(57)【要約】      （修正有）【課題】成膜用のガスのイオン化率を向上させ成膜効率を向上させるとともに、製作が容易なシャワーヘッドおよびこれを用いたCVD装置の提供。【解決手段】処理チェンバー１０内にワーク２０に対向する配置にシャワーヘッド４０が配置され、シャワーヘッドの背面側に設けられたガス導入口１２からワークの表面に窒化物を成膜するためのガスをシャワーヘッドに供給し、シャワーヘッドとワークとの間に高周波を印加して、プラズマを発生させ、ワークに成膜するCVD装置であって、前記シャワーヘッドが、金属からなるシャワープレート４２と、その背面側にシャワープレートに当接して配置される多孔質プレート４４とを備え、前記シャワープレートのワークに対向するプレート部には、該プレート部を厚さ方向に貫通する複数のガス拡散孔４２ａが設けられ、前記多孔質プレートは前記ガス拡散孔をすべて遮蔽する形状および配置に設けられていることを特徴とする。【選択図】図１
2008205219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
CVD装置に用いられるシャワーヘッドであって、
金属からなるシャワープレートと、該シャワープレートの背面側にシャワープレートに当接して配置される多孔質プレートとを備え、
前記シャワープレートのワークに対向するプレート部には、該プレート部を厚さ方向に貫通する複数のガス拡散孔が設けられ、
前記多孔質プレートは前記ガス拡散孔をすべて遮蔽する形状および配置に設けられていることを特徴とするシャワーヘッド。
【請求項２】
前記ガス拡散孔は、長孔に形成されていることを特徴とする請求項１記載のシャワーヘッド。
【請求項３】
前記多孔質プレートは、シャワーヘッドの背面側のガス導入空間におけるガスの濃度の高い領域については濃度の低い領域よりも多孔質プレートの厚さが厚く形成され、前記ガス拡散孔に透過するガスの透過量がシャワーヘッド全体として均一になるように設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のシャワーヘッド。
【請求項４】
前記多孔質プレートは、シャワーヘッドの背面側のガス導入空間におけるガスの濃度の高い領域については濃度の低い領域よりも多孔質プレートの密度が高く形成され、前記ガス拡散孔に透過するガスの透過量がシャワーヘッド全体として均一になるように設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のシャワーヘッド。
【請求項５】
前記多孔質プレートは、前記ガス拡散孔が形成されている領域を囲む周縁部が、供給ガスを透過させない緻密度に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のシャワーヘッド。
【請求項６】
前記多孔質プレートに換えて、金属プレートが配置され、
該金属プレートには、
該金属プレートを厚さ方向に貫通する縦孔と、
該金属プレートの前記シャワープレートのプレート部に当接する面に、前記縦孔と前記ガス拡散孔とを連通する連通溝が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のシャワーヘッド。
【請求項７】
CVD装置に用いられるシャワーヘッドであって、
前記シャワーヘッド本体が金属からなる多孔質体によって形成され、
前記シャワーヘッド本体の、ワークに対向するプレート部に複数のガス拡散溝が設けられていることを特徴とするシャワーヘッド。
【請求項８】
前記ガス拡散溝は、平面形状が細長に形成されていることを特徴とする請求項７記載のシャワーヘッド。
【請求項９】
前記シャワーヘッド本体は、シャワーヘッドの背面側のガス導入空間におけるガスの濃度の高い領域については濃度の低い領域よりもシャワーヘッド本体の厚さが厚く形成され、前記ガス拡散孔に透過するガスの透過量がシャワーヘッド全体として均一になるように設けられていることを特徴とする請求項８記載のシャワーヘッド。
【請求項１０】
前記シャワーヘッド本体は、シャワーヘッドの背面側のガス導入空間におけるガスの濃度の高い領域については濃度の低い領域よりもシャワーヘッド本体の密度が高く形成され、前記ガス拡散孔に透過するガスの透過量がシャワーヘッド全体として均一になるように設けられていることを特徴とする請求項８記載のシャワーヘッド。
【請求項１１】
処理チェンバー内にワークに対向する配置にシャワーヘッドが配置され、
シャワーヘッドの背面側に設けられたガス導入口からワークの表面に窒化物を成膜するためのガスをシャワーヘッドに供給し、シャワーヘッドとワークとの間に高周波を印加し、シャワーヘッドとワークとの間でプラズマを発生させてワークに成膜するCVD装置であって、
前記シャワーヘッドが、金属からなるシャワープレートと、該シャワープレートの背面側にシャワープレートに当接して配置される多孔質プレートとを備え、
前記シャワープレートのワークに対向するプレート部には、該プレート部を厚さ方向に貫通する複数のガス拡散孔が設けられ、
前記多孔質プレートは前記ガス拡散孔をすべて遮蔽する形状および配置に設けられていることを特徴とするCVD装置。
【請求項１２】
処理チェンバー内にワークに対向する配置にシャワーヘッドが配置され、
シャワーヘッドの背面側に設けられたガス導入口からワークの表面に窒化物を成膜するためのガスをシャワーヘッドに供給し、シャワーヘッドとワークとの間に高周波を印加し、シャワーヘッドとワークとの間でプラズマを発生させてワークに成膜するCVD装置であって、
前記シャワーヘッド本体が、金属からなる多孔質体によって形成され、
前記シャワーヘッド本体の、ワークに対向するプレート部に複数のガス拡散溝が設けられていることを特徴とするCVD装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ成膜装置等に用いられるシャワーヘッドおよびこれを用いたCVD装置（化学蒸着装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ化学蒸着装置(CVD装置）は、チェンバーに成膜用のガスを供給し、シャワーヘッドに高周波を印加してプラズマを発生させ、シャワーヘッドで供給ガスをイオン化して、シャワーヘッドに対向配置されたワークの表面に成膜する操作に用いられる。
このCVD装置に用いられるシャワーヘッドは、供給ガスを効率的にイオン化させ、またワーク表面に均一に成膜するためのもので、種々の形態のシャワーヘッドが提案されている。最も一般的なものは、ワークに対向するプレート部に多数個のガス通過孔を設け、ガス通過孔からワークに向けてガスを放射するようにしながらガスを解離して成膜するものである。他の製品としては、シャワーヘッドのプレート部をセラミックの多孔質体によって形成したもの（たとえば、特許文献１、２参照）、プレート部に細長い溝を設け、溝の底面にガス通過孔を貫通させて設けたもの（特許文献３参照）等がある。
【特許文献１】特開２００３−２８２４６２号公報
【特許文献２】特開２００３−７６８２号公報
【特許文献３】特表２００５−５１６４０７号公報
【特許文献４】特開平１−１３９７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、プレート部に多数個のガス通過孔を貫通させて形成したシャワーヘッドでは、プレート部にきわめて多数個（数百個から数千個程度）のガス通過孔を加工しなければならないために、電極プレートの製作コストが高くなってしまうという問題がある。ガス通過孔は内径が０．２ｍｍ程度であり、ドリル加工により１本ずつ形成するから、シャワーヘッドの貫通孔をドリル加工するだけで数日間もかかる。
【０００４】
これに対して、セラミックの多孔質体によりシャワーヘッドを製作した場合は、プレート体にガス貫通孔を形成したシャワーヘッドよりも均一にガスを放射させることができるという利点と、多数個のガス通過孔をドリル加工によって加工する必要がないという製造上の課題を解決することができる。しかしながら、多孔質体からなるシャワーヘッドでは供給ガスのイオン化率を高めることができず、窒化シリコン（SiNx)のようなイオン化しにくいガス種を使った成膜には適さないという問題があった。
【０００５】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、電極プレートに多数個のガス通過孔を形成するといったシャワーヘッドを製作する上での加工上の難点を解消し、かつ窒化シリコンのようなイオン化しにくいガス種を使用する場合でも効率的に成膜することができるプラズマ処理装置に用いられるシャワーヘッドおよびこれを用いたCVD装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、CVD装置に用いられるシャワーヘッドであって、金属からなるシャワープレートと、該シャワープレートの背面側にシャワープレートに当接して配置される多孔質プレートとを備え、前記シャワープレートのワークに対向するプレート部には、該プレート部を厚さ方向に貫通する複数のガス拡散孔が設けられ、前記多孔質プレートは前記ガス拡散孔をすべて遮蔽する形状および配置に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また、前記ガス拡散孔は、長孔に形成されていることにより、効率的に供給ガスをイオン化することができ、成膜効率を向上させることができる。なお、長孔の平面形状とは、平面形状が細長い形状に形成する意味であり、平面形状が直線状あるいは曲線状に形成した長孔が用いられる。
【０００８】
また、前記多孔質プレートは、シャワーヘッドの背面側のガス導入空間におけるガスの濃度の高い領域については濃度の低い領域よりも多孔質プレートの厚さが厚く形成され、前記ガス拡散孔に透過するガスの透過量がシャワーヘッド全体として均一になるように設けられていること、また、前記多孔質プレートは、シャワーヘッドの背面側のガス導入空間におけるガスの濃度の高い領域については濃度の低い領域よりも多孔質プレートの密度が高く形成され、前記ガス拡散孔に透過するガスの透過量がシャワーヘッド全体として均一になるように設けられていることにより、シャワーヘッドの背面側におけるガス濃度のばらつきを抑えて均一に成膜することができる。
【０００９】
また、前記多孔質プレートは、前記ガス拡散孔が形成されている領域を囲む周縁部が、供給ガスを透過させない緻密度に形成されていることにより、多孔質プレートの外周縁部から多孔質プレートとシャワープレートとの当接部に供給ガスが回り込んでガス拡散孔に供給ガスが侵入することを防止することができ、さらに好適に成膜することができる。
【００１０】
また、前記多孔質プレートに換えて、金属プレートが配置され、該金属プレートには、該金属プレートを厚さ方向に貫通する縦孔と、該金属プレートの前記シャワープレートのプレート部に当接する面に、前記縦孔と前記ガス拡散孔とを連通する連通溝が設けられていることにより、ガス拡散孔に均等に成膜用のガスを供給して効率的な成膜を行うことができる。
【００１１】
また、CVD装置に用いられるシャワーヘッドであって、前記シャワーヘッド本体が金属からなる多孔質体によって形成され、前記シャワーヘッド本体の、ワークに対向するプレート部に複数のガス拡散溝が設けられていることを特徴とする。また、前記ガス拡散溝は、平面形状が細長に形成されていることにより、供給ガスを効率的にイオン化させ、成膜効率を向上させることができる。
【００１２】
また、前記シャワーヘッド本体は、シャワーヘッドの背面側のガス導入空間におけるガスの濃度の高い領域については濃度の低い領域よりもシャワーヘッド本体の厚さが厚く形成され、前記ガス拡散孔に透過するガスの透過量がシャワーヘッド全体として均一になるように設けられていること、また、前記シャワーヘッド本体は、シャワーヘッドの背面側のガス導入空間におけるガスの濃度の高い領域については濃度の低い領域よりもシャワーヘッド本体の密度が高く形成され、前記ガス拡散孔に透過するガスの透過量がシャワーヘッド全体として均一になるように設けられていることによって、ワークの表面に均一に成膜することができる。
【００１３】
また、チェンバー内にワークに対向する配置にシャワーヘッドが配置され、シャワーヘッドの背面側に設けられたガス導入口からワークの表面に窒化物を成膜するためのガスをシャワーヘッドに供給し、シャワーヘッドとワークとの間に高周波を印加し、シャワーヘッドとワークとの間でプラズマを発生させてワークに成膜するCVD装置であって、前記シャワーヘッドが、金属からなるシャワープレートと、該シャワープレートの背面側にシャワープレートに当接して配置される多孔質プレートとを備え、前記シャワープレートのワークに対向するプレート部には、該プレート部を厚さ方向に貫通する複数のガス拡散孔が設けられ、前記多孔質プレートは前記ガス拡散孔をすべて遮蔽する形状および配置に設けられていることを特徴とする。
また、シャワーヘッドとワークとの間でプラズマを発生させてワークに成膜するCVD装置であって、前記シャワーヘッド本体が、金属からなる多孔質体によって形成され、前記シャワーヘッド本体の、ワークに対向するプレート部に複数のガス拡散溝が設けられていることにより、窒化シリコンのようなイオン化しにくいガスを効率的に解離させ、CVD装置の成膜効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るシャワーヘッドによれば、ガス拡散孔を設けたシャワープレートと多孔質プレートとを組み合わせてシャワーヘッドを構成すること、あるいは多孔質体によって形成したシャワーヘッド本体にガス拡散溝を形成したことによって、シャワーヘッドのイオン化効率を高めることができ、また多孔質体を介してガスを供給することによって均一にガスを供給することができ、イオン化しにくいガス種を使用する場合であっても、高効率の成膜が可能なシャワーヘッドとして提供することができる。また、多孔質プレートあるいは多孔質体からなるシャワーヘッドを用いることによって、シャワーヘッドの製作が容易になり、シャワーヘッドの製作費用を削減し、製作時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面にしたがって詳細に説明する。
（CVD装置）
図１は、本発明に係るCVD装置の一実施形態の全体構成を示す。本実施形態のCVD装置は、ワーク２０に成膜処理を施すチェンバー１０の内部に、シャワーヘッド４０とワーク２０とを対向させて配置し、チェンバー１０内でプラズマを発生させワーク２０の表面に成膜する作用をなす。
【００１６】
チェンバー１０の上部には、高周波を印加するプレート状に形成された電極１２が、絶縁体１３を介してチェンバー１０に電気的に絶縁して取り付けられている。絶縁体１３とチェンバー１０の端面との当接面、絶縁体１３と電極１２との当接面には、それぞれＯリング１４ａ、１４ｂが介装され、電極１２はチェンバー１０に気密にシールして取り付けられている。
電極１２はマッチング回路を備えた高周波発生装置１５に接続され、成膜処理時に所定の高周波が印加される。
電極１２には成膜用のガスを供給するガス導入孔１２ａが設けられ、電極１２に成膜用のガスを供給するガス供給装置１６からの配管がガス導入孔１２ａに連通し、電気的に絶縁した状態で接続されている。
【００１７】
シャワーヘッド４０は、電極１２の下面に電極１２に固定して取り付けられている。ガス導入孔１２ａはシャワーヘッド４０の中心位置に位置している。
シャワーヘッド４０は、平板状に形成されたプレート部を厚さ方向に貫通するガス拡散孔４２ａが形成されたシャワープレート４２と、シャワープレート４２の上面に配された多孔質プレート４４とからなる。
【００１８】
多孔質プレート４４はセラミックあるいは金属の多孔質体により平板状に形成された部材であり、シャワープレート４２のプレート部の上面を覆う大きさに形成され、シャワープレート４２に形成されたガス拡散孔４２ａを遮蔽する。
シャワーヘッド４０は、多孔質プレート４４の上面とチェンバー１０の内面とを若干離間させて電極１２の内面に取り付けられている。シャワーヘッド４０とチェンバー１０の内面とによって囲まれた空間部分Ａは、シャワーヘッド４０に成膜用のガスを導入する導入空間となる。
【００１９】
ワーク２０はシャワーヘッド４０に対向して配置されたベース２２に支持される。
ベース２２の側方にはベース２２の外周側面と若干離間させて遮蔽板２３が配されている。チェンバー１０の下部側の側面にはチェンバー１０内を真空排気するための排気口２４が開口し、排気口２４に連通して真空ポンプ２５が接続されている。
【００２０】
（シャワーヘッド：第１実施形態）
本実施形態のCVD装置において最も特徴とする構成は、ワーク２０に対向して設置されるシャワーヘッド４０の構成である。
図２に、シャワーヘッド４０の断面構成を拡大して示す。シャワーヘッド４０を構成するシャワープレート４２は、ワーク２０に対向して配置される平板状に形成されたプレート部４２１と、プレート部４２１の周縁部に形成されたフランジ部４２２とからなる。フランジ部４２２はシャワーヘッド４０を電極１２に取り付ける部位である。シャワープレート４２は金属等の導電体によって形成される。
【００２１】
プレート部４２１には、前述したように、複数個のガス拡散孔４２ａがプレート部４２１を厚さ方向に貫通して設けられている。このガス拡散孔４２ａは、その開口幅Ｗと深さＨの比が１：１〜１：１０程度となるように設定される。ガス拡散孔４２ａの深さＨを開口幅Ｗに等しいか、開口幅Ｗよりも大きく設定するのは、ガス拡散孔４２ａ内におけるガスのイオン化を促進させ成膜効率を向上させるためである。ガス拡散孔４２ａの開口幅、深さおよびピッチは適宜設定可能である。本実施形態ではガス拡散孔４２ａの開口幅Ｗを１．２７mm、深さＨを３．８mm、ガス拡散孔４２ａのピッチを３．８mmとした。これらの値はプロセス圧力が１Torr程度の場合の最適値であるが、プロセス圧力をより高く設定した場合は、開口幅Ｗをより狭く、深さＨをより浅く設定するのがよく、また、プロセス圧力をより低く設定した場合は、開口幅Ｗをより広く、深さＨをより深く設定することが望ましい。
また、本実施形態では、ガス拡散孔４２ａの内側面をプレート部４２１の面に垂直としてガス拡散孔４２ａを直孔としたが、ガス拡散孔４２ａの内側面を開口側（図の下側）が開いたテーパ面（鉛直面からの開き角度５度程度）としてもよい。
【００２２】
（シャワープレート）
図３に、シャワープレート４２の底面図を示す。このシャワープレートの実施の形態では、ガス拡散孔４２ａを平面形状が直線的な長孔に形成し、シャワープレート４２のプレート部４２１の領域に互いに平行に配置している。本実施形態のシャワーヘッド４０では、ガス拡散孔４２ａを長孔形状、すなわち長手方向の両端が閉止された細長の穴に形成している。ガス拡散孔４２ａを長孔に形成する場合の開口幅Ｗと長さＬの比は１：２〜１：２０程度である。ガス拡散孔４２ａを長孔に形成すると、シャワーヘッド４０の背面側からガス拡散孔４２ａ内に供給されたガスが、ガス拡散孔４２ａの内壁面に衝突し、散乱、反射してイオン化しやすくなる。
【００２３】
プレート部４２１に形成するガス拡散孔４２ａの配置は任意に設定することができる。図４、５、６にプレート部４２１に設けるガス拡散孔４２ａの配置例を示す。図４に示したシャワープレート４２は、直線的な長孔に形成したガス拡散孔４２ａを、縦配置と横配置の領域を組み合わせて配置した例である。この例ではガス拡散孔４２ａを直交配置としているが、ガス拡散孔４２ａが斜めに交差する配置に設けることも可能である。
図５に示したシャワープレート４２は、ガス拡散孔４２ａを円弧状の長孔とし、プレート部４２１の中心に同心状に配置した例である。
図６に示したシャワープレート４２は、プレート部４２１の中心から径方向に延びる長孔形状のガス拡散孔４２ａと円弧状に形成されたガス拡散孔４２ａを混在させて形成した例である。
【００２４】
なお、シャワープレート４２のプレート部４２１に形成するガス拡散孔４２ａは、長孔形状とすることでガスの解離を促進させイオン化効率を高めることができることから有効であるが、多孔質プレート４４とシャワープレート４２とを組み合わせることによってガスのイオン化効率を高める効果は、長孔に比べて４０％程度にイオン化効率が低下するが、円形あるいは多角形状とすることによっても得られる。
また、シャワープレート４２にガス拡散孔４２ａを配置する場合には、成膜対象であるワーク２０の形態や大きさ、ワーク２０とシャワーヘッド４０との離間間隔に応じて、適宜形状および適宜配置に設ければよい。
【００２５】
（多孔質プレート）
シャワーヘッド４０に取り付けられる多孔質プレート４４は、ガス導入孔１２ａからシャワーヘッド４０の背面側に供給された成膜用のガスをシャワープレート４２のガス拡散孔４２ａに供給する作用をなすものであり、セラミックあるいは金属からなる多孔質体が用いられる。多孔質プレート４４は、シャワープレート４２の上面の全域を覆う平板体として形成され、これによってガス導入孔１２ａから導入されたガスは、多孔質プレート４４を通過してガス拡散孔４２ａに供給される。多孔質プレート４４を通過してガス拡散孔４２ａ内にガスを供給することにより、ガス拡散孔４２ａ内に均一にガスが供給される。
【００２６】
多孔質プレート４４を構成するセラミック材としては、Al2O3、Y2O、Si3N4などが用いられる。多孔質体のポア孔径は１０μｍ〜５０μｍ程度が一般的に使用される範囲であり、ポア孔径としては０．５〜１００μｍ程度の範囲で使用可能である。
多孔質プレート４４を金属体によって形成する場合は、Al、あるいはステンレス等の金属材を焼結させて得られる焼結金属体を利用する。焼結金属体の場合もポア孔径が０．５μｍ〜１００μｍ程度の多孔質体が得られる。
【００２７】
多孔質プレート４４はガス導入孔１２ａからシャワーヘッド４０の背面に導入されたガスをガス拡散孔４２ａに供給する作用をなすが、ガス導入孔１２ａがシャワーヘッド４０の背面の中央部で開口するため、シャワーヘッド４０のガスの導入空間内でシャワーヘッド４０の中央部においてはガス濃度が高くなるのに対してシャワーヘッド４０の周辺部ではガス濃度が低くなるというガス濃度のばらつきが生じ、結果としてワーク２０の表面に成膜される膜厚がばらつくという問題が生じる。
【００２８】
図７は、このようなシャワープレート４２におけるガス拡散孔４２ａの位置によってガスの供給量がばらつくことを抑える多孔質プレート４４の構成例を示す。
図７（ａ）は、多孔質プレート４４の中央部の厚さを周辺部よりも厚く形成することによって、多孔質プレート４４の中央部でのガスの透過度を周辺部にくらべて抑え、これによってガスの供給量のばらつきを抑える例である。多孔質プレート４４は、中央部が肉厚部４４ａに形成され、肉厚部４４ａの外側部分は徐々に肉薄になる肉薄部４４ｂに形成されている。多孔質プレート４４の厚さを厚くすればガスの透過度が抑制されるから、ガス濃度のばらつきに応じて多孔質プレート４４の厚さを調節することによって、シャワープレート４２に形成された各々のガス拡散孔４２ａに供給されるガス量を均等化させることができる。
【００２９】
図７（ｂ）は、多孔質プレート４４の密度（緻密度）を平面領域内で変えることによって、ガス拡散孔４２ａへのガスの供給量を調節する例である。多孔質プレート４４は、焼結材料の粒度や焼結条件を調節することによってポーラス度を調節して、粗密に分布させて形成することができる。したがって、多孔質プレート４４の中央部の密度を周辺部にくらべて高くし、周辺部の密度を低くすることによってガス濃度が高い多孔質プレート４４の中央部でのガスの透過度を抑制し、多孔質プレート４４の全体としてガス供給量を均等化することができる。図７（ｂ）では、中央部４４１の密度がもっとも高く、周辺部４４２、４４３になるにしたがって密度が段階的に低くなることを示す。多孔質プレート４４の密度を段階的に変えずに、中央部から周辺部に向けて徐々に低くなるように密度分布をもたせるように形成することもできる。
【００３０】
なお、シャワープレート４２に多孔質プレート４４をセットしてガス拡散孔４２ａへのガスの供給を均等化させる際の他の問題として、多孔質プレート４４の周縁部における多孔質プレート４４とシャワープレート４２のプレート部４２１とのシール性の問題がある。すなわち、多孔質プレート４４の周縁部で、多孔質プレート４４の下面側にガスが回り込むことによってガスの供給量が不均一になることがある。
この問題を防止する一つの方法は図８（ａ）に示す方法である。この方法は、シャワープレート４２のプレート部４２１の上面で、ガス拡散孔４２ａが形成されている領域を囲む多孔質プレート４４の周縁部に耐熱性、耐薬品性のＯリング４５を装着し、多孔質プレート４４をシャワープレート４２にセットした際に多孔質プレート４４とシャワープレート４２との間でシールされるようにする方法である。
【００３１】
他の方法としては、図８（ｂ）に示すように、多孔質プレート４４でガス拡散孔４２ａが形成されている領域を囲む周縁部４４４の一定幅部分については、ガスを透過させない高い緻密度に焼成する方法である。多孔質プレート４４の周縁部４４４を緻密に焼成することによって周縁部４４４から多孔質プレート４４内にガスが進入することを防止することができ、多孔質プレート４４の周縁部４４４がプレート部４２１に当接する当接面がガスの進入を抑制して、多孔質プレート４４とシャワープレート４２との間にガスが回り込むことを防止することができる。
【００３２】
なお、多孔質プレート４４としてはセラミックあるいは金属からなるポーラス状の焼結体が好適に用いられるが、多孔質体でプレート状に形成されるものであれば、その材質はセラミックや金属に限定されるものではない。たとえば、有機物からなる多孔質フィルムであっても使用可能である。多孔質フィルムのような自重によってシャワープレート４２にセットできないような材料の場合は、シャワープレート４２のプレート部４２１の背面にフィルムを張るように取り付けることによって使用することもできる。本発明においては、このような多孔質フィルムも多孔質プレートの概念に含められる。
【００３３】
（シャワーヘッド：第２実施形態）
多孔質プレート４４とシャワープレート４２のように、プレート体とガス拡散孔４２ａが設けられたシャワープレート４２とを組み合わせてシャワーヘッドを構成する他の方法として、多孔質プレート４４のかわりに金属プレート５０を使用する方法がある。
図９、１０は金属プレート５０を使用して構成したシャワーヘッド４０の構成例を示す。図９はシャワーヘッド４０の断面図である。本実施形態のシャワーヘッド４０は、前述した実施形態と同様に、ガス拡散孔４２ａが形成されたシャワープレート４２のプレート部４２１の上に、ガス通過孔５１を設けた金属プレート５０を配置して構成される。
【００３４】
金属プレート５０に設けられるガス通過孔５１は、金属プレート５０を厚さ方向に貫通する縦孔５２と、金属プレート５０の下面で縦孔５２に連通し、金属プレート５０の下面内で縦孔５２から細い溝状に延出する連通溝５４とからなる。
縦孔５２は、シャワープレート４２のプレート部４２１に形成されているガス拡散孔４２ａの平面位置と重複しない位置、言い換えれば縦孔５２は、隣り合ったガス拡散孔４２ａの中間位置でシャワープレート４２のプレート部４２１によって遮蔽される位置に設けられる。
これに対して、縦孔５２から延びる連通溝５４は、先端部がガス拡散孔４２ａの開口内に進入するように、言い換えればガス拡散孔４２ａ内に連通して設けられる。
【００３５】
図１０に、金属プレート５０に設けられるガス通過孔５１の平面配置に合わせてシャワープレート４２に設けられるガス拡散孔４２ａの平面配置を示す。図１０（ｂ）は、ガス通過孔５１の配置を拡大して示している。
ガス通過孔５１の縦孔５２は隣り合ったガス拡散孔４２ａの中間に配置され、縦孔５２に複数本の連通溝５４が接続され、連通溝５４がガス通過孔５１の領域内まで延びるように形成されている。一つのガス拡散孔４２ａに複数本の連通溝５４が連通し、縦孔５２および連通溝５４を介してガス拡散孔４２ａにガスが供給される。
【００３６】
チェンバーのガス導入孔１２ａに供給されたガスは、シャワーヘッド４０のガス拡散孔４２ａに均一に供給される必要がある。このため、本実施形態では、ガス通過孔５１の連通溝５４の幅を細くしぼり、シャワープレート４２に形成されているガス拡散孔４２ａに均等にガスが供給されるようにしている。
金属プレート５０に形成する縦孔５２については、ガスの流れが連通溝５４によって規制されるから細径に形成する必要がなく、また連通溝５４を介してガス拡散孔４２ａに連通させるから、比較的広い間隔で形成すればよい。したがって、従来のシャワーヘッドのようにき、小径のガス通過孔をきわめて多数個加工する必要がなく、金属プレート５０の加工が容易にできるという利点がある。
本実施形態のシャワーヘッド４０においても、ガス通過孔５１を介してガス拡散孔４２ａに供給されたガスは、ガス拡散孔４２ａ内で拡散し、ガス拡散孔４２ａ内で散乱して、効率的にガスをイオン化させて成膜することができる。
【００３７】
（シャワーヘッド：第３実施形態）
図１１は、シャワーヘッドの第３の実施の形態を示す。本実施形態のシャワーヘッド６０は、シャワーヘッド本体を金属の焼結体からなる多孔質体によって形成したことを特徴とする。
図１１（ａ）は、シャワーヘッド６０の断面図である。シャワーヘッド６０は、平板状に形成されたプレート部６０１と、プレート部６０１の周縁部に形成された取り付け用のフランジ部６０２とからなる。フランジ部６０２を電極１２に取り付けた状態で、プレート部６０１の背面側にガス導入空間が形成される。
【００３８】
プレート部６０１には、ワーク２０に対向する面にガス拡散溝６０ａが形成されている。シャワープレート４２に設けられたガス拡散孔４２ａはプレート部４２１を貫通する貫通孔として形成されているのに対して、ガス拡散溝６０ａは上部が閉止された溝状に形成される。前述したシャワーヘッド４０ではシャワープレート４２と多孔質プレート４４とを組み合わせることによってガス拡散孔４２ａは上部が閉止された溝状になる。本実施形態では、シャワーヘッド本体に溝状にガス拡散溝６０ａを形成したものである。
【００３９】
シャワーヘッド６０のプレート部６０１に形成するガス拡散溝６０ａの平面形状は、前述したシャワープレート４２に設けるガス拡散孔４２ａと同様に種々の形態に形成することができる。図１１（ｂ）は、シャワーヘッド６０に形成するガス拡散溝６０ａの平面配置例を示したもので、直線的な溝状に形成した例である。ガス拡散溝６０ａもガス拡散孔４２ａと同様に長孔状に形成することによって、ガス拡散溝６０ａ内におけるイオン化を促進させ、成膜効率を向上させることができる。
【００４０】
図１２は、図１１に示すシャワーヘッド６０を取り付けたCVD装置の構成を示す。電極１２の内面にシャワーヘッド６０が取り付けられている。CVD装置の全体構成は図１に示したCVD装置と同一である。高周波発生装置１５が電極１２に接続され、導電体からなるシャワーヘッド６０に高周波が印加されてプラズマが発生し成膜される。
本実施形態のCVD装置では、ガス導入孔１２ａからシャワーヘッド６０の背面側に供給された成膜用のガスは、多孔質体に形成されたシャワーヘッド６０のプレート部６０１を透過し、ガス拡散溝６０ａ内に供給される。シャワーヘッド６０のプレート部６０１では、ガス拡散溝６０ａを形成した内底部（天井部）の肉厚がプレート部６０１よりも薄く形成されているから、ガス拡散溝６０ａの内底部からガス拡散溝６０ａ内にガスが透過し、ガス拡散溝６０ａ内でガスが解離される。
【００４１】
シャワーヘッド６０のシャワーヘッド本体を金属等の導電体からなる多孔質体として形成する場合は、成形型を用いて圧縮成形し、焼成することによってシャワーヘッド本体を製作できるから、従来のプレート体に多数個の小孔をドリル加工して製作する方法とくらべてはるかに製造が容易である。また、成形型を変えることによって、任意の形状のガス拡散溝６０ａを備えたシャワーヘッドを製造することができるという利点がある。
【００４２】
なお、本実施形態においても、図７に示した実施形態と同様に、プレート部６０１の形態を断面形状が山形となるようにしたり、プレート部６０１の緻密度を中央部と周辺部とで変えるようにしたりすることによって、シャワーヘッド６０のガス導入空間内でのガスの濃度のばらつきによって個々のガス拡散溝６０ａにおけるガス濃度のばらつきを抑えるようにシャワーヘッド６０を製作することもできる。
【００４３】
（CVD装置の作用）
次に、前述したCVD装置を用いてワークの表面に成膜する作用について説明する。
図１に示すように、ワーク２０はシャワーヘッド４０に対向するベース２２上に位置決めして搬入される。ベース２２はヒーターを兼ねており、ワーク２０は反応に必要な温度に加熱される。窒化シリコン等の窒化物の成膜の場合、ワークの温度は摂氏400度程度である。
シャワーヘッド４０とワーク２０との離間間隔は、ワーク２０の表面に均一に成膜させる上で重要である。もちろん、シャワーヘッド４０に形成されるガス拡散孔４２ａの大きさや配置ピッチも、ワーク２０に均一に成膜させる上で重要な要件となるから、ガス拡散孔４２ａ等のシャワーヘッド４０の形態との兼ね合いでシャワーヘッド４０とワーク２０との離間間隔が設定される。窒化シリコン等の窒化物の成膜装置では、シャワーヘッド４０とワーク２０との離間間隔は６ｍｍ〜３５ｍｍ程度である。
【００４４】
ガス供給装置１６からガス導入孔１２ａを経由してシャワーヘッド４０の背面側のガス導入空間に成膜用のガスが供給される。シャワーヘッド４０の背面側に供給されたガスは、多孔質プレート４４を備えたシャワーヘッド４０では、多孔質プレート４４を透過してガス拡散孔４２ａに供給される。金属プレート５０を備えたシャワーヘッド４０では金属プレート５０に形成されたガス通過孔５１を経由してガス拡散孔４２ａに供給される。多孔質体からなるシャワーヘッド６０では、プレート部６０１を透過してガス拡散溝６０ａにガスが供給される。
【００４５】
高周波発生装置１５によりシャワーヘッド４０、６０に高周波が印加され、ワーク２０とシャワーヘッド４０、６０に挟まれた空間にプラズマが発生し、ワーク２０の表面に成膜される。シャワーヘッドに高周波を印加する場合に、シャワーヘッドのみに高周波を印加する方法、ワーク２０（ベース２２）のみに高周波を印加する方法、シャワーヘッドとワークの双方にそれぞれ異なる周波数の、例えばシャワーヘッド側にはガスの解離効果が高い高めの周波数（１３MHｚ程度）ワーク側にはボンバードメント効果が高い低めの周波数（５００KHｚ程度）の高周波を印加する方法がある。本発明に係るCVD装置においても、これらの高周波の印加方法を選択することができる。
【００４６】
本実施形態のシャワーヘッド４０、６０はガス拡散孔４２ａあるいはガス拡散溝６０ａにガスを供給することによって、溝状となった拡散空間内でガスが安定して放電し、解離しやすくなり、窒化シリコン等のイオン化しにくいガスを用いた場合でも効率的に成膜することができる。
たとえば半導体素子の保護膜、絶縁膜として用いられる窒化シリコンを成膜する場合に使用するガス種としては、SiH4＋NH3、SiH4＋N2、SiH4＋＋NH3＋N2がある。シャワーヘッドに印加する高周波としてはイオン化効率が高くなる比較的高い周波数2MHz〜100MHz、とくに13MHzの高周波が好適に使用される。使用ガス圧は0.5〜４Torrの範囲で選択でき、とくに好適なガス圧は１Torr程度である。
【００４７】
成膜用のガスとしてSiH4＋N2を使用する場合には、N2を解離させる必要があるが、従来の単なる小径のガス通過孔を設けたシャワーヘッドではN2がほとんど解離しない。これに対して、本実施形態のようにガス拡散孔４２ａと多孔質プレート４４とを組み合わせて溝状のガス拡散空間を設ける構成、あるいはシャワーヘッド自体にガス拡散溝を形成した構成とすると、ガス拡散溝内でガスが解離しやすくなりN2ガスであっても効率的にイオン化する。成膜用のガスとしてSiH4＋NH3を使用した場合も、実験によると、既存のCVD装置と比べて２．５倍程度の成膜効率が得られている。多孔質体を透過させてガスを供給する方法は均一にガスが供給でき、安定した成膜を可能にする点からも有効である。
【００４８】
本発明に係るCVD装置において成膜対象とするワークとしては、半導体ウエハ、太陽電池、ＬＣＤパネル等があげられる。セラミックあるいは金属焼結体によって形成した多孔質プレート４４および多孔質体によって形成したシャワーヘッド６０はいずれも、良好な清浄性を有するからこれらのワークの成膜処理に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係るCVD装置の全体構成を示す説明図である。
【図２】シャワーヘッドの第１の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図３】ガス拡散孔の配置を示すシャワープレートの底面図である。
【図４】シャワープレートの底面図である。
【図５】シャワープレートの底面図である。
【図６】シャワープレートの底面図である。
【図７】シャワーヘッドの他の構成例を示す断面図である。
【図８】シャワーヘッドのさらに他の構成例を示す断面図である。
【図９】シャワーヘッドの第２の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図１０】シャワーヘッドに設けられるガス貫通孔の平面配置を示す説明図である。
【図１１】シャワーヘッドの第３の実施の形態の構成を示す断面図（ａ）、平面図（ｂ）である。
【図１２】図１１に示すシャワーヘッドを取り付けたCVD装置の全体構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  チェンバー
１２  ガス導入口
１５  高周波発生装置
１６  ガス供給装置
２０  ワーク
２２  ベース（ヒーター）
２４  排気口
２５  真空ポンプ
４０、６０  シャワーヘッド
４２  シャワープレート
４２ａ  ガス拡散孔
４４  多孔質プレート
５０  金属プレート
５１  ガス通過孔
５２  縦孔
５４  連通溝
６０ａ  ガス拡散溝
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１】
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【図２】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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