WO2019124101A1 - 成膜装置 - Google Patents

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WO2019124101A1
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chamber
film forming
forming apparatus
lid
work
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Inventor
康弘 近石
山根　茂樹
啓 荒井
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers

Definitions

  • the present invention relates to a deposition apparatus by atomic layer deposition.
  • the atomic layer deposition (ALD) method is known as a method of forming an oxide film on a processing target substrate such as a semiconductor wafer.
  • Patent Document 1 discloses a film forming apparatus for forming a metal oxide film by an ALD method.
  • the film forming apparatus described in Patent Document 1 includes a vertical, cylindrical, cylindrical processing container capable of holding a vacuum, a holding member for holding the processing object in a plurality of stages and holding the processing object in the processing container, and A heating device provided on the outer periphery of a processing container, a film forming source supply mechanism for supplying a film forming source into the processing container, an oxidant supply mechanism for supplying an oxidizing agent into the processing container, and the inside of the processing container
  • a purge gas supply mechanism for supplying the purge gas to the exhaust gas, an exhaust mechanism for exhausting the inside of the processing container, the film forming raw material supply mechanism, the oxidant supply mechanism, the purge gas supply mechanism, and a control mechanism for controlling the exhaust mechanism. It is equipped.
  • a wafer board capable of mounting a wafer as an object to be processed in multiple stages can be inserted into the processing container from below.
  • a wafer board on which a plurality of wafers are loaded is loaded into the processing container by raising it from below, and the inside of the processing container is made a sealed space.
  • the wafer board is placed on a table, and the table is supported on a rotating shaft passing through the lid.
  • a magnetic fluid seal for example, is provided at the through portion of the rotary shaft, and the rotary shaft is rotatably supported while airtightly sealing the rotary shaft.
  • the inside of the processing container is evacuated and maintained at a predetermined process pressure, and the power supplied to the heating device is controlled to raise the wafer temperature and maintain the process temperature, and the wafer board is rotated. Start the film forming process.
  • the film forming apparatus when the processing container (hereinafter also referred to as a chamber) is vertical, the film forming apparatus increases as the number of objects to be processed (hereinafter also referred to as a work) increases.
  • the size of the workpiece increases in the height direction, which makes it difficult to attach and detach the work.
  • the environment in which the film formation apparatus is installed is restricted, such as the need to search for a building with a high ceiling.
  • there is a danger because it is necessary for a worker to enter the lower part of the chamber and perform work.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a film forming apparatus in which a workpiece can be easily attached and detached and stable film formation is possible.
  • the film forming apparatus is a film forming apparatus by atomic layer deposition, and includes a chamber capable of holding the inside in a vacuum, a work holder which arranges a plurality of works to be processed in multiple stages and holds the work in the chamber.
  • a rotating mechanism for rotating the work holder, the chamber is formed of a horizontal cylindrical body, and the work holder arranges the work in a plurality of stages such that the main surface of the work is along the vertical direction
  • the holding mechanism is characterized in that the rotation mechanism has a rotation axis in the horizontal direction.
  • the chamber includes a first lid constituting one side surface of the cylindrical body, a second lid constituting the other side surface of the cylindrical body, and a periphery of the cylindrical body.
  • the first lid is fixed to the film forming apparatus, and the second lid is detachably connected to the flange portion of the chamber main body. Is preferably detachably connected to the first lid and is movable in the horizontal direction together with the second lid.
  • the rotation mechanism is provided on the first lid, and the work holder is supported by the first lid in a cantilever manner.
  • the work holder is preferably detachably installed in the chamber.
  • the rotation mechanism further includes a housing for housing the rotation shaft, and a seal member for sealing between the rotation shaft and the housing, and the chamber as the seal member. It is preferable that a gas inlet for introducing a carrier gas be provided between the inner rotary shaft and the housing.
  • a gas discharge port for releasing the carrier gas is further provided outside the chamber as the seal member.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a state in which the chamber is opened in the film forming apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing an example of the work holder in a state where the work is held.
  • 4 (a) is a perspective view schematically showing a work holder and a rotating mechanism in the film forming apparatus in the state shown in FIG. 2, and
  • FIG. 4 (b) is a rotating mechanism shown in FIG. 4 (a). It is the disassembled perspective view which expanded.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the rotation mechanism in the film forming apparatus in the state shown in FIG.
  • the “horizontal direction” may not be the exact horizontal direction, and may be inclined, for example, by about ⁇ 10 ° with respect to the horizontal direction.
  • the “vertical direction” may not be the exact vertical direction, and may be inclined by, for example, about ⁇ 10 ° with respect to the vertical direction.
  • the film forming apparatus of the present invention is a film forming apparatus by an atomic layer deposition (ALD) method, and a work holder that holds a chamber capable of holding the inside in a vacuum and workpieces to be treated arranged in multiple stages in the chamber. And a rotation mechanism for rotating the work holder.
  • the film forming apparatus of the present invention further includes a gas supply mechanism that supplies various gases into the chamber, an exhaust mechanism that exhausts the inside of the chamber, and a heater for heating the inside of the chamber.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a state in which the chamber is opened in the film forming apparatus shown in FIG.
  • the film forming apparatus 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2 includes a chamber 10 capable of holding the inside in a vacuum, a work holder 20 for holding the work W in a plurality of stages and holding the work W in the chamber 10, and a rotation for rotating the work holder 20. And a mechanism 30.
  • the film forming apparatus 1 further includes a gas supply pipe group 40 for supplying various gases into the chamber, an exhaust pipe 50 for exhausting the inside of the chamber, and a heater 60 for heating the inside of the chamber 10.
  • the chamber is made of a horizontal cylindrical body.
  • the chamber 10 includes an inner chamber 11 in which a work holder 20 (see FIG. 2) is installed, and an outer chamber 12 accommodating the inner chamber 11.
  • FIG. 1 shows a double chamber structure including an inner chamber and an outer chamber
  • the film forming apparatus of the present invention may have a single chamber structure.
  • the chamber constitutes a first lid constituting one side surface of the cylindrical body, a second lid constituting the other side surface of the cylindrical body, and a peripheral surface of the cylindrical body. It is preferable to comprise the chamber body.
  • the first lid is fixed to the film forming apparatus, and the second lid is detachably connected to the flange portion of the chamber body.
  • the chamber body is detachably connected to the first lid and is movable horizontally with the second lid.
  • the inner chamber 11 constitutes a first lid 11 a constituting one side surface of the cylindrical body, a second lid 11 b constituting the other side surface of the cylindrical body, and a circumferential surface of the cylindrical body And a chamber body 11c.
  • the first lid 11 a is fixed to the film forming apparatus 1, and the second lid 11 b is detachably connected to the flange portion of the chamber body 11 c.
  • the chamber body 11c is detachably connected to the first lid 11a, and can move in the horizontal direction together with the second lid 11b (see FIG. 2).
  • the outer chamber 12 comprises a first lid 12a constituting one side surface of the cylindrical body, a second lid 12b constituting the other side surface of the cylindrical body, and a chamber constituting the peripheral surface of the cylindrical body And a main body 12c.
  • the first lid 12a is fixed to the film forming apparatus 1, and the second lid 12b is detachably connected to the flange portion of the chamber main body 12c.
  • the chamber body 12c is detachably connected to the first lid 12a, and can be moved in the horizontal direction together with the second lid 12b (see FIG. 2).
  • the film forming apparatus 1 is provided with a guide 13, and the second cover 11b and the chamber main body 11c of the inner chamber 11 together with the second cover 12b and the chamber main body 12c of the outer chamber 12 It is possible to move in the horizontal direction by driving by means of not shown. After moving these to a predetermined position, the chamber 10 is opened by stopping the driving.
  • the chamber is horizontal and movable in the horizontal direction, a space for installing the work can be secured, so that the work can be easily attached and removed. Further, even when the number of workpieces is large, the size of the film forming apparatus can be reduced in the height direction, and therefore, it becomes difficult to be restricted by the environment in which the film forming apparatus is installed.
  • the chamber is movable in the horizontal direction
  • the chamber includes not only the case where all of the chamber is movable in the horizontal direction but also the case where a part of the chamber is fixed to the film forming apparatus. Therefore, in FIG. 2, it can be said that both the inner and outer chambers are movable in the horizontal direction.
  • the chamber includes the inner chamber and the outer chamber, it is possible to suppress the leakage of harmful gases such as a film forming material or a film forming gas containing a modifier. As a result, the deposition gas environment in the chamber is stabilized.
  • the work holder is preferably detachably installed in the chamber, and more preferably detachably installed in the inner chamber.
  • the work holder 20 is detachably connected to the first lid 11 a of the inner chamber 11. Since the work holder 20 is not connected to the second lid 11 b of the inner chamber 11, the work holder 20 is supported by the first lid 11 a in a cantilever manner.
  • the work holder may be installed directly in the chamber or may be installed via a jig support fixed in the chamber.
  • the work holder can hold and hold the work in a plurality of stages such that the main surface of the work is along the vertical direction.
  • the plurality of workpieces are arranged such that the main surfaces face each other and are separated from each other.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing an example of the work holder in a state where the work is held.
  • the work holder 20 shown in FIG. 3 includes a pair of support plates 20a and 20b, and a plurality of columns 20c 1 , 20c 2 , 20c 3 and 20c 4 connected to the support plates 20a and 20b.
  • a plurality of grooves 25 are respectively formed in the columns 20 c 1 , 20 c 2 , 20 c 3 and 20 c 4 , and the grooves 25 hold the work W.
  • the workpiece W is held such that the main surface is along the vertical direction.
  • post 20c 1 is detachable.
  • the film forming apparatus of the present invention further includes a rotation mechanism for rotating the work holder, as the rotation mechanism 30 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the work holder can be rotated by using a motor or the like.
  • the gas flow in the chamber becomes uniform, so that the film thickness in the main surface of the work W can be made uniform.
  • the rotation mechanism be provided on the first lid of the chamber, and the work holder be supported by the first lid in a cantilever manner.
  • the rotation mechanism 30 is provided on the first lid 11 a of the inner chamber 11 and can rotate the work holder 20 supported in a cantilever manner by the first lid 11 a.
  • FIG. 4 (a) is a perspective view schematically showing a work holder and a rotating mechanism in the film forming apparatus in the state shown in FIG. 2, and FIG. 4 (b) is a rotating mechanism shown in FIG. 4 (a). It is the disassembled perspective view which expanded.
  • the work holder 20 arranges and holds the work W in a plurality of stages such that the main surface of the work W is along the vertical direction.
  • the rotation mechanism 30 has a rotary shaft 31, a housing 32 accommodating the rotary shaft 31 in the horizontal direction, and a bearing which can easily rotate between the rotary shaft 31 and the housing 32. And a bearing member 33 having a function.
  • the bearing member 33 it is preferable to use one having rigidity, and examples thereof include a metal bush and the like.
  • a gas inlet 34 functioning as a seal member and a gas outlet 35 are provided.
  • the gas inlet 34 introduces a carrier gas between the rotary shaft 31 and the housing 32 in the chamber. Further, the carrier gas is released to the outside of the chamber by the gas discharge port 35.
  • the carrier gas it is preferable to use the same type of gas as the carrier gas supplied from the carrier gas supply pipe described later. With the above configuration, it is possible to rotate while sealing without using an expensive magnetic fluid seal.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the rotation mechanism in the film forming apparatus in the state shown in FIG.
  • a carrier gas G (in FIG. 5, the flow of the carrier gas G is indicated by an arrow) is introduced between the rotary shaft 31 in the inner chamber 11 and the housing 32 through the gas inlet 34.
  • the gas discharge port 35 is provided in the outer chamber 12
  • a part of the introduced carrier gas G is introduced into the inner chamber 11 from the connection portion between the work holder 20 and the rotation mechanism 30. While releasing (see dashed arrow), the remaining carrier gas G can be released from the gas outlet 35 into the outer chamber.
  • a gas inlet for introducing a carrier gas is provided between the rotary shaft in the chamber and the housing as a seal member for sealing between the rotary shaft and the housing.
  • a carrier gas is introduced between the rotary shaft in the chamber and the housing, and the carrier gas is released into the chamber to prevent the deposition gas from invading the connecting portion between the work holder and the rotary mechanism. Since this can be performed, adhesion of the film to the bearing member can be suppressed.
  • a gas discharge port for discharging the carrier gas introduced from the gas introduction port to the outside of the chamber is further provided as the seal member.
  • outside the chamber means outside the inner chamber.
  • the carrier gas introduced from the gas inlet may be released into the outer chamber or may be released out of the chamber.
  • the carrier gas introduced from the gas inlet it is preferable that 50% or more of the carrier gas introduced from the gas inlet be released from the gas outlet. In this case, it is possible to perform film formation on the workpieces in the chamber with the film thickness distribution of the main surfaces of the plurality of workpieces being stable, without obstructing the flow of the film forming gas.
  • the film forming apparatus preferably further includes a gas supply mechanism for supplying various gases into the inner chamber.
  • a gas supply pipe group 40 shown in FIG. 2 it is preferable to further include a gas supply pipe for supplying various gases into the inner chamber.
  • Each gas supply pipe is usually provided with a plurality of gas outlets.
  • the gas supply pipe group 40 is connected to the first lid 11 a of the inner chamber 11. Since the gas supply pipe group 40 is not connected to the second lid 11 b of the inner chamber 11, the gas supply tube group 40 is supported by the first lid 11 a in a cantilever manner.
  • gas supply pipe tube
  • the number of types of gas supply pipes in the gas supply pipe group 40 shown in FIG. 2 is not limited, but it is preferable that the number of carrier gas supply pipes is the largest.
  • the film formation source supply pipe is a gas supply pipe for supplying a gas of a film formation source which is a precursor of a compound for film formation purpose in film formation by the ALD method.
  • ALD method for example, metal oxides such as alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ); metal nitrides such as titanium nitride (TiN); metals such as platinum (Pt) can be formed. .
  • TMA trimethylaluminum: Al (CH 3 ) 3
  • SiH [N (CH 3 ) trisdimethylaminosilane
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • MeCpPtMe 3 (trimethyl) methylcyclopentadienyl platinum) used to form platinum, and the like.
  • a carrier gas is also supplied to the film forming source supply pipe together with the film forming source.
  • a carrier gas it is preferable to prepare a mixed gas of a film forming material and a carrier gas outside the film forming apparatus, and supply the mixed gas from the film forming material supply pipe into the chamber.
  • the modifier supply pipe is a gas supply pipe for supplying a gas serving as a modifier for reforming a precursor of a compound to be formed into a film for film formation in film formation by the ALD method. It is.
  • a gas as a modifier ozone, oxygen, water (steam), ammonia etc. are mentioned.
  • alumina When alumina is deposited, alumina can be deposited on a work by using TMA as a precursor and ozone gas or water as a modifier.
  • silica can be formed on a work by using trisdimethylaminosilane as a precursor and using an ozone gas as a modifier.
  • titanium nitride When titanium nitride is deposited, titanium nitride can be deposited on a work by using titanium tetrachloride as a precursor and ammonia gas as a modifier.
  • titanium tetrachloride When forming the platinum, MeCpPtMe 3 as a precursor, by using oxygen gas as a modifier, it is possible to form a platinum onto the workpiece.
  • carrier gas is also supplied to the modifier supply pipe together with the modifier.
  • the carrier gas supply pipe deposits a compound for film formation on a work by causing a reaction between a purge gas after depositing a film formation material on a work and a modifier and a film formation material in film formation by the ALD method. It is a gas supply pipe for supplying a carrier gas as a purge gas after the injection.
  • the carrier gas include inert gases such as nitrogen gas and argon gas.
  • the film forming apparatus of the present invention has a double chamber structure
  • the film forming apparatus further include an exhaust mechanism that exhausts the inside of the inner chamber and the inside of the outer chamber independently.
  • the exhaust pipe 50 shown in FIG. 2 it is preferable to further include an exhaust pipe for exhausting the inside of the inner chamber.
  • the exhaust pipe is usually provided with a plurality of intake ports, and is connected to an exhaust device such as a vacuum pump at the connection destination (outside of the chamber) of the pipe so that the gas in the inner chamber can be exhausted. It has become.
  • the exhaust pipe 50 is connected to the first lid 11 a of the inner chamber 11. Since the exhaust pipe 50 is not connected to the second cover 11 b of the inner chamber 11, the exhaust pipe 50 is supported by the first cover 11 a in a cantilever manner.
  • the film forming apparatus of the present invention further includes a rectifying member for changing the direction of the gas flow blown out from the gas supply pipe to the direction toward the exhaust pipe. Is preferred.
  • the heater is preferably attached to the outer wall of the inner chamber.
  • the heater is preferably removably attached to the outer wall of the inner chamber.
  • the heater 60 attached to the outer wall of the inner chamber 11 is shown in FIG.1 and FIG.2, in the film-forming apparatus of this invention, as long as the inside of a chamber can be heated, a heater is provided.
  • the position is not particularly limited.
  • a film forming method by the ALD method Before describing the film forming operation using the film forming apparatus of the present invention, a film forming method by the ALD method will be described.
  • a work is set in a chamber capable of holding the inside of a vacuum and the inside of the chamber is held in a vacuum, and a film forming raw material is supplied into the chamber;
  • a reaction film is formed on the work by repeating the step of supplying the modifier a plurality of times.
  • the film forming apparatus of the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the configuration and the like of the film forming apparatus can be variously applied and modified within the scope of the present invention.
  • the inner chamber and the outer chamber be movable independently in the horizontal direction.
  • the inner and outer chambers may move together in the horizontal direction, or only the inner chamber may move in the horizontal direction.
  • the film forming apparatus of the present invention is not limited to the double chamber structure as described above, but may be a single chamber structure. Also, a triple or more chamber structure may be employed. In any case, the chamber is preferably movable horizontally.
  • the chamber in addition to being movable in the horizontal direction, it is more preferable that the chamber be capable of rotating in the horizontal direction. If the chamber can be pivoted in the horizontal direction, the direction of the chamber can be changed to an easy-to-work position, which facilitates maintenance work.

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Abstract

本発明の成膜装置は、原子層堆積法による成膜装置であって、内部を真空保持可能なチャンバーと、処理対象であるワークを複数段に並べて上記チャンバー内に保持するワークホルダーと、上記ワークホルダーを回転させるための回転機構と、を備え、上記チャンバーは、横型の筒状体からなり、上記ワークホルダーは、上記ワークの主面が鉛直方向に沿うように上記ワークを複数段に並べて保持し、上記回転機構は、水平方向に回転軸を備えることを特徴とする。

Description

成膜装置
本発明は、原子層堆積法による成膜装置に関する。
半導体ウエハ等の被処理基板上に酸化膜を形成する方法として、原子層堆積（ＡＬＤ）法が知られている。
特許文献１には、ＡＬＤ法により金属酸化膜を成膜する成膜装置が開示されている。特許文献１に記載の成膜装置は、真空保持可能な縦型で筒体状をなす処理容器と、被処理体を複数段に保持した状態で上記処理容器内に保持する保持部材と、上記処理容器の外周に設けられた加熱装置と、成膜原料を上記処理容器内に供給する成膜原料供給機構と、上記処理容器内へ酸化剤を供給する酸化剤供給機構と、上記処理容器内へパージガスを供給するパージガス供給機構と、上記処理容器内を排気する排気機構と、上記成膜原料供給機構、上記酸化剤供給機構、上記パージガス供給機構、および上記排気機構を制御する制御機構とを具備している。
特許第５２２１０８９号公報
特許文献１に記載の成膜装置では、被処理体としてのウエハを多段に載置可能なウエハボードが処理容器内に下方から挿入可能となっている。成膜の際には、複数枚のウエハが搭載された状態のウエハボードを、処理容器内に下方から上昇させることによりロードし、処理容器内を密閉空間とする。
また、ウエハボードはテーブル上に載置されており、このテーブルは、蓋部を貫通する回転軸上に支持される。回転軸の貫通部には、例えば磁性流体シールが設けられており、回転軸を気密にシールしつつ回転可能に支持している。
そして、処理容器内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持するとともに、加熱装置への供給電力を制御して、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度に維持し、ウエハボードを回転させた状態で成膜処理を開始する。
しかし、特許文献１に記載の成膜装置のように、処理容器（以下、チャンバーともいう）が縦型であると、被処理体（以下、ワークともいう）の数量が多くなるほど、成膜装置のサイズが高さ方向に大きくなるため、ワークの着脱が困難となる。さらに、成膜装置のサイズが高さ方向に大きくなると、天井の高い建屋を探す必要があるなど、成膜装置を設置する環境が制限される。また、メンテナンス作業等の際には、作業者がチャンバーの下部に入って作業する必要があるため、危険が伴う。
また、特許文献１に記載の成膜装置のような構成では、ワークの主面が水平方向に沿う状態で成膜が行われるため、ワークの主面に不純物となるパーティクルが残りやすい。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、ワークの着脱が容易であり、かつ、安定した成膜が可能な成膜装置を提供することを目的とする。
本発明の成膜装置は、原子層堆積法による成膜装置であって、内部を真空保持可能なチャンバーと、処理対象であるワークを複数段に並べて上記チャンバー内に保持するワークホルダーと、上記ワークホルダーを回転させるための回転機構と、を備え、上記チャンバーは、横型の筒状体からなり、上記ワークホルダーは、上記ワークの主面が鉛直方向に沿うように上記ワークを複数段に並べて保持し、上記回転機構は、水平方向に回転軸を備えることを特徴とする。
本発明の成膜装置において、上記チャンバーは、上記筒状体の一方側面を構成する第１の蓋と、上記筒状体の他方側面を構成する第２の蓋と、上記筒状体の周面を構成するチャンバー本体と、から構成され、上記第１の蓋は、上記成膜装置に固定され、上記第２の蓋は、上記チャンバー本体のフランジ部に着脱可能に接続され、上記チャンバー本体は、上記第１の蓋に着脱可能に接続され、上記第２の蓋とともに上記水平方向に移動可能であることが好ましい。
本発明の成膜装置において、上記回転機構は、上記第１の蓋に設けられ、上記ワークホルダーは、上記第１の蓋に片持ちで支持されることがより好ましい。
本発明の成膜装置において、上記ワークホルダーは、上記チャンバー内に着脱可能に設置されることが好ましい。
本発明の成膜装置において、上記回転機構は、さらに、上記回転軸を収容するハウジングと、上記回転軸と上記ハウジングとの間をシールするシール部材と、を備え、上記シール部材として、上記チャンバー内の上記回転軸と上記ハウジングとの間にキャリアガスを導入するためのガス導入口が設けられていることが好ましい。
本発明の成膜装置においては、上記シール部材として、さらに、上記チャンバー外に上記キャリアガスを放出するためのガス放出口が設けられていることがより好ましい。
本発明によれば、ワークの着脱が容易であり、かつ、安定した成膜が可能な成膜装置を提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１に示す成膜装置において、チャンバーを開放した状態を模式的に示す斜視図である。 図３は、ワークが保持された状態のワークホルダーの一例を模式的に示す斜視図である。 図４（ａ）は、図２に示す状態の成膜装置のうち、ワークホルダー及び回転機構を模式的に示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す回転機構を拡大した分解斜視図である。 図５は、図１に示す状態の成膜装置において、回転機構の付近を拡大した断面図である。
以下、本発明の成膜装置について説明する。
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。
本明細書において、「水平方向」とは、厳密な水平方向でなくてもよく、例えば、水平方向に対して±１０°程度傾いていてもよい。同様に、「鉛直方向」とは、厳密な鉛直方向でなくてもよく、例えば、鉛直方向に対して±１０°程度傾いていてもよい。
本発明の成膜装置は、原子層堆積（ＡＬＤ）法による成膜装置であって、内部を真空保持可能なチャンバーと、処理対象であるワークを複数段に並べて上記チャンバー内に保持するワークホルダーと、上記ワークホルダーを回転させるための回転機構と、を備える。本発明の成膜装置は、さらに、各種ガスを上記チャンバー内に供給するガス供給機構と、上記チャンバー内を排気する排気機構と、上記チャンバー内を加熱するためのヒーターと、を備える。
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示す成膜装置において、チャンバーを開放した状態を模式的に示す斜視図である。
図１及び図２に示す成膜装置１は、内部を真空保持可能なチャンバー１０と、ワークＷを複数段に並べてチャンバー１０内に保持するワークホルダー２０と、ワークホルダー２０を回転させるための回転機構３０と、を備えている。成膜装置１は、さらに、各種ガスをチャンバー内に供給するガス供給管群４０と、チャンバー内を排気する排気管５０と、チャンバー１０内を加熱するためのヒーター６０と、を備えている。
本発明の成膜装置において、チャンバーは、横型の筒状体からなる。図１では、チャンバー１０は、内部にワークホルダー２０（図２参照）が設置される内チャンバー１１と、内チャンバー１１を収容する外チャンバー１２と、を備えている。
なお、図１には、内チャンバーと外チャンバーとを備える２重の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は、１重のチャンバー構造であってもよい。
本発明の成膜装置において、チャンバーは、筒状体の一方側面を構成する第１の蓋と、筒状体の他方側面を構成する第２の蓋と、筒状体の周面を構成するチャンバー本体と、から構成されることが好ましい。この場合、第１の蓋は、成膜装置に固定され、第２の蓋は、チャンバー本体のフランジ部に着脱可能に接続されることが好ましい。また、チャンバー本体は、第１の蓋に着脱可能に接続され、第２の蓋とともに水平方向に移動可能であることが好ましい。
図２では、内チャンバー１１は、筒状体の一方側面を構成する第１の蓋１１ａと、筒状体の他方側面を構成する第２の蓋１１ｂと、筒状体の周面を構成するチャンバー本体１１ｃと、から構成される。第１の蓋１１ａは、成膜装置１に固定され、第２の蓋１１ｂは、チャンバー本体１１ｃのフランジ部に着脱可能に接続されている。チャンバー本体１１ｃは、第１の蓋１１ａに着脱可能に接続されるものであり、第２の蓋１１ｂとともに水平方向に移動することが可能である（図２参照）。
同様に、外チャンバー１２は、筒状体の一方側面を構成する第１の蓋１２ａと、筒状体の他方側面を構成する第２の蓋１２ｂと、筒状体の周面を構成するチャンバー本体１２ｃと、から構成される。第１の蓋１２ａは、成膜装置１に固定され、第２の蓋１２ｂは、チャンバー本体１２ｃのフランジ部に着脱可能に接続されている。チャンバー本体１２ｃは、第１の蓋１２ａに着脱可能に接続されるものであり、第２の蓋１２ｂとともに水平方向に移動することが可能である（図２参照）。
成膜装置１にはガイド１３が設けられており、内チャンバー１１の第２の蓋１１ｂ及びチャンバー本体１１ｃは、外チャンバー１２の第２の蓋１２ｂ及びチャンバー本体１２ｃとともに、ガイド１３上をモーター（図示せず）による駆動にて水平方向に移動することが可能である。これらを所定の位置まで移動させた後、駆動を停止することで、チャンバー１０が開放される。
このように、チャンバーが横型であり、かつ、水平方向に移動可能であると、ワークを設置するスペースを確保することができるため、ワークの着脱が容易になる。また、ワークの数量が多い場合であっても、成膜装置のサイズを高さ方向に抑えることができるため、成膜装置を設置する環境の制限を受けにくくなる。
なお、「チャンバーが水平方向に移動可能である」とは、チャンバーの全部が水平方向に移動可能である場合だけでなく、チャンバーの一部が成膜装置に固定されている場合も含まれる。そのため、図２では、内チャンバー及び外チャンバーは、いずれも水平方向に移動可能であると言える。
また、チャンバーが内チャンバーと外チャンバーとを備えていると、成膜原料又は改質剤を含む成膜ガス等の有害ガスの漏洩を抑制することができる。その結果、チャンバー内の成膜ガス環境が安定する。
本発明の成膜装置において、ワークホルダーは、チャンバー内に着脱可能に設置されることが好ましく、内チャンバー内に着脱可能に設置されることがより好ましい。図２では、ワークホルダー２０は、内チャンバー１１の第１の蓋１１ａに着脱可能に接続されている。ワークホルダー２０は、内チャンバー１１の第２の蓋１１ｂには接続されないため、第１の蓋１１ａに片持ちで支持される。なお、ワークホルダーは、チャンバー内に直接設置されてもよいし、チャンバー内に固定された治具サポートを介して設置されてもよい。
本発明の成膜装置において、ワークホルダーは、ワークの主面が鉛直方向に沿うようにワーク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。
図３は、ワークが保持された状態のワークホルダーの一例を模式的に示す斜視図である。
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。
本発明の成膜装置は、図１及び図２に示す回転機構３０のように、ワークホルダーを回転させるための回転機構をさらに備える。例えば、モーター等を用いることにより、ワークホルダーを回転させることができる。
チャンバー内でワークホルダーを回転させることにより、チャンバー内のガスの流れが均一になるため、ワークＷの主面内の膜厚を均一にすることができる。
本発明の成膜装置において、回転機構は、チャンバーの第１の蓋に設けられ、ワークホルダーは、第１の蓋に片持ちで支持されることがより好ましい。
図２では、回転機構３０は、内チャンバー１１の第１の蓋１１ａに設けられており、第１の蓋１１ａに片持ちで支持されるワークホルダー２０を回転させることが可能である。
図４（ａ）は、図２に示す状態の成膜装置のうち、ワークホルダー及び回転機構を模式的に示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す回転機構を拡大した分解斜視図である。
図４（ａ）では、図２と同様、ワークホルダー２０は、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している。
図４（ｂ）に示すように、回転機構３０は、水平方向に回転軸３１と、回転軸３１を収容するハウジング３２と、回転軸３１とハウジング３２との間を容易に回転可能にする軸受け機能を有する軸受部材３３と、を備える。軸受部材３３としては、剛性を有するものを用いることが好ましく、例えば、メタルブッシュ等が挙げられる。
さらに、図４（ｂ）に示す回転機構３０には、シール部材として機能するガス導入口３４と、ガス放出口３５とが設けられている。ガス導入口３４によって、チャンバー内の回転軸３１とハウジング３２との間にキャリアガスが導入される。また、ガス放出口３５によって、チャンバー外にキャリアガスが放出される。キャリアガスとしては、後述する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ガスを用いることが好ましい。
以上のような構成にすることで、高価な磁性流体シールを用いることなく、シールしつつ回転可能になる。
図５は、図１に示す状態の成膜装置において、回転機構の付近を拡大した断面図である。
図５では、ガス導入口３４を通して、内チャンバー１１内の回転軸３１とハウジング３２との間にキャリアガスＧ（図５中、キャリアガスＧの流れを矢印で示す）が導入される。図５に示すように、外チャンバー１２内にガス放出口３５が設けられていると、導入されたキャリアガスＧの一部をワークホルダー２０と回転機構３０との接続部分から内チャンバー１１内に放出する（破線の矢印参照）とともに、残りのキャリアガスＧをガス放出口３５から外チャンバー内に放出することができる。
このように、本発明の成膜装置においては、回転軸とハウジングとの間をシールするシール部材として、チャンバー内の回転軸とハウジングとの間にキャリアガスを導入するためのガス導入口が設けられていることが好ましい。
チャンバー内の回転軸とハウジングとの間にキャリアガスを導入し、このキャリアガスをチャンバー内に放出することにより、ワークホルダーと回転機構との接続部分への成膜ガスの侵入を防止することができるため、軸受部材への膜の付着を抑制することができる。
本発明の成膜装置においては、シール部材として、さらに、ガス導入口から導入されたキャリアガスをチャンバー外に放出するためのガス放出口が設けられていることがより好ましい。
キャリアガスをガス放出口からチャンバー外に放出することにより、ガス導入口からチャンバー内に放出されるキャリアガスの量を調整することができる。
なお、２重のチャンバー構造の場合、「チャンバー外」とは、内チャンバー外を意味する。この場合、ガス導入口から導入されたキャリアガスは、外チャンバー内に放出されてもよいし、チャンバー外に放出されてもよい。
本発明の成膜装置において、ガス放出口からは、ガス導入口から導入されたキャリアガスの５０％以上が放出されることが好ましい。
この場合、チャンバー内のワークに対し、成膜ガスの流れを阻害することなく、複数のワークの主面の膜厚分布が安定した成膜を行うことができる。
本発明の成膜装置が２重のチャンバー構造を有する場合、成膜装置は、各種ガスを内チャンバー内に供給するガス供給機構をさらに備えることが好ましい。特に、図２に示すガス供給管群４０のように、各種ガスを内チャンバー内に供給するガス供給管をさらに備えることが好ましい。それぞれのガス供給管には、通常、複数のガス吹き出し口が設けられている。
図２では、ガス供給管群４０は、内チャンバー１１の第１の蓋１１ａに接続されている。ガス供給管群４０は、内チャンバー１１の第２の蓋１１ｂには接続されないため、第１の蓋１１ａに片持ちで支持される。
ガス供給管としては、例えば、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３種類が挙げられる。
図２に示すガス供給管群４０のうち、どの種類のガス供給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。
成膜原料供給管は、ＡＬＤ法による成膜において、成膜目的の化合物の前駆体である成膜原料のガスを供給するためのガス供給管である。
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ことが好ましい。
この場合、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。
改質剤供給管は、ＡＬＤ法による成膜において、成膜目的の化合物の前駆体を改質して成膜目的の化合物とするための改質剤となるガスを供給するためのガス供給管である。
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ことが好ましい。
この場合、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。
キャリアガス供給管は、ＡＬＤ法による成膜において、成膜原料をワーク上に堆積させた後のパージガス、及び、改質剤と成膜原料を反応させて成膜目的の化合物をワーク上に堆積させた後のパージガスとして、キャリアガスを供給するためのガス供給管である。
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。
本発明の成膜装置が２重のチャンバー構造を有する場合、成膜装置は、内チャンバー内及び外チャンバー内をそれぞれ独立して排気する排気機構をさらに備えることが好ましい。特に、図２に示す排気管５０のように、内チャンバー内を排気する排気管をさらに備えることが好ましい。排気管には、通常、複数の吸気口が設けられており、管の接続先（チャンバーの外）で真空ポンプ等の排気装置に接続されて、内チャンバー内の気体を排気することができるようになっている。
図２では、排気管５０は、内チャンバー１１の第１の蓋１１ａに接続されている。排気管５０は、内チャンバー１１の第２の蓋１１ｂには接続されないため、第１の蓋１１ａに片持ちで支持される。
ガス供給管からチャンバー内に供給されたガスは、ワーク上に滞留させ、その後に排気管に向かうようにするのが好ましい。そのため、図１及び図２には示されていないが、本発明の成膜装置は、ガス供給管から吹き出されるガス流の向きを、排気管に向かう向きに変更する整流部材をさらに備えることが好ましい。
本発明の成膜装置が２重のチャンバー構造を有する場合、ヒーターは、内チャンバーの外壁に取り付けられていることが好ましい。特に、ヒーターは、内チャンバーの外壁に着脱可能に取り付けられていることが好ましい。
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。
なお、図１及び図２には、内チャンバー１１の外壁に取り付けられたヒーター６０を示しているが、本発明の成膜装置においては、チャンバー内を加熱することができる限り、ヒーターが設けられる位置は特に限定されない。
以下、本発明の成膜装置の使用方法について説明する。
本発明の成膜装置を用いた成膜作業を説明する前に、ＡＬＤ法による成膜方法を説明する。
ＡＬＤ法による成膜方法は、内部を真空保持可能なチャンバー内にワークをセットし、上記チャンバー内を真空に保持した状態として、上記チャンバー内に成膜原料を供給する工程と、上記チャンバー内に改質剤を供給する工程とを複数回繰り返すことにより、ワークに反応膜を形成する。
次に、本発明の成膜装置を用いた成膜作業の動作フローの一例を以下に示す。
１．モーターとガイドによる水平移動にてチャンバーを開く。
２．予めワークがセットされたワークホルダーをチャンバー内に設置する。
３．水平移動にてチャンバーを元の位置に戻し、チャンバーを閉じる。
４．チャンバー内を真空引きする。
５．チャンバー内をヒーターにて加熱する。
６．チャンバー内が所定の圧力になってから、成膜原料を含むガスと改質剤を含むガスを交互にチャンバー内に流す。
７．所定の成膜ができるまで、ガスの供給を繰り返す。
８．チャンバー内の加熱を停止する。
９．大気ベントする。
１０．モーターとガイドによる水平移動にてチャンバーを開く。
１１．ワークホルダーをチャンバー内から取り外す。
本発明の成膜装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、成膜装置の構成等に関し、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
本発明の成膜装置が２重のチャンバー構造を有する場合、内チャンバー及び外チャンバーは、それぞれ独立して水平方向に移動可能であることが好ましい。例えば、内チャンバー及び外チャンバーが一体となって水平方向に移動してもよいし、内チャンバーのみが水平方向に移動してもよい。
本発明の成膜装置は、上述したとおり、２重のチャンバー構造に限定されず、１重のチャンバー構造であってもよい。また、３重以上のチャンバー構造であってもよい。いずれの場合であっても、チャンバーは、水平方向に移動可能であることが好ましい。
本発明の成膜装置において、チャンバーは、水平方向に移動可能であることに加えて、水平方向に旋回可能であることがより好ましい。
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。
１　成膜装置
１０　チャンバー
１１　内チャンバー
１１ａ　内チャンバーの第１の蓋
１１ｂ　内チャンバーの第２の蓋
１１ｃ　内チャンバーのチャンバー本体
１２　外チャンバー
１２ａ　外チャンバーの第１の蓋
１２ｂ　外チャンバーの第２の蓋
１２ｃ　外チャンバーのチャンバー本体
１３　ガイド
２０　ワークホルダー
２０ａ，２０ｂ　支え板
２０ｃ１，２０ｃ２，２０ｃ３，２０ｃ４　支柱
２５　溝
３０　回転機構
３１　回転軸
３２　ハウジング
３３　軸受部材
３４　ガス導入口（シール部材）
３５　ガス放出口（シール部材）
４０　ガス供給管群
５０　排気管
６０　ヒーター
Ｇ　キャリアガス
Ｗ　ワーク

Claims (6)

  1. 原子層堆積法による成膜装置であって、
    内部を真空保持可能なチャンバーと、
    処理対象であるワークを複数段に並べて前記チャンバー内に保持するワークホルダーと、
    前記ワークホルダーを回転させるための回転機構と、を備え、
    前記チャンバーは、横型の筒状体からなり、
    前記ワークホルダーは、前記ワークの主面が鉛直方向に沿うように前記ワークを複数段に並べて保持し、
    前記回転機構は、水平方向に回転軸を備えることを特徴とする成膜装置。
  2. 前記チャンバーは、前記筒状体の一方側面を構成する第１の蓋と、前記筒状体の他方側面を構成する第２の蓋と、前記筒状体の周面を構成するチャンバー本体と、から構成され、
    前記第１の蓋は、前記成膜装置に固定され、
    前記第２の蓋は、前記チャンバー本体のフランジ部に着脱可能に接続され、
    前記チャンバー本体は、前記第１の蓋に着脱可能に接続され、前記第２の蓋とともに前記水平方向に移動可能である請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記回転機構は、前記第１の蓋に設けられ、
    前記ワークホルダーは、前記第１の蓋に片持ちで支持される請求項２に記載の成膜装置。
  4. 前記ワークホルダーは、前記チャンバー内に着脱可能に設置される請求項１～３のいずれか１項に記載の成膜装置。
  5. 前記回転機構は、さらに、前記回転軸を収容するハウジングと、前記回転軸と前記ハウジングとの間をシールするシール部材と、を備え、
    前記シール部材として、前記チャンバー内の前記回転軸と前記ハウジングとの間にキャリアガスを導入するためのガス導入口が設けられている請求項１～４のいずれか１項に記載の成膜装置。
  6. 前記シール部材として、さらに、前記チャンバー外に前記キャリアガスを放出するためのガス放出口が設けられている請求項５に記載の成膜装置。
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