JPH0613135U - マルチプレ−ト型流体導入箱 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオン源、ＣＶＤ装置、エッチング装置にお
いてチャンバの上部の中央からガスを導入できず、周辺
部から導入する場合、チャンバ内でガス分布が不均一に
なる。とくに真空度が高い場合に不均一性が著しい。こ
の場合にガス分布を空間的に均一であるようにガスを導
入する機構を与える。 【構成】 真空チャンバの内部空間に円周方向の流路を
持ち底面に通し穴を穿ったガスプレ−トを幾つか積層す
る。通し穴の数は下流へ行くほど増えるようにする。隣
接する通し穴は軸方向には合致しないように並べる。上
流から下流へ流れるガスは通し穴を通ることにより細分
化される。最下段のガスプレ−トから均一な流れとなっ
てチャンバ内に吹き出す。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、エッチング、ＣＶＤ、イオンプレ−テイング装置など真空容器中 にガスを導入する場合においてガスを均等に導入できるようにしたガス導入装置 に関する。

【０００２】

【従来の技術】

例えばガスを用いて試料をエッチングする場合、ＲＩＥやＥＣＲエッチングが 用いられる。この場合エッチングガスを真空容器の内部に導入する必要がある。 あるいは原料ガスを導入しこれを気相反応させて、基板の上に薄膜を成長させる こともある。このように真空チャンバにガスを導入する装置においてはガスを内 部へ均一に導入するということが重要である。

【０００３】 エッチング装置またはＣＶＤ装置は円筒形または角型の真空チャンバであるが 上部の中心からガスを導入できればよいのであるが、多くの場合チャンバの上部 中央はガスの導入口を設けることができない。たとえばＥＣＲエッチング装置、 マイクロ波ＣＶＤ装置であると、上部の中央はマイクロ波の導入のために利用さ れる。

【０００４】 ガスの分布があまり問題にならない場合は上部のある偏った位置にガス導入口 をひとつ設ければ良い。しかし均一なエッチング、均一な薄膜形成を行うために はガスの分布が均一であることが望ましい。

【０００５】 このような場合、図６、図７に示すような改良がありうる。大気中でガス管を 二つに分岐し（Ａ点）、これを４分円弧状のパイプで、チャンバ上部の直径上の 端点Ｂ、Ｃにガスを導入する。中央部Ｏを開けておく必要があるのでパイプが円 弧状になる。これは二つのガス導入口があるので直径状の２点からガスが導入さ れる。

【０００６】 或は図８に示すようなものも考えられよう。これはチャンバの内部に下方に多 くの穴を有する円環状のダクトを設けチャンバの上部の側方の一点からガスを導 入したものである。これは多孔ダクトから下方にガスを吹き出してガス分布の均 一化を図ろうとするものである。チャンバのガス導入口が一つであるからチャン バ外壁の構造が複雑にならない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】

図６、図７に示すようなものは外部の配管が複雑になる。パイプの長さＡＢと ＡＣが同一でなければガスが等分配されない。これを同一になるように製作しな ければならない。配管の製作取付などが困難である。また２箇所からチャンバに 入るだけである。２等分されるが全周で均一にならない。

【０００８】 図８に示すものはダクトに多くの穴がありガス流が均一に分配されるように思 えるが必ずしもそうでない。チャンバへのガスの入口は１箇所であるから近くと 遠くでガスの供給量に差がある。穴径や穴の分布を遠近の差に応じて変化させれ ば良い筈であるが、最適分布がガス流量による。流量やガスの種類が変わると最 適の穴径、穴分布が変わる筈である。しかしこのような変化に追随して穴径、分 布を変化させる訳にゆかない。 チャンバ外部の配管が複雑にならず、ガスの種類や流量によらず常に均等にガ スをチャンバ内部へ導入できる機構を提供することが本考案の目的である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案のガス導入機構は、真空チャンバ内部空間にガスの上流側から下流側に 積層された複数の円環状のガス流路を有し、隣接するガス流路が底面に穿たれた 通し穴で接続され、通し穴の数が下流へ行くほど多くなり、通し穴は円周方向に ほぼ均等に分布しており、隣接する通し穴が軸方向に一致しないように配置され ており、ガスは上流方向から下流方向へ分割されながら流れて行き、最下流段の 通し穴からチャンバの内部へ吹き出すようにしたものである。

【００１０】

【作用】

チャンバ上方の空間にＮ個の円環状のガス流路を上下にＮ個設けたとする。こ れを上から順に１，２，・ｉ・・・・Ｎとする。それぞれのガス流路の底面にＳ ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，・・・Ｓ_N 個の通し穴を穿孔する。ｉ番目のガス流路の通し穴 の番号を１，２，・・ｋ・・Ｓ_i とする。ｉ番目のガス流路のｋ番目の通し穴の ある基準からの角度をΘ_ikとすると、

【００１１】 Ｓ₁ ＜Ｓ₂ ＜・・・＜Ｓ_N-1 ＜Ｓ_N （１） であって、かつ

【００１２】 Θ_ik≠Θ_i-1h （２） Θ_ik−Θ_ik-1≒±２π／Ｓ_i （３）

【００１３】 であるということである。このように配置したので、ガスは上流から下流へのガ ス流路へ移る度に分割され細流となってゆく。また隣接するガス流路の通し穴が 一致しないのでガスの流れが底板によって曲げられて各通し穴を通過するガス流 量に偏りを生じない。最下流段のガス流路から均等に分割されたガスの細流がチ ャンバ内へ吹き出してゆく。

【００１４】

【実施例】

各ガス流路でノイズ通し穴の数は自由度がある。最もよいのは一段毎に２倍に なってゆくものである。つまりＳ_i ＝２Ｓ_i-1 とするものである。 図１はそのような本考案の実施例を示す縦断面図である。上部にフランジ１を 有する容器２は、例えばイオン源、エッチング装置，ＣＶＤ装置など任意の真空 を要する装置の容器を意味する。フランジ１の上面の側方には一つのガス導入口 ３がある。フランジ１の内部の例えば上方には円環状のガス流路を形成するガス プレ−トが幾つか積層してある。ガスプレ−ト４、５、６、７はコの字型の断面 を持ち互いに上下に積層されているので、円環状の流路ができるのである。

【００１５】 もちろん，はじめからロの字型の断面図をもつ形状の円環状ガスプレ−トでも 良い。また外周壁はチャンバの壁面に接しているのでこれを利用することもでき る。つまりＬ字型のガスプレ−トとしても円環状の独立した流路を形成できる。 これらのガスプレ−トには底面に通し穴Ａ_k 、Ｂ_k 、Ｃ_k 、Ｄ_k が穿孔されてお り、これを通してガスが上流から下流へ流れる。通し穴の位置は隣接するガス流 路で一致しないのでこの図では通し穴が連通しているようには描いていない。最 下流段のガスプレ−トには内側に向かう通し穴Ｅをさらに追加しても良い。

【００１６】 ガスプレ−トの枚数は任意である。ここでは４枚の場合を説明する。第１ガス プレ−ト４は図２に平面図を示す。これは円環状の部材である。底板１１、外側 板１２，内側板１３よりなる。中心に原点Ｏを有する座標によって説明しよう。 底板１１上であって、Ｘ軸上の点Ａ₀ がチャンバのガス導入口３に対応する点で ある。ここへガスがまず当たる。底板１１のＹ軸上の２点Ａ₁ 、Ａ₂ に通し穴が 穿孔されている。Ｘ軸からの中心角でいうと、９０度と２７０度である。これは 点Ａ₀ から等距離にある。円弧長に関して

【００１７】 Ａ₀ Ａ₁ ＝Ａ₀ Ａ₂ （４）

【００１８】 が成り立つ。つまり円周角でいうと１８０度である。等距離にあるのでガスは２ 等分されて、通し穴Ａ₁ 、Ａ₂ に至りこの穴を通り直下の第２ガスプレ−ト５の 流路に入る。

【００１９】 第２ガスプレ−ト５は底板１４、外側板１５、内側板１６を有する。底板１４ は、Ｙ軸上の２点Ａ₁ 、Ａ₂ からそれぞれ等間隔をなす４つの通し穴Ｂ₁ 、Ｂ₂ 、Ｂ₃ 、Ｂ₄ を有する。ただし以後高さ方向（Ｚ方向）の相違は無視してＸＹ面 での距離を考える。つまりＸ軸に対してなす中心角は、１３５度、２２５度、３ １５度、４５度である。吹き出し点がＡ₁ 、Ａ₂ であるがこれと通し穴との距離 は、

【００２０】 Ｂ₁ Ａ₁ ＝Ｂ₄ Ａ₁ ＝Ｂ₂ Ａ₂ ＝Ｂ₃ Ａ₂ （５）

【００２１】 となっておりすべて等距離である。つまり通し穴を通過する流量も同一になる。 全流量の１／４に分配される。

【００２２】 第３ガスプレ−ト６も、底板１７、外側板１８、内側板１９を有する。これは 底板１７に８つの通し穴Ｃ₁ 〜Ｃ₈ が設けられる。これらは吹き出し口であるＢ ₁ 、Ｂ₂ 、Ｂ₃ 、Ｂ₄ から等距離にある。つまり円弧長に関して、

【００２３】 Ｃ₈ Ｂ₁ ＝Ｃ₁ Ｂ₁ ＝Ｃ₂ Ｂ₂ ＝Ｃ₃ Ｂ₂ ＝Ｃ₄ Ｂ₃ ＝Ｃ₅ Ｂ₃ ＝Ｃ₆ Ｂ₄ ＝Ｃ ₇ Ｂ₄ （６）

【００２４】 である。中心角でいうと、Ｃ₁ 〜Ｃ₈ は１５７．５度、２０２．５度，２４７． ５度、２９２．５度、３３７．５度、２２．５度、６７．５度、１１２．５度で ある。従って各通し穴を通る流量は１／８ずつに分配される。

【００２５】 第４ガスプレ−ト７も、底板２０、外側板２１、内側板２２よりなる。コの字 型断面の円環状の部材である。これには１６の通し穴Ｄ₁ 〜Ｄ₁₆が穿孔される。 これらは上流段からの吹き出し口であるＣ₁ 〜Ｃ₈ から等距離になるように配置 される。

【００２６】 Ｄ₁₆Ｃ₁ ＝Ｄ₁ Ｃ₁ ＝Ｄ₂ Ｃ₂ ＝Ｄ₃ Ｃ₂ ＝Ｄ₄ Ｃ₃ ＝Ｄ₅ Ｃ₃ ＝Ｄ₆ Ｃ₄ ＝Ｄ ₇ Ｃ₄ ＝Ｄ₈ Ｃ₅ ＝Ｄ₉ Ｃ₅ ＝Ｄ₁₀Ｃ₆ ＝Ｄ₁₁Ｃ₆ ＝Ｄ₁₂Ｃ₇ ＝Ｄ₁₃Ｃ₇ ＝Ｄ₁₄ Ｃ₈ ＝Ｄ₁₅Ｃ₈ （７）

【００２７】 となる。であるから、これら１６の通し穴からチャンバ内へ出るガスの流量が同 一になる。最下流段のガスプレ−トについては図１に示すように、内方に向かう 通し穴Ｅをやはり均等に設けても良い。

【００２８】 この例は４枚のガスプレ−トがある場合であるが、これ以上に増やすことがで きる。この場合も上流段の通し穴の２倍の通し穴を設け、上流段の吹き出し口が 通し穴の中間位置に当たるようにする。つまりＮ枚のガスプレ−トを用いると２ ^N の通し穴から均等にガスを吹き込むことができる訳である。 ｍ枚目のガスプレ−トのｋ番目の通し穴の位置は角度Θ_mkで規定できるが、

【００２９】 Θ_mk＝（２πｋ／２^m ）＋ π（１／２^m ） （８）

【００３０】 という簡単な式で表現できる。 このようにすることによりガス導入の均一性を大いに高めることができた。図 ９は本考案のガス導入部を有するＥＣＲプラズマエッチング装置の概略断面図で ある。チャンバのガス入口は一つであるが、４枚のガスプレ−トがあり、最終的 には１６個の吹き出し口がある。下流端に試料基板があるがここでの半径方向の プラズマの密度分布を測定した。これを図の中に示す。実線はガス圧力の大きい 場合である。破線はガス圧力の小さい場合である。ガス圧力に拘らず、プラズマ 密度は半径方向の偏りがない。全体に渡って均一である。

【００３１】 図１０は従来例にかかるガス導入口を備えたＥＣＲプラズマエッチング装置の 試料基板近傍のプラズマの分布を示す。ガス導入口に近いほうのプラズマ密度が 大きい。ガス圧力が低いときは特にこの差が著しく現れる。ガス圧が低いとガス 分子の平均自由行程が長くなり衝突が少なくエネルギ−の交換が起こらないので 分布が緩和しないのである。マイクロ波プラズマを使う場合、１０^-3〜１０^-5Ｔ ｏｒｒの高真空にするので、このような場合に重大な問題になろう。

【００３２】 本考案はチャンバ上部外周の吹き出し口から等量ずつガスを吹き出すのでチャ ンバ内部でのガス圧に偏りがない。当然にプラズマの密度も均一になる。プラズ マでエッチングする場合はエッチング速度が一定になる。プラズマで薄膜形成を する場合は膜厚が同一になる。プラズマをせずにガスを分解して化学反応させる 場合も反応種が均一に分布するから作用も均一になる。

【００３３】

【考案の効果】

本考案は真空チャンバの内部にガスを均一に導入できるので、空間的に均一な ガス反応を起こさせることができる。容器中にガスを導入する必要のある全ての 装置に適用することができる。例えばイオン源、ＣＶＤ装置、プラズマ発生装置 、エッチング装置などに応用できる。応用範囲の広い優れた考案である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のガス供給装置の構造を示す真空チャン
バの断面図。

【図２】第１ガスプレ−トの平面図。

【図３】第２ガスプレ−トの平面図。

【図４】第３ガスプレ−トの平面図。

【図５】第４ガスプレ−トの平面図。

【図６】分岐配管を持ち二つのガス導入口からガスを導
入するようにした従来例に係る真空チャンバの例を示す
断面図。

【図７】図６の平面図。

【図８】チャンバ内部に多孔ダクトを有する従来例に係
る真空チャンバの断面図。

【図９】本考案をＥＣＲエッチング装置に適用して試料
面でのプラズマ密度を測定し断面図とともに示した図。

【図１０】従来例に係る装置において試料面でのプラズ
マ密度を測定し断面図とともに示した図。

【符号の説明】

１ フランジ ２ 容器 ３ ガス導入口 ４ 第１ガスプレ−ト ５ 第２ガスプレ−ト ６ 第３ガスプレ−ト ７ 第４ガスプレ−ト

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバにガスを導入する機構であ
   って、真空チャンバ内部空間にガスの上流側から下流側
   に積層された複数の円環状のガス流路を設け、隣接する
   ガス流路が底面に穿たれた通し穴で接続され、通し穴の
   数が下流へ行くほど多くなり、通し穴は円周方向にほぼ
   均等に分布し、隣接する通し穴が軸方向に一致しないよ
   うに配置されており、ガスは上流方向から下流方向へ分
   割されながら流れて行き、最下流段の通し穴からチャン
   バの内部へ吹き出すようにした事を特徴とするマルチプ
   レ−ト型流体導入箱。