JP2000195800A - 表面処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンウエハなどの反応対象物の表面に対
して、均一にガスを供給することができる表面反応装置
を提供する。 【解決手段】 内部空間１０が形成された装置本体１
と、内部空間１０を、外部から反応性ガスが供給される
第１空間１１と反応対象物４が収容される第２空間１２
とに区画するとともに、第１空間１１および第２空間１
２を連通する連通路が形成されたシャワープレート３
と、を備え、第２空間１２内における反応性ガスの化学
反応により、反応対象物４の表面が処理される表面処理
装置Ｘにおいて、シャワープレート３を、互いに接合さ
れるとともに、複数の貫通孔３１ａ，…，３２ａ，…が
分散形成された第１および第２部材３１，３２を有する
ものとし、第１部材３１の各貫通孔３１ａと第２部材３
２の適宜の貫通孔３２ａとを、たとえば中間流路３０ａ
を介してつなげて連通路３０ａ，…を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、所望の対象物の
表面またはその近傍において起こる化学的あるいは物理
的反応により対象物の表面を酸化し、窒化し、灰化し、
またエッチング処理し、あるいは対象物の表面に金属膜
やポリ酸化シリコン膜などの膜を成長させる、たとえば
ＣＶＤ装置やエッチング装置などの表面処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より採用されている表面処理装置の
一例を、図６に示すプラズマ装置を例にとって説明す
る。このプラズマ装置Ｙは、内部空間１０を有する装置
本体１と、内部空間１０の上部に配置されるアンテナ２
１と、絶縁体２３を介して装置本体１に取り付けられて
内部空間１０の底部を構成するサセプタ２２と、アンテ
ナ２１およびサセプタ２２の双方に対して一定間隔隔て
て配置されるシャワープレート３と、を備えている。す
なわち、内部空間１０は、シャワープレート３によって
アンテナ２１側の第１空間１１とサセプタ２２側の第２
空間１２とに区画された恰好とされている。

【０００３】シャワープレート３は、図７に示したよう
な円板状とされ、厚み方向に貫通する複数の貫通孔３
ａ，…が平面的に分散して形成されている。そして、第
１空間１１には、反応性ガスや不活性ガスを含む所定の
ガスが供給されるようになされており、この供給ガスは
シャワープレート３の各貫通孔３ａを通過して第２空間
２２側に流動するようになされている。また、アンテナ
２１からはマイクロ波が放出され、このマイクロ波が第
２空間１２内に供給されて第２空間１２内でグロー放電
が起こり、これによって第２空間内１２の反応性ガスが
電離等されて反応性ガスがプラズマ励起状態とされる。

【０００４】このような構成のプラズマ装置Ｙでは、多
数の回路素子が一体的に造り込まれるシリコンウエハな
どの反応対象物４がサセプタ２２上に載置されて、その
表面が処理される。第２空間１２内においては、マイク
ロ波の供給よるグロー放電によって反応性ガスがプラズ
マ励起されて反応しやすい状態とされており、この状態
の反応性ガスが反応対象物４の表面またはその近傍にお
いて化学的あるいは物理的反応を起こす。この反応によ
って反応対象物４の表面が改質され、表面に酸化膜や窒
化膜、あるいは金属膜やポリ酸化シリコン膜などが成膜
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したプラズマ装置
に限らず、反応対象物４の表面（その近傍を含む）にお
いて化学的あるいは物理的反応を起こさせて表面を処理
する表面処理装置Ｙにおいては、反応対象物４の表面全
体に、できるだけ均一にガスを供給する必要がある。さ
もなければ、酸化などの反応が局所的に進行しすぎた
り、逆に反応の進行が遅いスポットが生じるために表面
が均一に処理されず、また形成された膜の厚みを全体的
に一定とすることができなくなる。

【０００６】とくに、多数の半導体チップを同時に形成
するシリコンウエハ４においては、その表面全体にわた
って多数の回路素子を一体的に造り込む必要があること
から、１つのシリコンウエハ４から得られる個々の半導
体チップを均質化するためには、シリコンウエハ４の表
面全体に均一にガスを供給する必要性が高い。シリコン
ウエハ４の直径は通常８inchであるが、近年において
は、直径が１２inchのシリコンウエハ４を用いて半導体
チップを形成することが行われているため、シリコンウ
エハ４の表面全体にガスを均一に供給することの要求が
さらに高まりつつある。

【０００７】上記した構成のプラズマ装置を含め、ＣＶ
Ｄ装置などの表面処理装置Ｙにおいては、シャワープレ
ート３に形成する貫通孔３ａの径や深さ、その数や配置
などを調整し、これによって第１空間１１と第２空間１
２の間の圧力差を調整することによってシリコンウエハ
４などに供給する反応性ガスなどの量的および質的な均
一性を確保しようとしている。シリコンウエハなどの反
応対象物４の表面に均一にガスを供給するためには、多
くの貫通孔３ａ，…を分散して形成し、しかも各貫通孔
３ａの径をなるべく小さく設定する必要がある。これ
は、貫通孔３ａの径が大きい場合や、少ない貫通孔３ａ
が疎に分散形成された場合には、貫通孔３ａの周辺にお
けるガス供給状態と貫通孔３ａから比較的に離れた部位
のガス供給状態とが大きく異なったものとなり、反応対
象物４の表面に均一にガスを供給することができないか
らである。

【０００８】ところが、シャワープレート３は、絶縁
性、耐熱性および熱伝導性（放熱性）が要求されること
から、アルミナイトライド（ＡｌＮ）などのセラミック
によって形成されるが、このような材料で形成されたも
のに対して微細な孔を多数形成するのは困難である。た
とえば、直径が１２inchのシリコンウエハ４の表面全体
に均一にガスを供給するために、第１空間１１と第２空
間１２との間の圧力差を所望通りに調整するには、理論
的にはシャワープレート３の板厚を１５mmと比較的厚肉
に形成し、これに対して直径が０．２mm以下の貫通孔３
ａを分散形成する必要がある。しかしながら、現状の加
工技術では板厚が１５mmのセラミックに直径が０．２mm
以下の貫通孔３ａを形成することはできない。したがっ
て、貫通孔３ａの径を小さくするといった方策では、広
い面積に渡って均一にガスを供給することを達成するの
は困難である。

【０００９】本願発明は、上記した事情のもとで考え出
されたものであって、シリコンウエハなどの反応対象物
の表面に均一にガスを供給することができる表面処理装
置を提供することをその課題としている。

【００１０】

【発明の開示】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を講じている。

【００１１】すなわち、本願発明により提供される表面
処理装置は、内部空間が形成された装置本体と、上記内
部空間を、外部から反応性ガスが供給される第１空間と
上記反応対象物が収容される第２空間とに区画するとと
もに、上記第１空間と上記第２空間とを連通する連通路
が形成されたシャワープレートと、を備え、上記第１空
間に供給された上記反応性ガスが上記連通路を通過して
上記第２空間側に流動し、この第２空間内における反応
性ガスの化学的あるいは物理的反応により、上記反応対
象物の表面が処理されるようになされた表面処理装置で
あって、上記シャワープレートは、互いに接合されると
ともに、複数の貫通孔が分散形成された第１部材および
第２部材を有しており、かつ、上記第１部材の各貫通孔
が上記第２部材の適宜の貫通孔とつなげられて上記連通
路が形成されていることを特徴としている。

【００１２】この表面処理装置では、第１空間に供給さ
れた反応性ガスが第２空間側に流動し、この反応性ガス
が反応対象物の表面またはその近傍において直接酸化反
応や窒化反応などの化学的あるいは物理的反応を起こし
て反応対象物の表面が処理され、あるいは反応対象物の
近傍において生じた反応性ガスの化学反応により生成し
た化合物が反応対象物の表面において成長するなどして
反応対象物の表面が処理されるようになされている。

【００１３】上記構成では、少なくとも２部材によって
シャワープレートが構成されていることから、１部材に
よって構成された従来のシャワープレートのように、比
較的に厚みの大きなものに径の小さい貫通孔を形成する
までもなく、反応対象物へのガスの均一化を確実に達成
することができる。すなわち、比較的に厚みの小さい各
部材（１部材の場合の半分以下）に対して貫通孔をそれ
ぞれ形成し、各部材の貫通孔をつなげて流動抵抗の比較
的に大きな連通路を形成して第１空間と第２区間との間
の圧力差を調整することができる。

【００１４】また、厚みの大きなシャワープレートにお
いては、反応性ガスが反応することにより副生成物が貫
通孔内に詰まった場合には、これを除去することは困難
である。これに対して本願発明では、上記したように各
部材に形成される個々の貫通孔の深さは小さく、また連
通路全体として流動抵抗を大きくできればよいため、各
部材に形成する貫通孔の径を大きくすることは可能であ
る。したがって、たとえ各部材の貫通孔内に副生成物が
詰まったとしても、１部材によってシャワープレートが
構成された場合と比較して格段に副生成物の除去が容易
となる。

【００１５】なお、第１部材に形成された貫通孔と、第
２部材に形成された貫通孔とは、直接的につなげてもよ
く、また上記第１部材の各貫通孔を、中間流路を介して
上記第２部材の適宜の貫通孔とつなげる構成としてもよ
い。

【００１６】中間流路を介して各部材の貫通孔をつなげ
る構成では、連通路全体としての長さが、中間流路を介
することによって大きくなされており、これによって連
通路としての流動抵抗が大きくなされている。このた
め、各部材の厚みを個々に大きくし、各部材に形成すべ
き貫通孔の径を小さくして連通路の流動抵抗を大きくす
る必要がないため、先に述べた本願発明の効果をさらに
確実に享受することができる。

【００１７】好ましい実施の形態においてはさらに、上
記第１部材または上記第２部材の接合面には、上記各部
材を接合した状態において、一方の部材の各貫通孔と他
方の部材の適宜の貫通孔をつなぐ凹溝が複数形成されて
いる。

【００１８】すなわち、上記構成では、各部材が接合さ
れることによって、一方の部材に形成された凹溝が各部
材の貫通孔をつなぐ中間流路を形成している。

【００１９】好ましい実施の形態においてはまた、上記
第１部材の複数の貫通孔は、格子状に配列されていると
ともに、上記第２部材の複数の貫通孔は、上記第１部材
の複数の貫通孔と同様な格子状に配列され、かつ、少な
くとも一方の部材においては、４つの貫通孔によって規
定される最小単位格子において対角配置された貫通孔ど
うしが、２つの凹溝によってそれぞれつながれており、
これらの凹溝の交差部が、他方の部材に形成された貫通
孔から臨むようにして各部材どうしが互いに接合されて
いる。

【００２０】上記構成でも、各部材が接合されることに
よって、一方の部材に形成された凹溝が各部材の貫通孔
をつなぐ中間流路を形成しており、一方の部材の貫通孔
からは４つの凹溝が延び、これらの凹溝が他方の部材の
それぞれ異なる貫通孔につながっている。もちろん、他
方の部材の貫通孔においては、各貫通孔が一方の部材の
異なる４つの貫通孔につながっている。

【００２１】好ましい実施の形態においてはさらに、上
記第１空間内には、マイクロ波発生源が配置されてお
り、上記シャワープレートを通過して上記第２空間内に
マイクロ波が供給されるようになされている。

【００２２】上記構成では、第２空間に供給されたマイ
クロ波により、第２空間内の反応性ガスがプラズマ励起
状態とされ、反応対象物の表面またはその近傍において
化学的あるいは物理的反応が起こって反応対象物の表面
が改質され、あるいは膜が成長させられる。このように
して反応性ガスをプラズマ励起する方法では、反応ガス
を高温あるいは高圧にする必要がなく、たとえば２００
〜４００℃程度の低温で、しかも低圧で処理が行えると
いった利点がある。

【００２３】本願発明のその他の特徴および利点は、添
付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より
明らかとなろう。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態を、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本
願発明に係る表面処理装置の一例を表す縦断面図、図２
は、図１の表面処理装置に用いられているシャワープレ
ートの一部を破断した全体斜視図、図３は、図２のシャ
ワープレートの要部を拡大した平面図、図４は、図２の
シャワープレートの要部を拡大した一部破断底面図、図
５は、図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。なお、これ
らの図において、従来例を説明するために参照した図面
に表されていた部材および要素などと同等なものには同
一の符号を付してある。

【００２５】本願発明に係る表面処理装置Ｘは、シリコ
ンウエハなどの反応対象物４の表面またはその近傍にお
いて起こる化学的あるいは物理的反応により反応対象物
４の表面を酸化し、窒化し、灰化し、またエッチング処
理し、あるいは反応対象物の表面に金属膜やポリ酸化シ
リコン膜などの膜を成長させる装置である。なお、本実
施形態では、図１に示したようなプラズマ装置を例にと
って説明する。

【００２６】上記表面処理装置Ｘは、図１に示したよう
に上下が開口した内部空間１０を有する装置本体１を具
備しており、この装置本体１の上部開口を閉塞するよう
にしてアンテナ２１が配置されるとともに下部開口を閉
塞するようにしてサセプタ２２が配置されている。内部
空間１０内においては、アンテナ２１およびサセプタ２
２の双方に対して一定間隔隔ててシャワープレート３０
が配置されており、このシャワープレート３０によって
内部空間１０が第１空間１１および第２空間１２に区画
された恰好とされている。

【００２７】装置本体１は、アルミニウムなどによって
全体が形成されており、図面上は明確には表れていない
が、平面視において三角形状ないし四角形状とされてい
る。装置本体１内に形成された第１空間１１は、複数の
供給路１１ａ，…を介して装置外部と連通しており、こ
れらの供給路１１ａ，…から第１空間１１内に反応性ガ
スや不活性ガスが供給されるようになされている。上記
したように、サセプタ２２は装置本体１の下部開口を閉
塞するようにして配置されているが、このサセプタ２２
はアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）などの絶縁体２３を介して装
置本体１に取り付けられている。そして、サセプタ２２
には、反応対象物４としてのシリコンウエハなどが載置
され、その表面が処理される。また、装置本体１の隅部
には、下方に突出するようにして内部空間１０（とくに
第２空間１２）内を減圧するポンプ２５，…が取り付け
られている。

【００２８】アンテナ２１は、マイクロ波発生源であ
り、アルミニウム製などのアンテナガイド２１ａと複数
の貫通孔２１ｄ，…が分散形成された銅製などのスロッ
ト板２１ｂとの間に石英やアルミナセラミックなどの誘
電体板２１ｃを挟み込んだ構成とされている。アンテナ
２１からのマイクロ波は、第１空間１１内に放出される
が、スロット板２１ｂには上記したように複数の貫通孔
２１ｄ，…が分散形成されていることから、スロット板
２１ｂ（アンテナ２１）の全体から平面的に均一にマイ
クロ波が放出されるようになされている。

【００２９】シャワープレート３０は、図２に示したよ
うに第１部材３１および第２部材３２が互いに接合され
て、たとえば全体として円板状とされている。各部材３
１，３２には、複数の貫通孔３１ａ，…３２ａ，…がそ
れぞれ格子状に配列形成されている。第１部材３１の接
合面には、図３および図４に示したように４つの貫通孔
３１ａ，…によって規定される最小単位格子（図３およ
び図４において仮想線で囲った単位格子）において対角
配置された貫通孔３１ａ，３１ａどうしが、２つの凹溝
３１ｂ，３１ｂによってそれぞれつながれている。各部
材３１，３２は、これらの凹溝３１ｂ，３１ｂの交差部
分が図４に良く表れているように第２部材３２に形成さ
れた貫通孔３２ａから臨むようにして互いに接合されて
いる。このような接合状態では、図５に良く表れている
ように、第１部材３１の凹溝３１ｂが、第１部材３１の
各貫通孔３１ａと第２部材３２の適宜の貫通孔３２ａと
をつなぐ中間流路３０ａを構成している。すなわち、シ
ャワープレート３０には、第１部材３１の貫通孔３１
ａ、中間流路３０ａおよび第２部材３２の貫通孔３２ａ
によって、第１空間１１と第２空間１２とをつなぐ連通
路が形成されている。

【００３０】このように構成された表面処理装置Ｘで
は、シャワープレート３０が配置された内部空間１０で
は、第２空間１２側がポンプ２５，…によって減圧され
ていることから、図５に矢印で示したように第１空間１
１側から第２空間１２側に反応性ガスないし不活性ガス
が流動する。すなわち、第１部材３１の貫通孔３１ａ、
中間流路３０ａおよび第２部材３２の貫通孔３２ａから
なる連通路を経て第１空間１１から第２空間１２にガス
が流動する。一方、アンテナ２１からのマイクロ波は第
１空間１１内に放出され、シャワープレート３０を通過
して第２空間１２内に供給される。マイクロ波の供給に
よって第２空間１２内ではグロー放電が起こり、このグ
ロー放電によって第２空間内１２の反応ガスが電離等さ
れて反応ガスがプラズマ励起状態とされる。そして、サ
セプタ２２上に載置されたシリコンウエハなどの反応対
象物４の表面またはその近傍においては、プラズマ励起
状態とされた反応性ガスによって化学的あるいは物理的
反応が起こり、これによって反応対象物４の表面が処理
される。

【００３１】上記構成の表面処理装置Ｘでは、シャワー
プレート３０の連通路を経て第１空間１１から第２空間
１２にガスが流動するため、第１空間１１と第２空間１
２との間の圧力差は、連通路の形態、すなわち各部材３
１，３２の貫通孔３１ａ，３２ａの径や深さばかりでな
く、中間流路３０ａの形態によっても調整することがで
きる。

【００３２】この中間流路３０ａは、第１部材３１の接
合面に、貫通孔３１ａとつながるようにして形成された
凹溝３１ｂによって構成されていることから、凹溝の断
面積や長さを調整すれば中間流路３０ａでの流動抵抗の
調整を行うことができる。このような調整は、各部材３
１，３２の厚みを調整し、また各部材３１，３２に形成
すべき貫通孔３１ａ，３２ａの径を小さくすることに比
べれば、きわめて容易である。

【００３３】また、中間流路３０ａによって連通路の流
動抵抗の調整が行えれば、各部材３１，３２の厚みをそ
れぞれ比較的に小さく設定し、このような部材３１，３
２に対して、比較的に径の大きな貫通孔３１ａ，３２ａ
を形成しつつ、反応対象物４に反応性ガスを平面的に均
一に供給することができるようになる。

【００３４】このような構成では、各部材３１，３２の
厚みをそれぞれ比較的に小さく設定でき、しかも貫通孔
３１ａ，３２ａの径を比較的に大きくできることから、
以下のような利点が得られる。第１に、シャワープレー
ト３０に形成すべき連通路の流動抵抗を大きくせざるを
得ない場合であっても、貫通孔３１ａ，３２ａ自体の流
動抵抗をさほど大きくすることなく、主として中間流路
３０ａの流動抵抗の調整により確実に対応することがで
きるようになる。第２に、反応性ガスの反応による副生
成物などが各貫通孔３１ａ，３２ａ内に詰まったとして
も、これを容易に除去することができる。

【００３５】もちろん、本願発明の技術的範囲は、上述
した実施形態において説明したものには限定されず、種
々に設計変更可能である。たとえば、本実施形態では、
反応性ガスがプラズマ励起される表面反応装置Ｘについ
て説明したが、アンテナ２１やサセプタ２２をもたない
構成の表面反応装置Ｘも本願発明の適用範囲である。

【００３６】また、シャワープレート３０においては、
第１部材３１の各貫通孔３１ａが第２部材３２の適宜の
貫通孔３２ａと中間流路３０ａを介してつなげられてい
たが、各部材３１，３２の貫通孔３１ａ，３２ａを直接
的につなげた構成であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係る表面処理装置の一例を表す縦断
面図である。

【図２】図１の表面処理装置に用いられているシャワー
プレートの一部を破断した全体斜視図である。

【図３】図２のシャワープレートの要部を拡大した平面
図である。

【図４】図２のシャワープレートの要部を拡大した一部
破断底面図である。

【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図６】従来の表面処理装置の一例であるプラズマ装置
を表す縦断面図である。

【図７】図６の表面処理装置に用いられているシャワー
プレートの一部を破断した全体斜視図である。

【符号の説明】

Ｘ 表面処理装置 １ 装置本体 ４ 反応対象物 １０ 内部空間 １１ 第１空間（内部空間の） １２ 第２空間（内部空間の） ２１ アンテナ（電極部としての） ２２ 電極部 ３０ シャワープレート ３０ａ 中間流路 ３１ 第１部材（シャワープレートの） ３１ａ 貫通孔（第１部材の） ３１ｂ 凹溝（第１部材の） ３２ 第２部材（シャワープレートの） ３２ａ 貫通孔（第２部材の）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者 村川 栄祐 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 BA44 EA05 FA02 KA12 4K057 DA20 DB01 DD01 DM29 DM37 5F004 AA01 BA20 BB14 BB28 BB32 BD01 BD04 5F045 AA08 AA09 DP03 EB02 EF05 EH03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部空間が形成された装置本体と、上記
   内部空間を、外部から反応性ガスが供給される第１空間
   と反応対象物が収容される第２空間とに区画するととも
   に、上記第１空間と上記第２空間とを連通する連通路が
   形成されたシャワープレートと、を備え、上記第１空間
   に供給された上記反応性ガスが上記連通路を通過して上
   記第２空間側に流動し、この第２空間内における反応性
   ガスの化学的あるいは物理的反応により、上記反応対象
   物の表面が処理されるようになされた表面処理装置であ
   って、 上記シャワープレートは、互いに接合されるとともに、
   複数の貫通孔が分散形成された第１部材および第２部材
   を有しており、かつ、 上記第１部材の各貫通孔が上記第２部材の適宜の貫通孔
   とつなげられて上記連通路が形成されていることを特徴
   とする、表面処理装置。
2. 【請求項２】 上記第１部材の各貫通孔は、中間流路を
   介して上記第２部材の適宜の貫通孔とつなげられてい
   る、請求項１に記載の表面処理装置。
3. 【請求項３】 上記第１部材または上記第２部材の接合
   面には、上記各部材を接合した状態において、一方の部
   材の各貫通孔と他方の部材の適宜の貫通孔をつなぐ凹溝
   が複数形成されている、請求項２に記載の表面処理装
   置。
4. 【請求項４】 上記第１部材の複数の貫通孔は、格子状
   に配列されているとともに、上記第２部材の複数の貫通
   孔は、上記第１部材の複数の貫通孔と同様な格子状に配
   列され、かつ、 少なくとも一方の部材においては、４つの貫通孔によっ
   て規定される最小単位格子において対角配置された貫通
   孔どうしが、２つの凹溝によってそれぞれつながれてお
   り、これらの凹溝の交差部が、他方の部材に形成された
   貫通孔から臨むようにして各部材どうしが互いに接合さ
   れている、請求項２に記載の表面処理装置。
5. 【請求項５】 上記第１空間内には、マイクロ波発生源
   が配置されており、上記シャワープレートを通過して上
   記第２空間内にマイクロ波が供給されるようになされて
   いる、請求項１ないし４のいずれかに記載の表面処理装
   置。