JPH07118468B2 - 乾式薄膜加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はLSI製造装置に代表される半導体製造装置の
なかでとくに低温成膜を必要とする超LSI成膜工程に用
いるECR方式の乾式薄膜加工装置に関する。

〔従来の技術〕

低温成膜における膜質の向上を目的としてマイクロ波と
磁場の共鳴効果を用いたECR（電子サイクロトロン共
鳴）プラズマを用いたCVD,エッチング装置が研究されて
いる。

第12図にこの種薄膜加工装置の従来の構成例を示す。マ
イクロ波発振器を兼ねるプラズマ生成室３と処理室９と
を真空排気しておき、プラズマ生成室３へ目的に応じて
N₂,O₂,Ar等のキャリアガス（プラズマ生成用ガス）をガ
ス供給手段４を通して流したところへマイクロ波を導波
管1,マイクロ波導入窓２を介して送り込む。マイクロ波
共振器３の外部には励磁ソレノイド６が配置され、共振
器内部にECR条件を満す磁場が発生しているとECRプラズ
マが発生する。このプラズマが処理室９内に押し出され
半導体ウエハが載置される基板台10へ向かう空間内にシ
ランガスを送りこんでこのガスを上記プラズマにより活
性化すると、発生した活性種の作用により半導体ウエハ
（以下単に基板とも記す）11の表面にシリコン系薄膜が
形成される。

このような従来装置において、シランガスの導入口は第
12図においてシランガス導入手段12として例示したポー
ト式を用いるか、もしくはポートからさらに装置内部に
向けて延びる管路を介してガスが供給される，第13図に
例示するシャワリング15を設けるかのいずれかが従来行
われてきた。シャワリング15は中空パイプで形成した円
環に周方向に間隔をおいてガス導入のための小孔15aを
形成したものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

超LSIチップ製造に用いるウエハサイズは６インチない
し８インチと大型化の傾向にあり、形成された薄膜膜厚
のウエハ面内分布の不均一をこうした大口径ウエハに対
しても±５％以内におさめることが一般的に要求されて
いる。薄膜形成速度はプラズマ密度および電子温度によ
って主に決定されるためこれの面方向の均一化が重要で
あるが、これらの均一化が成しとげられてもそれだけで
は成長速度を均一化することはできず、ガスの流れを均
一化することが不可欠である。従来用いられてきたガス
導入方法ではガス流量の変動につれてガス流の均一性が
くずれ、例えば成膜速度の向上と膜厚分布改善の要求と
が二律背反となるという欠点があった。

本発明の目的は、ガス流量が変動してもガス流の均一性
がくずれず、常時ガス流の均一性が得られやすい乾式薄
膜加工装置の構成を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するため、本発明においては、次の手
段をとるものとする。

（１）プラズマ室から膜生成用基板に至るプラズマ流の
経路を軸対称の構造物で囲む。

（２）上記構造物を貫通するガス導入口を少なくとも４
個回転対称な位置に設け供給ガスのウエハ上での偏在化
を防止する。

（３）ウエハ上でのガスの均等化を確実にするため、マ
スフローコントローラからガス導入口に至るガスパイプ
ラインのコンダクタンスをマスフローコントローラごと
に均等にする。

〔作用〕

ECRプラズマの動作圧力は約１ミリトール近傍であり圧
力領域としては粘性流の性質が現われない領域に属す
る。従って、ガス分子に働く力としては、荷電粒子に対
しては電子の磁場拡散効果にともなうクーロン引力，中
性分子（原子団）に対しては弾性衝突の力が主たるもの
である。こうした系において膜の成長速度をウエハ内で
均一に保つためには、プラズマの輸送される空間におい
てガス粒子の密度分布を均一に保つことが重要である。

上記手段を講じることによりこの密度分布の均一が得ら
れる。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例による乾式薄膜加工装置の構
成を示す。図中、第12図および第13図と同一の部材には
同一符号を付し、説明を省略する。図に示すように、プ
ラズマ生成室３と基板11の間に同軸円筒16aを主要部材
とする構造物16を該同軸円筒の軸線をプラズマ生成室３
の軸線と一致させて配置する。この同軸円筒16aはガス
の流れを整えるガイドの役割をはたすとともに処理室９
の壁面への膜の付着を防止する防着筒として機能する。
この防着筒16aの壁面を貫いて該壁面にガス導入口20を
取りつけるとともにこれらにガスを導くガスライン21を
配置する。実験の結果ではガス導入口20は少なくとも４
個必要である。

第２図はガス導入口とガスラインとの配置に関する第２
の実施例を対称軸の方向に見て示す図であり、90゜の回
転対称の位置に４個のガス導入口P1,P2,P3,P4が取りつ
けられている。ここでは２個のガス導入口を１本のガス
ラインでまとめ、さらに２本のガスラインを１本にまと
めることにより、マスフローコントローラ（MFC）から
ガス導入口までのガスの流れのコンダクタンスのバラン
スを保っている。

第３図は第１図に示すガス導入口とガスラインとの配置
に関する第１の実施例を対称軸の方向に見て示す図であ
り、４個のガス導入口と２個のマスフローコントローラ
MFC1,MFC2とを用いている。

第４図は同じく第３の実施例を示す図であり、60゜の回
転対称の位置に６個のガス導入口を配置し、２個のマス
フローコントローラからそれぞれ３個のガス導入口にガ
スを供給するときの例を示す。この場合、３個のガス導
入口とガスラインの分岐点との間のコンダクタンスを等
しくするが図には示していない。

第５図は60゜の回転対称の位置に６個のガス導入口を配
置し３個のマスフローコントローラからそれぞれ２個の
ガス導入口にガスを供給するときの実施例を、第６図は
45゜の回転対称の位置に８個のガス導入口を配置し８個
のマスフローコントローラからガスを供給するときの実
施例を、また第７図は８個のガス導入口に対しマスフロ
ーコントローラを２個としたときの実施例を示す。ここ
で特記すべきことはマスフローコントローラが異なれば
異なるマスフローコントローラに接続されるガスライン
相互間ではコンダクタンスは異なっても良いことであ
る。

次に同軸円筒構造物の処理室９内配置の異なる実施例を
示す。

第８図はこの配置の第１の実施例を示し、防着筒15aが
基板台10をとり囲むように長く形成され処理室９の天井
板に取り付けられている。第９図に示す第２の実施例で
は構造物15は基板台10に固定されている。なお第８図，
第９図において、ガスライン，ガス導入口，マスフロー
コントローラは、図示を省略してある。また、第10図に
示す第３の実施例は防着筒16aを備えた構造物16は使用
せず処理室９の壁面を円筒構造物として利用した場合を
示し、処理室壁面に配されるガス導入口，ガスライン
は、第２図ないし第７図のそれぞれの実施例に示される
組合わせが可能である。

以上の実施例では真空排気を基板台10の後方から行う図
を示したが、第11図に例示するごとく真空排気の方向は
どのようにとっても本発明の基本的効果が損なわれるこ
とはない。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明においては、プラズマ生成
室から被成膜基板に至るプラズマ流の経路を軸対称の筒
体で囲み、この筒体壁面を貫通するガス導入口を回転対
称な位置に４個以上設けてガス流の偏在化をさけ、さら
に各ガス導入口からの流入ガス量を等しくするための手
段をほどこすこととしたためプラズマ輸送路におけるガ
ス粒子密度の均一化がはかられ、これによりCVDプロセ
スにおける膜厚分布の均一が確保される。また、ガス導
入口は回転対称の位置に配されているため、ガス流量が
変動してもガス流の均一性がくずれず、常に膜厚分布の
均一な成膜が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による乾式薄膜加工装置の構
成を示す縦断面図、第２図ないし第７図は処理室へのガ
ス導入系構成のそれぞれ異なる実施例を示す模式図、第
８図ないし第10図は同軸円筒を備えた構造物の処理室内
配置のそれぞれ異なる実施例を示す断面図、第11図は本
発明の効果に対する排気口位置の影響を説明するための
断面図、第12図および第13図は従来の乾式薄膜加工装置
の異なる構成例を示す断面図である。 1:導波管、3:プラズマ生成室（通過形共振器）、4:ガス
供給手段、6:励磁ソレノイド、11:基板（半導体ウエ
ハ）、12:ガス導入手段、16:構造物、16a:防着筒（同軸
円筒）、18,19:マスフローコントローラ、20:ガス導入
口、21:ガスライン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波発振器とマイクロ波導波管と通
   過形共振器とからなるマイクロ波立体回路を有し、前記
   通過形共振器の内部において磁場とマイクロ波の交番電
   界との相互作用により該通過形共振器内に導入されたガ
   スをプラズマ化し、このプラズマを用いて前記通過形共
   振器の反マイクロ波導波管側に配された処理室内へ導入
   されたガスを活性化して該処理室内の半導体ウエハ上に
   薄膜を形成し、または生成膜のエッチングなどの薄膜加
   工を行う乾式薄膜加工装置において、壁面を貫通して該
   壁面に前記プラズマにより活性化されるガスを処理室内
   に導入するための少なくとも４個のガス導入口が回転対
   称の位置に固設された同軸円筒状の筒体を備えた構造物
   を前記通過形共振器と半導体ウエハとの間に該同軸円筒
   状筒体が前記通過形共振器と同軸となるように配すると
   ともに前記処理室へのガス導入が通過ガス量を制御する
   １個または複数個のマスフローコントローラと該それぞ
   れのマスフローコントローラの処理室側から分岐しつつ
   前記ガス導入口に到るガスラインとを介して行われ、前
   記それぞれのガス導入口から導入されるガス量がそれぞ
   れのマスフローコントローラごとに等しくなるようにガ
   スラインが構成されていることを特徴とする乾式薄膜加
   工装置。