(57)【要約】【課題】処理室におけるガス導入を複数箇所で導入可能とし、かつ個別にガスの流量を調整することを容易にする。【解決手段】処理室内に複数箇所設けられて処理室内にガスを導入するノズルであって、一端にノズル口を有し、ノズル口に連通する中間空間を有する外周壁部と、中間空間に連なるガス供給部と、外周壁部内に配置され、外周壁部に対する位置の調整が可能な調整弁を有し、中間空間に調整空間を有し、調整弁は、外周壁部に対する位置に応じて調整空間のガス通過形状を変化させてノズル口に供給されるガス流量を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に複数箇所設けられて処理室内にガスを導入するノズルであって、
一端にノズル口を有し、前記のノズル口に連通する中間空間を有する外周壁部と、
前記中間空間に連なるガス供給部と、
前記外周壁部内に配置され、外周壁部に対する位置の調整が可能な調整弁を有し、
前記中間空間に調整空間を有し、
前記調整弁は、外周壁部に対する位置に応じて前記調整空間のガス通過形状を変化させて前記ノズル口に供給されるガス流量を調整するものであることを特徴とするガス導入ノズル。
【請求項２】
前記調整弁は、外周壁部の軸部方向に対し前後位置の調整が可能であり、
前記調整弁は、外周壁部の軸部方向に対する前後位置に応じて前記調整空間の壁部と調整弁との間の隙間量が変化して前記ガスの通過形状が変化するものであることを特徴とする請求項１記載のガス導入ノズル。
【請求項３】
前記調整弁は、前記中間空間の開放部を塞ぐ蓋部を有しており、前記蓋部に前記ガス供給部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス導入ノズル。
【請求項４】
前記外周壁部に雌ねじが形成され、前記調整弁に前記雌ねじに螺合する雄ねじが形成されており、前記雄ねじと前記雌ねじのねじ合わせ位置によって前記調整弁の位置の調整が可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載のガス導入ノズル。
【請求項５】
前記調整空間の側壁に、ノズル口に向けて調整空間の断面積を減少させる調整空間壁を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載のガス導入ノズル。
【請求項６】
前記調整弁は、ノズル口に向けて断面積が減少する弁体を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか1項に記載のガス導入ノズル。
【請求項７】
前記調整弁は、ノズル口側に移動した限界位置でノズル口先端が外周壁部から外側に突き出さないものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか1項に記載のガス導入ノズル。
【請求項８】
前記中間空間は、前記調整弁が挿通されて調整弁周囲を囲む形状を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか1項に記載のガス導入ノズル。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のガス導入ノズルを複数有することを特徴とする処理室。
【請求項１０】
複数のガス導入ノズルが、１または２以上の共通配管に、複数のガス導入ノズル毎に連通していることを特徴とする請求項９記載の処理室。
【請求項１１】
前記ガス導入ノズルは、処理室内に突き出さない形状を有していることを特徴とする請求項９または１０に記載の処理室。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれかに記載のガス導入ノズルにおける外周壁部の一部または全部が処理室壁の一部で構成されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか1項に記載の処理室。
【請求項１３】
処理室がプラズマ処理室であり、ガス導入ノズルにより処理室に導入されるガスがプラズマガスであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか1項に記載の処理室。
【請求項１４】
請求項１〜８のいずれかに記載のガス導入ノズルを複数備える処理室でプラズマ処理を行う方法であって、
複数のガス導入ノズルでそれぞれガス導入量が調整されたガスを処理室内に均一に拡散させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１５】
複数のガス導入バルブによってガス導入量を調整してノズル口周辺のガス分子数を微調整して処理室内のガス均一性を調整することを特徴とする請求項１４記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理室内にガスを導入するガス導入ノズル、処理室およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空装置などに関し、更に具体的には、半導体及びディスプレイ（以下、半導体に総称する）デバイスの製造において材料層をスパッタ、ＣＶＤ、エッチャーなどに利用するための真空プラズマ生成装置では、処理室内にガスを導入し、このガスで放電をさせてプラズマを発生させる（例えば特許文献１〜６参照）。
プラズマ装置である、表面処理、堆積、エッチング処理といった様々な半導体デバイス製造プロセスに用いていた多くの装置では、ガスの導入のために、処理室に穴が多数あるものや、ノズルが真空チャンバー内に突起したもの、また流量調整ができるがノズルの噴射口から離れているものなどが備えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２８３５４号公報
【特許文献２】特開２００９−１２３５１３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１２１０５号公報
【特許文献４】特許第３８３６６３６号公報
【特許文献５】特許第３８３６８６６号公報
【特許文献６】特許第３９２０２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、プラズマガスを処理室に導入する場合、プラズマを良好に発生させて処理を均等に行うことが望まれており、このため、プラズマに影響がある処理室内におけるガスの分布を適切に調整することが必要になる。
しかし、従来のガス導入の構造では、下記の問題点がある。
１）単に穴が多数開いているノズルでは各穴でガス流量の調整ができない。
２）ガスの出口であるノズル先端から流量を調節できる機構までの流路が長い。
上記の事柄で、従来技術の真空プラズマ装置では、ノズル形状（穴の場合、数や開口）の製造変更が余儀なくされ、金銭的、時間的に、大幅にコストと複雑さを与える要因になっており、改善が求められている。
【０００５】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、処理室内に導入されるガスの流量の調整を各ノズルにおいて調整可能としたガス導入ノズル、処理室およびプラズマ処理方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明のガス導入ノズルのうち、第１の形態は、
処理室内に複数箇所設けられて処理室内にガスを導入するノズルであって、
一端にノズル口を有し、前記ノズル口に連通する中間空間を有する外周壁部と、
前記中間空間に連なるガス供給部と、
前記外周壁部内に配置され、外周壁部に対する位置の調整が可能な調整弁を有し、
前記中間空間に調整空間を有し、
前記調整弁は、外周壁部に対する位置に応じて前記調整空間のガス通過形状を変化させて前記ノズル口に供給されるガス流量を調整するものであることを特徴とする。
【０００７】
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記調整弁は、外周壁部の軸部方向に対し前後位置の調整が可能であり、前記調整弁は、外周壁部の軸部方向に対する前後位置に応じて前記調整空間の壁部と調整弁との間の隙間量が変化して前記ガスの通過形状が変化するものであることを特徴とする。
【０００８】
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記調整弁は、前記中間空間の開放部を塞ぐ蓋部を有しており、前記蓋部に前記ガス供給部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記外周壁部に雌ねじが形成され、前記調整弁に前記雌ねじに螺合する雄ねじが形成されており、前記雄ねじと前記雌ねじのねじ合わせ位置によって前記調整弁の位置の調整が可能であることを特徴とする。
【００１０】
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記調整空間の側壁に、ノズル口に向けて調整空間の断面積を減少させる調整空間壁を有することを特徴とする。
【００１１】
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記調整弁は、ノズル口に向けて断面積が減少する弁体を有することを特徴とする。
【００１２】
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記調整弁は、ノズル口側に移動した限界位置でノズル口先端が外周壁部から外側に突き出さないものであることを特徴とする。
【００１３】
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記中間空間は、前記調整弁が挿通されて調整弁周囲を囲む形状を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の処理室のうち、第１の形態は、前記ガス導入ノズルの形態のいずれかに記載のガス導入ノズルを複数有することを特徴とする。
【００１５】
他の形態の処理室の発明は、前記形態の処理室において、複数のガス導入ノズルが、１または２以上の共通配管に、複数のガス導入ノズル毎に連通していることを特徴とする。
【００１６】
他の形態の処理室の発明は、前記形態の処理室において、前記ガス導入ノズルは、処理室内に突き出さない形状を有していることを特徴とする。
【００１７】
他の形態の処理室の発明は、前記形態の処理室において、前記ガス導入ノズルの形態のいずれかに記載のガス導入ノズルにおける外周壁部の一部または全部が処理室壁の一部で構成されていることを特徴とする。
【００１８】
他の形態の処理室の発明は、前記形態の処理室において、処理室がプラズマ処理室であり、ガス導入ノズルにより処理室に導入されるガスがプラズマガスであることを特徴とする。
【００１９】
本発明のプラズマ処理方法のうち、第１の形態は、前記ガス導入ノズルの形態のいずれかに記載のガス導入ノズルを複数備える処理室でプラズマ処理を行う方法であって、
複数のガス導入ノズルでそれぞれガス導入量が調整されたガスを処理室内に均一に拡散させることを特徴とする。
【００２０】
他の形態のプラズマ処理方法は、前記形態のプラズマ処理方法において、複数のガス導入バルブによってガス導入量を調整してノズル口周辺のガス分子数を微調整して処理室内のガス均一性を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ガス導入ノズルにおいて個別に、ノズル口近傍でガス流量を調整することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のガス導入ノズルの取付状態と動作状態を示す図である。
【図２】同じく、ガス導入ノズルの外周壁部における構造を示す図である。
【図３】同じく、ガス導入ノズルにおける調整弁の構造を示す図である。
【図４】同じく、処理室に設置された複数のガス導入ノズルの配置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、成膜室２０の天井壁２１には、ガス導入ノズル１が取り付けられており、天井壁２１には、図２に示すように、ガス導入ノズル１の調整弁３が収まる外周壁部１０を有している。この実施形態では、成膜室２０は本発明の処理室に相当する。なお、本発明では、処理室は成膜を行うものに限定されない。
【００２４】
この実施形態では、ガス導入ノズルが天井側に設けられているものとして説明したが、処理室の側壁側に設けられているものでもよく、天井壁と側壁の両方に設けられるものであってもよい。本発明としてはガス導入ノズルの設置箇所が特に限定されるものではなく、適宜位置に設置することができる。
【００２５】
外周壁部１０は、筒穴を有する形状に形成され、下方部のノズル口１４の上方側に筒穴状の中間空間１２を有しており、中間空間１２の下方部には、筒穴状の調整空間１３を有している。調整空間１３は、ノズル通路１４Ａを介してノズル口１４に連通している。ノズル通路１４Ａはノズル口１４に至るまで、０．５ｃｍの同一径で構成されており、ノズル口の口径は０．５ｃｍに形成されている。ノズル口１４は、成膜室２０の成膜室空間２０Ａに臨ませている。
【００２６】
ノズル口１４から調整空間１３の出口までの距離は５ｍｍ以下が望ましい。これによりノズル出口から近い距離で流量を適正に調整することができる。また、調整空間１３は、径方向断面においてノズル口１４に近づくに連れて断面積が次第に減少するテーパ形状の調整空間壁１３Ａを有している。
【００２７】
なお、この実施形態では、外周壁部１０が成膜室２０の天井壁２１の一部で構成されているものとして説明したが、外周壁部１０の一部または全部が処理室の壁部以外で構成され、外周壁部が処理室の壁部に取り付けられる構造としてもよい。
【００２８】
調整弁３は、図１に示すように、中間空間１２の略中心を挿通しており、図３に示すように、その先端側に設けられた弁体３Ａは、調整空間１３に略収まる下向きの円錐形状を有しており、ノズル口１４に近づくほど径方向の断面積が小さくなる形状を有している。弁体３Ａの円錐面と、調整空間壁１３Ａの傾斜角度は逆向きでほぼ同じ角度（６０度）になっており、両者の間の隙間Ｇがガス通過形状を有している。
【００２９】
なお、この実施形態では、弁体３Ａの外周面と調整空間壁１３とがそれぞれテーパ面を有するものとして説明したが、いずれか一方がテーパ面となるものであってもよい。また、これらは外面が、段階的に断面積が変わるものとしてもよい。
さらには、調整空間壁などに複数のガス通過形状部を設け、調整弁体の位置調整によって通過が可能となるガス通過形状部が選択されるなどの構成としてもよい。
【００３０】
調整弁３は、ノズル口１４とは反対の側に柱状の本体に連なる蓋部４を有しており、中間空間１２の一端部を封止する形状を有している。中間空間１２を囲む外周壁部１０には側壁全周に亘って雌ねじ部１１が設けられており、蓋部４の外周には雌ねじ部１１に螺合する雄ねじ部７を有している。
【００３１】
さらに蓋部４の上面側には、中心位置に一文字のねじ溝６が形成されており、ねじ溝６を介して外周壁部１０に対し調整弁３を容易に回転させることができる。また、蓋部４には調整弁３における本体の外側となる位置に開口するように、ガス供給孔５Ａ、５Ｂが貫通しており、中間空間１２に連通している。ガス供給孔５Ａ、５Ｂは、本発明のガス供給部に相当する。なお、ガス供給孔の個数は適宜定めることができ、一つとすることも可能である。
【００３２】
ガス導入ノズル１は、図４に示すように、成膜室２０に複数設置される。その数は、成膜室の内部構造などによって適宜選定され、本発明としては特にその数が限定されるものではない。例えば、処理室の構成により複数個のガス導入ノズルの装着が可能となり、使用するアプリケーションにより任意の位置および数でガス導入ノズルを配置することが可能である。
【００３３】
各ガス導入ノズル１は、成膜室２０に設けられた外周壁部１０に、調整弁３が取り付けられて設置される。各調整弁３は所定のねじ合わせ位置で外周壁部１０の雌ねじ部１１に螺合されている。各ガス導入ノズル１上の成膜室２０上には、共通ガス導入路３１を有するガス導入カバー３０が設置される。蓋部４に設けたガス供給孔５Ａ、５Ｂに共通ガス導入路３１を経てガスが供給される。
共通ガス導入路３１は、本発明の共通配管に相当する。
【００３４】
なお、この実施形態では、複数のガス導入ノズルが共通ガス導入路に連通するものとして説明したが、個々にガス導入路などが接続されて、ガス供給源に接続されるものであってもよい。
ただし、本実施形態では、共通ガス導入路などを通して複数のガス導入ノズルにガスを供給するものとしても、個々のガス導入ノズルのガス流量を調整することができ、共通ガス導入路を用いることで、構成を簡略にすることができる。
【００３５】
次に、ガス導入ノズル１の動作について説明する。
調整弁３は、外周壁部１０の雌ねじ部１１と調整弁３の雄ねじ部とが螺合されており、ねじ溝６を介して回転させることで軸方向において前後位置が変化する。調整弁３の前後位置が変わると弁体３Ａの前後位置も当然に変わり、調整空間壁１３Ａとの隙間Ｇの隙間量が変化する。共通ガス導入路３１からは所定量のガスを供給すると、各ガス導入ノズル１ににガスが供給され、ガス供給孔５Ａ、５Ｂから、調整弁３の周囲にある中間空間１２に供給される。ガスは、一旦中間空間１２に滞留することで、空間内で均等化され、その後、弁体３Ａの傾斜面と調整空間壁１３Ａとの隙間Ｇを通ってノズル通路１４Ａに供給され、ノズル口１４から成膜室２０内の成膜室空間２０Ａに放出される。
【００３６】
隙間Ｇは、前記したように調整弁３の前後位置によって隙間量の大きさが変わり、その調整が可能である。調整の結果、ノズル口１４から成膜室２０内に放出されるガスの流量を所望の量で調整することができる。この調整は、複数有るガス導入ノズル１で一つずつ行うことができ、所望のガス導入ノズル１において、簡易な作業で適正なガス流量に調整できる。
【００３７】
しかも、成膜室空間２０Ａ内に放出されるガス流量の調整は、ノズル口１４のごく近傍で行うことができるので、その後の流路におけるガスの流れの影響を殆ど受けることなく成膜室２０内に設定されたガス流量で安定して供給することができる。理想的にはガスのノズル（噴射）口の直近に有ることが望ましい。上記したように、その距離は５ｍｍ以下が望ましい。
【００３８】
また、図１下段に示す図は、調整弁３を最も前進させて隙間Ｇにおける隙間量を０にした状態を示すものである。調整弁３は、これを限界にしてそれ以上は前進することができない。この状態においては、弁体３の先端は最も成膜室２０内空間に近づくが、ノズル口１４から弁体３Ａが突き出すことはなく、ノズル口１４の内側に位置している。また、外周壁部１０の先端面側を成膜室２０内の壁面と面一にすることでガス導入ノズルにおいては全く突起がない状態になる。ノズル先端が成膜室内部などに突起していると、成膜室内部のアライメントなどにもよるがプラズマ発生などにおいて異常放電を起こしてしまうおそれがあるが、本実施形態では突起による異常放電の問題は生じない。
【実施例１】
【００３９】
上記実施形態について、半導体製造システムであるＣＶＤ装置のガスノズルとして従来品（穴のみのノズル）と、従来品を、本発明を考慮したノズルに交換したものについて、その効果を検証した。本発明品では、個々のガス導入ノズルについてガス量を適正に調整し、プラズマの均一性が得られるものとした。
測定では、基板３００ｍｍ×４００ｍｍの測定領域で、２５カ所で薄膜の膜厚と屈折率を測定した。膜厚と屈折率の測定には、分光エリプソメータを用いた。
その結果、膜厚分布は、従来品では±１４％となったのに対し、本発明を考慮したノズルを用いた場合、±６％に改善された。さらに薄膜における屈折率の変化は、従来品では０．４の差を生じたのに対し、本発明品では、屈折率の差は０．２に抑えられた。これらの結果から、本発明では、ガスの導入が適切になされ、その結果、プラズマ生成が均等になされて処理が良好になされていることが明らかになった。
【００４０】
以上、本発明について上記実施形態および実施例に基づいて説明したが、本発明の様々な特徴における変形は、当業者には自明なものであると、あるいは、ルーティン的な機械的又は電気的なデザインの問題であるその他の検討の後に自明となるものもあると、理解されるべきである。また、この他の具体例も可能であり、その特定のデザインは用途に依存するものである。このように、本発明の範囲はここに記載した特定の具体例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びこれと均等な事項によってのみ限定されるべきである。
【符号の説明】
【００４１】
１    ガス導入ノズル
３    調整弁
３Ａ  弁体
４    蓋材
５Ａ  ガス供給孔
５Ｂ  ガス供給孔
６    ねじ溝
７    雄ねじ部
１０    外周壁部
１１    雌ねじ部
１２    中間空間
１３    調整空間
１３Ａ  調整空間壁
１４    ノズル口
１４Ａ  ノズル通路
２０    成膜室
２０Ａ  成膜室空間
２１    天井壁
３１    共通ガス導入路
【図１】
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【図２】
2018101713.tif 000004
【図３】
2018101713.tif 000005
【図４】
2018101713.tif 000006