JP2002093712A

JP2002093712A - 流体分解器

Info

Publication number: JP2002093712A
Application number: JP2000274730A
Authority: JP
Inventors: Kanichi Kadotani; 皖一門谷; Shunsuke Miyamoto; 俊輔宮本
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2000-09-11
Publication date: 2002-03-29

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハに悪影響をあたえることなく、光エネ
ルギを有効に利用して原料ガス等の分解・活性化を行わ
せる流体分解器を提供する。【解決手段】流体分解器１は、原料ガスを導入及び排
出する管２５が形成された大径ガラス管７と、大径ガラ
ス管７の内側に配置され、両端が開放された中空ガラス
管８と、中空ガラス管８の両端を貫通して配置されたエ
キシマランプ５とを具備する。大径ガラス管７の外周に
は反射部材が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体や液体等の流
体を光により分解する流体分解器に関し、特に、半導体
デバイスの製造工程における原料ガスの分解に使用され
る流体分解器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体製造工程に使用するＣＶＤ
（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）装置においては、原料のガスは主に熱により分解・
活性化され、原料がウエハ上に堆積される。このとき、
ガスの分解・活性化のために加えられる熱により、ウエ
ハが加熱されてダメージを受けることが知られている。
このため、原料のガスを低温で分解して堆積させること
が望まれており、これを実現する手段として光ＣＶＤ装
置が注目されている。

【０００３】図７は、従来の光ＣＶＤ装置の構成を模式
的に示す図である。この光ＣＶＤ装置１０１は、チャン
バ１０３内に光発生装置としてＶＵＶ（Ｖａｃｕｕｍ
ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）ランプ１０５が配置され、
ＶＵＶランプ１０５から窓１０７によって隔てられた部
屋には、ウエハ１０９が設置されるステージ１１１が設
けられている。ウエハが設置される部屋には、原料ガス
が導入される導入口１１３と、真空ポンプ（図示され
ず）に接続された排気口１１５が設けられている。導入
口１１３から導入された原料ガスに、ＶＵＶランプ１０
５から発せられた光が窓１０７を通して照射されると、
原料ガスは分解され活性化し、ウエハ１０９上に堆積す
る。原料ガスの分解により発生した分解生成物は真空ポ
ンプによって排気口１１５から外部に引かれる。

【０００４】図８は、従来の他の光ＣＶＤ装置の構成を
模式的に示す図である。この光ＣＶＤ装置１２１は、原
料ガスの分解のために、ＶＵＶランプではなく、ＶＵＶ
レーザ１２３を使用する。光ＣＶＤ装置１２１において
は、チャンバ１２５内は分割されず、ＶＵＶレーザ１２
３が、チャンバ１２５に設けられた窓１２７を通して、
ステージ１２９上に設置されたウエハ１３１の上方を横
切るように照射される。原料ガスはケーシング１２５の
上方に設けられた導入口１３３からケーシング１２５内
に導入され、ＶＵＶレーザ１２３により分解され活性化
し、ウエハ１３１上に堆積する。原料ガスの分解により
発生した分解生成物は、真空ポンプによって排気口１３
５から外部に引かれる。

【０００５】一方、半導体製造工程において、ウエハの
洗浄液、エッチング液、レジスト剥離液の加熱や温度制
御には、一般に流体加熱器が使用されている。図９は、
特開平５−２３１７１２号公報に開示された流体加熱器
の構造を示す側面断面図である。この流体加熱器１５１
においては、第１の中空管１５３の内側に、両端が開放
された第２の中空管１５５が、各管の管壁間に空間が存
在するように挿入されている。この空間が、後述するガ
ス流路１５７となる。第２の中空管１５５内には光源１
５９が配設されて、中空管１５５内は密閉されている。
光源１５９としては、ハロゲンランプが使用される。加
熱される流体は、第１の中空管１５３に設けられた流入
部１６１から、第１の中空管１５３の管壁と第２の中空
管１５５の管壁との間に形成される流路１５７に入り、
第１の中空管１５３に設けられた流出部１６３から排出
される。

【０００６】この流体加熱器は、以下のとおり作用す
る。ハロゲンランプ１５９が加熱されると、その光は第
２の中空管１５５を通過して上述の流路１５７に入り、
導入されている流体を加熱する。この輻射熱は、ほとん
どが流体に吸収されて、流体を加熱する。ここでは、光
源にハロゲンランプを使用することにより高温化が図ら
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の光ＣＶＤ装置に
おいては、ＶＵＶランプ又はＶＵＶレーザから出力され
る光の一部を利用しているに過ぎず、効率が悪い。一
方、上述の流体加熱器においては、光源にハロゲンラン
プを使用しているため高温となり、半導体製造プロセス
の低温化には適さない。本発明はこのような問題点に鑑
みてなされたものであって、ウエハに悪影響をあたえる
ことなく、光エネルギを有効に利用して原料ガス等の分
解・活性化を行わせる流体分解器を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る流体分解器は、流体の流入孔と流出孔
とが形成された第１の中空管と、第１の中空管の内壁と
の間に空間を有して配置され、両端が開放された透明な
第２の中空管と、第２の中空管の内壁との間に空間を有
して配置されたランプと、第１の中空管の内周又は外周
に形成された反射部材とを具備する。

【０００９】本発明においては、ランプを第２の中空管
の内側に配置し、第２の中空管の外壁と第１の中空管の
内壁との間に空間を設け、この空間を原料ガスの流路と
した。これによりランプから出た光はランプの周方向全
体に放射され、ランプ周囲の原料ガスに照射される。こ
のように、光エネルギを有効利用するため、原料ガスの
分解・活性化が促進される。また、第２の中空管の内壁
との間に空間を有してランプを配置することにより、こ
の空間に冷却ガスを流してランプを冷却することが可能
である。さらに、反射部材を設けることにより、ランプ
から出力されて流路内の原料ガスで吸収されなかった光
を、反射部材で反射させて、光エネルギをより有効に利
用することができる。

【００１０】ここで、上記流路内に入る原料ガスの圧力
を調整すれば、流路内の圧力を変えることができ、流路
内の圧力を高くして原料ガスの光吸収を促進させること
ができる。また、流路の幅を調整することによっても、
原料ガスの光吸収を調整することができる。また、ラン
プの出力を調整すれば、原料ガスの量の比を自由に設定
できる。さらに、ランプの出力や波長を調整すれば、原
料ガスの分解による分解生成物の量や組成を変えること
ができる。

【００１１】上記ランプとしては、例えば、エキシマラ
ンプを使用することが望ましい。エキシマランプのよう
に紫外光を発生するランプを光源として使用することに
より、熱の発生を抑えることができる。また、上記反射
部材としては、金、アルミニウム、酸化すず、インジウ
ム、クロムの内の選択された１つを用いることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実
施形態に係る流体分解器を示す側面図である。図２は、
図１の流体分解器に使用されているエキシマランプを示
す側面図である。図３は、図１の流体分解器に使用され
ている中空ガラス管を示す側面図である。図４は、図１
の流体分解器の側面の一部を示す断面図である。図１に
示すように、この流体分解器１は、中空のガラス管組立
体３と、ガラス管組立体３内に配置されたエキシマラン
プ５とを含んでいる。ガラス管組立体３は、中空の大径
ガラス管７内に中空の小径ガラス管９が挿入された構造
となっている。エキシマランプ５は、小径ガラス管９内
に配置されている。

【００１３】次に、図２を参照しながら、エキシマラン
プについて詳細に説明する。エキシマランプ５は、エキ
シマレーザを用いた円筒形の発光部１１と、発光部１１
の両端に設けられたプラグ１３と、プラグ１３がはめ込
まれるソケット１５とを含んでいる。一方のソケット１
５から発光部点灯用の電源１９（図１参照）に接続され
るコード１７が延びている。１つの例として、発光部１
１の直径は２７ｍｍ、有効発光長さは２５２ｍｍであ
る。発光部１１に用いられているエキシマレーザのピー
ク波長は１７２ｎｍ（半値幅は１４ｎｍ）であり、ラン
プ電力は５０Ｗで光変換率は１０％である。また、ソケ
ット１５の直径は３８ｍｍである。

【００１４】次に、図３を参照しながら、ガラス管組立
体の１つの例について詳細に説明する。ガラス管組立体
３は、両端に開口部２１が形成された中空の大径ガラス
管７と、大径ガラス管７の開口部２１を通って貫通す
る、両端が開口した中空の小径ガラス管９とを含んでい
る。大径ガラス管７は外径が６４．５ｍｍ、厚さが３．
５ｍｍの透明な石英管であり、小径ガラス管９は外径が
３８ｍｍ、厚さが１．５ｍｍの透明な石英管である。大
径ガラス管７の両端面の開口部２１の直径は３８ｍｍで
あり、両端面の中央に形成されている。小径ガラス管９
は、この開口部２１を貫通しており、両ガラス管７、９
は気密に接合されている。小径ガラス管９の軸心と大径
ガラス管７の軸心は一致しており、小径ガラス管９の管
壁と大径ガラス管７の管壁間には、厚さが全周に渡って
９．７５ｍｍのリング状の空間が形成される。この空間
は後述するガス流路２３となる。さらに、大径ガラス管
７の長さは３８０ｍｍ、小径ガラス管９の長さは４６０
ｍｍで、小径ガラス管９は、大径ガラス管７の両端の開
口部２１から、各々４０ｍｍ外側に突き出ている。

【００１５】大径ガラス管７及び小径ガラス管９は、合
成石英（ＴｙｐｅIII）で作製される。これらのガラス
管の内部透過率は、厚さが５ｍｍの場合、光の波長が１
７２ｎｍのとき８５％である。さらに、耐圧は１０８ｋ
Ｐａ（８１０Ｔｏｒｒ）であり、安全係数は１０であ
る。

【００１６】大径ガラス管７の両端近傍の側壁には、こ
の大径ガラス管７の軸心と直角で同じ方向に延びるガス
導入管２５が、ガス流路２３に連通するように接合して
いる。両ガス導入管２５と大径ガラス管７の接合部は、
大径ガラス管７の縦断面に対して９０°の位置に設けら
れている。両ガス導入管２５の、ガス流路２３との連通
部からの長さは１５０ｍｍであり、両ガス導入管２５の
軸心間の距離は、側面から見て３４０ｍｍである。

【００１７】次に、図４を参照しながら、大径ガラス管
の側壁の１つの例について説明する。大径ガラス管７
は、上述のように厚さが３．５ｍｍの石英管である。こ
の石英管７の外表面には、アルミニウム膜２７が、厚さ
が１μｍとなるように形成されている。さらに、このア
ルミニウム膜２７の外表面には、酸化ケイ素膜２９が、
厚さが０．５μｍとなるように形成されている。ここ
で、アルミニウム膜の替りに、金、酸化すず、インジウ
ム、クロムの内のいずれかを用いた金属薄膜が形成され
ても良い。

【００１８】再び、図１を参照しながら流体分解器の構
造を説明する。エキシマランプ５は、小径ガラス管９の
一方の開口から挿入されて、発光部１１が大径ガラス管
５の長さ方向のほぼ中央に位置するように位置決めされ
る。その後、エキシマランプ５のソケット１５が小径ガ
ラス管９の内壁に摩擦により保持されて、エキシマラン
プ５は小径ガラス管９にはめ込まれて固定される。エキ
シマランプ５の発光部１１と中空ガラス管の内壁間に
は、発光部１１の全周に渡って厚さが４ｍｍのリング状
の空間が形成される。この空間は、後述する冷却用空間
３１となる。エキシマランプ５の電源接続用のコード１
７は、一方の開口から外に引き出され、外部の電源１９
に接続される。

【００１９】エキシマランプ５は電力が供給されると発
光し、発光部１１の全表面から放射状に光エネルギ及び
熱エネルギを放出する。このエネルギの大部分は、小径
ガラス管９の管壁を通過して、大径ガラス管７と小径ガ
ラス管９との間のガス流路２３に放射される。小径ガラ
ス管９の一方の開口からは、この小径ガラス管９内に配
置されたエキシマランプ５を冷却するための冷却ガス
（本実施形態においては窒素ガス）が送られる。窒素ガ
スは、エキシマランプ５の周囲の冷却用空間３１を通過
して発光部１１を冷却し、他方の開口から排気される。
一方、大径ガラス管７のガス導入管２５の一方からはＳ
ｉ₂Ｈ₆やＮ₂等の原料ガスが導入される。これらの原料
ガスは、ガス導入管２５からガス流路２３に送られる。
ガス流路２３において、原料ガスは、エキシマランプ５
の発光部１１から発せられた光エネルギによって光励起
分解され、活性化ガスが生成される。生成された活性化
ガスは、ガス導入管２５の他方から放出される。

【００２０】次に、図４を参照しながら、光エネルギの
作用及び反射膜の作用について説明する。エキシマラン
プ５の発光部１１から放射された光及び熱エネルギＬ１
は、冷却用空間３１を通る。この間、熱エネルギは窒素
ガスによりほぼ吸収される。一部のエネルギＬ２、Ｌ３
は冷却用空間３１と小径ガラス管９との界面及び小径ガ
ラス管９とガス流路２３との界面で反射するが、ほとん
どのエネルギＬ４が小径ガラス管９の管壁を通過してガ
ス流路２３に放射される。このガス流路２３内で、光エ
ネルギは、ほぼ原料ガスに吸収される。原料ガスは、光
エネルギにより光励起して分解され活性化する。

【００２１】また、ガス流路２３内で原料ガスに吸収さ
れなかったエネルギは、大径ガラス管７の管壁に達す
る。ここで一部のエネルギＬ５はガス流路２３と大径ガ
ラス管７との界面で反射するが、大部分のエネルギＬ６
は管壁を通過して大径ガラス管７の外面のアルミニウム
膜２７に達し、このアルミニウム膜２７によって管壁内
に反射される。この反射エネルギＬ７の一部のエネルギ
Ｌ８は、大径ガラス管７とガス流路２３との界面で管壁
内に反射されるが、大部分のエネルギＬ９は再度ガス流
路２３内に放射される。このように、最初にエキシマラ
ンプ５から発せられて原料ガスに吸収されなかった光エ
ネルギを反射することにより、エキシマランプ５が発生
する光エネルギを有効に利用することができる。

【００２２】図５は、図１の流体分解器を用いた半導体
製造装置（バッチ処理の場合）の構成例を模式的に示す
図である。なお、この例においては、流体分解器１の大
径ガラス管７の二つのガス導入管２５は、横断面に対し
て、１８０°反対方向に延びている。この半導体製造装
置５１は、上述の流体分解器１が配置されている活性化
ガス発生室５３と、ウエハ５７が保持されるウエハ室５
５とを有する。流体分解器１は、活性化ガス発生室５３
のほぼ中央に、保持部材５９によって保持されている。

【００２３】流体分解器１の小径ガラス管９の一端に
は、活性化ガス発生室５３外部の冷却用ガス（この例に
おいては窒素ガス）源６１が接続されている。小径ガラ
ス管９の他方は、活性化ガス発生室５３内に開放されて
いる。また、エキシマランプ５の電源コード１７は、活
性化ガス発生室５３外部の電源１９に接続されている。

【００２４】大径ガラス管７のガス導入管２５の一方に
は、流量制御弁６３及び開閉弁６５、６７を介してＳｉ
₂Ｈ₆やＮ₂等の原料ガス源６９が接続されている。ガス
導入管２５の他方は、ウエハ室５５に連通している。ま
た、活性化ガス発生室５３には、真空ポンプ（図示せ
ず）が接続されており、活性化ガス室５３を真空に引
く。活性化ガス発生室５３と真空ポンプ間の通路には、
上流側から順に緩衝部材７１、ガス検知器７３、マノス
ターゲージ７５が配置されている。緩衝部材７１は、活
性化ガス発生室５３から通路に引かれる気体を一時緩衝
する。ガス検知器７３は流出されるガスを検知し、マノ
スターゲージ７５は圧力を測定する。

【００２５】ウエハ室５５には、複数のウエハ５７が配
置されている。ウエハ室５５には、さらに不活性ガス
（この例では窒素ガス）源７７が開閉弁７９を介して接
続されており、窒素ガスをウエハ室５５に導入する。さ
らにウエハ室５５には真空ポンプ（図示されず）が接続
されており、ウエハ室５５を真空に引く。ウエハ室５５
と真空ポンプ間の通路には、緩衝部材８１が配置されて
いる。緩衝部材８１は、ウエハ室５５から通路に引かれ
る気体を一時緩衝する。

【００２６】次に、この半導体製造装置の動作について
説明する。まず、電源装置１９から流体分解器１のエキ
シマランプ５に電力が供給され、エキシマランプ５が発
光する。同時に、窒素やＳｉＨ₄の原料ガス源６９の開
閉弁６５、６７が開かれ、原料ガスが流体分解器１のガ
ス導入管２５からガス流路２３に送られる。原料ガスの
流量は、流量制御弁６３で制御される。さらに、冷却ガ
ス源６１から小径ガラス管９を通して冷却用空間３１に
窒素ガスが送られる。

【００２７】流体分解器１内のガス流路２３では、上述
のように原料ガスがエキシマランプ５の光エネルギで励
起して分解・活性化し、活性化ガスが発生する。本例に
おいては、原料ガスの流れを旋回流としているので、原
料ガスのミキシングが良好となり、原料ガスに万遍なく
光を当てることができる。活性化ガスは、大径ガラス管
７のガス導入管２５からウエハ室５５に送られる。この
間、エキシマランプ５周囲の冷却用空間３１には窒素ガ
スが流されており、エキシマランプ５から発せられる熱
エネルギを吸収して、ランプ周辺の温度の上昇を抑えて
いる。したがって、ウエハ室５５に送られる活性化ガス
の高温化が抑えられる。一方、窒素ガスは、冷却用空間
３１を通って小径ガラス管９の他方の開口から活性化ガ
ス発生室５３内に排気される。そして活性化ガス発生室
５３に接続された真空ポンプで外部に引かれる。

【００２８】流体分解器１のガス導入管２５からウエハ
室５５に送られた活性化ガスは、室内に配置されたウエ
ハ５７上に堆積する。なお、ウエハ室５５にも不活性ガ
ス源７７から窒素ガスが送られている。この窒素ガス
は、真空ポンプにより室外に引かれる。

【００２９】図６は、図１の流体分解器を用いた半導体
製造装置（枚葉処理の場合）の構成を模式的に示す図で
ある。枚葉処理の場合、ウエハ室５５にはウエハ５７が
一枚のみ設置される。他の構造及び作用は図５のバッチ
処理の場合と同様である。

【００３０】なお、これらの半導体製造装置５１、９１
において、流量制御弁６５によってガス流路２３内に入
る原料ガスの圧力を調整すれば、ガス流路２３内の圧力
を変えることができる。このため、ガス流路２３内の圧
力を高くすることによ、原料ガスの光吸収を促進させる
ことができる。さらに、大径ガラス管７や小径ガラス管
９の径を変更してガス流路２３の深さを調整することに
よっても、原料ガスの光吸収を調整することができる。
このようにして、エキシマランプ５の出力や大きさ等と
ガス量との比を自由に設定できる。さらに、エキシマラ
ンプ５の出力や波長を可変とすれば、原料ガスの分解に
よる分解生成物の量や組成を変えることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、特に半導体製造装置において使用した場合
に、ウエハに悪影響を与えることなく、光エネルギを有
効に利用して原料ガス等の分解・活性化を効率的に行わ
せる流体分解器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る流体分解器を示す側
面図である。

【図２】図１の流体分解器に使用されているエキシマラ
ンプを示す側面図である。

【図３】図１の流体分解器に使用されている中空ガラス
管を示す側面図である。

【図４】図１の流体分解器の側面の一部を示す断面図で
ある。

【図５】図１の流体分解器を用いた半導体製造装置（バ
ッチ処理の場合）の構成例を模式的に示す図である。

【図６】図１の流体分解器を用いた半導体製造装置（枚
葉処理の場合）の構成を模式的に示す図である。

【図７】従来の光ＣＶＤ装置の構成を模式的に示す図で
ある。

【図８】従来の他の光ＣＶＤ装置の構成を模式的に示す
図である。

【図９】特開平５−２３１７１２号公報に開示された流
体加熱器の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１流体分解器３ガラス管組立体５エキシマランプ７大径ガラス管９小径ガラス管１１発光部１３プラグ１５ソケット１７コード１９電源２１開口部２３ガス流路２５ガス導入管２７アルミニウム膜２９酸化ケイ素膜３１冷却用空間５１、９１半導体製造装置５３活性化ガス発生室５５ウエハ室５７ウエハ５９保持部材６１、７７不活性ガス源６３流量制御弁６５、６７、７９開閉弁６９原料ガス源７１、８１緩衝部材７３ガス検知器７５マノスターゲージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G075 AA03 AA13 BA01 BA05 BC04 BD01 CA03 CA33 CA65 DA01 DA02 EA06 EB27 EB33 EC06 FB02 FB06 FC04 4K030 AA07 AA18 EA14 FA08 KA49 LA15 5F045 AA12 AC01 AC15 DP03 DP19 EE04 EE08 EE17 EJ01 EJ10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流入孔と流出孔とが形成された第
１の中空管と、前記第１の中空管の内壁との間に空間を有して配置さ
れ、両端が開放された透明な第２の中空管と、前記第２の中空管の内壁との間に空間を有して配置され
たランプと、前記第１の中空管の内周又は外周に形成された反射部材
と、を具備する流体分解器。
【請求項２】前記ランプがエキシマランプであること
を特徴とする請求項１記載の流体分解器。
【請求項３】前記反射部材が、金、アルミニウム、酸
化すず、インジウム、クロムの内の選択された１つを含
むことを特徴とする請求項１又は２記載の流体分解器。