JPH0620959A - 光化学気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 反応槽内における反応のキレを良くし、膜厚
や界面を制御できるようにした光化学気相成長装置。 【構成】 光透過窓７を通して紫外光または真空紫外光
を反応槽１内へ照射し導入された反応ガスを分解させて
基板３上に膜を堆積させる光源８と反応槽１との間に光
学的に隔離するシャッタ機構１７を設けた光化学気相成
長装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紫外光または真空紫外
光を反応槽内に照射することにより反応槽内に導入され
た反応ガスを励起し化学反応を促進させて膜形成を行う
光化学気相成長装置（以下、単に光ＣＶＤ装置と記載す
る）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の光ＣＶＤ装置として同日出願の
特願平３−８４０４３号において、添付図面の図４に示
すように、反応槽Ａ内に温度可変のサセプタＢを配置
し、このサセプタＢに成膜すべき基板Ｃを装着し、反応
槽Ａの側壁部には基板Ｃ上に反応ガスを導入する薄いス
リット状の開口Ｄを備えたノズルＥを設け、反応槽Ａの
底壁部の端部分には反応ガスを排出させる排気口Ｆを設
け、また反応槽Ａの上部には紫外光または真空紫外光を
放射する光源Ｇと光源Ｇから放射された光の損失を防ぐ
ため反射板Ｈとを収容した光源室Ｉを設け、この光源室
Ｉと反応槽Ａとの間を合成石英から成る光透過窓Ｊで仕
切り、さらに、反応槽Ａ内においてサセプタＢの上方に
は多数の小孔を備えた合成石英製の不活性ガス噴出板Ｋ
及びフローガード枠体Ｌに合成石英製の多数のフローガ
ードプレートＭを一定間隔に配列したフローガード部材
が反応槽Ａの上壁部に固定したものを提案した。そして
この装置では、反応槽Ａの上壁部を通して設けられた導
管Ｎから導入されるパージガスを光透過窓Ｊと不活性ガ
ス噴出板Ｋとの間の隙間、不活性ガス噴出板Ｋの各小
孔、及びフローガード部材の各フローガードプレートＭ
間を通って噴出させることにより、ノズルＥから導入さ
れる反応ガスを基板の近傍に集中させると共に光源室Ｉ
と反応槽Ａとを仕切っている光透過窓Ｊに膜が付着して
光強度が低下しないようにしている。

【０００３】このような光ＣＶＤ装置を用いて膜を形成
する際、まず、流量調節した不活性ガスを不活性ガス噴
出板Ｋを通して、また流量調節した反応ガスをノズルＥ
から反応槽Ａ内に導入する。一方サセプタＢ上に装着し
た成膜すべき基板Ｃは予め所望の温度まで加熱され、反
応ガス及び不活性ガスの流れが定常状態となったところ
で、導入された反応ガスを分解させるため光源Ｇを点灯
して光透過窓Ｊ及び光透過性の不活性ガス噴出板Ｋを通
して反応槽Ａ内に紫外光または真空紫外光を照射させ
る。また同一の基板上に幾つかの種類の膜を形成する場
合には第１の膜の形成後、一旦光源Ｇを消灯し、反応ガ
スを入れ替え、再びガスの流れが定常状態となった段階
で光照射を行い、この操作を繰返すことにより所望の膜
構造が形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記の光ＣＶ
Ｄ装置を含めて従来の光ＣＶＤ装置では光源から照射さ
れる光の強度が一定になるまでに時間がかり、そのため
膜厚の精密な制御が困難となる問題がある。すなわち、
添付図面の図５に示すように、一般に光ＣＶＤ装置にお
いては光源の点灯後光の強度は直ぐには一定とならず、
一定となるまでには約10分の時間が経過していることが
認められる。このような点灯から光の強度が一定となる
までの10分の間にどの程度の膜が堆積したかは全く不明
である。一般に長時間の成膜に関しては、このような点
灯初期における光の強度の不安定性はそれ程大きな影響
を与えないが、太陽電池や薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）、或いは超格子等のデバイスにおける薄膜を形成す
る場合には、光強度の初期不安定性は膜厚の見積もりに
対して大きな誤差となる。放電が安定するまでに一定の
時間が必要であることがこの不安定性の最大の原因であ
るが、光源装置がこのような光強度特性を持つ以上、薄
膜の膜厚を制御することは非常に困難であり、設計通り
のデバイスを製作することができない等の問題を引き起
こすことになる。

【０００５】そこで、本発明は、このような光源特性に
伴う問題点を解決して、反応槽内における反応のキレを
良くし、膜厚や界面を制御できるようにした光ＣＶＤ装
置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による光ＣＶＤ装置は、反応ガスを導入す
る反応ガス導入口及び光透過窓を備えた反応槽と、光透
過窓を通して紫外光または真空紫外光を反応槽内へ照射
し導入された反応ガスを分解させて基板上に膜を堆積さ
せる光源と、光源と反応槽とを光学的に隔離するシャッ
タ機構とを有することを特徴としている。

【０００７】

【作用】このように構成した本発明の光ＣＶＤ装置にお
いては、シャッタ機構は光源から反応槽内への光の照射
を制御し、閉の状態では光源が点灯していても光源から
放射された光が光透過窓を通って反応槽内へ入り込むの
が防止され、シャッタ機構を開の状態にすることにより
反応を開始させることができる。すなわち、成膜開始の
充分前に光源を点灯し、光源からの光強度が安定するま
でシャッタ機構により反応槽内への光の照射を阻止する
ようにされる。従って単にシャッタ機構の開閉動作のみ
によって反応の開始、終了を制御することができると共
に、常に一定の光強度で反応槽内への光の照射を行うこ
とができるようになる。その結果、他の条件を一定にし
てさえおけば、所望の材料の所望の膜厚を成膜時間のみ
で制御することができ、多層膜や超格子等のデバイスを
製作することが可能となる。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面の図１〜図３を参照して本発
明の実施例について説明する。図１には、本発明を光Ｃ
ＶＤ装置に適用した実施例が示されている。図示光ＣＶ
Ｄ装置において、１は真空槽すなわち反応槽で、その内
部には温度可変のサセプタ２が設けられ、このサセプタ
２上に膜成長の行われる基板３が装着されている。真空
槽１の側壁には反応性ガスを導入するための薄いスリッ
ト状の開口４をもつノズル５が設けられ、このノズル５
は外部導管６を介して図示してない反応ガス供給源に結
合されている。ノズル５はAl合金から成り、そしてサセ
プタ２上の基板３の表面上にほぼ平行に反応ガスを導入
できるように位置決めされている。尚、光ＣＶＤ法でし
ばしば用いられる水銀増感法の場合には、ノズル５を構
成しているAl合金が水銀と反応してダストを生じさせる
可能性があるので、このような反応を防止するためにノ
ズル５には陽極酸化被膜処理が施され得る。また真空槽
１の上壁には、基板３に対向した位置に合成石英から成
る光透過窓７が設けられ、その外側には紫外光または真
空紫外光を放射する光源８と光源８からの紫外光または
真空紫外光を反射させて光透過窓７を介して基板３上へ
指向させ、光の損失を防ぐ反射板９とを収容した光源室
10が取付けられている。光透過窓７の内側表面上には、
この光透過窓７の内側表面との間に若干隙間をあけて、
合成石英から成り、多数の小さなガス噴出孔を備えた不
活性ガス導入用の噴出部11が設けられ、この噴出部11と
光透過窓７の内側表面との間の隙間は真空槽１の上壁の
外側に取付けられた導管12を介して不活性ガス供給源
（図示してない）に結合されている。不活性ガス噴出部
11の下側にはフローガード部材13が取付けられている。
このフローガード部材13はフローガード枠体14内に薄い
合成石英板から成るフローガードプレート15を一定の間
隔をおいて取付けて構成されており、各フローガードプ
レート15はノズル５からの反応ガスの流れ方向を横切る
方向にのびしかも不活性ガス噴出部11から噴出される不
活性ガスをサセプタ２上の基板３に向って下向きに指向
させるように方向決めされている。従ってフローガード
部材13における各フローガードプレート15の高さは真空
槽１の内寸等に応じて任意に設定することができる。フ
ローガード部材13は不活性ガス噴出部11と共に真空槽１
の上壁の内側に固定されている。尚、真空槽１の底壁の
一端近くには図示したように排気口16が設けられてい
る。さらに、光透過窓７と光源室10との間にはシャッタ
機構17が設けられ、このシャッタ機構17はシャッタガイ
ド18に開閉自在に支持されたシャッタ19を備え、このシ
ャッタ19は図２に示すように空気シリンダ20により開閉
できるように構成されている。またシャッタ機構17は、
シャッタ19の閉時に光源８からの光が真空槽１内へ漏れ
て界面のダレのない多層膜を形成できなくなるのを防ぐ
ために、シャッタガイド18とシャッタ19との隙間はでき
るだけ狭く、例えば、1.0mm 以下にされ、またシャッタ
ガイド18及びシャッタ19の表面には紫外光または真空紫
外光の反射率の低いコーティングが施されている。通常
の光ＣＶＤ装置の場合のように光源８が大気側に設けら
れているため、光源８から放射される紫外光や真空紫外
光の酸素による吸収を防止する目的で、図示装置では光
源室10内の空気は窒素ガスによって常時パージされるよ
うに構成されており、そしてシャッタ19の閉時にはシャ
ッタガイド18とシャッタ19と光透過窓７とに囲まれる空
間の空気の窒素ガスによるパージが不十分となるため、
シャッタガイド18の下部には窒素ガス導入部21及び排出
部22が設けられ、光の透過する空間内に空気が残らない
ようにしている。

【０００９】このように構成した図示装置の動作につい
て以下説明する。装置を作動して基板上に膜を形成する
場合、例えば成膜開始20分以上前に予め光源８を点灯し
ておき、シャッタ19は閉状態に保持される。反応ガスは
流量調節して外部導管６からノズル５の薄いスリット状
の開口４を介して基板３の表面にほぼ平行にシート状に
導入される。このシート状の反応ガスの流れに対して不
活性ガス噴出部11から流量調節した不活性ガスが下向き
に導入される。またサセプタ２に組み込まれたヒータを
予め作動させて基板３を所望の温度まで加熱しておき、
反応ガス及び不活性ガスの流れが定常状態となった時点
で、シャッタ機構17の空気シリンダ20を作動してシャッ
タ18を開放し、光源８からの紫外光または真空紫外光を
反応槽１内へ照射して反応を開始させる。これにより反
応ガスは分解され、基板上に反応生成物が堆積され、こ
うして膜形成が行われる。

【００１０】図３には、シャッタ19の開閉に対して基板
３上の光強度がどのように対応するかの基本特性が示さ
れている。図３（Ａ）に示すようにシャッタ19を一分間
隔で開閉した場合、基板３上の光強度はシャッタ閉の時
には０、シャッタ開のときには1.0 （相対強度）とな
り、また図３（Ｂ）に拡大して示すように光の強度は、
シャッタの開閉時間（約0.5 秒）の間だけ変化している
ことが認められる。しかも、光源８は予め点灯されて安
定した状態にあるため、シャッタ19を開いた時には極め
て安定した光強度を与えることができる。従って、シャ
ッタ19の開閉のみで反応槽１内の反応の開始、終了を制
御することが可能となり、その場合、反応の不確定な要
素はあくまでもシャッタ19の開閉に要する時間（約0.5
秒）のみとなる。例えば、仮に50オングストローム／mi
n の成膜速度で50オングストロームの薄膜を堆積させる
場合に、全体の成膜時間に対してシャッタ19の開閉に要
する時間は僅かに1.7 ％に過ぎない。従ってきわてめ鋭
い反応開始、終了が可能となる。その結果、光の強度の
変化の実質的な影響なしにガスの切り替えとシャッタ19
の開閉のみで界面にダレがなくしかも膜厚の制御された
多層膜や超格子のようなデバイスを製作することが可能
となる。

【００１１】ところで、図示実施例では、シャッタガイ
ド18、シャッタ19及び光源室10は、光源８のパワーが強
い場合には直接光源８からの光及び熱の放射を受けて10
0 ℃を越える温度まで加熱される。そのため必要ならば
シャッタガイド18及びシャッタ19は冷却できるように内
部に水路を設けることもできる。また例示した装置では
光源は大気中に設置されているが、光源を真空槽内に設
けた構造でも本発明を実施することができる。

【００１２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
光ＣＶＤ装置においては、光源と反応槽との間に光学的
に隔離するシャッタ機構を設けているので、反応槽内へ
成膜開始と同時に安定した光強度をもつ紫外光または真
空紫外光を照射でき、それにより安定した再現性のある
膜厚制御を行うことができしかも界面のダレのない多層
膜や超格子等のデバイを製作することができる。また反
応槽における光化学反応をシャッタの開閉操作のみで制
御できるため、反応の切り替え時間を短縮でき、装置の
稼動率を大幅に向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す概略断面図。

【図２】 図１の装置におけるシャッタ機構を示す概略
斜視図。

【図３】 シャッタ機構の開閉による基板上における光
強度の変化の特性を示すグラフ。

【図４】 先行技術の一例として別個出願中の光ＣＶＤ
装置を示す概略断面図。

【図５】 従来の光ＣＶＤ装置における光源の基本特性
を示すグラフ。

【符号の説明】

１：反応槽 ３：基板 ５：反応ガス導入用ノズル ７：光透過窓 ８：光源 17：シャッタ機構

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 章敏 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 (72)発明者 中山 泉 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応ガスを導入する反応ガス導入口及び光
   透過窓を備えた反応槽と、光透過窓を通して紫外光また
   は真空紫外光を反応槽内へ照射し導入された反応ガスを
   分解させて基板上に膜を堆積させる光源と、光源と反応
   槽とを光学的に隔離するシャッタ機構とを有することを
   特徴とする光化学気相成長装置。