(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を含む原料ガスを導入する原料ガス導入部と、
前記原料ガス導入部から導入された前記原料ガスを熱分解して成膜対象物の表面にカーボン膜を成膜するための成膜室と、
前記成膜室と接続され、酸素ガスと前記成膜室から排出された排気ガスとを反応させる反応部と、
前記反応部に前記酸素ガスを導入する酸素ガス導入部と、
前記排気ガスが流れる方向に対して前記反応部よりも下流側になるように前記反応部と接続された排気装置と、
を備え、
前記成膜室と前記反応部とは互いに排気管で接続され、
前記排気管は、通常部と、前記通常部よりも断面積が小さい狭窄部とを有するカーボン膜成膜装置。
【請求項２】
前記狭窄部の断面積は、前記通常部の断面積の０．１％から２０％であることを特徴とする請求項１記載のカーボン膜成膜装置。
【請求項３】
反応部を加熱する反応部加熱装置を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のカーボン膜成膜装置。
【請求項４】
反応部内に導入される前に酸素ガスを加熱する酸素ガス加熱装置を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のカーボン膜成膜装置。
【請求項５】
排気管の狭窄部を加熱する狭窄部加熱装置を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のカーボン膜成膜装置。
【請求項６】
前記狭窄部加熱装置は、前記狭窄部を８０℃から２００℃の範囲に加熱することを特徴とする請求項５記載のカーボン膜成膜装置。
【請求項７】
炭素を含む原料ガスを導入する原料ガス導入部と、
前記原料ガス導入部から導入された前記原料ガスを熱分解して成膜対象物の表面にカーボン膜を成膜するための成膜室と、
前記成膜室内に設けられ、酸素ガスと、前記原料ガスが前記成膜対象物の設置箇所を通過した後の排気ガスと、を反応させる反応部と、
前記反応部に前記酸素ガスを導入する酸素ガス導入部と、
前記排気ガスの流れる方向に対して前記反応部よりも下流側の部位で前記成膜室と接続された排気装置と、
を備え、
前記成膜室は、前記反応部を有する通常部と、排気ガスが流れる方向に対して前記反応部よりも上流側で成膜対象物の設置箇所よりも下流側に設けられ前記通常部よりも前記排気ガスが流れる断面積が小さい狭窄部とを有し、
前記成膜室は、外管と前記外管の内側に設けられた内管とによって形成され、
前記反応部は、前記外管と前記内管との間に設けられ、
前記狭窄部における前記外管と前記内管との間の断面積が、前記通常部における前記外管と前記内管との間の断面積の１％から５０％であるカーボン膜成膜装置。
【請求項８】
前記成膜室を加熱する加熱装置を備え、
前記加熱装置は、前記成膜室の前記狭窄部を８０℃以上に加熱することを特徴とする請求項７に記載のカーボン膜成膜装置。
【請求項９】
成膜室に導入される炭素を含む原料ガスは、炭化水素ガス、酸素を含む炭化水素ガスまたは一酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のカーボン膜成膜装置。
【請求項１０】
酸素を含む炭化水素ガスはエタノールであり、
反応部に導入される酸素ガスの分量は、モル比で前記エタノールの３分の１以上、３倍以下であることを特徴とする請求項９記載のカーボン膜成膜装置。
【請求項１１】
酸素ガス導入部は、反応部の複数箇所から酸素ガスを導入することを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のカーボン膜成膜装置。
【請求項１２】
成膜対象物は炭化珪素ウエハであることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のカーボン膜成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭素を含む原料ガスを熱分解してカーボン膜を成膜するカーボン膜成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（以下「ＳｉＣ」という）は、従来の珪素に比べて高い耐電圧特性を有するＳｉＣ半導体装置を作製可能であり、次世代の高電力用半導体装置として期待されている。ＳｉＣ半導体装置を製造する際は、ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長させたＳｉＣ層からなるＳｉＣウエハに対して、導電型および導電率を制御するために、ｎ型やｐ型となる不純物をイオン注入する工程があり、イオン注入工程の後に、注入イオンを活性化し、かつイオン注入により形成された結晶欠陥を回復するために、ＳｉＣウエハをアルゴンガスなどの不活性ガスの雰囲気で１５００℃以上の高温に曝すアニール処理工程がある。しかし、ＳｉＣウエハを高温でアニール処理すると、ＳｉＣウエハの表面から構成元素である珪素および炭素が蒸発し、ＳｉＣウエハの表面にステップバンチングと呼ばれる凹凸が形成される問題があった。
【０００３】
アニール処理によってＳｉＣウエハの表面から珪素および炭素が蒸発することを防ぐ保護膜として、従来、炭化水素ガスを熱分解し、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりＳｉＣウエハの表面にカーボン膜を成膜していた。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
また、従来の半導体製造設備からの排ガスを処理する設備では、半導体製造設備で使用されたシランやメタンなどの排ガスを、反応塔へ導入して加熱酸化分解し、排気洗浄塔において水洗浄して大気中へ放出していた。（例えば、特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６５１１２号公報（第５〜６頁、図３）
【特許文献２】特開平１０-２０２０４５号公報（第３〜４頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなカーボン膜成膜方法にあっては、炭化水素ガスなどの原料ガスの熱分解によるＣＶＤ法を用いるため、成膜装置の排気配管の内部や排気ポンプなどにカーボンやタールといった副生成物が付着し、排気配管詰まりや排気ポンプの劣化などの原因になる。このような排気配管詰まりや排気ポンプの劣化を防ぐためには、定期的に成膜装置を停止して分解し、付着した副生成物を洗浄する必要があり、これにより生産性が低下してしまうという問題点があった。
【０００７】
また、上記のような排ガスを処理する設備にあっては、排気ポンプを配置することについては開示が無い。また、排気ポンプを配置するとしても、上記の排ガスを処理する設備では、排ガスを加熱酸化分解した後に水洗浄を行うため、この排ガスを処理する設備よりも下流側に排気ポンプを設置することはできない。この排ガスを処理する設備よりも上流側に排気ポンプを設置した場合は、やはり、カーボンやタールといった副生成物によって排気ポンプが劣化するなどの問題は避けられず、装置の分解洗浄が必要であり、生産性が低下してしまう。
【０００８】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、副生成物を除去するための、装置の分解洗浄をあまり必要とせず、生産性の高いカーボン膜成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るカーボン膜成膜装置は、炭素を含む原料ガスを導入する原料ガス導入部と、原料ガス導入部から導入された原料ガスを熱分解して成膜対象物の表面にカーボン膜を成膜するための成膜室と、成膜室と接続され酸素ガスと成膜室から排出された排気ガスとを反応させる反応部と、反応部に酸素ガスを導入する酸素ガス導入部と、排気ガスが流れる方向に対して反応部よりも下流側になるように反応部と接続された排気装置とを備え、成膜室と反応部とは互いに排気管で接続され、排気管は通常部と通常部よりも断面積が小さい狭窄部とを有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係るカーボン膜成膜装置によれば、排気管に通常部よりも断面積が小さい狭窄部を設けたため、酸素ガスが排気管内を狭窄部よりも成膜室側に逆流することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１におけるカーボン膜成膜装置を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における反応室を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における排気管を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２における反応室への酸素ガスの供給系を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３における反応室を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４におけるカーボン膜成膜装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１におけるカーボン膜成膜装置１ａの構成を説明する。図１は、この発明の実施の形態１におけるカーボン膜成膜装置１ａを示す断面図である。
【００１３】
図１において、円筒状で上側が閉じられ下側が開口部となった外管２の内側に、外管２の径よりも小さい径の円筒状で両方の底面が開放された内管３が設置されている。外管２および内管３の下側はフランジ６によって密閉されており、外管２、内管３およびフランジ６によって成膜室７が形成されている。外管２の外側には成膜室加熱装置８が設置され、成膜室７を加熱することにより、成膜室７内に導入された原料ガスを熱分解できるようになっている。外管２および内管３は、加熱に耐え得る例えば石英などの材料によって形成される。
【００１４】
フランジ６には、カーボン膜を成膜する対象物となる例えばＳｉＣウエハのような基板１１を複数枚支持できる基板支持具１２が固定されており、フランジ６を外管２および内管３の下側に固定したときに基板支持具１２が成膜室７内の内管３の内側に配置されるようになっている。さらに、フランジ６には原料ガス導入管１３を介して原料ガス供給源１６が接続され、内管３の内側に炭化水素ガスなどの炭素を含む原料ガスを供給できるようになっている。原料ガスとして用いる炭化水素ガスとしては、例えばメタン、エタン、プロパンまたはアセチレンなどが用いられる。さらに、酸素を含む炭化水素ガスでもよく、例えばメタノール、エタノール、セタノール、ヒドロキシ酸、カルボン酸、ケトン、アルデヒド、フェノール、エステル、エーテルまたはテトラヒドロフランなどを用いてもよい。これらのような炭素を含む原料ガスを熱分解することにより、熱ＣＶＤ法によって基板１１の表面にカーボン膜を成膜することができる。
【００１５】
また、フランジ６の内管３の外側で外管２の内側になる部位には排気管１７が接続され、排気ガスを成膜室７の外側へ排気できるようになっている。排気管１７は反応室１８に接続され、排気ガスは反応室１８へ導入される。さらに、反応室１８には酸素ガス導入管２１を介して酸素ガス供給源２２が接続されており、反応室１８内で排気ガスと酸素ガスとを反応させて排気ガスを処理できるようになっている。そして、排気装置の例である排気ポンプ２３が、排気ガスが流れる方向に対して反応室１８よりも下流側になるように反応室１８と接続されている。
【００１６】
次に、反応室１８について説明する。図２は、この発明の実施の形態１における反応室１８を示す断面図である。図２において、反応室１８は円柱状で、一方の面に排気管１７および酸素ガス導入管２１が接続され、他方の面に排気ポンプ２３が接続される。反応室１８の外側には反応室加熱装置２６が設置され、反応室１８を加熱することにより、反応室１８内に供給された排気ガスおよび酸素ガスを加熱し、排気ガスを燃焼させて処理することができる。排気ガスの燃焼によって生じた二酸化炭素および水は、排気ポンプ２３によって外部へ排気される。反応室１８は、加熱に耐え得る例えば石英などの材料によって形成される。
【００１７】
次に、排気管１７について説明する。図３は、この発明の実施の形態１における排気管１７を示す断面図である。図３において、成膜室７と反応室１８とを接続する排気管１７は、通常部２７と、通常部２７よりも断面積が小さい狭窄部２８とを有している。狭窄部２８の外側には、狭窄部加熱装置３１が設置され、狭窄部２８を加熱できるようになっている。排気管１７の材質としてはステンレスを用いるが、加熱に耐え得る例えば石英などの材料によって形成してもよい。また、狭窄部加熱装置３１としては、使用が簡便で安価なテープヒータを用いることが好ましい。
【００１８】
次に、図１〜図３を参照して、この発明の実施の形態１におけるカーボン膜成膜装置１ａの動作について説明する。
【００１９】
まず、基板支持具１２に基板１１を設置し、基板１１が内管３の内側に配置されるようにフランジ６を配置してフランジ６によって外管２および内管３の下側を密閉する。そして、成膜室７内を不活性ガス雰囲気にするため、不活性ガス供給源（図示せず）によって内管３内の下側から例えばアルゴンガスや窒素ガスのような不活性ガスをキャリアガスとして成膜室７内に供給する。このとき、成膜室加熱装置８によって成膜室７の温度が成膜温度である例えば８００℃から１０００℃の範囲になるように加熱され、排気ポンプ２３によって成膜室７内の圧力は減圧状態に保たれている。
【００２０】
そして、不活性ガスを流したまま、または不活性ガスの供給を停止して、原料ガス供給源１６から原料ガス導入管１３を経て成膜室７内に原料ガスである炭化水素ガスまたは酸素を含む炭化水素ガスを供給する。具体的な条件としては、例えば成膜室７に供給する原料ガスとしてエタノールを用いて流量を１０００ｓｃｃｍとし、成膜室７内の圧力を１ｋＰａとする。成膜室７内に導入された原料ガスは熱分解され、基板１１の表面にカーボン膜が成膜される。内管３内の下側から成膜室７に導入された原料ガスは、一部が成膜に使用され、残りは内管３の上側から内管３と外管２との間へと流れて、排気ガスとして排気管１７から成膜室７外へ排気される。排気ガスは、排気管１７によって反応室１８へと導かれる。
【００２１】
尚、成膜室７から排気された排気ガスは反応室１８内で処理されるため、処理される前の排気ガスが通る排気管１７内に副生成物であるカーボンやタールが堆積する。排気管１７内に副生成物が堆積することを抑制するためには、排気管１７の長さが５ｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍ以下とするのがよい。
【００２２】
反応室１８は、反応室加熱装置２６によってあらかじめ加熱しておき、排気ガスが酸素と反応しやすいように例えば５００℃から９００℃の範囲に保っておく。そして、成膜室７に原料ガスを供給するのとほぼ同時に、酸素ガス供給源２２から酸素ガス導入管２１を経て反応室１８に酸素を供給開始する。反応室１８内の圧力は、成膜室７内の圧力と同じ、または、それ以上の圧力となる。
【００２３】
反応室１８内において、排気ガスと酸素ガスとが反応し、二酸化炭素と水が生成される。排気ガスの処理によって生じた二酸化炭素および水は、排気ポンプ２３によって排気され、排気ガスの処理が完了する。
【００２４】
ここで、酸素ガスを供給する量が多過ぎると、反応室１８の入口付近で排気ガスと酸素ガスとの反応が急激に進んで発熱し、反応室１８の温度が上がり過ぎてしまうことがあるため、酸素ガスの反応室１８への供給量は、成膜室７に供給した原料ガスと完全に反応できるだけの量を上限とすることが好ましい。例えば原料ガスがエタノールの場合、エタノールを完全に燃焼させるためには、モル比でエタノールの３倍の酸素ガスが必要である。よって、原料ガスがエタノールの場合、反応室１８に供給する酸素ガスの量は、モル比で、成膜室７に供給したエタノールの３倍以下であることが好ましい。逆に、酸素ガスの供給量が少な過ぎると、排気ガスを効果的に処理できないため、原料ガスがエタノールの場合、反応室１８に供給する酸素ガスの量は、モル比で、成膜室７に供給したエタノールの３分の１以上であることが好ましい。また、酸素ガスと排気ガスとを緩やかに反応させるために、例えばアルゴンガスや窒素ガスのような不活性ガスを酸素ガスと一緒に反応室１８に供給してもよい。
【００２５】
また、反応室１８に供給された酸素ガスの一部が排気管１７を逆流することがあり、逆流した酸素ガスが成膜室７内へ侵入すると、成膜室７内の基板１１の表面に成膜されたカーボン膜と酸素ガスとが反応してカーボン膜の成膜レートが低下したり、成膜されたカーボン膜が消失したりする可能性がある。カーボン膜成膜装置１ａでは、排気管１７に通常部２７よりも断面積が小さい狭窄部２８を設けたため、酸素ガスが排気管１７内を狭窄部２８よりも成膜室７側に逆流することを抑制することができる。ただし、狭窄部２８にはカーボンやタールといった副生成物が堆積し易くなるため、成膜を開始する前に、狭窄部加熱装置３１によって８０℃から２００℃の範囲に加熱して保っておく。
【００２６】
酸素ガスの逆流を効果的に抑制するためには、狭窄部２８の断面積が、通常部２７の断面積の０．１％から２０％の範囲であることが好ましい。また、効率的に排気ガスを反応室１８へ流すために排気管１７の断面積は、０．７ｃｍ２以上であることが好ましく、より好ましくは１００ｃｍ２以上であるのがよい。具体的には、例えば通常部２７の断面積が１００ｃｍ２であれば、狭窄部２８の断面積は１ｃｍ２とすることが好ましい。さらに、狭窄部２８の長さは５ｃｍから５０ｃｍの範囲が好ましく、狭窄部２８は反応室１８から８０ｃｍ以内の部位に設けることが好ましい。
【００２７】
この発明の実施の形態１では、以上のような構成としたことにより、カーボンやタールといった副生成物が排気ポンプ２３や反応室１８より下流側の排気管の内部などに付着し堆積することを抑制することができるため、従来よりも装置の分解洗浄の回数を減らすことができ、生産性を向上させることができるという効果がある。
【００２８】
さらに、反応室１８を加熱する反応室加熱装置２６を備えたことにより、反応室１８内で効率的に排気ガスと酸素ガスとを反応させることができる。
【００２９】
また、成膜室７と反応室１８とを接続する排気管１７が、通常部２７と、通常部２７よりも断面積が小さい狭窄部と、を有することにより、反応室１８から排気管１７へ逆流した酸素ガスが成膜室７内にまで逆流することを抑制することができ、カーボン膜の成膜レートの低下などを抑制することができる。
【００３０】
さらに、狭窄部２８を加熱する狭窄部加熱装置３１を備えたことにより、狭窄部２８にカーボンやタールといった副生成物が堆積することを抑制することができる。
【００３１】
成膜室７に供給する炭化水素ガスとしてエタノールを用い、反応室１８に供給する酸素ガスの分量を、モル比で、成膜室７に供給するエタノールの３分の１以上、３倍以下としたことにより、反応室１８における排気ガスの充分な処理能力を確保した上で、酸素ガスの供給過多によって急激に反応が進んで温度が上がり過ぎてしまうことを防ぐことができる。
【００３２】
成膜対象物である基板１１をＳｉＣウエハとして、このＳｉＣウエハの表面にカーボン膜を成膜することにより、カーボン膜がＳｉＣウエハを高温アニール処理する際の保護膜として機能し、ＳｉＣウエハの表面から珪素および炭素が蒸発してステップバンチングが形成されることを抑制することができる。
【００３３】
尚、この発明の実施の形態１では、成膜室７に供給する原料ガスとして炭化水素ガスまたは酸素を含む炭化水素ガスを用いた。しかし、原料ガスとして一酸化炭素ガスを用いても同様の効果が得られる。
【００３４】
また、この発明の実施の形態１では、成膜室加熱装置８は外管２の外側、即ち成膜室７の外側に、反応室加熱装置２６は反応室１８の外側に、狭窄部加熱装置３１は狭窄部２８の外側に、それぞれ設置した。しかし、これらの加熱装置の設置場所は外側に限ることはなく、成膜室加熱装置８を成膜室７の内側に、反応室加熱装置２６を反応室１８の内側に、狭窄部加熱装置３１を狭窄部２８の内側に設置してもよい。
【００３５】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２における反応室１８への酸素ガスの供給系を示す断面図である。図４において、図１および図２と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。この発明の実施の形態１とは、反応室加熱装置２６を省略し、その代わりに酸素ガス導入管２１の外側に酸素ガス加熱装置３２を設置した構成が相違している。酸素ガス導入管２１は、加熱に耐え得る例えば石英などの材料によって形成される。
【００３６】
次に、動作について説明する。酸素ガス供給源２２から反応室１８へ供給される酸素ガスは、酸素ガス導入管２１を通る間に酸素ガス加熱装置３２によって例えば５００℃から９００℃の範囲の温度にまで加熱される。この加熱された酸素ガスと排気ガスとが反応室１８内で反応して二酸化炭素と水とが生成され、排気ガスが処理される。
【００３７】
この発明の実施の形態２では、以上のような構成としたことにより、この発明の実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００３８】
尚、この発明の実施の形態２では、酸素ガス加熱装置３２を酸素ガス導入管２１の外側に設置した。しかし、酸素ガス導入管２１の内側に設置してもよい。また、酸素ガス加熱装置３２によって酸素ガス供給源２２を加熱してもよい。
【００３９】
また、この発明の実施の形態２では、反応室加熱装置２６を省略した代わりに酸素ガス加熱装置３２を設置した。しかし、反応室加熱装置２６と酸素ガス加熱装置３２を両方設置していてもよい。こうすることで、排気ガスと酸素ガスとがより反応しやすくなる。
【００４０】
尚、この発明の実施の形態２では、この発明の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略した。
【００４１】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３における反応室１８を示す断面図である。図５において、図２と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。この発明の実施の形態１とは、複数の酸素ガス導入管２１を反応室１８の側面に分散させて接続し、反応室１８の側面の複数箇所から酸素ガスを導入する構成が相違している。
【００４２】
次に、動作について説明する。反応室１８はあらかじめ反応室加熱装置２６によって加熱されており、成膜室７に原料ガスを供給するのとほぼ同時に、酸素ガス供給源２２から各酸素ガス導入管２１を経て反応室１８に酸素ガスが供給開始される。
【００４３】
反応室１８内において、排気ガスと各酸素ガス導入管２１から供給された酸素ガスとが反応し、二酸化炭素と水が生成される。排気ガスの処理によって生じた二酸化炭素および水は、排気ポンプ２３によって排気され、排気ガスの処理が完了する。
【００４４】
この発明の実施の形態３では、以上のような構成としたことにより、反応室１８へ酸素ガスを空間的に分散させて供給することができるため、排気ガスと酸素ガスとの反応が急激に進むことを抑制することができ、反応が急激に進むことによって反応室１８の温度が上がり過ぎてしまうことを抑制することができるという効果がある。
【００４５】
尚、この発明の実施の形態３では、図５に示すように反応室１８の側面の三箇所に酸素ガス導入管２１を接続した。しかし、これに限ることはなく、酸素ガス導入管２１の本数および接続箇所については適宜設定すればよい。
【００４６】
尚、この発明の実施の形態３では、この発明の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略した。
【００４７】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４におけるカーボン膜成膜装置１ｂを示す断面図である。図６において、図１と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。この発明の実施の形態１とは、反応室１８を省略して、排気管１７に排気ポンプ２３を接続し、フランジ６に酸素ガス導入管２１を取り付けて外管２と内管３との間に酸素ガス供給源１６から酸素ガスを供給できるようにした構成が相違している。これにより、成膜室７内において原料ガスが流れる方向に対して基板１１の設置箇所よりも下流側である外管２と内管３との間に、排気ガスと酸素ガスとを反応させる反応部３３が形成されている。さらに、この発明の実施の形態１とは、外管２が、通常部３６と、通常部３６よりも排気ガスが流れる断面積が小さい狭窄部３７を有し、反応部３３は通常部３６の内部に形成され、狭窄部３７が排気ガスの流れる方向に対して反応部３３よりも上流側で基板１１の設置箇所よりも下流側に設けられた構成が相違している。
【００４８】
次に、カーボン膜成膜装置１ｂの動作について説明する。基板１１を基板支持具１２に設置して基板１１の表面にカーボン膜を成膜するまでは、この発明の実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００４９】
内管３内の下側から成膜室７に供給された原料ガスは、一部が成膜に使用され、残りは基板１１の設置箇所を通過した後、排気ガスとして内管３の上側から外管２と内管３との間へ流れる。外管２と内管３との間に流れた排気ガスは、外管２と内管３との間で排気管１７よりも上流側に位置する反応部３３へと流れる。
【００５０】
成膜室７に原料ガスを供給するのとほぼ同時に、酸素ガス供給源２２から酸素ガス導入管２１を経て反応部３３に酸素ガスを供給開始する。反応部３３において、排気ガスと酸素ガスとが反応し、二酸化炭素と水が生成される。排気ガスの処理によって生じた二酸化炭素および水は、反応部３３よりも下流側に位置する排気管１７を経て排気ポンプ２３によって排気され、排気ガスの処理が完了する。
【００５１】
尚、外管２の外側から成膜室加熱装置２６によって加熱され、成膜室７の温度が８００℃から１０００℃の範囲に保たれているため、反応部３３の温度も成膜室７と同程度の温度に保たれているはずである。反応部３３の温度は、排気ガスと酸素ガスとが反応しやすいように５００℃以上であることが好ましく、５００℃に達していない場合は、別途加熱装置を設置して加熱してもよい。
【００５２】
反応部３３に供給する酸素ガスの供給量は、この発明の実施の形態１と同様で、例えば炭化水素ガスがエタノールの場合、モル比で、成膜室７に供給したエタノールの３分の１以上、３倍以下であることが好ましい。
【００５３】
また、反応部３３に供給された酸素ガスの一部が成膜室７内を逆流することがあるが、カーボン膜成膜装置１ｂでは、原料ガスの流れる方向に対して反応部３３よりも上流側の外管２に通常部３６よりも排気ガスが流れる断面積が小さい狭窄部３７を設けたため、酸素ガスが成膜室７内を狭窄部３７よりも上流側に逆流することを抑制することができる。
【００５４】
酸素ガスの逆流を効果的に抑制するためには、ガスが流れる空間である外管２と内管３との間の断面積、即ち外管２内部の断面積と内管３の肉厚も含んだ断面積との差が、狭窄部３７は通常部２７の１％から５０％の範囲であることが好ましい。具体的には、例えば外管２の通常部２７の内部の断面積が１０００ｃｍ２、内管３の肉厚も含んだ断面積が３００ｃｍ２であり、それらの差が７００ｃｍ２である場合、狭窄部３７の内部の断面積を４００ｃｍ２として内管３の肉厚も含んだ断面積３００ｃｍ２との差を１００ｃｍ２とすることが好ましい。さらに、狭窄部３７の長さは５ｃｍから５０ｃｍの範囲が好ましく、狭窄部３７は酸素ガス導入管２１が接続された箇所から上流側に１００ｃｍ以内の部位に設けることが好ましい。
【００５５】
尚、外管２の外側から成膜室加熱装置２６によって加熱され、成膜室７の温度が８００℃から１０００℃の範囲に保たれているため、狭窄部３７の温度も成膜室７と同程度の温度に保たれているはずである。狭窄部３７の温度は、狭窄部３７にカーボンやタールといった副生成物が堆積しにくいように、８０℃以上であることが好ましく、８０℃に達していない場合は、別途加熱装置を設置して加熱してもよい。
【００５６】
この発明の実施の形態４では、以上のような構成としたことにより、成膜室７の外部に反応室１８を設ける必要が無くなるため、装置構成が簡易になり、コストを下げることができるという効果がある。また、成膜室７内の反応部３３において排気ガスを処理するため、排気管１７内部にカーボンやタールといった副生成物が堆積することもなくなる。
【００５７】
また、排気ガスが流れる方向に対して反応部３３よりも上流側で基板１１の設置箇所よりも下流側の外管２に通常部３６よりも排気ガスが流れる断面積が小さい狭窄部３７を設けたため、酸素ガスが成膜室７内を狭窄部３７よりも上流側に逆流することを抑制することができ、酸素ガスが基板１１の表面に成膜されたカーボン膜と反応して成膜レートが低下することを抑制することができる。
【００５８】
尚、この発明の実施の形態４では、フランジ６に酸素ガス導入管２１を取り付けて外管２と内管３との間に酸素ガスを供給した。しかし、酸素ガス導入管２１は、排気ガスの流れる方向に対して狭窄部３７よりも下流側の外管２の側面に取り付けてもよい。この場合は、排気管１７を取り付けた部位よりも２０ｃｍ程度上流の部位に取り付けることが好ましい。
【００５９】
また、この発明の実施の形態４では、酸素ガス導入管２１を１箇所に設けた。しかし、複数の酸素ガス導入管２１を設けて、複数箇所から酸素ガスを反応部へ導入してもよい。こうすることで、排気ガスと酸素ガスとの反応が急激に進んで、温度が上がり過ぎてしまうような事態を防ぐことができる。
【００６０】
尚、この発明の実施の形態４では、この発明の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略した。
【００６１】
以上、この発明の実施の形態１〜４について説明した。これらの、この発明の実施の形態１〜４で説明した構成は互いに組合せることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ａ、１ｂ  カーボン膜成膜装置
７  成膜室
８  成膜室加熱装置
１１  基板
１３  原料ガス導入管
１７  排気管
１８  反応室
２１  酸素ガス導入管
２３  排気ポンプ
２６  反応室加熱装置
２７  排気管の通常部
２８  排気管の狭窄部
３１  狭窄部加熱装置
３２  酸素ガス加熱装置
３３  反応部
３６  外管の通常部
３７  外管の狭窄部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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