JPH04206628A - 光励起プロセス装置 - 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、半導体や液晶デイスプレィ等の製造に用いら
れる光励起プロセス装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、光のエネルギーを用い、塩素ガスなとのハロゲン
ガスを分解しシリコンウェハ等をエツチングする光エツ
チング装置や、シラン、シンランなとの化合物ガスを分
解し、シリコンウェハやガラス基板上に薄膜を形成する
光ＣＶＤ装置の開発か積極的になされている。これら光
を用いた光励起プロセス装置は、プロセスの低温化か可
能であり、荷電粒子による基板や形成膜の劣化も発生し
ないことから、次世代のデバイス製造方法として大きく
注目されている。

従来から用いられてきた光励起プロセス装置について、
第４図を用いて簡単に説明する。図において、１は処理
すべき基板４を収容する反応室であり、反応ガスの導入
系及び排気系かそれぞれ導入口５および排気口６に接続
されている。この反応室１中には、基板４を装着するス
テージ２が設置され、通常、ヒーター３等により一定温
度に制御されている。またこの反応室１は、通常、石英
製の小孔を多数持った噴出板７を介して光源室８と接続
されている。光源室８には、光化学反応に好適な波長を
放出する光源１０か設置されており、基板４上に光を照
射てきるようになっていると共に、不活性ガスの導入系
も導入口９に接続されていて不活性ガス室をも形成して
いる。

反応ガスは、反応ガス導入系から導入口５を経て基板４
の表面にほぼ平行にシート状に導入され、好適な波長の
光により分解又は反応を起こし、該基板４上に薄膜を堆
積する。この時、不活性ガス導入口９より導入した不活
性ガスを、小孔を多数持った噴出板７を通して基板４の
表面に対向するように反応室１へ導入し、光源１０のラ
ンプ表面への膜付着を防止できるように構成されている
。

上記のように構成された光励起プロセス装置において、
その心臓部ともいえる光源１０は、通常、高圧水銀灯、
低圧水銀灯、キセノンランプ、重水素ランプ、希ガス共
鳴線ランプ等か使用されているか、かかる光源において
は、６〜８吋の大口径シリコンウェハや液晶用大型ガラ
ス基板を用いた場合、均一な照度で、しかも高照度に光
照射することか難しく、成膜速度か小さく、堆積膜にお
いても膜厚分布か悪くなるという問題かあった。特に、
重水素ランプや希ガス共鳴線ランプなとの比較的短波長
を発生させる光源においては、使用できる光透過材料か
非常に限定されているため、大面積、高照度の光源は、
全く開発されていなかった。従って光源の大面積化は、
本質的で、深刻な問題であった。

上記の問題に対処するために、本発明者らは、先に提案
した特開昭６２−２０６８２３号公報に示すような、比
較的小さな多数の放電管ユニット（電極）を並へ各放電
管ユニット間に穴の開いた仕切りを設けた大面積照射用
光源を改良した、新しい光励起プロセス装置用光源を開
発（発明）した。このものは、第３図（ａ）に示すよう
に、内部か冷却水用通路をなす中空状のランプハウスＩ
Ｉ内に、小さなランプ１２か多数個（同図（ｂ）では１
９個）平面上又は曲面上に等間隔配置され、これらの各
ランプ１２の周囲は、冷却水人口１３より流入し冷却水
出口１４より流出する冷却水によって冷却されるように
なっており、また各ランプ１２には制御装置１５か接続
され、各ランプ１２を独立して点灯・消灯又は任意の長
さてパルス発光させるようになっている。

〔発明か解決しようとする課題〕

上記の新しく開発した光励起プロセフ装置用光源により
、上述した本質的て深刻な光源の問題を解決してきた。

しかしなから、その後の検討結果によると、上記したよ
うな構成をもつ光励起プロセス装置において、光源を大
きくするに伴い石英製の小孔を多数持った噴出板（第４
図の７に相当する。）も大きくする必要かあるか、その
ような大面積にわたり、小孔を多数形成することは非常
に難しく、高コスト化になるという問題が新たに発生し
た。さらには重水素ランプや希ガス共鳴線ランプのよう
な比較的短波長の真空紫外光源を用いた光励起プロセス
装置においては、小孔を多数持った噴出板の材料として
ＭｇＦ２．　ＣａＦ２．　　ＬｔＦ、サファイアなとの
非常に限られた材料しかなく、大面積のものは、入手困
難でしかも脆い材料であるため、効率良く小孔を形成す
ることかできないことも判明した。

本発明は、上記のような独立した、比較的小さなランプ
を平面又は曲面上に多数個配置してなる大面積光源を用
いたために発生した新たな問題点を解決し、低コストで
、光路の障害にならず、どのような光源の大きさに対し
ても、しかもとのような光の波長に対しても使用可能な
、小孔を多数持った噴出板を具備した光励起プロセス装
置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明の光励起プロセス
装置は、処理すべき基体を収容する反応室と、該反応室
内に反応ガスを導入及び排気する手段と、該反応ガスを
光化学反応させ、該基体上に薄膜を形成させるための、
独立した、比較的小さなランプを平面又は曲面上に多数
個配置してなる光源と、該光源を収容する光源室と、該
反応室と該光源室の間に、小孔を多数持った噴出板を配
置し、該反応室内に収容された基体の表面にほぼ平行に
第一のガス流をシート状に導入し、かつ該基体の表面に
対向するように第二のガス流を該小孔を多数持った噴出
板から導入して、該基体の表面近傍に層流状態を保持す
るようにした光励起プロセス装置において、前記独立し
た、比較的小さなランプとランプの間に、前記小孔を多
数持った噴出板を配置したことを特徴としている。

〔作　用〕

上記のように構成した本発明による光励起プロセス装置
は、比較的小さなランプを平面又は曲面上に多数個配置
した大面積光源を用いているため、個々のランプとラン
プの間に小孔を多数持った噴出板を配置することが可能
てあり、このような配置のため光路の障害には全くなら
ない。従ってこの噴出板における光吸収はゼロであり、
光源からの光を最−も効率良く使用できるので、大面積
の基板上で、均一で、しかも高い光照度が得られる。

またこの小孔を多数持った噴出板は光学的に不透明な、
例えばステンレス、アルミニューム等の金属を用いるこ
とかできるため、穴開は加工か容易で、従って、低コス
トで製作する二とかできる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す光励起プロセス装置
の断面図であって、図中、第３図（ａ）に記載した符号
と同一の符号は同一ないし同類部分を示すものとする。

図において、内部か冷却水用通路をなす中空環状のラン
プハウス１１内に、小さなランプ１２か多数個（この実
施例では１９個）平面上又は曲面上に等間隔配置され、
これらの各ランプ１２の周囲は、冷却水人口１３より流
入し冷却水出口１４より流出する冷却水によって冷却さ
れるようになっており、また各ランプ１２には制御装置
１５か接続され、各ランプ１２を独立して点灯・消灯又
は任意の長さてパルス発光させるようになっている点は
、先に開発したもの（第３図（ａ））と変りはない。

本実施例では、独立した比較的小さなランプ１２とラン
プ１２の間に、上記ランプハウス１１の底部に接して一
側を不活性ガスの導入口２９に接続した不活性ガス室３
０か形成され、該不活性ガス室３０は、各ランプ１２の
下端部と同一平面上に配置された、小孔を多数持った噴
出板３１を介して、下方の反応室２１と接続されている
。

上記反応室２１には処理すべき基板２４か収容され、反
応ガスの導入系及び排気系かそれぞわ導入口２５及び排
出口２６に接続されている。また該反応室２１中には、
基板２４を装着する回転可能なステージ２３が設置され
、通常、加熱又は冷却等の温度制御装置２２により一定
温度に制御されている。

第２図は、第１図における光源２０の平面図であって、
小孔を多数持った噴出板３１には、ランプ１２を除いた
部分に、不活性ガスの噴出する多数の小孔３２か穿設さ
れている。該噴出板３１は、放出ガスやプロセスガスと
の反応性、加工性に問題がなければ、材質は何でもよい
か、コスト面からはステンレス、アルミニュームなとの
金属材料が好ましい。

次に、作用について説明すると、作動時、ガスの流れは
、第１図の波線に示すように、反応ガスは反応ガス導入
口２５から基板２４の表面にほぼ平行にシート状に導入
され、好適な波長の光により分解又は反応を起こし、基
板２４上に薄膜を堆積する。

この時、不活性ガス導入口２９より導入した不活性ガス
を、小孔を多数持った噴出板３１を通して基板２４の表
面に対向するように反応室２１へ導入することで、基板
２４近傍で反応ガス流の舞上がりを押え込むと共に、反
応ガス成分の乱流拡散を防止するため、反応ガス成分か
基板近傍にのみ押え込まれ、ランプ３０の表面に膜か付
着するのを防止している。

また、光源２０に、比較的小さなランプ１２を平面上に
多数個配置した大面積光源を用いているため、個々のラ
ンプ１２とランプ１２の間に、不活性ガスを噴出する小
孔３２を多数持った噴出板３１を配置することか可能で
あり、このような配置のため光路の障害には全くならな
い。従って、該噴出板３１における光吸収は零てあり、
光源からの光を最も効率良く使用できるので、大面積の
基板上で、均一で、しかも高い光照度か得られる。また
、小孔３２を多数持った噴出板３１は、光学的に不透明
な、例えばステンレス、アルミニューム等の金属を用い
ることかてきるのて、穴開げ加工の容易で、従って低コ
ストで製作することかてきる。

上記した実施例において、噴出板３１とランプ１２か同
一平面に揃った構造について説明したか、該噴出板３１
かランプ１２の側面から放射される光の光路障害になる
場合は、これらのランプ１２を噴出板３１より突出した
配置にしてもよい。また、各ランプ１２を平面上に配置
した構造について説明したか、曲面上に多数個配置して
もよい。

また、上記した実施例において、個々のランプ１２に別
々に制御装置（系）１５を接続し、光源２０自身に任意
の照度分布を形成できる自由度を持つ構造について説明
したか、コスト等の観点から上記制御装置１５を一つに
まとめてもよい。

また、本発明における比較的小さなランプの種類に関し
ては、高圧水銀灯、低圧水銀灯、キセノンランプ、重水
素ランプ、希ガス共鳴線ランプ等かよく用いられるか特
に限定しない。また、本発明にδげる多数個とは、照度
、均一性の観点から３個以上か好ましい。またランプと
ランプの間隔については、特に限定しないか、照度、均
一性の観点から富なほど好ましい。

〔実験例〕

本発明による光励起プロセス装置を用いた実験において
、第３図（ａ）　（ｂ）の配置と同様に、直径約２０＝
の小型重水素ランプ１９本を、平面上にランプ間距離４
０ルの等間隔配置で作製し、大面積光源とした。更に、
ステンレスで製作した厚さ３−１直径約０６市の小孔３
２を多数持った噴出板３１を、第２図のように個々のラ
ンプ１２の間に配置した。

基板２４に５インチウェハ、反応ガスにンノラン、不活
性ガスにアルゴンを用い、ステージ２３を回転させなが
ら、ウェハを２５０°Ｃて加熱コントロールしてアモル
ファスシリコンの成膜を１時間行なったところ、ウェハ
全面にアモルファスシリコンか堆積した。この堆積膜の
膜厚を測定したところ、５インチウェハ内で±５％以内
の良好な膜厚均一性か得られており、その平均膜厚は約
２０００人てあった。この成膜実験を５０回繰返えし行
ったか、ランプ表面での膜付着は全く見られず、完全な
膜付着防止を実現できていることか確認された。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明者らにより先に発明された
、独立した比較的小さなランプを平面又は曲面上に多数
個配置した大面積光源に、小孔を多数持った噴出板を、
上記ランプとランプの間に組入れるようにしたことによ
り、大面積で、光の利用効率か高く、しかもどのような
波長の光源をも使用可能で、均一な膜厚でしかも保守な
して長時間の成膜が可能な大面積基板用の光励起ブ０セ
ス装置を得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す光励起プロセス装置の
断面図、第２図は本発明による光源の平面図、第３図（
ａ）及び（ｂ）は本発明者らが先に発明した大面積光源
の断面図及び平面図、第４図は従来例を示す断面図であ
る。 １１・・ランプハウス、１２・・・小型ランプ、１３・
・・冷却水入口、１４・・・冷却水出口、１５・・・制
御装置、２０・・・光源、２１・・・反応室、２２・・
・ステージ温度制御装置、２３・・・ステージ、２４・
・・基板、２５・・・反応ガスの導入口、２６・・・排
気口、２９・・・不活性ガスの導入口、３０・・・不活
性ガス室、３１・・・噴出板、３２・・・小孔。 （′Ｙ）（−Ｘ１ 手続補正書（象） 平成３年２月１日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、処理すべき基体を収容する反応室と、該反応室内に
   反応ガスを導入及び排気する手段と、該反応ガスを光化
   学反応させ、該基体上に薄膜を形成させるための、独立
   した、比較的小さなランプを平面又は曲面上に多数個配
   置してなる光源と、不活性ガスを導入する室と、該反応
   室と該不活性ガス室の間に、小孔を多数持った噴出板を
   配置し、該反応室内に収容された基体の表面にほぼ平行
   に第一のガス流をシート状に導入し、かつ該基体の表面
   に対向するように第二のガス流を該小孔を多数持った噴
   出板から導入して、該基体の表面近傍に層流状態を保持
   するようにした光励起プロセス装置において、前記独立
   した、比較的小さなランプとランプの間に、前記小孔を
   多数持った噴出板を配置したことを特徴とする光励起プ
   ロセス装置。