(57)【要約】【課題】均等に拡散されたプロセスガスの均一な噴き出しが確保でき、しかもそのガス噴出口が塞がり難いようにしたプロセスガス供給機構並びにそれを具備するプラズマＣＶＤ成膜装置の提供を目的とする。【解決手段】ガス噴出口が長手方向に沿って所定のピッチで胴部に複数個穿設されているアウターパイプの少なくとも１つ以上を、ガス噴出口が長手方向に沿って所定のピッチで胴部に複数個穿設されているインナーパイプの外周部分を一定の間隔で包囲するように配置し、一端のガス導入部からインナーパイプに導入されてくるガスがインナーパイプのガス噴出口を経由してアウターパイプのガス噴出口から外部に噴出するようにすると共に、インナーパイプのガス噴出口から噴出されてくるガスが最短の経路ではアウターパイプのガス噴出口に到達しないようにインナーパイプとアウターパイプのガス噴出口の穿設位置を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス噴出口が長手方向に沿って所定のピッチで胴部に複数個穿設されているアウターパイプの少なくとも１つ以上が、ガス噴出口が長手方向に沿って所定のピッチで胴部に複数個穿設されているインナーパイプの外周部分を一定の間隔で包囲するように配置されていて、一端のガス導入部からインナーパイプに導入されてくるプロセスガスがインナーパイプのガス噴出口を経由してアウターパイプのガス噴出口から外部に噴出するようになっていると共に、インナーパイプのガス噴出口から噴出されてくるガスが最短の経路ではアウターパイプのガス噴出口に到達しないようにインナーパイプとアウターパイプのガス噴出口の穿設位置が設定されていることを特徴とするプロセスガス供給機構。
【請求項２】
前記アウターパイプのガス噴出口とインナーパイプのガス噴出口とはその穿設ピッチが同じであって、アウターパイプのガス噴出口からのガス噴出方向とインナーパイプのガス噴出口からのガス噴出方向が１８０度異なるように、しかもアウターパイプのガス噴出口とインナーパイプのガス噴出口の相対位置が半ピッチずれるようにアウターパイプがインナーパイプの外周部分に配置されていることを特徴とする請求項１記載のプロセスガス供給機構。
【請求項３】
前記アウターパイプのガス噴出口の開口がインナーパイプのガス噴出口の開口と比較して大きいことを特徴とする請求項１または２記載のプロセスガス供給機構。
【請求項４】
前記アウターパイプの噴出口の開口形状がスリット状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプロセスガス供給機構。
【請求項５】
前記アウターパイプの少なくとも一方の端面にはチューブ継手が付設されており、このチューブ継手によりアウターパイプがインナーパイプに固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプロセスガス供給機構。
【請求項６】
請求項１から請求項５に記載のプロセスガス供給機構が、そこからのガス噴射方向が、真空チャンバ内に実質的に水平に設置されている電極の電極中心に向かって平行に噴射するように真空チャンバー内に配置されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に薄膜を成膜する際に使用されるプラズマＣＶＤ成膜装置、特に通過成膜方式または小型の停止成膜方式のプラズマＣＶＤ成膜装置の真空チャンバー内において、均一に拡散されたプロセスガスの均一な噴き出しが確保でき、しかもそのガス噴出口が塞がり難いようにしたことを特徴とする、プロセスガス供給機構並びにそれを具備するプラズマＣＶＤ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマＣＶＤ法は高速成膜性、低温成膜性、段差被覆性、密着性等に優れ、半導体素子等の製造工程における各種薄膜の成膜や、低温ポリシリコンのＴＦＴを用いた液晶表示装置の製造工程におけるゲート酸化膜の成膜、さらには食品、医薬品、化学薬品等の包装に用いられる包装材料の製造工程におけるガスバリア性付与膜の成膜等に広く採用されている。
【０００３】
図２には、このような成膜に際して用いられる平行平板型プラズマＣＶＤ成膜装置の概略の構成が示してある。この装置は、真空チャンバー１０１の内部に、実質的に水平に設置された上部電極１０２と、その上部電極１０２に対向して実質的に平行に設置された下部電極１０３とを有している。
【０００４】
上部電極１０２は、その先端近傍に内部空間１０４を有し、さらに先端部分（底部）にはプロセスガスを噴出するためのガス噴出口１０５が複数個設けられている。そして、ガス供給タンク１０７に貯蔵してあるプロセスガスがマスフローコントローラー（質量流量制御器）１０６を介して内部空間１０４に送られ、さらにガス噴出口１０５を経由して真空チャンバー１０１内に噴出されるようになっている。また、上部電極１０２にはＲＦ電源１０８が電気的に接続されており、下部電極１０３は接地されている。
【０００５】
このような構成のプラズマＣＶＤ成膜装置を用いて成膜を行うには、まず、真空ポンプ（図示せず）によって真空チャンバー１０１内を真空排気する。次にプロセスガスをマスフローコントローラー１０６によって所定の流量に制御しながらガス供給タンク１０７から上部電極１０２の内部空間１０４に流入させる。すると、プロセスガスがガス噴出口１０５から真空チャンバー１０１内に噴出し、成膜処理に供せられる。
【０００６】
ガス供給を開始し、流量および真空チャンバー１０１内の圧力が安定したら、次に、ＲＦ電源１０８に接続された上部電極１０２と下部電極１０３との間に電圧を印加し、プラズマを発生させる。すると、イオン化されたプロセスガスの原子が基板１０９上の反応領域で化学反応を起こし、基板１０９上に薄膜が成膜される。
【０００７】
一般に、このような薄膜の成膜に用いられるプラズマＣＶＤ成膜装置の電極は、プロセスガスが基板上に向かって均一に噴き出すようにそのガス噴出口を複数配置したシャワーヘッド電極が用いられている。このシャワーヘッド電極は、ガス噴出口が大きい場合には電極の内部空間でプロセスガスが十分に拡散せずに電極の外へ噴き出してしまい、その結果、形成薄膜の膜厚分布が不均一になってしまう。よって、シャワーヘッド電極のガス噴出口は十分小さくなければならないのであるが、ガス噴出口を小さくした場合には成膜中に生じる反応生成物によりすぐにそこが塞がってしまい、その結果、成膜される薄膜に不均一な部分が発生してしまうという問題があった。また、シャワーヘッドを複数のブロックに分割し、各ブロックのガス噴出口からの噴出ガス流量を個別に制御してガスを噴出させることにより、膜厚分布の均一化を図る試みがなされているが、構造が複雑になり、コ
ストが高くなってしまう（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００３−３０９０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は以上のような状況に鑑みなされたものであり、基板上に薄膜を成膜する際に使用されるプラズマＣＶＤ成膜装置、特に通過成膜方式または小型の停止成膜方式のプラズマＣＶＤ成膜装置において均一に拡散されたプロセスガスの均一な噴き出しが確保でき、しかもそのガス噴出口が塞がり難いようにしたことを特徴とするプロセスガス供給機構並びにそれを具備するプラズマＣＶＤ成膜装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の如くの課題を解決するためになされ、請求項１に記載の発明は、ガス噴出口が長手方向に沿って所定のピッチで胴部に複数個穿設されているアウターパイプの少なくとも１つ以上が、ガス噴出口が長手方向に沿って所定のピッチで胴部に複数個穿設されているインナーパイプの外周部分を一定の間隔で包囲するように配置されていて、一端のガス導入部からインナーパイプに導入されてくるプロセスガスがインナーパイプのガス噴出口を経由してアウターパイプのガス噴出口から外部に噴出するようになっていると共に、インナーパイプのガス噴出口から噴出されてくるガスが最短の経路ではアウターパイプのガス噴出口に到達しないようにインナーパイプとアウターパイプのガス噴出口の穿設位置が設定されていることを特徴とするプロセスガス供給機構である。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載のプロセスガス供給機構において、前記アウターパイプのガス噴出口とインナーパイプのガス噴出口とはその穿設ピッチが同じであって、アウターパイプのガス噴出口からのガス噴出方向とインナーパイプのガス噴出口からのガス噴出方向が１８０度異なるように、しかもアウターパイプのガス噴出口とインナーパイプのガス噴出口の相対位置が半ピッチずれるようにアウターパイプがインナーパイプの外周部分に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
さらにまた、請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のプロセスガス供給機構において、前記アウターパイプのガス噴出口の開口がインナーパイプのガス噴出口の開口と比較して大きいことを特徴とする。
【００１２】
さらにまた、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のプロセスガス供給機構において、前記アウターパイプの噴出口の開口形状がスリット状であることを特徴とする。
【００１３】
さらにまた、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のプロセスガス供給機構において、 前記アウターパイプの少なくとも一方の端面にはチューブ継手が付設されており、そのチューブ継手によりアウターパイプがインナーパイプに固定されていることを特徴とする。
【００１４】
さらにまた、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５に記載のプロセスガス供給機構が、そこからのガス噴射方向が、真空チャンバ内に実質的に水平に設置されている電極の電極中心に向かって平行に噴射するように真空チャンバー内に配置されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、均一に拡散されたプロセスガスの均一な噴出しが確保でき、しかもガス噴出口が塞がり難いプロセスガス供給機構と、それを具備してなる安定的な成膜が可能
なプラズマＣＶＤ成膜装置を提供することができる。
【００１６】
また、本発明のプラズマＣＶＤ成膜装置で成膜された薄膜は信頼性及び安定性が向上するため、歩留まりが向上し、さらに、清掃のためのダウンタイムが減少することにより、製品を安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明のプロセスガス供給機構の外観を示す説明図である。また、図３は、図１に示すプロセスガス供給機構におけるインナーパイプとアウターパイプの配置状態と、各パイプに穿設されているガス噴出口の穿設状態とを示す断面状態の説明図をそれぞれ示している。
【００１８】
このプロセスガス供給機構２の主要部分は、図にも示すように、ガス噴出口２０６が長手方向に沿って所定のピッチでその胴部に複数個穿設されているアウターパイプ２０２が、ガス噴出口２０４が長手方向に沿って所定のピッチでその胴部に複数個穿設されているインナーパイプ２０１の外周部分を一定の間隔で包囲するように配置されていて、一端のガス導入部２０７からインナーパイプ２０１に導入されてくるプロセスガスがインナーパイプ２０１のガス噴出口２０４を経由してアウターパイプ２０１のガス噴出口２０６からプロセスガス供給機構２の外部に向かって噴出するようになっていると共に、インナーパイプ２０１のガス噴出口２０４から噴出されてくるガスが最短の経路ではアウターパイプ２０２のガス噴出口２０６に到達しないようにインナーパイプ２０１とアウターパイプ２０２のガス噴出口２０４、２０６の穿設位置がそれぞれ設定されている。
【００１９】
本発明のプロセスガス供給機構においては、図３に示す構成のもの以外に、アウターパイプ２０２の外周部分を一定間隔を保って包囲するように配置されるアウターパイプの複数個がさらに配置されてなる多重構造体であっても構わない。
【００２０】
インナーパイプ２０１は一端を閉じ、他端は例えばチューブ継手２０３によってガス供給ラインのガス導入部２０７に接続されている（図１参照）。そしてこのガス導入部２０７には、マスフローコントローラーを介してガス供給タンクからプロセスガスが導入されるようになっている。また、インナーパイプ２０１の胴部には、前記したように、長手方向に沿って所定ピッチで穿設された複数のガス噴出口２０４が設けられているが（図３、図５参照）、このガス噴出口２０４の開口度合は必要流量のプロセスガスを流した場合に、そこから噴き出るガスの流量がすべてのガス噴出口でほぼ等しくなるように設定され、特に限定はされないが通常は１ｍｍ未満程度の開口として設定される。
【００２１】
一方、アウターパイプ２０２は一端を閉じ、他端はインナーパイプ２０１の径に適応したボアード・スルータイプの食い込み継手２０５が付設してある（図１参照）。そして、アウターパイプ２０２の継手側からインナーパイプ２０１を挿入し、図４に示すように、アウターパイプ２０２の端面内側とインナーパイプ２０１の端面外側が面で接している状態で、且つ、アウターパイプ２０２とインナーパイプ２０１の中心が一致している状態で継手を締め付け、二重構造体として構築されている。ここでアウターパイプ２０２の一端を食い込み継手２０５で締結するのは、アウターパイプ２０２をインナーパイプ２０１から脱着可能にすることにより、例えば、アウターパイプ２０２とインナーパイプ２０１の隙間に入り込んだパーティクル等を清掃し易くするためである。
【００２２】
アウターパイプ２０２の胴部には、前記したように、長手方向に沿って所定ピッチで穿設された複数のガス噴出口２０６が形成されている。これらのガス噴出口２０６は長時間に渡って成膜を行ってもプロセスガスの反応生成物で塞がらないようにインナーパイプ２０１に穿設されたガス噴出口２０４よりも大きく穿設されることが好ましい。通常は１ｍ
ｍ以上の開口となるように設定すればよい。このガス噴出口２０６の形状は特に限定されるものではなく、円形やスリット状のものが適用される。この内、スリット形状のガス噴出口は長手方向の噴出がより均一になるので、特に好ましい。
【００２３】
また、アウターパイプ２０２をインナーパイプ２０１に固定する際は、例えば図５に示すように、インナーパイプ２０２とアウターパイプ２０１のガス噴出口のガス噴出方向（開口方向）が一致しないように設定する。これにより、インナーパイプ２０１の噴出口２０４が成膜中の反応生成物によって塞がる可能性を排除することができる。また、インナーパイプ２０１のガス噴出口２０４から噴出してきたプロセスガスがアウターパイプ２０２のガス噴出口２０６に辿り着くまでの距離が長くなと、その間にガスの拡散が進み、結果的にアウターパイプ２０２のガス噴出口２０６から噴き出てくるガスの均一化がより促進される。すなわち、インナーパイプのガス噴出口から噴出されてくるガスが最短の経路ではアウターパイプのガス噴出口に到達しないようにインナーパイプとアウターパイプのガス噴出口の穿設位置が設定することにより、プロセスガスの拡散を促進させる。
【００２４】
さらに、アウターパイプ２０２のガス噴出口２０６とインナーパイプ２０１のガス噴出口２０４の穿設ピッチを同じとし、アウターパイプ２０２のガス噴出口２０６からのガス噴出方向とインナーパイプ２０１のガス噴出口２０４からのガス噴出方向が１８０度異なるように、しかもアウターパイプ２０２のガス噴出口２０６とインナーパイプ２０１のガス噴出口２０４の相対位置が半ピッチずれるようにアウターパイプ２０２をインナーパイプ２０１の外周部分に配置することにより、インナーパイプ２０１のガス噴出口２０４から出てきたガスがアウターパイプ２０２のガス噴出口２０６に辿り着くまでの距離をさらに長くとることができ、噴き出るガス流量のさらなる均一化を図ることが可能となる（図３、図５参照）。
【００２５】
このような構成に係る本発明にプロセスガス供給機構はプラズマＣＶＤ成膜装置の真空チャンバー内の電極の近くに配設される。その設定方法はプロセスガスが電極間で均等に行き渡るようであれば特に限定されるものではないが、例えば図６にその構成が示してある本発明に係る蒸着装置のように、真空チャンバー内に実質的に水平に設置されている電極の電極中心に向かってプロセスガスが噴き出されるように、プロセスガス供給機構のパイプ部分（すなわちガス噴出口が長手方向に沿って所定のピッチでその胴部に複数個穿設されているアウターパイプの少なくとも１つ以上が、ガス噴出口が長手方向に沿って所定のピッチでその胴部に複数個穿設されているインナーパイプの外周部分を一定の間隔で包囲するように配置されていている部分）を配置し、アウターパイプ２０２のガス噴出口２０６をガスが電極中心に向けて水平に噴出すように設定すればよい。
【００２６】
また、成膜面積が大きい場合には、必要に応じてプロセスガス供給機構のパイプ部分の数を増やし、例えば、電極の四方にプロセスガス供給機構のパイプ部分を配設し、それぞれのアウターパイプから噴出するプロセスガスが電極中心に向けて水平に噴出すように設定すればよい。また、大面積の部分を成膜する場合や膜厚分布のさらなる均一性を求める場合には通過成膜方式として、プロセスガス供給機構のパイプ部分は電極上流側に配設し、電極の中心方向（基板の進行方向）に向けてガスが噴き出るように設定すればよい。
【００２７】
次に実施例を挙げて本発明をさらに説明する。
【実施例１】
【００２８】
開口形状が円形（Φ１．２ｍｍ）であるガス噴出口が長手方向に沿って３０ｍｍのピッチでその胴部に１０個穿設されているアウターパイプが、開口形状が円形（Φ０．５ｍｍ）であるガス噴出口が長手方向に沿って３０ｍｍのピッチでその胴部に９個穿設されているインナーパイプの外周部分を１ｍｍの間隔を保持して包囲するように配置されていて、
一端のガス導入部からインナーパイプに導入されてくるガスがインナーパイプのガス噴出口を経由してアウターパイプのガス噴出口から外部に向かって噴出するようになっていると共に、アウターパイプのガス噴出口からのガス噴出方向とインナーパイプのガス噴出口からのガス噴出方向が１８０度異なるように、しかもアウターパイプのガス噴出口とインナーパイプのガス噴出口の相対位置が半ピッチずれるようにアウターパイプがインナーパイプの外周部分に配置されているプロセスガス供給機構を、そこからのガス噴射方向が、プラズマＣＶＤ成膜装置の真空チャンバー内に実質的に平行に設置されている電極の電極中心に向かって水平に噴射するように配置し、ＨＭＤＳＯと酸素の１：１０混合ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により、基板上にＳｉＯXの薄膜を成膜した。成膜処理は、２時間の成膜を行った後、真空チャンバ内を大気開放し、ガス噴出口の詰まりを目視確認するという工程を計５回繰り返して行うものであった。ガス噴出口における詰まり状況の２時間毎の目視確認結果を表１に示す。
【実施例２】
【００２９】
アウターパイプが、開口形状がスリット幅１ｍｍ、スリット長２７０ｍｍである以外は実施例１と同様な条件により１０時間のＳｉＯX膜の成膜処理を行った。ガス噴出口における詰まり状況の２時間毎の目視確認結果を表１に示す。
【実施例３】
【００３０】
開口形状が円形（Φ０．５ｍｍ）のガス噴出口が長手方向に沿って３０ｍｍのピッチでその胴部に１０個穿設されているパイプ部分を有するシャワーヘッド電極を具備してなるプラズマＣＶＤ成膜装置により、ＨＭＤＳＯと酸素が１：１０の混合ガスを用い、２時間の成膜を行った後、真空チャンバ内を大気開放し、ガス噴出口の詰まりを目視確認するという工程を計５回繰り返して成膜処理を行った。ガス噴出口における詰まり状況の２時間毎の目視確認結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
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表１に示すように、本発明のプロセスガス供給機構を用いた蒸着装置により成膜処理を行えば、ガス噴出口が詰まることなく長時間安定した成膜が行えた。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のプロセスガス供給機構の外観を示す説明図である。
【図２】従来のプラズマＣＶＤ成膜装置の概略の構成を示す説明図である。
【図３】図１に示す本発明のプロセスガス供給機構におけるインナーパイプとアウターパイプの配置状態と各パイプに穿設されているガス噴出口の穿設状態を示す断面説明図である。
【図４】図３のＡ部における断面構成を示す説明図である。
【図５】図３のＢ部における断面構成を示す説明図である。
【図６】本発明のプロセスガス供給機構を具備する本発明のプラズマＣＶＤ成膜装置の概略の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…プラズマＣＶＤ成膜装置
１０１…真空チャンバー
１０２…上部電極
１０３…下部電極
１０４…上部電極の内部空間
１０５…シャワーヘッドの噴出口
１０６…マスフローコントローラー
１０７…ガス供給タンク
１０８…ＲＦ電源
１０９…基板
２…プロセスガス供給機構
２０１…インナーパイプ
２０２…アウターパイプ
２０３…インナーパイプの一端に形成されているチューブ継手
２０４…インナーパイプのガス噴出口
２０５…アウターパイプの一端に形成されている食い込み継手
２０６…アウターパイプのガス噴出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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