JP2007157885A

JP2007157885A - 原料ガス供給装置

Info

Publication number: JP2007157885A
Application number: JP2005348936A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Suzuki; 達也鈴木
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-06-21

Abstract

【課題】より大きな面積の基板が対象であっても、装置全体の面積の増加が抑制された状態で、基板の全域に均一に原料ガスが供給できる原料ガス供給装置を提供する。
【解決手段】ガス供給配管１０４より供給された原料ガスは、まず、導入管１３１に導入される。導入管１３１に導入された原料ガスは、連通部１３５を通って導入管１３１側の拡散中継管１３２に導入される。拡散中継管１３２に導入された原料ガスは、連通部１３６を通って中央の拡散中継管１３２に導入され、ついで、連通部１３７を通ってガス吐出管１３３側の拡散中継管１３２に導入さる。これらの拡散中継管１３２を経由した原料ガスは、最後に、連通部１３８を通ってガス吐出管１３３に導入され、ガス吐出口１３４より成膜室１０１内の基板Ｗの側に吐出されて基板Ｗの上に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属薄膜や化合物半導体薄膜などを有機金属からなる原料ガスを用いた化学的気相成長法で形成するときに、原料ガスを供給するために用いられる原料ガス供給装置に関する。

従来より、ＧａＮなどの化合物半導体薄膜の形成に、有機金属を原料ガスとして用いた化学的気相成長（ＣＶＤ）法が用いられている。このＣＶＤ法による薄膜の形成では、横型のＣＶＤ装置が用いられている（特許文献１，特許文献２参照）。従来よりある横型のＣＶＤ装置では、図５（ａ）の断面図に示すように、成膜室５０１の内部に原料ガス供給ノズル５０２を備え、原料ガス供給ノズル５０２のガス吐出口の部分に基板Ｗが載置される基板台５０３が配置されている。また、成膜室５０１の所定の領域に、排気部５０４を備え、図示しない排気機構に連通して成膜室５０１の内部を排気可能としている。

この装置では、図５（ｂ）の部分平面図に示すように、原料ガス供給ノズル５０２は、基板Ｗの平面内で基板台５０３に近づくほど徐々に広がる案内部５０２ａを備え、原料ガス導入部５０５より導入された原料ガスが、基板Ｗの全域に均一に供給されるように構成されている。

特許第２７３３５１８号公報特許第３２８８３００号公報

しかしながら、前述した従来の装置では、基板Ｗの上の全域に、より均一に原料ガスを供給使用とする場合、案内部５０２ａの原料ガス供給方向の長さ（助走距離）を長くし、ガス導入部５０５より導入された原料ガスがより均一に広がるようにしている。ところが、このように、原料ガス供給ノズル５０２の面積が大きくなると、成膜室５０１の面積が大きくなり、また、装置の設置面積も大きくなるため、生産性の低下を招くことになる。より大きな面積の基板Ｗを対象とする場合、案内部５０２ａはより大きな長さ（面積）となり、上述の問題がより顕著となる。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より大きな面積の基板が対象であっても、装置全体の面積の増加が抑制された状態で、基板の全域に均一に原料ガスが供給できるようにすることを目的とする。

本発明に係る原料ガス供給装置は、ガス導入部とガス吐出部とを備えてガス導入部からガス吐出部にかけて徐々に幅が広くなる案内部と、この案内部の途中に設けられて幅方向に延在する開口部よりなる絞りが設けられた絞り部と、ガス導入部に設けられたガス供給部と、ガス吐出部に設けられたガス吐出口とを少なくとも備えるようにしたものである。ガス供給部より導入された原料ガスは、ガス導入部，絞り部，ガス吐出部にかけて流れ、これらの案内部における原料ガスの流れの中で、絞り部により流路絞りが配置された状態となっている。

上記原料ガス供給装置において、ガス導入部とガス吐出部との間の案内部に配置された拡散中継部と、ガス導入部と拡散中継部とを仕切るように配置された第１絞り部と、拡散中継部と案内部とを仕切るように配置された第２絞り部とを備えるようにしてもよい。また、ガス吐出部は、案内部の幅方向に直線状に延在するガス吐出管から構成され、ガス導入部は、案内部の幅方向に直線状に延在する導入管から構成され、拡散中継部は、ガス吐出管と導入管との間にこれらと平行に配置され、例えば導入管の長さ以上でガス吐出管の長さ以下の拡散中継管から構成され、第１絞り部の絞りは、導入管とこの導入管に隣接して配置された拡散中継管とを連通するように設けられた第１連通部から構成され、第２絞り部の絞りは、ガス吐出管とこのガス吐出管に隣接して配置された拡散中継管とを連通するように設けられてた第２連通部から構成されているようにしてもよい。

上記原料ガス供給装置において、第１連通部及び第２連通部は、管長の方向に延在するスリット状に一体に形成された貫通孔から構成されいるようにすればよい。例えば、第１連通部の長さは、第２連通部の長さ以下とされていればよい。また、複数の拡散中継管と、隣接する拡散中継管同士を連通するように設けられた第３連通部とを備えるようにすればよい。例えば、複数の拡散中継管は、ガス吐出管の側ほど管長が長く形成されていてもよく、一部は、隣り合う拡散中継管の長さが同一であってもよい。また、第３連通部は、管長の方向に延在するスリット状に一体に形成された貫通孔から構成されいるようにすればよい。例えば、第３連通部の延在する長さは、第１連通部の長さ以上で第２連通部の長さ以下に形成されていればよい。また、第３連通部の長さは、ガス吐出管の側ほど長く形成されていればよく、この中で、一部は、隣り合う第３連通部の長さが等しくてもよい。なお、ガス吐出部は、幅方向に配列された複数のガス吐出口を備えるようにすればよい。

以上説明したように、本発明によれば、案内部のガス供給部より導入された原料ガスが、ガス導入部，絞り部，ガス吐出部にかけて流れるようにし、案内部は、ガス導入部からガス吐出部にかけて徐々に幅が広くなるようにしたので、より大きな面積の基板が対象であっても、装置全体の面積の増加が抑制された状態で、基板の全域に均一に原料ガスが供給できるようになるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における原料ガス供給装置を用いたＣＶＤ装置の構成例を示す構成図である。図１（ａ）は、ＣＶＤ装置を上面より見た断面を概略的に示し、図１（ｂ）は、ＣＶＤ装置を側面より見た断面を概略的に示している。図１に示すＣＶＤ装置は、成膜室１０１、基板台１０２、原料ガス供給装置１０３、ガス供給配管１０４、ガス供給部１０５、固定台１０６、排気部１０７を備える。

成膜室１０１は、縦４５０ｍｍ，横５８０ｍｍ，高さ２５ｍｍ程度の密閉可能な容器であり、例えば、石英から構成されている。また、図１では省略しているが、成膜室１０１は、紙面の右側にゲートバルブを備え、このゲートバルブを開放することで、基板Ｗの搬入及び搬出を可能としている。基板台１０２は、成膜室１０１の低部に設けられ、例えば電熱線などから構成された加熱機構を内蔵し、この上に載置される基板Ｗを加熱可能としている。

原料ガス供給装置１０３は、成膜室１０１の内部において、基板台１０２の側方に固定台１０６により固定配置され、ガス供給配管１０４に連通している。ガス供給配管１０４は、ガス供給部１０５を貫通して成膜室１０１の外部に取り出され、図示しない原料ガス供給機構に連通している。また、成膜室１０１の所定箇所に、図示しない排気機構に連通する排気部１０７を備え、成膜室１０１の内部を排気可能としている。排気部１０７は、基板台１０２を挾んで原料ガス供給装置１０３に対向する関係に配置されている。

以下、原料ガス供給装置１０３についてより詳細に説明する。原料ガス供給装置１０３は、導入管１３１、拡散中継管１３２、ガス吐出管１３３から構成されている。導入管１３１は、例えば中央部にガス供給配管１０４が接続され、ガス吐出管１３３は、複数のガス吐出口１３４を備える。各管は、両端が閉じられている。また、ガス吐出口１３４は、管径方向の寸法が、ガス吐出管１３３の管径より小さく形成されている。なお、図１の構成例では、３つの拡散中継管１３２を備える場合について示している。

これらの各管は、例えば、管径が１０ｍｍφで断面が円形に形成されたものである。なお、円形に限らず、他の形状であってもよい。また、３つの拡散中継管１３２は、ガス吐出管１３３の側ほど管長が長くなるように構成されている。例えば、導入管１３１の管長は６０ｍｍ、導入管１３１側の拡散中継管１３２の管長は１２０ｍｍ、中間の拡散中継管１３２の管長は１８０ｍｍ、ガス吐出管１３３側の拡散中継管１３２の管長は２４０ｍｍ、ガス吐出管１３３の管長は３００ｍｍである。導入管１３１，複数の拡散中継管１３２，及びガス吐出管１３３の各々の管長は、導入管１３１からガス吐出管１３３にかけて同一の割合で長くされているが、これに限るものではない。各管の管長が、導入管１３１からガス吐出管１３３にかけて同一の間隔で長くなるようにしてもよい。

次に、導入管１３１，３つの拡散中継管１３２，及びガス吐出管１３３は、互いに平行な状態に接続して配置されている。また、導入管１３１，拡散中継管１３２，及びガス吐出管１３３は、基板台１０２に載置される基板Ｗの平面に平行な方向に延在して配置されている。加えて、導入管１３１，拡散中継管１３２，及びガス吐出管１３３は、ガス供給方向に対して垂直な方向に延在して配置されている。また、各管は、各管の中心が同一の直線状に配置されるように配列されている。

次に、導入管１３１，３つの拡散中継管１３２，及びガス吐出管１３３の隣り合う管は、管径（内径）より細い幅で、管長方向に延在するスリット状の連通孔より構成された連通部１３５，１３６，１３７，１３８により連通している。連通部１３５は、導入管１３１とほぼ同じ長さに形成され、導入管１３１と導入管１３１側の拡散中継管１３２とを連通し、絞りとして機能している。同様に、連通部１３６は、導入管１３１側の拡散中継管１３２とほぼ同じ長さに形成され、導入管１３１側の拡散中継管１３２と中央の拡散中継管１３２とを連通している。また、連通部１３７は、中央の拡散中継管１３２とほぼ同じ長さに形成され、中央の拡散中継管１３２とガス吐出管１３３側の拡散中継管１３２とを連通している。また、連通部１３８は、ガス吐出管１３３側の拡散中継管１３２とほぼ同じ長さに形成され、ガス吐出管１３３側の拡散中継管１３２とガス吐出管１３３とを連通している。

以上のように構成された原料ガス供給装置１０３では、ガス供給配管１０４より供給された原料ガスは、まず、導入管１３１に導入される。導入管１３１に導入された原料ガスは、連通部１３５を通って導入管１３１側の拡散中継管１３２に導入される。拡散中継管１３２に導入された原料ガスは、連通部１３６を通って中央の拡散中継管１３２に導入され、ついで、連通部１３７を通ってガス吐出管１３３側の拡散中継管１３２に導入される。これらの拡散中継管１３２を経由した原料ガスは、最後に、連通部１３８を通ってガス吐出管１３３に導入され、ガス吐出口１３４より成膜室１０１内の基板Ｗの側に吐出（噴出）されて基板Ｗの上に供給される。

このようにして、導入管１３１より３つの拡散中継管１３２を経由してガス吐出管１３３に導入される過程で、まず、原料ガスの流れの方向には、連通部１３５，１３６，１３７，１３８により、多段の流路絞りが配置された状態となっている。また、原料ガスの流れに直行する方向には、大きな流路断面積が得られ、流れに直行する方向への原料ガスの拡散が相対的に大きくなり、ガスが均一に広がるようになる。

従って、原料ガス供給装置１０３により供給される原料ガスの圧力が一定となり、ガス吐出管１３３に設けられた複数のガス吐出口１３４より、均一な状態で原料ガスが供給（吐出・噴出）されるようになる。また、図１に示す原料ガス供給装置１０３によれば、長い助走路を必要としないなど、大きな設置面積を必要とせずに均一な状態で原料ガスが供給できるようになる。なお、成膜室１０１の内部は、排気部１０７より配置されているので、ガス吐出口１３４より供給された原料ガスは、基板Ｗの上部から排気部１０７の方向に流れるようになる。

ところで、図１に示すＣＶＤ装置では、ガスの吐出（噴出）方向となる基板Ｗの面に平行な平面内に、導入管１３１，拡散中継管１３２，及びガス吐出管１３３が配置されているようにしたが、これに限るものではない。例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ガスの吐出方向となる基板Ｗの面に平行な平面に対し、所定の角度（例えば９０°）の平面内に導入管１３１，拡散中継管１３２，及びガス吐出管１３３が配置されているようにしてもよい。いずれの場合においても、ガス吐出管１３３が、基板台１０２（基板Ｗ）の側部近傍に配置され、ガス吐出口１３４が基板台１０２（基板Ｗ）の方向に向いていればよい。

また、図１，２に示す原料ガス供給装置１０３は、導入管１３１，拡散中継管１３２，及びガス吐出管１３３が同一平面に配列されているようにしたが、これに限るものではない。例えば、図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、導入管１３１，３つの拡散中継管１３２，及びガス吐出管１３３が、曲面に配置されているようにしてもよい。また、ガス供給配管１０４は、導入管１３１の中心軸を中心として、接続可能な範囲の角度で接続されていればよい。同様に、ガス吐出口１３４の配列は、ガス吐出管１３３の中心軸を中心として、形成な範囲の角度で形成されていればよい。

また、上述では、３つの拡散中継管を設けるようにしたが、これに限らず、２つ、もしくは、４つ以上の拡散中継管を設けるようにしてもよい。また、複数の拡散中継管を設ける場合、隣り合う拡散中継管の長さが等しい部分があってもよく、導入管と隣り合う拡散中継管が導入管と同じ長さであってもよく、また、ガス吐出管と隣り合う拡散中継管がガス吐出管と同じ長さであってもよい。連続する管（拡散中継管）の数を増やすことにより、導入管の側では乱れているガスの流れが、連続した何段かの管を通過する間に安定するようになる。この場合、全ての間が一様に、ガス吐出管側ほど長くなっている必要はなく、上述したように、一部の隣り合う連続した管の長さが、ほぼ同一であってもよい。

次に、本発明の実施の形態に係る他の原料ガス供給装置について説明する。図４は、本発明の実施の形態における他の原料ガス供給装置の構成例を示す構成図（斜視図）である。図４に示す原料ガス供給装置４０３は、ガス供給口４３０、ガス導入室（ガス導入部）４３１、拡散中継室４３２ａ，４３２ｂよりなる拡散中継部４３２、ガス吐出室（ガス吐出部）４３３、絞り部４３５，４３６，４３７、複数のガス吐出口４３４を備える。なお、ガス導入室４３１のガス供給口４３０には、例えば、ガス供給配管（図示せず）が接続されて原料ガスが導入可能とされている。

ガス導入室４３１，拡散中継部４３２，及びガス吐出室４３３は、連続して一体に形成され、これらで、原料ガス供給装置４０３の案内部が構成されている。このように構成された案内部は、ガス導入室４３１からガス吐出室４３３にかけて徐々に幅が広くなるように形成され、この案内部の途中に、絞り部４３５，４３６，４３７が設けられている。なお、ガス導入室４３１からガス吐出室４３３にかけて、部分的に、ほぼ同一の幅の領域を備えるようにしてもよい。絞り部４３５，４３６，４３７は、各室を仕切るように形成され、また、配置されている箇所において、案内部の幅方向に延在する開口部よりなる絞りが設けられている。図４に示す原料ガス供給装置４０３では、スリット状の絞りを設けるようにしている。

従って、ガス導入室４３１と拡散中継室４３２ａとは、絞り部４３５の絞りの開口部により連通し、拡散中継室４３２ａと拡散中継室４３２ｂとは、絞り部４３６の絞りの開口部により連通し、拡散中継室４３２ｂとガス吐出室４３３とは、絞り部４３７の絞りの開口部により連通している。また、図１に示す原料ガス供給装置１０３と比較すると、導入管１３１がガス導入室４３１に相当し、拡散中継管１３２が拡散中継室４３２ａ，４３２ｂに相当し、ガス吐出管１３３がガス吐出室４３３に相当している。

以上のように構成された原料ガス供給装置４０３では、ガス供給口４３０より供給された原料ガスは、まず、ガス導入室４３１に導入される。ガス導入室４３１に導入された原料ガスは、絞り部４３５を通って拡散中継室４３２ａに導入される。拡散中継室４３２ａに導入された原料ガスは、絞り部４３６を通って拡散中継室４３２ｂに導入され、ついで、絞り部４３７を通ってガス吐出室４３３に導入され、ガス吐出口４３４より基板（図示せず）の側に吐出（噴出）されて基板の上に供給される。

このようにして、ガス導入室４３１より拡散中継室４３２ａ及び拡散中継室４３２ｂを経由してガス吐出室４３３に導入される過程で、まず、原料ガスの流れの方向には、絞り部４３５，４３６，４３７により、多段の流路絞りが配置された状態となっている。また、原料ガスの流れに直行する方向には、大きな流路断面積が得られ、流れに直行する幅方向への原料ガスの拡散が相対的に大きくなり、ガスが均一に広がるようになる。

従って、原料ガス供給装置４０３により供給される原料ガスの圧力が一定となり、ガス吐出室４３３に設けられた複数のガス吐出口４３４より、均一な状態で原料ガスが供給（吐出）されるようになる。また、図４に示す原料ガス供給装置４０３によれば、絞り部４３５，４３６，４３７を設けたことにより、短い助走路で幅をより広く拡張することが可能となるので、大きな設置面積を必要とせずに均一な状態で原料ガスが供給できるようになる。

なお、上述した各原料ガス供給装置では、スリット状の絞り（連通孔）より絞り部（連通部）が構成されているようにしたが、これに限るものではない。例えば、複数の孔により、各絞り部の絞りが構成されていてもよい。

本発明の実施の形態における原料ガス供給装置を用いたＣＶＤ装置の構成例を示す構成図である。本発明の実施の形態における他の原料ガス供給装置の構成例を示す構成図である。本発明の実施の形態における他の原料ガス供給装置の構成例を示す断面図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。本発明の実施の形態における他の原料ガス供給装置の構成例を示す斜視図である。従来よりある横型のＣＶＤ装置の構成例を示す構成図である。

符号の説明

１０１…成膜室、１０２…基板台、１０３…原料ガス供給装置、１０４…ガス供給配管、１０５…ガス供給部、１０６…固定台、１０７…排気部、１３１…導入管、１３２…拡散中継管、１３３…ガス吐出管、１３４…ガス吐出口、１３５，１３６，１３７，１３８…連通部。

Claims

ガス導入部とガス吐出部とを備えて前記ガス導入部から前記ガス吐出部にかけて徐々に幅が広くなる案内部と、
この案内部の途中に設けられて幅方向に延在する開口部よりなる絞りが設けられた絞り部と、
前記ガス導入部に設けられたガス供給部と、
前記ガス吐出部に設けられたガス吐出口と
を少なくとも備えることを特徴とする原料ガス供給装置。
請求項１記載の原料ガス供給装置において、
前記ガス導入部と前記ガス吐出部との間の前記案内部に配置された拡散中継部と、
前記ガス導入部と前記拡散中継部とを仕切るように配置された第１絞り部と、
前記拡散中継部と前記案内部とを仕切るように配置された第２絞り部と
を備えることを特徴とする原料ガス供給装置。
請求項２記載の原料ガス供給装置において、
前記ガス吐出部は、前記案内部の幅方向に直線状に延在するガス吐出管から構成され、
前記ガス導入部は、前記案内部の幅方向に直線状に延在する導入管から構成され、
前記拡散中継部は、前記ガス吐出管と前記導入管との間にこれらと平行に配置された拡散中継管から構成され、
前記第１絞り部の絞りは、前記導入管とこの導入管に隣接して配置された拡散中継管とを連通するように設けられた第１連通部から構成され、
前記第２絞り部の絞りは、前記ガス吐出管とこのガス吐出管に隣接して配置された拡散中継管とを連通するように設けられてた第２連通部から構成され
ていることを特徴とする原料ガス供給装置。
請求項３記載の原料ガス供給装置において、
前記第１連通部及び前記第２連通部は、管長の方向に延在するスリット状に一体に形成された貫通孔から構成されている
ことを特徴とする原料ガス供給装置。
請求項３又は４記載の原料ガス供給装置において、
複数の前記拡散中継管と、
隣接する前記拡散中継管同士を連通するように設けられた第３連通部と
を備える
ことを特徴とする原料ガス供給装置。
請求項５記載の原料ガス供給装置において、
前記第３連通部は、管長の方向に延在するスリット状に一体に形成された貫通孔から構成されている
ことを特徴とする原料ガス供給装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の原料ガス供給装置において、
前記ガス吐出部は、幅方向に配列された複数の前記ガス吐出口を備える
ことを特徴とする原料ガス供給装置。