薄膜形成装置および薄膜形成方法
【課題】ＡＬＤにより膜を形成する際、従来の装置のように、基板に形成される薄膜の品質を劣化させることがない、新たな方式の原料ガスの供給を実現する。
【解決手段】薄膜形成装置は、減圧した成膜空間を形成する減圧容器と、原料ガスを成膜空間に供給する原料ガス供給ユニットと、を有する。原料ガス供給ユニットは、原料ガス管と、パージガス管と、原料ガス管とパージガス管とが接続されて原料ガスおよびパージガスを成膜空間に供給するガス供給管とを有する。原料ガス管には、原料ガス管とパージガス管との接続部分から近い順に第１制御バルブと第２制御バルブと、が設けられている。原料ガス供給ユニットは、第２制御バルブを開いて、第１制御バルブと第２制御バルブ間の減圧状態にある原料ガス管内に原料ガスを導入した後、第１制御バルブを開くように制御することにより、原料ガスを、成膜空間に供給する。
【解決手段】薄膜形成装置は、減圧した成膜空間を形成する減圧容器と、原料ガスを成膜空間に供給する原料ガス供給ユニットと、を有する。原料ガス供給ユニットは、原料ガス管と、パージガス管と、原料ガス管とパージガス管とが接続されて原料ガスおよびパージガスを成膜空間に供給するガス供給管とを有する。原料ガス管には、原料ガス管とパージガス管との接続部分から近い順に第１制御バルブと第２制御バルブと、が設けられている。原料ガス供給ユニットは、第２制御バルブを開いて、第１制御バルブと第２制御バルブ間の減圧状態にある原料ガス管内に原料ガスを導入した後、第１制御バルブを開くように制御することにより、原料ガスを、成膜空間に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に薄膜を形成する薄膜形成装置および薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、基板上に原子層単位で薄膜を形成する原子層成長法（以下、省略してＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法という）が薄膜形成方法として注目されている。ＡＬＤ法は、形成しようとする膜を構成する元素を主成分とする２種類のガスを成膜対象基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で薄膜を形成することを複数回繰り返して所望厚さの膜を形成する薄膜形成技術である。例えば、基板上にＡｌ2Ｏ3膜を形成する場合、ＴＭＡ（Tri-Methyl Aluminum）からなる原料ガスとＯを含む酸化ガスが用いられる。また、基板上に窒化膜を形成する場合、酸化ガスの代わりに窒化ガスが用いられる。
【０００３】
ＡＬＤ法は、原料ガスを供給している間に１層あるいは数層の原料ガス成分だけが基板表面に吸着され、余分な原料ガスは成長に寄与しない、いわゆる成長の自己停止作用（セルフリミット機能）を利用する。
【０００４】
ＡＬＤ法は、一般的なＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法と比較して高い段差被覆性と膜厚制御性を併せ持ち、メモリ素子のキャパシタや、「high-kゲート」と呼ばれる絶縁膜の形成への実用化が期待されている。また、３００℃程度の低温で絶縁膜が形成可能であるため、液晶ディスプレイなどのように、ガラス基板を用いる表示装置の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成への適用なども期待されている。
【０００５】
このＡＬＤ法において、例えば、基板に吸着した原料ガスの成分を酸化するとき、酸化ガスを用いてプラズマを発生させる。このとき、プラズマによって酸素ラジカルが生成され、この酸素ラジカルを用いて、基板に吸着した原料ガスの成分を酸化する。
例えば、下記特許文献１には、ＡＬＤ法を用いた薄膜形成装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０９４３４号公報
【０００７】
このようなＡＬＤ法により、微細な凹部でも、高いステップカバレッジで薄膜を埋め込むことが可能となる。
しかし、この装置において、例えば、原料ガスとしてＴＭＡと酸化ガスを用いて、基板に酸化アルミニウムの薄膜を形成するとき、原料ガス供給管内に膜あるいは粉状粒子が付着し、場合によっては、堆積した膜あるいは粉状粒子が剥離して、成膜容器内に進入し、基板に形成される薄膜に異物等を混入させて薄膜の品質を劣化させてしまう場合がある。
【０００８】
図３は、従来の薄膜形成装置の原料ガス供給管を中心に説明する図である。
図３中の装置１００は、減圧容器１０２と、原料ガス供給管１０４と、排気管１０６と、薄膜を形成する基板１０８を載置する基板ステージ１１０と、を有する。
原料ガス供給管１０４には、ＴＭＡガス供給管１１２とパージガス供給管１１４が接続され、ＴＭＡガス供給管１１２にはＴＭＡバルブ弁１１６が、パージガス供給管１１４にはパージガスバルブ弁１１８が設けられている。ＴＭＡバルブ弁１１６を開くことにより、原料ガス供給管１０４はガス状のＴＭＡを減圧容器１０２に供給する。これにより、基板１０８上にＴＭＡの成分が原子単位で吸着する。この後、パージガス供給管１１４から流れるＮ2ガスがパージガスとして減圧容器１０２内に供給される。パージガスは、ガス状のＴＭＡを原料ガス供給管１０４から減圧容器１０２内に効率よく供給させ、かつ、ＴＭＡが成膜空間で効率よく拡散するように機能する。
ＴＭＡガスが減圧容器１０２から排気された後、図示されない反応ガス供給管から減圧容器１０２内に酸化ガスが供給され、基板１０８に吸着されたＴＭＡの成分は酸化される。このとき、酸化ガスは、プラズマあるいは熱を用いて活性化される。
【０００９】
こうして形成された原子単位の厚さで形成された薄膜を成長させるために、ＴＭＡバルブ弁１１６が開かれてＴＭＡガスが再度減圧容器１０２内に供給される。このようにして原子単位の薄膜の形成を繰り返し実行する。しかし、このとき、ＴＭＡガス供給管１１２とパージガス供給管１１４との合流直後の、原料ガス供給管１０４の図中のＲ部分の内表面には、膜あるいは粉状粒子が付着する。この部分の管は、減圧容器１０２に固定され交換できない構成であるため、ＡＬＤを繰り返し行うにつれて、膜厚および粉状粒子の堆積も進行し、場合によっては、堆積した膜の一部や粉状粒子の一部が剥離して、減圧容器１０２内に進入する場合もある。このため、形成される薄膜の品質劣化に繋がるおそれもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、薄膜を形成する際、従来の薄膜形成装置のように、成膜空間が汚染されることがなく、基板に形成される薄膜の品質を劣化させることがない、新たな方式の原料ガスの供給を実現する薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記従来の問題で説明した、原料ガス供給管１０４の内表面に形成され、堆積される膜あるいは粉状粒子は、Ｎ2ガスに混入する水分と原料ガスとが反応してできた反応生成物であることを本願発明者は知見した。この知見に基づいて本願発明にいたっている。
【００１２】
本発明の一態様は、基板に薄膜を形成する薄膜形成装置である。
当該装置は、
減圧した成膜空間を形成する減圧容器と、
原料ガスを前記成膜空間に向けて流す原料ガス管と、パージガスを前記成膜空間に向けて流すパージガス管と、前記原料ガス管と前記パージガス管とが接続されて原料ガスおよびパージガスを前記成膜空間に供給するガス供給管と、前記原料ガス管に、前記原料ガス管と前記パージガス管との接続部分から近い順に第１制御バルブと第２制御バルブとが設けられる原料ガス供給ユニットと、を有する。
そのとき、前記原料ガス供給ユニットにおける、原料ガスを前記成膜空間に供給する直前の前記第１制御バルブと前記第２制御バルブとの間の原料ガス管内の圧力は、原料ガスの流れの前記第２制御バルブより上流側の圧力に比べて低い。
【００１３】
原料ガスを前記成膜空間に供給する直前の前記第１制御バルブと前記第２制御バルブ間の原料ガス管内は、前記減圧容器の減圧状態と同等の減圧状態である、ことが好ましい。
前記原料ガス供給ユニットは、前記原料ガ゛スの前記成膜空間への供給を終了するとき、前記第１制御バルブを閉じるタイミングを、前記第２制御バルブを閉じるタイミングに比べて遅くなるように制御する、ことが好ましい。
【００１４】
前記原料ガス供給ユニットは、前記第２制御バルブを開いて、前記第１制御バルブと前記第２制御バルブ間の減圧状態にある原料ガス管内に原料ガスを導入するとともに、前記第１制御バルブを開くことにより、原料ガスを前記成膜空間に供給し、前記パージガスを前記成膜空間に供給するとき、前記第１制御バルブを閉じる、ことが好ましい。
【００１５】
あるいは、前記原料ガス管は、前記第１制御バルブと前記第２制御バルブと間の原料ガスの通路に、前記通路に平行に延在する複数の細孔を設けることにより、前記原料ガス管の内表面積を増大させた内表面増大部を有する、ことが好ましい。前記内表面積増大部は、交換可能な構成となっている、ことがより好ましい。
前記原料ガス供給ユニットは、例えば、原料ガスを前記成膜空間に間歇的に供給する。
【００１６】
本願発明の他の一態様は、成膜空間で基板に薄膜を形成する薄膜形成方法である。
当該方法は、
原料ガス源から延びる原料ガス管に直列に設けられた２つの制御バルブのうち、成膜空間から離れた第２制御バルブおよび成膜空間に近い第１の制御バルブを開けることにより、原料ガスを前記原料ガス管からガス供給管を通して前記成膜空間に供給して、基板に原料ガスの成分を吸着させる第１ステップと、
前記第１制御バルブを閉じた後、パージガスの前記成膜空間への供給のためにパージガス管に設けられた第３制御バルブを開けて、前記パージガス管から前記ガス供給管を通して前記成膜空間にパージガスを供給する第２ステップと、
反応ガスを前記成膜空間に供給することにより、反応ガスの成分と基板に吸着した原料ガスの成分とを反応させて、基板に薄膜を形成する第３ステップと、を有する。
原料ガスを前記成膜空間に供給する直前の前記第１制御バルブと前記第２制御バルブとの間の原料ガス管内の圧力は、原料ガスの流れの前記第２制御バルブより上流側の圧力に比べて低い。
【００１７】
前記第２ステップにおいて、前記パージガスを前記成膜空間に供給するとき、前記第１制御バルブを閉じる、ことが好ましい。
前記第１ステップ、前記第２ステップおよび前記第３ステップを繰り返すことにより、薄膜を成長させる、ことが好ましい。
【００１８】
前記原料ガスの前記成膜空間への供給を終了するとき、前記第１制御バルブを閉じるタイミングを、前記第２制御バルブを閉じるタイミングに比べて遅くする、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上述の薄膜形成装置および薄膜形成方法では、原料ガスの供給管等の内表面に膜や粉状粒子等の反応生成物が堆積することはない。このため、成膜空間が汚染されることがなく、基板に形成される薄膜の品質が劣化することがない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の薄膜形成装置の一実施例であるＡＬＤ装置の構成を説明する図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示すＡＬＤ装置における原料ガス供給方式を説明する図である。
【図３】従来の薄膜形成装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の薄膜形成装置および薄膜形成方法について詳細に説明する。
図１は、本実施形態のＡＬＤ装置の概略の構成を示す。
図１に示すＡＬＤ装置１０は、形成しようとする膜を構成する元素を主成分とする２種類の成膜ガス（原料ガスおよび酸化ガス）を成膜対象の基板１２上に交互に供給する。その時、反応活性を高めるためにプラズマを用いて基板１２上に原子層単位で原料ガスの酸化膜を形成する。上記処理を１サイクルとして、処理を複数サイクル繰り返すことにより所望厚さの膜を形成する。なお、酸化ガスの替わりに窒化ガスを用いることもできる。
【００２２】
ＡＬＤ装置１０は、高周波電源１４と、成膜容器１６と、原料ガス供給ユニット１８と、反応ガス供給部２０と、排気部２２と、を有して構成される。以下、基板１２上に酸化膜を形成する場合を例に挙げて説明するが、窒化膜の場合も同様である。
【００２３】
減圧容器１６内の成膜空間２４には、下側電極を兼ねる基板ステージ２６と、基板ステージ２６の下方に図示されない加熱ヒータが設けられている。下側電極は接地されている。
基板ステージ２６は、図示されない加熱ヒータとともに成膜空間２６の下方に設けられている。基板１２は、基板ステージ２６を貫通して減圧容器１６の外側から立設するリフトピン１３ａ，１３ｂにて支持されつつ、基板ステージ２６に載置される。リフトピン１３ａ，１３ｂは、基板１２の交換のために昇降機構１３ｃによって上下方向に昇降可能になっている。
成膜空間２４の上面には、上側電極２８と、加熱ヒータ３０が設けられている。上側電極２８は、減圧容器１６の外側に設けられた高周波電源１４と接続され、所定の周波数の高周波電流の供給を受ける。このように、ＡＬＤ装置１０は、上側電極と下側電極を備えてプラズマを生成する、いわゆる平行平板型プラズマ生成装置である。
【００２４】
減圧容器１６の右側側壁には、原料ガス、反応ガス及びパージガスを排気する排気口が設けられ、排気管３１、バルブ３２を介して、排気される。排気管３１は、図示されないドライポンプ等と接続されている。これにより、後述するように原料ガス、酸化ガスあるいはパージガスが供給されても、減圧容器１６内の成膜空間２４は、１０（Ｐａ）程度の真空度に維持される。
【００２５】
原料ガス供給ユニット１８は、減圧容器１６に設けられたガス供給口３４を介して成膜空間２４に原料ガスあるいはパージガスを供給する。原料ガス供給ユニット１８についての詳細については後述する。
反応ガス供給部２０は、減圧容器１６に設けられたガス供給口３６を介して成膜空間２４に図示されない酸化ガス源から酸化ガス（反応ガス）を供給する。
成膜空間２４への原料ガスおよびパージガスの供給を停止している際に、酸化ガスが供給された成膜空間２４内で、高周波電源１４から電力の供給を受けた上側電極２８は、下側電極である基板ステージ２６との間で、プラズマを生成させる。このプラズマにより、酸化ガスの一部は活性化され、酸化ガスの成分、例えばラジカル酸素が、基板１２に吸着された原料ガスの成分と反応して、金属酸化膜等の薄膜が原子単位で形成される。
【００２６】
原料ガス供給ユニット１８は、原料ガス源１８ａ、制御バルブ１８ｂ，１８ｃ、原料ガス管１８ｄ、ガス供給管１８ｅ、パージガス源１８ｆ、制御バルブ１８ｇ、パージガス管１８ｈ、及び制御部１８ｉを有する。
原料ガス源１８ａは、ＴＭＡ等の原料ガスを数ｋＰａの圧力で蓄えるバッファーガス源である。原料ガス源１８ａから原料ガス管１８ｄが延びており、その途中に制御バルブ（第２制御バルブ）１８ｂ、制御バルブ（第１制御バルブ）１８ｃが直列に設けられている。制御バルブ１８ｃから成膜空間２４の側に延びる原料ガス管１８ｄは、パージガス管１８ｈと接続されて、ガス供給管１８ｅに繋がっている。
パージガス源１８ｆは、Ｎ2ガス等のパージガスを数ｋＰａの圧力で蓄えるガス源である。パージガスは、原料ガスをガス供給管１８ｅから成膜空間２４に押し出すように機能し、また、原料ガスが成膜空間２４内で拡散されるように機能する。パージガス源１８ｆからパージガス管１８ｈが延びており、その途中に制御バルブ（第３制御バルブ）１８ｇが設けられている。制御バルブ１８ｇから成膜空間２４の側に延びるパージガス管１８ｈは、原料ガス管１８ｄと接続されて、ガス供給管１８ｅに繋がっている。
【００２７】
制御バルブ１８ｂ，１８ｃおよび制御バルブ１８ｇは、いずれもバルブの開閉状態が制御部１８ｉからの信号により制御されている。制御バルブ１８ｂ，１８ｃおよび制御バルブ１８ｇの制御動作については、後述する。
【００２８】
原料ガス管１８ｄの、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の部分の圧力は、原料ガスが供給される直前、制御バルブ１８ｂの上流側、すなわち、原料ガス源１８ａの側の圧力に比べて低くなっており、例えば、成膜空間２４の減圧状態と同等となっている。
また、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の部分、すなわち、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の原料ガスの通路には、通路に平行に延在する複数の細孔が設けられたハニカム構造体１８ｊが設けられている。しかも、ハニカム構造体１８ｊは原料ガス管１８ｄが脱着式となって交換可能になっている。ハニカム構造体１８ｊにより、この部分における原料ガス管１８ｄの内表面積が増大した内表面増大部となっている。
【００２９】
後述するように、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの動作により、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の部分は、原料ガスが成膜空間２４に供給されないとき、成膜空間２４の減圧雰囲気に近い数Ｐａの減圧状態になっている。このため、制御バルブ１８ｂが閉状態から開状態になって、原料ガス源１８ａに２ｋＰａの圧力状態で蓄えられる原料ガスが数Ｐａの減圧状態の上記部分に移動したとき、原料ガスが膨張して一部分が凝縮して、原料ガスの成分が原料ガス管１８ｄの内表面に付着する。このため、原料ガスの凝縮した成分を効率的に壁面に吸着するために、ハニカム構造体１８ｊを用いて通路の内表面積を増大させている。また、原料ガスの成分が付着したハニカム構造体１８ｊを新品と交換することができる。
【００３０】
図２（ａ）〜（ｄ）は、原料ガスの成膜空間２４への供給およびパージガスの成膜空間２４への供給と、制御バルブ１８ｂ，１８ｃ，１８ｇの開閉状態を説明している。
まず、図２（ａ）に示すように、制御バルブ１８ｂ，１８ｃが閉状態、制御バルブ１８ｇが開状態に制御されている。この状態で、原料ガス供給ユニット１８は、パージガス源１８ｆからパージガス管１８ｈ、ガス供給管１８ｅを経て成膜空間２４にパージガスを供給する。このとき、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の部分の圧力は、制御バルブ１８ｂの上流側、すなわち、原料ガス源１８ａの側の圧力に比べて低く、成膜空間２４と同等の減圧状態になっている。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように、制御バルブ１８ｇが閉状態に、さらに、略同時、制御バルブ１８ｂ，１８ｃが開状態に制御される。これにより、原料ガス供給ユニット１８は、原料ガスをガス供給管１８ｅに流し、ガス供給管１８ｅから成膜空間２４に原料ガスを供給する。制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の原料ガス管１８ｄ内は、原料ガスを流す直前、成膜空間２４と同等の減圧状態になっているので、原料ガスがこの部分を通過するとき、一部分が凝縮する。しかし、この部分には、ハニカム構造体１８ｊが設けられているので、ハニカム構造体１８ｊの表面に凝縮した原料ガスの成分（液体成分）が付着する。したがって、制御バルブ１８ｃを通過した原料ガスは、最早これ以降の通路で凝縮することなく、ガス供給管１８ｅを通過する。
【００３２】
次に、一定の時間原料ガスが供給された後、図２（ｃ）に示すように、制御バルブ１８ｂは開状態から閉状態に制御される。これにより、原料ガス源１８ａから原料ガスの供給は停止する。したがって、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の原料ガス管１８ｄの部分は、成膜空間２４と同等の減圧状態となっている。
【００３３】
次に、図２（ｄ）に示されるように、制御バルブ１８ｃが開状態から閉状態に制御される。これにより、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の原料ガス管１８ｄの部分は、成膜空間２４に近い減圧状態となって閉じられた空間を形成する。この後、図２（ａ）に示すように、制御バルブ１８ｇが閉状態から開状態に制御されて、原料ガス供給ユニット１８は、パージガスを成膜空間２４に供給する。このように、パージガスの成膜空間への供給を制御する制御バルブ１８ｇは、制御バルブ１８ｃと制御バルブ１８ｂが閉じられた後、開かれる。
【００３４】
以上の原料ガス供給ユニット１８の動作に応じて、以下の薄膜形成が行われる。
加熱された基板１２を配置した減圧状態の成膜空間２４内に、制御バルブ１８ｂ，１８ｃを制御することにより、図２（ｂ）に示すように、原料ガス供給ユニット１８は、原料ガスを成膜空間２４に供給して、基板１２に原料ガスの成分を原子単位で吸着させる。
【００３５】
基板１２に原料ガスの成分が原子単位で吸着された後、図２（ｃ）に示すように、制御バルブ１８ｂが先に閉状態になる。この後、図２（ｄ）に示すように、制御バルブ１８ｃは閉じられる。すなわち、制御バルブ１８ｃの閉状態になるタイミングは、制御バルブ１８ｂの閉状態になるタイミングよりも遅い。この結果、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の原料ガス管１８ｄの部分は、成膜空間２４と同等の減圧状態となって閉じられた空間となる。
一方、図２（ｄ）に示す状態において、反応ガス供給部２０から酸化ガスが反応ガスとして成膜空間２４へ供給される。この供給中、高周波電源１４から高周波が上側電極２８に給電されて、成膜空間２４内にプラズマが生成される。生成されたプラズマにより、酸化ガスの一部が電離状態となった後、ラジカル酸素が作られ、このラジカル酸素と、基板１２に吸着した原料ガスの成分とが反応して、基板１２に原子単位の金属酸化膜が形成される。
この後、図２（ａ）に示すように、制御バルブ１８ｇが開状態に制御されて、原料ガス供給ユニット１８は、パージガスを成膜空間２４に供給し、酸化ガスのパージを行う。この後、図２（ｂ）の状態に戻る。
このようにして、図２（ａ）〜（ｄ）の各状態を繰り返すことにより、原料ガスの成分の基板への吸着、パージガスの供給、反応ガスの成分と原料ガスの成分との反応、を繰り返す。これによって、ＡＬＤ装置１０は、所望の厚さの薄膜を形成する。
【００３６】
このように、原料供給ユニット１８は、原料ガスを成膜空間２４に供給するとき、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の減圧状態にある原料ガス管１８ｄ内に原料ガスを導入し、制御バルブ１８ｃを開くように、制御バルブ１８ｂ，１８ｃの開閉を制御するので、原料ガスの凝縮は、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の原料ガス管１８ｄ内で起こり、これ以降の下流側の通路において凝縮は起こらない。このため、原料ガスとパージガス中の水分等が反応することはない。さらに、パージガスが成膜空間２４に供給されるとき、制御バルブ１８ｃにより原料ガス管１８ｄは遮断されて、パージガスが原料ガス管１８ｄ内に移動することはない。このため、原料ガスとパージガス中の水分等が反応する機会はない。このため、従来のように、膜厚および粉状粒子等の反応生成物が生成されて原料ガス管１８ｄおよびガス供給管１８ｅに堆積することもなく、堆積した膜の一部や粉状粒子の一部が剥離して、減圧容器２４内に進入することもなくなる。
【００３７】
本実施形態のＡＬＤ装置１０は、平行平板型の２つの電極をプラズマ生成素子として用いたプラズマ生成装置であるが、平行平板型のプラズマ生成素子に限定されず、公知のプラズマ生成素子を用いることができる。成膜容器の対向する壁面から互い違いに棒状に突出させて、大面積の均一なプラズマを生成する複数のモノポールアンテナをプラズマ生成素子として用いることもできる。このようなプラズマ生成素子は、例えば、ＷＯ２００７／１１４１５５に詳細に記載されている。
また、ＡＬＤ装置１０は、プラズマを用いた薄膜形成装置に限定されない。数１００度に反応ガスを加熱して薄膜を形成する熱ＡＬＤ方式を用いることもできる。
【００３８】
以上、本発明の薄膜形成装置および薄膜形成方法について詳細に説明したが、本発明の薄膜形成装置および薄膜形成方法は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００３９】
１０ ＡＬＤ装置
１２ 基板
１３ａ，１３ｂ リフトピン
１３ｃ 昇降機構
１４ 高周波電源
１６ 成膜容器
１８ 原料ガス供給ユニット
１８ａ 原料ガス源
１８ｂ，１８ｃ 制御バルブ
１８ｄ 原料ガス管
１８ｅ ガス供給管
１８ｆ パージガス源
１８ｇ 制御バルブ
１８ｈ パージガス管
１８ｉ 制御部
２０ 反応ガス供給部
２２ 排気部
２４ 成膜空間
２６ 基板ステージ
２８ 上側電極
３０ ヒータ
３１ 排気管
３２ バルブ
３４，３６ ガス供給口
１００ 装置
１０２ 減圧容器
１０４ 原料ガス供給管
１０６ 排気管
１０８ 基板
１１０ 基板ステージ
１１２ ＴＭＡガス供給管
１１４ パージガス供給管
１１６ ＴＭＡバルブ弁
１１８ パージガスバルブ弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に薄膜を形成する薄膜形成装置および薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、基板上に原子層単位で薄膜を形成する原子層成長法（以下、省略してＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法という）が薄膜形成方法として注目されている。ＡＬＤ法は、形成しようとする膜を構成する元素を主成分とする２種類のガスを成膜対象基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で薄膜を形成することを複数回繰り返して所望厚さの膜を形成する薄膜形成技術である。例えば、基板上にＡｌ2Ｏ3膜を形成する場合、ＴＭＡ（Tri-Methyl Aluminum）からなる原料ガスとＯを含む酸化ガスが用いられる。また、基板上に窒化膜を形成する場合、酸化ガスの代わりに窒化ガスが用いられる。
【０００３】
ＡＬＤ法は、原料ガスを供給している間に１層あるいは数層の原料ガス成分だけが基板表面に吸着され、余分な原料ガスは成長に寄与しない、いわゆる成長の自己停止作用（セルフリミット機能）を利用する。
【０００４】
ＡＬＤ法は、一般的なＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法と比較して高い段差被覆性と膜厚制御性を併せ持ち、メモリ素子のキャパシタや、「high-kゲート」と呼ばれる絶縁膜の形成への実用化が期待されている。また、３００℃程度の低温で絶縁膜が形成可能であるため、液晶ディスプレイなどのように、ガラス基板を用いる表示装置の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成への適用なども期待されている。
【０００５】
このＡＬＤ法において、例えば、基板に吸着した原料ガスの成分を酸化するとき、酸化ガスを用いてプラズマを発生させる。このとき、プラズマによって酸素ラジカルが生成され、この酸素ラジカルを用いて、基板に吸着した原料ガスの成分を酸化する。
例えば、下記特許文献１には、ＡＬＤ法を用いた薄膜形成装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０９４３４号公報
【０００７】
このようなＡＬＤ法により、微細な凹部でも、高いステップカバレッジで薄膜を埋め込むことが可能となる。
しかし、この装置において、例えば、原料ガスとしてＴＭＡと酸化ガスを用いて、基板に酸化アルミニウムの薄膜を形成するとき、原料ガス供給管内に膜あるいは粉状粒子が付着し、場合によっては、堆積した膜あるいは粉状粒子が剥離して、成膜容器内に進入し、基板に形成される薄膜に異物等を混入させて薄膜の品質を劣化させてしまう場合がある。
【０００８】
図３は、従来の薄膜形成装置の原料ガス供給管を中心に説明する図である。
図３中の装置１００は、減圧容器１０２と、原料ガス供給管１０４と、排気管１０６と、薄膜を形成する基板１０８を載置する基板ステージ１１０と、を有する。
原料ガス供給管１０４には、ＴＭＡガス供給管１１２とパージガス供給管１１４が接続され、ＴＭＡガス供給管１１２にはＴＭＡバルブ弁１１６が、パージガス供給管１１４にはパージガスバルブ弁１１８が設けられている。ＴＭＡバルブ弁１１６を開くことにより、原料ガス供給管１０４はガス状のＴＭＡを減圧容器１０２に供給する。これにより、基板１０８上にＴＭＡの成分が原子単位で吸着する。この後、パージガス供給管１１４から流れるＮ2ガスがパージガスとして減圧容器１０２内に供給される。パージガスは、ガス状のＴＭＡを原料ガス供給管１０４から減圧容器１０２内に効率よく供給させ、かつ、ＴＭＡが成膜空間で効率よく拡散するように機能する。
ＴＭＡガスが減圧容器１０２から排気された後、図示されない反応ガス供給管から減圧容器１０２内に酸化ガスが供給され、基板１０８に吸着されたＴＭＡの成分は酸化される。このとき、酸化ガスは、プラズマあるいは熱を用いて活性化される。
【０００９】
こうして形成された原子単位の厚さで形成された薄膜を成長させるために、ＴＭＡバルブ弁１１６が開かれてＴＭＡガスが再度減圧容器１０２内に供給される。このようにして原子単位の薄膜の形成を繰り返し実行する。しかし、このとき、ＴＭＡガス供給管１１２とパージガス供給管１１４との合流直後の、原料ガス供給管１０４の図中のＲ部分の内表面には、膜あるいは粉状粒子が付着する。この部分の管は、減圧容器１０２に固定され交換できない構成であるため、ＡＬＤを繰り返し行うにつれて、膜厚および粉状粒子の堆積も進行し、場合によっては、堆積した膜の一部や粉状粒子の一部が剥離して、減圧容器１０２内に進入する場合もある。このため、形成される薄膜の品質劣化に繋がるおそれもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、薄膜を形成する際、従来の薄膜形成装置のように、成膜空間が汚染されることがなく、基板に形成される薄膜の品質を劣化させることがない、新たな方式の原料ガスの供給を実現する薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記従来の問題で説明した、原料ガス供給管１０４の内表面に形成され、堆積される膜あるいは粉状粒子は、Ｎ2ガスに混入する水分と原料ガスとが反応してできた反応生成物であることを本願発明者は知見した。この知見に基づいて本願発明にいたっている。
【００１２】
本発明の一態様は、基板に薄膜を形成する薄膜形成装置である。
当該装置は、
減圧した成膜空間を形成する減圧容器と、
原料ガスを前記成膜空間に向けて流す原料ガス管と、パージガスを前記成膜空間に向けて流すパージガス管と、前記原料ガス管と前記パージガス管とが接続されて原料ガスおよびパージガスを前記成膜空間に供給するガス供給管と、前記原料ガス管に、前記原料ガス管と前記パージガス管との接続部分から近い順に第１制御バルブと第２制御バルブとが設けられる原料ガス供給ユニットと、を有する。
そのとき、前記原料ガス供給ユニットにおける、原料ガスを前記成膜空間に供給する直前の前記第１制御バルブと前記第２制御バルブとの間の原料ガス管内の圧力は、原料ガスの流れの前記第２制御バルブより上流側の圧力に比べて低い。
【００１３】
原料ガスを前記成膜空間に供給する直前の前記第１制御バルブと前記第２制御バルブ間の原料ガス管内は、前記減圧容器の減圧状態と同等の減圧状態である、ことが好ましい。
前記原料ガス供給ユニットは、前記原料ガ゛スの前記成膜空間への供給を終了するとき、前記第１制御バルブを閉じるタイミングを、前記第２制御バルブを閉じるタイミングに比べて遅くなるように制御する、ことが好ましい。
【００１４】
前記原料ガス供給ユニットは、前記第２制御バルブを開いて、前記第１制御バルブと前記第２制御バルブ間の減圧状態にある原料ガス管内に原料ガスを導入するとともに、前記第１制御バルブを開くことにより、原料ガスを前記成膜空間に供給し、前記パージガスを前記成膜空間に供給するとき、前記第１制御バルブを閉じる、ことが好ましい。
【００１５】
あるいは、前記原料ガス管は、前記第１制御バルブと前記第２制御バルブと間の原料ガスの通路に、前記通路に平行に延在する複数の細孔を設けることにより、前記原料ガス管の内表面積を増大させた内表面増大部を有する、ことが好ましい。前記内表面積増大部は、交換可能な構成となっている、ことがより好ましい。
前記原料ガス供給ユニットは、例えば、原料ガスを前記成膜空間に間歇的に供給する。
【００１６】
本願発明の他の一態様は、成膜空間で基板に薄膜を形成する薄膜形成方法である。
当該方法は、
原料ガス源から延びる原料ガス管に直列に設けられた２つの制御バルブのうち、成膜空間から離れた第２制御バルブおよび成膜空間に近い第１の制御バルブを開けることにより、原料ガスを前記原料ガス管からガス供給管を通して前記成膜空間に供給して、基板に原料ガスの成分を吸着させる第１ステップと、
前記第１制御バルブを閉じた後、パージガスの前記成膜空間への供給のためにパージガス管に設けられた第３制御バルブを開けて、前記パージガス管から前記ガス供給管を通して前記成膜空間にパージガスを供給する第２ステップと、
反応ガスを前記成膜空間に供給することにより、反応ガスの成分と基板に吸着した原料ガスの成分とを反応させて、基板に薄膜を形成する第３ステップと、を有する。
原料ガスを前記成膜空間に供給する直前の前記第１制御バルブと前記第２制御バルブとの間の原料ガス管内の圧力は、原料ガスの流れの前記第２制御バルブより上流側の圧力に比べて低い。
【００１７】
前記第２ステップにおいて、前記パージガスを前記成膜空間に供給するとき、前記第１制御バルブを閉じる、ことが好ましい。
前記第１ステップ、前記第２ステップおよび前記第３ステップを繰り返すことにより、薄膜を成長させる、ことが好ましい。
【００１８】
前記原料ガスの前記成膜空間への供給を終了するとき、前記第１制御バルブを閉じるタイミングを、前記第２制御バルブを閉じるタイミングに比べて遅くする、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上述の薄膜形成装置および薄膜形成方法では、原料ガスの供給管等の内表面に膜や粉状粒子等の反応生成物が堆積することはない。このため、成膜空間が汚染されることがなく、基板に形成される薄膜の品質が劣化することがない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の薄膜形成装置の一実施例であるＡＬＤ装置の構成を説明する図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示すＡＬＤ装置における原料ガス供給方式を説明する図である。
【図３】従来の薄膜形成装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の薄膜形成装置および薄膜形成方法について詳細に説明する。
図１は、本実施形態のＡＬＤ装置の概略の構成を示す。
図１に示すＡＬＤ装置１０は、形成しようとする膜を構成する元素を主成分とする２種類の成膜ガス（原料ガスおよび酸化ガス）を成膜対象の基板１２上に交互に供給する。その時、反応活性を高めるためにプラズマを用いて基板１２上に原子層単位で原料ガスの酸化膜を形成する。上記処理を１サイクルとして、処理を複数サイクル繰り返すことにより所望厚さの膜を形成する。なお、酸化ガスの替わりに窒化ガスを用いることもできる。
【００２２】
ＡＬＤ装置１０は、高周波電源１４と、成膜容器１６と、原料ガス供給ユニット１８と、反応ガス供給部２０と、排気部２２と、を有して構成される。以下、基板１２上に酸化膜を形成する場合を例に挙げて説明するが、窒化膜の場合も同様である。
【００２３】
減圧容器１６内の成膜空間２４には、下側電極を兼ねる基板ステージ２６と、基板ステージ２６の下方に図示されない加熱ヒータが設けられている。下側電極は接地されている。
基板ステージ２６は、図示されない加熱ヒータとともに成膜空間２６の下方に設けられている。基板１２は、基板ステージ２６を貫通して減圧容器１６の外側から立設するリフトピン１３ａ，１３ｂにて支持されつつ、基板ステージ２６に載置される。リフトピン１３ａ，１３ｂは、基板１２の交換のために昇降機構１３ｃによって上下方向に昇降可能になっている。
成膜空間２４の上面には、上側電極２８と、加熱ヒータ３０が設けられている。上側電極２８は、減圧容器１６の外側に設けられた高周波電源１４と接続され、所定の周波数の高周波電流の供給を受ける。このように、ＡＬＤ装置１０は、上側電極と下側電極を備えてプラズマを生成する、いわゆる平行平板型プラズマ生成装置である。
【００２４】
減圧容器１６の右側側壁には、原料ガス、反応ガス及びパージガスを排気する排気口が設けられ、排気管３１、バルブ３２を介して、排気される。排気管３１は、図示されないドライポンプ等と接続されている。これにより、後述するように原料ガス、酸化ガスあるいはパージガスが供給されても、減圧容器１６内の成膜空間２４は、１０（Ｐａ）程度の真空度に維持される。
【００２５】
原料ガス供給ユニット１８は、減圧容器１６に設けられたガス供給口３４を介して成膜空間２４に原料ガスあるいはパージガスを供給する。原料ガス供給ユニット１８についての詳細については後述する。
反応ガス供給部２０は、減圧容器１６に設けられたガス供給口３６を介して成膜空間２４に図示されない酸化ガス源から酸化ガス（反応ガス）を供給する。
成膜空間２４への原料ガスおよびパージガスの供給を停止している際に、酸化ガスが供給された成膜空間２４内で、高周波電源１４から電力の供給を受けた上側電極２８は、下側電極である基板ステージ２６との間で、プラズマを生成させる。このプラズマにより、酸化ガスの一部は活性化され、酸化ガスの成分、例えばラジカル酸素が、基板１２に吸着された原料ガスの成分と反応して、金属酸化膜等の薄膜が原子単位で形成される。
【００２６】
原料ガス供給ユニット１８は、原料ガス源１８ａ、制御バルブ１８ｂ，１８ｃ、原料ガス管１８ｄ、ガス供給管１８ｅ、パージガス源１８ｆ、制御バルブ１８ｇ、パージガス管１８ｈ、及び制御部１８ｉを有する。
原料ガス源１８ａは、ＴＭＡ等の原料ガスを数ｋＰａの圧力で蓄えるバッファーガス源である。原料ガス源１８ａから原料ガス管１８ｄが延びており、その途中に制御バルブ（第２制御バルブ）１８ｂ、制御バルブ（第１制御バルブ）１８ｃが直列に設けられている。制御バルブ１８ｃから成膜空間２４の側に延びる原料ガス管１８ｄは、パージガス管１８ｈと接続されて、ガス供給管１８ｅに繋がっている。
パージガス源１８ｆは、Ｎ2ガス等のパージガスを数ｋＰａの圧力で蓄えるガス源である。パージガスは、原料ガスをガス供給管１８ｅから成膜空間２４に押し出すように機能し、また、原料ガスが成膜空間２４内で拡散されるように機能する。パージガス源１８ｆからパージガス管１８ｈが延びており、その途中に制御バルブ（第３制御バルブ）１８ｇが設けられている。制御バルブ１８ｇから成膜空間２４の側に延びるパージガス管１８ｈは、原料ガス管１８ｄと接続されて、ガス供給管１８ｅに繋がっている。
【００２７】
制御バルブ１８ｂ，１８ｃおよび制御バルブ１８ｇは、いずれもバルブの開閉状態が制御部１８ｉからの信号により制御されている。制御バルブ１８ｂ，１８ｃおよび制御バルブ１８ｇの制御動作については、後述する。
【００２８】
原料ガス管１８ｄの、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の部分の圧力は、原料ガスが供給される直前、制御バルブ１８ｂの上流側、すなわち、原料ガス源１８ａの側の圧力に比べて低くなっており、例えば、成膜空間２４の減圧状態と同等となっている。
また、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の部分、すなわち、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の原料ガスの通路には、通路に平行に延在する複数の細孔が設けられたハニカム構造体１８ｊが設けられている。しかも、ハニカム構造体１８ｊは原料ガス管１８ｄが脱着式となって交換可能になっている。ハニカム構造体１８ｊにより、この部分における原料ガス管１８ｄの内表面積が増大した内表面増大部となっている。
【００２９】
後述するように、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの動作により、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の部分は、原料ガスが成膜空間２４に供給されないとき、成膜空間２４の減圧雰囲気に近い数Ｐａの減圧状態になっている。このため、制御バルブ１８ｂが閉状態から開状態になって、原料ガス源１８ａに２ｋＰａの圧力状態で蓄えられる原料ガスが数Ｐａの減圧状態の上記部分に移動したとき、原料ガスが膨張して一部分が凝縮して、原料ガスの成分が原料ガス管１８ｄの内表面に付着する。このため、原料ガスの凝縮した成分を効率的に壁面に吸着するために、ハニカム構造体１８ｊを用いて通路の内表面積を増大させている。また、原料ガスの成分が付着したハニカム構造体１８ｊを新品と交換することができる。
【００３０】
図２（ａ）〜（ｄ）は、原料ガスの成膜空間２４への供給およびパージガスの成膜空間２４への供給と、制御バルブ１８ｂ，１８ｃ，１８ｇの開閉状態を説明している。
まず、図２（ａ）に示すように、制御バルブ１８ｂ，１８ｃが閉状態、制御バルブ１８ｇが開状態に制御されている。この状態で、原料ガス供給ユニット１８は、パージガス源１８ｆからパージガス管１８ｈ、ガス供給管１８ｅを経て成膜空間２４にパージガスを供給する。このとき、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の部分の圧力は、制御バルブ１８ｂの上流側、すなわち、原料ガス源１８ａの側の圧力に比べて低く、成膜空間２４と同等の減圧状態になっている。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように、制御バルブ１８ｇが閉状態に、さらに、略同時、制御バルブ１８ｂ，１８ｃが開状態に制御される。これにより、原料ガス供給ユニット１８は、原料ガスをガス供給管１８ｅに流し、ガス供給管１８ｅから成膜空間２４に原料ガスを供給する。制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の原料ガス管１８ｄ内は、原料ガスを流す直前、成膜空間２４と同等の減圧状態になっているので、原料ガスがこの部分を通過するとき、一部分が凝縮する。しかし、この部分には、ハニカム構造体１８ｊが設けられているので、ハニカム構造体１８ｊの表面に凝縮した原料ガスの成分（液体成分）が付着する。したがって、制御バルブ１８ｃを通過した原料ガスは、最早これ以降の通路で凝縮することなく、ガス供給管１８ｅを通過する。
【００３２】
次に、一定の時間原料ガスが供給された後、図２（ｃ）に示すように、制御バルブ１８ｂは開状態から閉状態に制御される。これにより、原料ガス源１８ａから原料ガスの供給は停止する。したがって、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の原料ガス管１８ｄの部分は、成膜空間２４と同等の減圧状態となっている。
【００３３】
次に、図２（ｄ）に示されるように、制御バルブ１８ｃが開状態から閉状態に制御される。これにより、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の原料ガス管１８ｄの部分は、成膜空間２４に近い減圧状態となって閉じられた空間を形成する。この後、図２（ａ）に示すように、制御バルブ１８ｇが閉状態から開状態に制御されて、原料ガス供給ユニット１８は、パージガスを成膜空間２４に供給する。このように、パージガスの成膜空間への供給を制御する制御バルブ１８ｇは、制御バルブ１８ｃと制御バルブ１８ｂが閉じられた後、開かれる。
【００３４】
以上の原料ガス供給ユニット１８の動作に応じて、以下の薄膜形成が行われる。
加熱された基板１２を配置した減圧状態の成膜空間２４内に、制御バルブ１８ｂ，１８ｃを制御することにより、図２（ｂ）に示すように、原料ガス供給ユニット１８は、原料ガスを成膜空間２４に供給して、基板１２に原料ガスの成分を原子単位で吸着させる。
【００３５】
基板１２に原料ガスの成分が原子単位で吸着された後、図２（ｃ）に示すように、制御バルブ１８ｂが先に閉状態になる。この後、図２（ｄ）に示すように、制御バルブ１８ｃは閉じられる。すなわち、制御バルブ１８ｃの閉状態になるタイミングは、制御バルブ１８ｂの閉状態になるタイミングよりも遅い。この結果、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の原料ガス管１８ｄの部分は、成膜空間２４と同等の減圧状態となって閉じられた空間となる。
一方、図２（ｄ）に示す状態において、反応ガス供給部２０から酸化ガスが反応ガスとして成膜空間２４へ供給される。この供給中、高周波電源１４から高周波が上側電極２８に給電されて、成膜空間２４内にプラズマが生成される。生成されたプラズマにより、酸化ガスの一部が電離状態となった後、ラジカル酸素が作られ、このラジカル酸素と、基板１２に吸着した原料ガスの成分とが反応して、基板１２に原子単位の金属酸化膜が形成される。
この後、図２（ａ）に示すように、制御バルブ１８ｇが開状態に制御されて、原料ガス供給ユニット１８は、パージガスを成膜空間２４に供給し、酸化ガスのパージを行う。この後、図２（ｂ）の状態に戻る。
このようにして、図２（ａ）〜（ｄ）の各状態を繰り返すことにより、原料ガスの成分の基板への吸着、パージガスの供給、反応ガスの成分と原料ガスの成分との反応、を繰り返す。これによって、ＡＬＤ装置１０は、所望の厚さの薄膜を形成する。
【００３６】
このように、原料供給ユニット１８は、原料ガスを成膜空間２４に供給するとき、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の減圧状態にある原料ガス管１８ｄ内に原料ガスを導入し、制御バルブ１８ｃを開くように、制御バルブ１８ｂ，１８ｃの開閉を制御するので、原料ガスの凝縮は、制御バルブ１８ｂと制御バルブ１８ｃとの間の原料ガス管１８ｄ内で起こり、これ以降の下流側の通路において凝縮は起こらない。このため、原料ガスとパージガス中の水分等が反応することはない。さらに、パージガスが成膜空間２４に供給されるとき、制御バルブ１８ｃにより原料ガス管１８ｄは遮断されて、パージガスが原料ガス管１８ｄ内に移動することはない。このため、原料ガスとパージガス中の水分等が反応する機会はない。このため、従来のように、膜厚および粉状粒子等の反応生成物が生成されて原料ガス管１８ｄおよびガス供給管１８ｅに堆積することもなく、堆積した膜の一部や粉状粒子の一部が剥離して、減圧容器２４内に進入することもなくなる。
【００３７】
本実施形態のＡＬＤ装置１０は、平行平板型の２つの電極をプラズマ生成素子として用いたプラズマ生成装置であるが、平行平板型のプラズマ生成素子に限定されず、公知のプラズマ生成素子を用いることができる。成膜容器の対向する壁面から互い違いに棒状に突出させて、大面積の均一なプラズマを生成する複数のモノポールアンテナをプラズマ生成素子として用いることもできる。このようなプラズマ生成素子は、例えば、ＷＯ２００７／１１４１５５に詳細に記載されている。
また、ＡＬＤ装置１０は、プラズマを用いた薄膜形成装置に限定されない。数１００度に反応ガスを加熱して薄膜を形成する熱ＡＬＤ方式を用いることもできる。
【００３８】
以上、本発明の薄膜形成装置および薄膜形成方法について詳細に説明したが、本発明の薄膜形成装置および薄膜形成方法は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００３９】
１０ ＡＬＤ装置
１２ 基板
１３ａ，１３ｂ リフトピン
１３ｃ 昇降機構
１４ 高周波電源
１６ 成膜容器
１８ 原料ガス供給ユニット
１８ａ 原料ガス源
１８ｂ，１８ｃ 制御バルブ
１８ｄ 原料ガス管
１８ｅ ガス供給管
１８ｆ パージガス源
１８ｇ 制御バルブ
１８ｈ パージガス管
１８ｉ 制御部
２０ 反応ガス供給部
２２ 排気部
２４ 成膜空間
２６ 基板ステージ
２８ 上側電極
３０ ヒータ
３１ 排気管
３２ バルブ
３４，３６ ガス供給口
１００ 装置
１０２ 減圧容器
１０４ 原料ガス供給管
１０６ 排気管
１０８ 基板
１１０ 基板ステージ
１１２ ＴＭＡガス供給管
１１４ パージガス供給管
１１６ ＴＭＡバルブ弁
１１８ パージガスバルブ弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
減圧した成膜空間を形成する減圧容器と、
原料ガスを前記成膜空間に向けて流す原料ガス管と、パージガスを前記成膜空間に向けて流すパージガス管と、前記原料ガス管と前記パージガス管とが接続されて原料ガスおよびパージガスを前記成膜空間に供給するガス供給管と、前記原料ガス管に、前記原料ガス管と前記パージガス管との接続部分から近い順に第１制御バルブと第２制御バルブとが設けられる原料ガス供給ユニットと、を有し、
前記原料ガス供給ユニットにおける、原料ガスを前記成膜空間に供給する直前の前記第１制御バルブと前記第２制御バルブとの間の原料ガス管内の圧力は、原料ガスの流れの前記第２制御バルブより上流側の圧力に比べて低い、ことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
原料ガスを前記成膜空間に供給する直前の前記第１制御バルブと前記第２制御バルブ間の原料ガス管内は、前記減圧容器の減圧状態と同等の減圧状態である、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記原料ガス供給ユニットは、前記原料ガ゛スの前記成膜空間への供給を終了するとき、前記第１制御バルブを閉じるタイミングを、前記第２制御バルブを閉じるタイミングに比べて遅くなるように制御する、請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記原料ガス供給ユニットは、前記第２制御バルブを開いて、前記第１制御バルブと前記第２制御バルブ間の減圧状態にある原料ガス管内に原料ガスを導入するとともに、前記第１制御バルブを開くことにより、原料ガスを前記成膜空間に供給し、前記パージガスを前記成膜空間に供給するとき、前記第１制御バルブを閉じる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記原料ガス管は、前記第１制御バルブと前記第２制御バルブと間の原料ガスの通路に、前記通路に平行に延在する複数の細孔を設けることにより、前記原料ガス管の内表面積を増大させた内表面増大部を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記内表面積増大部は、交換可能な構成となっている、請求項５に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記原料ガス供給ユニットは、原料ガスを前記成膜空間に間歇的に供給する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
成膜空間で基板に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
原料ガス源から延びる原料ガス管に直列に設けられた２つの制御バルブのうち、成膜空間から離れた第２制御バルブおよび成膜空間に近い第１の制御バルブを開けることにより、原料ガスを前記原料ガス管からガス供給管を通して前記成膜空間に供給して、基板に原料ガスの成分を吸着させる第１ステップと、
前記第１制御バルブを閉じた後、パージガスの前記成膜空間への供給のためにパージガス管に設けられた第３制御バルブを開けて、前記パージガス管から前記ガス供給管を通して前記成膜空間にパージガスを供給する第２ステップと、
反応ガスを前記成膜空間に供給することにより、反応ガスの成分と基板に吸着した原料ガスの成分とを反応させて、基板に薄膜を形成する第３ステップと、を有し、
原料ガスを前記成膜空間に供給する直前の前記第１制御バルブと前記第２制御バルブとの間の原料ガス管内の圧力は、原料ガスの流れの前記第２制御バルブより上流側の圧力に比べて低い、ことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項９】
前記第２ステップにおいて、前記パージガスを前記成膜空間に供給するとき、前記第１制御バルブを閉じる、請求項８に記載の薄膜形成方法。
【請求項１０】
前記第１ステップ、前記第２ステップおよび前記第３ステップを繰り返すことにより、薄膜を成長させる、請求項８または９に記載の薄膜形成方法。
【請求項１１】
前記原料ガスの前記成膜空間への供給を終了するとき、前記第１制御バルブを閉じるタイミングを、前記第２制御バルブを閉じるタイミングに比べて遅くする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【請求項１】
基板に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
減圧した成膜空間を形成する減圧容器と、
原料ガスを前記成膜空間に向けて流す原料ガス管と、パージガスを前記成膜空間に向けて流すパージガス管と、前記原料ガス管と前記パージガス管とが接続されて原料ガスおよびパージガスを前記成膜空間に供給するガス供給管と、前記原料ガス管に、前記原料ガス管と前記パージガス管との接続部分から近い順に第１制御バルブと第２制御バルブとが設けられる原料ガス供給ユニットと、を有し、
前記原料ガス供給ユニットにおける、原料ガスを前記成膜空間に供給する直前の前記第１制御バルブと前記第２制御バルブとの間の原料ガス管内の圧力は、原料ガスの流れの前記第２制御バルブより上流側の圧力に比べて低い、ことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
原料ガスを前記成膜空間に供給する直前の前記第１制御バルブと前記第２制御バルブ間の原料ガス管内は、前記減圧容器の減圧状態と同等の減圧状態である、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記原料ガス供給ユニットは、前記原料ガ゛スの前記成膜空間への供給を終了するとき、前記第１制御バルブを閉じるタイミングを、前記第２制御バルブを閉じるタイミングに比べて遅くなるように制御する、請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記原料ガス供給ユニットは、前記第２制御バルブを開いて、前記第１制御バルブと前記第２制御バルブ間の減圧状態にある原料ガス管内に原料ガスを導入するとともに、前記第１制御バルブを開くことにより、原料ガスを前記成膜空間に供給し、前記パージガスを前記成膜空間に供給するとき、前記第１制御バルブを閉じる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記原料ガス管は、前記第１制御バルブと前記第２制御バルブと間の原料ガスの通路に、前記通路に平行に延在する複数の細孔を設けることにより、前記原料ガス管の内表面積を増大させた内表面増大部を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記内表面積増大部は、交換可能な構成となっている、請求項５に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記原料ガス供給ユニットは、原料ガスを前記成膜空間に間歇的に供給する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
成膜空間で基板に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
原料ガス源から延びる原料ガス管に直列に設けられた２つの制御バルブのうち、成膜空間から離れた第２制御バルブおよび成膜空間に近い第１の制御バルブを開けることにより、原料ガスを前記原料ガス管からガス供給管を通して前記成膜空間に供給して、基板に原料ガスの成分を吸着させる第１ステップと、
前記第１制御バルブを閉じた後、パージガスの前記成膜空間への供給のためにパージガス管に設けられた第３制御バルブを開けて、前記パージガス管から前記ガス供給管を通して前記成膜空間にパージガスを供給する第２ステップと、
反応ガスを前記成膜空間に供給することにより、反応ガスの成分と基板に吸着した原料ガスの成分とを反応させて、基板に薄膜を形成する第３ステップと、を有し、
原料ガスを前記成膜空間に供給する直前の前記第１制御バルブと前記第２制御バルブとの間の原料ガス管内の圧力は、原料ガスの流れの前記第２制御バルブより上流側の圧力に比べて低い、ことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項９】
前記第２ステップにおいて、前記パージガスを前記成膜空間に供給するとき、前記第１制御バルブを閉じる、請求項８に記載の薄膜形成方法。
【請求項１０】
前記第１ステップ、前記第２ステップおよび前記第３ステップを繰り返すことにより、薄膜を成長させる、請求項８または９に記載の薄膜形成方法。
【請求項１１】
前記原料ガスの前記成膜空間への供給を終了するとき、前記第１制御バルブを閉じるタイミングを、前記第２制御バルブを閉じるタイミングに比べて遅くする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１７４１２８（Ｐ２０１１−１７４１２８Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３８５７６（Ｐ２０１０−３８５７６）
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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