JP3576464B2 - 半導体製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを生成して基板の表面に処理を施すことで半導体を製造する半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体の製造では、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） 装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置は、膜の材料となる材料ガスを容器内の成膜室の中に導入してプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起種によって基板表面の化学的な反応を促進して成膜を行う装置である。成膜室内をプラズマ状態にするために、容器には電磁波透過窓が備えられ、容器の外側に配置されたアンテナに電力を供給して電磁波透過窓から電磁波を入射させることで成膜室をプラズマ状態にしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体製造装置（プラズマＣＶＤ装置）における電磁波透過窓は、電磁波を通す材料、例えば、高純度アルミナで構成され、温度差に弱いものとなっている。一方、アンテナに電力を供給して成膜室内をプラズマ状態にする場合、輻射熱によって電磁波透過窓が加熱される。このため、電磁波透過窓は熱に晒され温度差が生じやすい、といった問題があった。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、電磁波透過窓が熱に晒されても温度差が生じることがない半導体製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の構成は、電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内の基板の表面に処理を施す電源と、アンテナを挟んで電磁波透過窓に対向して設けられ電磁波透過窓に冷却媒体を供給する冷却手段とを備え、
冷却手段は、電磁波透過窓に対向して設けられる冷媒タンクと、冷媒タンクに設けられ電磁波透過窓側に指向する多数のノズルと、冷媒タンク内に冷却媒体を圧送する圧送手段とからなることを特徴とする。
そして、請求項１に記載の半導体製造装置において、
多数のノズルはアンテナに対向していることを特徴とする。
【０００６】
また、上記目的を達成するための本発明の構成は、電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内の基板の表面に処理を施す電源と、アンテナを挟んで電磁波透過窓に対向して設けられ電磁波透過窓に冷却媒体を供給する冷却手段とを備え、
冷却手段は、電磁波透過窓に対向して設けられる冷却室と、冷却室内でアンテナの電磁波透過窓と反対側の面を内周部で覆い内周部の径が軸方向に漸次小さくなり中心に冷却室外に開放する筒部が備えられたカバー部と、冷却室に設けられる冷媒取り入れ口とからなることを特徴とする。
【０００７】
そして、請求項３に記載の半導体製造装置において、
カバー部の内周には放射螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする。
また、請求項３もしくは請求項４に記載の半導体製造装置において、
カバー部の筒部には冷媒吸引手段が備えられていることを特徴とする。
また、請求項２に記載の半導体製造装置において、
電磁波透過窓の面方向の温度分布を導出する温度導出手段と、温度導出手段の結果に応じて電磁波透過窓に面方向の温度差をなくすように圧送手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、請求項５に記載の半導体製造装置において、
電磁波透過窓の面方向の温度分布を導出する温度導出手段と、温度導出手段の結果に応じて電磁波透過窓に面方向の温度差をなくすように冷媒吸引手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、請求項６に記載の半導体製造装置において、
制御手段には、温度分布の温度差がしきい値を越えた場合に圧送手段の作動を開始させる機能が備えられていることを特徴とする。
また、請求項７に記載の半導体製造装置において、
制御手段には、温度分布の温度差がしきい値を越えた場合に冷媒吸引手段の作動を開始させる機能が備えられていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の第１実施形態例に係る半導体製造装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面、図２には図１中のＩＩ−ＩＩ 線矢視を示してある。
【０００９】
図１に示すように、基部１には円筒状の容器２が設けられ、容器２内に成膜室３が形成されている。容器２の上部には円形の天井板４が設けられ、容器２の中心における成膜室３にはウエハ支持台５が備えられている。ウエハ支持台５は半導体の基板６を静電的に吸着保持する円盤状の載置部７を有し、載置部７は支持軸８に支持されている。載置部７は、銅等の金属板２５の表面にアルミナ等のセラミックス２６が設けられている。載置部７の金属板２５にはバイアス電源２１及び静電電源２２が接続され、載置部７に低周波を発生させると共に静電気力を発生させる。ウエハ支持台５は全体が昇降自在もしくは支持軸８が伸縮自在とすることで、上下方向の高さが最適な高さに調整できるようになっている。
【００１０】
容器２の外周には電磁石９が配置され、容器２は環状の電磁石９により包囲されている。電磁石９は円環状の鉄心１０と鉄心１０に巻かれるコイル１１とにより構成され、コイル１１には三相インバータ電源１２が接続されて電磁石９に電圧が印加される。電磁石９に電圧が印加されることにより、載置部７に載置される基板６の表面に略平行に、かつ、容器２の中心軸回りに回転する磁場を生成するようになっている。
【００１１】
電磁波透過窓としての天井板４の上には、例えば、円形リング状のアンテナとしての高周波アンテナ１３が配置され、高周波アンテナ１３には整合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。高周波アンテナ１３に電力を供給することにより電磁波が容器２の成膜室３に入射する。容器２内に入射された電磁波は、成膜室３内のガスを励起またはイオン化してプラズマを発生すると共に、成膜室３内の磁束に作用して電子磁気音波を発生し、これがランダウ減衰によりプラズマにエネルギを移行させ、成膜室３内に強いプラズマを発生させる。
【００１２】
容器２にはシラン（例えば ＳｉＨ４）等の材料ガスを供給するガス供給ノズル１６が設けられ、ガス供給ノズル１６から成膜室３内に成膜材料（例えばＳｉ）となる材料ガスが供給される。また、容器２にはアルゴン等の補助ガスを供給する補助ガス供給ノズル１７が設けられ、基部１には容器２の内部を排気するための真空排気系（図示省略）に接続される排気口１８が設けられている。
【００１３】
上述したプラズマＣＶＤ装置では、ウエハ支持台５の載置部７に基板６が載せられ、静電的に吸着される。ガス供給ノズル１６から所定流量の材料ガスを成膜室３内に供給すると共に補助ガス供給ノズル１７から処置流量の補助ガスを成膜室３内に供給し、成膜室３内を成膜条件に応じた所定圧力に設定する。その後、高周波電源１５から高周波アンテナ１３に電力を供給して高周波を発生させると共にバイアス電源２１から載置部７に電力を供給して低周波を発生させる。同時に、三相インバータ電源１２から電磁石９に電圧が印加され、成膜室３内に回転磁場が生成される。
【００１４】
これにより、成膜室３内の材料ガスが放電して一部がプラズマ状態となる。プラズマ中の電子、あるいはイオンといった荷電粒子は回転磁場の磁力線に巻き付くように回転し、更に電界にも影響されながら運動する。従って、高密度、かつ均一な密度のプラズマが成膜域に留まることになる。このプラズマは、材料ガス中の他の中性分子に衝突して更に中性分子を電離、あるいは励起する。こうして生じた活性な粒子は、基板６の表面に吸着して効率良く化学反応を起こし、堆積してＣＶＤ膜となる。即ち、処理手段としてプラズマにより成膜を行う機能が構成されている。尚、処理手段として、平行な磁場を形成してプラズマにより成膜を行う装置を例に挙げているが、磁場の形成は適宜変更できると共に、成膜以外でもエッチング等他の処理を行う装置を適用することも可能である。
【００１５】
前述したように、高周波アンテナ１３に電力を供給することで電磁波が天井板４を透過して成膜室３内にプラズマが発生する。このため、天井板４は電磁波透過窓となっており、例えば、高純度アルミナで構成され、天井板４は電磁波が透過する際にプラズマからの熱によって加熱される。
【００１６】
天井板４の上方の高周波アンテナ１３の上側の容器２には偏平円筒状の冷媒タンク３１が固定され、冷媒タンク３１には高周波アンテナ１３に向けて指向するノズル３２が多数設けられている。図２に示すように、ノズル３２は円形リング状の高周波アンテナ１３に対向して中央部を除いてリング状態に設けられている。これは、高周波アンテナ１３に対向する部位の天井板４が加熱されやすく、中心部は加熱されにくいからである。冷媒タンク３１には冷却媒体としての空気を供給する空気管３３が接続され、空気管３３には圧送手段としてのブロア３４が設けられている。
【００１７】
従って、ブロア３４の作動により空気管３３から冷媒タンク３１に空気が圧送され、ノズル３２から高周波アンテナ１３に向けて（天井板４に向けて）空気が噴出する。これにより、高周波アンテナ１３に対向する加熱されやすい部位を中心に天井板４が空気により冷却される（冷却手段）。天井板４を冷却した空気は外部に排出される。尚、中央部を除いてリング状態にノズル３２を冷媒タンク３１に設けたが、天井板４の全面に対向してノズル３２を冷媒タンク３１に設けることも可能である。
【００１８】
一方、冷媒タンク３１の天井板４との対向面には温度導出手段としての赤外温度計３５が数箇所に設けられ、赤外温度計３５によって天井板４の各部位の温度（面方向の温度温度分布）が検出される。赤外温度計３５の検出情報は制御手段３６に入力され、赤外温度計３５の検出情報に応じて制御手段３６からはブロア３４に作動指令が出力される。具体的には、天井板４の面方向の温度差がしきい値を越えた場合に、ブロア３４に作動指令が出力され、加熱されやすい部位を中心に天井板４に空気が噴出され、温度差をなくすように天井板４が冷却される。このため、電磁波が透過する際に天井板４がプラズマからの熱によって加熱されてもノズル３２噴出する空気によって冷却され、天井板４には大きな温度差が生じることがない。
【００１９】
尚、温度差によりブロア３４を作動させるようにしたが、天井板４の絶対温度等の情報によりブロア３４を作動させて空気を噴出させるようにしてもよい。また、常時ブロア３４を作動させて空気を天井板４に噴出させたまま成膜を行うようにしてもよい。また、温度検出手段としては、時間と温度分布の関係とを予め記憶しておき、時間の経過に応じて温度分布を推定する手段とすることも可能である。また、熱電対等の検出手段を設けることも可能である。
【００２０】
上述した半導体製造装置では、ブロア３４の作動により空気管３３から冷媒タンク３１に空気が圧送され、ノズル３２から高周波アンテナ１３に向けて（天井板４に向けて）空気が噴出するので、高周波アンテナ１３に対向する加熱されやすい部位を中心に天井板４が空気により冷却され、面方向の温度分布が略一定になるように冷却される。従って、天井板４が高温に晒されることがなくなり、温度差により天井板４の破損等が生じることがない。
【００２１】
図３、図４に基づいて本発明の第２実施形態例を説明する。図３には本発明の第２実施形態例に係る半導体製造装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面、図４には図３中のＩＶ−ＩＶ 線矢視を示してある。尚、図１、図２に示した第１実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００２２】
天井板４の上方の高周波アンテナ１３の上側の容器２には円筒状の冷却室４１が形成され、冷却室４１によって天井板４及び高周波アンテナ１３が覆われている。冷却室４１内には漏斗型のテフロン製のカバー４２が設けられている。カバー４２は、漏斗を逆にした状態で配設されている。カバー４２は、冷却室４１内で高周波アンテナ１３の天井板４と反対側の面を内周部４３で覆い、内周部４３の径が軸方向に上方に向かって漸次小さくなり、カバー４２は冷却室４１の上部に固定されている。そして、カバー４２の中心部には冷却室４１の外部に開放する筒部４４が取り付けられている。つまり、カバー４２と筒部４４によりカバー部材が構成されている。
【００２３】
冷却室４１の外周側における上壁には、外部に開放する冷媒取り入れ口としての空気穴４５が複数箇所に形成されている。また、図２に示すように、カバー４２の内周部４３には放射螺旋状の溝４６が形成されている。更に、筒部４４の上部には冷媒吸引手段としての電動ファン４７が設けられ、電動ファン４７の作動により内周部４３内の空気が筒部４４に吸引されて外部に排気される。尚、溝４６は単に放射状に形成することも可能であり、また、設けなくてもよい。
【００２４】
従って、電動ファン４７の作動によりカバー４２の内周部４３内の空気を筒部４４に吸引することにより、空気穴４５から外部の空気が冷却室４１に導入されてカバー４２の外側から内周部４３内に空気が送られる。そして、円形リング状の高周波アンテナ１３に対向する加熱されやすい外方側の部位から天井板４が空気により冷却される（冷却手段）。内周部４３内に送られた空気は、放射螺旋状の溝４６に沿って旋回状態で流れて天井板４の内方側を冷却して内側に移動し、筒部４４に吸引されて電動ファン４７により外部に排気される。つまり、天井板４は温度分布が略均一になるように外周側から内周側に順に冷却される。
【００２５】
一方、カバー４２の内周部４３には温度導出手段としての赤外温度計４８が数箇所に設けられ、赤外温度計４８によって天井板４の各部位の温度（面方向の温度温度分布）が検出される。赤外温度計４８の検出情報は制御手段４９に入力され、赤外温度計４８の検出情報に応じて制御手段４９からは電動ファン４７に作動指令が出力される。具体的には、天井板４の面方向の温度差がしきい値を越えた場合に、電動ファン４７に作動指令が出力され、加熱されやすい外方側の部位から空気が供給され、温度差をなくすように天井板４が冷却される。このため、電磁波が透過する際に天井板４が輻射熱によって加熱されても、内周部４３内の空気を筒部４４に吸引することで供給される空気により冷却され、天井板４は高温に晒されることがない。
【００２６】
尚、温度差により電動ファン４７を作動させるようにしたが、天井板４の絶対温度等の情報により電動ファン４７を作動させて空気を噴出させるようにしてもよい。また、常時電動ファン４７を作動させて内周部４３内の空気を筒部４４に吸引して空気を天井板４に供給した状態で成膜を行うようにしてもよい。また、温度検出手段としては、第１実施形態例と同様に、時間と温度分布の関係とを予め記憶しておき、時間の経過に応じて温度分布を推定する手段とすることも可能である。また、熱電対等の検出手段を設けることも可能である。
【００２７】
上述した半導体製造装置では、電動ファン４７の作動によりカバー４２の内周部４３内の空気が筒部４４に吸引され、空気穴４５から外部の空気が冷却室４１に導入されて高周波アンテナ１３に対向する加熱されやすい外方側の部位から内周部４３内に送られ、放射螺旋状の溝４６に沿って旋回状態で天井板４の内方側を冷却して内側に移動し筒部４４に吸引されて排気される。このため、動力の小さな電動ファン４７の作動により、面方向の温度分布が略一定になるように天井板４が効率よく冷却される。従って、温度差により天井板４の破損等が生じることがない。
【００２８】
図５に基づいて本発明の第３実施形態例を説明する。図５には本発明の第３実施形態例に係る半導体製造装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図４に示した第１実施形態例及び第２実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００２９】
天井板４の上方の高周波アンテナ１３の上側の容器２には、図３で示したものと同じ、円筒状の冷却室４１が形成され、冷却室４１内には漏斗型のテフロン製のカバー４２が設けられている。カバー４２の中心部には冷却室４１の外部に開放する筒部５１が取り付けられている。筒部５１は、図３で示した筒部４４に対し、長く構成されている。つまり、カバー４２と筒部５１によりカバー部材が構成されている。また、冷却室４１の外周側における上壁には、外部に開放する冷媒取り入れ口としての空気穴４５が複数箇所に形成され、カバー４２の内周部４３には放射螺旋状の溝４６が形成されている。
【００３０】
従って、空気穴４５から外部の空気が冷却室４１に導入されてカバー４２の外側から内周部４３内に空気が流れ、円形リング状の高周波アンテナ１３に対向する加熱されやすい外方側の部位から天井板４が空気により冷却される（冷却手段）。内周部４３内に送られた空気は、放射螺旋状の溝４６に沿って天井板４の内方側を冷却して内側に移動し筒部５１から外部に排気される。つまり、天井板４は温度分布が略均一になるように外周側から内周側に順に冷却される。
【００３１】
上述した半導体製造装置では、空気穴４５から外部の空気が冷却室４１に導入されて高周波アンテナ１３に対向する加熱されやすい外方側の部位から内周部４３内に送られ、放射螺旋状の溝４６に沿って天井板４の内方側を冷却して内側に移動し筒部５１から外部に排気される。このため、自然の空気の流れにより、天井板４が面方向の温度分布が略一定になるように冷却される。従って、特別な動力を用いることなく天井板４が高温に晒されることがなくなり、温度差により天井板４の破損等が生じることがない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の半導体製造装置は、電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内の基板の表面に処理を施す電源と、アンテナを挟んで電磁波透過窓に対向して設けられ電磁波透過窓に冷却媒体を供給する冷却手段とを備えたので、冷却手段により電磁波透過窓に冷却媒体を供給することでアンテナに対向する電磁波透過窓が冷却され、電磁波を透過させる際に電磁波透過窓が熱に晒されることがなくなり、温度差による電磁波透過窓の破損等を防止することができる。
【００３３】
また、冷却手段は、電磁波透過窓に対向して設けられる冷媒タンクと、冷媒タンクに設けられ電磁波透過窓側に指向する多数のノズルと、冷媒タンク内に冷媒を圧送する圧送手段とからなるので、圧送手段の作動により多数のノズルから電磁波透過窓に冷却媒体を噴射することができ、電磁波透過窓の冷却を確実に行うことができる。また、多数のノズルはアンテナに対向しているので、加熱されやすい部位を中心に冷却媒体を供給して電磁波透過窓を冷却することができ、面方向の温度分布を均一にすることができる。
【００３４】
また、冷却手段は、電磁波透過窓に対向して設けられる冷却室と、冷却室内でアンテナの電磁波透過窓と反対側の面を内周部で覆い内周部の径が軸方向に漸次小さくなり中心に冷却室外に開放する筒部が備えられたカバー部と、冷却室に設けられる冷媒取り入れ口とからなるので、外側から内側に順に冷却媒体を流して電磁波透過窓を冷却することができ、リング状のアンテナを用いた場合でも容易に面方向の温度分布を均一にすることができる。
【００３５】
また、カバー部の内周には放射螺旋状の溝が形成されているので、冷却媒体の流れを旋回状態にすることができ、効率よく冷却を行うことができる。また、カバー部の筒部には冷媒吸引手段が備えられているので、少ない動力で冷却媒体の流れを確実にすることができる。
【００３６】
また、電磁波透過窓の面方向の温度分布を導出する温度導出手段と、温度導出手段の結果に応じて電磁波透過窓に面方向の温度差をなくすように圧送手段の作動を制御する制御手段とを備えたので、電磁波透過窓の温度状態に応じて冷却することが可能になる。また、電磁波透過窓の面方向の温度分布を導出する温度導出手段と、温度導出手段の結果に応じて電磁波透過窓に面方向の温度差をなくすように冷媒吸引手段の作動を制御する制御手段とを備えたので、電磁波透過窓の温度状態に応じて冷却することが可能になる。
【００３７】
また、制御手段には、温度分布の温度差がしきい値を越えた場合に圧送手段の作動を開始させる機能が備えられているので、必要時にのみ圧送手段を作動させてむだなく電磁波透過窓の冷却が行える。また、制御手段には、温度分布の温度差がしきい値を越えた場合に冷媒吸引手段の作動を開始させる機能が備えられているので、必要時にのみ冷媒吸引手段を作動させてむだなく電磁波透過窓の冷却が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る半導体製造装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面図。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ 線矢視図。
【図３】本発明の第２実施形態例に係る半導体製造装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面図。
【図４】図３中のＩＶ−ＩＶ 線矢視図。
【図５】本発明の第３実施形態例に係る半導体製造装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面図。
【符号の説明】
１ 基部
２ 容器
３ 成膜室
４ 天井板
５ ウエハ支持台
６ 基板
７ 載置部
８ 支持軸
９ 電磁石
１０ 鉄心
１１ コイル
１２ 三相インバータ電源
１３ 高周波アンテナ
１４ 整合器
１５ 高周波電源
１６ ガス供給ノズル
１７ 補助ガス供給ノズル
１８ 排気系
２１ バイアス電源
２２ 静電電源
２５ 金属板
２６ セラミックス
３１ 冷媒タンク
３２ ノズル
３３ 空気管
３４ ブロア
３５，４８ 赤外温度計
３６，４９ 制御手段
４１ 冷却室
４２ カバー
４３ 内周部
４４，５１ 筒部
４５ 空気穴
４６ 溝
４７ 電動ファン
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを生成して基板の表面に処理を施すことで半導体を製造する半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体の製造では、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） 装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置は、膜の材料となる材料ガスを容器内の成膜室の中に導入してプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起種によって基板表面の化学的な反応を促進して成膜を行う装置である。成膜室内をプラズマ状態にするために、容器には電磁波透過窓が備えられ、容器の外側に配置されたアンテナに電力を供給して電磁波透過窓から電磁波を入射させることで成膜室をプラズマ状態にしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体製造装置（プラズマＣＶＤ装置）における電磁波透過窓は、電磁波を通す材料、例えば、高純度アルミナで構成され、温度差に弱いものとなっている。一方、アンテナに電力を供給して成膜室内をプラズマ状態にする場合、輻射熱によって電磁波透過窓が加熱される。このため、電磁波透過窓は熱に晒され温度差が生じやすい、といった問題があった。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、電磁波透過窓が熱に晒されても温度差が生じることがない半導体製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の構成は、電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内の基板の表面に処理を施す電源と、アンテナを挟んで電磁波透過窓に対向して設けられ電磁波透過窓に冷却媒体を供給する冷却手段とを備え、
冷却手段は、電磁波透過窓に対向して設けられる冷媒タンクと、冷媒タンクに設けられ電磁波透過窓側に指向する多数のノズルと、冷媒タンク内に冷却媒体を圧送する圧送手段とからなることを特徴とする。
そして、請求項１に記載の半導体製造装置において、
多数のノズルはアンテナに対向していることを特徴とする。
【０００６】
また、上記目的を達成するための本発明の構成は、電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内の基板の表面に処理を施す電源と、アンテナを挟んで電磁波透過窓に対向して設けられ電磁波透過窓に冷却媒体を供給する冷却手段とを備え、
冷却手段は、電磁波透過窓に対向して設けられる冷却室と、冷却室内でアンテナの電磁波透過窓と反対側の面を内周部で覆い内周部の径が軸方向に漸次小さくなり中心に冷却室外に開放する筒部が備えられたカバー部と、冷却室に設けられる冷媒取り入れ口とからなることを特徴とする。
【０００７】
そして、請求項３に記載の半導体製造装置において、
カバー部の内周には放射螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする。
また、請求項３もしくは請求項４に記載の半導体製造装置において、
カバー部の筒部には冷媒吸引手段が備えられていることを特徴とする。
また、請求項２に記載の半導体製造装置において、
電磁波透過窓の面方向の温度分布を導出する温度導出手段と、温度導出手段の結果に応じて電磁波透過窓に面方向の温度差をなくすように圧送手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、請求項５に記載の半導体製造装置において、
電磁波透過窓の面方向の温度分布を導出する温度導出手段と、温度導出手段の結果に応じて電磁波透過窓に面方向の温度差をなくすように冷媒吸引手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、請求項６に記載の半導体製造装置において、
制御手段には、温度分布の温度差がしきい値を越えた場合に圧送手段の作動を開始させる機能が備えられていることを特徴とする。
また、請求項７に記載の半導体製造装置において、
制御手段には、温度分布の温度差がしきい値を越えた場合に冷媒吸引手段の作動を開始させる機能が備えられていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の第１実施形態例に係る半導体製造装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面、図２には図１中のＩＩ−ＩＩ 線矢視を示してある。
【０００９】
図１に示すように、基部１には円筒状の容器２が設けられ、容器２内に成膜室３が形成されている。容器２の上部には円形の天井板４が設けられ、容器２の中心における成膜室３にはウエハ支持台５が備えられている。ウエハ支持台５は半導体の基板６を静電的に吸着保持する円盤状の載置部７を有し、載置部７は支持軸８に支持されている。載置部７は、銅等の金属板２５の表面にアルミナ等のセラミックス２６が設けられている。載置部７の金属板２５にはバイアス電源２１及び静電電源２２が接続され、載置部７に低周波を発生させると共に静電気力を発生させる。ウエハ支持台５は全体が昇降自在もしくは支持軸８が伸縮自在とすることで、上下方向の高さが最適な高さに調整できるようになっている。
【００１０】
容器２の外周には電磁石９が配置され、容器２は環状の電磁石９により包囲されている。電磁石９は円環状の鉄心１０と鉄心１０に巻かれるコイル１１とにより構成され、コイル１１には三相インバータ電源１２が接続されて電磁石９に電圧が印加される。電磁石９に電圧が印加されることにより、載置部７に載置される基板６の表面に略平行に、かつ、容器２の中心軸回りに回転する磁場を生成するようになっている。
【００１１】
電磁波透過窓としての天井板４の上には、例えば、円形リング状のアンテナとしての高周波アンテナ１３が配置され、高周波アンテナ１３には整合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。高周波アンテナ１３に電力を供給することにより電磁波が容器２の成膜室３に入射する。容器２内に入射された電磁波は、成膜室３内のガスを励起またはイオン化してプラズマを発生すると共に、成膜室３内の磁束に作用して電子磁気音波を発生し、これがランダウ減衰によりプラズマにエネルギを移行させ、成膜室３内に強いプラズマを発生させる。
【００１２】
容器２にはシラン（例えば ＳｉＨ４）等の材料ガスを供給するガス供給ノズル１６が設けられ、ガス供給ノズル１６から成膜室３内に成膜材料（例えばＳｉ）となる材料ガスが供給される。また、容器２にはアルゴン等の補助ガスを供給する補助ガス供給ノズル１７が設けられ、基部１には容器２の内部を排気するための真空排気系（図示省略）に接続される排気口１８が設けられている。
【００１３】
上述したプラズマＣＶＤ装置では、ウエハ支持台５の載置部７に基板６が載せられ、静電的に吸着される。ガス供給ノズル１６から所定流量の材料ガスを成膜室３内に供給すると共に補助ガス供給ノズル１７から処置流量の補助ガスを成膜室３内に供給し、成膜室３内を成膜条件に応じた所定圧力に設定する。その後、高周波電源１５から高周波アンテナ１３に電力を供給して高周波を発生させると共にバイアス電源２１から載置部７に電力を供給して低周波を発生させる。同時に、三相インバータ電源１２から電磁石９に電圧が印加され、成膜室３内に回転磁場が生成される。
【００１４】
これにより、成膜室３内の材料ガスが放電して一部がプラズマ状態となる。プラズマ中の電子、あるいはイオンといった荷電粒子は回転磁場の磁力線に巻き付くように回転し、更に電界にも影響されながら運動する。従って、高密度、かつ均一な密度のプラズマが成膜域に留まることになる。このプラズマは、材料ガス中の他の中性分子に衝突して更に中性分子を電離、あるいは励起する。こうして生じた活性な粒子は、基板６の表面に吸着して効率良く化学反応を起こし、堆積してＣＶＤ膜となる。即ち、処理手段としてプラズマにより成膜を行う機能が構成されている。尚、処理手段として、平行な磁場を形成してプラズマにより成膜を行う装置を例に挙げているが、磁場の形成は適宜変更できると共に、成膜以外でもエッチング等他の処理を行う装置を適用することも可能である。
【００１５】
前述したように、高周波アンテナ１３に電力を供給することで電磁波が天井板４を透過して成膜室３内にプラズマが発生する。このため、天井板４は電磁波透過窓となっており、例えば、高純度アルミナで構成され、天井板４は電磁波が透過する際にプラズマからの熱によって加熱される。
【００１６】
天井板４の上方の高周波アンテナ１３の上側の容器２には偏平円筒状の冷媒タンク３１が固定され、冷媒タンク３１には高周波アンテナ１３に向けて指向するノズル３２が多数設けられている。図２に示すように、ノズル３２は円形リング状の高周波アンテナ１３に対向して中央部を除いてリング状態に設けられている。これは、高周波アンテナ１３に対向する部位の天井板４が加熱されやすく、中心部は加熱されにくいからである。冷媒タンク３１には冷却媒体としての空気を供給する空気管３３が接続され、空気管３３には圧送手段としてのブロア３４が設けられている。
【００１７】
従って、ブロア３４の作動により空気管３３から冷媒タンク３１に空気が圧送され、ノズル３２から高周波アンテナ１３に向けて（天井板４に向けて）空気が噴出する。これにより、高周波アンテナ１３に対向する加熱されやすい部位を中心に天井板４が空気により冷却される（冷却手段）。天井板４を冷却した空気は外部に排出される。尚、中央部を除いてリング状態にノズル３２を冷媒タンク３１に設けたが、天井板４の全面に対向してノズル３２を冷媒タンク３１に設けることも可能である。
【００１８】
一方、冷媒タンク３１の天井板４との対向面には温度導出手段としての赤外温度計３５が数箇所に設けられ、赤外温度計３５によって天井板４の各部位の温度（面方向の温度温度分布）が検出される。赤外温度計３５の検出情報は制御手段３６に入力され、赤外温度計３５の検出情報に応じて制御手段３６からはブロア３４に作動指令が出力される。具体的には、天井板４の面方向の温度差がしきい値を越えた場合に、ブロア３４に作動指令が出力され、加熱されやすい部位を中心に天井板４に空気が噴出され、温度差をなくすように天井板４が冷却される。このため、電磁波が透過する際に天井板４がプラズマからの熱によって加熱されてもノズル３２噴出する空気によって冷却され、天井板４には大きな温度差が生じることがない。
【００１９】
尚、温度差によりブロア３４を作動させるようにしたが、天井板４の絶対温度等の情報によりブロア３４を作動させて空気を噴出させるようにしてもよい。また、常時ブロア３４を作動させて空気を天井板４に噴出させたまま成膜を行うようにしてもよい。また、温度検出手段としては、時間と温度分布の関係とを予め記憶しておき、時間の経過に応じて温度分布を推定する手段とすることも可能である。また、熱電対等の検出手段を設けることも可能である。
【００２０】
上述した半導体製造装置では、ブロア３４の作動により空気管３３から冷媒タンク３１に空気が圧送され、ノズル３２から高周波アンテナ１３に向けて（天井板４に向けて）空気が噴出するので、高周波アンテナ１３に対向する加熱されやすい部位を中心に天井板４が空気により冷却され、面方向の温度分布が略一定になるように冷却される。従って、天井板４が高温に晒されることがなくなり、温度差により天井板４の破損等が生じることがない。
【００２１】
図３、図４に基づいて本発明の第２実施形態例を説明する。図３には本発明の第２実施形態例に係る半導体製造装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面、図４には図３中のＩＶ−ＩＶ 線矢視を示してある。尚、図１、図２に示した第１実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００２２】
天井板４の上方の高周波アンテナ１３の上側の容器２には円筒状の冷却室４１が形成され、冷却室４１によって天井板４及び高周波アンテナ１３が覆われている。冷却室４１内には漏斗型のテフロン製のカバー４２が設けられている。カバー４２は、漏斗を逆にした状態で配設されている。カバー４２は、冷却室４１内で高周波アンテナ１３の天井板４と反対側の面を内周部４３で覆い、内周部４３の径が軸方向に上方に向かって漸次小さくなり、カバー４２は冷却室４１の上部に固定されている。そして、カバー４２の中心部には冷却室４１の外部に開放する筒部４４が取り付けられている。つまり、カバー４２と筒部４４によりカバー部材が構成されている。
【００２３】
冷却室４１の外周側における上壁には、外部に開放する冷媒取り入れ口としての空気穴４５が複数箇所に形成されている。また、図２に示すように、カバー４２の内周部４３には放射螺旋状の溝４６が形成されている。更に、筒部４４の上部には冷媒吸引手段としての電動ファン４７が設けられ、電動ファン４７の作動により内周部４３内の空気が筒部４４に吸引されて外部に排気される。尚、溝４６は単に放射状に形成することも可能であり、また、設けなくてもよい。
【００２４】
従って、電動ファン４７の作動によりカバー４２の内周部４３内の空気を筒部４４に吸引することにより、空気穴４５から外部の空気が冷却室４１に導入されてカバー４２の外側から内周部４３内に空気が送られる。そして、円形リング状の高周波アンテナ１３に対向する加熱されやすい外方側の部位から天井板４が空気により冷却される（冷却手段）。内周部４３内に送られた空気は、放射螺旋状の溝４６に沿って旋回状態で流れて天井板４の内方側を冷却して内側に移動し、筒部４４に吸引されて電動ファン４７により外部に排気される。つまり、天井板４は温度分布が略均一になるように外周側から内周側に順に冷却される。
【００２５】
一方、カバー４２の内周部４３には温度導出手段としての赤外温度計４８が数箇所に設けられ、赤外温度計４８によって天井板４の各部位の温度（面方向の温度温度分布）が検出される。赤外温度計４８の検出情報は制御手段４９に入力され、赤外温度計４８の検出情報に応じて制御手段４９からは電動ファン４７に作動指令が出力される。具体的には、天井板４の面方向の温度差がしきい値を越えた場合に、電動ファン４７に作動指令が出力され、加熱されやすい外方側の部位から空気が供給され、温度差をなくすように天井板４が冷却される。このため、電磁波が透過する際に天井板４が輻射熱によって加熱されても、内周部４３内の空気を筒部４４に吸引することで供給される空気により冷却され、天井板４は高温に晒されることがない。
【００２６】
尚、温度差により電動ファン４７を作動させるようにしたが、天井板４の絶対温度等の情報により電動ファン４７を作動させて空気を噴出させるようにしてもよい。また、常時電動ファン４７を作動させて内周部４３内の空気を筒部４４に吸引して空気を天井板４に供給した状態で成膜を行うようにしてもよい。また、温度検出手段としては、第１実施形態例と同様に、時間と温度分布の関係とを予め記憶しておき、時間の経過に応じて温度分布を推定する手段とすることも可能である。また、熱電対等の検出手段を設けることも可能である。
【００２７】
上述した半導体製造装置では、電動ファン４７の作動によりカバー４２の内周部４３内の空気が筒部４４に吸引され、空気穴４５から外部の空気が冷却室４１に導入されて高周波アンテナ１３に対向する加熱されやすい外方側の部位から内周部４３内に送られ、放射螺旋状の溝４６に沿って旋回状態で天井板４の内方側を冷却して内側に移動し筒部４４に吸引されて排気される。このため、動力の小さな電動ファン４７の作動により、面方向の温度分布が略一定になるように天井板４が効率よく冷却される。従って、温度差により天井板４の破損等が生じることがない。
【００２８】
図５に基づいて本発明の第３実施形態例を説明する。図５には本発明の第３実施形態例に係る半導体製造装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図４に示した第１実施形態例及び第２実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００２９】
天井板４の上方の高周波アンテナ１３の上側の容器２には、図３で示したものと同じ、円筒状の冷却室４１が形成され、冷却室４１内には漏斗型のテフロン製のカバー４２が設けられている。カバー４２の中心部には冷却室４１の外部に開放する筒部５１が取り付けられている。筒部５１は、図３で示した筒部４４に対し、長く構成されている。つまり、カバー４２と筒部５１によりカバー部材が構成されている。また、冷却室４１の外周側における上壁には、外部に開放する冷媒取り入れ口としての空気穴４５が複数箇所に形成され、カバー４２の内周部４３には放射螺旋状の溝４６が形成されている。
【００３０】
従って、空気穴４５から外部の空気が冷却室４１に導入されてカバー４２の外側から内周部４３内に空気が流れ、円形リング状の高周波アンテナ１３に対向する加熱されやすい外方側の部位から天井板４が空気により冷却される（冷却手段）。内周部４３内に送られた空気は、放射螺旋状の溝４６に沿って天井板４の内方側を冷却して内側に移動し筒部５１から外部に排気される。つまり、天井板４は温度分布が略均一になるように外周側から内周側に順に冷却される。
【００３１】
上述した半導体製造装置では、空気穴４５から外部の空気が冷却室４１に導入されて高周波アンテナ１３に対向する加熱されやすい外方側の部位から内周部４３内に送られ、放射螺旋状の溝４６に沿って天井板４の内方側を冷却して内側に移動し筒部５１から外部に排気される。このため、自然の空気の流れにより、天井板４が面方向の温度分布が略一定になるように冷却される。従って、特別な動力を用いることなく天井板４が高温に晒されることがなくなり、温度差により天井板４の破損等が生じることがない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の半導体製造装置は、電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内の基板の表面に処理を施す電源と、アンテナを挟んで電磁波透過窓に対向して設けられ電磁波透過窓に冷却媒体を供給する冷却手段とを備えたので、冷却手段により電磁波透過窓に冷却媒体を供給することでアンテナに対向する電磁波透過窓が冷却され、電磁波を透過させる際に電磁波透過窓が熱に晒されることがなくなり、温度差による電磁波透過窓の破損等を防止することができる。
【００３３】
また、冷却手段は、電磁波透過窓に対向して設けられる冷媒タンクと、冷媒タンクに設けられ電磁波透過窓側に指向する多数のノズルと、冷媒タンク内に冷媒を圧送する圧送手段とからなるので、圧送手段の作動により多数のノズルから電磁波透過窓に冷却媒体を噴射することができ、電磁波透過窓の冷却を確実に行うことができる。また、多数のノズルはアンテナに対向しているので、加熱されやすい部位を中心に冷却媒体を供給して電磁波透過窓を冷却することができ、面方向の温度分布を均一にすることができる。
【００３４】
また、冷却手段は、電磁波透過窓に対向して設けられる冷却室と、冷却室内でアンテナの電磁波透過窓と反対側の面を内周部で覆い内周部の径が軸方向に漸次小さくなり中心に冷却室外に開放する筒部が備えられたカバー部と、冷却室に設けられる冷媒取り入れ口とからなるので、外側から内側に順に冷却媒体を流して電磁波透過窓を冷却することができ、リング状のアンテナを用いた場合でも容易に面方向の温度分布を均一にすることができる。
【００３５】
また、カバー部の内周には放射螺旋状の溝が形成されているので、冷却媒体の流れを旋回状態にすることができ、効率よく冷却を行うことができる。また、カバー部の筒部には冷媒吸引手段が備えられているので、少ない動力で冷却媒体の流れを確実にすることができる。
【００３６】
また、電磁波透過窓の面方向の温度分布を導出する温度導出手段と、温度導出手段の結果に応じて電磁波透過窓に面方向の温度差をなくすように圧送手段の作動を制御する制御手段とを備えたので、電磁波透過窓の温度状態に応じて冷却することが可能になる。また、電磁波透過窓の面方向の温度分布を導出する温度導出手段と、温度導出手段の結果に応じて電磁波透過窓に面方向の温度差をなくすように冷媒吸引手段の作動を制御する制御手段とを備えたので、電磁波透過窓の温度状態に応じて冷却することが可能になる。
【００３７】
また、制御手段には、温度分布の温度差がしきい値を越えた場合に圧送手段の作動を開始させる機能が備えられているので、必要時にのみ圧送手段を作動させてむだなく電磁波透過窓の冷却が行える。また、制御手段には、温度分布の温度差がしきい値を越えた場合に冷媒吸引手段の作動を開始させる機能が備えられているので、必要時にのみ冷媒吸引手段を作動させてむだなく電磁波透過窓の冷却が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る半導体製造装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面図。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ 線矢視図。
【図３】本発明の第２実施形態例に係る半導体製造装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面図。
【図４】図３中のＩＶ−ＩＶ 線矢視図。
【図５】本発明の第３実施形態例に係る半導体製造装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略側面図。
【符号の説明】
１ 基部
２ 容器
３ 成膜室
４ 天井板
５ ウエハ支持台
６ 基板
７ 載置部
８ 支持軸
９ 電磁石
１０ 鉄心
１１ コイル
１２ 三相インバータ電源
１３ 高周波アンテナ
１４ 整合器
１５ 高周波電源
１６ ガス供給ノズル
１７ 補助ガス供給ノズル
１８ 排気系
２１ バイアス電源
２２ 静電電源
２５ 金属板
２６ セラミックス
３１ 冷媒タンク
３２ ノズル
３３ 空気管
３４ ブロア
３５，４８ 赤外温度計
３６，４９ 制御手段
４１ 冷却室
４２ カバー
４３ 内周部
４４，５１ 筒部
４５ 空気穴
４６ 溝
４７ 電動ファン
Claims (9)
- 電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内の基板の表面に処理を施す電源と、アンテナを挟んで電磁波透過窓に対向して設けられ電磁波透過窓に冷却媒体を供給する冷却手段とを備え、
冷却手段は、電磁波透過窓に対向して設けられる冷媒タンクと、冷媒タンクに設けられ電磁波透過窓側に指向する多数のノズルと、冷媒タンク内に冷却媒体を圧送する圧送手段とからなる
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項１に記載の半導体製造装置において、
多数のノズルはアンテナに対向していることを特徴とする半導体製造装置。 - 電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられるアンテナと、アンテナに給電することにより電磁波透過窓から電磁波を容器内に透過させてプラズマを生成して容器内の基板の表面に処理を施す電源と、アンテナを挟んで電磁波透過窓に対向して設けられ電磁波透過窓に冷却媒体を供給する冷却手段とを備え、
冷却手段は、電磁波透過窓に対向して設けられる冷却室と、冷却室内でアンテナの電磁波透過窓と反対側の面を内周部で覆い内周部の径が軸方向に漸次小さくなり中心に冷却室外に開放する筒部が備えられたカバー部と、冷却室に設けられる冷媒取り入れ口とからなる
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項３に記載の半導体製造装置において、
カバー部の内周には放射螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項３もしくは請求項４に記載の半導体製造装置において、
カバー部の筒部には冷媒吸引手段が備えられていることを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項２に記載の半導体製造装置において、
電磁波透過窓の面方向の温度分布を導出する温度導出手段と、温度導出手段の結果に応じて電磁波透過窓に面方向の温度差をなくすように圧送手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項５に記載の半導体製造装置において、
電磁波透過窓の面方向の温度分布を導出する温度導出手段と、温度導出手段の結果に応じて電磁波透過窓に面方向の温度差をなくすように冷媒吸引手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項６に記載の半導体製造装置において、
制御手段には、温度分布の温度差がしきい値を越えた場合に圧送手段の作動を開始させる機能が備えられていることを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項７に記載の半導体製造装置において、
制御手段には、温度分布の温度差がしきい値を越えた場合に冷媒吸引手段の作動を開始させる機能が備えられていることを特徴とする半導体製造装置。
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