JP6054470B2 - 原子層成長装置 - Google Patents
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Description
本発明は、基板上に薄膜を形成する原子層成長装置に関する。
原子層成長法は、形成しようとする薄膜を構成する元素のガスを基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で薄膜を形成するもので、薄膜を均一に形成する技術として知られている。原子層成長法は、一般的なＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法と比較して、段差被覆性や膜厚制御性に優れている。
従来のスパッタ成膜装置においては、特許文献１のようなマスクを利用することが可能である。スパッタ成膜は膜の段差被覆性が低いため、マスク裏面への成膜量は小さいため、パーティクル発生量は小さく、メンテナンス周期も長い。しかし、原子層成長成膜においては、膜の段差被覆性が高いため、マスク裏面への着膜量は多い。微細な隙間に侵入したガスは、厚膜及び粉となり、パーティクルの要因となる。特にマスクの表面粗さは、マスクの平坦性を維持するために大きくできないため、マスク交換頻度が増大する。
そこで、マスクを利用した原子層成長成膜においては、サセプタ周辺からの不活性ガスパージが有効となる。特許文献２では、ステージにガス供給口を設け、サセプタの裏面から不活性ガスを供給している。
しかし、特許文献２に示された装置に従って、ステージ本体にガス供給口を設けると、ステージの設計及び作製が煩雑となる。よって、基板サイズが変更される場合は、ステージ自体の構成の変更が必要となるため汎用性が低いという問題がある。
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、マスク裏面への着膜を抑制し、かつ、基板サイズの変更に容易に対応することができる原子層成長装置を提供することを目的の一つとする。
本発明の原子層成長装置のうち、第１の形態は、
基板上に薄膜を形成する原子層成長装置であって、
成膜容器と、
前記成膜容器内に設置されたステージと、
前記ステージ上で前記基板を保持するサセプタと、
前記基板上に配置され、前記基板を囲む大きさのマスクと、
前記マスクを支持して上下に可動可能なマスクピンと、
前記ステージおよび前記サセプタを上下に貫通して、前記マスクピンが上下動可能に挿通されるマスクピン穴と、を備え、
前記サセプタは、前記基板の保持面を有するサセプタ本体と、前記サセプタ本体の周囲に位置して前記保持面よりも低い高さのサセプタ周縁部とを有し、
前記マスクピン穴は、前記サセプタ周縁部に開口し、
前記サセプタ周縁部には、前記マスクの囲み領域内であって、前記サセプタ本体を基準にして前記マスクピン穴の開口の外側の開放空間に、前記保持面の周囲でガスを上方側の前記マスクの下面側に向けて排出する不活性ガス供給口が設けられ、前記不活性ガス供給口に不活性ガスを供給する不活性ガス供給路が接続されており、前記マスクと前記サセプタ周縁部との間に形成される隙間が０．１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であり、前記マスク周縁端と前記不活性ガス供給口の近接側との距離が１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下であることを特徴とする。
基板上に薄膜を形成する原子層成長装置であって、
成膜容器と、
前記成膜容器内に設置されたステージと、
前記ステージ上で前記基板を保持するサセプタと、
前記基板上に配置され、前記基板を囲む大きさのマスクと、
前記マスクを支持して上下に可動可能なマスクピンと、
前記ステージおよび前記サセプタを上下に貫通して、前記マスクピンが上下動可能に挿通されるマスクピン穴と、を備え、
前記サセプタは、前記基板の保持面を有するサセプタ本体と、前記サセプタ本体の周囲に位置して前記保持面よりも低い高さのサセプタ周縁部とを有し、
前記マスクピン穴は、前記サセプタ周縁部に開口し、
前記サセプタ周縁部には、前記マスクの囲み領域内であって、前記サセプタ本体を基準にして前記マスクピン穴の開口の外側の開放空間に、前記保持面の周囲でガスを上方側の前記マスクの下面側に向けて排出する不活性ガス供給口が設けられ、前記不活性ガス供給口に不活性ガスを供給する不活性ガス供給路が接続されており、前記マスクと前記サセプタ周縁部との間に形成される隙間が０．１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であり、前記マスク周縁端と前記不活性ガス供給口の近接側との距離が１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下であることを特徴とする。
第２の形態の原子層成長装置の本発明は、前記形態の本発明において、前記不活性ガス供給口が、前記保持面の周囲で全周に沿って複数個または全周に亘って連続して形成されていることを特徴とする。
第３の形態の原子層成長装置の本発明は、前記形態の本発明において、前記不活性ガス供給口が前記不活性ガス供給路に対しシャワーヘッド構造を有することを特徴とする。
第４の形態の原子層成長装置の本発明は、前記形態の本発明において、前記サセプタ周縁部上面に、防着材が設置されていることを特徴とする。
第５の形態の原子層成長装置の本発明は、前記形態の本発明において、前記不活性ガスは、ステージ面温度と±１０％以内の温度で前記不活性ガス供給口から排出されることを特徴とする。
本発明によれば、マスク裏面への着膜を抑制し、基板サイズ変更に容易に対応できるため、マスク及びサセプタのクリーニング頻度を低減することが可能となり、且つ様々な基板サイズ、プロセス条件に対応可能となる。
まず、図１を参照して、本実施形態の原子層成長装置の構成を説明する。図１は、本実施形態の原子層成長装置の一例を示す概略構成図である。
本実施形態の原子層成長装置１０は、原料ガスと反応ガスとを交互に供給し、基板１３上に原子層単位で薄膜を形成する。その際、反応活性を高めるため、基板１３を加熱させることができる。本実施形態では原料ガスとしてＴＭＡ（Ｔｒｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ａｌｕｍｉｎｕｍ）を用い、その際、反応活性を高めるため、プラズマを発生させる。本実施形態では、プラズマの発生に平行平板電極を用いるが、この方式に限定されない。
成膜容器１１は原料ガス、反応ガス、パージガスを導入するガス導入部２０と排気部３０と、ステージ１４と、平板電極１２と、高周波電源１５と、サセプタ１６と、基板搬入口１７と、基板１３上に配置するマスク５６と、を備える。ガス導入部２０は、成膜容器１１外側から設けられたインジェクタ２１と、成膜容器１１内側から設けられたインジェクタ防着材２２を有し、排気部３０は、成膜容器１１内側から設けられた排気防着材３１と成膜容器１１外側から設けられた排気配管接続部３２とを有している。
本実施形態の原子層成長装置１０は、原料ガスと反応ガスとを交互に供給し、基板１３上に原子層単位で薄膜を形成する。その際、反応活性を高めるため、基板１３を加熱させることができる。本実施形態では原料ガスとしてＴＭＡ（Ｔｒｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ａｌｕｍｉｎｕｍ）を用い、その際、反応活性を高めるため、プラズマを発生させる。本実施形態では、プラズマの発生に平行平板電極を用いるが、この方式に限定されない。
成膜容器１１は原料ガス、反応ガス、パージガスを導入するガス導入部２０と排気部３０と、ステージ１４と、平板電極１２と、高周波電源１５と、サセプタ１６と、基板搬入口１７と、基板１３上に配置するマスク５６と、を備える。ガス導入部２０は、成膜容器１１外側から設けられたインジェクタ２１と、成膜容器１１内側から設けられたインジェクタ防着材２２を有し、排気部３０は、成膜容器１１内側から設けられた排気防着材３１と成膜容器１１外側から設けられた排気配管接続部３２とを有している。
ステージ１４はヒータ（図示しない）を備え、基板１３の温度を調整することができる。例えば、プラズマ原子層成長成膜の場合、基板１３を５０〜２００℃に加熱する。
平板電極１２は高周波電源１５と接続されている。高周波電源１５が所定の周波数の高周波電流を供給することにより、平板電極１２とステージ１４との間でプラズマが生成される。
基板１３は、ステージ１４の下方からリフトピン１８によって支持される。リフトピン１８は、ステージ１４の昇降によって、基板１３の受け渡しを搬送室空間６１にて可能とする。
原料ガス、反応ガス、パージガスを導入するガス導入部２０は、原料ガス、反応ガス、パージガスを成膜容器１１内に供給する。排気部３０は、原料ガス、反応ガス、パージガスを成膜容器１１から外部に排気する。
図１は、原子層成長装置の基本構造を示しており、以下で説明する一部の構成は省略している。
平板電極１２は高周波電源１５と接続されている。高周波電源１５が所定の周波数の高周波電流を供給することにより、平板電極１２とステージ１４との間でプラズマが生成される。
基板１３は、ステージ１４の下方からリフトピン１８によって支持される。リフトピン１８は、ステージ１４の昇降によって、基板１３の受け渡しを搬送室空間６１にて可能とする。
原料ガス、反応ガス、パージガスを導入するガス導入部２０は、原料ガス、反応ガス、パージガスを成膜容器１１内に供給する。排気部３０は、原料ガス、反応ガス、パージガスを成膜容器１１から外部に排気する。
図１は、原子層成長装置の基本構造を示しており、以下で説明する一部の構成は省略している。
（実施形態１）
図２は、ガス流れ方向に平行な成膜室側面から見た場合のサセプタ１６外周の拡大図であり、図３は、サセプタ周辺の一部を示す拡大平面図である。
サセプタ１６は、ステージ１４に支持され、基板１３を保持する保持面１６０を上面に有するサセプタ本体１６Ａと、その周囲に位置して保持面１６０よりも低い高さ面のサセプタ周縁部１６Ｂとを有している。保持面１６０は、基板１３の大きさに合わせた形状を有している。
図２は、ガス流れ方向に平行な成膜室側面から見た場合のサセプタ１６外周の拡大図であり、図３は、サセプタ周辺の一部を示す拡大平面図である。
サセプタ１６は、ステージ１４に支持され、基板１３を保持する保持面１６０を上面に有するサセプタ本体１６Ａと、その周囲に位置して保持面１６０よりも低い高さ面のサセプタ周縁部１６Ｂとを有している。保持面１６０は、基板１３の大きさに合わせた形状を有している。
マスク５６は、サセプタ１６上に設置され、基板１３を囲む大きさを有している。基板１３を超える大きさは、本発明としては特に限定されるものではないが、この実施形態では、基板１３を超えている大きさを５０ｍｍ以下とする。
サセプタ周縁部１６Ｂは、保持面１６０に近い側の上面に、不活性ガス供給口４８が形成されており、この実施形態では、凹溝形状でサセプタ本体１６Ａを囲むように形成されている。さらに、凹溝内には、溝の底面と溝の内外周面との間で小隙間を有するように、リング板状のシャワープレート４９が設置されている。
サセプタ周縁部１６Ｂは、保持面１６０に近い側の上面に、不活性ガス供給口４８が形成されており、この実施形態では、凹溝形状でサセプタ本体１６Ａを囲むように形成されている。さらに、凹溝内には、溝の底面と溝の内外周面との間で小隙間を有するように、リング板状のシャワープレート４９が設置されている。
シャワープレート４９は、例えば下面に不連続の突部を形成することで、溝底面と隙間を確保することができ、また、溝の内外周幅よりも狭い幅で形成することで、溝の内外周面との間で小隙間を形成することができる。また、シャワープレートには、例えば、所定径（例えば１ｍｍ径）の吹き出し穴４９Ａを所定間隔（例えば１００ｍｍピッチ）で形成するようにしてもよい。
なお、シャワープレート４９は、基板１３の周囲を覆っていることが好ましい。
上記シャワープレート４９により不活性ガス供給口４８は、シャワーヘッド構造を有する。シャワーヘッド構造により、不活性ガスをサセプタ本体１６Ａの周りで均等に吹き出すことが可能になる。
なお、シャワープレート４９は、基板１３の周囲を覆っていることが好ましい。
上記シャワープレート４９により不活性ガス供給口４８は、シャワーヘッド構造を有する。シャワーヘッド構造により、不活性ガスをサセプタ本体１６Ａの周りで均等に吹き出すことが可能になる。
サセプタ周縁部１６Ｂは、内部に前記不活性ガス供給口４８に連通する不活性ガス供給路４７を有しており、該不活性ガス供給路４７の終端はサセプタ周縁部１６Ｂの外周壁に達している。不活性ガス供給路４７は、一つまたは複数を形成してもよく、例えば、３ｍｍ径で形成することができる。
不活性ガス供給路４７には、サセプタ１６の外周側に配置した不活性ガス供給チューブ４６が接続されており、不活性ガス供給チューブ４６の他端側は、成膜室１１に設けた不活性ガス通気口４５に接続されている。不活性ガス通気口４５には、図示しない不活性ガス供給部が接続されている。
不活性ガス供給チューブ４６は、例えば、ステンレス製チューブ、ベローズフレキシブルチューブなどで構成することができる。基板１３を成膜容器１１内に搬入または搬出する際にはステージ１４が上下するが、不活性ガス供給チューブ４６はその上下稼働に追従することが必要となる。不活性ガス供給チューブ４６も不活性ガス供給路の一部を構成するものである。
不活性ガス供給路４７には、サセプタ１６の外周側に配置した不活性ガス供給チューブ４６が接続されており、不活性ガス供給チューブ４６の他端側は、成膜室１１に設けた不活性ガス通気口４５に接続されている。不活性ガス通気口４５には、図示しない不活性ガス供給部が接続されている。
不活性ガス供給チューブ４６は、例えば、ステンレス製チューブ、ベローズフレキシブルチューブなどで構成することができる。基板１３を成膜容器１１内に搬入または搬出する際にはステージ１４が上下するが、不活性ガス供給チューブ４６はその上下稼働に追従することが必要となる。不活性ガス供給チューブ４６も不活性ガス供給路の一部を構成するものである。
また、サセプタ周縁部１６Ｂでは、不活性ガス供給口４８の外周側に、ステージ１４およびサセプタ周縁部１６Ｂを貫通するマスクピン穴４０が形成されており、マスクピン穴４０内に、上下に稼働可能で、マスク５６を上下に移動することができるマスクピン４１が挿入されている。
また、サセプタ周縁部１６Ｂでは、不活性ガス供給口４８およびマスクピン穴４０を除いて、上面の露出面に、サセプタ防着板１９が被覆されている。サセプタ防着板１９の上面高さは、シャワープレート４９の上面高さと面一にするのが望ましい。
また、サセプタ周縁部１６Ｂでは、不活性ガス供給口４８およびマスクピン穴４０を除いて、上面の露出面に、サセプタ防着板１９が被覆されている。サセプタ防着板１９の上面高さは、シャワープレート４９の上面高さと面一にするのが望ましい。
ここで、マスク５６下面とサセプタ防着板１９上面とで形成される距離ａは、０．１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることが好ましく、さらには１ｍｍであることが好ましい。距離ａが小さいほど、隙間へ侵入する原料ガス及び反応ガス量を抑制することが可能となり、必要とする不活性ガス供給量も低減する。マスクは絶縁体であることが好ましいが、ステンレス等の金属でもよい。ただし、マスクが金属の場合は、前記隙間で放電を生じる可能性がある。その場合は、バッシェンの法則を利用し、前記距離ａと前記隙間の圧力との積が放電条件を満たさないよう、前記隙間の圧力調整を行う。
また、マスク５６の外周縁端とサセプタ防着板１９との重なりの距離ｂ、すなわち、不活性ガス供給口４８の外周側端部との距離は、１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下であることが好ましく、さらには２０ｍｍであることが好ましい。距離ｂが小さいと、不活性ガスが供給されていても、原料ガス及び反応ガスの拡散によりシャワープレート４９まで侵入する可能性があるためである。値が大きすぎると、マスク及び真空容器サイズも大きくなるため、好ましくない。
不活性ガス供給部から供給された不活性ガスは、不活性ガス通気口４５、不活性ガス供給チューブ４６、不活性ガス供給路４７、不活性ガス供給口４８を通り、シャワープレート４９を経由して、シャワープレート４９と不活性ガス供給口４８との隙間や吹き出し穴４９Ａを通して吹き出される。不活性ガスは、マスク５６とサセプタ防着板１９により形成される隙間を通り、サセプタ１６の外周側に排気され、排気部３０を通って排気される。
また、サセプタ防着板１９をサセプタ周縁部１６Ｂ上に設けることが好ましいが、サセプタ周縁部１６Ｂのみでもよい。このときは、サセプタ周縁部１６Ｂ上面とマスク５６下面との距離がａとなり、マスク５６外周端からシャワープレート４９の外周端側までの距離がｂとなる。
また、サセプタ防着板１９をサセプタ周縁部１６Ｂ上に設けることが好ましいが、サセプタ周縁部１６Ｂのみでもよい。このときは、サセプタ周縁部１６Ｂ上面とマスク５６下面との距離がａとなり、マスク５６外周端からシャワープレート４９の外周端側までの距離がｂとなる。
また、不活性ガスは、ステージ温度と±１０％以内の温度まで加熱されたあとに前記不活性ガス供給口４８から放出されることが好ましい。例えば、ステージを１００℃に加熱する場合、常温の不活性ガスを供給すると、サセプタ１６外周が冷却されるため、基板１３の温度分布も低下し、膜厚均一性および膜質均一性が低下する。よって、サセプタ１６の温度を一定に保つため、例えば９０〜１１０℃の不活性ガスを供給することが好ましい。
（実施形態２）
図４は、図２の不活性ガス供給口の設置位置を最適化したサセプタ構成である。
マスクピン穴４０が、成膜空間６０と搬送室空間６１を完全にシールすることができない場合、両者に圧力差があると、ガスはどちらか一方へ流れることになる。
ステージ１４、サセプタ１６および搬送室空間６１は、通常、メンテナンスを実施するのが困難である。よって、これら部分にパーティクルを生じてしまうと、パーティクルの除去は困難となる。例えば、マスクピン穴４０にパーティクルが存在する状態で、搬送室空間６１が正圧、成膜空間６０が負圧であれば、パーティクルがガス流に乗って成膜空間６０に放出され、基板１３にパーティクルが付着するため好ましくない。よって、成膜空間６０が正圧、搬送室空間６１が負圧であることが好ましい。
図４は、図２の不活性ガス供給口の設置位置を最適化したサセプタ構成である。
マスクピン穴４０が、成膜空間６０と搬送室空間６１を完全にシールすることができない場合、両者に圧力差があると、ガスはどちらか一方へ流れることになる。
ステージ１４、サセプタ１６および搬送室空間６１は、通常、メンテナンスを実施するのが困難である。よって、これら部分にパーティクルを生じてしまうと、パーティクルの除去は困難となる。例えば、マスクピン穴４０にパーティクルが存在する状態で、搬送室空間６１が正圧、成膜空間６０が負圧であれば、パーティクルがガス流に乗って成膜空間６０に放出され、基板１３にパーティクルが付着するため好ましくない。よって、成膜空間６０が正圧、搬送室空間６１が負圧であることが好ましい。
しかし、図２で示したサセプタ構造の場合、成膜空間６０と搬送室空間６１の圧力差次第では、不活性ガス供給口４８から供給された不活性ガスがマスクピン穴４０へ吸い込まれ、同時に原料ガスおよび反応ガスを吸い込む可能性がある。同圧であっても、拡散によりマスクピン穴まで原料ガス及び反応ガスが拡散する可能性が有る。吸い込まれた原料ガス及び反応ガスは反応するため、マスクピン穴でパーティクルが発生する。よって、不活性ガス供給口は図４のようにマスクピン穴４０よりも外周側へ設けることが好ましい。
上記に沿った原子層成長装置の構成を図４に基づいて説明する。なお、原子層成長装置の基本構成は図１に示すように、前記実施形態１と同様であり、その記載を省略または簡略にする。
図４は、ガス流れ方向に平行な成膜室側面から見た場合のサセプタ１６外周の拡大図であり、図５は、サセプタ周辺の一部を示す拡大平面図である。
サセプタ１６は、前記実施形態１と同様に、ステージ１４に支持され、基板１３を保持する保持面１６０を有するサセプタ本体１６Ａと、その周囲に位置して保持面１６０よりも低い高さのサセプタ周縁部１６Ｂとを有している。保持面１６０は、基板１３の大きさに合わせた形状を有している。
マスク５６は、サセプタ１６上に設置され、基板１３を囲む大きさを有している。基板１３を超えている大きさも実施形態１と同様に５０ｍｍ以下とする。
図４は、ガス流れ方向に平行な成膜室側面から見た場合のサセプタ１６外周の拡大図であり、図５は、サセプタ周辺の一部を示す拡大平面図である。
サセプタ１６は、前記実施形態１と同様に、ステージ１４に支持され、基板１３を保持する保持面１６０を有するサセプタ本体１６Ａと、その周囲に位置して保持面１６０よりも低い高さのサセプタ周縁部１６Ｂとを有している。保持面１６０は、基板１３の大きさに合わせた形状を有している。
マスク５６は、サセプタ１６上に設置され、基板１３を囲む大きさを有している。基板１３を超えている大きさも実施形態１と同様に５０ｍｍ以下とする。
サセプタ周縁部１６Ｂは、保持面１６０に近接した位置の上面に、ステージ１４およびサセプタ周縁部１６Ｂを貫通するマスクピン穴４０が複数個形成されており、マスクピン穴４０内に、上下に稼働可能で、マスク５６を上下に移動するマスクピン４１が挿入されている。
サセプタ本体１６Ａを基準にして、マスクピン穴４０の外周側には、不活性ガス供給口５０が、凹溝形状でサセプタ本体１６Ａを囲むように形成されており、該凹溝内に、溝の底面と内外周面と小隙間を有するように、シャワープレート５１が設置されている。シャワープレート５１は、例えば下面に不連続の突部を形成することで、溝底面と隙間を確保することができる。また、シャワープレート５１には、例えば、所定径（例えば１ｍｍ〜３ｍｍ径）の吹き出し穴５１Ａを所定間隔（例えば１０〜２００ｍｍピッチ）で形成するようにしてもよい。
サセプタ本体１６Ａを基準にして、マスクピン穴４０の外周側には、不活性ガス供給口５０が、凹溝形状でサセプタ本体１６Ａを囲むように形成されており、該凹溝内に、溝の底面と内外周面と小隙間を有するように、シャワープレート５１が設置されている。シャワープレート５１は、例えば下面に不連続の突部を形成することで、溝底面と隙間を確保することができる。また、シャワープレート５１には、例えば、所定径（例えば１ｍｍ〜３ｍｍ径）の吹き出し穴５１Ａを所定間隔（例えば１０〜２００ｍｍピッチ）で形成するようにしてもよい。
なお、シャワープレート５１は、基板１３の周囲を覆っていることが好ましい。
上記シャワープレート５１により不活性ガス供給口５０は、シャワーヘッド構造を有する。
また、シャワーヘッド構造では、サセプタ周縁部１６Ｂに吹き出し穴を設けてシャワーを作製してもよく、シャワープレートを個別に作製し、サセプタ周縁部１６Ｂに取り付けてもよい。
なお、サセプタ周縁部１６Ｂでは、マスクピン穴４０および不活性ガス供給口５０を除いて、上面の露出面にサセプタ防着板１９Ａが被覆されている。サセプタ防着板１９Ａの上面高さは、シャワープレート５１の上面高さと面一になっているのが望ましい。
上記シャワープレート５１により不活性ガス供給口５０は、シャワーヘッド構造を有する。
また、シャワーヘッド構造では、サセプタ周縁部１６Ｂに吹き出し穴を設けてシャワーを作製してもよく、シャワープレートを個別に作製し、サセプタ周縁部１６Ｂに取り付けてもよい。
なお、サセプタ周縁部１６Ｂでは、マスクピン穴４０および不活性ガス供給口５０を除いて、上面の露出面にサセプタ防着板１９Ａが被覆されている。サセプタ防着板１９Ａの上面高さは、シャワープレート５１の上面高さと面一になっているのが望ましい。
サセプタ周縁部１６Ｂは、内部に前記不活性ガス供給口５０に連通する不活性ガス供給路４７を有しており、該不活性ガス供給路４７の終端はサセプタ周縁部１６Ｂの外周壁に達している。不活性ガス供給路４７は、一つまたは複数を形成してもよく、例えば、３ｍｍ径で形成することができる。
不活性ガス供給路４７には、サセプタ１６の外周側に配置した不活性ガス供給チューブ４６が接続されており、不活性ガス供給チューブ４６の他端側は、成膜室１１に設けた不活性ガス通気口４５に接続されている。不活性ガス通気口４５には、図示しない不活性ガス供給部が接続されている。不活性ガス供給チューブ４６は、例えば、ステンレス製チューブ、ベローズフレキシブルチューブなどで構成することができる。
不活性ガス供給路４７には、サセプタ１６の外周側に配置した不活性ガス供給チューブ４６が接続されており、不活性ガス供給チューブ４６の他端側は、成膜室１１に設けた不活性ガス通気口４５に接続されている。不活性ガス通気口４５には、図示しない不活性ガス供給部が接続されている。不活性ガス供給チューブ４６は、例えば、ステンレス製チューブ、ベローズフレキシブルチューブなどで構成することができる。
マスク５６下面とサセプタ防着板１９Ａ上面とで形成される距離ａは、０．１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることが好ましく、さらには１ｍｍであることが好ましい。距離ａが小さいほど、隙間へ侵入する原料ガス及び反応ガス量を抑制することが可能となり、必要とする不活性ガス供給量も低減する。マスクは絶縁体であることが好ましいが、ステンレス等の金属でもよい。ただし、マスクが金属の場合は、前記隙間で放電を生じる可能性がある。その場合は、バッシェンの法則を利用し、前記距離ａと前記隙間の圧力との積が放電条件を満たさないよう、前記隙間の圧力調整を行う。
また、マスク５６の外周縁端部とサセプタ防着板１９Ａとの重なりの距離ｂ、すなわち、不活性ガス供給口５０の外周端部との距離は、１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下であることが好ましく、さらには２０ｍｍであることが好ましい。距離ｂが小さいと、不活性ガスが供給されていても、原料ガス及び反応ガスの拡散によりシャワープレート５１まで侵入する可能性があるためである。値が大きすぎると、マスク及び真空容器サイズも大きくなるため、好ましくない。
ただし、この実施形態では、マスクピン４０の外周側で不活性ガスが吹き出しされており、原料ガスや反応ガスの拡散を抑止する作用が大きい。
ただし、この実施形態では、マスクピン４０の外周側で不活性ガスが吹き出しされており、原料ガスや反応ガスの拡散を抑止する作用が大きい。
不活性ガス供給部から供給された不活性ガスは、不活性ガス通気口４５、不活性ガス供給チューブ４６、不活性ガス供給路４７、不活性ガス供給口５０を通り、シャワープレート５１を経由して、不活性ガス供給口５０との隙間や吹き出し穴５１Ａを通して吹き出され、マスク５６とサセプタ防着板１９Ａにより形成される隙間を通り、排気部３０へ供給される。
また、サセプタ防着板１９Ａをサセプタ周縁部１６Ｂ上に設けることが好ましいが、サセプタ周縁部１６Ｂのみでもよい。このときは、サセプタ周縁部１６Ｂ上面とマスク５６下面との距離がａとなり、マスク５６外周端からシャワープレート５１の外周端側までの距離がｂとなる。
また、サセプタ防着板１９Ａをサセプタ周縁部１６Ｂ上に設けることが好ましいが、サセプタ周縁部１６Ｂのみでもよい。このときは、サセプタ周縁部１６Ｂ上面とマスク５６下面との距離がａとなり、マスク５６外周端からシャワープレート５１の外周端側までの距離がｂとなる。
上記各実施形態で基板１３のサイズが変更される場合は、サセプタ１６のサイズを変更することで対応が可能であり、ステージ構成を変更する必要はない。また、プロセス条件変更の際、不活性ガス供給条件を伴うが、これも不活性ガス供給口、シャワープレートのみの変更でよい。
次に、上記原子層成長装置１０における処理手順を説明する。
図６は、本実施形態の原子層堆積方法の一例を示すフローチャートである。図７（ａ）〜（ｄ）は、基板Ｓの上に薄膜が形成される工程を示す図である。
図６は、本実施形態の原子層堆積方法の一例を示すフローチャートである。図７（ａ）〜（ｄ）は、基板Ｓの上に薄膜が形成される工程を示す図である。
まず、原料ガス供給部が成膜容器１１の内部に原料ガスを供給する（ステップｓ１）。具体的には、ガス導入部２０に原料ガスを供給する。原料ガスは、成膜容器１１の内部に供給される。原料ガスは、例えば、０．１秒間、成膜容器１１の内部に供給する。図７（ａ）に示されるように、ステップｓ１によって、成膜容器１１の内部に原料ガス１１０が供給され、基板Ｓの上に原料ガス１１０が吸着して、吸着層１０２が形成される。
また、ステップｓ１において、インジェクタ２１の内表面およびインジェクタ防着材２２の外表面に不活性ガスを供給する。また、排出部３０では、排気防着材３１および排気配管接続部３２にも不活性ガスを供給する。さらに、サセプタ周縁部１６Ｂにおいても不活性ガスを供給する
本実施形態では、ステップｓ１のみでなく、後述するステップｓ２〜ｓ４も含めて、常に不活性ガスを供給する。そのため、ステップｓ１において、成膜容器１１の内部に原料ガスを供給する際に、成膜容器１１とインジェクタ防着材２２との隙間および、成膜容器１１と排気防着材３１との隙間および、マスク５６とサセプタ１６との隙間に原料ガスが入り込むのを抑制することができる。
本実施形態では、ステップｓ１のみでなく、後述するステップｓ２〜ｓ４も含めて、常に不活性ガスを供給する。そのため、ステップｓ１において、成膜容器１１の内部に原料ガスを供給する際に、成膜容器１１とインジェクタ防着材２２との隙間および、成膜容器１１と排気防着材３１との隙間および、マスク５６とサセプタ１６との隙間に原料ガスが入り込むのを抑制することができる。
次に、原料ガスの供給を停止し、ガス導入部でパージガスを供給する（ステップｓ２）。パージガスは、成膜容器１１の内部に供給される。原料ガスは、排気部３０から成膜容器１１の外部に排出される。
パージガスは、例えば、０．１秒間、成膜容器１１の内部に供給する。排気部３０が成膜容器１１の内部の原料ガス１１０やパージガス１１２を排気する。排気部３０は、例えば、２秒間、成膜容器１１の内部の原料ガス１１０やパージガス１１２を排気する。図７（ｂ）に示されるように、ステップｓ２によって、成膜容器１１の内部にパージガス１１２が供給され、基板Ｓの上に吸着していない原料ガス１１０が成膜容器１１からパージされる。
パージガスは、例えば、０．１秒間、成膜容器１１の内部に供給する。排気部３０が成膜容器１１の内部の原料ガス１１０やパージガス１１２を排気する。排気部３０は、例えば、２秒間、成膜容器１１の内部の原料ガス１１０やパージガス１１２を排気する。図７（ｂ）に示されるように、ステップｓ２によって、成膜容器１１の内部にパージガス１１２が供給され、基板Ｓの上に吸着していない原料ガス１１０が成膜容器１１からパージされる。
次に、成膜容器１１の内部に反応ガスを供給する（ステップｓ３）。具体的には、ガス導入部２０を通して反応ガスを供給する。反応ガスは、ガス導入部２０の通路を通って、成膜容器１１の内部に供給される。反応ガスは、例えば、１秒間、成膜容器１１の内部に供給される。図７（ｃ）に示されるように、ステップｓ３によって、成膜容器１１の内部に反応ガス１１４が供給される。
また、ステップｓ３においても、インジェクタ２１の内表面やインジェクタ防着材２２の外表面や排気部３０、サセプタ周縁部１６Ｂで不活性ガスを供給する。そのため、ステップＳ３において、成膜容器１１の内部に反応ガスを供給する際に、成膜容器１１とインジェクタ防着材２２との隙間および、成膜容器１１と排気防着材３１との隙間および、マスク５６とサセプタ１６との隙間に反応ガスが入り込むのを抑制することができる。
次に、反応ガスの供給を停止し、ガス導入部２０にパージガスを供給する（ステップｓ４）。パージガスは、成膜容器１１の内部に供給される。パージガスは、排気部３０から成膜容器１１の外部に排出される。パージガスは、例えば、０．１秒間、成膜容器１１の内部に供給される。排気部３０が、成膜容器１１の内部の反応ガス１１４やパージガス１１２を排気する。図７（ｄ）に示されるように、ステップｓ４によって、成膜容器１１の内部にパージガス１１２が供給され、反応ガス１１４が成膜容器１１からパージされる。
以上説明したステップｓ１〜ｓ４により、基板Ｓの上に一原子層分の薄膜層１０４が形成される。以下、ステップｓ１〜ｓ４を所定回数繰り返すことにより、所望の膜厚の薄膜層１０４を形成することができる。
本実施形態の原子層成長装置１０では、不活性ガスがインジェクタ２１の内表面およびインジェクタ防着材２２の外表面を流れるため、成膜容器１１とインジェクタ２１との隙間に原料ガスや反応ガスが入り込むのを抑制することができる。そのため、成膜容器１１とインジェクタ２１との隙間に薄膜が付着するのを抑制することができる。また、排気部３０も同様に薄膜の付着が防止される。
さらに、サセプタ周縁部１６Ｂで不活性ガスが流れ出るため、マスク底面や基板側面および基板底面、サセプタなどに対する着膜を防止する。
さらに、サセプタ周縁部１６Ｂで不活性ガスが流れ出るため、マスク底面や基板側面および基板底面、サセプタなどに対する着膜を防止する。
また、例えば、原料ガスとしてＴＭＡを用い、反応ガスとしてＯ３を用いて形成されるアルミナ膜は、ＢＣｌ３ガスによりガスエッチングを行うことができる。ＢＣｌ３ガスによりアルミナ膜をガスエッチングするためには、例えば、５００℃程度の高温に加熱する必要がある。
ステージ１４にはヒーター（図示しない）が設けられており、該ヒーターの付近に位置する成膜容器１１の内壁は、ヒーターにより５００℃程度の高温に加熱することが可能となる。そのため、ヒーターの付近に位置する成膜容器１１の内壁に付着した薄膜は、ガスエッチングにより除去することが可能となる。
ステージ１４にはヒーター（図示しない）が設けられており、該ヒーターの付近に位置する成膜容器１１の内壁は、ヒーターにより５００℃程度の高温に加熱することが可能となる。そのため、ヒーターの付近に位置する成膜容器１１の内壁に付着した薄膜は、ガスエッチングにより除去することが可能となる。
以上のように、本実施形態によれば、成膜容器１１の内壁やサセプタなどに薄膜が付着するのを抑制でき、また、内壁やサセプタに付着した薄膜をガスエッチングにより除去することができるので、ウェットエッチングによるクリーニングの頻度を低減させることができる。
図１、図４に示した原子層成長装置を用いて、３７０ｍｍ×４７０ｍｍのＧ２ガラス基板にＡｌＯＮ薄膜を形成した。本原子層成長装置の各種値は下記のとおりとした。
ａ：１ｍｍ
ｂ：２０ｍｍ
シャワー穴径：１ｍｍ
シャワーピッチ：１００ｍｍ
ステージ温度：１００℃
不活性ガス温度：１００℃
不活性ガス流量：５００ｓｃｃｍ
ａ：１ｍｍ
ｂ：２０ｍｍ
シャワー穴径：１ｍｍ
シャワーピッチ：１００ｍｍ
ステージ温度：１００℃
不活性ガス温度：１００℃
不活性ガス流量：５００ｓｃｃｍ
液体原料（Ａｌ源）としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、反応ガスとして酸素プラズマおよび窒素プラズマを用いた。成膜は図６に示したシーケンスとした。成膜容器内圧力は１００Ｐａとし、不活性ガス供給部より５００ｓｃｃｍの窒素を供給し、成膜シーケンス中、常時供給とした。
２０μｍの成膜を実施した後、マスク５６下面とサセプタ防着板１９Ａ上面への着膜量を目視で観察すると、薄膜による干渉膜は観測されず、その膜量は５０ｎｍ以下であることが確認された。よって、基板サイズ変更、プロセス条件変更に容易に対応できる構造でありながら、マスク及びサセプタのクリーニング頻度を低減することが可能となることが確認された。
２０μｍの成膜を実施した後、マスク５６下面とサセプタ防着板１９Ａ上面への着膜量を目視で観察すると、薄膜による干渉膜は観測されず、その膜量は５０ｎｍ以下であることが確認された。よって、基板サイズ変更、プロセス条件変更に容易に対応できる構造でありながら、マスク及びサセプタのクリーニング頻度を低減することが可能となることが確認された。
以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
１０ 原子層成長装置
１１ 成膜容器
１３ 基板
１４ ステージ
１５ 高周波電源
１６ サセプタ
１６Ａ サセプタ本体
１６Ｂ サセプタ周縁部
１９ サセプタ防着板
１９Ａ サセプタ防着板
２０ ガス導入部
３０ 排気部
４０ マスクピン穴
４６ 不活性ガス供給チューブ
４７ 不活性ガス供給路
４８ 不活性ガス供給口
４９ シャワープレート
４９Ａ 吹き出し穴
５０ 不活性ガス供給口
５０Ａ 吹き出し穴
５１ シャワープレート
５６ マスク
Ｓ 基板
１０２ 吸着層
１０４ 薄膜層
１１０ 原料ガス
１１２ パージガス
１１４ 反応ガス
１１ 成膜容器
１３ 基板
１４ ステージ
１５ 高周波電源
１６ サセプタ
１６Ａ サセプタ本体
１６Ｂ サセプタ周縁部
１９ サセプタ防着板
１９Ａ サセプタ防着板
２０ ガス導入部
３０ 排気部
４０ マスクピン穴
４６ 不活性ガス供給チューブ
４７ 不活性ガス供給路
４８ 不活性ガス供給口
４９ シャワープレート
４９Ａ 吹き出し穴
５０ 不活性ガス供給口
５０Ａ 吹き出し穴
５１ シャワープレート
５６ マスク
Ｓ 基板
１０２ 吸着層
１０４ 薄膜層
１１０ 原料ガス
１１２ パージガス
１１４ 反応ガス
Claims (5)
- 基板上に薄膜を形成する原子層成長装置であって、
成膜容器と、
前記成膜容器内に設置されたステージと、
前記ステージ上で前記基板を保持するサセプタと、
前記基板上に配置され、前記基板を囲む大きさのマスクと、
前記マスクを支持して上下に可動可能なマスクピンと、
前記ステージおよび前記サセプタを上下に貫通して、前記マスクピンが上下動可能に挿通されるマスクピン穴と、を備え、
前記サセプタは、前記基板の保持面を有するサセプタ本体と、前記サセプタ本体の周囲に位置して前記保持面よりも低い高さのサセプタ周縁部とを有し、
前記マスクピン穴は、前記サセプタ周縁部に開口し、
前記サセプタ周縁部には、前記マスクの囲み領域内であって、前記サセプタ本体を基準にして前記マスクピン穴の開口の外側の開放空間に、前記保持面の周囲でガスを上方側の前記マスクの下面側に向けて排出する不活性ガス供給口が設けられ、前記不活性ガス供給口に不活性ガスを供給する不活性ガス供給路が接続されており、前記マスクと前記サセプタ周縁部との間に形成される隙間が０．１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であり、前記マスク周縁端と前記不活性ガス供給口の近接側との距離が１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下であることを特徴とする原子層成長装置。 - 前記不活性ガス供給口が、前記保持面の周囲で全周に沿って複数個または全周に亘って連続して形成されていることを特徴とする請求項１記載の原子層成長装置。
- 前記不活性ガス供給口が、前記不活性ガス供給路に対しシャワーヘッド構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の原子層成長装置。
- 前記サセプタ周縁部上面に、防着材が設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の原子層成長装置。
- 前記不活性ガスは、ステージ面温度と±１０％以内の温度で前記不活性ガス供給口から排出されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の原子層成長装置。
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