JPH04154116A - 減圧ｃｖｄ用ガス導入装置および該装置の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ＣＶ
Ｄ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
等ピンチで形成されたシャワー電極５から被成膜基板（
以下ウェーハとも記す）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１両者を結合するねし８とからなる。

ウェーハ９の表面に薄膜を形成する際には、ウェーハ９
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１工に給電してウェーハを加熱した後、配管１
．２を通して原料ガスＡ、Ｂをシャワー電極５からウェ
ーハ９の表面に供給しつつ、ＲＦ［［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とウェーハ
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＆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ツシュであり、符号１２はねじ棒１
３を介して基板台１０を上下動させ、シャワー電極５と
ウェーハ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を遣った原料ガスは直接シャワー電極に当り、シャワ
ー電極からウェ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、ウェ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フファプ
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−様にな
らず、原料ガスの混合状態は第３ｒｌ！Ｊ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、成膜をするとシャワ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がかり、またねじ
は通常皿中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
引掛は溝があるが、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。

〔１１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
宵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（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、輪
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１ｏの上面ばウェーハ９が定位置に載置
できるよう、ウェーハ９の外径に合わせて凹面が形成さ
れている。ウェーハ９はここに図示されないウェーハ搬
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０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を通る原料ガスエ
８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が取り付けである。

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０台４４．真空容器４３の間は。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内はあらがじめ真空に引かれ、別に設けた
ウェーハ搬送装置によりウェーハを基板台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、ウェーハ９を昇温する。ウェーハ
が基板台１０の上面に載置されると、基板台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。ウェーハ９の温度が一定になると、Ｒ
Ｆ電源から端子導体４５を介して高周波１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、ウェーハ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、中心が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。同様に、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を下方へ道通させるための孔２
７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２Ｂ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０．５　ｍｓ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
遣る流れに分流し、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１鶴ないし３簡の高さの
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１例
えば０．５ｆｉ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４
４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３１，３０，２９．２８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に到る部材の抜は止めを行う
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ェーハ表面への
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、ウェー
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しが不必要とな
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。 ｌ、２：配管、３．４３：真空容器、６，１００：ガス
導入装置、９：被成膜基板（ウェーハ）、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：ヘースマウント、
３４：押さえリング、３５，３６：カメラ”　’ｙ　ｙ
　トｍ　　　　　　　　代理人弁理士山　口　巖第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。