JP4327319B2 - 雛壇形シャワーヘッド、及びそのシャワーヘッドを用いた真空処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空槽内にガスを導入するシャワーヘッドの分野に係り、特に、大面積基板に均一な処理を行えるシャワーヘッド及びそのシャワーヘッドを用いた真空処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造分野や液晶表示装置の製造分野等では、従来より、CVD装置やエッチング装置等の、真空雰囲気中にガスを供給し、基板表面を処理する真空処理装置が用いられている。
【0003】
しかしながら、CVD装置やエッチング装置等で、大面積のガラス基板表面を処理する場合、従来技術の真空処理装置では、基板表面に形成される薄膜の膜厚や、エッチング量の面内バラツキを小さくすることが困難であると言われている。
【0004】
それらの真空処理装置のうち、図2の不符号110はCVD装置を示している。
このCVD装置110は、真空槽111を有しており、その内部の底壁上には基板載置台113が配置されている。真空槽111の天井側には、シャワーヘッド112が真空槽111とは絶縁した状態で取り付けられている。シャワーヘッド112は、内部中空に形成されており、その底面を構成し、基板載置台113と対向するシャワープレート118は平坦に形成されている。
【0005】
シャワープレート118には、同径の孔115が多数設けられており、シャワーヘッド112内部の中空部分に薄膜の原料ガスを導入すると、その原料ガスは、各孔115から真空槽111内に噴出されるようになっている。
【0006】
このCVD装置110を使用する場合には、先ず、真空槽111内を真空雰囲気にし、基板載置台113内のヒータに通電し、基板載置台113を昇温させておく。
【0007】
その状態で成膜対象物の基板を搬入し、基板載置台113上に載置する。図2中の符号114は、基板載置台113上の基板を示しており、基板114が所定温度まで昇温した後、シャワーヘッド112から原料ガスを噴出させ、シャワーヘッド112に高周波電圧を印加すると、基板114表面に原料ガスのプラズマが形成され、プラズマ中で活性化した原料ガスによって基板114表面に薄膜が形成される。
【0008】
上記のようなシャワーヘッド112では、シャワープレート118から放出されたガスは一旦基板114表面に吹き付けられた後、基板114の周辺方向に流れ、真空排気系によって真空槽外に排気される。そのため基板114の周辺部分では、基板114の中央付近に吹き付けられた原料ガスも流れるため、周辺部分の原料ガスの流速は中央部分よりも大きくなる。
【0009】
基板114表面に形成される薄膜の膜厚は、原料ガスの濃度と大きな関係があるため、原料ガスの流速の大きい周辺部分では、膜厚が薄くなりやすい。
【0010】
そこで従来技術でも、膜厚分布を改善するために、図3の符号122に示すようなシャワーヘッドが提案されている。
【0011】
このシャワーヘッド122では、底面を構成するシャワープレート128が、内部空間側に頂点を持つ四角錐又は円錐形に成形されており、中央部分の肉厚が厚く、周辺部分では薄くされている。
【0012】
そしてこのシャワープレート128でも、同径の孔125が多数設けられているが、上記のシャワープレート118とは異なり、各孔125の深さは、形成された部分の肉厚に応じて異なっており、中央部分では深く、周辺部分では浅くなっている。従って、中央部分の孔125はコンダクタンスが小さいのに対し、周辺部分のコンダクタンスは大きくなっている。
【0013】
このシャワーヘッド122を用いて基板表面に原料ガスを噴出させる場合、シャワープレート118の中央部分に比べ、周辺部分から噴出される原料ガスの量が多くなるため、基板表面では、原料ガスは、基板の周辺部分に多く、中央部分に少なく吹き付けられる。
【0014】
他方、基板の中央部分の原料ガスの流速は小さく、周辺部分の流速は大きいから、基板表面での原料ガスの実効濃度が均一になり、その結果、基板表面に均一な膜厚の薄膜が形成されるというものである。
【0015】
しかしながら、上記のようなシャワープレート128は四角錐や円錐形であるため、加工が困難でありコスト高である。しかも、中央部分の孔125のコンダクタンスが必要以上に小さくなりやすく、その結果、中央部分の供給量が不足し、その部分の薄膜は膜厚が薄くなりやすいという問題がある。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、加工が容易で、大面積の成膜対象物表面に均一に薄膜を形成できるシャワーヘッド、及びそのシャワーヘッドを用いた真空処理装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、ヘッド本体と、前記ヘッド本体に取り付けられ、内部に中空部分を形成させるシャワープレートと、前記シャワープレートに複数設けられた孔とを有し、前記中空部分に導入されたガスを前記各孔から噴出させるように構成されたシャワーヘッドであって、前記シャワープレートは、中央部分から周辺部分に向けて段階的に厚みが減少するように構成され、前記孔は、同じ大きさで前記シャワープレートの各厚み部分に複数配置され、成膜対象物に向く面は平坦に形成され、前記中空部分に向けられた面が段階的に厚みが減少するように構成され、前記孔は、前記孔から噴出されたガスが、前記成膜対象物表面上を中心から周辺方向に向けて流れるように、前記成膜対象物の表面に対して垂直に形成されたシャワーヘッドである。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のシャワーヘッドであって、前記各厚み部分の、前記シャワープレートの中心から外周に向かう方向には、前記孔が複数個位置するように構成されたシャワーヘッドである。
請求項3記載の発明は、真空槽と、該真空槽内に配置された請求項1又は請求項2のいずれか1項記載のシャワーヘッドとを有し、前記シャワープレートが前記真空槽内に搬入された前記成膜対象物に、前記ガスを噴出させるように構成された真空処理装置である。
【0018】
本発明は上記のように構成されており、シャワーヘッド内の中空部分に原料ガスを導入すると、シャワープレートに設けられた複数の孔から原料ガスが噴出されるようになっている。
【0019】
そのシャワープレートは、中央部分から周辺部分に向けて段階的に厚みが薄くなるように構成されており、中央部分に形成された孔は深いため、そのコンダクタンスは小さく、逆に周辺部分に形成された孔は浅いため、そのコンダクタンスは大きくなっている。従って、中央部分ではガスの供給量が多いが、その周囲からガスが流れ込むため、実効的な濃度は周辺部分と同程度になり、基板表面を均一に処理することが可能になる。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。
図1(a)を参照し、符号10は本発明の一例の真空処理装置を示している。
この真空処理装置10はCVD装置であり、真空槽11を有している。該真空槽11底面上には基板載置台13が配置されており、真空槽11の天井側には、本発明の一例のシャワーヘッド12が配置されている。
【0021】
このシャワーヘッド12は、容器状のヘッド本体16と、該ヘッド本体16の蓋であって、シャワーヘッド12内部に中空部分17を形成させるシャワープレート18とを有している。
【0022】
シャワープレート18は、中心部分から周辺部分に向け、段階的に厚みが減少するように構成されており(雛壇形)、その階段状になった面はシャワーヘッド12内部の中空部分17側に向けられ、シャワープレート18の平坦な面が、基板載置台13側に向けられている。
【0023】
このシャワープレート18の厚さは、3段階に変化しており、符号21aは、シャワープレート18の中央部分であって、最も厚い部分を示しており、その外側の中間部分21bは、中央部分21aよりも厚みが薄くなっており、更にその外側であって、シャワープレート18の周辺部分21cは、最も厚みが薄くなっている。
【0024】
シャワープレート18の中央部分21aと中間部分21bと周辺部分21cとには、シャワープレート18の厚み方向に円形の孔15a、15b、15cがそれぞれ複数個ずつ形成されている。従って、シャワープレート12内部の中空部分17は、各孔15a、15b、15cによって、真空槽11内部の空間に接続されている。
【0025】
このシャワーヘッド12にはガス導入系19が接続されており、図示しないガスボンベ内に充填された原料ガスを、このガス導入系19を通して中空部分17内に導入し、各孔15a、15b、15cから真空槽11内に噴出させられるようになっている。
【0026】
この真空処理装置10を使用する場合、先ず、真空槽11内部を真空排気すると共に基板載置台13内に配置したヒータに通電し、基板載置台13を昇温させておく。その状態で基板14を基板載置台13上に配置し、基板14が所定温度まで昇温したところで、シャワーヘッド12の孔15a〜15cから薄膜の原料ガスを真空槽11内に噴出させる。
【0027】
シャワーヘッド12は真空槽11と電気的に絶縁されており、真空槽11を接地電位に置き、シャワーヘッド12に負電圧を印加すると、基板14表面近傍に原料ガスのプラズマが生成され、プラズマ中で活性化した原料ガスにより、基板14表面に薄膜が形成される。
【0028】
シャワーヘッド12から噴出される原料ガスの流れ方は、シャワープレート18に設けられた孔15a〜15cの配置状態に密接な関係がある。
【0029】
図1(b)は、シャワープレート18の、中空部分17側から見た平面図である。このシャワープレート18では、中央部分21aの孔15aと、中間部分21bの孔15bと、周辺部分21cの孔15cとは、各厚み部分に多数配置されており、シャワープレート18の中心Oから周辺方向には、最も深い孔15aと、それよりも浅い孔15bと、最も浅い孔15cが複数個位置している。
【0030】
例えば、図1(a)、(b)は、孔15a、15b、15cの数は省略して表されているが、図1(b)では、シャワープレート18の中心Oを通り、図面水平方向の軸線H上には、中央部分21aでは2個、中間部分21bでは4個、周辺部分21cでは3個が配置されており、垂直方向の軸線Vの方向には中央部分21aでは2個、中間部分21b及び周辺部分21cでは3個が配置されている。
【0031】
この場合、各孔15a〜15cから噴出された原料ガスは、基板14表面上を中心Oから周辺方向に向けて流れ、真空排気系から排気されるため、中心部分21aの付近では、中心部分21aに形成された各孔15aが供給する原料ガスだけが流れるものの、中間部分21bでは、中間部分21bに形成された複数の孔15bが供給する原料ガスと、中央部分21aから流れ込んだ原料ガスとが流れる。更に、周辺部分21cでは、周辺部分21cに形成された各孔15cが供給する原料ガスの他、中央部分21aと中間部分21bとから流れ込んだガスとが流れる。
【0032】
各孔15a、15b、15cは円形であり、その直径は同じ大きさに形成されているが、中央部分21aに形成された孔15aの長さが最も長く、周辺部分21cに形成された孔15cの長さが最も短くなっているため、各孔15a〜15cのコンダクタンスは、中央部分21aの孔15aが最も小さく、周辺部分21cの孔15cが最も大きくなっている。中間部分21bの孔15bはそれらの中間の大きさになっている。
【0033】
この場合、中央部分21aの孔15aが供給する原料ガスの量は少なく、中間部分21bの孔15bはそれよりも多く、更に、周辺部分21cの孔15cが供給する原料ガス量が最も多くなっている。
【0034】
従って、原料ガス流量の少なく、流速が小さい中央部分21aには少量の原料ガスが供給され、原料ガスの流量が多く、流速が大きい周辺部分21cには多量の原料ガスが供給されるため、基板14表面の実効的な原料ガス密度は、中央部分21aから周辺部分21cに亘って略均一になっており、その結果、大面積の基板14表面に均一な膜厚の薄膜が形成されるようになっている。
【0035】
このようなシャワープレート18では、四角錐や円錐形ではないため、加工が容易であり、また、各段の厚みを調整することで孔15a〜15cの深さを変え、コンダクタンスを調節するのが容易である。
【0036】
なお、上記シャワーヘッド12では、シャワープレート18の厚みを3段階に変えたが、2段階に変化させてもよく、また、4段階以上に変化させてもよい。要するに、シャワープレートの厚みを段階的に変え、中央部分が厚く、周辺部分が薄くなるようにし、各厚み部分に複数の孔を設ければよい。
【0037】
また、上記の真空処理装置10はプラズマCVD装置であったが、本発明の真空処理装置には熱CVD装置やエッチング装置も含まれる。要するに、中央から周辺に向け、段階的に厚みが薄くなるシャワーヘッドから真空槽中にガスを噴出させ、基板表面を処理する真空処理装置を広く含むものである。
【0038】
【発明の効果】
基板表面に供給されるガスの実効濃度が均一になるので、基板表面を均一に処理することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a):本発明の真空処理装置の一例 (b):本発明のシャワーヘッドの一例
【図2】従来技術の真空処理装置
【図3】従来技術のシャワーヘッド
【符号の説明】
10……真空処理装置
12……シャワーヘッド
14……基板
15a、15b、15c……孔
17……中空部分
18……シャワープレート
21a〜21c……シャワープレートの厚みが異なる部分
Claims (3)
- ヘッド本体と、
前記ヘッド本体に取り付けられ、内部に中空部分を形成させるシャワープレートと、
前記シャワープレートに複数設けられた孔とを有し、前記中空部分に導入されたガスを前記各孔から噴出させるように構成されたシャワーヘッドであって、
前記シャワープレートは、中央部分から周辺部分に向けて段階的に厚みが減少するように構成され、
前記孔は、同じ大きさで前記シャワープレートの各厚み部分に複数配置され、
成膜対象物に向く面は平坦に形成され、前記中空部分に向けられた面が段階的に厚みが減少するように構成され、
前記孔は、前記孔から噴出されたガスが、前記成膜対象物表面上を中心から周辺方向に向けて流れるように、前記成膜対象物の表面に対して垂直に形成されたシャワーヘッド。 - 前記各厚み部分の、前記シャワープレートの中心から外周に向かう方向には、前記孔が複数個位置するように構成された請求項1記載のシャワーヘッド。
- 真空槽と、該真空槽内に配置された請求項1又は請求項2のいずれか1項記載のシャワーヘッドとを有し、
前記シャワープレートが前記真空槽内に搬入された前記成膜対象物に、前記ガスを噴出させるように構成された真空処理装置。
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