JPH0691018B2 - 光励起処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光励起化学反応を利用して基板上に薄膜を形
成したり、基板表面をエッチングする光励起処理装置の
改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、光エネルギーによる化学反応を利用し、原料ガス
を分解して半導体ウェハやガラス等の試料基板上に薄膜
を形成する方法が開発されている。この方法は光CVD法
と称され、通常の膜形成法と比較し、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等の特長を有
しており、今後の薄膜形成技術においても重要な位置を
占めるものとして注目されている。

第４図は従来の光CVD装置を模式的に示す概略構成図
で、（ａ）は横断面を、（ｂ）は縦断面を示している。
石英管43内に低圧水銀ランプ44が配置されており、外部
円筒45の内面に基板46が載置されている。石英管43と外
部円筒45との間の空間を10^-6［torr］台まで排気し、こ
の空間にモノシラン（SiH₄）と水銀を導入する。そし
て、基板46を抵抗加熱等により加熱し、水銀ランプ44を
点灯して基板46に紫外光を照射することにより、基板46
の表面に非晶質シリコン膜を堆積形成するものとなって
いる。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、中心部に光源が存在するので、薄膜の
堆積速度を速めるためには、石英管43と外部円筒45との
間の距離を短くし、基板46上での紫外光強度を大きくす
る必要がある。しかし、距離を短くすると、外部円筒45
に載置できる基板46の枚数が少なくなる。従って、大量
の基板を短時間で処理するのは困難であり、量産に適さ
ない等の問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、高い堆積速度或いはエッチング速度で
大量の基板を同時に処理することができ、スループット
の向上をはかり得る光励起処理装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、複数の光源を用いると共に、該光源の
内側及び外側に基板を配置できる構成とすることによ
り、スループットの向上をはかることにある。

即ち本発明は、原料ガス雰囲気中に配置された被処理基
板の表面に光を照射して、該基板表面に対し薄膜形成や
エッチング等を行う光励起膜形成装置において、一軸方
向に沿って配置されその外周面に複数の被処理基板を載
置する中心物体と、光を透過する材料からなり上記中心
物体の外側に該物体と同軸的に配置された第１の透明円
筒体と、光を透過する材料からなり上記第１の円筒体の
外側に該円筒体と同軸的に配置された第２の透明円筒体
と、この第２の透明円筒体の外側に該円筒体と同軸的に
配置され、その内面に複数の被処理基板を載置する外部
円筒体と、前記第１及び第２の透明円筒体間に配置され
前記各被処理基板に光を照射する複数の光源とを設ける
ようにしたものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光源が配置される空間の内側及び外側
に基板を配置できる構成としているので、大量の基板を
同時に処理することができる。さらに、光源と基板との
距離を近付けても、従来装置に比べ大量の基板を処理す
ることができる。つまり、薄膜の堆積速度或いは基板表
面のエッチング速度を速くでき、且つ大量の基板を同時
に処理することがきる。このため、スループットの大幅
な向上をはかり得る。

また、光源に対し、内側と外側とで薄膜の堆積速度を変
えることもでき、２種の堆積速度で複数の基板に同時に
薄膜を形成することができる。また、光源と中心物体及
び外部円筒体とを相対的に回転させる構成にすれば、光
強度の不均一性に起因する堆積速度の不均一化を未然に
防止することができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係わる光励起膜形成装
置を模式的に示す概略構成図であり、（ａ）は横断面を
示し、（ｂ）は横断面を示している。図中11は中心円筒
体であり、この円筒体11の外面には被処理基板16が載置
される。円筒体11の外側には、合成石英管からなる第１
の透明円筒体12及び該円筒体12よりも径の大きな第２の
透明円筒体13が、円筒体11と同軸的に配置されている。
透明円筒体12,13間には、例えば低圧水銀ランプからな
る複数の紫外光源14が配置される。即ち、円筒体12,13
間に、複数の棒状光源14が軸方向に沿って、且つ等間隔
に配置されている。第２の透明円筒体13の外側には、外
部円筒体15が配置されている。そして、この外部円筒体
15の内面には、被処理基板16が載置されるものとなって
いる。

次に、上記構成された本装置の作用について、アモルフ
ァスシリコン（ａ−Si）の形成を例にとり説明する。

まず、中心円筒体11と第１の透明円筒体12との間の空間
17及び第２の透明円筒体13と外部円筒体15との間の空間
18をそれぞれ10^-6［torr］台まで排気し、これらの空間
17,18に原料ガスとして水銀を含んだモノシラン（Si
H₄）ガス流量100［sccm］、圧力１［torr］で導入す
る。次いで、基板16を抵抗加熱等により250［℃］に加
熱し、低圧水銀ランプ14を点灯し、波長254［nm］,185
［nm］の紫外光を基板16の表面に照射する。

その結果、３［μm/h］の堆積速度で±10［％］以下の
均一性で、基板16上にａ−Si膜が形成された。そしてこ
の場合、従来装置と比較して、堆積速度が速いので所望
の膜厚を短時間で得ることができ、且つ大量の基板を同
時に処理することができた。

このように本実施例によれば、大量の基板を同時に処理
することができ、且つ速い堆積速度で薄膜形成を行うこ
とができる。このため、スループットの大幅な向上をは
かり得る。また、基板16の光源14からの距離を空間17,1
8で異ならせる、或いは空間17,18へのガス導入量を異な
らせることにより、空間17,18で薄膜の堆積速度を変え
ることも可能である。

第２図は第２の実施例の概略構造を示す縦断面図であ
る。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して、そ
の詳しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した第１の実施例と異なる点は、
光源14を取付けた透明円筒体12,13を回転するようにし
たことにある。即ち、第１及び第２の透明円筒体12,13
は、中心円筒体11及び外部円筒体15を固定した板体21,2
2に対し、ベアリング23を介して支持されている。そし
て、中心円筒体11の軸心に対し回転可能な構造となって
いる。なお、上記ベアリング23は真空に持たないため、
Ｏリングシール等と組合わせて用いられる。また、透明
円筒体12,13の底部は円板体24に固定されている。そし
て、この円板体24はモータ25により、中心円筒体11の軸
心として回転されるものとなっている。

このような構成であれば、第１及び第２の透明円筒体1
2,13を回転することにより、光源14を回転させることが
できる。このため、光源14に発光強度のムラ等があって
も、基板15の表面に照射される光量の積分値を均一にす
ることができる。従って、先の第１の実施例と同様の効
果が得られるのは勿論のこと、薄膜形成速度のより均一
化をはかり得る等の利点がある。

第３図は第３の実施例の概略構造を模式的に示す縦断面
図である。なお、第１図と同一部分には同一符号を付し
て、その詳しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した第１の実施例と異なる点は、
各円筒体の片端部において封管構造を採用したことにあ
る。即ち、外部円筒体15の底部開口は、円板体31により
閉塞されている。中心円筒体11の底部開口部も同様に、
円板体32により閉塞されている。さらに、第１及び第２
の透明円筒体12,13の底部は中空円板体33により接続さ
れ、第１及び第２の透明円筒体12,13間の円環状空間の
底部側は閉塞されている。

このような構成であれば、外部円筒体15と第２の透明円
筒体13との間の空間18から原料ガスを導入し、第１の透
明円筒体12と中心円筒体11との間の空間17からガスを排
気することができる。

この装置で先と同様に原料ガス流量100［sccm］で薄膜
を形成したとろこ、外部円筒体15に載置した基板で堆積
速度３［μm/h］，均一性±10［％］以下、中心円筒体1
1に載置した基板で堆積速度2.5［μm/h］，均一性10
［％］以下のａ−Siが得られた。このとき、ガスの流路
面積は先の第１の実施例の1/2となるので、同じ流量で
あっても使用ガスの量は1/2で済むことになる。

かくして本実施例によれば、先の第１の実施例と同様の
効果が得られるのは勿論のこと、原料ガスの使用量が半
分で済むことになり、原料ガスの利用効率が向上すると
云う利点がある。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記中心物体は円筒に限るものではな
く、角筒であってもよく、更には筒体でなくてもよい。
但し、基板を加熱するためには、筒体の方が加熱機構を
設け易いので望ましい。さらに、中心物体に載置される
基板は、円筒状のAl基板等でもよい。また、光源は低圧
水銀ランプに限るものではなく、重水素ランプ等でも構
わない。さらに、圧力，ガス流量及び基板温度等の条件
は、必要とする膜厚、膜質により適宜定めればよい。

また、原料ガスはモノシラン（SiH₄）に限るものではな
く、他の高次シラン｛例えばジシラン（Si₂H₆），トリ
シラン（Si₃H₈）｝、メチルシラン系ガス｛例えばジメ
チルシラン（SiH₂（CH₃）_２）｝或いはゲルマン系ガス
｛例えばゲルマン（GeH₄）｝でもよい。さらに、形成す
る薄膜は、ａ−Siに限るものではなく、シリコン酸化膜
やシリコン窒化膜等でもよい。シリコン酸化膜やシリコ
ン窒化膜等を形成する場合には、原料ガスとして亜酸化
窒素（N₂O），アンモニア（NH₃）等をモノシラン等と混
合して用いればよい。また、水銀を含まない直接励起で
もよい。

また、実施例では光CVD法による薄膜形成について説明
したが、本発明は光励起エッチングに適用することも可
能である。例えば、Siウェハ上の熱酸化SiO₂膜上に成長
させたリン添加ポリSi膜に、F,Clを含むガス（例えばCl
₂）中で、Hg−Xeランプからの紫外光を照射した結果、
エッチング速度0.2［μm/min］，エッチングの均一性±
10［％］以下と云う値が得られた。

要するに、本発明は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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる光励起膜形成装
置を模式的に示す概略構成図、第２図は第２の実施例の
概略構成を示す縦断面図、第３図は第３の実施例を模式
的に示す概略構成図、第４図は従来装置を模式的に示す
概略構成図である。 11……中心円筒体（中心物体）、12……第１の透明円筒
体、13……第２の透明円筒体、14……光源、15……外部
円筒体、16……被処理基板、17,18……空間、21,22……
板体、23……ベアリング、24……円板体、25……モー
タ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原料ガス雰囲気中に配置された被処理基板
   の表面に光を照射して、該基板表面に対し薄膜形成やエ
   ッチング等を行う光励起処理装置において、一軸方向に
   沿って配置されその外周面に複数の被処理基板を載置す
   る中心物体と、光を透過する材料からなり上記中心物体
   の外側に該物体と同軸的に配置された第１の透明円筒体
   と、光を透過する材料からなり上記第１の円筒体の外側
   に該円筒体と同軸的に配置された第２の透明円筒体と、
   この第２の透明円筒体の外側に該円筒体と同軸的に配置
   され、その内面に複数の被処理基板を載置する外部円筒
   体と、前記第１及び第２の透明円筒体間に配置され前記
   各被処理基板に光を照射する複数の光源とを具備してな
   ることを特徴とする光励起処理装置。
2. 【請求項２】前記中心物体は、円筒体であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の光励起処理装置。
3. 【請求項３】前記光源は、紫外光を発光するものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光励起処
   理装置。
4. 【請求項４】前記光源は前記中心物体と平行に配置さ
   れ、且つ前記第１及び第２の透明円筒体間に等間隔に配
   置されたものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光励起処理装置。
5. 【請求項５】前記中心物及び外部円筒体と前記光源との
   少なくとも一方は、前記中心物体の軸心を中心として回
   転されるものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光励起処理装置。
6. 【請求項６】前記外部円筒体の一方の端部は閉塞されて
   おり、前記第１及び第２の透明円筒体で囲まれた円環状
   の空間の一方は閉塞されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の光励起処理装置。
7. 【請求項７】前記外部円筒体と第２の透明円筒体との間
   から原料ガスを導入し、前記中心物体と第１の透明円筒
   体との間から上記ガスを排気することを特徴とする特許
   請求の範囲第６項記載の光励起処理装置。