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス供給ヘッドの
取り付け構造に関し、特に、チタン酸バリウム／ストロ
ンチウム等の高誘電体又は強誘電体薄膜を形成するのに
好適な成膜装置に使用されるチャンバ（反応室）の上端
開口部を気密的に封止するガス供給ヘッドの取り付け構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、例えば、チタン酸バリウム／ス
トロンチウム等の高誘電体又は強誘電体薄膜を形成する
ための成膜装置の全体構成を示す図であり、例えば、原
料を気化する気化器１０の下流側に原料ガス配管１２を
介してチャンバ（反応室）１４が設けられ、さらにその
下流側の排気経路に真空ポンプ１６が配置されて排気配
管１８が構成されている。チャンバ１４には、酸素等の
酸化ガスを供給する酸化ガス配管２０が接続されてい
る。

【０００３】チャンバ１４は、図６に詳細に示すよう
に、チャンバ本体２２の内部に基板Ｗを加熱・保持する
基板保持台２４が設けられ、これに対向してノズル穴２
６より原料ガスや酸化ガス等の反応ガスを噴射するガス
供給ヘッド２８が設けられている。そして、チャンバ本
体２２の上端とガス供給ヘッド２８の周縁部にそれぞれ
フランジ部２２ａ，２８ａが設けられ、これらをシール
部材３０を挟んで、ボルト等で締め付けることにより、
気密なチャンバ１４を形成している。ガス供給ヘッド２
８の上部の入口管３２の周囲にはヒータ３４が配置され
ている。

【０００４】このような構成の成膜装置により、基板Ｗ
を基板保持台２４上に載置し、この基板保持台２４に内
蔵されたヒータによって基板Ｗを所定温度に加熱し、ガ
ス供給ヘッド２８のノズル穴２６から原料ガスと酸化ガ
スとの混合ガス（反応ガス）を基板Ｗに向けて噴射し
て、基板Ｗの表面に薄膜を成長させるようにしている。

【０００５】ところで、ＢＳＴ等の高誘電体又は強誘電
体薄膜を成膜するための原料は、原料の気化温度と分解
温度が接近していることや、原料自体の気化温度と有機
溶剤の気化温度に差があること等の不安定な特性を持っ
ている。そこで、ガス供給ヘッド２８においても、反応
ガスをチャンバ１４に安定して供給するために、図６に
示すように、ガス供給ヘッド２８の内部に熱媒体流路３
６を設け、熱媒体入口配管３８、熱媒体出口配管４０を
経由してオイル等の熱媒体を流してガス供給ヘッドの温
度を制御している。この温度は、例えばＢＳＴの場合で
は、２４０〜２６０℃程度である。

【０００６】このようにガス供給ヘッド２８を比較的高
温に制御するため、このガス供給ヘッド２８のフランジ
部２８ａとチャンバ本体２２のフランジ部２２ａの間の
シール部材３０として耐熱性の高いメタルシールを使用
していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなメタルシールは、締め付けのために大きな力が必要
であるため、フランジとして剛性の高い厚肉のものを使
用する必要があるばかりでなく、ボルト等の締結具も大
きくなり、装置としての大型化・重量化につながる。そ
して、ガス供給ヘッドの取り付け、取り外しのための作
業も煩雑となり、手間と時間が掛かって稼動効率が低下
するという問題があった。

【０００８】なお、シール部材としてフッ素系の耐熱樹
脂を使用することも行われているが、フッ素系の樹脂は
一般に極めて高価であり、しかも繰返し使用ができない
ため、ランニングコストが高くなるという問題があっ
た。

【０００９】本発明は、上記のような課題に鑑み、比較
的高温に制御されるガス供給ヘッドの取り付け部のシー
ルを、安価でかつ作業性良く行なうことができるように
した成膜装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、チャンバ本体と、該チャンバ本体の頂部に取付部を
介して取り付けられたガス供給ヘッドとを備え、前記ガ
ス供給ヘッドのヘッド本体と前記取付部の間には、全周
に渡る薄肉状の温度遷移壁が設けられていることを特徴
とする成膜装置である。

【００１１】これにより、ガス供給ヘッドの温度を高く
維持しても、この熱の取付部への伝達が温度遷移壁によ
って妨げられ、取付部の温度の上昇が防止される。従っ
て、取付部とチャンバ本体との間のシール部材として、
樹脂等の安価な低温用シール部材を用いることができ、
その結果、強い締め付け等が不要になってチャンバ本体
頂部や固定構造の強度を低下させることができ、作業性
や稼動効率を向上させ、また全体の装置の小型化を図る
ことができる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、前記温度遷移壁
は、前記ヘッド本体の熱変形を吸収することが可能なよ
うに伸縮自在に構成されていることを特徴とする請求項
１に記載の成膜装置である。請求項３に記載の発明は、
前記温度遷移壁の外方に、前記取付部と係合してガス供
給ヘッドの荷重を支持する係合部を設けたことを特徴と
する請求項２に記載の成膜装置である。

【００１３】請求項４に記載の発明は、ヘッド本体と取
付部とを備え、成膜装置のチャンバ本体の頂部に取付部
を介して取り付けられるガス供給ヘッドにおいて、前記
ヘッド本体と前記取付部の間には、全周に渡る薄肉状の
温度遷移壁が設けられていることを特徴とするガス供給
ヘッドである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の成膜
装置を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１
の実施の形態を示すもので、チャンバ（反応室）１４
は、従来の装置と同様に全体がほぼ扁平な筒状の気密な
容器であり、側壁及び底部を構成するチャンバ本体２２
と、このチャンバ本体２２の上部を気密に覆うガス供給
ヘッド２８とから構成されている。

【００１５】ガス供給ヘッド２８は、基板に対向するノ
ズル盤と筒状の側壁と、天板とからなる円盤状のヘッド
本体５０と、その周縁部に形成されたフランジ部５２と
を有しており、ヘッド本体５０の内部には、ガス空間が
形成されている。ガス供給ヘッド２８の内部には熱媒体
流路３６が設けられ、これには熱媒体配管３８，４０を
介してオイル等の熱媒体が供給され、ガス供給ヘッド２
８の温度を２５０℃程度に精度良く制御している。

【００１６】フランジ部５２は、先の従来の場合と異な
り、天板やフランジ自体より薄肉の環状の温度遷移壁５
４を介してヘッド本体５０に連結されている。この温度
遷移壁５４の肉厚は、ガス供給ヘッドの重量を支持でき
る程度に十分な剛性を有するように、かつ、装置の環境
温度が室温であるときに径方向に例えば１００℃程度の
温度勾配が形成されるように肉厚が設定されている。

【００１７】このような構成の成膜装置においては、成
膜工程において、ヘッド本体５０の温度が２５０℃に設
定されても、フランジ部５２の温度は１５０℃以下に維
持される。従って、両フランジ部２２ａ，５２の間に装
着するＯリングシール（シール部材）５６として、耐熱
温度が１５０℃程度の樹脂シール部材を用いることが可
能となる。

【００１８】また、このような樹脂シール部材は変形が
容易であるため、従来のメタルシールの場合に比較し
て、それ程大きな締め付け力が必要ではないので、締め
付けによってフランジ部２２ａ，５２に掛かる応力も小
さくなり、フランジ部自体を薄肉として剛性を下げるこ
とができる。また、締め付けボルト等の締結具に掛かる
応力も小さくなって、これらの寸法も小さくすることが
でき、装置全体として小型・軽量化が可能となる。

【００１９】また、締め付けが容易であるから取り外し
も容易であり、ガス供給ヘッド２８の取り付け、取り外
しの作業性が良くなり、保守、点検等の手間や時間が軽
減され、装置の稼動効率を向上させることができる。

【００２０】図２は、本発明の第２の実施の形態の成膜
装置を示すもので、この実施の形態の温度遷移壁５８
は、ヘッド本体５０の底部近傍から外方に水平に突出す
る張り出し部５８ａと、この張り出し部からほぼ垂直に
立ち上がる円筒状部５８ｂとから断面Ｌ字状に構成さ
れ、円筒状部５８ｂの上端がフランジ部５２の内周端に
結合している。

【００２１】この実施の形態では、温度遷移壁５８をＬ
字状に形成して長さを先の実施の形態に比べてより長く
し、ヘッド本体５０の熱の伝達を妨げる効果をより大き
くしてフランジ部５２との温度差を確保している。そし
て、Ｌ字状の温度遷移壁によってヘッド本体５０の熱膨
張を吸収することができるので、フランジ部５２の結合
部に大きな剪断力が掛からず、これによって、シール部
に掛かる負荷が軽減されるので、シール部材や締結構造
を簡略化することができる。また、この実施の形態で
は、構造強度の高い円筒状部５８ｂで大気圧を受けるの
で、第１の実施の形態の平板部５４で大気圧を受けるも
のに比較して遷移壁をより薄くすることができる。

【００２２】図３は、本発明の第３の実施の形態の成膜
装置を示すもので、この実施の形態の温度遷移壁は、弾
性変形可能なダイヤフラム状であり、水平方向に伸縮可
能な同心円状の凹凸が形成されている。この温度遷移壁
６０は、ヘッド本体５０と別体に形成されたフランジ部
５２の内周面とヘッド本体５０の外周面の間に気密に取
り付けられている。ヘッド本体５０の天板の周縁部に
は、周方向等間隔に少なくとも３箇所に、外方に延びる
係合部６２が形成されており、この係合部６２の外端部
の下面はフランジ部５２の内端部の上面に結合されてい
る。

【００２３】この実施の形態にあっては、温度遷移壁６
０自体では荷重を支持しておらず、ヘッド本体５０の重
量は係合部６２によって支持されている。温度遷移壁６
０は、適当な材料のダイアフラムで形成して肉厚をより
薄くし、より急な温度勾配による大きな温度差を確保す
るとともに、ヘッド本体５０の熱膨張を温度遷移壁６０
の伸縮で吸収している。係合部６２からフランジ部５２
への熱の伝達を妨げるために、両者の間に断熱性の素材
を挟むようにしてもよい。

【００２４】図４は、本発明の第４の実施の形態の成膜
装置を示すもので、これは、図３の実施の形態における
円板状のダイアフラムの替わりに、上下方向に伸縮自在
な筒状のベローズからなる温度遷移壁６４を用いたもの
で、この下端をヘッド本体５０の外周面に設けた突条６
６に、上端をフランジ部５２の内周端面にそれぞれ気密
的に結合したものである。他の構成は、第３の実施の形
態と同様である。

【００２５】この実施の形態にあっては、温度遷移壁６
４を筒状のベローズとしたので、円板状のダイアフラム
の場合に比べて熱伝達距離をより長く設定し、ヘッド本
体５０とフランジ部５２の温度差を確保するとともに、
ヘッド本体５０の膨張収縮に対して温度遷移壁６４が径
方向及び上下方向に伸縮してこれを吸収し、フランジの
結合部への負荷を軽減する作用がより大きくなる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、比較的高温に制御されるガス供給ヘッドからの熱伝
達を妨げてガス供給ヘッド取付部の温度の上昇を防止
し、チャンバ本体とガス供給ヘッド取付部の間のシール
部材への熱負荷を軽減するので、シール構造のコストを
低下させるとともに、締め付け力を低下させて、保守や
点検の作業性を向上させ、その結果として稼動効率を向
上させ、また、チャンバ本体頂部や固定構造の保証強度
を低減させることにより全体の成膜装置の小型化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の成膜装置の要部を
示す縦断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の成膜装置の要部を
示す縦断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の成膜装置の要部を
示す縦断面図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態の成膜装置の要部を
示す縦断面図である。

【図５】成膜装置の全体の構成を示す図である。

【図６】従来例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１４チャンバ（反応室）２２チャンバ本体２６ノズル穴２８ガス供給ヘッド３６熱媒体流路５０ヘッド本体５２フランジ部５４，５８，６０，６４温度遷移壁５６Ｏリングシール（シール部材）６２係合部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤真佐雄東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者村上武司東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 4K030 BA42 BA46 EA05 EA06 KA10 5F045 BB08 DP03 EB10 EE01 EF05 EK10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバ本体と、該チャンバ本体の頂部
に取付部を介して取り付けられたガス供給ヘッドとを備
え、前記ガス供給ヘッドのヘッド本体と前記取付部の間に
は、全周に渡る薄肉状の温度遷移壁が設けられているこ
とを特徴とする成膜装置。
【請求項２】前記温度遷移壁は、前記ヘッド本体の熱
変形を吸収することが可能なように伸縮自在に構成され
ていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】前記温度遷移壁の外方に、前記取付部と
係合してガス供給ヘッドの荷重を支持する係合部を設け
たことを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】ヘッド本体と取付部とを備え、成膜装置
のチャンバ本体の頂部に取付部を介して取り付けられる
ガス供給ヘッドにおいて、前記ヘッド本体と前記取付部の間には、全周に渡る薄肉
状の温度遷移壁が設けられていることを特徴とするガス
供給ヘッド。