JPS63224220A - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、光を利用した反応プロセスにおいて利用さ
れる光励起プロセス装置に関する。

［従来の技術］ 例えば半導体製造技術において、気相成長等により半導
体基板上１こ薄膜等を形成する場合に、光励起プロセス
装置が使用される。

このような光励起プロセス装置を作製する場合に最も重
要とされる点は、反応室内に励起光を導入する励起光入
射窓に対する反応生成物の付着を防止することである。

すなわち、この励起光入射窓に、反応生成物質が付着す
るようになると、この窓の透光性が著しく低下されるよ
うになるものであり、このように光の透過性が低下する
ようになると、基板表面への膜の堆積速度が遅くなる。

そして、甚だしい場合には膜の堆積が停止してしまうも
のである。

このような励起光入射窓の光透過性の低下を防止する手
段としては、例えばこの窓の表面に不活性ガスを吹き付
け、その窓表面に存在しようとする反応性ガスを飛ばす
ようにすることが一般的に考えられている。また、例え
ば特開昭５７−１５４８３９号公報に示されるように、
フオンプリン等の他物質との接着親和性の弱い物質を窓
に塗布すること、あるいは特開昭６０−１２６８２２号
公報に示されるように窓と反応室内の基板との間に冷却
トラップを設け、反応性ガスが窓側に流れることを阻止
するようにすることが考えられている。

しかし、これらの方法では励起光入射窓の曇りの発生を
抑制することはできるが、その曇りを確実に防止するよ
うにしているものではない。そして、例えばＨｅガスを
吹き付け、あるいはその他の不活性ガスを流すようにす
る窓の曇り止め手段は、いずれも反応室内の反応性ガス
の流れを乱すようになり、光励起反応を安定して行なわ
せるには問題があるものである。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は」二足のような点に鑑みなされたもので、特
に反応室内に設定される基板周辺の反応性ガスの流れに
乱れを生じさせることがなく、さらには励起光入射窓付
近への反応性ガスの流入を確実に阻止できるようにして
、反応生成物の上記窓への付着による曇りの発生、さら
に光化学反応により発生した活性種による窓のエツチン
グによる損傷等が確実に防止できるようにして、光プロ
セス反応が適正に安定して実行されるようにする光励起
プロセス装置を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る光励起プロセス装置は、励起
光入射窓の内部側に反応性ガスと同方向の層流状にした
ガスの流れるの間にガス流路を形成するものである。

［作用］ 上記のように構成される光励起プロセス装置にあっては
、反応室と励起光入射窓との間には層状のガス流が設け
られるようになるものであり、特に反応性ガスが励起光
入射窓の方向に流れることは確実に阻止されるようにな
るものであり、励起光入射窓に曇り等が発生することは
確実に防止されるようになって、この反応性ガスに起因
する各種障害は防止されるようになる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はその構成を示しているもので、反応室１１は反
応性の混合ガスが層流となって流れるような形状の反応
容器１２によって構成される。

この反応容器１２は、例えば石英あるいはステンレス等
の混合ガスと反応性を有しない材質の材料によって気密
性を有するように構成されるもので、その一方に混合ガ
スの流入口１３が形成され、他方に流出口１４が形成さ
れるようになっている。そして、この反応室１１の内部
には基板サセプタ１５が設定され、このサセプタ１５上
の表面に薄膜を成長形成させようとする半導体基板１６
が載置設定されるようにしている。この場合、半導体基
板１Ｂは反応室１１内の混合ガスの流れに対して傾斜し
た状態に設定されるようにし、この基板１６の表面に反
応性の混合ガスが衝突されるよう伸している。

上記反応容器１２には、上記半導体基板１Ｂに対応する
位置に光入射穴１７が形成されているものであり、この
光入射穴１７の位置に対応して励起光入射窓１８が設定
されるようにしている。

上記反応容器１２の上記光入射穴１７が存在する側面部
には、上記反応室ｌｌ内の混合ガスの矢印で示す流れの
方向と平行となるようにしてガス流路１９が形成される
。そして励起光源２０で発生され、上記励起光入射窓１
８から入射されるようになる励起光は、上記ガス流路１
９を横切って上記光入射穴１７に導入されるようになり
、基板サセプタ１５上の半導体基板１６に照射される。

上記ガス流路１９には、流入口２１から窓パージ用ガス
が流入され、流出口２２から排出されるようになって、
光入射穴１７部分でこの窓パージ用ガスと反応性混合ガ
スとが層流状態となって同一方向に流れるようにしてい
る。

ここで、上記反応室ｌｌ内に導入される混合ガスは、紫
外線を吸収し、分解あるいはラジカル生成等の反応を起
こす反応性ガスと、この反応には直接関与せず上記反応
性ガスの輸送量制御に用いられるキャリアガスの混合物
によって構成される。

また窓パージ用ガスは、上記混合ガ、スに含まれるキャ
リアガスと同一の種類のガス、あるいは不活性ガスによ
って構成される。

ここで、上記光入射穴１７の混合ガスの流れの方向への
長さをノ、この穴１７と励起光入射窓１８との間隔をｄ
１ガス流路１９のガス流速をｖ１穴１７の反応室１１側
での混合ガスの濃度を０１この混合ガスのガス流路１９
内での拡散定数をＤとすると、上記穴１７の長さｌは次
の式で示す条件を満足させるように設定する。

ノ≦ｖ−ｄ２／（ｎ−Ｄ）・・・・・・・・・・・・（
１）（）、Ｖｓ　ｄｓ　ｎＳＤは同一単位系）この式よ
りガス流速Ｖを大きくすることによって、窓１７の長さ
ノを間隔ｄに比べて大きくすることができることがわか
る。

また、上記励起光入射窓Ｉ８は合成石英あるいは溶融石
英、Ｍｇ　Ｆ２　、Ｃａ　Ｆ２等の紫外光の対して透明
な材質によって構成されているものであり、ガス流路１
９の側壁に光入射窓１７に対向して設定されるものであ
る。そして、励起光源２０としては、低圧水銀ランプ、
エキツマレーザ等の紫外光光源が用いられる。

そして、このような励起光源２０からの導入される反応
室１１の内部に設定される基板サセプタ１５はモリブデ
ン、グラファイト等のように融点が高く、高温でもガス
を放出することが少ない材質で構成されるもので、混合
ガスの流れに乱れが生じないように図のようにくさび型
に形成されている。そして、このサセプタ１５によって
支持される半導体基板１Ｂは、光化学反応によって膜を
堆積し、あるいはエツチング等の処理対象とされるもの
である。

すなわち、上記のように構成される装置は、励起光入射
窓１８の下部に反応室１１内の混合ガスの流れと平行な
ガス流路１９が形成されているものであり、このガス流
路１９に反応室ｌｌ内の混合ガスのキャリアガスと同じ
ガスが流されるようになる。

そして反応室１１の混合ガスの流れと、ガス流路１９の
ガスの流れとが共に層流とされるように、各々のガスの
圧力および流速を適宜調整設定させるようにする。この
場合、ガス流路１９内のガスの圧力が、反応室Ｉｆ内の
ガスの圧力と等しいか、あるいはそれより高く設定する
ような条件下では、反応室ｌｌ内の混合ガス中の反応ガ
スが、励起光入射窓ｌＢ側へ移動することは、拡散のみ
によって行われるようになる。そして、前記（１）式で
示したような条件で光入射穴１７の長さノを設定するこ
とによって、反応室ｌｌ内の混合ガスに含まれる反応性
ガスが励起光入射窓１９に到達することがないものであ
る。

上記実施例では、反応室を横型にした状態で示したが、
これは第２図で示すように縦型の構造のものにも適用で
きるものである。すなわち、この実施例にあっては反応
室３１が円錐状の容器によって構成されるものであり、
その大径の下部に基板サセプタ３２が設定され、その上
に処理対象となる半導体基板３３が載置されるようにな
るものである。

そして、この反応室１１容器の側壁に励起光入射窓３４
を形成し、励起光源３５からの光が上記半導体基板３３
上に照射されるようにしているものであり、上記励起光
入射窓３４の位置に対応した反応室３１の外側にガス流
路３０を形成するようにしたものである。そして、反応
室３１の容器には、上記励起光入射窓３４の位１ｇに対
応して光入射穴３７が形成されるようにしているもので
、反応室３１内には前記同様の混合ガスが流され、ガス
流路３６には窓パージ用ガスが流されるようになる。

これまでの実施例では、反応室容器の内側に特別に励起
光入射窓部分に対応してガス流路を設けるように説明し
たが、これは第３図に示すように円錐状の反応室容器４
１および外容器４２の２重構造によっても構成できる。

すなわち、反応室容器４１内に第２図で示したと同様の
反応室３１が形成されるものであり、上記容器４１と４
２との間にガス流路３６が形成されるものである。

また、第１の実施例で示したような横型の場合には、第
４図で示すように直径の異なる第１および第２の円筒容
器５１および５２の２重構造としてもよい。すなわち、
第１の容器５１内に反応室１１が形成され、第２の容器
５２と上記第１の容器５１との間にガス流路１９が形成
されるようになるものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る光励起プロセス装置によれ
ば、励起用光の入射窓部分には、反応室に設定される反
応性ガスが到達しないようになるものであり、この窓は
曇り等発生せず、常に透過性の良好な状態に保たれるも
のである。したがって、反応室内に設定される処理対象
である半導体基板部には励起光が常に安定した強さで照
射されるものであり、膜の堆積処理等のプロセス処理が
安定して実行されるよになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る光励起プロセス装置
を説明する断面構成図、第２図乃至第４図はそれぞれこ
の発明の他の実施例を説明する構成図である。 １１・・・反応室、１２・・・反応容器、１５・・・基
板アクセプタ、ＩＢ・・・半導体基板、Ｉ７・・・光入
射穴、１８・・・励起光入射窓、１９・・・ガス流路、
２０・・・励起光源。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　５第１１１！１ （Ａ）　　　　　　　　　　　　　（巳）第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応に関与する反応性ガスが導入され、そのガス
   が排出されるように構成されて、内部に上記反応性ガス
   の流れが設定されるようにした反応室と、 上記反応室に形成され、反応励起用の光が導入されるよ
   うにした励起光入射窓と、 この励起光入射窓の内部側に、この反応室に流される上
   記反応性ガスの流れの方向と一致する方向に別のガスを
   流すように形成されたガス流路とを具備し、 このガス流路に上記反応室内に流れる反応性ガスの流れ
   、および上記ガス流路に流れるガスとは層流状に設定さ
   れるようにしたことを特徴とする光励起プロセス装置。
2. （２）上記ガス流路に流れるガスの圧力は、上記反応室
   に流れる反応性ガスの圧力に等しいか、少なくとも反応
   性ガス圧力より高い圧力に設定されるようにした特許請
   求の範囲第１項記載の光励起プロセス装置。
3. （３）上記ガス流路に流れるガスは、上記反応室に流れ
   る反応性ガスを構成するキャリアガスと同一のガスで構
   成するようにした特許請求の範囲第１項記載の光励起プ
   ロセス装置。
4. （４）上記ガス流路に流れるガスは、上記励起光を吸収
   せず且つ上記反応室内に設定される光励起反応によって
   成長される光反応プロセスに影響を与えないガスによっ
   て構成されるようにした特許請求の範囲第１項記載の光
   励起プロセス装置。
5. （５）上記ガス流路内へのガスの拡散定数をＤ、ガス流
   路内でのガスの流速をｖ、励起光入射窓と反応室内の反
   応性ガス部分までの間隔をｄ、光入射窓に相当する部分
   の反応室側でのガスの濃度をｎとした場合、上記反応室
   に対した上記ガス流路に開口される光入射穴の、上記反
   応性ガスの流れの方向の最長部分の長さｌは、 ｌ≦ｖ・ｄ＾２／（ｎ・Ｄ） とされるようにした特許請求の範囲第１項記載の光励起
   プロセス装置。