JP2533685B2 - 減圧ｃｖｄ用ガス導入装置および該装置の形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、減圧された成膜原料ガス雰囲気中で半導
体基板表面に薄膜を気相成長させる減圧CVD装置に用い
る成膜原料ガス導入装置であって、それぞれ異なる種類
のガスを輸送する複数の配管から、内部が減圧状態に保
たれる真空容器の壁面もしくは真空容器側の固定部材を
貫通して該真空容器内に導入された原料ガスを混合さ
せ、この混合された原料ガスを真空容器内の被成膜基板
表面に供給して、該基板表面に薄膜を気相成長させるガ
ス導入装置の構成と、この構成のガス導入装置を形成す
る方法とに関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種のガス導入装置の構成例を第３図に示
す。この例では、対象とする減圧CVD装置をプラズマCVD
装置としており、真空容器３内にプラズマを形成するた
めのベース電極４の支持部を貫通する配管１および２を
通してそれぞれ原料ガスA,Bがベース電極４前面側の扁
平な円形のバッファポケットに導入されて混合される。
そして圧力が一定に保たれた状態で、多数の細孔が等ピ
ッチで形成されたシャワー電極５から被成膜基板（以下
ウエーハとも記す）９の表面に供給される。従ってこの
例においては、ガス導入装置は、ベース電極４と，シャ
ワー電極５と，両者を結合するねじ８とからなる。

ウエーハ９の表面に薄膜を形成する際には、ウエーハ
が載置された基板台10に内蔵もしくは埋め込まれた加熱
ヒータ11に給電してウエーハを加熱した後、配管1,2を
通して原料ガスA,Bをシャワー電極５からウエーハ９の
表面に供給しつつ、RF電源13から高周波電圧をベース電
極４に印加してシャワー電極５とウエーハ９との間の空
間にプラズマを形成する。なお図中の符号７は、ベース
電極４の支持部を真空フランジ3bから絶縁するための絶
縁ブッシュであり、符号12はねじ棒13を介して基板台10
を上下動させ、シャワー電極５とウエーハ９との間隔を
所望の値に調整するためのモータである。

第４図に従来のガス導入装置の別の構成例を示す。こ
の例では、ベース電極４とシャワー電極５とが作る空間
内にバッファプレート16が設けられ、シャワー電極５か
ら噴射されるまでの原料ガスの混合行程を長くして混合
をより均一化するとともに原料ガスを半径方向に流すこ
とにより、バッファポケット内の圧力を均一化して噴射
流量の面分布を均一化しようとするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３図に示したガス導入装置の場合、シャワー電極に
は細孔が多数均等に分散して形成されているが、配管1,
2を通った原料ガスは直接シャワー電極に当り、シャワ
ー電極からウエーハ表面方向へ一定圧力で原料ガスを噴
射させる目的のバッファポケットがあるものの、直接ガ
ス流が当る電極部分近傍では圧力が高く、従って原料ガ
スの噴出量が多くなる。この結果、通常の薄膜形成の場
合、ウエーハ面の膜厚分布が不均一になる。また、この
問題を解決するために、第４図のようにバッファプレー
トを設け、配管から噴出する原料ガスを一度バッファプ
レートに当て、半径方向に拡散させて圧力を均一にする
ように工夫したものでも、圧力の面分布は十分一様にな
らず、原料ガスの混合状態は第３図と比較して改善され
るものの、膜厚分布は不十分であり、±５％が保証可能
範囲であると考えられる。

第３図および第４図に示すガス導入装置のもうひとつ
の問題点は、成膜時におけるシャワー電極への膜付着で
ある。すなわち、成膜をするとシャッター電極に膜がつ
き原料ガス噴出の細孔がふさがり膜厚分布が大きくなっ
たり、またシャワー電極に付着した膜が剥離してパーテ
ィクルとなり被成膜基板を汚損する。このためシャワー
電極は定期的な洗浄を行う必要がある。従来、シャワー
電極は第３図に示すように外周部を４本以上のねじで固
定されており、取りはずすだけでも時間がかかり、また
ねじは通常皿小ねじあるいは六角穴付きボルトが使用さ
れており、これらのねじの頭部にドライバあるいはレン
チの引掛け溝があるが、この溝が膜で埋まり、ドライバ
等が十分掛からず、取りはずしが困難なことがある。こ
の場合も時間がかかってしまい、ねじの使用には問題が
あった。

この発明の目的は、複数の配管から噴出された原料ガ
スがより均一に混合されるとともに被処理基板表面へ向
けて噴出される混合ガスの噴出量面分布がより均一化さ
れるガス導入装置の構成と、この構成の装置を形成する
方法とを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明においては、そ
れぞれ異なる種類のガスを輸送する複数の配管から、内
部が減圧状態に保たれる真空容器の壁面もしくは真空容
器側の固定部材を貫通して該真空容器内に導入された原
料ガスを混合させ、この混合された原料ガスを真空容器
内の被成膜基板表面に供給して、該基板表面に薄膜を気
相成長させるガス導入装置を、それぞれ円板状に形成さ
れ前記各配管から流出するガスをそれぞれ面上に受けて
周方向等間隔に形成された複数の孔に均等に分配する，
前記配管と同数のセパレータ板と、該それぞれのセパレ
ータ板の前記複数の孔から流出するガスを混合させる第
１の空間を形成するための混合スペーサと、前記第１の
空間内の混合ガスを整流する多数の細孔が形成された第
１の整流プレートと、該第１の整流プレートから流出す
るガスの混合状態をより均一化する第２の空間を形成す
るための第２の混合スペーサと、前記第２の空間内の混
合ガスを整流する多数の細孔が形成された第２の整流プ
レートと、前記第２の整流プレートの外径より小径の孔
を有するリング状体として形成され前記セパレータ板か
ら第２の整流プレートに到るすべての部材中少なくとも
セパレータ板を除く部材を積層状態に真空容器の壁面も
しくは真空容器側の固定部材に保持する押さえ板と、を
備えた装置とするものとする。そして、この装置の形成
は、セパレータ板から第２の整流プレートに到るすべて
の部材を上記の順に同軸に、かつ各セパレータ板に周方
向等間隔に形成されセパレータ板の面上に受けたガスが
均等に分配される複数の孔が軸方向に重ならないように
かつすべてのセパレータ板を互いに密着させて積層し、
リング状体として形成された押さえ板を用いて被成膜基
板と対向する真空容器の壁面もしくは真空容器側の固定
部材に保持することにより行うものとする。そして、こ
の装置を、真空容器の壁面もしくは真空容器側の固定部
材に着脱可能に形成され装着状態でセパレータ板から第
２の整流板に到るすべての部材を同軸に、かつ少なくと
も第１の混合スペーサから第２の整流プレートに到るす
べての部材を軸方向に出し入れ可能に収容する，カメラ
マウントを有するリング状のベースマウントと、および
リング状体として形成される押さえ板として、該ベース
マウントと嵌まり合うカメラマウントを有し回転により
前記ベースマウントに着脱される押さえリングを備えた
装置とすれば好適である。

〔作用〕

ガス導入装置を上述のように形成することにより、各
セパレータ板に周方向等間隔に形成された複数の孔は、
軸方向にみて周方向均一に分散して存在し、各セパレー
タ板の面上に受けた、それぞれ異なる原料ガスが周方向
均一に分散して第１の空間内へ噴出され、第１の空間内
で一様に空間中央部へ向かいつつ混合され、かつ、この
空間内の圧力を一定値に高める。そして、第１の空間内
で混合された原料ガスは、第１の整流プレートに均等に
分散して形成された同一径の細孔から、細孔の数に分流
して層流状態で第２の空間内へ噴出され、ここで各細孔
から噴出されたガス領域相互間の空間を埋めながらガス
が混合され、混合の均一度をさらに増しつつ空間内の圧
力を一定値に高める。この混合されたガスはさらに、多
数の同径の細孔が均一に分散形成された第２の整流プレ
ートから、細孔により分流されて被成膜基板表面へ向け
て噴出し、基板前面側空間内でさらに混合の均一度を増
しつつ定流量で、かつ流量の面分布が均一な状態で基板
表面へ導かれる。

また、ガス導入装置を、真空容器の壁面もしくは真空
容器側の固定部材に着脱可能に形成され装着状態でセパ
レータ板から第２の整流板に到るすべての部材を同軸
に、かつ少なくとも第１の混合スペーサから第２の整流
プレートに到るすべての部材を軸方向に出し入れ可能に
収容する，カメラマウントを有するリング状のベースマ
ウントと、およびリング状体として形成される押さえ板
として、該ベースマウントと嵌まり合うカメラマウント
を有し回転により前記ベースマウントに着脱される押さ
えリングを備えた装置とし、装置を形成する際にセパレ
ータ板を真空容器の壁面もしくは真空容器側の固定部材
に互いに密着状態に取り付けた後、ベースマウントを真
空容器の壁面もしくは真空容器側の固定部材に取り付
け、このベースマウントに残りの構成部材を同軸に収容
し、ベースマウントのカメラマウントと押さえリングの
カメラマウントとを嵌め合わせて押さえリングを回転し
てベースマウントに取り付けることによりガス導入装置
が形成され、また、メンテナンス時の構成部材の取り出
しも押さえリングを回転して取り外すだけで容易に行わ
れ、多くのねじを取り外す必要のある従来装置と比べ、
メンテナンス時間を大幅に短縮することができる。ま
た、ベースマウントを真空容器の壁面もしくは真空容器
側の固定部材に取り付けているねじは押さえリングに隠
され、ねじに膜が付着せず、ベースマウントを取り外す
必要が生じた際にも取り外しが著しく容易になる。

〔実施例〕

第１図に本発明によるガス導入装置構成の一実施例を
分解斜視図で示し、第２図にこの装置を含む減圧CVD装
置の成膜処理部の全体構成を示す。まず、第２図によ
り、この成膜処理部の全体構成を説明する。

真空容器43は容器本体43aと，上部フランジ43bと，下
部フランジ43cを主要部材として構成され、下部フラン
ジ43cには金属ベローズ15を介して基板台10が上下動可
能に結合され、図示されない駆動モータ（第３図の符号
12参照）により上下方向に直線駆動される。基板台10の
上面はウエーハ９が定位置に載置できるよう、ウエーハ
９の外径に合わせて凹面が形成されている。ウエーハ９
はここに図示されていないウエーハ搬送装置により容器
本体3aと図示されないロードロック室との間のゲートバ
ルブを開いて図の左右方向に自由に出し入れが可能であ
る。上部フランジ43bには絶縁リング14を介して台44が
取り付けられている。この台44の上面には、原料ガスを
輸送する，原料ガスの種類と同数の配管，ここでは２本
の配管1,2が絶縁物を介して取り付けられている。原料
ガス17,18はそれぞれ別に設けられたガスボンベ等から
供給される。配管1,2と台44とはＯリングで真空シール
され、台44には原料ガス17,18を通す貫通孔が形成され
ている。ここで、後述のガス導入の説明上の便宜のた
め、配管１を通る原料ガス17をガスA,配管２を通る原料
ガス18をガスＢと呼ぶこととする。

台44にはプラズマ放電を起こさせるためのRF電源に接
続される端子導体45が取り付けてある。台44の真空側に
は、後で説明するセパレータ板，第１の混合スペーサ，
第１の整流プレート，第２の混合スペーサ，シャワー電
極31を構成する第２の整流プレートで構成したガス導入
装置100が取り付けられている。台44,真空容器43の間は
Ｏリングで真空シールし、別に設けている真空ポンプに
より真空容器43内が真空引きされる。

ここで簡単に、上記成膜処理部における成膜手順につ
き説明する。

真空容器43内はあらかじめ真空に引かれ、別に設けた
ウエーハ搬送装置によりウエーハを基板台10の上面に載
置する。基板台10はあらかじめ400℃などの設定温度に
保たれており、ウエーハ９を昇温する。ウエーハが基板
台10の上面に載置されると、基板10は上下駆動装置によ
り上昇し、シャワー電極31と設定すき間を保ち停止す
る。ウエーハ９の温度が一定になると、RF電源から端子
導体45を介して高周波，例えば13.56MHzの電圧を台44に
印加する。つづいて、配管1,2から所定の原料ガスA,Bを
導入し、ガス導入装置を通過させると、定圧混合，整流
された原料ガスがシャワー電極31から噴出され、これに
より原料ガスのプラズマが発生して原料ガスが活性化さ
れ、ウエーハ９の表面に膜付けされる。所定時間原料ガ
スを流し成膜を終了させる。

次にガス導入装置について説明する。

第１図において、組立ての基準となる台44に、それぞ
れ面上に受けたガスＡおよびガスＢを半径方向に分配す
るためのセパレータ板20およびセパレータ板21が２枚合
わさり取付けねじ22により保持される。セパレータ板20
には、中心から半径方向に適宜の幅の溝23が放射状に形
成され、その端部に貫通孔24が形成されてガスＡが流出
する経路を構成する。同時に、セパレータ板21にも円形
の溝と，この円形の溝から半径方向に放射状に延びる，
セパレータ板20の溝と同数の溝が形成され、これらの溝
の先端部にそれぞれ貫通孔26が形成されている。また、
セパレータ板21の中心には、ガスＡをセパレータ板20の
面上へ導くための小孔が形成されている。そしてセパレ
ータ板20には、セパレータ板21から流出するガスＢを下
方へ通過させるための孔27が形成されている。

次に第１の混合スペーサ28について説明する。このス
ペーサは、セパレータ板20を通ってきたガスＡと，セパ
レータ板21を通ってきたガスＢとが均一に混合される空
間を形成するために設けられているものである。ガスＡ
とガスＢとは、それぞれセパレータ板20とセパレータ板
21との周方向の複数の孔へ分流された後、セパレータ板
21と，第１の混合スペーサ28と，以下に説明する第１の
整流プレート29とで形成される空間に流入してここで混
合され、空間内を一定圧まで圧力上昇させる。

第１の整流プレート29には、例えば0.5mm径の細孔が
均一に精度よく配置されている。第１の整流プレート29
は、前記空間内で混合された原料ガスを細孔を通る流れ
に分流し、層流にして流出させる。第１の整流プレート
29と第２の整流プレート31との間には、第２の混合スペ
ーサ30を用いて1mmないし3mmの高さの空間が形成されて
おり、層流となって流入した原料ガスはここでも均一に
混合されつつ定圧化され、シャワー電極を構成する第２
の整流プレート31に形成された，例えば0.5mm径の細孔
から層流となって噴出される。

第１の混合スペーサ28と第２の混合スペーサ30とは径
方向の寸法を同一に形成され、その内径がセパレータ板
20,21の外径よりもわずかに大きく形成されている。従
って第２の整流プレート31と，第２の混合スペーサ30
と，第１の整流プレート29と，第１の混合スペーサ28と
は同軸に重なり合って台44と接するようになる。また、
ベースマウント32は、原料ガスが前記の部材31,30,29,2
8の外周面側から流出しないように、これらの部材を収
容する内周面を、これらの部材の外周面全周にわたりこ
れらの部材とほぼ密に接する大きさに形成され、取付け
ねじ33により台44に取り付けられる。

ベースマウント32にはレンズカメラによく用いられて
いる３個の爪状のカメラマウント35が設けられている。
ベースマウント32と組み合わされて第２の整流プレート
31の周縁部を支持し、第２の整流プレート31から第１の
混合スペーサ28に到る部材の抜け止めを行う押さえリン
グ34には、ベースマウント32の爪状カメラマウントと嵌
まり合う溝状カメラマウント36が形成され、その軸方向
端部に、爪状のカメラマウント35を格納するリング溝が
ある。従って押さえリング34の溝状カメラマウント36は
ベースマウント32の爪状カメラマウント35と嵌め合わさ
れた後、押さえリング34を回すことにより、押さえリン
グ34はベースマウント32に保持され、シャワー電極を構
成する第２の整流プレート31を含む上方部材の落下を防
止する。

なお、以上の説明では、本発明のガス導入装置が取り
付けられる減圧CVD装置をプラズマCVD装置としている
が、本発明のガス導入装置は熱CVD装置にももちろん適
用でき、また、原料ガスがあらかじめ混合された状態で
１本の配管から供給される場合のウエーハ表面への供給
量の面分布を一様にするためのガス導入装置としても適
用可能なことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、ガス導入
装置を上述のような部材で構成し、上述のような形成方
法に従って形成したので、この装置から噴出される原料
ガスの噴出量の面分布が均一化されるとともに、原料ガ
スの混合状態が従来と比べてはるかに均一化され、ウエ
ーハ表面に形成される薄膜の膜厚分布を、成膜速度を損
なうことなく、３％以内とすることが可能となった。ま
た、成膜時に表面が汚損される第２の整流プレートの交
換を、カメラマウント方式の押さえリングを着脱して行
うこととしたので、従来のような取付けねじが不必要と
なり、メンテナンス時間の短縮と、分解の困難に伴うト
ラブルを解消することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるガス導入装置の構成を
示す分解斜視図、第２図は第１図に示したガス導入装置
が取り付けられた減圧CVD装置の成膜処理部の全体構成
例を示す側面断面図、第３図および第４図はそれぞれ従
来のガス導入装置の異なる構成例を示す成膜処理部の全
体および部分断面図である。 1,2:配管、3,43:真空容器、6,100:ガス導入装置、9:被
成膜基板（ウエーハ）、17:ガスＡ（原料ガス）、18:ガ
スＢ（原料ガス）、20:セパレータ板（ガスＡ用）、21:
セパレータ（ガスＢ用）、28:第１の混合スペーサ、29:
第１の整流プレート、30:第２の混合スペーサ、31:第２
の整流プレート（シャワー電極）、32:ベースマウン
ト、34:押さえリング、35,36:カメラマウント。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野地 恭弘 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ異なる種類のガスを輸送する複数
   の配管から、内部が減圧状態に保たれる真空容器の壁面
   もしくは真空容器側の固定部材を貫通して該真空容器内
   に導入された原料ガスを混合させ、この混合された原料
   ガスを真空容器内の被成膜基板表面に供給して、該基板
   表面に薄膜を気相成長させるガス導入装置において、そ
   れぞれ円板状に形成され前記各配管から流出するガスを
   それぞれ面上に受けて周方向等間隔に形成された複数の
   孔に均等に分配する，前記配管と同数のセパレータ板
   と、該それぞれのセパレータ板の前記複数の孔から流出
   するガスを混合させる第１の空間を形成するための混合
   スペーサと、前記第１の空間内の混合ガスを整流する多
   数の細孔が形成された第１の整流プレートと、該第１の
   整流プレートから流出するガスの混合状態をより均一化
   する第２の空間を形成するための第２の混合スペーサ
   と、前記第２の空間内の混合ガスを整流する多数の細孔
   が形成された第２の整流プレートと、前記第２の整流プ
   レートの外径より小径の孔を有するリング状体として形
   成され前記セパレータ板から第２の整流プレートに到る
   すべての部材中少なくともセパレータ板を除く部材を積
   層状態に真空容器の壁面もしくは真空容器側の固定部材
   に保持する押さえ板と、を備えたことを特徴とする減圧
   CVD用ガス導入装置。
2. 【請求項２】請求項第１項に記載のガス導入装置を形成
   する方法であって、セパレータ板から第２の整流プレー
   トに到るすべての部材を請求項第１項に記載の順に同軸
   に、かつ各セパレータ板に周方向等間隔に形成されセパ
   レータ板の面上に受けたガスが均等に分配される複数の
   孔が軸方向に重ならないようにかつすべてのセパレータ
   板を互いに密着させて積層し、リング状体として形成さ
   れた押さえ板を用いて被成膜基板と対向する真空容器の
   壁面もしくは真空容器側の固定部材に保持して形成する
   ことを特徴とする減圧CVD用ガス導入装置の形成方法。
3. 【請求項３】請求項第１項に記載のガス導入装置におい
   て、真空容器の壁面もしくは真空容器側の固定部材に着
   脱可能に形成され装着状態でセパレータ板から第２の整
   流板に到るすべての部材を同軸に、かつ少なくとも第１
   の混合スペーサから第２の整流プレートに到るすべての
   部材を軸方向に出し入れ可能に収容する，カメラマウン
   トを有するリング状のベースマウントと、およびリング
   状体として形成される押さえ板として、該ベースマウン
   トと嵌まり合うカメラマウントを有し回転により前記ベ
   ースマウントに着脱される押さえリングを備えてなるこ
   とを特徴とする減圧CVD用ガス導入装置。