JP2005330532A - 大気開放型化学気相析出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大面積の基板に均一な金軸酸化物膜を形成できる極めて実用性に秀れた大気開放型化学気相析出装置を提供することである。
【解決手段】 成膜室に、加熱板１によって保持される基板２と、気化させた成膜材料とキャリアーガスとから成る材料ガスを前記基板２に吹き付ける噴霧手段３とを夫々対向状態に設け、大気開放下で前記加熱板１によって加熱される前記基板２に、前記噴霧手段３から前記材料ガスを吹き付けることで酸化物膜を成膜する大気開放型化学気相析出装置において、前記加熱板１を、金属酸化物，金属窒化物若しくは金属炭化物で形成して、この加熱板１の熱膨張率を、前記基板２を前記加熱板１により加熱して成膜を行う際、前記基板２に成膜される酸化物膜の劣化を阻止し得る熱膨張率としたものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、大気開放型化学気相析出装置に関するものである。

従来、大気雰囲気中で加熱される基板にキャリアーガスと気化させた成膜材料から成る材料ガスを吹き付けて金属酸化物膜を形成する装置として、特開昭５７−１１８００２号公報（特許文献１）、特開平１１−２０００６９号公報（特許文献２）に開示されている大気開放型化学気相析出装置等が知られている。

大気開放型化学気相析出法により各種基板表面に金属酸化物膜を形成する際の加熱温度は特許文献１に開示されているように、一般的には３５０℃から８００℃である。

ところで、金属酸化物膜が形成される基板を保持して加熱するための加熱板は、耐酸化性、熱伝導性、加工性、耐久性の点からステンレス製のものが多く用いられている。

特開昭５７−１１８００２号公報 特開平１１−２０００６９号公報 特開平３−２５３５７０号公報

しかしながら、ステンレス製では酸化等の耐久性に関しては、大気中の高温使用条件から決して十分ではない。また、特開平３−２５３５７０号公報（特許文献３）には、カーボンの表面を炭化珪素でコーティングしても耐酸化性は不十分であり、モリブデンシリサイドが適していることが開示されている。同様に、特許文献３ではモリブデンシリサイドを化学エッチングで仕上げることが示されており、化学的に腐食することも示されている。即ち、高融点金属であっても腐食が発生し、耐久性に問題がある。

また、大面積の基板に金属酸化物膜を成膜する場合、当然ながら大面積の加熱板が不可欠である。図１に図示したように、金属製加熱板Ｂの上面に基板Ａを配置して下面より加熱を行うと、金属製加熱板Ｂは熱伝導が良好であるが、下面から加熱され、上面から放熱することから、加熱板の上下の温度差から熱膨張差を生じ、加熱板が反ってしまう。

加熱板が反ると、基板との間に間隙が生じ、基板表面の温度にバラツキが生じる。この温度のバラツキは加熱板の温度が高い方がより大きくなる。基板表面の温度のバラツキが生じた場合、熱反応により化学気相析出による膜形成の原理から形成された金属酸化物膜の膜厚にバラツキが生じる問題があった。

また、図２に図示したように、基板Ｃが金属製加熱板Ｄの反りに沿った形状となった場合、基板ＣとノズルＥとの距離が中央部と外周部とで異なり、金属酸化物膜の成長速度が均一でなくなり、膜厚の均一性が失われる問題もある。

そこで、大面積の加熱板の反りを少なくするために、加熱板の厚さを厚くすることも考えられるが、この場合、それだけ熱容量が大きくなり、昇温時間及び高温時間の長時間化が生じ、生産性が著しく低下するという欠点を有する。

また、大気開放型化学気相析出法においては、加熱板が上述のように高温で大気に曝されることから、金属製加熱板の表面は容易に酸化してしまう。この金属製加熱板の表面に形成された酸化膜は剥離しやすくパーティクルを生じさせるため、基板に金属酸化物膜を良好に成膜することが阻害される。

更に、この酸化膜上に前記基板に成膜する金属酸化物膜が積層されると、この金属酸化物膜も剥離する。特に、金属酸化物膜は、金属膜に比べて内部応力が大きく、クラックや剥離が生じやすい。

そのため、金属製加熱板を用いて基板を保持して成膜を行う場合、この金属製加熱板は酸化されるため耐久性が低いことに加え、前記酸化膜を除去する作業を頻繁に行う必要がありメンテナンスが厄介で、装置の連続稼働時間が短く、生産性に劣るという問題がある。

本発明は、上述のような問題点を解決したもので、大面積の加熱板であっても反りが少なく、高温でかつ酸化性及び腐食性のある雰囲気においても耐久性があり、大面積の基板に均一な金軸酸化物膜を形成できる極めて実用性に秀れた大気開放型化学気相析出装置を提供することを目的としている。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

成膜室に、加熱板１によって保持される基板２と、気化させた成膜材料とキャリアーガスとから成る材料ガスを前記基板２に吹き付ける噴霧手段３とを夫々対向状態に設け、大気開放下で前記加熱板１によって加熱される前記基板２に、前記噴霧手段３から前記材料ガスを吹き付けることで酸化物膜を成膜する大気開放型化学気相析出装置において、前記加熱板１を、金属酸化物，金属窒化物若しくは金属炭化物で形成して、この加熱板１の熱膨張率を、前記基板２を前記加熱板１により加熱して成膜を行う際、前記基板２に成膜される酸化物膜の劣化を阻止し得る熱膨張率としたことを特徴とする大気開放型化学気相析出装置に係るものである。

また、前記加熱板１の熱膨張率は、前記基板２に成膜される酸化物膜の熱膨張率に近く、この基板２を加熱板１により加熱して成膜を行う際、この加熱板１と、この加熱板１に付着した前記酸化物膜とが略均等に膨張する熱膨張率に設定したことを特徴とする請求項１記載の大気開放型化学気相析出装置に係るものである。

また、前記加熱板１は、少なくとも酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，酸化珪素，窒化珪素，炭化珪素若しくは窒化ホウ素のいずれかの材質で形成したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の大気開放型化学気相析出装置に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、大面積の加熱板であっても反りが少なく、高温でかつ酸化性及び腐食性のある雰囲気においても耐久性があり、大面積の基板に均一な金軸酸化物膜を形成できる極めて実用性に秀れた大気開放型化学気相析出装置となる。

また、請求項２，３記載の発明においては、本発明を一層容易に実現できる一層実用性に秀れたものとなる。

好適と考える本発明の実施形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

基板２を加熱板１により保持して加熱しながら材料ガスを吹き付けて酸化物膜を成膜する。

この際、この加熱板１は金属酸化物，金属窒化物若しくは金属炭化物であり（即ちセラミックであり）、その熱膨張率は従来用いられていた金属製加熱板より小さく、そのため、加熱板１の表裏の温度差が原因で生じる加熱板１の反り等の変形は阻止される（即ち、加熱板１の表裏に温度差が生じても、この温度差に伴う加熱板１の表裏の伸びの差は小さくなる。）。

従って、特に上述のような変形による影響が大きい大面積の基板２に成膜を行う場合であっても良好に酸化物膜を前記基板２上に成膜することが可能となる。

また、大気開放下において加熱しても加熱板１は酸化せず、耐久性を向上させることができるのは勿論、従来の金属製加熱板においては前記酸化により形成された酸化膜を除去する必要があったが、本発明によればこの酸化膜が形成されないから、パーティクルが生ぜず高品質の酸化物膜の成膜が可能となると共に、酸化膜除去作業を省くことができ、それだけメンテナンス性に秀れたものとなり、従って装置の連続稼働時間を延長して生産性の向上を図ることができる。

即ち、加熱板１として熱により膨張しにくい材質を用いることにより、加熱板１を片面から加熱する場合、加熱板１の表と裏に生じる温度差に起因して生じる熱膨張差に起因する加熱板１の反りを低減すると共に、酸化膜の形成及びそれに伴う酸化膜の剥離を阻止することでパーティクルの発生を阻止して大面積の基板２に均一な金軸酸化物膜を形成でき、加えて、金属酸化物，金属窒化物または金属炭化物から成る加熱板１を用いることにより、更なる酸化が生じることがなく、高温における耐久性を著しく向上させることができることになる。

しかも、加熱板１の熱膨張率を、この加熱板１に付着する酸化物膜に剥離やクラック等が生じない熱膨張率、例えば、前記基板２に形成される酸化物膜の熱膨張率と近い熱膨張率に設定すると、この加熱板１と、この加熱板１に付着する酸化物膜とが略均等に膨張し、この加熱板１上の酸化物膜に亀裂やクラック等が生じにくくなり、この点からもパーティクルの発生が阻止され、一層高品質の酸化物膜を基板２上に成膜することが可能となる。

従って、本発明は、大面積の加熱板であっても反りが少なく、高温でかつ酸化性及び腐食性のある雰囲気においても耐久性があり、大面積の基板に均一な金軸酸化物膜を形成できる極めて実用性に秀れた大気開放型化学気相析出装置となる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、成膜室に、加熱板１によって保持される基板２と、気化させた成膜材料とキャリアーガスとから成る材料ガスを前記基板２に吹き付ける噴霧手段３とを夫々対向状態に設け、大気開放下で前記加熱板１によって加熱される前記基板２に、前記噴霧手段３から前記材料ガスを吹き付けることで酸化物膜を成膜する大気開放型化学気相析出装置において、前記加熱板１を、金属酸化物で形成して、この加熱板１の熱膨張率を、前記基板２を前記加熱板１により加熱して成膜を行う際、前記基板２に成膜される酸化物膜の劣化を阻止し得る熱膨張率としたものである。

前記加熱板１の熱膨張率は、前記基板２に成膜される酸化物膜の熱膨張率に近く、この基板２を加熱板１により加熱して成膜を行う際、この加熱板１と、この加熱板１に付着した前記酸化物膜とが略均等に膨張する熱膨張率に設定している。

具体的には、図３に図示したように、キャリアーガスである乾燥窒素導入部と窒素ガス流量計から成るキャリアーガス供給手段４、このキャリアーガスを加熱する加熱筒から成る材料ガス加熱手段５、成膜材料（例えば、アルミニウムアセチルアセトナイト錯体）を気化するための成膜材料気化器６、スリット状開口部を有するノズルから成る噴霧手段３、赤外線ランプヒータ７を内蔵するランプハウス８、このランプハウス８上に載置され、薄膜が形成される基板２を保持して加熱する金属酸化物である酸化アルミニウム（アルミナ）の加熱板１から成るものである。

キャリアーガスである乾燥窒素ガスは、乾燥窒素導入部から流入し、窒素ガス流量計により一定流量に調整される。この窒素ガスは加熱筒でヒータにより３００℃に加熱され、成膜材料気化器６に送り込まれる。成膜材料気化器６の周辺はヒータにより３００℃に加熱され、スリット状開口部を有するノズルより基板２に向けて噴霧される。基板２は赤外線ランプヒータ７により加熱されたアルミナの加熱板１により６００〜８００℃に加熱されており、噴霧された材料ガスは基板２表面で金属酸化物膜となり成膜される。

本実施例は、アルミナの加熱板１を使用することにより、この加熱板１の酸化及び腐食が阻止され、耐久性の著しい向上を図ることができる。

即ち、従来の金属製加熱板で酸化が進むと微細なパーティクルが発生するが、アルミナの加熱板１を採用することにより、パーティクル発生が低減され、膜中のピンホール欠陥が減少して膜質を向上させることができる。

また、本実施例においては、８００℃の高温加熱においても、加熱板の反りは、従来の金属製（ステンレス製）加熱板においては２ｍｍ程度あったのに対し、０．２ｍｍに大幅に減少し、基板の温度分布が改善され、かつノズルとの距離間隔のバラツキも減少し、膜厚バラツキが大幅に改善されることが確認できた。

本実施例においては、加熱板として酸化アルミニウムを用いた場合について説明したが、他のセラミック、例えば、窒化アルミニウム、酸化珪素、窒化珪素、炭化珪素、窒化ホウ素でも同様の効果が得られる。これらは、できるだけ前記基板２に成膜される酸化物膜と熱膨張率が近いものを採用すると良い。

このように基板２に成膜される酸化物膜とその熱膨張率が近い材質で加熱板１を形成することにより、この加熱板１の膨張と酸化物膜の膨張とに齟齬が生じにくく、それだけこの加熱板１上に成膜された酸化物膜に剥離やクラックが生じることが阻止され、パーティクルの発生を阻止して基板２上に良好な膜質の酸化物膜を成膜できることになる。

従って、本実施例は、前記基板２上に成膜される酸化物膜に加熱板１上に成膜される酸化物膜によるパーティクルの発生を阻止して膜質を良好にすることができるのは勿論、この加熱板１が酸化されず、この加熱板１上に酸化膜が生じないからこの酸化膜の剥離等に伴うパーティクルの発生も阻止され、一層良好な膜質の酸化物膜を基板２上に成膜できることになる。

また、本実施例においては、上述のように前記加熱板１として、基板２上に成膜される酸化物膜とその熱膨張率が近い材質で形成したものを採用しているが、熱膨張率以外の他の特性がこの基板２上に成膜される酸化物膜と近いものを採用しても良い。

また、本実施例においてはアルミナの加熱板１を採用しているが、成膜材料が異なる（特に熱膨張率が大きく異なる）場合には、他の可及的に熱膨張率が近い材質から成る加熱板１を採用するのが望ましい。

本実施例は、上述のように構成したから、基板２を加熱板１により保持して加熱しながら材料ガスを吹き付けて酸化物膜を成膜する際、この加熱板１は金属酸化物、具体的にはアルミナであり、その熱膨張率は従来用いられていた金属製加熱板より小さく、そのため、加熱板１の表裏の温度差が原因で生じる加熱板１の反り等の変形は阻止される（即ち、加熱板１の表裏に温度差が生じても、この温度差に伴う加熱板１の表裏の伸びの差は小さくなる。）。

従って、特に上述のような変形による影響が大きい大面積の基板２に成膜を行う場合であっても良好に酸化物膜を前記基板２上に成膜することが可能となる。

また、大気開放下において加熱しても加熱板１は酸化せず、耐久性を向上させることができるのは勿論、従来の金属製加熱板においては前記酸化により形成された酸化膜を除去する必要があったが、本発明によればこの酸化膜が形成されないから、パーティクルが生ぜず高品質の酸化物膜の成膜が可能となると共に、酸化膜除去作業を省くことができ、それだけメンテナンス性に秀れたものとなり、従って装置の連続稼働時間を延長して生産性の向上を図ることができる。

即ち、加熱板１として熱により膨張しにくい材質を用いることにより、加熱板１を片面から加熱する場合、加熱板１の表と裏に生じる温度差に起因して生じる熱膨張差に起因する加熱板１の反りを低減すると共に、酸化膜の形成及びそれに伴う酸化膜の剥離を阻止することでパーティクルの発生を阻止して大面積の基板２に均一な金軸酸化物膜を形成でき、加えて、金属酸化物，金属窒化物または金属炭化物から成る加熱板１を用いることにより、更なる酸化が生じることがなく、高温における耐久性を著しく向上させることができることになる。

しかも、加熱板１の熱膨張率を、この加熱板１に付着する酸化物膜に剥離やクラック等が生じない熱膨張率、具体的には、前記基板２に形成される酸化物膜の熱膨張率と近い熱膨張率に設定しているから、この加熱板１と、この加熱板１に付着する酸化物膜とが略均等に膨張し、この加熱板１上の酸化物膜に亀裂やクラック等が生じにくくなり、この点からもパーティクルの発生が阻止され、一層高品質の酸化物膜を基板２上に成膜することが可能となる。

従って、本実施例は、大面積の加熱板であっても反りが少なく、高温でかつ酸化性及び腐食性のある雰囲気においても耐久性があり、大面積の基板に均一な金軸酸化物膜を形成できる極めて実用性に秀れた大気開放型化学気相析出装置となる。

本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

従来例の概略説明図である。 従来例の概略説明図である。 本実施例の構成概略説明図である。

符号の説明

１ 加熱板
２ 基板
３ 噴霧手段

Claims (3)

1. 成膜室に、加熱板によって保持される基板と、気化させた成膜材料とキャリアーガスとから成る材料ガスを前記基板に吹き付ける噴霧手段とを夫々対向状態に設け、大気開放下で前記加熱板によって加熱される前記基板に、前記噴霧手段から前記材料ガスを吹き付けることで酸化物膜を成膜する大気開放型化学気相析出装置において、前記加熱板を、金属酸化物，金属窒化物若しくは金属炭化物で形成して、この加熱板の熱膨張率を、前記基板を前記加熱板により加熱して成膜を行う際、前記基板に成膜される酸化物膜の劣化を阻止し得る熱膨張率としたことを特徴とする大気開放型化学気相析出装置。
2. 前記加熱板の熱膨張率は、前記基板に成膜される酸化物膜の熱膨張率に近く、この基板を加熱板により加熱して成膜を行う際、この加熱板と、この加熱板に付着した前記酸化物膜とが略均等に膨張する熱膨張率に設定したことを特徴とする請求項１記載の大気開放型化学気相析出装置。
3. 前記加熱板は、少なくとも酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，酸化珪素，窒化珪素，炭化珪素若しくは窒化ホウ素のいずれかの材質で形成したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の大気開放型化学気相析出装置。
   
   

Images