JPH07118469B2 - プラズマcvd装置 - Google Patents

プラズマcvd装置

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JPH07118469B2
JPH07118469B2 JP11480889A JP11480889A JPH07118469B2 JP H07118469 B2 JPH07118469 B2 JP H07118469B2 JP 11480889 A JP11480889 A JP 11480889A JP 11480889 A JP11480889 A JP 11480889A JP H07118469 B2 JPH07118469 B2 JP H07118469B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、プラズマ生成室と開口を介して連通し内部
に被成膜基板が配される反応室内に、プラズマ生成室か
ら前記開口を通って反応室内へ押し出されるプラズマに
より活性化される反応ガスを外部から導入して被成膜基
板の面に薄膜を形成するプラズマCVD装置において、前
記反応ガスを被成膜基板の前面側へ導入するための導入
路の構成に関する。
〔従来の技術〕
この種プラズマCVD装置における反応ガス導入路の構成
例を第3図に示す。開口14を介してプラズマ生成室15と
連通する反応室1内には、該反応室底面近くのウェーハ
ステージ3に被成膜基板2が載置され、この被成膜基板
2を包囲して反応室1の内側に該反応室内壁への膜の付
着を防止する防着筒11が配され、この防着筒11の内側に
反応室1内へ反応ガスを導入するためのガス導入管路6
が、反応室底面を気密に貫通する管継手10にねじ込まれ
て反応室内に固定されるとともに、その上端面に、円環
状に形成された,断面方形の中空部材からなるノズル9
が被成膜基板2を取り囲むように取り付けられている。
ノズル9には円環の内側に周方向に間隔をおいて複数の
ガス放出口7が形成され、ガス導入管路6を介してノズ
ル9に送入された反応ガスが放出口7から円環内方へ放
出される。反応ガス8(例えばモノシランガスSiH4
ど)が放出され所定のガス圧に保たれた反応室1内にプ
ラズマ生成室15からプラズマ5が導入されると反応ガス
が分解され、プラズマを構成する,例えば窒素イオンと
相互作用し、基板表面にSiN膜が形成される。基板が半
導体ウェーハである場合、膜の厚さはウエーハ面上で均
一でなければならない。成膜のメカニズムは詳細には明
らかにされていないが、均一な膜厚形成のためには基板
2に向けて反応ガス8が均一に放出されることが必要と
考えられている。このため、基板2を取り囲むように円
環状に形成されたノズルの内側に複数のガス放出口が設
けられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
かかる構成の従来装置においては、円環状ノズル9の複
数のガス放出口7の口径を変え、それぞれのガス放出口
から放出されるガス量が等しくなるようにしている。し
かし、反応室の保守作業などの際にノズル9を取り外し
たり、同一設計図により製作した別のノズルと交換した
後の成膜結果がその直前と成膜条件を同一にしたにもか
かわらず異なる場合が生じる。その原因は次のようなも
のと推定される。
(1)組み換え時にノズルの取付け位置がずれる。
(2)組み換え時にガス導入管路の傾きがわずかに異な
り、これによりガスの放出方向が変わり、基板に向けた
均一なガス放出が損なわれる。
(3)ノズルを製作する際に、口径の異なるガス放出口
相互間に所定の口径差を超えた口径差が生じる。例えば
大口径のガス放出口の所定の口径2.2mmと小口径のガス
放出口の所定の口径1.8mmとの差0.4mmを超え、大口径の
ガス放出口の口径が工作時のドリルの心振れなどにより
例えば2.5mmとなり、口径差が0.7mmと大きくなるため、
放出ガス量が不均一となる。
この発明の目的は、組み換え時のノズルの位置ずれの問
題を解消するとともに放出方向が組み換え前と変わるこ
とがなく、またガス放出口の口径差の誤差の問題が解消
されたガス導入路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に、この発明においては、プ
ラズマ生成室と開口を介して連通し内部に該開口の軸線
と同軸にかつ該開口から適宜に離隔して被成膜基板が配
される反応室内の該開口と被成膜基板との中間位置に、
連続円環状もしくは分割円環状に形成され周方向に複数
のガス放出口を備えた中空部材からなり前期被成膜基板
を取り囲むように配されて前記反応室の壁面を貫通する
ガス導入通路を介して反応ガスを送入されるノズルを備
えたプラズマCVD装置を、前記円環状ノズルが複数のガ
ス放出口を全て同一口径に形成されるとともに周方向流
路の断面積を該流路のコンダクタンスに対し前記ガス放
出口のコンダクタンスが実質的に無視されうる大きさに
形成され、円環の軸線が前記開口の軸線と一致するよう
に支持する,周方向に支持部位が形成された支持部材に
着脱可能に固定されて前記反応室壁面を貫通するガス導
入管路と可撓性の接続管を介して接続される構成とする
ものとする。
〔作用〕
ガスの導入路をこのように構成することにより、ノズル
への反応ガスの送入は、可撓性接続管との接続口から常
に一定の流入断面積を通って行われ、従来のような,ガ
ス導入管路(6)とノズルとの位置ずれの問題が解消す
る。また、円環状ノズルは円環の軸線がプラズマ生成室
開口の軸線と一致するように支持する,例えば開口の軸
線と軸線が一致する円形の周壁を有し周方向に支持面が
形成された支持部材に固定されるから、ガス放出口から
の放出方向がノズルの組み換えごとに変わりうることが
なくなる。さらに、ガス放出口の口径は全て同一径に形
成されるから、ガス放出口相互の口径差の問題が解消さ
れるとともに、これらガス放出口のコンダクタンスがノ
ズルの周方向流路のコンダクタンスと比べて実質的に無
視されうる程に周方向流路の断面積が大きく形成される
から、ガス放出口から放出される反応ガスの量が全ての
ガス放出口で等しくなる。ここで、コンダクタンスにつ
き説明する。
コンダクタンスは流体の移動しやすさを定量的に表すも
のであり、ガスの流路の断面積,長さ,形状などにより
異なる。コンダクタンスは大きいほど、ガスは移動しや
すい。
いま、ノズルの断面および全体の形状を第2図のように
仮定する。第2図において、ガスの流入口9aからガス放
出口7までの周方向流路の長さをl,ガス放出口の口径を
φとする。このときの周方向流路のコンダクタンスC
lは、次式: により与えられる。ここで、a,bはそれぞれ方形断面流
路の幅と高さ〔m〕、p1,p2はそれぞれノズルの流入口
位置とガス放出口位置でのノズル内圧力〔Pa(パスカ
ル)〕、Kは寸法a,bで決まる係数である。
いま、a=10×10-3〔m〕,b=40×10-3〔m〕とし、ま
たノズルの周方向流路の圧力勾配は小さいとしてp1p2
=13.3Pa(=100mTorr)とすれば、 となり、lの値として、l1=61×10-3〔m〕、l2=123
×10-3〔m〕とすると、 となる。また、ガス放出口のコンダクタンスCφは、次
式: W×Cφ=1.7×10-6 (5) により与えられ、ノズルのガス流入口9aに近い方のガス
放出口の口径φ=2.5×10-3〔m〕,ガス放出口部の
肉厚(孔の長さ)W=2×10-3〔m〕とすれば、(5)
式から、 となる。従って、2個のガス放出口から放出される反応
ガスの量を等しくするには合成コンダクタンスが等しく
なるように第2の放出口の口径をきめなければならな
い。すなわち、 (8)式から、 すなわち となり、孔の長さWは等しいから、φφとなる。
このように、ClとCφとが大きく異なると、(7)式に
より、複数のガス放出口の口径を全て等しくすることに
より放出されるガス量がすべてのガス放出口で等しくな
ることが分かる。
〔実施例〕
第1図に本発明によるガス導入路構成の一実施例を示
す。図において、第3図と同一の部材には同一符号を付
し、説明を省略する。周方向に同一口径の複数のガス放
出口17が形成されるノズル19は、流路断面が方形の,流
路断面積の大きい,第2図に示すように2つに分割され
た円環として形成されている。この円環は、内径が円環
の外径と一致する防着筒21の内側に形成され周方向の支
持面を形成する棚21aへの取付け面を正確に平面に仕上
げるために金属ブロックを機械加工して製作されてい
る。この実施例では、分厚い板材に旋盤により深さがb/
2(第2図参照)の円形の溝を形成した後、壁厚がWと
なるように円環を切り出し、これを2個製作して溝側を
向かい合わせて重ね、重ね面を周方向に溶接して直径方
向に2分割することにより1個の分割円環状ノズルを形
成している。反応ガスを外部から反応室1内へ導入する
ためのガス導入管路16は従来より短く形成され、その上
端部とノズル19の流入口とに可撓性接続管12の両端部が
それぞれ接続される。
〔発明の効果〕
以上に述べたように、本発明によれば、プラズマ生成室
と開口を介して連通し内部には該開口の軸線と同軸にか
つ該開口から適宜に離隔して被成膜基板が配される反応
室内の該開口と被成膜基板との中間位置に、連続円環状
もしくは分割円環状に形成され周方向に複数のガス放出
口を備えた中空部材からなり前記被成膜基板を取り囲む
ように配されて前記反応室の壁面を貫通するガス導入管
路を介して反応ガスを送入されるノズルを備えたプラズ
マCVD装置を、前記円環状ノズルが複数のガス放出口を
全て同一口径に形成されるとともに周方向流路の断面積
を該流路のコンダクタンスに対し前記ガス放出口のコン
ダクタンスが実質的に無視されうる大きさに形成され、
円環の軸線が前記開口の軸線と一致するように支持す
る,周方向に支持部位が形成された支持部材に着脱可能
に固定されて前記反応室壁面を貫通するガス導入管路と
可撓性の接続管を介して接続される構成としたので、 (1)ノズル内への反応ガスの送入は、ノズルに形成さ
れた流入口から常に一定の流路断面を通って行われ、従
来のようにノズル分解後の再組立てもしくは同一設計図
面による別ノズルへの組み換え時のガス導入管路との位
置ずれに基づく流入断面積の変化が起こらない。
(2)円環状ノズルは円環の軸線がプラズマ生成室開口
の軸線と一致するように特に限定された支持部材に固定
されるから、分解後の再組立てもしくは組み換え時に円
環の平面が傾くことがなくなり、ガスの放出方向が常に
一定に維持される。
(3)ノズルの周方向流路の断面積を該流路のコンダク
タンスに対しガス放出口のコンダクタンスが実質的に無
視されうるほどの大きさとしたので、ガス放出口から放
出されるガス量を等しくするのにガス放出口の口径を全
て同一にすることができ、従来のようなガス放出口相互
の口径差の問題が解消される。
すなわち、本発明によるガス導入路の構成により常に安
定して被成膜基板の前面側に反応ガスの均一な流れを形
成することができる。なお、ノズルと、反応ガスを反応
室内へ導入するガス導入管路とは可撓性の接続管を介し
て接続されるから、再組立て時のガス導入管路の傾きは
ガスの放出方向に影響を与えなくなり、再組立てを気を
遣わないで行うことができるなど、作業上のメリットも
合わせて得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるガス導入路構成の一実施例を示す
図であって、(a)は反応室内の縦断面図、(b)は前
図(a)のA−A位置において矢印方向に見た平面図で
ある。第2図はガス流路のコンダクタンスを説明するた
めの図であって、(a)は円環状ノズルの構成例とガス
放出口の位置例とを示す平面図,(b)は前図(a)の
B−B位置において矢印の方向に見たノズルの断面拡大
図である。第3図は従来のガス導入路の構成例を示す図
であって、(a)は反応室内の縦断面図、(b)は前図
(a)のC−C位置において矢印の方向に見た平面図で
ある。 1:反応室、2:基板(被成膜基板)、5:プラズマ、6,16:
ガス導入管路、7,17:ガス放出口、8:反応ガス、9,19:ノ
ズル、12:接続管、14:開口、15:プラズマ生成室。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマ生成室と開口を介して連通し内部
    に該開口の軸線と同軸にかつ該開口から適宜に離隔して
    被成膜基板が配される反応室内の該開口と被成膜基板と
    の中間位置に、連続円環状もしくは分割円環状に形成さ
    れ周方向に複数のガス放出口を備えた中空部材からなり
    前記被成膜基板を取り囲むように配されて前記反応室の
    壁面を貫通するガス導入管路を介して反応ガスを送入さ
    れるノズルを備えたプラズマCVD装置において、前記円
    環状ノズルが複数のガス放出口を全て同一口径に形成さ
    れるとともに周方向流路の断面積を該流路のコンダクタ
    ンスに対し前記ガス放出口のコンダクタンスが実質的に
    無視されうる大きさに形成され、円環の軸線が前記開口
    の軸線と一致するように支持する,周方向に支持部位が
    形成された支持部材に着脱可能に固定されて前記反応室
    壁面を貫通するガス導入管路と可撓性の接続管を介して
    接続されることを特徴とするプラズマCVD装置。
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