JP4378014B2 - 反応性ガスを利用する真空処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空チャンバー内に反応性ガスを導入し、基板表面上で化学反応を起こさせ基板ホルダーに装着した基板を処理するようにした真空処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
CVＤプロセスおいては反応パラメーターを満たすためにガスの組成、圧力及び温度の制御が重要である。熱ＣＶＤに代表されるように、一般に２００℃以上の高い温度が必要とされる。
また、使用するガスに関して、常温では液体や固体である原料が多く、そのため原料を加熱し気化させて反応チャンバー内に導入される。その場合、導入されるガスの温度が下がると、再凝集してしまい、ＣＶＤプロセスが進行しなくなるので、反応チャンバーの内壁自体を一般にホットウォールと呼ばれる手段で所望の高温に加熱する方法が採られてきた。
【０００３】
しかしながら、このようなホットウォールを用いた方式では、耐熱シール材がないか、あったとしても非常に高価であり、またチャンバーの内壁表面でＣＶＤ反応が生じてしまい、これは反応を基板表面で効果的に進行させる点及び気相中の固体の形成を抑制する点から好ましくなく、さらには大気側へ熱が逃げて行くために加熱を効率よくできないなどの欠点がある。
【０００４】
すなわち、ソースガスは固体である場合、原料固体を２５０℃に加熱し気化してチャンバー内に導入される。このソースガスを再凝集させずしかも分解を生じさせないために、ソースガスの接触する面を２５０℃の近傍に加熱しておく必要がある。そのためにチャンバー自体を２５０℃に加熱する場合には高価な耐熱有機材料を選択するか、メタルシールを使う必要がある。しかし、駆動部（例えば基板の搬入搬出口のゲートバルブ）では、メタルシールを使用できないので、耐熱有機材料を選ばなければならず、このことが装置コストを高いものにしている。一方、チャンバー外側の大気に熱が放出されるため、チャンバーを２５０℃に維持するためには実際には３５０〜４００℃の加熱能力が必要であり、効率が非常に悪い。
【０００５】
これらの欠点を解消するため、チャンバーを低温に維持するコールドウォールタイプの成膜方法が提案されてきた。しかしながら、この方法は上述のようにＣＶＤガスの凝縮の問題が伴うことになる。
【０００６】
【発明が解決しよう課題】
そこで、本発明は、従来技術の問題点を解決するため、コールドウォールタイプのチャンバー内にホットウォールタイプのシールドを設け、シールドの内部に反応領域を制限するように構成して効率よい加熱を達成できしかも反応性ガスの望ましくない凝集を防止できるようにした反応性ガスを利用する真空処理装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解消するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、真空チャンバー内に反応性ガスを導入し、基板表面上で化学反応を起こさせ基板ホルダーに装着した基板を処理するようにした真空処理装置において、真空チャンバー内を、チャンバー壁から分離した主反応領域とチャンバー壁に沿った周囲空間領域とに仕切り、主反応領域を所定の反応条件に維持できるように構成したシールド手段が、主反応領域を所定の温度に維持する加熱手段及び／又は冷却手段を備えることを特徴としている。
【０００８】
シールド手段は、約１００〜５００℃の温度に制御され得る。また真空チャンバーのチャンバー壁は、約１００℃以下の温度に保持され得る。
好ましくは、シールド手段は、主反応領域と周囲空間領域との間を密封保持できるように取付けられ得る。
また好ましくは、シールド手段は、基板ホルダーに対して昇降可能にされ、そして真空チャンバーのチャンバー壁にラビリンスシールを介して当接するように構成され得る。
代りに、シールド手段を固定配置し、基板ホルダーを昇降可能に構成することもできる。
また、本発明の真空処理装置においては、シールド手段で画定された主反応領域に反応性ガスを供給する手段を設け、また主反応領域を、排気口を介して排気系に接続するように構成され得る。さらに、チャンバー壁に沿った周囲空間領域は別の排気口を介して排気系に接続され得る。更にまた効果を上げるためにパージガスを導入するように構成することもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１には、本発明をＭＯＣＶＤ法の反応に応用した実施の形態を示し、図面において１は真空チャンバーで、真空チャンバー１内の底部には処理すべき基板２を支持する基板ホルダー3が配置され、真空チャンバー１内の頂部には反応ガスのシャワープレート4が配置されている。シャワープレート4は反応ガス導入部5を介して図示していない外部の反応ガス源に接続され、そして支持枠体6及びベローズ7により真空チャンバー１の上部に密封して昇降可能に支持されている。
なお、シャワープレート4側に高周波電力を印加して使用する場合には、支持枠体6とベローズ7との間にはテフロンなどの絶縁フランジが介挿され、電気的分離を保証するようにされる。
【００１０】
シャワープレート4の外周縁部には真空チャンバー１内の底部チャンバー壁1aに向ってのびるシールド８が設けられ、このシールド８は、真空チャンバー１内の空間を、シャワープレート4と基板２との間にのびかつチャンバー壁から分離した主反応領域９と、チャンバー壁に沿った周囲空間領域10とに仕切る働きをしている。
【００１１】
シールド８は、温度調整できるようにするため、図２に示すように、シールド内部に冷媒や温媒を通す通路8aを設けたり、図3に示すようにシールドの外側に冷媒や温媒を通すＣｕ製のパイプ8bをろう付けしている。また図4に示すように、ヒーター例えばシースヒーター8cはクランプによりシールドの外側に取付けられる。
なお、これらの通路、パイプ及びヒーターは、図示していないが
反応ガス導入部5の壁内部又は壁の外側に沿ってのび、そして適当な外部冷媒、温媒源やヒーター電源に接続される。また通路、パイプに流す冷媒、温媒は当然、適当な流量制御装置により、またヒーターへの給電はヒーター運転制御手段によりそれぞれ制御され、動作条件に応じてシールド自体を所望の温度に調整できるようにしている。
【００１２】
図５、図６及び図７には、シールドの先端部を真空チャンバー１内の底部チャンバー壁1aに密封当接する仕方の幾つかの例を示している。
図５に示す実施の形態では、シールドの先端部は真空チャンバー１の底部チャンバー壁1aに形成した溝1b内に嵌合してラビリンスシール構造を形成するようにされている。
【００１３】
また、図６に示す実施の形態では、底部チャンバー壁1aに形成した溝1b内に例えばテフロン、耐熱シールのベスペル、低温（200℃）以下で運転する場合にはカルレッツやテフロン等の凹型シール部材９が装着され、その凹型シール部材11内にシールド８の先端部が当接するように構成されている。
【００１４】
シャワープレート4側にＲＦ電力を印加して処理を実施する場合には、シールド８の先端部と底部チャンバー壁1aとの電気的絶縁を確保するため、図７に示すように、底部チャンバー壁1aに形成した溝1b内に例えば耐熱シールのベスペル、カルレッツやテフロン等の凸型シール部材12が装着され、この凸型シール部材12は底部チャンバー壁1a の表面から15mm以上突出し、その突出端面上にシールド８の先端部が当接するように構成されている。
【００１５】
再び図1に戻って、シャワープレート4で画定された主反応領域９及び周囲空間領域10はそれぞれ排気口13、14を介して排気系（図示していない）に連結される。また周囲空間領域10には、頂部チャンバー壁に環状に設けた複数の不活性ガス導入口15から例えばアルゴンのような不活性ガスがシャワーカーテンとして導入される。
このように主反応領域９及び周囲空間領域10の両方をそれぞれ排気系に接続すると共に、周囲空間領域10に不活性ガスを導入するように構成したことにより、装置の作動中における主反応領域９から周囲空間領域10へ漏れる反応ガスを排気でき、しかも導入された不活性ガスにより漏れてきた反応ガスの拡散を実質的に防止することができる。
【００１６】
さらに、図示装置においては、処理すべき基板2の搬入、搬出用のゲートバルブ16が設けられている。
【００１７】
このように構成した図示装置の動作において、 処理すべき基板２を搬入する際には、図示してない昇降駆動機構によりシャワープレート4及びシールド8を上昇させ、ゲートバルブ16を開放して基板２を真空チャンバー１内の基板ホルダー3上に装着する。その後真空チャンバー１内を真空排気すると共にシャワープレート4及びシールド8を下降させて図示した状態にし、所要の反応ガスをシャワープレート4から主反応領域９内に導入する。この場合、シールド8の先端部のラビリンス構造による密封及び（又は）主反応領域９内に排気口13を設けているので、反応ガスが主反応領域９から周囲空間領域10へ漏れるは防止され得る。
【００１８】
シールド8はそれ自体上述のように実施される反応条件に応じた最適な温度に調整されておりしかもシールド8自体減圧下にあるため、大気による熱の逃げが少なく、効率よく加熱することができる。
また基板２は基板ホルダー3に組込まれたヒーター（図示していない）により600℃に加熱して誘電体膜の固体ソースを用いたＭＯＣＶＤ処理を実施した。このときのシールド8の温度は250℃、チャンバー壁の温度は室温であった。
その結果、シールド8、真空チャンバー1の内壁のいずれにもＣＶＤソースの分解、凝集はみられなかった。
【００１９】
ところで、図示実施の形態では、シールド8をシャワープレート4と共に昇降するように構成しているが、代りに、シールド８を固定配置し、基板ホルダー３を昇降可能に構成することもできる。
また、本発明はＭＯＣＶＤに応用した場合について説明してきたが、液体ソース又は固体ソースを使用する熱ＣＶＤ、プラズマアシストＣＶＤ、エピタキシャル成長法、反応性アニール、表面改質などのプロセスにも同様に応用うすることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、真空チャンバー内を、チャンバー壁から分離した主反応領域とチャンバー壁に沿った周囲空間領域とに仕切るシールド手段を設け、主反応領域を所定の反応条件に維持できるように構成したことにより、効率よい加熱が達成できしかも高温化学気相成長プロセスおいて、真空チャンバー内におけるソースガスの凝集や分解を防止することができるようになる。また、コールドウォールタイプのチャンバー内にホットウォールタイプのシールドを設け、シールドの内部に反応領域を制限するように構成しているので、シール材、加熱電源のコストダウンを図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態を示す装置の概略断面図。
【図２】本発明の装置に使用されるシールド構造の一例を示す拡大部分断面図。
【図３】本発明の装置に使用されるシールド構造の別の例を示す拡大部分断面図。
【図４】本発明の装置に使用されるシールド構造のさらに別の例を示す拡大部分断面図。
【図５】本発明の装置におけるシールドの密封構造の一例を示す拡大部分断面図。
【図６】本発明の装置におけるシールドの密封構造の別の例を示す拡大部分断面図。
【図７】本発明の装置におけるシールドの密封構造のさらに別の例を示す拡大部分断面図。
【符号の説明】
１：真空チャンバ
２：処理すべき基板
３：基板ホルダー
４：反応ガスのシャワープレート
５：反応ガス導入部
６：支持枠体
７：ベロー
８：シールド
９：主反応領域
10：周囲空間領域
11：凹型シール部材
12：凸型シール部材
13、14：排気口
15：不活性ガス導入口
16：ゲートバルブ

Claims (10)

1. 真空チャンバー内に反応性ガスを導入し、基板表面上で化学反応を起こさせ基板ホルダーに装着した基板を処理するようにした真空処理装置において、
   真空チャンバー内を、チャンバー壁から分離した主反応領域とチャンバー壁に沿った周囲空間領域とに仕切るシールド手段を設け、主反応領域を所定の反応条件に維持できるように構成し、
   シールド手段が、主反応領域を所定の温度に維持する加熱手段及び／又は冷却手段を備えていること
   を特徴とする反応性ガスを利用する真空処理装置。
2. シールド手段が、加熱手段により約１００〜５００℃の温度に制御されることを特徴とする請求項１に記載の反応性ガスを利用する真空処理装置。
3. 真空チャンバーのチャンバー壁が、約１００℃以下の温度に保持されることを特徴とする請求項１に記載の反応性ガスを利用する真空処理装置。
4. シールド手段が主反応領域と周囲空間領域との間を密封保持できるように取付けられていることを特徴とする請求項1に記載の真空処理装置。
5. シールド手段が、基板ホルダーに対して昇降可能に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の真空処理装置。
6. シールド手段が、真空チャンバーのチャンバー壁にラビリンスシールを介して当接することを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
7. 基板ホルダーが昇降可能に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の真空処理装置。
8. シールド手段で画定された主反応領域に反応性ガスを供給する手段を設け、また主反応領域が排気口を介して排気系に接続されることを特徴とする請求項1に記載の真空処理装置。
9. チャンバー壁に沿った周囲空間領域が別の排気口を介して排気系に接続されることを特徴とする請求項1に記載の真空処理装置。
10. チャンバー壁に沿った周囲空間領域に不活性ガスを導入するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の真空処理装置。

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