JP6965942B2 - 成膜装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、原子層堆積法による成膜方法及び成膜装置が開示されている。
そのため、原料ガスの無駄が多く、また、成膜時間が長くなるという問題があった。
また、ワークに対して均一に成膜ができないという問題もあった。
しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する個々の望ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
図1及び図2には内チャンバーと外チャンバーからなる2重チャンバー構造を示しているが、本発明の成膜装置においてチャンバーは1重であってもよい。
ワークホルダー20は、処理対象であるワークWの主面が鉛直方向に沿うようにワークWを複数段に並べて保持することができる。この場合、複数のワークは、主面同士が対向し、かつ、互いに離間するように配置される。
ワークの主面が鉛直方向に沿うようにワークを置いて成膜を行うことにより、ワークの主面に不純物となるパーティクルが残りにくくなる。また、ワークを鉛直方向に積み重ねる場合と比べて、チャンバーの上部からワークが落下する危険性がないため、安全に作業することができる。
また、ワークホルダー20の下側に設けられる排気機構50も示している。
なお、ワークホルダーの右側、左側、下側は、後述する図4に示す向きでワークホルダー20、右側ガス供給管群30、左側ガス供給管群40及び排気機構50を見た場合の、ワークホルダーに対する位置関係である。
右側ガス供給管群30、左側ガス供給管群40及び排気機構50については後で詳細に説明する。
図3に示すワークホルダー20は、一対の支え板20a及び20bと、支え板20a及び20bに連結された複数の支柱20c1、20c2、20c3及び20c4と、を備える。支柱20c1、20c2、20c3及び20c4には複数の溝25がそれぞれ形成されており、溝25によりワークWが保持されるように構成されている。ワークWは、主面が鉛直方向に沿うように保持される。なお、支柱20c1は着脱可能である。
内チャンバーの外壁にヒーターを取り付けることにより、内チャンバー内が安定した温度となるため、成膜を均一化することができる。特に、ヒーターが着脱可能である場合には、メンテナンスが容易になる。
図4を参照して、成膜装置のチャンバー内にガスを供給するガス供給管の配置と、チャンバー内を排気する排気機構の配置について説明する。
なお、本明細書において、成膜原料供給管、改質剤供給管及びキャリアガス供給管を区別せずに説明する場合「ガス供給管」という。
ワークホルダー20の右側には右側ガス供給管群30が設けられており、ワークホルダー20の左側には左側ガス供給管群40が設けられている。
右側ガス供給管群30及び左側ガス供給管群40にはそれぞれに4本のガス供給管が含まれている。なお、ワークホルダーの左右に位置するガス供給管の本数は同じであることが好ましい。
右側ガス供給管群30及び左側ガス供給管群40に含まれる複数本のガス供給管(図4においては計8本)のうち、どの種類の管がそれぞれ何本あるかは限定されるものではないが、キャリアガス供給管が最も多くあることが好ましい。
ALD法により、例えば、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)等の金属酸化物;窒化チタン(TiN)等の金属窒化物;白金(Pt)等の金属を成膜することができる。
成膜原料としては、例えば、アルミナを成膜するために用いられるTMA(トリメチルアルミニウム:Al(CH3)3)、シリカを成膜するために用いられるトリスジメチルアミノシラン(SiH[N(CH3)2]3)、窒化チタンを成膜するために用いられる四塩化チタン(TiCl4)、白金を成膜するために用いられるMeCpPtMe3((トリメチル)メチルシクロペンタジエニル白金)等が挙げられる。
成膜原料供給管には、成膜原料とともにキャリアガスも供給される。
成膜装置の外で成膜原料とキャリアガスの混合ガスを調製して、混合ガスを成膜原料供給管からチャンバー内に供給することが好ましい。
改質剤としてのガスとしては、オゾン、酸素、水(水蒸気)、アンモニア等が挙げられる。
アルミナを成膜する場合、TMAを前駆体として、オゾンガスや水を改質剤として使用することによって、アルミナをワーク上に成膜することができる。
シリカを成膜する場合、トリスジメチルアミノシランを前駆体として、オゾンガスを改質剤として使用することによって、シリカをワーク上に成膜することができる。
窒化チタンを成膜する場合、四塩化チタンを前駆体として、アンモニアガスを改質剤として使用することによって、窒化チタンをワーク上に成膜することができる。
白金を成膜する場合、MeCpPtMe3を前駆体として、酸素ガスを改質剤として使用することによって、白金をワーク上に成膜することができる。
改質剤供給管には、改質剤とともにキャリアガスも供給される。
成膜装置の外で改質剤とキャリアガスの混合ガスを調製して、混合ガスを改質剤供給管からチャンバー内に供給することが好ましい。
キャリアガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスが挙げられる。
成膜原料供給管及び改質剤供給管にも、キャリアガス供給管から供給されるキャリアガスと同じ種類のキャリアガスを流すことが好ましく、3種類のガス供給管からキャリアガスを常時流すことが好ましい。
3種類のガス供給管からキャリアガスを常時流すことによってガス供給管の成膜原料又は改質剤による詰まりを防止することができる。
まず、ワークホルダーにワークをセットし、チャンバー内を真空にする。そして以下の工程(1)〜(4)を繰り返して行うことにより1レイヤーずつ成膜を行う。
(1)成膜原料供給管から成膜原料(TMA)を供給して、1レイヤー分のTMAを成膜する。
(2)チャンバー内をキャリアガスによりパージして、チャンバー内にTMAが残らないようにする。
(3)改質剤供給管から改質剤(オゾンガス)を供給してTMAと反応させて1レイヤー分のアルミナ膜を成膜する。
(4)チャンバー内をキャリアガスによりパージして、チャンバー内にオゾンガスが残らないようにする。
ワークの鉛直方向に平行な中心線は、図4においてワークWの重心Gを通り、ワークの鉛直方向に平行な線として示される線(図4中の点線C)である。ワークの鉛直方向は成膜装置が設置されれば自ずと定まる。
成膜原料供給管、改質剤供給管及びキャリアガス供給管から吹き出されるガス流の総量は、各ガス供給管に設けられたガス吹き出し口の大きさによって定まる。同じ大きさのガス吹き出し口がワークの鉛直方向に平行な中心線に対して対称に同じ数設けられていれば、ガス流の総量が対称であるといえる。
また、ガス吹き出し口の大きさがガス供給管により異なる場合は、各ガス吹き出し口から吹き出されるガス流の量をガス供給管ごとに求め、ワークの鉛直方向に平行な中心線に対して左側の領域と右側の領域で足し合わせればよい。
成膜原料供給管、改質剤供給管及びキャリアガス供給管に設けられるガス吹き出し口の大きさが全て同じである場合、ワークの鉛直方向に平行な中心線に対して左側の領域と右側の領域における成膜原料供給管、改質剤供給管及びキャリアガス供給管の合計本数が同じであれば、ガス流の総量はワークの鉛直方向に平行な中心線に対して対称となる。
ワークホルダーは本発明の成膜装置を構成する構成要件であり、ワークホルダーの形状から、ワークホルダーにより保持されるワークの形状が定まる。
すなわち、ワークホルダーの形状から定められる、ワークホルダーに保持されることが想定される形状のワークを、「ワークの鉛直方向に平行な中心線」を求めるための「ワーク」とする。
この「ワークホルダーの形状から定められる、ワークホルダーに保持されることが想定される形状のワーク」の形状から、ワークの重心を求めて、ワークの重心を通りワークの鉛直方向に平行な中心線を引くことができる。
そのため、ワークが保持されていない状態の成膜装置においても、本発明で規定する「ワークの鉛直方向に平行な中心線」を定めることは可能である。すなわち、ワークが保持されていない状態の成膜装置に対しても、本発明の成膜装置としての構成要件を満たすかどうかを判断することは可能である。
また、本発明で規定する「ワークの主面」を定める場合についても、同様に「ワークホルダーの形状から定められる、ワークホルダーに保持されることが想定される形状のワーク」の主面を考えて定めることができる。
具体的には、右側ガス供給管群及び左側ガス供給管群が、それぞれ成膜原料供給管が1本、改質剤供給管が1本、キャリアガス供給管が2本の組み合わせである例が挙げられる。
排気機構は、成膜原料供給管、改質剤供給管及びキャリアガス供給管のガス吹き出し口の開口方向に対して、反対側に位置している。
図5は、ガス供給管のガス吹き出し口の開口方向と排気機構の位置関係を模式的に示す断面図である。
図5に示す、右側ガス供給管群30及び左側ガス供給管群40に含まれるガス供給管において、ガス吹き出し口の開口方向は上方向である。図5には、右側ガス供給管群30及び左側ガス供給管群40に含まれるガス供給管からのガス吹き出し方向を矢印で示している。
この場合、「ガス吹き出し口の開口方向の反対側」は、図5において、ガス供給管よりも下に位置している、ハッチングを付した領域Bである。
そして、排気機構50がこの領域Bのどこかに位置している場合に、排気機構は成膜原料供給管、改質剤供給管及びキャリアガス供給管のガス吹き出し口の開口方向に対して反対側に位置しているといえる。
一方、ガス吹き出し口の開口方向が下方向である場合にはワークホルダーに対して排気機構が上にあることが好ましい。
このような配置であるとガス吹き出し口から吹き出された原料ガス(成膜原料及び改質剤)がワークホルダーに保持されたワーク上に滞留したのちに排気機構に到達するので、ワーク面に着膜する原料ガスの割合が多くなる。その結果、原料ガスの無駄を減らすことができ、成膜時間を短くすることができる。
排気機構が、吸気口が複数設けられた管である場合、吸気口の開口面積は、成膜原料供給管、改質剤供給管及びキャリアガス供給管のガス吹き出し口のそれぞれの開口面積よりも大きいことが好ましい。
吸気口の開口面積が大きいと、成膜原料や改質剤が吸気口及びその近傍に付着したとしても吸気口や排気機構の詰まりを防止することができる。
また、吸気口の向きは特に限定されるものではなく、吸気口は上向き、横向き、下向きのいずれであってもよい。
そのため、成膜装置には、成膜原料供給管、改質剤供給管及びキャリアガス供給管から吹き出されるガス流の向きを、排気機構に向かう向きに変更する整流部材をさらに備えるようにすることが好ましい。
整流部材60の下にはワークホルダー20が位置しており、ワークホルダー20にはワークWが保持されている。そして、ワークホルダー20に対して排気機構50が下に位置している。そのため、整流部材60によりガス流の向きが下向きに変更されると、ガスはワークW上に滞留し、そののちに排気機構50から排出されることとなる。
なお、チャンバーの内壁とは、チャンバーが内チャンバーと外チャンバーの2重チャンバーからなる構成の場合、内チャンバーの内壁を意味する。
チャンバーが水平方向に旋回可能であると、チャンバーの向きを作業しやすい位置に変えることができるため、メンテナンス作業が容易になる。
10 チャンバー
11 内チャンバー
11a 内チャンバーの内壁
12 外チャンバー
13 ガイド
15 ヒーター
20 ワークホルダー
20a、20b 支え板
20c1、20c2、20c3、20c4 支柱
25 溝
30 右側ガス供給管群
31 成膜原料供給管
32、33、34、42、43、44 キャリアガス供給管
40 左側ガス供給管群
41 改質剤供給管
50 排気機構
60 整流部材
W ワーク
B ガス吹き出し口の開口方向の反対側の領域
C ワークの鉛直方向に平行な中心線
G ワークの重心
FR、FL ガス流の向き
Claims (4)
- 原子層堆積法による成膜装置であって、
前記成膜装置は、
内部を真空保持可能な筒状体のチャンバーと、
処理対象であるワークを、前記ワークの主面が鉛直方向に沿うように複数段に並べて保持するワークホルダーと、
成膜原料を前記チャンバー内に供給する成膜原料供給管と、
改質剤を前記チャンバー内に供給する改質剤供給管と、
キャリアガスを前記チャンバー内に供給するキャリアガス供給管と、
前記チャンバー内を排気する排気機構と、を備えており、
前記チャンバーを、ワークの主面と平行方向に切断した断面において、
前記排気機構は、前記成膜原料供給管、前記改質剤供給管及び前記キャリアガス供給管のガス吹き出し口の位置よりも、前記成膜原料供給管、前記改質剤供給管及び前記キャリアガス供給管のガス吹き出し口の開口方向と反対の方向に位置する領域に配置されており、かつ、前記成膜原料供給管、前記改質剤供給管及び前記キャリアガス供給管は、成膜原料供給管、改質剤供給管及びキャリアガス供給管から吹き出されるガス流の総量が、ワークの鉛直方向に平行な中心線に対して対称となるように配置されており、
前記成膜原料供給管は、成膜原料とキャリアガスの混合ガスを前記チャンバー内に供給し、
前記改質剤供給管は、改質剤とキャリアガスの混合ガスを前記チャンバー内に供給し、
前記成膜原料供給管、前記改質剤供給管及び前記キャリアガス供給管の全てからキャリアガスを前記チャンバー内に常時供給することを特徴とする、成膜装置。 - 前記チャンバーを、ワークの主面と平行方向に切断した断面において、
前記成膜原料供給管、前記改質剤供給管及び前記キャリアガス供給管のガス吹き出し口の開口方向が上向きであり、
前記排気機構は前記チャンバーの下部で前記ワークに対して下に位置している請求項1に記載の成膜装置。 - 前記排気機構の吸気口の開口面積が、前記成膜原料供給管、前記改質剤供給管及び前記キャリアガス供給管のガス吹き出し口のそれぞれの開口面積よりも大きい請求項1又は2に記載の成膜装置。
- 前記成膜原料供給管、前記改質剤供給管及び前記キャリアガス供給管から吹き出されるガス流の向きを、前記排気機構に向かう向きに変更する整流部材をさらに備える請求項1〜3のいずれかに記載の成膜装置。
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