JP2000306844A

JP2000306844A - 処理装置

Info

Publication number: JP2000306844A
Application number: JP11110286A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Okabe; 正太郎岡部; Yuzo Koda; 勇蔵幸田; Sunao Yoshisato; 直芳里; Kouichirou Moriyama; 公一朗森山; Hiroyuki Ozaki; 裕之尾崎; Yukito Aota; 幸人青田; Masahiro Kanai; 正博金井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマＣＶＤ法等による基体や膜の処理装
置において、処理空間からの排気中に含まれる未反応ガ
スや副生成物を効率よく分解、除去して回収し、排気手
段への副生成物の付着、堆積を防止する。【解決手段】放電空間１５の近傍にフィラメント１９
等化学反応生起手段を設置し、該フィラメント近傍に化
学反応生成物を回収する回収壁２０を配し、該フィラメ
ント１９の排気ポンプ２側に冷却手段２１を配置して、
排気配管３及び処理チャンバー１を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ
法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、スパッタ法、水素プラズ
マ処理法、ドライエッチング法等を用いて、処理空間
（例えば、放電空間）において、堆積膜を形成するよう
な基体処理或いはエッチング等の膜処理を行う処理装置
であって、特に、上記処理空間からの排気中に含まれる
未反応ガスや副生成物等を上記処理空間より外の排気経
路において処理する手段を備えた処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】減圧雰囲気において、基板（基体）上に
堆積膜を形成したり、堆積膜にドーピングやエッチン
グ、Ｈ₂プラズマなどの処理を施すことは広く普及し、
周知のところである。

【０００３】基板上に堆積膜を形成するプラズマＣＶＤ
法や熱ＣＶＤ法は、減圧雰囲気において、基板上に非晶
質（アモルファス）半導体薄膜や、微結晶、多結晶など
結晶性の半導体薄膜を形成する方法として一般的な方法
である。

【０００４】プラズマＣＶＤ法は、チャンバーに原料ガ
スを導入し、また、排気ポンプにより減圧して、直流電
力または低周波から高周波、マイクロ波に至る電力を適
宜選択印加して原料ガスをプラズマ様に電離、解離、励
起させて、基板上に堆積膜を形成させるものである。従
来は平行平板電極を用い、グロー放電や或いは高周波を
用いたＲＦ放電を使用してきた。

【０００５】熱ＣＶＤ法は、熱エネルギーにより化合物
ガスを分解し堆積させる方法である。熱エネルギーを利
用する方法では、原料としてＳｉ₂Ｈ₆等の比較的分解温
度の低いガスを使用し、堆積膜形成チャンバー自体を加
熱してガス分解を行うＨｏｔＷａｌｌ法や、基板を加熱
し同様の効果を得る方法がある。さらに、シリコン結晶
の融点以上に加熱したタングステンフィラメントのよう
な金属フィラメントを用いることで薄膜堆積を行うホッ
トワイヤＣＶＤ法がある。

【０００６】シリコン系非晶質または微結晶半導体薄膜
を形成する場合には、原料ガスとしては、ＳｉＨ₄、Ｓ
ｉ₂Ｈ₆、ＳｉＦ₄、Ｓｉ₂Ｆ₆などが使われている。ドー
ピングガスとしては、ＢＦ₃、Ｂ₂Ｈ₆、ＰＨ₃などが使わ
れている。また、シリコンゲルマニウム系非晶質または
微結晶半導体薄膜の形成には、前記ガスに加えて、原料
ガスとしてＧｅＨ₄ガスがよく使われる。チャンバー内
の（プラズマ）圧力は直流から高周波まで電力供給の場
合に０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ程度である。マイク
ロ波電力を供給する場合には、０．００１Ｔｏｒｒ〜１
Ｔｏｒｒ程度である。基板温度は２００〜４００℃に加
熱する。

【０００７】ここで、一般的なプラズマＣＶＤ法による
非晶質半導体薄膜の作製例を図６に記載したプラズマＣ
ＶＤ装置を用いて説明する。図６は本装置の断面模式図
である。図６中、１は処理チャンバー、２は排気手段で
ある排気ポンプ（ロータリー、及びメカニカルブースタ
ーポンプ）、３は前記処理チャンバー１と排気ポンプ２
とを結ぶ排気経路にあたる排気配管、４はコンダクタン
ス調整バルブ、５は高周波を印加するカソード電極、６
は高周波電源、７は整合器、８は基板（基体）、９は基
板を保持する機能を有する接地されたアノード電極、１
０は基板加熱ヒーター、１１はガス流量コントローラ
ー、１２はガス導入バルブ、１３はガス導入部、１４は
圧力計、１５は放電空間（処理空間）、１６は放電空間
１５を構成する部材を加熱するためのヒーター、１７は
放電空間を内包する処理炉である。

【０００８】次に、非晶質シリコン半導体膜の堆積を例
に挙げて作製手順を説明する。

【０００９】アノード電極９に基板８を固定し、処理チ
ャンバー１の基板出し入れ口（不図示）を閉じて、排気
ポンプ２により減圧に排気する。基板８はアノード電極
９に固定されたヒーター１０によって堆積膜形成条件の
温度に加熱する。処理チャンバー１内の放電空間１５に
は、不図示のガスボンベからガス流量コントローラー１
１を介して流量を制御された複数の堆積膜形成用原料ガ
ス（ＳｉＨ₄，Ｓｉ₂Ｈ₆、Ｈ₂、ドーピングガス等）が混
合されてガス導入バルブ１２、ガス導入部１３を通して
供給される。カソード電極５に高周波電源６から高周波
（１３．５６ＭＨｚ）を印加し、整合器７により整合状
態を調整してカソード電極５とアノード電極９の間の放
電空間１５に放電を生起させる。チャンバー１内のガス
は排気ポンプ２により、排気配管３を通して排気され、
常に新たに供給されるガスと入れ替わっている。放電空
間１５の圧力は圧力計１４によりモニターされる。その
圧力信号は、排気配管３に設けられたコンダクタンス調
整バルブ４のコントローラー（不図示）に送られ、コン
ダクタンス調整バルブ４の開度を調整して放電空間１５
の圧力を一定に制御する。堆積膜形成用原料ガスは放電
空間１５内のプラズマ中で解離、電離、励起され、基板
８上に堆積膜を形成する。

【００１０】堆積膜形成終了後は、原料ガスの供給を停
止し、新たにパージガス（Ｈｅ，Ａｒ等）を導入して、
チャンバー１内や排気ポンプ２に残留した原料ガスを十
分に置換する。パージ終了後、チャンバー１が冷えるの
を待って、大気圧に戻して基板８を取り出して処理工程
は終了する。

【００１１】ところで、上記シリコン系をはじめとする
ＣＶＤ過程においては、気相中で分解した原料ガスがポ
リマー状に成長し、粒子として漂うことがある。ＳｉＨ
₄系のガスを使用する場合、放電条件（圧力、ガス流
量、電力値）によってプラズマ中で発生し、電極上や、
基板ホルダー、チャンバー壁、排気配管壁、バルブ表
面、排気ポンプに、壁面温度に依存して粉体状に付着、
堆積、または沈殿する。

【００１２】処理工程における前述のごとき副生成物を
除去、回収する手段、装置として、ＣＶＤ処理空間から
排気ポンプ（排気手段）に至る排気経路上にトラップを
設け、ＣＶＤ副生成物である前記粉体を堆積させる方法
が知られている。従来、このＣＶＤ副生成物の除去には
トラップでの温度の低下による凝集作用によってＣＶＤ
副生成物を析出させて凝着させる方法が採られている
が、特開平８−２１８１７４号公報には、排気配管上に
トラップを設け、堆積膜形成チャンバーとトラップ間を
加熱することでＣＶＤ副生成物の排気配管壁への付着を
防止し、トラップにＣＶＤ副生成物を析出させて凝着さ
せる方法が開示されている。

【００１３】また特開平７−１３０６７４号公報には、
排気配管上のトラップに対向電極を設け、放電により未
反応ガスとＣＶＤ副生成物を硬質な膜としてトラップ壁
面に堆積させる方法が開示されている。さらに、特開平
８−２９９７８４号公報には排気配管上のトラップに加
熱手段として電熱コイルを用いて未反応ガスを分解して
トラップ壁面に堆積させる方法が開示されている。

【００１４】ＣＶＤ法に限らず、基板、堆積膜のドライ
エッチング処理や堆積膜のＨ₂プラズマ処理、プラズマ
ドーピング処理など、気相中でガスを分解、反応させた
り、基板、堆積膜構成物質を気相中に析出させる気相処
理においては、気相中で望まれざる反応生成物が発生す
ることがある。前記同様に、これらの反応生成物は装置
各所に付着、堆積すると様々な問題を引き起こすことが
知られている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ＣＶＤ法においては、
気相中で発生し基板以外に付着堆積する前記ＣＶＤ副生
成物が堆積膜へ混入し欠陥を形成したり、膜質に影響を
与えることが問題となっている。

【００１６】また、ＣＶＤ副生成物は、排気ポンプにま
で運ばれて、ロータリーポンプオイルの粘度を著しく大
きくしたり、メカニカルブースターポンプのローターに
付着してローター同士が接触して動作不良の原因となる
場合がある。また、前述の通りに、排気配管壁やバルブ
に付着したＣＶＤ副生成物が成長し、排気配管やバルブ
の有効断面積が次第に小さくなると、排気コンダクタン
スが次第に小さくなり、チャンバー内における所望の放
電圧力（堆積膜形成条件）が得られなくなる場合があ
る。さらには、コンダクタンスバルブの動作不良を起こ
す場合がある。

【００１７】前述した副生成物の除去、回収装置におい
ては、トラップにおける温度冷却によってＣＶＤ副生成
物を析出、凝着させていた。このトラップに付着した副
生成物の除去方法としては、トラップを排気配管から取
り外し、直接取り除く方法が知られているが、当該作業
には工夫を要し、時間も要した。

【００１８】ＣＶＤ副生成物の除去方法としては他にド
ライエッチングが知られている。ドライエッチングは、
堆積膜形成チャンバー内で放電し、寿命の長いエッチン
グガスのラジカルによって排気配管中のＣＶＤ副生成物
をエッチングする方法や、排気配管内で放電を生起させ
てエッチングする方法がある。しかしながらエッチング
を行うには、チャンバー部材、排気配管材、ポンプの耐
食性を考慮しなければならず、また、新たにエッチング
残渣物やエッチング副生成物が堆積膜形成時にコンタミ
ネーションとして与える影響を心配しなければならな
い。またトラップ内部に平行平板電極を設置し、グロー
放電や或いは高周波を用いたＲＦ放電を使用して未反応
の化合物ガスを分解し、トラップ中に堆積させる方法で
は、未反応の化合物ガスを分解しトラップの壁面に堆積
させる速度が遅いためにＣＶＤ副生成物は排気ポンプに
まで運ばれてしまうことが問題となっていた。また、ト
ラップ内部に平行平板電極を設置するためある程度の空
間を必要とし、トラップの設置に自由度がなかった。ト
ラップ内部を外部から加熱し、熱により未反応ガスを分
解しトラップ壁面に膜として堆積させる方法では、トラ
ップ外部に大きなヒーターを抱えなければならない。ま
た、未反応ガス、副生成物の除去、回収能力の大幅なア
ップは望めない。また、トラップ内部に電熱コイルを設
置し、熱により未反応ガスを分解し、トラップの壁面に
堆積させる方法にしても、用いられる電熱コイルの加熱
温度は通常４００℃程度であり、未反応の化合物バスを
分解し、トラップの壁面に堆積させる速度が遅いために
ＣＶＤ副生成物は排気ポンプにまで運ばれてしまうこと
が問題となっていた。

【００１９】ところで、ＣＶＤ副生成物の除去、回収手
段は、処理空間から排気ポンプに至る排気経路上に設け
られる。

【００２０】発熱を伴うＣＶＤ副生成物の除去手段にお
いては、その熱が除去手段以外の部分に及び様々な問題
を引き起こす場合がある。除去手段の近くにある排気配
管やチャンバーのフランジ等の真空シール部分が昇温す
るとそのシール手段を考慮しなければならない。シール
部分の温度を１４０〜１５０℃以下にできれば、シール
材はバイトン（商品名、デュポン社製）などの一般的な
Ｏ−リング材を用いることができる。１５０℃を超える
と特殊な材質の高価なＯ−リングが必要となり、２５０
℃を超えるとメタルリングなどの金属シールが必要とな
ってしまう。

【００２１】副生成物除去手段の熱がＣＶＤ処理空間や
基板に及ぶと、基板上に堆積膜を形成する条件に影響を
与える。基板温度が制御できなくなったり、処理空間の
変形や高周波導入路のインピーダンスが変化して放電
（負荷）の整合状態が変わり、堆積膜形成の再現性がと
れなくなる問題が発生する。すなわち、副生成物の除去
手段の温度を高く設定するほど、その周辺部材に対して
は高い冷却能力が求められる。副生成物の除去条件とし
て高い温度が望まれる場合には、除去手段領域では高温
を、それ以外の領域では温度を抑える方策が必要であ
る。言い換えると、除去手段の設置位置を周辺部材の温
度制御に対して考慮が必要である。

【００２２】現ＣＶＤ法により半導体薄膜を作製する工
業的な利用が進められているが、さらなる大面積化、長
時間成膜が要求されており、それに伴う排気系でのＣＶ
Ｄ副生成物の堆積の増大が懸念される。しかしながら、
上気した従来例ではＣＶＤ副生成物の除去が不十分とな
る場合がある。

【００２３】本発明の目的は、上述の課題を克服し、気
相中の処理により発生した不都合な副生成物を除去、回
収する手段を備えた処理装置を提供することを目的とす
る。

【００２４】また、本発明の目的は、小型でメンテナン
スが容易で、大面積に長時間の成膜を高速で行う際の未
反応ガスや副生成物に対しても十分に効率よく除去回収
できる機能を備えた基板または膜の気相処理装置を提供
することにある。

【００２５】さらに本発明の目的は、基板や堆積膜の気
相処理条件に影響を与えないような、気相処理により発
生する副生成物を除去、回収する機構を有した、基板ま
たは膜の気相処理装置を提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記構成をと
ることにより、前記課題を解決したものである。

【００２７】すなわち本発明は、基体または膜を処理す
るための処理空間と該処理空間を排気するための排気手
段とを有する処理装置であって、上記処理空間と排気手
段とを結ぶ排気経路に、該処理空間から排気された未反
応ガス及び副生成物の少なくとも一方に化学反応を生起
させる化学反応生起手段を配設し、該化学反応生起手段
の排気手段側に冷却手段を有することを特徴とする。

【００２８】本発明において、上記冷却手段としては、
冷媒として液体及び気体のいずれも好ましく用いること
ができる。

【００２９】また本発明においては、上記処理空間と化
学反応生起手段との間、上記処理空間において処理され
る被処理物と上記化学反応生起手段との間、或いは、上
記化学反応生起手段の排気手段側に該化学反応生起手段
に隣接して、断熱手段を有することが好ましい。

【００３０】さらに本発明においては、上記処理空間を
構成する部材の温度を一定に制御する手段を有すること
が好ましい。

【００３１】本発明において、上記化学反応生起手段と
しては、触媒或いは発熱体が好ましく用いられ得る。

【００３２】本発明の処理装置は、上記未反応ガス及び
副生成物がシリコンを含有している場合に特に好ましく
用いられる。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明の処理装置について実施形
態を挙げて説明する。

【００３４】図１は本発明の処理装置の好ましい一実施
形態であるプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置の模
式的断面図である。図１中、先に説明した図６の装置と
同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。

【００３５】図１の処理装置は、図６に示した従来の装
置の処理チャンバー１から排気ポンプ２への排気経路で
ある排気配管３に、放電空間１５から未反応で排出され
た原料ガスや放電空間１５で形成された副生成物のを除
去・回収するための、未反応ガス及び副生成物除去・回
収手段１８が設けられている。該除去・回収手段１８
は、未反応ガスや副生成物に化学反応を起こさせるため
の化学反応生起手段であるタングステンフィラメント１
９と、該化学反応によって生成した化学反応生成物を付
着・堆積させトラップする化学反応生成物回収手段とし
て作用する化学反応生成物回収壁２０（排気経路である
排気配管壁の一部）から構成される。フィラメント１９
には外部の電源から電圧が印加されるようになってい
る。また、未反応ガス及び副生成物除去・回収手段１８
の排気手段側の排気配管３には、水冷式の冷却手段２１
が配設されている。また、回収壁２０と処理チャンバー
１の間には断熱手段として間隙２４が設けられ、回収壁
２３と処理炉１７との間には断熱手段として熱伝導率の
低い焼結体２３が設置されている。また、放電空間１５
を構成する部材の温度を一定に制御するために、処理炉
１７にはヒーター１６が設けられている。

【００３６】図１のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
装置は、以下の知見に基づいて構成される。

【００３７】プラズマＣＶＤ法による基板上への堆積膜
形成処理時に処理空間から排出される未反応ガス及び副
生成物の少なくとも一方を、触媒作用或いは熱分解作用
により化学反応を起こさせて分解する。そのため、未反
応ガス及び副生成物の少なくとも一方に対して触媒作用
を有する物質或いは発熱体を、化学反応生起手段として
処理空間（放電空間１５）と排気手段（排気ポンプ２）
との間の排気経路上（排気配管３内）に設置する。未反
応ガス及び副生成物は化学反応生起手段の周辺を流れる
ことによって化学反応が誘起され、それによって生成さ
れた化学反応生成物を、該化学反応生起手段の周辺の排
気経路構成部材（回収壁２０）に付着、堆積させて回収
する。触媒を用いる場合はその作用を高めるために適宜
適温に加熱する。

【００３８】未反応ガスや副生成物にシリコンが含有さ
れる場合には、化学反応生起手段として、タングステ
ン、モリブデン、レニウムの内の少なくとも一つを主成
分とするフィラメントを用いることが好ましく、該フィ
ラメントには直流または交流電圧を印加して発熱させ
る。

【００３９】また、化学反応生成物を付着、回収する手
段（回収壁２０）も回収効果を上げるためには加熱する
必要がある。例えば、シリコンを含有するシラン等の未
反応ガスや、ポリシランなどの副生成物に化学反応を起
こさせ、堆積膜として付着させ回収するためには、付着
する部材を２５０℃以上、望ましくは４００℃以上の高
温にすることが望ましい。図１の回収壁２０は、フィラ
メント１９からの熱輻射または熱伝導により加熱され
る。

【００４０】化学反応生起手段（フィラメント１９）や
その周辺の化学反応生成物回収手段（回収壁２０）の熱
が、これらの手段よりも排気手段（排気ポンプ２）側の
排気経路構成部材（排気配管３）や処理チャンバー１の
構成部材に輻射、伝導により及ぶことを抑制するため
に、本発明においては、化学反応生起手段の排気手段側
に冷却手段を設ける。図１の装置においては冷却手段２
１によって排気配管３及び処理チャンバー１を冷却す
る。該冷却手段は、各部材に設けた流路に冷媒を流して
当該部材の熱を置換するように構成すればよい。冷媒と
しては、水や油等の液体であっても、気体であってもよ
い。

【００４１】図２に図１の装置の冷却手段２１周辺部の
拡大図を示す。図中、３２は排気配管３及び処理チャン
バー１の構成部材内に形成された冷媒の流路、２６は冷
媒の導入口、２７は冷媒の排出口、２５はＯ−リング
（真空シール）である。図２においては、冷却手段２１
として処理チャンバー１や排気配管３の構成部材内に冷
媒（冷却水）を流し、Ｏ−リング２５が熱によって破損
するのを防止している。

【００４２】回収壁２０と、処理チャンバー１及び排気
配管３との間には断熱手段として間隙２４が設けられて
いて、高温の回収壁２０から処理チャンバー１や排気配
管３への熱伝達を抑制している。当該構成では、処理チ
ャンバー１内に、原料ガスとは別途のＨ₂ガス等を導入
し、間隙２４を通して排気配管３に流れ込むようにする
のが好ましい。

【００４３】図３は間隙２４とは別の断熱手段を講じた
例であり、回収壁２０と、処理チャンバー１及び排気配
管３との間に断熱手段として熱伝導率の低い焼結体３３
を設置している。

【００４４】上記のように、断熱手段を設けることによ
り、上記回収壁２０の回収能力を低下させることなく、
高温の回収壁２０近傍の処理チャンバー１や排気配管３
に冷却手段を設けることができる。

【００４５】また、化学反応生起手段であるフィラメン
ト１９で発生した熱や、フィラメント１９周辺の回収壁
２０からの熱が、処理炉１７や基板８に輻射や伝導によ
り及ぶことを抑制するために、回収壁２０と処理炉１７
との間に断熱手段を設けることが好ましく、図１の装置
においては、当該断熱体として熱伝導率の低い焼結体２
３を配置している。

【００４６】また本発明の装置においては、処理空間を
構成する部材の温度を一定に制御する手段を備えている
ことが望ましく、図１の装置においては、処理空間であ
る放電空間１５の構成部材を一定温度に制御するため
に、放電空間１５を構成する部材である処理炉１７にヒ
ーター１６が設けられている。本発明において、当該制
御手段としては加熱手段及び冷却手段の両方を備えてい
ることが望ましい。例えば加熱手段としてはヒーターが
用いられ、冷却手段としては放熱板や冷媒を流す機構を
設けてもよい。また、温度制御された流体（媒体）を循
環させて熱交換させるものでもよい。

【００４７】基板上に、例えばシリコン系非晶質堆積膜
をプラズマＣＶＤ法により形成する条件においては、処
理炉１７の構成部材の温度は２００〜３５０℃に制御す
る必要がある。２００℃よりも低くなると処理空間（放
電空間１５）の壁面にＣＶＤ副生成物が粉体状に付着堆
積したり、その舞い上がりにより、前記副生成物が基板
上の堆積膜に混入し、構造欠陥を生じたり、所望の膜質
が得られなくなる恐れがある。制御温度の上限は、処理
空間構成部材からの熱輻射により基板の温度が所望の温
度に制御できなくなる上限温度として決定される。処理
空間の構成部材は、化学反応生起手段からの距離によっ
て所望の温度に制御するに必要な熱量（加熱及び冷却）
が異なるために、加熱手段、冷却手段を設ける場合に
は、そのレイアウトや供給熱量（出入り熱量）を考慮す
る必要がある。例えば前記化学反応生起手段に近い領域
では冷却手段の冷却能力を相対的に高くする必要があ
る。

【００４８】前記未反応ガス及び副生成物除去・回収手
段１８は、処理空間（放電空間１５）から排気手段（排
気ポンプ２）までの排気経路上（排気配管３内）におい
て、処理空間で生成した副生成物が排気経路上の部材に
付着、堆積しないように、処理空間の近くの排気経路上
に設けるとよい。

【００４９】図７は、先に図６に示した従来のＣＶＤ処
理装置に未反応ガス及び副生成物除去・回収手段を配置
したＣＶＤ処理装置の模式図である。図中、７０は未反
応ガス及び副生成物の回収手段（トラップ）、７１は冷
却手段、７２は加熱源である。

【００５０】トラップ７０を加熱する方式では、トラッ
プ７０外部にヒーター等の加熱源２８を設けなくてはな
らず、除去・回収手段１８は大きくなってしまい、処理
空間（放電空間１５）の直後に設けることは難しい。

【００５１】トラップ内部に電熱コイルを設ける方式に
おいても、トラップ内部に平行平板電極を設置し、グロ
ー放電により未反応ガスを分解しトラップに堆積させる
方式であっても、未反応ガスや副生成物の除去回収速度
（能力）が小さく、当該手段自体を大きくしなければな
らず、処理空間に隣接して設けることはできなかった。
除去・回収手段自体が大きいために、該手段を処理チャ
ンバー１の外部に設置せざるを得ず、作業者の安全を考
えて冷却手段を除去・回収手段の外側に設けているが、
そのことがさらに除去・回収手段を大きくしているとと
もに、該手段の未反応ガスや副生成物の除去、回収能力
を低下させる結果にもなっている。

【００５２】本発明の処理装置においては、前述の通
り、処理時のみ反応ガスや副生成物の少なくとも一方に
化学反応を起こすための化学反応生起手段が設置され、
該化学反応生起手段周辺の処理チャンバーや排気配管に
冷却手段が配設されていること、さらには、該化学反応
生起手段や回収手段と周辺部材との間に断熱手段を設け
ることにより、上記化学反応生起手段や回収手段を処理
空間直後の排気経路上に設けることが可能となる。

【００５３】その結果、化学反応生成物回収手段が少な
くとも減圧雰囲気の処理チャンバー内に収容されること
で、減圧雰囲気が断熱効果を発揮して、回収手段の温度
を効率よく高めることができ、回収効果を高めることが
できる。その結果、未反応ガスや副生成物の除去、回収
領域を小さくすることができる。

【００５４】図１の装置における堆積膜形成時に生成さ
れる未反応ガスとＣＶＤ副生成物の除去は以下のように
して行われる。

【００５５】先に図６の装置において説明した手順と同
様にして、処理炉１７でプラズマＣＶＤ法により堆積膜
を基板８上に形成する。処理空間１５にプラズマを生起
させる時には、前記化学反応生起手段であるフィラメン
ト１９に通電し、化学反応生成物の回収手段である回収
壁２０も十分に昇温しておく。

【００５６】冷却手段２１に冷却水を流し、排気配管３
及び処理チャンバー１を冷却する。放電空間１５から未
反応のまま排出された原料ガスと、放電空間１５で生成
したＣＶＤ副生成物は、フィラメント１９の周辺で分解
され、その化学反応生成物は、フィラメント１９の周辺
の回収壁２０に膜として堆積し、回収される。回収壁２
０よりも排気ポンプ２側の排気配管３やコンダクタンス
調整バルブ４、排気ポンプ２にはＣＶＤ副生成物は到達
せず、それらに堆積、蓄積することはない。

【００５７】基板８上への堆積膜形成が終了し、処理チ
ャンバー１を大気圧に戻した後、未反応ガス及び副生成
物除去・回収手段１８は、処理チャンバー１から取り外
され、回収される。

【００５８】図４は、本発明の他の実施形態のプラズマ
ＣＶＤ装置を示す模式的断面図である。本装置では、長
尺の基板８を放電空間１５内で連続的に移動させながら
堆積膜を形成する。長尺の基板８は不図示のボビンに巻
かれて紙面左側の繰り出しチャンバー（不図示）に収容
される。そして該繰り出しチャンバーから処理チャンバ
ー１を通して紙面右側の巻き取りチャンバー（不図示）
に張り渡されるようになっている。処理炉１７から排気
ポンプ２への排気経路である排気配管３内には、放電空
間１５から未反応で排出された原料ガスや放電空間１５
で形成された副生成物に化学反応を起こさせるための化
学反応生起手段としてタングステンフィラメント１９が
設けられている。フィラメント１９には外部の電源から
電圧が印加されるようになっている。フィラメント１９
の周囲の回収壁２０は、フィラメント１９によって生起
された化学反応による生成物を付着、堆積させトラップ
する回収手段である。排気配管３内におけるフィラメン
ト１９の排気ポンプ２側近傍には、水冷式の冷却手段２
１が設けられ、排気配管３及びフィラメント１９近傍の
処理チャンバー１を冷却する。２９は断熱板であり、フ
ィラメント１９及び回収壁２０と基板８との間の断熱手
段として機能する。

【００５９】本装置における基板８上への堆積膜の形成
は以下の手順で行われる。繰り出しチャンバーに長尺の
基板８が巻かれた１ロールのボビンをセットし、該繰り
出しチャンバーから処理チャンバー１を経て巻き取りチ
ャンバーに基板８を張り渡し、処理チャンバー１内を減
圧に排気する。以下は図１の装置の場合と同様の手順に
て、処理準備を進め、処理条件が整ったら、基板を連続
的に搬送して基板８上に堆積膜を形成する。１ロールの
成膜が終了したら、基板８の搬送を停止し、図１の装置
の場合と同様の手順にて、基板８を取り出して処理を終
了する。基板８を取り出した後、処理チャンバー１を開
けて、フィラメント１９及び回収壁２０を取り出す。

【００６０】本装置は以下の知見に基づいて構成されて
いる。

【００６１】すなわち本装置の場合、基板８の搬送方向
に基板８と平行して、基板８の処理温度よりも高温の化
学反応生成物の回収手段である回収壁２０が存在するた
めに、基板８が回収壁２０からの熱輻射を受けて温度が
上昇し、処理条件（基板処理条件）に制御することがで
きなくなったり、処理後の堆積膜の変質を招く恐れがあ
る。そこで、回収壁２０と基板８との間に断熱板２９を
設け、基板８の温度の上昇を抑えるようにしている。断
熱板２９は、本例のように１枚に限らず、複数枚を間隙
を設けて重ねて断熱効果を高めてもよい。

【００６２】図５は、本発明の他の実施形態である熱Ｃ
ＶＤ法による基板上への堆積膜形成装置の模式的断面図
である。図中、図１，図６と同じ部材には同じ符号を付
して説明を省略する。

【００６３】図５中、１は基板８上に熱ＣＶＤ法により
堆積膜を形成する処理炉１７を収容する処理チャンバー
である。基板８は処理炉１７中に支持され固定される。
処理炉１７から排気ポンプ２への排気排気経路上である
排気配管３内の処理炉１７直後には、処理空間５１から
未反応で排出された原料ガスや処理空間５１で形成され
た副生成物に化学反応を起こさせるための化学反応生起
手段であるタングステンフィラメント１９が設置されて
いる。該フィラメント１９には外部の電源から電圧が印
加されるようになっている。またフィラメント１９周囲
には上記化学反応の生成物を付着、堆積させトラップす
る回収壁２０が配置されている。

【００６４】排気配管３におけるフィラメント１９の排
気ポンプ２側には、水冷式の冷却手段２１が設けられて
いる。また、フィラメント１９と処理チャンバー１の間
には熱伝導率の低い焼結体２３が断熱手段として配置さ
れている。３０は処理炉１７、基板８、原料ガスを加熱
するヒーターである。

【００６５】図５の装置を用いて基板８上に結晶性シリ
コン膜を作製する手順について説明する。

【００６６】処理炉１７に基板８を固定し、処理炉１
７、処理チャンバー１の基板出し入れ口（不図示）を閉
じて、排気ポンプ２により処理炉１７内を減圧に排気す
る。処理炉１７、基板８はヒーター３０によって堆積膜
形成条件の温度に加熱する。排気配管３内に設けられた
フィラメント１９に通電し、フィラメント１９及び回収
壁２０を加熱する。冷却手段２１には冷却水を流し冷却
を開始する。

【００６７】処理炉１７の処理空間５１に、不図示のガ
スボンベからガス流量コントローラー１１を介して流量
を制御された複数の堆積膜形成用原料ガス（ＳｉＨ₄、
Ｓｉ₂Ｈ₆、Ｈ₂、ドーピングガス等）を混合し、ガス導
入バルブ１２を通して供給する。前記原料ガスはヒータ
ー３０により予め加熱されてから処理空間５１に導入す
る。処理炉１７内のガスは排気ポンプ２により、排気配
管３を通して排気し、常に新たに供給されるガスと入れ
替える。処理空間５１の圧力は圧力計１４によりモニタ
ーされる。その圧力信号は、排気配管３に設けられたコ
ンダクタンス調整バルブ４のコントローラー（不図示）
に送られ、コンダクタンス調整バルブ４の開度を調整し
て処理空間５１の圧力を一定に制御する。原料ガスは処
理空間５１内で解離、電離、励起され、基板８上に堆積
膜を形成する。

【００６８】堆積膜形成終了後は、原料ガスの供給を停
止し、新たにパージガス（Ｈｅ、Ａｒ等）を導入して、
処理炉１７内や排気ポンプ２に残留した原料ガスを十分
に置換する。パージ終了後、処理チャンバー１が冷える
のを待って、大気圧に戻して基板８を取り出し処理工程
は終了する。フィラメント１９と回収壁２０は、処理チ
ャンバー１から取り外され回収される。

【００６９】

【実施例】（実施例１、比較例１）図１に示したプラズ
マＣＶＤ装置を用いて、非晶質シリコン半導体膜を４０
ｃｍ角のガラス基板上に厚さ１μｍ形成した。処理条件
は、堆積膜形成用原料ガスとしてＳｉＨ₄、Ｈ₂を使用
し、圧力２ＴｏｒｒのもとＲＦ放電を生起した。基板温
度は２５０℃とした。化学反応生起手段であるタングス
テンフィラメントに通電し、該フィラメントの周辺の回
収壁の温度は５５０℃とした。

【００７０】堆積膜の成膜速度を１０Å／ｓｅｃとして
成膜工程を１００回繰り返した。同様の装置を用いて、
成膜速度を１５Å／ｓｅｃ、２０Å／ｓｅｃで成膜工程
を１００回繰り返した。上記回収壁の近傍にある真空シ
ール部には熱電対を設置してその温度をモニターした。

【００７１】また、比較例１として、上記実施例と同様
の工程を、図６の装置を用いて行った。結果を表１に示
す。

【００７２】

【表１】

【００７３】本実施例の場合、１００回の成膜工程を通
して、基板温度は常に２５０℃に制御されていた。真空
シール部の温度はバイトン（商品名、デュポン社製）製
のＯ−リングが十分に使用できる１２０℃で維持され、
圧力が次第に上昇するなど、真空シール部の破損により
リークが発生することはなかった。

【００７４】堆積膜形成時の圧力調整に問題はなく、コ
ンダクタンス調整バルブの動作不良は発生しなかった。
排気ポンプ動作にも問題はなかった。処理終了後、各部
を分解し点検したところ、フィラメント周辺の回収壁に
はＣＶＤ副生成物が化学反応を起こして生成した生成物
が膜として堆積していた。また、フィラメント周辺の回
収壁よりも排気ポンプ側の排気配管壁、バルブ表面は、
地が露出して付着堆積物は全くなかった。ポンプにもＣ
ＶＤ副生成物の付着や沈殿はほとんどなかった。

【００７５】一方、比較例の場合、２０数回の成膜処理
で圧力調整不能となり、処理を中止した。各部を分解し
たところ、排気配管内には大量にＣＶＤ副生成物が粉体
として堆積し、放電空間に近い領域で排気配管が閉塞し
ていた。

【００７６】以上の結果より、本発明の実施例では、放
電空間を未反応で排出された原料ガス及びＣＶＤ副生成
物がフィラメントと回収壁によってほぼ完全に除去・回
収されていることがわかる。

【００７７】（実施例２）図４のプラズマＣＶＤ装置を
用いて、幅が４０ｃｍ、長さが１００ｍのステンレス基
板を連続的に搬送しながら、該基板上に非晶質シリコン
半導体膜を厚さ１μｍに形成した。搬送速度は１ｍ／ｍ
ｉｎとし、処理条件は、堆積膜形成用原料ガスとしてＳ
ｉＨ₄、Ｈ₂を使用し、圧力２ＴｏｒｒのもとＲＦ放電を
生起した。基板温度は２２０℃とした。化学反応生起手
段であるフィラメントに通電し、該フィラメント周辺の
回収壁の温度は５５０℃とした。堆積膜の成膜速度は２
０Å／ｓｅｃとした。

【００７８】回収壁上の基板には熱電対を接触させて、
その温度をモニターした。基板は回収壁から遠い原料ガ
ス供給口から回収壁のある排気口側に搬送し、放電空間
に入り口、中央、出口付近の基板温度もモニターするこ
ととした。また、回収壁と基板の間の断熱板の枚数を変
えてその断熱効果と基板温度を調べた。断熱板は厚さ２
ｍｍのステンレス製で、断熱板同士は１ｍｍの間隔をあ
けて配置した。結果を表２に示す。

【００７９】

【表２】

【００８０】断熱板なしの場合と、１，２枚の場合で
は、基板上の堆積膜の色が異なっていることが目視によ
って確認された。２枚と３枚の場合に差はなかったが、
膜厚は異なっていた。

【００８１】回収壁と基板の間に断熱板を設けない場合
には、回収壁上の気板温度は処理温度の２２０℃より２
００℃以上も高くなった。また放電空間内の基板温度も
２２０℃に制御できず、３００℃に達した。回収壁と基
板の間に断熱板を配すると、回収壁上、放電空間内の基
板温度ともに下がり、本実施例の処理条件では断熱板２
枚によって放電空間内の基板温度は所望の２２０℃に制
御できた。断熱板を３枚にすると、回収壁上の基板温度
も放電空間とほぼ同じ温度となった。

【００８２】基板の放電空間内での処理温度及び回収壁
上で晒される基板温度が、基板上の堆積膜質に影響を与
えていることが予測される。断熱板により基板の処理温
度の制御性が大きく向上することもわかった。

【００８３】（実施例３、比較例２）図５の熱ＣＶＤ装
置を用い、高結晶性のシリコン膜をシリコンウエハ上に
形成した。原料ガスとしてＳｉ₂Ｈ₆及びＨ₂を用い、処
理炉、原料ガスを加熱するとともに、基板温度は６００
℃に加熱して圧力１０Ｔｏｒｒの条件で熱ＣＶＤにより
ウエハ上に成膜速度１０Å／ｓｅｃで堆積膜を５０００
Å形成した。排気経路に設けたフィラメントに通電し、
該フィラメント周辺の回収壁の温度は６００℃とした。
冷却手段に冷却水を流して冷却を行った。成膜工程は基
板を入れ替えて５０回繰り返した。

【００８４】また、比較例２として、図４の装置におけ
るフィラメント１９、回収壁２９、冷却手段２１、断熱
板２９、支持体３１、焼結体２３を取り外して、同様の
条件で成膜工程を行った。

【００８５】その結果、実施例の場合には５０回の成膜
工程を問題なく行うことができたが、比較例の場合、７
回目の成膜工程において圧力制御が不可能となり処理を
中止した。

【００８６】実施例、比較例の装置の各部を分解し、点
検したところ、比較例の装置では、処理炉の排気口から
排気ポンプに至る排気配管内にＣＶＤ副生成物が付着、
堆積し、排気配管はほぼ閉塞状態となっていた。一方、
実施例の装置においては、処理炉から排気ポンプまでの
排気配管内にＣＶＤ副生成物の堆積は見られず、副生成
物はフィラメント付近で化学反応を起こし、回収壁に膜
として堆積していた。よって、本装置の未反応ガス及び
ＣＶＤ副生成物除去、回収能力が確認された。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の処理装置
によれば、装置自体に熱的ダメージを与えることなく、
気相中の処理により発生した未反応ガスや副生成物を効
率よく除去、回収することができ、排気配管や排気ポン
プ等のメンテナンス間隔を大幅にのばすことができる。

【００８８】また、小型でメンテナンスが容易で、大面
積に長時間の成膜を高速で行う際の未反応ガスや大量の
ＣＶＤ副生成物に対しても十分に効率よく除去、回収で
きる機能を備えた基板或いは膜の気相処理装置が提供で
きる。

【００８９】さらに、気相反応により発生する副生成物
が基板や堆積膜の処理条件に影響を与えることなく処理
を行うことができるため、再現性の高い安定した処理が
実現されるとともに、堆積膜形成、エッチング等高品位
な処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるプラズマＣＶＤ装置
の模式的断面図である。

【図２】図１の装置の冷却手段周辺部の拡大図である。

【図３】図２とは異なる断熱体を備えた装置の冷却手段
周辺部の拡大図である。

【図４】本発明の他の実施形態であるプラズマＣＶＤ装
置の模式的断面図である。

【図５】本発明の他の実施形態である熱ＣＶＤ装置の模
式的断面図である。

【図６】従来のプラズマＣＶＤ装置の一例の模式的断面
図である。

【図７】従来の未反応ガス及び副生成物除去・回収手段
を備えたプラズマＣＶＤ装置の模式的断面図である。

【符号の説明】

１処理チャンバー２排気ポンプ３排気配管４コンダクタンス調整バルブ５カソード電極６高周波電源７整合器８基板９アノード電極１０基板加熱用ヒーター１１ガス流量コントローラー１２ガス導入バルブ１３ガス導入部１４圧力計１５放電空間１６ヒーター１７処理炉１８未反応ガス及び副生成物除去・回収手段１９タングステンフィラメント２０回収壁２１冷却手段２３焼結体２４間隙２５Ｏ−リング２６冷却水導入口２７冷却水排出口２８加熱源２９断熱板３０ヒーター３１支持具３２冷媒流路３３焼結体５１処理空間７０トラップ７１冷却手段ｌ７２加熱源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者芳里直東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者森山公一朗東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者尾崎裕之東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者青田幸人東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金井正博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 4D002 AA26 AC10 BA07 BA12 BA13 CA13 CA20 DA70 EA02 EA13 GA02 GA03 GB01 GB02 GB03 GB04 GB11 GB20 HA03 HA06 HA10 4G075 AA24 BC02 BC04 BC06 CA02 CA03 CA47 CA65 DA02 EB01 EB21 4K030 AA06 AA17 BA30 EA12 FA03 FA10 KA22 KA26 KA41 KA49 5F045 AA08 AB02 AB04 AC01 AD06 AD10 AE21 AE23 AF03 AF07 BB10 DP04 EB02 EB06 EB15 EE04 EG07 EG08 EH14 EJ04 EJ09 EK06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体または膜を処理するための処理空間
と該処理空間を排気するための排気手段とを有する処理
装置であって、上記処理空間と排気手段とを結ぶ排気経
路に、該処理空間から排気された未反応ガス及び副生成
物の少なくとも一方に化学反応を生起させる化学反応生
起手段を配設し、該化学反応生起手段の排気手段側に冷
却手段を有することを特徴とする処理装置。
【請求項２】上記冷却手段が冷媒として液体を用いる
請求項１記載の処理装置。
【請求項３】上記冷却手段が冷媒として気体を用いる
請求項１記載の処理装置。
【請求項４】上記処理空間と化学反応生起手段との間
に断熱手段を有する請求項１記載の処理装置。
【請求項５】上記処理空間において処理される被処理
物と上記化学反応生起手段との間に断熱手段を有する請
求項１記載の処理装置。
【請求項６】上記化学反応生起手段の排気手段側に該
化学反応生起手段に隣接して断熱手段を有する請求項１
記載の処理装置。
【請求項７】上記処理空間を構成する部材の温度を一
定に制御する手段を有する請求項１記載の処理装置。
【請求項８】上記化学反応生起手段が触媒である請求
項１記載の処理装置。
【請求項９】上記化学反応生起手段が発熱体である請
求項１記載の処理装置。
【請求項１０】上記未反応ガス及び副生成物がシリコ
ンを含有している請求項１記載の処理装置。