JPS62284079A - 光化学的気相堆積装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光化学的気相堆積装置に係り、特に複数枚の
基板に対し、連続的に光応用薄膜を堆積させる装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来の光化学的気相堆積装置を第５図に示す。

第５図において、反応容器５１の外部に紫外線ランプ５
２が配設され、この紫外線ランプ５２からの紫外光は光
透過窓５３を介してサセプタ５４上に載置された基板５
５に照射されるようになっている。

この装置では、基板５５面上に薄膜を堆積させるために
基板５５の薄膜堆積全面にわたり、紫外線ランプ５２か
ら放射される紫外光が受光できるように反応容器５１の
一部を構成する光透過窓５３の面積は光照射面と同等乃
至は光照射面よりも大きい面積とされている。なお、こ
の種の装置としては、特開昭５１−５２８３６、特開昭
６０〜５２０１３等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した従来技術においては、基板の処理枚数を増大さ
せた場合、即ちスループットを向上させるために、装置
を大型化し、反応容器内に載置する基板枚数を増大させ
た場合、以下の問題点が発生する。

第６図は、第５図に示す装置を大型装置に適用した例を
示し、第６図を基に装置を大型化したときに生じる問題
点を列挙する。

（１１サセプタ６４上に複数枚の基板６５を載置し、複
数枚の基板６５の全面に同時に紫外光を照射するため、
紫外線ランプ６２が大型化し、紫外線ランプ６２の製造
コストが増加する。

（２）　　反応容器６１の一部を構成する光透過窓６３
（通常合成石英製のもの）は、反応容器６１が真空であ
るため、基板６５の載置枚数に比例して面積を大きくし
た場合にも、１気圧の圧力に耐えるに必要な厚みを確保
しなければならない。

この結果、次のような問題が生じる。

（ａ）紫外線の透過率が減少する。

光エネルギーを用いて薄膜を作成する場合、通常低圧水
銀ランプによる共鳴線、２５４ｎｍと１８５ｎｍの波長
の紫外線を利用している。

このような紫外線を透過させるのに有効な材料として通
常合成石英ガラスが使用される。第７図は、合成石英ガ
ラスにおける光の波長とその光の透過率との関係を合成
石英ガラスの厚さ毎に示したものである。第７図から明
らかなように光エネルギーを用いて薄膜を作成するとき
に有効な１８５ｎｍ付近の波長の光は、合成石英ガラス
の厚みが増大すると、透過率が減少している。

一方、反応ガスに対し紫外線を照射して形成される膜堆
積は、紫外線強度（単位は、通常ｍ　Ｗ　／　ｃｔＡで
表す）に関係があることが近年の学会発表〔例えば、高
橋ら他２名：ＳｉＯ□膜の光ＣＶＤ過程の照射波長依存
性：第４６回応用物理学会（１９８５年度秋期２Ｐ−Ｗ
−５））により明らかになっている。したがって、光透
過窓６３を厚くすることは膜堆積を遅くシ、結果的にス
ループットの減少を招く。

（ｂ）合成石英ガラスの製造上の問題 合成石英ガラスは、５ｉＣＩ１４などを原料として製造
した超高純度の二酸化ケイ素の結晶体であり、特殊な製
法を用いるため、専門メーカでも製造能力に限界があり
、その限界はあるメーカの場合φ２００〜φ３００ｍｍ
程度と言われている。このため、光透過窓６３の寸法に
一定の上限があり、１台の装置で同時に処理できる基板
枚数に限界が生じる。また、仮にさらに大面積の光透過
窓が製作できたとしても、非常に高価となることは明白
であり、装置全体の製造コストが増大することになる。

（Ｃ）窓曇り防止の問題 光化学的気相堆積装置においては、所期の堆積膜を効率
よく製造するためには光透過窓６３に反応生成物の付着
物による曇りを防止することは重要な技術的課題の１つ
である。従来、光透過窓の曇りを防止する手段として、
光透過窓にオイルを塗る方法（例えば特開昭５７−１５
４８３９）や不活性ガスパージによる方法（例えば特開
昭５８−９５８１８）等の数々の方法が提案されている
。しかしながら光透過窓にオイルを塗る方法は、膜中に
オイルが混入し、堆積膜の特性を劣化させるため、現在
、この不活性ガスによる光透過窓のパージ方法が最も効
果的と考えられる。ところが、光透過窓が大面積化する
と、不活性ガス供給管６９により光透過窓のパージを行
っても、パージする面積が大きいため、事実上光透過窓
の曇りを防止することは不可能か、又は非常に困難にな
ることが容易に推察される。

以上の理由ににり、従来の光化学的気相堆積装置におい
ては、工業的に大量に薄膜を製造するには、多大のコス
トと技術的問題の解決を余儀なくされる。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消し、
紫外線ランプおよび光透過窓を大型化することなく、複
数枚の基板に対し、同時に効率的に光応用薄膜を堆積さ
せることにより工業的に大量の薄膜を製造できる光化学
的気相堆積装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、光のエネルギーを利用した気相化学反応を
その内部で行う反応容器と、この反応容器内に設置され
、光応用薄膜が形成されるべき複数枚の基板を支持した
状態で回転自在に設けられた基板支持台と、前記反応容
器の一部が開口され、その開口部に覆設された光透過窓
と、この光透過窓に対面する前記反応容器外に設置され
、反応容器内に光を放射する光源装置と、光により励起
、分解されるガスを前記光源装置からの光が照射される
反応容器内空間部に導入する反応ガス供給管と、反応容
器内のガスを排出する排出口と、を備え、前記光透過窓
の寸法は前記複数枚の基板全部に同時に光を照射する面
積よりも小さく、かつ前記光源装置は前記光透過窓の大
きさにほぼ対応した寸法で構成することによって達成さ
れる。

［作用〕 基板支持台に複数枚の基板を載置、係止等の手段で支持
し、基板支持台を回転させると、複数枚の基板のうちの
１枚又は数枚程度を光透過窓を介して放射される光の照
射領域に配置できる。その基板に所定の光応用薄膜が形
成された後、基板支持台を回転させ、次の基板（１枚又
は数枚程度）が光の照射領域に配置され、順次に基板に
光応用薄膜が形成される。

したがって、光透過窓は、複数枚の基板のうち１枚又は
数枚程度の基板を光の照射領域に配置できるに足りる寸
法でよく、また紫外線ランプ等の光源装置も光透過窓に
ほぼ対応した寸法にできる。

〔発明の実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明する
。

第１図は、本発明に係る光化学的気相堆積装置の一実施
例を示す断面図、第２図は第１図の装置におけるサセプ
タ（基板支持台）近傍の構成を示す平面図である。

この光化学的気相堆積装置は、その内部で光化学的気相
反応を行うための円筒状の反応容器１１を備え、この反
応容器１１の天井面の一部が開口され、その開口部に合
成石英ガラスからなる光透過窓１２が覆設され、この光
透過窓１２の外側に紫外線ランプ１３が配置されている
。

反応容器１１の底部中心部に回転軸１４が挿通され、こ
の回転軸１４の上端部に円盤状のサセプタ１５が固定さ
れている。このサセプタ１５の底面側には加熱体１６が
設けられ、この加熱体１６は反応容器１１の外部に設置
された図示していない電源に接続されている。また反応
容器１１の内部側に位置する光透過窓１２の周縁部付近
にその先端部が位置する不活性ガス供給管１７が配設さ
れ、サセプタ１５の上面周縁部付近番こその先端部が位
置する反応ガス供給管１８が配設されている。

また円筒状の反応容器１１の側壁の一部に排気管１９が
設けられている。

ここで、円盤状のサセプタ１５は、その中心部から放射
状に複数枚の基板２０を所定の間隔で載置できる大きさ
にされ、また光透過窓１２および紫外線ランプ１３はそ
れぞれ第２図に示すように１つの基板２０を完全に照射
できる大きさの光照射部２１を形成するのに必要な大き
さに作製される。

次に上記のように構成される光化学的気相堆積装置の作
用について説明する。

排気管１９を介して反応容器１１内が真空排気されると
ともにサセプタ１５上に第２図に示すように複数枚の基
板１５が所定の間隔で載置され、回転軸１４によりサセ
プタ１５が回転する。このとき、図示していない電源を
介して加熱体１６に通電され、この加熱体１６によりサ
セプタ１５および基板２０が加熱される。

サセプタ１５に載置された基板２０の上面付近には、反
応ガス供給管１８から反応ガスが導入され、一方紫外線
ランプ１３からの所定波長の紫外線が光透過窓１２を透
過して１つの基板２０を完全に照射し、基板２０面上に
光化学的気相堆積層が形成される。１つの基板２０に対
し堆積層の形成が終了すると、サセプタ１５が回転し、
次の基板２０が光照射部２１に位置する。

本実施例によれば、以下に示す効果が期待される。

（ａ）紫外線透過率の確保（膜堆積速度の確保）処理基
板枚数を２枚から最高数十枚〜数百枚に増大させたとし
ても、光透過窓１２０寸法は、基板１枚かせいぜい２枚
程度の面積に照射し、順次光を当てながら膜作成をおう
なうことが可能であるため、光透過窓１２が大面積化し
、肉厚化することによる光透過率の減少を防止できる。

したがって常に一定の膜堆積速度を保ことが可能となる
。なお、この光透過窓１２は、１個ではなく、複数個設
けても良く、この場合にも上述した効果を奏する。

（ｂ）基板処理枚数の増大、光透過の工業上の製造 光透過窓材に通常使用される合成石英ガラスには製造上
の限界があり、製造可能の大きさの光透過窓では基板処
理枚数に限界がある。

しかし、本実施例による装置においては、小径の光透過
窓１２により入射される光に対し、回転するサセプタ１
５上に載置された基板２０面で反応ガス供給管１８から
噴出されるガスを光照射空間で光化学反応により反応種
を生成しながら反応を進行させる。したがって多数の基
板２０の面上に薄膜を作成することができる。

このように光透過窓１２を小径化でき、かつ光透過窓２
０を合成石英ガラスにより工業的に製造できる。

（Ｃ）光透過窓の曇り防止 光透過窓１２を小径化できるため、反応生成物の付着に
よる曇りを防止する面積が少なくなる。したがって、不
活性ガス供給管１７を反応容器１１の内部に設置し、曇
り防止を行う場合、反応容器１１内のパージ方法をおよ
び不活性ガス供給管１７の設置および製作が容易となる
。

（ｄ）紫外線ランプの小型化 紫外線による光照射面積を小さくできることから紫外線
ランプ１３の寸法も小さくでき、かつ光源のコスト低下
を図ることができる。

第３図は本発明に係る光化学的気相堆積装置の他の実施
例を示す断面図である。

第３図において、反応容器３１は四角錐台状に構成され
、その内部に四角錐台状のサセプタ３２が内蔵され、こ
のサセプタ３２は反応容器３１の底面中央部に挿通され
た回転軸３３を介して回転自在に配置されている。反応
容器３１の一側面部に開口部が設けられ、この開口部に
合成石英ガラスからなる光透過窓３４が覆設され、この
光透過窓３４の外側に紫外線ランプ３５が配置されてい
る。サセプタ３２の一側面部と光透過窓３４との間の空
間部に多数の噴出孔が形成された反応ガスノズル３６が
配置されている。なお、３７は排気管を示している。

第３図に示す実施例において、紫外線ランプ３５から光
透過窓３４を介して入射される紫外線は、サセプタ３２
の一側面部に係止された２枚の基板３８に対して同時に
照射される。サセプタ３２の一側面部に係止された２枚
の基板３８の膜形成が終了すると、回転軸３３によりサ
セプタ３２は９０度の角度だけ回転し、再び２枚の基板
３８に紫外線が照射される。

このように、光透過窓３４は２枚の基板３８に対して紫
外線を同時に照射できる寸法で足り、かつ紫外線ランプ
３５もほぼ光透過窓３４の寸法に対応した大きさとする
ことができる。

第４図は本発明に係る光化学的気相堆積装置の更に他の
実施例を示す断面図である。

第４図において、光透過窓４３および紫外線ランプ４２
の寸法がそれぞれ１枚の基板４５に対してほぼその基板
面を覆う光照射部を形成できる程度の寸法とされている
。

第４図に示す実施例においては、１枚の基板４５に対し
て光応用薄膜を形成した後、回転軸４７が上下方向に作
動するか、または９０度回転することによって次の基板
４５に対して光応用薄膜が作成される。

第３図および第４図においても、第１図に示す実施例と
同様な効果を有するが、特に第１図に示す実施例と同一
枚数の基板を処理する場合装置の設置床面積を小さくで
きるという利点がある。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、多数枚の基板に対して薄
膜を製造する際し、光透過窓を大型化することがないの
で、光透過窓を合成石英ガラス等の所望の材料で工業的
に製造でき、また光透過窓の大きさに対応して光源装置
を小型化できる。さらに光透過窓を所定の波長の光が透
過できる構造にできるから、紫外線の透過率を確保でき
、膜堆積速度を高め、基板の処理枚数を多くしても効率
のよい膜の生成が可能となる。しかも光透過窓が小型化
することは、曇の生じる領域が小さくなるので、不活性
ガスによる曇り防止が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光化学的気相堆積装置の一実施例
を示す断面図、第２図は第１図の装置におけるサセプタ
近傍の構成を示す平面図、第３図は本発明に係る光化学
的気相堆積装置の他の実施例を示す断面図、第４図は本
発明に係る光化学的気相堆積装置の更に他の実施例示す
断面図、第５図は従来の光化学的気相堆積装置の断面図
、第６図は第５図に示す装置を大型装置に適用した例を
示す断面図、第７図は合成石英ガラスの厚みによる光の
波長とその透過率との関係を示すグラフである。 １１．３１５１．６１・・・・・・反応容器、１２．３
４．４４．５３．６３・・・・・・光透過窓、１３．３
５．４２．５２．６２・・・・・・紫外線ランプ、１４
．３３．４７・・・・・・回転軸、１５．３２．４４．
５４．６４・・・・・・サセプタ、１６．５９．６７・
・・・・・加熱体、１７．５６．６８・・・・・・不活
性ガス供給管、１８・・・・・・反応ガス供給管、１９
．３７．５８．６６・・・・・・排気管、２０．３Ｂ、
４５．５５．６５・・・・・・基板、３６．４６・・・
・・・反応ガスノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光のエネルギーを利用した気相化学反応をその内
   部で行う反応容器と、この反応容器内に設置され、光応
   用薄膜が形成されるべき複数枚の基板を支持した状態で
   回転自在に設けられた基板支持台と、前記反応容器の一
   部が開口され、その開口部に覆設された光透過窓と、こ
   の光透過窓に対面する前記反応容器外に設置され、反応
   容器内に光を放射する光源装置と、光により励起、分解
   されるガスを前記光源装置からの光が照射される反応容
   器内空間部に導入する反応ガス供給管と、反応容器内の
   ガスを排出する排出口と、を備え、前記光透過窓の寸法
   は前記複数枚の基板全部に同時に光を照射する面積より
   も小さく、かつ前記光源装置は前記光透過窓の大きさに
   ほぼ対応した寸法で構成されていることを特徴とする光
   化学的気相堆積装置。