JPH0334538A - 光励起反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は光化学反応を利用して薄膜を形成する光励起反
応装置の改良に関する。

（従来の技術） 近年、光エネルギーによる化学反応を利用し、化合物ガ
スを分解して半導体ウェハ、ガラスなどの試料表面に薄
膜を形成する方法が開発されている。この方法は光ＣＶ
Ｄと称され、通常の薄膜形成法に比較して低温で膜形成
ができることや、荷電粒子によるダメージがないなどの
特長を有している。このため、光ＣＶＤは今後の薄膜形
成技術において重要な位置を占めるものとして注目され
ている。

しかし、光ＣＶＤ法では、光透過窓表面での成膜に起因
する問題・がある。すなわち、一部の絶縁膜を除いて、
目的とする膜は使用する光の波長に対して不透明である
。このため、光の照射時間が長くなるにつれて、光透過
窓表面に形成される膜の膜厚が厚くなって反応室内へ入
射される光の強度が低下し、膜厚の厚い膜を堆積させる
ことが困難になるという問題がある。

この問題を解決するために、従来、以下のような方法が
提案されている。

例えば、光透過窓に、蒸気圧が低くかつ使用する光の波
長に対して透明な油を塗布し、膜が付着するのを防止す
る方法が提案されている。しかし、この方法では、油の
成分が不純物として膜中に取り込まれるおそれがある。

また、光透過窓に不活性ガスを吹き付ける方法も提案さ
れている。しかし、この方法では、反応室内の圧力が高
くなり、原料ガスが希釈される結果、試料表面での膜の
堆積速度が低下するという問題がある。

また、光透過窓を二重にし、光透過窓間の空間に冷媒を
流して冷却する方法も提案されている（特開昭８１−１
３９０２２号公報）。この方法では、前述した問題を招
くことなく、光透過窓を冷却することにより光透過窓表
面での成膜を抑制することができ、試料表面に膜厚の厚
い膜を堆積することが容易になる。しかし、この方法で
は、二重になった光透過窓間の空間への入口側と出口側
とで冷媒に温度差が生じ、したがって光透過窓にも温度
差が生じて、光透過窓表面での成膜の状態が違ってくる
おそれがある（すなわち光透過窓表面では冷媒の入口側
では膜が薄く、出口側では膜が厚くなる）。この場合、
試料表面の位置によって光源から照射される光の強度が
異なり、膜の堆積速度が異なってくるため、試料表面に
堆積される膜の膜厚にばらつきが生じる。この傾向は、
試料の大型化に応じて光透過窓が大面積化するに伴い、
ますます顕著になってくる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は前述した従来の問題を解決しようとするもので
あり、膜中への不純物の取り込みを招くことなく、光透
過窓表面への膜の堆積を防止又は低減することにより、
試料表面に膜厚が厚くかつ均一な膜を堆積できる光励起
反応装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決する手段） 本発明の光励起反応装置は、反応室内に試料を収容して
原料ガスを導入し、光源から光透過窓を通して前記反応
室内へ光を入射することにより、前記原料ガスを光励起
分解し、前記試料表面に膜を形成する光励起反応装置に
おいて、前記反応室と前記光源との間に間隔を隔てて設
けられた複数の光透過窓と、前記光源からの光の入射方
向に沿って設けられ、光透過窓間の空間を複数の空間に
分割する隔壁と、前記隔壁によって分割された光透過窓
間の複数の空間にそれぞれ冷媒を供給する冷却手段とを
具備したことを特徴とするものである。

本発明の光励起反応装置には、隔壁によって分割された
光透過窓間の複数の空間に供給される冷媒の流れ方向が
、隣接する空間で逆向きとなるような供給手段を設ける
ことが好ましい。

また、本発明の光励起反応装置には、光源を光透過窓と
平行な面内で揺動させる駆動機構を設けることが好まし
い。

（作　用） 本発明の光励起反応装置を用いれば、反応室と光源との
間に間隔を隔てて複数の光透過窓を設け、光透過窓間の
空間を隔壁によって複数の空間に分割し、分割された光
透過窓間の複数の空間にそれぞれ冷媒を供給するので、
光透過窓を冷却することにより光透過窓表面での成膜を
抑制することができ、しかも光透過窓を従来よりも均一
に冷却することができるので、試料表面に膜厚が厚くか
つ均一な膜を堆積できる。特に、試料表面、に堆積させ
る目的の膜が、高温では堆積するが、低温では堆積しな
いか又は堆積速度が小さいものの場合、効果が大きい。

また、隔壁によって分割された光透過窓間の複数の空間
に供給される冷媒の流れ方向が、隣接する空間で逆向き
と・なるように冷媒を供給すれば、光透過窓をより一層
均−に冷却することができるので、試料表面に堆積され
る膜の膜厚を均一化するのに効果がある。更に、光源を
光透過窓と平行な面内で揺動させれば、試料表面の位置
にかかわりなく光源から照ａ・ｔされる光の強度を均一
化することができるので、試料表面に堆積される膜の膜
厚を均一化するのに効果がある。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１
図は本発明に係る光ＣＶＤ装置の概略構成図、第２図は
同光ＣＶＤ装置の光透過窓間の空間に設けられた隔壁を
示す平面図である。

第１図において、反応容器１の内部が反応室となり、こ
の反応容器１の底部には試料台２が設けられ、この試料
台２上に例えばガラス基板からなる試料２０が載せられ
る。試料台２の内部には試料２０を加熱するヒーター３
が設けられている。化合物ガスを含む原料ガスはガス供
給部４から反応容器１内へ導入され、反応容器１内のガ
スは排気ポンプ５により排気される。反応容器１の上面
の試料台２上に対応する位置には第１の光透過窓６が取
り付けられている。反応容器１の上部にはランプハウス
７が設けられ、このランプハウス７の下面には、第１の
光透過窓６と平行に所定間隔を隔てて、第２の光透過窓
８が取り付けられている。

ランプハウス７内には、紫外光を反射する反射板９を介
して、第２の光透過窓８の近傍に低圧水銀ランプｌＯが
設けられている。不活性ガスが不活性ガス供給配管１１
を通ってランプハウス７内に供給されてランプハウス７
内がパージされ、ランプハウス７内から不活性ガス排出
配管１２を通って排出される。

第１の光透過窓６と第２の透過窓８との間の空間は、第
２図に示すように、低圧水銀ランプｌＯからの光の入射
方向（鉛直方向）に沿って平行に設けられた複数の隔壁
１３により、複数の空間に分割されている。これらの隔
壁ｉ３は光透過窓と同一の材質で形成されている。隔壁
１３によって分割された複数の空間には、互いに隣接す
る空間で冷媒の流れ方向が逆方向になるように、それぞ
れ冷媒供給配管１４及び排出配管１５が接続されている
。冷媒（例えば窒素ガス）は冷却装置１６から供給配管
１４を通って第１及び第２の光透過窓６．８間の空間に
供給され、第２図中矢印で示すように互いに隣接する空
間で逆方向に流れ、冷媒排出配管１５を通って伶却装置
１６へ循環される。

この先ＣＶＤ装置を用いて試料２０表面にアモルファス
・シリコン膜を形成する場合について説明する。

反応容器１内に試料２０としてガラス基板を収容し、排
気ポンプ５により反応容器１内を減圧し、ヒーター３に
より試料２０の温度を２５０℃まで昇温する。一方、冷
媒として用いられる窒素ガスを冷却装置１６で冷却し、
冷媒供給配管１４を通して第１及び第２の光透過窓６．
８間の空間に供給し、冷媒排出配管１５を通って冷却装
置１６へ循環することにより、第１の光透過窓６を一１
Ｏ℃に冷却する。

ガス供給部４から反応ガスとして水銀を含むモノシラン
（ＳｉＨ４）を、流ｆｉｔ　ｌＯ１０５ｃ、圧力０．３
Ｔｏｒｒで反応容器１内へ導入する。低圧水銀ランプＩ
Ｏから波長２５４■及び１８５　ｎｍの紫外線を、第２
の光透過窓８、第１の光透過窓６を通して反応容器１内
に収容された試料２０上に照射する。この結果、試料２
０表面にアモルファス・シリコン膜が堆積される。なお
、冷媒として用いられる窒素ガスは波長２５４■及び１
８５　ｒ＋ｍの紫外線をほとんど吸収しない。

この条件では、試料２０表面にアモルファス・シリコン
膜が膜厚的ｔｏｇまで堆積されても、第１の光透過窓６
の表面には膜の堆積はほとんど起こらなかった。そして
、試料２０表面に堆積されたアモルファス・シリコン膜
の膜厚のばらつきは±ｌＯ％であった。

また、前述した構成に加え、低圧水銀ランプ１０を光透
過窓と平行な面内で揺動させる駆動機構（図示せず）を
設けた光ＣＶＤ装置を用い、前記と同一の条件で試料表
面にアモルファス・シリコン膜を堆積した場合、膜厚の
ばらつきは±５％であった。

これに対して、光透過窓が１つだけであり、光透過窓の
冷却が行われない従来の光ＣＶＤ装置を用い、前記と同
一の条件で試料表面にアモルファス・シリコン膜を堆積
した場合、膜厚のばらつきは±１５％であった。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施する
ことができる。

例えば、試料表面に堆積させる目的の膜は、アモルファ
ス・シリコン膜に限らず、基板温度が低いと堆積が起ら
ないか、又は堆積速度が低いものであればどのような膜
でもよい。また、目的の膜がアモルファス・シリコン膜
である場合、原料ガスはモノシランに限らず、ジシラン
（Ｓ１２Ｈ６）などでもよく、更にこれらにジボラン（
８２Ｈ６）ホスフィン（ＰＨ３）、アセチレン（Ｃ２Ｈ
２）などを混合さ・せてもよい。また、原料ガスに水銀
を含ませず、直接励起により反応させてもよい。

反応条件、例えば反応容器内の圧力、原料ガスの流量、
基板温度、光透過窓の冷却温度などは、目的とする膜に
応じて適宜設定することができる。

光源は、低圧水銀ランプに限らず、重水素ランプ、希ガ
スのマイクロ波放電による光源などでもよい。ヒーター
は抵抗加熱ヒーターに限らず、ハロゲンランプなどでも
よい。冷媒は窒素ガスに限らず、光源から照射される光
の吸収が小さいものであれば、気体でも液体でもよく、
気体としては例えばヘリウム、アルゴン、キセノンなど
の不活性ガスや水素など、液体としては例えばパーフル
オロポリエーテルなどを用いることができる。また、前
記実施例では冷媒を循環させたが、冷媒として窒素ガス
のように比較的安価なガスを用いた場合、必ずしも循環
させる必要はなく、大気中へ放出して回収しなくてもよ
い。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の光励起反応装置を用いれ
ば、光透過窓を均一に冷却して光透過窓表面のどの位置
でも成膜を抑制することができるので、試料表面に充分
厚くかつ膜厚の均一な膜を堆積できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光ＣＶＤ装置の概略構゛成図、第
２図は同光ＣＶＤ装置の光透過窓間の空間に設けられた
隔壁を示す平面図である。 １・・・反応容器、２・・・試料台、３・・・ヒーター
４・・・ガス供給部、５・・・排気ポンプ、６・・・第
１の光透過窓、７・・・ランプハウス、８・・・第２の
光透過窓、９・・・反射板、１０・・・低圧水銀ランプ
、１１・・・不活性ガス供給配管、１２・・・不活性ガ
ス排出配管、１３・・・隔壁、１４・・・冷媒供給配管
、１５・・・冷媒排出配管、１６・・・冷却装置、２０
・・・試料。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応室内に試料を収容して原料ガスを導入し、光
   源から光透過窓を通して前記反応室内へ光を入射するこ
   とにより、前記原料ガスを光励起分解し、前記試料表面
   に膜を形成する光励起反応装置において、前記反応室と
   前記光源との間に間隔を隔てて設けられた複数の光透過
   窓と、前記光源からの光の入射方向に沿って設けられ、
   光透過窓間の空間を複数の空間に分割する隔壁と、前記
   隔壁によって分割された光透過窓間の複数の空間にそれ
   ぞれ冷媒を供給する冷却手段とを具備したことを特徴と
   する光励起反応装置。
2. （２）隔壁によって分割された光透過窓間の複数の空間
   に供給される冷媒の流れ方向が、隣接する空間で逆向き
   となるような供給手段を設けたことを特徴とする請求項
   （１）記載の光励起反応装置。
3. （３）光源を光透過窓と平行な面内で揺動させる駆動機
   構を設けたことを特徴とする請求項（１）記載の光励起
   反応装置。