ＣＶＤ装置
【課題】膜厚分布が均一な薄膜を形成可能なＣＶＤ装置を提供する。
【解決手段】本発明のＣＶＤ装置２では、排気口３１が排気空間７２に設けられており、成膜空間７１と排気空間７２とを接続する排気流路４１の流入口４４は、成膜空間７１の高さ方向中央位置で成膜空間７１を取り囲んでいる。真空排気装置３３によって、成膜空間７１内のガスを排気空間７２と排気流路４１とを介して排気口４６から真空排気しながらシャワープレート２０から原料ガスを放出すると、成膜空間７１内のガスは主たる流線の方向が基板表面に平行に保たれたまま流入口４４に流入し、基板１４表面に均一な薄膜が形成される。排気流路４１のコンダクタンスは排気空間７２のコンダクタンスよりも小さくされており、流入口４４のどの位置からでも均一に真空排気される。
【解決手段】本発明のＣＶＤ装置２では、排気口３１が排気空間７２に設けられており、成膜空間７１と排気空間７２とを接続する排気流路４１の流入口４４は、成膜空間７１の高さ方向中央位置で成膜空間７１を取り囲んでいる。真空排気装置３３によって、成膜空間７１内のガスを排気空間７２と排気流路４１とを介して排気口４６から真空排気しながらシャワープレート２０から原料ガスを放出すると、成膜空間７１内のガスは主たる流線の方向が基板表面に平行に保たれたまま流入口４４に流入し、基板１４表面に均一な薄膜が形成される。排気流路４１のコンダクタンスは排気空間７２のコンダクタンスよりも小さくされており、流入口４４のどの位置からでも均一に真空排気される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成の技術分野に係り、ＣＶＤ成膜技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８の符号１０２は、従来技術のＣＶＤ装置を示している。ＣＶＤ装置１０２は、真空槽１１１を有しており、真空槽１１１内部の天井側にはシャワーノズル１２０が配置され、真空槽１１１内部の底壁側には載置台１１３が配置されている。真空槽１１１には排気口１３１が設けられており、排気口１３１には真空排気装置１３３が接続されている。
【０００３】
このＣＶＤ装置１０２を用いて薄膜を形成するためには、先ず、真空排気装置１３３を動作させ、真空槽１１１内部を真空排気して真空雰囲気を形成し、真空雰囲気を維持した状態で、真空槽１１１内に基板１１４を搬入し、載置台１１３上に配置し、載置台１１３に内蔵された加熱ヒータ１１８によって基板１１４を所定温度に昇温させる。
【０００４】
シャワーノズル１２０の、載置台１１３の表面と対面する放出面１２５には、複数の放出孔１２３が設けられており、ガス供給系１２７からシャワーノズル１２０に原料ガスを供給し、放出孔１２３から基板１１４表面に向けて放出させ、基板１１４表面での原料ガスの化学反応によって、基板１１４表面に薄膜を形成する。
【０００５】
排気口１３１は、真空槽１１１の底面下、載置台１１３と真空槽１１１底面の間の真空槽１１１壁面に設けられており、化学反応しなかった原料ガスや、化学反応によって生成された副生成物ガスは、載置台１１３と真空槽１１１壁面との間の隙間を通過して、排気口１３１から真空排気される。
【０００６】
そのため、シャワーノズル１２０から供給された原料ガスは上方から基板１１４周辺方向に向かって下方に流れるため、載置台１１３と真空槽１１１との間の隙間へガスの流線が集中して原料ガスの濃度が高くなり、基板１１４周辺部分の膜厚が中心部分の膜厚よりも厚くなるという問題がある。
このようなガスの流れに於いて、基板１１４周辺で膜厚が増大する傾向は、供給律速条件下では薄膜を成長させる化学反応の内容に依らず一般に成り立つ傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−０１８６８０号公報
【特許文献２】特許第４６０６６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、膜厚分布が均一な薄膜を形成できるＣＶＤ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、真空槽内にシャワーノズルが配置され、前記真空槽に設けられた排気口から前記真空槽の内部を真空排気しながら、前記シャワーノズルの放出面に設けられた放出孔から前記真空槽の内部に原料ガスを放出し、載置台表面に配置された基板の表面に薄膜を形成するＣＶＤ装置であって、前記真空槽の内部に排気部材を配置して、前記真空槽の内部を前記放出孔が配置された成膜空間と、前記排気口が配置された排気空間とに分離させ、前記排気部材に設けられた筒状の排気流路の入口側の環状の流入口を前記成膜空間内に露出させ、出口側の環状の排出口を前記排気空間に露出させ、前記成膜空間内の気体を前記排気流路を通過させて前記排気空間に移動させ、前記排気口から真空排気するように構成し、前記流入口は、前記載置台表面よりも高く、前記放出面よりも下に配置されたＣＶＤ装置である。
また、本発明は、前記流入口は、前記載置台表面に基板を配置したときに、前記基板の表面よりも高く位置するように構成されたＣＶＤ装置である。
また、本発明は、前記流入口は、前記載置台表面から前記放出面までの距離のうち、４０％以上６０％以下の範囲内に配置されたＣＶＤ装置である。
また、本発明は、前記排気部材は、前記真空槽と前記シャワーノズルに接触され、前記成膜空間と前記排気空間とが分離されたＣＶＤ装置である。
また、本発明は、前記排気口は、前記真空槽の側壁面に設けられ、前記排気口と、前記排気口から最遠の位置の前記排出口の部分との間の気体コンダクタンスは、最遠の位置の前記排出口から排出される気体が通る部分の前記排気流路の気体コンダクタンスよりも小さくされたＣＶＤ装置である。
また、本発明は、前記排気流路は、第一、第二の溝の底面が接続して構成され、前記排気空間は円柱形状であり、前記第一、第二の溝の幅ｈ1、ｈ2と、前記第一、第二の溝の深さλ1、λ2と、前記排出口と前記排気口との間の前記排気空間の幅Ｌと高さＨと、の間が下記不等式、λ1／ｈ13＋λ2／ｈ23 ≧ ５０Ｌ／Ｈ3を満たすＣＶＤ装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板表面の原料ガス濃度が均一であり、基板表面に均一な膜厚の薄膜を形成できる。
本発明によれば、排気流路のコンダクタンスは排気空間のコンダクタンスより小さくされており、排気口の位置は、基板表面の薄膜の膜厚に影響をあたえないようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一例のＣＶＤ装置の内部を説明するための図
【図２】そのＣＶＤ装置の内部に基板が配置された状態を説明するための図
【図３】排気部材の一部を示す斜視図
【図４】各放出孔から真空排気装置までの反応性ガスの流れのシミュレーション結果 (ａ)：排気口が上下方向中央に位置するＣＶＤ装置 (ｂ)：下部に位置するＣＶＤ装置 (ｃ)：上部に位置するＣＶＤ装置
【図５】各放出孔から真空排気装置までの反応性ガスの濃度のシミュレーション結果 (ａ)：排気口が上下方向中央に位置するＣＶＤ装置 (ｂ)：下部に位置するＣＶＤ装置 (ｃ)：上部に位置するＣＶＤ装置
【図６】基板表面に形成される膜厚分布のシミュレーション結果
【図７】本発明の排気流路と排気空間のコンダクタンスを算出するためのモデルを説明するための図
【図８】従来のＣＶＤ装置を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜ＣＶＤ装置＞
図１を参照し、符号２は、本発明のＣＶＤ装置を示している。
このＣＶＤ装置２は、真空槽１１と、環状の排気部材４０とを有している。
ここでは、真空槽１１は上部槽１５と下部槽１７に分離可能に構成されており、真空槽１１の上部槽１５と下部槽１７の端面が、オーリング１９を介して排気部材４０の表面と裏面に接触し、排気部材４０を介して接触された上部槽１５と下部槽１７とで構成される真空槽１１の内部が気密になるように構成されている。
【００１３】
ここでは、真空槽１１の上部槽１５と下部槽１７の端面は環状であり、上部槽１５と排気部材４０との接触面と、下部槽１７と排気部材４０との接触面が環状になるようにされており、真空槽１１の上部槽１５と下部槽１７とは、排気部材４０を介して気密にされて、真空槽１１の内部は真空排気可能にされている。
【００１４】
真空槽１１の内部には、シャワーノズル２０が配置されている。
シャワーノズル２０は円板状の中空部材２１であり、排気部材４０も円形リングである。シャワーノズル２０は排気部材４０の内側に配置され、接触部分５３が環状になるように、シャワーノズル２０と排気部材４０とは接触されている。
【００１５】
シャワーノズル２０の表面と裏面とは、真空槽１１の壁面から離間して配置されており、真空槽１１の内部空間は、シャワーノズル２０によって二分されている。
シャワーノズル２０の表面には内部中空部分２２に接続された放出孔２３が複数設けられており、放出孔２３が位置する表面を放出面２５とし、真空槽１１内部が二分された空間のうち、放出面２５が露出する空間を成膜空間７１とし、反対側の空間を排気空間７２とすると、排気空間７２が成膜空間７１の上方に位置している。
【００１６】
成膜空間７１の内部では、放出面２５と対面する位置に、載置台１３が配置されている。
載置台１３を貫通するように設けられたホイスト機構（図示せず）を介して基板を搬出入する。
【００１７】
図２は、搬出入孔から基板１４を真空槽１１内に搬入して載置台１３上に配置した状態であり、基板１４の成膜面１６は、シャワーノズル２０の放出面２５と対面している。
真空槽１１の排気空間７２を構成する壁面には、排気口３１が設けられ、排気口３１には真空排気装置３３が接続されている。真空排気装置３３を動作させると、排気空間７２内のガスは、排気口３１から真空排気される。
【００１８】
ここでは、真空槽１１の真上位置には他の装置２８が配置されており、排気口３１をシャワーノズル２０と対面する真空槽１１の天井部分に配置すると、真空排気装置３３と排気口３１を接続する排気管３４を設けることが困難になるため、一般的に、ＣＶＤ装置２では排気口３１は壁面のうち、排気空間７２の側壁面に設けられている。
【００１９】
排気部材４０には、排気空間７２と成膜空間７１とを接続し、気体が流れる排気流路４１が設けられており、成膜空間７１内の気体は排気流路４１を通って排気空間７２内に移動し、排気口３１から真空排気装置３３によって真空排気されるようになっている。
真空槽１１の外部には、原料ガスが配置されたガス供給装置２７が配置されており、シャワーノズル２０は、ガス供給装置２７に接続され、原料ガスが供給されるように構成されている。
【００２０】
基板１４表面に薄膜を形成する際には、真空排気装置３３によって排気空間７２を真空排気することで、成膜空間７１の内部を真空排気しながら、ガス供給装置２７から薄膜の原料ガスをシャワーノズル２０に供給し、原料ガスを放出孔２３から成膜空間７１内に放出する。
【００２１】
放出孔２３から放出された原料ガスは、載置台１３方向に流れ、基板１４表面で化学反応して反応生成物を生成すると、反応生成物から成る薄膜が基板１４表面に形成される。
ここでは、載置台１３に設けられた加熱装置１８によって、載置台１３上の基板１４を加熱しながら成膜空間７１内に原料ガスが放出されており、化学反応は加熱装置１８の熱によって進行される。
【００２２】
成膜空間７１には、シャワーノズル２０から供給されても化学反応をしなかった原料ガスと、化学反応に伴って生成された副生成物のガス等が大気圧よりも低い圧力で存しており、成膜空間７１内に存するガスは、排気部材４０の排気流路４１を通って排気空間７２に移動し、真空排気される。
【００２３】
排気流路４１の形状を説明すると、排気流路４１は、排気部材４０の円筒形状の内周と外周の間に円筒形形状に形成されており、排気流路４１の一端のリング状の流入口４４は、排気部材４０の内周面に配置され、載置台１３の中央を取り囲んで成膜空間７１内に環状に露出されている。
【００２４】
排気流路４１の他端の排出口４６は、排気部材４０の上端に配置され、シャワーノズル２０の中央部分を取り囲んで排気空間７２に環状に露出されている。
ここでは、排気流路４１は、開口が排出口４６にされ、排気部材４０内で鉛直に配置された第一の溝４７の底面と、開口が流入口４４にされ、排気部材４０内で水平に配置された第二の溝４８の底面とが、排気部材４０内で接続されて構成されており、排気流路４１よりも内周側に位置し、排気部材４０の内周面を形成する側壁は、流入口４４に立設された柱で支持されている。
【００２５】
図３は、排気部材４０の一部を拡大して示しており、図３の符号５４は、柱を示している。この柱５４は細く、流入口４４に入るガスの流れに対する影響は無視できる。同図符号４９ａ、４９ｂは、真空槽１１の上部槽１５と排気部材４０との間のオーリング１９と、真空槽１１の下部槽１７と排気部材４０との間のオーリング１９が配置される溝である。
【００２６】
第一の溝４７の排出口４６は、シャワーノズル２０の裏面と同程度の高さに位置し、シャワーノズル２０を取り囲んでおり、第二の溝４８の流入口４４は成膜空間７１を取り囲んでいる。
流入口４４は、載置台１３に配置された基板１４の成膜面１６よりも上方に位置しており、流入口４４の下端と上端とは、載置台１３の表面１２から放出面２５までの間の距離の、４０％以上６０％以下の範囲内に位置するように配置され、成膜空間７１内のガスは、上下方向の略中央位置から排気されるようになっている。
【００２７】
また、流入口４４はシャワーノズル２０の放出面２５よりも低い位置に配置されており、ここでは、流入口４４は、成膜空間７１の上下方向の略中央位置に配置されている。
このように、流入口４４が、載置台１３上の基板１４表面と放出面２５との間に位置する場合と、載置台１３の表面１２と同じ高さに位置する場合と、放出面２５と同じ高さに位置する場合とでは、基板１４表面に形成される薄膜の、基板１４の中央部分の膜厚と周辺部分の膜厚との間の厚薄関係が異なっており、実験によると、流入口４４の位置が、載置台１３の表面１２と同じ高さにあると周辺部分の方が厚く、放出面２５と同じ高さにあると周辺部分の方が薄くなる。
流入口４４が載置台１３上の基板１４表面と放出面２５との間に位置する場合は、それら厚薄の中間になり、中央部分の膜厚と、周辺部分の膜厚とが同じになる。
【００２８】
図４(ａ)〜(ｃ)は、シャワーノズル２０の複数の放出孔２３から成膜空間７１内に放出された原料ガスの流れのシミュレーション結果であり、図５(ａ)〜(ｃ)は、その原料ガスの成膜空間７１内の濃度分布のシミュレーション結果である。成膜空間７１と、成膜空間７１内に配置されたシャワーノズル２０等の部材は軸対称なので、右側断面のみを図示した。（図で左側が対称軸）
図４(ａ)〜(ｃ)の曲線Ｋが、同じ放出孔２３から供給された原料ガスの流れを示す流線であり、図５(ａ)〜(ｃ)の曲線Ｍが、成膜空間７１内の同じ原料ガス濃度の点を結んだ等濃度線である。
【００２９】
図４(ａ)、図５(ａ)は、流入口４４の中心位置をシャワーノズル２０の放出面２５と載置台１３の間の中央位置に配置した場合のシミュレーション結果であり、図４(ｂ)、図５(ｂ)は、載置台１３の外周と真空槽１１との間の空間を流入口６４ａとして、流入口６４ａの高さを載置台１３の表面１２の高さと一致させたときのシミュレーション結果であり、図４(ｃ)、図５(ｃ)は、シャワーノズル２０の外周と真空槽１１との間を流入口６４ｂとして、流入口６４ｂをシャワーノズル２０の放出面２５の高さと一致させたときのシミュレーション結果である。符号６１ａ、６１ｂは排気流路を示し、符号６６ａ、６６ｂは排出口を示している。
【００３０】
図４(ｂ)、(ｃ)、図５(ｂ)、(ｃ)から分かるように、流入口６４ａが載置台１３の表面１２と同じ高さにあるときは、基板１４の周辺部分では流線が基板１４表面に接近し、周辺部分の濃度が中央部分よりも高くなっており、流入口６４ｂが放出面２５と同じ高さにあるときは、基板１４の周辺部分では流線が基板１４の周辺部分から離れ、周辺部分の濃度が低くなっている。
【００３１】
図６は、横軸を基板１４の中心からの距離とし、縦軸を膜厚(任意単位)としたときの、距離と膜厚の関係を示すグラフであり、曲線Ａ1、Ａ2、Ａ3は、流入口４４、６４ａ、６４ｂを、放出面２５と載置台１３の間の中央位置に配置したときと、放出面２５と同じ高さに配置したときと、載置台１３の表面１２と同じ高さに配置したときの膜厚計算結果であり、流入口４４を、放出面２５と載置台１３の間の中央位置に配置したときが均一な膜厚が得られており、放出面２５や載置台１３の表面１２と同じ高さの流入口６４ａ、６４ｂの場合は、中央と周辺との膜厚は大きく相違してしまうから、少なくとも、流入口は、載置台１３の表面１２と、放出面２５との間に配置する必要があることが分かる。
【００３２】
なお、基板１４の厚みは、多くの場合載置台１３表面と放出面２５との間の高さの１／１００程度であり、載置台表面１２に設けられた基板厚み深さの堀り込み溝（図示せず）内部に置かれることも多いので、通常、流入口４４の位置に対する基板１４の厚みは無視することができる。
【００３３】
次に、排気流路４１の、流入口４４から排出口４６までの間のコンダクタンスを説明すると、真空排気装置３３によって、成膜中は排気口３１から排気空間７２内が真空排気されており、成膜空間７１内の原料ガスや副生成物ガスは、流入口４４から排気流路４１内に流入し、最短経路を通過して排出口４６に到達するようになっており、流入口４４のどの位置から流入したガスでも、同じコンダクタンスで排気流路４１内部を通過して排気空間７２に移動し、排気口３１から真空排気される。
【００３４】
このように、成膜空間７１内のガスが排気流路４１を流れる際には、ガスが流れる排気流路４１の流入口４４から排出口４６までの間のコンダクタンスは、流入口４４のどの位置から排出口４６に流れても等しくなるようにされている。
それに対し、排気口３１は真空槽１１の天井ではなく、上述したように排気空間７２を取り囲む壁面のうちの側壁面に配置されているため、リング状の排出口４６には、排気口３１に近い部分と遠い部分が発生する。
【００３５】
従って、排気空間７２内の排気口３１と排出口４６との間のコンダクタンスは、排気口３１に近い部分では高く、遠い部分では小さくなる。
排気口３１から最も遠い位置の排出口４６を通過するガスの質量流量を最小ＱAとし、最も近い位置の排出口４６を通過するガスの質量流量を最大流量ＱBとすると、ＱB＞ＱAであるが、最大流量ＱBと最小流量ＱAとの差が大きすぎると、成膜空間７１内に原料ガスの分布の偏りが生じ、膜厚分布に影響を与える。
【００３６】
＜流量差の計算＞
そこで、最大流量ＱBと最小流量ＱAの差と和との比を許容差ｓ（％）として、下記(１)式、
【００３７】
【数１】
【００３８】
で定義し、許容差ｓを所望の値に設定したときの、排気流路４１の寸法や、排気空間７２の大きさを求める関係式を導出する。
【００３９】
先ず、排出口４６が排気口３１から遠い場合は、流入口４４から排気口３１までのガス流れの抵抗値は、排気流路４１の抵抗値Ｃ0-1と、排気空間７２内の抵抗値Ｃ1-1とを合計した直列抵抗値であるから、最小流量ＱAの値は、下記式(２)に示すように、成膜空間７１内の流入口４４の位置の圧力と、排気空間７２内の排気口３１の位置の圧力との間の圧力差Δｐに、直列抵抗の逆数であるコンダクタンスの値を乗算した値に等しい。
【００４０】
【数２】
【００４１】
他方、排出口４６が排気口３１に近い場合は、排出口４６と排気口３１とが近接しており、その間の抵抗値は、数式上ゼロと置けるので、最大流量ＱBは、排気流路４１のコンダクタンスＣ0と圧力差Δｐを使用して、下記(３)式のように、コンダクタンスＣ0と圧力差Δｐの積の値に等しくなる。
【００４２】
【数３】
【００４３】
上記(２)式と(３)式で表された最小流量ＱAと最大流量ＱBを用いて(１)式を書き替えると、下記(４)式が得られる。
【００４４】
【数４】
【００４５】
許容差ｓと排気流路４１のコンダクタンスＣ0が与えられたときに、排気空間７２のコンダクタンスＣ1の最小値を求める場合は、排気空間７２のコンダクタンスＣ1は、上記(４)式を簡略化した下記（５）式、
【００４６】
【数５】
【００４７】
が満たされれば良いとすることができる。
【００４８】
排気流路４１の寸法から、排気流路４１のコンダクタンスＣ0の値を求めるために、排気流路４１を構成するリング形状の第一、第二の溝４７、４８のうち、どちらの溝も、リング形状の中心軸線を含む平面で切断すると、切断断面は、図７のように表される。
【００４９】
リング形状の第一、第二の溝は、図７の切断断面図では、内部を流れるガスの上流側を紙面左方にされ、下流側が紙面右方にされており、リング状の円周方向は、紙面奥行き方向にされている。
【００５０】
排気流路４１を構成する第一、第二の溝４７、４８は、一定の幅ｈで壁面によって挟まれているものとし、計算上、幅ｈの中央を通り、紙面左方から右方に向けて伸びる方向を流れ方向であるｘ軸とし、幅ｈの中央位置を原点として幅ｈと平行な方向をｚ軸とすると、ガスの圧力ｐと流速ｕとは、下記(６)式の関係にある。下記(６)式のμはガスの粘性係数である。
【００５１】
【数６】
【００５２】
二壁面の表面のｚ軸座標上の位置は±ｈ／２であり、壁面表面の流速ｕはゼロであるとすると(６)式は、下記(７)式に書き替えられる。
【００５３】
【数７】
【００５４】
幅ｈの壁面間の排気流路４１の溝内を流れるガスの質量流量Ｑは、上記(７)式の幅方向の積分値と、流れるガスの質量密度ρとの積であり、積分値を計算すると、質量流量Ｑは下記(８)式で表される。
【００５５】
【数８】
【００５６】
但し、気体の状態方程式ｐ＝ｎｋＴ＝ρＲＴ（ｎは気体の数密度、ｋはボルツマン定数、Ｔは気体の絶対温度、Ｒは気体定数である）を用いて、(８)式の第３項では、積分式の質量密度ρを、消去してある。
長さλの溝の一端の圧力ｐ0と他端の圧力ｐ1と、更に、両端の圧力ｐ0、ｐ1の平均値Ｐaveと、両端の圧力ｐ0、ｐ1の圧力差Δｐとから、上記右辺の微分係数は下記(９)式のように書き替えられる。
【００５７】
【数９】
【００５８】
コンダクタンスＣは、流束Ｑ／圧力差Δｐであるから、上記(８)、(９)式から、コンダクタンスＣを表す下記(１０)式が得られる。排気流路４１を構成する溝のコンダクタンスは、ｈ3／λに比例することになる。
【００５９】
【数１０】
【００６０】
上述したように、上記(１０)式のコンダクタンスＣは、幅ｈ、長さλの一個の溝のコンダクタンスを表す式であり、排気流路４１は、幅がｈ1、長さがλ1の第一の溝４７と、幅がｈ2、長さがλ2の第二の溝４８とが、底面が接続されて構成されているから、第一、第二の溝４７、４８を直列接続した排気流路４１のコンダクタンスＣ0は、第一、第二の溝４７、４８内の両端の平均圧力をＰave1、Ｐave2として下記(１１)式のように表すことができる。
【００６１】
【数１１】
【００６２】
(１１)式により、(５)式の右辺のコンダクタンスＣ0が求められた。
【００６３】
次に、(５)式の左辺は、排気口３１と最遠の排出口４６と間のコンダクタンスＣ1であり、排気口３１と最遠の排出口４６と間は、排気空間７２によって接続されている。
【００６４】
排気空間７２は、幅が底面と天井との間の高さＨであり、流れる距離が排気空間７２の幅Ｌの流路である。奥行きは、高さＨよりも充分に大きいから、排気空間７２である流路のコンダクタンスＣ1には、(１０)式が使用でき、排気口３１と最遠の排出口４６と間は、幅が高さＨ、流れる距離が幅Ｌの流路であるから、排気空間７２内の平均圧力をＰave3とすると、その流路のコンダクタンスは、下記(１２)式になる。
【００６５】
【数１２】
【００６６】
(５)式に(１１)、(１２)式を代入する際に、流速が音速よりも十分小さい（Ｍａ＜０．１）通常のＣＶＤ装置においては、真空槽内到る所でほぼ等圧とみなしてよいから、Ｐave1〜Ｐave2〜Ｐave3として平均圧力項を落とす。(５)式の左辺で表される流量差を１％であるとすると(ｓ＝１)、排気流路４１又は排気空間７２の長さλ1、λ2、Ｌと、幅ｈ1、ｈ2、Ｈとの間には、下記(１３)式である不等号が成立すればよいことになる。
【００６７】
【数１３】
【００６８】
＜成膜方法＞
次に、本発明のＣＶＤ装置２を用いて、基板１４表面に薄膜を形成する工程について説明する。
【００６９】
先ず、真空排気装置３３を動作させ、真空槽１１内部（排気空間７２、排気流路４１、成膜空間７１）を排気口３１から真空排気し、成膜空間７１と排気流路４１と排気空間７２に真空雰囲気を形成する。
真空槽１１内部を真空排気しながら基板１４を真空槽１１内部に搬入し、シャワーノズル２０の放出面２５と対面する載置台１３の表面１２に基板１４を密着させて配置する。
【００７０】
載置台１３の内部には、加熱装置１８が設けられており、真空槽１１外部に配置された電源（不図示）を動作させて加熱装置１８に通電すると、加熱装置１８が発熱又は発光し、載置台１３が加熱される。基板１４は加熱された載置台１３からの熱伝導によって加熱され、昇温する。
【００７１】
基板１４が所定温度以上に昇温されたた後、ガス供給装置２７から、シャワーノズル２０の内部に原料ガスが導入されると内部に原料ガスが充満し、シャワーノズル２０の放出孔２３から真空槽１１内の成膜空間７１に原料が放出される。
上述したように、流入口４４は、成膜空間７１を取り囲む環状に形成されており、基板１４の成膜面１６とシャワーノズル２０の放出面２５との間に配置されている。
【００７２】
成膜空間７１内の余分な原料ガスや副生成物ガスが、流入口４４から排気される際、成膜空間７１内では、流入口４４の高さにガス流線が集中し、基板１４の周辺部分の膜厚が増大しないようになっている。
【００７３】
特に、流入口４４の中央位置を載置台１３の表面１２と放出面２５との中央位置に配置すると、原料ガスは、上記シミュレーション結果の通り流れ、基板１４表面の原料ガス濃度が中央部分と周辺部分とで同程度になって均一な膜厚の薄膜が基板１４表面に形成される。
【００７４】
なお、流入口４４の幅ｈは流入口４４の高さであり、放出面２５と基板１４表面との間の距離Ｄより短くされており、流入口４４が位置する平面は、載置台１３の表面１２に対して垂直にされている。
【符号の説明】
【００７５】
２……ＣＶＤ装置
１１……真空槽
１３……載置台
１４……基板
２０……シャワーノズル
２３……放出孔
２５……放出面
３１……排気口
４０……排気部材
４１……排気流路
４４……流入口
４６……排出口
７１……成膜空間
７２……排気空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成の技術分野に係り、ＣＶＤ成膜技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８の符号１０２は、従来技術のＣＶＤ装置を示している。ＣＶＤ装置１０２は、真空槽１１１を有しており、真空槽１１１内部の天井側にはシャワーノズル１２０が配置され、真空槽１１１内部の底壁側には載置台１１３が配置されている。真空槽１１１には排気口１３１が設けられており、排気口１３１には真空排気装置１３３が接続されている。
【０００３】
このＣＶＤ装置１０２を用いて薄膜を形成するためには、先ず、真空排気装置１３３を動作させ、真空槽１１１内部を真空排気して真空雰囲気を形成し、真空雰囲気を維持した状態で、真空槽１１１内に基板１１４を搬入し、載置台１１３上に配置し、載置台１１３に内蔵された加熱ヒータ１１８によって基板１１４を所定温度に昇温させる。
【０００４】
シャワーノズル１２０の、載置台１１３の表面と対面する放出面１２５には、複数の放出孔１２３が設けられており、ガス供給系１２７からシャワーノズル１２０に原料ガスを供給し、放出孔１２３から基板１１４表面に向けて放出させ、基板１１４表面での原料ガスの化学反応によって、基板１１４表面に薄膜を形成する。
【０００５】
排気口１３１は、真空槽１１１の底面下、載置台１１３と真空槽１１１底面の間の真空槽１１１壁面に設けられており、化学反応しなかった原料ガスや、化学反応によって生成された副生成物ガスは、載置台１１３と真空槽１１１壁面との間の隙間を通過して、排気口１３１から真空排気される。
【０００６】
そのため、シャワーノズル１２０から供給された原料ガスは上方から基板１１４周辺方向に向かって下方に流れるため、載置台１１３と真空槽１１１との間の隙間へガスの流線が集中して原料ガスの濃度が高くなり、基板１１４周辺部分の膜厚が中心部分の膜厚よりも厚くなるという問題がある。
このようなガスの流れに於いて、基板１１４周辺で膜厚が増大する傾向は、供給律速条件下では薄膜を成長させる化学反応の内容に依らず一般に成り立つ傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−０１８６８０号公報
【特許文献２】特許第４６０６６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、膜厚分布が均一な薄膜を形成できるＣＶＤ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、真空槽内にシャワーノズルが配置され、前記真空槽に設けられた排気口から前記真空槽の内部を真空排気しながら、前記シャワーノズルの放出面に設けられた放出孔から前記真空槽の内部に原料ガスを放出し、載置台表面に配置された基板の表面に薄膜を形成するＣＶＤ装置であって、前記真空槽の内部に排気部材を配置して、前記真空槽の内部を前記放出孔が配置された成膜空間と、前記排気口が配置された排気空間とに分離させ、前記排気部材に設けられた筒状の排気流路の入口側の環状の流入口を前記成膜空間内に露出させ、出口側の環状の排出口を前記排気空間に露出させ、前記成膜空間内の気体を前記排気流路を通過させて前記排気空間に移動させ、前記排気口から真空排気するように構成し、前記流入口は、前記載置台表面よりも高く、前記放出面よりも下に配置されたＣＶＤ装置である。
また、本発明は、前記流入口は、前記載置台表面に基板を配置したときに、前記基板の表面よりも高く位置するように構成されたＣＶＤ装置である。
また、本発明は、前記流入口は、前記載置台表面から前記放出面までの距離のうち、４０％以上６０％以下の範囲内に配置されたＣＶＤ装置である。
また、本発明は、前記排気部材は、前記真空槽と前記シャワーノズルに接触され、前記成膜空間と前記排気空間とが分離されたＣＶＤ装置である。
また、本発明は、前記排気口は、前記真空槽の側壁面に設けられ、前記排気口と、前記排気口から最遠の位置の前記排出口の部分との間の気体コンダクタンスは、最遠の位置の前記排出口から排出される気体が通る部分の前記排気流路の気体コンダクタンスよりも小さくされたＣＶＤ装置である。
また、本発明は、前記排気流路は、第一、第二の溝の底面が接続して構成され、前記排気空間は円柱形状であり、前記第一、第二の溝の幅ｈ1、ｈ2と、前記第一、第二の溝の深さλ1、λ2と、前記排出口と前記排気口との間の前記排気空間の幅Ｌと高さＨと、の間が下記不等式、λ1／ｈ13＋λ2／ｈ23 ≧ ５０Ｌ／Ｈ3を満たすＣＶＤ装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板表面の原料ガス濃度が均一であり、基板表面に均一な膜厚の薄膜を形成できる。
本発明によれば、排気流路のコンダクタンスは排気空間のコンダクタンスより小さくされており、排気口の位置は、基板表面の薄膜の膜厚に影響をあたえないようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一例のＣＶＤ装置の内部を説明するための図
【図２】そのＣＶＤ装置の内部に基板が配置された状態を説明するための図
【図３】排気部材の一部を示す斜視図
【図４】各放出孔から真空排気装置までの反応性ガスの流れのシミュレーション結果 (ａ)：排気口が上下方向中央に位置するＣＶＤ装置 (ｂ)：下部に位置するＣＶＤ装置 (ｃ)：上部に位置するＣＶＤ装置
【図５】各放出孔から真空排気装置までの反応性ガスの濃度のシミュレーション結果 (ａ)：排気口が上下方向中央に位置するＣＶＤ装置 (ｂ)：下部に位置するＣＶＤ装置 (ｃ)：上部に位置するＣＶＤ装置
【図６】基板表面に形成される膜厚分布のシミュレーション結果
【図７】本発明の排気流路と排気空間のコンダクタンスを算出するためのモデルを説明するための図
【図８】従来のＣＶＤ装置を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜ＣＶＤ装置＞
図１を参照し、符号２は、本発明のＣＶＤ装置を示している。
このＣＶＤ装置２は、真空槽１１と、環状の排気部材４０とを有している。
ここでは、真空槽１１は上部槽１５と下部槽１７に分離可能に構成されており、真空槽１１の上部槽１５と下部槽１７の端面が、オーリング１９を介して排気部材４０の表面と裏面に接触し、排気部材４０を介して接触された上部槽１５と下部槽１７とで構成される真空槽１１の内部が気密になるように構成されている。
【００１３】
ここでは、真空槽１１の上部槽１５と下部槽１７の端面は環状であり、上部槽１５と排気部材４０との接触面と、下部槽１７と排気部材４０との接触面が環状になるようにされており、真空槽１１の上部槽１５と下部槽１７とは、排気部材４０を介して気密にされて、真空槽１１の内部は真空排気可能にされている。
【００１４】
真空槽１１の内部には、シャワーノズル２０が配置されている。
シャワーノズル２０は円板状の中空部材２１であり、排気部材４０も円形リングである。シャワーノズル２０は排気部材４０の内側に配置され、接触部分５３が環状になるように、シャワーノズル２０と排気部材４０とは接触されている。
【００１５】
シャワーノズル２０の表面と裏面とは、真空槽１１の壁面から離間して配置されており、真空槽１１の内部空間は、シャワーノズル２０によって二分されている。
シャワーノズル２０の表面には内部中空部分２２に接続された放出孔２３が複数設けられており、放出孔２３が位置する表面を放出面２５とし、真空槽１１内部が二分された空間のうち、放出面２５が露出する空間を成膜空間７１とし、反対側の空間を排気空間７２とすると、排気空間７２が成膜空間７１の上方に位置している。
【００１６】
成膜空間７１の内部では、放出面２５と対面する位置に、載置台１３が配置されている。
載置台１３を貫通するように設けられたホイスト機構（図示せず）を介して基板を搬出入する。
【００１７】
図２は、搬出入孔から基板１４を真空槽１１内に搬入して載置台１３上に配置した状態であり、基板１４の成膜面１６は、シャワーノズル２０の放出面２５と対面している。
真空槽１１の排気空間７２を構成する壁面には、排気口３１が設けられ、排気口３１には真空排気装置３３が接続されている。真空排気装置３３を動作させると、排気空間７２内のガスは、排気口３１から真空排気される。
【００１８】
ここでは、真空槽１１の真上位置には他の装置２８が配置されており、排気口３１をシャワーノズル２０と対面する真空槽１１の天井部分に配置すると、真空排気装置３３と排気口３１を接続する排気管３４を設けることが困難になるため、一般的に、ＣＶＤ装置２では排気口３１は壁面のうち、排気空間７２の側壁面に設けられている。
【００１９】
排気部材４０には、排気空間７２と成膜空間７１とを接続し、気体が流れる排気流路４１が設けられており、成膜空間７１内の気体は排気流路４１を通って排気空間７２内に移動し、排気口３１から真空排気装置３３によって真空排気されるようになっている。
真空槽１１の外部には、原料ガスが配置されたガス供給装置２７が配置されており、シャワーノズル２０は、ガス供給装置２７に接続され、原料ガスが供給されるように構成されている。
【００２０】
基板１４表面に薄膜を形成する際には、真空排気装置３３によって排気空間７２を真空排気することで、成膜空間７１の内部を真空排気しながら、ガス供給装置２７から薄膜の原料ガスをシャワーノズル２０に供給し、原料ガスを放出孔２３から成膜空間７１内に放出する。
【００２１】
放出孔２３から放出された原料ガスは、載置台１３方向に流れ、基板１４表面で化学反応して反応生成物を生成すると、反応生成物から成る薄膜が基板１４表面に形成される。
ここでは、載置台１３に設けられた加熱装置１８によって、載置台１３上の基板１４を加熱しながら成膜空間７１内に原料ガスが放出されており、化学反応は加熱装置１８の熱によって進行される。
【００２２】
成膜空間７１には、シャワーノズル２０から供給されても化学反応をしなかった原料ガスと、化学反応に伴って生成された副生成物のガス等が大気圧よりも低い圧力で存しており、成膜空間７１内に存するガスは、排気部材４０の排気流路４１を通って排気空間７２に移動し、真空排気される。
【００２３】
排気流路４１の形状を説明すると、排気流路４１は、排気部材４０の円筒形状の内周と外周の間に円筒形形状に形成されており、排気流路４１の一端のリング状の流入口４４は、排気部材４０の内周面に配置され、載置台１３の中央を取り囲んで成膜空間７１内に環状に露出されている。
【００２４】
排気流路４１の他端の排出口４６は、排気部材４０の上端に配置され、シャワーノズル２０の中央部分を取り囲んで排気空間７２に環状に露出されている。
ここでは、排気流路４１は、開口が排出口４６にされ、排気部材４０内で鉛直に配置された第一の溝４７の底面と、開口が流入口４４にされ、排気部材４０内で水平に配置された第二の溝４８の底面とが、排気部材４０内で接続されて構成されており、排気流路４１よりも内周側に位置し、排気部材４０の内周面を形成する側壁は、流入口４４に立設された柱で支持されている。
【００２５】
図３は、排気部材４０の一部を拡大して示しており、図３の符号５４は、柱を示している。この柱５４は細く、流入口４４に入るガスの流れに対する影響は無視できる。同図符号４９ａ、４９ｂは、真空槽１１の上部槽１５と排気部材４０との間のオーリング１９と、真空槽１１の下部槽１７と排気部材４０との間のオーリング１９が配置される溝である。
【００２６】
第一の溝４７の排出口４６は、シャワーノズル２０の裏面と同程度の高さに位置し、シャワーノズル２０を取り囲んでおり、第二の溝４８の流入口４４は成膜空間７１を取り囲んでいる。
流入口４４は、載置台１３に配置された基板１４の成膜面１６よりも上方に位置しており、流入口４４の下端と上端とは、載置台１３の表面１２から放出面２５までの間の距離の、４０％以上６０％以下の範囲内に位置するように配置され、成膜空間７１内のガスは、上下方向の略中央位置から排気されるようになっている。
【００２７】
また、流入口４４はシャワーノズル２０の放出面２５よりも低い位置に配置されており、ここでは、流入口４４は、成膜空間７１の上下方向の略中央位置に配置されている。
このように、流入口４４が、載置台１３上の基板１４表面と放出面２５との間に位置する場合と、載置台１３の表面１２と同じ高さに位置する場合と、放出面２５と同じ高さに位置する場合とでは、基板１４表面に形成される薄膜の、基板１４の中央部分の膜厚と周辺部分の膜厚との間の厚薄関係が異なっており、実験によると、流入口４４の位置が、載置台１３の表面１２と同じ高さにあると周辺部分の方が厚く、放出面２５と同じ高さにあると周辺部分の方が薄くなる。
流入口４４が載置台１３上の基板１４表面と放出面２５との間に位置する場合は、それら厚薄の中間になり、中央部分の膜厚と、周辺部分の膜厚とが同じになる。
【００２８】
図４(ａ)〜(ｃ)は、シャワーノズル２０の複数の放出孔２３から成膜空間７１内に放出された原料ガスの流れのシミュレーション結果であり、図５(ａ)〜(ｃ)は、その原料ガスの成膜空間７１内の濃度分布のシミュレーション結果である。成膜空間７１と、成膜空間７１内に配置されたシャワーノズル２０等の部材は軸対称なので、右側断面のみを図示した。（図で左側が対称軸）
図４(ａ)〜(ｃ)の曲線Ｋが、同じ放出孔２３から供給された原料ガスの流れを示す流線であり、図５(ａ)〜(ｃ)の曲線Ｍが、成膜空間７１内の同じ原料ガス濃度の点を結んだ等濃度線である。
【００２９】
図４(ａ)、図５(ａ)は、流入口４４の中心位置をシャワーノズル２０の放出面２５と載置台１３の間の中央位置に配置した場合のシミュレーション結果であり、図４(ｂ)、図５(ｂ)は、載置台１３の外周と真空槽１１との間の空間を流入口６４ａとして、流入口６４ａの高さを載置台１３の表面１２の高さと一致させたときのシミュレーション結果であり、図４(ｃ)、図５(ｃ)は、シャワーノズル２０の外周と真空槽１１との間を流入口６４ｂとして、流入口６４ｂをシャワーノズル２０の放出面２５の高さと一致させたときのシミュレーション結果である。符号６１ａ、６１ｂは排気流路を示し、符号６６ａ、６６ｂは排出口を示している。
【００３０】
図４(ｂ)、(ｃ)、図５(ｂ)、(ｃ)から分かるように、流入口６４ａが載置台１３の表面１２と同じ高さにあるときは、基板１４の周辺部分では流線が基板１４表面に接近し、周辺部分の濃度が中央部分よりも高くなっており、流入口６４ｂが放出面２５と同じ高さにあるときは、基板１４の周辺部分では流線が基板１４の周辺部分から離れ、周辺部分の濃度が低くなっている。
【００３１】
図６は、横軸を基板１４の中心からの距離とし、縦軸を膜厚(任意単位)としたときの、距離と膜厚の関係を示すグラフであり、曲線Ａ1、Ａ2、Ａ3は、流入口４４、６４ａ、６４ｂを、放出面２５と載置台１３の間の中央位置に配置したときと、放出面２５と同じ高さに配置したときと、載置台１３の表面１２と同じ高さに配置したときの膜厚計算結果であり、流入口４４を、放出面２５と載置台１３の間の中央位置に配置したときが均一な膜厚が得られており、放出面２５や載置台１３の表面１２と同じ高さの流入口６４ａ、６４ｂの場合は、中央と周辺との膜厚は大きく相違してしまうから、少なくとも、流入口は、載置台１３の表面１２と、放出面２５との間に配置する必要があることが分かる。
【００３２】
なお、基板１４の厚みは、多くの場合載置台１３表面と放出面２５との間の高さの１／１００程度であり、載置台表面１２に設けられた基板厚み深さの堀り込み溝（図示せず）内部に置かれることも多いので、通常、流入口４４の位置に対する基板１４の厚みは無視することができる。
【００３３】
次に、排気流路４１の、流入口４４から排出口４６までの間のコンダクタンスを説明すると、真空排気装置３３によって、成膜中は排気口３１から排気空間７２内が真空排気されており、成膜空間７１内の原料ガスや副生成物ガスは、流入口４４から排気流路４１内に流入し、最短経路を通過して排出口４６に到達するようになっており、流入口４４のどの位置から流入したガスでも、同じコンダクタンスで排気流路４１内部を通過して排気空間７２に移動し、排気口３１から真空排気される。
【００３４】
このように、成膜空間７１内のガスが排気流路４１を流れる際には、ガスが流れる排気流路４１の流入口４４から排出口４６までの間のコンダクタンスは、流入口４４のどの位置から排出口４６に流れても等しくなるようにされている。
それに対し、排気口３１は真空槽１１の天井ではなく、上述したように排気空間７２を取り囲む壁面のうちの側壁面に配置されているため、リング状の排出口４６には、排気口３１に近い部分と遠い部分が発生する。
【００３５】
従って、排気空間７２内の排気口３１と排出口４６との間のコンダクタンスは、排気口３１に近い部分では高く、遠い部分では小さくなる。
排気口３１から最も遠い位置の排出口４６を通過するガスの質量流量を最小ＱAとし、最も近い位置の排出口４６を通過するガスの質量流量を最大流量ＱBとすると、ＱB＞ＱAであるが、最大流量ＱBと最小流量ＱAとの差が大きすぎると、成膜空間７１内に原料ガスの分布の偏りが生じ、膜厚分布に影響を与える。
【００３６】
＜流量差の計算＞
そこで、最大流量ＱBと最小流量ＱAの差と和との比を許容差ｓ（％）として、下記(１)式、
【００３７】
【数１】
【００３８】
で定義し、許容差ｓを所望の値に設定したときの、排気流路４１の寸法や、排気空間７２の大きさを求める関係式を導出する。
【００３９】
先ず、排出口４６が排気口３１から遠い場合は、流入口４４から排気口３１までのガス流れの抵抗値は、排気流路４１の抵抗値Ｃ0-1と、排気空間７２内の抵抗値Ｃ1-1とを合計した直列抵抗値であるから、最小流量ＱAの値は、下記式(２)に示すように、成膜空間７１内の流入口４４の位置の圧力と、排気空間７２内の排気口３１の位置の圧力との間の圧力差Δｐに、直列抵抗の逆数であるコンダクタンスの値を乗算した値に等しい。
【００４０】
【数２】
【００４１】
他方、排出口４６が排気口３１に近い場合は、排出口４６と排気口３１とが近接しており、その間の抵抗値は、数式上ゼロと置けるので、最大流量ＱBは、排気流路４１のコンダクタンスＣ0と圧力差Δｐを使用して、下記(３)式のように、コンダクタンスＣ0と圧力差Δｐの積の値に等しくなる。
【００４２】
【数３】
【００４３】
上記(２)式と(３)式で表された最小流量ＱAと最大流量ＱBを用いて(１)式を書き替えると、下記(４)式が得られる。
【００４４】
【数４】
【００４５】
許容差ｓと排気流路４１のコンダクタンスＣ0が与えられたときに、排気空間７２のコンダクタンスＣ1の最小値を求める場合は、排気空間７２のコンダクタンスＣ1は、上記(４)式を簡略化した下記（５）式、
【００４６】
【数５】
【００４７】
が満たされれば良いとすることができる。
【００４８】
排気流路４１の寸法から、排気流路４１のコンダクタンスＣ0の値を求めるために、排気流路４１を構成するリング形状の第一、第二の溝４７、４８のうち、どちらの溝も、リング形状の中心軸線を含む平面で切断すると、切断断面は、図７のように表される。
【００４９】
リング形状の第一、第二の溝は、図７の切断断面図では、内部を流れるガスの上流側を紙面左方にされ、下流側が紙面右方にされており、リング状の円周方向は、紙面奥行き方向にされている。
【００５０】
排気流路４１を構成する第一、第二の溝４７、４８は、一定の幅ｈで壁面によって挟まれているものとし、計算上、幅ｈの中央を通り、紙面左方から右方に向けて伸びる方向を流れ方向であるｘ軸とし、幅ｈの中央位置を原点として幅ｈと平行な方向をｚ軸とすると、ガスの圧力ｐと流速ｕとは、下記(６)式の関係にある。下記(６)式のμはガスの粘性係数である。
【００５１】
【数６】
【００５２】
二壁面の表面のｚ軸座標上の位置は±ｈ／２であり、壁面表面の流速ｕはゼロであるとすると(６)式は、下記(７)式に書き替えられる。
【００５３】
【数７】
【００５４】
幅ｈの壁面間の排気流路４１の溝内を流れるガスの質量流量Ｑは、上記(７)式の幅方向の積分値と、流れるガスの質量密度ρとの積であり、積分値を計算すると、質量流量Ｑは下記(８)式で表される。
【００５５】
【数８】
【００５６】
但し、気体の状態方程式ｐ＝ｎｋＴ＝ρＲＴ（ｎは気体の数密度、ｋはボルツマン定数、Ｔは気体の絶対温度、Ｒは気体定数である）を用いて、(８)式の第３項では、積分式の質量密度ρを、消去してある。
長さλの溝の一端の圧力ｐ0と他端の圧力ｐ1と、更に、両端の圧力ｐ0、ｐ1の平均値Ｐaveと、両端の圧力ｐ0、ｐ1の圧力差Δｐとから、上記右辺の微分係数は下記(９)式のように書き替えられる。
【００５７】
【数９】
【００５８】
コンダクタンスＣは、流束Ｑ／圧力差Δｐであるから、上記(８)、(９)式から、コンダクタンスＣを表す下記(１０)式が得られる。排気流路４１を構成する溝のコンダクタンスは、ｈ3／λに比例することになる。
【００５９】
【数１０】
【００６０】
上述したように、上記(１０)式のコンダクタンスＣは、幅ｈ、長さλの一個の溝のコンダクタンスを表す式であり、排気流路４１は、幅がｈ1、長さがλ1の第一の溝４７と、幅がｈ2、長さがλ2の第二の溝４８とが、底面が接続されて構成されているから、第一、第二の溝４７、４８を直列接続した排気流路４１のコンダクタンスＣ0は、第一、第二の溝４７、４８内の両端の平均圧力をＰave1、Ｐave2として下記(１１)式のように表すことができる。
【００６１】
【数１１】
【００６２】
(１１)式により、(５)式の右辺のコンダクタンスＣ0が求められた。
【００６３】
次に、(５)式の左辺は、排気口３１と最遠の排出口４６と間のコンダクタンスＣ1であり、排気口３１と最遠の排出口４６と間は、排気空間７２によって接続されている。
【００６４】
排気空間７２は、幅が底面と天井との間の高さＨであり、流れる距離が排気空間７２の幅Ｌの流路である。奥行きは、高さＨよりも充分に大きいから、排気空間７２である流路のコンダクタンスＣ1には、(１０)式が使用でき、排気口３１と最遠の排出口４６と間は、幅が高さＨ、流れる距離が幅Ｌの流路であるから、排気空間７２内の平均圧力をＰave3とすると、その流路のコンダクタンスは、下記(１２)式になる。
【００６５】
【数１２】
【００６６】
(５)式に(１１)、(１２)式を代入する際に、流速が音速よりも十分小さい（Ｍａ＜０．１）通常のＣＶＤ装置においては、真空槽内到る所でほぼ等圧とみなしてよいから、Ｐave1〜Ｐave2〜Ｐave3として平均圧力項を落とす。(５)式の左辺で表される流量差を１％であるとすると(ｓ＝１)、排気流路４１又は排気空間７２の長さλ1、λ2、Ｌと、幅ｈ1、ｈ2、Ｈとの間には、下記(１３)式である不等号が成立すればよいことになる。
【００６７】
【数１３】
【００６８】
＜成膜方法＞
次に、本発明のＣＶＤ装置２を用いて、基板１４表面に薄膜を形成する工程について説明する。
【００６９】
先ず、真空排気装置３３を動作させ、真空槽１１内部（排気空間７２、排気流路４１、成膜空間７１）を排気口３１から真空排気し、成膜空間７１と排気流路４１と排気空間７２に真空雰囲気を形成する。
真空槽１１内部を真空排気しながら基板１４を真空槽１１内部に搬入し、シャワーノズル２０の放出面２５と対面する載置台１３の表面１２に基板１４を密着させて配置する。
【００７０】
載置台１３の内部には、加熱装置１８が設けられており、真空槽１１外部に配置された電源（不図示）を動作させて加熱装置１８に通電すると、加熱装置１８が発熱又は発光し、載置台１３が加熱される。基板１４は加熱された載置台１３からの熱伝導によって加熱され、昇温する。
【００７１】
基板１４が所定温度以上に昇温されたた後、ガス供給装置２７から、シャワーノズル２０の内部に原料ガスが導入されると内部に原料ガスが充満し、シャワーノズル２０の放出孔２３から真空槽１１内の成膜空間７１に原料が放出される。
上述したように、流入口４４は、成膜空間７１を取り囲む環状に形成されており、基板１４の成膜面１６とシャワーノズル２０の放出面２５との間に配置されている。
【００７２】
成膜空間７１内の余分な原料ガスや副生成物ガスが、流入口４４から排気される際、成膜空間７１内では、流入口４４の高さにガス流線が集中し、基板１４の周辺部分の膜厚が増大しないようになっている。
【００７３】
特に、流入口４４の中央位置を載置台１３の表面１２と放出面２５との中央位置に配置すると、原料ガスは、上記シミュレーション結果の通り流れ、基板１４表面の原料ガス濃度が中央部分と周辺部分とで同程度になって均一な膜厚の薄膜が基板１４表面に形成される。
【００７４】
なお、流入口４４の幅ｈは流入口４４の高さであり、放出面２５と基板１４表面との間の距離Ｄより短くされており、流入口４４が位置する平面は、載置台１３の表面１２に対して垂直にされている。
【符号の説明】
【００７５】
２……ＣＶＤ装置
１１……真空槽
１３……載置台
１４……基板
２０……シャワーノズル
２３……放出孔
２５……放出面
３１……排気口
４０……排気部材
４１……排気流路
４４……流入口
４６……排出口
７１……成膜空間
７２……排気空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内にシャワーノズルが配置され、
前記真空槽に設けられた排気口から前記真空槽の内部を真空排気しながら、前記シャワーノズルの放出面に設けられた放出孔から前記真空槽の内部に原料ガスを放出し、載置台表面に配置された基板の表面に薄膜を形成するＣＶＤ装置であって、
前記真空槽の内部に排気部材を配置して、前記真空槽の内部を前記放出孔が配置された成膜空間と、前記排気口が配置された排気空間とに分離させ、
前記排気部材に設けられた筒状の排気流路の入口側の環状の流入口を前記成膜空間内に露出させ、出口側の環状の排出口を前記排気空間に露出させ、前記成膜空間内の気体を前記排気流路を通過させて前記排気空間に移動させ、前記排気口から真空排気するように構成し、
前記流入口は、前記載置台表面よりも高く、前記放出面よりも下に配置されたＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記流入口は、前記載置台表面に基板を配置したときに、前記基板の表面よりも高く位置するように構成された請求項１記載のＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記流入口は、前記載置台表面から前記放出面までの距離のうち、４０％以上６０％以下の範囲内に配置された請求項１又は請求項２記載のＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記排気部材は、前記真空槽と前記シャワーノズルに接触され、前記成膜空間と前記排気空間とが分離された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記排気口は、前記真空槽の側壁面に設けられ、
前記排気口と、前記排気口から最遠の位置の前記排出口の部分との間の気体コンダクタンスは、最遠の位置の前記排出口から排出される気体が通る部分の前記排気流路の気体コンダクタンスよりも小さくされた請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記排気流路は、第一、第二の溝の底面が接続して構成され、
前記排気空間は円柱形状であり、
前記第一、第二の溝の幅ｈ1、ｈ2と、
前記第一、第二の溝の深さλ1、λ2と、
前記排出口と前記排気口との間の前記排気空間の幅Ｌと高さＨと、の間が下記不等式、
λ1／ｈ13＋λ2／ｈ23 ≧ ５０Ｌ／Ｈ3
を満たす請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のＣＶＤ装置。
【請求項１】
真空槽内にシャワーノズルが配置され、
前記真空槽に設けられた排気口から前記真空槽の内部を真空排気しながら、前記シャワーノズルの放出面に設けられた放出孔から前記真空槽の内部に原料ガスを放出し、載置台表面に配置された基板の表面に薄膜を形成するＣＶＤ装置であって、
前記真空槽の内部に排気部材を配置して、前記真空槽の内部を前記放出孔が配置された成膜空間と、前記排気口が配置された排気空間とに分離させ、
前記排気部材に設けられた筒状の排気流路の入口側の環状の流入口を前記成膜空間内に露出させ、出口側の環状の排出口を前記排気空間に露出させ、前記成膜空間内の気体を前記排気流路を通過させて前記排気空間に移動させ、前記排気口から真空排気するように構成し、
前記流入口は、前記載置台表面よりも高く、前記放出面よりも下に配置されたＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記流入口は、前記載置台表面に基板を配置したときに、前記基板の表面よりも高く位置するように構成された請求項１記載のＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記流入口は、前記載置台表面から前記放出面までの距離のうち、４０％以上６０％以下の範囲内に配置された請求項１又は請求項２記載のＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記排気部材は、前記真空槽と前記シャワーノズルに接触され、前記成膜空間と前記排気空間とが分離された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記排気口は、前記真空槽の側壁面に設けられ、
前記排気口と、前記排気口から最遠の位置の前記排出口の部分との間の気体コンダクタンスは、最遠の位置の前記排出口から排出される気体が通る部分の前記排気流路の気体コンダクタンスよりも小さくされた請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記排気流路は、第一、第二の溝の底面が接続して構成され、
前記排気空間は円柱形状であり、
前記第一、第二の溝の幅ｈ1、ｈ2と、
前記第一、第二の溝の深さλ1、λ2と、
前記排出口と前記排気口との間の前記排気空間の幅Ｌと高さＨと、の間が下記不等式、
λ1／ｈ13＋λ2／ｈ23 ≧ ５０Ｌ／Ｈ3
を満たす請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のＣＶＤ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−７２１１９（Ｐ２０１３−７２１１９Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１２６３４（Ｐ２０１１−２１２６３４）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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