JPH01165774A

JPH01165774A - 表面処理装置

Info

Publication number: JPH01165774A
Application number: JP32452787A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sekiguchi; 敦関口; Shinji Takagi; 信二高城
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1987-12-22
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1989-06-29
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPH0774450B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、原料気体を熱分解することにより基体の表面
に成膜、結晶成長、エツチング、表面クリーニングまた
は表面改質の処理を行なう、半導体デバイス、超伝導体
デバイス、センサー、電子部品等の製造に用いられる表
面処理装置に関する。

（従来の技術）ＬＳＩプロセス、超伝導結晶膜の成長などに代表される
最近の複雑な薄膜結晶膜の成長、エツチング、表面改質
などには、従来用いられたことのない化合物蒸気等（以
下単に原料気体という）を用いることが必要になってき
た。この種の原料気体は多くの場合、常温付近では固体
である場合が多く、しかも大気中で不安定である。従っ
て、上記原料気体を用いて、例えば、従来のＣＶＤ法に
よる薄膜成長を行なおうとしても、真空装置の外部から
原料気体を導入して反応を行なわせるのが困難であると
いう問題がある。

このような装置の従来の例を第４図に示す。

この装置は、特公昭５９−４８９５２号公報や特公昭６
１−１５０５号公報に記載されている発明の装置であっ
て、２０１，２０２は電気炉、２０３は石英反応管、２
０４はガスコントローラ、２０５は排気口、２０７はシ
リコンウェハー、２０８はステンレス製容器、２０９は
導入管である。

第４図に示した装置は、常温で固体のＡ（ＩＣ１１３を
、容器２０８の中で昇華させ、石英反応管２０３内に導
き、シリコンウェハー２０７上にＡ１１ｌ膜をコーティ
ングする薄膜形成装置である。以下ではこの種のＡα膜
形成の場合を例にとって本発明を説明する。

（発明が解決しようとする問題点）Ａ（Ｉｃ（１３等の原料固体から気化した原料気体の分
圧および流量は一般にシリコンウェハー２０７上に堆積
するＡ（Ｉ膜の成長に大きく関係するが、前記のような
装置を用いた場合、ＡｌＣ１１１３の昇華量をコントロ
ールするのは非常に困難で再現性の良いＡ１膜を得るこ
とは極めて難しい。

即ち原料が固体の場合には、蒸気圧が比較的低いため、
通常固体容器（第４図の場合には容器２０８）内を真空
に引いている。また原料固体（ＡｌＣｌ３）の昇華量は
、その温度によって規定される「平衡蒸気圧」に依存し
、この昇華量をコントロールするためには粉末状の原料
固体（粉末状の方が表面積が広いので結果が良い）の温
度を、真空に引かれた粉末状の原料固体の状態のままで
制御する必要がある。

しかし真空中の原料固体のＡｉＣα３を均一に温度コン
トロールするのは困難である。即ち、真空に引かれた容
器２０８内に粉末固体として存在するＡｌＣｌ３を容器
２０８の外部から加熱するような構成では、容器２０８
の壁の付近と、壁から離れた原料固体の中央部分との温
度差が大きくなり、且、各部の温度は種々ざったの値を
示し、そのたかつ、ＡｌＩＣα３の昇華量のコントロー
ルは殆んど不可能となる。ＡｌＣ１１３の昇華熱がＡ１
１ｃ１３自身の温度を変化させるが、このことも昇華量
のコントロールを−Ｎ複雑かつ困難にする。従って、再
現性の良いＡα膜を作製することは殆んど不可能である
。

固体を原料気体のソースとして用いる系は一般に有用性
が高いと言われているのであるが、その総てで上記の問
題を生じ、Ａｌ膜作製のみならず多くの表面処理技術で
処理の再現性が問題となっている。

（発明の目的）本発明はこの問題を解決するためになされたものであり
、原料固体から再現性良く安定した形で原料気体を発生
させて基体の表面に導き、該表面に成膜、結晶成長、エ
ツチング、表面クリーニングまたは表面改質等の表面処
理を施すことのできる表面処理装置の提供を目的とする
。

（問題を解決するための手段）上記の目的を達成するために本発明は次のように構成さ
れている。即ち、真空に保つことの出来る処理室と；処理室内に設置され
基体の保持および温度調整をする基体ホルダーと；所定
の原料気体を該処理室内に導入する原料気体導入機構と
；該処理室内を排気する排気機構と；を含んで構成され、該所定の原料気体を構成する元素ま
たは原子団の一部を用いて該基体の表面処理を行なう表
面処理装置において、該原料気体導入機構が、原料固体を入れたシリンダーと；該シリンダー内部の温
度調整を行ない該原料固体を昇華し該所定の原料気体を
作成するか、該原料固体を加熱液化し沸騰させることに
より該所定の原料気体を作成する原料固体温度調整機構
と；該処理室と該シリンダーとの間を原料気体導入バル
ブを通し連通可能とする構造と；該シリンダー内の原料
固体を攪はんする攪はん機構を備える構造としている。

（作用）該シリンダー内の原料固体を攪はんする攪はん機構を備
えることによって、該シリンダー内の原料固体の温度分
布を良くし、再現性と制御性良く所定の原料気体を得る
ことができ、良好な表面処理を行なうことができる。

（実施例）第１図は本発明の実施例の正面断面図である。

１は目的とする表面処理を行なう基体で、２は基体を保
持する基体ホルダーである。１０は基体温度調整機構で
あって、基体ホルダー２内に設置された熱電対１２によ
り基体ホルダー２の温度を測定し、図示しない温度調節
計とサイリスターユニットの併用によりＰ、ＰＩ、ＰＩ
Ｄまたは単なるＯＮ、ＯＦＦ制御により、ヒーター１１
に電力を加えて基体ホルダー２の温度を調整する。必要
のときは、この部分に水冷機構を併用する。

３は処理室で、矢印４の方向に排気出来る。

表面処理に必要な所定の原料気体は、シリンダー３５の
内部の原料固体を昇華させるか、原料固体を加熱液化し
沸騰させることにより得られる。

得られた原料気体は原料気体導入バルブ３２、導入管３
１を通して処理室３内に導入され、基体１の表面処理に
利用される。２０は原料気体温度調整機構で、熱電対２
２で導入管３１の温度を測定し、ヒーター２１を用いて
加熱することにより、導入管３１の温度を制御すること
が可能となっている。これは、所定の原料気体が導入管
３１内で固化または液化するのを防止する目的で設けら
れた機構である。

次には、本発明の重要な構成である、原料気体導入機構
７０内に設置した攪はん機構４０について説明する。

４５はモーターでその回転駆動力は回転導入機４４を使
って真空シールしたままの状態でシリンダー３５内に設
置された攪はん棒４３に伝達される。この回転導入機４
４には、ベローズ式のもの、磁気結合式のもの、磁性流
体シールを用いるもの、など従来の装置をそのまま利用
することが出来る。

４６は回転の方向を示す。

また必要に応じ、マントルヒーター６０等を設けて、原
料気体導入バルブ３２やシリンダー３５の付近の部材の
温度を調節する。

上記のような攪はん機構４０を用いるときは、シリンダ
ー３５内の原料固体４２を均一な温度にコントロールす
ることができ、制御性、再現性良く処理室３内に所望流
量の原料気体を導入することができ、そのため安定した
良質な表面処理を行なうことが可能になった。

ここでシリンダー３５内で生じた原料気体は、それが殊
に蒸気圧の低い原料気体である場合は、必要に応じてキ
ャリアガス機構５０から送られるキャリヤガスに乗せて
輸送すると良い結果が得られる。キャリアーガスは矢印
５３の方向からバルブ５２、キャリアガス管５１を通し
てシリンダー３５内に吹き込まれ、原料気体を処理室３
内に輸送する。

以下には第１図の装置を用いて行なうことの出来る表面
処理の例を示す。

原料固体４２としてＡｆｌＣα３、Ａ１１Ｂｒ３または
、Ａｌｌ　Ｉ３と、Ａｌｌの混合原料固体を用いた場合
、攪はん機構４０を設置していない従来の装置では、バ
ッチ間の成膜速度が±２０％と大きくばらついて、膜厚
のコントロール性が悪く実用化が困難であった。しかし
第１図に示した本発明の装置を用いると成膜速度のばら
つきが±３％以内となって実用レベルの目安である±５
％以内に納まった。

第１図のシリンダー３５をシリンダーＡとして、同様の
構成のシリンダーＢ、　　Ｃを設けて、３組のシリンダ
ーでＢａ−Ｙ−Ｃｕ−０系の酸化物超伝導薄膜を成長さ
せることが出来た。この場合は、シリンダーＡには、Ｂ
ａ系有機金属化合物またはハロゲン化物例えばビスシク
ロペンタジェニルバリウムＢ　＆　（Ｃ５Ｈｓ）　２、
アセチルアセトナトバリウムＢａ、（ＣｓＨｖＯ２）２
、ヘキサフルオロアセチルアセトナトバリウムＢａ　（
Ｃ５ＨＦ６０２）２、塩化バリウムＢａＣｌ２、臭化バ
リウムＢａＢｒ２、ヨウ化バリウムＢａＩ２またはバリ
ウムアルコキシド等の原料固体を入れ、シリンダーＢには、Ｙ系有機金属化合物またはハロゲン
化物例えばアセチルアセトナドイツトリウム　Ｙ　（Ｃ
６Ｈ？０２）　３、シクロペンタジェニルイツトリウム
　Ｙ　（ＣｓＨｓ）　３、ジピバロイルメタナトイツト
リウムＹ　（Ｃ＋　＋　ＨＨｅ　０２　）　３、塩化イ
ツトリウム　ＹＣｌ３、臭化イツトリウム　ＹＢ　ｒ３
、ヨウ化イツトリウム　Ｙ１３またはイツトリウムアル
コキシド等の原料固体を入れ、シリンダーＣには、Ｃｕ系有機金属化合物またはハロゲ
ン化物、例えば、アセチルアセナト銅Ｃｕ　（ＣｓＨｖ
Ｏ２）２、シクロペンタジェニル銅・トリエチルリンＣ
ｕ　（ＣｓＨｓ）　・Ｐ　（Ｃ２Ｈ５）　３、ジピバロ
イルメタナト銅　Ｃｕ　（Ｃ５ＨＦ６０２）　２−ヘキ
サフルオロアセチルアセトナト鋼Ｃｕ　（ＣｓＨＦａＯ□）２、または銅アルコキシド等
の原料固体を入れる。

Ｂａ：Ｙ：Ｃｕの成分比は超伝導物質の特性に大きく影
響する重要なパラメータであるが、このパラメータを制
御するのに本発明の攪はん機構４０が特に重要な働きを
する。

それと同時にキャリアガスを用いる場合には、本発明の
攪はん機構４０を有効に生かすため、キャリアガス機構
５０内に図示しないキャリアガス流量コントローラを用
いることが必要である。キャリアガス流量コントローラ
としては、流量計付きのニードルバルブでも良いが、自
動的にフィードバックがかかるマスフローコントローラ
を用いる方が良い。

従来の、攪はん機構４０を持たない装置では、Ｂａ：Ｙ
：Ｃｕの成分比のコントロールが不可能で、バッチごと
に膜質が異なっていた。

具体的に言うと同じ条件で成膜しても、バッチ毎に抵抗
値がＯとなるオフセット温度が異なったり、時には超伝
導特性が得られなかったりしたのであるが、本装置では
所定の原料気体の基体表面への供給が量、比率とも安定
に行なわれるため、再現性良く超伝導体膜が得られ、成
膜条件を最適化することが容易で、結果として良質な膜
を基体表面に堆積させることができた。

以上は、本発明の装置が成膜装置として有用であること
を示したものであるが、本発明の装置は成膜に限らず結
晶成長、エツチング、表面クリ−・ニング、または表面
改質等多くの表面処理に、成膜と同様に有能である。

さて、原料固体の分圧が低い場合にはシリンダー３５の
加熱温度を高くする必要を生じる。その場合には、シリ
ンダー３５に石英ガラス管を用い、マントルヒーター６
０の代わりに電気炉を用いる。

この場合の攪はん機構４０としては、　（例えば、ベロ
ーズ式回転導入機は約２００℃くらいまでしか加熱がで
きないため）攪はん棒４３を回転させる構成よりも、第
１図に併記するように、超音波振動子１０２で発生した
超音波を、超音波伝達棒１０１でシリンダー３５へ伝達
し、シリンダ−３５内部の原料固体４２に振動を伝える
構成にする方が効果的である。勿論、超音波を用いた攪
はん機構は、低温でも用いることが可能である。また超
音波攪はんを攪はん棒４３と併用することも出来る。

なお、使用する振動の周波数は超音波に限らない。通常
の低周波（例えば、５０〜６０Ｈｚ）でシリンダー３５
を振動させるのでも良い。

第２図は本発明の別の実施例の表面処理装置の配管系統
図である。バルブ３６は、原料気体導入バルブ３２と処
理室３との間に新しく設置されたものであり、３７はこ
れも新設された真空フランジである。シリンダー３５内
の原料固体が消費し尽くされたされた場合に、原料気体
導入バルブ３２とバルブ３６を閉じて真空フランジ３７
を取り外すことにより、シリンダー３５を、原料固体を
充填しである新しいシリンダーと交換することが可能と
なる。バルブ３６が設置されていないときは、シリンダ
ー交換に際して処理室３内が大気に開放され、装置の性
能に悪影響を与える。

シリンダー３５と処理室３を結合するこれらの配管部は
、かなり高い温度に調整されるのが通常であるため、真
空フランジ３７には加熱に強いメタルシールな用いた真
空フランジ、例えば、ケイジョン社（ＣＡＪＯＮ　　Ｃ
ＯＭＰＡＮＹ）ｉ！ＶＣＲ継手で、銀メツキ付ニッケル
ガスケットを使用するものやニンフラットフランジが良
い。パイトン（商品名）などの０リングシ一ル継手では
、１４０℃付近までしかこの部分を加熱できず、高温で
の使用は不可能となる。ＶＣＲ１ｉ手ならば４５０℃付
近までも使用可能で、蒸気圧の比較的低い、従って、高
温を要する原料気体も輸送可能である。

この配管部分の温度を、先述の原料気体温度調整機構２
０を用いて温度調整すると処理の再現性が良好になるこ
とが判明している。

第３図は更に別の実施例の配管系統図である。

３７．３７′は真空フランジ、３８．３９はバルブ、矢
印８１はパージの方向、８２は真空ポンプである。

前記したシリンダー３５の交換に際し、図の配管の交差
するＡの部分には、シリンダー交換前には原料気体が、
交換後は大気が存在するので、この大気をバルブ３９を
通して真空ポンプ８２で排気し、一方、矢印８１の方向
からはバルブ３８を通してパージガスでこの部分を洗浄
する。この操作により、処理室３とシリンダー３５との
間の配管のシリンダー交換に伴う汚染を最小限度にまで
小さくすることが可能である。

なお、超音波などの振動を用いた攪はん機構を用いると
、シリンダー３５の取り外しが良好でメンテナンスに手
がかからない。

本発明は、第１，２′または３図の実施例の構造に拘束
されるものではなく、例えば、本発明と従来のＣＶＤ法
、蒸着法、スパッタ法その他のプロセスとの併用は可能
である。

（発明の効果）以上のように、本発明の表面処理装置によれば、成膜、
結晶成長、エツチング、クリーニング、表面改質などの
処理が、再現性良く、かつ高品位の膜質で行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の実施例の正面断面図。第２図、第３図は、他の実施例の配管系統図。第４図は従来の装置の正面断面図である。１・・・基体、２・・・基体ホルダー、３・・・処理室
、４・・・排気の方向、ｌＯ・・・基体温度調整機構、
２０・・・原料気体温度調整機構、３１・・・導入管、
３２・・・原料気体導入バルブ、３５・・・シリンダー
、３６・・・バルブ、３７．３７ゝ・・・真空フランジ
、４０・・・攪はん機構、５０・・・キャリアガス機構
、６０・・・マントルヒーター、７０・・・原料気体導
入機構、１０２・・・超音波振動子、２０１．２０２・
・・電気炉、２０３・・・石英反応管、２０４・・・ガ
スコントローラ、２０５排気口、２０７・・・シリコン
ウェハー、２０８・・・容器。特許出願人　日電アネルバ株式会社代理人　弁理士　　　村上　健次２、発明の名称　　　表面処理装置３．補正をする者事件との関係　　特許出願人住所　〒１８３東京都府中市四谷　５−８−１名称　　
　日電アネルバ株式会社代表者　安１）進

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空に保つことの出来る処理室と；処理室内に設
置され基体の保持および温度調整をする基体ホルダーと
；所定の原料気体を該処理室内に導入する原料気体導入
機構と；該処理室内を排気する排気機構と；を含んで構成され、該所定の原料気体を構成する元素ま
たは原子団の一部を用いて該基体の表面処理を行なう表
面処理装置において、該原料気体導入機構が、原料固体を入れたシリンダーと；該シリンダー内部の温
度調整を行ない該原料固体を昇華し該所定の原料気体を
作成するか、該原料固体を加熱液化し沸騰させることに
より該所定の原料気体を作成する原料固体温度調整機構
と；該処理室と該シリンダーとの間を原料気体導入バル
ブを通し連通可能とする構造と；該シリンダー内の原料
固体を攪はんする攪はん機構を備えることを特徴とする
表面処理装置。
（２）該処理室と該原料気体導入バルブとの間に少なく
とも１つのバルブを設置することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の表面処理装置。
（３）該原料気体導入バルブと該少なくとも１つのバル
ブとの間を真空フランジにてメタルシール構造により接
合しており、必要に応じて該シリンダーと該処理室を分
離出来るよう構成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第２項記載の表面処理装置。
（４）原料気体導入バルブ近傍と該少なくとも１つのバ
ルブ近傍と両者の間の配管部を所定の温度に設定する原
料気体温度調整機構を設置したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の表面処理装置。
（５）該攪はん機構が振動を利用して攪はんするもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第１、２、３また
は４項記載の表面処理装置。