JP4377296B2 - Deposition equipment - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも第1原料ガスと第2原料ガスからなる原料ガスにより、処理基板の表面に成膜を行う成膜装置に関するものである。 The present invention relates to a film forming apparatus for forming a film on a surface of a processing substrate by using a source gas composed of at least a first source gas and a second source gas.
例えば、白色の発光ダイオード(LED)等の発光素子に使用されるZnOエピタキシャル膜を成膜する成膜装置においては、複数の原料ガスすなわちO原料ガスとZn原料ガスを反応させて処理基板にZnO膜の形成を行っている。 For example, in a film forming apparatus for forming a ZnO epitaxial film used for a light emitting element such as a white light emitting diode (LED), a plurality of source gases, that is, an O source gas and a Zn source gas are reacted to form ZnO on a processing substrate. A film is being formed.
上記の成膜装置においては、同装置内に取付けられている処理基板に対してガスの供給口から原料ガスが吹き付けられるようになっている。この場合、上記供給口に至るまでは複数の原料ガス(O原料ガスとZn原料ガス等)が反応しないように、各原料ガスを分離された流路を経て供給口に導くようにしている。しかし、上記流路のシール状態が不十分であったりすると、供給口に至るまでに原料ガスが反応し、結晶成膜(ZnOの結晶成膜)が上記流路の内面等に形成され、処理基板に対する結晶性が悪化し、膜の成長速度の低下やパーティクルの堆積をまねくことになる。 In the above-described film forming apparatus, the source gas is blown from the gas supply port to the processing substrate mounted in the apparatus. In this case, each source gas is guided to the supply port through the separated flow path so that a plurality of source gases (O source gas, Zn source gas, etc.) do not react until reaching the supply port. However, if the sealing state of the flow path is insufficient, the raw material gas reacts before reaching the supply port, and a crystal film (ZnO crystal film) is formed on the inner surface of the flow path. The crystallinity with respect to the substrate deteriorates, leading to a decrease in film growth rate and particle deposition.
また、供給口から複数の原料ガスを処理基板に向けて流出させても、供給口から処理基板に到達するまでに原料ガスが反応するので、処理基板の成膜に費やされる原料ガスの量がごくわずかなものとなり、原料ガスの使用量が多大となり、また、成膜時間も長くかかることになる。 Even if a plurality of source gases flow out from the supply port toward the processing substrate, the source gas reacts before reaching the processing substrate from the supply port, so the amount of source gas consumed for film formation on the processing substrate is small. As a result, the amount of the source gas used is extremely large, and the film formation time is also long.
特に、O原料ガス(O2,H2O,N2O等)を用いてZnO成膜をするような場合には、O原料ガスが気相で他のガスと反応しやすいので、処理基板上に良好な品質の結晶成膜が得られない。さらに、反応室が高真空状態であっても反応性が高いので、上記の問題は解消しにくくなる。まして、反応室が低真空状態であれば、さらに高い反応性が現われ上記の問題は一層解決しにくくなる。 In particular, when a ZnO film is formed using an O source gas (O 2 , H 2 O, N 2 O, etc.), the O source gas easily reacts with other gases in the gas phase. On top of that, a good quality crystal film cannot be obtained. Furthermore, since the reactivity is high even when the reaction chamber is in a high vacuum state, it is difficult to solve the above problem. Furthermore, if the reaction chamber is in a low vacuum state, higher reactivity will appear and the above problem will be more difficult to solve.
さらに、上記供給口が処理基板からの輻射熱を受けやすい箇所に配置されているので、供給口を出たばかりの原料ガスが直ちに反応を開始し、処理基板上における結晶性が悪化する原因になっている。 Furthermore, since the supply port is disposed at a position that is susceptible to radiant heat from the processing substrate, the raw material gas that has just exited the supply port immediately starts a reaction, causing the crystallinity on the processing substrate to deteriorate. Yes.
一方、反応室においては、複数の原料ガスが処理基板に向って流動することと、排気動作で上記流動中の原料ガスを誘引する現象とが混在している。したがって、成膜形成の機能を果たさない間に原料ガスが処理基板の近傍で反応生成物を生成するので、上述の場合と同様に、処理基板における結晶性悪化、膜成長速度の低下、パーティクルの堆積等が発生する。
良好な品質の結晶成膜を処理基板上に形成するためには、成膜装置内での原料ガスの流路のシール状態を完全なものとして、複数の原料ガスが上記流路過程において反応しないようにしなければならない。また、原料ガスの供給口から処理基板に至る前に早期反応が生じないようにする必要がある。さらに、処理基板からの輻射熱の影響を最小化できる箇所に原料ガスの供給口を配置することが重要である。そして、反応室における原料ガスの挙動が排気吸引によって妨げられないようにしなければならない。 In order to form a good quality crystal film on the processing substrate, the sealing state of the flow path of the source gas in the film forming apparatus is made perfect, and a plurality of source gases do not react in the flow path process. Must do so. In addition, it is necessary to prevent early reaction from occurring from the source gas supply port to the processing substrate. Furthermore, it is important to dispose the source gas supply port at a location where the influence of radiant heat from the processing substrate can be minimized. Then, the behavior of the raw material gas in the reaction chamber must be prevented from being hindered by exhaust suction.
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたもので、複数の原料ガスが処理基板上で成膜形成機能を果たす前に反応することを防止し、処理基板からの輻射熱の影響を最小化し、さらに、反応室におけるガスの挙動を結晶成膜にとってより良好にすることのできる成膜装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and prevents a plurality of source gases from reacting before performing a film forming function on a processing substrate, thereby minimizing the influence of radiant heat from the processing substrate. It is another object of the present invention to provide a film forming apparatus capable of making the gas behavior in the reaction chamber better for crystal film formation.
上記目的を達成するため、本発明の第1の成膜装置は、処理室に配置された加熱状態の処理基板の表面に、少なくとも第1原料ガスと第2原料ガスからなる複数の原料ガスを反応させて成膜を行う成膜装置であって、上記処理室が少なくとも処理基板によって加熱室と反応室に区分され、上記反応室に露出している処理基板と対向するところに、原料ガスの排気管が反応室に連続した状態で設けられ、上記処理基板の表面に対して第1原料ガスと第2原料ガスをそれぞれ独立した状態で供給する第1原料ガスと第2原料ガスの各供給口が、上記排気管よりも外方に位置するように配置され、上記各供給口の外周側に反応室の外周側の空間を少なくする壁が設けられていることを要旨とする。
上記目的を達成するため、本発明の第2の成膜装置は、処理室に配置された加熱状態の処理基板の表面に、少なくとも第1原料ガスと第2原料ガスからなる複数の原料ガスを反応させて成膜を行う成膜装置であって、上記処理室が少なくとも処理基板によって加熱室と反応室に区分され、上記反応室に露出している処理基板と対向するところに、原料ガスの排気管が反応室に連続した状態で設けられ、上記処理基板の表面に対して第1原料ガスと第2原料ガスをそれぞれ独立した状態で供給する第1原料ガスと第2原料ガスの各供給口が、上記排気管よりも外方に位置するように配置され、上記各供給口が、反応室の一部を構成し処理基板の方に向って拡開しているとともに上記排気管に連続している環状部材に設けられていることを要旨とする。
上記目的を達成するため、本発明の第3の成膜装置は、処理室に配置された加熱状態の処理基板の表面に、少なくとも第1原料ガスと第2原料ガスからなる複数の原料ガスを反応させて成膜を行う成膜装置であって、上記処理室が少なくとも処理基板によって加熱室と反応室に区分され、上記反応室に露出している処理基板と対向するところに、原料ガスの排気管が反応室に連続した状態で設けられ、上記処理基板の表面に対して第1原料ガスと第2原料ガスをそれぞれ独立した状態で供給する第1原料ガスと第2原料ガスの各供給口が、上記排気管よりも外方に位置するように配置され、上記原料ガスを各供給口に分配するガス拡散室が環状の形状で設けられていることを要旨とする。
上記目的を達成するため、本発明の第4の成膜装置は、処理室に配置された加熱状態の処理基板の表面に、少なくとも第1原料ガスと第2原料ガスからなる複数の原料ガスを反応させて成膜を行う成膜装置であって、上記処理室が少なくとも処理基板によって加熱室と反応室に区分され、上記反応室に露出している処理基板と対向するところに、原料ガスの排気管が反応室に連続した状態で設けられ、上記処理基板の表面に対して第1原料ガスと第2原料ガスをそれぞれ独立した状態で供給する第1原料ガスと第2原料ガスの各供給口が、上記排気管よりも外方に位置するように配置され、上記各供給口からの原料ガスの流出方向に対して処理基板の表面が略垂直となるように処理基板が配置されていることを要旨とする。
In order to achieve the above object, a first film forming apparatus of the present invention provides a plurality of source gases composed of at least a first source gas and a second source gas on the surface of a heated processing substrate disposed in a processing chamber. A film forming apparatus for forming a film by reacting, wherein the processing chamber is divided into a heating chamber and a reaction chamber by at least a processing substrate, and a source gas is disposed at a position facing the processing substrate exposed in the reaction chamber. Each supply of the 1st source gas and the 2nd source gas which are provided in the state where the exhaust pipe continued in the reaction room, and supplies the 1st source gas and the 2nd source gas to the surface of the above-mentioned processing substrate independently, respectively The gist of the invention is that the opening is disposed outside the exhaust pipe , and a wall for reducing the space on the outer peripheral side of the reaction chamber is provided on the outer peripheral side of each of the supply ports .
In order to achieve the above object, a second film forming apparatus of the present invention provides a plurality of source gases composed of at least a first source gas and a second source gas on the surface of a heated processing substrate disposed in a processing chamber. A film forming apparatus for forming a film by reacting, wherein the processing chamber is divided into a heating chamber and a reaction chamber by at least a processing substrate, and a source gas is disposed at a position facing the processing substrate exposed in the reaction chamber. Each supply of the 1st source gas and the 2nd source gas which are provided in the state where the exhaust pipe continued in the reaction room, and supplies the 1st source gas and the 2nd source gas to the surface of the above-mentioned processing substrate independently, respectively The outlet is arranged so as to be located outside of the exhaust pipe, and each of the supply ports constitutes a part of the reaction chamber and expands toward the processing substrate and continues to the exhaust pipe. The gist is that it is provided on the annular member That.
In order to achieve the above object, a third film forming apparatus of the present invention provides a plurality of source gases composed of at least a first source gas and a second source gas on the surface of a heated processing substrate disposed in a processing chamber. A film forming apparatus for forming a film by reacting, wherein the processing chamber is divided into a heating chamber and a reaction chamber by at least a processing substrate, and a source gas is disposed at a position facing the processing substrate exposed in the reaction chamber. Each supply of the 1st source gas and the 2nd source gas which are provided in the state where the exhaust pipe continued in the reaction room, and supplies the 1st source gas and the 2nd source gas to the surface of the above-mentioned processing substrate independently, respectively The gist of the invention is that a gas diffusion chamber is arranged in an annular shape so that the port is located outside the exhaust pipe and the source gas is distributed to the supply ports.
In order to achieve the above object, a fourth film forming apparatus of the present invention provides a plurality of source gases composed of at least a first source gas and a second source gas on the surface of a heated processing substrate disposed in a processing chamber. A film forming apparatus for forming a film by reacting, wherein the processing chamber is divided into a heating chamber and a reaction chamber by at least a processing substrate, and a source gas is disposed at a position facing the processing substrate exposed in the reaction chamber. Each supply of the 1st source gas and the 2nd source gas which are provided in the state where the exhaust pipe continued in the reaction room, and supplies the 1st source gas and the 2nd source gas to the surface of the above-mentioned processing substrate independently, respectively The processing substrate is disposed so that the port is located outside the exhaust pipe and the surface of the processing substrate is substantially perpendicular to the outflow direction of the source gas from each supply port. This is the gist.
すなわち、本発明の成膜装置は、上記処理室が少なくとも処理基板によって加熱室と反応室に区分され、上記反応室に露出している処理基板と対向するところに、原料ガスの排気管が反応室に連続した状態で設けられ、上記処理基板の表面に対して第1原料ガスと第2原料ガスをそれぞれ独立した状態で供給する第1原料ガスと第2原料ガスの各供給口が、上記排気管よりも外方に位置するように配置されている。 That is, in the film forming apparatus of the present invention, the processing chamber is divided into a heating chamber and a reaction chamber at least by the processing substrate, and the source gas exhaust pipe reacts with the processing substrate exposed to the reaction chamber. Each supply port of the first source gas and the second source gas, which is provided in a continuous state in the chamber and supplies the first source gas and the second source gas in an independent state to the surface of the processing substrate, It arrange | positions so that it may be located outside rather than an exhaust pipe.
このため、上記加熱室と反応室は少なくとも処理基板によって区分され、処理基板に到達した第1原料ガスおよび第2原料ガスは結晶成膜の形成後は、加熱室やその他の箇所に流入することがないので、処理基板以外の不要な箇所に反応生成物が付着することがない。また、結晶成膜の形成後は、処理基板に対向している排気管から直ちに排気流で吸引されるので、原料ガスの流れが整然としたものとなり循環性が良好となる。 For this reason, the heating chamber and the reaction chamber are divided at least by the processing substrate, and the first source gas and the second source gas that have reached the processing substrate flow into the heating chamber and other places after the formation of the crystal film. Therefore, the reaction product does not adhere to unnecessary portions other than the processing substrate. Further, after the formation of the crystal film, since the exhaust gas is immediately sucked from the exhaust pipe facing the processing substrate, the flow of the source gas becomes orderly and the circulation property is improved.
さらに、第1原料ガスと第2原料ガスの各供給口が上記排気管よりも外方に位置しているので、処理基板からの輻射熱が各供給口に及びにくい状態になる。これによって各供給口付近の温度が低くなり、各原料ガスの一部が混合状態になっても処理基板に到達するまでは、反応しにくい温度条件が形成され、結晶成膜の形成に供される原料ガスを増量することができる。上記各供給口の配置箇所は、換言すると、排気管の流路空間を反応室側に延長した仮想空間よりも外側において反応室に開口している。 Further, since the supply ports of the first source gas and the second source gas are located outside the exhaust pipe, the radiant heat from the processing substrate hardly reaches the supply ports. As a result, the temperature in the vicinity of each supply port is lowered, and even if a part of each source gas is mixed, a temperature condition that is difficult to react until reaching the processing substrate is formed, which is used for forming a crystal film. The amount of raw material gas can be increased. In other words, the arrangement locations of the supply ports open to the reaction chamber outside the virtual space obtained by extending the flow path space of the exhaust pipe to the reaction chamber side.
上記第1原料ガスおよび第2原料ガスは上記各供給口から別々に流出するので、流動途上においても混合する量が少なくなり、処理基板に到達するまでに反応を開始することが極めて少量化される。そして、処理基板に吹き付けられた両原料ガスは、乱流を起こして処理基板に最も近い箇所で反応を開始する。この反応による反応生成物が処理基板の円周方向ならびに中心方向に拡大しながら、処理基板の全域に結晶成膜が生成される。このように、各供給口から流出した原料ガスはその略全てが結晶成膜の形成に供され、その後、処理基板の中央部付近から排気管の方へ流出する。 Since the first source gas and the second source gas separately flow out from the respective supply ports, the amount to be mixed is reduced even during the flow, and the reaction is started to be very small before reaching the processing substrate. The Then, both raw material gases sprayed on the processing substrate cause a turbulent flow and start a reaction at a location closest to the processing substrate. Crystal reaction films are generated over the entire area of the processing substrate while reaction products resulting from this reaction expand in the circumferential direction and the central direction of the processing substrate. Thus, almost all of the source gas flowing out from each supply port is used for forming a crystal film, and then flows out from the vicinity of the center of the processing substrate toward the exhaust pipe.
本発明の第1の成膜装置は、さらに、上記各供給口の外周側に反応室の外周側の空間を少なくする壁が設けられているため、反応室内において成膜に有効に機能しない両原料ガスの量を少量化することができ、処理基板の結晶性が向上し膜の成長速度を高めることができる。また、上記壁の向きを変更することにより、両原料ガスの整流板としての機能を果たすことができ、処理基板に対する良好なガス流が得られる。In the first film forming apparatus of the present invention, a wall for reducing the space on the outer peripheral side of the reaction chamber is provided on the outer peripheral side of each of the supply ports. The amount of the source gas can be reduced, the crystallinity of the processing substrate can be improved, and the film growth rate can be increased. Further, by changing the direction of the wall, it is possible to function as a current plate for both raw material gases, and a good gas flow with respect to the processing substrate can be obtained.
本発明の第2の成膜装置は、さらに、上記各供給口が、反応室の一部を構成し処理基板の方に向って拡開しているとともに上記排気管に連続している環状部材に設けられているため、各供給口は処理基板から輻射熱を受けにくい箇所に配置できて、各供給口付近の温度が低くなり、各原料ガスの一部が混合状態になっても処理基板に到達するまでは、反応しにくい温度条件が形成され、結晶成膜の形成に供される原料ガスを増量することができる。The second film forming apparatus of the present invention further includes an annular member in which each of the supply ports constitutes a part of the reaction chamber and expands toward the processing substrate and continues to the exhaust pipe. Therefore, each supply port can be placed in a place where it is difficult to receive radiant heat from the processing substrate, the temperature near each supply port becomes low, and even if a part of each source gas is mixed, Until the temperature reaches, a temperature condition that hardly reacts is formed, and the amount of source gas used for forming the crystal film can be increased.
本発明の第3の成膜装置は、さらに、上記原料ガスを各供給口に分配するガス拡散室が環状の形状で設けられているため、第1原料ガスと第2原料ガスは、各ガス拡散室から独立した流路を経て各供給口に原料ガスを送給することができる。したがって、各ガス拡散室から各供給口に至るまでは、両原料ガスの流路が完全に分離されているので、その途上で反応するようなことがない。さらに、ガス拡散室が環状の形状とされているので、各供給口が設けられた上記環状部材との位置的対応性が良好となり、ガス拡散室から供給口への配管が簡素化され、また、上記各配管の長さを均一化できて、各供給口からのガス流出量を均一化しやすくなる。In the third film forming apparatus of the present invention, since the gas diffusion chamber for distributing the source gas to the supply ports is provided in an annular shape, the first source gas and the second source gas are each gas. The raw material gas can be supplied to each supply port through a flow path independent from the diffusion chamber. Therefore, since the flow paths of both source gases are completely separated from each gas diffusion chamber to each supply port, there is no reaction on the way. Furthermore, since the gas diffusion chamber has an annular shape, positional correspondence with the annular member provided with each supply port is improved, piping from the gas diffusion chamber to the supply port is simplified, and The lengths of the pipes can be made uniform, and the amount of gas flowing out from the supply ports can be easily made uniform.
本発明の第4の成膜装置は、さらに、上記各供給口からの原料ガスの流出方向に対して処理基板の表面が略垂直となるように処理基板が配置されているため、各原料ガスが反応生成物の形成にとって最も効果的な方向から処理基板に到達するので、結晶性が著しく良好なものとなる。In the fourth film forming apparatus of the present invention, since the processing substrate is arranged so that the surface of the processing substrate is substantially perpendicular to the flow direction of the source gas from each supply port, each source gas Reaches the processing substrate from the direction most effective for the formation of the reaction product, so that the crystallinity becomes remarkably good.
本発明の成膜装置において、上記処理基板が配置される基板配置領域と、上記反応室に連続している排気管の断面との各形状は略円形であり、上記基板配置領域の中心は排気管の中心線上に配置されている場合には、上記各供給口から流出した第1原料ガスと第2原料ガスが処理基板上に成膜をした後、上記基板配置領域の略中央部から排気管の方へ吸引排気をすることができる。In the film forming apparatus of the present invention, each shape of the substrate arrangement region where the processing substrate is arranged and the cross section of the exhaust pipe continuing to the reaction chamber is substantially circular, and the center of the substrate arrangement region is the exhaust gas. When arranged on the center line of the tube, after the first source gas and the second source gas flowing out from the respective supply ports form a film on the processing substrate, they are exhausted from a substantially central portion of the substrate arrangement region. Suction and exhaust can be performed toward the pipe.
本発明の成膜装置において、上記各供給口が、円周上に交互に配置されている場合には、第1原料ガスと第2原料ガスが交互に処理基板の所定箇所に到達し、処理基板の直近でなされる両原料ガスの反応が処理基板の各反応箇所ごとに均一になされ、成膜品質の均一化にとって有効である。In the film forming apparatus of the present invention, when each of the supply ports is alternately arranged on the circumference, the first source gas and the second source gas alternately reach a predetermined position on the processing substrate, and the processing is performed. The reaction of both source gases performed in the immediate vicinity of the substrate is made uniform for each reaction site of the processing substrate, which is effective for uniform film formation quality.
本発明の成膜装置において、上記各供給口が、等間隔で配置されている場合には、第1原料ガスと第2原料ガスが等間隔で規則正しく処理基板の所定箇所に到達し、成膜品質の均一化にとって一層有効である。In the film forming apparatus of the present invention, when the supply ports are arranged at equal intervals, the first source gas and the second source gas regularly reach a predetermined position on the processing substrate at equal intervals, and the film is formed. It is more effective for quality uniformity.
本発明の成膜装置において、上記排気管の断面広さは、反応室内に露出している処理基板が配置される基板配置領域の広さよりも大きい場合には、上記各供給口から流出した第1原料ガスと第2原料ガスが処理基板上に成膜をした後、上記基板配置領域の略中央部から排気管の方へ吸引排気をすることができる。特に、基板配置領域に複数の処理基板を配置して各処理基板に一斉に成膜を施す場合においても、原料ガスによる成膜完了後に基板配置領域の中央部から吸引排気ができ、結晶性や膜成長速度等の向上にとって有効である。 In the film forming apparatus of the present invention, when the cross-sectional area of the exhaust pipe is larger than the width of the substrate arrangement area where the processing substrate exposed in the reaction chamber is arranged, After the first raw material gas and the second raw material gas are formed on the processing substrate, suction and exhaust can be performed from the substantially central portion of the substrate arrangement region toward the exhaust pipe. In particular, even when a plurality of processing substrates are arranged in the substrate arrangement region and film formation is performed on each processing substrate at the same time, suction and exhaust can be performed from the center of the substrate arrangement region after the film formation with the source gas is completed. This is effective for improving the film growth rate.
本発明の成膜装置において、上記ガス拡散室の内側に上記排気管が配置されている場合には、環状のガス拡散室の内側に排気管が配置されているので、ガス拡散室と排気管との構造的なまとまりが良好となり、成膜装置をコンパクトにすることができる。In the film forming apparatus of the present invention, when the exhaust pipe is arranged inside the gas diffusion chamber, the exhaust pipe is arranged inside the annular gas diffusion chamber. And the structural unit is good, and the film forming apparatus can be made compact.
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described.
図1〜図4は、本発明の成膜装置の一実施例を示す。 1 to 4 show an embodiment of a film forming apparatus of the present invention.
図1は、成膜装置の全体構造を示す断面図である。また、図2は、図1の〔2〕−〔2〕断面図である。この装置は、内部が処理室1とされた処理容器2内に分離板3が設けられ、分離板3にあけた円形の開口4に合致させた状態で処理基板である板状のサファイア基板5が載置されている。サファイア基板5の裏面の上方に加熱ヒータHが配置されて、上記加熱ヒータHのリフレクタ8に包囲された状態で加熱室1aが形成されている。また、分離板3やサファイア基板5の下側の処理室1が、各種の処理ガスが供給される反応室1bとされている。そして、処理室1を真空にする真空ポンプ(図示していない)が配置され、排気口6から処理室1内が真空排気されるようになっている。なお、サファイア基板5が大きな面積を有する場合には、このサファイア基板5だけで加熱室1aと反応室1bを区分することができる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall structure of the film forming apparatus. 2 is a cross-sectional view of [2]-[2] in FIG. In this apparatus, a
上記反応室1bや後述の環状部材,排気管の接続,冷却室等を形成するために、環状ボックス13が分離板3に接近させた箇所に配置されている。環状ボックス13の内側に反応室1bが形成されている。上記反応室1bは、図1に示すように、サファイア基板5の直下に配置された空間であり、排気口6に連通する排気管7が接続されている。すなわち、上記排気管7は、環状ボックス13の内側開口部から下方に延びている。上記排気管7の流路断面は、図2に示すように円形であり、符号7aは排気管7の円形の内面形状を示している。上記開口4を経て反応室1bに露出している円形のサファイア基板5の中心は、排気管7の中心線O−Oに略一致している。また、平板状のサファイア基板5に対して上記中心線O−Oは垂直な位置関係とされている。
In order to form the
この実施例は、1枚のサファイア基板5の中心が中心線O−Oに一致している例であり、サファイア基板5が配置されている箇所が基板配置領域となっている。この例では、サファイア基板5が1枚であるから、上記基板配置領域は単一の円形であり、この円形部分の中心が排気管7の中心線O−O上に配置されている。
In this embodiment, the center of one
反応室1bに露出している円形のサファイア基板5の直径は、図1および図2に示すように、符号D1で示されている。また、排気管7の内径は、符号D2で示されている。そして、上記直径と内径の大きさは、D2>D1なる関係に設定してある。
The diameter of the
反応室1bを画成する部材は、主として環状部材9と壁板部材10である。上記環状部材9は、一端を排気管7に連続し他端側をサファイア基板5の方に向って拡開したテーパ型の部材である。また、上記壁板部材10は、反応室1bの外周側の空間を少なくして、すなわち反応室1bのデッドスペースを少なくするための仕切り部材であり、その内側の壁10aが上記空間を少なくするように機能している。上記壁板部材10は、図2に示すように、上記中心線O−Oと同心状の短い円筒型の部材であり、また、上記環状部材9も中心線O−Oと同心状となっている。したがって、反応室1bは、図1の横断面が円形の空間であり、その中心部を中心線O−Oが貫通している。
The members that define the
本実施例における原料ガスは、O原料ガスとZn原料ガスであり、O原料ガスとしては、O2,H2O,N2O等が使用される。また、Zn原料ガスとしては、DEZn(ジ・エチル亜鉛)が使用される。 The raw material gases in this embodiment are an O raw material gas and a Zn raw material gas, and O 2 , H 2 O, N 2 O, etc. are used as the O raw material gas. Further, DEZn (diethylzinc) is used as the Zn source gas.
O原料ガスすなわち第1原料ガスをサファイア基板5に向けて流出させる供給口11と、Zn原料ガスすなわち第2原料ガスをサファイア基板5に向けて流出させる供給口12とが、上記環状部材9に開口させてある。各供給口11,12は、排気管7よりも外方に位置するように配置されている。すなわち、排気管7の内径D2と同じ直径の仮想空間を反応室1b側に延長し、この仮想空間の外側の環状部材9に供給口11,12が設けられている。
A
各供給口11,12は、図2に示すように、1箇所のガス供給につき環状部材9の直径方向に2つずつ並べて配置されている。そして、供給口11と供給口12は、環状部材9の円周上に交互にかつ等間隔で配列されている。図2は、供給口11と12を識別しやすくするために、供給口12だけを梨子地で塗りつぶしてある。なお、各供給口11,12を、1箇所のガス供給を1個または3個以上の供給口としてもよい。
As shown in FIG. 2, each of the
上記環状ボックス13は、環状部材9と、それに連なる平板状の上部環状板13aと、この上部環状板13aの外周部に連続している円筒板13bと、この円筒板13bの外周部に連続している平板状の下部環状坂13cと、排気管7の一部によって構成されている。また、排気管7の下部には環状の支持部材7bが結合され、その下部が肉厚が大きく設定された剛性の高い環状の基板14に固定されている。したがって、反応室1b,供給口11,12等を備えた環状ボックス13が排気管7や支持部材7bを介して基板14にしっかりと結合された構造が形成されるので、剛性の高い成膜装置が得られる。なお、処理容器2も上記基板14に結合されているので、処理容器2の一部に形成された分離坂3や開口4と反応室1bとの相対位置が正確に設定できて、サファイア基板5に対する反応ガスが正確に到達し、良好な成膜ができる。
The
図4(A)および図1に示すように、環状のガス拡散室15,16を有する環状管15a,16aが下部環状板13cに結合してある。両環状管15a,16aは大径のものと小径のものとが内外に配置されているが、これを同径として上下に配置してもよい。そして、上記環状管15a,16aの内側を排気管7が貫通している。装置外から内部に挿入されている第1原料ガス(O原料ガス)の供給管17がガス拡散室15に接続され、また、同様に装置外から内部に挿入されている第2原料ガス(Zn原料ガス)の供給管18がガス拡散室16に接続されている。環状管15aから延びている複数本の供給パイプ19が環状ボックス13の内部を通り二股に分かれて上記供給口11に達している。上記二股の管路は符号19aで示されている。同様に、環状管16aから延びている複数本の供給パイプ20が環状ボックス13の内部を通り二股に分かれて上記供給口12に達している。上記二股の管路は符号20aで示されている。なお、ガス拡散室15,16は、図4(B)に示すように、環状の鋳造部品で環状管15aと16aを一体的に構成し、内外の溝をガス拡散室15,16とすることができる。
As shown in FIGS. 4A and 1,
図1および図3に示すように、環状部材9の背後に環状部材9と略同じ形状の区画板21が結合され、環状部材9と区画板21との間に冷却液を導入する冷却ジャケット22が形成されている。上記二股の管路19a,20aは冷却ジャケット22をシール状態で横断する真直ぐな導管23に接続されていて、上記の供給口11,12はこの導管23の開口部によって構成されている。この導管23から原料ガスが流出することにより、反応室1bにおけるガス流の指向性が形成される。
As shown in FIGS. 1 and 3, a
排気管7の外周部に冷却ジャケット24が構成されている。装置の外部から冷却ジャケット24に流入管25が接続され、上記冷却ジャケット24と冷却ジャケット22が接続管26で接続され、冷却ジャケット22に接続された流出管27が装置外に突き出ている。流入管25から入った冷却液は、冷却ジャケット24で排気管7内のガスを冷却し、さらに、冷却ジャケット22に流入して二股の管路19a,20aや反応室1bを冷却する。その後、流出管27から外部へ流出する。
A cooling
上記実施例の作用効果を列記すると、次のとおりである。 It is as follows when the effect of the said Example is listed.
第1原料ガスと第2原料ガスはそれぞれ独立した供給管17,18からガス拡散室15,16へ別々に送給され、各ガス拡散室15,16から個別の供給パイプ19,20を経て供給口11,12に送られる。したがって、供給管17,18から供給口11,12に至るまでは、両原料ガスの流路が完全に分離されているので、その途上で反応するようなことがない。
The first source gas and the second source gas are separately fed from the
上記供給口11,12から別々に流出した第1原料ガスおよび第2原料ガスは、上記導管23で流出方向に指向性が付与されている。このため、供給口11,12から流出した第1原料ガスと第2原料ガスは、サファイア基板5に到達するまでに反応を開始することが極めて少量化される。そして、両原料ガスの流出方向は、サファイア基板5の外周側が望ましく、サファイア基板5の外周部近くに吹き付けられた両原料ガスは、乱流を起こしてサファイア基板5に最も近い箇所で反応を開始する。この反応による反応生成物がサファイア基板5の円周方向ならびに中心方向に拡大しながら、サファイア基板5の全域に結晶成膜が生成される。このように、供給口11,12から流出した原料ガスはその略全てが結晶成膜の形成に供され、その後、サファイア基板5の中央部付近から排気管7の方へ流出する。
The first source gas and the second source gas separately flowing out from the
さらに、第1原料ガスと第2原料ガスの供給口11,12が、排気管7の反応室1b側に延長された仮想空間よりも外側において反応室1bに開口している。したがって、サファイア基板5からの輻射熱が供給口11,12に及びにくい状態になるので、供給口11,12付近の温度が低くなり、各原料ガスの一部が混合状態になってもサファイア基板5に到達するまでは、反応しにくい温度条件が形成され、結晶成膜の形成に供される原料ガスを増量することができる。
Furthermore, the
加熱室1aと反応室1bは分離板3とサファイア基板5によって区分されているので、サファイア基板5に到達した両原料ガスは結晶成膜を形成後は、加熱室1aやその他の箇所に流入することがないので、サファイア基板5以外の不要な箇所に反応生成物が付着することがない。また、結晶成膜の形成後は、直ちに排気流で吸引されるので、原料ガスの循環性が良好となる。
Since the heating chamber 1a and the
反応室1bの外周側の空間を壁10aによって少なくしているので、反応室1b内において有効に機能しない両原料ガスの量を少量化することができ、サファイア基板5の結晶性が向上し膜の成長速度を高めることができる。
Since the space on the outer peripheral side of the
また、各供給口11,12は、円周方向に交互にしかも等間隔で配置されているので、第1原料ガスと第2原料ガスが規則正しく交互にサファイア基板5の所定箇所に到達し、サファイア基板5の直近でなされる両原料ガスの反応がサファイア基板5の各反応箇所ごとに均一になされ、成膜品質の均一化にとって有効である。
Moreover, since each
供給口11,12は、サファイア基板5の方に向って拡開しているテーパ型の環状部材9に設けてあるので、供給口11,12はサファイア基板5から輻射熱を受けにくい箇所に配置できて、供給口11,12付近の温度が低くなり、各原料ガスの一部が混合状態になってもサファイア基板5に到達するまでは、反応しにくい温度条件が形成され、結晶成膜の形成に供される原料ガスを増量することができる。
Since the
第1原料ガスと第2原料ガスは、各ガス拡散室15,16から独立した供給パイプ19,20を経て各供給口11,12に原料ガスを送給する。したがって、各ガス拡散室15,16から各供給口11,12に至るまでは、両原料ガスの流路が完全に分離されているので、その途上で反応するようなことがない。さらに、ガス拡散室15,16を形成する部材の形状が環状管15a,16aとされているので、各供給口11,12が設けられた上記環状部材9との位置的対応性が良好となり、ガス拡散室15,16から各供給口11,12への配管が簡素化され、また、上記各配管の長さを均一化できて、各供給口11,12からのガス流出量を均一化しやすくなる。
The first source gas and the second source gas feed the source gas to the
なお、例えば、10−3〜1Pa(10−5〜10−2Torr)の高真空中におけるZn原料ガス(DEZnガス)分子の平均自由工程は50〜100mm程度であるので、この平均自由工程を大きくして、供給口11,12からサファイア基板5に到達するまでにO原料ガス(O2,H2O,N2O等)と反応することを、できるだけ抑制することが求められる。このために、上記Zn原料ガスの平均自由工程を、上記の真空圧力の範囲において、反応性を阻害しない範囲でできるだけ大きな領域に設定することが望ましい。具体的には、上記平均自由工程は50mm以上が好ましく、より好ましいのは70mm以上であり、さらに好ましいのは100mm以上である。
For example, the average free path of Zn source gas (DEZn gas) molecules in a high vacuum of 10 −3 to 1 Pa (10 −5 to 10 −2 Torr) is about 50 to 100 mm. It is required to suppress the reaction with the O source gas (O 2 , H 2 O, N 2 O, etc.) as much as possible before reaching the
一方、Zn原料ガスは、200〜300℃で分解しそれを冷却すると凝縮するので、Zn原料ガスの温度が100℃前後となるように冷却ジャケット22等の冷却制御が行われる。
On the other hand, the Zn source gas decomposes at 200 to 300 ° C. and condenses when cooled, so cooling control of the cooling
また、環状ボックス13に、環状部材9の配置、供給口11,12の配置、冷却ジャケット22の形成、環状管15a,16aを取付ける等、この環状ボックス13を構造上の中核構造物とした構成であるから、成膜装置の最も重要な機能部分の構造がコンパクトに集約した状態で形成できる。
In addition, the
図5は、本発明の成膜装置の第2の実施例を示す。 FIG. 5 shows a second embodiment of the film forming apparatus of the present invention.
この実施例は、環状の上記壁板部材10の形状が、サファイア基板5側が小径となったテーパ型とされているものである。それ以外は、上記実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
In this embodiment, the shape of the annular
上記構成により、反応室1bの外周側の空間がより一層少なくなり、しかも供給口11,12からのガス流が壁板部材10の壁10aによって整流され、良好なガス流がサファイア基板5の表面に干渉して高い品質の成膜が行える。それ以外は、上記実施例と同様の作用効果を奏する。
With the above configuration, the space on the outer peripheral side of the
図6乃至図9は、本発明の成膜装置の第3の実施例を示す。 6 to 9 show a third embodiment of the film forming apparatus of the present invention.
この実施例は、基板配置領域に8枚のサファイア基板5を配置したものである。そのために、分離板3に8個の開口4を円周上に設けてある。サファイア基板5が配置されている領域は円形の領域であり、その中心が中心線O−O上に存在している。そして、図7に示すように、分離板3は円形とされ、中心線O−Oを中心にして回転するようになっている。この分離板3全体が回転する、いわゆる公転はいろいろな駆動機構で行うことができる。たとえば、図示していないが、分離板3の中心部に軸を結合しこの軸を回転駆動するようにする。さらに、排気管7の断面広さは、反応室1b内に露出しているサファイア基板5が配置される基板配置領域の広さよりも大きく設定してある。
In this embodiment, eight
また、図8,図9に示すように、サファイア基板5自体が回転する、いわゆる自転を上記公転に追加するようにしてもよい。この場合の回転の駆動機構にはいろいろなものが採用できるが、例えば、図9に示すように、公転用の歯車28で分離板3を回転し、他方、中央部に配置した太陽歯車29に遊星歯車30をかみ合わせ、各遊星歯車30に上記開口4を設けて、ここにサファイア基板5を配置する。歯車28を回転させると分離板3全体が公転し、それとともに各遊星歯車30が回転してサファイア基板5が自転する。それ以外は、上記各実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
Further, as shown in FIGS. 8 and 9, so-called rotation in which the
上記構成により、複数のサファイア基板5が、公転あるいは公転と自転をして原料ガスが、各サファイア基板5に対して均一に干渉し、各サファイア基板5にばらつきのない良好な品質の成膜がなされる。さらに、上記各供給口11,12から流出した第1原料ガスと第2原料ガスがサファイア基板5上に成膜をした後、上記基板配置領域の略中央部から排気管7の方へ吸引排気をすることができ、特に、基板配置領域に複数のサファイア基板5を配置して各サファイア基板5に一斉に成膜を施すのに際して、原料ガスによる成膜完了後に基板配置領域の中央部から吸引排気ができ、結晶性や膜成長速度等の向上にとって有効である。それ以外は、上記各実施例と同様の作用効果を奏する。
With the above-described configuration, the plurality of
図10は、本発明の成膜装置の第4の実施例を示す。 FIG. 10 shows a fourth embodiment of the film forming apparatus of the present invention.
この実施例は、上記各供給口11,12からの原料ガスの流出方向に対してサファイア基板5の表面が略垂直となるようにサファイア基板5が配置されているものである。そのために、テーパ型の環状部材9に対向する円錐型分離板3aが設けられ、この円錐型分離板3aにサファイア基板5が取付けられ、同基板5の表面が各供給口11,12からの原料ガスの流出方向に対して略垂直となるように上記分離板3aの傾斜角度が設定されている。また、このようなサファイア基板5の配置姿勢であるために、反応室1bもテーパ型の空間形状となっている。それ以外は、上記各実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
In this embodiment, the
上記構成により、各原料ガスが反応生成物の形成にとって最も効果的な方向からサファイア基板5に到達するので、結晶性が著しく良好なものとなる。また、サファイア基板5が円錐型分離板3aに配置され排気管7の方向に対して斜めになっているので、成膜後のガス排気が円滑に排気管7の方へ流出される。
With the above configuration, each source gas reaches the
処理基板からの輻射熱を受けにくい箇所に複数の原料ガスの供給口を設け、結晶成膜形成後に排気管の方へ吸引排気を行うものであるから、成膜化される原料ガスが著しく増量される。このように結晶性が良好で膜の成長時間が短縮されるので、この種の産業分野においての利用可能性が高く期待できる。 Since a plurality of source gas supply ports are provided at locations where it is difficult to receive radiant heat from the processing substrate, and after the formation of a crystal film, suction and exhaust are performed toward the exhaust pipe, the amount of source gas to be formed is significantly increased. The Since the crystallinity is good and the film growth time is shortened in this way, it can be expected to be highly applicable in this type of industrial field.
1 処理室
1a 加熱室
1b 反応室
2 処理容器
3 分離板
3a 円錐型分離板
4 開口
5 処理基板,サファイア基板
6 排気口
7 排気管
7a 内面
7b 支持部材
H 加熱ヒータ
8 リフレクタ
9 環状部材
10 壁板部材
10a 壁
11 供給口(O原料ガス用)
12 供給口(Zn原料ガス用)
13 環状ボックス
13a 上部環状板
13b 円筒板
13c 下部環状板
14 基板
15 ガス拡散室
15a 環状管
16 ガス拡散室
16a 環状管
17 供給管
18 供給管
19 供給パイプ
19a 二股の管路
20 供給パイプ
20a 二股の管路
21 区画板
22 冷却ジャケット
23 導管
24 冷却ジャケット
25 流入管
26 接続管
27 流出管
28 歯車
29 太陽歯車
30 遊星歯車
D1 サファイア基板の露出部分の直径
D2 排気管の内径
O−O 中心線
DESCRIPTION OF
12 Supply port (for Zn source gas)
13 annular box 13a upper
Claims (9)
上記処理室が少なくとも処理基板によって加熱室と反応室に区分され、
上記反応室に露出している処理基板と対向するところに、原料ガスの排気管が反応室に連続した状態で設けられ、
上記処理基板の表面に対して第1原料ガスと第2原料ガスをそれぞれ独立した状態で供給する第1原料ガスと第2原料ガスの各供給口が、上記排気管よりも外方に位置するように配置され、
上記各供給口の外周側に反応室の外周側の空間を少なくする壁が設けられていることを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for forming a film by reacting a plurality of source gases composed of at least a first source gas and a second source gas on the surface of a heated processing substrate disposed in a processing chamber,
The processing chamber is divided into a heating chamber and a reaction chamber by at least a processing substrate,
A source gas exhaust pipe is provided in a continuous state in the reaction chamber at a position facing the processing substrate exposed in the reaction chamber,
Each supply port of the first source gas and the second source gas for supplying the first source gas and the second source gas in an independent state to the surface of the processing substrate is located outside the exhaust pipe. is arranged to,
A film forming apparatus, wherein a wall for reducing the space on the outer peripheral side of the reaction chamber is provided on the outer peripheral side of each of the supply ports .
上記処理室が少なくとも処理基板によって加熱室と反応室に区分され、
上記反応室に露出している処理基板と対向するところに、原料ガスの排気管が反応室に連続した状態で設けられ、
上記処理基板の表面に対して第1原料ガスと第2原料ガスをそれぞれ独立した状態で供給する第1原料ガスと第2原料ガスの各供給口が、上記排気管よりも外方に位置するように配置され、
上記各供給口が、反応室の一部を構成し処理基板の方に向って拡開しているとともに上記排気管に連続している環状部材に設けられていることを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for forming a film by reacting a plurality of source gases composed of at least a first source gas and a second source gas on the surface of a heated processing substrate disposed in a processing chamber,
The processing chamber is divided into a heating chamber and a reaction chamber by at least a processing substrate,
A source gas exhaust pipe is provided in a continuous state in the reaction chamber at a position facing the processing substrate exposed in the reaction chamber,
Each supply port of the first source gas and the second source gas for supplying the first source gas and the second source gas in an independent state to the surface of the processing substrate is located outside the exhaust pipe. is arranged to,
Each of the supply ports is formed in an annular member that constitutes a part of the reaction chamber, expands toward the processing substrate, and is continuous with the exhaust pipe. .
上記処理室が少なくとも処理基板によって加熱室と反応室に区分され、
上記反応室に露出している処理基板と対向するところに、原料ガスの排気管が反応室に連続した状態で設けられ、
上記処理基板の表面に対して第1原料ガスと第2原料ガスをそれぞれ独立した状態で供給する第1原料ガスと第2原料ガスの各供給口が、上記排気管よりも外方に位置するように配置され、
上記原料ガスを各供給口に分配するガス拡散室が環状の形状で設けられていることを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for forming a film by reacting a plurality of source gases composed of at least a first source gas and a second source gas on the surface of a heated processing substrate disposed in a processing chamber,
The processing chamber is divided into a heating chamber and a reaction chamber by at least a processing substrate,
A source gas exhaust pipe is provided in a continuous state in the reaction chamber at a position facing the processing substrate exposed in the reaction chamber,
Each supply port of the first source gas and the second source gas for supplying the first source gas and the second source gas in an independent state to the surface of the processing substrate is located outside the exhaust pipe. is arranged to,
A film forming apparatus characterized in that a gas diffusion chamber for distributing the source gas to each supply port is provided in an annular shape .
上記処理室が少なくとも処理基板によって加熱室と反応室に区分され、
上記反応室に露出している処理基板と対向するところに、原料ガスの排気管が反応室に連続した状態で設けられ、
上記処理基板の表面に対して第1原料ガスと第2原料ガスをそれぞれ独立した状態で供給する第1原料ガスと第2原料ガスの各供給口が、上記排気管よりも外方に位置するように配置され、
上記各供給口からの原料ガスの流出方向に対して処理基板の表面が略垂直となるように処理基板が配置されていることを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for forming a film by reacting a plurality of source gases composed of at least a first source gas and a second source gas on the surface of a heated processing substrate disposed in a processing chamber,
The processing chamber is divided into a heating chamber and a reaction chamber by at least a processing substrate,
A source gas exhaust pipe is provided in a continuous state in the reaction chamber at a position facing the processing substrate exposed in the reaction chamber,
Each supply port of the first source gas and the second source gas for supplying the first source gas and the second source gas in an independent state to the surface of the processing substrate is located outside the exhaust pipe. is arranged to,
A film forming apparatus , wherein the processing substrate is arranged so that a surface of the processing substrate is substantially perpendicular to a flow direction of the source gas from each of the supply ports .
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