JP5474193B2 - 成膜装置 - Google Patents
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Description
図7はMOCVD法に使用する従来の成膜装置110の内部構成図を示している。
成膜装置110は、真空槽111と、真空槽111内に原料ガスを導入する複数の原料ガス用導管127aと、真空槽111内に反応ガスを導入する複数の反応ガス用導管127bと、真空槽111内に位置する成膜対象物140を加熱する加熱装置143とを有している。符号113は真空槽111内を真空排気する真空排気装置である。
真空槽111内には、表面(保持面)に成膜対象物140を保持できるように構成された基板保持台141が配置されている。符号147は基板保持台141を回転させる回転装置である。
加熱装置143は電熱抵抗142と電源装置144とを有している。電熱抵抗142は基板保持台141の内部に取り付けられ、電源装置144は電熱抵抗142に電気的に接続されている。
冷却チャンバ121の基板保持台141とは反対側の位置に反応ガス室126が配置され、反応ガス室126の冷却チャンバ121とは反対側の位置に原料ガス室134が配置されている。
原料ガス用導管127aは反応ガス室126と冷却チャンバ121とを貫通して配置され、原料ガス用導管127aの一端は原料ガス室134内に接続され、他端の開口128aは真空槽111内に露出されている。反応ガス用導管127bは冷却チャンバ121を貫通して配置され、反応ガス用導管127bの一端は反応ガス室126内に接続され、他端の開口128bは真空槽111内に露出されている。
原料ガス室134には、真空槽111の外側に配置された原料ガス槽151が接続され、反応ガス室126には反応ガス槽152が接続されている。原料ガス槽151と反応ガス槽152から原料ガス室134内と反応ガス室126内に原料ガスと反応ガスがそれぞれ供給されると、原料ガスと反応ガスは原料ガス用導管127a内と反応ガス用導管127b内をそれぞれ通って、真空槽111内に放出される。原料ガス槽151と反応ガス槽152から供給された原料ガスと反応ガスは、真空槽111内に放出されるまで混ざらないようにされている。
原料ガスと反応ガスとを成膜対象物140の表面の直前で混合させるために、原料ガス用導管127aの端部の開口128aと反応ガス用導管127bの端部の開口128bは成膜対象物140の表面に近づけられている。成膜対象物140を高温に加熱すると、成膜対象物140の熱で原料ガス用導管127aと反応ガス用導管127bが加熱され、各導管127a、127b内で原料ガスや反応ガスが分解する虞がある。特に原料ガスが有機金属ガスである場合には、原料ガス用導管127a内で原料ガスが熱分解する虞が大きい。
そのため、成膜中は冷却媒体供給部155から冷却チャンバ121内に温度管理された冷却媒体を流し、冷却媒体排出部156から排出して、原料ガス用導管127aと反応ガス用導管127bとを冷却媒体との熱伝導で冷却しておく必要がある。
また例えば、成膜対象物140の中央部が外縁部より加熱されやすい場合には、冷却チャンバ121内に冷却媒体を流しても、成膜対象物140の中央部と対面する位置に配置された導管127a、127bが他の導管よりも高温に熱せられ、当該導管127a、127b内で原料ガスや反応ガスが熱分解する虞があった。さらに、成膜対象物140の中央部と外縁部との温度の不均一により、形成される薄膜の膜質が不均一になるという問題があった。
本発明は成膜装置であって、前記天板の前記溝と面する面とは反対側の面上に反応ガス室が配置され、前記反応ガス室は各前記反応ガス用導入孔に接続され、一端が前記原料ガス用貫通孔に接続された第二の補助配管が、前記反応ガス室を貫通して配置され、前記第二の補助配管を通った前記原料ガスが、前記原料ガス用開口から放出されるように構成された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記第一、第二の補助配管の端部同士は接続され、一本の接続配管が構成された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記反応ガス室の前記天板とは反対側の位置に原料ガス室が配置され、前記第二の補助配管の端部は、前記原料ガス室の内部に接続された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記天板の前記溝と面する面とは反対側の面上に原料ガス室が配置され、前記原料ガス室は各前記原料ガス用貫通孔に接続され、一端が前記反応ガス導入孔に接続された第三の補助配管が、前記原料ガス室を貫通して配置され、前記第三の補助配管を通った前記反応ガスが、前記反応ガス用開口から放出されるように構成された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記原料ガス室の前記天板とは反対側の位置に反応ガス室が配置され、前記第三の補助配管の端部は、前記反応ガス室の内部に接続された成膜装置である。
溝内通路毎に個別に冷却媒体の温度や流量を制御できるので、温度の高い部分を通る第一の溝と低い部分を通る第二の溝がある場合に、第一の溝内の温度を第二の溝内の温度と等しい温度に下げることができる。
成膜装置10は、真空槽11と、第一面20aと、第一面20aとは反対側の位置の第二面20bとを有する放出板21と、放出板21をそれぞれ貫通する複数の原料ガス用導入孔27aと複数の反応ガス用導入孔27bと、真空槽11内に位置する成膜対象物40を加熱する加熱装置43とを有している。
真空槽11の壁面には回転軸46が、壁面を気密に貫通して設けられている。
回転軸46の真空槽11内に位置する端部には基板保持台41が、回転軸46に対して垂直に固定されている。
基板保持台41は、回転軸46が固定された面とは反対側の面である保持面に成膜対象物40を保持できるように構成されている。
放出板21の原料ガス用導入孔27aと反応ガス用導入孔27bに、原料ガスと、原料ガスと混ざると反応する反応ガスとがそれぞれ供給されると、真空槽11の内部には、原料ガス用導入孔27aの第一面20aに位置する原料ガス用開口28aから原料ガスが放出され、反応ガス用導入孔27bの第一面20aに位置する反応ガス用開口28bから反応ガスが放出される。原料ガス槽51と反応ガス槽52から供給された原料ガスと反応ガスは、後述するように、原料ガス用開口28aと反応ガス用開口28bから放出されるまで混ざらないようにされている。
加熱装置43により、基板保持台41に保持された成膜対象物40が加熱されると、放出された原料ガスと反応ガスとの化学反応によって、成膜対象物40の表面に、真空槽11の内部で薄膜が形成されるようになっている。
放出板21の第二面20bは、中央部の放出孔領域39aと、放出孔領域39aの外周外側である環状のシール領域39bとを有している。
放出板21の第二面20bの放出孔領域39aには、原料ガス用導入孔27aが底面に位置する複数本の溝221〜223が形成されている。各溝221〜223の経路や長さは、成膜対象物40を加熱したときに各溝221〜223がおかれる温度に基づいて決められている。
原料ガス用導入孔27aの直径は溝221〜223の幅よりも短く形成され、各原料ガス用導入孔27aは溝221〜223の延びる方向に沿って並んで配置されている。
ここでは原料ガス用導入孔27aと反応ガス用導入孔27bは、放出孔領域39aの内側で、第一の方向61と、第一の方向61と直角な第二の方向62にそれぞれ沿って等間隔に交互に並んで配列され、隣り合う原料ガス用導入孔27aと反応ガス用導入孔27bとは互いに離間されている。
成膜装置10は、第二面20b上に配置され、溝221を塞ぐ天板23と、天板23に形成された原料ガス用貫通孔29と、原料ガス用導入孔27aと原料ガス用貫通孔29とを接続する第一の補助配管32aとを有している。
第一の補助配管32aの外周の直径は溝221の幅より短く形成され、第一の補助配管32aの外周側面は溝221の側面と離間されている。
ここでは天板23の溝221と面する表面とは反対側の裏面上に中空の筐体である反応ガス室26が配置され、反応ガス室26は放出板21の各反応ガス用導入孔27bに接続されている。ここでは天板23は反応ガス室26の壁の一部を構成しており、反応ガス用導入孔27bと接続する穴が開いている。
反応ガス室26には、一端が天板23の原料ガス用貫通孔29に接続された第二の補助配管32bが、反応ガス室26を貫通して配置されている。第二の補助配管32bの端部の外周側面と天板23の原料ガス用貫通孔29の内周との隙間はロウ付加工で気密に塞がれて固定され、反応ガス室26内の反応ガスが第二の補助配管32bの外周側面と原料ガス用貫通孔29の内周との隙間から外側に漏れ出さないようになっている。
反応ガス室26の天板23とは反対側の位置に中空の筐体である原料ガス室34が配置され、第二の補助配管32bの天板23側とは逆側の端部は、原料ガス室34の内部に接続されている。ここでは反応ガス室26と原料ガス室34は共通の隔壁36を有しており、隔壁36には第二の補助配管32bの端部と接続する穴が開いている。
接続配管32の端部の外周側面と隔壁36の穴の内周との隙間はロウ付加工で気密に塞がれて固定され、反応ガス室26内の反応ガスはその隙間から原料ガス室34内に漏れ出さないようになっており、原料ガス室34内の原料ガスはその隙間から反応ガス室26内に漏れ出さないようになっている。
すなわち、原料ガス槽51と反応ガス槽52から原料ガス室34と反応ガス室26にそれぞれ供給された原料ガスと反応ガスは、原料ガス用開口28aと反応ガス用開口28bから放出されるまで互いに混ざらないようになっている。
各溝221〜223の底面には原料ガス用導入孔27aが溝221〜223の延びる方向に沿って並んで配置され、各溝221〜223のうち原料ガス用導入孔27aの列の一端より外側の部分と他端より外側の部分がそれぞれシール領域39bに引き出されて、冷却媒体供給路241〜243と冷却媒体排出路251〜253に接続されている。
冷却媒体供給路241〜243と冷却媒体排出路251〜253は蓋部38の側壁の内部を貫通して真空槽11の外側に延ばされている。
すなわち、冷却媒体供給路241〜243と溝内空間311〜313と冷却媒体排出路251〜253とで構成された各冷却媒体流路は、真空槽11の外側の大気と連通され、真空槽11の内部空間とは分離され、連通されていない。
そのため、放出板21のうち温度の高い部分を通る第一の溝と低い部分を通る第二の溝がある場合に、第一の溝の溝内空間に流す冷却媒体の温度を第二の溝の溝内空間に流す冷却媒体の温度より低くしたり、第一の溝の溝内空間に流す冷却媒体の流速を第二の溝の溝内空間に流す冷却媒体の流速より速くすることで、第一の溝の溝内空間に位置する第一の補助配管32aの冷却効果を上げ、第一の溝の溝内空間に位置する第一の補助配管32aの温度を、第二の溝の溝内空間に位置する第一の補助配管32aの温度と等しい温度に下げることができる。
冷却媒体排出路251〜253の端部には冷却媒体を外部に排出する冷却媒体排出部56が接続されている。ここでは冷却媒体排出部56は冷却媒体供給部55に接続され、冷却媒体を循環できるように構成されている。
溝内空間311を流れる冷却媒体は第一の補助配管32aの外周側面に接触し、第一の補助配管32a内を流れる原料ガスは第一の補助配管32aの壁を介して冷却媒体との伝熱により冷却される。反応ガス用配管33を流れる反応ガスは溝221の側面と反応ガス用導入孔27bの側面との間の壁を介して冷却媒体との伝熱により冷却されるようになっている。
ここでは反応ガス用配管33の端部の外周側面と反応ガス用開口28bの内周との間の隙間はロウ付加工で気密に塞がれて固定され、接続配管32の端部の外周側面と原料ガス用開口28aの内周との間の隙間もロウ付加工で気密に塞がれて固定されている。よって、接続配管32の端部の外周側面と原料ガス用開口28aの内周との隙間から冷却媒体が真空槽11内に漏れ出さないようになっている。また、溝221の側面と反応ガス用導入孔27bの側面との間の壁の上端(すなわち放出板21の第二面20b)と、天板23との間の隙間に流入する冷却媒体も、反応ガス用配管33の端部の外周側面と反応ガス用開口28bの内周との隙間から真空槽11内に漏れ出さないようになっている。
図6は成膜装置10’のうち図5の符号30’で示した領域の部分拡大図を示している。各溝221〜223の構造は同じであり、符号221の溝で代表して説明する。
原料ガス室34内には第三の補助配管32cが、原料ガス室34を貫通して配置されている。第三の補助配管32cの一端は反応ガス用導入孔27bに接続され、他端は反応ガス室26の内部に接続されている。反応ガス槽52から反応ガス室26内に反応ガスが供給されると、供給された反応ガスは各第三の補助配管32c内を通り、反応ガス用導入孔27b内を通って、反応ガス用開口28bから真空槽11内に放出されるようになっている。
ここでは反応ガス用導入孔27bには反応ガス用配管33が挿入され、第三の補助配管32cの端部と反応ガス用配管33の端部同士は接続され、一本の配管が構成されているが、本発明は第三の補助配管32cと反応ガス用配管33とが別個の配管で構成されている場合も含まれる。
図1、図5を参照し、真空槽11の壁面に真空排気装置13を接続して、真空槽11内を真空排気する。以後、真空排気装置13による真空排気を継続して、真空槽11内の真空雰囲気を維持する。
真空槽11内の真空雰囲気を維持しながら、真空槽11内に成膜対象物40を搬入し、基板保持台41の保持面に保持させる。
電源装置44から電熱抵抗42に直流電流を流して成膜対象物40をここでは1100℃付近に加熱しておく。
回転装置47によって回転軸46を回転させ、基板保持台41に保持された成膜対象物40を放出板21の第一面20aに平行に回転させておく。以後、成膜対象物40の回転を継続する。
冷却媒体供給部55から各冷却媒体供給路241〜243に冷却媒体を供給し、冷却媒体排出部56から排出して、図2を参照し、各溝内空間311〜313に温度管理された冷却媒体を循環させておく。以後、各溝内空間311〜313の冷却媒体の循環を継続する。
図3、図6を参照し、原料ガス室34内に供給された原料ガスは、第一の補助配管32a内を通って原料ガス用開口28aから放出され、反応ガス室26内に供給された反応ガスは、反応ガス用配管33内を通って反応ガス用開口28bから放出される。
第一の補助配管32aと反応ガス用配管33は各溝内空間311を流れる冷却媒体との伝熱により冷却され、第一の補助配管32aと反応ガス用配管33の内部で原料ガスと反応ガスが成膜対象物40の熱により分解されることが防止されている。
反応ガス用配管33は第一の補助配管32aより冷却されにくいが、反応ガスであるアンモニアガスは500℃まで熱分解しないので、反応ガス用配管33内では反応ガスの熱分解は生じない。
例えば成膜対象物40の中央部が外縁部より加熱されやすい場合には、図2を参照し、放出板21の中央部を通る溝222に流す冷却媒体の温度を他の溝221、223に流す冷却媒体の温度よりも低温にしたり、放出板21の中央部を通る溝222に流す冷却媒体の流速を他の溝221、223に流す冷却媒体の流速より速くすることで、放出板21の中央部に位置する第一の補助配管32aの冷却効果を高めることができ、当該第一の補助配管32a内での原料ガスの熱分解を防止できる。また冷却媒体との伝熱により、成膜対象物40の中央部の温度を下げることができるので、成膜対象物40の中央部と外縁部とで温度を均一にでき、形成される薄膜の膜質の均一性を向上できる。
真空槽11内の真空雰囲気を維持しながら成膜済みの成膜対象物40を真空槽11の外側に搬出する。次いで、別の未成膜の成膜対象物40を真空槽11内の真空雰囲気を維持しながら搬入し、上述の成膜方法による薄膜の形成を繰り返す。
11……真空槽
20a……第一面
20b……第二面
21……放出板
221〜223……溝
23……天板
241〜243……冷却媒体供給路
251〜253……冷却媒体排出路
26……反応ガス室
27a……原料ガス用導入孔
27b……反応ガス用導入孔
28a……原料ガス用開口
28b……反応ガス用開口
29……原料ガス用貫通孔
311〜313……溝内空間
32……接続配管
32a……第一の補助配管
32b……第二の補助配管
32c……第三の補助配管
34……原料ガス室
40……成膜対象物
51……原料ガス槽
52……反応ガス槽
Claims (6)
- 真空槽と、
第一面と、前記第一面とは反対側の位置の第二面とを有する放出板と、
前記放出板をそれぞれ貫通する複数の反応ガス用導入孔と複数の原料ガス用導入孔と、
前記真空槽内に位置する成膜対象物を加熱する加熱装置と、
を有し、
前記第一面は前記真空槽内に露出され、前記真空槽の外部に配置された原料ガス槽と反応ガス槽から、前記原料ガス用導入孔と前記反応ガス用導入孔に原料ガスと反応ガスが供給されると、前記真空槽の内部には、前記原料ガス用導入孔の前記第一面に位置する原料ガス用開口から前記原料ガスが放出され、前記反応ガス用導入孔の前記第一面に位置する反応ガス用開口から前記反応ガスが放出され、
放出された前記原料ガスと前記反応ガスとによって、前記成膜対象物の表面に、前記真空槽の内部で薄膜を形成させる成膜装置であって、
前記第二面に形成され、前記原料ガス用導入孔が底面に位置する複数本の溝と、
前記第二面上に配置され、前記溝を塞ぐ天板と、
前記天板に形成された原料ガス用貫通孔と、
前記溝と前記天板とで囲まれて前記真空槽の内部空間から分離された溝内空間に接続され、前記溝内空間に液体の冷却媒体を供給する冷却媒体供給路と、
前記溝内空間に接続され、前記溝内空間を流れた前記冷却媒体を排出させる冷却媒体排出路と、
前記原料ガス用導入孔と前記原料ガス用貫通孔とを接続する第一の補助配管とを有し、
前記原料ガスは、前記第一の補助配管内を流れて前記原料ガス用開口から放出される成膜装置。 - 前記天板の前記溝と面する面とは反対側の面上に反応ガス室が配置され、前記反応ガス室は各前記反応ガス用導入孔に接続され、
一端が前記原料ガス用貫通孔に接続された第二の補助配管が、前記反応ガス室を貫通して配置され、前記第二の補助配管を通った前記原料ガスが、前記原料ガス用開口から放出されるように構成された請求項1記載の成膜装置。 - 前記第一、第二の補助配管の端部同士は接続され、一本の接続配管が構成された請求項2記載の成膜装置。
- 前記反応ガス室の前記天板とは反対側の位置に原料ガス室が配置され、前記第二の補助配管の端部は、前記原料ガス室の内部に接続された請求項2又は請求項3のいずれか1項記載の成膜装置。
- 前記天板の前記溝と面する面とは反対側の面上に原料ガス室が配置され、前記原料ガス室は各前記原料ガス用貫通孔に接続され、
一端が前記反応ガス導入孔に接続された第三の補助配管が、前記原料ガス室を貫通して配置され、前記第三の補助配管を通った前記反応ガスが、前記反応ガス用開口から放出されるように構成された請求項1記載の成膜装置。 - 前記原料ガス室の前記天板とは反対側の位置に反応ガス室が配置され、前記第三の補助配管の端部は、前記反応ガス室の内部に接続された請求項5記載の成膜装置。
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