JPH01205532A - 光励起プロセス装置 - Google Patents

光励起プロセス装置

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JPH01205532A
JPH01205532A JP3151188A JP3151188A JPH01205532A JP H01205532 A JPH01205532 A JP H01205532A JP 3151188 A JP3151188 A JP 3151188A JP 3151188 A JP3151188 A JP 3151188A JP H01205532 A JPH01205532 A JP H01205532A
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gas
reaction
chamber
light
reaction chamber
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JP3151188A
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Toshikazu Suda
須田 敏和
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Keiwa Shoko KK
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Keiwa Shoko KK
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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) 本発明は集積回路およびオプトエレクI・ロニクス装置
等に用いられる半導体の製造装置に関する。
(従来技術) 集積回路およびオプトエレクトロニクス装置に用いられ
る半導体の低温化製造プロセスとしては、従来よりプラ
ズマプロセスがあった。しかし、プラズマプロセスでは
生成したイオン。
電子等の高エネルギー粒子による照射損傷が避けられな
かった。そこて、光化学反応を用いた無損傷プロセスで
ある光励起プロセスが近年行われるようになった。
光励起プ1フセスとは、光エネルギーによって反応カス
を励起し化学反応を促進させて化学気相成長−エッチン
グ−1−一−ピングーア・ノシング等を行う技術である
。この光励起プロセスの構成としては、ランプ(水銀ラ
ンプ、T(g−X eランプ、重水素ランプ、Xeラン
プ、不活性ガスランプ、希カスランプ等)やレーザー(
エキシマレーザ−、アルゴンレーザー、炭酸カスレーザ
ー、色素I/−ザー、Y A G l/−ザー、自由電
子1)−ザー等)およびシンクロ1〜ロン放則等を光源
とし、光源からの光を適当な光学器具(ミラー、レンズ
等)を介して反応室に導き、反応ガスを励起し化学反応
を促進させるものである。該光励起プロセスは低温、す
なわち室温でも反応を進行させることが可能で、照射損
傷が他の方法に比へて極めて小さく、波長を適当にjX
べば無損傷で反応を進行させることが可能である。
従来の光励起プロセスは、第8図及び第9図に示されて
いる。第8図において、2はガス反応室であり、3は該
ガス反応室の上部に設けられた光透過窓である。該光透
過窓3の上部には光源が設けられている。7はガス反応
室2の側面に設けられた反応ガス導入口である。8は基
板台座であり、適切な手段(図示せず)によりガス反応
室2内に固定されている。9は基板であり、該基板台座
8上に置かれている。10はカス反応室2の下部に設け
られた排気口であり、真空ポンプと連結されている92
3はカス反応室2の上部側面(、こ設けられ、吹き出し
口が斜め上方を向いた窓吹き付はガス導入口である。
上記のように桿)成される第8図の従来例において外部
光源を介した光は大気を遮断する光透過窓3を通過し、
ガス反応室2の側面に設りられな反応ガス導入ロアより
導入された反応ガスを励起して、ガス反応室2内の基板
9上にて光化学反応を行うものであるが、反応ガスが光
透過窓3の下面とも接触するなめに、反応ガスが光透過
窓3下面においても光化学反応を起こしてしまう。なお
反応終了後の反応ガスは、排気口10より真空ポンプを
経て外部に放出される。
第9図において21はガス反応室2の上部に形成された
光源室である。11は光源室21内に適切な手段(図示
せず)で固定された光源である。
12は光源11と光源室21の上壁面との間に適切な手
段(図示せず)により固定されたミラーである。22は
光源室21の側面に設けられたパージガス導入口である
。該光源室21のパージガス導入口22の設けられた側
面の反対側には、排気口10が設けられている。光源室
21の下部にあるガス反応室2において、3.7 = 
8.9 = 10.23で示されたものは」二記第8図
と同様に構成される。
」−記のように構成される第9図の従来例において、パ
ージガス導入口22から導入されるパージガスによりガ
ス置換された光源室21に設置された光源11よりの直
接光およびミラー12で反射された光は、光透過窓3を
通過し、ガス反応室2の側面に設けられた反応ガス導入
ロアから導入された反応ガスを励起して、ガス反応室2
内に置かれた基板9」二にて光化学反応を行うものであ
るが、上記と同様に反応ガスが光透過窓3の下面と接触
するなめに、反応ガスが光透過窓3下面においても光化
学反応を起こしてしまう。
第8図および第9図いずれの場合でも光透過窓3下面で
光化学反応が起こるので、光透過窓3下面が汚れる。こ
の汚れの膜厚が厚くなるに従って、光源からガス反応室
2へ透過する光量が制限されるので、ガス反応室2での
光化学反応が抑制される。このため光透過窓3への膜生
成を防止せんとして、以下の方法が従来行われていた。
■不活性ガスを光透過窓3に吹き付ける方法。
= 6− (第8図および第9図で窓吹き付はガス導入口23より
光透過窓3に向けて不活性カスを吹き付ける方法) ■フッ化物油を光透過窓3に塗布する方法。
■多数の穴を有する石英板やテフロンフィルム巻取装置
を光透過窓3の下部に挿入する方法。
しかし、これらの方法はいずれも以下のような問題点を
有していた。
すなわち、■不活性ガスを光透過窓3に吹き付ける方法
では、特に大面積の光透過窓3へ大uLの不活性ガスを
吹き付けた場合、乱流が生じるので反応ガスの巻き込み
を避けることができず、その結果光透過窓3」二に膜付
着が起こった。
■フッ化物油を光透過窓3に塗布する方法は、フッ化物
油が光分解を受けるため、長時間に渡って使用した場合
、光透過窓3上への膜付着を避けることができなかった
。■多数の穴を有する石英板を光透過窓3の下部に挿入
する方法やテフロンフィルム巻取装置を挿入する方法で
は、全体として透過する光量が減少し、装置も大掛かり
なものとなる。
(発明か解決しようとする問題点) 本発明は前述の点に鑑み、長時間連続運転した場合でも
光透過率が低下することなく、しかも均一な光化学反応
を基板上にて行うことができる光励起プロセス装置を提
供し、J−うとするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明に係る光励起プロセス装置は上記問題点を解決す
るために、ガス反応室の上部または側部に円筒状のガス
回転室を有し、装置の内部または外部に光源を右する光
励起プロセス装置であって、前記ガス回転室とガス反応
室の間には中央に円形の開口部を有する隔壁が形成され
るかまたは前記ガス回転室はガス反応室より小さく、前
記ガス回転室は1つまたは複数のガス導入口を側面部に
有し、該ガス導入口は円筒中心に対して斜めの方向を向
き、且つ複数のガス導入口を有する場合は全てのガス導
入口が同一ガス流れを生じる方向を向き、前記ガス反応
室の側面には1一つまなは2つ以」−の反応ガス導入口
があることを1寺徴とする。
(作用) 」1記のように揚成される光励起プロセス装置は以下の
ように作用する。
ガス導入口よりガス回転室に導入されたガスは、ガス回
転室の内壁面に沿った回転層流となる。ガス回転室とガ
ス反応室の間には中央に円形の開口部を有する隔壁が形
成されているので、ガス回転室に形成された回転層流は
前記隔壁の円形の開口部で更に流れを整えられ、層流の
まま回転しながらガス反応室に下降する。ガス回転室が
ガス反応室より小さい場合も、ガス回転室に形成された
回転層流は、流れを乱されることなく層流として回転し
ながらガス反応室に下降する。
ガス反応室の反応ガス導入口より導入された− 9 = 反応ガスは、前記回転層流と混合されて均一な流れとな
る。この反応ガスは光源より発ぜられな光により励起さ
れ、ガス反応室内に設置された基板」−で光化学反応を
行う。その後、反応ガスは排気口より真空ポンプを経て
外部に放出される。
(実施例) 本発明に係る光励起プロセス装置を、以下の第1−図か
ら第7図に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
第1図は外部に光源を有する光励起プロセス装置を示す
9第2図は内部に光源を有する光励起プロセス装置を示
す。第3図は内部に放電電極を有する光励起プロセス装
置を示す。第4図は外部にマイクロ波電源(或は高周波
電源)を有する光励起プロセス装置を示す。第5図はガ
スの流れの可視化実験装置を示す。第6図は第5図で示
した実験を行った時の模様を上部から見た図である。第
7図は第5図で示した実験を−1−〇 − 行った時の模様を側面から見た図である。
第1図において、円筒状のガス回転室1は上部に、ガス
反応室2は下部に形成され、前記ガス回転室1とガス反
応室2の間には中央に円形の開口部を有する隔壁4が設
置されている93は光透過窓であり、ガス回転室1の上
部に設けられている。該光透過窓3の上部には光源(図
示せず)が設置されている。5.6はカス回転室1の外
周に設けられたガス導入口であり、本実施例においては
180°反対側に1つづつ設置されている。該カス導入
口5.6は円筒中心にダjして斜めの方向を向き、木実
施例においては右周りのカス流れをつくる方向を向いて
いる。
すなわち、ガス導入口5は紙面を貫通ずる方向を向き、
ガス導入口6は紙面から手前に向かう方向を向いている
。7は反応ガス導入IIIであり、木実施例ではガス反
応室2側面に設けられている。8は基板台座であり、適
切な手段(図示せず)によりカス反応室2内に固定され
ている。
=  11  = 9は基板であり、該基板台座8トに置かれている。なお
、前記反応ガス導入口は、基板9の上方にある。10は
ガス反応室2底面に設げられな排気口であり、真空ポン
プ(図示せず)と連結されている。
第2図において、11は光源でありガス回転室1内に適
切な手段(図示せず)で固定され、12は光源11とガ
ス回転室1の土壁面との間に適切な手段(図示せず)で
固定されたミラーである9木実施例においては光透過窓
3がなく、排気口10がカス反応室2側面下部に設けら
れていることを除けば、他の構成は第1−図と同しであ
る。
第3図はガス回転室1がガス反応室2より小さい場合で
、ガス回転室1内部に放電電極13を有する914は外
部に設置されたACおよびDC電源である。15はガス
反応室の上面であり、中央にガス回転室の横断面と等し
い大きさの開1]部が設けられている。光透過窓3と隔
壁4がなく、排気fi10がガス反応室2側面下部に設
けられていることを除けば、他の構成は第1図と同様で
ある。
第4図はガス回転室1がガス反応室2より小さい場合で
、ガス回転室1外部にマイクロ波放電〈或は高周波放電
)ガイI〜16および磁場コイル17を有する。光透過
窓3と隔壁4がないことを除けば他の構成は第1図と同
様である。
第5図において、18はドライアイス法におけるミス1
ル発生装置で、水滴トラップ1つを介してガス導入[1
5と連結されており、更にガス導入口6とも外部配管2
0により連結されている。光透過窓3がなく、排気口1
0がガス反応室2側面下部に設けられていることを除け
ば、他の構成は第]−図と同様である。背圧は10’T
Orrである。ガス回転室1およびガス反応室2は内部
が見えるように、透明容器で作成した。ガス導入[]は
円筒中心に対して約70°の角度を向き、右向きのガス
流れを作るように設置した。
第6図および第7図において矢印はガス層流の流れを示
す。
」1記のように4゛b)成される本実施例は以下のよう
に作用する。
第1−図に示す実施例は外部に光源がある場合である。
まず光化学反応を開始する前にガス回転室1およびガス
反応室2内の大気をパージする。パージ用ガスとしては
不活性ガスおよび水素、窒素などのキャリアガスが一般
的である。
ガス回転室1およびガス反応室2のパージ完了後に光源
からの光を照射する。光源としては前記したもののいず
れかを用いることができるが、本実施例においては水銀
ランプを用いた。
水銀ランプを発した光は外気を遮断する光透過窓3を透
過して、ガス回転室1に入る。ガス回転室1の側面に設
けられた2箇所のガス導入口5.6よりガス回転室1に
導入されるガスは、ガス導入口5.6が右周りのガス流
れを作るように、円筒中心に対して斜めの方向を向いて
いるので、右周りのガス回転層流がガス回転室1に形成
される。(左周りでも同様である。)ここで、カス導入
口5.6に導入されるガスは該カス回転室で化学反応を
起こさないガスであれはよく、不活性ガスはもちろん、
水素・酸素−窒素−炭酸ガスー希ガス・キャリアガス−
塩素系ガス−フッ素系ガス−ハロゲン系ガス−窒素系カ
ス等を用いることができる。本実施例では、アルコン希
釈の酸素カスを用いた。
ガス回転室1て形成された前記ガス回転層流は、隔壁4
により絞られるために、流れが乱れずに層流のまま、ガ
ス反応室2に流れ込む。反応ガス導入ロアより導入され
る反応ガスは基板9 j二部において前記の層流を形成
せるガス回転流と渾然一体となったガス層を形成する。
このカス層は、ガス回転室1を通過しガス反応室2に到
達した光によって励起され、基板9」二にて光化学反応
を起こす。その後、反応ガスは排気口10を経て真空ポ
ンプにより吸引されて外部に放出される。
本実施例においては反応ガスとしてS i I(4を用
いたので基板9」二にはSjO□が成膜する。
なお基板9としてはS1ウエハーを用いた。反応ガスお
よび基板9の種類は多岐に渡り、各種のものを用いるこ
とができる9また、反応ガスとして、A s l−13
、P l−13のようなガスが用いられる場合は、ガス
回転室内で化学反応が起こりにくいので、ガス導入口に
導入するガスを反応ガスと同一にすることもできる〜こ
の場合、反応ガスがガス回転室1であらかじめ励起され
るため、カス反応室2での反応速度が増大するという効
果も生じる。
第2図に示す実施例は光源が内部にある場合で、」1記
と同様に作用する。ガス層流は回転しながら下降するた
めに乱流となることなく、光源が光化学反応により汚さ
れることはない9な第3図はガス回転室がガス反応室よ
り小さい−1,6− 場合て、ガス回転室1て形成されるガス回転層流はガス
回転室が小さいなめ、排気口10より真空ポンプで排気
されていてもガス回転層流は乱れることなく、層流のま
まガス反応室2に下降していく。この場合は内部で放電
されるため、強い光強度を得ることができる。この場合
もガス層流は回転しながら下降するために、放電電極が
光化学反応により汚されることはない。
第4図は外部に光源用放電電源がある場合で、マイクロ
波放電(或は高周波放電)ガイドかあることを除けは゛
第3図と同様て゛、ガス層流は回転しながら下降するな
めに、ガス回転室1が光化学反応により汚されることは
ない。
以上、第1〜第4図の実施例は縦型として説明を行った
が、これらをそのまま横型としても同じ効果を得ること
ができる。
、第5図で示すようなガス流れの可視化実験を\ 行らた結果、第6図に示すように、ガス回転室ノー 1に導入されたドライアイス法によるミストは層流とな
って整然と回転している様子が、ガス回転室1上面より
観察された。この時の条件は圧力100 Torr、レ
イノルズ数1120で、トライアイス法によるミストは
約400(1)ンm i n導入された。その実験時の
ガス回転室1からガス反応室2へのガス流れについては
、第7図に示すようにミストが整然と下降している様子
が観察された。このように、本発明による方法はガス層
流が回転しながら下降するために、逆流が起こらない。
(効果) 本発明によれば回転するガス層流を血ることができるた
めに、基板]−での反応が均一化できるため安定した品
質で光化学反応を行うことができる。即ち、ガス回転室
で発生したガス回転層流は、回転したガス層流のままガ
ス反応室へ下降するため、基板台座回転を行ったのと同
様な効果t′、基板」二への化学反応を均一に行える、
2.l、+、ノ 効果も右する。
= 18− まノと本発明によればガス層流は回転しながら下降する
ために、光透過窓が光化学反応によって汚れるようなこ
とがないので長時間の連続運転が可能で、珪つ光透過窓
の面積を従来法より大きくすることかてきるため光透過
窓を通過する光量が増大し、反応の効率向上を図ること
ができる。同様に第2図に示すように内部に光源がある
場合も、光源で光化学反応が起こらないので光源が汚さ
れることはない。さらに極めて簡単な方法により回転す
るガス層流を得ることができるノとめ、装置を安価に製
作することができる。カス導入L1からのガス導入量に
ついても、層流を得るに必要な最低量であればよく、従
来法で光透過窓への汚れを防ぐために使用していたガス
量に比して少量で済む。
【図面の簡単な説明】
第1図は外部に光源を有する光励起プロセス装置を示す
。第2図は内部に光源を有する光励起プロ七″ス装置を
示す。第3図は内部に放電型−19= 極をイーする光励起プロセス装置を示す9第4図は外部
にマイクロ波電源(或は高周波電源)を有する光励起プ
ロセス装置を示す。第5図はガスの流れの可視化実験装
置を示す。第6図は第511で示した実験を行った時の
模様を上部から見た図である。第7図は第5図で示した
実験を行った時の模様を側面から見た図である。第8図
は外部に光源がある従来法の装置を示す。第9図は内部
に光源がある従来法の装置を示す。 1 ・−ガス回転室、2−−ガス反応室、3−一光透過
窓、4−一隔壁、5.6・・ガス導入口、7・・反応ガ
ス導入口、8・・基板台座、9−・基板、10・・JJ
[気口、11・・光源、12・・ミラー、13・−放電
電極、14・・電源、15・・上面、16−−マイクロ
波放電(或は高周波放電)ガイド、17−1磁場コイル
、18−−ミスIミ発生装置、1つ−−水滴トラップ、
20・・外部丙み管、21・・光源室、22・・パージ
ガス導入ノ ロ、23−一窓吹き付はガス導入[二l= 20− 屍8図 品9図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ガス反応室の上部または側部に円筒状のガス回転
    室を有し、装置の内部または外部に光源を有する光励起
    プロセス装置であって、前記ガス回転室とガス反応室の
    間には中央に円形の開口部を有する隔壁が形成され、前
    記ガス回転室は1つまたは複数のガス導入口を側面部に
    有し、該ガス導入口は円筒中心に対して斜めの方向を向
    き、且つ複数のガス導入口を有する場合は全てのガス導
    入口が同一ガス流れを生じる方向を向き、前記ガス反応
    室の側面には1つまたは2つ以上の反応ガス導入口があ
    ることを特徴とする光励起プロセス装置。
  2. (2)ガス反応室の上部または側部に円筒状のガス回転
    室を有し、装置の内部または外部に光源を有する光励起
    プロセス装置であって、前記ガス回転室はガス反応室よ
    り小さく、前記ガス回転室は1つまたは複数のガス導入
    口を側面部に有し、該ガス導入口は円筒中心に対して斜
    めの方向を向き、且つ複数のガス導入口を有する場合は
    全てのガス導入口が同一ガス流れを生じる方向を向き、
    前記ガス反応室の側面には1つまたは2つ以上の反応ガ
    ス導入口があることを特徴とする光励起プロセス装置。
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EP0328417A1 (en) 1989-08-16
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