真空成膜装置及び成膜方法
【課題】 吸着／反応した後の原料ガスの排出時間を短縮し、原料ガスの置換効率、原料ガスの利用効率を高めると共に、処理対象物以外に付着した薄膜の処理を容易にする真空成膜装置及び成膜方法の提供。
【解決手段】 原料ガスを反応室に供給し、反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物Ｓ上で原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置１であって、真空成膜装置１の外壁で構成され、開閉自在の天板１１ａを備えた外チャンバー１１と、外チャンバー１１内の下方部分に設置され、開閉自在の天板１２ａを備えた反応室である内チャンバー１２との二重構造チャンバーにより構成されており、内チャンバー１２内に原料ガスを供給するガスノズル１５が処理対象物Ｓの表面に平行になるように内チャンバー１２内に設けられており、処理対象物Ｓ上で成膜されるように構成されている。この装置を用いて成膜する。
【解決手段】 原料ガスを反応室に供給し、反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物Ｓ上で原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置１であって、真空成膜装置１の外壁で構成され、開閉自在の天板１１ａを備えた外チャンバー１１と、外チャンバー１１内の下方部分に設置され、開閉自在の天板１２ａを備えた反応室である内チャンバー１２との二重構造チャンバーにより構成されており、内チャンバー１２内に原料ガスを供給するガスノズル１５が処理対象物Ｓの表面に平行になるように内チャンバー１２内に設けられており、処理対象物Ｓ上で成膜されるように構成されている。この装置を用いて成膜する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空成膜装置及び成膜方法に関し、特に二重構造チャンバーにより構成されている真空成膜装置及びこの真空成膜装置を用いた成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
反応室内に複数の原料ガスを交互に供給して処理対象物上に種々の薄膜を形成する手法の一例として、ＡＬＤ法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このＡＬＤ法は、例えば、反応室内に２種類の原料ガスを交互にパルス的に供給し、処理対象物表面での反応により、反応室内の支持ステージ上に載置された処理対象物上に成膜を行うものである。すなわち、１種類の原料ガスが処理対象物上で吸着されている状態で、この原料ガスと反応する別の原料ガスを供給することにより、二つの原料ガスが互いに接触して反応し、所望の薄膜を形成する。その際、原料ガスを吸着させた後、吸着しなかった原料ガスを排出し、次いで別の原料ガスを供給して吸着した原料ガスと反応させ、次いで反応しなかったこの別の原料ガスを排出するという操作を繰り返して行って、所望の膜厚を有する薄膜を形成する。原料ガスの材料としては、固体、液体、気体状態のいずれでも使用することができ、通常、窒素、アルゴン等のような不活性ガスからなるキャリアガスと共に供給される。
【０００４】
従って、このようなＡＬＤ法を行う真空成膜装置では、加熱手段を備えた処理対象物の支持ステージを設けると共に、ステージに対向して原料ガス導入手段を装置の天井部に配置しているのが通常である。例えば、２種類の原料ガスを、ガス導入手段を介して時間差をつけて装置内へ供給し、一方のガスの吸着工程と吸着したガスと他方のガスとの反応工程とを繰り返して行い、所定の膜厚を有する薄膜を形成するように構成されている装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、このようなＡＬＤ装置は、その容積や、装置内部の表面積が大きいため、吸着／反応した後の原料ガスを排出するのに時間がかかり、原料ガスの置換効率、原料ガスの利用効率が低いという問題がある。
【０００６】
なお、ＡＬＤ装置では、例えば反応室の下流側に、圧力調整バルブや真空ポンプを設けて、装置内部を所定の圧力に設定できるようにしているが、反応室から排出される原料ガスがこの圧力調整バルブや真空ポンプを劣化させてしまうという問題がある。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を成膜する場合、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びＨ２Ｏガスを用いるが、このＴＭＡは反応性が高いため、圧力調整バルブや真空ポンプ内に存在する水分等と反応してしまい、この生成物が圧力調整バルブ及び真空ポンプの故障や汚染の原因を形成するという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０１０８８８号公報
【特許文献２】特開２００３−３１８１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、ＡＬＤ装置である真空成膜装置の反応室の容積や、反応室内部の表面積を小さくし、吸着／反応した後の原料ガスの排出時間を短縮し、原料ガスの置換効率、原料ガスの利用効率を高めると共に、処理対象物以外に付着した薄膜の処理を容易にすることができる真空成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【０００９】
また、反応室の下流側に設けた圧力調整バルブや真空ポンプの劣化を防止することができる真空成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の真空成膜装置は、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上で原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置であって、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、内チャンバー内に原料ガスを供給するガスノズルが処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられており、内チャンバー内に載置される処理対象物上で成膜されるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
第１の真空成膜装置において、内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、ガスノズルの周辺下部及び支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、そして内チャンバーの側壁にも側壁防着板が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
第１の真空成膜装置において、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板を開閉せしめる機構を備えていることを特徴とする。
【００１３】
第１の真空成膜装置において、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を備えていることを特徴とする。
【００１４】
第１の真空成膜装置において、複数の原料ガスのうちの少なくとも１種のガスを供給する供給手段の途中に、この原料ガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
第１の真空成膜装置において、複数の原料ガスがトリメチルアルミニウムガス及びＨ２Ｏガスの組み合わせであり、このトリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第２の真空成膜装置は、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互にパルス的に反応室に供給し、反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上で第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応により成膜する真空成膜装置であって、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、内チャンバー内に第１の原料ガス及び第２の原料ガスを供給するガスノズルが処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられており、第１の原料ガスを供給する供給手段の途中にこの原料ガスを充填されるバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
第２の真空成膜装置において、内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、ガスノズルの周辺下部及び支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、そして内チャンバーの側壁にも側壁防着板が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
第２の真空成膜装置において、内チャンバー内のガスの排出径路には、成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスが導入されるトラップが設けられ、このトラップには、さらに第２の原料ガスの供給源からその原料ガスの一部が導入されるように構成されており、また、トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び排気系がこの順番で設けられていることを特徴とする。
【００１９】
第２の真空成膜装置において、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板を開閉せしめる機構を備えていることを特徴とする。
【００２０】
第２の真空成膜装置において、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を備えていることを特徴とする。
【００２１】
第２の真空成膜装置において、第１の原料ガスがトリメチルアルミニウムガス、第２の原料ガスがＨ２Ｏガスであり、このトリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の成膜方法は、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互にパルス的に反応室である内チャンバーに供給して、第１の原料ガスの供給と吸着と排出及び第２の原料ガスの供給と吸着した原料ガスとの反応と排出とを繰り返し実施し、内チャンバー内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上に成膜する方法であって、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた内チャンバー内の支持ステージ上に処理対象物を載置し、処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられているガスノズルから第１の原料ガス及び第２の原料ガスを内チャンバー内に交互にパルス的に供給して処理対象物上でこの２種のガスを反応させて成膜し、その際に、第１の原料ガスの供給を、第１の原料ガスの供給手段の途中に設けられたバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するようにして実施し、また、内チャンバー内の成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスを、内チャンバーの下流に設けられたトラップ内に導入すると共に、第２の原料ガスの供給源からこのガスの一部をこのトラップ内に導入して、成膜に寄与しなかった第１の原料ガスとトラップ内に導入された第２の原料ガスとを反応させて、成膜に寄与しなかった第１の原料ガスを処理することを特徴とする。
【００２３】
本発明の成膜方法において、第１の原料ガスとしてトリメチルアルミニウムガス、第２の原料ガスとしてＨ２Ｏガスを使用することが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、吸着／反応した後の原料ガスの排出時間を短縮し、原料ガスの置換効率、原料ガスの利用効率を高めると共に、処理対象物以外に付着した薄膜の処理を容易にすることができるという効果を奏する。
【００２５】
また、反応室である内チャンバーの下流側に設けた真空ポンプやバルブの劣化を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の真空成膜装置の一構成例を模式的に示す断面図であり、成膜操作中の状態を示す。
【図２】本発明の真空成膜装置の一構成例を模式的に示す断面図であり、処理対象物を搬入・搬出する際の状態を示す。
【図３】本発明における内チャンバー内に設ける防着板の構成を模式的に示す構成図であり、（ａ）はその断面図であり、（ｂ）はその平面図であり、（ｃ）は別の下部防着板の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明におけるトラップの一構成例を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の真空成膜装置と第１の原料ガス及び第２の原料ガスの供給手段及び排出手段等の流路とを組み合わせた成膜システム（本発明ではこのシステムも成膜装置と称する）の一構成例として、真空成膜装置へ供給される原料ガスシーケンスを説明するための模式図である。
【図６】本発明における内チャンバーへ供給されるガスシーケンスを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、実施の形態の概要を説明し、次いで個々の構成要素について詳細に説明する。本発明では、成膜装置本体も、また、この成膜装置本体がガス供給系等を備えた成膜システムも成膜装置と称する。
【００２８】
本発明に係る真空成膜装置の第一の実施の形態によれば、この真空成膜装置は、真空排気系を備え、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室である内チャンバーに供給し、内チャンバー内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上で原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置であって、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、内チャンバー内に原料ガスを供給するガスノズルは、そのガス導入方向が処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられて、内チャンバー内に載置される処理対象物上で成膜されるように構成されており、また、内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、そしてガスノズルの周辺下部及び支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、内チャンバーの側壁にも側壁防着板が設けられていると共に、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を備えてなり、複数の原料ガスのうちの少なくとも１種のガスを供給する供給手段の途中に、この原料ガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されている。
【００２９】
上記した処理対象物の裏面に設けられている下部防着板は、例えば、その中央部分がくり抜かれた構造を有し、処理対象物の裏面の少なくとも周縁部近傍に設けられていても良いし、又はその中央部分がくり抜かれていない構造を有し、その寸法が処理対象物の裏面の寸法と同じでも、該裏面の寸法より大きくてもよい。以下同じ。
【００３０】
上記複数の原料ガスがトリメチルアルミニウムガス及びＨ２Ｏガスの組み合わせである場合、このトリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されている。
上記の真空排気系は、内チャンバーと外チャンバーとを所望の圧力に真空排気できるように、所望の位置に設けられていればよく、両チャンバーを一つの真空排気系で排気しても、それぞれのチャンバーを独立の真空排気系で排気してもよい。
【００３１】
本発明に係る真空成膜装置の第二の実施の形態によれば、この真空成膜装置は、真空排気系を備え、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互にパルス的に反応室である内チャンバーに供給し、内チャンバー内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上で第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応により成膜する真空成膜装置であって、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、内チャンバー内に第１の原料ガス及び第２の原料ガスを供給するガスノズルは、そのガス導入方向が処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられて、内チャンバー内に載置される処理対象物上で成膜されるように構成されており、内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、ガスノズルの周辺下部及び支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、そして内チャンバーの側壁に側壁防着板が設けられており、内チャンバー内のガスの排出径路の下流側には、成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスが導入されるトラップが設けられ、このトラップは、さらに第２の原料ガスの供給源からその原料ガスの一部が導入されるように構成されており、また、トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び排気系がこの順番で設けられており、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を備えてなり、さらに第１の原料ガスを供給する供給手段の途中にこの原料ガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されている。
【００３２】
上記第二の実施の形態において、２種の原料ガスがトリメチルアルミニウムガスとＨ２Ｏガスとの組み合わせである場合、このトリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されている。
【００３３】
上記第二の実施の形態において、真空排気系は、内チャンバーと外チャンバーとを所望の圧力に真空排気できるように、所望の位置に設けられていればよく、両チャンバーを一つの真空排気系で排気しても、それぞれのチャンバーを独立の真空排気系で排気してもよい。
【００３４】
この真空成膜装置を使用する際に使用され得る原料ガスの原材料として、例えば第１原料ガスとしてトリメチルアルミニウムガス、第２の原料ガスとしてＨ２Ｏガスを使用することが好ましい。
【００３５】
本発明に係る成膜方法の実施の形態によれば、この成膜方法は、第１の原料ガス（例えば、トリメチルアルミニウムガス）と第２の原料ガス（例えば、Ｈ２Ｏガス）とを交互にパルス的に内チャンバーに供給して、第１の原料ガスの供給と吸着と排出及び第２の原料ガスの供給と吸着した原料ガスとの反応と排出とを繰り返し実施し、内チャンバー内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上に成膜する方法であって、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた内チャンバー内の支持ステージ上に処理対象物を載置し、処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられているガスノズルから第１の原料ガス及び第２の原料ガスを内チャンバー内に交互に供給して処理対象物上でこの２種のガスを反応させて成膜し、その際に、第１の原料ガスの供給を、第１の原料ガスの供給手段の途中に設けられたバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するようにして実施し、また、内チャンバー内の成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスを、内チャンバーの下流に設けられたトラップ内に導入すると共に、第２の原料ガスの供給源からこのガスの一部をこのトラップ内に導入して、成膜に寄与しなかった第１の原料ガスとトラップ内に導入された第２の原料ガスとを反応させて、成膜に寄与しなかった第１の原料ガスを処理することからなる。
【００３６】
上記原料ガスとしては、トリメチルアルミニウムガスとＨ２Ｏガスとの組み合わせ以外に、トリメチルアルミニウムと酸素又はオゾンとの組み合わせ等を挙げることができる。
【００３７】
支持ステージを昇降自在にするためには、公知の昇降機構を設ければよく、例えば、ステージの下面にリフトを設ければよい。
【００３８】
処理対象物としては、特に限定はなく、通常、ＡＬＤ法やＣＶＤ法で用いる処理対象物は全て使用でき、処理対象物上に薄膜が形成されているものでも、形成されていないものでもよい。
【００３９】
外チャンバーは、公知のＡＬＤ装置の外壁を構成する材質で構成されていればよく、その天板はモーターなどの駆動装置により開閉自在に構成されている。
【００４０】
反応室である内チャンバーでは、複数の原料ガスが交互にパルス的に供給され、内チャンバー内に載置されている処理対象物上で反応を生じせしめ、所望の膜厚の薄膜を形成する。この内チャンバーの天板も外チャンバーの天板と同様に開閉自在に構成されており、真空成膜装置のメンテナンスの際に、上記外チャンバー及び内チャンバーの各天板を開放して、装置内のクリーニングや、防着板及びガスノズルの取り替え等ができるようになっている。なお、内チャンバーの天板は、昇降自在に構成され、それによって処理対象物の搬送ができる。
【００４１】
本発明の真空成膜装置は、上記したように、外チャンバーと内チャンバーとからなる二重構造チャンバーにより構成されており、これにより、反応室である内チャンバーの容積を小さくすることができ、例えば、内チャンバーの底面と天板との間を２ｍｍ以上１ｃｍ以下の距離とすることができる。
【００４２】
複数の原料ガスを供給するガスノズルは、そのガス導入方向が処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられていれば良く、そのノズルの形状は特に制限はなく、各原料ガスが処理対象物の上に一様に流れ得るように構成されている。
【００４３】
内チャンバーの天板の内側の壁面には上部防着板が設けられ、かつガスノズルの周辺下部及び支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、内チャンバーの側壁にも側壁防着板が設けられている。この防着板は、原料ガスの反応により生成される薄膜が内チャンバーの内壁やガスノズル周辺に付着しないようにするために設けるものであり、真空成膜装置のメンテナンスの際に、ガスノズルや、これらの防着板を取り替えることができる。外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を駆動せしめて、各天板を開き、取り替えればよい。
【００４４】
次に、上記した真空成膜装置について、二重構造チャンバーを主体に、本発明による真空成膜装置の側断面の概略を示す模式図である図１及び図２、並びに内チャンバー内に設ける防着板の構成を模式的に示す断面図及び平面図である図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図１は成膜操作中の真空成膜装置の状態を示し、図２は処理対象物を搬入・搬出する際の真空成膜装置の状態を示す。これらの図において、同じ構成要素は同じ参照番号を付けてある。
【００４５】
図１及び２において、真空成膜装置１は、その外壁で構成されている外チャンバー１１と、その内部の下方部分に設置されている内チャンバー（反応室）１２と、外チャンバー１１の側壁にゲートバルブ１３を介して設けられた処理対象物Ｓの搬送室１４とを備えている。真空成膜装置１は、外チャンバー１１及び内チャンバー１２のそれぞれの天板１１ａ及び１２ａを開閉せしめるためのモーター等の駆動機構（図示せず）を備えている。
【００４６】
内チャンバー１２は、天板１２ａと底壁１２ｂとから構成されており、天板１２ａと底壁１２ｂとの間隔は、反応が起きる範囲内であればよく、できるだけ小さくすることが好ましい。真空成膜装置１を二重構造としたことにより内チャンバー１２の容積を小さくし、その内表面積を小さくすることが可能となった。
【００４７】
内チャンバー１２の天板１２ａは昇降自在に構成されており、この天板１２ａが外チャンバー１１内の、内チャンバー１２の上方空間内に上昇して、搬送室１４から処理対象物Ｓを内チャンバー１２内に搬入及び搬出することができるように構成されている。内チャンバー１２内に処理対象物Ｓを搬入して、支持部材１６上に載置した後、天板１２ａを下降せしめて閉じた状態で、複数の原料ガス供給手段（図示せず）を介してガスノズル１５から内チャンバー内に各原料ガスを交互にパルス的に供給するように構成されている。このガスノズルの形状は特に制限はなく、各原料ガスが均一に処理対象物Ｓ表面に供給されるようなものであればよい。
【００４８】
図１に示す内チャンバー１２の内部には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、天板１２ａのチャンバー内側に上部防着板１７、下部防着板１８及び１９、及び側壁防着板２０がボルト等で固定されて設けられている。上部防着板１７は一枚のものであっても、分割されたものであってもよく、分割されたものの場合は、処理対象物Ｓの上部に設ける上部防着板１７ａとノズル周辺の上部に設ける上部防着板１７ｂとに分割されたものであってもよい。防着板を分割するのは、ガスノズル周辺の汚れ（膜付着）が特にひどく、厚い膜が形成され易いので、ガスノズル周辺の防着板だけを交換できるようにするためである。下部防着板１８はガスノズル周辺であって、内チャンバー１２の底壁１２ｂの上に設けられ、下部防着板１９は、内チャンバー１２内に載置される処理対象物Ｓの裏面の少なくとも周縁部近傍に設けられている。原料ガスは処理対象物Ｓの裏面に回り込み、裏面周縁が汚れ易いことから、下部防着板１９を設けるのである。この下部防着板１８及び１９も独立して交換できる構造とすることが好ましい。さらに、ガスノズル１５自体も独立して交換できる構造とすることが好ましい。下部防着板１８及び１９は、その中央部分がくり抜かれた構造を有している。
【００４９】
上記処理対象物Ｓは、支持ステージとしての支持部材（リフト）１６上に載置され、成膜工程中には内チャンバー１２の底壁１２ｂに載置され、成膜工程が終わって処理対象物Ｓを搬送する際には、天板１２ａの上昇と共に支持部材１６を上昇せしめ、処理対象物を搬送室１４へ搬送できるように構成されている。
【００５０】
真空成膜装置１には、図示していないが、内チャンバー１２の天板１２ａ及び／又は底壁１２ｂ内にヒータ等の加熱手段が埋め込まれて、処理対象物の温度を設定できるように構成されている。
【００５１】
上記内チャンバー１２内へ供給する原料ガスのうちの少なくとも１種のガスを供給する供給手段の途中に設けられるバッファタンク（図示せず）は、このバッファタンク内に充填された１サイクルで用いる所定量の原料ガスをガスノズル１５から内チャンバー内に供給するように構成されている。一定量の原料ガスを再現性良く、かつ正確に、等量で供給でき、そのため、原料ガスの利用効率も高い。また、バッファタンクは単なる容器であるため、故障も少ないという利点がある。このバッファタンクの上流側には、バッファタンクへの原料ガスの供給量をモニターするための真空計が設けられている。
【００５２】
例えば、複数の原料ガスがトリメチルアルミニウムガス及びＨ２Ｏガスの組み合わせである場合、このトリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されている。
【００５３】
上記したようなバッファタンクを用いない場合、例えば、バルブのみで原料ガスの供給量を制御する構造とした場合、バルブの開閉操作に要する時間が内チャンバー１２への原料ガスの供給量に影響を与えてしまうという問題がある。また、マスフローコントローラーのみで原料ガスの供給量を制御する構造とした場合、マスフローコントローラーの故障が多いという問題や、流量の安定化のために原料ガスの一部を系外へ排出する必要が生じ、原料ガスの利用効率が悪くなるという問題もある。しかしながら、本発明のように、バッファタンクを用いて原料ガスを内チャンバーに供給する構造とすれば、上記したバルブのみやマスフローコントローラーのみを用いた場合に生じる問題もない。
【００５４】
図３（ａ）に示した下部防着板１９の代わりに、図３（ｃ）に示す下部防着板２１を設けても良い。図３（ｃ）において、ガスノズル１５、上部防着板１７（１７ａ、１７ｂ）、下部防着板１８、側壁防着板２０、及び処理対象物Ｓは、図３（ａ）との関係で説明したものと同じである。下部防着板２１は、内チャンバー１２内に載置される処理対象物Ｓの裏面全体（基板の寸法と同じであっても、基板の寸法より大きくても良い）に設けられ、その中央部分がくり抜かれていない構造を有している。この下部防着板２１も独立して交換できる構造とすることが好ましい。
【００５５】
本発明に係る真空成膜装置の上記した第二の実施の形態によれば、内チャンバー１２内に存在するガスの排出径路に、成膜に寄与しなかった原料ガスが導入されるトラップが設けられる。このトラップには、さらに第２の原料ガスの供給源からその原料ガスの一部が導入されるように構成されており、また、トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び真空ポンプからなる排気系がこの順番で設けられてなる。
【００５６】
この圧力調整用バルブは、例えば、内チャンバー内の圧力を制御するものであり、トラップのコンダクタンス変化に対応するものである。
【００５７】
上記したように外チャンバー１１及び内チャンバー１２のそれぞれの天板１１ａ及び１２ａに取り付けられたモーターの動作は、以下の通りである。
・処理対象物搬送時：内チャンバー１２のみを開閉し、ヒータ等の加熱手段はＯＮのままである。内チャンバー１２を開く前に内チャンバー１２内をパージする。
・メンテナンス時：ヒータ等の加熱手段をＯＦＦにし、その後内チャンバー１２を開け、外チャンバー１１内をパージし、その後外チャンバー１１を開ける。
【００５８】
上記トラップについて、トラップの一構成例を模式的断面図として示す図４を参照して以下説明する。
【００５９】
トラップ４１の形状には特に限定はなく、内チャンバー１２から排出される第１の原料ガス（例えば、トリメチルアルミニウムガス等）と、内チャンバー１２から排出される第２の原料ガス（例えば、Ｈ２Ｏガス等）及び第２の原料ガスの供給源から内チャンバー１２を経由せずに直接導入されるその原料ガスの一部とが接触して反応する構造とすればよい。トラップ４１は、円筒状の外筒部材４２と、内チャンバー１２から排出された第１の原料ガス及び第２の原料ガスが導入される第１のガス導入口４３が設けられた蓋部材４４と、底部材４５とからなる。この円筒状の外筒部材４２の内部には、円筒状の内筒部材４６が蓋部材４４及び底部材４５に直接的に接触しないように設けられている。また、外筒部材４２の上部側壁には、上記第２の原料ガスの一部を導入する第２のガス導入口４７が設けられている。さらに、外筒部材４２と内筒部材４６との間には、その上部に設けられた第２のガス導入口４７に連絡してラビリンス形状（迷路形状）のガス拡散室４８が設けられている。第２のガス導入口４７から導入された第２の原料ガスは、ガス拡散室４８を経て内筒部材４６の内部に向かって流れ、内筒部材４６の全体に一様に拡散するようになる。上記外筒部材４２の側壁には、内筒部材４６を経由した第２の原料ガスが排出される原料ガス排出口４９が設けられている。トラップ４１には、第１の原料ガスと第２の原料ガスとが反応して生成した反応生成物（トリメチルアルミニウムガス及びＨ２Ｏガスを使用する場合には、酸化アルミニウム）が原料ガス排出口４９から排出されてしまうのを防止するために、原料ガス排出口４９の上流側にフィルターを備えていることが好ましい。この原料ガス排出口４９は圧力調整バルブを介して真空ポンプへ接続している。
【００６０】
上記トラップ４１では、図４の矢印Ａに示すように、内チャンバー１２から排出された第１の原料ガス及び第２の原料ガスが、交互にガス導入口４３から外筒部材４２内に設けられた内筒部材４６内に導入され、また、図４の矢印Ｂに示すように、第２の原料ガスの一部が、内チャンバー１２を経由せずに直接第２のガス導入口４７からガス拡散室４８を介して内筒部材４６内へ導入され、この内筒部材４６内で第１の原料ガスと第２の原料ガスとが反応し、反応生成物を形成した後、原料ガス排出口４９から排出される。
【００６１】
具体的には、第１のガス導入口４３から第１の原料ガスがトラップ４１内に導入されている時は、第２のガス導入口４７から第２の原料ガスの一部が導入されるように構成されているので、内筒部材４６内で第１の原料ガスと第２の原料ガスが接触されて反応する。また、第１のガス導入口４３から第２の原料ガスがトラップ４１内に導入されている時は、第２のガス導入口４７からは第２の原料ガスの一部は導入されないように構成されているので、第２の原料ガスはそのまま原料ガス排出口４９から排出される。
【００６２】
なお、第２の原料ガスの一部を、内チャンバーを経由せずに直接トラップに導入する構造を採用しないと、内チャンバー１２から排出された第１の原料ガス及び第２の原料ガスがトラップ４１に交互に導入されるだけであり、第１の原料ガスと第２の原料ガスとはトラップ４１内で常時接触することはなく、導入時間にタイムラグがあるため、本発明の目的を達成することが困難である。本発明においては、内チャンバー１２から排出された第１の原料ガスがトラップ４１へ導入される時には、第２の原料ガスの一部がトラップ４１に導入されているので、第１の原料ガスと第２の原料ガスとをトラップ４１内で効率よく反応させ、処理することができる。
【００６３】
次に、図１及び２に示す真空成膜装置と第１の原料ガス及び第２の原料ガスの供給手段及び排出手段とを組み合わせた一構成例において、真空成膜装置へ供給される原料ガスシーケンスを示す図５を参照して詳細に説明する。図５中、図１、２及び３、４と同じ構成要素については、同じ参照番号を付し、説明の便宜上、図１〜４中の参照番号を用いて説明する。
【００６４】
図５に示すように、真空成膜装置１は、図示していないが、処理対象物Ｓが載置される支持ステージが設けられた内チャンバー１２を備えている。この内チャンバー１２の底壁１２ｂには、第１の原料ガスを供給する第１ガス供給系５１及び第２の原料ガスを供給する第２ガス供給系５２が接続されている。
【００６５】
第１ガス供給系５１は、第１の原料ガスの原料が入った第１原料容器（原料ガス供給源）５１ａと内チャンバー１２とを連結するガス供給系であり、上流側から順に、バルブ５１ｂ、バルブ５１ｃ、第１の原料ガスを充填するバッファタンク５１ｄ、及びバルブ５１ｅが接続されており、さらにバルブ５１ｅと内チャンバー１２との間には、必要に応じて逆流防止弁（図示せず）が設けられていても良い。また、バッファタンク５１ｄの上流側には、バッファタンク５１ｄへの第１の原料ガスの供給量をモニターするための真空計が設けられている。この場合、第１原料容器５１ａ及び第２原料容器５２ａは、用いる原材料が固体又は液体の場合には、この原材料をガス化せしめる気化器等の装置（図示せず）を備えていてもよい。
【００６６】
第１ガス供給系５１との関係で、第１の原料ガス用のキャリアガスとして用いる窒素やアルゴン等の不活性ガスの供給系５３が、バルブ５１ｅを経て内チャンバー１２へ第１の原料ガスを供給する径路に接続されている。この不活性ガスの供給系５３は、不活性ガス源５３ａと内チャンバー１２との間に、上流側から順に、バルブ５３ｂ、不活性ガスの流量を調整するマスフローコントローラー５３ｃ、及びバルブ５３ｄが接続されている。
【００６７】
第２ガス供給系５２は、第２の原料ガスの原料が入った第２原料容器５２ａと内チャンバー１２とを連結する供給系であり、上流側から順に、バルブ５２ｂ、バルブ５２ｃ、第２の原料ガスの流量を調整するマスフローコントローラー５２ｄ、及びバルブ５２ｅが接続されている。
【００６８】
第２ガス供給系５２との関係で、第２の原料ガス用のキャリアガスとして用いる窒素やアルゴン等の不活性ガスの供給系５４が、バルブ５２ｅを経て内チャンバー１２へ第２の原料ガスを供給する径路に接続されている。この不活性ガスの供給系５４は、不活性ガス源５３ａと内チャンバー１２との間に、上流側から順に、バルブ５４ａ、不活性ガスの流量を調整するマスフローコントローラー５４ｂ、及びバルブ５４ｃが接続されている。
【００６９】
なお、図５においては、同一の不活性ガス源５３ａから、第１ガス供給系５１の第１の原料ガス及び第２ガス供給系５２の第２の原料ガスのためのキャリアガスを流す構成にしてあるが、勿論異なる不活性ガス源からそれぞれのガス供給系５１、５２に流す構成としてもよい。
【００７０】
また、マスフローコントローラー５２ｄとバルブ５２ｅとの間のガス径路で第２ガス供給系５２を分岐せしめて、トラップ４１に第２の原料ガスの一部を供給する第３ガス供給系５５を設ける。第３ガス供給系５５には、バルブ５５ａが介設されている。
【００７１】
内チャンバー１２の底壁１２ｂには、成膜に寄与しない第１の原料ガス及び第２の原料ガス、すなわち、吸着や反応しない第１の原料ガス及び第２の原料ガスを排出するための、また、真空成膜装置１内を排気するための排出・排気系５６が設けられ、内チャンバー１２側から順に、バルブ５６ａ、トラップ４１、真空成膜装置１内の圧力を調整する圧力調整用バルブ５７、及びドライポンプのような真空ポンプ５８が設けられている。例えば、外チャンバだけを排気するために、真空成膜装置１からバルブを介して直接真空ポンプ５８へ接続してもよい。
【００７２】
なお、第１の原料ガス及び第２の原料ガスが液化しないように、第１の原料ガス及び第２の原料ガスの流路には、ヒータ等の温度制御手段（図示せず）が設けられている。場合によっては、温度を調整するために冷却手段を設けてもよい。
【００７３】
また、上記したバルブの開閉はすべて、自動制御されている。バッファタンク５１ｄの上流側及び下流側にそれぞれ設けられたバルブ５１ｃ及び５１ｅ、並びに第２の原料ガスのマスフローコントローラー５２ｄの下流側に設けられたバルブ５２ｅ及び５５ａは、開閉の頻度が高いため、高耐久性バルブを用いることが好ましい。
【００７４】
上記したように、内チャンバー１２の下流側にトラップ４１を設け、このトラップ４１に第２の原料ガスの一部が内チャンバー１２を経由せずに供給される構造の真空成膜装置１としてあるので、第１の原料ガスが圧力調整用バルブ５７や真空ポンプ５８に流れ込むことが抑制され、この圧力調整用バルブ５７及び真空ポンプ５８の劣化を抑制することができる。
【００７５】
本発明の真空成膜装置１を用いて、第１の原料ガス及び第１の原料ガスと反応する第２の原料ガスを用いて処理対象物Ｓ上に成膜する方法の一例を以下に示す。本発明では、窒素等の不活性ガスは、成膜中、常に供給されるようにしてある。
【００７６】
まず、トリメチルアルミニウム等の第１の原料ガスの所定量をバッファタンク５１ｄに充填する。
【００７７】
次いで、内チャンバー１２にバッファタンク５１ｄ内の第１の原料ガスを供給して、処理対象物Ｓの表面に第１の原料ガスを吸着させる。
【００７８】
第１の原料ガスをバッファタンク５１ｄに充填している時、第１の原料ガスをバッファタンク５１ｄから内チャンバー１２に供給している時、及び第１の原料ガスを内チャンバー１２から排出している時は、Ｈ２Ｏガス等の第２の原料ガスは、第２原料容器５２ａから内チャンバー１２へ供給せず、トラップ４１に供給するようにする。この第２の原料ガスの流量は、マスフローコントローラー５２ｄにより調整する。
【００７９】
上記したように処理対象物Ｓの表面に第１の原料ガスを吸着させた後、バルブ５１ｅを閉じ、バルブ５６ａを開けて、処理対象物Ｓに吸着しなかった第１の原料ガスを内チャンバー１２から排出する。この時、不活性ガスの供給系５３を経由して不活性ガスが内チャンバー１２に供給されているので、不活性ガスにより第１の原料ガスが押し出され、第１の原料ガスを内チャンバー１２からすみやかに排出することができる。排出された第１の原料ガスは、トラップ４１に導入される。第１の原料ガスがトラップ４１に導入される時、すなわち第１の原料ガスが内チャンバー１２から排出されている時は、第２の原料ガスの一部が第３ガス供給系５５を経てトラップ４１に供給されているので、若干のタイムログはあるが、トラップ４１内で第１の原料ガスと第２の原料ガスとが接触等して反応する。例えば、第１の原料ガスとしてトリメチルアルミニウムガスを用い、第２の原料ガスとしてＨ２Ｏガスを用いた場合は、酸化アルミニウムの固形物が生じ、トラップ４１内に残留する。従って、トリメチルアルミニウム等の第１の原料ガスがさらに下流側の圧力調整用バルブ５７及び真空ポンプ５８に流れ込むことが抑制されて、第１の原料ガスが圧力調整用バルブ５７及び真空ポンプ５８に流れ込むことにより生じる故障や汚染等の劣化が抑制できる。
【００８０】
上記第１の原料ガスの吸着・排出が終了した後、内チャンバー１２にＨ２Ｏガス等の第２の原料ガスを供給して、処理対象物Ｓの表面に吸着した第１の原料ガスと反応させる。
【００８１】
上記したように、処理対象物Ｓの表面において第１の原料ガスと第２の原料ガスとを反応させた後、バルブ５２ｅを閉じ、バルブ５６ａを開けて、内チャンバー１２から第２の原料ガスを排出する。この時、不活性ガスの供給系５４を経由して不活性ガスが内チャンバー１２に供給されているので、不活性ガスにより第２の原料ガスが押し出され、第２の原料ガスを内チャンバー１２からすみやかに排出することができる。そして排出された第２の原料ガスは、トラップ４１に導入される。
【００８２】
上記したように処理対象物Ｓの表面に第１の原料ガスを吸着させた後に内チャンバー１２から第１の原料ガスを排出している時、内チャンバー１２に第２の原料ガスを供給している時、処理対象物Ｓの表面において第１の原料ガスと第２の原料ガスとを反応させた後に内チャンバー１２から第２の原料ガスを排出している時には、バルブ５１ｅは閉じたままにしておき、バルブ５１ｂ及び５１ｃを開けることにより、第１の原料ガスを第１原料容器５１ａからバッファタンク５１ｄに導入しておく。バッファタンク５１ｄに第１の原料ガスを導入した後はバルブ５１ｃを閉めておくことにより、一定量の第１の原料ガスを内チャンバー１２に供給する工程を行うことができる。
【００８３】
上記したような内チャンバー１２に第１の原料ガスを供給する工程、内チャンバー１２から第１の原料ガスを排出する工程、内チャンバー１２に第２の原料ガスを供給する工程、及び内チャンバー１２から第２の原料ガスを排出する工程を順に行う操作（１サイクル）を繰り返すことにより、処理対象物Ｓ上に所望の膜厚の薄膜を形成することができる。
【００８４】
上述した内チャンバー１２へ供給される原料ガスのシーケンスを図６に示す。第１の原料ガスとしてＴＭＡガスを、また、第２の原料ガスとしてＨ２Ｏガスを、キャリアガスの不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ２ガス）を例示している。ベースラインは原料ガス及びキャリアガスの供給されていない状態を示し、図面上、ベースラインから上に上がっている上方の線の時はガスが供給されている状態を示す。図６において、Ｎ２ガス供給源から供給されＴＭＡのキャリアガスであるＮ２を「Ｎ２（ＴＭＡ）」と表記し、Ｈ２ＯガスのキャリアガスであるＮ２を「Ｎ２（Ｈ２Ｏ）」と表記する。また、バッファタンク５１ｄに導入される第１の原料ガスのシーケンス（「ＴＭＡ（バッファタンク）」と表記する。）、及び内チャンバー１２へ供給されず、第２原料容器５２ａから直接トラップ４１へ供給される第２の原料ガスのシーケンス（「Ｈ２Ｏ（トラップ）」と表記する。）を図６に併せて示す。
【００８５】
また、図６において、（１）がバッファタンク５１ｄから内チャンバー１２に第１の原料ガスを供給する工程、（２）が内チャンバー１２から第１の原料ガスを排出する工程、（３）が内チャンバー１２に第２の原料ガスを供給する工程、（４）が内チャンバー１２から第２の原料ガスを排出する工程を示す。
【００８６】
図６に示すように、内チャンバー１２に第１の原料ガスと第２の原料ガスが交互にパルス的に供給され、内チャンバー１２内に載置された処理対象物Ｓ上で、第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応により成膜される。また、第２の原料ガスが内チャンバー１２に供給されている時以外は、第２の原料ガスはトラップ４１に供給されており、内チャンバー１２から排出される第１の原料ガスは、トラップ４１内で第２の原料ガスと接触し反応する。
【００８７】
なお、図６においては、上記（３）の第２の原料ガスを供給する工程及び（４）の第２の原料ガスを排出する工程で、第１の原料ガスをバッファタンク５１ｄに導入する場合を例示したが、（２）〜（４）の工程の間で第１の原料ガスをバッファタンク５１ｄに導入するようにすればよい。
【００８８】
ところで、第１の原料ガスの内チャンバー１２への供給量（Ｑ）は、バッファタンク５１ｄの容量Ｖ（ｃｃ）、第１原料容器５１ａの圧力Ｐｖ（Ｔ）（Ｔは第１の原料ガスの温度）、大気圧Ｐａｔｍに依存し、例えば、Ｑ＝Ｖ×{Ｐｖ（Ｔ）／Ｐａｔｍ}の関係が成り立つ。そのため、このバッファタンク５１ｄの容量や第１原料容器５１ａの圧力を調整することにより、所望量の第１の原料ガスを内チャンバー１２へ供給することができる。
【００８９】
上述した真空成膜装置１を用いて、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を処理対象物Ｓ上に成膜する条件の一例を以下に示す。なお、下記の条件においては、バッファタンク５１ｄの容量Ｖと処理対象物Ｓの表面積Ｓ（ｃｍ２）とは、Ｖ＝（４×１０−５〜４×１０−４）×{Ｐａｔｍ／Ｐｖ（Ｔ）}×２．５Ｓの関係が成り立つ。
【００９０】
第１の原料ガス：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）
第２の原料ガス：Ｈ２Ｏ
不活性ガス：Ｎ２
Ｎ２流量：各１ＳＬＭ
Ｈ２Ｏ流量：１００ｓｃｃｍ
ＴＭＡの原料容器の温度：２０〜８０℃
Ｈ２Ｏの原料容器の温度：２０〜８０℃
ガス流路系の温度：２０〜８０℃
処理対象物の表面積：８０００ｃｍ２
内チャンバー（成膜エリア）の容量：７７０ｍｍ×９６０ｍｍ×１０ｍｍｔ
内チャンバーの温度：９０〜１５０℃
バッファタンク容量：１４〜１４０ｃｃ
例えば、上記条件で、図６の（１）の工程の時間を２秒、（２）の工程の時間を２０秒、（３）の工程の時間を２秒、及び（４）の工程の時間を２０秒として、成膜することができる。
【００９１】
原料ガスとして２種の第１の原料ガス及び第２の原料ガスを使用する場合は、互いに反応するガスであれば特に限定はない。例えば、上述した第１の原料ガスであるＴＭＡと反応させる第２の原料ガスとしてＨ２Ｏガス以外にも、酸素やオゾン等の酸化剤を挙げることができる。本発明は、第１の原料ガスが内チャンバーの下流側に設けられる圧力調整用バルブや真空ポンプ等に流れ込み、悪影響を与えることを防ぐことができるという効果を発揮するものであるので、第１の原料ガスが反応性の高いガスである場合に、特に顕著に本発明の効果を奏することができる。
【００９２】
また、上述した例では、第１の原料ガスや第２の原料ガスの原料が液体であるものを例示したが、各原料ガスの原料は、固体でも気体でもよい。固体及び液体の場合には、気化器等を設けて原料ガスを生成すればよい。
【００９３】
そして、上述した例では、キャリアガスを供給したが、キャリアガスを用いないでも良い。しかしながら、ガス供給径路や内チャンバー内に一方の原料ガスが残留していると、他方の原料ガス等と反応して、内チャンバーへの原料ガスの供給量が変動したり、また、ガス供給径路や内チャンバーが汚染したりするなどの原因となるため、キャリアガスを常に流すことが好ましい。
【００９４】
さらに、上述した例においては、第１の原料ガスの供給手段をバッファタンク５１ｄを備えた構造としたが、バッファタンク５１ｄを用いなくてもよく、例えばバルブやマスフローコントローラーを用いてもよい。しかしながら、上述したように内チャンバー１２への安定した供給量、原料の利用効率や構成部材の故障等を考慮すると、バッファタンク５１ｄを用いる構造が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明によれば、吸着／反応した後の原料ガスの排出時間を短縮し、原料ガスの置換効率、原料ガスの利用効率を高めると共に、処理対象物以外に付着した薄膜の処理を容易にする真空成膜装置及び成膜方法を提供できるので、薄膜を形成することが必要な技術分野で利用できる。
【符号の説明】
【００９６】
１ 真空成膜装置 １１ 外チャンバー
１１ａ 天板 １２ 内チャンバー
１２ａ 天板 １２ｂ 底壁
１３ ゲートバルブ １４ 搬送室
１５ ガスノズル １６ 支持部材
１７、１７ａ、１７ｂ 上部防着板 １８、１９ 下部防着板
２０ 側壁防着板 ４１ トラップ
４２ 外筒部材 ４３ 第１のガス導入口
４４ 蓋部材 ４５ 底部材
４６ 内筒部材 ４７ 第２のガス導入口
４８ ガス拡散室 ４９ 原料ガス排出口
５１ 第１ガス供給系 ５１ａ 第１原料容器
５１ｂ、５１ｃ、５１ｅ バルブ ５１ｄ バッファタンク
５２ 第２ガス供給系 ５２ａ 第２原料容器
５２ｂ、５２ｃ、５２ｅ バルブ ５２ｄ マスフローコントローラー
５３ 供給系 ５３ａ 不活性ガス源
５３ｂ、５３ｄ バルブ ５３ｃ マスフローコントローラー
５４ 供給系 ５４ａ、５４ｃ バルブ
５４ｂ マスフローコントローラー ５５ 第３ガス供給系
５５ａ バルブ ５６ 排出・排気系
５６ａ バルブ ５７ 圧力調整用バルブ
５８ 真空ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空成膜装置及び成膜方法に関し、特に二重構造チャンバーにより構成されている真空成膜装置及びこの真空成膜装置を用いた成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
反応室内に複数の原料ガスを交互に供給して処理対象物上に種々の薄膜を形成する手法の一例として、ＡＬＤ法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このＡＬＤ法は、例えば、反応室内に２種類の原料ガスを交互にパルス的に供給し、処理対象物表面での反応により、反応室内の支持ステージ上に載置された処理対象物上に成膜を行うものである。すなわち、１種類の原料ガスが処理対象物上で吸着されている状態で、この原料ガスと反応する別の原料ガスを供給することにより、二つの原料ガスが互いに接触して反応し、所望の薄膜を形成する。その際、原料ガスを吸着させた後、吸着しなかった原料ガスを排出し、次いで別の原料ガスを供給して吸着した原料ガスと反応させ、次いで反応しなかったこの別の原料ガスを排出するという操作を繰り返して行って、所望の膜厚を有する薄膜を形成する。原料ガスの材料としては、固体、液体、気体状態のいずれでも使用することができ、通常、窒素、アルゴン等のような不活性ガスからなるキャリアガスと共に供給される。
【０００４】
従って、このようなＡＬＤ法を行う真空成膜装置では、加熱手段を備えた処理対象物の支持ステージを設けると共に、ステージに対向して原料ガス導入手段を装置の天井部に配置しているのが通常である。例えば、２種類の原料ガスを、ガス導入手段を介して時間差をつけて装置内へ供給し、一方のガスの吸着工程と吸着したガスと他方のガスとの反応工程とを繰り返して行い、所定の膜厚を有する薄膜を形成するように構成されている装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、このようなＡＬＤ装置は、その容積や、装置内部の表面積が大きいため、吸着／反応した後の原料ガスを排出するのに時間がかかり、原料ガスの置換効率、原料ガスの利用効率が低いという問題がある。
【０００６】
なお、ＡＬＤ装置では、例えば反応室の下流側に、圧力調整バルブや真空ポンプを設けて、装置内部を所定の圧力に設定できるようにしているが、反応室から排出される原料ガスがこの圧力調整バルブや真空ポンプを劣化させてしまうという問題がある。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を成膜する場合、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びＨ２Ｏガスを用いるが、このＴＭＡは反応性が高いため、圧力調整バルブや真空ポンプ内に存在する水分等と反応してしまい、この生成物が圧力調整バルブ及び真空ポンプの故障や汚染の原因を形成するという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０１０８８８号公報
【特許文献２】特開２００３−３１８１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、ＡＬＤ装置である真空成膜装置の反応室の容積や、反応室内部の表面積を小さくし、吸着／反応した後の原料ガスの排出時間を短縮し、原料ガスの置換効率、原料ガスの利用効率を高めると共に、処理対象物以外に付着した薄膜の処理を容易にすることができる真空成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【０００９】
また、反応室の下流側に設けた圧力調整バルブや真空ポンプの劣化を防止することができる真空成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の真空成膜装置は、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上で原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置であって、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、内チャンバー内に原料ガスを供給するガスノズルが処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられており、内チャンバー内に載置される処理対象物上で成膜されるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
第１の真空成膜装置において、内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、ガスノズルの周辺下部及び支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、そして内チャンバーの側壁にも側壁防着板が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
第１の真空成膜装置において、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板を開閉せしめる機構を備えていることを特徴とする。
【００１３】
第１の真空成膜装置において、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を備えていることを特徴とする。
【００１４】
第１の真空成膜装置において、複数の原料ガスのうちの少なくとも１種のガスを供給する供給手段の途中に、この原料ガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
第１の真空成膜装置において、複数の原料ガスがトリメチルアルミニウムガス及びＨ２Ｏガスの組み合わせであり、このトリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第２の真空成膜装置は、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互にパルス的に反応室に供給し、反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上で第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応により成膜する真空成膜装置であって、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、内チャンバー内に第１の原料ガス及び第２の原料ガスを供給するガスノズルが処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられており、第１の原料ガスを供給する供給手段の途中にこの原料ガスを充填されるバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
第２の真空成膜装置において、内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、ガスノズルの周辺下部及び支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、そして内チャンバーの側壁にも側壁防着板が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
第２の真空成膜装置において、内チャンバー内のガスの排出径路には、成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスが導入されるトラップが設けられ、このトラップには、さらに第２の原料ガスの供給源からその原料ガスの一部が導入されるように構成されており、また、トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び排気系がこの順番で設けられていることを特徴とする。
【００１９】
第２の真空成膜装置において、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板を開閉せしめる機構を備えていることを特徴とする。
【００２０】
第２の真空成膜装置において、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を備えていることを特徴とする。
【００２１】
第２の真空成膜装置において、第１の原料ガスがトリメチルアルミニウムガス、第２の原料ガスがＨ２Ｏガスであり、このトリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の成膜方法は、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互にパルス的に反応室である内チャンバーに供給して、第１の原料ガスの供給と吸着と排出及び第２の原料ガスの供給と吸着した原料ガスとの反応と排出とを繰り返し実施し、内チャンバー内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上に成膜する方法であって、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた内チャンバー内の支持ステージ上に処理対象物を載置し、処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられているガスノズルから第１の原料ガス及び第２の原料ガスを内チャンバー内に交互にパルス的に供給して処理対象物上でこの２種のガスを反応させて成膜し、その際に、第１の原料ガスの供給を、第１の原料ガスの供給手段の途中に設けられたバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するようにして実施し、また、内チャンバー内の成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスを、内チャンバーの下流に設けられたトラップ内に導入すると共に、第２の原料ガスの供給源からこのガスの一部をこのトラップ内に導入して、成膜に寄与しなかった第１の原料ガスとトラップ内に導入された第２の原料ガスとを反応させて、成膜に寄与しなかった第１の原料ガスを処理することを特徴とする。
【００２３】
本発明の成膜方法において、第１の原料ガスとしてトリメチルアルミニウムガス、第２の原料ガスとしてＨ２Ｏガスを使用することが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、吸着／反応した後の原料ガスの排出時間を短縮し、原料ガスの置換効率、原料ガスの利用効率を高めると共に、処理対象物以外に付着した薄膜の処理を容易にすることができるという効果を奏する。
【００２５】
また、反応室である内チャンバーの下流側に設けた真空ポンプやバルブの劣化を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の真空成膜装置の一構成例を模式的に示す断面図であり、成膜操作中の状態を示す。
【図２】本発明の真空成膜装置の一構成例を模式的に示す断面図であり、処理対象物を搬入・搬出する際の状態を示す。
【図３】本発明における内チャンバー内に設ける防着板の構成を模式的に示す構成図であり、（ａ）はその断面図であり、（ｂ）はその平面図であり、（ｃ）は別の下部防着板の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明におけるトラップの一構成例を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の真空成膜装置と第１の原料ガス及び第２の原料ガスの供給手段及び排出手段等の流路とを組み合わせた成膜システム（本発明ではこのシステムも成膜装置と称する）の一構成例として、真空成膜装置へ供給される原料ガスシーケンスを説明するための模式図である。
【図６】本発明における内チャンバーへ供給されるガスシーケンスを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、実施の形態の概要を説明し、次いで個々の構成要素について詳細に説明する。本発明では、成膜装置本体も、また、この成膜装置本体がガス供給系等を備えた成膜システムも成膜装置と称する。
【００２８】
本発明に係る真空成膜装置の第一の実施の形態によれば、この真空成膜装置は、真空排気系を備え、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室である内チャンバーに供給し、内チャンバー内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上で原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置であって、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、内チャンバー内に原料ガスを供給するガスノズルは、そのガス導入方向が処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられて、内チャンバー内に載置される処理対象物上で成膜されるように構成されており、また、内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、そしてガスノズルの周辺下部及び支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、内チャンバーの側壁にも側壁防着板が設けられていると共に、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を備えてなり、複数の原料ガスのうちの少なくとも１種のガスを供給する供給手段の途中に、この原料ガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されている。
【００２９】
上記した処理対象物の裏面に設けられている下部防着板は、例えば、その中央部分がくり抜かれた構造を有し、処理対象物の裏面の少なくとも周縁部近傍に設けられていても良いし、又はその中央部分がくり抜かれていない構造を有し、その寸法が処理対象物の裏面の寸法と同じでも、該裏面の寸法より大きくてもよい。以下同じ。
【００３０】
上記複数の原料ガスがトリメチルアルミニウムガス及びＨ２Ｏガスの組み合わせである場合、このトリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されている。
上記の真空排気系は、内チャンバーと外チャンバーとを所望の圧力に真空排気できるように、所望の位置に設けられていればよく、両チャンバーを一つの真空排気系で排気しても、それぞれのチャンバーを独立の真空排気系で排気してもよい。
【００３１】
本発明に係る真空成膜装置の第二の実施の形態によれば、この真空成膜装置は、真空排気系を備え、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互にパルス的に反応室である内チャンバーに供給し、内チャンバー内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上で第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応により成膜する真空成膜装置であって、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、内チャンバー内に第１の原料ガス及び第２の原料ガスを供給するガスノズルは、そのガス導入方向が処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられて、内チャンバー内に載置される処理対象物上で成膜されるように構成されており、内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、ガスノズルの周辺下部及び支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、そして内チャンバーの側壁に側壁防着板が設けられており、内チャンバー内のガスの排出径路の下流側には、成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスが導入されるトラップが設けられ、このトラップは、さらに第２の原料ガスの供給源からその原料ガスの一部が導入されるように構成されており、また、トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び排気系がこの順番で設けられており、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を備えてなり、さらに第１の原料ガスを供給する供給手段の途中にこの原料ガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されている。
【００３２】
上記第二の実施の形態において、２種の原料ガスがトリメチルアルミニウムガスとＨ２Ｏガスとの組み合わせである場合、このトリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されている。
【００３３】
上記第二の実施の形態において、真空排気系は、内チャンバーと外チャンバーとを所望の圧力に真空排気できるように、所望の位置に設けられていればよく、両チャンバーを一つの真空排気系で排気しても、それぞれのチャンバーを独立の真空排気系で排気してもよい。
【００３４】
この真空成膜装置を使用する際に使用され得る原料ガスの原材料として、例えば第１原料ガスとしてトリメチルアルミニウムガス、第２の原料ガスとしてＨ２Ｏガスを使用することが好ましい。
【００３５】
本発明に係る成膜方法の実施の形態によれば、この成膜方法は、第１の原料ガス（例えば、トリメチルアルミニウムガス）と第２の原料ガス（例えば、Ｈ２Ｏガス）とを交互にパルス的に内チャンバーに供給して、第１の原料ガスの供給と吸着と排出及び第２の原料ガスの供給と吸着した原料ガスとの反応と排出とを繰り返し実施し、内チャンバー内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上に成膜する方法であって、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた内チャンバー内の支持ステージ上に処理対象物を載置し、処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられているガスノズルから第１の原料ガス及び第２の原料ガスを内チャンバー内に交互に供給して処理対象物上でこの２種のガスを反応させて成膜し、その際に、第１の原料ガスの供給を、第１の原料ガスの供給手段の途中に設けられたバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するようにして実施し、また、内チャンバー内の成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスを、内チャンバーの下流に設けられたトラップ内に導入すると共に、第２の原料ガスの供給源からこのガスの一部をこのトラップ内に導入して、成膜に寄与しなかった第１の原料ガスとトラップ内に導入された第２の原料ガスとを反応させて、成膜に寄与しなかった第１の原料ガスを処理することからなる。
【００３６】
上記原料ガスとしては、トリメチルアルミニウムガスとＨ２Ｏガスとの組み合わせ以外に、トリメチルアルミニウムと酸素又はオゾンとの組み合わせ等を挙げることができる。
【００３７】
支持ステージを昇降自在にするためには、公知の昇降機構を設ければよく、例えば、ステージの下面にリフトを設ければよい。
【００３８】
処理対象物としては、特に限定はなく、通常、ＡＬＤ法やＣＶＤ法で用いる処理対象物は全て使用でき、処理対象物上に薄膜が形成されているものでも、形成されていないものでもよい。
【００３９】
外チャンバーは、公知のＡＬＤ装置の外壁を構成する材質で構成されていればよく、その天板はモーターなどの駆動装置により開閉自在に構成されている。
【００４０】
反応室である内チャンバーでは、複数の原料ガスが交互にパルス的に供給され、内チャンバー内に載置されている処理対象物上で反応を生じせしめ、所望の膜厚の薄膜を形成する。この内チャンバーの天板も外チャンバーの天板と同様に開閉自在に構成されており、真空成膜装置のメンテナンスの際に、上記外チャンバー及び内チャンバーの各天板を開放して、装置内のクリーニングや、防着板及びガスノズルの取り替え等ができるようになっている。なお、内チャンバーの天板は、昇降自在に構成され、それによって処理対象物の搬送ができる。
【００４１】
本発明の真空成膜装置は、上記したように、外チャンバーと内チャンバーとからなる二重構造チャンバーにより構成されており、これにより、反応室である内チャンバーの容積を小さくすることができ、例えば、内チャンバーの底面と天板との間を２ｍｍ以上１ｃｍ以下の距離とすることができる。
【００４２】
複数の原料ガスを供給するガスノズルは、そのガス導入方向が処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられていれば良く、そのノズルの形状は特に制限はなく、各原料ガスが処理対象物の上に一様に流れ得るように構成されている。
【００４３】
内チャンバーの天板の内側の壁面には上部防着板が設けられ、かつガスノズルの周辺下部及び支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、内チャンバーの側壁にも側壁防着板が設けられている。この防着板は、原料ガスの反応により生成される薄膜が内チャンバーの内壁やガスノズル周辺に付着しないようにするために設けるものであり、真空成膜装置のメンテナンスの際に、ガスノズルや、これらの防着板を取り替えることができる。外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を駆動せしめて、各天板を開き、取り替えればよい。
【００４４】
次に、上記した真空成膜装置について、二重構造チャンバーを主体に、本発明による真空成膜装置の側断面の概略を示す模式図である図１及び図２、並びに内チャンバー内に設ける防着板の構成を模式的に示す断面図及び平面図である図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図１は成膜操作中の真空成膜装置の状態を示し、図２は処理対象物を搬入・搬出する際の真空成膜装置の状態を示す。これらの図において、同じ構成要素は同じ参照番号を付けてある。
【００４５】
図１及び２において、真空成膜装置１は、その外壁で構成されている外チャンバー１１と、その内部の下方部分に設置されている内チャンバー（反応室）１２と、外チャンバー１１の側壁にゲートバルブ１３を介して設けられた処理対象物Ｓの搬送室１４とを備えている。真空成膜装置１は、外チャンバー１１及び内チャンバー１２のそれぞれの天板１１ａ及び１２ａを開閉せしめるためのモーター等の駆動機構（図示せず）を備えている。
【００４６】
内チャンバー１２は、天板１２ａと底壁１２ｂとから構成されており、天板１２ａと底壁１２ｂとの間隔は、反応が起きる範囲内であればよく、できるだけ小さくすることが好ましい。真空成膜装置１を二重構造としたことにより内チャンバー１２の容積を小さくし、その内表面積を小さくすることが可能となった。
【００４７】
内チャンバー１２の天板１２ａは昇降自在に構成されており、この天板１２ａが外チャンバー１１内の、内チャンバー１２の上方空間内に上昇して、搬送室１４から処理対象物Ｓを内チャンバー１２内に搬入及び搬出することができるように構成されている。内チャンバー１２内に処理対象物Ｓを搬入して、支持部材１６上に載置した後、天板１２ａを下降せしめて閉じた状態で、複数の原料ガス供給手段（図示せず）を介してガスノズル１５から内チャンバー内に各原料ガスを交互にパルス的に供給するように構成されている。このガスノズルの形状は特に制限はなく、各原料ガスが均一に処理対象物Ｓ表面に供給されるようなものであればよい。
【００４８】
図１に示す内チャンバー１２の内部には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、天板１２ａのチャンバー内側に上部防着板１７、下部防着板１８及び１９、及び側壁防着板２０がボルト等で固定されて設けられている。上部防着板１７は一枚のものであっても、分割されたものであってもよく、分割されたものの場合は、処理対象物Ｓの上部に設ける上部防着板１７ａとノズル周辺の上部に設ける上部防着板１７ｂとに分割されたものであってもよい。防着板を分割するのは、ガスノズル周辺の汚れ（膜付着）が特にひどく、厚い膜が形成され易いので、ガスノズル周辺の防着板だけを交換できるようにするためである。下部防着板１８はガスノズル周辺であって、内チャンバー１２の底壁１２ｂの上に設けられ、下部防着板１９は、内チャンバー１２内に載置される処理対象物Ｓの裏面の少なくとも周縁部近傍に設けられている。原料ガスは処理対象物Ｓの裏面に回り込み、裏面周縁が汚れ易いことから、下部防着板１９を設けるのである。この下部防着板１８及び１９も独立して交換できる構造とすることが好ましい。さらに、ガスノズル１５自体も独立して交換できる構造とすることが好ましい。下部防着板１８及び１９は、その中央部分がくり抜かれた構造を有している。
【００４９】
上記処理対象物Ｓは、支持ステージとしての支持部材（リフト）１６上に載置され、成膜工程中には内チャンバー１２の底壁１２ｂに載置され、成膜工程が終わって処理対象物Ｓを搬送する際には、天板１２ａの上昇と共に支持部材１６を上昇せしめ、処理対象物を搬送室１４へ搬送できるように構成されている。
【００５０】
真空成膜装置１には、図示していないが、内チャンバー１２の天板１２ａ及び／又は底壁１２ｂ内にヒータ等の加熱手段が埋め込まれて、処理対象物の温度を設定できるように構成されている。
【００５１】
上記内チャンバー１２内へ供給する原料ガスのうちの少なくとも１種のガスを供給する供給手段の途中に設けられるバッファタンク（図示せず）は、このバッファタンク内に充填された１サイクルで用いる所定量の原料ガスをガスノズル１５から内チャンバー内に供給するように構成されている。一定量の原料ガスを再現性良く、かつ正確に、等量で供給でき、そのため、原料ガスの利用効率も高い。また、バッファタンクは単なる容器であるため、故障も少ないという利点がある。このバッファタンクの上流側には、バッファタンクへの原料ガスの供給量をモニターするための真空計が設けられている。
【００５２】
例えば、複数の原料ガスがトリメチルアルミニウムガス及びＨ２Ｏガスの組み合わせである場合、このトリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されている。
【００５３】
上記したようなバッファタンクを用いない場合、例えば、バルブのみで原料ガスの供給量を制御する構造とした場合、バルブの開閉操作に要する時間が内チャンバー１２への原料ガスの供給量に影響を与えてしまうという問題がある。また、マスフローコントローラーのみで原料ガスの供給量を制御する構造とした場合、マスフローコントローラーの故障が多いという問題や、流量の安定化のために原料ガスの一部を系外へ排出する必要が生じ、原料ガスの利用効率が悪くなるという問題もある。しかしながら、本発明のように、バッファタンクを用いて原料ガスを内チャンバーに供給する構造とすれば、上記したバルブのみやマスフローコントローラーのみを用いた場合に生じる問題もない。
【００５４】
図３（ａ）に示した下部防着板１９の代わりに、図３（ｃ）に示す下部防着板２１を設けても良い。図３（ｃ）において、ガスノズル１５、上部防着板１７（１７ａ、１７ｂ）、下部防着板１８、側壁防着板２０、及び処理対象物Ｓは、図３（ａ）との関係で説明したものと同じである。下部防着板２１は、内チャンバー１２内に載置される処理対象物Ｓの裏面全体（基板の寸法と同じであっても、基板の寸法より大きくても良い）に設けられ、その中央部分がくり抜かれていない構造を有している。この下部防着板２１も独立して交換できる構造とすることが好ましい。
【００５５】
本発明に係る真空成膜装置の上記した第二の実施の形態によれば、内チャンバー１２内に存在するガスの排出径路に、成膜に寄与しなかった原料ガスが導入されるトラップが設けられる。このトラップには、さらに第２の原料ガスの供給源からその原料ガスの一部が導入されるように構成されており、また、トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び真空ポンプからなる排気系がこの順番で設けられてなる。
【００５６】
この圧力調整用バルブは、例えば、内チャンバー内の圧力を制御するものであり、トラップのコンダクタンス変化に対応するものである。
【００５７】
上記したように外チャンバー１１及び内チャンバー１２のそれぞれの天板１１ａ及び１２ａに取り付けられたモーターの動作は、以下の通りである。
・処理対象物搬送時：内チャンバー１２のみを開閉し、ヒータ等の加熱手段はＯＮのままである。内チャンバー１２を開く前に内チャンバー１２内をパージする。
・メンテナンス時：ヒータ等の加熱手段をＯＦＦにし、その後内チャンバー１２を開け、外チャンバー１１内をパージし、その後外チャンバー１１を開ける。
【００５８】
上記トラップについて、トラップの一構成例を模式的断面図として示す図４を参照して以下説明する。
【００５９】
トラップ４１の形状には特に限定はなく、内チャンバー１２から排出される第１の原料ガス（例えば、トリメチルアルミニウムガス等）と、内チャンバー１２から排出される第２の原料ガス（例えば、Ｈ２Ｏガス等）及び第２の原料ガスの供給源から内チャンバー１２を経由せずに直接導入されるその原料ガスの一部とが接触して反応する構造とすればよい。トラップ４１は、円筒状の外筒部材４２と、内チャンバー１２から排出された第１の原料ガス及び第２の原料ガスが導入される第１のガス導入口４３が設けられた蓋部材４４と、底部材４５とからなる。この円筒状の外筒部材４２の内部には、円筒状の内筒部材４６が蓋部材４４及び底部材４５に直接的に接触しないように設けられている。また、外筒部材４２の上部側壁には、上記第２の原料ガスの一部を導入する第２のガス導入口４７が設けられている。さらに、外筒部材４２と内筒部材４６との間には、その上部に設けられた第２のガス導入口４７に連絡してラビリンス形状（迷路形状）のガス拡散室４８が設けられている。第２のガス導入口４７から導入された第２の原料ガスは、ガス拡散室４８を経て内筒部材４６の内部に向かって流れ、内筒部材４６の全体に一様に拡散するようになる。上記外筒部材４２の側壁には、内筒部材４６を経由した第２の原料ガスが排出される原料ガス排出口４９が設けられている。トラップ４１には、第１の原料ガスと第２の原料ガスとが反応して生成した反応生成物（トリメチルアルミニウムガス及びＨ２Ｏガスを使用する場合には、酸化アルミニウム）が原料ガス排出口４９から排出されてしまうのを防止するために、原料ガス排出口４９の上流側にフィルターを備えていることが好ましい。この原料ガス排出口４９は圧力調整バルブを介して真空ポンプへ接続している。
【００６０】
上記トラップ４１では、図４の矢印Ａに示すように、内チャンバー１２から排出された第１の原料ガス及び第２の原料ガスが、交互にガス導入口４３から外筒部材４２内に設けられた内筒部材４６内に導入され、また、図４の矢印Ｂに示すように、第２の原料ガスの一部が、内チャンバー１２を経由せずに直接第２のガス導入口４７からガス拡散室４８を介して内筒部材４６内へ導入され、この内筒部材４６内で第１の原料ガスと第２の原料ガスとが反応し、反応生成物を形成した後、原料ガス排出口４９から排出される。
【００６１】
具体的には、第１のガス導入口４３から第１の原料ガスがトラップ４１内に導入されている時は、第２のガス導入口４７から第２の原料ガスの一部が導入されるように構成されているので、内筒部材４６内で第１の原料ガスと第２の原料ガスが接触されて反応する。また、第１のガス導入口４３から第２の原料ガスがトラップ４１内に導入されている時は、第２のガス導入口４７からは第２の原料ガスの一部は導入されないように構成されているので、第２の原料ガスはそのまま原料ガス排出口４９から排出される。
【００６２】
なお、第２の原料ガスの一部を、内チャンバーを経由せずに直接トラップに導入する構造を採用しないと、内チャンバー１２から排出された第１の原料ガス及び第２の原料ガスがトラップ４１に交互に導入されるだけであり、第１の原料ガスと第２の原料ガスとはトラップ４１内で常時接触することはなく、導入時間にタイムラグがあるため、本発明の目的を達成することが困難である。本発明においては、内チャンバー１２から排出された第１の原料ガスがトラップ４１へ導入される時には、第２の原料ガスの一部がトラップ４１に導入されているので、第１の原料ガスと第２の原料ガスとをトラップ４１内で効率よく反応させ、処理することができる。
【００６３】
次に、図１及び２に示す真空成膜装置と第１の原料ガス及び第２の原料ガスの供給手段及び排出手段とを組み合わせた一構成例において、真空成膜装置へ供給される原料ガスシーケンスを示す図５を参照して詳細に説明する。図５中、図１、２及び３、４と同じ構成要素については、同じ参照番号を付し、説明の便宜上、図１〜４中の参照番号を用いて説明する。
【００６４】
図５に示すように、真空成膜装置１は、図示していないが、処理対象物Ｓが載置される支持ステージが設けられた内チャンバー１２を備えている。この内チャンバー１２の底壁１２ｂには、第１の原料ガスを供給する第１ガス供給系５１及び第２の原料ガスを供給する第２ガス供給系５２が接続されている。
【００６５】
第１ガス供給系５１は、第１の原料ガスの原料が入った第１原料容器（原料ガス供給源）５１ａと内チャンバー１２とを連結するガス供給系であり、上流側から順に、バルブ５１ｂ、バルブ５１ｃ、第１の原料ガスを充填するバッファタンク５１ｄ、及びバルブ５１ｅが接続されており、さらにバルブ５１ｅと内チャンバー１２との間には、必要に応じて逆流防止弁（図示せず）が設けられていても良い。また、バッファタンク５１ｄの上流側には、バッファタンク５１ｄへの第１の原料ガスの供給量をモニターするための真空計が設けられている。この場合、第１原料容器５１ａ及び第２原料容器５２ａは、用いる原材料が固体又は液体の場合には、この原材料をガス化せしめる気化器等の装置（図示せず）を備えていてもよい。
【００６６】
第１ガス供給系５１との関係で、第１の原料ガス用のキャリアガスとして用いる窒素やアルゴン等の不活性ガスの供給系５３が、バルブ５１ｅを経て内チャンバー１２へ第１の原料ガスを供給する径路に接続されている。この不活性ガスの供給系５３は、不活性ガス源５３ａと内チャンバー１２との間に、上流側から順に、バルブ５３ｂ、不活性ガスの流量を調整するマスフローコントローラー５３ｃ、及びバルブ５３ｄが接続されている。
【００６７】
第２ガス供給系５２は、第２の原料ガスの原料が入った第２原料容器５２ａと内チャンバー１２とを連結する供給系であり、上流側から順に、バルブ５２ｂ、バルブ５２ｃ、第２の原料ガスの流量を調整するマスフローコントローラー５２ｄ、及びバルブ５２ｅが接続されている。
【００６８】
第２ガス供給系５２との関係で、第２の原料ガス用のキャリアガスとして用いる窒素やアルゴン等の不活性ガスの供給系５４が、バルブ５２ｅを経て内チャンバー１２へ第２の原料ガスを供給する径路に接続されている。この不活性ガスの供給系５４は、不活性ガス源５３ａと内チャンバー１２との間に、上流側から順に、バルブ５４ａ、不活性ガスの流量を調整するマスフローコントローラー５４ｂ、及びバルブ５４ｃが接続されている。
【００６９】
なお、図５においては、同一の不活性ガス源５３ａから、第１ガス供給系５１の第１の原料ガス及び第２ガス供給系５２の第２の原料ガスのためのキャリアガスを流す構成にしてあるが、勿論異なる不活性ガス源からそれぞれのガス供給系５１、５２に流す構成としてもよい。
【００７０】
また、マスフローコントローラー５２ｄとバルブ５２ｅとの間のガス径路で第２ガス供給系５２を分岐せしめて、トラップ４１に第２の原料ガスの一部を供給する第３ガス供給系５５を設ける。第３ガス供給系５５には、バルブ５５ａが介設されている。
【００７１】
内チャンバー１２の底壁１２ｂには、成膜に寄与しない第１の原料ガス及び第２の原料ガス、すなわち、吸着や反応しない第１の原料ガス及び第２の原料ガスを排出するための、また、真空成膜装置１内を排気するための排出・排気系５６が設けられ、内チャンバー１２側から順に、バルブ５６ａ、トラップ４１、真空成膜装置１内の圧力を調整する圧力調整用バルブ５７、及びドライポンプのような真空ポンプ５８が設けられている。例えば、外チャンバだけを排気するために、真空成膜装置１からバルブを介して直接真空ポンプ５８へ接続してもよい。
【００７２】
なお、第１の原料ガス及び第２の原料ガスが液化しないように、第１の原料ガス及び第２の原料ガスの流路には、ヒータ等の温度制御手段（図示せず）が設けられている。場合によっては、温度を調整するために冷却手段を設けてもよい。
【００７３】
また、上記したバルブの開閉はすべて、自動制御されている。バッファタンク５１ｄの上流側及び下流側にそれぞれ設けられたバルブ５１ｃ及び５１ｅ、並びに第２の原料ガスのマスフローコントローラー５２ｄの下流側に設けられたバルブ５２ｅ及び５５ａは、開閉の頻度が高いため、高耐久性バルブを用いることが好ましい。
【００７４】
上記したように、内チャンバー１２の下流側にトラップ４１を設け、このトラップ４１に第２の原料ガスの一部が内チャンバー１２を経由せずに供給される構造の真空成膜装置１としてあるので、第１の原料ガスが圧力調整用バルブ５７や真空ポンプ５８に流れ込むことが抑制され、この圧力調整用バルブ５７及び真空ポンプ５８の劣化を抑制することができる。
【００７５】
本発明の真空成膜装置１を用いて、第１の原料ガス及び第１の原料ガスと反応する第２の原料ガスを用いて処理対象物Ｓ上に成膜する方法の一例を以下に示す。本発明では、窒素等の不活性ガスは、成膜中、常に供給されるようにしてある。
【００７６】
まず、トリメチルアルミニウム等の第１の原料ガスの所定量をバッファタンク５１ｄに充填する。
【００７７】
次いで、内チャンバー１２にバッファタンク５１ｄ内の第１の原料ガスを供給して、処理対象物Ｓの表面に第１の原料ガスを吸着させる。
【００７８】
第１の原料ガスをバッファタンク５１ｄに充填している時、第１の原料ガスをバッファタンク５１ｄから内チャンバー１２に供給している時、及び第１の原料ガスを内チャンバー１２から排出している時は、Ｈ２Ｏガス等の第２の原料ガスは、第２原料容器５２ａから内チャンバー１２へ供給せず、トラップ４１に供給するようにする。この第２の原料ガスの流量は、マスフローコントローラー５２ｄにより調整する。
【００７９】
上記したように処理対象物Ｓの表面に第１の原料ガスを吸着させた後、バルブ５１ｅを閉じ、バルブ５６ａを開けて、処理対象物Ｓに吸着しなかった第１の原料ガスを内チャンバー１２から排出する。この時、不活性ガスの供給系５３を経由して不活性ガスが内チャンバー１２に供給されているので、不活性ガスにより第１の原料ガスが押し出され、第１の原料ガスを内チャンバー１２からすみやかに排出することができる。排出された第１の原料ガスは、トラップ４１に導入される。第１の原料ガスがトラップ４１に導入される時、すなわち第１の原料ガスが内チャンバー１２から排出されている時は、第２の原料ガスの一部が第３ガス供給系５５を経てトラップ４１に供給されているので、若干のタイムログはあるが、トラップ４１内で第１の原料ガスと第２の原料ガスとが接触等して反応する。例えば、第１の原料ガスとしてトリメチルアルミニウムガスを用い、第２の原料ガスとしてＨ２Ｏガスを用いた場合は、酸化アルミニウムの固形物が生じ、トラップ４１内に残留する。従って、トリメチルアルミニウム等の第１の原料ガスがさらに下流側の圧力調整用バルブ５７及び真空ポンプ５８に流れ込むことが抑制されて、第１の原料ガスが圧力調整用バルブ５７及び真空ポンプ５８に流れ込むことにより生じる故障や汚染等の劣化が抑制できる。
【００８０】
上記第１の原料ガスの吸着・排出が終了した後、内チャンバー１２にＨ２Ｏガス等の第２の原料ガスを供給して、処理対象物Ｓの表面に吸着した第１の原料ガスと反応させる。
【００８１】
上記したように、処理対象物Ｓの表面において第１の原料ガスと第２の原料ガスとを反応させた後、バルブ５２ｅを閉じ、バルブ５６ａを開けて、内チャンバー１２から第２の原料ガスを排出する。この時、不活性ガスの供給系５４を経由して不活性ガスが内チャンバー１２に供給されているので、不活性ガスにより第２の原料ガスが押し出され、第２の原料ガスを内チャンバー１２からすみやかに排出することができる。そして排出された第２の原料ガスは、トラップ４１に導入される。
【００８２】
上記したように処理対象物Ｓの表面に第１の原料ガスを吸着させた後に内チャンバー１２から第１の原料ガスを排出している時、内チャンバー１２に第２の原料ガスを供給している時、処理対象物Ｓの表面において第１の原料ガスと第２の原料ガスとを反応させた後に内チャンバー１２から第２の原料ガスを排出している時には、バルブ５１ｅは閉じたままにしておき、バルブ５１ｂ及び５１ｃを開けることにより、第１の原料ガスを第１原料容器５１ａからバッファタンク５１ｄに導入しておく。バッファタンク５１ｄに第１の原料ガスを導入した後はバルブ５１ｃを閉めておくことにより、一定量の第１の原料ガスを内チャンバー１２に供給する工程を行うことができる。
【００８３】
上記したような内チャンバー１２に第１の原料ガスを供給する工程、内チャンバー１２から第１の原料ガスを排出する工程、内チャンバー１２に第２の原料ガスを供給する工程、及び内チャンバー１２から第２の原料ガスを排出する工程を順に行う操作（１サイクル）を繰り返すことにより、処理対象物Ｓ上に所望の膜厚の薄膜を形成することができる。
【００８４】
上述した内チャンバー１２へ供給される原料ガスのシーケンスを図６に示す。第１の原料ガスとしてＴＭＡガスを、また、第２の原料ガスとしてＨ２Ｏガスを、キャリアガスの不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ２ガス）を例示している。ベースラインは原料ガス及びキャリアガスの供給されていない状態を示し、図面上、ベースラインから上に上がっている上方の線の時はガスが供給されている状態を示す。図６において、Ｎ２ガス供給源から供給されＴＭＡのキャリアガスであるＮ２を「Ｎ２（ＴＭＡ）」と表記し、Ｈ２ＯガスのキャリアガスであるＮ２を「Ｎ２（Ｈ２Ｏ）」と表記する。また、バッファタンク５１ｄに導入される第１の原料ガスのシーケンス（「ＴＭＡ（バッファタンク）」と表記する。）、及び内チャンバー１２へ供給されず、第２原料容器５２ａから直接トラップ４１へ供給される第２の原料ガスのシーケンス（「Ｈ２Ｏ（トラップ）」と表記する。）を図６に併せて示す。
【００８５】
また、図６において、（１）がバッファタンク５１ｄから内チャンバー１２に第１の原料ガスを供給する工程、（２）が内チャンバー１２から第１の原料ガスを排出する工程、（３）が内チャンバー１２に第２の原料ガスを供給する工程、（４）が内チャンバー１２から第２の原料ガスを排出する工程を示す。
【００８６】
図６に示すように、内チャンバー１２に第１の原料ガスと第２の原料ガスが交互にパルス的に供給され、内チャンバー１２内に載置された処理対象物Ｓ上で、第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応により成膜される。また、第２の原料ガスが内チャンバー１２に供給されている時以外は、第２の原料ガスはトラップ４１に供給されており、内チャンバー１２から排出される第１の原料ガスは、トラップ４１内で第２の原料ガスと接触し反応する。
【００８７】
なお、図６においては、上記（３）の第２の原料ガスを供給する工程及び（４）の第２の原料ガスを排出する工程で、第１の原料ガスをバッファタンク５１ｄに導入する場合を例示したが、（２）〜（４）の工程の間で第１の原料ガスをバッファタンク５１ｄに導入するようにすればよい。
【００８８】
ところで、第１の原料ガスの内チャンバー１２への供給量（Ｑ）は、バッファタンク５１ｄの容量Ｖ（ｃｃ）、第１原料容器５１ａの圧力Ｐｖ（Ｔ）（Ｔは第１の原料ガスの温度）、大気圧Ｐａｔｍに依存し、例えば、Ｑ＝Ｖ×{Ｐｖ（Ｔ）／Ｐａｔｍ}の関係が成り立つ。そのため、このバッファタンク５１ｄの容量や第１原料容器５１ａの圧力を調整することにより、所望量の第１の原料ガスを内チャンバー１２へ供給することができる。
【００８９】
上述した真空成膜装置１を用いて、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を処理対象物Ｓ上に成膜する条件の一例を以下に示す。なお、下記の条件においては、バッファタンク５１ｄの容量Ｖと処理対象物Ｓの表面積Ｓ（ｃｍ２）とは、Ｖ＝（４×１０−５〜４×１０−４）×{Ｐａｔｍ／Ｐｖ（Ｔ）}×２．５Ｓの関係が成り立つ。
【００９０】
第１の原料ガス：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）
第２の原料ガス：Ｈ２Ｏ
不活性ガス：Ｎ２
Ｎ２流量：各１ＳＬＭ
Ｈ２Ｏ流量：１００ｓｃｃｍ
ＴＭＡの原料容器の温度：２０〜８０℃
Ｈ２Ｏの原料容器の温度：２０〜８０℃
ガス流路系の温度：２０〜８０℃
処理対象物の表面積：８０００ｃｍ２
内チャンバー（成膜エリア）の容量：７７０ｍｍ×９６０ｍｍ×１０ｍｍｔ
内チャンバーの温度：９０〜１５０℃
バッファタンク容量：１４〜１４０ｃｃ
例えば、上記条件で、図６の（１）の工程の時間を２秒、（２）の工程の時間を２０秒、（３）の工程の時間を２秒、及び（４）の工程の時間を２０秒として、成膜することができる。
【００９１】
原料ガスとして２種の第１の原料ガス及び第２の原料ガスを使用する場合は、互いに反応するガスであれば特に限定はない。例えば、上述した第１の原料ガスであるＴＭＡと反応させる第２の原料ガスとしてＨ２Ｏガス以外にも、酸素やオゾン等の酸化剤を挙げることができる。本発明は、第１の原料ガスが内チャンバーの下流側に設けられる圧力調整用バルブや真空ポンプ等に流れ込み、悪影響を与えることを防ぐことができるという効果を発揮するものであるので、第１の原料ガスが反応性の高いガスである場合に、特に顕著に本発明の効果を奏することができる。
【００９２】
また、上述した例では、第１の原料ガスや第２の原料ガスの原料が液体であるものを例示したが、各原料ガスの原料は、固体でも気体でもよい。固体及び液体の場合には、気化器等を設けて原料ガスを生成すればよい。
【００９３】
そして、上述した例では、キャリアガスを供給したが、キャリアガスを用いないでも良い。しかしながら、ガス供給径路や内チャンバー内に一方の原料ガスが残留していると、他方の原料ガス等と反応して、内チャンバーへの原料ガスの供給量が変動したり、また、ガス供給径路や内チャンバーが汚染したりするなどの原因となるため、キャリアガスを常に流すことが好ましい。
【００９４】
さらに、上述した例においては、第１の原料ガスの供給手段をバッファタンク５１ｄを備えた構造としたが、バッファタンク５１ｄを用いなくてもよく、例えばバルブやマスフローコントローラーを用いてもよい。しかしながら、上述したように内チャンバー１２への安定した供給量、原料の利用効率や構成部材の故障等を考慮すると、バッファタンク５１ｄを用いる構造が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明によれば、吸着／反応した後の原料ガスの排出時間を短縮し、原料ガスの置換効率、原料ガスの利用効率を高めると共に、処理対象物以外に付着した薄膜の処理を容易にする真空成膜装置及び成膜方法を提供できるので、薄膜を形成することが必要な技術分野で利用できる。
【符号の説明】
【００９６】
１ 真空成膜装置 １１ 外チャンバー
１１ａ 天板 １２ 内チャンバー
１２ａ 天板 １２ｂ 底壁
１３ ゲートバルブ １４ 搬送室
１５ ガスノズル １６ 支持部材
１７、１７ａ、１７ｂ 上部防着板 １８、１９ 下部防着板
２０ 側壁防着板 ４１ トラップ
４２ 外筒部材 ４３ 第１のガス導入口
４４ 蓋部材 ４５ 底部材
４６ 内筒部材 ４７ 第２のガス導入口
４８ ガス拡散室 ４９ 原料ガス排出口
５１ 第１ガス供給系 ５１ａ 第１原料容器
５１ｂ、５１ｃ、５１ｅ バルブ ５１ｄ バッファタンク
５２ 第２ガス供給系 ５２ａ 第２原料容器
５２ｂ、５２ｃ、５２ｅ バルブ ５２ｄ マスフローコントローラー
５３ 供給系 ５３ａ 不活性ガス源
５３ｂ、５３ｄ バルブ ５３ｃ マスフローコントローラー
５４ 供給系 ５４ａ、５４ｃ バルブ
５４ｂ マスフローコントローラー ５５ 第３ガス供給系
５５ａ バルブ ５６ 排出・排気系
５６ａ バルブ ５７ 圧力調整用バルブ
５８ 真空ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上で該原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置であって、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該原料ガスを供給するガスノズルが該処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられており、該内チャンバー内に載置される該処理対象物上で成膜されるように構成されていることを特徴とする真空成膜装置。
【請求項２】
前記内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、前記ガスノズルの周辺下部及び前記支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、そして該内チャンバーの側壁にも側壁防着板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項３】
前記外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板を開閉せしめる機構を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空成膜装置。
【請求項４】
前記外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空成膜装置。
【請求項５】
前記複数の原料ガスのうちの少なくとも１種のガスを供給する供給手段の途中に、この原料ガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空成膜装置。
【請求項６】
前記複数の原料ガスがトリメチルアルミニウムガス及びＨ２Ｏガスの組み合わせであり、該トリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空成膜装置。
【請求項７】
第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上で該第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応により成膜する真空成膜装置であって、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該第１の原料ガス及び第２の原料ガスを供給するガスノズルが該処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられており、該第１の原料ガスを供給する供給手段の途中にこの原料ガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする真空成膜装置。
【請求項８】
前記内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、前記ガスノズルの下部周辺及び前記支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、そして該内チャンバーの側壁に側壁防着板が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の真空成膜装置。
【請求項９】
前記内チャンバー内のガスの排出径路には、成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスが導入されるトラップが設けられ、このトラップには、さらに第２の原料ガスの供給源からその原料ガスの一部が導入されるように構成されており、また、該トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び排気系がこの順番で設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の真空成膜装置。
【請求項１０】
前記外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板を開閉せしめる機構を備えていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の真空成膜装置。
【請求項１１】
前記外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を備えていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の真空成膜装置。
【請求項１２】
前記第１の原料ガスがトリメチルアルミニウムガスであり、前記第２の原料ガスがＨ２Ｏガスであり、トリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、トリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の真空成膜装置。
【請求項１３】
第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互にパルス的に反応室に供給して、第１の原料ガスの供給と吸着と排出及び第２の原料ガスの供給と吸着した原料ガスとの反応と排出とを繰り返し実施し、反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上に成膜する方法であって、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバー内の該支持ステージ上に処理対象物を載置し、該処理対象物の表面に対して平行になるように該内チャンバー内に設けられているガスノズルから第１の原料ガス及び第２の原料ガスを該内チャンバー内に交互にパルス的に供給して該処理対象物上でこの２種のガスを反応させて成膜し、その際に、第１の原料ガスの供給を、該第１の原料ガスの供給手段の途中に設けられたバッファタンク内に溜められたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するようにして実施し、また、該内チャンバー内の成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスを、該内チャンバーの下流に設けられたトラップ内に導入すると共に、該第２の原料ガスの供給源からこのガスの一部をこのトラップ内に導入して、該成膜に寄与しなかった第１の原料ガスと該トラップ内に導入された該第２の原料ガスとを反応させて、成膜に寄与しなかった第１の原料ガスを処理することを特徴とする成膜方法。
【請求項１４】
前記第１の原料ガスがトリメチルアルミニウムガスであり、第２の原料ガスがＨ２Ｏガスであることを特徴とする請求項１３に記載の成膜方法。
【請求項１】
複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上で該原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置であって、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該原料ガスを供給するガスノズルが該処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられており、該内チャンバー内に載置される該処理対象物上で成膜されるように構成されていることを特徴とする真空成膜装置。
【請求項２】
前記内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、前記ガスノズルの周辺下部及び前記支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、そして該内チャンバーの側壁にも側壁防着板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項３】
前記外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板を開閉せしめる機構を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空成膜装置。
【請求項４】
前記外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空成膜装置。
【請求項５】
前記複数の原料ガスのうちの少なくとも１種のガスを供給する供給手段の途中に、この原料ガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空成膜装置。
【請求項６】
前記複数の原料ガスがトリメチルアルミニウムガス及びＨ２Ｏガスの組み合わせであり、該トリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空成膜装置。
【請求項７】
第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上で該第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応により成膜する真空成膜装置であって、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該第１の原料ガス及び第２の原料ガスを供給するガスノズルが該処理対象物の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられており、該第１の原料ガスを供給する供給手段の途中にこの原料ガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする真空成膜装置。
【請求項８】
前記内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、前記ガスノズルの下部周辺及び前記支持ステージ上に載置される処理対象物の裏面に、それぞれ、下部防着板が設けられ、そして該内チャンバーの側壁に側壁防着板が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の真空成膜装置。
【請求項９】
前記内チャンバー内のガスの排出径路には、成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスが導入されるトラップが設けられ、このトラップには、さらに第２の原料ガスの供給源からその原料ガスの一部が導入されるように構成されており、また、該トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び排気系がこの順番で設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の真空成膜装置。
【請求項１０】
前記外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板を開閉せしめる機構を備えていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の真空成膜装置。
【請求項１１】
前記外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を備えていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の真空成膜装置。
【請求項１２】
前記第１の原料ガスがトリメチルアルミニウムガスであり、前記第２の原料ガスがＨ２Ｏガスであり、トリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、トリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の真空成膜装置。
【請求項１３】
第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互にパルス的に反応室に供給して、第１の原料ガスの供給と吸着と排出及び第２の原料ガスの供給と吸着した原料ガスとの反応と排出とを繰り返し実施し、反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される処理対象物上に成膜する方法であって、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバー内の該支持ステージ上に処理対象物を載置し、該処理対象物の表面に対して平行になるように該内チャンバー内に設けられているガスノズルから第１の原料ガス及び第２の原料ガスを該内チャンバー内に交互にパルス的に供給して該処理対象物上でこの２種のガスを反応させて成膜し、その際に、第１の原料ガスの供給を、該第１の原料ガスの供給手段の途中に設けられたバッファタンク内に溜められたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するようにして実施し、また、該内チャンバー内の成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスを、該内チャンバーの下流に設けられたトラップ内に導入すると共に、該第２の原料ガスの供給源からこのガスの一部をこのトラップ内に導入して、該成膜に寄与しなかった第１の原料ガスと該トラップ内に導入された該第２の原料ガスとを反応させて、成膜に寄与しなかった第１の原料ガスを処理することを特徴とする成膜方法。
【請求項１４】
前記第１の原料ガスがトリメチルアルミニウムガスであり、第２の原料ガスがＨ２Ｏガスであることを特徴とする請求項１３に記載の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１２６９７７（Ｐ２０１２−１２６９７７Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８１０２５（Ｐ２０１０−２８１０２５）
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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