JP3311358B2 - ガス拡散板組立体、ｃｖｄ装置並びにガス拡散板とｃｖｄ反応室の高周波プラズマ洗浄装置とを同時に備えた化学的気相成長（ｃｖｄ）法に用いられる装置 - Google Patents
ガス拡散板組立体、ｃｖｄ装置並びにガス拡散板とｃｖｄ反応室の高周波プラズマ洗浄装置とを同時に備えた化学的気相成長（ｃｖｄ）法に用いられる装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明は、化学的気相成長（CVD）に用いられるガス
拡散板組立体、CVD装置並びにガス拡散板とCVD反応室の
高周波プラズマ洗浄装置とを同時に備えた化学的気相成
長法に用いられる装置に関する。
拡散板組立体、CVD装置並びにガス拡散板とCVD反応室の
高周波プラズマ洗浄装置とを同時に備えた化学的気相成
長法に用いられる装置に関する。
発明の背景 CVD法、特にタングステンCVD法においては、一般的
に、反応ガスを分散させるために、反応ガスが析出され
るウェーハ上に多孔ガス拡散板を配置することが行われ
ている。しかし、このような組立体を用いたときに、ガ
ス拡散板それ自体の表面及び反応室内の表面にタングス
テン（或いはその他の材料）の望ましくない析出が起こ
る問題点がある。析出した材料の粒子がその後のCVD工
程中にウェーハ上に拡散板から落下する可能性もあり、
それによって最終製品に好ましくない影響を及ぼすこと
になる。したがって、そのような析出が起こらないよう
に拡散板を清潔に維持することが必要である。これを実
行する方法の一つは、拡散板の温度の精密の制御によ
り、望ましくない析出を完全に阻止するようすることで
ある。しかしながら、事前の予防措置にかかわらず、望
ましくない析出がウェーハ支持板（加熱用サセプタ）を
含むCVD反応室のその他の表面上によく発生するので、C
VD反応室に発生する高周波プラズマを用いた洗浄をしば
しば行わなければならなかった。これを行うためには、
高周波電極として、ガス拡散板を使用することが知られ
ている。
に、反応ガスを分散させるために、反応ガスが析出され
るウェーハ上に多孔ガス拡散板を配置することが行われ
ている。しかし、このような組立体を用いたときに、ガ
ス拡散板それ自体の表面及び反応室内の表面にタングス
テン（或いはその他の材料）の望ましくない析出が起こ
る問題点がある。析出した材料の粒子がその後のCVD工
程中にウェーハ上に拡散板から落下する可能性もあり、
それによって最終製品に好ましくない影響を及ぼすこと
になる。したがって、そのような析出が起こらないよう
に拡散板を清潔に維持することが必要である。これを実
行する方法の一つは、拡散板の温度の精密の制御によ
り、望ましくない析出を完全に阻止するようすることで
ある。しかしながら、事前の予防措置にかかわらず、望
ましくない析出がウェーハ支持板（加熱用サセプタ）を
含むCVD反応室のその他の表面上によく発生するので、C
VD反応室に発生する高周波プラズマを用いた洗浄をしば
しば行わなければならなかった。これを行うためには、
高周波電極として、ガス拡散板を使用することが知られ
ている。
従来、ガス拡散板に一体的に設けられた導管又はガス
拡散板上に設けられた金属管を介してガス拡散板に空気
或いは冷却水を接触させることにより、ガス拡散板の温
度を制御することが知られている。または、ガス拡散板
が載置されている空冷或いは水冷の放熱板を介して間接
的に放熱を行うようにすることが知られている。何れの
場合でも、温度制御の方法によってガス拡散板上での望
ましくない析出を阻止することは、 １） ウェーハからガス拡散板への高能率の放射エネル
ギの放射、 ２） ガス拡散板を通じてガス流動パターンを乱すこと
なく温度制御を得ること、 ３） 金属管中であれ、導管中であれ、反応室の内部に
冷却用の液体を導入することなく温度制御を行うこと、 ４） ガス拡散板を均等に冷却すること、 ５） 許容範囲内にガス拡散の温度を制御する十分な冷
却率を得ること の点において幾つかの問題点がある。
拡散板上に設けられた金属管を介してガス拡散板に空気
或いは冷却水を接触させることにより、ガス拡散板の温
度を制御することが知られている。または、ガス拡散板
が載置されている空冷或いは水冷の放熱板を介して間接
的に放熱を行うようにすることが知られている。何れの
場合でも、温度制御の方法によってガス拡散板上での望
ましくない析出を阻止することは、 １） ウェーハからガス拡散板への高能率の放射エネル
ギの放射、 ２） ガス拡散板を通じてガス流動パターンを乱すこと
なく温度制御を得ること、 ３） 金属管中であれ、導管中であれ、反応室の内部に
冷却用の液体を導入することなく温度制御を行うこと、 ４） ガス拡散板を均等に冷却すること、 ５） 許容範囲内にガス拡散の温度を制御する十分な冷
却率を得ること の点において幾つかの問題点がある。
英国特許出願−Ａ−2219311には、本体とは反対側に
配置した半導体ウェーハ上にプロセスガスを本体中に供
給するガス注入用アタッチメント及びプロセスガスを放
出するための放出用アタッチメントを本体の相対向する
位置に設けたものが記載している。冷却用の導管はガス
注入機械及びガス放出機構が設けられた下方側の本体の
底部側に配置されている。したがって、その出願に記載
される事項は、上述した従来例の一例である。その他の
例として、米国特許第14743570号、第5232508号、第500
0113号に記載されたものがある。
配置した半導体ウェーハ上にプロセスガスを本体中に供
給するガス注入用アタッチメント及びプロセスガスを放
出するための放出用アタッチメントを本体の相対向する
位置に設けたものが記載している。冷却用の導管はガス
注入機械及びガス放出機構が設けられた下方側の本体の
底部側に配置されている。したがって、その出願に記載
される事項は、上述した従来例の一例である。その他の
例として、米国特許第14743570号、第5232508号、第500
0113号に記載されたものがある。
上述したように、高周波プラズマ洗浄用の高周波電極
としてガス拡散板を使用するときには、ガス拡散板上の
冷却用の導管を高周波導体として用い、反応室の残りの
部分からは電気的に絶縁する必要がある。一方、絶縁し
た電力タップは、反応室の壁面を通過し、且つ絶縁した
ガス拡散板に接している。後者の場合には、冷却用導管
は反応室の残部とは電気的に絶縁してなくてはならな
い。加熱したウェーハ感知板及びガス拡散板それ自身を
高周波洗浄する目的のためよく温度制御されたガス拡散
板に高周波電源を供給するときに幾つかの問題点が生ず
る。これらの問題点は以下のようなものである。
としてガス拡散板を使用するときには、ガス拡散板上の
冷却用の導管を高周波導体として用い、反応室の残りの
部分からは電気的に絶縁する必要がある。一方、絶縁し
た電力タップは、反応室の壁面を通過し、且つ絶縁した
ガス拡散板に接している。後者の場合には、冷却用導管
は反応室の残部とは電気的に絶縁してなくてはならな
い。加熱したウェーハ感知板及びガス拡散板それ自身を
高周波洗浄する目的のためよく温度制御されたガス拡散
板に高周波電源を供給するときに幾つかの問題点が生ず
る。これらの問題点は以下のようなものである。
１） ガス拡散板上で高周波電源から反応室の残部を絶
縁すること。
縁すること。
２） 温度制御システムに影響を与えることなくガス拡
散板上に均等に高周波電源を供給するために高周波電源
の入力位置を決めること。
散板上に均等に高周波電源を供給するために高周波電源
の入力位置を決めること。
３） 電気抵抗による大きな高周波電源の損失を発生さ
せることなく供給を行うこと。
せることなく供給を行うこと。
本発明は、ガス拡散板の温度制御に関して、上述した
種々の問題点を解決するように構成されたものである。
種々の問題点を解決するように構成されたものである。
発明の概要 本発明に係るガス拡散板組立体は、気相成長（CVD）
装置に用いられるガス拡散板を備えるものであって、こ
の組立体がCVD装置に適用される拡散板の温度制御用に
ガス拡散板に植立されたヒートパイプを備える。
装置に用いられるガス拡散板を備えるものであって、こ
の組立体がCVD装置に適用される拡散板の温度制御用に
ガス拡散板に植立されたヒートパイプを備える。
本発明は、ガス拡散板組立体とCVD反応室の高周波プ
ラズマ洗浄装置を組み合わせ気相成長（CVD）法に用い
る装置として構成してもよく、その装置は、CVD装置に
用いるためのガス拡散板、高周波電極としても機能する
ガス拡散板、CVD装置において拡散板の温度を制御する
ためのガス拡散板に取り付けられたヒートパイプ、高周
波電極に取り付けられた高周波電源供給の入力リード線
として機能するヒートパイプ、高周波電源に高周波電源
供給用の入力リード線を結合するための手段を備えてい
る。
ラズマ洗浄装置を組み合わせ気相成長（CVD）法に用い
る装置として構成してもよく、その装置は、CVD装置に
用いるためのガス拡散板、高周波電極としても機能する
ガス拡散板、CVD装置において拡散板の温度を制御する
ためのガス拡散板に取り付けられたヒートパイプ、高周
波電極に取り付けられた高周波電源供給の入力リード線
として機能するヒートパイプ、高周波電源に高周波電源
供給用の入力リード線を結合するための手段を備えてい
る。
すなわち、本発明は、ガス拡散板組立体を改良するも
のである。この本発明のガス拡散板組立体は、ガス拡散
板（高周波電極）に植立された管（高周波電源入力）の
形態を備える高周波プラズマ洗浄装置としても有用であ
る。
のである。この本発明のガス拡散板組立体は、ガス拡散
板（高周波電極）に植立された管（高周波電源入力）の
形態を備える高周波プラズマ洗浄装置としても有用であ
る。
本発明は、ガス拡散板の冷却及び高周波プラズマ洗浄
のための従来の装置に比し多くの利点を有する。特に、
本発明の装置を使用してのガス拡散板の冷却は、実質的
に均等に行われ、反応室内に液体は導入されることがな
く、したがって反応室内での漏洩の危険を防止してい
る。加えて、拡散板に通じるガス流動妨害は最小限に止
められており、冷却効率はヒートパイプの直接の液体冷
却により最適化されている。更に、高周波入力部として
植立された管を用いることにより、高周波入力抵抗を極
小にしており、電気的絶縁は単一の入力によってより容
易に行われる。
のための従来の装置に比し多くの利点を有する。特に、
本発明の装置を使用してのガス拡散板の冷却は、実質的
に均等に行われ、反応室内に液体は導入されることがな
く、したがって反応室内での漏洩の危険を防止してい
る。加えて、拡散板に通じるガス流動妨害は最小限に止
められており、冷却効率はヒートパイプの直接の液体冷
却により最適化されている。更に、高周波入力部として
植立された管を用いることにより、高周波入力抵抗を極
小にしており、電気的絶縁は単一の入力によってより容
易に行われる。
上記の利点は、本発明の改良されたガス拡散板組立体
及び高周波電極を使用することによって達成される。本
発明の一態様では、改良されたガス拡散板組立体は、CV
D装置に使用するためのガス拡散板及びCVD装置の間にガ
ス拡散板の温度制御のためにガス拡散板に取り付けられ
たヒートパイプを有している。好ましい実施例におい
て、ヒートパイプ又は高周波入力部は、ガス拡散板に取
り付けられており、その組立体は、更に反応室の内部及
びガス分散部品の高周波プラズマ洗浄装置の間に、過剰
なプラズマが形成されるのを阻止するためヒートパイプ
の一部分を少なくとも囲む絶縁チューブが設けられてい
る。ヒートパイプは、一般的にはガス拡散板の上表面と
直角に、そして上向きに（すなわち、ウェーハ支持板の
反対側の表面に）且つ拡散板の軸と同軸に延長されてい
る。
及び高周波電極を使用することによって達成される。本
発明の一態様では、改良されたガス拡散板組立体は、CV
D装置に使用するためのガス拡散板及びCVD装置の間にガ
ス拡散板の温度制御のためにガス拡散板に取り付けられ
たヒートパイプを有している。好ましい実施例におい
て、ヒートパイプ又は高周波入力部は、ガス拡散板に取
り付けられており、その組立体は、更に反応室の内部及
びガス分散部品の高周波プラズマ洗浄装置の間に、過剰
なプラズマが形成されるのを阻止するためヒートパイプ
の一部分を少なくとも囲む絶縁チューブが設けられてい
る。ヒートパイプは、一般的にはガス拡散板の上表面と
直角に、そして上向きに（すなわち、ウェーハ支持板の
反対側の表面に）且つ拡散板の軸と同軸に延長されてい
る。
従来から知られているように、ガス拡散板は、多くの
ガス拡散孔を有する。本発明に係るガス拡散板組立体で
は、植立されたヒートパイプは絶縁管を支えるためのガ
ス拡散板の上表面に隣接し且つ平行で、円形の支持フラ
ンジを備えている。この配置により、ガス拡散用のホー
ルパターンは、支持フランジの下方に広がり、この結
果、ガス流動障害が最小限となるようにしている。好ま
しい実施例では、改良されたガス拡散板組立体は、CVD
装置の中でガス分散カバーを貫通するので、ヒートパイ
プを密封するためのシール部分を更に備えている。加え
て、本発明に係る組立体は、反応室の外側でヒートパイ
プの部分の回りに付着させた非導電性の冷却ジャケット
を有している。冷却用ジャケットは、ヒートパイプから
の熱を放熱するために、冷却液体が流れる入口及び出口
を備えている。最終的には、ガス拡散板の下表面（例え
ば、取り付けられたヒートパイプの反対側の表面）に、
CVD加工中の過剰な放射エネルギ熱の増加を防止するた
め、高度に研磨した最終物を供給することが好ましい。
このことはガス拡散板の温度を更に正確に制御すること
に役立つ。
ガス拡散孔を有する。本発明に係るガス拡散板組立体で
は、植立されたヒートパイプは絶縁管を支えるためのガ
ス拡散板の上表面に隣接し且つ平行で、円形の支持フラ
ンジを備えている。この配置により、ガス拡散用のホー
ルパターンは、支持フランジの下方に広がり、この結
果、ガス流動障害が最小限となるようにしている。好ま
しい実施例では、改良されたガス拡散板組立体は、CVD
装置の中でガス分散カバーを貫通するので、ヒートパイ
プを密封するためのシール部分を更に備えている。加え
て、本発明に係る組立体は、反応室の外側でヒートパイ
プの部分の回りに付着させた非導電性の冷却ジャケット
を有している。冷却用ジャケットは、ヒートパイプから
の熱を放熱するために、冷却液体が流れる入口及び出口
を備えている。最終的には、ガス拡散板の下表面（例え
ば、取り付けられたヒートパイプの反対側の表面）に、
CVD加工中の過剰な放射エネルギ熱の増加を防止するた
め、高度に研磨した最終物を供給することが好ましい。
このことはガス拡散板の温度を更に正確に制御すること
に役立つ。
また、他の実施例では、本発明は改良されたガス拡散
板組立体とCVD反応室を洗浄する高周波プラズマ装置の
組み合わせから成り立っている。この実施例は、化学的
気相成長に使用するためのガス拡散板を備え、このガス
拡散板は高周波プラズマ洗浄のための高周波電極として
機能する。ヒートパイプはCVD工程中に拡散板の温度を
制御するためにガス拡散板に取り付けられており、パイ
プもまた高周波電極に取り付けられている高周波電源の
入力リード線として作用している。更に、この装置は高
周波電源に、高周波電源の入力リード線を接続するため
の手段をも備えている。本発明のこの実施例は、プラズ
マ化学的気相成長法（PECVD）に使用できることが可能
である。
板組立体とCVD反応室を洗浄する高周波プラズマ装置の
組み合わせから成り立っている。この実施例は、化学的
気相成長に使用するためのガス拡散板を備え、このガス
拡散板は高周波プラズマ洗浄のための高周波電極として
機能する。ヒートパイプはCVD工程中に拡散板の温度を
制御するためにガス拡散板に取り付けられており、パイ
プもまた高周波電極に取り付けられている高周波電源の
入力リード線として作用している。更に、この装置は高
周波電源に、高周波電源の入力リード線を接続するため
の手段をも備えている。本発明のこの実施例は、プラズ
マ化学的気相成長法（PECVD）に使用できることが可能
である。
この装置を構成する高周波プラズマ洗浄装置におい
て、ガス拡散板は高周波電極として用いられ、植立した
管（ヒートパイプチューブ）は電極に取り付けられた高
周波電源の入力リード線として機能する。更に、この装
置は、高周波電源に入力リード線を接続する手段を備え
ている。好ましい実施例では、高周波プラズマ洗浄中に
過剰な高周波プラズマ洗浄を防止し、且つ入力リード線
とCVD反応容器との間の電気的短絡を防ぐため、少なく
とも高周波電源入力リード線の一部分を覆う１個以上の
絶縁体チューブを有している。更に、高周波プラズマ洗
浄装置は、CVD反応容器に高周波電極を取り付ける手段
を備えている。この取付手段は、好ましくは反応容器か
ら電極を絶縁するための石英リングを備えし、かつ更
に、容器からの電極を確実に絶縁するため、多重ペアの
組合せセラミック絶縁体から構成されている。
て、ガス拡散板は高周波電極として用いられ、植立した
管（ヒートパイプチューブ）は電極に取り付けられた高
周波電源の入力リード線として機能する。更に、この装
置は、高周波電源に入力リード線を接続する手段を備え
ている。好ましい実施例では、高周波プラズマ洗浄中に
過剰な高周波プラズマ洗浄を防止し、且つ入力リード線
とCVD反応容器との間の電気的短絡を防ぐため、少なく
とも高周波電源入力リード線の一部分を覆う１個以上の
絶縁体チューブを有している。更に、高周波プラズマ洗
浄装置は、CVD反応容器に高周波電極を取り付ける手段
を備えている。この取付手段は、好ましくは反応容器か
ら電極を絶縁するための石英リングを備えし、かつ更
に、容器からの電極を確実に絶縁するため、多重ペアの
組合せセラミック絶縁体から構成されている。
本発明の更に他の特徴及び利点は、図面とともに説明
される発明の詳細な説明から当業者において一層明らか
にされるであろう。
される発明の詳細な説明から当業者において一層明らか
にされるであろう。
図面の簡単な説明 図は、本発明が適用されたCVD反応室の一部を破断し
て示す断面図である。
て示す断面図である。
発明の詳細な説明 図を参照して説明すると、真空反応室を区画するCVD
装置のハウジング10を備え、これに本発明に係る装置12
が組み込まれている。図示するように、装置12は、ここ
で開示する各実施例のために本発明の全ての態様を包含
している。以下に記載する幾つかの特徴は、本発明の全
部ではないが、１以上の実施例に関係していることは当
業者には理解されているであろう。
装置のハウジング10を備え、これに本発明に係る装置12
が組み込まれている。図示するように、装置12は、ここ
で開示する各実施例のために本発明の全ての態様を包含
している。以下に記載する幾つかの特徴は、本発明の全
部ではないが、１以上の実施例に関係していることは当
業者には理解されているであろう。
第１の実施例では、ガス拡散板14には、ヒートパイプ
取付軸16が設けられている。好ましくは、ヒートパイプ
取付軸16は、熱伝導効率を増加するためにガス拡散板14
の上表面18の中心に位置し、かつ一体的に組み合わせて
いる。ヒートパイプ20は、ヒートパイプ取付軸16及びヒ
ートパイプを一定の長さとなるように連結される細管22
を備えている。24は、その溶着部を示す。ガス拡散板14
と一体に連結されたヒートパイプ取付軸16及びヒートパ
イプ用の細管22は、6061 T6アルミニウムのような高熱
伝導性の材料を用いることが望ましい。更に、ニッケル
200のような、その他の高熱伝導性の材料を使用するこ
とができることを当業者は理解するであろう。
取付軸16が設けられている。好ましくは、ヒートパイプ
取付軸16は、熱伝導効率を増加するためにガス拡散板14
の上表面18の中心に位置し、かつ一体的に組み合わせて
いる。ヒートパイプ20は、ヒートパイプ取付軸16及びヒ
ートパイプを一定の長さとなるように連結される細管22
を備えている。24は、その溶着部を示す。ガス拡散板14
と一体に連結されたヒートパイプ取付軸16及びヒートパ
イプ用の細管22は、6061 T6アルミニウムのような高熱
伝導性の材料を用いることが望ましい。更に、ニッケル
200のような、その他の高熱伝導性の材料を使用するこ
とができることを当業者は理解するであろう。
ガス拡散板14は、CVD工程中に万遍なく反応ガスを配
分するために、ガス拡散孔パターンで多孔形成されてい
る。図に示すように、植立したヒートパイプ取付軸16に
は、ガス拡散板14に近接しかつ平行で、円形をなす支持
フランジ28が設けられている。支持フランジ28は、拡散
板の上表面18上に離間して位置され、支持フランジ28の
ためガス拡散孔パターンは、支持フランジの下方に延長
され、それによってガスの流動妨害を最も小さくしてい
る。ガス拡散板14の下表面30は、点線で表示された加熱
保持体（ウェーハ支持板）32から放射される熱の放熱を
増大するため、No.4の最終仕上げに高度に研磨されるこ
とが好ましい。加熱保持体（ウェーハ支持板）32は、具
体的には、ガス拡散板14の下方に約１インチ離間するよ
うに配置されている。回転するウェーハ保持体を備える
望ましいCVD装置の具体的な構成は、1992年６月15日に
出願された出願中の米国出願特許07/898,560に開示され
ており、その出願の開示内容をここで完全に引用する。
分するために、ガス拡散孔パターンで多孔形成されてい
る。図に示すように、植立したヒートパイプ取付軸16に
は、ガス拡散板14に近接しかつ平行で、円形をなす支持
フランジ28が設けられている。支持フランジ28は、拡散
板の上表面18上に離間して位置され、支持フランジ28の
ためガス拡散孔パターンは、支持フランジの下方に延長
され、それによってガスの流動妨害を最も小さくしてい
る。ガス拡散板14の下表面30は、点線で表示された加熱
保持体（ウェーハ支持板）32から放射される熱の放熱を
増大するため、No.4の最終仕上げに高度に研磨されるこ
とが好ましい。加熱保持体（ウェーハ支持板）32は、具
体的には、ガス拡散板14の下方に約１インチ離間するよ
うに配置されている。回転するウェーハ保持体を備える
望ましいCVD装置の具体的な構成は、1992年６月15日に
出願された出願中の米国出願特許07/898,560に開示され
ており、その出願の開示内容をここで完全に引用する。
本発明に係るガス拡散板組立体は、更にそれぞれ第１
及び第２のセラミック絶縁管34,36を備えており、これ
らは、それぞれヒートパイプ20の少なくとも一部を囲ん
で同心円状に配されている。図示のように、環状をなす
セラミック絶縁管34、36は、円形の支持フランジ28に支
持されている。これらの環状の絶縁管は、CVD反応室の
反応ガスから高温の管を絶縁することにより、CVD工程
中にヒートパイプの周囲で過剰な高周波プラズマが発生
するのを防止するものである。加えて、以下に更に詳細
に示すように、セラミック絶縁管34、36は、ガス分散カ
バー38（接地位置にある）及びガス分散カバー38を貫通
している場所でのヒートパイプ20との間の電気的短絡を
防いでいる。ガス分散カバー38は、複数の固定ネジ40を
用いて、ハウジング10に取り付けられている。図示した
ように、４本の同心円のガス分散リングからなるプラズ
マガス生成部42（点線で示した）がガス分散カバー38の
すぐ下に配置されており、プラズマガス生成部42は、CV
D反応ガスを反応室に供給する。
及び第２のセラミック絶縁管34,36を備えており、これ
らは、それぞれヒートパイプ20の少なくとも一部を囲ん
で同心円状に配されている。図示のように、環状をなす
セラミック絶縁管34、36は、円形の支持フランジ28に支
持されている。これらの環状の絶縁管は、CVD反応室の
反応ガスから高温の管を絶縁することにより、CVD工程
中にヒートパイプの周囲で過剰な高周波プラズマが発生
するのを防止するものである。加えて、以下に更に詳細
に示すように、セラミック絶縁管34、36は、ガス分散カ
バー38（接地位置にある）及びガス分散カバー38を貫通
している場所でのヒートパイプ20との間の電気的短絡を
防いでいる。ガス分散カバー38は、複数の固定ネジ40を
用いて、ハウジング10に取り付けられている。図示した
ように、４本の同心円のガス分散リングからなるプラズ
マガス生成部42（点線で示した）がガス分散カバー38の
すぐ下に配置されており、プラズマガス生成部42は、CV
D反応ガスを反応室に供給する。
本発明の全ての実施例では、ヒートパイプ20がガス分
散カバー38を通過するところで、真空漏れを阻止するシ
ールを設けることが必要である。これは、シャフトシー
ルとフランジシールによって達成される。図に示すよう
に、セラミックシール板56は、２本のステンレススティ
ールの保持体58によって下方に向かって押圧支持されて
いる。確実にシールできるようにするために、所定の下
向きの力をシール部品上に加え、シール材料の公差を許
容し、更にCVD工程中に発生する熱膨張による大きさの
変化を吸収するため、保持体58は、ガス分散カバー38に
対してスプリングワッシャと固定ネジからなる取付具60
によって付勢力が与えられている。セラミックシール板
56は、下向きにステンレススティール製のフェール62に
押圧され、逆にこのフェール62は、セラミック製のシー
ル体66中に配設されたＯ−リング64側に押圧されてい
る。保持体58がセラミックシール板56を押圧する押圧力
もガス分散カバー38に向かって下方に向かってシール体
66を押圧しており、この保持体58はシール体66及びガス
分散カバー38の間にあるＯ−リング68を押圧付勢してい
る。但し、シール体66は、ガス分散カバー38を貫通した
その全長に亘ってヒートパイプ20の外周囲に位置し下方
に向かって延長された環状のフランジ部70が設けられて
いる。この環状のフランジ部70の下端縁72は、セラミッ
ク絶縁管34に連続する位置まで下方に向かって延長され
ている。図示したように、ガス分散カバー38とヒートパ
イプ20との間で、各先端側が一直線上に位置しないよう
に、外周側のセラミック製の絶縁管36は、内周側のセラ
ミック絶縁管34より更に上方に延長されている。以下に
示すように、このことがヒートパイプ20を高周波電源の
入力リード線として使用する時に放電の発生を防止して
いる。
散カバー38を通過するところで、真空漏れを阻止するシ
ールを設けることが必要である。これは、シャフトシー
ルとフランジシールによって達成される。図に示すよう
に、セラミックシール板56は、２本のステンレススティ
ールの保持体58によって下方に向かって押圧支持されて
いる。確実にシールできるようにするために、所定の下
向きの力をシール部品上に加え、シール材料の公差を許
容し、更にCVD工程中に発生する熱膨張による大きさの
変化を吸収するため、保持体58は、ガス分散カバー38に
対してスプリングワッシャと固定ネジからなる取付具60
によって付勢力が与えられている。セラミックシール板
56は、下向きにステンレススティール製のフェール62に
押圧され、逆にこのフェール62は、セラミック製のシー
ル体66中に配設されたＯ−リング64側に押圧されてい
る。保持体58がセラミックシール板56を押圧する押圧力
もガス分散カバー38に向かって下方に向かってシール体
66を押圧しており、この保持体58はシール体66及びガス
分散カバー38の間にあるＯ−リング68を押圧付勢してい
る。但し、シール体66は、ガス分散カバー38を貫通した
その全長に亘ってヒートパイプ20の外周囲に位置し下方
に向かって延長された環状のフランジ部70が設けられて
いる。この環状のフランジ部70の下端縁72は、セラミッ
ク絶縁管34に連続する位置まで下方に向かって延長され
ている。図示したように、ガス分散カバー38とヒートパ
イプ20との間で、各先端側が一直線上に位置しないよう
に、外周側のセラミック製の絶縁管36は、内周側のセラ
ミック絶縁管34より更に上方に延長されている。以下に
示すように、このことがヒートパイプ20を高周波電源の
入力リード線として使用する時に放電の発生を防止して
いる。
ヒートパイプ20に関して、上述したような構成はそれ
自体公知であり、かつ合成樹脂の技術分野では型冷却用
に使用されており、したがって、ヒートパイプの具体的
な構成は当業者には公知である。一般的に言えば、本発
明では、ヒートパイプ20は、加熱された加熱保持板32か
ら放射エネルギによって及びガス拡散板14に供給された
高周波エネルギによって生じた熱を、ガス拡散板14から
放熱するために使用されている。ヒートパイプ20は、フ
ェルト或いはその他の適した毛のように細い芯素材（図
示せず）を備えている。ヒートパイプ20は、全ての内部
表面を湿らす毛管のような素材の孔を浸入する自身の蒸
気圧の元で、その中に液体（例えばアセトン）を封入し
ている。ヒートパイプ20の表面に沿う如何なる地点にで
も熱を加えることによって、その液体は、その地点で沸
騰して蒸気状態になる。これが起こると、芯素材中の液
体は蒸発の潜熱を吸い上げて、その時に高い気圧にある
蒸気は、密封されたパイプ内で冷たい部分に移り、そこ
で蒸気は凝縮し、線状体の中に入っていく。かくして、
蒸気は蒸発の潜熱を放出して、ヒートパイプの入力端側
から出力端に熱を移動させる。一般的に、熱は約500mph
の速度でヒートパイプに沿って移動する。
自体公知であり、かつ合成樹脂の技術分野では型冷却用
に使用されており、したがって、ヒートパイプの具体的
な構成は当業者には公知である。一般的に言えば、本発
明では、ヒートパイプ20は、加熱された加熱保持板32か
ら放射エネルギによって及びガス拡散板14に供給された
高周波エネルギによって生じた熱を、ガス拡散板14から
放熱するために使用されている。ヒートパイプ20は、フ
ェルト或いはその他の適した毛のように細い芯素材（図
示せず）を備えている。ヒートパイプ20は、全ての内部
表面を湿らす毛管のような素材の孔を浸入する自身の蒸
気圧の元で、その中に液体（例えばアセトン）を封入し
ている。ヒートパイプ20の表面に沿う如何なる地点にで
も熱を加えることによって、その液体は、その地点で沸
騰して蒸気状態になる。これが起こると、芯素材中の液
体は蒸発の潜熱を吸い上げて、その時に高い気圧にある
蒸気は、密封されたパイプ内で冷たい部分に移り、そこ
で蒸気は凝縮し、線状体の中に入っていく。かくして、
蒸気は蒸発の潜熱を放出して、ヒートパイプの入力端側
から出力端に熱を移動させる。一般的に、熱は約500mph
の速度でヒートパイプに沿って移動する。
本発明において、ヒートパイプ20の入力端は、ガス拡
散板14に固定されている側の端部である。出力端は、図
中上方側端部であって、その外周囲を密閉する液体冷却
用の外装体80が設けられている。外装体80による出力端
側のシールは、Ｏリング状の軸シール82a及び82bによっ
て行われる。冷却用の外装体80は、好ましくは高分子材
料により形成され、この冷却用の外装体80には、テフロ
ン製の連結管86を接続するためのテフロン製の圧縮接続
部材84a,84bが設けられている。例えば水のような冷却
用液体が連結管86及び冷却用の外装体80を流動すること
によって、熱をヒートパイプ20から放熱する。このた
め、ヒートパイプ20から効果的に熱伝導されるように、
ヒートパイプを冷却用液体と直接接触させている。加え
て、この構成によって、従来の装置のように、このCVD
反応室は、内部の冷却液体が漏洩することが全くなくな
り、高周波伝送液体によって金属管が腐食することを防
止することができる。上述したように、ヒートパイプ20
を介して伝導される熱に応じて多種類の液体を使用する
こともできるが、テフロン製の連結管86を流動し熱をヒ
ートパイプ20から放熱させる液体は水であってもよい。
ヒートパイプ20は、適当な位置に一体的に取り付けられ
たキャップ100と、所望の液体でヒートパイプに充填さ
れる所望の液体を充填するための充填用の管102を備え
ている。
散板14に固定されている側の端部である。出力端は、図
中上方側端部であって、その外周囲を密閉する液体冷却
用の外装体80が設けられている。外装体80による出力端
側のシールは、Ｏリング状の軸シール82a及び82bによっ
て行われる。冷却用の外装体80は、好ましくは高分子材
料により形成され、この冷却用の外装体80には、テフロ
ン製の連結管86を接続するためのテフロン製の圧縮接続
部材84a,84bが設けられている。例えば水のような冷却
用液体が連結管86及び冷却用の外装体80を流動すること
によって、熱をヒートパイプ20から放熱する。このた
め、ヒートパイプ20から効果的に熱伝導されるように、
ヒートパイプを冷却用液体と直接接触させている。加え
て、この構成によって、従来の装置のように、このCVD
反応室は、内部の冷却液体が漏洩することが全くなくな
り、高周波伝送液体によって金属管が腐食することを防
止することができる。上述したように、ヒートパイプ20
を介して伝導される熱に応じて多種類の液体を使用する
こともできるが、テフロン製の連結管86を流動し熱をヒ
ートパイプ20から放熱させる液体は水であってもよい。
ヒートパイプ20は、適当な位置に一体的に取り付けられ
たキャップ100と、所望の液体でヒートパイプに充填さ
れる所望の液体を充填するための充填用の管102を備え
ている。
本発明では、ガス拡散板14の温度を100℃或いはそれ
以下に維持するためには、冷却用の水は15℃で使用する
必要がある。ガス拡散板14の温度を200℃或いはそれ以
下に維持する場合には、冷却用の水を40℃にする必要が
あり、実際には、拡散板の温度はCVD工程中約140℃に維
持する。
以下に維持するためには、冷却用の水は15℃で使用する
必要がある。ガス拡散板14の温度を200℃或いはそれ以
下に維持する場合には、冷却用の水を40℃にする必要が
あり、実際には、拡散板の温度はCVD工程中約140℃に維
持する。
他の実施例では、本発明に係る組立体は、高周波プラ
ズマ洗浄に有用である。この実施例では、ガス拡散板は
高周波電極として用いられる。このため、ガス拡散板14
は、反応室の他の部分から電気的に絶縁する必要があ
る。図示したように、アルミニウム製のスペーサ44は、
ガス拡散板とウェーハの間隔を変更するのに用いられ
る。好ましくはNF3プラズマの雰囲気中で腐食しにくい
材料によって形成された固定ネジ46によってガス拡散板
14に固定されている。この固定ネジ46を構成する材料と
して、インディアナ州のココモ（Kokomo）のヘインズ
インターナショナル社（Hanes International）の商品
であるハステロイ（Hastelloy）Ｃ−22がある。この材
料を用いて形成した固定ネジは、アリゾナ州のテンペ
（Tempe）のピンナックル（Pinnacle）社から入手する
ことができる。石英リング48は、ガス拡散板14をアルミ
ニウム製のスペーサ44から電気的に絶縁する。接地電位
にある固定ネジ46は、互いに連結された２つのセラミッ
ク製の絶縁スリーブ50及び52によって、ガス拡散板14か
ら絶縁されている。石英は、熱衝撃抵抗が極めて高いた
め石英リング48に使用される。特に、石英リング48の下
方に配置されるガス拡散板14は、高温に加熱されるの
で、石英リング48上のアルミニウム製のスペーサ44より
速く加熱され、この石英リング48内に熱衝撃及び熱歪み
を引き起こしている。固定ネジ46と同様の材料により形
成されている固定ネジ54は、アルミニウム製のスペーサ
44をハウジング10に固定するために用いられる。なお、
スペーサ44は、本構成において、必須の構成要素となる
ものではない。
ズマ洗浄に有用である。この実施例では、ガス拡散板は
高周波電極として用いられる。このため、ガス拡散板14
は、反応室の他の部分から電気的に絶縁する必要があ
る。図示したように、アルミニウム製のスペーサ44は、
ガス拡散板とウェーハの間隔を変更するのに用いられ
る。好ましくはNF3プラズマの雰囲気中で腐食しにくい
材料によって形成された固定ネジ46によってガス拡散板
14に固定されている。この固定ネジ46を構成する材料と
して、インディアナ州のココモ（Kokomo）のヘインズ
インターナショナル社（Hanes International）の商品
であるハステロイ（Hastelloy）Ｃ−22がある。この材
料を用いて形成した固定ネジは、アリゾナ州のテンペ
（Tempe）のピンナックル（Pinnacle）社から入手する
ことができる。石英リング48は、ガス拡散板14をアルミ
ニウム製のスペーサ44から電気的に絶縁する。接地電位
にある固定ネジ46は、互いに連結された２つのセラミッ
ク製の絶縁スリーブ50及び52によって、ガス拡散板14か
ら絶縁されている。石英は、熱衝撃抵抗が極めて高いた
め石英リング48に使用される。特に、石英リング48の下
方に配置されるガス拡散板14は、高温に加熱されるの
で、石英リング48上のアルミニウム製のスペーサ44より
速く加熱され、この石英リング48内に熱衝撃及び熱歪み
を引き起こしている。固定ネジ46と同様の材料により形
成されている固定ネジ54は、アルミニウム製のスペーサ
44をハウジング10に固定するために用いられる。なお、
スペーサ44は、本構成において、必須の構成要素となる
ものではない。
本実施例では、植立したヒートパイプ取付軸16及びヒ
ートパイプ用の細管22は、高周波電極（ガス拡散板）14
へ高周波電源を供給する高周波電源の入力リード線とし
て用いられる。更に、１個以上のセラミック絶縁体34,3
6は電気的に絶縁するものであって、細管22と、ガス分
散カバー38を含む反応室又はハウジングのいかなる部分
との間にも放電が発生することを防止する。更に、この
装置は上述した説明及び図示するように、ガス分散カバ
ー38を貫通する位置で、細管22の周囲を密封する手段を
備える。
ートパイプ用の細管22は、高周波電極（ガス拡散板）14
へ高周波電源を供給する高周波電源の入力リード線とし
て用いられる。更に、１個以上のセラミック絶縁体34,3
6は電気的に絶縁するものであって、細管22と、ガス分
散カバー38を含む反応室又はハウジングのいかなる部分
との間にも放電が発生することを防止する。更に、この
装置は上述した説明及び図示するように、ガス分散カバ
ー38を貫通する位置で、細管22の周囲を密封する手段を
備える。
そして、本実施例の装置は、高周波電源（図示せず）
に接続され、かつ一端では雌型のUHFコネクタ89を一端
側に設けた電気的にシールドされた高周波電源供給ケー
ブル88を備えている。雌型のコネクタ89は、雄型のUHF
コネクタ90の結合されている。雄型のUHFコネクタ90
は、ヒートパイプ20の上端部に取り付けられたステンレ
ススティール製の軸環94に一定長さの12番ゲージのワイ
ヤ92を介して接続されている。この構成では、高周波電
流の抵抗を極めて小さくすることができる。ヒートパイ
プ20の軸環94上に突出した部分は、合成樹脂製のキャッ
プ98によって電気的に接地された金属製のシールド枠96
に対し絶縁されている。この装置は、450kHzの250〜300
ワットのプラズマ洗浄用電源を高周波電極に供給するこ
とができる。
に接続され、かつ一端では雌型のUHFコネクタ89を一端
側に設けた電気的にシールドされた高周波電源供給ケー
ブル88を備えている。雌型のコネクタ89は、雄型のUHF
コネクタ90の結合されている。雄型のUHFコネクタ90
は、ヒートパイプ20の上端部に取り付けられたステンレ
ススティール製の軸環94に一定長さの12番ゲージのワイ
ヤ92を介して接続されている。この構成では、高周波電
流の抵抗を極めて小さくすることができる。ヒートパイ
プ20の軸環94上に突出した部分は、合成樹脂製のキャッ
プ98によって電気的に接地された金属製のシールド枠96
に対し絶縁されている。この装置は、450kHzの250〜300
ワットのプラズマ洗浄用電源を高周波電極に供給するこ
とができる。
本発明に係る装置は、ガス拡散番14の温度を、ヒート
パイプ22を用いることにより非常に狭い許容範囲内で正
確に制御することができる。また、CVD反応室の高周波
洗浄を行うときには、高周波電源の入力リード線（ヒー
トパイプ22）を介して、高周波電源から高周波電流を高
周波電極（ガス拡散板14）に供給する。本発明に係る装
置は、例えば、プラズマ化学的気相成長法（PECVD）に
適用した場合には、前述したと同様に高周波電流を供給
すると同時に、ガス拡散板14の冷却を行うことにも用い
ることができる。
パイプ22を用いることにより非常に狭い許容範囲内で正
確に制御することができる。また、CVD反応室の高周波
洗浄を行うときには、高周波電源の入力リード線（ヒー
トパイプ22）を介して、高周波電源から高周波電流を高
周波電極（ガス拡散板14）に供給する。本発明に係る装
置は、例えば、プラズマ化学的気相成長法（PECVD）に
適用した場合には、前述したと同様に高周波電流を供給
すると同時に、ガス拡散板14の冷却を行うことにも用い
ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/285 ３０１ Ｈ０１Ｌ 21/285 ３０１Ｒ 21/3065 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ａ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (56)参考文献 特開 平５−315293（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−246829（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−30127（ＪＰ，Ａ) 米国特許3916822（ＵＳ，Ａ) 米国特許5112790（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/285 H01L 21/3065 H05H 1/46 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (22)
- 【請求項１】化学的気相成長（CVD）工程において用い
られるガス拡散板であり、このガス拡散板（14）には、
ガス拡散板（14）の温度を制御するヒートパイプ（20）
が設けられた ことを特徴とするガス拡散板組立体。 - 【請求項２】上記ヒートパイプ（20）は、ガス拡散板
（14）に一体的に取り付けられた ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のガス拡散板組
立体。 - 【請求項３】上記ヒートパイプ（20）は、上記ガス拡散
板の中心軸と同軸となされて、上記ガス拡散板（14）の
表面に垂直に植立された ことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載のガ
ス拡散板組立体。 - 【請求項４】高周波（RF）プラズマ洗浄中に過剰なプラ
ズマの発生を防止するために、上記ヒートパイプ（20）
の少なくとも一部を覆って、少なくとも一つの絶縁管
（34、36）を備える ことを特徴とする請求の範囲第１項から第３項の何れか
１記載のガス拡散板組立体。 - 【請求項５】上記ヒートパイプ（20）の外周囲には、上
記ガス拡散板（14）に近接しかつ上記ガス拡散板（14）
に平行に円形の支持フランジ（28）が設けられ、上記支
持フランジ（28）に上記絶縁管（34、36）が支持された ことを特徴とする請求の範囲第４項記載のガス拡散板組
立体。 - 【請求項６】上記ガス拡散板（14）には、ガス拡散孔パ
ターン（26）により多数の孔が関けられている ことを特徴とする請求の範囲第１項から第５項の何れか
１記載のガス拡散板組立体。 - 【請求項７】上記ガス拡散孔パターン（26）が上記支持
フランジ（28）の下面側に延在された ことを特徴とする請求の範囲第５項に従属する請求の範
囲第６項記載のガス拡散板組立体。 - 【請求項８】CVD装置に用いられるガス分散カバー（3
8）において、上記ガス分散カバー（38）に上記ヒート
パイプ（20）をシールするためのシール部材（56、62、
64、66、68）が設けられている ことを特徴とする請求の範囲第１項から第７項の何れか
１記載のガス拡散板組立体。 - 【請求項９】CVD装置の反応室の外方に設けられ、上記
ヒートパイプ（20）の外周囲に配設された非導電性の冷
却用の外装体（80）を備え、この外装体（80）には冷却
用の液体供給口及び冷却用液体の排出口が設けられた ことを特徴とする請求の範囲第１項から第８項の何れか
１記載のガス拡散板組立体。 - 【請求項１０】上記ヒートパイプ（20）に取り付けられ
た上記ガス拡散板の上記ヒートパイプ（20）と対向する
側の面（30）が、CVD工程中に過剰な放射エネルギによ
る加熱防止するため高度に研磨された設けられた ことを特徴とする請求の範囲第１項から第９項の何れか
１記載のガス拡散板組立体。 - 【請求項１１】真空反応室と、 上記真空反応室を真空となす手段と、 上記真空反応室内に配置されたウェーハ加熱保持体（3
2）と、 上記真空反応室内に配置された上記請求の範囲第１項か
ら第10項の何れか１記載のガス拡散板組立体とを備え、 上記ガス拡散板（14）は、ウェーハ加熱保持板（32）に
対向する面から離間した面を有し、反応ガスが上記ガス
拡散板の背面側から前面側に向かって透過して反応ガス
源から真空反応室に供給される ことを特徴とするCVD装置（12）。 - 【請求項１２】上記ヒートパイプ（20）は、上記真空反
応室の壁部を貫通された ことを特徴とする請求の範囲第11項記載のCVD装置（1
2）。 - 【請求項１３】上記ヒートパイプ（20）が貫通する上記
真空反応室の壁部に上記ヒートパイプ（20）をシールす
るために、更にシール部材部品（56、62、64、66、68）
が設けられている ことを特徴とする請求の範囲第12項記載のCVD装置（1
2）。 - 【請求項１４】CVD工程において用いられるガス拡散板
（14）を有し、上記ガス拡散板（14）が高周波電極とし
て用いられ、 CVD工程において上記ガス拡散板（14）の温度を制御す
るため上記ガス拡散板（14）に取り付けられ、上記高周
波電極（14）に取り付けられた高周波電源の入力リード
線及び高周波電源に上記高周波電源の入力リード線を接
続するための手段として用いられるヒートパイプ（20）
を備えたガス拡散板組立体とCVD反応室の高周波プラズ
マ洗浄装置を同時に備えた化学的気相成長（CVD）法に
用いられる装置。 - 【請求項１５】上記高周波電源の入力リード線管（16、
22）を上記高周波電極（14）に一体的に取り付けた ことを特徴とする請求の範囲第14項記載のガス拡散板組
立体とCVD反応室の高周波プラズマ洗浄装置を同時に備
えた化学的気相成長（CVD）法に用いられる装置。 - 【請求項１６】高周波プラズマ洗浄中に、過剰な高周波
プラズマの発生を防止するため、上記高周波電源の入力
リード線管（16、22）の少なくとも一部を覆うと共に電
気的な短絡を防止する少なくとも１の絶縁管（34、36）
を備えることを特徴とする請求の範囲第14項又は第15項
記載のガス拡散板組立体とCVD反応室の高周波プラズマ
洗浄装置を同時に備えた化学的気相成長（CVD）法に用
いられる装置。 - 【請求項１７】CVD反応室中のハウジング（10）に高周
波電極を取り付ける手段（44、46、48、50）を備える ことを特徴とする請求の範囲第16項記載のガス拡散板組
立体とCVD反応室の高周波プラズマ洗浄装置を同時に備
えた化学的気相成長（CVD）法に用いられる装置。 - 【請求項１８】上記取付手段は、取り付け時に、CVD反
応室の上記ハウジング（10）から上記高周波電極（14）
を絶縁するための石英リング（48）により形成されてい
る ことを特徴とする請求の範囲第17項記載のガス拡散板組
立体とCVD反応室の高周波プラズマ洗浄装置を同時に備
えた化学的気相成長（CVD）法に用いられる装置。 - 【請求項１９】上記取付手段は、取り付け時に、上記CV
D反応室のハウジング（10）から上記高周波電極（14）
を絶縁するための互いに連結されたセラミック製の絶縁
体（50、52）を更に備える ことを特徴とする請求の範囲第18項記載のガス拡散板組
立体とCVD反応室の高周波プラズマ洗浄装置を同時に備
えた化学的気相成長（CVD）法に用いられる装置。 - 【請求項２０】真空反応室器と、上記真空反応室を真空
となす手段と、上記真空反応室内に配置されるウェーハ
加熱保持板（32）と、上記請求の範囲第14項から第19項
の何れか１記載の装置を備え、上記高周波電極（14）
は、ウェーハ加熱保持板（32）から離間した真空反応室
内に配置されると共に、上記ウェーハ加熱保持板（32）
に対向する前面部（30）と高周波電源の入力リード線
（16、22）が支持される平面部を備える ことを特徴とするCVD装置。 - 【請求項２１】上記高周波電源の入力リード線（16、2
2）が、上記真空反応室の壁部貫通し、上記接続手段（8
8、89、90、92、94）が上記真空反応室の外方に位置さ
れてなる ことを特徴とする請求の範囲第20項記載のCVD装置。 - 【請求項２２】更に、上記真空反応室の壁部を貫通する
高周波電源の入力リード線（16、22）をシールするため
のシール部材を部品（56、62、64、66、68）を備える ことを特徴とする請求の範囲第21項記載のCVD装置。
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