JPH11350143A

JPH11350143A - 成膜装置

Info

Publication number: JPH11350143A
Application number: JP15305698A
Authority: JP
Inventors: Seiji Onoe; 誠司尾上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 1999-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶や半導体装置の製造装置であるＣＶＤ装
置等の成膜装置で、特に、反応室内の被加工物に活性化
ガスを適正に供給・制御し、被加工物の膜厚のばらつき
を低減する。【解決手段】プラズマ反応室１の内部のシャワープレ
ート７の厚さを制御することで反応ガスの供給量を制御
し、被加工物２に生成された薄膜の膜厚ばらつきを低減
させることができ、ガラス基板等の膜厚分布を効率よく
改善することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置や半
導体装置の製造装置のうち、薄膜の生成に用いられる成
膜装置、特にＣＶＤ（化学的気相成長）装置に関し、反
応室内の被加工物に対して均一にガスを供給・制御して
加工物の膜厚のばらつきを低減しようとするものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置などを製造する際に用いら
れＣＶＤ装置においては、ガラス基板上に薄膜の生成が
要求される。平行平板型と呼ばれるプラズマＣＶＤ装置
では、反応室内に上部電極と下部電極が対向して配置さ
れ、下部電極上に載置された被加工物であるガラス基板
に対して、上方からシャワープレートを介してガスを供
給している。

【０００３】このような装置を用いて成膜を行った場
合、反応室内に不均一なガスの流れが生じたり、ガラス
基板の中央部とエッジ部で逃す流量に差が生じ、均一な
厚さの薄膜が得られないことがある。そこで、ガラス基
板面に対して供給されるガスの量を均一にし、生成され
る薄膜の厚さ分布を補正・調整する方法として、特開平
７−６９６１号公報に記載された方法がある。

【０００４】ここに開示されている膜厚分布を補正・調
整する方法は、シャワープレート上にリングや円盤など
の遮蔽物を載せ、シャワープレートを通過するガスの量
を調整することで補正・調整している。

【０００５】それらの構造を図面を参照して説明する
と、図７はプラズマ気相成長装置の構成図で、真空ポン
プ２４と上部・下部電極２７、２５と電極間に高周波電
圧を印加する高周波発振器２１と真空反応室２３と成長
ガスを供給するガス導人部２２とこのガスを整流する整
流板（シャワープレート）２８とこの整流板上に、ウエ
ハ周辺部へのガス供給量を抑制する為の遮蔽物であるリ
ング２９を有している。リング２９は、アルミ導体で形
成され、必要に応じて電極板を交換することなしにリン
グ２９を取り付けるだけでガス供給量を抑制できる。

【０００６】これらの構成により、ウエハ２６の表面に
膜を成長する場合、真空ポンプ２１により排気されてい
る真空反応室２３内にガス導入部２２によってガスが供
給され電極２７に高周波発振器２１より高周波電圧を印
加する。電極２５はアースに接続されておりこれにより
電極間にプラズマが発生しガス導入部２２より導入され
た反応ガスが整流板２８上のリング２９に塞がれていな
いガス放出孔のみを通りウエハ２６の表面に膜が生成さ
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の遮蔽物
であるリングでシャワープレートの孔を塞ぐ方法では、
遮蔽物の下の膜厚がどのくらい補正できるか分からず、
遮蔽物の形状を決定するのに何回もの試行錯誤が必要で
ある。また、遮蔽物を置く位置によつて膜厚分布は変化
してしまうため、装置をメンテナンスするたびに遮蔽物
の位置を調整しなければならないという不具合が存在す
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、反応室内に設けられ被加工物を保持するテ
ーブルと、前記反応室内に反応ガスを供給する反応ガス
供給手段と、前記反応ガスを活性化するガス活性化手段
と、前記加工物と前記反応ガス供給手段の間に設けられ
た板厚が不均一なシャワープレートを有することを特徴
とする成膜装置にある。

【０００９】請求項２の発明による手段によれば、前記
ガス活性化手段は、前記テーブルに設けられた下部電極
と、該下部電極と前記シャワープレートを挟んで対向配
置させた上部電極とからなることを特徴とする請求項１
記載の成膜装置にある。

【００１０】請求項３の発明による手段によれば、前記
ガス活性化手段は、前記テーブルに設けられた被加工物
加熱手段であることを特徴とする請求項１記載の成膜装
置にある。

【００１１】請求項４の発明による手段によれば、前記
シャワープレートは、多数の微細な孔が均等に分散され
て穿孔されていることを特徴とする請求項１乃至３の何
れかに記載の成膜装置にある。

【００１２】

【発明の実施の形態】成膜装置の反応室内でのガスの流
れの制御は、基本的には一般に行われている流体の流れ
の制御の一つであるので様々な方法が可能であるが、反
応室内のガスの流れの制御はきわめて高い精度が要求さ
れるため、シャワープレートを用いてガスの流れの制御
を行う場合についても、かなりの制約条件が存在する。

【００１３】例えば、シャワープレートの孔の大きさを
変える方法を用いると、一つの孔から流れ出るガス流量
は孔径の３〜４乗に比例するため、例えばガラス基板の
中央部とエッジ部で２０％の膜厚差があるときは、孔径
の比は１：１．０６２になる。

【００１４】一般的にシャワープレートの孔径はΦ０．
１ｍｍ〜１．０ｍｍで、この比を再現させるためには、
Φ１．０ｍｍのときに加工精度６０μｍが要求されるこ
とになる。また、中央部相当位置とエッジ部相当位置と
で緩やかに比を変えるとなると非常に加工が煩雑で、特
に、液晶基板等に用いる大型ガラス基板では、多くの孔
が必要であるため製作は極めて困難である。

【００１５】また、孔の分布密度を変える方法を用いる
と、孔の分布密度を緩やかに変えるのが困難で、例え
ば、基板サイズが５００×４００mm程度だと、孔の個数
は数千個にもなり、孔の分布密度を変化させるのは設
計、製作とも実際問題として非常に困難である。

【００１６】これらの事情から、本発明ではシャワープ
レートの板厚を変化させることでそれらの不具合点を解
消した。

【００１７】以下本発明の実施の形態を図面を参照して
説明する。

【００１８】図１は、本発明の実施の一実施形態を示す
液晶用ＣＶＤ装置の概略縦断面図である。反応室１の内
部にはガラス基板２を保持する下部電極を兼ねた基板ス
テージ３が設置され、ガラス基板２を反応室１の上壁の
中央部に設置されたガス供給部４に対向するように保持
されている。また、反応室１の上壁には基板ステージ３
に対向してＲＦ電源部５に接続した上部電極６が設けら
れ、反応室１の内部の上部、下部電極３、６の間にシャ
ワープレート７が設けられている。

【００１９】なお、上部電極６はこの場合、反応室１の
上壁に設けたが、シャワープレート７にＲＦ電源から直
接電圧を印可して、シャワープレート７を上部電極とし
て用いることもできる。その際は、反応室１の上壁に設
けた上部電極６は不用になる。

【００２０】このシャワープレート７はステンレス又は
アルミ製で多数の微細な孔８（Φ０．１ｍｍ〜１．０ｍ
ｍ）がシャワープレート７の中心に対して対称に孔設さ
れている。また、図１に示すように板厚は中央部が最も
厚く周辺に行くに従って直線状に徐々に薄くなるように
形成されている。

【００２１】この板厚の変化形状の形成は、シャワープ
レート７の上流、下流の圧力分布が一様であるとする
と、シャワープレート７の１つの孔８に流れる流量は、
孔径の４乗に比例し、孔深さの自乗に比例することが基
本になっている。そのため、ガスの流量とガラス基板２
に成膜された薄膜の厚さはほぼ比例関係にあるので、膜
が薄い部分の膜厚を厚くしたい分だけ、その部分のシャ
ワープレート７を薄くすることで、精度よく薄膜の膜厚
を制御することが可能になる。

【００２２】実際の工程は、まず、厚さが一様なシャワ
ープレート７で成膜を行い膜厚分布を求める。その膜厚
分布の結果に応じてシャワープレート７を加工する。

【００２３】例えば、図２（ａ）はシャワープレート７
の厚さが全面で均一であるときのＣＶＤ装置の構造を示
す概略縦断面図で、図２（ｂ）は図２（ａ）の装置で成
膜を行ったときのグラフである。つまり、基板ステージ
３にセットされたガラス基板２に生成された膜厚分布
が、図２（ｂ）のように基板中央部とエッジ部の膜厚比
が１０：８になった場合に示すように、シャワープレー
ト７の下面側を中央からエッジに向かつて２５％の勾配
を持つように設定すると、基板エッジ部で中心よりも２
５％多くガスを供給することができて、膜厚分布をほぼ
均一にすることができる。

【００２４】また、このシャワープレート７を用いて処
理したガラス基板２の膜厚は、計算上は必ず膜厚の面内
変化は連続したなだらかな分布が形成される。ただし、
シャワープレート７の加工精度がよくない場合（例え
ば、孔８の径分布に大きな誤差がある場合や、孔８が明
いてない場合や、孔８径の精度が悪い場合等）は、なだ
らかな分布にならずに、一部が突出した分布になること
がある。

【００２５】上記実施の形態では、前提として、均一に
孔８が分布しているシャワープレート７（なだらかな分
布を持つ）を対象としているが、必ずしもそれに拘るも
のではなく、一部が突出した分布を持つものでも対応は
可能である。

【００２６】すなわち、図４は膜厚分布（ａ）とそれに
対応したシャワープレート７の厚さの変化（ｂ）を示す
グラフである。仮に最初の膜厚分布が（ａ）の折れ線で
示すように±３０％であるならば、シャワープレート７
の厚さは図４のグラフの折れ線（ｂ）のように変化させ
ればよいことを確認している。

【００２７】なお、反応室１は真空ポンプ９に接続され
予め真空状態に保持されている。従って、反応室のガス
供給部４から供給された反応ガスは、反応室１の下部に
接続された真空ポンプ９によって反応室１の内部を上部
から下部へ流れるガス流路を形成している。

【００２８】また、本実施例は、液晶用プラズマＣＶＤ
の場合を説明したが、ガラス基板２をヒータで加熱する
熱ＣＶＤにも適用することができる。

【００２９】なお、上述の実施の形態では、シャワープ
レート７の板厚の変化を上面が平坦で下面を山形或いは
谷形に形成したが、逆に上面を山型或いは谷形、下面を
平坦に形成したり、或いは、両面に山形或いは谷形を形
成しても同様な作用が得られる。

【００３０】さらに、変形例として、図５（ａ）（ｂ）
に示すようにシャワープレート７の上下面ともに平坦に
形成して、所定箇所の孔８にざぐり孔１０ａ、ｂ、ｃ、
ｄを入れて孔８の深さとざぐり１０ａ、ｂ、ｃ、ｄの大
きさを調整しても同様な作用が得られる。

【００３１】図６は、その際のざぐり孔１０ｅ、１０
ｆ、１０ｇの大きさと膜厚分布との相関を示す説明図
で、折れ線（ａ）は膜厚分布でありそれに対応してざぐ
り孔１０（ｅ）、１０（ｆ）、１０（ｇ）、１０
（ｈ）、１０（ｉ）の深さを調節する。

【００３２】また、装置のメンテナンスに関しても、従
来の技術で行われていたような遮蔽物（リング２９）を
用いてシャワープレート７上に載置する方法では、メン
テナンスの度ごとにシャワープレート７にその都度調整
して載置する必要があるが、本発明のようにシャワープ
レート７自体の厚さを変化させた方法では、シャワープ
レート７は反応室１の壁に対して位置精度が十分に確保
されているので、メンテナンス毎の調整はほとんど不要
である。

【００３３】また、従来の技術の様に遮蔽物（リング２
９）をシャワープレート７上に載置すると、遮蔽物の直
下は遮蔽板によって反応ガスの供給が断たれるため、そ
の部分には反応ガスを周囲からの供給で賄わざるを得な
いため、その部分の膜厚の制御が極めて困難になる。そ
れに対して、本発明では、反応ガスの供給が断たれる箇
所が存在しないため、膜厚の制御が困難な箇所は存在し
ないので、正確な膜厚の制御が可能である。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、成膜装置内のシャワープレー
トの厚さを制御することで、被加工物に対して供給され
る反応ガスの供給量を制御し、被加工物に生成された薄
膜の膜厚ばらつきを低減させることができ、ガラス基板
等の膜厚分布を効率よく改善することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一実施形態を示すＣＶＤ装置の
概略縦断面図。

【図２】（ａ）はシャワープレートの厚さが全面で均一
であるときのＣＶＤ装置概略縦断面図で、（ｂ）はその
膜厚分布を示すグラフ。

【図３】シャワープレートの厚さ分布を示すグラフ。

【図４】膜厚分布とそれに対応したシャワープレートの
厚さ変化を示すグラフ。

【図５】（ａ）本発明の変形例で、上下面平行なシャワ
ープレートの所定箇所の孔にざぐりを入れて孔の深さを
変化させた横断面図。（ｂ）同じく別の例の横断面図。

【図６】ざぐり孔の大きさと膜厚分布との相関を示すグ
ラフ。

【図７】従来のプラズマ気相成長装置の概略構成を示す
縦断面図。

【符号の説明】

１…反応室、２…ガラス基板、３…基板ステージ、４…
ガス供給部、５…ＲＦ電源部、６…上部電極、７…シャ
ワプレート、８…孔、９…真空ポンプ、１０ａ、ｂ、
ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ…ざぐり孔、２１…高周波発振器、
２２…ガス導入部、２４…真空ポンプ、２５…下部電
極、２６…ウエハー、２７…上部電極、２８…整流板、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応室内に設けられ被加工物を保持する
テーブルと、前記反応室内に反応ガスを供給する反応ガ
ス供給手段と、前記反応ガスを活性化するガス活性化手
段と、前記加工物と前記反応ガス供給手段の間に設けら
れた板厚が不均一なシャワープレートを有することを特
徴とする成膜装置。
【請求項２】前記ガス活性化手段は、前記テーブルに
設けられた下部電極と、該下部電極と前記シャワープレ
ートを挟んで対向配置させた上部電極とからなることを
特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】前記ガス活性化手段は、前記テーブルに
設けられた被加工物加熱手段であることを特徴とする請
求項１記載の成膜装置。
【請求項４】前記シャワープレートは、多数の微細な
孔が均等に分散されて穿孔されていることを特徴とする
請求項１乃至３の何れかに記載の成膜装置。