JPH0239521A

JPH0239521A - 光ｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH0239521A
Application number: JP18823188A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Nakajima; 充雄中島; Takaaki Kamimura; 孝明上村; Hidetoshi Nozaki; 野崎　秀俊; Hisashi Sakuma; 尚志佐久間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1990-02-08

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、光化学反応を利用して被処理基板上に薄膜を
堆積する光ＣＶＤ装置に係わり、特に光源の発光強度の
安定化をはかった光ＣＶＤ装置に関する。

（従来の技術）近年、シラン（Ｓ　ｉＨ４）　、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）
或いはホスフィン（ＰＨ３）等の原料ガスを、光エネル
ギーにより反応・分解させて薄膜を形成する光ＣＶＤ法
が注目されている。この光ＣＶＤ法は、従来の熱エネル
ギーにより原料ガスを分解する熱ＣＶＤ法に比べ、低温
で膜形成を行うことができる。また、プラズマにより原
料ガスを分解するプラズマＣＶＤ法と比較して、ラジカ
ル反応のみで成膜が行えることから薄膜形成下地基板に
荷電粒子損傷を与えない点や、光が照射されている場所
でのみ成膜が起こるため膜欠陥の原因となる粉体の発生
が少ない点等で優れた方法であり、高品質の薄膜を形成
する方法として期待されている。

第４図は従来の光ＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図で
あり、図中１０は真空容器、１１は仕切り板として作用
する光透過窓、１２は反応室、１３は光源室、２１は被
処理基板、２２は支持台、２３はヒータ、２４は原料ガ
ス供給系、２５はガス排気系、３１は低圧水銀ランプ等
の光源、３２は反射板を示している。なお、光源室１３
内は窒素ガスによりパージされている。

この装置では、原料ガス供給系２４及びガス排気系２５
により反応室１３内の圧力を所望の値に制御すると共に
、ヒータ２３により基板２１の温度を所望の値に制御す
る。そして、光源３１を点灯しその光エネルギーにより
原料ガスを反応・分解することにより、基板２１上に薄
膜を堆積する。

例えば、原料ガスとしてシランを用いた場合、上記反応
により基板２１上にアモルファスシリコン膜が堆積され
ることになる。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような聞届
があった。即ち、光源３１はそれ自身から熱を発するも
のであるため、光源点灯後の時間の経過に伴い光源温度
は上昇する。さらに、光源３１を駆動する電源の電圧変
動等によっても光源温度は変化する。一方、光源３１に
は一般に光源自身の温度に依存する発光強度の変化があ
り、最大発光強度になる温度がある。従って、光源温度
が不安定な従来装置では、最大の発光強度を保つのが困
難であるのは勿論のこと、一定の発光強度を保つことも
困難である。このため、常に一定の状態で反応を行うこ
とはできず、厚さ方向に均質な膜を得ることが難しい。

また、光透過窓への膜付着防止のために蒸気圧の低いパ
ーフルオロカーボン系のオイルを塗布した場合、光源よ
り発する熱により光透過窓１１が加熱されるためオイル
を原因とした膜中不純物濃度が低減できない等の問題が
あった。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来の光ＣＶＤ装置では、光源自身の熱に
より光源温度が時間と共に上昇したり、電源電圧の変動
等により光源温度が変化するため、常に一定の状態で反
応を行うことはできず、厚さ方向に均一な膜を得ること
が難しかった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、光源温度を恒温化することにより常
に最大成いは一定光強度下での成膜を行うことができ、
厚さ方向に均質な膜の形成を可能とする光ＣＶＤ装置を
提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、光源の恒温化をはかることにあり、さ
らに恒温化手段として冷却ガスを用いるようにしたこと
にある。

即ち本発明は、光と原料ガスとの光化学反応により被処
理基板上に薄膜を堆積する光ＣＶＤ装置において、被処
理基板が収容され膜形成に供される原料ガスが供給され
る反応室と、この反応室に光透過窓を介して連設され該
光透過窓を通して反応室内に光を入射する光源が収容さ
れる光源室と、この光源室内に前記光源を囲むように配
置され且つ前記反応室側は光を透過する材質で形成され
た光源容器と、この容器内に配置され前記光源の温度を
検出する温度センサと、前記容器内に冷却ガスを導入す
ると共に容器内を通流した冷却ガスを容器外に導出する
手段と、前記温度センサで検出された温度に基づき前記
容器内を通流する冷却ガスの流量及び容器内のガス圧力
の少なくとも一方を制御して前記光源の温度を恒温化す
る手段とを具備してなるものである。

（作　用）本発明によれば、光源容器内の温度センサの検出信号に
より冷却ガスの流量及び容器内のガス圧力をそれぞれコ
ントロールすることにより、光源の温度を一定に保つこ
とができる。例えば、温度センサの検出温度が設定値よ
りも高い場合は冷却ガスの流量を増加させ、逆に検出温
度が設定値よりも低い場合には冷却ガスの流量を減少さ
せることにより、光源の温度を一定に保つことができる
。従って、光源の温度に依存する発光強度の変化をなく
し、安定した発光強度下で成膜を行うことが可能となり
、生成される薄膜の特性向上につながる。さらに、設定
温度を最大発光強度が得られる光源温度に選択すること
により、常に最大発光強度で成膜を行うことができ、ス
ルーブツトの向上をはかることも可能となる。また、光
源温度か高くなり過ぎることがないので、光透過窓１１
の温度上昇に起因するオイルから膜中への不純物の取り
込みを低減することも可能である。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる光ＣＶＤ装置の概略
構成を示す断面図である。図中１０は真空容器であり、
この容器１０は合成石英等からなる光透過窓１１により
上下に仕切られており、下側に反応室１２が形成され、
上側に光源室１３が形成されている。光透過窓１１の反
応室側には、パーフルオロカーボン系の膜付前防止用オ
イルが付着されている。

反応室１２内にはガラスやシリコン等からなる彼処理基
板２１を載置する支持台２２が収容されており、この支
持台２２には基板２１を加熱するためのヒータ２３が設
けられている。反応室１２内には、原料ガス供給系２４
から所定の原料ガス、例えばシラン、ジボラン、ホスフ
ィン或いはアセチレン等が供給され、また反応室１２内
のガスはガス排気系２５により排気されるものとなって
いる。

一方、光源室１３内には紫外光を発する低圧水銀ランプ
等の光源３１が収容されており、この光源３１の上方に
は反射板３２が配置されている。

そして、光源３１からの光及び反射板３２で反射した光
は、前記光透過窓１１を通して前記反応室１２内の基板
２１上に照射されるものとなっている。また、光源室１
３には窒素ガスラインが接続されており、光源室１３内
は窒素ガスにてパージされるものとなっている。

ここまでの構成は従来装置と同様であり、本装置がこれ
と異なる点は、光源温度を制御する手段を設けたことに
ある。即ち、前記光源３１及び反射板３２はこれらを囲
む光源容器４１内に収容されており、容器４１の反応室
側には光源３１及び反射板３２からの光を反応室１２内
に入射するための光透過窓４２が設けられている。容器
４１内には光源３１の温度を検出する熱電対等の温度セ
ンサ４３が配置されており、このセンサ４３の検出信号
は制御器４４に供給される。

また、容器４１にはガス供給量を可変できる冷却ガス供
給系４５が接続されており、容器４１内にはこのガス供
給系４５を介して冷却ガスが導入される。冷却ガスとし
ては光源３１の発光波長に対して光透過率の高いもので
あればよく、例えばＮ２やＡｒ等を用いればよい。容器
４１内に導入された冷却ガスは、容器４１内を通流した
後、圧力調整器４６を介して導出される。圧力調整器４
６は排気コンダクタンスを可変する機能を持つもので、
図示しない真空ポンプに接続されている。

そして、排気コンダタンスを変えることにより排気量を
可変し、これにより容器４１内の圧力を調整できるもの
となっている。

ここで、ガス供給系４５及び圧力調整器４６は前記制御
器４４からの制御信号に基づいて動作し、光源温度を一
定に保持するものとなっている。例えば、温度センサ４
３の検出温度が設定温度より高い場合は、制御器４４で
はガス供給系４５に供給量を増やす制御指令を送出し、
逆に検出温度が設定温度よりも低い場合は、制御器４４
ではガス供給系４５に供給量を減らす制御指令を送出す
る。

また、制御器４４では必要に応じて圧力調整器°４６に
圧力を増減する制御指令を送出する。つまり、光源温度
が設定値よりも高い場合はガスによる冷却効率を高め、
光源温度が設定値よりも低い場合は冷却効率を下げ、こ
れにより光源温度が常に一定に保持されるものとなって
いる。

次に、上記構成された本装置を用いた具体的な薄膜形成
の例として、アモルファスシリコン膜の形成について第
２図を参照して説明する。

まず、時刻ｔ。でガス排気系２５を作動させ、反応室１
２内を５　Ｘ　１０−６Ｔｏｒｒ以下まで排気する。

同時にヒータ２３により基板温度を２５０℃まで上昇さ
せる。その後、時刻ｔ１で原料ガスとして微量の水銀を
含んだシランを原料ガス供給系２４により反応室１２内
にｌＯ１０５ｃで導入し、排気系２５を調整して反応室
１２内の圧力を０．５Ｔｏｒｒにする。

この状態で、原料ガスの流れが安定するまで保持する。

次いで、時刻ｔ２で低圧水銀ランプ等の光源３１を点灯
して反応室１２内に　Ｌ８５ｎｍ、　２５４ｒｖの紫外
光を入射して水銀増感反応を利用してシランを分解し、
成膜を開始する。

光源３１の点灯後数分（時刻ｔ、）で光源３１はそれ自
身の発する熱により温度が１５０℃以上に上昇し、発光
強度が低下し始める。そこで、光源温度をセンサ４３で
検出し、光源３１が最大発光強度になる温度（例えば１
５０℃）よりも上昇したら、制御器４４からの制御信号
により冷却ガス供給系４５及び圧力調整器４６を作動さ
せ、紫外光に対して透明な冷却された窒素ガスを容器４
１内に導入し、常に光源３１の温度が一定になるように
容器４１内の冷却ガスの流量及び容器４１内のガス圧力
を制御する。このようにして常に一定の光強度の下でア
モルファスシリコンの堆積を行う。

成膜を終了するには、時刻ｔ４で光源３１を消灯し、さ
らに時刻ｔ、でヒータ２３をオフし原料ガスの導入を停
止する。ここで、連続して異なる種類の薄膜を堆積する
には、−旦光源３１を消灯したのち、ヒータ２３をオフ
することなく原料ガスの種類を変え、原料ガスの流れが
安定したのち再び光源３１を点灯すればよい。

かくして本装置によれば、光源温度を一定に制御できる
ため、光［３１の発光強度が常に一定となり、厚さ方向
に均質な膜が得られた。特に、光源３１の冷却媒体とし
て紫外光に対して透明なガスを用いているので、光源３
１から反応室側への光入射量を殆ど減衰することなく光
源３１を効率良く冷却することができる。ここで、冷却
媒体として液体を用いた場合、液体中の光の減衰が問題
となるので冷却媒体を光源３１の表面側（反応室側）に
流すことはできない。従って、光源３１の裏面側しか冷
却することかできず、冷却効率が悪いのである。

また、光透過窓１１の温度上昇が防げるために、光透過
窓１１に塗布した膜付着防止用オイルを原因とする膜中
不純物濃度の低減が可能となる。また本実施例では、光
源３１よりも僅かに大きい容器４１を用い、この容器４
１内に光源３１を収容しているので、冷却ガスの消費量
を少なくすることかできる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記光源室１３は必ずしも必要なく、第３
図に示す如く反応室１２に光源容器４１を連設するよう
にしてもよい。また、形成する膜はアモルファスシリコ
ンに限るものではなく、酸化シリコン、窒化シリコン、
その他各種の薄膜の製造に適用することができる。アモ
ルファスシリコンの場合には、膜形成用原料ガスはジシ
ラン等でもよく、原料ガスとしてはジボラン、ホスフィ
ン等を含んでいてもよい。

また、反応室内圧力、基板温度、原料ガス流量は所望の
膜により適宜定めればよく、さらにガスの励起は水銀を
含まない直接励起であってもよい。

また、光源は低圧水銀ランプに限るものではなく、重水
素ランプ等でも構わない。さらに、ヒータはコイル状の
電熱線に限るものではなく、ハロゲンランプでもよい。

また、光源と基板との間にシャッタを供えた装置でもよ
い。さらに、冷却ガスとしては、光源からの光に対して
透明なガスであれば窒素ガスに限られない。その他、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施する
ことができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、光源温度を検出し
て冷却ガスの流量及び圧力等をフィードバック制御して
いるので、光源の温度を一定に保持することができる。

従って、光源自身の温度に依存する発光強度の不安定さ
をなくし常に一定の発光強度が得られ、これにより厚さ
方向に均質な膜を形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる光ＣＶＤ装置の概略
構成を示す断面図、第２図は上記装置の作用を説明する
ための模式図、第３図は本発明の詳細な説明するための
断面図、第４図は従来装置の概略構成を示す断面図であ
る。１０・・・真空容器、１、４２・・・光透過窓、１２・
・・反応室、１３・・・光源室、２１・・・被処理基板
、２２・・・支持台、２３・・・ヒータ、２４・・・原
料ガス供給系、２５・・・ガス排気系、３１・・・光源
、３２・・・反射板、４１・・・光源容器、４３・・・
温度センサ、４４・・・制御器、４５・・・冷却ガス供
給系、４６・・・圧力調整器。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被処理基板が収容され膜形成に供される原料ガス
が供給される反応室と、この反応室に光透過窓を介して
連設され該光透過窓を通して反応室内に光を入射する光
源が収容される光源室と、この光源室内に前記光源を囲
むように配置され且つ前記反応室側は光を透過する材質
で形成された光源容器と、この容器内に配置され前記光
源の温度を検出する温度センサと、前記容器内に冷却ガ
スを導入すると共に容器内を通流した冷却ガスを容器外
に導出する手段と、前記温度センサで検出された温度に
基づき前記容器内を通流する冷却ガスの流量及び容器内
のガス圧力の少なくとも一方を制御して前記光源の温度
を恒温化する手段とを具備してなることを特徴とする光
ＣＶＤ装置。
（２）被処理基板が収容され膜形成に供される原料ガス
が供給される反応室と、この反応室に光透過窓を介して
連設され該光透過窓を通して反応室内に光を入射する光
源が収容される光源容器と、この容器内に配置され前記
光源の温度を検出する温度センサと、前記容器内に冷却
ガスを導入すると共に容器内を通流した冷却ガスを容器
外に導出する手段と、前記温度センサで検出された温度
に基づき前記容器内を通流する冷却ガスの流量及び容器
内のガス圧力の少なくとも一方を制御して前記光源の温
度を恒温化する手段とを具備してなることを特徴とする
光ＣＶＤ装置。