JP2004072002A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガスの配管を複雑にすることなく容器２の構成を簡素化することができるプラズマＣＶＤ装置とする。
【解決手段】容器２の内部に溝により系統毎の導入溝３４，３５，３６及び円周溝４６，４７，４８からなる流路を形成し、原料ガス配管３７、補助ガス配管３８及びクリーニングガス配管３９から導入されたガスを、複数の供給ノズル１６、補助ガス供給ノズル１７及びクリーニングガスノズル１９に均等に供給し、ガスの配管を複雑にすることなく容器２の構成を簡素化することができるプラズマＣＶＤ装置とする。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相成長法により基板の表面に成膜を行うプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体の製造では、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）　装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置は、膜の材料となる材料ガスを容器内の成膜室の中に導入し、高周波アンテナから高周波を入射してプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して成膜を行う装置である。
【０００３】
プラズマＣＶＤ装置においては、膜の材料となる材料ガスの他に、補助ガスやクリーニングを行う際のクリーニングガスが導入されるようになっている。このため、容器には複数のガスを導入するための配管類が接続されている。また、ガスノズルは円筒状の容器の円周方向に複数設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプラズマＣＶＤ装置では、容器に複数種類のガスノズルがそれぞれ複数設けられているため、ガスの混在を避けるためにガスの系統毎にガスノズルの本数の配管が接続され、配管が複雑になって容器が複雑な構成になり、製作や分解が困難なものとなっている。
【０００５】
このため、ガスの漏洩等を防止するために、配管の溶接部等の検査や配管系統の接続検査を行う場合、多大な労力と時間を必要としているのが現状であった。また、配管の固体差によりガス流量や圧力損失が異なり、ガスの供給量の偏りが発生する虞があった。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ガスの配管を複雑にすることなく容器の構成を簡素化することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のプラズマ処理装置は、処理室に処理ガスノズルからガスを導入し、処理室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理装置において、処理室を形成する容器の外壁と内壁の間の肉厚部に処理ガスが流通する溝を形成し、溝に処理ガスノズルを連結したことを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明のプラズマ処理装置は、処理室に処理ガスノズルからガスを導入し、処理室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理装置において、処理室を形成する容器を上容器と下容器に分割し、上容器に処理ガスが流通する円周溝を形成すると共に円周溝に処理ガスノズルを連結する一方、下容器に処理ガスが流通する導入溝を形成すると共に導入溝に処理ガス導入手段を連結し、円周溝と導入溝を連通手段により複数箇所で連通したことを特徴とする。
【０００９】
そして、請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
導入溝は容器の円周方向で略半周の長さに形成され、処理ガス導入手段は導入溝の途中部に連通されると共に、連通手段は導入溝の両端部に連通されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２もしくは請求項３に記載のプラズマ処理装置において、
円周溝、導入溝、処理ガスノズルと円周溝の連通部、処理ガス導入手段と導入溝の連通部及び円周溝と導入溝を連通する連通手段は、それぞれ機械加工により形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
上容器と下容器の接合部には、円周溝と導入溝を連通する連通手段を挟んで処理室の反対側にシールリング部材が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の一実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置の概略側面、図２にはガス配管の具体的状況を表す容器の要部断面、図３には図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ　線矢視、図４には図２中のＩＶ−ＩＶ　線矢視、図５には図２中のＶ−Ｖ　線矢視、図６にはガス配管の接続状況を表す概念を示してある。
【００１３】
図１に示すように、基部１には円筒状のアルミニウム製の容器２が設けられ、容器２内に処理室としての成膜室３が形成されている。容器２の上部には円形のＲＦ入射窓４が設けられ、容器２の中心における成膜室３には支持台装置５が備えられている。支持台装置５は半導体の基板６を静電的に吸着保持する載置部９を備え、載置部９の下部に静電チャック支持機構を備えた保持機構７が備えられている。
【００１４】
支持台装置５の保持機構７には直流電源２１及びバイアス印加用高周波電源２２が接続され、載置部９に低周波を発生させると共に静電気力を発生させる。支持台装置５は全体が昇降自在に構成されることもあり、上下方向の高さが最適な高さに調整できるようになっている。
【００１５】
ＲＦ入射窓４の上には、例えば、円形リング状の高周波アンテナ１３が配置され、高周波アンテナ１３には整合器１４を介してプラズマ発生用高周波電源１５が接続されている。高周波アンテナ１３に電力を供給することにより電磁波が容器２の成膜室３に入射する。容器２内に入射された電磁波は、成膜室３内のガスをイオン化してプラズマを発生させる。
【００１６】
容器２には、例えば、シラン（例えば　ＳｉＨ４）等の材料ガスを供給する処理ガスノズルとしてのガス供給ノズル１６が設けられ、ガス供給ノズル１６から成膜室３内に成膜材料（例えばＳｉ）となる材料ガスが供給される。
【００１７】
また、容器２にはアルゴンやヘリウム等の不活性ガス（希ガス）や酸素、水素等の補助ガスを供給する処理ガスノズルとしての補助ガス供給ノズル１７が設けられ、更に、クリーニングを行うめのフッ素系ガスや塩素系ガス（クリーニングガス）を供給する処理ガスノズルとしてのクリーニングガスノズル１９が設けられている。
【００１８】
基部１には容器２の内部を排気するための真空排気系（図示省略）に接続される排気口１８が設けられ、また、図示は省略したが容器２には基板６の搬入・搬出口が設けられ、図示しない搬送室との間で基板６が搬入・搬出される。
【００１９】
上述したプラズマＣＶＤ装置では、支持台装置５の載置部７に基板６が載せられ、静電的に吸着される。ガス供給ノズル１６から所定流量の材料ガスを成膜室３内に供給すると共に補助ガス供給ノズル１７から所定流量の補助ガスを成膜室３内に供給し、成膜室３内を成膜条件に応じた所定圧力に設定する。
【００２０】
その後、高周波電源１５から高周波アンテナ１３に電力を供給して高周波を発生させると共に直流電源２１から載置部７に電力を供給して低周波を発生させる。
【００２１】
これにより、成膜室３内の材料ガスが放電して一部がプラズマ状態となる。このプラズマは、材料ガス中の他の中性分子に衝突して更に中性分子を電離、あるいは励起する。こうして生じた活性な粒子は、基板６の表面に吸着して効率良く化学反応を起こし、堆積してＣＶＤ膜となる。
【００２２】
基板６に対する成膜を繰り返して実施して成膜室３の内壁、即ち、容器２の壁面やＲＦ入射窓４の面に成膜材が付着・堆積すると、クリーニングガスノズル１９からクリーニングガスを供給しながらプラズマを発生させ、成膜材をエッチングして成膜材を除去する。
【００２３】
尚、ガスノズルの種類は上述した実施形態例は一例であり、一種類から複数種類まで任意の種類のガスノズルを設けることが可能である。
【００２４】
図２乃至図６に基づいてガス配管の構成を具体的に説明する。
【００２５】
図２に示すように、成膜室３を形成する容器２は上容器３１及び下容器３２に分割され、機械的にボルト３３により結合されている。図２、図３に示すように、下容器３２には容器２の円周方向で略半周の長さに形成される導入溝３４，３５，３６が形成され、導入溝３４，３５，３６はガスの流路となっている。
【００２６】
導入溝３４の途中部には処理ガス導入手段としての原料ガス配管３７が接続され、導入溝３５の途中部には処理ガス導入手段としての補助ガス配管３８が接続され、導入溝３６の途中部には処理ガス導入手段としてのクリーニングガス配管３９が接続されている。
【００２７】
図２に示すように、導入溝３４，３５，３６と原料ガス配管３７、補助ガス配管３８及びクリーニングガス配管３９は、縦流路４１及び横流路４２によりそれぞれ連通して接続されている。導入溝３４，３５，３６及び縦流路４１、横流路４２は機械加工により形成され、横流路４２は下容器３２の周面から加工されて周面部が盲部材により閉じられている。縦流路４１は下容器３２の下面から加工されて横流路４２に連通し、下面部に原料ガス配管３７、補助ガス配管３８及びクリーニングガス配管３９が接続されている。
【００２８】
流路を機械加工により形成することで、簡単な加工で容器２を構成することができる。
【００２９】
そして、導入溝３４，３５，３６の両端には連通手段としての下連通路４３，４４，４５の下端がそれぞれ連通している。下連通路４３，４４，４５は下容器３２の上面から縦方向に加工されて導入溝３４，３５，３６の両端部にそれぞれ連通している。
【００３０】
尚、導入溝３４，３５，３６を容器２の周方向にわたり円周状に設け、連通手段としての下連通路４３，４４，４５を等間隔に３箇所以上設けることも可能である。
【００３１】
一方、図２、図４に示すように、上容器３１には容器２の円周方向に形成される円周溝４６，４７，４８が形成され、円周溝４６，４７，４８はガスの流路となっている。円周溝４６，４７，４８には連通手段としての上連通路５１，５２，５３の上端がそれぞれ連通している。
【００３２】
上連通路５１，５２，５３は下連通路４３，４４，４５に対応して設けられ、上容器３１の下面から縦方向に加工されて上端が円周溝４６，４７，４８に連通している。そして、上連通路５１，５２，５３の下端は下連通路４３，４４，４５の上端に接続されている。
【００３３】
円周溝４６には穴加工されてガス供給ノズル１６が円周方向に等間隔で複数接続され、円周溝４７には穴加工されて補助ガス供給ノズル１７が円周方向に等間隔で複数接続され、円周溝４８には穴加工されてクリーニングガスノズル１９が円周方向に等間隔で複数接続されている。
【００３４】
即ち、図６に示すように、原料ガス配管３７から導入溝３４に送られた原料ガスは、導入溝３４の両端から下連通路４３、上連通路５１を通って円周溝４６に送られ、円周溝４６からガス供給ノズル１６に原料ガスが供給される。
【００３５】
また、補助ガス配管３８から導入溝３５に送られた補助ガスは、導入溝３５の両端から下連通路４４、上連通路５２を通って円周溝４７に送られ、円周溝４７から補助ガス供給ノズル１７に補助ガスが供給される。
【００３６】
更に、クリーニングガス配管３９から導入溝３６に送られたクリーニングガスは、導入溝３６の両端から下連通路４５、上連通路５３を通って円周溝４８に送られ、円周溝４８からクリーニングガスノズル１９にクリーニングガスが供給される。
【００３７】
一方、図２、図５に示すように、上容器３１と下容器３２も接合部にはシールリング５５が設けられている。シールリング５５は、下連通路４３，４４，４５及び上連通路５１，５２，５３からなる連通手段を挟んで成膜室３の反対側（外側）に設けられている。成膜室３の内部は真空状態にされて成膜等の処理が行われるため、万一、ガスが漏洩してシールリング５５が機能しない状態であっても、圧力差によりガスは容器２の外に漏れることがない。
【００３８】
従って、上述したプラズマＣＶＤ装置では、容器２の内部に溝により系統毎の流路が形成され、原料ガス配管３７、補助ガス配管３８及びクリーニングガス配管３９から導入されたガスが、複数の供給ノズル１６、補助ガス供給ノズル１７及びクリーニングガスノズル１９に均等に供給される。
【００３９】
これにより、複数の供給ノズル１６、補助ガス供給ノズル１７及びクリーニングガスノズル１９毎の配管が不要となり、簡素な構造の容器２となり、メンテナンス性が向上すると共に、組み立て、分解が簡単で検査性が向上する。
【００４０】
また、導入溝３４，３５，３６の両端から円周溝４６，４７，４８にガスが供給されるので、複数の供給ノズル１６、補助ガス供給ノズル１７及びクリーニングガスノズル１９に均等に配分され、ガスの流れ及び圧力損失の分布が均等で理想的となり、固体差の発生を抑制することができる。
【００４１】
また、ガスの流路が大気に露出していないので漏洩の虞がなく、系統毎の混合もなく安全性が向上する。そして、シールも簡易シールで十分であり、万一、シール不良が生じてもガスが容器２の外部に漏れる虞がない。
【００４２】
また、容器２を上容器３１と下容器３２とに分割し、上容器３１に円周溝４６，４７，４８及び供給ノズル１６、補助ガス供給ノズル１７及びクリーニングガスノズル１９を設けたので、ノズルの配置等を変更する場合、上容器３１だけの交換で対処することができ、汎用性を向上させることができる。
【００４３】
従って、ガスの配管を複雑にすることなく容器２の構成を簡素化することができるプラズマＣＶＤ装置となる。
【００４４】
プラズマＣＶＤ装置では、容器２の外側に温度制御手段を設けて温度変化を抑えて成膜の温度制御を実施している。このため、一般的には、電気的な加熱／冷却手段やチラー配管、場合によっては保温材等を設け、温度変化の少ない状態の容器２としている。
【００４５】
上述したプラズマＣＶＤ装置では、容器２の内部に溝により系統毎の流路が形成され、容器２（上容器３１、下容器３２）の肉厚が増加されているため、温度時定数を下げて熱容量を大きくすることができる。
【００４６】
従って、温度変化を抑制するために大容量のヒータや冷却構造を設ける必要がなく、温度制御の部材を設けることなく理想的な温度制御を行うことが可能になる。
【００４７】
尚、本願発明は、少なくとも容器２に溝を形成することによりガスの流路を設けて配管を省略した構成とすればよく、容器２を分割せずに溝によりガスの流路を形成したものであってもよい。また、機械加工によらず鋳造時の鋳型の構成により溝を形成することも可能である。
【００４８】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置は、処理室に処理ガスノズルからガスを導入し、処理室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理装置において、処理室を形成する容器の外壁と内壁の間の肉厚部に処理ガスが流通する溝を形成し、溝に処理ガスノズルを連結したので、処理ガスノズル毎のガスの配管をなくして簡素な容器とすることができる。
【００４９】
この結果、ガスの配管を複雑にすることなく容器の構成を簡素化することができるプラズマＣＶＤ装置となる。
【００５０】
本発明のプラズマ処理装置は、処理室に処理ガスノズルからガスを導入し、処理室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理装置において、処理室を形成する容器を上容器と下容器に分割し、上容器に処理ガスが流通する円周溝を形成すると共に円周溝に処理ガスノズルを連結する一方、下容器に処理ガスが流通する導入溝を形成すると共に導入溝に処理ガス導入手段を連結し、円周溝と導入溝を連通手段により複数箇所で連通したので、処理ガスノズル毎のガスの配管をなくして分割が可能な簡素な容器とすることができる。
【００５１】
この結果、ガスの配管を複雑にすることなく容器の構成を簡素化することができるプラズマＣＶＤ装置となる。また、組み立て、分解が容易な容器となり、メンテナンス性及び検査性を向上させることができる。
【００５２】
そして、請求項２に記載のプラズマ処理装置において、導入溝は容器の円周方向で略半周の長さに形成され、処理ガス導入手段は導入溝の途中部に連通されると共に、連通手段は導入溝の両端部に連通されているので、処理ガスを均等に供給することができる。
【００５３】
また、請求項２もしくは請求項３に記載のプラズマ処理装置において、円周溝、導入溝、処理ガスノズルと円周溝の連通部、処理ガス導入手段と導入溝の連通部及び円周溝と導入溝を連通する連通手段は、それぞれ機械加工により形成されているので、加工を容易に実施することができる。
【００５４】
また、請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、上容器と下容器の接合部には、円周溝と導入溝を連通する連通手段を挟んで処理室の反対側にシールリング部材が設けられているので、簡易なシールリング部材を用いてもガスの漏れが生じる虞がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置の概略側面図。
【図２】ガス配管の具体的状況を表す容器の要部断面図。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ　線矢視図。
【図４】図２中のＩＶ−ＩＶ　線矢視図。
【図５】図２中のＶ−Ｖ　線矢視図。
【図６】ガス配管の接続状況を表す概念図。
【符号の説明】
１　基部
２　容器
３　成膜室
４　ＲＦ入射窓
５　支持台装置
６　基板
７　保持機構
９　載置部
１３　高周波アンテナ
１４　整合器
１５　プラズマ発生用高周波電源
１６　ガス供給ノズル
１７　補助ガス供給ノズル
１８　排気口
１９　クリーニングガスノズル
２１　直流電源
２２　バイアス印加用高周波電源
３１　上容器
３２　下容器
３３　ボルト
３４，３５，３６　導入溝
３７　原料ガス配管
３８　補助ガス配管
３９　クリーニングガス配管
４１　縦流路
４２　横流路
４３，４４，４５　下連通路
４６，４７，４８　円周溝
５１，５２，５３　上連通路
５５　シールリング

Claims (5)

  1. 処理室に処理ガスノズルからガスを導入し、処理室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理装置において、処理室を形成する容器の外壁と内壁の間の肉厚部に処理ガスが流通する溝を形成し、溝に処理ガスノズルを連結したことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 処理室に処理ガスノズルからガスを導入し、処理室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理装置において、処理室を形成する容器を上容器と下容器に分割し、上容器に処理ガスが流通する円周溝を形成すると共に円周溝に処理ガスノズルを連結する一方、下容器に処理ガスが流通する導入溝を形成すると共に導入溝に処理ガス導入手段を連結し、円周溝と導入溝を連通手段により複数箇所で連通したことを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
    導入溝は容器の円周方向で略半周の長さに形成され、処理ガス導入手段は導入溝の途中部に連通されると共に、連通手段は導入溝の両端部に連通されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  4. 請求項２もしくは請求項３に記載のプラズマ処理装置において、
    円周溝、導入溝、処理ガスノズルと円周溝の連通部、処理ガス導入手段と導入溝の連通部及び円周溝と導入溝を連通する連通手段は、それぞれ機械加工により形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  5. 請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
    上容器と下容器の接合部には、円周溝と導入溝を連通する連通手段を挟んで処理室の反対側にシールリング部材が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
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