JP2011157618A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、シャワー電極から噴出されたガスが基板上において均一に流れ、基板上に生成される薄膜の膜厚を均一にすることが可能な成膜装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、減圧可能な反応室２と、基板３を支持する基板支持部４と、複数のガス供給孔１０から基板３に対して成膜ガスを噴出する平面形状のシャワー電極７と、シャワー電極７から噴出された成膜ガスを複数の排気孔１７から排出するガス排気部１４とを備えている成膜装置１において、シャワー電極７が、平面上に線対称軸Ｘを有し、ガス排気部１４における排気孔１７の開口率は、線対称軸Ｘから離れるにつれて徐々に大きくなっている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体装置用の薄膜を形成するための成膜装置に関するものである。

半導体製造プロセスにおける成膜装置として、真空ポンプなどで減圧しながら成膜ガスを供給した状態でプラズマを発生させ、基板上に薄膜を形成する装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１では、基板に対向するように設けられたシャワー電極から成膜ガスが成膜室内に供給するようになっている。成膜室内に供給されたガスは、基板を支持する支持台を囲むように設けられたリング状の排気空間を介して、反応室の下面に設けられた排気口から排出されるようになっている。

図６は、従来のプラズマＣＶＤ装置（成膜装置）の全体を示した概略断面図である。図７は、従来のプラズマＣＶＤ装置を示した図であり、（ａ）が図６のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）が（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

図６に示すように、従来のプラズマＣＶＤ装置３１は、減圧可能な反応室３２を備えており、反応室３２内には、基板３３が水平状態で配置されている。また、反応室３２には、基板３３に対向するようにシャワー電極３４が設けられている。シャワー電極３４には、複数の成膜ガス吹出孔３５が設けられており、反応室３２の外部から供給された成膜ガスは、成膜ガス吹出孔３５を介して基板３３に対して噴出されるようになっている。

また、図７に示すように、シャワー電極３４は、平面上に線対称軸Ｘを有しており、複数の成膜ガス吹出孔３５は、線対称軸Ｘを挟んで対称的に配置されている。更に、図６及び７に示すように、シャワー電極３４の線対称軸Ｘの軸方向における両側には、シャワー電極３４から噴出された成膜ガスを排出するガス排気部３６が設けられている。ガス排気部３６には、複数の成膜ガス排気孔３７が設けられており、成膜ガス排気孔３７に流れてきたガスは、排気ダクト３８を介して反応室３２の外部にある除外装置３９へ流れるようになっている。

特開２００８−２４４１４０号公報

しかしながら、上述の従来の構成では、成膜ガス排気孔３７の大きさが全て同じ大きさで形成されているので、シャワー電極３４の線対称軸Ｘに近い位置ほど成膜ガスの流量が多くなり、一方、シャワー電極３４の線対称軸Ｘから遠い位置ほど成膜ガスの流量が小さくなる傾向にあった。しかも、シャワー電極３４の端部付近は、成膜ガスが噴出される量が中心部分に比べて小さく、シャワー電極３４の端部付近は、成膜ガスのガス濃度が薄くなる。
したがって、従来の構成では、シャワー電極３４から噴出された成膜ガスが成膜ガス排気孔３７に流れる際、成膜ガスの流れが均一にならないので、基板３３上に生成される薄膜の膜厚が均一にならず、基板３３の成膜品質が低下するという問題があった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、シャワー電極から噴出された成膜ガスが基板上において均一に流れ、基板上に生成される薄膜の膜厚を均一にすることが可能な成膜装置を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、減圧可能な反応室と、該反応室に設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記基板を挟んで前記基板支持部に対向するように設けられ、複数のガス供給孔から前記基板に対して成膜ガスを噴出する平面形状のシャワー電極と、該シャワー電極の周囲に配置され、前記シャワー電極から噴出された成膜ガスを複数の排気孔から排出するガス排気部とを備えている成膜装置において、前記シャワー電極が、平面上に線対称軸を有し、前記ガス排気部における前記排気孔の開口率は、前記線対称軸から離れるにつれて徐々に大きくなっている。

また、本発明によれば、減圧可能な反応室と、該反応室に設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記基板を挟んで前記基板支持部に対向するように設けられ、複数のガス供給孔から前記基板に対して成膜ガスを噴出するシャワー電極と、該シャワー電極の周囲に配置され、前記シャワー電極から噴出された成膜ガスを複数の排気孔から排出するガス排気部とを備えている成膜装置において、前記シャワー電極が、平面上に線対称軸を有し、前記ガス排気部における前記排気孔の深さは、前記線対称軸から離れるにつれて徐々に小さくなっている。

また、本発明によれば、前記シャワー電極の前記複数のガス供給孔が、前記線対称軸を挟んで対称的に配置されており、前記シャワー電極の端部に配置されたガス供給孔の開口率は、前記シャワー電極の中心部分に配置されたガス供給孔の開口率に比べて大きくなっている。

本発明に係る成膜装置によれば、減圧可能な反応室と、該反応室に設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記基板を挟んで前記基板支持部に対向するように設けられ、複数のガス供給孔から前記基板に対して成膜ガスを噴出する平面形状のシャワー電極と、該シャワー電極の周囲に配置され、前記シャワー電極から噴出された成膜ガスを複数の排気孔から排出するガス排気部とを備えている成膜装置において、前記シャワー電極が、平面上に線対称軸を有し、前記ガス排気部における前記排気孔の開口率は、前記線対称軸から離れるにつれて徐々に大きくなっているので、線対称軸から離れた位置ほどガスが排出され易くなり、線対称軸から離れた位置に流れるガスの流量が、線対称軸に近い位置に比べて大きくなる。これにより、シャワー電極から噴出された成膜ガスが基板上において均一に流れるようになるので、基板上に生成される薄膜の膜厚が均一になり、基板の成膜品質が向上する。

また、本発明に係る成膜装置によれば、減圧可能な反応室と、該反応室に設けられ、基板を支持する基板支持部と、前記基板を挟んで前記基板支持部に対向するように設けられ、複数のガス供給孔から前記基板に対して成膜ガスを噴出するシャワー電極と、該シャワー電極の周囲に配置され、前記シャワー電極から噴出された成膜ガスを複数の排気孔から排出するガス排気部とを備えている成膜装置において、前記シャワー電極が、平面上に線対称軸を有し、前記ガス排気部における前記排気孔の深さは、前記線対称軸から離れるにつれて徐々に小さくなっているので、線対称軸から離れた位置ほど圧力損失が小さくなり、線対称軸から離れた位置にガスが流れ易くなる。これにより、線対称軸から離れた位置に流れるガスの流量が、線対称軸に近い位置に比べて大きくなる。したがって、シャワー電極から噴出された成膜ガスが基板上において均一に流れるようになるので、基板上に生成される薄膜の膜厚が均一になり、基板の成膜品質が向上する。

また、本発明に係る成膜装置によれば、前記シャワー電極の前記複数のガス供給孔が、前記線対称軸を挟んで対称的に配置されており、前記シャワー電極の端部に配置されたガス供給孔の開口率は、前記シャワー電極の中心部分に配置されたガス供給孔の開口率に比べて大きくなっているので、シャワー電極の端部ほどガス供給孔から噴出される成膜ガスの流量が大きくなる。
従来では、シャワー電極のガス供給孔が全て同じ大きさで形成されていたので、シャワー電極の端部は、成膜ガスの流量が小さく、基板上に生成される膜厚が薄くなる可能性があった。これに対して、本発明によれば、シャワー電極の端部の成膜ガスの流量を大きくなるので、成膜ガスが基板上において均一に流れるようになる。これにより、基板上に生成される薄膜の膜厚が均一になり、基板の成膜品質が向上する。

本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の概略断面図である。 本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示した図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示した図であり、（ａ）はシャワー電極を下方から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第３実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示した図であり、（ａ）はシャワー電極を下方から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第４実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示した図であり、（ａ）はシャワー電極を下方から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 従来のプラズマＣＶＤ装置の概略断面図である。 従来のプラズマＣＶＤ装置を示した図であり、（ａ）は図６のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（成膜装置）を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の概略断面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示した図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置１は、減圧可能な反応室２を備えている。この反応室２には、成膜対象となる基板３を支持する載置台（基板支持部）４が設けられており、基板３は、載置台４上に水平状態で配置されている。

図１に示すように、載置台４は、基板加熱ヒータ５を備えており、基板加熱ヒータ５は、反応室２の外部にあるＲＦ電源６に接続されている。基板加熱ヒータ５は、載置台４を発熱させることで基板３を加熱するようになっている。

また、図１に示すように、反応室２には、基板３を挟んで載置台４に対向するようにシャワー電極７が設けられている。シャワー電極７は、上下方向に延びるガス導入路８と、ガス導入路８の下端８ａに設けられた電極板９とから構成されている。また、シャワー電極７は、反応室２の外部にあるＲＦ電源６に接続されており、シャワー電極７の電極板９には、高周波電流が印加されるようになっている。

図１に示すように、ガス導入路８の下端８ａには、水平方向に延びる水平壁部８ｂと、水平壁部８ｂの周囲を囲むように配置された内壁部８ｃとが設けられている。電極板９は、内壁部８ｃの下端に取付けられている。この構成から、ガス導入路８の下端８ａには、水平壁部８ｂと内壁部８ｃと電極板９とで囲まれたガス導入空間８ｄが形成されている。

ガス導入路８は、反応室２の外部にあるガス供給源（図示せず）に接続されており、ガス導入路８には、ガス供給源から成膜ガスが送られるようになっている。図２（ａ）に示すように、電極板９は、矩形形状の板材で形成されており、複数の成膜ガス吹出孔（ガス供給孔）１０を有している。

また、図２（ａ）に示すように、電極板９は、平面上に対称軸Ｘを有している。電極板９において、複数の成膜ガス吹出孔１０は、対称軸Ｘを挟んで対称的に配置されている。これらの構成から、ガス供給源から供給される成膜ガスは、ガス導入路８を通ってガス導入空間８ｄに流れ、その後、複数の成膜ガス吹出孔１０を介して反応室２内に流れるようになっている（図１の矢印参照）。

図１に示すように、ガス導入路８及び水平壁部８ｂの周囲は、絶縁性磁気シール材１１で被覆されている。シャワー電極７は、絶縁性磁気シール材１１の外側を覆うように配置された固定部材１２を介して反応室の上部２ａに取付けられている。なお、固定部材１２と反応室２の上部２ａとの取付部分には、気密シール１３が配置されており、反応室２内の機密性が保持されるようになっている。

また、図１及び２に示すように、シャワー電極７の対称軸Ｘの軸方向における両側には、反応室２内に噴出された成膜ガスを排出するガス排気部１４が設けられている。ガス排気部１４は、上下方向に延びる排気ダクト１５と、電極板９の周辺部分１６とから構成されている。電極板９の周辺部分１６には、複数の成膜ガス排気孔１７が設けられている。

図１に示すように、排気ダクト１５の下端１５ａには、内壁部８ｃとシャワー電極７の外壁部７ａとによりガス排気流路１８が形成されており、このガス排気流路１８が、排気ダクト１５に接続している。排気ダクト１５は、反応室２の外部に設けられた除外装置１９に接続されており、除外装置１９は、反応室２内から排出されたガスの有害な成分を人体に対して安全な値（例えば、ＴＬＶ値）になるまで除害（処理）するように構成されている。

図１に示すように、排気ダクト１５の周囲には、加熱ヒータ２０が配置されている。また、排気ダクト１５は、反応室２の上部２ａに気密性シール２１を介して取付けられており、反応室２内の機密性が保持されるようになっている。

本実施形態の特徴としては、ガス排気部１４における成膜ガス排気孔１７の開口率が、線対称軸Ｘから離れるにつれて徐々に大きくなっている。具体的には、図２（ａ）に示すように、成膜ガス排気孔１７の直径が、線対称軸Ｘから離れるにつれて徐々に大きくなっている。例えば、線対称軸Ｘから離れた位置にある成膜ガス排気孔１７ａの直径は、線対称軸Ｘの近傍の位置にある成膜ガス排気孔１７ｂの直径よりも大きくなっている。

次に、本実施形態に係る成膜装置の動作を、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置１で薄膜を形成する場合、成膜ガスが、ガス供給源からガス導入路８及びガス導入空間８ｄを経由して反応室２内に導入される。次に、ＲＦ電源６により電極板９に電圧を印加して、基板３と電極板９との間にプラズマ２２を発生させる。この際、基板３の表面に成膜ガスの化学反応により薄膜が形成される。
その後、反応室２内のガスは、ガス排気部１４の成膜ガス排気孔１７からガス排気流路１８に流れる（図１の矢印参照）。そして、ガスは、排気ダクト１５を経由して除外装置１９まで流れるようになっている。

この第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１によれば、線対称軸Ｘから離れた位置にある成膜ガス排気孔１７ａの直径は、線対称軸Ｘの近傍の位置にある成膜ガス排気孔１７ｂの直径よりも大きくなっているので、線対称軸Ｘから離れた位置ほどガスが排出され易くなり、線対称軸Ｘから離れた位置に流れるガスの流量が、線対称軸Ｘに近い位置に比べて大きくなる。これにより、シャワー電極７から噴出された成膜ガスが基板３上において均一に流れるようになるので、基板３上に生成される薄膜の膜厚が均一になり、基板３の成膜品質が向上する。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を、図面を参照しながら説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示した図であり、（ａ）はシャワー電極を下方から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の部分については、同一の符号を付して重複する説明は省略する。

この第２実施形態においては、図３に示すように、線対称軸Ｘから離れた位置にある成膜ガス排気孔１７ａの数が、線対称軸Ｘの近傍の位置にある成膜ガス排気孔１７ｂの数に比べて多くなっている。すなわち、本実施形態では、成膜ガス排気孔１７の数を変化させることにより、成膜ガス排気孔１７の開口率が、線対称軸Ｘから離れるにつれて徐々に大きくなっている。

この第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１によれば、線対称軸Ｘから離れた位置にある成膜ガス排気孔１７ａの数が、線対称軸Ｘの近傍の位置にある成膜ガス排気孔１７ｂの数に比べて多くなっているので、線対称軸Ｘから離れた位置ほどガスが排出され易くなり、線対称軸Ｘから離れた位置に流れるガスの流量が、線対称軸Ｘに近い位置に比べて大きくなる。これにより、シャワー電極７から噴出された成膜ガスが基板３上において均一に流れるようになるので、基板３上に生成される薄膜の膜厚が均一になり、基板３の成膜品質が向上する。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を、図面を参照しながら説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示した図であり、（ａ）はシャワー電極を下方から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の部分については、同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図４（ｂ）に示すように、電極板９の周辺部分１６において、線対称軸Ｘから離れた部分１６ａの板厚が、線対称軸Ｘの近傍の部分１６ｂの板厚に比べて薄くなっている。つまり、この第３実施形態においては、成膜ガス排気孔１７の深さが、線対称軸Ｘから離れるにつれて徐々に小さくなっている。例えば、線対称軸Ｘから離れた位置にある成膜ガス排気孔１７ａの深さが、線対称軸Ｘの近傍の位置にある成膜ガス排気孔１７ｂの深さに比べて小さくなっている。

この第３実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１によれば、線対称軸Ｘから離れた位置にある成膜ガス排気孔１７ａの深さが、線対称軸Ｘの近傍の位置にある成膜ガス排気孔１７ｂの深さに比べて小さくなっているので、線対称軸Ｘから離れた位置ほど圧力損失が小さくなり、線対称軸Ｘから離れた位置に流れるガスの流量が大きくなる。これにより、線対称軸Ｘから離れた位置に流れるガスの流量が、線対称軸Ｘに近い位置に比べて大きくなる。したがって、シャワー電極７から噴出された成膜ガスが基板３上において均一に流れるようになるので、基板３上に生成される薄膜の膜厚が均一になり、基板３の成膜品質が向上する。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を、図面を参照しながら説明する。図５は、本発明の第４実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示した図であり、（ａ）はシャワー電極を下方から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の部分については、同一の符号を付して重複する説明は省略する。

この第４実施形態においては、図５（ａ）に示すように、シャワー電極７の電極板９の端部９ａに配置された成膜ガス吹出孔１０ａの直径が、電極板９の中心部分９ｂに配置された成膜ガス吹出孔１０ｂの直径に比べて大きくなっている。すなわち、本実施形態では、成膜ガス吹出孔１０の直径を変化させることにより、電極板９の端部９ａにおける成膜ガス吹出孔１０ａの開口率が、電極板９の中心部分９ｂに配置されたガス供給孔１０ｂの開口率に比べて大きくなっている。

この第４実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１によれば、電極板９の端部９ａに配置された成膜ガス吹出孔１０ａの直径が、電極板９の中心部分９ｂに配置された成膜ガス吹出孔１０ｂの直径に比べて大きくなっているので、シャワー電極７の電極板９の端部９ａほど成膜ガス吹出孔１０から噴出される成膜ガスの流量が大きくなる。
従来では、従来では、シャワー電極のガス供給孔が全て同じ大きさで形成されていたので、シャワー電極の端部は、成膜ガスの流量が小さく、基板上に生成される膜厚が薄くなる可能性があった。これに対して、この第４実施形態によれば、電極板９の端部９ａから噴出される成膜ガスの流量を大きくなるので、成膜ガスが基板３上において均一に流れるようになる。これにより、基板３上に生成される薄膜の膜厚が均一になるので、基板３の成膜品質が向上する。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

上述の実施形態では、載置台４の上に基板３を配置するような構成となっているが、この構成に限定されるものでなく、本発明のガス排気部１４及びシャワー電極７の構成は、ロールｔｏロール方式で基板３が搬送される成膜装置においても適用することができる。

１ プラズマＣＶＤ装置（成膜装置）
２ 反応室
３ 基板
４ 載置台（基板支持部）
５ 基板加熱ヒータ
６ ＲＦ電源
７ シャワー電極
８ ガス導入路
９ 電極板
１０ 成膜ガス吹出孔（ガス供給孔）
１１ 絶縁性磁気シール材
１２ 固定部材
１３，２１ 気密シール
１４ ガス排気部
１５ 排気ダクト
１６ 電極板の周辺部分
１７ 成膜ガス排気孔（排気孔）
１８ ガス排気流路
１９ 除外装置
２０ 加熱ヒータ

Claims (3)

1. 減圧可能な反応室と、
   該反応室に設けられ、基板を支持する基板支持部と、
   前記基板を挟んで前記基板支持部に対向するように設けられ、複数のガス供給孔から前記基板に対して成膜ガスを噴出する平面形状のシャワー電極と、
   該シャワー電極の周囲に配置され、前記シャワー電極から噴出された成膜ガスを複数の排気孔から排出するガス排気部と
   を備えている成膜装置において、
   前記シャワー電極が、平面上に線対称軸を有し、前記ガス排気部における前記排気孔の開口率は、前記線対称軸から離れるにつれて徐々に大きくなっていることを特徴とする成膜装置。
2. 減圧可能な反応室と、
   該反応室に設けられ、基板を支持する基板支持部と、
   前記基板を挟んで前記基板支持部に対向するように設けられ、複数のガス供給孔から前記基板に対して成膜ガスを噴出するシャワー電極と、
   該シャワー電極の周囲に配置され、前記シャワー電極から噴出された成膜ガスを複数の排気孔から排出するガス排気部と
   を備えている成膜装置において、
   前記シャワー電極が、平面上に線対称軸を有し、前記ガス排気部における前記排気孔の深さは、前記線対称軸から離れるにつれて徐々に小さくなっていることを特徴とする成膜装置。
3. 前記シャワー電極の前記複数のガス供給孔が、前記線対称軸を挟んで対称的に配置されており、前記シャワー電極の端部に配置されたガス供給孔の開口率は、前記シャワー電極の中心部分に配置されたガス供給孔の開口率に比べて大きくなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
   

Images