JPH08260154A

JPH08260154A - 誘導結合プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH08260154A
Application number: JP7060704A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Fukuyama; 聡福山
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】高速で成膜することのできる誘導結合プラズ
マＣＶＤ装置を提供する。【構成】この発明に係る誘導結合プラズマＣＶＤ装置
１では、リング状のアンテナ３１に高周波を印加する
と、このアンテナ３１に接して設けられた誘電体窓１３
の反対側、すなわちチャンバ３の内部にプラズマ７９を
発生する。チャンバ３の内側にはステージ１５が設けら
れており、このステージ１５の上に載置されたワーク５
３を加熱する。また、チャンバ３内部は排気装置７７に
より排気されて真空状態となり、このチャンバ内にガス
供給装置２５，５５が少なくとも２種類の反応ガスを所
望量供給する。前記ステージ１５はステージ移動手段６
５により前記誘電体窓１３に対して随時接近離反され、
ガス供給管移動手段６９が前記ガス供給管５５のうちの
少なくとも一方のガス供給管５５の前記ステージ１５に
対する間隔を調整するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は誘導結合プラズマＣＶ
Ｄ装置に係り、さらに詳しくは、 SiO₂膜等の薄膜を高
速で形成する誘導結合プラズマＣＶＤ装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図４にはいわゆる誘導結合プラズマＣＶ
Ｄ装置１０１が示されており、 SiO₂膜を成膜する場合
を例として説明する。

【０００３】図４において、冷却のため二重構造となっ
ているチャンバ１０３の内側には石英円環１０５が設け
られており、チャンバ１０３の上側には上蓋１０７が、
また下側には下蓋１０９がそれぞれＯリング１１１等に
よりシールされて設けられている。

【０００４】チャンバ１０３の上蓋１０７の上面には、
石英から成る高周波電波の誘電体窓１１３が設けられて
おり、この誘電体窓１１３の上には二つの端子１１５，
１１７を有する銅製のリング状アンテナ１１９が設けら
れている。前記誘電体窓１１３は石英の外、電波を通す
が赤外線を透過させないアルミナのような材料を使用す
ることができる。また、前記端子１１５，１１７にはマ
ッチングボックス１２１が接続されており、さらに高周
波電源１２３が接続されている。

【０００５】ここでは、前記リング状アンテナ１１９は
冷却されていないが、供給される高周波によって数１０
０°Ｃまで温度が上昇することを考えると、アンテナ１
１９を管状にして冷却水を流すことも考えられる。

【０００６】前記誘電体窓１１３と上蓋１０７との間に
はＯリング１２５が設けられており、チャンバ１０３の
内部空間を密閉している。このＯリング１２５を冷却す
るために、上蓋１０７には冷却水用の流路１２７が設け
られており、注入口１２９から冷却水を注入して排水口
１３１から排水している。

【０００７】また、上蓋１０７には酸素(O₂) ガス供給
用の配管１３３が設けられており、この配管１３３に接
続する供給路１３５が設けられている。この供給路１３
５の先端にはガス供給穴１３７が設けられており、この
ガス供給穴１３７から誘電体窓１１３近傍に酸素(O₂)
ガスを供給している。

【０００８】一方、チャンバ１０３の下蓋１０９上には
複数本の下支柱１３９が立設されており、この下支柱１
３９の上側にはヒータ支持板１４１が設けられていて、
ヒータ支持板１４１の上にはさらに複数本の上支柱１４
３が設けられている。

【０００９】上支柱１４３の上には、数組の反射板１４
５が設けられており、この反射板１４５の内側にヒータ
１４７が設けられている。このヒータ１４７の上にワー
クであるウエハ１４９を載置し、例えば６００°Ｃ程度
まで均一に加熱する。このため、上支柱１４３はセラミ
クスのような熱伝導率の小さな材質でできている。

【００１０】また、ヒータ１４７の上方には例えば石英
製のリング状をしたガス供給管１５１が設けられてお
り、ガスをリングの内側へ向けて吹き出すようになって
いる。このガス供給管１５１にはガスを供給するための
枝管１５３が取付けられている。この枝管１５３は、ユ
ニオン継手１５５によりチャンバ１０３の下蓋１０９を
貫通するSUS 管１５７に接続されている。

【００１１】前記ヒータ支持板１４１の上面における前
記ヒータ１４７および反射板１４５の周囲には、ヒータ
１４７から反射板１４５を超えてくる熱流を遮蔽するた
めの冷却ユニット１５９が設けられている。また、下蓋
１０９には排気管１６１が設けられており、チャンバ１
０３内の排気を行うものである。

【００１２】次に、前述の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）
ＣＶＤ装置１０１の動作について説明する。まず、図示
しないローダによりウエハ１４９をチャンバ１０３内の
ヒータ１４７上に載置する。もしチャンバ１０３内が大
気圧であれば、図示しない排気ポンプにより排気管１６
１から例えば１０^-6〜１０^-7Torrの真空まで排気する。

【００１３】ヒータ１４７に電流を供給して、３００°
Ｃ〜５００°Ｃ程度まで加熱する。この時、すべての冷
却部には冷却水を流しておく。適当な温度まで昇温した
後、ガス供給穴１３７から酸素(O₂) ガスが供給され、
ガス供給管１５１からジクロールシラン(SiH₂Cl₂) ガ
スが所定の割合で供給される。

【００１４】チャンバ１０３内の圧力を図示しないスロ
ットルバルブ等で所定圧力に調整した後、マッチングボ
ックス１２１を介して高周波電力が端子１１５，１１７
からアンテナ１１９に供給される。これにより、誘電体
窓１１３の直下にプラズマ１６３が形成される。そし
て、このプラズマ１６３が先に供給された酸素(O₂) ガ
スおよびジクロールシラン(SiH₂Cl₂) ガスを分解・合
成してウエハ１４９上にSiO₂膜が堆積される。堆積し
た膜厚はin-situ （その場）で確認してもよいし、時間
で管理してもよい。成膜が終了したら、酸素，ジクロー
ルシランガスの供給をストップして高周波電源１２３を
オフとし、排気管１６１から排気して処理を終了する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術にあっては、以下のような問題点があ
る。すなわち、、圧力，ガス流量，入射電力等のパラメータを変化さ
せた場合に、最大の成膜速度が得られるガス供給管〜ス
テージの間隔が変化する。また、ガス供給管〜ステージ
の間隔が変化すると、成膜速度が最大になるアンテナ〜
ステージの間隔が変化する。しかし、前述の誘導結合プ
ラズマＣＶＤ装置ではガス供給管とステージの間隔を変
えるにはチャンバを大気解放しなければならないため、
稼働率が低下する。

【００１６】、厚膜に対して成膜速度を最大にする状
態に装置を固定してしまうと、薄膜に対しては放電が安
定する以前に成膜を終えてしまい、膜質の管理を行うこ
とが困難である。例えば、クラッド層は２０μｍある
が、コア層は５μｍ程度しかないので、クラッド層の成
膜に最適な状態に装置を固定してしまうと、コア層の成
膜時には瞬時に成膜を終えてしまうため、前述の誘導結
合プラズマＣＶＤ装置一台では前記両層の成膜を最適に
行うことができない。従って、二台の誘導結合プラズマ
ＣＶＤ装置を用いる必要があり、コストアップを招く。

【００１７】、成膜条件を変える度に装置を停止させ
て装置内部を変更しなければならないため、メンテナン
ス性が悪い。また、稼働率も低下する。

【００１８】、膜の種類によって最適な条件が異なる
ため調整が必要であり、種々の膜について成膜を自動化
して連続的に成膜することができない。

【００１９】この発明の目的は、以上のような従来の技
術に着目してなされたものであり、成膜条件を容易に変
更することができ、高速で成膜することのできる誘導結
合プラズマＣＶＤ装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１による本発明の誘導結合プラズマＣＶＤ装
置は、高周波印加が可能なリング状のアンテナと、この
アンテナに接して設けられた誘電体窓と、この誘電体窓
を有すると共に気密保持可能に設けられたチャンバと、
このチャンバ内部にあってワークを加熱すべく設けられ
たステージと、前記チャンバ内部を排気するための排気
装置と、前記チャンバに少なくとも２種類の反応ガスを
所望量供給可能なガス供給装置と、を備えた誘導結合プ
ラズマＣＶＤ装置であって、前記誘電体窓に対して前記
ステージを相対的に接近離反させるステージ移動手段
と、前記ステージに対して前記ガス供給管のうちの少な
くとも一方のガス供給管を相対的に接近離反させるガス
供給管移動手段と、を備えてなることを特徴とするもの
である。

【００２１】また、請求項２による本発明の誘導結合プ
ラズマＣＶＤ装置は、請求項１記載のガス供給管のうち
の一方のガス供給管がリング状に形成されると共にステ
ージ近傍に設けられ、前記ガス供給管のうちの他方のガ
ス供給管が誘電体窓の近傍に設けられていることを特徴
とするものである。

【００２２】

【作用】請求項１による誘導結合プラズマＣＶＤ装置で
は、リング状のアンテナに高周波を印加すると、このア
ンテナに接して設けられた誘電体窓の反対側、すなわち
チャンバの内部にプラズマを発生する。チャンバの内側
にはステージが設けられており、このステージの上に載
置されたワークを加熱する。また、チャンバ内部は排気
装置により排気されて真空状態となり、このチャンバ内
にガス供給装置が少なくとも２種類の反応ガスを所望量
供給する。前記ステージはステージ移動手段により前記
誘電体窓に対して随時接近離反され、ガス供給管移動手
段が前記ガス供給管のうちの少なくとも一方のガス供給
管を前記ステージに対して相対的に接近離反させるもの
である。

【００２３】また、請求項２による誘導結合プラズマＣ
ＶＤ装置では、請求項１記載のガス供給管のうちの一方
のガス供給管がリング状に形成されると共にステージ近
傍に設けられており、ステージに載置されているワーク
に対してガスを供給する。一方、前記ガス供給管のうち
の他方のガス供給管は誘電体窓の近傍に設けられてお
り、プラズマに向かってガスを供給するものである。

【００２４】

【実施例】以下、この発明の好適な一実施例を図面に基
づいて説明する。

【００２５】図１にはこの発明に係る誘導結合プラズマ
ＣＶＤ装置１が示されている。図１において、冷却水を
流すために二重構造となっているチャンバ３には上蓋５
および下蓋７が各々密閉を保つ状態で設けられており、
チャンバ３の内側には石英円環９が設けられている。

【００２６】上蓋５は中央部にチャンバ３の内壁と同じ
大きさの開口１１が設けられており、この開口１１を上
側から覆うべく石英製の誘電体窓１３が設けられてい
る。なお、後述するヒータ板１５の温度次第ではアルミ
ナのような赤外線を透過させない材料を使用してもよ
い。

【００２７】前記誘電体窓１３はＯリングシール１７に
よりチャンバ３の密閉を保持するようになっている。こ
のＯリングシール１７の耐熱温度は低く高熱に耐えられ
ないため、下蓋７の内部に流路１９を設け、冷却水を給
水口２１から注入して排水口２３から排出することによ
り冷却している。

【００２８】また、上蓋５には、他方のガス供給管とし
ての酸素ガス供給管２５およびガス供給路２７が設けら
れており、供給穴２９からチャンバ３内部の誘電体窓１
３近辺に酸素ガスを供給している。

【００２９】前記誘電体窓１３の上面に密着してリング
形状をした銅製のアンテナ３１が設けられている。この
アンテナ３１には高周波供給用の端子３３，３５が上方
に向けて設けられており、この端子３３，３５はマッチ
ングボックス３７を介して高周波電源３９に接続されて
いる。本実施例では、アンテナ３１は平板状となってお
り冷却が行われていないが、供給する高周波により温度
は数１００°Ｃまで上昇するので、アンテナ３１を管状
に形成して内部に冷却水を流すようにしてもよい。

【００３０】一方、下蓋７の上側には、ヒータ支持板４
１が３本のリニアガイド４３により上下動自在に支持さ
れている。このリニアガイド４３はベローズ４５等でシ
ールされており、チャンバ３の気密を保っている。ま
た、下蓋７には、前記各リニアガイド４３を摺動可能に
支持するためのリニアブッシュ４７が各々設けられてい
る。

【００３１】前記ヒータ支持板４１の上には、セラミッ
クスのような熱伝導率の小さな材質でできた複数の支柱
４９が立設されており、この支柱４９の上には数組の反
射板５１と、平板状のワーク５３を載置するステージと
してのヒータ板１５が設けられている。このヒータ板１
５は、例えば６００°Ｃ程度の温度まで均一にワーク５
３を加熱できるものである。

【００３２】ヒータ板１５の上方には、一方のガス供給
管としての石英製のリング形状をしたジクロールシラン
ガス供給用のガス供給管５５が設けられており、このガ
ス供給管５５の一点はガスを供給するための枝管５７に
接続されている。この枝管５７は、取り外し可能なユニ
オン継手５９により SUS管６１に接続されており、 SUS
管６１は下蓋７を貫通してチャンバ３の下方へ伸びてい
る。従って、 SUS管６１から枝管５７を介してガス供給
管５５へ供給されたガスは、ガス供給管５５に設けられ
ている図示しない多数のノズル穴からワーク５３へ向か
って供給される。

【００３３】また、ヒータ支持板４１の上面における前
記反射板５１の外側には、ヒータ板１５から反射板５１
を越えて流れてくる熱流をシャットするための冷却ユニ
ット６３が設けられている。

【００３４】一方、下蓋７の下方にはステージ移動手段
としてのジャッキ６５が設けられており、このジャッキ
６５には上下移動板６７が上下動自在に取付けられてい
る。この上下移動板６７の上面には前述のリニアガイド
４３の下端が固定されている。また、上下移動板６７の
上面にはガス供給管移動手段としての溶接継手６９が取
付けられており、前記 SUS管６１を固定可能に支持して
いる。なお、この溶接継手６９を手動で緩めて SUS管６
１の上下方向の摺動を可能にすると、ガス供給管５５と
ヒータ板１５との間隔を容易に調整できるようになって
いる。

【００３５】この溶接継手６９と下蓋７との間における
前記 SUS管６１の外側には、チャンバ３内部の気密保持
のために伸縮自在のフレキシブルチューブ７１が設けら
れている。また、 SUS管６１の下端部はユニオン継手７
３によりフレキシブルチューブ７５と接続されている。
また、下蓋７の下面には排気管７７が設けられており、
図示しない排気装置に接続されている。

【００３６】次に、以上説明した誘導結合プラズマＣＶ
Ｄ装置１の動作を説明する。

【００３７】まず、図示しないローダによりワーク５３
をチャンバ３の内部に搬入して、ヒータ板１５の上に載
置する。このとき、チャンバ３の内部が大気圧である場
合には、図示しない排気装置が排気管７７から１０^-6〜
１０^-7Torrまで真空引きをする。所定の真空度に達する
と、ヒータ板１５に内蔵されているヒータをオンとして
ヒータ板１５を３００〜５００°Ｃまで加熱してワーク
５３を加熱する。このとき、全ての冷却部は冷却水によ
り冷却されている。

【００３８】所定の温度まで加熱した後、ジャッキ６５
を作動させて上下移動板６７を所定の高さまで上昇させ
る。これにより、リニアガイド４３が上昇するのでヒー
タ支持板４１が上昇し、反射板５１，ヒータ板１５およ
びワーク５３が上昇する。また、ガス供給用の SUS管６
１は溶接継手６９により上下移動板６７に固定されてい
るので上下移動板６７の上昇と共にガス供給管５５も一
体となって上昇する。ここで、ガス供給管５５とヒータ
板１５までの間隔を調整する場合には、手動で溶接継手
６９を緩め、 SUS管６１を上下移動させることにより予
め適正な間隔に設定しておく。

【００３９】前述のようにヒータ板１５やワーク５３が
所定位置に達すると、酸素ガス供給管２５から酸素ガス
を供給しガス供給路２７を介して供給穴２９からチャン
バ３内部へ酸素ガスが供給される。また、 SUS管６１を
介してガス供給管５５からジクロールシラン(SiH₂C
l₂) ガスが所定の割合で供給される。

【００４０】図示しないがスロットルバルブ等によりチ
ャンバ３内部を所定の圧力に調整した後、高周波電源３
９をオンとしてマッチングボックス３７を介して端子３
３，３５からアンテナ３１に高周波電力が供給される。
これにより、誘電体窓１３の直下にプラズマ７９が形成
される。このプラズマ７９により、前記供給されたガス
が分解・合成されてワーク５３の上面に酸化膜が堆積さ
れる。

【００４１】以上のように構成されている誘導結合プラ
ズマＣＶＤ装置１を用いて種々の条件により成膜を実施
した結果、図２および図３に示されるように、入射電
力，圧力，ガス流量，ガス流量比等によって最大の成膜
速度が得られるヒータ板（ステージ）１５〜アンテナ３
１の間隔およびヒータ板１５〜ガス供給管５５の間隔が
異なることがわかった。

【００４２】図２には、ガス流量比をパラメータとする
ジクロールシランガス供給管５５〜ヒータ板１５の間隔
と成膜速度の関係を示してある。図２中（Ａ）は数値表
で、（Ｂ）はグラフで表示してある。（Ｂ）において横
軸はジクロールシランガス供給管５５〜ヒータ板１５の
間隔(mm)を、縦軸は成膜速度(nm/min)を示す。成膜条件
としては、電力１２００Ｗ，前圧０．０４Torr，ヒータ
板１５とアンテナ３１の間隔は８９．４mmを採用してい
る。このような条件下でジクロールシランガス：酸素ガ
スが１：３，１：１の流量比である場合の結果が示して
ある。

【００４３】この結果、成膜速度がジクロールシランガ
ス供給管５５とヒータ板１５の間隔に非常に大きく依存
することがわかった。また、その依存の形態はガス流量
比により大きく異なることがわかった。

【００４４】すなわち、ガス流量比が１：３の場合には
ガス供給管５５とヒータ板１５の間隔が約７mmで最大の
成膜速度が得られるが、ガス流量比が１：１の場合には
約１５mmで最大の成膜速度が得られることがわかる。こ
れは、ガス流量比を変化させることでチャンバ３内のガ
スの流れが変化してヒータ板１５上のワーク５３に到達
する成膜種の量が変化するためと考えられる。

【００４５】また、図３には、同じくガス流量比をパラ
メータとして、ヒータ板１５〜アンテナ３１の間隔と成
膜速度の関係を示してある。図３中（Ａ）は数値表で、
（Ｂ）はグラフで表示してある。（Ｂ）において横軸は
ヒータ板１５〜アンテナ３１の間隔(mm)を、縦軸は成膜
速度(nm/min)を示す。成膜条件としては、電力１２００
Ｗ，前圧０．０４Torr，ヒータ板１５とガス供給管５５
の間隔は５mmを採用している。このような条件下でジク
ロールシランガス：酸素ガスが１：３，１：１の場合の
結果が示してある。

【００４６】この結果、成膜速度がヒータ板１５とアン
テナ３１の間隔に非常に大きく依存することがわかっ
た。また、その依存の形態はガス流量比により全く異な
ることがわかった。

【００４７】すなわち、ガス流量比が１：３の場合には
ヒータ板１５とアンテナ３１の間隔が約８９mmで最大の
成膜速度が得られ、ガス流量比が１：１の場合には明確
な最大値が得られていないがヒータ板１５とアンテナ３
１の間隔が小さい場合に有利な結果となっている。

【００４８】以上説明したように、最大の成膜速度は、
ヒータ板１５とアンテナ３１の間隔、ヒータ板１５とジ
クロールシランガス供給管５５との間隔等に大きく依存
するが、前述の実施例における誘導結合プラズマＣＶＤ
装置１では、ガス供給管５５とヒータ板１５までの間隔
の調整、およびジャッキ６５によりヒータ板１５とアン
テナ３１との間隔の調整がチャンバ３の気密を保持した
状態で成膜中においても可能なため、これらのパラメー
タを自由に変更することができ、種々の場合についての
最大成膜速度で成膜処理を行うことが可能になる。

【００４９】なお、この発明は、前述した実施例に限定
されることなく、適宜な変更を行なうことにより、その
他の態様で実施し得るものである。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よる誘導結合プラズマＣＶＤ装置では、排気装置により
排気されて真空状態となったチャンバ内部のステージ上
に載置されたワークを加熱し、このチャンバ内部にガス
供給装置が少なくとも２種類の反応ガスを所望量供給す
る。この状態でリング状のアンテナに高周波を印加して
誘電体窓の内側にプラズマを発生し、ガスを分解・合成
してワークに膜を堆積させる。このときの成膜速度はス
テージとアンテナの間隔、ステージとガス供給管との間
隔等に大きく依存するが、ステージ移動手段がステージ
とアンテナの間隔を調整し、ガス供給管移動手段がステ
ージとガス供給管との間隔を調整するので種々の条件下
においても最大の成膜速度で成膜をすることができる
し、成膜中でも成膜条件を変更することが可能である。

【００５１】また、請求項２による誘導結合プラズマＣ
ＶＤ装置では、請求項１記載のガス供給管のうちの一方
のガス供給管がリング状に形成されると共にステージ近
傍に設けられているのでステージ上のワークに向かって
効率よくガスを供給することができる。また、前記ガス
供給管のうちの他方のガス供給管は誘電体窓の近傍に設
けられているので、プラズマに向かって効率よくガスを
供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る誘導結合プラズマＣＶＤ装置の
一実施例を示す説明図である。

【図２】図１記載の誘導結合プラズマＣＶＤ装置を用い
て成膜をした場合におけるガス供給管〜ヒータ板の間隔
と成膜速度との関係を示す表およびグラフである。

【図３】図１記載の誘導結合プラズマＣＶＤ装置を用い
て成膜をした場合におけるヒータ板〜アンテナの間隔と
成膜速度との関係を示す表およびグラフである。

【図４】従来の誘導結合プラズマＣＶＤ装置を示す説明
図である。

【符号の説明】

１誘導結合プラズマＣＶＤ装置３チャンバ１３誘電体窓１５ヒータ板（ステージ）２５酸素ガス供給管（ガス供給装置）３１アンテナ５３ワーク５５ジクロールシランガス供給管（ガス供給装置）６５ジャッキ（ステージ移動手段）６９溶接継手（ガス供給管移動手段）７７排気管（排気装置）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波印加が可能なリング状のアンテナ
と、このアンテナに接して設けられた誘電体窓と、この
誘電体窓を有すると共に気密保持可能に設けられたチャ
ンバと、このチャンバ内部にあってワークを加熱すべく
設けられたステージと、前記チャンバ内部を排気するた
めの排気装置と、前記チャンバに少なくとも２種類の反
応ガスを所望量供給可能なガス供給装置と、を備えた誘
導結合プラズマＣＶＤ装置であって、前記誘電体窓に対
して前記ステージを相対的に接近離反させるステージ移
動手段と、前記ステージに対して前記ガス供給管のうち
の少なくとも一方のガス供給管を相対的に接近離反させ
るガス供給管移動手段と、を備えてなることを特徴とす
る誘導結合プラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】前記ガス供給管のうちの一方のガス供給
管がリング状に形成されると共にステージ近傍に設けら
れ、前記ガス供給管のうちの他方のガス供給管が誘電体
窓の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１記
載の誘導結合プラズマＣＶＤ装置。