JP2001348667A - Ｃｖｄ成膜方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長時間に渡り成膜をしても薄膜に欠陥を生じ
ない、高品質の成膜のできるＣＶＤ成膜方法及びＣＶＤ
装置の提供。 【解決手段】 少なくとも成膜室とガス供給口とガス排
気口と加熱手段とを備え、前記成膜室内の基板上に薄膜
を被着させるＣＶＤ装置において、薄膜を被着させる基
板の面が前記成膜室内において下向きの姿勢を保つよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は化学反応により基
板上に薄膜を被着させるＣＶＤ成膜方法およびその装置
に関する。さらに詳しくは、薄膜の欠陥発生の原因を排
除し、且つ生産性を向上したＣＶＤ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体工業その他精密工業で薄膜
の形成技術は重要な要素技術のひとつである。なかで
も、ＣＶＤ法は、精製原料が得やすく、各種の化学反応
を選び易く、不純物の混入量、膜厚など製品仕様・品質
結果に及ぼす反応条件の制御がし易いなどのため多用さ
れる。

【０００３】ＣＶＤ法は熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法などあるが、基本的には成膜室内におい
て、与えたエネルギー源で供給した化学物質を反応さ
せ、基板上でその反応物質を堆積させ、薄膜を形成させ
るところにある。また、反応条件も高温から比較的低い
温度、加圧から減圧などさまざまであるが、要は、成膜
室内において蒸気若しくはガス体が分解・反応して固体
を生成する現象であるから、必ずしも基板上だけに堆積
するわけではない。

【０００４】従来のＣＶＤ装置の構造やＣＶＤの条件で
は、薄膜形成は基板上に集中するよう工夫はされている
が、室内のあらゆる器壁などに反応生成物は堆積し、望
ましくない時に剥離し、パーティクル（微粒子状異物）
として、形成中の薄膜上に付着して、欠陥を発生させ
る。最も原始的な回避手段としては、装置を停止して度
々清掃することであるが、これは生産の中断になるか
ら、生産性の低下と労力の増加を招き、著しいコスト上
昇につながる。

【０００５】さらに具体的に従来の装置の構造で起きる
現象を図３で説明する。図３において、１は薄膜を形成
させるべき基板、２は原料ガスの供給口、３は排気口、
４は加熱手段である。

【０００６】基板１は抵抗加熱型ヒーターなどの加熱手
段４により適切な温度に加熱されており、原料ガスの供
給口２の下部を一定の速度で移動し、通過する。原料ガ
スは基板表面で化学反応を起こして基板上に薄膜５が形
成され、固体状の反応生成物６が堆積し、この反応生成
物が厚く堆積していくと、ついには剥離が生じる。剥離
後は基板表面に落下し、欠陥７を多く含む薄膜になる。
したがって前記したように、生成物６の堆積が進んでく
ると、ＣＶＤ装置の運転を止め、内部の保守作業を頻繁
に実施する必要があり、ＣＶＤ装置の稼働率は低下す
る。

【０００７】こういった難点の対策として、成膜室器壁
及び部品表面の粗さを一定の範囲に制御して、剥離を抑
制したり、特にパーティクルの付着が排気口の付近に多
いことから、排気口付近や排気管の構造に工夫を凝らし
たり、積極的に未反応原料ガス（蒸気）を反応せしめる
ゾーン及び構造物を設けたりなどの工夫が従来には見ら
れるが、完全ではない。

【発明が解決しようとする課題】

【０００８】本発明は上記従来の問題点に鑑み、長時間
に渡り成膜をしても薄膜に欠陥を生じない、高品質の成
膜のできるＣＶＤ成膜方法及びＣＶＤ装置を提供するこ
とを目的とする。更に本発明は薄膜の欠陥発生の原因を
排除し、且つ生産性を向上したＣＶＤ成膜方法及びＣＶ
Ｄ装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は少なくとも成膜
用原料ガス等のガス供給口と未反応ガス、反応副生成物
等のガス排気口と加熱手段とを有する成膜室を備え、前
記成膜室内の基板上に薄膜を被着させるＣＶＤ成膜方法
において、前記成膜室内の基板の下方に向いた面に薄膜
が形成するように成膜を行なうことを特徴とする。

【００１０】さらに本発明は成膜室内の基板の上方に向
いた面が、非成膜状態を維持しながら支持体に支持され
て成膜を行なうことも特徴とする。

【００１１】さらに本発明は基板の下方に成膜用原料ガ
ス流若しくはガス滞留空間を維持しながら基板の下方を
向いた面に薄膜が形成するように成膜を行なうことも特
徴とする。

【００１２】従来のＣＶＤ成膜方法及びＣＶＤ装置では
基板の薄膜を被着させる面は通常上向きで水平に保たれ
ておりしかも成膜室内の底部に近い位置にあるので、基
板の薄膜を被着させる面の直上部の器壁や部品に堆積し
て剥離した反応物パーティクルは重力の基では基板の成
膜面上に落下するし、気流があれば面の上部近傍の器壁
や部品に堆積して剥離した反応物パーティクルも成膜面
上に落下する率は大きい。さらには気体中に浮遊するパ
ーティクルですら、時間の経過で沈降し、該膜面上に到
達し該膜面で受け止めるかたちになる。

【００１３】一方本発明によれば、落下若しくは気体中
を沈降してくる反応物パーティクルは、成膜面が下向き
であるから、よほどの乱気流で粒子が上向きの運動をし
ていない限り面上に沈着、到達のしようがない。

【００１４】本発明では、特に基板の上下位置について
の制限はしないが、成膜室の天井に接しているか、近い
ほうが好ましい。何故ならば、それだけ、上部に堆積し
ている反応物が少ないからであり、且つ成膜室の容積を
有効に使用できるからである。勿論基板上部即ち本発明
の場合基板の裏面側に何らかの構成物、例えば電極など
を配置するために基板位置が成膜室の下方に移動するよ
うな配置になっても、本発明の構成を満たす限り一向に
差し支えない。また、成膜室天井と基板との間に空間が
あって上部壁面や部品面に反応成生物が堆積し、パーテ
ィクルとして落下するようなことがあったとしても、落
下パーティクルは基板裏面で受け止められ成膜面には影
響しない。

【００１５】本発明の加熱手段については、基板裏面に
配置された抵抗体、成膜室の壁内に埋設された抵抗体、
基板が下向きに載置されたサセプター若しくはステージ
の裏面に配置されたまたは該部品内に埋設された抵抗体
であって、これに電流を通過させて発熱させる手段とす
ることができる。更に本発明の加熱手段としては輻射熱
を利用するランプ加熱、間接的に加熱する高周波誘導加
熱などを用いることができ、特にその手段は限定しな
い。

【００１６】通常、基板表面での化学反応が専ら行われ
ることが好ましいので、基板表面温度を周囲より高く設
定できるよう構成し、且つ制御するが、成膜室外への放
熱を補って一定の温度を保つ必要から、また基板自体と
基板周囲との温度勾配を適切に保つ必要から、周囲の加
熱を考慮した構成をとることもできる。さらに、反応原
料であるガスの予熱を行うことも、反応を有効に且つ安
定して進行させる上で好ましいこともある。

【００１７】また、ＣＶＤ法の内、プラズマＣＶＤ法で
は減圧のもとに行なわれることがしばしばであるが、本
発明ではその利用する自然法則から理解できるように、
特に圧力条件や温度条件に左右されないで実施可能であ
る。これはとりもなおさず、反応エネルギー付与の方法
にも左右されずに有効であるということである。

【００１８】更に本発明のＣＶＤ成膜方法及びＣＶＤ装
置の成膜室内においては、ガス供給口の上方且つガス供
給口と対向する位置に基板が保持されていることを特徴
とする。ガス供給口と基板表面とのかかる相対位置関係
は、成膜面に常にガス供給口から流出する新鮮な原料ガ
スが上昇気流となって触れる結果となり、例え、成膜室
内にパーティクルが浮遊していたとしても、パーティク
ルが成膜面に衝突する機会を著しく低くするからであ
る。そしてその後未反応原料ガスや反応副生成物は下降
気流となって排気口へ向かうような相対位置に排気口の
配置をするのが好ましい。このような構成を取るとき、
成膜室内の浮遊パーティクルは成膜面に触れることが極
めて少なく、排気口から排出されることになる。

【００１９】さらに本発明は成膜用原料ガス流若しくは
ガス滞留空間に基板の下方を向いた面が対面しながら、
該空間を単独で、複数で連続して、若しくは帯状で切れ
目なく連続して、移動させることも特徴とし移動のため
の移動手段も備えている。即ち本発明は一枚の、若しく
は複数の基板を成膜室内に静置して成膜の一工程を行う
いわゆるバッチ方式のＣＶＤ装置であっても勿論よい
が、工業的な製造を行う場合、生産性上の観点から、連
続的に成膜工程を流すほうが好ましいことがある。 本
発明の場合、本発明の効果によって頻度の高い停止清掃
作業が避けられるので、一層連続して生産性よくしかも
歩留まりのよい製造が可能となる。

【００２０】即ち本発明のＣＶＤ装置では、基板が単独
で成膜室内を入口から入り、室内を移動するうちに薄膜
が形成され、出口から出るという方式をとることも可能
である。また、装置の規模若しくは基板の大きさに応じ
て、複数枚の基板が一時期に成膜室を移動・通過しても
よい。これらの場合は、基板は下向きの姿勢で移動する
ので、適当な基板の保持手段も必要となる。該保持手段
は伝熱によって熱の供給若しくは除去を行うためのサセ
プターやステージの類を兼ねることもできる。移動手段
についてはベルトコンべヤーなどが利用でき特に本発明
では限定しない。さらにはコイル状に巻かれた基板のロ
ールから繰り出された基板が帯状で切れ目なく連続し
て、成膜室内を移動・通過する内に薄膜が形成され出口
から出て再び巻き取られるという方式も採りうる。

【００２１】これら連続設備の場合基板が出入りする成
膜室出入り口のシールは外部からの異物質による汚染、
室内の気流の乱れが起きないよう、また室内の圧力、温
度の保持が適切に行われるよう確実に行う必要がある。
また移動・通過の速度は薄膜形成速度に直接関係するこ
とになるところの成膜室内で行わせる特定な化学反応の
反応速度、設計膜厚、反応ゾーンのディメンションなど
から決まる基板の成膜室内必要滞留時間から設定され
る。

【００２２】さらに本発明は基板移動方向下方にガス供
給口若しくは排気口を複数設け、該ガス供給口若しくは
排気口の配列方向が前記基板の移動方向であることも特
徴とする。この構成をとることにより前記した反応ゾー
ンを長く採ることができ、成膜面に常に新鮮（副生成物
を含まない）な、濃度の一定したガス（蒸気）を供給で
きるので、生産速度の高い、品質の安定した薄膜の形成
が可能となる。また、ガス供給口および排気口は前記し
たような相対位置関係が望ましいので、供給口とともに
排出口も複数あるのが好ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しつつ本発明の
実施の形態としての例を詳しく説明する。

【００２４】（実施例１）図１は本発明の実施例１に係
わる構造図である。また、図１の符号は従来の技術の説
明で用いた図３と同様な符号を使用した。

【００２５】成膜室内に配置された原料ガスの供給口２
からは上方に向かって原料ガスが吹き出し、排出口３は
下方に吸引排気する構造になっている。可動の基板１は
抵抗加熱型ヒーターなどの加熱手段４により適切な温度
に加熱保持されており、成膜室内に配置された原料ガス
の供給口２の上部を一定の速度で移動し、通過する。原
料ガスは基板表面で化学反応を起こして基板上に薄膜５
が形成され、気体状の反応副生成物、未反応の原料ガ
ス、および希釈用の不活性ガス等の混合気体は排気口３
から図示しない排気装置に吸引排気される。排出ガス中
に毒性を持つ成分を含む場合は除害装置により無害化処
理を行う。

【００２６】本実施例では、薄膜を被着させる基板の面
が下方を向いているので、成膜室内部に堆積した反応生
成物６が剥離した場合でも基板表面に落下し付着するこ
とがなく、これに起因する欠陥が薄膜中に形成されるこ
とがない。従って、従来のＣＶＤ装置よりも連続可動で
きる時間を長くすることができ、保守に要する時間が大
幅に短縮できるという効果がある。また、供給口から吹
き出た原料ガスは成膜室内で温度が上昇し、ガス密度が
低下して成膜室内部で上方に立ち上り、基板表面に沿っ
て流れた後に排気口から排出されるので、原料ガスと基
板表面との接触が十分に行われ、基板表面で反応する原
料ガスの割合が増加するようになり、従来のＣＶＤ装置
と比べて原料ガスの利用効率を向上できるという効果が
ある。

【００２７】本実施例によるＣＶＤ装置では、原料ガス
としてモノシランガスを窒素等の不活性ガスで希釈した
混合ガスと、酸素ガスを窒素等の不活性ガスで希釈した
混合ガスを用い、シリコンウエーハ、または板ガラス等
を基板として、スリット状供給口上部を通過させること
により、二酸化珪素薄膜を基板上に被着させた。この時
の基板の温度は３００℃から５００℃の範囲であり、微
量のホスフィンまたはジボランなどの不純物を供給口か
ら吹き付けるガスに添加することもできる。二酸化珪素
薄膜は優れた絶縁耐性を持つので絶縁膜として用いる。

【００２８】また、原料ガスとして、四塩化錫蒸気を窒
素等の不活性ガスで希釈した混合ガスと、水蒸気を窒素
等の不活性ガスで希釈した混合ガスを用い、板ガラス等
の基板を、当該混合ガスが噴出するスリット状の供給口
上部を通過させることにより、二酸化錫薄膜を基板上に
被着させた。この時の基板の温度は４００℃から５００
℃の範囲である。二酸化錫薄膜は透明性を有する導電薄
膜であり、透明電極や熱線反射ガラスとして用いる。弗
化水素、または熱分解や化学反応によって弗化水素を生
成するガスを当該原料混合ガスに添加すると導電性を向
上させることができる。

【００２９】次に原料ガスとして、ジエチル亜鉛の蒸気
を窒素等の不活性ガスで希釈した混合ガスと、水蒸気を
窒素等の不活性ガスで希釈した混合ガスを用い、板ガラ
ス等の基板を、当該混合ガスが噴出するスリット状の供
給口上部を通過させることにより、酸化亜鉛薄膜を基板
上に被着させた。この時の基板の温度は１５０℃から５
００℃の範囲である。酸化亜鉛薄膜は透明性を有する導
電薄膜であり、透明電極や熱線反射ガラスとして用い
る。トリエチルアルミ、または熱分解や化学反応によっ
てアルミニウムを生成するガスを当該原料混合ガスに添
加すると導電性を向上させることができる。

【００３０】上記したように、本実施例では欠陥のない
種々の薄膜を製造することが可能であり、多数の基板を
連続して供給口上を移動・通過させることにより、基板
表面に薄膜を被着させる表面処理を低コストで大量に生
産することが可能である。例えば、基板サイズを５０ｃ
ｍ角としたとき、基板の移動速度を２０ｃｍ／分で成膜
処理すると、一枚当たりの処理時間は２．５分であり、
一日当たり概ね５５０枚の処理が可能であった。本実施
例では少なくとも５日間は連続して成膜処理が可能であ
ったので、一週間当たり２７００枚の処理が可能であ
る。

【００３１】（実施例２）図２は本発明の実施例２に係
わるＣＶＤ装置の構造図である。図２では図１と同一部
材の符号は同一符号を用いた。

【００３２】本実施例では同一構造の原料ガスの供給口
を３対（２ａ、２ｂ、２ｃ）、当該供給口に対応した排
出口をやはり３対（３ａ、３ｂ、３ｃ）設けた。結局、
図示の配置において、供給口は合計６ケ、排出口も合計
６ケである。このようにして成膜室内に配置された原料
ガスの複数の供給口２からは上方に向かって原料ガスが
吹き出し、対応する複数の排出口３は下方に吸引排気す
る構造になっている。可動の基板１は抵抗加熱型ヒータ
ーなどの加熱手段４により適切な温度に加熱保持されて
おり、成膜室内に配置された複数の原料ガスの供給口２
の上部を一定の速度で移動し、通過する。原料ガスは基
板表面で化学反応を起こして基板上に薄膜５が形成さ
れ、気体状の反応副生成物、未反応の原料ガス、および
希釈用の不活性ガス等の混合気体は排気口３から図示し
ない排気装置に吸引排気される。排出ガス中に毒性を持
つ成分を含む場合は除害装置により無害化処理を行う。

【００３３】本実施例によるＣＶＤ装置において、複数
の供給口から同一成分の原料ガスを供給すると、実施例
１の場合よりも基板表面に被着する薄膜の膜厚を厚くす
ることが可能である。また、基板を移動させる速度を増
加させると、第一の実施例と同じ膜厚の薄膜の生産速度
を向上できるという効果がある。

【００３４】また、本実施例によるＣＶＤ装置におい
て、複数の供給口から異なる成分の原料ガスを供給する
と、基板表面に多層の薄膜を被着することができる。例
えば図２において、供給口２ａから二酸化珪素の原料ガ
スを、ノズル２ｂ、２ｃから二酸化錫の原料ガスを供給
することで、ガラスなどの基板表面に二酸化珪素膜、二
酸化錫膜からなる２層構造の薄膜を被着することができ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
長時間に渡り成膜をしても薄膜に欠陥を生じない、高品
質の成膜が可能となった。そして、薄膜の欠陥発生の原
因を排除し、且つ生産性を向上したＣＶＤ装置の提供が
可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１に係わるＣＶＤ装置の構造
図である。

【図２】 本発明の実施例２に係わるＣＶＤ装置の構造
図である。

【図３】 従来の技術に係わるＣＶＤ装置の構造図であ
る。

【符号の説明】

１ 基板 ２、２ａ、２ｂ、２ｃ ガス供給口 ３、３ａ、３ｂ、３ｃ ガス排出口 ４ 加熱手段 ５ 薄膜 ６ 堆積した反応生成物 ７ 欠陥

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 信樹 横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重 工業株式会社基盤技術研究内 Ｆターム(参考） 4K030 AA03 AA06 AA11 AA14 BA44 BA45 BA47 CA04 CA06 EA06 FA10 GA04 KA02 4M104 BB36 DD44 HH20 5F045 AB22 AB26 AB32 AC01 AC03 AC09 AC11 AC19 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AF03 AF07 BB15 DP23

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも成膜用原料ガス等のガス供給
   口と未反応ガス、反応副生成物等のガス排気口と加熱手
   段とを有する成膜室を備え、前記成膜室内の基板上に薄
   膜を被着させるＣＶＤ成膜方法において、前記成膜室内
   の基板の下方に向いた面に薄膜が形成するように成膜を
   行なうことを特徴とするＣＶＤ成膜方法。
2. 【請求項２】 成膜室内の基板の上方に向いた面が、非
   成膜状態を維持しながら支持体に支持されて成膜を行な
   うことを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ成膜方法。
3. 【請求項３】 基板の下方に成膜用原料ガス流若しくは
   ガス滞留空間を維持しながら基板の下方を向いた面に薄
   膜が形成するように成膜を行なうことを特徴とする請求
   項１記載のＣＶＤ成膜方法。
4. 【請求項４】 成膜用原料ガス流若しくはガス滞留空間
   に基板の下方を向いた面が対面しながら、該空間を単独
   で、複数で連続して、若しくは帯状で切れ目なく連続し
   て、移動させることを特徴とする請求項３記載のＣＶＤ
   成膜方法。
5. 【請求項５】 少なくとも成膜用原料ガス等のガス供給
   口と未反応ガス、反応副生成物等のガス排気口と加熱手
   段とを有する成膜室を備え、前記成膜室内の基板上に薄
   膜を被着させるＣＶＤ装置において、基板の成膜面が下
   向きに維持されて成膜室内に配置されていることを特徴
   とするＣＶＤ装置。
6. 【請求項６】 成膜室内に配置した基板の上方に向いた
   面が、支持体に密着されている等の非成膜状態にあるこ
   とを特徴とする請求項５記載のＣＶＤ装置。
7. 【請求項７】 ガス供給口の上方且つガス供給口と対向
   する位置に基板が保持されていることを特徴とする請求
   項５記載のＣＶＤ装置。
8. 【請求項８】 成膜用原料ガス流若しくはガス滞留空間
   に基板の下方を向いた面が対面しながら、該空間を単独
   で、複数で連続して、若しくは帯状で切れ目なく連続し
   て、移動させる移動手段を有することを特徴とする請求
   項５記載のＣＶＤ装置。
9. 【請求項９】 基板移動方向下方にガス供給口若しくは
   排気口を複数設け、該ガス供給口若しくは排気口の配列
   方向が前記基板の移動方向であることを特徴とする請求
   項８記載のＣＶＤ装置。