JPH01312075A - 光化学反応装置 - Google Patents

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、光化学反応装置に係り、特に光化学反応を用
いた薄膜形成に際し、光入射窓の曇りを防止しながら、
効率的に基板に対し均一な薄膜を作製するのに好適な光
化学反応装置に関する。

〔従来の技術〕

光化学反応は、反応性ガスにそのカスの吸収波長に応じ
た波長を有する光を照射することにより化学反応を促進
するものである。照射する光と反応ガスとの組合せによ
り反応を選択的に進行させることが可能である。さらに
光化学反応は熱化学反応のような高温が要求されないの
でプロセスの低温化に有効である。また、プラズマ反応
のような荷電粒子の影響がないため、堆積した膜の下地
膜及び成膜した膜中に損傷がないことから、光化学反応
はゲート酸化膜、アニール用保護膜、バンシヘーション
膜及びアモルファスシリコン膜の形成に有効であると考
えられている。

しかしながら、光化学反応を用いた薄膜製造装置では、
反応容器内に反応ガスを供給し、基板上に薄膜を堆積さ
せるものであるため、光を透過させる光入射窓に反応生
成物が（＝Ｊ着して反応容器内の光の強度が低下する問
題がある。光入射窓の表面に反応生成物が付着すること
を防止する光化学的気相堆積装置として特開昭６０−７
４４２７号公報に記載のものが知られている。

上記の光化学反応装置では、光入射窓付近に光化学反応
を起こさないガス（例えば不活性ガス）を層流にしてパ
ージするようになっている。そして、反応ガスを供給後
、基板にガスが到達するまでにガスの流れを滑らかにす
るための薄い板を配設し、反応ガスと平行して光化学反
応を起こさないガスにも同様な板を配設している。

〔発明が解決しようとする課題］ 上記した従来の光化学気相堆積装置では、不活性ガスを
反応容器内に層流で流すことにより反応ガスを光入射窓
に到達させないことを狙っている。

しかし、本発明者らの種々の実験の結果、反応ガスが反
応容器外に排気されるまでのガス流路について充分な配
慮がなされておらず、基板、サセプタ等の設置状態によ
り反応ガスが光入射窓に到達して光入射窓に曇りが生し
るという問題がある。

即ち、光化学反応を使用する場合、熱化学反応よりも低
温下で行うことができが、通常、化学反応を促進させる
ために基板を３００°Ｃ程度まで加熱している。この熱
によって基板付近で層流となっていた流れは、基板上で
熱対流により乱れやすくなる。このような流れの乱れに
より反応生成物が光入射窓に付着し、光入射窓に曇りが
生しる問題がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、加
熱された基板付近での熱対流による反応生成物の光入射
窓に対する伺着を防止し、常時、高い光強度を維持して
基板に対し、効率的に薄膜を堆積させることができる光
化学反応装置を提供することにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記した目的を達成するために、本発明は反応容器内に
導入されるガスとして、光化学反応に関係しないガスを
光源側に導入し、反応ガスを基板側に導入するための整
流ガス供給用ノズルのガス吹出し口を多数の連通孔を有
する多孔質物質で構成し、反応容器内に設置される基板
を整流ガス供給用ノズルよりも上方に配置させ、この基
板に対面する位置に光入射窓を配置し、排気口は整流ガ
ス供給用ノズルと対面する位置に配置するようにしたも
のである。

〔作用〕

整流ガス供給用ノズルのガス吹出し口は、多数の微細な
連通孔（例えば、数μｍ〜０．１μｍ）を有する多孔質
物質で形成されている。多孔質物質は、各連通孔の開口
面積が小さく、ノズル外部との圧力差が大きくなる。こ
のため、ノズル内の圧力はほぼ一定となり、名札での圧
力差は同じになり、ガス吹出し口から吹き出されるガス
は、偏流することがない。

また、孔は、ガス吹出し口の全面に均一に形成されるか
ら吹出し口の全面から一様に、かつ穏やかにガスを反応
容器内に流すことができ、ガスを整流状態とすることが
できる。

この際、光化学反応を促進させるために、基板を加熱す
ると、反応容器内のガスは暖められ、上昇気流か生しる
が、基板は整流ガス供給用ノズルよりも上方に位置し、
この基板側に反応ガスが層流状態で流れるため、反応ガ
スの温度上昇による流れの乱れがなく、反応ガスが光入
射窓に到達することがない。

したがって、光入射窓側は光化学反応に関係しないガス
に覆われるため、反応生成物の付着による光入射窓の曇
りが回避される。

〔実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の光化学反応装置の第１実施例を示す縦
断面図である。

第１図において、１は反応室、２は光源、３は光入射窓
、４は光化学反応に関係しないカス、５は反応（原料）
ガス、６ａ、６ｂは整流ガス供給用ノズル、７は基板、
８はサセプタ、９は基板加熱用ヒータ、１０ａ、１０ｂ
は排気Ｉ」である。

反応室１は断面矩形状に形成され、底部に光入射窓３が
埋設されており、反応室１の内部底面と光入射窓３の上
面は同一面を構成している。光源２は光入射窓３の下方
から照射するようになっている。

この光入射窓３に対面する反応室１の天井部は凹部状に
形成され、この凹部内に基板加熱用ヒータ９が設置され
る。また、サセプタ８は、その下面で反応室１の天井面
と同一面を構成するように前記凹部内に着脱自在に設置
可能となっている。

反応室１の一端側側面部には、整流ガス供給用ノズル６
ａ及び６ｂが二段に配置され、上部側の整流ガス供給用
ノズル６ａには反応ガス５が導入され、下部側の整流ガ
ス供給用ノズル６ｂには光化学反応に関係しないガス４
が導入するようになっている。

整流ガス供給用ノズル６ａ及び６ｂは、それぞれ断面矩
形状の筒状に形成され、それらのガス吹出し口は微細な
連通孔を有する多孔質物質で構成されている。多孔質物
質は、多数の微細連通孔を有し、例えば、平均粒径が０
．１μｍ〜１ｍｍのステンレス等の金属又はセラミック
スの焼結体あるいはテフロン等で形成された多孔体から
なるものが望ましい。平均粒径が０．１μｍよりも小さ
いと、孔に目詰まりが生じやすく、平均粒径が１ｍｍよ
りも大きいと、所定のガスを整流化するという本発明の
効果を達成することが困難となる。

なお、より望ましくは平均粒径は０．２μｍ〜５００μ
ｍ程度が有効である。

整流ガス供給用ノズル６ａ及び６ｂに対面する反応室１
の側面部には、排気口１０ａ及び１０ｂが設けられてい
る。これらの排気口１０ａ及び１０ｂは、整流ガス供給
用ノズル６ａ及び６ｂのガス吹出し口の大きさ及び配置
位置に対応した大きさを有し、かつ、その配置が設定さ
れる。

次に上記のように構成される光化学反応装置の作用につ
いて説明する。

反応室１外に抜き出されたサセプタ８に対し、基板７を
サセプタ８の凹部に埋没した状態でセットする。そして
、サセプタ８を反応室１に装着し、サセプタ８を装置本
体に固定する。反応室１内は、排気装置（図示せず）に
より排気口１０ａ及び１０ｂを介して、例えば１０−５
ｔｏｒｒ程度になるように排気される。次に基板加熱用
ヒータ９により基板７は所定温度（１５０°Ｃ〜４５０
’Ｃ）まで加熱されると同時に光ｔＸ２　（例えば、低
圧水銀ランプとする）が点灯される。

この状態で整流ガス供給用ノズル６ａに反応ガス５が導
入され、整流ガス供給用ノズル６ｂに光化学反応に関係
しないガス４が導入される。ここで、光化学反応に関係
しないガスとして例えば、Ｎ２ガス、Ａｒガス、Ｈ，、
ガス等が使用される。

一方、反応ガスとしては、例えば、５ｉＯｚ膜を堆積さ
せる場合、ＳｉＨ４＋０２．５ｉＨａ＋Ｎ２０．５ｉ２
０６＋ｃ）ｚ、５ｉＯ７＋Ｎ２０等が使用され、また、
ＳｉＮ膜を堆積させる場合、５ｉＨｎ＋ＮＨｉ等が使用
される。

上記したそれぞれのガスは、整流ガス供給用ノズル６ａ
及び６ｂの吹き出し口を構成する多孔質物質の多数の連
通孔を介して反応室１内に吹き出される。この場合、一
般にノズルからのガスや流体の流量は、ノズル前後での
圧力差の２分の１乗に比例する。したがって、多孔質物
質前後の圧損が大きい。このため、整流ガス供給側ノズ
ル本体内のガス圧力はほぼ一定値となり、多孔質物質で
形成された吹き出し口から吹き出すガスの流速は、多孔
質物質面で一様となり、整流カス供給相ノズル本体の長
手方向での偏流は起こらない。さらに多孔質物質表面に
は多数の孔を有するのでそれらの孔から吹き出すガスの
流速は、極めて小さい。

しかも名札が極めて近接しているので各孔間に存在する
デッドスペースが相対的に小さくなり、ノズルより吹き
出すガスの乱れや偏りがなく、整流されたものとなる。

このようにしてそれぞれ整流されたガスが反応室１内に
導入される。反応室１内は、第１図に示すようにガスの
吹き出し方向に平行する反応室１内の壁面には凹凸がな
く、また、整流ガス供給用ノズル６ａ及び６ｂと排気口
１０ａ及び１０ｂは対応した大きさ及び配置状態となっ
ている。このため、光化学反応に関係しないガス４は、
反応室■内の下部側を、反応ガス５は反応室ｌ内の上部
側をそれぞれ層状となって流動する。光化学反応により
生成した反応生成物は、基板７上に薄膜となって堆積す
る。

このとき、基板７は基板加熱用ヒータ９により加熱され
るが、暖められるガスは、反応室１内上部の基板７付近
であり、層流の流れを乱す上昇気流は生しにくい。

因に従来の光化学反応装置では、基板上で上昇気流が生
し、反応ガスは光入射窓に到達して反応生成物が光入射
窓に付着する。これを防止するためには、基板の大きさ
が１０１００Ｘ１００、又は直径１００　ｍｍのとき、
光化学反応に関係しないガス層の厚さを６０ｍｍとする
必要がある。

ところが、本実施例では、上記した作用により光化学反
応に関係しないガス層の厚さを３Ｏｎ＋ｎ＋程度として
もガス流れを乱すことがなく、ガスを排気口１０ａ及び
１０ｂに到達させることができる。

光化学反応では、照射する光の強度が大きい拡反応速度
を大きくすることができる。したがって、反応に関係し
ないガス層の厚さを薄くできることは、反応ガス、基板
へ照射される光の強度を高くでき、反応速度を大きくで
きる効果がある。

第２図は、本発明の光化学反応装置の第２実施例を示す
縦断面図である。第２図において、１１は反応室、１２
は光源、１３は光入射窓、１４は光化学反応に関係しな
いガス、１５は反応ガス、１６ａ、１６ｂは整流ガス供
給用ノズル、１７は基板、１８はサセプタ、１９は基板
加熱用ヒータ、２０ａ及び２０ｂは排気口である。

即ち、この光化学反応装置は、第１図に示す装置を縦型
としたものであり、このため、第１実施例における効果
の他に装置の設置専有面積を小さくでき、さらに装置全
体をコンパクトにできる効果がある。

第３図（Ａ）は本発明の光化学反応装置の第３実施例を
示す縦断面図、第３図（Ｂ）は第３図（Ａ）のＡ−Ａ線
断面図である。

第３図において、２１は反応室、２２は光源、２３は光
入射窓、２４は光化学反応に関係しないガス、２５は反
応ガス、２６ａ、２６ｂは整流ガス供給用ノズル、２７
は基板、２８はサセプタ、２９は基板加熱用ヒータ、３
０ａ及び３０ｂは排気口である。

本実施例では、反応容器は円筒形の合成石英ガラスで構
成されている。反応容器内でガスの流れを乱れを防止す
るには、反応容器内面で凹凸を有しないように光入射窓
の形状等、反応容器の製作精度が高いことが要求される
。

本実施例において、円筒形の合成石英ガラス管を使用し
ているため、反応容器内面を凹凸を有しない形状とする
ことが容易となる。また、反応容器内は減圧下が使用さ
れることが多く、光入射窓は耐圧性が要求される。通常
の板状の光入射窓の場合、上記の耐久性の点からその肉
厚は１０胴以上とされる。

しかし、本実施例のように円筒形からなる場合、肉厚５
　ｍｍ程度でも充分な耐圧性を維持できる。光化学反応
では、照射する光の強度が大きい程、反応速度を大きく
でき、合成石英ガス管の肉厚が薄いことは、管による光
の吸収量が少なくなり、反応速度を大きくすることがで
きる。

第４図は本発明の光化学反応装置の第４実施例を示し、
第３図（Ｂ）相当図である。第４図において、３２は光
源、３３ば合成石英ガラス、３６ａ、３６ｂは整流ガス
供給用ノズル、３７は基板、３８はサセプタ、３９は裁
板加熱用ヒータである。

本実施例においては、第３実施例と比較すると、光入射
窓を構成する合成石英ガラスの肉厚はやや厚くなるが、
光源３２からのランプ光の有効利用を図ることができる
。したがって、基板３７に対する先の強度を高くするこ
とができる。

なお、上記した実施例では、光ＣＶＤ法による薄膜形成
について説明したが、本発明は光励起エンチングに適用
できることはいうまでもない。例えば、８１基板上に形
成した熱酸化５ｉｎ２膜の上に、更にリン添加ポリＳｉ
膜をＣＩ！、、Ｆを含むガス（例えばＣ１２ガス）中で
低圧水銀ランプからの紫外光を照射して、エツチングを
行うことができる。

また、整流ガス供給用ノズル内に加熱ヒータを設置する
と共に整流ガス供給用ノズル内を排気する手段を設け、
多孔質物質内で目詰まりの原因となる反応生成物を揮散
させ、かつ排気することにより安定したガスの供給を行
うことができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、成膜操作時、基板を加熱
した際にも反応室内の光入射窓側に光化学反応に関係し
ないガスを、基板側に反応ガスをそれぞれ層流にして流
すことができるため、光入射窓の曇りを防止し、効率的
に基板に対し薄膜を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光化学反応装置の第１実施例を示す縦
断面図、第２図は本発明の光化学反応装置の第２実施例
を示す縦断面図、第３図（Ａ）は本発明の光化学反応装
置の第３実施例を示す縦断面図、第３図（Ｂ）は第３図
（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、第４図は本発明の光化学反応
装置の第４実施例を示し、第３図（Ｂ）相当図である。 ］、１１．２１・・・・・・反応室、２，１２．２２・
・・・・・光源、３，２３．２３・・・・・・光入射窓
、４．１４゜２４・・・・・・光化学反応に関係しない
ガス、５，１５゜２５・・・・・・反応ガス、６ａ、６
ｂ、１６ａ、１６ｂ。 ２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂ・−・・・整流ガス供
給側ノズル、７．１７，２７．３７・・・・・・基板、
８゜１８．２８．３８・・・・・・サセプタ、９，１９
．２９゜３９・・・・・・基板加熱用ヒータ、１０ａ、
１０ｂ、２０ａ、２０ｂ、３０・・・・・・排気口。 代理人　弁理士　西　元　勝　− 第３図 （Ａ） 第４図 、ｉｂａ　　５ｂｔ：＋

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応性のガスを反応容器内に導入し、光源から照
   射した光により反応容器内で光化学反応を起こし、加熱
   された基板上に薄膜を堆積する装置において、前記反応
   容器内に微細な多数の連通孔を有する多孔質物質からな
   るガス吹出し口を備え、反応ガスと光化学反応に関係し
   ないガスとをそれぞれ分離して容器内に層流として流す
   ための整流ガス供給用ノズルを設け、前記基板を前記整
   流ガス供給用ノズルよりも上方の位置に設置すると共に
   この基板に対面する位置に光入射窓を配置し、かつ前記
   整流ガス供給用ノズルと対面する位置に排気口を配置し
   、前記整流ガス供給用ノズルからの反応ガスを前記基板
   側に流し、前記整流ガス供給用ノズルからの光化学反応
   に関係しないガスを前記光入射窓側に流すようにしたこ
   とを特徴とする光化学反応装置。
2. （２）前記整流ガス供給用ノズルを前記反応容器の側面
   部に配置し、この整流ガス供給用ノズルに対面する反応
   容器の側面部に排気口を配置すると共に前記基板を反応
   容器の上部に配置し、前記光入射窓を反応容器の底部に
   配置したことを特徴とする請求項（１）記載の光化学反
   応装置。
3. （３）前記整流ガス供給用ノズルを反応容器の底部に配
   置し、前記排気口を反応容器の上部に配置すると共に前
   記基板及び前記光入射窓をそれぞれ前記反応容器の側面
   部に配置したことを特徴とする請求項（１）記載の光化
   学反応装置。
4. （４）前記整流ガス供給用ノズルのガス吹出し口は、微
   粒焼結多孔体からなることを特徴とする請求項（１）記
   載の光化学反応装置。
5. （５）前記整流ガス供給用ノズルから前記排気口に至る
   反応容器内面を凹凸を有しない構造としたことを特徴と
   する請求項（１）記載の光化学反応装置。