JPS6024370A - 試料の連続加工装置 - 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】 本発明は、試料の連続加工装置に関し、殊に、この種の
装置において、隣接する第−室と第二室または第二領域
との間で空間的環境乃至室内雰囲気の分離を必要とする
場合に、効果的な分離が行なえるようにした改良に関す
る。

この種の装置において、分離を必要とする二つの領域の
中、少なくとも一方は試料に対してその領域で何等かの
加工を施す加工室領域であることが多いので、以下では
第一領域が加工室であるとすると、 “加工室と、該加工室の少なくともその一側に備えられ
た第二領域と、該加工室と該第二領域との間を空間的に
連通させる空間的連通部分と、を有し、該加工室と第二
領域との間で上記空間的連通部分を介して試料を連続的
に搬送しながら且つ、該加工室内の空間的環境と上記第
二領域における空間的環境とを互いに分離させる必要の
ある試料の連続加工装置″ という比較的大きな分類的表現乃至上位概念的表現で表
される装置は、各種の分野で汁つ各種各様のものがある
。

本発明においては、後述の実施例中からも顕かな通り、
それらの中、どのような分野用のものにも適用は可能で
あるが、−例を挙げれば、例えば半導体素子としての太
陽電池の製造過程中に含まれるＳｉウェファ上への５Ｉ
１０２膜等々の化学的気相成長（ＣＶＯ）用の連続成長
（蒸着）装置とか、金属ｊ１り定着用、例えば銅ペース
ト焼成用の連続焼成装置δとかが挙げられる。

説明を明確にするため、こうした各種の試料加工装置群
の中から、上述のＣＶＤ法による薄膜成長用の連続化学
蒸着装置を取り挙げ、この装置の従来構成からその欠点
、本発明における改良点に就き言い及んでいくものとす
る。

第１図には、５ｎ０２膜連続成長装置の従来における、
但し中でも比較的望ましい一例として、本発明者の発明
になる二つの互いに異なる温度領域の反応室を持つ５１
１０２膜連続成長装置ｌの概略構成が示しである。勿論
、この装置では、先の上位概念的構成からすれば、当該
反応室が加工室となる。

この５ｎＯｚ膜連続成長装置１は、先ず、長さ方向に並
設された第一反応室２と第二反応室３とを有している。

第一反応室２には第一原料ガス供給口８から、第二反応
室３には第二原料ガス供給口９から、夫々第一、第二原
料ガスＧｌ、Ｇ２が導入され、夫々また各原料ガス排気
口１Ｏ９ｌｌを介して排気される。第一、第二原料ガス
Ｇｌ、Ｇ２は同じ成分、組成である場合もあるが、一般
には互いに異なる成分、組成のものとなる。例えば、第
一原料カスＧｌは、ＡｒまたはＮ２ガス中に５ｎＣ１４
の蒸気を含ませたガスであって、これに酸化性カスとし
て、０２　またはＮ２　、或いはＡｒガス中にＨ２０蒸
気を含ませたカスを加える。また、第二反応室３に送ら
れる第二原料ガスＧ２には、上記した二つのカスに加え
てｎ型ドーパントとじて５ｂＣ１５蒸気をＡｒまたはＮ
２中に含ませたガス成分も加える。

第一反応室２、第二反応室３は直接には隣接しておらず
、図示のように、分離室４を間に挟んでいる。そして、
この分離室４には分離用ガス■として適当なもの、例え
ば高純度Ａｒガスが分離用ガス供給口１２から供給され
、このガスは、分離室４中に充満した後、排気口１３か
ら排気される。

試料Ｓは、試料搬送機構１８中の試料搬送部材１８によ
り搬送され、図中に矢印Ｆで示すように、入口側清浄ガ
ス雰囲気室５を経由した後、第一反応室２の試料挿入口
から当該第一反応室２内に入り、第一段階の加工、即ち
第−期の薄膜成長が行なわれた後、分離室４を経由して
第二反応室３に入る。この第二反応室３内にて第二段階
の加工としての第二期の薄膜成長作用を受けた後に、試
料Ｓは出口側清浄ガス雰囲気室６に入り、この室６を経
由した後、その取出口から外方に送出され、５ｎ０２膜
形成品として取上げられる。

入口側清浄ガス雰囲気室５には、清浄ガス供給１」１４
からＮ２等の適当な不活性ガスが清浄ガスＣ１として供
給され、このガスは排気口１５から排気される。同様に
、出口側清浄ガス雰囲気室６にも、適当な不活性ガス等
の清浄ガスＣ２の供給口１Ｂと排気１コ１７とが設けら
れる。

この装置では、特徴的に、第一原料ガス供給口８、第二
原料ガス供給口９及び対応する第一原料ガス排気ロｌＯ
１第二原料ガス排気口１１が複数となっていて、また、
試料Ｓは試料搬送部材１８に対して下向きに取付けられ
る。このような配慮は、いづれも、成長膜の均質性を取
るためである。そのため、第一原料ガス供給口８、第二
原料ガス供給口９を始め他のガス供給口も、各室の底側
に設けられ、ガスは下から」−に向かって各室内を流通
するようにされている。但し、場合によっては各カスは
試料Ｓの主面と平行に噴出させた方が良いこともある。

尚、試料搬送機構１８は、ベルト、チェーン等の試料搬
送部材１８と、通常のエンドレス駆動法によりこのチェ
ーンを駆動するための駆動輪２０Ｄ、径幅２０Ｉを有し
ている。

−また、入口側清浄ガス雰囲気室５は、その本来の目的
に加えて試料を室温から第一成長温度にまで徐々に予備
的に加熱する予備加熱領域としても働き、同様に、出口
側清浄ガス雰囲気室６は、高温下にあった試料を室温近
くに進体々に冷却する冷却室の機能をも営む。

反応室加熱用コイル７は、図示の場合、第−反応室２、
第二反応室３に共通のものとして示しであるが、夫々専
用のものの場合もある。但し、共通であっても、各室２
，３の受ける加熱エネルギは各室の体積乃至磁気誘導部
分の大小に比例するので、結局は各室の長さの設計の如
何により夫々の室１こ適当な温度を設定することもでき
る。

以上が薄膜連続装置の従来の好ましい一例の概略である
が、それでも尚、改良すべき点は残っていた。それは、
取も直さず、隣接する二つの領域間での雰囲気乃至空間
的環境の分離である。例えば、第一反応室と第二反応室
とをガス雰囲気的に確実に分離することを図って間に分
離室４を設けたのであるが、今度は、その分離用ガスＴ
と原料カスＧｌ乃至Ｇ２との分離が不完全になることが
あったのである。

同様のことは入口、出口側の各清浄ガス雰囲気室５．６
とこれに隣接する各反応室２，３との間にも言える。い
づれにしても、このようなガス混入が生じると、生成膜
に著しい悪影響を与えるものとなる。

勿論、従来からも、隣接領域間のガスの混合を極力避け
ようとして、隣接領域間を仕切っている仕切壁３０に開
ける両領域間の空間的連通部分となる透孔３１をできる
だけ小面積に留めようとする設計とか、各ガスの流速関
係の配慮等の方策が採られてはいたが、そうした設計的
方策には限度があり、十分に満足する分離度は得られな
かった。

このような欠点は、上記した連続薄膜成長装置に限った
問題ではなく、試料を連続的に搬送しながら互いに環境
分離の成された複数領域を通すことにより所定の加工を
成そうとする冒頭に述べた類いの装置には共通して言え
る大きな問題であった。

本発明は、このような装置体系において、どれにも共通
した分離効果の挙げられる普遍性の高い分離構造を提供
せんとして成されたもの、即ち、従来のように設計的手
法にのみ頼るのではなく、原理的に分離効果の高い構造
自体を提供せんとするものである。

本発明を先ず概説すれば、上記目的は結果として、空間
的連通部分を従来のように単なる仕切壁３０に開けた透
孔３１からダクト構造に変える、という発想により達成
された。逆に考えて見るに、この種の装置においては、
隣接する領域は装置小型化のためにも極力、薄い壁で分
離するのが当然である、という既製概念が有り、それが
本発明の開発以前においての大きな災いとなっていたと
言っテ良イ。本発明は、この既製概念を打破した上に成
されたものであり、その結果はまた、装置の大幅な大型
化という不都合を伴なわずにも高い分離効果が得られる
極めて合理的な結果となって現れた。

第２図には、本発明の実施例が示されているが、この実
施例は、本発明の有効性を示す対比として、第１図示の
薄膜連続成長装置ｌに対する改良として成されたもので
ある。

第１図中と同一の符号の付された構成子は、当該第１図
中の構成子に特には改良を及ぼさなくとも良い構成子乃
至対応する機能の構成子を表している。

試料Ｓは、第一清浄ガス雰囲気室５から第一温度の第一
反応室２内に入るが、試料及びその搬送部材１８を通し
ていた従来における仕切壁３ｏの透孔３１は本発明にお
いては厳に排除され、本発明の要旨でいう第−室として
の第一反応室２と、第二室としての第一清浄ガス雰囲気
室５との間の空間的連通部分は、試料及びその搬送部材
が通ることのできる断面積形状を持つ第一のダクト４１
で構成されている。

同様に、第一反応室２と第二反応室３との間に設けられ
ている分離室４と、当該第一反応室２との間の空間的連
通部分も同様の断面積配慮を施した第二のダクト４２で
構成され、分離室４と第二反応室３との間の空間的連通
部分もやはり第三のダクト４３で構成されている。

Ｉｎｌじく、第二反応室３と出口側清浄ガス雰囲気室６
との間にも第四のダクト４４が備えられている。。

このように、ダクト構造を隣接する二つの領域間に用い
る場合にも、その断面積は勿論、小さい方が良い。然し
、従来のように隣接する二つの領域間を単なる透孔３１
で空間的に連通させる場合に比せば、ダクト長さの関数
としてかなり大きな断面積でも十分に大きな分離効果を
得ることができる。然も、この種の一般的に考えられる
ダクト効果は、極めて大きな圧力損失をそれ程の長さで
なくとも達成できるので、結果としては装置全長を大幅
に上首すこともない。

即ち、第１図と略ｉ同一スケールで示す第２図示の本発
明実施例に良く示されるように、本発明では、ダクトに
よる大きな圧力損失を稼げる結果、入口（ｆｉｌｌ　７
Ｎ　Ｍ＋ガス雰囲気室５、第一、第二反応室２，３間の
分離室４、出口側清浄ガス雰囲気室６の長さは逆に従来
例よりもかなり短くすることができ、装置全長を従来と
変わりない長さに留めることができる。

末完りｊを実際に適用する場合の参考として、第二室か
ら第−室へのガス混入割合１（−１を得るのに最適なダ
クト寸法をめる計算式を挙げれば、下記式（１）のよう
になる。

Ｒく、（Ｄｃ／・Ｄｓ）ｍ　・　（Ｌｓ／Ｌｃ）ＴＩ　
・　・　・　（１）Ｄｃ：第二室断面等価直径 Ｄｓ：ダクト断面等価直径 ＬＣ：第二室長さ Ｌｓ：ダクト長さ ｍ、ｎ：設計定数 上記式において、ｍ　、　ｎの６値は既知のデータから
すればｍ＝２．６〜２．７．ｎ二〇、５２程度で効果的
にダクトを設計できることが分るが、本出願人の実験に
よれば、実際には種々の要因により、ｍ。

ｎの６値は各種寸法の装置間にあって成る程度の分布を
示し、下記の実験においてはｍのイ１ａは約１．５≦ｍ
≦４．（１，’ｎの伯は約０．１≦ｎ≦２．４の範囲内
に入っていた。

本発明の効果を立証するために、第１図示の従来例にお
ける分離度と、本発明実施例としての第２図示装置にお
ける分離度とを比較するため、第３図及び第４図示のモ
デル構成により、対象データを採った。夫々の図面にお
いてＣＡ）が従来例構成による配置構成であり、（Ｂ）
が本発明による場合である。この試験例では、第二室と
してのＢ室から第−室としてのＡ室への酸素ガス混入割
合の如何を調べた。

先ず、第３図示の場合から説明すると、既述した　（１
）式に即しての各寸法はダクト長さＬｓを除き、一定と
した。その両者に共通の寸法を挙げると次の通りである
。

ＤＣ：第二室断面等価直径＝　２１．９ｃｍＤＳ：ダク
ト断面等価直径−７，０ｃｍＬＱ：第二室長さ＝　３５
ｃｍ ＬＳ：ダクト長さ＝　１０．２０．３０ｃｍ　（３段階
可変）」１記において、第二室の紙面に直交する奥行乃
至幅は２４ｃｍ、高さは２０ｃｍであって、断面等価直
径Ｄｃは奥行掛ける高さの平方を採用した。ダクトの断
面等価直径Ｄｓに就いても同様で、紙面に直交する奥行
乃至幅は２４ｃｍ、開口高さｄは２ｃｍであるのでこの
値に基き算出した。尚、　（Ａ）図においては透孔の高
さがｄに相当する。

このような各寸法において、先ず、第−室Ａ内に予めＮ
２ガスを４．３１／ｗｉｎ、で流して置き、その後、第
二室Ｂ内に０２ガスをやはり４．３１／ｗｉｎ、で流し
て、第−室乃至へ室内に設けた酸素センサ７０にて漏れ
出してくる酸素を検出し、成る程度の時間を経過して安
定した所で計測した。その結果は下記第−表に示すよう
になった 第−表 この測定結果に顕かなように、本発明を適用した場合に
は絶対値においても従来例における場合より顕かに優れ
た値を示している。然も、分離部長さ乃至本発明におい
てはダクト長さＬｓが長くなるに連れての分離効果の向
上の度合は、従来例に比し１本発明の方が大きいことが
分かる。例えば、分離部長さＬｓが１０ｃｍから２０Ｃ
１１に伸びた場合、従来例の構成では上記表から顕かな
ように、高々２％の向上で、率にして一割にも満たない
が、本発明のダクト構成においては２０％に対しての４
％の向上で、二側に至っている。

尚、この実験例は実際の装置に比してかなり厳しい条件
下で行なわれている。各室は共に閉ざされており、その
長さもかなり短い。そのため、この実験装置内ではかな
りな乱流が発生しているものと考えられる。実際には各
室の長さはもっとずっと長く、乱流の発生可能性はずっ
と少ない。

従って、実際上は上記計測数値よりかなり良好な数値を
得ることができる。また、ダクトの開口に関しては、実
際の装置でもその高さはこの実験例におけると同程度、
即ち２ｃｍ程度にすることができるので、この実験例よ
りも実際の装置における方が良好な結果が得られること
はこの点からも顕かである。

第二の実験例としての第４図示構成のモデセ吃は第３図
示構成のものに比し、第二室長さを３０ｃｍ伸ばしてＬ
ｃ＝　８５ｃｍとしたこと、その第二室の一端を開放し
て大気に触れさせるようにしたこと、透孔３１及びダク
ト４０の開口高さｄを１ｃｍと２ｃｍとで換えてみたこ
と、Ｌｓを４０ｃｍま−で取ったこと、等において相違
しているが、他の定数は第一実験例と同一である。尚、
この実験例において新たに付加したｄ＝１ｃｍの場合の
等価断面直径Ｄｓは約４．９ｃｍとなる。この第二実験
例のデータは下記第二表及び第三表の通りである。

第　二　表 第　三　表 この第二の実験例の場合にも先と同様の測定傾向が認め
られる。但し、Ｄｓ＝　４．９ｃｍにおいて従来例装置
構成でＬｓ−２０ｃｍの時に大きな分離効果が突如とし
て現れている（唯しそれでも本発明の構成のものに比べ
ると小さい）が、この原因は定かではない。只、その両
側の値がそれ程小さくはないことから、偶然にこうした
値が得られたものであって、先の第一実験例におけると
同様に従来例装置構成がやはり余り大きな分離効果を奏
さない傾向にあることが読み取れる。逆に、本発明の構
成の場合には、第一実験例に比して第二室長さＬｃが長
くなった効果が正直に現れ、十分な分離効果が得られて
いる。

尚、各ダクトを構成している壁構造部分５１〜５４は、
第２図示装置の場合、取外し可能にしておくとダクト内
清浄の際には便利である。また、当該壁構造部分５１〜
５４において、各ダクト４１〜４４を直接に形成し、試
料と平行となる面部分の内側には、適当なヒータ６１〜
６４を設けておくと、各ダク！・内にこひリイ１いた塵
乃至固化したガス成分を焼切りにより除去することもで
き、分解掃除が不要となる効果も期待できる。更に、第
２図示の場合には入口、出口の各室５．６と大気環境と
の間にはダクト構造を適用していないが、勿論、大気環
境を第二の望城と考えれば分かるように、これらの室と
大気との間にも本発明におけるダクト構造を組込むこと
ができる。

以上、詳記のように、本発明は、この種の二隣接室乃至
二隣接領域間での極力完全な環境分離を必要とする各種
の加工装置において、従来のこの種の技術分野では考え
もされなかったダクト構造の導入という構成を完成し、
装置の大型化を伴なうことのない環境分＊機能の具現と
いう極めて顕著な効果を導出し得たものであり、加工品
の加工精度や品質をも向上させる働きがあるから、この
種加工装置に果たす役割は極めて大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、空間的連通部分にて連通しながらも互いに空
間的環境の分離が要求される二隣接領域を有する加工装
置の一例としての在来の５１１０２　薄膜連続成長装置
の代表例の概略構成図、第２図は、本発明一実施例の概
略構成図、第３図及び第４図は本発明の有効性を証明す
るための実験に用いたモデル構成の説明図、である。　
図中、ｌは全体としての加工装置乃至薄膜連続成長装置
、２は第一加工室としての第一反応室、３は第二加工室
しての第二反応室、４は第−反応室及び第二反応室に対
する第二室としての分離領域、３０は従来例における仕
切壁、３１は同じ〈従来例における空間的連通部分とし
ての透孔、４０．４１〜４４は本発明による空間的連通
部分としてのダクト、５ｏ、５１〜５５はダクトを構成
している壁構造部分、である。 出　願　人　株式会社　三鷹電子科学研究所代　理　人
　福　１）　賢　三（”、：、、　、””゛、′１、−
グ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第一領域としての加工室と、該加工室の少なくともその
   一側に位置する第二領域と、該加工室と該第二領域との
   間を空間的に連通させる空間的連通部分−４と、を有し
   、該加工室と第二領域との間で」１記空間的連通部分を
   介して試料を連続的に搬送しながら且つ、該加工室内の
   空間的環境と上記第二領域における空間的環境とを互い
   に分離させる必要のある試料の連続加工装置において、
   」１記加工室と」１記第二領域との間の上記空間的連通
   部分を、上記試料及びその搬送装置が通過可能な断面積
   形状を持つダクト構造としたことを特徴とする試料の連
   続加工装置。