成膜装置及び成膜方法
【課題】成膜室の小型化、さらには成膜装置の小型化を実現し、成膜した膜厚分布を良好にすることができ、気化量を多くして成膜のスループットを向上させることである。
【解決手段】液体原料を気化し、基板Ｗ上に堆積させて成膜する成膜装置１であって、基板Ｗを内部に保持する成膜室２と、前記成膜室２に位置を異ならせて配置され、同一の液体原料を前記成膜室２内に直接噴射して、減圧沸騰させることにより、前記液体原料を気化して供給する複数の噴射弁３とを備えている。
【解決手段】液体原料を気化し、基板Ｗ上に堆積させて成膜する成膜装置１であって、基板Ｗを内部に保持する成膜室２と、前記成膜室２に位置を異ならせて配置され、同一の液体原料を前記成膜室２内に直接噴射して、減圧沸騰させることにより、前記液体原料を気化して供給する複数の噴射弁３とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、成膜装置及び成膜方法に関し、特に、化学気相成長法を用いた成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の成膜装置には、例えば特許文献１に示すように、液体原料を噴射する１つの噴射弁（インジェクタ）が成膜室の上部に設けられ、液体原料を直接成膜室内に噴霧して、基板上に成膜するものがある。このとき、噴射弁から噴射された液体原料は、減圧沸騰して気化する。
【０００３】
しかしながら、１つの噴射弁を用いて基板全体に液体原料を行き渡らせるためには、噴射弁と基板との距離を十分に取る必要がある。そうすると、噴射弁と基板との距離は処理する基板の大きさ（処理面積）に伴い大きくなり、大面積の基板への成膜に対応するためには、成膜室を大きくする必要があり、装置コストの増大及び装置エリアの確保の必要等の費用面での問題と、成膜室内の真空引き時間の増加及びガス置換時間の増加等の装置性能面での問題がある。
【０００４】
また、例えば特許文献２に示すように、ガス濃度分布を処理面積に対して均一に制御するために、シャワー状の隔壁板（多孔を有する隔壁板）を基板の上方に設置して、シャワー孔から原料ガスを供給することが行われている。
【０００５】
しかしながら、シャワー孔の孔詰まり又は隔壁板への膜の形成などにより、基板への安定した均一な濃度の原料ガスの供給及び成膜が妨げられるという問題もある。
【０００６】
さらに、液体原料の供給が間欠的に行われる場合、単位時間あたりの気化量が少なくなってしまい、成膜のスループットが悪いという問題もある。
【特許文献１】特開２００４−１９７１３５号公報
【特許文献２】特開２００４−１１１５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、成膜室の小型化、さらには成膜装置の小型化を実現し、成膜した膜厚分布を良好にすることができ、気化量を多くして成膜のスループットを向上させることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係る成膜装置は、液体原料を気化し、基板上に堆積させて成膜する成膜装置であって、基板を内部に保持する成膜室と、前記成膜室に位置を異ならせて配置され、同一の液体原料を前記成膜室内に直接噴射して、減圧沸騰させることにより、前記液体原料を気化して供給する複数の噴射弁と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
言い換えれば、複数の噴射弁は、同一の液体原料を前記成膜室内に直接噴射して、その液体原料を減圧沸騰噴霧気化して基板上に供給するものである。なお、「減圧沸騰噴霧気化方式」とは、液体の飽和蒸気圧以下に減圧された圧力場に液体を噴射して、急激に沸騰させ、気化させる方式をいう。断熱膨張による気化のため、高温を必要としない、よって、液体原料の熱分解などを抑制することができ、さまざまな液体原料を気化させることができるようになる。よって、高温に保持した気化器や配管を必要としないため、成膜装置をコンパクトに設計でき、省エネを実現することができるようになる。
【００１０】
このようなものであれば、たとえ大面積基板であっても噴射弁と基板との距離を小さくすることができるので、成膜室を小型化することができ、さらには成膜装置を小型化することができる。また、複数の噴射弁を異なる位置に配置しているので、ガス濃度を均一にし、成膜した膜厚分布を良好にすることができるようになる。さらに、同時に気化する量を多くすることができるので、成膜のスループットを向上させることができるようになる。
【００１１】
基板上の膜厚分布を均一にするための具体的な配置構成としては、前記複数の噴射弁を、前記成膜室内の所定位置に保持される基板の中心軸に対して略対称に設けていることが望ましい。
【００１２】
具体的には、前記複数の噴射弁をそれぞれ互いに等間隔に設けていることが考えられる。
【００１３】
基板上に堆積した薄膜中の原子又は分子の泳動や反応副生成物の充分な蒸発を行い、緻密で不純物の少ない高品位な薄膜を生成することができるようにする為には、前記噴射弁を周期的に開閉させて、前記液体原料を前記成膜室内に間欠的に供給する制御装置を備えていることが望ましい。またこれならば、液体原料を無駄なく有効活用することができる。
【００１４】
ここで、複数の噴射弁を同時に開閉すると、一度に供給する噴霧量が多くなってしまい、調圧された成膜室内の圧力が大きく上昇して、又は真空度が大きく低下して、噴射した液体原料が完全に気化することが難しくなってしまう。これを防止するには成膜室内の圧力を調整する調圧ポンプの容量を大きくして変動する圧力を一定に保つ必要がある。このような問題を好適に解決するためには、前記制御装置が、前記それぞれの噴射弁の開閉のタイミングを異ならせて、前記それぞれの噴射弁が順繰りにその開閉を行うようにしていることが望ましい。
【００１５】
また、本発明に係る成膜方法は、基板を内部に保持する成膜室内に、異なる位置に配置された複数の噴射弁により同一の液体原料を直接噴射して、減圧沸騰させることにより、前記液体原料を気化して前記基板上に堆積させて成膜することを特徴とする。
【００１６】
このようなものであれば、複数の噴射弁を異なる位置に配置して液体原料を噴射して減圧沸騰噴霧気化させているので、例え大面積基板であっても噴射弁と基板との距離を小さくすることができ、また同時に気化する量を多くすることができるので、ガス濃度を均一にし、成膜のスループットを向上させることができる。また、成膜した膜厚分布を良好にすることができるようになる。さらに、このような成膜方法を実現する成膜室を小型化することができ、さらには装置自体を小型化することができるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、たとえ大面積基板であっても噴射弁と基板との距離を小さくすることができるので、成膜室を小型化することができ、さらには成膜装置を小型化することができる。また、複数の噴射弁を異なる位置に配置しているので、成膜した膜厚分布を良好にすることができるようになる。さらに、同時に気化する量を多くすることができるので、成膜のスループットを向上させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜第１実施形態＞
【００１９】
以下に本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態に係る成膜装置１は、図１に示すように、加工対象である基板Ｗ上に二酸化珪素（SiO2）膜を成膜するための成膜装置であり、液体原料を気化し、基板Ｗ上に薄膜を堆積させることにより成膜するものである。
【００２１】
具体的な装置構成は、基板Ｗを内部に保持する成膜室２と、液体原料を成膜室２内に直接噴射する複数の噴射弁３（３０１、３０２、３０３）と、噴射弁３に液体原料を供給する原料供給管４とからなる。なお、以下において各噴射弁３を区別して説明するときは、主に噴射弁３０１、噴射弁３０２、噴射弁３０３と記す。
【００２２】
本実施形態の液体原料は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：（Si(OC2H5)4）であり、例えばステンレス製の原料タンク５に保存されている。そして、当該タンク５上部から加圧Ｎ２ガスが圧入されることにより原料供給管４を通り、複数の噴射弁３に圧送され、その噴射弁３を介して成膜室２内部に供給される。さらに液体原料は、噴射弁３から成膜室２内に噴射されると同時に、減圧沸騰噴霧気化現象が起きて、気化されて成膜室２内に充満する。
【００２３】
ここで、噴射弁３から噴射された液体原料の変化について図２を参照して説明する。噴射弁３から噴射された液体原料は、噴射口付近（噴射口３１Ａから数ｍｍ程度）においては、液体原料は未だ液体（霧）の状態である（図２の領域（ア））。そして、その霧が徐々に減圧沸騰して気化する（図２の領域（イ））。しかしこの領域（イ）においては、見込む処理面積に対して気化した原料ガスの拡散は不十分であり、濃度分布にムラがある。そして、領域（イ）よりも基板Ｗ側においては、原料ガスが拡散して濃度分布が均一になる（図２の領域（ウ））。基板Ｗ上に均一な成膜を行うためには、ガス濃度分布のない領域（ウ）に基板Ｗが位置するように設置する。例えば大面積の基板Ｗを１つの噴射弁３でカバーしようとすると、噴射弁３と基板Ｗとの距離を大幅に取る必要があるが、本実施形態では、複数の噴射弁３それぞれの領域（ウ）が重なり合うようにして、１つの噴射弁３がカバーする部分は、基板Ｗの一部分であるが、全ての噴射弁３がカバーする部分を足し合わせると、基板Ｗの全てをカバーするようにしている。
【００２４】
成膜室２は、保持機構により内部に加工対象となる基板Ｗを保持するものであり、さらに基板Ｗを加熱するための基板ヒータ２１を有している。なお、本実施形態では基板ヒータ２１が保持機構を兼ねている。
【００２５】
また、成膜室２は、成膜室２内の圧力を調節するための調圧バルブ６を介して真空ポンプ７が取り付けられ、成膜室２内の圧力を測定するための圧力計８が取り付けられている。そして、この真空ポンプ７によりその室内の圧力を、約１３０［Ｐａ］に制御されている。また、二酸化珪素（SiO2）膜を充分に酸化させるための酸素（O2）ガスを供給するための酸素供給管（図示しない）も配設されている。この酸素供給管は、図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ）により酸素（O2）ガスの供給流量を制御されている。
【００２６】
噴射弁３は、液体原料を成膜室２内に直接噴射することにより、その液体原料を減圧沸騰させて気化するものである。そして、噴射弁３は成膜室２の上部に、基板Ｗの成膜対象面と対向するように複数個（本実施形態では３個）設けられている。その配置方法は、成膜室２内に保持された基板Ｗの中心軸上に噴射弁３０２を設け、その噴射弁３０２の周りに対称となるように残り２個の噴射弁３０１及び噴射弁３０３を同心円上（本実施形態では、中心軸に対して左右対称になる。）に設けている。これら噴射弁３０１、３０２、３０３は、制御装置１０により、それぞれの開閉を制御される。
【００２７】
噴射弁３の構成は、図３に示すように、本体部３１と、その本体部３１に内蔵されたソレノイド３２と、当該ソレノイド３２の電磁誘導により噴射口３１Ａを開閉する弁体３３とからなり、制御装置１０により制御されるものである。そして、ヒータ９を用いて本体部３１の噴射口３１Ａの近傍を例えば数十℃程度（室温よりも幾らか高温）に加熱している。なお、図３は噴射口３１Ａが閉じている状態を示している。
【００２８】
弁体３３は、本体部３１の内部空間３１Ｂに位置し、スプリング３４によって噴射口３１Ａ側に付勢され、噴射口３１Ａを閉塞するものであり、その先端部３３Ａに傘状のフランジ３３１と環状溝３３２とを形成するようにしている。
【００２９】
このように噴射弁３として電磁弁を用いているので、噴射される液体原料の流量などの制御を高速応答で正確に行うことが容易になる。
【００３０】
制御装置１０は、噴射弁３を周期的に開閉させて、液体原料を成膜室２内に間欠的に供給するものであり、その機器構成は、ＣＰＵ、内部メモリ、入出力インタフェース、ＡＤ変換器等を備えた汎用又は専用のコンピュータであり、前記内部メモリの所定領域に格納してあるプログラムに基づいてＣＰＵやその周辺機器等が作動することにより、図４に示すように、成膜条件制御部１０１及び噴射弁制御部１０２として機能する。
【００３１】
成膜条件制御部１０１は、圧力計８から圧力信号を受け付けて、成膜室２内の圧力が一定圧力に保たれるように調圧バルブ６にバルブ制御信号を出力して調圧バルブ６を制御するとともに、真空ポンプ７にポンプ制御信号を出力して真空ポンプ７を制御するものである。
【００３２】
噴射弁制御部１０２は、各噴射弁３０１、３０２、３０３をそれぞれ制御するものであり、具体的には、噴射弁３を構成するソレノイド３２を駆動することにより後述する供給時間だけ噴射口３１Ａを開放するように制御する。
【００３３】
噴射弁３の具体的な制御方法について図５を参照して説明する。なお、図５において「噴射弁Ａ」は噴射弁３０２、「噴射弁Ｂ」は噴射弁３０２、「噴射弁Ｃ」は噴射弁３０３のことである。
【００３４】
噴射弁制御部１０２は、液体原料を成膜室２内に供給する時間である供給時間（開時間）と液体原料を前記成膜室２内に供給しない時間である供給停止時間（閉時間）とを周期的に繰り返すようにそれぞれの噴射弁３０１、３０２、３０３を制御する。このとき、各噴射弁３０１、３０２、３０３の開閉動作のタイミングを同時にしている。また、供給停止時間が、供給時間の約５０倍以上となるようにし、本実施形態では、供給時間を１０［ｍｓ］、供給停止時間を９９０［ｍｓ］としている。
【００３５】
ここで、供給時間は、例えば基板Ｗの成膜対象面積、成膜室２の圧力、温度又は体積あるいは液体原料などに基づいて設定するようにしている。供給停止時間は、供給時間中に成膜室２内に供給され、基板Ｗ上に堆積した液体原料の原子又は分子が泳動し、基板Ｗ上で生成された反応副生成物が蒸発するために必要な泳動・蒸発時間と同じかあるいはそれよりも長くなるように設定する。
【００３６】
このように構成した成膜装置１の動作及び成膜方法について、図６を参照して以下に説明する。
【００３７】
まず、基板Ｗには１２インチサイズのＳｉ基板を用い、成膜室２内の基板ヒータ２１上に設置する。このとき基板ヒータ２１は、基板表面が６５０℃となるように設定している。また、液体原料にはＴＥＯＳ（テトラキシシランSi(OC2H5)4）を用い、原料タンク５内に充填させる。圧送用の加圧ガスには、窒素（Ｎ２）を用い、約０．４ＭＰａに加圧する。また、成膜装置１の作動中、成膜室２内の圧力は約１３０Ｐａに制御されている。
【００３８】
そして、例えば基板Ｗの成膜対象面積、成膜室２の圧力、温度又は体積あるいは液体原料などに基づいて供給時間を設定する（ステップＳ１）。本実施形態では、基板Ｗの大きさは１２インチサイズであり、供給時間を約１０［ｍｓ］、供給停止時間を９９０［ｍｓ］に設定している。
【００３９】
次に、供給時間中に成膜室２内に供給され、基板Ｗ上に堆積した液体原料の原子又は分子が泳動し、基板Ｗ上で生成された反応副生成物が蒸発するために必要な泳動・蒸発時間を算出する（ステップＳ２）。
【００４０】
その後、その泳動・蒸発時間と同じかそれよりも長い時間を供給停止時間として設定する（ステップＳ３）。
【００４１】
そして、供給時間、供給停止時間を制御装置１０に入力して、制御装置１０がこの時間に基づいてソレノイド３２を制御し、液体原料を成膜室２内に間欠的に供給する（ステップＳ４）。これにより、液体原料であるＴＥＯＳは成膜室内で減圧沸騰噴霧により気化して、基板表面上で熱分解反応によりＳｉＯ２膜が成長する。成膜が終了したならば成膜装置１の動作を終了し、終了していないならば引き続いて成膜を行う（ステップＳ５）。各噴射弁３０１、３０２、３０３の開閉の繰り返し回数が約５００回で膜厚は約１００ｎｍのＳｉＯ２膜を形成することができる。
【００４２】
このように構成した成膜装置１によれば、たとえ大面積基板Ｗであっても噴射弁３と基板Ｗとの距離を小さくすることができるので、成膜室２を小型化することができ、さらには成膜装置１を小型化することができる。したがって、１つの噴射弁３で大面積基板Ｗを成膜する場合に生じていた成膜室２の肥大に伴う装置コストの増大及び装置エリアの確保の必要等の費用面での問題と、成膜室２内の真空引き時間の増加及びガス置換時間の増加等の装置性能面での問題を解決することができる。また、複数の噴射弁３を異なる位置に配置しているので、成膜した膜厚分布を良好にすることができるようになる。さらに、同時に気化する量を多くすることができるので、成膜のスループットを向上させることができるようになる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
【００４４】
次に、本発明に係る成膜装置の第２実施形態について図面を参照して説明する。
【００４５】
上記第１実施形態のように複数の噴射弁３を同時に開閉させた場合には、一度に供給する噴霧量が多くなる。そうすると、成膜室２内の圧力変動が大きくなり、液体原料を完全に気化させるには、真空ポンプ７の容量を大きくして成膜室２内の圧力を一定にする必要が生じる。
【００４６】
そこで、本実施形態に係る成膜装置１は、前記第１実施形態とは、噴射弁３の制御方法が異なる。つまり、本実施形態に係る成膜装置１では、制御装置１０がそれぞれの噴射弁３の開閉のタイミングを異ならせて、前記それぞれの噴射弁３が順繰りにその開閉を行うようにしている。
【００４７】
具体的な噴射弁３の制御方法を図７に示す。なお、図７において「噴射弁Ａ」は噴射弁３０２、「噴射弁Ｂ」は噴射弁３０２、「噴射弁Ｃ」は噴射弁３０３のことである。
【００４８】
各噴射弁３０１、３０２、３０３の供給時間及び供給停止時間は同じ時間である。そして、噴射弁３０２の開閉動作よりも、噴射弁３０１の開閉動作を一定時間遅らせており、その噴射弁３０１の開閉動作よりも、噴射弁３０３の開閉動作を一定時間遅らせている。
【００４９】
具体的には、各噴射弁３０１、３０２、３０３の供給時間は１０［ｍｓ］、供給停止時間は９９０［ｍｓ］である。そして、噴射弁３０２の開閉動作よりも、噴射弁３０１の開閉動作を約３２０［ｍｓ］遅らせており、その噴射弁３０１の開閉動作よりも噴射弁３０３の開閉動作を約３２０［ｍｓ］遅らせている。つまり、噴射弁３０２（噴射弁Ａ）→噴射弁３０１（噴射弁Ｂ）→噴射弁３０３（噴射弁Ｃ）→噴射弁３０２（噴射弁Ａ）→・・・、と各噴射弁３０１、３０２、３０３が順繰りにその開閉動作を行うようにし、尚かつ、各噴射弁３０１、３０２、３０３の開閉動作の開始時期をずらすとともに周期が等しくなるように制御する。そして、約１０００ｍｓｅｃ周期で、目的回数まで繰り返し、約５００回繰り返すことでＳｉＯ２膜を約１００ｎｍ形成することができる。
【００５０】
このとき、噴射弁３０１、３０２、３０３を区別することなく、成膜室２内に供給する時間のみに着目すると、供給時間が１０［ｍｓ］、供給停止時間が約３２０［ｍｓ］となり、開閉動作の１周期が約３３０［ｍｓ］となる。一方、いずれか１つの噴射弁（例えば噴射弁３０２）のみに着目すると、その噴射弁３０２は、供給時間１０［ｍｓ］、供給停止時間９９０［ｍｓ］で１周期の開閉動作を行うことになる。
【００５１】
ここで、１つの噴射弁３を用いて３．３Ｈｚ（約３３０ｍｓｅｃに１回）で供給する場合と、３つの噴射弁３０１、３０２、３０３を順繰りに用いて約３３０ｍｓｅｃ間隔で供給する場合とでは、液体原料の気化効率が異なる。
【００５２】
１つの噴射弁３を用いた場合には、開閉周波数が約３．３Ｈｚであり、一個当たりの開閉の繰り返しの周波数が大きい（開閉間隔が短くなる）ので気化による気化熱が噴射弁３近傍から奪われてしまい、気化効率が徐々に悪くなる。
【００５３】
さらに、堆積した薄膜中の原子又は分子の泳動や反応副生成物の充分な蒸発が行われないため、緻密で不純物の少ない高品位な薄膜の生成は困難になる。
【００５４】
一方、複数の噴射弁３０１、３０２、３０３を用いた場合には、各噴射弁３０１、３０２、３０３の開閉周波数が約１Ｈｚであるため、液体原料の気化により奪われた気化熱を回復することができ、気化効率の低下を防止することができる。
【００５５】
さらに、堆積した薄膜中の原子又は分子の泳動や反応副生成物の充分な蒸発を行わせて、緻密で不純物の少ない高品位な薄膜を生成することができるようになる。
【００５６】
このように構成した本実施形態に係る成膜装置によれば、成膜室２内への一度の供給量は、１つの噴射弁３を用いた場合と同じであり、成膜室２内の圧力変動を小さくすることができるので、排気量の大きな真空ポンプ７を必要としない。また圧力調節も容易にすることができる。また、各噴射弁３０１、３０２、３０３の開閉は１Ｈｚで行われるので、噴射弁近傍における液体原料の気化熱に係る温度減少を小さくすることができ、気化効率を維持することができる。
【００５７】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００５８】
例えば、噴射弁の数は３つに限られず、２つ又は４つ以上であっても良い。このときガス濃度分布に合わせた噴射弁の配置にし、特に円形基板に成膜する場合には対称配置が必要である。例えば５つの噴射弁を用いた場合の配置例を図８、９に示す。このとき、１つの噴射弁３を所定位置に配置される円形基板Ｗの中心軸上に設け、残り４つの噴射弁３を、その中心軸上に設けた噴射弁３に対して同心円上に等間隔となるように配置する。このとき、噴射弁３は、円形基板Ｗに平行になるように配置しても良いし（図８参照）、立体的に配置しても良い（図９参照）。また、各噴射弁３の開閉タイミングは、前記第１実施形態と同様に５個同時に開閉して５箇所同時に液体原料を供給するものでも良いし、前記第２実施形態と同様に開閉タイミングをずらして時間差を付けて供給するようにしても良い。
【００５９】
前記各実施形態では、噴射弁３が基板Ｗの中心軸に対して対称であったが、さらに加えて、図１０に示すように、各噴射弁３の距離を同一にすることが考えられる。これならば、一層膜厚を均一にすることができる。なお、図１０においては、噴射弁３が７個であるがこれに限定されず何個であっても良い。
【００６０】
前記第２実施形態では、噴射弁３０１、３０２、３０３の開閉動作の順番が、噴射弁３０２（噴射弁Ａ）→噴射弁３０１（噴射弁Ｂ）→噴射弁３０３（噴射弁Ｃ）→噴射弁３０２（噴射弁Ａ）→・・・、であったが、その他にも噴射弁３０１（噴射弁Ｂ）→噴射弁３０２（噴射弁Ａ）→噴射弁３０３（噴射弁Ｃ）→噴射弁３０１（噴射弁Ｂ）であっても良い。
【００６１】
その他にも、各噴射弁を連続２回以上ずつ順繰りに開閉させるようにするものであっても良い。この場合、気化効率を考慮して連続開閉回数を設定する。例えば、噴射弁Ａ→噴射弁Ａ→噴射弁Ｂ→噴射弁Ｂ→噴射弁Ｃ→噴射弁Ｃ→噴射弁Ａ→噴射弁Ａ→、・・・等である。
【００６２】
また、上記各実施形態において、成膜室内の温度を調節するヒータ等の温調機構を設けるようにしても良い。より好ましくは、噴射弁の噴射口近傍の領域の温度を調節する噴射口近傍温調機構を設けるようにしても良い。これは、液体原料を噴射することにより、液体原料の気化により気化熱が奪われて噴射口近傍の温度が低下してしまい、気化効率が低下してしまうことを防ぐためである。噴射口近傍温調機構としては、例えば赤外線を照射するランプ、ヒータ又はプラズマ等が考えられる。
【００６３】
さらに、前記第１実施形態においては、供給時間を１０［ｍｓ］、供給停止時間を９９０［ｍｓ］としているが、供給停止時間を泳動・蒸発時間と同じかあるいはそれよりも長くしているものであれば良い。
【００６４】
加えて、液体原料を成膜室２内に供給する供給時間内において、所定の時間間隔で噴射弁３を複数回開閉させることにより、液体原料を成膜室２内に供給するようにしても良い。
【００６５】
その上、膜厚を均一にする観点からすると、成膜中に基板を一定速度で自転及び／又は公転させる、モータ等から構成される基板回転機構を設けても良い。これならば、成膜のムラを無くすることができ、膜厚分布をさらに均一にすることができるようになる。
【００６６】
例えば、図８又は図９に示すように噴射弁を配置した場合には、基板が大きいとき、その基板全体を図２に示す領域（ウ）でカバーできない場合がある。このときは基板を回転させることが有効である。但しこの場合、基板に噴射される液体原料の量は、基板中心が多くなってしなう。そこで、図１１に示すように、中心の噴射弁よりも外周部の噴射弁（中心の噴射弁の周囲に配置された４つの噴射弁）の供給時間を長くする等調節をすることにより一層膜厚の均一性を向上させることができる。なお、図１１において、中心の噴射弁の供給時間は１０［ｍｓ］であり、周辺部の噴射弁の供給時間は１５［ｍｓ］としているが、これに限られるものではない。その他にも、中心の噴射弁と外周部の噴射弁との噴射タイミングを変えて噴射させるようにしても良いし、外周部の噴射弁それぞれの噴射タイミングを異ならせても良いし、外周部の噴射弁の供給時間をそれぞれ調節して異ならせるようにしても良い。
【００６７】
さらに加えて、間欠的に供給するにあたり、基板上に堆積した原子又は分子が増えるに従って徐々に供給停止時間を長くしていき、基板上の原子又は分子が充分に泳動し、反応副生成物が充分に蒸発する時間を確保するようにしても良い。
【００６８】
また、前記実施形態の噴射弁はソレノイドを用いたものであったが、その他にもピエゾ等の圧電素子などを用いて構成することもできる。
【００６９】
また、例えば３つの噴射弁を用いた場合には、それらの配置位置が正三角形となるようにしても良い。なお、この場合、所定位置に配置される基板の中心軸に対して回転対称となるようにする。
【００７０】
前記各実施形態では、噴射弁を基板に対向するように、成膜室の上部に設けるようにしているが、その他にも、成膜室の下部に設けるようにしても良い。また、噴射弁を成膜室の側面に設けるようにしても良い。
【００７１】
その他、前述した各実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る成膜装置の概略構成図。
【図２】噴射弁から噴射された液体原料の状態の変化を示す図。
【図３】同実施形態における噴射弁の断面図。
【図４】同実施形態における制御装置の機能構成を示す図。
【図５】同実施形態における噴射弁の制御方法を示す図。
【図６】同実施形態における成膜装置の動作を示すフローチャート。
【図７】本発明の第２実施形態に係る成膜装置の噴射弁の制御方法を示す図。
【図８】その他の変形実施形態に係る噴射弁の配置を示す図。
【図９】その他の変形実施形態に係る噴射弁の配置を示す図。
【図１０】その他の変形実施形態に係る噴射弁の配置を示す図。
【図１１】その他の変形実施形態に係る噴射弁の制御方法を示す図。
【符号の説明】
【００７３】
１ ・・・成膜装置
Ｗ ・・・基板
２ ・・・成膜室
３ ・・・噴射弁
１０・・・制御装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、成膜装置及び成膜方法に関し、特に、化学気相成長法を用いた成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の成膜装置には、例えば特許文献１に示すように、液体原料を噴射する１つの噴射弁（インジェクタ）が成膜室の上部に設けられ、液体原料を直接成膜室内に噴霧して、基板上に成膜するものがある。このとき、噴射弁から噴射された液体原料は、減圧沸騰して気化する。
【０００３】
しかしながら、１つの噴射弁を用いて基板全体に液体原料を行き渡らせるためには、噴射弁と基板との距離を十分に取る必要がある。そうすると、噴射弁と基板との距離は処理する基板の大きさ（処理面積）に伴い大きくなり、大面積の基板への成膜に対応するためには、成膜室を大きくする必要があり、装置コストの増大及び装置エリアの確保の必要等の費用面での問題と、成膜室内の真空引き時間の増加及びガス置換時間の増加等の装置性能面での問題がある。
【０００４】
また、例えば特許文献２に示すように、ガス濃度分布を処理面積に対して均一に制御するために、シャワー状の隔壁板（多孔を有する隔壁板）を基板の上方に設置して、シャワー孔から原料ガスを供給することが行われている。
【０００５】
しかしながら、シャワー孔の孔詰まり又は隔壁板への膜の形成などにより、基板への安定した均一な濃度の原料ガスの供給及び成膜が妨げられるという問題もある。
【０００６】
さらに、液体原料の供給が間欠的に行われる場合、単位時間あたりの気化量が少なくなってしまい、成膜のスループットが悪いという問題もある。
【特許文献１】特開２００４−１９７１３５号公報
【特許文献２】特開２００４−１１１５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、成膜室の小型化、さらには成膜装置の小型化を実現し、成膜した膜厚分布を良好にすることができ、気化量を多くして成膜のスループットを向上させることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係る成膜装置は、液体原料を気化し、基板上に堆積させて成膜する成膜装置であって、基板を内部に保持する成膜室と、前記成膜室に位置を異ならせて配置され、同一の液体原料を前記成膜室内に直接噴射して、減圧沸騰させることにより、前記液体原料を気化して供給する複数の噴射弁と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
言い換えれば、複数の噴射弁は、同一の液体原料を前記成膜室内に直接噴射して、その液体原料を減圧沸騰噴霧気化して基板上に供給するものである。なお、「減圧沸騰噴霧気化方式」とは、液体の飽和蒸気圧以下に減圧された圧力場に液体を噴射して、急激に沸騰させ、気化させる方式をいう。断熱膨張による気化のため、高温を必要としない、よって、液体原料の熱分解などを抑制することができ、さまざまな液体原料を気化させることができるようになる。よって、高温に保持した気化器や配管を必要としないため、成膜装置をコンパクトに設計でき、省エネを実現することができるようになる。
【００１０】
このようなものであれば、たとえ大面積基板であっても噴射弁と基板との距離を小さくすることができるので、成膜室を小型化することができ、さらには成膜装置を小型化することができる。また、複数の噴射弁を異なる位置に配置しているので、ガス濃度を均一にし、成膜した膜厚分布を良好にすることができるようになる。さらに、同時に気化する量を多くすることができるので、成膜のスループットを向上させることができるようになる。
【００１１】
基板上の膜厚分布を均一にするための具体的な配置構成としては、前記複数の噴射弁を、前記成膜室内の所定位置に保持される基板の中心軸に対して略対称に設けていることが望ましい。
【００１２】
具体的には、前記複数の噴射弁をそれぞれ互いに等間隔に設けていることが考えられる。
【００１３】
基板上に堆積した薄膜中の原子又は分子の泳動や反応副生成物の充分な蒸発を行い、緻密で不純物の少ない高品位な薄膜を生成することができるようにする為には、前記噴射弁を周期的に開閉させて、前記液体原料を前記成膜室内に間欠的に供給する制御装置を備えていることが望ましい。またこれならば、液体原料を無駄なく有効活用することができる。
【００１４】
ここで、複数の噴射弁を同時に開閉すると、一度に供給する噴霧量が多くなってしまい、調圧された成膜室内の圧力が大きく上昇して、又は真空度が大きく低下して、噴射した液体原料が完全に気化することが難しくなってしまう。これを防止するには成膜室内の圧力を調整する調圧ポンプの容量を大きくして変動する圧力を一定に保つ必要がある。このような問題を好適に解決するためには、前記制御装置が、前記それぞれの噴射弁の開閉のタイミングを異ならせて、前記それぞれの噴射弁が順繰りにその開閉を行うようにしていることが望ましい。
【００１５】
また、本発明に係る成膜方法は、基板を内部に保持する成膜室内に、異なる位置に配置された複数の噴射弁により同一の液体原料を直接噴射して、減圧沸騰させることにより、前記液体原料を気化して前記基板上に堆積させて成膜することを特徴とする。
【００１６】
このようなものであれば、複数の噴射弁を異なる位置に配置して液体原料を噴射して減圧沸騰噴霧気化させているので、例え大面積基板であっても噴射弁と基板との距離を小さくすることができ、また同時に気化する量を多くすることができるので、ガス濃度を均一にし、成膜のスループットを向上させることができる。また、成膜した膜厚分布を良好にすることができるようになる。さらに、このような成膜方法を実現する成膜室を小型化することができ、さらには装置自体を小型化することができるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、たとえ大面積基板であっても噴射弁と基板との距離を小さくすることができるので、成膜室を小型化することができ、さらには成膜装置を小型化することができる。また、複数の噴射弁を異なる位置に配置しているので、成膜した膜厚分布を良好にすることができるようになる。さらに、同時に気化する量を多くすることができるので、成膜のスループットを向上させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜第１実施形態＞
【００１９】
以下に本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態に係る成膜装置１は、図１に示すように、加工対象である基板Ｗ上に二酸化珪素（SiO2）膜を成膜するための成膜装置であり、液体原料を気化し、基板Ｗ上に薄膜を堆積させることにより成膜するものである。
【００２１】
具体的な装置構成は、基板Ｗを内部に保持する成膜室２と、液体原料を成膜室２内に直接噴射する複数の噴射弁３（３０１、３０２、３０３）と、噴射弁３に液体原料を供給する原料供給管４とからなる。なお、以下において各噴射弁３を区別して説明するときは、主に噴射弁３０１、噴射弁３０２、噴射弁３０３と記す。
【００２２】
本実施形態の液体原料は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：（Si(OC2H5)4）であり、例えばステンレス製の原料タンク５に保存されている。そして、当該タンク５上部から加圧Ｎ２ガスが圧入されることにより原料供給管４を通り、複数の噴射弁３に圧送され、その噴射弁３を介して成膜室２内部に供給される。さらに液体原料は、噴射弁３から成膜室２内に噴射されると同時に、減圧沸騰噴霧気化現象が起きて、気化されて成膜室２内に充満する。
【００２３】
ここで、噴射弁３から噴射された液体原料の変化について図２を参照して説明する。噴射弁３から噴射された液体原料は、噴射口付近（噴射口３１Ａから数ｍｍ程度）においては、液体原料は未だ液体（霧）の状態である（図２の領域（ア））。そして、その霧が徐々に減圧沸騰して気化する（図２の領域（イ））。しかしこの領域（イ）においては、見込む処理面積に対して気化した原料ガスの拡散は不十分であり、濃度分布にムラがある。そして、領域（イ）よりも基板Ｗ側においては、原料ガスが拡散して濃度分布が均一になる（図２の領域（ウ））。基板Ｗ上に均一な成膜を行うためには、ガス濃度分布のない領域（ウ）に基板Ｗが位置するように設置する。例えば大面積の基板Ｗを１つの噴射弁３でカバーしようとすると、噴射弁３と基板Ｗとの距離を大幅に取る必要があるが、本実施形態では、複数の噴射弁３それぞれの領域（ウ）が重なり合うようにして、１つの噴射弁３がカバーする部分は、基板Ｗの一部分であるが、全ての噴射弁３がカバーする部分を足し合わせると、基板Ｗの全てをカバーするようにしている。
【００２４】
成膜室２は、保持機構により内部に加工対象となる基板Ｗを保持するものであり、さらに基板Ｗを加熱するための基板ヒータ２１を有している。なお、本実施形態では基板ヒータ２１が保持機構を兼ねている。
【００２５】
また、成膜室２は、成膜室２内の圧力を調節するための調圧バルブ６を介して真空ポンプ７が取り付けられ、成膜室２内の圧力を測定するための圧力計８が取り付けられている。そして、この真空ポンプ７によりその室内の圧力を、約１３０［Ｐａ］に制御されている。また、二酸化珪素（SiO2）膜を充分に酸化させるための酸素（O2）ガスを供給するための酸素供給管（図示しない）も配設されている。この酸素供給管は、図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ）により酸素（O2）ガスの供給流量を制御されている。
【００２６】
噴射弁３は、液体原料を成膜室２内に直接噴射することにより、その液体原料を減圧沸騰させて気化するものである。そして、噴射弁３は成膜室２の上部に、基板Ｗの成膜対象面と対向するように複数個（本実施形態では３個）設けられている。その配置方法は、成膜室２内に保持された基板Ｗの中心軸上に噴射弁３０２を設け、その噴射弁３０２の周りに対称となるように残り２個の噴射弁３０１及び噴射弁３０３を同心円上（本実施形態では、中心軸に対して左右対称になる。）に設けている。これら噴射弁３０１、３０２、３０３は、制御装置１０により、それぞれの開閉を制御される。
【００２７】
噴射弁３の構成は、図３に示すように、本体部３１と、その本体部３１に内蔵されたソレノイド３２と、当該ソレノイド３２の電磁誘導により噴射口３１Ａを開閉する弁体３３とからなり、制御装置１０により制御されるものである。そして、ヒータ９を用いて本体部３１の噴射口３１Ａの近傍を例えば数十℃程度（室温よりも幾らか高温）に加熱している。なお、図３は噴射口３１Ａが閉じている状態を示している。
【００２８】
弁体３３は、本体部３１の内部空間３１Ｂに位置し、スプリング３４によって噴射口３１Ａ側に付勢され、噴射口３１Ａを閉塞するものであり、その先端部３３Ａに傘状のフランジ３３１と環状溝３３２とを形成するようにしている。
【００２９】
このように噴射弁３として電磁弁を用いているので、噴射される液体原料の流量などの制御を高速応答で正確に行うことが容易になる。
【００３０】
制御装置１０は、噴射弁３を周期的に開閉させて、液体原料を成膜室２内に間欠的に供給するものであり、その機器構成は、ＣＰＵ、内部メモリ、入出力インタフェース、ＡＤ変換器等を備えた汎用又は専用のコンピュータであり、前記内部メモリの所定領域に格納してあるプログラムに基づいてＣＰＵやその周辺機器等が作動することにより、図４に示すように、成膜条件制御部１０１及び噴射弁制御部１０２として機能する。
【００３１】
成膜条件制御部１０１は、圧力計８から圧力信号を受け付けて、成膜室２内の圧力が一定圧力に保たれるように調圧バルブ６にバルブ制御信号を出力して調圧バルブ６を制御するとともに、真空ポンプ７にポンプ制御信号を出力して真空ポンプ７を制御するものである。
【００３２】
噴射弁制御部１０２は、各噴射弁３０１、３０２、３０３をそれぞれ制御するものであり、具体的には、噴射弁３を構成するソレノイド３２を駆動することにより後述する供給時間だけ噴射口３１Ａを開放するように制御する。
【００３３】
噴射弁３の具体的な制御方法について図５を参照して説明する。なお、図５において「噴射弁Ａ」は噴射弁３０２、「噴射弁Ｂ」は噴射弁３０２、「噴射弁Ｃ」は噴射弁３０３のことである。
【００３４】
噴射弁制御部１０２は、液体原料を成膜室２内に供給する時間である供給時間（開時間）と液体原料を前記成膜室２内に供給しない時間である供給停止時間（閉時間）とを周期的に繰り返すようにそれぞれの噴射弁３０１、３０２、３０３を制御する。このとき、各噴射弁３０１、３０２、３０３の開閉動作のタイミングを同時にしている。また、供給停止時間が、供給時間の約５０倍以上となるようにし、本実施形態では、供給時間を１０［ｍｓ］、供給停止時間を９９０［ｍｓ］としている。
【００３５】
ここで、供給時間は、例えば基板Ｗの成膜対象面積、成膜室２の圧力、温度又は体積あるいは液体原料などに基づいて設定するようにしている。供給停止時間は、供給時間中に成膜室２内に供給され、基板Ｗ上に堆積した液体原料の原子又は分子が泳動し、基板Ｗ上で生成された反応副生成物が蒸発するために必要な泳動・蒸発時間と同じかあるいはそれよりも長くなるように設定する。
【００３６】
このように構成した成膜装置１の動作及び成膜方法について、図６を参照して以下に説明する。
【００３７】
まず、基板Ｗには１２インチサイズのＳｉ基板を用い、成膜室２内の基板ヒータ２１上に設置する。このとき基板ヒータ２１は、基板表面が６５０℃となるように設定している。また、液体原料にはＴＥＯＳ（テトラキシシランSi(OC2H5)4）を用い、原料タンク５内に充填させる。圧送用の加圧ガスには、窒素（Ｎ２）を用い、約０．４ＭＰａに加圧する。また、成膜装置１の作動中、成膜室２内の圧力は約１３０Ｐａに制御されている。
【００３８】
そして、例えば基板Ｗの成膜対象面積、成膜室２の圧力、温度又は体積あるいは液体原料などに基づいて供給時間を設定する（ステップＳ１）。本実施形態では、基板Ｗの大きさは１２インチサイズであり、供給時間を約１０［ｍｓ］、供給停止時間を９９０［ｍｓ］に設定している。
【００３９】
次に、供給時間中に成膜室２内に供給され、基板Ｗ上に堆積した液体原料の原子又は分子が泳動し、基板Ｗ上で生成された反応副生成物が蒸発するために必要な泳動・蒸発時間を算出する（ステップＳ２）。
【００４０】
その後、その泳動・蒸発時間と同じかそれよりも長い時間を供給停止時間として設定する（ステップＳ３）。
【００４１】
そして、供給時間、供給停止時間を制御装置１０に入力して、制御装置１０がこの時間に基づいてソレノイド３２を制御し、液体原料を成膜室２内に間欠的に供給する（ステップＳ４）。これにより、液体原料であるＴＥＯＳは成膜室内で減圧沸騰噴霧により気化して、基板表面上で熱分解反応によりＳｉＯ２膜が成長する。成膜が終了したならば成膜装置１の動作を終了し、終了していないならば引き続いて成膜を行う（ステップＳ５）。各噴射弁３０１、３０２、３０３の開閉の繰り返し回数が約５００回で膜厚は約１００ｎｍのＳｉＯ２膜を形成することができる。
【００４２】
このように構成した成膜装置１によれば、たとえ大面積基板Ｗであっても噴射弁３と基板Ｗとの距離を小さくすることができるので、成膜室２を小型化することができ、さらには成膜装置１を小型化することができる。したがって、１つの噴射弁３で大面積基板Ｗを成膜する場合に生じていた成膜室２の肥大に伴う装置コストの増大及び装置エリアの確保の必要等の費用面での問題と、成膜室２内の真空引き時間の増加及びガス置換時間の増加等の装置性能面での問題を解決することができる。また、複数の噴射弁３を異なる位置に配置しているので、成膜した膜厚分布を良好にすることができるようになる。さらに、同時に気化する量を多くすることができるので、成膜のスループットを向上させることができるようになる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
【００４４】
次に、本発明に係る成膜装置の第２実施形態について図面を参照して説明する。
【００４５】
上記第１実施形態のように複数の噴射弁３を同時に開閉させた場合には、一度に供給する噴霧量が多くなる。そうすると、成膜室２内の圧力変動が大きくなり、液体原料を完全に気化させるには、真空ポンプ７の容量を大きくして成膜室２内の圧力を一定にする必要が生じる。
【００４６】
そこで、本実施形態に係る成膜装置１は、前記第１実施形態とは、噴射弁３の制御方法が異なる。つまり、本実施形態に係る成膜装置１では、制御装置１０がそれぞれの噴射弁３の開閉のタイミングを異ならせて、前記それぞれの噴射弁３が順繰りにその開閉を行うようにしている。
【００４７】
具体的な噴射弁３の制御方法を図７に示す。なお、図７において「噴射弁Ａ」は噴射弁３０２、「噴射弁Ｂ」は噴射弁３０２、「噴射弁Ｃ」は噴射弁３０３のことである。
【００４８】
各噴射弁３０１、３０２、３０３の供給時間及び供給停止時間は同じ時間である。そして、噴射弁３０２の開閉動作よりも、噴射弁３０１の開閉動作を一定時間遅らせており、その噴射弁３０１の開閉動作よりも、噴射弁３０３の開閉動作を一定時間遅らせている。
【００４９】
具体的には、各噴射弁３０１、３０２、３０３の供給時間は１０［ｍｓ］、供給停止時間は９９０［ｍｓ］である。そして、噴射弁３０２の開閉動作よりも、噴射弁３０１の開閉動作を約３２０［ｍｓ］遅らせており、その噴射弁３０１の開閉動作よりも噴射弁３０３の開閉動作を約３２０［ｍｓ］遅らせている。つまり、噴射弁３０２（噴射弁Ａ）→噴射弁３０１（噴射弁Ｂ）→噴射弁３０３（噴射弁Ｃ）→噴射弁３０２（噴射弁Ａ）→・・・、と各噴射弁３０１、３０２、３０３が順繰りにその開閉動作を行うようにし、尚かつ、各噴射弁３０１、３０２、３０３の開閉動作の開始時期をずらすとともに周期が等しくなるように制御する。そして、約１０００ｍｓｅｃ周期で、目的回数まで繰り返し、約５００回繰り返すことでＳｉＯ２膜を約１００ｎｍ形成することができる。
【００５０】
このとき、噴射弁３０１、３０２、３０３を区別することなく、成膜室２内に供給する時間のみに着目すると、供給時間が１０［ｍｓ］、供給停止時間が約３２０［ｍｓ］となり、開閉動作の１周期が約３３０［ｍｓ］となる。一方、いずれか１つの噴射弁（例えば噴射弁３０２）のみに着目すると、その噴射弁３０２は、供給時間１０［ｍｓ］、供給停止時間９９０［ｍｓ］で１周期の開閉動作を行うことになる。
【００５１】
ここで、１つの噴射弁３を用いて３．３Ｈｚ（約３３０ｍｓｅｃに１回）で供給する場合と、３つの噴射弁３０１、３０２、３０３を順繰りに用いて約３３０ｍｓｅｃ間隔で供給する場合とでは、液体原料の気化効率が異なる。
【００５２】
１つの噴射弁３を用いた場合には、開閉周波数が約３．３Ｈｚであり、一個当たりの開閉の繰り返しの周波数が大きい（開閉間隔が短くなる）ので気化による気化熱が噴射弁３近傍から奪われてしまい、気化効率が徐々に悪くなる。
【００５３】
さらに、堆積した薄膜中の原子又は分子の泳動や反応副生成物の充分な蒸発が行われないため、緻密で不純物の少ない高品位な薄膜の生成は困難になる。
【００５４】
一方、複数の噴射弁３０１、３０２、３０３を用いた場合には、各噴射弁３０１、３０２、３０３の開閉周波数が約１Ｈｚであるため、液体原料の気化により奪われた気化熱を回復することができ、気化効率の低下を防止することができる。
【００５５】
さらに、堆積した薄膜中の原子又は分子の泳動や反応副生成物の充分な蒸発を行わせて、緻密で不純物の少ない高品位な薄膜を生成することができるようになる。
【００５６】
このように構成した本実施形態に係る成膜装置によれば、成膜室２内への一度の供給量は、１つの噴射弁３を用いた場合と同じであり、成膜室２内の圧力変動を小さくすることができるので、排気量の大きな真空ポンプ７を必要としない。また圧力調節も容易にすることができる。また、各噴射弁３０１、３０２、３０３の開閉は１Ｈｚで行われるので、噴射弁近傍における液体原料の気化熱に係る温度減少を小さくすることができ、気化効率を維持することができる。
【００５７】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００５８】
例えば、噴射弁の数は３つに限られず、２つ又は４つ以上であっても良い。このときガス濃度分布に合わせた噴射弁の配置にし、特に円形基板に成膜する場合には対称配置が必要である。例えば５つの噴射弁を用いた場合の配置例を図８、９に示す。このとき、１つの噴射弁３を所定位置に配置される円形基板Ｗの中心軸上に設け、残り４つの噴射弁３を、その中心軸上に設けた噴射弁３に対して同心円上に等間隔となるように配置する。このとき、噴射弁３は、円形基板Ｗに平行になるように配置しても良いし（図８参照）、立体的に配置しても良い（図９参照）。また、各噴射弁３の開閉タイミングは、前記第１実施形態と同様に５個同時に開閉して５箇所同時に液体原料を供給するものでも良いし、前記第２実施形態と同様に開閉タイミングをずらして時間差を付けて供給するようにしても良い。
【００５９】
前記各実施形態では、噴射弁３が基板Ｗの中心軸に対して対称であったが、さらに加えて、図１０に示すように、各噴射弁３の距離を同一にすることが考えられる。これならば、一層膜厚を均一にすることができる。なお、図１０においては、噴射弁３が７個であるがこれに限定されず何個であっても良い。
【００６０】
前記第２実施形態では、噴射弁３０１、３０２、３０３の開閉動作の順番が、噴射弁３０２（噴射弁Ａ）→噴射弁３０１（噴射弁Ｂ）→噴射弁３０３（噴射弁Ｃ）→噴射弁３０２（噴射弁Ａ）→・・・、であったが、その他にも噴射弁３０１（噴射弁Ｂ）→噴射弁３０２（噴射弁Ａ）→噴射弁３０３（噴射弁Ｃ）→噴射弁３０１（噴射弁Ｂ）であっても良い。
【００６１】
その他にも、各噴射弁を連続２回以上ずつ順繰りに開閉させるようにするものであっても良い。この場合、気化効率を考慮して連続開閉回数を設定する。例えば、噴射弁Ａ→噴射弁Ａ→噴射弁Ｂ→噴射弁Ｂ→噴射弁Ｃ→噴射弁Ｃ→噴射弁Ａ→噴射弁Ａ→、・・・等である。
【００６２】
また、上記各実施形態において、成膜室内の温度を調節するヒータ等の温調機構を設けるようにしても良い。より好ましくは、噴射弁の噴射口近傍の領域の温度を調節する噴射口近傍温調機構を設けるようにしても良い。これは、液体原料を噴射することにより、液体原料の気化により気化熱が奪われて噴射口近傍の温度が低下してしまい、気化効率が低下してしまうことを防ぐためである。噴射口近傍温調機構としては、例えば赤外線を照射するランプ、ヒータ又はプラズマ等が考えられる。
【００６３】
さらに、前記第１実施形態においては、供給時間を１０［ｍｓ］、供給停止時間を９９０［ｍｓ］としているが、供給停止時間を泳動・蒸発時間と同じかあるいはそれよりも長くしているものであれば良い。
【００６４】
加えて、液体原料を成膜室２内に供給する供給時間内において、所定の時間間隔で噴射弁３を複数回開閉させることにより、液体原料を成膜室２内に供給するようにしても良い。
【００６５】
その上、膜厚を均一にする観点からすると、成膜中に基板を一定速度で自転及び／又は公転させる、モータ等から構成される基板回転機構を設けても良い。これならば、成膜のムラを無くすることができ、膜厚分布をさらに均一にすることができるようになる。
【００６６】
例えば、図８又は図９に示すように噴射弁を配置した場合には、基板が大きいとき、その基板全体を図２に示す領域（ウ）でカバーできない場合がある。このときは基板を回転させることが有効である。但しこの場合、基板に噴射される液体原料の量は、基板中心が多くなってしなう。そこで、図１１に示すように、中心の噴射弁よりも外周部の噴射弁（中心の噴射弁の周囲に配置された４つの噴射弁）の供給時間を長くする等調節をすることにより一層膜厚の均一性を向上させることができる。なお、図１１において、中心の噴射弁の供給時間は１０［ｍｓ］であり、周辺部の噴射弁の供給時間は１５［ｍｓ］としているが、これに限られるものではない。その他にも、中心の噴射弁と外周部の噴射弁との噴射タイミングを変えて噴射させるようにしても良いし、外周部の噴射弁それぞれの噴射タイミングを異ならせても良いし、外周部の噴射弁の供給時間をそれぞれ調節して異ならせるようにしても良い。
【００６７】
さらに加えて、間欠的に供給するにあたり、基板上に堆積した原子又は分子が増えるに従って徐々に供給停止時間を長くしていき、基板上の原子又は分子が充分に泳動し、反応副生成物が充分に蒸発する時間を確保するようにしても良い。
【００６８】
また、前記実施形態の噴射弁はソレノイドを用いたものであったが、その他にもピエゾ等の圧電素子などを用いて構成することもできる。
【００６９】
また、例えば３つの噴射弁を用いた場合には、それらの配置位置が正三角形となるようにしても良い。なお、この場合、所定位置に配置される基板の中心軸に対して回転対称となるようにする。
【００７０】
前記各実施形態では、噴射弁を基板に対向するように、成膜室の上部に設けるようにしているが、その他にも、成膜室の下部に設けるようにしても良い。また、噴射弁を成膜室の側面に設けるようにしても良い。
【００７１】
その他、前述した各実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る成膜装置の概略構成図。
【図２】噴射弁から噴射された液体原料の状態の変化を示す図。
【図３】同実施形態における噴射弁の断面図。
【図４】同実施形態における制御装置の機能構成を示す図。
【図５】同実施形態における噴射弁の制御方法を示す図。
【図６】同実施形態における成膜装置の動作を示すフローチャート。
【図７】本発明の第２実施形態に係る成膜装置の噴射弁の制御方法を示す図。
【図８】その他の変形実施形態に係る噴射弁の配置を示す図。
【図９】その他の変形実施形態に係る噴射弁の配置を示す図。
【図１０】その他の変形実施形態に係る噴射弁の配置を示す図。
【図１１】その他の変形実施形態に係る噴射弁の制御方法を示す図。
【符号の説明】
【００７３】
１ ・・・成膜装置
Ｗ ・・・基板
２ ・・・成膜室
３ ・・・噴射弁
１０・・・制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体原料を気化し、基板上に堆積させて成膜する成膜装置であって、
基板を内部に保持する成膜室と、
前記成膜室に位置を異ならせて配置され、同一の液体原料を前記成膜室内に直接噴射して、減圧沸騰させることにより、前記液体原料を気化して供給する複数の噴射弁と、を備えている成膜装置。
【請求項２】
前記複数の噴射弁を、前記成膜室内の所定位置に保持される基板の中心軸に対して略対称に設けていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記複数の噴射弁を、それぞれ互いに等間隔に設けていることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記噴射弁を周期的に開閉させて、前記液体原料を前記成膜室内に間欠的に供給する制御装置を備えている請求項１、２又は３記載の成膜装置。
【請求項５】
前記制御装置が、前記それぞれの噴射弁の開閉のタイミングを異ならせて、前記それぞれの噴射弁が順繰りにその開閉を行うようにしている請求項４記載の成膜装置。
【請求項６】
基板を内部に保持する成膜室内に、異なる位置に配置された複数の噴射弁により同一の液体原料を直接噴射して、減圧沸騰させることにより、前記液体原料を気化して前記基板上に堆積させて成膜する成膜方法。
【請求項７】
前記それぞれの噴射弁を周期的に開閉させて、前記液体原料を前記成膜室内に間欠的に供給することを特徴とする請求項６記載の成膜方法。
【請求項８】
前記それぞれの噴射弁の開閉のタイミングを異ならせて、前記それぞれの噴射弁が順繰りにその開閉を行うようにしている請求項７記載の成膜方法。
【請求項１】
液体原料を気化し、基板上に堆積させて成膜する成膜装置であって、
基板を内部に保持する成膜室と、
前記成膜室に位置を異ならせて配置され、同一の液体原料を前記成膜室内に直接噴射して、減圧沸騰させることにより、前記液体原料を気化して供給する複数の噴射弁と、を備えている成膜装置。
【請求項２】
前記複数の噴射弁を、前記成膜室内の所定位置に保持される基板の中心軸に対して略対称に設けていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記複数の噴射弁を、それぞれ互いに等間隔に設けていることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記噴射弁を周期的に開閉させて、前記液体原料を前記成膜室内に間欠的に供給する制御装置を備えている請求項１、２又は３記載の成膜装置。
【請求項５】
前記制御装置が、前記それぞれの噴射弁の開閉のタイミングを異ならせて、前記それぞれの噴射弁が順繰りにその開閉を行うようにしている請求項４記載の成膜装置。
【請求項６】
基板を内部に保持する成膜室内に、異なる位置に配置された複数の噴射弁により同一の液体原料を直接噴射して、減圧沸騰させることにより、前記液体原料を気化して前記基板上に堆積させて成膜する成膜方法。
【請求項７】
前記それぞれの噴射弁を周期的に開閉させて、前記液体原料を前記成膜室内に間欠的に供給することを特徴とする請求項６記載の成膜方法。
【請求項８】
前記それぞれの噴射弁の開閉のタイミングを異ならせて、前記それぞれの噴射弁が順繰りにその開閉を行うようにしている請求項７記載の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−７８３８（Ｐ２００８−７８３８Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８１３６３（Ｐ２００６−１８１３６３）
【出願日】平成１８年６月３０日（２００６．６．３０）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【出願人】（０００１２７９６１）株式会社堀場エステック (88)
【出願人】（５０３０２７９３１）学校法人同志社 (346)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月３０日（２００６．６．３０）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【出願人】（０００１２７９６１）株式会社堀場エステック (88)
【出願人】（５０３０２７９３１）学校法人同志社 (346)
【Ｆターム（参考）】
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