JPH09209151A

JPH09209151A - ガス分散器及びプラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH09209151A
Application number: JP8016503A
Authority: JP
Inventors: Setsu Suzuki; 摂鈴木; Toku Tokumasu; 徳徳増; Kazuo Maeda; 和夫前田; Junichi Aoki; 淳一青木
Original assignee: Semiconductor Process Laboratory Co Ltd; Canon Marketing Japan Inc
Current assignee: Semiconductor Process Laboratory Co Ltd; Canon Marketing Japan Inc
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 1997-08-12
Anticipated expiration: 2016-02-01
Also published as: JP2975885B2

Abstract

(57)【要約】【課題】反応ガスをプラズマ化するための対向電極の一
つとしての機能を有し、プラズマガスにより成膜やエッ
チングを行うガス分散器に関し、反応ガスの吹出し口に
対して環状に置かれた複数の被処理体上に反応ガスを均
等に放出し、放電を抑制する。【解決手段】中央部に凹部１０７が形成され、凹部１０
７にガスを導入する貫通穴４８を有する基体と、凹部１
０７内に設置され、放射方向にガスを導くガス受け部材
１０８と、受け部材１０８によって導かれたガスを放出
する、環状のガス放出具とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス分散器及びプ
ラズマ処理装置に関し、より詳しくは、反応ガスをプラ
ズマ化するための高周波電力を印加する電極を備えたガ
ス分散器、及びプラズマガスにより成膜やエッチングを
行うプラズマ処理に用いるプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、量産規模でのＣＶＤ法による成膜
に関しては、主に、マルチチャンバ式ＣＶＤ装置ウオーキングビーム式連続方式ＣＶＤ装置マルチリアクタ式バッチ方式ＣＶＤ装置が用いられている。

【０００３】マルチチャンバ式ＣＶＤ装置は、図１０に
示すように、各処理チャンバ３ａ〜３ｆが独立して設け
られているため、種々の異なる処理が可能で、フレキシ
ビリティが高い。更に、各処理チャンバ３ａ〜３ｆにプ
ラズマ発生装置を設けてプラズマＣＶＤ装置とすること
も可能である。なお、図１０中、１はロードロックチャ
ンバ、２はロードロックチャンバ１内に設置されたロボ
ット、４は各処理チャンバ３ａ〜３ｆにウエハ６ａ〜６
ｆを搬入し、又は搬出するロボットである。

【０００４】ウオーキングビーム式連続方式ＣＶＤ装置
は、図１１に示すように、単一の処理チャンバ１１内に
複数のウエハ載置部１３ａ〜１３ｈが配置されたウエハ
載置台１２と、ウエハ１５ａ〜１５ｈを保持して回転軸
の周りに回転可能なウオーキングビーム１４ａ〜１４ｈ
とが設置されている。また、各ウエハ載置部１３ａ〜１
３ｈにヒータを備えている。なお、図１１中、７は第１
のロードロックチャンバ、８は第１のロードロックチャ
ンバ７内に設置されたロボット、１０は第２のロードロ
ックチャンバ、９ａは室７と第２のロードロックチャン
バ１０の間を開閉するバルブ、９ｂは第２のロードロッ
クチャンバ１０と処理チャンバ１１の間を開閉するバル
ブである。

【０００５】ウオーキングビーム１４ａ〜１４ｈを用い
てウエハ１５ａ〜１５ｈを順次回転して移動させること
により、連続的に成膜を行い、高いスループットを得て
いる。成膜を分割して行い、各リアクタによる形成膜を
積み重ねることにより、ウエハ１５ａ〜１５ｈ間の差異
をなくすことができる。マルチリアクタ式バッチ方式Ｃ
ＶＤ装置は、図１２に示すように、単一の処理チャンバ
内のウエハ載置台２１に反応ガスをプラズマ化するため
の電極を兼ねた複数のウエハ載置部２２ａ〜２２ｄが個
別に設けられている。ウエハ載置部２２ａ〜２２ｄに載
置された各ウエハは図示しないロボットにより成膜毎に
持ち上げられてウエハ載置部２２ａ〜２２ｄ上を順に移
動していく。また、各ウエハ載置部２２ａ〜２２ｄに個
別に反応ガス及び高周波電力を供給するシャワーヘッド
付き電極２３ａ〜２３ｄが、各ウエハ載置部２２ａ〜２
２ｄ毎に各ウエハ載置部２２ａ〜２２ｄに対向して設け
られている。

【０００６】マルチリアクタ式バッチ方式ＣＶＤ装置に
おいて複数のウエハ載置部２２ａ〜２２ｄにそれぞれウ
エハ２６ａ〜２６ｄを搬送した後、一括して成膜処理を
行う。また、各シャワーヘッド２３ａ〜２３ｄにそれぞ
れ異なる種類の反応ガスを供給し、成膜毎にウエハ２６
ａ〜２６ｄを持ち上げて次のウエハ載置部２２ａ〜２２
ｄに移動させることにより異なる種類の多層膜の形成を
連続的に行うことができる。更に、一括処理するウエハ
２６ａ〜２６ｄの数に比例したスループットを得ること
ができる。

【０００７】上記３種類のＣＶＤ装置のうちマルチリア
クタ式バッチ方式ＣＶＤ装置がもっとも高いスループッ
トを得ることができる。また、上記のプラズマＣＶＤ装
置に用いられるガス分散器は、詳細は図示しないが、中
央部にガスを導入する貫通穴を有する基体と、導入され
たガスを放出するガス放出具とを有し、基体の周辺部で
接触がとられている。そして、ガス分散器は反応ガスを
プラズマ化するための対向電極の一つとしての機能を有
し、高周波電源が基体に接続され、高周波電力が供給さ
れる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、マルチチャン
バ式ＣＶＤ装置では、ロボット４が一の処理チャンバ３
ａからウエハ６ａ〜６ｆを搬出し、次の処理チャンバ３
ｂに搬入するという動作を行う必要があるため、搬送に
要する時間が多くかかり、処理チャンバ３ａ〜３ｆの数
に比例したスループットを得ることができない。また、
個々の処理チャンバ３ａ〜３ｆに対して排気系、ガス供
給系が必要である。更に、反応ガスや高周波電力の供給
系がリアクタ間で別々なので、それらのリアクタ間で反
応ガスや高周波電力の供給量に固有の差が存在し、各ウ
エハ６ａ〜６ｆ間で形成膜の膜厚や膜質が相違してしま
う。

【０００９】プラズマＣＶＤ装置では、励起用高周波電
源などを設置せねばならず、装置が大型化するという問
題もある。ウオーキングビーム式連続方式ＣＶＤ装置で
は、単一の処理チャンバ１１であることから各リアクタ
間の反応ガスや高周波電力を分離することができず、そ
のため、異なる種類の多層膜の形成を連続的に行うこと
はできない。更に、一の成膜後次の成膜に移るためにウ
エハ１５ａ〜１５ｈを移動させる際、ウエハ１５ａ〜１
５ｈが載置台から離れるので、ウエハ１５ａ〜１５ｈの
温度が下がることを避けることができない。これによ
り、成膜途中で温度サイクルを受けることになり、形成
膜に歪みが残るという問題がある。また、ウエハ１５ａ
〜１５ｈの移動中は成膜を中断して、移動後にウエハ１
５ａ〜１５ｈの温度が所定の温度になるように再加熱
し、更にガス流量の安定化を待つ必要がある。このた
め、処理時間が長くなり、結果として高いスループット
が得られないという問題も生ずる。

【００１０】更に、マルチリアクタ式バッチ方式ＣＶＤ
装置では、ウエハ２６ａ〜２６ｄがウエハ載置部２２ａ
〜２２ｄ上を次々に移動させられるため、ウオーキング
ビーム式ＣＶＤ装置におけるのと同じような問題が生じ
るほか、各リアクタ間で反応ガス及び高周波電力の供給
系が別々なので、装置が大型化するという問題があると
ともに、各リアクタ間で反応ガスや高周波電力の供給量
に固有の差が存在し、同一バッチ内のウエハ２６ａ〜２
６ｄ間で形成膜の膜厚や膜質に相違が生じる恐れがあ
る。

【００１１】また、ガス分散器では、高周波電力が印加
されたとき、基体からその周辺部を通して高周波電力が
ガス放出具にかかる。しかし、ガス放出具自体が有する
高周波電力に対するインピーダンスによりガス放出具に
電位降下が生じ、ガス放出具の中央部にいくほど基体と
ガス放出具との間の電位差が大きくなる。このため、高
周波電力の大きさにより基体とガス放出具との間で放電
することがあるという問題がある。

【００１２】上記のような問題はプラズマガスを用いた
同様な構造のエッチング装置においても生じ、その解決
が望まれている。本発明は、かかる従来の問題点に鑑み
てなされたもので、反応ガスの吹出し口に対して環状に
置かれた複数の被処理体上に反応ガスを均等に放出する
ことができ、放電を抑制することが可能なガス分散器、
及び、複数の被処理体上に均一な膜厚や膜質等を有する
膜や異なる種類の多層膜を成膜し、或いは均一なエッチ
ングを行うことができ、装置の大型化を防止することが
できるプラズマ処理装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題は、第１の発明
である、中央部にガスを導く第１のガス流路と、前記中
央部に導かれたガスを放射方向に分流し、さらに前記中
央部から端部に至る中程で前記ガスを前記中央部方向と
周辺方向に再分流する第２のガス流路と、前記再分流さ
れたガスを放出する、前記中央部の周りのドーナツ状領
域に配置されたガス放出孔とを有する第１の電極を兼ね
たガス分散器によって達成され、第２の発明である、中
央部に凹部が形成され、該凹部にガスを導入する貫通穴
を有する基体と、前記凹部内に設置され、前記ガスを放
射方向に前記ガスを導くガス受け部材と、前記受け部材
によって導かれたガスを放出する、環状のガス放出具と
を備えたことを特徴とするガス分散器によって達成さ
れ、第３の発明である、前記ガス放出具は、前記ガス放
出具の外周部で前記基体と接触し、かつ前記ガス放出部
の内周部で前記受け部材を介して前記基体と接触してい
ることを特徴とする第２の発明に記載のガス分散器によ
って達成され、第４の発明である、前記ガス放出具は、
前記環状領域に複数分布している前記ガス放出孔を有す
ることを特徴とする前記第２又は第３の発明に記載のガ
ス分散器によって達成され、第５の発明である、前記ガ
ス分散器は環状領域の方向に回転可能となっていること
を特徴とする第１乃至第４の発明のいずれかに記載のガ
ス分散器によって達成され、第６の発明である、第１乃
至第５の発明のいずれかに記載のガス分散器と、第２の
電極であって、前記ガス分散器に対向し、かつ固定して
設置された、前記環状領域に対面して載置される被処理
体の載置部を有する被処理体の載置台とを具備すること
を特徴とするプラズマ処理装置によって達成され、第７
の発明である、前記ガス分散器に前記ガスをプラズマ化
する高周波電源が接続されていることを特徴とする第６
の発明に記載のプラズマ処理装置によって達成され、第
８の発明である、前記載置台に載置される被処理体にバ
イアス電圧を付与する交流電源が前記載置台に接続され
ていることを特徴とする第６又は第７の発明に記載のプ
ラズマ処理装置によって達成される。

【００１４】ところで、載置台の円周に沿って被処理体
が配置され、かつ単一のガス分散器を用いる場合、ガス
の吹出し口を中心としてその周りに被処理体が配置され
たとき、被処理体の中心から外れたところから反応ガス
が放出されるため、載置台の中央部から周辺部に向かっ
て反応ガスが広がっていく間に載置台の半径方向に被処
理体表面のガス供給量に偏差が生じる恐れがある。

【００１５】本発明のガス分散器では、第１のガス流路
により中央部に導かれたガスを放射方向に分流し、さら
に中央部から端部に至る中程でガスを中央部方向と周辺
方向に再分流する第２のガス流路と、再分流されたガス
を放出する、中央部の周りの環状領域に配置されたガス
放出孔とを有する。例えば、第２のガス流路は、基体の
貫通穴（第１のガス流路）から導入されたガスを放射方
向に導くガス受け部材と環状のガス放出具とにより形成
される。

【００１６】従って、第１のガス流路を通ったガスはさ
らに第２のガス流路を通ってガス放出孔に送られるた
め、第１のガス流路から出たガスは必要以上に広がるこ
となくガス放出孔に送られる。このため、ガス放出孔へ
のガスの供給が均等化される。さらに、第１のガス流路
から出たガスを放射方向に広げる受け部材を有するの
で、予めガスが広がった状態で放出することができる。
このため、第１のガス流路から直接ガスを放出する場合
と比べて周辺部へのガスの供給量をより均等化すること
ができる。

【００１７】また、ガス分散器がプラズマ処理装置の対
向電極を兼ねる場合、ガス分散器の基体とガス放出具と
を基体の周辺部のみならず中央部で接触させることによ
り、ガスをプラズマ化するための高周波電源を基体に接
続して高周波電力を供給した場合、周辺部でのみ接触さ
せた場合と比較して基体とガス放出具との間の電位差を
より低減することが可能となる。このため、それらの間
の放電を防止することができる。

【００１８】本発明のプラズマ処理装置においては、上
記ガス分散器を有し、複数の被処理体が環状領域に形成
されたガス放出具に対向して載置される載置台を有して
いるので、ガス放出具から被処理体のほぼ直上にガスが
放出されるようになり、被処理体へのガスの供給量をよ
り均等化することができる。これにより、複数の被処理
体上に膜厚や膜質の均一な膜を形成することができる。

【００１９】また、ガス分散器からのガスの供給が場所
により偏っている場合、或いは装置構成上の非対称性に
よるガスの流れが偏っている場合でも、成膜中にガス分
散器を環状領域の方向に回転させることにより被処理体
への反応ガスの供給が均等化され、複数の被処理体上に
膜厚や膜質の均一な膜を形成することができる。更に、
被処理体にバイアス電圧を付与する交流電源が載置台の
電極に接続されることにより、活性粒子を電界による引
力により集めることができ、成膜レートやエッチングレ
ートを高め、さらに緻密な膜を形成することが可能とな
る。

【００２０】また、ガス分散器と載置台をそれぞれ兼ね
た対向電極（第１及び第２の電極）とすることにより、
高周波電源が一つですむ。これにより、装置の大型化を
抑制することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。（第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形
態に係るプラズマＣＶＤ装置について示す側面図であ
る。

【００２２】図１において、３１は単一の処理チャン
バ、３２はウエハ（被処理体）を処理チャンバ３１内に
搬入し、又は搬出する搬入／搬出口で、搬入／搬出口を
開閉するバルブ５６が設けられている。３３は図示しな
い排気装置が接続された排気口である。処理チャンバ３
１内は排気口３２を通して排気され、所定の圧力に減圧
可能となっている。

【００２３】さらに、処理チャンバ３１内にはウエハの
載置台３５が取り付けられた回転保持具３４と、その載
置台３５のウエハの載置面に対向するガス分散器４７と
が設けられている。ガス分散器４７は、反応ガスを導入
するガス導入口と反応ガスを放出するガス放出孔とを備
え、それらはガス流路により互いにつながっている。ま
た、ガス分散器４７のガス導入口にはガス配管が接続さ
れており、ガス配管のガス導入口４９はガス配管により
形成されたガス流路４８を通してガス分散器４７のガス
導入口とつながっている。ガス配管は一部が絶縁体５０
で作成されているほかは導電性を有する。

【００２４】また、ガス分散器４７は反応ガスをプラズ
マ化する対向電極のうちの一の電極（第１の電極）とし
ての機能を有し、導電体で作成されている。そして、ガ
ス分散器４７とつながる導電性のガス配管には反応ガス
をプラズマ化するための高周波電源５４がマッチング回
路５３を介して接続される。高周波電源５４の周波数と
して１３．５６ＭＨｚが用いられる。なお、高周波電源
５４の周波数として場合により１００ｋＨｚその他の周
波数が用いられることもある。さらに、ガス導入口４９
側の導電性のガス配管は接地される。ガス配管が設置さ
れる理由は、ガス配管に繋がるガスボンベ等を触れた人
が感電しないようにするためである。また、ガス配管の
一部が絶縁体５０で作成されている理由は、ガス配管全
体に導電体を用いると、高周波電力が電極としてのガス
分散器４７の方に供給されずにガス配管のガス導入口４
９の方に抜けるためである。

【００２５】回転保持具３４は、載置台３５と側壁３４
ａと下部壁３４ｂと回転軸４０とからなり、成膜中に、
回転軸４０により一方向に、或いは左右両方向に回転す
る。また、ガス分散器４７のガス放出面に対して反対側
の面にはヒータ５１が取り付けられている。これは、ガ
ス分散器４７から放出される反応ガスにより生成され、
かつガス分散器４７に付着する反応生成物はそのままで
は柔らかく、剥離してパーティクルとなり易いので、ガ
ス分散器４７を２００℃程度に加熱することにより反応
生成物を硬くして剥離しにくくするためである。

【００２６】載置台３５の詳細を図２（ａ），（ｂ）に
示す。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の
II−II線断面図である。同図によれば、載置台３５の表
面にはタンタルやタングステンからなる導電板１０１が
張られ、この導電板１０１と接触して反応ガスをプラズ
マ化するためのタンタルやタングステンからなる第２の
電極１０２が埋め込まれている。第２の電極１０２は対
向電極の他の電極としての機能を有する。更に、この第
２の電極１０２の下の載置台３５の下部には絶縁体１０
４を介してタンタルやタングステンからなるヒータ１０
３が埋め込まれている。絶縁体１０４は、導電板１０
１、第２の電極１０２、及びヒータ１０３の材料のタン
タルやタングステンと熱膨張係数がほぼ等しい絶縁材
料、例えばアルミナセラミックからなる。

【００２７】また、第１の電極１０２には配線４１が接
続され、配線４１の他端は図示しない高周波電源とつな
がる。プラズマ生成中に第１の電極１０２に例えば周波
数３８０ｋＨｚの高周波電力を供給してウエハ５５ａ〜
５５ｄを負電圧にバイアスする。ヒータ１０３には他の
配線４２ａ，４２ｂが接続され、配線４２ａ，４２ｂの
他端は図示しない直流電源とつながる。ヒータ１０３に
直流電力を供給して発熱させ、ウエハ５５ａ〜５５ｄを
加熱する。

【００２８】ウエハ５５ａ〜５５ｄを負電圧にバイアス
することにより成膜レートを上げることができ、また、
ウエハ５５ａ〜５５ｄを負電圧にバイアスし、加熱する
ことにより形成膜の緻密性を増すことができる。上記載
置台３５は次のようにして作成される。即ち、アルミナ
の第１のグリーンシート上にヒータ１０３を載せ、その
上をアルミナからなる第２のグリーンシートで被覆し、
さらにその上に第２の電極１０２を載せる。そして第２
の電極１０２の上をアルミナからなる第３のグリーンシ
ートで被覆した後、第２の電極１０２上の第３のグリー
ンシートを除去し、第２の電極１０２を露出する。続い
て、第２の電極１０２とその周辺部の第３のグリーンシ
ート上に導電板１０１を載せた後、加熱してグリーンシ
ートを硬化させる。これにより、第２の電極１０２とヒ
ータ１０３とが一体的に埋め込まれた載置台３５が作成
される。第２の電極１０２とヒータ１０３とがセラミッ
ク中に一体的に埋め込まれることにより、熱膨張係数の
差による熱応力に対する強度が増すため、ヒータ１０２
の加熱によりセラミックにひびが入ったりするのを抑制
することができる。

【００２９】なお、上記の高周波電源及び直流電源に配
線４１，４２ａ，４２ｂを直結させた場合、載置台３５
の回転により配線４１，４２ａ，４２ｂは捩れるが、載
置台３５の回転を同じ回転数だけ順逆繰り返すことによ
り配線４１，４２ａ，４２ｂの捩れを防止することがで
きる。また、高周波電源及び直流電源と配線４１，４２
ａ，４２ｂとの接続を電源側と回転軸４０側の双方に取
り付けた接触子（ロータリコネクタ）で行えば、一方向
の回転でも配線４１，４２ａ，４２ｂの捩れを防止する
ことができる。

【００３０】更に、図１に示すように、載置台３５の下
側にはウエハ５５ｃを載置台３５から着脱させるための
ウエハリフタ３８が設けられている。ウエハリフタ３８
を押し上げることにより載置台３５に形成された貫通孔
に差し込まれたウエハリフトピン３９がウエハ５５ｃを
載置台３５から離脱させる。また、載置台３５は加熱に
より昇温するため、例えば回転軸４０と装置との間の隙
間の気密保持のために載置台３５の下側に設けられる流
体磁気シールド４３の鉄粉グリース４３ｂが熱により変
質する恐れがある。これを避けるため装置下側への熱の
伝達を極力抑制する必要がある。従って、載置台３５は
熱伝導を防止し、かつ熱輻射を抑制するため絶縁体３６
を介してステンレスの細い支持棒３７により数カ所で支
持されて、できるだけ装置下部から遠ざけられている。
なお、流体磁気シールド４３は磁石４３ａと鉄粉グリー
ス４３ｂとからなり、例えば、図示するように、回転軸
４０と装置の基台５８との間の隙間を密封するため、そ
の隙間に鉄粉グリース４３ｂを詰め、基台５８側を磁石
４３ａで形成して鉄粉グリース４３ｂが移動しないよう
にし、処理チャンバ３１内の気密を保持する。

【００３１】更に、下部壁３４ｂの中央部には配線４
１，４２ａ，４２ｂを引き出すための貫通孔が形成され
ている。また、その貫通孔の周囲の下部壁３４ｂにはそ
の貫通孔の直径よりも大きい直径の回転軸４０が取り付
けられ、配線４１，４２ａ，４２ｂは載置台３５からそ
の貫通孔を通り、さらに回転軸４０の内部を通って引き
出される。

【００３２】更に、回転保持具３４は、ボールベアリン
グ４５の支持により装置の基台５８から所定の間隔を保
って保持されている。回転保持具３４の下部壁３４ｂの
下面と基台５８の上面には、それぞれ同心円状に衝立状
の複数の遮蔽板４４が形成され、それらが櫛形にかみ合
って回転保持具３４が回転する。互いの遮蔽板４４間の
隙間は狭く、隙間の断面形状は幾重にも折れ曲がってつ
づら折りのような形状をしている。このため、隙間のコ
ンダクタンスは小さく、ウエハ５５ａ〜５５ｄに供給さ
れた後に不要となった反応ガスはこの隙間を流れにく
い。また、反応ガスの反応により生成されたパーティク
ルの通過も抑制される。これにより、遮蔽板４４の下流
であって回転保持具３４の下部壁３４ｂと装置の基台５
８の間に挟まれたボールベアリング４５に反応生成物が
付着するのを防止し、更に、パーティクルにより鉄粉グ
リース４３ｂ等が汚染されるのを抑制することができ
る。また、これらを通り抜けてきた僅かな反応ガスも装
置の基台５８に形成された排気口３４ａを通って装置の
排気口３３から排気される。なお、図示していないが、
排気口３４ａと排気口３３の間はガス配管によりつなが
れている。

【００３３】更に、ガス分散器４７及び回転保持具３４
の側面からの放電を防止するため、ガス分散器４７及び
回転保持具３４の側面にはこの側面から僅かの隙間をあ
けてダークシールド４６が設けられている。次に、図３
（ａ）〜（ｃ）を参照しながらガス分散器４７の詳細に
ついて説明する。図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は図
３（ａ）の受け板１０８の上面図、図３（ｃ）はガス分
散器４７の下面図である。図３（ａ）の受け板１０８の
部分の断面図は図３（ｂ）のIII-III 線断面に相当し、
図３（ａ）のガス分散器４７全体の断面図は図３（ｃ）
のIV-IV 線断面に相当する。

【００３４】図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ガス分
散器４７は、基体１０５と、環状に複数のガス放出孔１
１１が形成された円形状の導電性のガス放出板１１０と
を有する。ガス放出板１１０の中央部にはガス放出孔１
１１は形成されていない。ガス分散器４７を載置台３５
上に設置したとき、ガス放出孔１１１は載置台３５の円
周に沿って載置されたウエハと対向する。ガス放出板１
１０は基体１０５の周辺部で基体１０５に固定されて取
り付けられている。また、基体１０５の中央部には貫通
穴が形成され、第１のガス流路４８となる。第１のガス
流路４８は基体１０５の端面でガスの吹出し口１０６と
なり、第２のガス流路４８を介して複数のガス放出孔１
１１とつながっている。

【００３５】第２のガス流路４８は、第１のガス流路４
８により中央部に導かれたガスを放射方向に分流し、さ
らに中央部から端部に至る中程でガスを中央部方向と周
辺方向に再分流する。そして、中央部の周りの環状領域
に配置されたガス放出孔１１１により、再分流されたガ
スが放出される。第２のガス流路４８の具体的な構造は
以下のようである。即ち、基体１０５の中央部に凹部１
０７が形成され、その凹部１０７には第１のガス流路４
８の吹出し口１０６が形成されている。更に、その凹部
１０７に入り込むような大きさの円板状の導電性の受け
板（受け部材）１０８が吹出し口１０６周辺の基体１０
５に取り付けられている。受け板１０８の先端の位置が
ほぼ回転するウエハの中心が描く円周上にくるように、
かつ基体１０５と受け板１０８の間に第２のガス流路４
８が形成されるように凹部１０７の半径と受け板１０８
の半径は設定される。受け板１０８にはさらにガス流通
をよくするため、吹出し口１０６に対向する面に中心部
から放射状にガス流通溝１０９が形成されている。

【００３６】また、ガス放出板１１０の中央部でガス放
出板１１０は受け板１０８と接触している。これによ
り、基体１０５とガス放出板１１０とは中央部と周辺部
で電気的な導通がとられることになる。ガス分散器４７
を構成する基体１０５とガス放出板１１０との周辺部の
みで導通がとられた場合に、高周波電力が印加されたと
きガス放出板１１０のリードインダクタンスにより基体
１０５とガス放出板１１０との間の電位降下が中央部で
より大きくなり、このためガス分散器４７の中央部の基
体１０５とガス放出板１１０との間で放電するようなと
きに、上記のように基体１０５とガス放出板１１０とは
周辺部に加えて中央部で導通がとられることにより、基
体１０５とガス放出板１１０との間の電位降下がより小
さくなるため、その間の放電を防止することができる。

【００３７】以上のように、本発明の実施の形態によれ
ば、複数のウエハが載置される載置台３５が、ガス分散
器４７に対して回転移動するようになされているため、
ガス分散器４７からの反応ガスの供給が場所により偏っ
ている場合、或いは装置構成上の非対称性による反応ガ
スの流れが偏っている場合でも、成膜中に載置台３５を
一方向或いは左右に回転させることによりウエハへの反
応ガスの供給が均等化されるので、複数のウエハ上に膜
厚や膜質の均一な膜を形成することができる。

【００３８】また、ガス分散器４７と載置台３５とをそ
れぞれ兼ねている対向電極をそれぞれ単一の電極とする
ことにより、電極に高周波電力を供給する高周波電源５
４が一つですむ。更に、載置台３５のヒータを単一のヒ
ータ１０３とすることによりそれに電力を供給する電源
が一つですむ。これにより、装置の大型化を防止するこ
とができる。

【００３９】更に、載置台３５がヒータ１０３を具備し
ているので、ウエハを加熱しながら、載置台３５を回転
移動させることができる。これにより、ウエハの温度を
所定の温度に保持したままでウエハの移動を行うことが
できる。更に、ガス分散器４７は、載置台３５の円周に
沿って配置された複数のウエハに対向する環状領域にガ
ス放出孔１１１が設けられ、更に、ガス導入口４９と環
状のガス放出孔１１１とを結ぶ狭いガス流路４８を有し
ている。狭いガス流路４８を通してガス導入口４９から
ガス放出孔１１１に反応ガスが送られるため、ガス導入
口４９から導入された反応ガスは必要以上に広がること
なくガス放出孔１１１に送られる。このため、ガス放出
孔１１１への反応ガスの供給が均等化される。さらに、
ウエハと対向するガス放出孔１１１からウエハのほぼ直
上に反応ガスが供給されるため、ウエハへの反応ガスの
供給量をより均等化することができる。

【００４０】次に、上記のプラズマ処理装置を用いて成
膜する方法について図５（ａ）〜（ｃ）を参照しながら
説明する。シリコン含有反応ガスとしてアルコキシシラ
ンのうちトリメトキシシラン（(CH₃O)₃SiH）を用いる。
図５（ａ）は配線層が形成された後であって、プラズマ
ＣＶＤ法によりシリコン含有絶縁膜を形成する前の状態
を示す断面図である。図中、６１はシリコン基板、６２
はシリコン基板６１上に形成されたシリコン酸化膜から
なる下地絶縁膜、６３ａ，６３ｂは下地絶縁膜６２上に
形成された、所定の間隔で隣接する配線層である。以上
が被堆積基板としてのウエハ５５ａ〜５５ｄを構成す
る。

【００４１】まず、処理チャンバ３１内を排気し、所定
の圧力に保持する。続いて、処理チャンバ３１内にウエ
ハ５５ａ〜５５ｄを搬入し、回転保持具３４の載置台３
５に載置する。次いで、ヒータ１０３によりウエハ５５
ａ〜５５ｄを加熱し、所定の温度に保持する。この実施
形態の場合、温度３００〜４００℃とする。また、ヒー
タ５１によりガス分散器４７を２００℃程度に加熱す
る。

【００４２】次に、流量１００ｓｃｃｍのアルゴンガス
（キャリアガス）により１０℃に保温された液状のトリ
メトキシシランをバブリングし、トリメトキシシランを
含むアルゴンガスを生成する。これに酸化性ガスとして
所定の流量のＮ₂Ｏガスを加え、ガス分散器４７を介し
て処理チャンバ３１内に導入する。このとき、処理チャ
ンバ３１内の圧力を約１Ｔｏｒｒに保持する。

【００４３】次いで、回転保持具３４を一回転毎に左右
両方向に回転させる。次に、周波数１３．５６ＭＨｚ，
電力２ｋＷの高周波電力をガス分散器４７に供給すると
ともに、載置台３５の第２の電極１０２に周波数３８０
ｋＨｚ，電力２ｋＷの高周波電力を供給する。ガス分散
器４７への電力印加により反応ガスはプラズマ化され
て、Ｎ₂Ｏは活性化窒素Ｎ^*，活性化酸素Ｏ^*に解離し、
シリコン含有ガスもＳｉ−Ｈ結合を含むイオンと電子に
解離する。このとき、載置台３５の第２の電極１０２に
高周波電力を印加しているため電子とイオンの移動度の
差により電子がウエハ５５ａ〜５５ｄに蓄積されてウエ
ハ５５ａ〜５５ｄは負電圧、この場合−８０〜−９０Ｖ
にバイアスされる。これにより、プラズマ化された反応
ガスのイオンがウエハ５５ａ〜５５ｄ上に引き寄せられ
て活性化窒素や活性化酸素と反応し、ウエハ５５ａ〜５
５ｄ上に配線層６３ａ，６３ｂを被覆するＳｉＯ_XＮ_y
膜６４が形成されはじめる。ウエハ５５ａ〜５５ｄが負
電圧にバイアスされているためウエハへのイオンの到達
量が増え、成膜レートがより大きくなる。また、反応ガ
スはウエハ５５ａ〜５５ｄのほぼ真上から吹き出すので
ウエハ５５ａ〜５５ｄへの反応ガス供給量はより均等に
なる。更に、ウエハ５５ａ〜５５ｄが回転するので、ガ
ス分散器４７からの反応ガスの供給が場所により偏って
いる場合、或いは装置構成上の非対称性による反応ガス
の流れが偏っている場合でも、成膜中に載置台３５を左
右に回転させることによりウエハ５５ａ〜５５ｄへの反
応ガスの供給が均等化される。

【００４４】この状態を所定の時間保持すると、図５
（ｂ）に示すように、所定の膜厚のＳｉＯ_XＮ_y膜６４
が形成される。このとき、ウエハ５５ａ〜５５ｄへの反
応ガスの供給が均等化されているので、複数のウエハ５
５ａ〜５５ｄ上に膜厚や膜質の均一な膜を形成すること
ができる。次いで、図５（ｃ）に示すように、熱ＣＶＤ
法によりＳｉＯ_XＮ_y膜６４上にシリコン酸化膜６５を
形成する。即ち、常圧雰囲気中にウエハ５５ａ〜５５ｄ
を置き、ウエハ温度を約４００℃に保持した状態で、キ
ャリアガスにより運ばれるＴＥＯＳに濃度６％の割合で
Ｏ₃を含むＯ₃＋Ｏ₂ガスを添加した反応ガスを導入す
ることにより、反応ガスを熱的に分解し、反応させてＳ
ｉＯ_XＮ_y膜６４上にシリコン酸化膜６５を形成する。
このとき、下地のＳｉＯ_XＮ_y膜６４はＴＥＯＳ＋Ｏ₃
の混合ガスを用いた熱ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜６
５との適合性がよいので、シリコン酸化膜６５の成膜レ
ートが均一となり、異常成長が抑制され、かつシリコン
酸化膜６５のステップカバレージもよい。

【００４５】その後、図５（ｄ）に示すように、プラズ
マＣＶＤ法により上記と同様な条件で、シリコン酸化膜
６５上にＳｉＯ_XＮ_y膜６６を形成すると３層構造の層
間絶縁膜が完成する。以上のように、本発明の実施の形
態によれば、プラズマＣＶＤ法による成膜方法におい
て、ウエハ５５ａ〜５５ｄ上に供給される反応ガスの供
給量が均等化されるので、ウエハ５５ａ〜５５ｄ表面に
は均一な膜厚や膜質のＳｉＯ_XＮ_y膜６４，６６が形成
される。

【００４６】また、ウエハ５５ａ〜５５ｄのバイアスと
加熱により、形成されたＳｉＯ_XＮ _y膜６４，６６はよ
り緻密なものとなる。（第２の実施の形態）図６は、本発明の第２の実施の形
態に係るプラズマ処理装置を示す側面図である。第１の
実施の形態と異なるところは、回転保持具３４に取り付
けられた回転軸４０を処理チャンバ３１の外部で支えて
いることである。

【００４７】即ち、図１に示す回転保持具３４の下部壁
３４ｂの下面と装置の基台５８上面の反応ガスの流れを
抑制するための遮蔽板４４と、回転保持具３４を支える
ためのボールベアリング４５とが取り除かれ、かわり
に、図２に示すように、基台５８の下側の処理チャンバ
３１の外部で回転軸４０がボールベアリング６０により
回転可能なように支持されていることである。なお、図
中、５９ａは回転軸４０に取り付けられたベアリング受
け具、５９ｂは処理チャンバ３１の外部の装置とは別の
箇所に固定して取り付けられたベアリング受け具であ
る。

【００４８】これにより、回転軸４０の支持部でのボー
ルベアリング４５の磨耗に起因する発塵の影響が装置内
部に及ぶのを防止することができる。（第３の実施の形態）図７は、本発明の第３の実施の形
態に係るプラズマ処理装置の載置台の部分を示す上面図
である。第１の実施の形態と異なるところは、ヒータ１
０３ａ〜１０３ｄがウエハ５５ａ〜５５ｄの各載置部に
独立に設置されていることである。

【００４９】これにより、各ウエハ５５ａ〜５５ｄを別
個に独立に加熱することができる。従って、ウエハ５５
ａ〜５５ｄの各載置部での熱伝導度が異なる場合や単一
のヒータではヒータの発熱量が異なってくるような場
合、各ヒータ１０３ａ〜１０３ｄの発熱量を調整してウ
エハ５５ａ〜５５ｄ間の温度の均一化を図ることができ
る。

【００５０】（第４の実施の形態）図８（ａ）は、本発
明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置のガス分
散器を示す断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の下面図で
ある。図８（ａ）は図８（ｂ）のＶ−Ｖ線断面に相当す
る。第１の実施の形態と異なるところは、４箇所独立に
反応ガスを供給することができるガス放出部を有するガ
ス分散器４７ａを備えていることである。図中、１０６
ａ〜１０６ｄは各々独立に反応ガスを流すことができる
ように形成された、ガス分散器４７ａの複数のガス導入
口とそれぞれ独立に繋がる複数のガス流路であり、１１
１ａ〜１１１ｄは各ガス放出部のガス放出板１１０ａに
形成された複数のガス放出孔である。

【００５１】従って、製作後のガス分散器４７ａのガス
流路の長さや内径等が場所により異なっている場合で
も、ガス分散器４７ａの各ガス導入口から導入する反応
ガスの流量調整により各ガス放出部から放出される反応
ガスの放出量を均等にすることが可能となる。これによ
り、均一な膜厚、膜質の異なる種類の多層膜をウエハ上
に形成することができる。

【００５２】この場合にも、対向電極は各々単一の電極
からなるので、高周波電源は一つでよく、装置の大型化
を抑制することができる。また、ウエハの温度を所定の
温度に保持したままでウエハの移動と連続的な成膜が可
能となる。これにより、所定の温度にウエハの温度を設
定し、かつガス流量等を設定しておけば、成膜が終了す
るまでウエハの温度やガス流量などを再調整する必要が
ないので、成膜条件の変動を受けることがなく、成膜条
件の精度を向上させることができる。

【００５３】（第５の実施の形態）図９（ａ），（ｂ）
は、本発明の第５の実施の形態に係るプラズマ処理装置
のガス分散器４７に接続されたガス配管の部分を示す下
面図である。図１及び図４に示す第１の実施の形態と異
なるところは、ガス配管の一部に絶縁体５０を用いずに
ガス配管は導電体で形成されていること、かつ高周波電
源５４の接続部よりも上流のガス配管をコイル状に加工
していることである。なお、図４は図１のガス分散器４
７に接続されたガス配管の部分を簡略化した図である。

【００５４】コイル状に形成されたガス配管１１２は高
周波電力の導通を阻止するコイルとしての機能を有し、
従って、図１及び図４に示すように、高周波電源５４の
接続部よりも上流側のガス配管の一部に絶縁体５０を介
在させなくても高周波電源５４から供給された高周波電
力がガス配管のガス導入口４９側に抜けるのを防止する
ことができる。

【００５５】ガス配管で形成されたコイル１１２の具体
例について、そのインピーダンスを計算すると以下のよ
うになる。即ち、高周波電源５４の周波数が１３．５６
ＭＨｚの場合、例えば、コイル１１２の内径５０ｍｍ、
巻数４．５ターン、長さ４０ｍｍとすると、コイル１１
２のインピーダンスは１１０Ω程度となる。このとき、
同じ周波数で、プラズマの抵抗は１Ω以下と見積もられ
るので、高周波電力はガス配管のガス導入口４９側に抜
けないで殆どガス分散器４７側に供給されることにな
る。

【００５６】なお、上記の実施の形態では、ガス分散器
４７，４７ａを固定し、載置台３５の方を回転させてい
るが、逆に、載置台３５の方を固定し、ガス分散器４
７，４７ａの方を回転させても上記の実施の形態と同様
な効果が得られる。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、本発明のガス分散器で
は、第１のガス流路により中央部に導かれたガスを放射
方向に分流し、さらに中央部から端部に至る中程でガス
を中央部方向と周辺方向に再分流する第２のガス流路
と、再分流されたガスを放出する、中央部の周りの環状
領域に配置されたガス放出孔とを有する。即ち、第２の
ガス流路は、第１のガス流路から導入されたガスを受け
て放射方向に導くガス受け部材と環状のガス放出具とに
より形成されている。

【００５８】従って、第１のガス流路から出たガスは必
要以上に広がることなくガス放出孔に送られるので、ガ
ス放出孔へのガスの供給が均等化される。さらに、第１
のガス流路から出たガスを放射方向に広げる受け板を有
するので、予めガスが広がった状態で放出することがで
きるので、予めガスが広がった状態でガス放出孔から放
出し、周辺部へのガスの供給量をより均等化することが
できる。

【００５９】また、基体の周辺部のみならず中央部でガ
ス放出具と基体と接触させることにより、基体を介して
ガスをプラズマ化するための高周波電力をガス放出具に
供給した場合、基体とガス放出具との間の電位差をより
低減させて、それらの間の放電を防止することができ
る。本発明のプラズマ処理装置においては、上記ガス分
散器を有し、複数の被処理体がガス放出具の環状領域に
対向して載置されている載置台を有しているので、ガス
放出具から被処理体のほぼ直上にガスが放出されるよう
になり、被処理体への反応ガスの供給量をより均等化し
て、複数の被処理体上に膜厚や膜質の均一な膜を形成す
ることができる。

【００６０】また、ガス分散器からの反応ガスの供給が
場所により偏っている場合、或いは装置構成上の非対称
性による反応ガスの流れが偏っている場合でも、成膜中
にガス分散器を環状方向に回転させることにより被処理
体への反応ガスの供給が均等化され、複数の被処理体上
に膜厚や膜質の均一な膜を形成することができる。更
に、被処理体にバイアス電圧を付与する交流電源が載置
台の電極に接続されることにより、活性粒子を電界によ
る引力により集めることができ、成膜レートやエッチン
グレートを高め、さらに緻密な膜を形成することが可能
となる。

【００６１】また、ガス分散器と載置台をそれぞれ兼ね
た対向電極（第１及び第２の電極）とすることにより、
高周波電源が一つですむ。これにより、装置の大型化を
抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマＣＶ
Ｄ装置の全体構成について示す側面図である。

【図２】図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係
るプラズマＣＶＤ装置のウエハの載置台の詳細について
示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のII−II線断面図
である。

【図３】図３（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る
プラズマＣＶＤ装置のガス分散器の詳細について示す断
面図、図３（ｂ）は受け板部分の平面図、図３（ｃ）は
平面図である。図３（ａ）の受け板の断面図は図３
（ｂ）のIII-III 線断面に相当し、図３（ａ）の断面図
は図３（ｃ）のIV-IV 線断面に相当する。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマＣＶ
Ｄ装置のガス分散器のガス配管部分の詳細について示す
側面図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマＣＶ
Ｄ装置を用いて絶縁膜を作成する方法について示す断面
図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマＣＶ
Ｄ装置の全体構成について示す側面図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態に係るプラズマＣＶ
Ｄ装置のウエハの載置台の詳細について示す平面図であ
る。

【図８】図８（ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る
プラズマＣＶＤ装置のガス分散器の詳細について示す断
面図、図８（ｂ）は平面図である。図８（ａ）は図８
（ｂ）のＶ−Ｖ線断面に相当する。

【図９】図９（ａ）は本発明の第５の実施の形態に係る
プラズマＣＶＤ装置のガス分散器のガス配管部分の詳細
について示す側面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の模式図
である。

【図１０】従来例に係るマルチチャンバ式ＣＶＤ装置の
全体構成について示す平面図である。

【図１１】従来例に係るウオーキングビーム式ＣＶＤ装
置の全体構成について示す平面図である。

【図１２】図１２（ａ）は従来例に係るマルチリアクタ
式ＣＶＤ装置の全体構成について示す平面図、図１２
（ｂ）は図１２（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。

【符号の説明】

３１処理チャンバ、３２搬入／搬出口、３３，３４ａ排気口、３４回転保持具、３４ａ側壁、３４ｂ下部壁、３５載置台、３６絶縁体、３７支持棒、３８ウエハリフタ、３９ウエハリフトピン、４０回転軸、４１，４２ａ，４２ｂ配線、４３流体磁気シールド、４３ａ磁石、４３ｂ鉄粉グリース、４４遮蔽板、４５，６０ボールベアリング、４６ダークシールド、４７，４７ａガス分散器、４８，４８ａ〜４８ｄガス流路、４９ガス導入口、５０，１０４絶縁体、５１，１０３，１０３ａ〜１０３ｄヒータ、５２冷却機、５３マッチング回路、５４高周波電源、５５ａ〜５５ｄウエハ（被処理体）、５６，５７，１１３バルブ、５８基台、５９ａ，５９ｂベアリング受け具、６１シリコン基板、６２下地絶縁膜、６３ａ，６３ｂ配線、６４，６６ＳｉＯ_xＮ_y膜、６５シリコン酸化膜、１０１導電板、１０２電極、１０５，１０５ａ基体、１０６，１０６ａ〜１０６ｄ吹出し口、１０７凹部、１０８受け板（受け部材）、１０９ガス流通溝、１１０，１１０ａガス放出板、１１１，１１１ａ〜１１１ｄガス放出孔、１１２コイル状ガス配管。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｃ (72)発明者前田和夫東京都港区港南２−13−29 株式会社半導体プロセス研究所内 (72)発明者青木淳一東京都港区三田３−11−28キャノン販売株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中央部にガスを導く第１のガス流路と、前記中央部に導かれたガスを放射方向に分流し、さらに
前記中央部から端部に至る中程で前記ガスを前記中央部
方向と周辺方向に再分流する第２のガス流路と、前記再分流されたガスを放出する、前記中央部の周りの
環状領域に配置されたガス放出孔とを有する第１の電極
を兼ねたガス分散器。
【請求項２】中央部に凹部が形成され、該凹部にガス
を導入する貫通穴を有する基体と、前記凹部内に設置され、放射方向に前記ガスを導くガス
受け部材と、前記受け部材によって導かれたガスを放出する、環状の
ガス放出具とを備えたことを特徴とするガス分散器。
【請求項３】前記ガス放出具は、前記ガス放出具の外
周部で前記基体と接触し、かつ前記ガス放出部の内周部
で前記受け部材を介して前記基体と接触していることを
特徴とする請求項２に記載のガス分散器。
【請求項４】前記ガス放出具は、前記環状領域に複数
分布している前記ガス放出孔を有することを特徴とする
請求項２又は請求項３のいずれかに記載のガス分散器。
【請求項５】前記ガス分散器は前記環状領域の方向に
回転可能となっていることを特徴とする請求項１乃至請
求項４のいずれかに記載のガス分散器。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
のガス分散器と、第２の電極であって、前記ガス分散器に対向し、かつ固
定して設置された、前記環状領域に対面して載置される
被処理体の載置部を有する被処理体の載置台とを具備す
ることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】前記ガス分散器に前記ガスをプラズマ化
する高周波電源が接続されていることを特徴とする請求
項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】前記載置台に載置される被処理体にバイ
アス電圧を付与する交流電源が前記載置台に接続されて
いることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のプ
ラズマ処理装置。