JP3180930B2 - 薄膜作製装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜作製装置に関し、特
に有機金属化合物と酸素活性種との化学反応を利用する
ことにより、センサ，光学部品，音響製品，半導体デバ
イス等に使用される絶縁体膜，保護膜，半導体膜等の膜
生成を行う薄膜作製装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＬＳＩの高密度化に伴って半導体
素子のパターンの微細化や三次元化が進んでいる。この
様な集積度が極めて高い半導体素子の製造では、段差や
起伏の大きいパターンの上に平坦性のある薄膜を形成す
ることにより、これらの段差及び起伏を平坦化すること
が重要となる。そのために、いかにして平坦性の良好な
薄膜を作製するかが問題となる。上記の観点から層間絶
縁膜としての酸化シリコン膜の平坦化をどの様なプロセ
スを用いて行うかについては、現在種々の方法が考えら
れている。これらの方法の中には、例えばプラズマＣＶ
Ｄ法、スパッタリング法等が含まれる。

【０００３】この中で注目されている方法の一つに、テ
トラエトキシシラン（別名テトラエチルオルソシリケー
トともいう、以下ＴＥＯＳと略す）を用いたＣＶＤ技術
がある。尚、ＴＥＯＳは半導体であるシリコンの有機化
合物であるが、本明細書ではかかる半導体の有機化合物
も一括して有機化合物と表現することとする。上記のＴ
ＥＯＳを用いたＣＶＤ技術に関して、例えば池田らの
「電気化学」Ｖｏｌ．５６ Ｎｏ．７（１９８８）Ｐ．
５２７−Ｐ．５３２やその中の引用文献等にその方法に
関する記載がある。池田らは、ＴＥＯＳとオゾンを用い
る大気圧ＣＶＤを用いることにより、段差部への被覆性
を良くした平坦性の良い酸化シリコン膜を作製してい
る。この場合に、酸化源としてオゾンを用い、それによ
って４００℃の低温で酸化シリコン膜を作製可能にし、
また膜中のＯＨ基を減少させて良質な酸化シリコン膜を
得ている。しかしながら池田らの技術によれば、成膜速
度が約１４００オングストローム／分であって、１μｍ
の厚みを有する酸化シリコン膜を作製するのに約７分必
要とするという不具合を有する。従って、本技術は枚葉
式装置が要求する成膜速度１μｍ／分にはるかに及ばな
い。

【０００４】また、R.A.Levy等のJ.Electrochem.Soc. V
ol.134 No.7(1987)P1744-P1749やその引用文献では、酸
素とＴＥＯＳを用いて、酸化シリコン膜を作製したこと
が紹介されている。この場合には成膜温度が５５０℃で
あって、前記のオゾンを用いる方法と比較してかなりの
高温であるにもかかわらず、成膜速度は３００オングス
トローム／分と遅く、この成膜方法も産業上利用できる
レベルには達していない。更に特許公報にみられるもの
では、特開昭６１−７７６９５号による「気相成長法」
や米国特許第３９３４０６０号による成膜方法がある
が、先の従来技術と同様に、これらもまた成長速度及び
膜質の点で満足できる水準には達しているとはいえな
い。

【０００５】また野口らは、第３５回応用物理学会関係
連合講演会（昭和６３年春季）講演番号２９Ｐ−Ｇ−５
において、マイクロ波放電で作製された酸素原子と、テ
トラメトキシシラン（以下ＴＭＯＳと略す。）を用いる
ことにより、テトラメチルシラン（以下ＴＭＳと略
す。）を用いた場合よりも、生成膜中の炭素含有量が減
少することを示している。しかしながら、このＴＭＯＳ
を用いて得られた膜は、その赤外線吸収スペクトルから
多めのＯＨ基が観察され、必ずしも良好な膜とはいえな
いことが明らかである。これは、酸素活性種の供給量が
不足していたためと考えられる。酸素原子を用いた他の
例が、特開昭６３−８３２７５号公報による「ＣＶＤ装
置」に記載されており、ここでは酸素原子とシランを反
応させている。この反応は通常、常温では減圧下でも急
速に進み、酸化シリコンの粉末ダストを生じる。また急
速に反応するため、２つのガス成分の反応処理室への導
入や混合が困難であって均一性の良い膜の作製が難し
い。

【０００６】そこでこの問題を解決しようと、特開昭６
３−８３２７５号公報では、ガスの流出部を冷却するこ
とによって酸素原子とシランの反応を抑え、加熱した被
処理基体の表面に導入してそこで反応を起こさせるよう
にした装置を示している。しかしこの方法の場合は、ガ
スの流出部を冷却することが必要となり、そのため装置
が複雑になると共に、基体表面から離れた空間での反応
を完全に抑えることが不可能であり、どうしても多少の
ダストが生じてしまうという欠点を有する。特開平２−
１６３３７９号公報による発明ではマイクロ波放電の代
わりに高温非平衡プラズマ(Thermodynamic Nonequillib
rium High Temperature:以後、ＴＮＨプラズマと呼ぶ）
を用いて酸素活性種を多量に発生させると共に、反応性
の低いＴＥＯＳ及びＴＭＯＳを用いることにより、ダス
トの少ない絶縁膜を高速に作製しているが、枚葉式装置
として産業上必要とされる１μｍ／分程度で成膜した場
合、膜中にＯＨ基の存在が確認された。

【０００７】特願平２−３１９８５８号による発明で
は、酸素活性種導入系から処理室のガスが流れる途中経
路の内壁面及び処理室容器の内壁面が、ガラス類、セラ
ミックス類、金属表面処理体、高分子化合物類の中のい
づれかのまたはそれらの組み合わせからなる材料の物体
で形成することによって、酸素活性種を従来の装置より
効率良く供給して酸化膜を作製している。しかしなが
ら、この発明では、ＴＥＯＳガスや酸素活性種の拡散の
ために、ガス吹き出し用の孔を多数設けた拡散板を複雑
に組み立てた構成を採用している。ここで、処理時にお
いて処理室内がかなり高温になることから、上述の拡散
板の組み立てにおいては溶接等の手段で接合せざるを得
ず、このため、拡散板の接合箇所で酸素活性種の活性喪
失（以下、失活という。）が起こり易くなる。また特
に、酸素活性種の拡散に拡散板を使用すると、処理室に
至る酸素活性種の導入経路のコンダクタンスが小さくな
り、酸素活性種導入系内の圧力が高くなって活性種同士
の衝突による失活が起こり易くなる。このような原因
で、酸素活性種が失活が起こり易くなると、酸素活性種
の充分な供給が行われず、前記同様、枚葉式装置として
産業上必要とされる１μｍ／分程度で成膜した場合に
は、まだＯＨ基の存在が確認される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本願の発明は、かかる
課題を解決するためになされたものである。即ち、ま
ず、本願の請求項１及び２に記載の発明は、反応原料ガ
スの導入構造を工夫して、酸素活性種の失活の原因とな
るような箇所を作ることなく均一に原料ガスを導入でき
るようにし、これによって均一で質の良い薄膜を必要な
成膜速度で作製できるようにすることを目的としてい
る。また、本願の請求項３に記載の発明は、酸素活性種
の拡散のさせ方を工夫することによって酸素活性種同士
の衝突による失活を少なくし、充分な量の酸素活性種を
均一に供給するようにし、これによって均一で質の良い
薄膜を必要な成膜速度で作製できるようにすることを目
的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の請求項１に記載の薄膜作製装置は、気密構造
を有し内部空間を真空にするための排気口を備えた処理
室と、前記排気口から処理室を排気する排気系と、表面
に薄膜が作製される基体を処理室の内部で保持し且つ基
体の温度調節機構を備えた基体ホルダと、酸素活性種の
原料ガスである酸素と酸素活性種の活性喪失を防止する
ための添加ガスとを同時に導入することのできる酸素活
性種導入系と、前記基体ホルダに保持された基体の薄膜
が作製される表面を臨む空間を取り囲むようにして処理
室の内部に配置された筒状の処理室内側カバーと、前記
処理室の内壁面と処理室内側カバーとの間の空間に少な
くとも２種類の反応原料ガスを導入する反応原料ガス導
入系とを備え、前記酸素活性種導入系から前記処理室ま
でのガス流路及び前記処理室における酸素活性種が接触
可能な表面がガラス類，セラミック類，金属表面処理物
体，高分子化合物類のうちのいずれかの材料又はそれら
の組み合わせからなる材料で形成され、前記筒状の処理
室内側カバーには、反応原料ガス導入系により導入され
たガスを前記基体の表面を臨む空間に到達させるための
カバーガス導入孔が周状に均等に設けられている構成を
有するものである。同様に、本願の請求項２に記載の薄
膜作製装置は、請求項１に記載の構成において、処理室
内側カバーに形成されたカバーガス導入孔からのガスが
基体の薄膜が作製される表面を通って基体の裏側に回る
ように、処理室の排気口が基体の裏側の部分に配置さ
れ、かつこの排気口はその中心が筒状の処理室内側カバ
ーの中心線上に位置している構成を有する。また同様
に、本願の請求項３に記載の薄膜作製装置は、気密構造
を有し内部空間を真空にするための排気口を備えた処理
室と、前記排気口から処理室を排気する排気系と、表面
に薄膜が作製される基体を処理室の内部で保持し且つ基
体の温度調節機構を備えた基体ホルダと、酸素活性種の
原料ガスである酸素と酸素活性種の活性喪失を防止する
ための添加ガスとを同時に導入することのできる酸素活
性種導入系と、前記処理室の内部に少なくとも２種類の
反応原料ガスを導入するため設けられた反応原料ガス導
入系とを備え、前記酸素活性種導入系から前記処理室ま
でのガス流路及び前記処理室における酸素活性種が接触
可能な表面がガラス類，セラミック類，金属表面処理物
体，高分子化合物類のうちのいずれかの材料又はそれら
の組み合わせからなる材料で形成され、前記処理室に
は、前記酸素活性種導入系から導入される酸素活性種を
拡散させて反応原料ガスに均一に接触させるためのガス
であって酸素ガス又は酸素活性種に対して不活性なガス
よりなる拡散用ガスを導入する拡散用ガス導入系が付設
されている構成を有する。

【００１０】

【作用】上記構成に係る請求項１に記載の薄膜作製装置
においては、反応原料ガスは、反応原料ガス導入機構に
よって処理室の壁面と処理室内側カバーとの間の空間に
達し、処理室内側カバーに設けられたカバーガス導入孔
から内部に漏出し、酸素活性種と接触反応した後、基体
に達して所望の薄膜を形成する。また、請求項２に記載
の薄膜作製装置では、上記請求項１の作用が達成される
とともに、処理室内側カバーのカバーガス導入孔から出
て排気口に至る反応原料ガスの流れが中心対称的で均一
なものになる。また、請求項３に記載の薄膜作製装置で
は、酸素活性種が拡散用ガスで拡散されて均一な状態で
且つ失活が低減された状態で反応原料ガスと接触し、所
望の薄膜を基体の表面に形成させる。

【００１１】

【実施例】以下に、本願の発明の実施例を添付図面に基
づいて説明する。図１は本願の発明に係る薄膜作製装置
の一実施例を示す正面断面図である。この薄膜作製装置
ではＣＶＤ技術による薄膜作製が実行され、酸素活性種
ガスと添加ガス及び反応原料ガスである有機金属化合物
のガス例えばＴＥＯＳガスと拡散用ガスの四つのガスの
導入系が使用される。図１に示す薄膜作製装置は、気密
構造を有し内部空間を真空にするための排気口１０を備
えた処理室１と、表面に薄膜が作製される基体２０を処
理室１の内部で保持する基体ホルダ２と、排気口１０か
ら処理室１を排気する排気系３と、酸素活性種の原料ガ
スである酸素と酸素活性種の失活を防止するための添加
ガスとを処理室１に同時に導入する酸素活性種導入系４
と、基体ホルダ２に保持された基体２０の薄膜が作製さ
れる表面を臨む空間を取り囲むようにして処理室１内に
配置された筒状の処理室内側カバー５と、前記処理室１
の内壁面と処理室内側カバー５との間の空間５２に反応
原料ガスに導入する反応原料ガス導入系６と、酸素活性
種導入系４から導入される酸素活性種を拡散させて基体
２０に均一に到達させる拡散用ガスを処理室１に導入す
る拡散用ガス導入系７とから主に構成されている。

【００１２】まず、処理室１は例えばステンレス等の金
属で形成されている。この処理室１は、円筒形の側壁部
１１と、側壁部１１の上端開口を塞ぐ上壁部１２と、側
壁部１１の下端開口を塞ぐ下壁部１３とより形成されて
いる。処理室１の大きさは、例えば、直径が約４０ｃ
ｍ，高さが約４０ｃｍ程度である。そして、処理室１の
上壁部１２には、排気口１０が設けられている。この排
気口１０は円形であって、その中心が、円筒形の側壁部
１１の中心線上に位置するようになっている。また、処
理室１の側壁部１１には、側壁ガス導入孔１５が設けら
れ、後述の反応原料ガス導入系６は、この側壁ガス導入
孔１５から反応原料ガスを内部に導入するようになって
いる。

【００１３】このような処理室１の内側には、円筒状の
処理室内側カバー５が配置されている。この処理室内側
カバー５は、基体ホルダ２に保持された基体２０の薄膜
が作製される表面を臨む空間即ち気相反応が行われる空
間を取り囲むようにして配置さている。具体的には、リ
ング状のカバー取付具５１が処理室１の内壁面の基板ホ
ルダ２の高さの位置に取り付けられており、処理室内側
カバー５は、その上端面がこのカバー取付具５１の下面
に固定されることにより取り付けられている。そして、
このような取付状態では、処理室１と処理室内側カバー
５との間には例えば１０〜５０ｍｍ程度の幅の空間５２
が形成されるようになっており、前記カバー取付具５１
は、この空間５２を上から塞ぐような状態になってい
る。また、処理室内側カバー５は、前記側壁ガス導入孔
１５の高さから少し低い高さの位置にカバーガス導入孔
５０を有している。このカバーガス導入孔５０は、図１
から分かるように、周状に均等間隔で多数設けられてい
る。上記のような処理室内側カバー５の下端部５３は、
図１に示すように内側に折れ曲がっていて、内径が細く
絞ってある。図１では、直角に曲がっているが、処理室
内側カバー５は後述のようにガラス等で形成されるの
で、成形上の都合からなめらかな鈍角状に曲げて形成さ
れる場合もある。尚、カバーガス導入孔５０の高さより
さらに低い高さの位置には、処理室内側カバー５及び処
理室１の側壁部１１の各々に拡散用ガス導入用の貫通穴
が設けられており、後述の拡散用ガス導入管７１がこれ
らの貫通穴に貫通固定されて配置されている。

【００１４】一方、排気口１０から処理室１の内部空間
を排気する排気系３は、粗引き用の油回転ポンプ３１
と、この油回転ポンプ３１と排気口１０との間の排気経
路上に配置されたメカニカルブースタポンプ３２と、こ
のメカニカルブースタポンプ３２と排気口１０との間の
排気経路上に設けられたバルブ３３とから主に構成され
ている。尚、排気系３による排気動作は、必要不可欠な
ものではなく、必要に応じて行われる。また、後述する
本装置の作用において、薄膜作製時に処理室１内が真空
即ち大気圧より低い圧力に必ずなっているとは限らな
い。

【００１５】さて、本実施例の薄膜作製装置で薄膜が作
製される基体２０は、半導体ウエハや液晶基板等の板状
のものである。この基体２０を保持する基体ホルダ２
は、比較的厚い円板状のものであり、処理室１の内部の
上方位置において水平な姿勢で配置されている。即ち、
処理室１の上壁部１２には貫通穴が複数設けられ、図示
しない保持部材に上端が固定されて垂下された複数のホ
ルダ支持棒２２が各々の貫通穴に貫通して下端が処理室
１の内部に達している。このホルダ支持棒２２の下端は
同一の水平面内に位置し、その下端に上面を固定するよ
うにして基体ホルダ２が保持されている。基体２０は上
記基体ホルダ２の下面に保持される。即ち、基体ホルダ
２には、真空吸着機構等の保持機構が付設されており、
これによって下面で基体２０を保持する。尚、図１の装
置は、不図示の基体搬送口や基体搬送機構を備えてお
り、これらの構成によって、基体２０は基体ホルダ２に
搬送される。

【００１６】また、基体２０の温度調節を行う温度調節
機構は、基体ホルダ２は内部に配置されたヒータ２１
と、基体ホルダ２の内部又は表面に配設されて基体ホル
ダ２の温度を検出する不図示の熱電対と、熱電対からの
信号によりヒータ２１の制御を行う不図示の制御回路等
から構成されている。ヒータ２１としては、典型的には
通電によりジュール熱を発生させて加熱するものであ
り、市販のシースヒータやカートリッジヒータ等が使用
できる。このようなヒータ２１により、基体ホルダ２の
下面に保持した基体２０が熱伝導により加熱されるよう
になっており、従って、基体２０は基体ホルダ２の下面
に熱的に充分に接触するようになっている。ヒータ２１
の能力としては、例えば直径３０ｃｍ程度の基体ホルダ
２を約４５０℃程度まで加熱できるものが使用される。
また、基体ホルダ２に配設された熱電対からの信号は、
ヒータ２１の制御回路（図１中不図示）に送られ、図示
しない温度調節計とサイリスタユニットの併用によりＰ
制御，ＰＩ制御，ＰＩＤ制御または単なるＯＮ／ＯＦＦ
制御を利用してヒータ２１に与える電力を加減し、基体
ホルダ２の温度を最適に調節することが可能である。更
に必要に応じて基体ホルダ２に水冷機構を設けて加熱制
御と冷却制御とを併用することも可能である。

【００１７】処理室１の上壁部１２にはその他に真空計
８が設けられている。真空計８は、処理室１内の圧力を
測定するものである。この実施例では、真空計８により
計測された処理室１内の真空度によりバルブ３３の開閉
を加減し、処理室１の内部圧力を所定の値で一定に保っ
ている。

【００１８】次に、酸素活性種導入系４について説明す
る。酸素活性種導入系４は、処理室１の下側に設けられ
た活性種導入管４１と、活性種導入管４１の下側に設け
られた活性種発生管４２と、活性種発生管４２の内部で
ＴＮＨプラズマを生じさせて活性種を発生させる高周波
コイル４３と、活性種発生管４２の内部に活性種原料ガ
スを供給する活性種原料ガス導入系４４と、活性種原料
ガスに合流させて活性種発生管４２内に添加ガスを供給
する添加ガス導入系４５とより主に構成されている。

【００１９】まず、処理室１の下壁部１３には円形の大
きな活性種導入口１４が設けられている。この活性種導
入口１４は、下壁部１３の中央即ちその円の中心が円筒
状の側壁部１１の中心線上に位置する位置に設けられて
いる。そして、この活性種導入口１４の周縁からは、有
底円筒状の活性種導入管４１が垂設されて下方に延びて
いる。この活性種導入管４１は、下側の活性種発生管４
２で発生させた酸素活性種を処理室１に導くためのもの
である。この活性種導入管４１の内側にも、導入管内側
カバー４６が設けられている。この導入管内側カバー４
６は、活性種導入管４１より僅かに径の小さな有底円筒
状のものである。導入管内側カバー４６は、処理室１と
活性種発生管４２との圧力差を少なくよう、例えば直径
１００ｍｍ程度の大きなもので形成して酸素活性種の平
均自由行程をなるべく長くとり、従来見られた活性種同
士の衝突による失活を防止している。尚、活性種同士の
衝突による失活が有効に防止できるコンダクタンスの大
きさとしては、４００ｌ／ｓ程度以上であると考えられ
る。

【００２０】そして、活性種導入管４１及び導入管内側
カバー４６の各々の底板部に貫通固定されるようにし
て、有底円筒状の活性種発生管４２が鉛直な姿勢で取り
付けられている。この活性種発生管４２の上端は、開口
になっていて活性種導入管４１の内部に位置し、活性種
導入管４１の下方に露出した側面中腹部を取り囲むよう
にして高周波コイル４３が配設されている。この活性種
発生管４２は、一般に絶縁物で形成されるが、本実施例
では、特に石英ガラスを用いている。図１では厳密には
示されていないが、石英ガラスがＴＮＨプラズマによる
高温化によって溶融する恐れがあるため、活性種発生管
４２を石英ガラスの二重管として形成し、内外の管の間
に冷却水を流すように実際上は構成している。また、高
周波コイル４３は、整合回路４３１を介して高周波電源
４３２に接続されており、高周波（数ｋＨｚ〜数百ＭＨ
ｚ）電力が供給されるようになっている。

【００２１】そして、活性種発生管４２の発生管底板部
４２１に設けられた不図示の活性種原料ガス導入孔か
ら、活性種原料ガス導入系４４によって活性種原料ガス
である酸素ガスが内部に導入される。即ち、活性種原料
ガス導入孔は、装置外に設けられた不図示の酸素ガスの
貯蔵容器と活性種原料ガス導入管によって接続されてお
り、その供給経路上には、マスフローコントローラ（Ｍ
ＦＣ）４４１及びバルブ４４２が設けられている。そし
て、添加ガス導入系４５が、上記活性種原料ガス供給経
路に合流するようにして、添加ガスを供給する。この添
加ガスは、酸素活性種の失活を防止するためのものであ
り、例えばアルゴン等のガスである。この添加ガスも、
装置外に設けられた貯蔵容器から導入管によって供給さ
れ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４５１及びバル
ブ４５２を経て活性種原料ガスに合流した後、活性種発
生管４２に流入するようになっている。

【００２２】次に、反応原料ガス導入系６について説明
する。反応原料ガス導入系６は、薄膜作製に必要な気相
反応を生じさせる原料を処理室１内に導入するためのも
のであり、従って少なくとも２種類以上の反応性ガスを
導入する。本実施例では、前述の有機金属化合物のガス
例えばＴＥＯＳガスが反応原料ガスになる。反応原料ガ
ス導入系６は、処理室１外において反応原料ガスを貯蔵
した不図示の反応原料ガス容器と、反応原料ガス容器と
前述の処理室１の側壁ガス導入孔１５とを繋ぐ反応原料
ガス導入管６１と、反応原料ガス導入管６１による導入
経路上に設けられた不図示のマスフローコントローラ等
から主に形成されている。反応原料ガス導入孔１５は、
処理室１の側壁部１１に周状に均等間隔で数カ所設けら
れており、反応原料ガス導入管６１は、各々の反応原料
ガス導入孔１５に対応して複数配置されている。そし
て、各々の反応ガス導入管６１から、反応原料ガスが側
壁部１１と処理室内側カバー５との間の空間５２に均一
に流入するようになっている。

【００２３】次に、拡散用ガス供給機構７について説明
する。拡散用ガスは、活性種発生管４２で発生した酸素
活性種を拡散させて均一な状態で反応原料ガスに接触さ
せるものである。拡散用ガスとしては、アルゴンや窒素
等の酸素活性種に対して不活性なガスが採用される。ま
た、酸素ガスも拡散用ガスとして採用することができ
る。そして、拡散用ガス供給機構７は、処理室１外にお
いてこのような拡散ガスを貯蔵した不図示の拡散用ガス
容器と、この拡散用ガス容器と処理室１とを繋ぐ拡散用
ガス導入管７１と、拡散用ガス導入管７１による供給経
路上に設けられた不図示のマスフローコントローラ等か
ら主に構成されている。拡散用ガス導入管７１は、前述
のように処理室１の側壁部１１と処理室内側カバー５に
貫通固定されており、その先端部７１１が、処理室内の
中央部に達している。この先端部７１１は、拡散用ガス
を下方の活性種導入管４１の方向に向けて放出するもの
であり、活性種導入管４１により運ばれてきた酸素活性
種を拡散させて均一にする。

【００２４】上記構成の薄膜作製装置において、処理室
内側カバー５及び導入管内側カバー４６は、いずれもガ
ラスやセラミックス等の金属以外の材料で形成されてい
る。これは言うまでもなく、活性種発生管４２で発生し
た酸素活性種が、ステンレス等の金属で形成された処理
室１や活性種導入管４１等に接触反応して失活するのを
防止するためである。同様の理由で、拡散用ガス導入管
７１もガラスやセラミックス等の金属以外の材料で形成
されている。このような金属以外の材料としては、パイ
レックス等の耐熱性のガラスが典型的には使用可能であ
る。

【００２５】また、上記構成の薄膜形成装置は、排気系
３による排気が行われる真空装置でもあるので、所定の
ガスが導入される部分や基体２０の出し入れ等をする部
分以外は、全体として気密構造になっており、管の貫通
固定部分等も気密封止がなされている。尚、多少繰り返
しになるが、上記装置の中心対称性について補足する。
即ち、上から、円形の排気口１０，円筒状の側壁部１１
及び処理室内側カバー５，円板状の基板ホルダ２，円形
の活性種導入口１４，円筒状の活性種導入管４１及び導
入管内側カバー４６，さらに円筒状の活性種発生管４２
は、すべて同心上に配置されている。即ち、同一の鉛直
な中心線上に配置されている。そしてさらに、基板ホル
ダ２に保持される基体２０も、その薄膜作製される表面
がこの中心線上に位置するようになっている。

【００２６】次に、上記構成に係る本実施例の薄膜作製
装置の作用について説明する。まず、不図示の基体搬送
機構によって不図示の基体搬送口から基体２０を基体ホ
ルダ２に搬送して保持させるとともに、排気系３を動作
させて処理室１や活性種導入管４１等の内部空間を排気
して所定の真空度にする。次に、活性種原料ガス導入系
４４及び添加ガス導入系４５を動作させて活性種発生管
４２内にこれらのガスを導入するとともに、高周波電源
４３２を動作させて活性種発生管４２内にＴＮＨプラズ
マを生じさせ、酸素活性種を発生させる。発生した酸素
活性種は、排気系３による排気に吸引されて活性種導入
管４１内を移動し、基体２０の方向に向かう。引き続い
て、拡散用ガス導入系７を動作させて拡散用ガス導入管
７１の先端部７１１から拡散用ガスを噴射し、活性種導
入管４１内を移動してきた酸素活性種を拡散させて均一
な流れにする。併行して、反応原料ガス導入系６を動作
させて反応原料ガスを側壁ガス導入孔１５から導入す
る。反応原料ガスは、側壁部１１と内側カバー５との間
の空間５２に溜まる。溜まった反応原料ガスは、排気系
３による排気に引かれるようにして内側カバー５のカバ
ーガス導入孔５０から漏れ出て、基体２０の方向に向か
い、下方から移動してきた酸素活性種と接触する。そし
て、所定の気相反応が行われて所定の薄膜が基体２０の
表面に作製される。残余のガスは、基体ホルダ２の裏側
（上側）に回り、排気口１０から排気されて装置外に放
出される。

【００２７】次に、以上の構成及び作用に係る本実施例
の薄膜作製装置の効果について説明する。まず第一に、
反応原料ガスが、周状に均等に設けられた処理室内側カ
バー５のカバーガス導入孔５０から処理室内側カバー５
と同心上の排気口１０に向かって流れるので、ガスの流
れが中心対称的で均一なものとなり、中心線上に配置さ
れた基体２０の表面に均一に薄膜が作製される。尚、複
数の基体が基体ホルダ２に同時に保持されて薄膜作製さ
れる場合は、その複数の基体を中心対称的に配置するよ
うにすれば、同様の効果が得られる。また、反応原料ガ
スの導入構造が、単に円筒状の処理室内側カバー５にカ
バーガス導入孔５０を開けただけの構造であるので、従
来のような複雑な溶接等が不要で、この部分における酸
素活性種の失活の心配が無い。第二に、酸素活性種の拡
散が拡散用ガスで行われるので、従来のような拡散板を
使用することによるコンダクタンスの低下の恐れがな
く、酸素活性種同士の衝突による失活が有効に防止され
る。また、図１に示すように、酸素活性種の流れの向き
に対向させるようにして拡散用ガスを導入しているの
で、拡散用ガスにより酸素活性種のコンダクタンスが低
下する恐れがあるとも考えられるが、コンダクタンスを
低下させることなく拡散効果が得られるガスの噴射圧力
を実験的に定めたり先端部７１１の形状の工夫したりす
れば、充分この問題は回避できる。

【００２８】次に、本実施例の装置を使用して薄膜作製
を行った結果を説明する。図２は、本実施例の装置及び
同様の条件で従来の装置を使用して薄膜作製をした各結
果を示す図であり、直径４インチの面内での膜厚分布を
示している。図２において、縦軸は（最大膜厚−最小膜
厚）／（最大膜厚＋最小膜厚）を示しており、横軸は圧
力を示している。図２に示すように、従来の装置では±
２０〜４０％と悪かった膜厚分布も、上記実施例の装置
では±５〜１０％と大きく改善され、非常に均一な薄膜
が作製できることが分かった。また、処理室１の内部圧
力を０．３Ｔｏｒｒ，活性種原料ガス導入系４４におけ
る酸素流量を９００ｍｌ／分，添加ガスのアルゴンを５
０ｍｌ／分，拡散用ガスの酸素を１００ｍｌ／分，液体
のＴＥＯＳを５００グラム充填した反応原料ガス容器を
７５℃に保ち、基体ホルダ２の温度を３５０℃，１３．
５６ＭＨｚの高周波電力を５．０ｋＷに設定した条件で
薄膜作製を行ったところ、約１．３μｍ／分の成膜速度
で±５％の膜厚分布の酸化シリコン膜を得ることができ
た。

【００２９】図３は、本実施例の装置を使用して上記の
条件で作製した酸化シリコン膜を、赤外吸収分析法によ
り調査した結果を示す図である。図３において、縦軸は
赤外線の透過率を示し、横軸は赤外線の波長を示してい
る。図３に示すように、炭素の混入が観測されず、ＯＨ
基もほとんどなく、良質な膜であることが確認された。
尚、上記の約１．３μｍ／分の成膜速度で膜厚分布が±
５％程度の良質な膜が得られたことは産業上重要であっ
て、枚葉式装置に必要とされている１μｍ／分の成膜速
度を満足するものである。

【００３０】以上の通り説明した本実施例の薄膜作製装
置において、薄膜作製に使われる反応原料ガスはＴＥＯ
Ｓに限らず、ＴＭＯＳやその他のガスの組み合わせを採
用することができる。また、本実施例の装置により薄膜
作製される基体２０は、前述の半導体ウエハや液晶基板
に限らず、磁性体膜が作製されるセンサや音響製品の磁
気ヘッド及び光学薄膜を作製する光学部品等も、基体２
０となりうる。尚、液晶基板等は通常方形であるから、
処理室１や処理室内側カバー５等を角筒状に形成する場
合も有り得る。

【００３１】さらに、処理室内側カバー５や導入管内側
カバー４６の材料は、前述のパイレックス等に限らず、
石英ガラス，鉛カリソーダ，ソーダ石灰，アルカリ亜鉛
硼珪酸，ソーダ亜鉛，硼珪酸，ソーダバリウム，ソーダ
バリウム珪酸、チタン珪酸等のガラス類を使用すること
ができる。また、アルミナ，ステアタイト，シリコンカ
ーバイド，マグネシア，シリコンナイトライド，ボロン
ナイトライド等のセラミックス類も使用することができ
る。さらに、ポリ四フッ化エチレン，ポリカーボネー
ト，ポリイミド，ポリ三フッ化塩化エチレン等の高分子
化合物も、処理室内側カバー５等の形成材料として採用
することができる。また、処理室内側カバー５や導入管
内側カバー４６が上記のような材料で形成されず金属で
形成された場合でも、その表面に次のような表面処理物
体を施すことにより、同様の効果を得ることができる。
即ち、ステンレス，アルミニウム，銅，タンタル，鉄，
モリブデン，チタン等を酸化処理して形成した表面処理
物体や、ポリ四フッ化エチレンコーティング，ポリカー
ボネートコーティング，ポリ三フッ化塩化エチレンコー
テチィング，ポリイミドコーティング等の表面処理物体
である。尚さらに、活性種導入管４１の内面をこのよう
な表面処理物体で表面処理すれば、導入管内側カバー４
６は不要にすることもできる。その他、排気系３，活性
種導入系４，反応原料ガス導入系６等の構成は、いずれ
も限定的なものではなく、所定の効果を得るために適宜
変更されるのは、勿論である。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明かな通り、本願の請求
項１に記載の薄膜作製装置によれば、処理室の内側に処
理室内側カバーを配置し、この処理室内側カバーにカバ
ーガス導入孔を周状に均一に設けるという簡易な構造に
より、反応原料ガスの導入が達成されるので、酸素活性
種の失活の原因となるような箇所を作ることなく均一に
反応原料ガスが導入できる。従って、均一で質の良い薄
膜を必要な成膜速度で作製できる。また、請求項２に記
載の薄膜作製装置によれば、上記請求項１の効果に加
え、反応原料ガスの流れが中心対称的で均一なものとな
るので、さらに均一な膜を作製することができるという
効果が得られる。さらに、請求項３に記載の薄膜作製装
置によれば、拡散用ガスによって酸素活性種の拡散が行
われるので、酸素活性種同士の衝突による失活を低減さ
せつつ充分な量の酸素活性種が均一に供給できるように
なる。従って、この点から請求項１と同様に均一で質の
良い薄膜を必要な成膜速度で作製できるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の発明に係る薄膜作製装置の一実施例を示
す正面断面図である。

【図２】本実施例の装置及び同様の条件で従来の装置を
使用して薄膜作製をした各結果を示す図であり、直径４
インチの面内での膜厚分布を示している。

【図３】本実施例の装置を使用して上記の条件で作製し
た酸化シリコン膜を赤外吸収分析法により調査した結果
を示す図である。

【符号の説明】

１ 処理室 １０ 排気口 ２ 基体ホルダ ２０ 基体 ２１ ヒータ ３ 排気系 ４ 活性種導入系 ５ 処理室内側カバー ５０ カバーガス導入孔 ６ 反応原料ガス導入系 ７ 拡散用ガス導入系

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気密構造を有し内部空間を真空にするた
   めの排気口を備えた処理室と、前記排気口から処理室を
   排気する排気系と、表面に薄膜が作製される基体を処理
   室の内部で保持し且つ基体の温度調節機構を備えた基体
   ホルダと、酸素活性種の原料ガスである酸素と酸素活性
   種の活性喪失を防止するための添加ガスとを同時に導入
   することのできる酸素活性種導入系と、前記基体ホルダ
   に保持された基体の薄膜が作製される表面を臨む空間を
   取り囲むようにして処理室の内部に配置された筒状の処
   理室内側カバーと、前記処理室の内壁面と処理室内側カ
   バーとの間の空間に少なくとも２種類の反応原料ガスを
   導入する反応原料ガス導入系とを備え、前記酸素活性種
   導入系から前記処理室までのガス流路及び前記処理室に
   おける酸素活性種が接触可能な表面がガラス類，セラミ
   ック類，金属表面処理物体，高分子化合物類のうちのい
   ずれかの材料又はそれらの組み合わせからなる材料で形
   成され、前記筒状の処理室内側カバーには、反応原料ガ
   ス導入系により導入されたガスを前記基体の表面を臨む
   空間に到達させるためのカバーガス導入孔が周状に均等
   に設けられていることを特徴とする薄膜作成装置。
2. 【請求項２】 前記処理室内側カバーに形成されたカバ
   ーガス導入孔からのガスが前記基体の薄膜が作製される
   表面を通って基体の裏側に回るように、前記処理室の排
   気口は基体の裏側の部分に配置され、かつこの排気口は
   その中心が筒状の処理室内側カバーの中心線上に位置し
   ていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜作製装
   置。
3. 【請求項３】 気密構造を有し内部空間を真空にするた
   めの排気口を備えた処理室と、前記排気口から処理室を
   排気する排気系と、表面に薄膜が作製される基体を処理
   室の内部で保持し且つ基体の温度調節機構を備えた基体
   ホルダと、酸素活性種の原料ガスである酸素と酸素活性
   種の活性喪失を防止するための添加ガスとを同時に導入
   することのできる酸素活性種導入系と、前記処理室の内
   部に少なくとも２種類の反応原料ガスを導入するため設
   けられた反応原料ガス導入系とを備え、前記酸素活性種
   導入系から前記処理室までの酸素活性種の流路及び前記
   処理室における酸素活性種が接触可能な表面がガラス
   類，セラミック類，金属表面処理物体，高分子化合物類
   のうちのいずれかの材料又はそれらの組み合わせからな
   る材料で形成され、前記処理室には、前記酸素活性種導
   入系から導入される酸素活性種を拡散させて反応原料ガ
   スに均一に接触させるためのガスであって酸素ガス又は
   酸素活性種に対して不活性なガスよりなる拡散用ガスを
   導入する拡散用ガス導入系が付設されていることを特徴
   とする薄膜作製装置。