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JP2010073822A - 成膜装置、成膜方法、プログラム及びコンピュータ可読記憶媒体 - Google Patents

成膜装置、成膜方法、プログラム及びコンピュータ可読記憶媒体 Download PDF

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JP2010073822A JP2008238438A JP2008238438A JP2010073822A JP 2010073822 A JP2010073822 A JP 2010073822A JP 2008238438 A JP2008238438 A JP 2008238438A JP 2008238438 A JP2008238438 A JP 2008238438A JP 2010073822 A JP2010073822 A JP 2010073822A
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寿 加藤
Yasushi Takeuchi
靖 竹内
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

【課題】原料ガスの混合を十分に低減して適切な分子層堆積を実現すると共に、スループットを向上し得る成膜装置及び成膜方法を提供する。
【解決手段】成膜装置１０は、気密可能な円筒状の容器２１内に設けられ、開口部を有し、容器の中心軸に沿った第１の方向に一の間隔で配列される複数の第１板状部材２３ｂと、第１の方向に一の間隔で配列され、複数の第１板状部材２３ｂが有する開口部の内側を往復運動可能な複数の第２板状部材２４ｂとを備える。複数の第１板状部材２３ｂのうち第１の一対の第１板状部材２３ｂにより、容器の内周面に向かう第２の方向に第１のガスが流れる第１の流路が画成され、複数の第１板状部材２３ｂのうち第２の一対の第１板状部材２３ｂにより、第２の方向に第２のガスが流れる第２の流路が画成され、複数の第２板状部材２４ｂのうち一対の第２板状部材２４ｂの間に基板が保持される。
【選択図】図２

Description

本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の原料ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを多数回実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置、成膜方法、並びにこの成膜方法を成膜装置に実施させるプログラム及びこれを記憶したコンピュータ可読記憶媒体に関する。
半導体デバイスの回路パターンの更なる微細化に伴い、半導体デバイスを構成する種々の膜についても、更なる薄膜化および均一化が要求されている。このような要求に応える成膜方法として、膜厚を高い精度で制御することができ、優れた均一性を実現することができる、いわゆる分子層成膜法（原子層成膜法とも言う）が知られている。
この成膜方法においては、基板が収容された反応容器内に第１の原料ガスを供給して基板表面に第１の原料ガスの分子を吸着させ、第１の原料ガスを反応容器からパージした後に、反応容器に第２の原料ガスを供給して基板表面に第２の原料ガスの分子を吸着させることにより、基板表面で両原料ガス分子が反応して反応生成物の一分子層が形成される。この後、第２の原料ガスを反応容器からパージし、これまでの工程を繰り返すことにより、所定の膜厚を有する膜が堆積される。第１の原料ガスと第２の原料ガスとの交互供給により、基板表面に吸着した分子が反応して一分子層ごとに膜が形成されるため、分子層レベルでの膜厚制御および膜厚均一性を実現することが可能となる。
このような成膜方法は、例えば、特許文献１に記載の成膜装置により実施された例が知られている（特許文献１）。
特許文献１に開示される原子層成膜装置は、互いに一体的に接続される２以上の堆積領域に分割される堆積チャンバと、当該堆積チャンバ内に配置されるウエハサポートであって相互に接続される２以上の堆積領域の間で移動可能なウエハサポートとを備えている。２以上の堆積領域は、アパーチャにより互いに接続されている。このアパーチャは、ウエハサポートが通過するのを許容するに十分なサイズを有しており、２以上の堆積領域内で堆積ガスが混ざるのを最小限化するようにされている。また、特許文献１には、２以上の堆積領域の間においてアパーチャ付近で堆積ガスが混ざるのを最小限化するために、不活性ガスを層流状に供給しても良いと記載されている。
米国特許第７０８５６１６号明細書
しかし、この技術分野の当業者にとって、チャンバ内のガスの流れを制御するのは容易でないことは一般に良く知られており、この知見を元に特許文献１を検討すれば、アパーチャによって堆積ガスが混ざるのを十分に低減できないことは明らかである。また、不活性ガスをアパーチャ付近に供給したところで、現実に層流が形成されるかを確認することは困難であり、不活性ガスが層流となって堆積ガスの混合を最小限化できるかは、不明である。また、特許文献１は、枚葉式の成膜装置を開示するに過ぎず、通常の堆積に比べてプロセスに長い時間を要する原子層堆積のスループットを改善することについては何ら記載していない。
本発明は、このような事情に鑑み、原料ガスの混合を十分に低減して適切な分子層堆積を実現すると共に、分子層堆積のスループットを向上できるように構成される成膜装置、成膜方法、並びにこの成膜方法を成膜装置に実施させるプログラム及びこれを記憶するコンピュータ可読記憶媒体を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の第１の態様は、気密可能な円筒状の容器内に設けられ、開口部を有し、容器の中心軸に沿った第１の方向に一の間隔で配列される複数の第１板状部材と、第１の方向に一の間隔で配列され、複数の第１板状部材が有する開口部の内側を往復運動可能な複数の第２板状部材とを備え、複数の第１板状部材のうち、第１の一対の第１板状部材により、容器の内周面に向かう第２の方向に第１のガスが流れる第１の流路が画成され、複数の第１板状部材のうち、第２の一対の第１板状部材により、第２の方向に第２のガスが流れる第２の流路が画成され、複数の第２板状部材のうち、一対の第２板状部材の間に基板が保持される成膜装置を提供する。
本発明の第２の態様は、第１の態様の成膜装置であって、第１の一対の第１板状部材の間に第１のガスを供給する第１のガス供給部と、第２の一対の第１板状部材の間に第２のガスを供給する第２のガス供給部と、を更に備える成膜装置を提供する。
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様の成膜装置であって、複数の第１板状部材のうち、第３の一対の第１板状部材により、第２の方向に第３のガスが流れる第３の流路が画成される成膜装置を提供する。
本発明の第４の態様は、第３の態様の成膜装置であって、第３の一対の第１板状部材の間に第３のガスを供給する第３のガス供給部を更に備える成膜装置を提供する。
本発明の第５の態様は、第１から第４の態様のいずれかの成膜装置であって、複数の基板が一対の第２板状部材の間に保持される成膜装置を提供する。
本発明の第６の態様は、第１から第９の態様のいずれかの成膜装置であって、容器の外側に基板を加熱する加熱部を更に備える成膜装置を提供する。
本発明の第７の態様は、第１から第６の態様のいずれかの成膜装置であって、上記の一対の第２板状部材の間に、一又は複数の基板が載置される基板載置部が形成されたサセプタが保持される成膜装置を提供する。
本発明の第８の態様は、第１から第７の態様のいずれかの成膜装置であって、複数の第２板状部材を容器に対して位置決めする位置決め部材を更に備え、複数の第１板状部材が位置決め部材を介して配置される成膜装置を提供する。
本発明の第９の態様は、気密可能な円筒状の容器内に設けられ、開口部を有し、容器の中心軸に沿った第１の方向に一の間隔で配列される複数の第１板状部材と、第１の方向に一の間隔で配列され、複数の第１板状部材が有する開口部の内側を往復運動可能な複数の第２板状部材とを備える成膜装置において実施される成膜方法を提供する。この成膜方法は、複数の第２板状部材のうち、一対の第２板状部材の間に基板を収容するステップと、複数の第１板状部材のうちの第１の一対の第１板状部材の間に、容器の内周面に向かう第２の方向に第１のガスを流すステップと、複数の第１板状部材のうちの第２の一対の第１板状部材の間に、第２の方向に第２のガスを流すステップと、複数の第２板状部材を往復運動させることにより、基板を第１のガスと第２のガスに交互に晒すステップとを含む。
本発明の第１０の態様は、第９の態様の成膜方法であって、複数の第１板状部材のうちの第３の一対の第１板状部材の間に、第２の方向に第３のガスを流すステップを更に含み、晒すステップにおいて、基板が、第１のガス、第３のガス、及び第２のガスの順に晒される成膜方法を提供する。
本発明の第１１の態様は、第９又は第１０の態様の成膜方法を第１から第８の態様のいずれかの成膜装置に実施させるプログラムを提供する。
本発明の第１２の態様は、第９又は第１０の態様の成膜方法を第１から第８の態様のいずれかの成膜装置に実施させるプログラムを記憶するコンピュータ可読記憶媒体を提供する。
本発明の実施形態によれば、ガスのパージに要する時間の短縮を通してプロセス所要時間を短縮することが可能な成膜装置、これを用いた成膜方法、並びにこの成膜方法を成膜装置に実施させるプログラム及びこれを記憶するコンピュータ可読記憶媒体を提供する。
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材又は部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
図１は、本発明の一実施形態による成膜装置を示す概略図である。図示のとおり、本実施形態による成膜装置１０は、縦型の反応容器２０と、反応容器２０内のウエハボートを駆動する駆動機構３０と、反応容器２０内を排気する排気システム４０と、反応容器２０内へ導入するガスの供給源であるガス供給システム５０と、反応容器２０内のウエハを加熱する加熱ヒータ１２と、成膜装置１０の各構成要素を制御し、成膜動作を制御する制御器１４と、を有する。
まず、反応容器２０について、図２から図４を参照しながら説明する。図２に示すとおり、反応容器２０は、上部が封止され、下部においてフランジ２１ａに取り付けられた縦型の略円筒状の外管２１と、外管２１の内側に配置された円筒状の内管２２と、内管２２の内側に配置されたアウタボート２３と、アウタボート２３の内側に配置され、ウエハＷを保持するインナボート２４と、内管２２の内壁に沿って延びて横方向にガスを吐出する複数のガス供給管２６と、を有している。
アウタボート２３は、複数の支柱２３ａと、これらの支柱２３ａによって上下方向に略等間隔に配置された８つの環状板２３ｂとを有している。環状板２３ｂは、後述するように、内管２２の内側で内管２２の内周面に向かう方向（図示の例では横方向）に流れるガスの流れを整える整流板として機能する。したがって、環状板２３ｂの幅（外径と内径との差の２分の１）は、ウエハＷのサイズ並びに外管２１、内管２２、アウタボート２３及びインナボート２４の内径を考慮しつつ、整流板としての機能を発揮することができるように決定することが好ましい。なお、上下に隣り合う２つの環状板２３ｂにより一つの階層が形成され、合計７つの階層が形成されている。以下、説明の便宜上、これらの階層を下から層１、層２、・・・層７と称する。
また、アウタボート２３は、支柱２３ａの下端部において台座２３ｃに取り付けられ、台座２３ｃはフランジ部２５上に取り付けられている。フランジ部２５は、第１エレベータ３１に取り付けられている。第１エレベータ３１は、駆動システム３０の駆動部３３により上下に駆動される。これにより、フランジ部２５は、図示しないシール部材を介して フランジ２１ａに気密に押接され、外管２１の内部を気密に維持することが可能となる。
インナボート２４は、複数の支柱２４ａと、これらの支柱２４ａによって上下方向に略等間隔に配置された８つの円板２４ｂとを有している。８つの円板２４ｂのうち上から３番目の円板２４ｂと４番目の円板２４ｂとの間の空間は、ウエハＷの収容部２４ｄとして機能する。具体的には、収容部２４ｄにおいては、支柱２４ａに上下方向にほぼ等間隔に複数のスリット（図示せず）が形成され、これらのスリットによってウエハＷが支持される。スリットの間隔は、ウエハＷの収容部２４ｄに収容されるウエハＷの枚数や使用する原料ガスなどにより決定して良い。また、収容部２４ｄには１枚のウエハＷが収容されても良い。
また、インナボート２４の最とも下の円板２４ｂの略中央には貫通孔が形成され、下から２番目の円板２４ｂの裏面に凹部（図示せず）が形成されている。インナボート２４は、上記の貫通孔を通り抜け、凹部に当接する支持棒２４ｃによって支持されている。また、支持棒２４ｃは、フランジ部２５の略中央に形成された貫通孔を通り抜けて下方に伸び、円板部材２５ａを介して第２のエレベータ３２により保持されている。これにより、インナボート２４が内管２２及び外管２１に対してほぼ中央に位置決めされる。フランジ部２５と円板部材２５ａとの間にはベローズシール２５ｂが取り付けられ、これにより、外管２１に対する気密性を維持すると共に、支持棒２４ｃひいてはインナボート２４の上下動を許容する。また、円板部材２５ａは、回転導入部としての機能も有している。すなわち、円板部材２５ａは、例えば磁性体シール（図示せず）により気密性を維持しつつ、支持棒２４ｃを、円板部材２５ａの略中央に形成された貫通孔を通して延在させている。支持棒２４は、円板部材２５ａの下部において回転モータ３４に接続され、これにより、インナボート２４は支持棒２４ｃを中心として回転することができる。
第２のエレベータ３２は、駆動部３４によって、第１のエレベータ３１と共に、又は独立に上下動することができる。すなわち、図３に示すように、第１のエレベータ３１と第２のエレベータ３２とが共に上下に動くことにより、インナボート２４は、アウタボート２３と共に上下動することができる。このようにして、インナボート２４とアウタボート２３を内管２２内へロード／アンロードすることができる。また、後述するように、第２のエレベータ３２が第１のエレベータ３１と相対的に上下に動くことにより、インナボート２４は、アウタボート２３と相対的に上下動することができる。
ここで、図４を参照しながら、インナボート２４とアウタボート２３との位置関係を説明する。図示のとおり、インナボート２４とアウタボート２３は、インナボート２４の円板２４ｂとアウタボート２３の環状板２３ｂとが互いに同心円状に位置することができるように配置されている。また、円板２４ｂと環状板２３ｂとの間隔（円板２４ｂの外径と環状板２３ｂの内径との差）は、これらが互いに接触しない程度に小さいと好ましい。本実施形態においては、インナボート２４とアウタボート２３は、同一のフランジ部２５上に取り付けられているため（図２又は図３参照）、インナボート２４（円板２４ｂ）とアウタボート２３（環状板２３ｂ）の位置合わせを精度良く行うことができる。
なお、環状板２３ｂを支柱２３ａで支持することによりアウタボート２３を構成しているが、環状板２３ｂを例えば内管２２の内壁に所定の間隔で取り付けることも可能である。また、環状板２３ｂを外管２１の内壁に取り付けても構わない。ただし、円板２４ｂと環状板２３ｂの位置合わせ精度の点から、環状板２３ｂを含むアウタボート２３を、インナボート２４が位置決めされるフランジ部２５に配置することが好ましい。
また、図３に最も適切に図示されるように、インナボート２４の円板２４ｂ間の間隔は、アウタボート２３の環状板２３ｂ間の間隔と略同一に設定されている。したがって、円板２４ｂと環状板２３ｂが同一の高さに位置したとき、各環状板２３ｂの内周で画成される開口は、対応する円板２４ｂによって実質的に塞がれる。すなわち、各層１〜７におけるガスの流れは、整流板として機能する環状板２３ｂだけでなく、円板２４ｂによっても画定される。この構成により、層間でのガスの混合を十分に避けることが可能となる。なお、環状板２３ｂの内径と円板２４ｂの外径との差は、例えば、０．１ｍｍから１０ｍｍの範囲に収まると好ましい。この差が０．１ｍｍより小さいと、円板２４ｂが環状板２３ｂに衝突し、インナボート２４を上下動することができなくなり、また、インナボート２４やアウタボート２３が破損する虞がある。また、円板２４ｂが環状板２３ｂに接触すると、パーティクルが発生してウエハＷが汚染される虞がある。一方、上記の差が１０ｍｍより大きいと、円板２４ｂと環状板２３ｂとの隙間を通してガスが流通し、層間でのガスが混合してしまうため、適切な分子層堆積を行うことができなくなる虞がある。換言すると、環状板２３ｂの内径と円板２４ｂの外径との差は、円板２４ｂが環状板２３ｂに接触しない範囲で可能な限り小さいと好ましく、円板２４ｂと環状板２３ｂの加工精度、インナボート２４とアウタボート２３の設置精度、さらにはガス供給量や圧力といった成膜条件を考慮して決定して良い。したがって、この差は例えば０．１ｍｍから５ｍｍの範囲にあっても良い。
再び図２を参照すると、反応容器２０には、外管２１と内管２２とを気密に貫通し、内管２２の内側で上方に屈曲し、内管２２の内壁に沿って延びる７本のガス供給管２６が設けられている。これら７本のガス供給管２６は、アウタボート２３の各層１〜７に対応する長さを有しており、上端が封止されていると共に、上端付近の側壁に吐出孔２６Ｈを有している（図４参照）。この構成により、ガス供給管２６は、対応する層１〜７に向けてガスを吐出し、層１〜７に水平方向に流れるガス流を形成することができる。
ガス供給管２６に接続されるガス供給システム５０は、図１に示すように、ガス供給源５０ａ、５０ｂ、５０ｃと、これらとガス供給管２６とをそれぞれ繋ぐ配管５１ａ、５１ｂ、５１ｃに設けられたガス制御器５４ａ、５４ｂ、５４ｃとを有している。ガス制御器５４ｃは、開閉バルブ５２ｃと質量流量制御器（ＭＦＣ）５３ｃとを有している。また、ガス制御器５４ａ及び５４ｂについては参照符号を省略するが、ガス制御器５４ｃと同様の構成を有している。これに限定されないが例えば、ガス供給源５０ａは、酸素（Ｏ２）ガスが充填されたガスシリンダであってよく、配管５１ａには、Ｏ２ガスからオゾン（Ｏ３）ガスを生成するオゾン生成器５１ｄが設けられている。
配管５１ａは、層２に対応するガス供給管２６ａ（図４）に接続されており、したがって、層２にはＯ３ガスが供給される。また、配管５１ｂは、層４に対応するガス供給管２６ｂに接続されている。ガス供給源５０ｂは、例えば窒素（Ｎ２）ガスが充填されたガスシリンダであってよく、これにより、層４に対してＮ２ガスが供給される。さらに、配管５１ｃは、層６に対応するガス供給管２６ｃに接続されており、ガス供給源５０ｃは、例えばビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）が充填されたＢＴＢＡＳ供給器であってよく、これにより、層６に対してＢＴＢＡＳガスが供給される。
なお、層１、３、５、７に対応するガス供給管２６に接続される配管等については図示を省略しているが、これらのガス供給管２６に対し、層４に対応するガス供給管２６に接続された配管等と同一の構成が設けられている。これにより、層１、３、５、７に対してもＮ２ガスを供給することができる。
図２（又は図３）を参照すると、内管２２に開口２２ｂが形成され、外管２１に開口２１ｂが形成されている。開口２２ｂ及び開口２１ｂは、ＢＴＢＡＳガスが流れる層６に対応する高さにあり、ガス供給管２６と対称的な位置にある。また、外管２１の外側において、開口２１ｂに対して気密に取り付けられた排気ポート２８ｂが設けられ、排気ポート２８ｂには後述する排気システム４０の排気管４２が接続されている。一方、Ｏ３ガスが流れる層２に対応する高さであって、ガス供給管２６と対称的な位置において、内管２２に開口２２ｃが形成され、外管２１に開口２１ｃが形成されている。また、外管２１の外側において、開口２１ｃに対して気密に取り付けられた排気ポート２８ｃが設けられ、排気ポート２８ｃには排気管４４が接続されている。排気管４４は、図１に示すように、排気管４２と合流している。
ここで、排気ポート２８ｂ（２８ｃ）、開口２２ｂ（２２ｃ）、及び開口２３ｂ（２３ｃ）の位置関係を再び図４を参照しながら説明する。なお、図４では、これらの位置関係を図示するため、層２に相当する高さで切り取った断面図と、層６に相当する高さで切り取った断面図とを重ね合わせてある。図示の通り、排気ポート２８ｂ、開口２２ｂ、及び開口２３ｂは、インナボート２４を間に介在させて、Ｏ３ガスを吐出するガス供給管２６ａと向かい合っている。また、排気ポート２８ｃ、開口２２ｃ、及び開口２３ｃは、インナボート２４を間に介在させて、ＢＴＢＡＳガスを吐出するガス供給管２６ｃと向かい合っている。このような構成により、Ｏ３ガスは、図４中の一点鎖線の矢印のように概ね流れ、ＢＴＢＡＳガスは、図４中の実線の矢印のように概ね流れる。このような流れにより、例えば、内管２２と外管２１との間を介した両原料ガスの混合を低減することができる。
再び図１を参照すると、排気管４４には、外管２１内の圧力を調整するための圧力調整バルブ４８が設けられ、また、排気管４４は例えばドライポンプなどの真空ポンプ４６に接続されている。外管２１内に気密に圧力ゲージ（図示せず）が挿入されており、これにより、外管２１内の圧力が測定され、測定された圧力に基づいて、圧力調整バルブ４８によって外管２１内の圧力が制御される。
また、図１に示すように、外管２１を取り囲むように配置された加熱ヒータ１２は、電源１３と接続されている。例えば内管２２とアウタボート２３との間に挿入された熱電対等（図示せず）により、間接的にウエハＷの温度が測定され、測定された温度に基づいて、電源１３から加熱ヒータ１２へ供給される電力が調整され、これにより、ウエハＷの温度が制御される。なお、加熱ヒータ１２は、タンタル線などにより構成して良い。また、加熱ヒータ１２は多段に構成して良く、多段の加熱ヒータを独立に制御すれば、インナボート２４に保持されるウエハＷの温度の面内均一性をより向上することが可能となる。
また、ガス制御器５４ａ、５４ｂ、５４ｃによるガス供給制御、エレベータ３１、３２の上下動の制御、回転モータ３４によるインナボート２４の回転制御、圧力調整バルブ４８による外管２１内の圧力の制御、加熱ヒータ１２によるウエハＷの温度制御などは、制御部１４により行われる。制御部１４は、例えばコンピュータを含み、所定のプログラムに基づいて成膜装置１０を制御してＭＬＤ成膜を実行させる。このプログラムは、例えば後述する成膜方法のステップを実行させるための命令群を含んでいる。また、制御部１４には、レシピを表示したり、プロセス状況を表示したりする表示部１４ａと、プログラムやプロセスパラメータを記憶する記憶部１４ｂと、表示部１４ａとともに利用され、プログラムの編集やプロセスパラメータの変更に利用されるインターフェイス部１４ｃとが接続されている。さらに、記憶部１４ｂには、プログラムが格納されたコンピュータ可読媒体１４ｅとの間でプログラムの入出力を行う入出力装置１４ｄが接続されている。これにより、インターフェイス部１４ｃによる指示に応じて、コンピュータ可読媒体１４ｅから所定のプログラムやレシピが記憶部１４ｂへダウンロードされる。ダウンロードしたプログラムやレシピにより、後述する成膜方法が実施される。なお、コンピュータ可読記憶媒体としては、ハードディスク（可搬型ハードディスクを含む）、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ、フレキシブルディスク、ＵＳＢメモリ、半導体メモリなどであってよい。また、プログラムは通信回線を通して記憶部１４ｂへダウンロードしてもよい。
次に、本発明の実施形態による成膜装置１０において行われる、本発明の実施形態による成膜方法について、図５から図８と、図１及び図２とを参照しながら説明する。
図５は、本実施形態による成膜方法を概略的に示すタイムチャートである。まず、第１のエレベータ３１と第２のエレベータ３２（図２）とを共に下げることにより、アウタボート２３及びインナボート２４を外管２１及び内管２２からアンロードする。次いで、図示しない搬送機構により、複数枚のウエハＷをインナボート２４の収容部２４ｄに収容する。この後、第１のエレベータ３１と第２のエレベータ３２（図２）とを共に上げることにより、アウタボート２３及びインナボート２４を外管２１及び内管２２内にロードする。以上により、ウエハＷのロードが完了する（ステップＳ１）。
次に、排気システム４０の真空ポンプ４６により、外管２１内を真空に排気する（ステップＳ２）。このとき、ガスは一切供給せずに、圧力調整バルブ４８による圧力調整も行わずに、所定の到達真空度まで排気を行う。これにより、外管２１の気密性がチェックされる。外管２１が気密に維持されることが確認された後、ガス供給システム５０から、ガス供給管２６を通したＮ２ガスの供給を開始する（ステップＳ３）。すなわち、Ｎ２ガスが層１、３〜５、７に対して供給される。また、これと同時に、圧力調整バルブ４８による圧力調整を行い、外管２１内が成膜圧力ＰＤＥＰ（例えば、約８Ｔｏｒｒ（約１．０７ｋＰａ））に維持される（ステップＳ４）。
また、加熱ヒータ１２により、ウエハＷの温度が成膜温度ＴＤＥＰ（例えば、約３５０℃）に調整される（ステップＳ５）。ウエハＷの温度が成膜温度ＴＤＥＰで安定した後、回転モータ３４によりインナボート２４を回転する（ステップＳ６）。回転数は、例えば１ｒｐｍから約１６０ｒｐｍであって良く、また、１ｒｐｍから約３０ｒｐｍであっても良い。なお、インナボート２４を回転しなくても良い。
次いで、ガス供給システム５０の配管５１ａからガス供給管２６ａ（図４）を通してＯ３ガスを層２へ供給し（ステップＳ７）、ガス供給システム５０の配管５１ｃからガス供給管２６ｃ（図４）を通してＢＴＢＡＳガスを層６へ供給する（ステップＳ８）。なお、Ｏ３ガスの供給量は、例えば約１ｓｌｍ（標準立方メートル）から１０ｓｌｍの範囲の所定の流量とすることができ、ＢＴＢＡＳガスの供給量は、例えば約１ｓｃｃｍ（毎分標準立方センチメートル）から約３００ｓｃｃｍの範囲の所定の流量とすることができる。ただし、これらのガスの供給量は、上記の範囲に限らず、外管２１や内管２２のサイズ、使用するウエハＷのサイズ、使用するガスの種類に応じて適宜調整して良い。
また、層１及び３に流れるＮ２ガスの流量を層２に流れるＯ３ガスの流量と等しくし、層５及び７に流れるＮ２ガスの流量を層６に流れるＢＴＢＡＳガスの流量と等しくすると、以下の理由により好ましい。上述の通り、アウタボート２３の環状板２３ｂ間の間隔と、インナボート２４の円板２４ｂ間の間隔とが等しいため、流路断面積は各層で等しくなっている。したがって、層１及び３（層５及び７）と層２（層６）とに同一流量でガスを流すことにより、層１〜３（５〜７）の間での乱流を防止することができ、ガスの混合が回避される。なお、例えばＢＴＢＡＳガスにＮ２ガス、Ｈ２ガス、又は希ガスなどの希釈ガスを加えることにより、又は、ＢＴＢＡＳガスをキャリアガスを用いて供給することにより、層６を流れるガスの供給量と、層２を流れるガスの供給量と等しくしても良い。この場合、層１〜７に流れるそれぞれのガスの供給量を等しくすることができる。
この後、第２のエレベータ３２によりインナボート２４を上下動することにより、分子層成膜が行われる（ステップＳ９）。図６から図９を参照しながら、この成膜を説明する。 なお、図６から図９においては、説明の便宜上、ガス供給管、排気ポート、エレベータなどは省略している。
図６（ａ）に示すように、まず、ウエハＷを保持する収容部２４ｄは、予め層４に位置されている。層４には、ガス供給管２６ｂ（図４）から吐出されるＮ２ガスが流れているため、ウエハＷはＮ２ガスに晒されている。次に、図６（ｂ）に示すように、インナボート２４が第２のエレベータ３２により上方へ移動し、収容部２４ｄは層４から層５を経て、図７（ａ）に示すように、層６に到達する。層５にもＮ２ガスが流れているため、層６に到達するまではウエハＷは継続してＮ２ガスに晒されているが、層６にはガス供給管２６ｃ（図４）から吐出されるＢＴＢＡＳガスが流れており、ここでウエハＷは、ＢＴＢＡＳガスに晒されることとなる。このため、ウエハＷの表面にＢＴＢＡＳガスの分子が吸着する。
ＢＴＢＡＳガス分子の吸着に要する所定の時間が経過した後、第２のエレベータ３２によりインナボート２４が下方へ移動し（図７（ｂ））、収容部２４ｄは層４へ戻る（図８（ａ））。次いで、図８（ｂ）に示すように、インナボート２４が更に下方へ移動し、収容部２４ｄは層４から層３を経て、図９（ａ）に示すように、層２に到達する。なお、収容部２４ｄが層５、層４、層３と移動する際には、ウエハＷは継続してＮ２ガスに晒されており、この間に、ウエハＷの表面に吸着した余剰のＢＴＢＡＳガス分子が離脱し、ウエハＷ表面には一分子層分のＢＴＢＡＳガス分子が吸着されることとなる。
層２にはガス供給管２６ａ（図４）から吐出されたＯ３ガスが流れているため、ウエハＷの表面に吸着していたＢＴＢＡＳガス分子がＯ３分子により酸化されて、酸化シリコンの一分子層が形成される。
この後、インナボート２４が第２のエレベータ３２により上方へ移動し（図９（ｂ））、収容部２４ｄは層２から層３を経て、図６（ａ）に示したように、層４に戻る。これ以降、以上の過程が所定回数繰り返され、その回数に対応した分子層に相当する膜厚を有する酸化シリコン膜が得られる。なお、図６から図９を参照しながら説明した一連の工程は、例えば１分間に２０回（２０サイクル／分）といったレートで行うことが可能である。また、インナボート２４の上下動中には、上述のとおり、インナボート２４は自転することができるが、例えば、ウエハＷの収容部２４ｄが層２と層６にあるときに、回転数を上げ、他の層にあるときに回転数を下げるようにしても良いし、この逆であっても良い。
続いて、ＢＴＢＡＳガスとＯ３ガスの供給を停止し（ステップＳ１０）、所定の期間、Ｎ２ガスにより外管２１内をパージする（ステップＳ１１）と共に、ウエハＷの温度を待機時の温度ＴＳＤＢまで下げる（ステップＳ１２）。さらに、Ｎ２ガスの供給を停止し（ステップＳ１３）、所定の到達真空度まで外管２１内を排気した後、Ｎ２ガスを供給して外管２１内の圧力を大気圧に戻す（ステップＳ１４）。以下、第１のエレベータ３１及び第２のエレベータ３２により、アウタボート２３とインナボート２４を外管２１及び内管２２からアンロードし、図示しない搬送機構によりウエハＷを取り出して、成膜プロセスを終了する。
以上説明したように、本発明の実施形態による成膜装置は、ＢＴＢＡＳガスが水平方向に流れる層６と、層６と別個に設けられ、Ｏ３ガスが水平方向に流れる層２とを提供するアウタボート２３と、ウエハＷを保持し、鉛直方向に移動することによりウエハＷを層６と層２との間で往復運動させる基板保持部を含むインナボート２４とを有している。このため、本発明の実施形態による成膜装置及びこれを用いた成膜方法によれば、ＢＴＢＡＳガスの供給、ＢＴＢＡＳガスのパージ、Ｏ３ガスの供給、およびＯ３ガスのパージといった一連の工程を経ることなく、ウエハＷの往復運動のみにより分子層成膜を実現することができる。したがって、パージ工程が不要となり、少なくともパージ工程に要していた時間の分、成膜時間を短縮することができる。この結果、スループットを高くすることができ、ガスの全体の使用量を低減することもできる。
また、ＢＴＢＡＳガスやＯ３ガスの供給の開始／停止のためのバルブのオンオフが不要であるため、バルブの寿命を延ばすことができ、成膜装置１０のメンテナンス頻度を低減できる。そして、これらを通して製造コストを低減することができる。
また、層６と層２の間には、Ｎ２ガスが水平方向に流れる層３〜５が設けられているため、ＢＴＢＡＳガスとＯ３ガスとの混合が防止され、分子層成膜が阻害されることがない。さらに、層６の上方にＮ２ガスが水平方向に流れる層７が設けられ、層２の下方にＮ２ガスが水平方向に流れる層１が設けられているため、ＢＴＢＡＳガスがインナボート２４と内管２２との間を通って、層２を流れるＯ３ガスと混合することが防止される。このため、分子層成膜が確実に行われる。
また、各層１〜７の体積が略同一のもとで各層に流れるガスの流量が略同一であるため、各層において層流状態でガスが流れ、その結果、層間でのガスの混合が防止される。すなわち、Ｏ３ガスとＢＴＢＡＳガスの混合は殆ど生じることがなく、したがって、分子層成膜が更に確実に実現される。
また、ＭＬＤによれば、ウエハＷの表面に吸着したＢＴＢＡＳ分子がＯ３分子により酸化して成膜されるため、両分子が共存する領域でのみ酸化シリコン膜が成膜されるため、パーティクルの発生を低減することができ、ひいては製造歩留まりを向上することが可能となる。
さらに、原料ガスであるＢＴＢＡＳガスと、酸化ガスであるＯ３ガスとが、それぞれ層６と層２という限られた領域を流れるため、これらのガスを高濃度に流すことにより、ウエハＷ表面に確実にガス分子を吸着させることが可能となる。すなわち、外管２１内において局所的に原料ガスと酸化ガスを流すことにより、ガス利用効率を向上することができる。
また、インナボート２４は回転することができるため、ガス供給管２６から排気ポート２８ｂ、２８ｃに向かう方向に沿って生じるガス濃度の低下（逓減効果（depletion effect））を補って、ウエハＷの表面に均一にガス分子を吸着させることが可能となる。
さらに、成膜装置１０は、外管２１の外側に配置された加熱ヒータ１２によりウエハＷを加熱する、いわゆるホットウォール型の成膜装置であるため、ウエハＷの温度の面内均一性が良好であり、ＢＴＢＡＳ分子のＯ３分子による酸化がウエハＷの全面で一様に生じ、面内均一性及び膜質の均一性を向上することができる。また、外管２１、内管２２、アウタボート２３、及びインナボート２４は、例えば石英（場合によってはＳｉＣ）で作製することができるため、洗浄が容易である。
以上、実施形態を参照しながら本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲に照らし種々の変形及び変更が可能である。
上記の実施形態においては、インナボート２４の収容部２４ｄにウエハＷが保持されていたが、他の実施形態においては、収容部２４ｄは、ウエハＷが載置される載置領域を含むサセプタを保持しても良い。このような構成を有する、本発明の他の実施形態による成膜装置２００を図１０及び図１１に示す。図１０に示すとおり、成膜装置２００は、インナボート２４の収容部２４ｄによりサセプタ２７が保持されている点と、これに伴い、外管２１、内管２２、アウタボート２３及びインナボート２４の内径が増大している点とにおいて上述の成膜装置１０と相違し、他の構成において成膜装置１０と同一である。サセプタ２７は、図１１に示すように、例えば凹部として形成される５つのウエハ載置領域２７ａを有している。ウエハ載置領域２７ａの数は適宜調整して良いが、例えば５つのウエハ載置領域２７ａを有し、５枚のサセプタ２７を収容部２４ｄに保持可能とすれは、一ランで２５枚のウエハを処理することが可能となる。また、成膜装置２００は、例えば２５枚のウエハを上下方向に配列して保持する場合に比べて、全体の高さを低くすることができるという利点を有している。さらに、サセプタ２７のウエハ載置領域２７ａにウエハが載置されるため、大口径ウエハを収容部２４ｄに設けられたスリットにより保持する場合に問題となるウエハの撓み（サギング）を解消することができるという利点を有している。
また、上述の実施形態においては、ＢＴＢＡＳガスとＯ３ガスを用いた酸化シリコン膜の分子層成膜を説明したが、Ｏ３ガスに代わり、酸素プラズマを用いていても良い。酸素プラズマを供給するためには、オゾン生成器５１ｄ（図１）の代わりに酸素プラズマ生成器を設け、内部に配置される所定の電極に対して例えば９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ又は８．３ＧＨｚといった周波数を有するマイクロ波又は高周波を印加することにより酸素プラズマを生成すれば良い。
さらに、酸化シリコン膜の分子層成膜に限定されず、成膜装置１０により、窒化シリコン膜の分子層成膜を行うこともできる。窒化シリコン膜の分子層成膜のための窒化ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）やヒドラジン（Ｎ２Ｈ２）などを利用することができる。
また、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜の分子層成膜のための原料ガスとしては、ＢＴＢＡＳに限らず、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、トリスジメチルアミノシラン（３ＤＭＡＳ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）などを利用することができる。
さらにまた、本発明の実施形態による成膜装置においては、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜に限らず、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とＯ３又は酸素プラズマとを用いた酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の分子層成膜、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ）とＯ３又は酸素プラズマとを用いた酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の分子層成膜、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（ＴＥＭＡＨＦ）とＯ３又は酸素プラズマとを用いた酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）の分子層成膜、ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト（Ｓｒ（ＴＨＤ）２）とＯ３又は酸素プラズマとを用いた酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）の分子層成膜、チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト（Ｔｉ（ＭＰＤ）（ＴＨＤ））とＯ３又は酸素プラズマとを用いた酸化チタニウム（ＴｉＯ）の分子層成膜などを行うことができる。
インナボート２４には、例えば５〜５０枚のウエハＷを収容することができ、収容枚数及びウエハＷ間のピッチにより、インナボート２４、ひいてはアウタボート２３、内管２２及び外管２１の高さが決定される。
また、ガス供給管２６の近傍の環状板２３ｂにおいて、環状板２３ｂから立設する整流板を設けても良い。例えば、この整流板により、ガス供給管２６から吐出されるガスを大きな角度で拡散するようにすれば、ウエハＷの全面にガスを短時間で行き渡らせることができ、プロセスに要する時間を短縮することが可能となる。
また、ガス供給管２６の吐出孔２６Ｈは、各層１〜７の高さ（円板２４ｂの間隔）、ガス供給管２６とウエハＷのエッジとの間隔、及びガス種によって、例えば２つ又は３つ以上であって良い。さらに、一つの層に対して複数のガス供給管を設けても良い。
また、上述の実施形態（及び幾つかの変形例）において、開口２１ｂ、２２ｂ、及び排気ポート２８ｂ、並びに開口２１ｃ、２２ｃ、及び排気ポート２８ｃがそれぞれ層６及び層２に対応して設けられているが、他の実施形態では、これらに加えて層４に対応して設けても良く、その他の層に対応して設けても良い。また、排気ポート２８ｃに接続される排気管４４が、排気ポート２８ｂに接続される排気管４２に合流しているが、他の実施形態においては、排気管４４に対応する排気システムと、排気管４２に対応する排気システムとを別途に設けても良い。また、他の層に対応して更に別の排気システムを設けても構わない。
また、上述の実施形態（及び幾つかの変形例）による成膜装置は、Ｎ２ガスが流れる層３〜５により分離される層２と層６にＯ３ガス（層２）とＢＴＢＡＳガス（層６）とを流すように構成されたが、隣り合う２つの層の一方にＯ３ガスを流し、他方にＢＴＢＡＳガスを流し、これら２つの層の間でウエハの収容部２４ｄを往復運動させるように構成することも可能である。さらに、例えば、層３にＯ３ガスを流し、層４にＮ２ガスを流し、層５にＢＴＢＡＳガスを流して良い。すなわち、Ｏ３ガスが流れる層とＢＴＢＡＳガスが流れる層とを、Ｎ２ガスが流れる一つの層により分離しても良い。この場合であっても、層３〜５の間で収容部２４ｄを往復運動させることにより、適切なＭＬＤ成膜を実現することができる。
また、本発明の他の実施形態による成膜装置は、横型装置として構成しても良い。この場合、反応容器２０が横方向に延在し、汎用容器２０内にインナボート２４の円板２４Ｂとアウタボート２３の環状板が横方向に所定の間隔で配列され、インナボート２４がアウタボート２３に対して横方向に往復運動する。また、ガス供給管２６、排気ポート２８ｂ、排気管４２、４４等は、各ガスが縦方向に流れるように構成される。
本発明の一実施形態による成膜装置を示す概略図である。 図１の成膜装置の反応容器を拡大して示す図である。 図１の成膜装置の反応容器を拡大して示す他の図である。 図１の成膜装置のインナボートとアウタボートの位置関係と、ガス供給部と排気ポートの位置関係とを示す模式図である。 図１の成膜装置において実施される成膜方法の一例を示すタイムチャートである。 （ａ）及び（ｂ）は、図１の成膜装置において行われる分子層成膜を説明する図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１の成膜装置において行われる分子層成膜を説明する他の図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１の成膜装置において行われる分子層成膜を説明する別の図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１の成膜装置において行われる分子層成膜を説明する更に別の図である。 図１の成膜装置の変形例を示す概略図である。 図１の成膜装置の変形例を示す他の概略図である。
符号の説明
２０・・・反応容器、２１・・・外管、２２・・・内管、２３・・・アウタボート、２３ｂ・・・環状板、２４・・・インナボート、２４ｂ・・・円板、２６・・・ガス供給管、２８ｂ、２８ｃ・・・排気ポート、２７・・・サセプタ、３０・・・駆動機構、３１・・・第１のエレベータ、３２・・・第２のエレベータ、３３・・・駆動部、３４・・・回転モータ、４０・・・排気システム、４６・・・真空ポンプ、４８・・・圧力調整バルブ、５０・・・ガス供給システム、１２・・・加熱ヒータ、１４・・・制御部。

Claims (12)

  1. 気密可能な円筒状の容器内に設けられ、開口部を有し、前記容器の中心軸に沿った第１の方向に一の間隔で配列される複数の第１板状部材と、
    前記第１の方向に前記一の間隔で配列され、前記複数の第１板状部材が有する前記開口部の内側を往復運動可能な複数の第２板状部材と
    を備え、
    前記複数の第１板状部材のうち、第１の一対の第１板状部材により、前記容器の内周面に向かう第２の方向に第１のガスが流れる第１の流路が画成され、
    前記複数の第１板状部材のうち、第２の一対の第１板状部材により、前記第２の方向に第２のガスが流れる第２の流路が画成され、
    前記複数の第２板状部材のうち、一対の第２板状部材の間に基板が保持される成膜装置。
  2. 前記第１の一対の第１板状部材の間に前記第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
    前記第２の一対の第１板状部材の間に前記第２のガスを供給する第２のガス供給部と、
    を更に備える、請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記複数の第１板状部材のうち、第３の一対の第１板状部材により、前記第２の方向に第３のガスが流れる第３の流路が画成される、請求項１又は２に記載の成膜装置。
  4. 前記第３の一対の第１板状部材の間に前記第３のガスを供給する第３のガス供給部を更に備える、請求項３に記載の成膜装置。
  5. 複数の前記基板が前記一対の第２板状部材の間に保持される、請求項１から４のいずれか一項に記載の成膜装置。
  6. 前記容器の外側に前記基板を加熱する加熱部を更に備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の成膜装置。
  7. 前記一対の第２板状部材の間に、一又は複数の前記基板が載置される基板載置部が形成されたサセプタが保持される、請求項１から６のいずれか一項に記載の成膜装置。
  8. 前記複数の第２板状部材を前記容器に対して位置決めする位置決め部材を更に備え、
    前記複数の第１板状部材が前記位置決め部材を介して配置される、請求項１から７のいずれか一項に記載の成膜装置。
  9. 気密可能な円筒状の容器内に設けられ、開口部を有し、前記容器の中心軸に沿った第１の方向に一の間隔で配列される複数の第１板状部材と、前記第１の方向に前記一の間隔で配列され、前記複数の第１板状部材が有する前記開口部の内側を往復運動可能な複数の第２板状部材とを備える成膜装置において実施される成膜方法であって、
    前記複数の第２板状部材のうち、一対の第２板状部材の間に基板を収容するステップと、
    前記複数の第１板状部材のうちの第１の一対の第１板状部材の間に、前記容器の内周面に向かう第２の方向に第１のガスを流すステップと、
    前記複数の第１板状部材のうちの第２の一対の第１板状部材の間に、前記第２の方向に第２のガスを流すステップと、
    前記複数の第２板状部材を往復運動させることにより、前記基板を前記第１のガスと前記第２のガスに交互に晒すステップと
    を含む成膜方法。
  10. 前記複数の第１板状部材のうちの第３の一対の第１板状部材の間に、前記第２の方向に第３のガスを流すステップを更に含み、
    前記晒すステップにおいて、前記基板が、前記第１のガス、前記第３のガス、及び前記第２のガスの順に晒される、請求項９に記載の成膜方法。
  11. 請求項９又は１０に記載の成膜方法を、請求項１から８のいずれか一項に記載の成膜装置に実施させるプログラム。
  12. 請求項９又は１０に記載の成膜方法を、請求項１から８のいずれか一項に記載の成膜装置に実施させるプログラムを記憶するコンピュータ可読記憶媒体。
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