JP2000183048A - 化学的気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 輸送管に由来するパーティクルの付着を抑制
し、パーティクルの付着の少ない成膜を形成可能な化学
的気相成長装置を提供すること。 【解決手段】 開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…
と蒸気導入口１３との間に、開通バルブ１６ａ，１６
ｂ，１６ｃ，…から導入される原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…
の圧力を所定圧力に低下させて、蒸気導入口１３から反
応器１０へと導入させる衝撃流抑制手段５１を備えた構
成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は化学的気相成長（Ｃ
ＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）法によって、基盤の上に各種薄膜を形成する成
膜装置（以下ＣＶＤ装置と称する）に関するものであっ
て、この装置の原料の供給系を改良することによって、
パーティクルの付着の少ない成膜の実現を図ろうとする
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＶＤ法は化学的原料蒸気を所定の圧力
に維持した反応器に輸送し混合するとともに、反応器内
で所定の温度に保持した基板上で化学反応させることに
よって薄膜を堆積する方法である。成膜するときの圧力
によって、常圧ＣＶＤと減圧ＣＶＤとの区別があり、プ
ラズマＣＶＤや光励起ＣＶＤなど励起手段を用いたＣＶ
Ｄもある。成膜が化学プロセスで進むので、成膜温度は
比較的低く、これがこの成膜法の魅力になっている。ま
た、真空蒸着法やスパッタリング蒸着法などの物理的蒸
気に比べて付着確率の小さい化学的蒸気を使用するた
め、微細な段差部や陥没部においても原料の回り込みが
良く、良好な被覆性を示すので、周知のように半導体集
積回路の製造工程では、なくてはならない成膜手段とな
っている。

【０００３】図５と図６を用いて、従来のＣＶＤ装置と
方法を説明する。図５において、１は反応器系であり、
反応器系１には主要部分を占めるコールドウォール型ま
たはホットウォール型の反応器１０がある。反応器１０
は、基板１１を支持し所定の成長温度に保持するサセプ
タ１２と、使用する化学的蒸気（以下、原料蒸気と称
す）Ａ，Ｂ，Ｃ，…を導く蒸気導入口１３と、生成ガス
や未反応の原料蒸気の出口となる排気口１４と、器内の
圧力を計測する圧力計１５とを備えている。図中には示
していないが、反応器１０には、基板１１を器外に取り
出すための出し入れ口（あるいはロードロック機構）が
設けられている。プラズマＣＶＤや光励起ＣＶＤの場合
にはこの他に反応器１０にプラズマ励起手段、光励起手
段（ともに図示なし）が設置されている。３は排気系で
ある。並列に配設された一対の排気主バルブ２０とスロ
ー排気バルブ２１を経由してステンレス製の太い排気管
２３が反応器１０の排気口１４と真空排気装置２２とを
結んでいる。排気主バルブ２０，スロー排気バルブ２１
と反応器１０の排気口１４との間には排気速度調節器１
９が設けられている。スロー排気バルブ２１は真空排気
を開始した時に反応器１０内で乱流が起きるのを防ぐた
めに、排気速度を強く抑制する機能を有している。真空
排気装置２２から排出されたガス等は除害装置（図示せ
ず）で純化された後、大気に散出される。２は供給系で
ある。この供給系２には原料蒸気発生器２ａ，２ｂ，２
ｃ，…が使用する原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…の数だけ備え
られている。各原料蒸気発生器２ａ，２ｂ，２ｃ，…で
発生した原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…は輸送管１７を介して
輸送され、それぞれの専用の開通バルブ１６ａ，１６
ｂ，１６ｃ，…を経た後合流し、反応器１０の蒸気導入
口１３に導かれる。なお、原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…は器
外で合流させずに、各別専用の蒸気導入口１３から直接
反応器１０に導入する構成にしてもよい。室温凝集性の
原料蒸気を用いる場合には、該当する原料蒸気が通過す
る輸送管１７や開通バルブ１６に加熱手段を付設して凝
集温度以上に保温する。

【０００４】図６（ａ）はガス状原料（希釈ガスとして
反応器１０に導入する不活性ガスも含む）に適用する原
料蒸気発生装置の一例を示している。２４はガス原料を
充填した原料ボンベ、２５は原料ボンベ２４の出口圧力
を一定にする圧力調整器、２６は質量流量調節器であ
る。原料ボンベ２４の原料ガスは圧力調整器２５で圧力
を調整された後、質量流量調節器２６で所定の流量に調
節されて輸送管１７に送出される。図６（ｂ）は使用
中、液体原料や固体原料に適用する原料蒸気発生装置の
一例を示している。２７はＡｒやＨｅ、Ｎ２などの不活
性なキャリアガスを充填したキャリアガスボンベ、２８
はキャリアガスボンベ２７の出口圧力を一定にする圧力
調整器、２９は質量流量調節器、３０は温度調節機能を
有する原料容器である。原料容器３０には予め充填口３
１から使用する原料が充填されいる。３２，３３は原料
容器３０のキャリアガス導入ロと原料蒸気導出口で、そ
れぞれにバルブ３４，３５が設けられている。キャリア
ガスボンベ２７のキャリアガスは圧力調整器２８で整圧
された後、質量流量調節器２９で所定の流量に調節さ
れ、キャリアガス導入口３２から原料容器３０に入り、
バブリングによって原料容器３０内に滞留する原料蒸気
Ａ，Ｂ，Ｃ，…を取り込み、原料蒸気導出口３３から輸
送管１７に送出される。

【０００５】上記のようなＣＶＤ装置で基板１１表面に
薄膜を成膜するには、充分に洗浄した基板１１を所定の
温度に保持されたサセプタ１２に載せ、全開通バルブ１
６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…を閉じ、排気主バルブ２０あ
るいはスロー排気バルブ２１を適宜開けて反応器１０内
を一旦真空にする。つづいて開通バルブ１６ａ，１６
ｂ，１６ｃ，…を開口して原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…を反
応器１０に導入すると同時に排気速度調節器１９を作動
させ一定の圧力に維持し、成膜を行う。所望の膜厚を与
える時間が経過したところで、開通バルブ１６ａ，１６
ｂ，１６ｃ，…を閉じ原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…の供給を
断つとともに排気速度調節器１９の作動を停止し、排気
主バルブ２０を開口して反応器１０を再び真空にする。
このあと、反応器１０に大気あるいは不活性ガスを導入
して内部を大気圧にした後、基板１１を反応器１０から
取り出す。こうして成膜が終了する。

【０００６】ＣＶＤ法では成膜前、成膜中、及び成膜後
の基板１１表面へのパーティクル付着を防止することが
大きな課題になっている。付着したパーティクルが膜質
を劣化させたり、ピンホールを生じさせたりするからで
ある。この問題は集積回路の製造に適用する場合には特
に重大である。パーティクルの付着の過程は一通りでは
なく、それぞれの過程に則した対策を講じる必要があ
る。よく知られているパーティクル付着の第１の過程は
原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…が反応器１０内部の気相で分解
・反応してマイクロパーティクルとして成長し、これが
基板１１に付着する場合である。とくにプラズマＣＶＤ
ではこの付着機構が顕著である。パーティクルの発生の
少ない成膜条件を見出す、プラズマ励起周波数と異なる
周波数あるいは直流の電界を気相に印加してマイクロパ
ーティクルの付着を抑制する、反応器１０の寸法を最適
化するなど、多数の付着防止技術が既に報告されてい
る。第２のパーティクル付着過程は、反応器１０内の壁
面や排気口１４などの治具に析出した膜が剥がれて基板
１１に付着する過程である。この過程を考慮した対策と
して、原料ガスが壁面や治具に拡散しないように反応器
１０の構造を工夫する方法が特開平７−２０１７３６号
公報で提案されている。あるいはプラズマＣＶＤなどで
は、成膜した基板１１を器外に取りだした後にエッチン
グガスを反応器１０に導入し放電させて、反応器１０に
付着した膜を毎回除去する方法も広く用いられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公知のパ
ーティクル防止対策をとってもなお、パーティクルの付
着を抑止できない場合がある。とくにこれは有機金属を
原料に用いたＭＯＣＶＤで顕著であり、深刻な問題とな
っている。すなわち、ＭＯＣＶＤでは、気化温度と成膜
温度との温度差が小さく、気化温度付近でも分解が起こ
る有機金属原料を使用しなくてはならないことがある。
このような原料を気化して成膜を行うと、気化した原料
が輸送管１７の中で徐々に分解し、固体として輸送管１
７の内面に析出し、析出量が増大すると、パーティクル
として剥落し、やがて輸送管１７内に堆積する。この堆
積パーティクルが成膜の間に輸送ガスによって巻き上げ
られ、反応器１０まで搬送されて基板１１に付着するの
である。たとえば、β−ジケトン系有機金属原料ジルコ
ニウム・テトラディピバロイルメタンＺｒ（ＤＰＭ）４
と酸素を用いて酸化ジルコニウムＺｒＯ２膜を成膜する
場合を例にして、この問題をもう少し具体的に説明する
と、図２の曲線ａは輸送管１７を取り替えたばかりのＭ
ＯＣＶＤ装置で２００ｎｍのＺｒＯ２膜をシリコンで形
成された直径５インチの基板１１に繰り返し成膜したと
き、基板１１に付着した粒径５μｍ以上のパーティクル
の数の変化を示している。基板１１はその都度新しいも
のを使用している。成膜回数が一定のところに進んだと
ころで、パーティクルの付着が起こり始め、以後その数
は直線的に増大し、徐々に飴和する傾向が観察される。
このようなパーティクルの付着ならびにその傾向はＺｒ
（ＤＰＭ）４に限ったことではなく、他の多くの有機金
属でも認められる現象である。

【０００８】ここで、パーティクル付着のメカニズムを
説明する。図７は図２の曲線ａのデータを取った後、何
も手を加えずに同じ従来のＭＯＣＶＤ装置を使用してシ
リコンで形成された直径５インチの基板にＺｒＯ２膜を
様々な成膜時間、成膜したときのパーティクルの変化を
示している。成膜条件及びパーティクルの評価法は図２
の方法と同様であるが、輸送管１７内部の原料析出・剥
落は図２の実験の後であるため進行しており、実験開始
時点で、２００ｎｍ成膜したときに基板１１に付着する
パーティクル数は高く既に飴和状態に置かれている点に
注意が必要である。注目すべき事実は２つある。パーテ
ィクル付着数は成膜時間に依存していないという事実
と、成膜時間ゼロの時、即ち、原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…
を反応器１０に導入するシーケンスを省いた時は、基板
１１に付着するパーティクル数はほぼゼロであるという
事実である。これら事実は、輸送管１７に由来するパー
ティクルの基板１１付着は反応器１０に原料蒸気Ａ，
Ｂ，Ｃ，…を輸送開始した瞬間に起こることを示唆して
いる。ここで、原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…を輸送開始する
瞬間とは、図５の構成の装置において、開通バルブ１６
ａ，１６ｂ，１６ｃ，…を開口する瞬間である。この直
前、開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…の輸送管１
７上流は各原料蒸気発生器２ａ，２ｂ，２ｃ，…と直結
でかつ封印されている状態になっていて、その内圧は原
料ボンベ２４あるいはキャリアガスボンベ２７の圧力調
整器２５，２８の２次圧と同じ高圧力状態（典型的には
１．５〜６気圧）になっている。一方、開通バルブ１６
ａ，１６ｂ，１６ｃ，…の輸送管１７下流は反応器１０
と等圧になっていて、開口の直前には、その内圧はほぼ
真空に等しい（＝低圧力状態）。このような状態にある
とき、成膜を開始するために開通バルブ１６ａ，１６
ｂ，１６ｃ，…が開口すると、輸送管１７上流と輸送管
１７下流との内圧が瞬時に等しくなろうとして、高圧力
状態の輸送管１７上流から低圧力状態の反応器１０に向
かって激しい原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…の移動、即ち、衝
撃流が起こる。この衝撃流によって、輸送管１７に蓄積
されていたパーティクルが吹き上げられ、搬送されて、
基板１１に付着するのである。衝撃流の発生によって輸
送管１７上流と輸送管１７下流との圧力が等しくなって
後の輸送管１７に流れるガス流は質量流量調節器２６，
２９で規定される流量（成膜の時の流量）であり、衝撃
流の最大流量に比べればその規模は少なくとも数桁以上
低い極めて穏やかな流量であるから、分子などに比べる
と大きな寸法のパーティクルを移動させるには足りない
量である。本発明は従来のＣＶＤ装置、とりわけＭＯＣ
ＶＤ装置が抱える問題点に着目してなされたものであっ
て、原料蒸気供給系を改良することにより、輸送管に由
来するパーティクルの付着を抑制することを目的として
いる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明請求項１記載の化学的気相成長装置では、１
つまたは複数の原料蒸気を発生させる原料蒸気発生器
と、この原料蒸気発生器で発生した原料蒸気を、輸送管
を介して反応器に導入する１つまたは複数の蒸気導入口
と、前記原料蒸気発生器と蒸気導入口との間に設けら
れ、前記原料蒸気の反応器への導入を開閉制御する開通
バルブと、前記原料蒸気の導入下で、前記反応器内に設
けられたサセプタに支持・加熱される基板と、前記反応
器内で生成された生成ガス及び前記原料蒸気を排出する
ための排気口と、この排気口に接続され、前記反応器内
で生成された生成ガス及び前記原料蒸気を外部へと排出
する排気手段と、を備え、前記原料蒸気を基板もしくは
その近傍で化学反応させ、基板に薄膜を形成する化学的
気相成長装置において、前記開通バルブと蒸気導入口と
の間に設けられ、前記開通バルブから導入される前記原
料蒸気の圧力を所定圧力に低下させて、前記蒸気導入口
から反応器へと導入させる衝撃流抑制手段を備えたこと
を特徴とする。請求項２記載の発明では、請求項１記載
の化学的気相成長装置において、前記衝撃流抑制手段
は、前記開通バルブから導入される前記原料蒸気の流量
を所定流量以下にすることを特徴とする。請求項３記載
の化学的気相成長装置では、１つまたは複数の原料蒸気
を発生させる原料蒸気発生器と、この原料蒸気発生器で
発生した原料蒸気を、輸送管を介して反応器に導入する
１つまたは複数の蒸気導入口と、前記原料蒸気発生器と
蒸気導入口との間に設けられ、前記原料蒸気の反応器へ
の導入を開閉制御する開通バルブと、前記原料蒸気の導
入下で、前記反応器内に設けられたサセプタに支持・加
熱される基板と、前記反応器内で生成された生成ガス及
び前記原料蒸気を排出するための排気口と、この排気口
に接続され、前記反応器内で生成された生成ガス及び前
記原料蒸気を外部へと排出する排気手段と、を備え、前
記原料蒸気を基板もしくはその近傍で化学反応させ、基
板に薄膜を形成する化学的気相成長装置において、前記
原料蒸気発生器で発生した原料蒸気を外部へと排出する
第２の排気手段と、前記開通バルブ上流の輸送管から、
前記原料蒸気発生器で発生した原料蒸気を、前記第２の
排気手段へと減圧管を通して導くように開閉制御する減
圧管バルブと、を備え、前記減圧管バルブを所定時間開
いた後、前記開通バルブを開くようにすることを特徴と
する。請求項４記載の化学的気相成長装置では、１つま
たは複数の原料蒸気を発生させる原料蒸気発生器と、こ
の原料蒸気発生器で発生した原料蒸気を、輸送管を介し
て反応器に導入する１つまたは複数の蒸気導入口と、前
記原料蒸気発生器と蒸気導入口との間に設けられ、前記
原料蒸気の反応器への導入を開閉制御する開通バルブ
と、前記原料蒸気の導入下で、前記反応器内に設けられ
たサセプタに支持・加熱される基板と、前記反応器内で
生成された生成ガス及び前記原料蒸気を排出するための
排気口と、この排気口に接続され、前記反応器内で生成
された生成ガス及び前記原料蒸気を外部へと排出する排
気手段と、を備え、前記原料蒸気を基板もしくはその近
傍で化学反応させ、基板に薄膜を形成する化学的気相成
長装置において、前記開通バルブ上流の輸送管から、前
記原料蒸気発生器で発生した原料蒸気を、前記排気手段
へと減圧管を通して導くように開閉制御される減圧管バ
ルブを備え、前記減圧管バルブを所定時間開いた後、前
記開通バルブを開くようにすることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に基づくＣＶＤ装置
の各実施の形態を具体的に説明する。なお、各実施の形
態におけるＣＶＤ装置の構成において、図５及び図６の
部位と同じ番号を付した部位は同じ名称、かつ、同じ働
きをするものであり、詳細な説明は省略する。 ＜実施の形態１＞図５は本発明実施の形態１のＣＶＤ装
置を示す図である。図において、１は反応器系であり、
１０はコールドウォール型またはホットウォール型反応
器、１１は基板、１２は基板１１を支持保温するサセプ
タ、１３は蒸気導入口、１４は反応器の排気口、１５は
圧力計である。図中には示していないが、反応器１０に
は、基板１１を器外に取り出すための出し入れ口（ある
いはロードロック機構）が設けられている。またプラズ
マＣＶＤや光励起ＣＶＤの場合にはこの他にプラズマ励
起手段、光励起手段（ともに図示なし）が設置されてい
る。３は排気系である。２０は排気主バルブ、２１はス
ロー排気バルブ、２２は真空排気装置、２３は排気管、
１９は排気速度調節器である。真空排気装置２２から排
出されたガス等は除害装置（図示せず）で純化された
後、大気に散出される。５０は供給系である。この供給
系５０には原料蒸気発生器２ａ，２ｂ，２ｃ，…が使用
する原料蒸気の数だけ備えられている。各原料蒸気発生
器２ａ，２ｂ，２ｃ，…で発生した原料蒸気Ａ，Ｂ，
Ｃ，…は輸送管１７を介して輸送され、それぞれの専用
の開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…の下流で合流
し、衝撃流抑制手段５１を経由して反応器１０の蒸気導
入口１３に導かれる。衝撃流抑制手段５１の具体的構成
体としては流量調節計あるいはニードルバルブが適して
おり、その開度は使用する原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…の流
量の合計よりも大きく（好ましくは２０％〜１００％大
きく）なるように調節されている。原料蒸気Ａ，Ｂ，
Ｃ，…を器外で合流させずに、各別専用の蒸気導入口１
３から直接反応器１０に導入する構成のＣＶＤ装置の場
合には、この衝撃流抑制手段５１は各輸送管１７に個別
に設けられているものとする。無論、この場合も衝撃流
抑制手段５１は専用の開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６
ｃ，…と蒸気導入口１３の間に付設され、各開度はその
原料系の原料蒸気流量より大きく（好ましくは２０％〜
１００％大きく）なるように調節されている。室温凝集
性の原料蒸気を用いる場合には、該当する原料蒸気が通
過する輸送管１７や開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６
ｃ，…に加熱手段を付設して凝集温度以上に保温する。
ガス状原料（希釈ガスとして反応器１０に導入する不活
性ガスも含む）に適用する原料蒸気発生装置、液体原料
や固体原料に適用する原料蒸気発生装置の構成例は図６
（従来例）と同様であるので説明を省略する。

【００１１】本実施の形態に基づくＣＶＤ装置で基板１
１表面に薄膜を成膜するには、充分に洗浄した基板１１
を所定の温度に保持されたサセプタ１２に載せ、全開通
バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…を閉じ、スロー排気
バルブ２１を開けて、しばらくして排気主バルブ２０を
開口し、スロー排気バルブ２１を閉口して、反応器１０
内を一旦真空にする。つづいて開通バルブ１６ａ，１６
ｂ，１６ｃ，…を開口して原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…を反
応器１０に導入すると同時に排気速度調節器１９を作動
させ一定の圧力に維持し、成膜を行う。開通バルブ１６
ａ，１６ｂ，１６ｃ，…を開ける直前には、従来例と同
様に、開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…の輸送管
１７上流の内圧は高圧力（原料ボンベ２４あるいはキャ
リアガスボンベ２７の圧力調整器２５，２８の２次圧に
等しい圧力）に、また、輸送管１７下流の内圧は低圧力
（ほぼ真空）になっている。成膜を開始するために開通
バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…を開けると、高圧力
差による衝撃流が発生し、衝撃流は下流に向かって進行
するが、衝撃流抑制手段５１に到達すると、これより先
（下流）は上で設定した流量となって反応器１０に流れ
込む。このように衝撃流抑制手段５１は開通バルブ１６
ａ，１６ｂ，１６ｃ，…開口で発生した衝撃流をほぼ完
全に吸収すると同時に、その下流には輸送管１７内のパ
ーティクルを搬送し得ない穏やかな流速に原料蒸気流を
減速させて送出する役割を果たしている。所望の膜厚を
与える時間が経過したところで、開通バルブ１６ａ，１
６ｂ，１６ｃ，…を閉じ原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…の供給
を断つとともに排気速度調節器１９の作動を停止し、排
気主バルブ２０を開口して反応器１０を再び真空にす
る。このあと、反応器１０に大気あるいは不活性ガスを
導入して内部を大気圧にした後、基板１１を反応器１０
から取り出す。こうして成膜が終了する。

【００１２】つぎに本実施の形態の効果を説明する。図
２の曲線ｂは、上記構成のＭＯＣＶＤ装置を使って、β
−ジケトン系有機金属原料ジルコニウム・テトラディピ
バロイルメタンＺｒ（ＤＰＭ）４と酸素を用いて酸化ジ
ルコニウムＺｒＯ２膜を２００ｎｍ成膜したとき、シリ
コンで形成された直径５インチの基板１１に付着した粒
径５μｍ以上のパーティクルの数を成膜の回数の関数と
してプロットしたものである。基板１１はその都度新し
いものを使用している。観察した最大１２０回までのす
べての成膜回で、パーティクルの付着は認められない。
この結果は従来のＭＯＣＶＤ装置に基づいた結果曲線ａ
と極めて対照的である。即ち、本実施の形態は明らか
に、従来技術の問題であった、輸送管１７内のパーティ
クルが成膜の間に搬送されて基板１１に付着するという
問題を解決していると言える。なお、本実施の形態によ
るパーティクルの抑止効果はここで説明したＺｒ（ＤＰ
Ｍ）４を用いたＺｒＯ２膜に限ったことではなく、他の
多くの有機金属による様々な膜の形成でも等しく認めら
れる共通的効果である。 ＜実施の形態２＞図３は実施の形態２のＣＶＤ装置の構
成を示す図である。図において、１は反応器系であり、
１０はコールドウォール型またはホットウォール型反応
器、１１は基板、１２は基板１１を支持保温するサセプ
タ、１３は蒸気導入口、１４は反応器の排気口、１５は
圧力計である。図中には示していないが、反応器１０に
は、基板１１を器外に取り出すための出し入れ口（ある
いはロードロック機構）が設けられている。またプラズ
マＣＶＤや光励起ＣＶＤの場合にはこの他にプラズマ励
起手段、光励起手段（ともに図示なし）が設置されてい
る。３は排気系である。２０は排気主バルブ、２１はス
ロー排気バルブ、２２は真空排気装置、２３は排気管、
１９は排気速度調節器である。真空排気装置２２から排
出されたガス等は除害装置（図示せず）で純化された
後、大気に散出される。６０は供給系である。供給系６
０には原料蒸気発生器２ａ，２ｂ，２ｃ，…が使用する
原料蒸気の数だけ備えられている。各原料蒸気発生器２
ａ，２ｂ，２ｃ，…で発生した原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…
は輸送管１７を介して輸送され、それぞれの専用の開通
バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…の下流で合流し反応
器１０の蒸気導入口１３に導かれる。６１はつぎに説明
する複数の構成体６２〜６４で構成される衝撃流抑制手
段である。６２は除害機能付きの第２真空排気装置で、
その吸入口は開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…の
輸送管１７上流から分岐した減圧管６３で結ばれてい
る。減圧管６３途上には減圧管６３を開通したり、遮断
したりする減圧管バルブ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，…が
ある。室温凝集性の原料蒸気を用いる場合には、該当す
る原料蒸気が通過する輸送管１７や開通バルブ１６ａ，
１６ｂ，１６ｃ，…、減圧管６３や減圧管バルブ６４
ａ，６４ｂ，６４ｃ，…に加熱手段を付設して凝集温度
以上に保温する。

【００１３】ガス状原料（希釈ガスとして反応器１０に
導入する不活性ガスも含む）に適用する原料蒸気発生装
置、液体原料や固体原料に適用する原料蒸気発生装置の
構成例は図６（従来例）と同様であるので説明を省略す
る。

【００１４】本実施の形態に基づくＣＶＤ装置を用いて
基板１１表面に薄膜を成膜するには、充分に洗浄した基
板１１を所定の温度に保持されたサセプタ１２に載せ、
全開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…を閉じ、スロ
ー排気バルブ２１を開けて、しばらくして排気主バルブ
２０を開口し、スロー排気バルブ２１を閉口して、反応
器１０内を一旦真空にする。以上の工程が終わった後、
成膜の動作に入る。まず、初めに第２真空排気装置６２
を稼動して、減圧管バルブ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，…
を開口し、使用する原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…を第２真空
排気装置６２に送出する。開通バルブ１６ａ，１６ｂ，
１６ｃ，…の輸送管１７上流の内圧が成膜圧力以下まで
減圧し、原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…の質量流量を示す質量
流量調節器２６，２９の表示が安定するまでしばらく
（この間長くても数十秒程度である）待つ。つづいて、
減圧管バルブ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，…を閉口して、
直ちに、開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…を開口
して原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…の送出先を反応器１０に切
り替えると同時に排気速度調節器１９を作動させ一定の
圧力に維持し、成膜を行う。成膜が開始したら第２真空
排気装置６２は停止させる。減圧管バルブ６４ａ，６４
ｂ，６４ｃ，…を開ける直前には、従来例と同様に、開
通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…の輸送管１７上流
の内圧は高圧力（原料ボンベ２４あるいはキャリアガス
ボンベ２７の圧力調整器２５，２８の２次圧に等しい圧
力）に、輸送管１７下流の内圧は低圧力（ほぼ真空）に
なっているが、減圧管バルブ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，
…を上記のように一定期間開けることによって、輸送管
１７上流の内圧は急速減圧され、衝撃流の原因となる上
流と下流との圧力差は無視できる程小さなものとなって
いるから、この後に開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６
ｃ，…を開けたとしても反応器１０に向かう衝撃流はも
はや起こらない。このように衝撃流抑制手段６１は開通
バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…開口で発生する衝撃
流の原因を除去することにより、衝撃流の発生を抑止す
る役割を果たしている。所望の膜厚を与える時間が経過
したところで、開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…
を閉じ原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…の供給を断つとともに排
気速度調節器１９の作動を停止し、排気主バルブ２０を
開口して反応器１０を再び真空にする。このあと、反応
器１０に大気あるいは不活性ガスを導入して内部を大気
圧にした後、基板１１を反応器１０から取り出す。こう
して成膜が終了する。

【００１５】つぎに本実施の形態の効果を説明する。

【００１６】図２の曲線ｃは、上述の構成のＭＯＣＶＤ
装置を使って、実施の形態１と同じ材料を使用してＺｒ
Ｏ２膜を２００ｎｍ成膜したとき、シリコンで形成され
た直径５インチの基板１１に付着した粒径５μｍ以上の
パーティクルの数を成膜の回数の関数としてプロットし
たものである。基板１１はその都度新しいものを使用し
ている。観察した最大１２０回までのすべての成膜回
で、パーティクルの付着は認められない。（曲線ｃは実
施の形態１の曲線ｂと完全に重なっている）。本実施の
形態も明らかに、従来技術の問題であった、輸送管１７
内のパーティクルが成膜の間に搬送されて基板１１に付
着するという問題を解決していると言える。なお、本実
施の形態によるパーティクルの抑止効果はここで説明し
たＺｒ（ＤＰＭ）４を用いたＺｒＯ２膜に限ったことで
はなく、他の多くの有機金属による様々な膜の形成でも
等しく認められる。実施の形態１では開通バルブ１６
ａ，１６ｂ，１６ｃ，…の開口で起こった衝撃流を下流
に設けた衝撃流抑制手段５１で食い止める方式を取って
いるのは既に説明したとおりであるが、この方式では開
通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…と衝撃流抑制手段
５１との間では衝撃流が発生し、パーティクルが衝撃流
抑制手段５１に掃き寄せられ、成膜を繰り返すうちに、
衝撃流抑制手段５１が目詰りを起こし、これを回復する
作業が必要である。実施の形態２の衝撃流抑制手段６１
は衝撃流の原因である開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６
ｃ，…の前後の圧力差を解消することによってその機能
を発揮しているので、衝撃流が全く発生しない。よっ
て、実施の形態１のような流量抑制手段が目詰りすると
いう問題を起こさない。この点、本実施の形態は実施の
形態１より優れていると言える。 ＜実施の形態３＞図４は実施の形態３のＣＶＤ装置の構
成を示す図である。図において、１は反応器系であり、
１０はコールドウォール型またはホットウォール型反応
器、１１は基板、１２は基板１１を支持保温するサセプ
タ、１３は蒸気導入口、１４は反応器の排気口、１５は
圧力計である。図中には示していないが、反応器１０に
は、基板１１を器外に取り出すための出し入れ口（ある
いはロードロック機構）が設けられている。またプラズ
マＣＶＤや光励起ＣＶＤの場合にはこの他にプラズマ励
起手段、光励起手段（ともに図示なし）が設置されてい
る。３は排気系である。２０は排気主バルブ、２１はス
ロー排気バルブ、２２は真空排気装置、２３は排気管、
１９は排気速度調節器である。真空排気装置２２から排
出されたガス等は除害装置（図示せず）で純化された
後、大気に散出される。７０は供給系である。供給系７
０には原料蒸気発生器２ａ，２ｂ，２ｃ，…が使用する
原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…の数だけ備えられている。各原
料蒸気発生器２ａ，２ｂ，２ｃ，…で発生した原料蒸気
Ａ，Ｂ，Ｃ，…は輸送管１７を介して輸送され、それぞ
れの専用の開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…の下
流で合流し反応器１０の蒸気導入口１３に導かれる。７
１はつぎに説明する複数の構成体７２、７３ａ，７３
ｂ，７３ｃで構成される衝撃流抑制手段である。７２は
開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…の輸送管１７上
流から分岐し、排気主バルブ２０の排気管２３下流部に
合流する減圧管である。この減圧管７２途上にはこれを
開閉する減圧管バルブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，…があ
る。室温凝集性の原料蒸気を用いる場合には、該当する
原料蒸気が通過する輸送管１７や開通バルブ１６ａ，１
６ｂ，１６ｃ，…、減圧管７２や減圧管バルブ７３ａ，
７３ｂ，７３ｃ，…に加熱手段を付設して凝集温度以上
に保温する。ガス状原料（希釈ガスとして反応器１０に
導入する不活性ガスも含む）に適用する原料蒸気発生装
置、液体原料や固体原料に適用する原料蒸気発生装置の
構成例は図６（従来例）と同様であるので説明を省略す
る。

【００１７】本実施の形態に基づくＣＶＤ装置を用いて
基板１１表面に薄膜を成膜するには、充分に洗浄した基
板１１を所定の温度に保持されたサセプタ１２に載せ、
全開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…を閉じ、スロ
ー排気バルブ２１を開けて、しばらくして排気主バルブ
２０を開口し、スロー排気バルブ２１を閉口して、反応
器１０内を一旦真空にする。以上の工程が終わった後、
成膜の動作に入る。まず、初めに排気系の排気主バルブ
２０を閉じて、減圧管バルブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，
…を開口し、使用する原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…を反応器
１０を迂回させて真空排気装置２２に直接送出する。開
通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…の輸送管１７上流
の内圧が成膜圧力以下まで減圧し、原料蒸気Ａ，Ｂ，
Ｃ，…の質量流量を示す質量流量調節器２６，２９の表
示が安定するまでしばらく（この間長くても数十秒程度
である）待つ。原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…の質量流量が安
定したところで、減圧管バルブ７３ａ，７３ｂ，７３
ｃ，…を閉口して、直ちに、開通バルブ１６ａ，１６
ｂ，１６ｃ，…及び排気主バルブ２２を開口して原料蒸
気Ａ，Ｂ，Ｃ，…の送出先を反応器１０に切り替えると
同時に排気速度調節器１９を作動させ一定の圧力に維持
し、成膜を行う。減圧管バルブ７３ａ，７３ｂ，７３
ｃ，…を開ける直前には、従来例と同様に、開通バルブ
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…の輸送管１７上流の内圧は
高圧力（原料ボンベ２４あるいはキャリアガスボンベ２
７の圧力調整器２５，２８の２次圧に等しい圧力）に、
輸送管１７下流の内圧は低圧力（ほぼ真空）にあるが、
上のように減圧管バルブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，…を
一定期間開けることによって、輸送管１７上流の内圧は
急速減圧され、衝撃流の原因となる上流と下流との圧力
差は無視できる程小さなものとなるから、この後、開通
バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…を開けても反応器１
０に向かう衝撃流はもはや起こらない。所望の膜厚を与
える時間が経過したところで、開通バルブ１６ａ，１６
ｂ，１６ｃ，…を閉じ原料蒸気Ａ，Ｂ，Ｃ，…の供給を
断つとともに排気速度調節器１９の作動を停止し、排気
主バルブ２０を開口して反応器１０を再び真空にする。
このあと、反応器１０に大気あるいは不活性ガスを導入
して内部を大気圧にした後、基板１１を反応器１０から
取り出す。こうして成膜が終了する。

【００１８】つぎに本実施の形態の効果を説明する。図
２の曲線ｄは、上述の構成のＭＯＣＶＤ装置を使って、
実施の形態１と同じ材料を使用してＺｒＯ２膜を２００
ｎｍ成膜したとき、シリコンで形成された直径５インチ
の基板１１に付着した粒径５μｍ以上のパーティクルの
数を成膜の回数の関数としてプロットしたものである。
基板１１はその都度新しいものを使用している。観察し
た最大１２０回までのすべての成膜回で、パーティクル
の付着は認められない。（曲線ｄは実施の形態１の曲線
ｂ，ｃと完全に重なっている）。本実施の形態も明らか
に、従来技術の問題であった、輸送管１７内のパーティ
クルが成膜の間に搬送されて基板１１に付着するという
問題を解決していると言える。なお、本実施の形態によ
るパーティクルの抑止効果はここで説明したＺｒ（ＤＰ
Ｍ）４を用いたＺｒＯ２膜に限ったことではなく、他の
多くの有機金属による様々な膜の形成でも等しく認めら
れる。本実施の形態の衝撃流抑制手段７１は衝撃流の原
因である開通バルブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…の前後
の圧力差を解消することによってその機能を発揮してい
るので、衝撃流が全く発生しないため、実施の形態２と
同様の利点を有しているほかに、実施の形態２の第２真
空排気装置６２を必要とせず、その構成が簡潔であると
いう特長を備えている。この点、本実施の形態は実施の
形態２よりも優れていると言える。

【００１９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の化学
的気相成長装置によれば、原料蒸気非供給時に開通バル
ブの輸送管上流部が高圧力に、輸送管下流部が低圧力に
置かれる従来の化学的気相成長装置において、原料蒸気
衝撃流の抑制手段を供給系に付設した構成としたため、
成膜を開始するために開通バルブを開口しても、パーテ
ィクルを搬送する衝撃流が輸送管から反応器に波及せ
ず、反応器に置かれた基板へのパーティクルの付着を抑
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施の形態１のＣＶＤ装置の構成を示す
図である。

【図２】実施の形態のＣＶＤ装置および従来例の特性を
示す図である。

【図３】実施の形態２のＣＶＤ装置の構成を示す図であ
る。

【図４】実施の形態３のＣＶＤ装置の構成を示す図であ
る。

【図５】従来のＣＶＤ装置の構成を示す図である。

【図６】従来のＣＶＤ装置の原料気化装置の構成を示す
図である。

【図７】従来のＣＶＤ装置の特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 供給系 ２ 反応器系 ２ａ，２ｂ，２ｃ，… 原料蒸気発生器 ３ 排気系 １０ 反応器 １１ 基板 １２ サセプタ １３ 蒸気導入口 １４ 排気口 １５ 圧力計 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ … 開通バルブ １７ 輸送管 １９ 排気速度調節器 ２０ 排気主バルブ ２１ スロー排気バルブ ２２ 真空排気装置 ２３ 排気管 ２４ 原料ボンベ ２５ 圧力調整器 ２６ 質量流量調節器 ２７ キャリアガスボンベ ２８ 圧力調整器 ２９ 質量流量調節器 ３０ 原料容器 ３１ 充填口 ３２ キャリアガス導入口 ３３ 原料蒸気導出口 ３４ バルブ ３５ バルブ ５０ 供給系 ５１ 衝撃流抑制手段 ６０ 供給系 ６１ 衝撃流抑制手段 ６２ 第２真空排気装置 ６３ 減圧管 ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，… 減圧管バルブ ７０ 供給系 ７１ 衝撃流抑制手段 ７２ 減圧管 ７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，… 減圧管バルブ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つまたは複数の原料蒸気を発生させる
   原料蒸気発生器と、この原料蒸気発生器で発生した原料
   蒸気を、輸送管を介して反応器に導入する１つまたは複
   数の蒸気導入口と、 前記原料蒸気発生器と蒸気導入口との間に設けられ、前
   記原料蒸気の反応器への導入を開閉制御する開通バルブ
   と、 前記原料蒸気の導入下で、前記反応器内に設けられたサ
   セプタに支持・加熱される基板と、 前記反応器内で生成された生成ガス及び前記原料蒸気を
   排出するための排気口と、 この排気口に接続され、前記反応器内で生成された生成
   ガス及び前記原料蒸気を外部へと排出する排気手段と、
   を備え、 前記原料蒸気を基板もしくはその近傍で化学反応させ、
   基板に薄膜を形成する化学的気相成長装置において、 前記開通バルブと蒸気導入口との間に設けられ、前記開
   通バルブから導入される前記原料蒸気の圧力を所定圧力
   に低下させて、前記蒸気導入口から反応器へと導入させ
   る衝撃流抑制手段を備えたことを特徴とする化学的気相
   成長装置。
2. 【請求項２】 前記衝撃流抑制手段は、前記開通バルブ
   から導入される前記原料蒸気の流量を所定流量以下にす
   ることを特徴とする請求項１記載の化学的気相成長装
   置。
3. 【請求項３】 １つまたは複数の原料蒸気を発生させる
   原料蒸気発生器と、この原料蒸気発生器で発生した原料
   蒸気を、輸送管を介して反応器に導入する１つまたは複
   数の蒸気導入口と、 前記原料蒸気発生器と蒸気導入口との間に設けられ、前
   記原料蒸気の反応器への導入を開閉制御する開通バルブ
   と、 前記原料蒸気の導入下で、前記反応器内に設けられたサ
   セプタに支持・加熱される基板と、 前記反応器内で生成された生成ガス及び前記原料蒸気を
   排出するための排気口と、 この排気口に接続され、前記反応器内で生成された生成
   ガス及び前記原料蒸気を外部へと排出する排気手段と、
   を備え、 前記原料蒸気を基板もしくはその近傍で化学反応させ、
   基板に薄膜を形成する化学的気相成長装置において、 前記原料蒸気発生器で発生した原料蒸気を外部へと排出
   する第２の排気手段と、 前記開通バルブ上流の輸送管から、前記原料蒸気発生器
   で発生した原料蒸気を、前記第２の排気手段へと減圧管
   を通して導くように開閉制御する減圧管バルブと、を備
   え、 前記減圧管バルブを所定時間開いた後、前記開通バルブ
   を開くようにすることを特徴とする化学的気相成長装
   置。
4. 【請求項４】 １つまたは複数の原料蒸気を発生させる
   原料蒸気発生器と、 この原料蒸気発生器で発生した原料蒸気を、輸送管を介
   して反応器に導入する１つまたは複数の蒸気導入口と、 前記原料蒸気発生器と蒸気導入口との間に設けられ、前
   記原料蒸気の反応器への導入を開閉制御する開通バルブ
   と、 前記原料蒸気の導入下で、前記反応器内に設けられたサ
   セプタに支持・加熱される基板と、 前記反応器内で生成された生成ガス及び前記原料蒸気を
   排出するための排気口と、 この排気口に接続され、前記反応器内で生成された生成
   ガス及び前記原料蒸気を外部へと排出する排気手段と、
   を備え、 前記原料蒸気を基板もしくはその近傍で化学反応させ、
   基板に薄膜を形成する化学的気相成長装置において、 前記開通バルブ上流の輸送管から、前記原料蒸気発生器
   で発生した原料蒸気を、前記排気手段へと減圧管を通し
   て導くように開閉制御される減圧管バルブを備え、 前記減圧管バルブを所定時間開いた後、前記開通バルブ
   を開くようにすることを特徴とする化学的気相成長装
   置。