JP2006319301A - 触媒化学気相蒸着装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】シャワーヘッドと触媒支持部が分離して簡単な構成を持ち、工程最適化条件としてシャワーヘッド、触媒ワイヤ及び基板間の距離調節が可能であり、低温部から発生されうる異物の発生防止が可能になるようにパージング機能が具備された触媒化学気相蒸着装置を提供する。
【解決手段】工程チャンバ１と、工程チャンバ１内に工程ガスを導入するように構成されるシャワーヘッド７と、シャワーヘッド７から導入されるガスを分解させるように工程チャンバ１内に構成される触媒ワイヤ８と、触媒ワイヤ８を支持するように構成された触媒支持部８００と、触媒ワイヤ８で分解されたガスが蒸着される基板Ｓと、基板Ｓを支持する基板支持部４とを含む。
【選択図】図３
【解決手段】工程チャンバ１と、工程チャンバ１内に工程ガスを導入するように構成されるシャワーヘッド７と、シャワーヘッド７から導入されるガスを分解させるように工程チャンバ１内に構成される触媒ワイヤ８と、触媒ワイヤ８を支持するように構成された触媒支持部８００と、触媒ワイヤ８で分解されたガスが蒸着される基板Ｓと、基板Ｓを支持する基板支持部４とを含む。
【選択図】図３
Description
本発明は、触媒化学気相蒸着装置に関し、より詳細には、シャワーヘッドと触媒支持部が分離して簡単な構成を持ち、工程最適化条件としてシャワーヘッド、触媒ワイヤ及び基板間の距離調節が可能であり、低温部から発生されうる異物の発生防止が可能になるようにパージング機能が具備された触媒化学気相蒸着装置に関する。
一般に、半導体素子または表示素子等の製作において、基板上に所定の薄膜を形成する工程のうち一つとして化学気相蒸着（ＣＶＤ）法が広く使用されている。
化学気相蒸着法には、放電プラズマの中から原料ガスを分解及び／または活性化させて成膜を行うプラズマ化学気相蒸着法や、基板を加熱してその熱によって化学反応を発生させて成膜を行う熱化学気相蒸着法などがある。
その外にも、所定の高温に維持した発熱体によって原料ガスを分解及び／または活性化させて成膜を行う方式の化学気相蒸着法（以下、‘発熱体化学気相蒸着法’という。）がある。
発熱体化学気相蒸着法を行う成膜処理装置は、真空排気可能なチャンバ内に設置されたタングステン等の高融点金属からなる発熱体を１０００〜２０００℃程度の高温に維持しながら原料ガスを導入するように構成されている。
導入された原料ガスは、発熱体の表面を通過する時に分解や活性化される。以後、この分解や活性化された原料ガスが基板に到逹することにより、最終的な目的物である材料の薄膜が基板表面に蒸着される。
また、このような発熱体化学気相蒸着法の中、ワイヤ形状の発熱体を使うことはホットワイヤ（Ｈｏｔ Ｗｉｒｅ）化学気相蒸着法と呼ばれている。特に、発熱体による原料ガスの分解あるいは活性化において、発熱体の触媒反応を利用するは触媒化学気相蒸着法と呼ばれている。
触媒化学気相蒸着法は、原料ガスの分解や活性化が触媒の表面を通過する時に起きるため、基板の熱によってのみ反応が起きるようにする熱化学気相蒸着法に比べて基板の温度を低くすることができるという長所がある。
また、プラズマ化学気相蒸着法のようにプラズマを形成することがないので、プラズマによる基板の損傷といった問題が発生しない。このように、触媒化学気相蒸着法は、高集積化や高機能化及び高精細化がすすむ次世代の半導体素子及び表示素子などに適用可能な成膜法として有望である。
このような触媒化学気相蒸着法を遂行する触媒化学気相蒸着装置が図１に概略的に示されている。
図１を参照すれば、触媒化学気相蒸着装置は排気管２によって真空ポンプ（図示せず）が接続された側壁を具備したチャンバ１を含む。
チャンバ１は、この真空ポンプによって、例えば、約１×１０−６Ｐａの圧力まで排気されることができる。チャンバ１の一側には薄膜成長に使用される反応ガスをガス供給管３を介してチャンバ１に供給するためのガス供給管３が付着する。例えば、多結晶シリコン層を成長させるための基板Ｓは、図示されていないロードロック室を介してチャンバ１内一側に具備された基板支持部４に設置される。
基板支持部４は、例えば、ＳｉＣがコーティングされたグラファイトソセプトになることも可能であり、大気側からヒーター６によって加熱されることができる。触媒ワイヤ８は、ガス供給管３端のシャワーヘッド７と基板支持部４の間に配置される。基板Ｓの温度は基板支持部４の一側に付着される熱電帯９によって測定されることができる。
前記のような構成によって触媒ワイヤ、触媒支持部、基板支持部及びシャワーヘッドの一部正面図が図２に図示されている。
図２に示されたように、従来の触媒化学気相蒸着装置でシャワーヘッド７はガス供給管３と連通されて構成され、チャンバ１内部側に複数の噴射孔７２が形成されている。
触媒ワイヤ８は、シャワーヘッド７と連接構成され、触媒ワイヤ８を係止するようにする支持体８４と触媒ワイヤ８にガスを供給する供給管８２が構成される。
このような構成からなる従来の触媒化学気相蒸着装置では、触媒ワイヤ８がシャワーヘッド７に連接されて構成され、触媒ワイヤ８の低温部で発生し得る異物防止のためのパージング機能がないか、または工程ガスを供給する供給管３と別に触媒ワイヤ８にガスを供給する供給管８２が構成されていてシャワーヘッド７の構成が複雑である。したがって、これの維持補修が難しく、かつ工程ガスの均一な供給にも影響を及ぼす等の問題点がある。
さらに、このような構成においては、工程最適化条件として具現することができるシャワーヘッド７と基板Ｓ間の距離Ｄ、シャワーヘッド７と触媒ワイヤ８間の距離ｄ１及び触媒ワイヤ８と基板Ｓ間の距離ｄ２を調節する機能がなかった。
このような距離Ｄ（ｄ１、ｄ２）は、チャンバ１内の真空度及び雰囲気温度などとともに工程ガスの流入、分解、結合及び排出を調節することができる変数として工程最適化のために一番手軽に具現することができる変数の中で一つであるから、これの容易な具現が要求されて来た。
一方、従来の触媒化学気相蒸着装置に関する技術を記載した文献としては、下記特許文献１および２がある。
日本特許公開第２００３−１２４１３３号公報
韓国特開第２００４−０００８３３４号公報
本発明は、上記従来の問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、シャワーヘッドと触媒ワイヤが分離されて簡単な構成を持ち、工程最適化条件としてシャワーヘッド、触媒ワイヤ及び基板間の距離調節が可能であり、低温部で発生されうる異物の発生防止が可能になるようにパージング機能が具備された触媒化学気相蒸着装置を提供することである。
前記目的を果たすために、本発明による触媒化学気相蒸着装置は、工程チャンバと、前記工程チャンバ内に工程ガスを導入するように構成されるシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドから導入されるガスを分解させるように前記工程チャンバ内に構成される触媒ワイヤと、前記触媒ワイヤを支持するように構成された触媒支持部と、前記触媒ワイヤで分解されたガスが蒸着される基板と、前記基板を支持する基板支持部とを含んでなることを特徴とする。
ここで、前記触媒支持部には前記触媒ワイヤにガスを供給するようにガス供給ラインがさらに構成されてなり、工程以前に前記工程チャンバ内部をパージングすることができるようにパージングガス供給ラインがさらに構成されてなることが好ましい。
また、前記基板支持部は前記基板支持部と前記シャワーヘッドからの距離Ｄが調節可能になるように構成されるのが好ましく、より好ましくは、前記触媒支持部は前記触媒ワイヤと前記シャワーヘッド及び／または前記基板支持部からの距離ｄ１、ｄ２が調節可能になるように構成される。
ここで、前記触媒支持部は、ガスを供給するように構成される供給部及び前記供給部に長さが可変するように嵌め込み結合され、前記触媒ワイヤを係止して支持するように構成される支持部からなる。
特に、前記支持部と前記供給部が結合された連結部は、前記基板支持部より下部位置に構成され、前記支持部と前記供給部の結合はスクリュー方式、ピン固定方式及び空圧方式のいずれか一つで構成されて前記支持部が長さ可変するようになる。
ここで、前記シャワーヘッドから導入されるガスはＳｉ基ガ含まれた単一あるいは複合ガスであり、特に、前記Ｓｉ基の含まれたガスはＳｉＨ４またはＳｉＨ４／Ｈ２なることも可能である。
また、前記触媒支持部の前記ガス供給ラインから前記触媒ワイヤに供給されるガスは、水素基が含まれたガスであり、前記水素基の含まれたガスはＨ２、Ｈ２／ＮＨ３、ＮＨ３、Ｈ２／ＳｉＨ４のいずれか一つであることも可能である。
上述したように、本発明の触媒化学気相蒸着装置によれば、工程最適化条件としてシャワーヘッド、触媒ワイヤ及び基板の間の距離調節が可能であり、パージング機能を具備して低温部で発生されることができる異物の発生防止が可能である。
以下、本発明による触媒化学気相蒸着装置の好ましい実施形態を添付された図面を参照して詳しく説明する。
図３は、本発明の好ましい実施形態による触媒化学気相蒸着装置の触媒ワイヤ、触媒支持部、基板支持部及びシャワーヘッドが示された一部正面図である。
本発明による触媒化学気相蒸着装置は、工程チャンバ１と、この工程チャンバ１内に工程ガスを導入するように構成されるシャワーヘッド７と、このシャワーヘッド７から導入されるガスを分解させるように工程チャンバ１内に構成される触媒ワイヤ８と、この触媒ワイヤ８を支持するように構成された触媒支持部８００と、触媒ワイヤ８で分解されたガスが蒸着される基板Ｓと、前記基板Ｓを支持する基板支持部４とを含んでなる。
工程チャンバ１内に構成されたシャワーヘッド７は、工程チャンバ１外部からガスが導入されるガス供給管３と連通されて構成される。ガス供給管３を介して供給されるガスはシャワーヘッド７の噴射孔７２を介して噴射される。
このシャワーヘッド７の噴射孔７２を介して噴射されたガスは、シャワーヘッド７からｄ１の間隔を置いて構成される触媒ワイヤ８から要求される物質に分解される。触媒ワイヤ８で分解されたガスは触媒ワイヤ８からｄ２の間隔だけ離隔された基板Ｓ上に蒸着されるようになる。
触媒ワイヤ８は触媒支持部８００によって支持される。この触媒支持部８００には触媒ワイヤ８にガスを供給するようにガス供給ライン８５０が構成される。このガス供給ライン８５０は、工程チャンバ１の外部から工程チャンバ１の壁を貫いて触媒ワイヤ８が支持された把持部８１０にまで連通されて構成される。
また、触媒支持部８００には工程以前に工程チャンバ１内部をパージングすることができるようにパージングガス供給ライン８４０が構成される。このパージングガス供給ライン８４０も上述したガス供給ライン８５０のように工程チャンバ１の外部から工程チャンバ１の壁を貫いて触媒支持部８００を経由して工程チャンバ１内部に流入される。
基板Ｓを支持するように工程チャンバ１内部に構成された基板支持部４は基板支持部４とシャワーヘッド７からの距離Ｄが調節できるように構成される。この距離Ｄの調節は基板支持部４と連結された支持軸４０の運動によって可能になり、この支持軸４０による距離Ｄ調節方式は真空システムで使用可能などのような技術でもよい。
また、触媒支持部８００は触媒ワイヤ８とシャワーヘッド７からの距離ｄ１調節が可能であり、基板支持部４からの距離ｄ２もまた調節可能である。基板支持部４の移動方式は上述したようであり、以下触媒支持部８００による距離ｄ１調節を説明する。
触媒支持部８００は、ガスを供給するように構成される供給部８３０と、この供給部８３０に長さが可変するように嵌め込み結合され、触媒ワイヤ８を係止して支持するように構成される支持部８２０とでなる。
ここで、支持部８２０と供給部８３０が結合された連結部８９０は、基板支持部４より下部位置に構成される。
図４ａないし図４ｃに示されたように、支持部８２０と供給部８３０の結合はスクリュー方式（図４ａ）、ピン固定方式（図４ｂ）及び空圧方式（図４ｃ）の中いずれか一つで構成され、支持部８２０の長さが可変するようになる。
図４ａに示されたスクリュー方式では、上下が分離されて、下部には螺糸山８２４が形成された中空支持部８２０と、この支持部８２０にかみ合って螺糸山８３４が形成された中空供給部８３０とにより構成される、ねじ締結方式である。
図４ｂに示されたピン固定方式では、中空支持部８２０には締結ホーム８２５が形成されており、これに合わせて中空供給部８３０もまた締結ホーム８３５が構成され、所望の高さに可変されて締結ピン８３７を締結ホーム８３５、８２５に貫いて固定させる方式である。
また、図４ｃに示された空圧方式では、支持部８２０は同軸中空形状であり、供給部８３０もまたこれに合致するように同軸中空形状で構成される。供給部８３０の外側中空は、支持部８２０の外側壁を支持し、支持部８２０の外側中空は供給部８３０の内側壁８３６に収納される。
供給部８３０外側中空の底面には空圧孔８３８が形成されており、これを介して支持部８２０に空圧が加えられるようになる。空圧のためのガスは工程中のリークを考慮して工程に使用されるガスであることが好ましい。
空圧孔８３８を介して一定量の流速が連続して流入される場合、排出孔（図示せず）がさらに形成されることができ、決まった空圧が空圧孔８３８に流入及び排出されるように構成されて支持部８２０を支持するようにすることも可能である。この空圧方式では既に知られているソレノイド方式などいずれも構わない。
以下、本発明による触媒化学気相蒸着装置の作用をＳｉ薄膜を蒸着させる場合を例としてあげ、図５を参照して説明する。
図５は、本発明の実施形態による触媒化学気相蒸着装置の工程時のガス流動経路が概略的に示された図である。
まず、上述した支持軸４０及び支持部８２０として基板Ｓ、触媒ワイヤ８及びシャワーヘッド７の間の最適工程距離Ｄ、ｄ１、ｄ２を調整する。この距離は工程ガスがシャワーヘッド７から噴射されて触媒ワイヤ８を経ずに基板Ｓ上に到逹する距離Ｄ、工程ガスがシャワーヘッド７から触媒ワイヤ８まで運動される距離ｄ１、工程ガスが触媒ワイヤ８から分解されて基板Ｓ上に到達される距離として工程上重要な因子の一つである。
特に、この中で触媒ワイヤ８で分解された工程ガスが基板Ｓ上に到達される距離ｄ２は分解されたガス種の再結合及び基板Ｓ到達時の運動エネルギー等の因子となるので、一番重要な因子であると言える。
この距離ｄ２をあまり近づけと、工程中の触媒ワイヤ８の加熱によって、基板Ｓ上に熱損傷が加えられ、熱エネルギーによる蒸着された薄膜の脱着も起る可能性がある。適切な真空度を始めとする距離因子Ｄ、ｄ１、ｄ２を調節することで最適の工程を具現することができる。
この距離Ｄ、ｄ１、ｄ２が調節された後、真空排気係２を介して工程チャンバ１内部が真空状態になれば、パージングガス供給ライン８４０を介してパージングガスが流入される（Ｆ１）。
十分なパージングがなされた後、基板ＳにＳｉ薄膜を蒸着させるためにシャワーヘッド７を介してＳｉ基の含まれたガスが噴射される（Ｆ２）。また、ガス供給ライン８５０を介して水素基の含まれたガスが触媒ワイヤ８上に噴射される（Ｆ３）。
通常では触媒ワイヤ８及び把持部８１０との連結部には、触媒ワイヤ８で加熱されない把持部８１０への熱伝逹によって熱損失が発生し、これによる温度低下によって触媒ワイヤ８に異物が形成される。しかし、このような触媒ワイヤ８上のガス噴射Ｆ３によって、触媒ワイヤ８上の異物形成が防止されることができる。
触媒支持部８００の支持部８２０と供給部８３０との結合によって生ずる連結部８９０でのリークＦ４は、相対的に多い量の工程ガス流動経路Ｆ２によって、そして薄膜の蒸着がなされる基板Ｓ及び基板支持部４より下部の流動経路Ｆ２上にあるので、工程に影響を及ぼさない。
上述した触媒化学気相蒸着装置のＳｉ薄膜蒸着において、シャワーヘッド７から導入されるガスは、Ｓｉ基が含まれた単一あるいは複合ガスであり、このＳｉ基の含まれたガスはＳｉＨ４またはＳｉＨ４／Ｈ２またはその他の可能なガスであることも可能である。
また、触媒支持部８００のガス供給ライン８５０から触媒ワイヤ８に供給されるガスは、水素基が含まれたガスであり、この水素基の含まれたガスはＨ２、Ｈ２／ＮＨ３、ＮＨ３、Ｈ２／ＳｉＨ４の中でいずれか一つまたはその他の可能なガスであることも可能である。
前記内容は本発明の好ましい実施形態を単に例示したものであり、本発明の属する分野の当業者は添付された請求の範囲に記載された本発明の思想及び要旨から脱しないで本発明に対する修正及び変更を加えることができるということを認識しなければならない。
１；工程チャンバ
２；排気管
３；ガス供給管
４；基板支持部
６；ヒーター
７；シャワーヘッド
８；触媒ワイヤ
９；熱電帯
４０；支持軸
７２；噴射孔
８２；供給管
８４；支持体
８００；触媒支持部
８１０；把持部
８２０；支持部
８３０；供給部
８４０；パージングガス供給ライン
８５０；ガス供給ライン
８９０；連結部
Ｓ；基板
２；排気管
３；ガス供給管
４；基板支持部
６；ヒーター
７；シャワーヘッド
８；触媒ワイヤ
９；熱電帯
４０；支持軸
７２；噴射孔
８２；供給管
８４；支持体
８００；触媒支持部
８１０；把持部
８２０；支持部
８３０；供給部
８４０；パージングガス供給ライン
８５０；ガス供給ライン
８９０；連結部
Ｓ；基板
Claims (12)
- 工程チャンバと、
前記工程チャンバ内に工程ガスを導入するように構成されるシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドから導入されるガスを分解させるように前記工程チャンバ内に構成される触媒ワイヤと、
前記触媒ワイヤを支持するように構成された触媒支持部と、
前記触媒ワイヤで分解されたガスが蒸着される基板と、
前記基板を支持する基板支持部と、
を含んでなることを特徴とする触媒化学気相蒸着装置。 - 前記触媒支持部には、
前記触媒ワイヤにガスを供給するようにガス供給ラインがさらに構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の触媒化学気相蒸着装置。 - 前記触媒支持部には、
工程以前に前記工程チャンバ内部をパージングすることができるようにパージングガス供給ラインがさらに構成されてなることを特徴とする請求項２に記載の触媒化学気相蒸着装置。 - 前記基板支持部は、
前記基板支持部と前記シャワーヘッドからの距離Ｄが調節可能になるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の触媒化学気相蒸着装置。 - 前記触媒支持部は、
前記触媒ワイヤと前記シャワーヘッド及び／または前記基板支持部からの距離ｄ１、ｄ２が調節可能になるように構成されることを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項に記載の触媒化学気相蒸着装置。 - 前記触媒支持部は、
ガスを供給するように構成される供給部と、
前記供給部に長さが可変するように嵌め込み結合され、前記触媒ワイヤを係止して支持するように構成される支持部と、
からなることを特徴とする請求項５に記載の触媒化学気相蒸着装置。 - 前記支持部と前記供給部が結合された連結部は、
前記基板支持部より下部位置に構成されることを特徴とする請求項６に記載の触媒化学気相蒸着装置。 - 前記支持部と前記供給部の結合は、スクリュー方式、ピン固定方式及び空圧方式のいずれか一つで構成され、
前記支持部の長さが可変であることを特徴とする請求項６に記載の触媒化学気相蒸着装置。 - 前記シャワーヘッドから導入されるガスは、
Ｓｉ基が含まれた単一あるいは複合ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒化学気相蒸着装置。 - 前記Ｓｉ基が含まれたガスは、
ＳｉＨ４またはＳｉＨ４／Ｈ２であることを特徴とする請求項９に記載の触媒化学気相蒸着装置。 - 前記触媒支持部の前記ガス供給ラインから前記触媒ワイヤに供給されるガスは水素基が含まれたガスであることを特徴とする請求項９に記載の触媒化学気相蒸着装置。
- 前記水素基が含まれたガスはＨ２、Ｈ２／ＮＨ３、ＮＨ３、Ｈ２／ＳｉＨ４の中でいずれかひとつであることを特徴とする請求項１１に記載の触媒化学気相蒸着装置。
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