JPH0787181B2

JPH0787181B2 - 光励起プロセス装置

Info

Publication number: JPH0787181B2
Application number: JP61194199A
Authority: JP
Inventors: 久美子桂井; 達雄丹羽
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1986-08-20
Filing date: 1986-08-20
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPS6350026A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は反応気体から光化学反応によって基板上に薄膜
を形成する光CVD装置及びエキシマレーザー装置に関す
る。

本明細書では、この光CVD装置とエキシマレーザー装置
を総称して「光励起プロセス装置」という。

（従来の技術）従来の光CVD装置は、第５図に示すように反応室（１）
を周囲から隔離するためのチャンバー（1a）から主とし
て成り、反応室内（１）の上部に支持台（３）が固定さ
れており、支持台（３）の内部には基板（５）を加熱す
るためのヒータ（２）が取付てある。支持台（３）の下
部には基板（５）を装着するための基板ホルダ（４）が
固定されている。また、チャンバー（1a）の下部には成
膜するために必要な光化学反応を起こし、反応を進める
光（一般には紫外光）を引き入れるための窓（６）が設
けられている。窓（６）は、そこを透過した光が基板
（５）を照射できる位置に設けられている。窓（６）の
材料は、一般には石英、弗化マグネシウム等の紫外線を
透過するもので作られる。

反応室（１）には光化学反応を起こし基板（５）上に反
応生成物による薄膜が堆積されるような反応気体、例え
ばジシラン（Si₂H₆）ガスが導入され、そして、光源
（７）から窓（６）を通して基板（５）に光が照射され
ると、ジシランガスが分解して基板上にアモルファス・
シリコンの薄膜が堆積する。

しかし、窓（６）も反応性気体に曝されているので光を
照射することによって窓（６）上にも次第に膜が堆積
し、この膜が反応室（１）に達する光の強度を低下さ
せ、ついには成膜の続行が不可能になるという問題があ
った。

このような問題を解決するため、従来、（イ）窓（６）
の反応気体側に油脂類を塗布することによって窓上の膜
の堆積を防止する方法や（ロ）不活性ガスを窓（６）に
吹き付ける方法などが提案された。

また、エキシマレーザー装置は、紫外域で発振する唯一
の高出力レーザとして注目されており、電子産業、高分
子産業、化学産業、エネルギー産業等に於いて、その応
用が期待されている。

エキシマレーザー光を発光する装置は、エキシマレーザ
ーと呼ばれ、基本的には第７図に示す如くレーザーガス
を含む反応室（１）と反応室（１）を周囲から隔離する
ためのチャンバー（1a）とレーザーガスを励起させる励
起手段の一種としての一対の放電電極（13）と発振され
たレーザー光をハウジング外に透過させるための窓
（６）と、この窓と兼用されることもあり得る光共振器
（14）とからなる。尚、光共振器（14）の一方は全反射
ミラーで他方は半透過鏡である。

この場合、レーザガスは希ガス（Ｒ）例えばキセノン、
クリプトン、アルゴンとハロゲン（Ｘ）例えば塩素、フ
ッ素との混合物からなり、このレーザーガスを電子ビー
ム照射や放電等によってパルス的なショックを与え、希
ガス（Ｒ）を励起状態（R^*）に上げてやると、直ちにハ
ロゲン（Ｘ）と結合して励起状態でのみ存在する分子
（RX^*）を生成する。この分子（RX^*）がエキシマ（exci
mer）と呼ばれるものである。

ところが、エキシマは不安定でそのままの状態でいるこ
とに我慢できないため、直ちに紫外光を放出して基底状
態に落ち、再び希ガスとハロゲンとに別れてしまう。こ
れをbound−free遷移という。

そこでbound−free遷移に基づく紫外光を一対のミラー
で構成される光共振器内で増幅させ、レーザー光として
取出すようにしたものがエキシマレーザー装置である。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、光CVDにおいては、前者（イ）の方法を用いて
も窓（６）へ膜は次第に堆積するため成膜後に窓（６）
を清掃し、油脂類を再塗布するというもので能率的では
ないという問題点があった。また、後者（ロ）も膜の堆
積を完全に抑えるものではない。更に、両者とも光化学
反応に無関係な物質を反応室内に導入することになり、
生成する膜を不純物で汚染し、性能を著しく劣化させる
という問題点があった。

また、紫外光源としてよく利用されるエキシマレーザー
装置においても、窓（６）のチャンバー内面に反応性気
体が吸着し、光反応によって膜堆積を起こし、そのため
窓の透過率は低下し、レーザーの出力を低下させるとい
う問題点があった。

本発明はこれらの問題点を解決し、反応室（１）内に不
必要な物質を導入せずに窓（６）内面への膜の堆積を防
止又は抑制することを目的としている。

（問題点を解決するための手段）本発明の特徴は、前記窓を冷却する冷却手段を設けて、
光励起プロセスの際に、前記窓を前記冷却手段により前
記反応室内にある水分の露点以下に冷却することによ
り、前記水分を前記窓に露結させ、前記窓を水の層で覆
うようにしたことにある。

（作用）基板上への膜の成膜は、一般に基板温度が低ければ低い
ほど膜の堆積は困難になる。そこで、本発明では窓を冷
却して窓への膜の堆積を困難にする。

また、反応気体には一般に不純物として極く僅かの水分
が含まれている。そこで、本発明に従い窓を反応室内の
水分の分圧における水の露点以下に冷却すると水分が窓
上に堆積して薄い水の層を生じる。この後、光を反応室
内に照射し、成膜を開始すると、膜が水の層上に目的の
膜が堆積することは困難になり、窓の曇は著しく軽減さ
れる。

また、万一膜が堆積しても、窓には直接付着することは
ない。したがって、目的の膜の形成が終了した後、冷却
を止めて積極的に加熱し又は加熱しないで放置して窓の
温度を上昇させると反応室内部は減圧状態になるので結
露した水は蒸発する。水が蒸発すると水の層の上に堆積
した膜は剥離するために、わざわざそれを清掃して除去
する必要がなくなる。これにより、これまで窓の清掃の
ため行われてきた反応室へのエッチングガス導入（プラ
ズマエッチング）や真空を破って窓を拭清といった真空
系にとって著しい不利益のある行為が不必要になる。

窓面が露点以下になることによって堆積した窓面上の水
の層は、一定で均一の厚さ（例えば10〜1000Å）である
ことが望ましい。この膜厚を、例えば膜ノズル伝導率の
測定、あるいは干渉縞を数えることによって知り、冷却
手段とともに例えばヒータなどの昇温装置を用いて窓面
の温度を一定に制御し、膜厚を一定値かつ均一にするこ
とができる。

（実施例１）以下、本発明の１つの実施例について説明する。

第１図は、この実施例の光励起プロセス装置の概略垂直
断面を示した図である。

反応室（１）内の上部には支持台（３）が固定されてお
り、支持台（３）の内部に基板（５）を加熱するための
ヒータ（２）が取付てある。一方、支持台（３）の下面
には基板（５）を装着するための基板ホルダ（４）が固
定されている。

チャンバー（1a）の一部には光源からの光を透過し基板
（５）を照射するための窓（６）が取り付けられてる。
窓（６）の内部には面に平行に冷却剤通路（９）が数本
貫通しており、その両端には循環パイプが連結してあ
る。

冷却剤としては、例えば液化窒素、液化ヘリウムなどが
使用され、これらは図示していない冷却装置により所定
の低温に冷却される。この冷却された冷却剤と冷却剤循
環系が本発明の冷却手段を構成する。

尚、この実施例の光励起プロセス装置には隣接して光源
室（８）が設けられており、その内部には光源（７）が
配置されている。

反応室（１）と光源室（８）を予め高真空例えば１×10
^-5〜１×10^-6Torr.にした後、反応室に反応気体例え
ば、ジシラン10cc/min、アンモニア500cc/min、及び窒
素500cc/minからなるガスを導入し、チャンバー内の総
ガス圧を100Torr.とする。この場合、チャンバー内には
不純物として分圧0.001Torr.の水分が含まれている。ま
た、光源室（８）には不活性ガスを同圧に導入する。

そして、循環パイプ（９）を通じて冷却剤（ここでは液
体窒素）を流して窓（６）を−75℃（分圧0.001Torr.の
露点；−75℃）以下に冷却する。冷却剤は窓（６）の内
部を通り気密な反応室（１）や光源室（８）に漏れるこ
となく窓（６）のみを冷却する。

この結果、窓（６）の反応室側表面に水が結露し始め、
極めて薄い水の膜が形成される。

そこで、光源（７）を点灯し波長185nmの光を窓を通し
て基板（５）を照射すると、窒化ケイ素の膜が基板上に堆積し始める。

しかし、窓（６）は極低温（−75℃以下）であるために
膜が窓（６）内面に堆積することは極めて少なくなり、
また、わずかに堆積しても窓（６）上には水の膜が形成
されているために堆積膜が直接付着することはない。

したがって、成膜後に、冷却を止めて窓の温度を露点以
上に上昇させれば水の膜の蒸発と共に堆積した膜も剥離
するため、あらためて清掃する必要がない。

（実施例２）第３図に示す第２の実施例は、冷却剤通路（９）を窓
（６）の内部に設けずに表面に循環パイプ（10）を配置
したものである。こうすると、冷却剤通路（９）のため
に窓（６）の内部をくり抜く必要がないが、その代わり
光源光に曝される部分は循環パイプ（10）を透過率の良
い材料で作成するか、さもなけれ循環パイプ（10）によ
る遮光に忍従する必要がある。

（実施例３）窓（６）の反応チャンバー内部に面してない側例えば光
励起プロセス装置では光源側、エキシマレーザでは外部
側（以後、窓の外側と呼ぶ）が大気に曝されていて窓の
両面とも冷却されている場合には大気側に霜がつき、光
の透過を妨げる恐れがある。

これを回避するために、第６図に示すように窓（６）
の光源側の外側をヒータで加熱する。窓（６）の外側
を高真空にする（好ましくは窓を多重にし、その間を高
真空にする）窓の外側を高純度な乾燥気体で覆う（好
ましくは反応室と同圧で高純度なHe、H₂で覆う）は前
記〜の組み合わせ等の手段をとることができる。

（実施例４）第７図のエキシマレーザー装置の窓（６）を実施例３で
使用した窓にそれぞれ交換した。この結果、長期間使用
しても窓（６）の曇は発生しなかった。

（発明の効果）以上の通り、本発明にしたがい窓を冷却すると、光励起
プロセスの際に窓に膜が堆積することがなくなるか又は
少なくなる。

一般に基板上への膜の成膜は、基板温度が低ければ低い
ほど、膜の堆積は困難になるので、本発明に従い窓を冷
却すると窓への膜の堆積は少なくなる道理である。

光励起プロセスの際に、反応室内にある水分が前記窓に
露結するように、前記水分（反応室内にある水分）の露
点以下に前記窓を冷却手段により冷却すると、窓上で水
が露結し、窓が水の層で覆われるため膜の堆積は困難に
なり、堆積膜が僅かに付着しても、窓と膜との間に水の
層が介在するために、堆積膜が直接に窓に付着すること
はない。そのため、成膜後、窓の冷却を停止することに
よって窓の温度を自然に上昇させたり、あるいは、積極
的に窓を加熱して窓の温度を常温以上に上昇させると水
が蒸発するので、それに伴い、窓に堆積した膜は水の蒸
発と共に剥離する。

したがって、真空を破らずに再成膜をすることが可能で
あり、反応室の清澄度を保つことができる上、同一基板
上への連続プロセスも可能である。尚、反応気体中に含
まれる不純物としての水が窓に露結した場合には、反応
気体の純度が高まり、その結果、堆積する膜の純度が向
上するという利点もある。

更に、本発明によれば、窓への膜の堆積を防止するため
に、光化学反応に不必要な物質を反応室に導入する必要
がないので、反応気体が汚染される心配がない。

また、エキシマレーザー装置等の紫外光源においても、
反応室内のレーザーガスに悪影響を及ぼすことなく窓の
再生が可能なことから光源の長寿命化を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１にかかる光励起プロセス装置
の概略垂直断面図である。第２図は窓の概略平面図第３図は本発明の実施例２にかかる光励起プロセス装置
の概略垂直断面図である。第４図は窓の概略平面図である。第５図は従来の光CVD装置の概略垂直断面図である。第６図は本発明の実施例３にかかる光励起プロセス装置
の概略垂直断面図である。第７図は本発明の実施例４にかかるエキシマレーザーの
概略垂直断面図である。（主要部分の符号の説明）１……反応室 1a……チャンバー 2,11……ヒータ３……支持台４……基板ホルダ５……基板６……窓７……光源８……光源室９……冷却剤通路（冷却手段の一例を構成すす部材） 10……冷却剤循環パイプ（冷却手段の一例を構成すす部
材） 12……ガラス 13……放電電極 14……光共振器 15……膜形成ガス導入口 16……膜形成ガス排気口 17……高真空

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応室と窓を備えた光励起プロセス装置に
於いて、前記窓を冷却する冷却手段を設けて、光励起プロセスの
際に、前記窓を前記冷却手段により前記反応室内にある
水分の露点以下に冷却することにより、前記水分を前記
窓に露結させ、前記窓を水の層で覆うようにしたことを
特徴とする光励起プロセス装置。