JP2005175242A - System and method for fabricating thin film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、均一な薄膜を作製することができる薄膜作製装置及び薄膜作製方法に関する。 The present invention relates to a thin film production apparatus and a thin film production method capable of producing a uniform thin film.
近年、マイクロプロセッサチップの生産効率を向上させる等を目的として、チップの土台であるウエハの大型化(大径化)が進み、これに伴い、大型ウエハに金属膜等を成膜する薄膜作製装置も大型化(大口径化)が進んでいる。 In recent years, for the purpose of improving the production efficiency of microprocessor chips, etc., the wafer size, which is the base of the chips, has been increased in size (increase in diameter). Is also becoming larger (larger diameter).
このように、成膜面積の大きい薄膜作製装置の開発が急務となっている中、成膜面積を大きくする場合、いかに均一に薄膜を作製することができるかが問題となる。これに対して、成膜される膜の原料となるガスを大面積の基板に対して均一に噴射することを目的として、薄膜作製装置を構成する真空チャンバの側面から原料ガスを噴射すると共に、ガス供給が希薄となりがちな基板中央付近にチャンバの天井部分の中央に設けたガス供給システムからガスを噴射する技術が提案されている(例えば、下記、特許文献1参照)。 As described above, development of a thin film manufacturing apparatus having a large film formation area is urgently needed, and when the film formation area is increased, a problem arises as to how uniformly a thin film can be manufactured. On the other hand, for the purpose of uniformly injecting a gas as a raw material of a film to be formed on a large-area substrate, the raw material gas is injected from the side surface of the vacuum chamber constituting the thin film manufacturing apparatus, There has been proposed a technique for injecting gas from a gas supply system provided in the center of the ceiling of the chamber near the center of the substrate where gas supply tends to be lean (see, for example, Patent Document 1 below).
しかしながら、上述する技術では、天井部分はプラズマを発生させる装置等も存在するため、その構造が複雑になってしまうと共に、真空チャンバの交換やチャンバ内のクリーニング等のメンテナンスを行う際に、作業に時間がかかってしまう。また、原料ガスの供給制御のみでは、より精度の高い均一性が要求された場合に、対応できないおそれがある。 However, in the above-described technology, there are devices that generate plasma on the ceiling, so the structure becomes complicated, and when performing maintenance such as replacement of the vacuum chamber and cleaning of the chamber, the work is performed. It takes time. Further, only the supply control of the raw material gas may not be able to cope with the case where higher accuracy uniformity is required.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、簡易な装置構成で均一な薄膜を作製することができると共に、より精度の高い均一成膜に対応することができる薄膜作製装置及び薄膜作製方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and provides a thin film production apparatus and a thin film production method capable of producing a uniform thin film with a simple apparatus configuration and capable of dealing with a more accurate uniform film formation. The purpose is to provide.
上記課題を解決する本発明に係る薄膜作製装置は、
チャンバの内部に薄膜の原料となる元素成分を含むガスを供給するガスノズルと、
前記チャンバの内圧を制御する圧力制御手段と、
前記チャンバの上部に設置され、チャンバの内部に前記ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記チャンバ内の下方に設置され、前記薄膜が成膜される基板を支持する支持台とを有する薄膜作製装置において、
前記ガスノズルは、前記チャンバの側壁から中心に向けて前記ガスを供給する第1ガスノズルと、前記チャンバの側壁から中心まで伸びて、前記チャンバの中心において前記基板に向けて前記ガスを供給する第2ガスノズルとからなることを特徴とする薄膜作製装置である。
A thin film manufacturing apparatus according to the present invention that solves the above problems is as follows.
A gas nozzle for supplying a gas containing an elemental component that is a raw material for the thin film into the chamber;
Pressure control means for controlling the internal pressure of the chamber;
Plasma generating means installed at the top of the chamber and generating plasma of the gas inside the chamber;
In a thin film manufacturing apparatus having a support stand that is installed below the chamber and supports a substrate on which the thin film is formed,
The gas nozzle includes a first gas nozzle that supplies the gas from the side wall of the chamber toward the center, and a second gas nozzle that extends from the side wall of the chamber to the center and supplies the gas toward the substrate at the center of the chamber. A thin film manufacturing apparatus comprising a gas nozzle.
薄膜の形成する成分を含む原料ガスのガスノズルとして、チャンバの側壁から中心に向けて原料ガスを供給する第1ガスノズルに加えて、チャンバの側壁から中心まで伸びて、チャンバの中心において基板に向けて原料ガスを供給する第2ガスノズルを設け、大面積の基板(ウエハ)における外周部分と中心部分とに作用するガスプラズマ濃度(ガス濃度)を均一にする。これにより、簡易な装置構成で高い均一性を有する薄膜を作製する。更に、簡易な装置構成とすることで、真空チャンバの交換やチャンバ内のクリーニング等のメンテナンスを短時間で行うことができるようにする。 In addition to the first gas nozzle for supplying the source gas from the side wall of the chamber toward the center, the gas nozzle for the source gas containing the components forming the thin film extends from the side wall of the chamber to the center and toward the substrate at the center of the chamber. A second gas nozzle for supplying a source gas is provided to make the gas plasma concentration (gas concentration) acting on the outer peripheral portion and the central portion of a large-area substrate (wafer) uniform. Thereby, a thin film having high uniformity is produced with a simple apparatus configuration. Further, by adopting a simple device configuration, maintenance such as replacement of the vacuum chamber and cleaning of the chamber can be performed in a short time.
また、上記薄膜作製装置において、
更に、前記第1ガスノズル及び前記第2ガスノズルから供給されるガスの流量を制御する流量制御手段と、前記基板の高さを調整する基板高さ調整手段とを有し、
当該流量制御手段及び基板高さ調整手段は、前記基板の全面に亘って均一に成膜するようにガス流量及び基板高さを調整することを特徴とする薄膜作製装置である。
Moreover, in the thin film manufacturing apparatus,
Furthermore, it has a flow rate control means for controlling the flow rate of the gas supplied from the first gas nozzle and the second gas nozzle, and a substrate height adjusting means for adjusting the height of the substrate,
The flow rate control unit and the substrate height adjusting unit adjust the gas flow rate and the substrate height so as to form a film uniformly over the entire surface of the substrate.
流量制御手段により、主として基板の外周部分の成膜に寄与する第1ガスノズルからのガス供給と主として基板の中心部分の成膜に寄与する第2ガスノズルからのガス供給とを適切に制御すると共に、基板高さ調整手段により、薄膜の均一性と成膜速度との関係が最適となる基板高さに調整して、より均一性の高い薄膜を自動制御により再現性よく作製する。 The flow rate control means appropriately controls the gas supply from the first gas nozzle mainly contributing to the film formation on the outer peripheral portion of the substrate and the gas supply from the second gas nozzle mainly contributing to the film formation on the central portion of the substrate, The substrate height adjustment means adjusts the substrate height so that the relationship between the uniformity of the thin film and the film formation speed is optimal, and a thin film with higher uniformity is produced with high reproducibility by automatic control.
また、上記薄膜作製装置において、
更に、前記チャンバの内部にガスを供給する際に、前記第1ガスノズル又は前記第2ガスノズルのいずれか一方のガスノズルからのガス供給の後に他方のガスノズルからのガス供給を行うガス供給方法制御手段を有することを特徴とする薄膜作製装置である。
Moreover, in the thin film manufacturing apparatus,
Furthermore, when supplying gas into the chamber, gas supply method control means for supplying gas from the other gas nozzle after gas supply from one of the first gas nozzle or the second gas nozzle is provided. It is a thin film manufacturing apparatus characterized by having.
第1ガスノズル及び第2ガスノズルの得意とする成膜部分を考慮して各ガスノズルから順番に原料ガスを供給して、両ガスノズルからの原料ガスの同時供給と比較して簡易な成膜制御とする。 Considering the film forming part that the first gas nozzle and the second gas nozzle are good at, the source gas is sequentially supplied from each gas nozzle, and the film forming control is simpler than the simultaneous supply of the source gas from both gas nozzles. .
また、上記薄膜作製装置において、
更に、前記チャンバの内部にガスを供給する際に、前記第1ガスノズル又は前記第2ガスノズルのいずれか一方のガスノズルからのガス供給と他方のガスノズルからのガス供給とを交互に行うガス供給方法制御手段を有することを特徴とする薄膜作製装置である。
Moreover, in the thin film manufacturing apparatus,
Further, when supplying gas into the chamber, gas supply method control for alternately performing gas supply from one of the first gas nozzle or the second gas nozzle and gas supply from the other gas nozzle. It is a thin film manufacturing apparatus characterized by having a means.
各ガスノズルからのガス供給を交互に行うことにより、簡易な成膜制御とすると共により均一性の高い薄膜を作製する。 By alternately supplying gas from each gas nozzle, a simple film formation control and a more uniform thin film are produced.
上記課題を解決する本発明に係る薄膜作製方法は、
チャンバの内部に薄膜の原料となる元素成分を含むガスを供給し、当該ガスのプラズマを発生させ、基板に薄膜を成膜する薄膜作製方法において、
前記ガスを、前記チャンバの側壁から中心に向けて供給するガスと、前記チャンバの側壁から導入され、前記チャンバの中心において前記基板に向けて供給するガスとから構成することを特徴とする薄膜作製方法である。
The method for producing a thin film according to the present invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In a thin film manufacturing method for supplying a gas containing an elemental component that is a raw material for a thin film into a chamber, generating plasma of the gas, and forming a thin film on a substrate,
A thin film production comprising: a gas supplied from the side wall of the chamber toward the center; and a gas introduced from the side wall of the chamber and supplied toward the substrate at the center of the chamber Is the method.
また、上記薄膜作製方法において、
更に、前記基板の全面に亘って均一に成膜するように、前記チャンバの側壁から中心に向けて供給するガスの流量と前記チャンバの中心において前記基板に向けて供給するガスの流量とを制御すると共に、前記基板の高さを調整することを特徴とする薄膜作製方法である。
Further, in the above thin film manufacturing method,
Further, the flow rate of the gas supplied from the side wall of the chamber toward the center and the flow rate of the gas supplied toward the substrate at the center of the chamber are controlled so as to form a film uniformly over the entire surface of the substrate. And a method for producing a thin film, wherein the height of the substrate is adjusted.
また、上記薄膜作製方法において、
更に、前記チャンバの内部にガスを供給する際に、前記チャンバの側壁から中心に向けてガスを供給することと、前記チャンバの中心において前記基板に向けてガスを供給することとの、いずれか一方を行った後に、他方を行うことを特徴とする薄膜作製方法である。
Further, in the above thin film manufacturing method,
Further, when supplying the gas into the chamber, either of supplying the gas from the side wall of the chamber toward the center or supplying the gas toward the substrate at the center of the chamber. After performing one, it is the thin film preparation method characterized by performing the other.
また、上記薄膜作製方法において、
更に、前記チャンバの内部にガスを供給する際に、前記チャンバの側壁から中心に向けてガスを供給することと、前記チャンバの中心において前記基板に向けてガスを供給することとを交互に行うことを特徴とする薄膜作製方法である。
Further, in the above thin film manufacturing method,
Further, when supplying the gas into the chamber, the gas is alternately supplied from the side wall of the chamber toward the center and the gas is supplied toward the substrate at the center of the chamber. This is a method for producing a thin film.
上記本発明に係る薄膜作製装置よれば、
チャンバの内部に薄膜の原料となる元素成分を含むガスを供給するガスノズルと、
前記チャンバの内圧を制御する圧力制御手段と、
前記チャンバの上部に設置され、チャンバの内部に前記ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記チャンバ内の下方に設置され、前記薄膜が成膜される基板を支持する支持台とを有する薄膜作製装置において、
前記ガスノズルは、前記チャンバの側壁から中心に向けて前記ガスを供給する第1ガスノズルと、前記チャンバの側壁から中心まで伸びて、前記チャンバの中心において前記基板に向けて前記ガスを供給する第2ガスノズルとからなることとしたので、
大面積の基板(ウエハ)における外周部分と中心部分とに作用するガスプラズマ濃度(ガス濃度)を均一にして、簡易な装置構成で高い均一性を有する薄膜を作製することができる。更に、簡易な装置構成とすることにより、真空チャンバの交換やチャンバ内のクリーニング等のメンテナンスを短時間で行うことができる。
According to the thin film production apparatus according to the present invention,
A gas nozzle for supplying a gas containing an elemental component that is a raw material for the thin film into the chamber;
Pressure control means for controlling the internal pressure of the chamber;
Plasma generating means installed at the top of the chamber and generating plasma of the gas inside the chamber;
In a thin film manufacturing apparatus having a support stand that is installed below the chamber and supports a substrate on which the thin film is formed,
The gas nozzle includes a first gas nozzle that supplies the gas from the side wall of the chamber toward the center, and a second gas nozzle that extends from the side wall of the chamber to the center and supplies the gas toward the substrate at the center of the chamber. Because it was made up of gas nozzles,
A gas plasma concentration (gas concentration) acting on the outer peripheral portion and the central portion of a large-area substrate (wafer) can be made uniform, and a thin film having high uniformity can be produced with a simple apparatus configuration. Furthermore, with a simple apparatus configuration, maintenance such as replacement of the vacuum chamber and cleaning of the chamber can be performed in a short time.
また、上記薄膜作製装置において、
更に、前記第1ガスノズル及び前記第2ガスノズルから供給されるガスの流量を制御する流量制御手段と、前記基板の高さを調整する基板高さ調整手段とを有し、
当該流量制御手段及び基板高さ調整手段は、前記基板の全面に亘って均一に成膜するようにガス流量及び基板高さを調整することとしたので、
流量制御手段により、主として基板の外周部分の成膜に寄与する第1ガスノズルからのガス供給と主として基板の中心部分の成膜に寄与する第2ガスノズルからのガス供給とを適切に制御すると共に、基板高さ調整手段により、薄膜の均一性と成膜速度との関係が最適となる基板高さに調整して、より均一性の高い薄膜を自動制御により再現性よく作製することができる。
Moreover, in the thin film manufacturing apparatus,
Furthermore, it has a flow rate control means for controlling the flow rate of the gas supplied from the first gas nozzle and the second gas nozzle, and a substrate height adjusting means for adjusting the height of the substrate,
Since the flow rate control means and the substrate height adjusting means adjust the gas flow rate and the substrate height so as to form a film uniformly over the entire surface of the substrate,
The flow rate control means appropriately controls the gas supply from the first gas nozzle mainly contributing to the film formation on the outer peripheral portion of the substrate and the gas supply from the second gas nozzle mainly contributing to the film formation on the central portion of the substrate, By adjusting the height of the substrate so that the relationship between the uniformity of the thin film and the film forming speed is optimized by the substrate height adjusting means, a highly uniform thin film can be produced with high reproducibility by automatic control.
また、上記薄膜作製装置において、
更に、前記チャンバの内部にガスを供給する際に、前記第1ガスノズル又は前記第2ガスノズルのいずれか一方のガスノズルからのガス供給の後に他方のガスノズルからのガス供給を行うガス供給方法制御手段を有することとしたので、
第1ガスノズル及び第2ガスノズルの得意とする成膜部分を考慮して各ガスノズルから順番に原料ガスを供給して、両ガスノズルからの原料ガスの同時供給と比較して簡易な成膜制御とすることができる。
Moreover, in the thin film manufacturing apparatus,
Furthermore, when supplying gas into the chamber, gas supply method control means for supplying gas from the other gas nozzle after gas supply from one of the first gas nozzle or the second gas nozzle is provided. Because we decided to have
Considering the film forming part that the first gas nozzle and the second gas nozzle are good at, the source gas is sequentially supplied from each gas nozzle, and the film forming control is simpler than the simultaneous supply of the source gas from both gas nozzles. be able to.
また、上記薄膜作製装置において、
更に、前記チャンバの内部にガスを供給する際に、前記第1ガスノズル又は前記第2ガスノズルのいずれか一方のガスノズルからのガス供給と他方のガスノズルからのガス供給とを交互に行うガス供給方法制御手段を有することとしたので、
各ガスノズルからのガス供給を交互に行うことにより、簡易な成膜制御とすると共により均一性の高い薄膜を作製することができる。
Moreover, in the thin film manufacturing apparatus,
Further, when supplying gas into the chamber, gas supply method control for alternately performing gas supply from one of the first gas nozzle or the second gas nozzle and gas supply from the other gas nozzle. Because we decided to have a means
By alternately supplying the gas from each gas nozzle, a simple film formation control and a more uniform thin film can be produced.
上記本発明に係る薄膜作製方法よれば、
チャンバの内部に薄膜の原料となる元素成分を含むガスを供給し、当該ガスのプラズマを発生させ、基板に薄膜を成膜する薄膜作製方法において、
前記ガスを、前記チャンバの側壁から中心に向けて供給するガスと、前記チャンバの側壁から導入され、前記チャンバの中心において前記基板に向けて供給するガスとから構成することとしたので、
大面積の基板(ウエハ)における外周部分と中心部分とに作用するガスプラズマ濃度(ガス濃度)を均一にして、簡易な成膜方法で高い均一性を有する薄膜を作製することができる。
According to the thin film manufacturing method according to the present invention,
In a thin film manufacturing method for supplying a gas containing an elemental component that is a raw material for a thin film into a chamber, generating plasma of the gas, and forming a thin film on a substrate,
Since the gas is configured to be supplied from the side wall of the chamber toward the center and the gas introduced from the side wall of the chamber and supplied toward the substrate at the center of the chamber,
A gas plasma concentration (gas concentration) acting on the outer peripheral portion and the central portion of a large-area substrate (wafer) can be made uniform, and a thin film having high uniformity can be produced by a simple film formation method.
また、上記薄膜作製方法において、
更に、前記基板の全面に亘って均一に成膜するように、前記チャンバの側壁から中心に向けて供給するガスの流量と前記チャンバの中心において前記基板に向けて供給するガスの流量とを制御すると共に、前記基板の高さを調整することとしたので、
ガス流量の制御により、主として基板の外周部分の成膜に寄与するチャンバの側壁から中心に向けて供給するガスと主として基板の中心部分の成膜に寄与するチャンバの中心において基板に向けて供給するガスとを適切に制御すると共に、基板の高さ調整により、薄膜の均一性と成膜速度との関係が最適となる基板高さに調整して、より均一性の高い薄膜を自動制御により再現性よく作製することができる。
Further, in the above thin film manufacturing method,
Further, the flow rate of the gas supplied from the side wall of the chamber toward the center and the flow rate of the gas supplied toward the substrate at the center of the chamber are controlled so as to form a film uniformly over the entire surface of the substrate. And because we decided to adjust the height of the substrate,
By controlling the gas flow rate, the gas supplied toward the center mainly from the sidewall of the chamber that contributes to the film formation on the outer peripheral portion of the substrate and the gas supplied toward the substrate mainly at the center of the chamber that contributes to the film formation on the central portion of the substrate. Appropriately control the gas and adjust the height of the substrate to adjust the substrate height so that the relationship between the uniformity of the thin film and the film formation speed is optimal, and reproduce the thin film with higher uniformity by automatic control. It can be manufactured with good performance.
また、上記薄膜作製方法において、
更に、前記チャンバの内部にガスを供給する際に、前記チャンバの側壁から中心に向けてガスを供給することと、前記チャンバの中心において前記基板に向けてガスを供給することとの、いずれか一方を行った後に、他方を行うこととしたので、
各ガス供給の得意とする成膜部分を考慮して各ガス供給を順番に行って、両ガス供給を同時に行う場合と比較して簡易な成膜制御とすることができる。
Further, in the above thin film manufacturing method,
Further, when supplying the gas into the chamber, either of supplying the gas from the side wall of the chamber toward the center or supplying the gas toward the substrate at the center of the chamber. After doing one, we decided to do the other,
Considering the film forming portion that is good at each gas supply, each gas supply is performed in order, and it is possible to make the film formation control simpler than when both gases are supplied simultaneously.
また、上記薄膜作製方法において、
更に、前記チャンバの内部にガスを供給する際に、前記チャンバの側壁から中心に向けてガスを供給することと、前記チャンバの中心において前記基板に向けてガスを供給することとを交互に行うこととしたので、
各ガス供給を交互に行うことにより、簡易な成膜制御とすると共により均一性の高い薄膜を作製することができる。
Further, in the above thin film manufacturing method,
Further, when supplying the gas into the chamber, the gas is alternately supplied from the side wall of the chamber toward the center and the gas is supplied toward the substrate at the center of the chamber. So I decided
By alternately supplying each gas, a simple film formation control can be achieved and a more uniform thin film can be produced.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて例示的に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る薄膜作製方法を実施する薄膜作製装置の概略透視側断面図である。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be exemplarily described based on the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective side sectional view of a thin film production apparatus for performing a thin film production method according to an embodiment of the present invention.
同図に示すように、円筒状の真空チャンバ1内には成膜室2が形成され、真空チャンバ1の上部には円形の天井板3が設けられている。成膜室2の中心には基板6を支持する支持台4が備えられ、例えば、静電チャック等により半導体の基板6が支持台4の上面に静電的に吸着保持されるようになっている。
As shown in the figure, a
天井板3の上には、例えば、円形リング状の高周波アンテナ7が配置され、高周波アンテナ7には整合器8を介して高周波電源9が接続されている。高周波アンテナ7に電力を供給することにより電磁波が真空チャンバ1の成膜室2に入射される(プラズマ発生手段)。一方、真空チャンバ1の側壁部分における天井板3より低く、支持台4より高い位置には水平にガスノズルが設けられ、ガス13が成膜室2内に導入される。
On the
成膜室2内に導入されたガス13は、成膜室2に入射された電磁波によりイオン化され、プラズマ状態となる。ガス13は、薄膜15の材料となる元素成分を含むガス、例えばSiH4ガス等であり、プラズマ状態となった後、基板6に吸着等することにより薄膜15を形成する。例えば、有機金属錯体のガスからは金属薄膜が形成され、SiH4ガスとO2ガスとの組み合わせからはSiOx膜が形成され、ガス種を変更することにより種々の薄膜15を成膜することができる。ここで、添加ガスのO2については、膜厚分布に対して流れの影響を受けないため、チャンバへのガス供給ではノズルを使っても使わなくても良い。
The gas 13 introduced into the
詳細な装置制御としては、圧力制御手段としての真空ポンプ(図示せず)等により成膜室2内を所定の圧力に調整すると共に、ガスノズル20,21からガス13を所定流量で導入する。高周波電源9から高周波アンテナ7に整合器8を介して高周波電力(1MHz〜100MHz,1kW〜10kW)を印加することにより、成膜室2内でガス13が励起されてプラズマ状態となり、基板6上に薄膜15が成膜される。このとき、基板6の温度は温度制御手段としてのヒーター(図示せず)等により200℃から450℃に設定される。
As detailed apparatus control, the inside of the
ガスノズルは、第1ガスノズル20と第2ガスノズル21とからなる。基板高さ調整手段である支持台昇降装置22は支持台4(基板6)を昇降する装置であり、ガスノズル20,21と支持台4(基板6)との距離を調整することができるようになっている。
The gas nozzle includes a
図2は、本発明の実施形態に係る薄膜作製装置におけるガスノズル20,21の概略配置図である。同図は、支持台4側から天井板3を見た場合の真空チャンバ1におけるガスノズル20,21の配置を概略的に示したものである。同図に示すように、断面円形の真空チャンバ1の側壁部分に8本の第1ガスノズル20が等間隔で配置されている。第1ガスノズル20は、側壁部分から断面円形の真空チャンバ1における中心に向かって半径の半分ほどの位置まで伸びており、第1ガスノズル20の先端には、ガス13が真空チャンバ1の中心に向かって噴射されるように噴射口20aが設けられている。
FIG. 2 is a schematic arrangement view of the
また、断面円形の真空チャンバ1の側壁部分における適当な位置に1本の第2ガスノズル21が配置されている。第2ガスノズル21は、側壁部分から断面円形の真空チャンバ1における径方向に沿って、真空チャンバ1の中心まで伸びており、第2ガスノズル21の先端には、ガス13が真空チャンバ1の中心から支持台4の方向に向かって噴射されるように噴射口21aが設けられている。 Further, one second gas nozzle 21 is disposed at an appropriate position in the side wall portion of the vacuum chamber 1 having a circular cross section. The second gas nozzle 21 extends from the side wall portion to the center of the vacuum chamber 1 along the radial direction in the vacuum chamber 1 having a circular cross section, and at the tip of the second gas nozzle 21, the gas 13 extends from the center of the vacuum chamber 1. An injection port 21 a is provided so as to be injected toward the direction of the support base 4.
図1にも示すように、第1ガスノズル20の方が第2ガスノズル21よりも低い位置、すなわち支持台4に近い位置に配置されているため、図2では、第2ガスノズル21よりも手前に第1ガスノズル20が見えている。なお、第1ガスノズル20と第2ガスノズル21の設置位置の高さについては、両ノズルを同じ高さにしても良く、また第1ガスノズル20の方が第2ガスノズル21よりも高い位置となるように設置しても良い。
As shown in FIG. 1, the
図3は、本発明に実施形態に係る薄膜作製方法により得られる均一な薄膜を説明するための図である。同図(a)には、支持台昇降装置22により基板6の高さを変化させた場合において、第1ガスノズル20からのガス噴射のみによる成膜分布を示してある。また、同図(b)には、支持台昇降装置22により基板6の高さを変化させた場合において、第2ガスノズル21からのガス噴射のみによる成膜分布を示してある。
FIG. 3 is a view for explaining a uniform thin film obtained by the thin film manufacturing method according to the embodiment of the present invention. FIG. 6A shows a film formation distribution by only gas injection from the
第1ガスノズル20は、真空チャンバ1の側壁部分から真空チャンバ1における中心に向かって伸び、噴射口20aからガス13が真空チャンバ1の中心に向かって噴射されるようになっているが、第1ガスノズル20から成膜室2内に噴射されるガス13は基板6の外周部分の上部ほど濃度が高く、基板6の中心部分の上部あたりでは希薄である。このため、同図(a)に示すように、第1ガスノズル20からのガス13供給のみでは、基板6の高さ(高位置、中位置、低位置)に関係なく、基板6の外周部分ほど厚く成膜される一方、中心部分ほど薄く成膜され、不均一な薄膜15a〜15cが成膜される。
The
しかしながら、基板6の高さにより薄膜15の不均一性が異なり、基板6を比較的高位置として第1ガスノズル20に近づけた場合には極めて不均一な薄膜15aとなる一方、基板6を比較的中位置(薄膜15b)、低位置(薄膜15c)とするにつれて薄膜の均一性が高くなることが分かる。これは、基板6を第1ガスノズル20に近づける(高位置とする)ほど、第1ガスノズル20から噴射されるガス13の、基板6の外周部分の上部ほど濃度が高く基板6の中心部分の上部あたりでは希薄となるというガス分布(すなわち、プラズマ分布)の影響を受ける一方、基板6を第1ガスノズル20から遠ざける(低位置とする)ほど、ガスが拡散し前記ガス分布の影響が少なくなるからである。
However, the non-uniformity of the thin film 15 varies depending on the height of the substrate 6. When the substrate 6 is positioned relatively high and close to the
第2ガスノズル21は、真空チャンバ1の側壁部分から真空チャンバ1における中心まで伸び、噴射口21aからガス13が真空チャンバ1の中心から支持台4(基板6)に向かって噴射されるようになっているが、第2ガスノズル21から成膜室2内に噴射されるガス13は基板6の中心部分の上部ほど濃度が高く、基板6の外周部分の上部あたりでは希薄である。このため、同図(b)に示すように、第2ガスノズル21からのガス13供給のみでは、基板6の高さ(高位置、中位置、低位置)に関係なく、基板6の中心部分ほど厚く成膜される一方、外周部分ほど薄く成膜され、不均一な薄膜15d〜15fが成膜される。
The second gas nozzle 21 extends from the side wall portion of the vacuum chamber 1 to the center of the vacuum chamber 1, and the gas 13 is jetted from the center of the vacuum chamber 1 toward the support 4 (substrate 6) from the center of the vacuum chamber 1. However, the concentration of the gas 13 injected from the second gas nozzle 21 into the
しかしながら、基板6の高さにより薄膜15の不均一性が異なり、基板6を比較的高位置として第2ガスノズル21に近づけた場合には極めて不均一な薄膜15dとなる一方、基板6を比較的中位置(薄膜15e)、低位置(薄膜15f)とするにつれて薄膜の均一性が高くなることが分かる。これは、基板6を第2ガスノズル21に近づける(高位置とする)ほど、第2ガスノズル21から噴射されるガス13の、基板6の中心部分の上部ほど濃度が高く基板6の外周部分の上部あたりでは希薄となるというガス分布(すなわち、プラズマ分布)の影響を受ける一方、基板6を第2ガスノズル21から遠ざける(低位置とする)ほど、ガスが拡散し前記ガス分布の影響が少なくなるからである。成膜速度と高さの関係としては、低位置になるほどチャンバ内壁への膜付着が増加するためにガスの利用効率が下がり、成膜速度は下がることになる。 However, the non-uniformity of the thin film 15 differs depending on the height of the substrate 6, and when the substrate 6 is placed at a relatively high position and close to the second gas nozzle 21, the non-uniform thin film 15d is obtained. It can be seen that the uniformity of the thin film increases with the middle position (thin film 15e) and the lower position (thin film 15f). This is because the closer the substrate 6 is to the second gas nozzle 21 (higher position), the higher the concentration of the gas 13 injected from the second gas nozzle 21 is at the upper part of the central part of the substrate 6, and the upper part of the outer peripheral part of the substrate 6. On the other hand, the gas distribution (that is, the plasma distribution) is diluted, and the more the substrate 6 is moved away from the second gas nozzle 21 (lower position), the more the gas is diffused and the influence of the gas distribution is reduced. It is. As for the relationship between the film formation speed and the height, the lower the position, the more the film adheres to the inner wall of the chamber, and the lower the gas utilization efficiency, and the lower the film formation speed.
本実施形態では、薄膜15を成膜するにあたって、ガスノズル20,21から同時にガス13を噴射する。すなわち、図3に示すように、主として第1ガスノズル20により基板6の外周部分を成膜すると共に、主として第2ガスノズル21により基板6の中心部分を成膜することにより基板6の全面に亘って均一な薄膜15を成膜する。第1ガスノズル20及び第2ガスノズル21から噴射されるガス13の流量は個別に制御することができ、均一な薄膜15を成膜するためには両ノズル20,21からのガス流量を相互に関連付けて制御する(ガス流量調整手段)。
In the present embodiment, when forming the thin film 15, the gas 13 is simultaneously injected from the
更に、支持台昇降装置22により基板6の高さを調整して成膜を行う。同図に示すように、基板6を高位置とすることにより不均一な薄膜15aと薄膜15dとからなる薄膜が成膜されるが、この場合、当該最終的に成膜される薄膜は不均一性が解消されないおそれが高い一方、成膜速度が速いため短時間で成膜を行うことができるメリットが得られる。逆に、基板6を低位置とすることにより比較的均一な薄膜15cと薄膜15fとからなる薄膜が成膜されるが、この場合、当該最終的に成膜される薄膜は均一な薄膜となる一方、成膜速度が遅いため成膜に時間がかかるというデメリットがある。したがって、基板6の高さは、当該状況を考慮して適切な高さに調整する。 Further, film formation is performed by adjusting the height of the substrate 6 by the support platform lifting device 22. As shown in the figure, a thin film composed of a non-uniform thin film 15a and a thin film 15d is formed by placing the substrate 6 at a high position. In this case, the thin film finally formed is non-uniform. On the other hand, there is a high possibility that the film formation can be performed in a short time because the film forming speed is high. On the contrary, a thin film consisting of a relatively uniform thin film 15c and thin film 15f is formed by placing the substrate 6 at a low position. In this case, the finally formed thin film is a uniform thin film. On the other hand, there is a demerit that it takes time to form a film because the film forming speed is low. Therefore, the height of the substrate 6 is adjusted to an appropriate height in consideration of the situation.
次に、本実施形態に係る薄膜作製方法を実施する薄膜作製装置を用いて基板上にSiOx膜を作製し、成膜された薄膜の膜厚を分光エリプソンメータにより計測(基板上の49箇所を計測)して均一性を調べた。その結果、両ガスノズル20,21からのガス流量及び基板高さを最適な状態として作製された薄膜は、最小膜厚3565.4オングストローム、最大膜厚3730.6オングストローム、平均膜厚3657.5オングストロームであり、均一性2.3%((最大膜厚−最小膜厚)/(2×平均膜厚)×100)であることが確認された。一方、従来の成膜方法(本実施形態の第1ガスノズル20に相当するガスノズルのみからガスを供給)で作製した薄膜は、最小膜厚3538.9オングストローム、最大膜厚3805.9オングストローム、平均膜厚3671.8オングストロームであり、均一性3.6%であった。これらの結果から、本願発明によれば均一な薄膜を作製することができることが分かる。
Next, a SiOx film is produced on the substrate using a thin film production apparatus for performing the thin film production method according to the present embodiment, and the film thickness of the formed thin film is measured with a spectroscopic ellipsometer (49 locations on the substrate). To measure the uniformity. As a result, the thin film produced with the optimal gas flow rate and substrate height from both
なお、ガス13の供給方法としては、両ガスノズル20,21から同時に噴射せずに、第1ガスノズル20からガス13を供給した後に第2ガスノズル21からガス13を供給したり、この順序を逆にしたり、ガス13を供給するガスノズルを交互に変更したりしてもよい。すなわち、主として基板6の外周部分を成膜する第1ガスノズル20と、主として基板6の中心部分を成膜する第2ガスノズル21とを互いに補完的に使用すれば、均一な薄膜15を得ることができる。このようなガス13の供給方法は、手動又は制御装置(ガス供給方法制御手段)により実施することができる。
As a method of supplying the gas 13, the gas 13 is supplied from the
1 真空チャンバ
2 成膜室
3 天井板
4 支持台
6 基板
7 高周波アンテナ
8 整合器
9 高周波電源
13 ガス
15 薄膜
15a〜15f 薄膜
20 第1ガスノズル
20a 噴射口
21 第2ガスノズル
21a 噴射口
22 支持台昇降装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
前記チャンバの内圧を制御する圧力制御手段と、
前記チャンバの上部に設置され、チャンバの内部に前記ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記チャンバ内の下方に設置され、前記薄膜が成膜される基板を支持する支持台とを有する薄膜作製装置において、
前記ガスノズルは、前記チャンバの側壁から中心に向けて前記ガスを供給する第1ガスノズルと、前記チャンバの側壁から中心まで伸びて、前記チャンバの中心において前記基板に向けて前記ガスを供給する第2ガスノズルとからなることを特徴とする薄膜作製装置。 A gas nozzle for supplying a gas containing an elemental component that is a raw material for the thin film into the chamber;
Pressure control means for controlling the internal pressure of the chamber;
Plasma generating means installed at the top of the chamber and generating plasma of the gas inside the chamber;
In a thin film manufacturing apparatus having a support stand that is installed below the chamber and supports a substrate on which the thin film is formed,
The gas nozzle includes a first gas nozzle that supplies the gas from the side wall of the chamber toward the center, and a second gas nozzle that extends from the side wall of the chamber to the center and supplies the gas toward the substrate at the center of the chamber. A thin film production apparatus comprising a gas nozzle.
更に、前記第1ガスノズル及び前記第2ガスノズルから供給されるガスの流量を制御する流量制御手段と、前記基板の高さを調整する基板高さ調整手段とを有し、
当該流量制御手段及び基板高さ調整手段は、前記基板の全面に亘って均一に成膜するようにガス流量及び基板高さを調整することを特徴とする薄膜作製装置。 The thin film manufacturing apparatus according to claim 1,
Furthermore, it has a flow rate control means for controlling the flow rate of the gas supplied from the first gas nozzle and the second gas nozzle, and a substrate height adjusting means for adjusting the height of the substrate,
The flow rate control means and the substrate height adjusting means adjust the gas flow rate and the substrate height so as to form a film uniformly over the entire surface of the substrate.
更に、前記チャンバの内部にガスを供給する際に、前記第1ガスノズル又は前記第2ガスノズルのいずれか一方のガスノズルからのガス供給の後に他方のガスノズルからのガス供給を行うガス供給方法制御手段を有することを特徴とする薄膜作製装置。 In the thin film production apparatus according to claim 1 or 2,
Furthermore, when supplying gas into the chamber, gas supply method control means for supplying gas from the other gas nozzle after gas supply from one of the first gas nozzle or the second gas nozzle is provided. A thin film manufacturing apparatus comprising:
更に、前記チャンバの内部にガスを供給する際に、前記第1ガスノズル又は前記第2ガスノズルのいずれか一方のガスノズルからのガス供給と他方のガスノズルからのガス供給とを交互に行うガス供給方法制御手段を有することを特徴とする薄膜作製装置。 In the thin film production apparatus according to claim 1 or 2,
Further, when supplying gas into the chamber, gas supply method control for alternately performing gas supply from one of the first gas nozzle or the second gas nozzle and gas supply from the other gas nozzle. A thin film manufacturing apparatus characterized by comprising means.
前記ガスを、前記チャンバの側壁から中心に向けて供給するガスと、前記チャンバの側壁から導入され、前記チャンバの中心において前記基板に向けて供給するガスとから構成することを特徴とする薄膜作製方法。 In a thin film manufacturing method for supplying a gas containing an elemental component that is a raw material for a thin film into a chamber, generating plasma of the gas, and forming a thin film on a substrate,
A thin film production comprising: a gas supplied from the side wall of the chamber toward the center; and a gas introduced from the side wall of the chamber and supplied toward the substrate at the center of the chamber Method.
更に、前記基板の全面に亘って均一に成膜するように、前記チャンバの側壁から中心に向けて供給するガスの流量と前記チャンバの中心において前記基板に向けて供給するガスの流量とを制御すると共に、前記基板の高さを調整することを特徴とする薄膜作製方法。 In the thin film preparation method according to claim 5,
Further, the flow rate of the gas supplied from the side wall of the chamber toward the center and the flow rate of the gas supplied toward the substrate at the center of the chamber are controlled so as to form a film uniformly over the entire surface of the substrate. And adjusting the height of the substrate.
更に、前記チャンバの内部にガスを供給する際に、前記チャンバの側壁から中心に向けてガスを供給することと、前記チャンバの中心において前記基板に向けてガスを供給することとの、いずれか一方を行った後に、他方を行うことを特徴とする薄膜作製方法。 In the thin film production method according to claim 5 or 6,
Further, when supplying the gas into the chamber, either of supplying the gas from the side wall of the chamber toward the center or supplying the gas toward the substrate at the center of the chamber. A thin film manufacturing method characterized in that after one is performed, the other is performed.
更に、前記チャンバの内部にガスを供給する際に、前記チャンバの側壁から中心に向けてガスを供給することと、前記チャンバの中心において前記基板に向けてガスを供給することとを交互に行うことを特徴とする薄膜作製方法。 In the thin film production method according to claim 5 or 6,
Further, when supplying the gas into the chamber, the gas is alternately supplied from the side wall of the chamber toward the center and the gas is supplied toward the substrate at the center of the chamber. A thin film manufacturing method characterized by the above.
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