JP2014041906A - ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置のメンテナンス作業を簡素化でき、生産性の向上を実現することができるガス処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係るガス処理装置１００は、チャンバ本体１０と、天板ユニット３０と、ガス供給ライン５０とを具備する。チャンバ本体１０は、内部空間１１を形成する周壁部１２を有する。天板ユニット３０は、内部空間１１へプロセスガスを噴出可能なガスヘッド４１を有し、周壁部１２に取り付けられる。ガス供給ライン５０は、第１の流路部５１と、第２の流路部５２とを有する。第１の流路部５１は、周壁部１２の内部に設けられ、プロセスガスの供給源７０と接続される。第２の流路部５２は、天板ユニット３０に設けられ、天板ユニット３０が周壁部１２に取り付けられることで第１の流路部５１とガスヘッド４１との間を相互に接続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば成膜処理に使用されるガス処理装置に関する。

例えばプラズマＣＶＤ装置は、原料ガスや反応ガス等の複数種のプロセスガスを真空チャンバ内に導入し、当該プロセスガスのプラズマを形成して基板上に反応生成物を堆積させる成膜装置の１つである。例えば下記特許文献１には、真空槽内部に設置されたシャワープレートと真空槽外部に設置されたガス供給源との間を接続する配管を備えた真空処理装置が記載されている。

一方、プラズマＣＶＤ装置においては、高品質の成膜を安定して実施するために真空チャンバの内部を定期的にメンテナンスする必要がある。この場合、典型的には、シャワープレート等を含むガスヘッドを真空チャンバから取り外してクリーニングや交換等の必要な処理を実行していた。

特許第４５７０７３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の構成では、真空槽からシャワープレートを取り外す際に、シャワープレートとガス供給源との間を連絡する配管系の接続を解除する必要がある。このためメンテナンス終了後、配管系を再接続する作業と、ヘリウムガス等を用いた配管系のリークテストの実施が必要となり、生産性を向上させることが困難であった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、装置のメンテナンス作業を簡素化でき、生産性の向上を実現することができるガス処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るガス処理装置は、チャンバ本体と、天板ユニットと、ガス供給ラインとを具備する。
上記チャンバ本体は、内部空間を形成する周壁部を有する。
上記天板ユニットは、上記内部空間へプロセスガスを噴出可能なガスヘッドを有し、上記周壁部に取り付けられる。
上記ガス供給ラインは、第１の流路部と、第２の流路部とを有する。上記第１の流路部は、上記周壁部の内部に設けられ、上記プロセスガスの供給源と接続される。上記第２の流路部は、上記天板ユニットに設けられ、上記天板ユニットが上記周壁部に取り付けられることで上記第１の流路部と上記ガスヘッドとの間を相互に接続する。

本発明の一実施形態に係るガス処理装置の構成を示す概略側断面図である。 上記ガス処理装置においてチャンバ本体と天板ユニットとが分離された状態を示す概略側断面図である。 上記チャンバ本体の平面図である。 上記ガス処理装置のガス供給ラインを構成する混合タンクの内部構造を示す断面図である。

本発明の一実施形態に係るガス処理装置は、チャンバ本体と、天板ユニットと、ガス供給ラインとを具備する。
上記チャンバ本体は、内部空間を形成する周壁部を有する。
上記天板ユニットは、上記内部空間へプロセスガスを噴出可能なガスヘッドを有し、上記周壁部に取り付けられる。
上記ガス供給ラインは、第１の流路部と、第２の流路部とを有する。上記第１の流路部は、上記周壁部の内部に設けられ、上記プロセスガスの供給源と接続される。上記第２の流路部は、上記天板ユニットに設けられ、上記天板ユニットが上記周壁部に取り付けられることで上記第１の流路部と上記ガスヘッドとの間を相互に接続する。

上記ガス処理装置において、ガス供給源は、チャンバ本体の周壁部に内蔵された第１の流路部に接続され、ガスヘッドは、天板ユニットに設けられた第２の流路部に接続される。したがってチャンバ本体からの天板ユニットの着脱作業によって、ガスヘッドをチャンバ本体及びガス供給源へ接続し、あるいは、チャンバ本体及びガス供給源との接続を解除することが可能となる。またメンテナンス終了後は、チャンバ本体の内部空間の真空到達圧力を評価することでガス供給ラインのリークの有無を確認することができる。

したがって上記ガス処理装置によれば、装置のメンテナンス作業を簡素化できる。またメンテナンスに要する時間が短くなるため、生産性の向上を実現することができる。

上記ガス処理装置は、典型的には、真空処理装置として構成される。真空処理装置としては、成膜装置、エッチング装置、熱処理装置等の各種表面処理装置が含まれる。成膜装置としては、プラズマＣＶＤ装置、熱ＣＶＤ装置、ＭＯＣＶＤ装置、スパッタ装置、真空蒸着装置、イオンプレーティング装置等が挙げられる。

プロセスガスとしては、原料ガス、反応ガス等を含む成膜用のガス、エッチング用のガス、プラズマ形成用のガス等が含まれる。成膜用のガスは、目的とする成膜材料によって適宜選択され、例えば、シリコン酸化膜を形成する場合には、原料ガスとしてTEOS（テトラエトキシシラン）、HMDSO（ヘキサメチルジシロキサン）等の有機原料ガスが、反応ガスとして酸素が用いられる。

上記ガス処理装置は、上記周壁部と上記天板ユニットとの間に配置され、上記第１の流路部と上記第２の流路部との接続部を密封するシール部材をさらに具備してもよい。これにより上記接続部のシール性を高めることができる。また、第１の流路部と第２の流路部との接続あるいは分離作業が容易となると共に、天板ユニットの着脱作業性を向上させることができる。

上記ガス処理装置は、上記周壁部と上記ガスヘッドとを加熱可能な加熱源をさらに具備してもよい。これによりガス供給ライン及びガスヘッドの内壁面に上記プロセスガスの析出物や反応生成物の付着を抑制することができる。

上記第１及び第２の流路部は、各々並列的に形成された複数の流路をそれぞれ含んでもよい。これにより例えば原料ガスと反応ガスのように異なる複数種のプロセスガスを異なる流路を介してガスヘッドへ導入することが可能となり、ガス供給ライン上での原料ガスの反応を回避することができる。

この場合、上記ガス供給ラインは、上記ガスヘッドと上記第２の流路部との間に接続された、上記複数の流路を介して供給される複数種のプロセスガスを混合する混合タンクを含んでもよい。これによりチャンバ本体の内部空間へ原料ガスと反応ガスとの混合ガスを均一に供給することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るガス処理装置を示す概略断面図である。本実施形態のガス処理装置１００は、基板Ｗ上にシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）を成膜するためのプラズマＣＶＤ装置として構成される。

ガス処理装置１００は、チャンバ本体１０と、天板ユニット３０と、ガス供給ライン５０とを有する。

図２は、チャンバ本体１０と天板ユニット３０とを分離して示すガス処理装置１００概略断面図である。図３は、チャンバ本体１０の平面図である。

［チャンバ本体］
チャンバ本体１０は、直方体形状の内部空間１１を形成する周壁部１２と、底壁部１３とを有する。チャンバ本体１０は例えばアルミニウム合金等の金属材料で形成され、周壁部１２及び底壁部１３は一体的に構成される。

内部空間１１には、基板Ｗを支持するためのステージ１４が設置されている。ステージ１４の形状は、基板Ｗの形状や大きさに応じて適宜設定可能であり、本実施形態では基板Ｗよりもやや大きな矩形状に形成される。

基板Ｗは、典型的には、矩形のガラス基板で構成されるが、これに限られず、半導体基板や各種セラミック基板等が採用可能である。基板Ｗの大きさも特に限定されない。

ステージ１４は、基板Ｗを所定温度に加熱可能な加熱源を内蔵してもよい。加熱源としては、ヒータ、温水循環通路等が採用可能である。またステージ１４は、内部空間１１において上下方向に移動可能に構成されてもよい。

ステージ１４は主として金属材料で形成され、アノード電極として機能する。ステージ１４は、アースライン１６を介してチャンバ本体１０の底壁部１３に電気的に接続されている。

チャンバ本体１０の周壁部１２には、真空ポンプＰに接続される排気口１２ａが形成されており、排気口１２ａを介して内部空間１１が真空排気可能に構成される。

ガス処理装置１００、チャンバ本体１０の周壁部１２を所定温度に加熱するための加熱源２０を有する。加熱源２０は、周壁部１２に内蔵された循環通路２１と、循環通路２１へ所定温度の温水を供給する供給ユニット２２とを有する。循環通路２１は、周壁部１２の内部に埋設された配管、又は、周壁部１２の内部に形成された通孔で構成される。一方、周壁部１２の表面に巻き付けられたヒータや温水循環パイプ等によって、上記加熱源が構成されてもよい。

［天板ユニット］
天板ユニット３０は、蓋体３１と、蓋体３１の内部に配置されたガスヘッド４１とを有する。天板ユニット３０は、チャンバ本体１０の周壁部１２に対して着脱可能に構成されている。

蓋体３１は、金属材料で構成される。蓋体３１と周壁部１２との間にはシールリング３６が装着されている。シールリング３６は、周壁部１２の上面に形成された環状溝に配置される。天板ユニット３０は、チャンバ本体１０の開口部１０ａを被覆するようにシールリング３６を介して周壁部１２の上面に取り付けられる。

ガスヘッド４１は、電極板４２と、シャワープレート４３と、枠部材４４とを有する。枠部材４４は、電極板４２とシャワープレート４３との間に配置され、電極板４２とシャワープレート４３との間にガス貯留室４５を形成する。

シャワープレート４３は、面内に所定の大きさの複数の貫通孔を有する金属板で形成され、ガス貯留室４５に貯留されたガスをステージ１４上の基板Ｗへ向けて各貫通孔から均一に噴出させる。

ガス処理装置１００は、ガスヘッド４１を所定温度に加熱するための加熱源を有する。上記加熱源は、電極板４２の上面に取り付けられた循環通路４６と、循環通路４６へ所定温度の温水を供給する供給ユニットとを有する。循環通路４６は、例えば金属配管で形成され、配管の伝熱作用により電極板４２を加熱する。循環通路４６は、電極板４２の上面で蛇行あるいは渦巻き状に巻回するように引き回される。

上記供給ユニットには、チャンバ本体１０の加熱源２０を構成する供給ユニット２２が用いられる。すなわち本実施形態では、一台の供給ユニット２２で循環通路２１，４６へ温水を供給するように構成されている。これに限られず、循環通路４６へ温水を供給する供給ユニットが別途設けられてもよい。

［ガス供給ライン］
ガス供給ライン５０は、ガス源７０とガスヘッド４１との間に接続され、ガス源７０からガスヘッド４１へ成膜用のプロセスガスを供給する。ガス供給ライン５０は、第１の流路部５１と、第２の流路５２（５２ａ，５２ｂ）とを有する。

第１の流路部５１は、チャンバ本体１０の周壁部１２の内部に設けられる。第１の流路部５１の一端はガス源７０に接続され、その他端はチャンバ本体１０の周壁部１２の上面１２ａに臨んでいる。第１の流路部５１は、周壁部１２の内部に形成された通孔で構成されてもよいし、周壁部１２の内部に埋設された配管で構成されてもよい。

第１の流路部５１は、加熱源２０により周壁部１２と共に所定温度に加熱される。これにより第１の流路部５１を通過するプロセスガス（例えば成膜ガス、反応ガス）の液化あるいは固化を阻止し、安定した流量でガスヘッド４１へプロセスガスを供給することができる。第１の流路部５１の加熱温度は特に限定されず、ガスの種類、蒸気圧等に応じて適宜設定可能である。

本実施形態において第１の流路部５１は、チャンバ本体１０の底部から周壁部１２の上面１２ａに向かって直線的に形成される。これに限られず、流路部５１は、例えば、周壁部１２の全周にわたってステージ１４を囲むようにスパイラル状に形成されてもよいし、周壁部１２の一部の領域内で蛇行するように形成されてもよい。

第１の流路部５１は、単数の流路で構成される場合に限られず、各々並列的に形成された複数の流路で構成されてもよい。本実施形態において第１の流路部５１は、２本の流路５１ａ，５１ｂで構成され、一方の流路５１ａは第１のガス供給源７１に、他方の流路５１ｂは第２のガス供給源７２にそれぞれ接続される。

上述のように本実施形態のガス処理装置１００は、プラズマＣＶＤ法により基板Ｗ上にシリコン酸化膜を形成する成膜装置として構成される。シリコン酸化膜の成膜用ガスとしては種々の原料が採用可能であるが、本実施形態では、TEOS（テトラエトキシシラン）／Ｏ₂の混合ガス、HMDSO（ヘキサメチルジシロキサン）／Ｏ₂の混合ガス等が用いられる。

TOESやHMDSOは、液状の有機原料を気化してガスヘッド４１へ導入される。本実施形態において第１のガス供給源７１は、TEOSやHMDSO等の液体原料を貯留するタンク７１ａと、上記液体原料のガス流量を制御するＭＦＣ（マスフローコントローラ）７１ｂと、開閉弁７１ｃとを有する。液体原料の気化（またはミスト化）する方法は特に限定されず、例えば気化器が用いられる。

一方、第２のガス供給源７２は、酸素ガス（Ｏ₂）を貯留するボンベ７２ａと、マスフローコントローラ７２ｂと、開閉弁７２ｃとを有する。第２のガス供給源７２に接続される流路５１ｂは、図３に示すように、例えば流路５１ａに隣接してチャンバ本体１０の周壁部１２内部に設けられる。

第２の流路部５２は、天板ユニット３０に設けられ、天板ユニット３０がチャンバ本体１０の周壁部１２に取り付けられることで、第１の流路部５１とガスヘッド４１との間を相互に接続する。

本実施形態において第２の流路部５２は、天板ユニット３０の絶縁プレート３５とその上に一体的に固定された電気絶縁性のガイドブロック５６に各々設けられた内部通路５２１と、内部通路５２１とガスヘッド４１との間を連絡する金属配管５２２（５２２ａ，５２２ｂ）とを有する。

内部通路５２１は、絶縁プレート３５とガイドブロック５６に各々形成された通孔で構成されてもよいし、絶縁プレート３５とガイドブロック５６とに各々埋設された配管で構成されてもよい。

金属配管５２２は、ガイドブロック５６とガスヘッド４１との間に架け渡され、電極板４２の上面に近接するように配置される。これにより金属配管５２２は、電極板４２又は循環通路４６からの輻射熱によって所定温度に加熱されるように構成される。これにより金属配管５２２の内部を流れるガスを所定温度に加熱あるいは維持可能となる。

本実施形態において第２の流路部５２は、第１の流路部５１と対応するように２本の流路（５２ａ，５２ｂ）で構成される。これらの流路は、チャンバ本体１０への天板ユニット３０の組み付け時に、第１の流路部５１の各流路５１ａ，５１ｂにそれぞれ接続される。すなわち第２の流路部５２を構成する一方の流路５２ａは、第１の流路部５１を構成する一方の流路５１ａに接続され、第２の流路部５２を構成する他方の流路５２ｂは、第１の流路部５１を構成する他方の流路５１ｂに接続される。この場合、内部通路５２１及び金属配管５２２もまた、各々並列的に形成された２本の通路及び配管で構成される。

本実施形態のガス処理装置１００は、第１の流路部５１と第２の流路部５２との接続部Ｊ（図２，３）を密封するシール部材５５をさらに具備する。接続部Ｊは、チャンバ本体１０の周壁部１２の上面に臨む第１の流路部５１（５１ａ，５１ｂ）の端部と、天板ユニット３０の絶縁プレート３５の下面３５ａに臨む第２の流路部５２（５２ａ，５２ｂ）の端部との間に各々設定される。シール部材５５は、これら各接続部Ｊの周囲を囲む２つのＯリング５５ａ，５５ｂで構成される。Ｏリング５５ａ，５５ｂは、周壁部１２の上面に形成された環状溝にそれぞれ装着されており、チャンバ本体１０と天板ユニット３０との組み立て時に絶縁プレート３５の下面３５ａで押圧されることで、接続部Ｊを外気から密封する。

本実施形態のガス供給ライン５０は、混合タンク５３をさらに有する。混合タンク５３は、２本の金属配管５２２ａ，５２２ｂとガスヘッド４１との間に接続され、２本の金属配管５２２ａ，５２２ｂを介して供給される複数種のプロセスガス（TEOS又はHMDSO及びＯ₂）を混合する。

本実施形態において混合タンク５３は、電極板４２の上面に設置される。図４は、混合タンク５３の一構成例を模式的に示す平面断面図である。

混合タンク５３は、タンク本体５３０と、タンク本体５３０の内部に形成された空間部５３１と、空間部５３１と連通する第１の入口通路５３２ａと、空間部５３１と連通する第２の入口通路５３２ｂと、空間部５３１と連通する出口通路５３３とを有する。第１の入口通路５３２ａは金属配管５２２ａと接続され、第２の入口通路５３２ｂは金属配管５２２ｂと接続される。出口通路５３３は、ガスヘッド４１のガス貯留室４５に連通する通路部５４に接続される。通路部５４は、電極板４２に形成された貫通孔で構成される。

［ガス処理装置の動作］
次に、以上のように構成される本実施形態のガス処理装置１００の動作について説明する。

図１を参照して、ガス処理装置１００は、ステージ１４の上に載置された基板Ｗの表面にシリコン酸化膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置として動作する。

成膜時、チャンバ本体１０の内部空間１１及び天板ユニット３０の収容空間３３は、真空ポンプＰの駆動により所定の減圧雰囲気に排気される。チャンバ本体１０の周壁部１２及びガスヘッド４１は、循環通路２１，４６を循環する温水の熱でそれぞれ所定温度に加熱される。そして、ガス源７０（第１のガス供給源７１及び第２のガス供給源７２）より所定のプロセスガスがガス供給ライン５０を介してガスヘッド４１へ供給される。一方、ガスヘッド４１には高周波電源より所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）及び所定パワーの高周波電力が印加され、シャワープレート４３とステージ１４との間にプロセスガスの容量結合プラズマが形成される。これにより、基板Ｗの表面にシリコン酸化膜が形成される。

本実施形態においてガス供給ライン５０の第１の流路部５１（５１ａ，５１ｂ）は、チャンバ本体１０の周壁部１２の内部に設けられる。周壁部１２は、循環通路２１を循環する温水により所定温度に加熱されているため、第１の流路部５１も当該所定温度に加熱される。したがって第１のガス供給源７１から供給される原料ガス（TEOSガス又はHMDSOガス）は、第１の流路部５１（５１ａ）の途上で液化又は固化することなく第２の流路部５２（５２ａ）へ供給される。また第２のガス供給源７２から供給される酸素ガスは、第１の流路部５１（５１ｂ）を介して第２の流路部５２（５２ｂ）へ導入される。

チャンバ本体１０の加熱温度は、第１の流路部５１における原料ガスの液化等を防止できる温度以上であれば特に限定されない。例えば、原料ガスがTEOSの場合は１２０℃以上に設定され、原料ガスがHMDSOの場合は５０℃以上に設定される。

一方、第２の流路部５２（５２１，５２２）は、チャンバ本体１０からの熱伝導あるいはガスヘッド４１からの輻射熱によって上記所定温度に加熱される。これにより第１の流路部５１から供給される原料ガスは、第２の流路部５２の途上で液化又は固化することなく混合タンク５３へ供給される。

混合タンク５３は、ガスヘッド４１の上の固定されているため、ガスヘッド４１からの熱伝導により所定温度に加熱される。第１のガス供給源７１から供給される原料ガス及び第２のガス供給源７２から供給される反応ガスは、混合タンク５３の空間部５３１に導入されて混合される。混合された成膜ガスは、ガスヘッド４１の通路部５４、ガス貯留室４５及びシャワープレート４３を介してチャンバ本体１０の内部空間１１へ噴出される。成膜ガスは、プラズマ反応によって反応物を生成し、その反応生成物が基板Ｗ上に堆積される。

本実施形態においてガス源７０は、チャンバ本体１０の周壁部１２に内蔵された第１の流路部５１に接続され、ガスヘッド４１は、天板ユニット３０に設けられた第２の流路部５２に接続される。したがってチャンバ本体１０から天板ユニット３０を取り外すことでガスヘッド４１とガス源７０との接続を解除することができる。

本実施形態においては、ガスヘッドが外部配管を介してガス源に接続されている場合と比較して、当該配管系の面倒な解体作業が不要となるため、ガスヘッドをチャンバ本体から容易かつ迅速に分離することが可能となる。

一方、本実施形態のガス処理装置１００においては、天板ユニット３０をチャンバ本体１０へ組み付けることで、ガスヘッド４１がステージ１４上の所定位置に設置されると共に、ガス供給ライン５０を介してガス源７０に接続される。ガス供給ライン５０の第１及び第２の流路部５１，５２は、接続部Ｊにおいて相互に接続され、シール部材５５によって外気から密封される。

本実施形態においては、ガスヘッドが外部配管を介してガス源に接続されている場合と比較して、ガスヘッド組み付け後の配管系の面倒な再接続作業が不要となるため、ガスヘッドの組み付け後すぐに装置を立ち上げることが可能となる。また、ガス供給ライン５０におけるリークの有無を内部空間１１の到達真空度に基づいて判断することができる。したがってヘリウムガス等を用いた配管系のリークテストの実施を不要となる。

以上のように本実施形態によれば、メンテナンス作業性が向上し、装置のダウンタイムやコストを抑えられ、稼働率あるいは生産性の向上を実現することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、プロセスガスとして、TEOSやHMDSO等の樹脂系原料ガス及び酸素ガスを例に挙げて説明したが、これに代えて又はこれに加えて、成膜すべき膜の種類に応じて、シラン（SiH₄）系やゲルマン（GeH₄）等のガス源を用いてもよい。

また以上の実施形態では、ガス処理装置として、プラズマＶＤ装置を例に挙げて説明したが、これに限られず、スパッタ装置やエッチング装置等のようなプロセスガスを必要とする他のガス処理装置にも本発明は適用可能である。

１０…チャンバ本体
１１…内部空間
１２…周壁部
１４…ステージ
２０…加熱源
３０…天板ユニット
３６…シールリング
４１…ガスヘッド
５０…ガス供給ライン
５１…第１の流路部
５２…第２の流路部
５３…混合タンク
５５…シール部材
７０…ガス源
１００…ガス処理装置

Claims (5)

1. 内部空間を形成する周壁部を有するチャンバ本体と、
   前記内部空間へプロセスガスを噴出可能なガスヘッドを有し、前記周壁部に取り付けられる天板ユニットと、
   前記周壁部の内部に設けられ前記プロセスガスの供給源と接続される第１の流路部と、前記天板ユニットに設けられ、前記天板ユニットが前記周壁部に取り付けられることで前記第１の流路部と前記ガスヘッドとの間を相互に接続する第２の流路部と、を有するガス供給ラインと
   を具備するガス処理装置。
2. 請求項１に記載のガス処理装置であって、
   前記周壁部と前記天板ユニットとの間に配置され、前記第１の流路部と前記第２の流路部との接続部を密封するシール部材をさらに具備する
   ガス処理装置。
3. 請求項１又は２に記載のガス処理装置であって、
   前記周壁部と前記ガスヘッドとを加熱可能な加熱源をさらに具備する
   ガス処理装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のガス処理装置であって、
   前記第１及び第２の流路部は、各々並列的に形成された複数の流路をそれぞれ含む
   ガス処理装置。
5. 請求項４に記載のガス処理装置であって、
   前記ガス供給ラインは、前記ガスヘッドと前記第２の流路部との間に接続され前記複数の流路を介して供給される複数種のプロセスガスを混合する混合タンクをさらに有する
   ガス処理装置。

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