(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド本体と、
前記ヘッド本体に取り付けられ、内部に中空部分を形成させるシャワープレートと、
前記シャワープレートに複数設けられた孔とを有し、前記中空部分に導入されたガスを前記各孔から噴出させるように構成されたシャワーヘッドであって、
前記シャワープレートは、中央部分から周辺部分に向けて段階的に厚みが減少するように構成され、
前記孔は、同じ大きさで前記シャワープレートの各厚み部分に複数配置され、
成膜対象物に向く面は平坦に形成され、前記中空部分に向けられた面が段階的に厚みが減少するように構成され、
前記孔は、前記孔から噴出されたガスが、前記成膜対象物表面上を中心から周辺方向に向けて流れるように、前記成膜対象物の表面に対して垂直に形成されたシャワーヘッド。
【請求項２】
前記各厚み部分の、前記シャワープレートの中心から外周に向かう方向には、前記孔が複数個位置するように構成された請求項１記載のシャワーヘッド。
【請求項３】
真空槽と、該真空槽内に配置された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のシャワーヘッドとを有し、
前記シャワープレートが前記真空槽内に搬入された前記成膜対象物に、前記ガスを噴出させるように構成された真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空槽内にガスを導入するシャワーヘッドの分野に係り、特に、大面積基板に均一な処理を行えるシャワーヘッド及びそのシャワーヘッドを用いた真空処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造分野や液晶表示装置の製造分野等では、従来より、ＣＶＤ装置やエッチング装置等の、真空雰囲気中にガスを供給し、基板表面を処理する真空処理装置が用いられている。
【０００３】
しかしながら、ＣＶＤ装置やエッチング装置等で、大面積のガラス基板表面を処理する場合、従来技術の真空処理装置では、基板表面に形成される薄膜の膜厚や、エッチング量の面内バラツキを小さくすることが困難であると言われている。
【０００４】
それらの真空処理装置のうち、図２の不符号１１０はＣＶＤ装置を示している。
このＣＶＤ装置１１０は、真空槽１１１を有しており、その内部の底壁上には基板載置台１１３が配置されている。真空槽１１１の天井側には、シャワーヘッド１１２が真空槽１１１とは絶縁した状態で取り付けられている。シャワーヘッド１１２は、内部中空に形成されており、その底面を構成し、基板載置台１１３と対向するシャワープレート１１８は平坦に形成されている。
【０００５】
シャワープレート１１８には、同径の孔１１５が多数設けられており、シャワーヘッド１１２内部の中空部分に薄膜の原料ガスを導入すると、その原料ガスは、各孔１１５から真空槽１１１内に噴出されるようになっている。
【０００６】
このＣＶＤ装置１１０を使用する場合には、先ず、真空槽１１１内を真空雰囲気にし、基板載置台１１３内のヒータに通電し、基板載置台１１３を昇温させておく。
【０００７】
その状態で成膜対象物の基板を搬入し、基板載置台１１３上に載置する。図２中の符号１１４は、基板載置台１１３上の基板を示しており、基板１１４が所定温度まで昇温した後、シャワーヘッド１１２から原料ガスを噴出させ、シャワーヘッド１１２に高周波電圧を印加すると、基板１１４表面に原料ガスのプラズマが形成され、プラズマ中で活性化した原料ガスによって基板１１４表面に薄膜が形成される。
【０００８】
上記のようなシャワーヘッド１１２では、シャワープレート１１８から放出されたガスは一旦基板１１４表面に吹き付けられた後、基板１１４の周辺方向に流れ、真空排気系によって真空槽外に排気される。そのため基板１１４の周辺部分では、基板１１４の中央付近に吹き付けられた原料ガスも流れるため、周辺部分の原料ガスの流速は中央部分よりも大きくなる。
【０００９】
基板１１４表面に形成される薄膜の膜厚は、原料ガスの濃度と大きな関係があるため、原料ガスの流速の大きい周辺部分では、膜厚が薄くなりやすい。
【００１０】
そこで従来技術でも、膜厚分布を改善するために、図３の符号１２２に示すようなシャワーヘッドが提案されている。
【００１１】
このシャワーヘッド１２２では、底面を構成するシャワープレート１２８が、内部空間側に頂点を持つ四角錐又は円錐形に成形されており、中央部分の肉厚が厚く、周辺部分では薄くされている。
【００１２】
そしてこのシャワープレート１２８でも、同径の孔１２５が多数設けられているが、上記のシャワープレート１１８とは異なり、各孔１２５の深さは、形成された部分の肉厚に応じて異なっており、中央部分では深く、周辺部分では浅くなっている。従って、中央部分の孔１２５はコンダクタンスが小さいのに対し、周辺部分のコンダクタンスは大きくなっている。
【００１３】
このシャワーヘッド１２２を用いて基板表面に原料ガスを噴出させる場合、シャワープレート１１８の中央部分に比べ、周辺部分から噴出される原料ガスの量が多くなるため、基板表面では、原料ガスは、基板の周辺部分に多く、中央部分に少なく吹き付けられる。
【００１４】
他方、基板の中央部分の原料ガスの流速は小さく、周辺部分の流速は大きいから、基板表面での原料ガスの実効濃度が均一になり、その結果、基板表面に均一な膜厚の薄膜が形成されるというものである。
【００１５】
しかしながら、上記のようなシャワープレート１２８は四角錐や円錐形であるため、加工が困難でありコスト高である。しかも、中央部分の孔１２５のコンダクタンスが必要以上に小さくなりやすく、その結果、中央部分の供給量が不足し、その部分の薄膜は膜厚が薄くなりやすいという問題がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、加工が容易で、大面積の成膜対象物表面に均一に薄膜を形成できるシャワーヘッド、及びそのシャワーヘッドを用いた真空処理装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、ヘッド本体と、前記ヘッド本体に取り付けられ、内部に中空部分を形成させるシャワープレートと、前記シャワープレートに複数設けられた孔とを有し、前記中空部分に導入されたガスを前記各孔から噴出させるように構成されたシャワーヘッドであって、前記シャワープレートは、中央部分から周辺部分に向けて段階的に厚みが減少するように構成され、前記孔は、同じ大きさで前記シャワープレートの各厚み部分に複数配置され、成膜対象物に向く面は平坦に形成され、前記中空部分に向けられた面が段階的に厚みが減少するように構成され、前記孔は、前記孔から噴出されたガスが、前記成膜対象物表面上を中心から周辺方向に向けて流れるように、前記成膜対象物の表面に対して垂直に形成されたシャワーヘッドである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のシャワーヘッドであって、前記各厚み部分の、前記シャワープレートの中心から外周に向かう方向には、前記孔が複数個位置するように構成されたシャワーヘッドである。
請求項３記載の発明は、真空槽と、該真空槽内に配置された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のシャワーヘッドとを有し、前記シャワープレートが前記真空槽内に搬入された前記成膜対象物に、前記ガスを噴出させるように構成された真空処理装置である。
【００１８】
本発明は上記のように構成されており、シャワーヘッド内の中空部分に原料ガスを導入すると、シャワープレートに設けられた複数の孔から原料ガスが噴出されるようになっている。
【００１９】
そのシャワープレートは、中央部分から周辺部分に向けて段階的に厚みが薄くなるように構成されており、中央部分に形成された孔は深いため、そのコンダクタンスは小さく、逆に周辺部分に形成された孔は浅いため、そのコンダクタンスは大きくなっている。従って、中央部分ではガスの供給量が多いが、その周囲からガスが流れ込むため、実効的な濃度は周辺部分と同程度になり、基板表面を均一に処理することが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。
図１(ａ)を参照し、符号１０は本発明の一例の真空処理装置を示している。
この真空処理装置１０はＣＶＤ装置であり、真空槽１１を有している。該真空槽１１底面上には基板載置台１３が配置されており、真空槽１１の天井側には、本発明の一例のシャワーヘッド１２が配置されている。
【００２１】
このシャワーヘッド１２は、容器状のヘッド本体１６と、該ヘッド本体１６の蓋であって、シャワーヘッド１２内部に中空部分１７を形成させるシャワープレート１８とを有している。
【００２２】
シャワープレート１８は、中心部分から周辺部分に向け、段階的に厚みが減少するように構成されており(雛壇形)、その階段状になった面はシャワーヘッド１２内部の中空部分１７側に向けられ、シャワープレート１８の平坦な面が、基板載置台１３側に向けられている。
【００２３】
このシャワープレート１８の厚さは、３段階に変化しており、符号２１aは、シャワープレート１８の中央部分であって、最も厚い部分を示しており、その外側の中間部分２１bは、中央部分２１aよりも厚みが薄くなっており、更にその外側であって、シャワープレート１８の周辺部分２１cは、最も厚みが薄くなっている。
【００２４】
シャワープレート１８の中央部分２１aと中間部分２１bと周辺部分２１cとには、シャワープレート１８の厚み方向に円形の孔１５a、１５b、１５cがそれぞれ複数個ずつ形成されている。従って、シャワープレート１２内部の中空部分１７は、各孔１５a、１５b、１５cによって、真空槽１１内部の空間に接続されている。
【００２５】
このシャワーヘッド１２にはガス導入系１９が接続されており、図示しないガスボンベ内に充填された原料ガスを、このガス導入系１９を通して中空部分１７内に導入し、各孔１５a、１５b、１５cから真空槽１１内に噴出させられるようになっている。
【００２６】
この真空処理装置１０を使用する場合、先ず、真空槽１１内部を真空排気すると共に基板載置台１３内に配置したヒータに通電し、基板載置台１３を昇温させておく。その状態で基板１４を基板載置台１３上に配置し、基板１４が所定温度まで昇温したところで、シャワーヘッド１２の孔１５a〜１５cから薄膜の原料ガスを真空槽１１内に噴出させる。
【００２７】
シャワーヘッド１２は真空槽１１と電気的に絶縁されており、真空槽１１を接地電位に置き、シャワーヘッド１２に負電圧を印加すると、基板１４表面近傍に原料ガスのプラズマが生成され、プラズマ中で活性化した原料ガスにより、基板１４表面に薄膜が形成される。
【００２８】
シャワーヘッド１２から噴出される原料ガスの流れ方は、シャワープレート１８に設けられた孔１５a〜１５cの配置状態に密接な関係がある。
【００２９】
図１(ｂ)は、シャワープレート１８の、中空部分１７側から見た平面図である。このシャワープレート１８では、中央部分２１aの孔１５aと、中間部分２１bの孔１５bと、周辺部分２１cの孔１５cとは、各厚み部分に多数配置されており、シャワープレート１８の中心Ｏから周辺方向には、最も深い孔１５aと、それよりも浅い孔１５bと、最も浅い孔１５cが複数個位置している。
【００３０】
例えば、図１(ａ)、(ｂ)は、孔１５a、１５b、１５cの数は省略して表されているが、図１(ｂ)では、シャワープレート１８の中心Ｏを通り、図面水平方向の軸線Ｈ上には、中央部分２１aでは２個、中間部分２１bでは４個、周辺部分２１cでは３個が配置されており、垂直方向の軸線Ｖの方向には中央部分２１aでは２個、中間部分２１b及び周辺部分２１cでは３個が配置されている。
【００３１】
この場合、各孔１５a〜１５cから噴出された原料ガスは、基板１４表面上を中心Ｏから周辺方向に向けて流れ、真空排気系から排気されるため、中心部分２１aの付近では、中心部分２１aに形成された各孔１５aが供給する原料ガスだけが流れるものの、中間部分２１bでは、中間部分２１bに形成された複数の孔１５bが供給する原料ガスと、中央部分２１aから流れ込んだ原料ガスとが流れる。更に、周辺部分２１cでは、周辺部分２１cに形成された各孔１５cが供給する原料ガスの他、中央部分２１aと中間部分２１bとから流れ込んだガスとが流れる。
【００３２】
各孔１５a、１５b、１５cは円形であり、その直径は同じ大きさに形成されているが、中央部分２１aに形成された孔１５aの長さが最も長く、周辺部分２１cに形成された孔１５cの長さが最も短くなっているため、各孔１５a〜１５cのコンダクタンスは、中央部分２１aの孔１５aが最も小さく、周辺部分２１cの孔１５cが最も大きくなっている。中間部分２１bの孔１５bはそれらの中間の大きさになっている。
【００３３】
この場合、中央部分２１aの孔１５aが供給する原料ガスの量は少なく、中間部分２１bの孔１５bはそれよりも多く、更に、周辺部分２１cの孔１５cが供給する原料ガス量が最も多くなっている。
【００３４】
従って、原料ガス流量の少なく、流速が小さい中央部分２１aには少量の原料ガスが供給され、原料ガスの流量が多く、流速が大きい周辺部分２１cには多量の原料ガスが供給されるため、基板１４表面の実効的な原料ガス密度は、中央部分２１aから周辺部分２１cに亘って略均一になっており、その結果、大面積の基板１４表面に均一な膜厚の薄膜が形成されるようになっている。
【００３５】
このようなシャワープレート１８では、四角錐や円錐形ではないため、加工が容易であり、また、各段の厚みを調整することで孔１５a〜１５cの深さを変え、コンダクタンスを調節するのが容易である。
【００３６】
なお、上記シャワーヘッド１２では、シャワープレート１８の厚みを３段階に変えたが、２段階に変化させてもよく、また、４段階以上に変化させてもよい。要するに、シャワープレートの厚みを段階的に変え、中央部分が厚く、周辺部分が薄くなるようにし、各厚み部分に複数の孔を設ければよい。
【００３７】
また、上記の真空処理装置１０はプラズマＣＶＤ装置であったが、本発明の真空処理装置には熱ＣＶＤ装置やエッチング装置も含まれる。要するに、中央から周辺に向け、段階的に厚みが薄くなるシャワーヘッドから真空槽中にガスを噴出させ、基板表面を処理する真空処理装置を広く含むものである。
【００３８】
【発明の効果】
基板表面に供給されるガスの実効濃度が均一になるので、基板表面を均一に処理することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)：本発明の真空処理装置の一例    (ｂ)：本発明のシャワーヘッドの一例
【図２】従来技術の真空処理装置
【図３】従来技術のシャワーヘッド
【符号の説明】
１０……真空処理装置
１２……シャワーヘッド
１４……基板
１５a、１５b、１５c……孔
１７……中空部分
１８……シャワープレート
２１a〜２１c……シャワープレートの厚みが異なる部分
【図１】
0004327319.tif 000002
【図２】
0004327319.tif 000003
【図３】
0004327319.tif 000004