JPH11222677A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成膜装置において、プロセスガスの純度を下
げることなく圧力制御を行う。 【解決手段】 プロセスチャンバ１内の排気を行う排気
ポンプ（ターボ分子ポンプ２）の吸気部とプロセスチャ
ンバ１の排気部との間にガス流量制御可能なガス導入部
（５，６）と備えた構成とし、該ガス導入部（５，６）
はプロセスチャンバ１内の圧力に応じてガス流量制御を
行い、これによってプロセスチャンバ１内の圧力制御を
行う。プロセスチャンバ１内の圧力が変化すると、ガス
導入部（５，６）は、この圧力変化に応じて導入するガ
スの流量を制御し、プロセスチャンバ１内の放出ガスの
分圧を下げるとともに、排気ポンプの排気速度を実質的
に調整して、プロセスチャンバ１内の圧力を設定圧力に
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜装置に関し、
特にプロセスチャンバ内の圧力制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ヘッドやディスク等の半導体装置や
半導体素子のプロセス工程では、チャンバ内に配置した
基板上で種々の薄膜を形成する成膜装置が用いられてい
る。成膜装置としては種々の装置が知られており、例え
ば、プラズマ放電エネルギーを利用して化学反応を推進
することによって、熱的に励起されにくい分子を活性化
し、低温で膜形成を行うプラズマＣＶＤ装置があり、こ
のプラズマＣＶＤ装置として電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）を用いて膜形成を行うＥＣＲＣＶＤ装置が知
られている。

【０００３】図３はＥＣＲＣＶＤ装置を説明するための
概略図である。図３において、ＥＣＲＣＶＤ装置はプラ
ズマチャンバ２２とプロセスチャンバ２１を備える。プ
ラズマチャンバ２２内には、プラズマ発生用ガスを導入
するとともに、マイクロ波電源（図示していない）から
周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力を導波管２０を
介してプラズマチャンバ２２に導入することによって放
電が励起される。

【０００４】プラズマチャンバ２２の周囲に設置した磁
場発生用のコイル２３が発せする磁場は、プラズマ中の
電子をプラズマチャンバ２２の内壁に沿って回転させ
る。この回転周波数をマイクロ波の周波数と一致させる
ことによって、マイクロ波のエネルギーを電子に効率良
く吸収させることができる。プラズマチャンバ２２内で
形成されたイオン流は、プラズマ取り出し窓２４を通し
てプロセスチャンバ２１内に導入され、プロセスチャン
バ２１内に設置された基板２５を低エネルギーで衝撃し
て成膜反応を支援する。チャンバ２１，２２内の減圧
は、プロセスチャンバ２１の排気口２６に接続された排
気装置によって行われる。図４は、従来の成膜装置にお
けるプロセスチャンバ内の圧力制御を説明するための概
略ブロック図である。プロセスチャンバ１にはバルブ１
１及び圧力調整バルブ１３を介してターボ分子ポンプ２
等の排気ポンプが接続され排気が行われる。なお、プロ
セスチャンバ内の排気を行う排気系として、低真空排気
ポンプと高真空排気ポンプと組み合わせた排気系を用い
ることによって大気圧から高真空までの排気を行う構成
とすることもできる。

【０００５】圧力調整バルブ１３は排気系の排気速度を
調節するものであり、これによってプロセスチャンバ内
の圧力制御を行う。この圧力制御は、真空計６で測定し
たプロセスチャンバ１内の圧力を圧力調整バルブ１３に
フィードバックして行うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の成膜装置では、
プロセスチャンバ内の圧力制御を、プロセスチャンバと
排気ポンプとの間に接続した圧力調整バルブによる排気
速度制御によって行っているため、プロセスチャンバの
内壁等から放出される放出ガスによる不純物の分圧が高
くなり、そのため、プロセスガスの純度が低下し、成膜
の膜質が低下するという問題がある。

【０００７】従来の圧力調整バルブを用いた圧力制御
は、プロセスチャンバ内の全圧力を設定圧力に維持する
ものであり、このプロセスチャンバ内の全圧力はプロセ
スチャンバ内に存在する各ガス成分の分圧の和となる。
例えば、プロセスチャンバ内にプロセスガスとプロセス
チャンバから放出される放出ガスとが存在する場合に
は、プロセスガスの分圧と放出ガスの分圧がプロセスチ
ャンバ内の全圧力となる。したがって、放出ガスによる
分圧は、放出ガスの放出量に応じて増加することにな
る。

【０００８】一般に、成膜プロセスにおいて、基板上に
成膜される薄膜の成分は、プロセスチャンバ内に存在す
るガス成分の分圧に応じて定まるため、成膜しようとす
る成分以外のガス成分は、成膜において不純物となる。
したがって、プロセスチャンバ内において放出ガスの分
圧が増加すると、相対的にプロセスガスの分圧が低下し
てプロセスガスの純度が下がり、薄膜の膜質が低下する
ことになる。

【０００９】そこで、本発明は前記した従来の成膜装置
の問題点を解決し、プロセスガスの純度を下げることな
く圧力制御を行うことができる成膜装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の成膜装置は、プ
ロセスチャンバ内の排気を行う排気ポンプの吸気部とプ
ロセスチャンバの排気部との間にガス流量制御可能なガ
ス導入部と備えた構成とし、該ガス導入部はプロセスチ
ャンバ内の圧力に応じてガス流量制御を行い、これによ
ってプロセスチャンバ内の圧力制御を行う。

【００１１】ガス導入部は、排気ポンプの吸気部とプロ
セスチャンバの排気部との間からガスを導入し、これに
よって、プロセスチャンバ内の放出ガスの分圧を下げる
とともに、排気ポンプの排気速度を実質的に調整して、
プロセスチャンバ内の圧力を制御する。

【００１２】プロセスチャンバ内の圧力が変化すると、
本発明の成膜装置のガス導入部は、この圧力変化に応じ
て導入するガスの流量を制御し、プロセスチャンバ内の
圧力を設定圧力に制御する。

【００１３】ガス導入部が導入するガスは、プロセスガ
スと同種のガス、あるいは膜質に影響を与えない任意の
ガスを用いることができる。

【００１４】本発明の成膜装置の圧力制御によれば、プ
ロセスチャンバ内の放出ガスの分圧が低下するため、相
対的にプロセスガスの分圧を高めることができ、高純度
な環境で成膜を行うことができ、薄膜の膜質を向上させ
ることができる。

【００１５】また、本発明の成膜装置は圧力調整バルブ
を要しない構成であるため、プロセスチャンバの排気部
と排気ポンプの吸気部との間において、圧力調整バルブ
によるコンダクタンスの低下を防止することができ、プ
ロセスチャンバの排気能力を向上させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の成膜装
置のプロセスチャンバ内の圧力制御を説明するための概
略ブロック図である。なお、図１では、排気系の主要な
部分のみを示し、成膜装置の他の構成については省略し
て示している。図１において、プロセスチャンバ１の排
気は、ターボ分子ポンプ２等の排気ポンプを備える排気
系によって行われる。ターボ分子ポンプ２の吸気部は、
バルブ１１を介してプロセスチャンバ１の排気部に接続
される。また、バルブ１１とターボ分子ポンプ２の吸気
部との間には、バルブ１２を介してマスフローコントロ
ーラ５が接続される。このマスフローコントローラ５
は、プロセスチャンバの排気部と排気ポンプの吸気部と
の接続部分に、ガスを導入するガス導入部を構成すうも
のであり、制御部７によってガスの導入量の制御が行わ
れる。

【００１７】該制御部７の制御は、真空計６で測定した
プロセスチャンバ１内の圧力をフィードバックさせ、該
圧力が設定圧力となるようにガスの導入量を調整するも
のであり、該設定圧力は成膜に適した圧力とする。

【００１８】また、プロセスチャンバ１には通常の成膜
装置と同様にマスフローコントローラ４を介してプロセ
スガスが導入される。

【００１９】次に、図２を用いて本発明の成膜装置によ
るプロセスチャンバ内の圧力制御のに動作について説明
する。図２は排気ポンプの排気能力を表す図であり、吸
引圧力Ｐとガス流量Ｑとの関係を表し、吸引圧力Ｐはプ
ロセスチャンバ内の圧力にほぼ対応する。なお、図中の
一点鎖線で示す傾斜線は排気速度が一定の線を表し、図
中では異なる大きさの排気速度について示している。

【００２０】ここで、前記図１において、マスフローコ
ントローラ４を通してプロセスチャンバ１に導入される
プロセスガスのガス流量をＱａとし、マスフローコント
ローラ５を通して導入されるガスのガス流量をＱｃと
し、プロセスチャンバ１内で放出される放出ガスのガス
流量をＱｂとする。

【００２１】このとき、プロセスチャンバ１内でのガス
放出が無いとした場合（Ｑｂ＝０）には、図２中におい
てＡで示される曲線にしたがって圧力と流量の関係が定
まることになる。したがって、ガス放出が無い曲線Ａの
特性によれば、プロセスチャンバ１内にガス流量Ｑａの
プロセスガスを導入する場合には、ガス導入部からガス
流量Ｑｃαを導入することによって、このときの圧力を
設定圧力Ｐ０とすることができる。なお、この場合の圧
力設定は、図２中の点αで示している。

【００２２】これに対して、プロセスチャンバ１内でガ
ス流量Ｑｂの放出ガスが発生した場合に、ガス導入部か
ら導入されるガス流量がＱｃαのままとすると、曲線Ａ
の特性から圧力はＰ’に上昇する。真空計６によってこ
の圧力上昇を測定して、ガス導入部の制御部７を介して
マスフローコントローラ４にフィードバックし、ガス導
入部から導入するガス流量をＱｃβに減少させ、設定圧
力Ｐ０となるように圧力制御を行うと、図２中において
Ｂで示される曲線で示される圧力と流量の関係となり、
圧力調整バルブを用いることなく、導入部から導入する
ガス流量を調整することによって圧力制御を行うことが
できる。なお、この場合の圧力設定は、図２中の点βで
示している。

【００２３】この圧力制御において、図２中において破
線で示す傾斜線は排気速度が一定の線であり、上方の特
性曲線ほど排気速度の大きさが大きいことを表してい
る。したがって、本発明の成膜装置によれば、導入部か
ら導入するガス流量を調整することによって、排気速度
を実質的に調整できることを示している。

【００２４】また、一般に分圧は流量を排気速度で除し
た値で評価することができる。本発明の成膜装置によれ
ば、排気ポンプの吸気部側から見たプロセスチャンバ側
の分圧は、放出ガスの分圧についてはガス流量Ｑｂを排
気速度で除した値であり、一方、プロセスガス及び導入
ガスの分圧についてはガス流量（Ｑａ＋Ｑｃ）を排気速
度で除した値でとなる。したがって、放出ガスとプロセ
スガス及び導入ガスの全ガスによる圧力を一定に制御し
た場合には、放出ガスの分圧は導入ガスによって相対的
に減少し、逆にプロセスガスの分圧を高めることができ
る。これによって、高純度な環境で成膜を行うことがで
き、薄膜の膜質を向上させることができる。

【００２５】また、前記図４に示す従来の成膜装置が備
える圧力調整バルブは、排気系のコンダクタンスを下
げ、排気ポンプの排気能力を低下させる。これに対し
て、本発明の成膜装置はこの圧力調整バルブを除いた構
成によって圧力制御を行うことができため、排気ポンプ
の排気能力を向上させることができる。

【００２６】また、圧力調整バルブを要しない構成であ
るため、構成部品の削減によって、成膜装置の小型化や
費用の軽減化を図ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜装置
によれば、プロセスガスの純度を下げることなく圧力制
御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成膜装置のプロセスチャンバ内の圧力
制御を説明するための概略ブロック図である。

【図２】本発明の成膜装置の動作を説明するための図で
ある。

【図３】ＥＣＲＣＶＤ装置を説明するための概略図であ
る。

【図４】従来の成膜装置のプロセスチャンバ内の圧力制
御を説明するための概略ブロック図である。

【符号の説明】

１，２１…プロセスチャンバ、２…ターボ分子ポンプ、
３，２３…コイル、４，５…マスフローコントローラ、
６…真空計、７…制御部、１１，１２…バルブ、１３…
圧力調整バルブ、２０…導波管、２２…プラズマチャン
バ、２４…プラズマ取り出し窓、２５…基板、２６…排
気口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセスチャンバ内の排気を行う排気ポ
   ンプの吸気部とプロセスチャンバの排気部との間にガス
   流量制御可能なガス導入部と備え、前記ガス導入部はプ
   ロセスチャンバ内の圧力に応じてガス流量制御を行い、
   プロセスチャンバ内の圧力を制御する成膜装置。