JPH09263931A - 真空処理方法、およびその真空処理装置 - Google Patents
真空処理方法、およびその真空処理装置Info
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- JPH09263931A JPH09263931A JP9631196A JP9631196A JPH09263931A JP H09263931 A JPH09263931 A JP H09263931A JP 9631196 A JP9631196 A JP 9631196A JP 9631196 A JP9631196 A JP 9631196A JP H09263931 A JPH09263931 A JP H09263931A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＶＤ、スパッタリング、分子線エピタキ
シ、蒸着、イオン注入、その他の真空処理において、形
成される薄膜ないしは被処理物中の不純物濃度を低くす
る真空処理方法、およびその真空処理装置を提供するこ
と。 【解決手段】 プラズマＣＶＤ装置１の真空槽１１内
に、その内壁を覆うようにシュラウド１６を設け、成膜
前のベーキング時には２５０℃のシリコンオイルを流し
て真空槽１１の内壁等をベーキングし、成膜時には−３
０℃のシリコンオイルを流して真空槽１１からの不純物
ガスの放出を抑えると共に、プラズマの熱を吸収させ
る。また、真空槽１１内は磁気軸受型ターボ分子ポンプ
１９によって成膜前には１０-10 Ｔｏｒｒの圧力まで排
気し、原料のシランガスはガス精製器３３を経由させて
真空槽１１内へ導入する。
シ、蒸着、イオン注入、その他の真空処理において、形
成される薄膜ないしは被処理物中の不純物濃度を低くす
る真空処理方法、およびその真空処理装置を提供するこ
と。 【解決手段】 プラズマＣＶＤ装置１の真空槽１１内
に、その内壁を覆うようにシュラウド１６を設け、成膜
前のベーキング時には２５０℃のシリコンオイルを流し
て真空槽１１の内壁等をベーキングし、成膜時には−３
０℃のシリコンオイルを流して真空槽１１からの不純物
ガスの放出を抑えると共に、プラズマの熱を吸収させ
る。また、真空槽１１内は磁気軸受型ターボ分子ポンプ
１９によって成膜前には１０-10 Ｔｏｒｒの圧力まで排
気し、原料のシランガスはガス精製器３３を経由させて
真空槽１１内へ導入する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＣＶＤ、スパッタリ
ング、分子線エピタキシ、蒸着、またはその他の真空処
理に使用される真空処理装置に関するものであり、更に
詳しくは不純物濃度の低い薄膜または被処理物を得るた
めの真空処理方法およびその真空処理装置に関するもの
である。
ング、分子線エピタキシ、蒸着、またはその他の真空処
理に使用される真空処理装置に関するものであり、更に
詳しくは不純物濃度の低い薄膜または被処理物を得るた
めの真空処理方法およびその真空処理装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】ＣＶＤ装置、スパッタ装置、分子線エピ
タキシ装置、蒸着装置、イオン注入装置、その他の真空
処理装置においては、超高真空に排気して不純物として
のガスを排除し、形成される薄膜または被処理物が悪影
響を受けないようにされている。例えばスパッタ装置で
はスパッタリングによる成膜を開始する前に、真空槽を
１０-7Ｔｏｒｒ以上の超高真空に排気して形成させる薄
膜に不純物として悪影響を与えるガス、例えば水（Ｈ2
Ｏ）、酸素（Ｏ2 ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素（Ｎ
2 ）を排除してから不活性ガスを導入し所定の圧力、例
えば１０-3Ｔｏｒｒとして成膜が開始される。ＣＶＤ装
置についても同様であり、超高真空領域まで排気した
後、成膜用の反応ガスを導入し、例えば１０-1Ｔｏｒｒ
程度の圧力として成膜が行われる。また、分子線エピタ
キシ装置においてはバックグラウンド圧力を１０-8Ｔｏ
ｒｒ程度とするまで排気することが必要とされている。
上述のように超高真空領域に排気してもなお不純物がか
なりの濃度含まれてくるため、その濃度を低下させるべ
く各種の手段が講じられている。
タキシ装置、蒸着装置、イオン注入装置、その他の真空
処理装置においては、超高真空に排気して不純物として
のガスを排除し、形成される薄膜または被処理物が悪影
響を受けないようにされている。例えばスパッタ装置で
はスパッタリングによる成膜を開始する前に、真空槽を
１０-7Ｔｏｒｒ以上の超高真空に排気して形成させる薄
膜に不純物として悪影響を与えるガス、例えば水（Ｈ2
Ｏ）、酸素（Ｏ2 ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素（Ｎ
2 ）を排除してから不活性ガスを導入し所定の圧力、例
えば１０-3Ｔｏｒｒとして成膜が開始される。ＣＶＤ装
置についても同様であり、超高真空領域まで排気した
後、成膜用の反応ガスを導入し、例えば１０-1Ｔｏｒｒ
程度の圧力として成膜が行われる。また、分子線エピタ
キシ装置においてはバックグラウンド圧力を１０-8Ｔｏ
ｒｒ程度とするまで排気することが必要とされている。
上述のように超高真空領域に排気してもなお不純物がか
なりの濃度含まれてくるため、その濃度を低下させるべ
く各種の手段が講じられている。
【０００３】図３は第１従来例としての特開昭５６−６
９３７１号公報に係る「スパッタ装置」において実施例
として開示されているスパッタ装置２の断面図である。
真空ポンプ５１でスパッタ室５２を排気し、バルブ５３
を開け、不活性ガス５７を導入して、バルブ５４でスパ
ッタ室５２内が所定の圧力に調整される。ターゲット５
５とアノード５６との間に電圧６２をかけると、不活性
ガス５７がイオン化してターゲット５５へ引かれて衝突
し、叩き出される金属５８が基板Ｓへスパッタ膜として
付着する。イオン化した不活性ガス５７’がターゲット
５５へ衝突する際には金属５８と共に二次電子６０、ガ
ス６１等が生じる。この発生ガス６１は主に水、窒素、
酸素等であり、これらのガス６１はスパッタ膜に悪影響
を及ぼす。そのためにガス吸着用のトラップ６３がター
ゲット５５の周囲に設置されており、高真空にした時点
でこのトラップ６３に液化窒素等の極低温の液体を導入
し、低温となったトラップ６３の表面にガスを吸着させ
るものである。
９３７１号公報に係る「スパッタ装置」において実施例
として開示されているスパッタ装置２の断面図である。
真空ポンプ５１でスパッタ室５２を排気し、バルブ５３
を開け、不活性ガス５７を導入して、バルブ５４でスパ
ッタ室５２内が所定の圧力に調整される。ターゲット５
５とアノード５６との間に電圧６２をかけると、不活性
ガス５７がイオン化してターゲット５５へ引かれて衝突
し、叩き出される金属５８が基板Ｓへスパッタ膜として
付着する。イオン化した不活性ガス５７’がターゲット
５５へ衝突する際には金属５８と共に二次電子６０、ガ
ス６１等が生じる。この発生ガス６１は主に水、窒素、
酸素等であり、これらのガス６１はスパッタ膜に悪影響
を及ぼす。そのためにガス吸着用のトラップ６３がター
ゲット５５の周囲に設置されており、高真空にした時点
でこのトラップ６３に液化窒素等の極低温の液体を導入
し、低温となったトラップ６３の表面にガスを吸着させ
るものである。
【０００４】図４は第２従来例としての特開昭５７−４
１３６８号公報に係る「トラップ部材を包含する真空処
理室」に実施例として開示されているスパッタリング装
置３の断面図である。真空槽７１は荒引き排気系７２、
クライオポンプ７３および流量調整弁７４を有する雰囲
気形成用の気体源７５に連結される。真空槽７１内には
処理すべき半導体ウエハＳを支持する上向きの陽極７７
と、これに対向する下向きの陰極すなわちターゲット７
８が配置収容される。陽極７７と陰極７８との間には電
源７９によって電圧が印加できる。スパッタリングを行
う場合には、真空槽７１内の雰囲気が荒引き排気系７２
によって排気され、次いでこの排気系７２と真空槽７１
との間を図示しないバルブによって遮断しクライオポン
プの７３の作用で例えば１０-7Ｔｏｒｒまで高度に排気
される。次に流量調整弁７４によって流量を調節しなが
ら気体源７５からアルゴンが真空槽７１内へ導入され
て、真空槽７１内が流量調節弁７４を有する気体源７５
とクライオポンプ７３との作用によって例えば１０-3Ｔ
ｏｒｒのアルゴン雰囲気に維持される。次いで、電源７
９によって陽極７７と陰極７８との間に１〜６ＫＶの電
圧が印加されると、これらの間にグロー放電が生じ、こ
のグロー放電の作用によってターゲット７８の構成物質
粒子がスパッタされて半導体ウエハＳの表面に沈積す
る。この時、陰極としてのターゲット７８から構成物質
粒子と共に放出されるガスや、クライオポンプ７３自体
から放出されるガスがある場合に、これらを凝結捕捉さ
せるために管８０’を一定のピッチで巻いた円筒コイル
状のトラップ部材８０が陽極７７、陰極７８およびこれ
らの間の空間を包囲するように設けられており、内部に
は液化窒素または液化ヘリウムが流される。
１３６８号公報に係る「トラップ部材を包含する真空処
理室」に実施例として開示されているスパッタリング装
置３の断面図である。真空槽７１は荒引き排気系７２、
クライオポンプ７３および流量調整弁７４を有する雰囲
気形成用の気体源７５に連結される。真空槽７１内には
処理すべき半導体ウエハＳを支持する上向きの陽極７７
と、これに対向する下向きの陰極すなわちターゲット７
８が配置収容される。陽極７７と陰極７８との間には電
源７９によって電圧が印加できる。スパッタリングを行
う場合には、真空槽７１内の雰囲気が荒引き排気系７２
によって排気され、次いでこの排気系７２と真空槽７１
との間を図示しないバルブによって遮断しクライオポン
プの７３の作用で例えば１０-7Ｔｏｒｒまで高度に排気
される。次に流量調整弁７４によって流量を調節しなが
ら気体源７５からアルゴンが真空槽７１内へ導入され
て、真空槽７１内が流量調節弁７４を有する気体源７５
とクライオポンプ７３との作用によって例えば１０-3Ｔ
ｏｒｒのアルゴン雰囲気に維持される。次いで、電源７
９によって陽極７７と陰極７８との間に１〜６ＫＶの電
圧が印加されると、これらの間にグロー放電が生じ、こ
のグロー放電の作用によってターゲット７８の構成物質
粒子がスパッタされて半導体ウエハＳの表面に沈積す
る。この時、陰極としてのターゲット７８から構成物質
粒子と共に放出されるガスや、クライオポンプ７３自体
から放出されるガスがある場合に、これらを凝結捕捉さ
せるために管８０’を一定のピッチで巻いた円筒コイル
状のトラップ部材８０が陽極７７、陰極７８およびこれ
らの間の空間を包囲するように設けられており、内部に
は液化窒素または液化ヘリウムが流される。
【０００５】また、図５は第３従来例としての多用され
ている容量結合型のプラズマＣＶＤ装置４の断面図であ
る。真空槽８１、真空槽８１の外部には真空槽８１内を
排気するための排気系８２、原料ガスを導入するための
マスフローコントローラ８３、およびプラズマを発生さ
せるためのＲＦ高周波電源８４が設けられている。真空
槽８１内には一対の電極であるカソード８５とアノード
８６とが平行に配設されており、一方のカソード８５は
ＲＦ高周波電源に接続され、他方のアノード８６は真空
槽８１の壁と共にアースされている。アノード８６には
図示せずとも加熱ヒータが内蔵されており、その表面に
は基板Ｓが載置される。
ている容量結合型のプラズマＣＶＤ装置４の断面図であ
る。真空槽８１、真空槽８１の外部には真空槽８１内を
排気するための排気系８２、原料ガスを導入するための
マスフローコントローラ８３、およびプラズマを発生さ
せるためのＲＦ高周波電源８４が設けられている。真空
槽８１内には一対の電極であるカソード８５とアノード
８６とが平行に配設されており、一方のカソード８５は
ＲＦ高周波電源に接続され、他方のアノード８６は真空
槽８１の壁と共にアースされている。アノード８６には
図示せずとも加熱ヒータが内蔵されており、その表面に
は基板Ｓが載置される。
【０００６】このプラズマＣＶＤ装置４による成膜は真
空槽８１内を所定の圧力まで真空排気し、アノード８６
が内蔵されている加熱ヒータで加熱され所定の温度に達
すると基板Ｓが載置される。そして、マスフローコント
ローラ８３から原料ガスが導入され、真空槽８１内の圧
力が、例えば１０-1Ｔｏｒｒに安定するとＲＦ高周波電
源８４によって高周波電力を印加して、カソード８５を
アノード８６との間にプラズマを励起させ、原料ガスを
活性化して基板Ｓ上に薄膜を形成させる。
空槽８１内を所定の圧力まで真空排気し、アノード８６
が内蔵されている加熱ヒータで加熱され所定の温度に達
すると基板Ｓが載置される。そして、マスフローコント
ローラ８３から原料ガスが導入され、真空槽８１内の圧
力が、例えば１０-1Ｔｏｒｒに安定するとＲＦ高周波電
源８４によって高周波電力を印加して、カソード８５を
アノード８６との間にプラズマを励起させ、原料ガスを
活性化して基板Ｓ上に薄膜を形成させる。
【０００７】このようなプラズマＣＶＤ装置４において
反応ガスとしてシラン（ＳｉＨ4 ）を供給することによ
り水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜が形
成されるが、そのａ−Ｓｉ：Ｈ膜には不純物としてＯ
（酸素）、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）が含まれてくる。そ
してこの不純物に関し、ツァイ（Ｔｓａｉ）等は“非結
晶性固体”誌（Ｊ． ｏｆ Ｎｏｎ−ｃｒｙｓｔ． Ｓ
ｏｌｉｄｓ）、６６巻４５頁（１９８４）において、ま
た田中等は“国際ＰＶＳＥＣ−３ シドニーの技術ダイ
ジェスト”（Ｔｅｃｈ． Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｉｎ
ｔ’ｌ ＰＶＳＥＣ−３ Ｓｙｄｎｅｙ）、６５９頁
（１９８９）において、超高真空に排気することにより
ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜中に含まれる不純物濃度をＯ（酸素）
として１０18ｃｍ-3、Ｃとして１０17ｃｍ-3、Ｎとして
１０16ｃｍ-3のレベルに下げ得たことを発表している。
極く最近ではクロール（Ｋｒｏｌｌ）等は“真空科学技
術”誌（Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈ．）、Ａ
１３、２７４２頁（１９９５）において、ＶＨＦ高周波
によるプラズマとシランガス精製器を使用する高速成膜
プロセスで、Ｏ（酸素）濃度を５×０17ｃｍ-3まで低下
させ得たことを報告している。
反応ガスとしてシラン（ＳｉＨ4 ）を供給することによ
り水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜が形
成されるが、そのａ−Ｓｉ：Ｈ膜には不純物としてＯ
（酸素）、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）が含まれてくる。そ
してこの不純物に関し、ツァイ（Ｔｓａｉ）等は“非結
晶性固体”誌（Ｊ． ｏｆ Ｎｏｎ−ｃｒｙｓｔ． Ｓ
ｏｌｉｄｓ）、６６巻４５頁（１９８４）において、ま
た田中等は“国際ＰＶＳＥＣ−３ シドニーの技術ダイ
ジェスト”（Ｔｅｃｈ． Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｉｎ
ｔ’ｌ ＰＶＳＥＣ−３ Ｓｙｄｎｅｙ）、６５９頁
（１９８９）において、超高真空に排気することにより
ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜中に含まれる不純物濃度をＯ（酸素）
として１０18ｃｍ-3、Ｃとして１０17ｃｍ-3、Ｎとして
１０16ｃｍ-3のレベルに下げ得たことを発表している。
極く最近ではクロール（Ｋｒｏｌｌ）等は“真空科学技
術”誌（Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈ．）、Ａ
１３、２７４２頁（１９９５）において、ＶＨＦ高周波
によるプラズマとシランガス精製器を使用する高速成膜
プロセスで、Ｏ（酸素）濃度を５×０17ｃｍ-3まで低下
させ得たことを報告している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ＬＳＩ半導体レーザ、
ＣＣＤ撮像素子、太陽電池、その他各種の高品質エレク
トロニクス製品を製造するには含まれる不純物の濃度を
可及的に少なくすることが望まれているが、例えばスパ
ッタ装置やプラズマＣＶＤ装置においてはプラズマによ
って加熱されて真空槽の壁、その他の部材に吸蔵されて
いる不純物ガスが放出されてくる。これらの不純物ガス
の放出を抑えるために真空処理前に真空処理装置をベー
キングし、吸蔵されている不純物ガスをあらかじめ放出
させることが行なわれるが、未だ真空処理中における不
純物ガスの放出は十分に抑制し得るまでには至っていな
い。従って本発明は形成される薄膜ないしは被処理物中
に不純物ガスに由来する不純物濃度を大幅に低下させ得
る真空処理方法およびその真空処理装置を提供すること
を課題とする。
ＣＣＤ撮像素子、太陽電池、その他各種の高品質エレク
トロニクス製品を製造するには含まれる不純物の濃度を
可及的に少なくすることが望まれているが、例えばスパ
ッタ装置やプラズマＣＶＤ装置においてはプラズマによ
って加熱されて真空槽の壁、その他の部材に吸蔵されて
いる不純物ガスが放出されてくる。これらの不純物ガス
の放出を抑えるために真空処理前に真空処理装置をベー
キングし、吸蔵されている不純物ガスをあらかじめ放出
させることが行なわれるが、未だ真空処理中における不
純物ガスの放出は十分に抑制し得るまでには至っていな
い。従って本発明は形成される薄膜ないしは被処理物中
に不純物ガスに由来する不純物濃度を大幅に低下させ得
る真空処理方法およびその真空処理装置を提供すること
を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は真空処理装置に
おける真空槽内に加熱と冷却とが可能なシュラウドを設
け、このシュラウドによって真空処理前のベーキング時
においては、真空槽の内壁面を均一にベーキングして吸
蔵されている不純物ガスを放出させた後に排気し、真空
処理時においてはこのシュラウドによって同部分を均一
に冷却して不純物ガスの放出を抑制し、かつ真空処理時
の熱はシュラウド自身に吸収させて真空処理中における
真空槽内壁からのガスの放出を極度に抑制することがで
きる。また、存在する不純物ガスをシュラウドの表面に
凝結捕捉することができる。
おける真空槽内に加熱と冷却とが可能なシュラウドを設
け、このシュラウドによって真空処理前のベーキング時
においては、真空槽の内壁面を均一にベーキングして吸
蔵されている不純物ガスを放出させた後に排気し、真空
処理時においてはこのシュラウドによって同部分を均一
に冷却して不純物ガスの放出を抑制し、かつ真空処理時
の熱はシュラウド自身に吸収させて真空処理中における
真空槽内壁からのガスの放出を極度に抑制することがで
きる。また、存在する不純物ガスをシュラウドの表面に
凝結捕捉することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図面を使って本発明の実施の形態
を説明する。
を説明する。
【００１１】図１は水素アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ）膜を形成させるための容量結合型のプラズマＣ
ＶＤ装置１を概念的に示す断面図である。真空槽１１
に、これをオイルフリーで超高真空領域まで排気するた
めの磁気軸受型ターボ分子ポンプ１９が接続されてい
る。また、真空槽１１内には、薄膜を形成させるべき基
板Ｓを保持し加熱ヒータを内蔵するアノード１３が真空
槽１１の壁と共にアースされている。また、これに対向
して加熱ヒータを内蔵するカソード１４が設けられ、外
部のＲＦ高周波電源（１３．５６ＭＨｚ）１５に接続さ
れている。
ｉ：Ｈ）膜を形成させるための容量結合型のプラズマＣ
ＶＤ装置１を概念的に示す断面図である。真空槽１１
に、これをオイルフリーで超高真空領域まで排気するた
めの磁気軸受型ターボ分子ポンプ１９が接続されてい
る。また、真空槽１１内には、薄膜を形成させるべき基
板Ｓを保持し加熱ヒータを内蔵するアノード１３が真空
槽１１の壁と共にアースされている。また、これに対向
して加熱ヒータを内蔵するカソード１４が設けられ、外
部のＲＦ高周波電源（１３．５６ＭＨｚ）１５に接続さ
れている。
【００１２】更には、これが従来のプラズマＣＶＤ装置
と全く異なる点であるが、真空槽１１の内壁を覆うよう
に加熱と冷却の可能なシュラウド１６が設けられてい
る。シュラウド１６は外部の図示しない加熱冷却ユニッ
トに接続されており、シュラウド１６内をシリコンオイ
ルが−３０℃または２５０℃の温度として流される。
と全く異なる点であるが、真空槽１１の内壁を覆うよう
に加熱と冷却の可能なシュラウド１６が設けられてい
る。シュラウド１６は外部の図示しない加熱冷却ユニッ
トに接続されており、シュラウド１６内をシリコンオイ
ルが−３０℃または２５０℃の温度として流される。
【００１３】また、真空槽１１内には、基板Ｓを真空槽
１１内へ搬入、搬出するためのロードロック方式のロー
ディング室２１がゲートバルブ２２を介して接続されて
おり、ローディング室２１は真空槽１１と同様にオイル
フリーの磁気軸受型ターボポンプ２９が接続されてい
る。更には、プラズマＣＶＤ用の反応ガスとしてのシラ
ンガス（ＳＨ4 ）がボンベ３１から質量流量コントロー
ラ３２、ガス精製器３３、バルブ３４を経由する導入配
管３５によって真空槽１１内へ導かれる。なお、ガス精
製器３３はシラン中の不純物、水、一酸化炭素、シロキ
サン、クロロシランなどを数ｐｐｂ以下のレベルに精製
し得る能力を有しているが、これを設けているのは形成
させる薄膜中の不純物濃度を１０18ｃｍ-3以下に下げる
には原料シランガスに含まれる不純物も無視できないか
らである。また、導入配管３５は電解研磨等によって内
表面を平滑化されている。質量流量コントローラ３２や
ガス精製器３３を含む導入配管３５の全体のガス導入系
には真空槽１１と同様にオイルフリーの磁気軸受型ター
ボ分子ポンプ３９が接続されている。
１１内へ搬入、搬出するためのロードロック方式のロー
ディング室２１がゲートバルブ２２を介して接続されて
おり、ローディング室２１は真空槽１１と同様にオイル
フリーの磁気軸受型ターボポンプ２９が接続されてい
る。更には、プラズマＣＶＤ用の反応ガスとしてのシラ
ンガス（ＳＨ4 ）がボンベ３１から質量流量コントロー
ラ３２、ガス精製器３３、バルブ３４を経由する導入配
管３５によって真空槽１１内へ導かれる。なお、ガス精
製器３３はシラン中の不純物、水、一酸化炭素、シロキ
サン、クロロシランなどを数ｐｐｂ以下のレベルに精製
し得る能力を有しているが、これを設けているのは形成
させる薄膜中の不純物濃度を１０18ｃｍ-3以下に下げる
には原料シランガスに含まれる不純物も無視できないか
らである。また、導入配管３５は電解研磨等によって内
表面を平滑化されている。質量流量コントローラ３２や
ガス精製器３３を含む導入配管３５の全体のガス導入系
には真空槽１１と同様にオイルフリーの磁気軸受型ター
ボ分子ポンプ３９が接続されている。
【００１４】また更には、真空槽１１には１０-12 Ｔｏ
ｒｒの極高真空領域においても測定が可能な四重極型質
量分析器１８が取り付けられている。勿論、この質量分
析器１８は真空槽１１内のガス分析を行う時に使用され
るものであり、通常のプラズマＣＶＤによる成膜に必要
なものではない。
ｒｒの極高真空領域においても測定が可能な四重極型質
量分析器１８が取り付けられている。勿論、この質量分
析器１８は真空槽１１内のガス分析を行う時に使用され
るものであり、通常のプラズマＣＶＤによる成膜に必要
なものではない。
【００１５】本実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置１
は以上のように構成されるが、次にその作用を説明す
る。基板Ｓとしてドープしていない結晶シリコン基板
（シリコンウエハ）、または石英ガラスをローディング
室２１にセットして４５０℃に加熱し、磁気軸受型ター
ボ分子ポンプ２９で１０-8Ｔｏｒｒの圧力まで排気す
る。基板Ｓを１００℃の以下の温度に冷却してからゲー
トバルブ２２を開けて真空槽１１内へ搬入した後、ゲー
トバルブ２２は閉じられる。
は以上のように構成されるが、次にその作用を説明す
る。基板Ｓとしてドープしていない結晶シリコン基板
（シリコンウエハ）、または石英ガラスをローディング
室２１にセットして４５０℃に加熱し、磁気軸受型ター
ボ分子ポンプ２９で１０-8Ｔｏｒｒの圧力まで排気す
る。基板Ｓを１００℃の以下の温度に冷却してからゲー
トバルブ２２を開けて真空槽１１内へ搬入した後、ゲー
トバルブ２２は閉じられる。
【００１６】シュラウド１６に温度２５０℃のシリコン
オイルを流してシュラウド１６自身は２５０℃の温度
で、また真空槽１１の内壁を２５０℃、基板Ｓを４５０
℃、カソード１４を３５０℃、シランガスの導入配管３
５を１５０℃でべーキングし、真空槽１１内はターボ分
子ポンプ１９によって１０-10 Ｔｏｒｒの圧力まで排気
される。このことによって、真空槽１１内の不純物ガス
の放出は従来より一桁以上低減される。また、極高真空
対応の四重極型質量分析器１８によって成膜前の真空槽
１１内の残留ガスを分析したところ、全圧１〜２×１０
-10 Ｔｏｒｒのうち水素（Ｈ2 ）が大部分を占めてお
り、極めて清浄な真空の得られていることが判明した。
オイルを流してシュラウド１６自身は２５０℃の温度
で、また真空槽１１の内壁を２５０℃、基板Ｓを４５０
℃、カソード１４を３５０℃、シランガスの導入配管３
５を１５０℃でべーキングし、真空槽１１内はターボ分
子ポンプ１９によって１０-10 Ｔｏｒｒの圧力まで排気
される。このことによって、真空槽１１内の不純物ガス
の放出は従来より一桁以上低減される。また、極高真空
対応の四重極型質量分析器１８によって成膜前の真空槽
１１内の残留ガスを分析したところ、全圧１〜２×１０
-10 Ｔｏｒｒのうち水素（Ｈ2 ）が大部分を占めてお
り、極めて清浄な真空の得られていることが判明した。
【００１７】次に真空槽１１においてシュラウド１６内
を流れるシリコンオイルの温度を−３０℃にしてシュラ
ウド１６の表面温度を低下させる。次いで基板Ｓの温度
を２５０℃としてボンベ３１からシランガスを導入し、
圧力３０ｍＴｏｒｒ、シラン流量２０ｓｃｃｍとした。
この状態を維持して電力密度５０ｍＷ／ｃｍ2 でＲＦ高
周波を印加し、プラズマを励起させて基板Ｓ上に水素化
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の薄膜を形成さ
せた。この条件下での成膜速度は１．４Ａ／ｓｅｃ．で
あり、最終的に厚さ２．２μｍ薄膜が形成された。
を流れるシリコンオイルの温度を−３０℃にしてシュラ
ウド１６の表面温度を低下させる。次いで基板Ｓの温度
を２５０℃としてボンベ３１からシランガスを導入し、
圧力３０ｍＴｏｒｒ、シラン流量２０ｓｃｃｍとした。
この状態を維持して電力密度５０ｍＷ／ｃｍ2 でＲＦ高
周波を印加し、プラズマを励起させて基板Ｓ上に水素化
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の薄膜を形成さ
せた。この条件下での成膜速度は１．４Ａ／ｓｅｃ．で
あり、最終的に厚さ２．２μｍ薄膜が形成された。
【００１８】この成膜が完了する迄、シュラウド１６は
−３０℃に維持されるが、このことによってシュラウド
１６自身からの不純物ガスの放出は抑制される上、前述
したように、励起されるプラズマの熱はシュラウド１６
に吸収されるので、真空槽１１の内壁からの不純物ガス
の放出は極度に抑制され、更には存在する不純物ガスも
凝結捕捉される。
−３０℃に維持されるが、このことによってシュラウド
１６自身からの不純物ガスの放出は抑制される上、前述
したように、励起されるプラズマの熱はシュラウド１６
に吸収されるので、真空槽１１の内壁からの不純物ガス
の放出は極度に抑制され、更には存在する不純物ガスも
凝結捕捉される。
【００１９】上述で得られた薄膜を試料とし、二次イオ
ン質量分析（ＳＩＭＳ）によって基板Ｓとしての結晶シ
リコン基板上のａ−Ｓｉ：Ｈ膜中の不純物濃度を測定し
た結果を図２に示した。図２は深さ方向のＯ、Ｃ、Ｎの
濃度であり、それぞれバックグラウンドの値を差し引く
と不純物濃度はＯ（酸素）として２×１０15ｃｍ-3、Ｃ
として７〜１０×１０15ｃｍ-3、Ｎとして５×１０14ｃ
ｍ-3のレベルである。
ン質量分析（ＳＩＭＳ）によって基板Ｓとしての結晶シ
リコン基板上のａ−Ｓｉ：Ｈ膜中の不純物濃度を測定し
た結果を図２に示した。図２は深さ方向のＯ、Ｃ、Ｎの
濃度であり、それぞれバックグラウンドの値を差し引く
と不純物濃度はＯ（酸素）として２×１０15ｃｍ-3、Ｃ
として７〜１０×１０15ｃｍ-3、Ｎとして５×１０14ｃ
ｍ-3のレベルである。
【００２０】なお、二次イオン質量分析よる検出限界は
通常ＯとＣについて１０17ｃｍ-3、Ｎについて１０16ｃ
ｍ-3とされているが、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜中の極めて低いレ
ベルの不純物を検出するためにセシウムの一次イオンビ
ームの電流密度を極めて高くし、一次イオンによるスパ
ッタリングレートを高めることによって、試料表面に吸
着している不純物ガスによるバックグラウンドへの寄与
分を減少させた。しかし、そのことによって、深さ方向
の分解能は１０００Ａ以上であった。図２においてａ−
Ｓｉ：Ｈ膜と結晶シリコン（Ｓｉ）との界面が厚くなっ
ているのはそのことが原因であり、実際はもっとシャー
プである。
通常ＯとＣについて１０17ｃｍ-3、Ｎについて１０16ｃ
ｍ-3とされているが、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜中の極めて低いレ
ベルの不純物を検出するためにセシウムの一次イオンビ
ームの電流密度を極めて高くし、一次イオンによるスパ
ッタリングレートを高めることによって、試料表面に吸
着している不純物ガスによるバックグラウンドへの寄与
分を減少させた。しかし、そのことによって、深さ方向
の分解能は１０００Ａ以上であった。図２においてａ−
Ｓｉ：Ｈ膜と結晶シリコン（Ｓｉ）との界面が厚くなっ
ているのはそのことが原因であり、実際はもっとシャー
プである。
【００２１】上述したように、本実施の形態のプラズマ
ＣＶＤ装置１によって形成されるａ−Ｓｉ：Ｈ膜中の不
純物Ｏの濃度がこれ迄に超高真空に排気して達成された
不純物レベルよりも２〜３桁低いことは驚くべきことで
あるが、このことは次に示す事項によって導き出された
ものと考えられる。その一つは真空槽内に加熱と冷却と
の可能なシュラウド１６を設けて、成膜前のベーキング
の時には２５０℃の温度に加熱し、成膜時には−３０℃
の温度に冷却することを可能にしたことである。ベーキ
ング用のヒータを真空槽内に設けることや、例えば水分
を除くためのマイスナー・トラップなど基板Ｓの周辺空
間を冷却する手段は従来から行われている。また、従来
シュラウドとして使用されているものは液化窒素温度で
使用され、通常はクライオポンプへの熱の流入を防ぐた
めに使用されるものがあるが、本発明のシュラウド１６
は真空槽１１の内壁を覆うように設けられ、内部は２５
０℃または−３０℃の温度のシリコンオイルが流される
点で両者は大きく異なる。
ＣＶＤ装置１によって形成されるａ−Ｓｉ：Ｈ膜中の不
純物Ｏの濃度がこれ迄に超高真空に排気して達成された
不純物レベルよりも２〜３桁低いことは驚くべきことで
あるが、このことは次に示す事項によって導き出された
ものと考えられる。その一つは真空槽内に加熱と冷却と
の可能なシュラウド１６を設けて、成膜前のベーキング
の時には２５０℃の温度に加熱し、成膜時には−３０℃
の温度に冷却することを可能にしたことである。ベーキ
ング用のヒータを真空槽内に設けることや、例えば水分
を除くためのマイスナー・トラップなど基板Ｓの周辺空
間を冷却する手段は従来から行われている。また、従来
シュラウドとして使用されているものは液化窒素温度で
使用され、通常はクライオポンプへの熱の流入を防ぐた
めに使用されるものがあるが、本発明のシュラウド１６
は真空槽１１の内壁を覆うように設けられ、内部は２５
０℃または−３０℃の温度のシリコンオイルが流される
点で両者は大きく異なる。
【００２２】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明
の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
たが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明
の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００２３】例えば本実施の形態においては、プラズマ
ＣＶＤの方法と装置を説明したが、本発明の真空処理方
法とその真空処理装置はこれ以外のスパッタリング、分
子線エピタキシ、蒸着、イオン注入、その他の真空処理
においては同様に薄膜または被処理物中の不純物濃度を
低下させ得る。
ＣＶＤの方法と装置を説明したが、本発明の真空処理方
法とその真空処理装置はこれ以外のスパッタリング、分
子線エピタキシ、蒸着、イオン注入、その他の真空処理
においては同様に薄膜または被処理物中の不純物濃度を
低下させ得る。
【００２４】また本実施の形態においては、加熱と冷却
用の媒体としてシリコンオイルを使用したが、−３０℃
近辺で流動性を有し２５０℃近辺でも液体である物質で
あればその種類は問わない。例えば２エチルヘキシルフ
タレートなども場合によっては使用され得る。
用の媒体としてシリコンオイルを使用したが、−３０℃
近辺で流動性を有し２５０℃近辺でも液体である物質で
あればその種類は問わない。例えば２エチルヘキシルフ
タレートなども場合によっては使用され得る。
【００２５】また本実施の形態においては、シュラウド
１６の加熱と冷却に２５０℃または−３０℃としたシリ
コンオイルを流したが、場合によってはペルチエリ効果
を利用した加熱と冷却も可能である。
１６の加熱と冷却に２５０℃または−３０℃としたシリ
コンオイルを流したが、場合によってはペルチエリ効果
を利用した加熱と冷却も可能である。
【００２６】
【発明の効果】本発明は以上に説明したような形態で実
施され、次に記載するような効果を奏する。
施され、次に記載するような効果を奏する。
【００２７】真空槽内に、その内壁を覆うようにシュラ
ウドを設けシュラウドの内部には媒体を流して、真空処
理前のベーキング時には例えば２５０℃の加熱、真空処
理時には例えば−３０℃の冷却ができるようにしている
が、これによってベーキング時には真空槽の内壁を均一
にベーキングできて不純物ガスを十分に放出させて排気
することができ、また真空処理時には冷却して残る不純
物ガスの放出を抑制することができ、更には、なお基板
または被処理物の周辺に漂う不純物ガスは冷却されてい
るシュラウド表面に凝結捕捉されることにより、形成さ
れる薄膜ないしは被処理物内への不純物の混入を大幅に
低減させることができる。
ウドを設けシュラウドの内部には媒体を流して、真空処
理前のベーキング時には例えば２５０℃の加熱、真空処
理時には例えば−３０℃の冷却ができるようにしている
が、これによってベーキング時には真空槽の内壁を均一
にベーキングできて不純物ガスを十分に放出させて排気
することができ、また真空処理時には冷却して残る不純
物ガスの放出を抑制することができ、更には、なお基板
または被処理物の周辺に漂う不純物ガスは冷却されてい
るシュラウド表面に凝結捕捉されることにより、形成さ
れる薄膜ないしは被処理物内への不純物の混入を大幅に
低減させることができる。
【００２８】更には、シュラウドが真空槽の内壁を覆う
ように設けられているので、真空処理時における熱、例
えばプラズマによる熱は冷却されているシュラウドに吸
収されて真空槽の内壁には届かない。従って、真空槽の
内壁の温度上昇によって生ずる不純物ガスの放出も抑制
され、この面からの不純物混入の抑制効果は大きい。
ように設けられているので、真空処理時における熱、例
えばプラズマによる熱は冷却されているシュラウドに吸
収されて真空槽の内壁には届かない。従って、真空槽の
内壁の温度上昇によって生ずる不純物ガスの放出も抑制
され、この面からの不純物混入の抑制効果は大きい。
【００２９】特にＣＶＤでは、コンダクタンスを絞り圧
力を１０-1Ｔｏｒｒ程度に上げて成膜が行われるので、
真空槽からの不純物ガスの放出による影響を受け易い
が、本発明の真空処理方法とその真空処理装置の適用は
極めて有効な対策となる。
力を１０-1Ｔｏｒｒ程度に上げて成膜が行われるので、
真空槽からの不純物ガスの放出による影響を受け易い
が、本発明の真空処理方法とその真空処理装置の適用は
極めて有効な対策となる。
【図１】実施の形態を示すプラズマＣＶＤ装置における
真空槽の断面図である。
真空槽の断面図である。
【図２】同装置によって得られた水素化アモルファスシ
リコン膜中の深さ方向の不純物濃度を示す図である。
リコン膜中の深さ方向の不純物濃度を示す図である。
【図３】第１従来例のスパッタ装置におけるスパッタ室
の断面図でる。
の断面図でる。
【図４】第２従来例のスパッタリング装置における真空
槽の断面図である。
槽の断面図である。
【図５】第３従来例の一般的なプラズマＣＶＤ装置にお
ける真空槽の断面図である。
ける真空槽の断面図である。
１ プラズマＣＶＤ装置 １１ 真空槽 １３ アノード １４ カソード １５ ＲＦ高周波電源 １６ シュラウド １９ ターボ分子ポンプ ２１ ローディング室 ２９ ターボ分子ポンプ ３１ シランガス・ボンベ ３２ 質量流量コントローラ ３３ ガス精製器 ３９ ターボ分子ポンプ Ｓ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｄ 21/3065 21/302 Ｂ (72)発明者 松田 彰久 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 内山 豊司 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 (72)発明者 天野 繁 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内
Claims (10)
- 【請求項１】 ＣＶＤ、スパッタリング、分子線エピタ
キシ、蒸着、イオン注入、またはその他の真空処理を行
うべき真空処理装置の真空槽内にその内壁を覆うように
シュラウドを設け、真空処理前においては前記シュラウ
ド内に高温度の媒体を流して前記真空槽内をベーキング
し不純物ガスを放出させた後に超真空領域まで排気し、
真空処理時においては低温度の前記媒体を流して前記真
空槽内を冷却し不純物ガスの放出を抑制すると共に前記
真空槽内に存在する不純物ガスを凝結捕捉することによ
り、形成される薄膜または被処理物中の不純物濃度を低
下させることを特徴とする真空処理方法。 - 【請求項２】 前記媒体の温度を２５０℃として前記真
空槽内をベーキングし、前記媒体の温度を−３０℃とし
て前記真空槽内を冷却し不純物ガスの放出を抑制すると
共に前記真空槽内に存在する不純物ガスを凝結捕捉する
請求項１に記載の真空処理方法。 - 【請求項３】 前記媒体としてシリコンオイルを使用す
る請求項１または請求項２に記載の真空処理方法。 - 【請求項４】 前記真空槽内をベーキングした後、真空
処理を開始する前に前記真空槽内をオイルフリーの真空
ポンプ系によって１０-7Ｔｏｒｒ以下の超高真空領域の
圧力まで、好ましくは１０-10 Ｔｏｒｒの圧力まで排気
する請求項１から請求項３までの何れかに記載の真空処
理方法。 - 【請求項５】 真空処理用ガス中の水、酸素、一酸化炭
素、窒素、その他の不純物を数ｐｐｂ以下のレベルまで
精製し得るガス精製器を経由させて、前記真空処理用ガ
スを前記真空槽内へ導入する請求項１から請求項４まで
の何れかに記載の真空処理方法。 - 【請求項６】 ＣＶＤ、スパッタリング、分子線エピタ
キシ、蒸着、イオン注入、またはその他の真空処理を行
なうべき真空処理装置の真空槽内に、その内壁を覆うよ
うにシュラウドが設けられ、該シュラウド内を流れる媒
体の温度が、真空処理前において前記真空槽内をベーキ
ングすることのできる高温度と、真空処理時において前
記真空槽内を冷却して不純物ガスの放出を抑制すると共
に、前記真空槽内に存在する不純物ガスを前記シュラウ
ドの表面に凝結捕捉することのできる低温度とに切換え
得ることを特徴とする真空処理装置。 - 【請求項７】 前記高温度が２５０℃であり、前記低温
度が−３０℃である請求項６に記載の真空処理装置。 - 【請求項８】 前記媒体がシリコンオイルである請求項
６または請求項７に記載の真空処理装置。 - 【請求項９】 前記真空槽にオイルフリーで１０-7Ｔｏ
ｒｒ以下の超高真空領域の圧力まで、好ましくは１０
-10 Ｔｏｒｒの圧力まで排気可能な真空ポンプ系が接続
されている請求項６から請求項８までの何れかに記載の
真空処理装置。 - 【請求項１０】 前記真空槽内へ導入される真空処理用
ガスの導入配管の途中に前記真空処理用ガス中の水、酸
素、一酸化炭素、窒素、その他の不純物を数ｐｐｂ以下
のレベルまで精製し得るガス精製器が設けられている請
求項６から請求項９までの何れかに記載の真空処理装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9631196A JPH09263931A (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 真空処理方法、およびその真空処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9631196A JPH09263931A (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 真空処理方法、およびその真空処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09263931A true JPH09263931A (ja) | 1997-10-07 |
Family
ID=14161487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9631196A Pending JPH09263931A (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 真空処理方法、およびその真空処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09263931A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000332001A (ja) * | 1999-05-24 | 2000-11-30 | Nippon Zeon Co Ltd | プラズマ反応用ガス及びその製造方法 |
| JP2006318806A (ja) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置 |
| JP2008192618A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Se Plasma Inc | 突出したプラズマ排出口の周囲に吸入口が形成されたプラズマ発生装置 |
| EP2202785A1 (en) * | 2007-09-04 | 2010-06-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Plasma treatment apparatus, plasma treatment method, and semiconductor element |
| US7879400B2 (en) | 2006-10-10 | 2011-02-01 | Hitachi Kokusal Electric Inc. | Substrate processing apparatus, method of manufacturing a semiconductor device, and method of forming a thin film on metal surface |
-
1996
- 1996-03-25 JP JP9631196A patent/JPH09263931A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000332001A (ja) * | 1999-05-24 | 2000-11-30 | Nippon Zeon Co Ltd | プラズマ反応用ガス及びその製造方法 |
| JP2006318806A (ja) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置 |
| US7879400B2 (en) | 2006-10-10 | 2011-02-01 | Hitachi Kokusal Electric Inc. | Substrate processing apparatus, method of manufacturing a semiconductor device, and method of forming a thin film on metal surface |
| JP2008192618A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Se Plasma Inc | 突出したプラズマ排出口の周囲に吸入口が形成されたプラズマ発生装置 |
| EP2202785A1 (en) * | 2007-09-04 | 2010-06-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Plasma treatment apparatus, plasma treatment method, and semiconductor element |
| EP2202785A4 (en) * | 2007-09-04 | 2010-11-10 | Sharp Kk | PLASMA PROCESSING APPARATUS, PLASMA PROCESSING METHOD, AND SEMICONDUCTOR ELEMENT |
| US8395250B2 (en) | 2007-09-04 | 2013-03-12 | Kabushiki Kaisha Sharp | Plasma processing apparatus with an exhaust port above the substrate |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051116 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051122 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060328 |