(57)【要約】  再現性のよい薄膜を省資源及び低コストで製造することができる薄膜製造方法及び薄膜製造装置を提供するために、チャンバ５１内にダミー基板Ｓ２を搬送し、ダミー基板Ｓ２にダミー処理用ガスを供給し、チャンバ５１内に製品基板Ｓ３を搬送し、製品基板Ｓ３に、ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスを供給する。ダミー処理用ガスとして原料ガスが用いられないので、各金属原料の消費量を抑えることができ、再現性のよい薄膜を省資源及び低コストで製造することができる。
2012042772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内にダミー基板を搬送し、前記ダミー基板にダミー処理用ガスを供給し、
前記チャンバ内に製品基板を搬送し、前記製品基板に、前記ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスを供給する
薄膜製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜製造方法であって、
前記原料ガスを供給する工程は、前記原料ガスに、前記原料ガスと反応する反応ガスと、不活性ガスとを混合した混合ガスを、前記製品基板に供給する
薄膜製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の薄膜製造方法であって、
前記ダミー処理用ガスは、前記金属原料を溶解するのに用いられる溶媒のガスに、前記反応ガスと、前記不活性ガスとを混合して得られたガスである
薄膜製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の薄膜製造方法であって、
前記ダミー処理用ガスは、前記金属原料を溶解するのに用いられる溶媒のガスを、前記不活性ガスと混合して得られたガスである
薄膜製造方法。
【請求項５】
請求項２に記載の薄膜製造方法であって、
前記ダミー処理用ガスは、前記不活性ガスである
薄膜製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の薄膜製造方法であって、
前記原料ガスを供給する工程は、前記製品基板に、前記原料ガスと前記原料ガスと反応する反応ガスとを含む混合ガスを供給する
薄膜製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の薄膜製造方法であって、
前記ダミー処理用ガスは、前記金属原料を溶解するのに用いられる溶媒のガスと前記反応ガスとが混合されたガスである
薄膜製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載の薄膜製造方法であって、
前記ダミー処理用ガスは、前記反応ガスである
薄膜製造方法。
【請求項９】
ダミー基板と、製品基板とがそれぞれ搬送されるチャンバと、
ダミー処理用ガスと、前記ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスとを、前記チャンバ内にそれぞれ供給するための供給機構と、
前記チャンバ内に前記ダミー基板が搬送されたときに前記ダミー処理用ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記チャンバ内に前記ダミー基板に代えて前記製品基板が搬送されたときに前記原料ガスを前記チャンバ内に供給させる制御手段と
を具備する薄膜製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機金属化学気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；ＭＯＣＶＤ）法により薄膜を製造する薄膜製造方法及び薄膜製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機金属原料のガスと反応ガスとを高温中で反応させることにより薄膜を製造するＭＯＣＶＤ法が知られている。例えば特許文献１には、ＭＯＣＶＤ法によりＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜を製造する成膜方法及び成膜装置が記載されている。【０００３】
特許文献１に記載の成膜方法では、成膜装置のアイドリング後に成膜処理が開始される場合に、まず製品用でないダミーウエハにＰＺＴ薄膜が成膜される。このダミーウエハを用いたダミー成膜処理が少なくとも３回行われた後に、製品用ウエハにＰＺＴ薄膜が成膜される。これにより製品用ウエハに成膜されるＰＺＴ薄膜の成膜再現性が向上されている（特許文献１の段落［００１９］、［００２０］等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２２３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１に記載の成膜方法では、製品用でないダミーウエハにＰＺＴ薄膜が成膜される。従ってＰＺＴ薄膜の原料となるＰｂ、Ｚｒ及びＴｉの各金属原料の消費量が多くなり、資源の節約を図ることが難しい。また各金属原料にかかるコストも高くなってしまう。【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、再現性のよい薄膜を省資源及び低コストで製造することができる薄膜製造方法及び薄膜製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る薄膜製造方法は、前記チャンバ内にダミー基板を搬送し、前記ダミー基板にダミー処理用ガスを供給することを含む。
前記チャンバ内に製品基板が搬送され、前記製品基板に、前記ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスが供給される。【０００８】
本発明の一形態に係る薄膜製造装置は、チャンバと、供給機構と、制御手段とを具備する。  
前記チャンバには、ダミー基板と、製品基板とがそれぞれ搬送される。  
前記供給機構は、ダミー処理用ガスと、前記ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスとを、前記チャンバ内にそれぞれ供給するためのものである。  
前記制御手段は、前記チャンバ内に前記ダミー基板が搬送されたときに前記ダミー処理用ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記チャンバ内に前記ダミー基板に代えて前記製品基板が搬送されたときに前記原料ガスを前記チャンバ内に供給させる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置の構成例を示す模式的な図である。
【図２】図１に示す薄膜製造装置を含む多室型成膜装置の構成例を示す模式的な図である。
【図３】図１及び図２に示す薄膜製造装置及び多室型成膜装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】第１の比較例として挙げる薄膜製造方法により形成されたＰＺＴ薄膜中のＰｂ組成比、及びＺｒ組成比を表すグラフである。
【図５】第１の比較例として挙げる薄膜製造方法の成膜レートを示すグラフである。
【図６】図４及び図５に示すＰｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性を示す表である。
【図７】第２の比較例として挙げる薄膜製造方法により形成されたＰＺＴ薄膜中のＰｂ組成比、及びＺｒ組成比を表すグラフである。
【図８】第２の比較例として挙げる薄膜製造方法の成膜レートを示すグラフである。
【図９】図７及び図８に示すＰｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性を示す表である。
【図１０】本実施形態に係る薄膜製造方法により形成されたＰＺＴ薄膜中のＰｂ組成比、及びＺｒ組成比を表すグラフである。
【図１１】本実施形態に係る薄膜製造方法の成膜レートを示すグラフである。
【図１２】図１０及び図１１に示すＰｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性を示す表である。
【図１３】図１に示す薄膜製造装置の変形例を示す模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る薄膜製造方法は、前記チャンバ内にダミー基板を搬送し、前記ダミー基板にダミー処理用ガスを供給することを含む。  
前記チャンバ内に製品基板が搬送され、前記製品基板に、前記ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスが供給される。
【００１１】
この薄膜製造方法では、製品基板に金属原料を含む原料ガスが供給される前に、ダミー基板に原料ガスと異なるダミー処理用ガスが供給される。これによりチャンバ内の環境を成膜条件が満たされる環境とすることが可能となる。この結果、再現性のよい薄膜を省資源及び低コストで製造することができる。
前記チャンバ内にダミー基板を搬送し、前記ダミー基板にダミー処理用ガスを供給する前に、チャンバ内にアイドリング用基板が配置された状態で、前記チャンバ内が、成膜処理が行われないアイドリング状態とされてもよい。
【００１２】
なお原料ガスには、例えば金属原料を室温常圧の時に溶解するのに用いられる溶媒のガスや、キャリアガスとして用いられる不活性ガス等が含まれる。
【００１３】
前記原料ガスを供給する工程は、前記原料ガスに、前記原料ガスと反応する反応ガスと、不活性ガスとを混合した混合ガスを、前記製品基板に供給してもよい。
【００１４】
前記ダミー処理用ガスは、前記金属原料を溶解するのに用いられる溶媒のガスに、前記反応ガスと、前記不活性ガスとを混合して得られたガスであってもよい。  
この薄膜製造方法では、ダミー処理用ガスとして、例えば金属原料を室温常圧の時に溶解するのに用いられる溶媒のガスと、成膜処理で用いられ反応ガス及び不活性ガスとが混合されたガスが用いられる。すなわちダミー処理用ガスとして金属原料を含む原料ガスが用いられないので、再現性のよい薄膜を省資源及び低コストで製造することができる。なお、上記の混合ガスに、キャリアガスとして用いられる不活性ガスが含まれてもよい。
【００１５】
前記ダミー処理用ガスは、前記金属原料を溶解するのに用いられる溶媒のガスを、前記不活性ガスと混合して得られたガスであってもよい。  
このようにダミー処理用ガスとして、例えば金属原料を室温常圧の時に溶解するのに用いられる溶媒のガスと不活性ガスとが混合されたガスが用いられてもよい。この混合ガスに、キャリアガスとして用いられる不活性ガスが含まれてもよい。
【００１６】
前記ダミー処理用ガスは、前記不活性ガスであってもよい。  
このようにダミー処理用ガスとして、不活性ガスのみが用いられてもよい。
【００１７】
前記原料ガスを供給する工程は、前記原料ガスと前記原料ガスと反応する反応ガスとを含む混合ガスを、前記製品基板に供給してもよい。
【００１８】
前記ダミー処理用ガスは、前記金属原料を溶解するのに用いられる溶媒のガスと前記反応ガスとが混合されたガスであってもよい。  
【００１９】
前記ダミー処理用ガスは、前記反応ガスであってもよい。  
このようにダミー処理用ガスとして、反応ガスのみが用いられてもよい。
【００２０】
本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置は、チャンバと、供給機構と、制御手段とを具備する。  
前記チャンバには、ダミー基板と、製品基板とがそれぞれ搬送される。  
前記供給機構は、ダミー処理用ガスと、前記ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスとを、前記チャンバ内にそれぞれ供給するためのものである。  
前記制御手段は、前記チャンバ内に前記ダミー基板が搬送されたときに前記ダミー処理用ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記チャンバ内に前記ダミー基板に代えて前記製品基板が搬送されたときに前記原料ガスを前記チャンバ内に供給させる。
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２２】
［薄膜製造装置］
図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置の構成例を示す模式的な図である。本実施形態の薄膜製造装置により、ＭＯＣＶＤ法を利用した強誘電体ＰＺＴの薄膜の製造が可能となる。
【００２３】
薄膜製造装置１００は、有機金属の有機溶媒溶液を供給する原料供給部１０と、その溶液を気化して原料ガスを生成する気化器２０とを有する。また薄膜製造装置１００は、原料ガス、原料ガスと反応する反応ガスとしての酸化ガス、及び不活性ガスを混合させて混合ガスを生成する混合器３０と、混合器３０と供給ライン３３を介して接続される成膜室５０とを有する。本実施形態では、原料供給部１０、気化器２０、混合器３０、及びこれらに設けられた各ライン及び各バルブにより供給機構が構成される。
【００２４】
原料供給部１０は、有機金属の原料溶液及び溶媒が充填されるタンクＡ，Ｂ，Ｃ及びＤと、各タンクＡ〜Ｄに供給されるＨｅ（ヘリウム）の供給ライン１１とを有する。また原料供給部１０は、各タンクＡ〜Ｄに供給されるＨｅの圧力により押し出された金属原料溶液及び溶媒を運搬するためのキャリアガスの供給ライン１２を有する。本実施形態ではキャリアガスとしてＮ2（窒素）が用いられるが、これに限られず他の不活性ガスが用いられてもよい。同様に、各タンクＡ〜Ｄに供給されるガスもＨｅに限られず、他の不活性ガスが用いられてもよい。
【００２５】
本実施形態では、タンクＡ〜Ｄに、Ｐｂの原料溶液、Ｚｒの原料溶液、Ｔｉの原料溶液、及び有機系の溶媒がそれぞれ充填される。Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉの原料溶液としては、酢酸ｎブチル溶液中に、各金属原料が０．２５ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解した溶液が用いられる。本実施形態では、各金属原料は、室温常圧時において溶媒に溶解される。
【００２６】
Ｐｂ原料としては、Ｐｂ（ｄｐｍ）2（ビスジピバロイルメタネート）鉛が用いられ、Ｚｒ原料としては、Ｚｒ（ｄｍｈｄ）4（テトラキス（２，６）ジメチル（３，５）ヘプタンジオネート）ジルコニウムが用いられる。またＴｉ原料としては、Ｔｉ（ｉＰｒＯ）2（ｄｐｍ）2（（ビスイソプロポキシド）（ビスジピバロイルメタネート））チタンが用いられる。タンクＤに充填される溶媒としては酢酸ｎブチルが用いられる。なお、Ｐｂ（ｄｐｍ）2は、Ｐｂ（ｔｈｄ）2（ビス（２，２，６，６）テトラメチル（３，５）ヘプタンジオネート）鉛ともいう。
【００２７】
溶媒に溶解される各金属原料は、上記のものに限られない。例えばＰｂ原料として、Ｐｂ（ｄｉｂｍ）2（ビスジイソブチリルメタナート）鉛等や、Ｐｂ（ｄｐｍ）2、及びＰｂ（ｄｉｂｍ）2の両方あるいは少なくとも一方を一部に有する材料が用いられてもよい。またＺｒ原料として、Ｚｒ（ｔｈｄ）4（テトラキス（２，２，６，６）テトラメチル（３，５）ヘプタンジオネート）ジルコニウム等や、これらを一部に有する材料が用いられてもよい。そしてＴｉの原料として、Ｔｉ（ＭＭＰ）4（テトラキス（１）メトキシ（２）メチル（２）プロポキシ）チタン等や、これらを一部に含む材料が用いられてもよい。
【００２８】
各金属原料を溶かす溶媒及びタンクＤに充填される溶媒も、上記した酢酸ｎブチルに代えて、例えばトルエン、テトラヒドロフロン（ＴＨＦ）、シクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、又はメチルシクロヘキサン等が用いられてもよい。
【００２９】
気化器２０は、供給ライン１２を介して原料供給部１０に接続されており、原料供給部１０から気化器２０へ、金属原料溶液及び溶媒の液滴が搬送される。気化器２０は図示しない加熱手段を有しており、搬送された金属原料溶液及び溶媒が加熱により気化される。これにより金属原料を含む原料ガスが生成される。なお気化効率を向上させるために、金属原料溶液及び溶媒の液滴にガスや超音波等を当てる方法や、微細ノズルを介して予め微細化された液滴を導入する方法等が併用されてもよい。なお原料ガスには、溶媒のガスや、キャリアガスとして用いられる不活性ガス等も含まれている。
【００３０】
図１に示すように、気化器２０には、混合器３０に接続されるＲｕｎライン２１と、真空排気システム４０に接続されるＶｅｎｔライン２２とが設けられる。Ｒｕｎライン２１にはバルブＶ1が設けられ、Ｖｅｎｔライン２２にはバルブＶ2が設けられる。
【００３１】
混合器３０は、気化器２０により生成された原料ガスと、酸化ガス及び不活性ガスとの混合ガスを生成するものである。そのため、混合器３０には酸化ガス供給部３１及び不活性ガス供給部３２が接続されている。本実施形態では、酸化ガス供給部３１によりＯ2（酸素）が供給され、不活性ガス供給部３２によりＮ2が供給される。しかしながら、酸化ガスとして例えば一酸化二窒素やオゾン等が供給されてもよい。また不活性ガスとして、アルゴン等が供給されてもよい。
【００３２】
成膜室５０は、供給ライン３３に接続されるチャンバ５１と、チャンバ５１内に配置されるステージ５２とを有する。チャンバ５１の天井面にはシャワーノズル５３が設けられており、このシャワーノズル５３に供給ライン３３が接続されている。ステージ５２及びシャワーノズル５３は、互いに対向する位置にそれぞれ配置される。またチャンバ５１内には、図示しない防着板等の部品が洗浄済みの状態で配置される。
【００３３】
図１に示すようにステージ５２上には、アイドリング用基板Ｓ1、ダミー基板Ｓ2、及び製品基板Ｓ3がそれぞれ配置される。ステージ５２は、図示しないヒータや熱電対等の温度センサを有しており、載置された各基板Ｓ1〜Ｓ3をそれぞれ加熱することが可能である。各基板Ｓ1〜Ｓ3を加熱するための加熱手段は、ヒータに限られず種々の加熱手段が採用可能である。
【００３４】
後述するように、アイドリング用基板Ｓ1は、アイドリング時に用いられる基板であり、ダミー基板Ｓ2は、ダミー処理時に用いられる基板である。製品基板Ｓ3は、成膜処理によりＰＺＴ薄膜が形成される基板である。本実施形態では、アイドリング用基板Ｓ1、ダミー基板Ｓ2、及び製品基板Ｓ3として同じ基板が用いられる。具体的には、１００ｎｍのＳｉＯ2酸化膜が形成された８インチのＳｉ基板上に、スパッタリング法でＩｒが７０ｎｍ成膜された基板が用いられる。しかしながら基板の大きさや材料等は限定されない。
【００３５】
チャンバ５１は、圧力調整バルブ４１を介して、例えばドライポンプやターボ分子ポンプ等を備えた真空排気システム４０に接続される。圧力調整バルブ４１によりチャンバ５１内の圧力を適宜設定することで、様々な成膜圧力条件に容易に対応することが可能である。
【００３６】
気化器２０から成膜室５０までの各ライン、各バルブやシャワーノズル５３及び混合器３０等を含む各装置は、気化した原料ガスが液化等されないように、図示しない加熱手段により例えば２００℃以上の高温状態に保たれる。
【００３７】
本実施形態に係る薄膜製造装置１００は、上記で説明した各バルブや各装置を制御する制御手段としての図示しない制御ユニットを有している。制御ユニットは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるメインメモリ等を有する。制御ユニットから各装置等に、例えば有線あるいは無線を介して制御信号が出力されることで、例えばチャンバ５１内へのガスフローやステージ５２に載置された各基板Ｓ1〜Ｓ3の加熱等が制御される。
【００３８】
［多室型（マルチチャンバ型）成膜装置］
図２は、本実施形態に係る薄膜製造装置１００を含む多室型成膜装置の構成例を示す模式的な図である。多室型成膜装置２００は、アイドリング用基板Ｓ1、ダミー基板Ｓ2、及び製品基板Ｓ3をそれぞれ搬送することが可能な図示しない搬送ロボットが設けられる搬送室２０１と、１ロット２５枚の基板をそれぞれ搭載することができる２つのストッカー室２０２とを有する。また多室型成膜装置２００は２つの上記薄膜製造装置１００を有しており、搬送室２０１の周囲に２つの上記成膜室５０がそれぞれ配置される。成膜室５０及びストッカー室２０２は、仕切りバルブ２０３を介して搬送室２０１にそれぞれ接続される。なおストッカー室２０２の数は２つに限られず、より多くのストッカー室あるいは１つのストッカー室が搬送室２０１の周囲に配置されてもよい。
【００３９】
成膜室５０に真空排気システム４０がそれぞれ接続されているのと同様に、搬送室２０１及びストッカー室２０２にも真空排気システム２０４がそれぞれ接続されている。これにより各室は、独立して内部を真空雰囲気に排気することが可能である。しかしながら、例えば１つ真空排気システムが併用されて、搬送室２０１、成膜室５０及びストッカー室２０２の内部が排気されてもよい。この場合、その真空排気システムが、図１に示す真空排気システム４０として機能する。
【００４０】
また搬送室２０１にはガス源２０５が接続されており、このガス源２０５から導入される不活性ガス等の調圧ガスによって、搬送室２０１内を所定の圧力に調整できるようになっている。搬送室２０１の内部圧力の調整は、搬送室２０１に設けられた図示しない自動圧力調整バルブにより行われる。
【００４１】
図２に示すように、ストッカー室２０２は、仕切りバルブ２０３を介して大気基板搬送システム２０６に接続される。大気基板搬送システム２０６には、複数のウエハカセット２０７とストッカー室２０２との間で、例えば成膜未処理又は成膜処理済の製品基板Ｓ3等を搬送する図示しない搬送ロボットが設けられる。
【００４２】
本実施形態に係る多室型成膜装置２００には、ストッカー室２０２が２つ配置されるので、一方のストッカー室２０２に基板が全て入れば、他方のストッカー室２０２に基板を搭載することができる。２室目のストッカー室２０２に基板が搭載されている場合、１室目のストッカー室２０２に搭載された基板の成膜プロセスが終了すると、２室目のストッカー室２０２が真空引きされ、再び基板が成膜室５０に運ばれていく。
【００４３】
［薄膜製造装置及び多室型成膜装置の動作］
図３は、本実施形態に係る薄膜製造装置１００及び多室型成膜装置２００の動作を示すフローチャートである。図３では、チャンバ５１内がアイドリング状態とされる際の動作から、成膜処理が再開され製品基板Ｓ3にＰＺＴ薄膜が形成されるまでの動作が図示されている。アイドリング状態とは、成膜処理が中断された状態であり、チャンバ５１内で成膜処理が行われない状態である。
【００４４】
多室型成膜装置２００の搬送室２０１からアイドリング用基板Ｓ1がチャンバ５１内に搬送される（ステップ１０１）。アイドリング用基板Ｓ1は、例えば中断される前の成膜処理においてストッカー室２０２に搭載された複数の基板から選択されてもよい。あるいはアイドリング用基板Ｓ1が別途準備されており、それがチャンバ５１内に搬送されてもよい。
【００４５】
チャンバ５１内にアイドリング用基板Ｓ1が配置された状態で、チャンバ５１内がアイドリング状態とされる（ステップ１０２）。アイドリング状態ではチャンバ５１内の環境が、後に再開される成膜処理における成膜条件を満たす環境に近づくように調整される。
【００４６】
本実施形態では、アイドリング状態のチャンバ５１内の内部圧力が、成膜圧力条件である約２Ｔｏｒｒに調整される。チャンバ５１内の内部圧力は、図１に示す不活性ガス供給部３２により供給されるＮ2により調整される。
【００４７】
成膜工程では、チャンバ５１内のステージ５２が有するヒータにより、製品基板Ｓ3が６００℃以上に加熱される。ヒータからの熱は、チャンバ５１内のシャワーノズル５３や他の部品にも伝わる。上記したように製品基板Ｓ3には、金属であるＩｒが成膜されているので、ヒータからの熱の一部がＩｒにより反射される。すなわちヒータから他の部材への放熱の状況は、ステージ５２に載置された製品基板Ｓ3により影響を受ける。
【００４８】
このことを考慮して、本実施形態では、チャンバ５１内に、製品基板Ｓ3と同じ基板であるアイドリング用基板Ｓ1がステージ５２に載置され、アイドリング用基板Ｓ1が６００℃以上に加熱される。これによりアイドリング状態のチャンバ５１内の温度環境を成膜条件が満たされる温度環境に精度よく近づけることができる。
【００４９】
本実施形態では、アイドリング用基板Ｓ1として製品基板Ｓ3と同じ基板が用いられた。しかしながら、例えば金属が成膜されており、アイドリング状態のチャンバ５１内の温度環境を上記したように調整可能であるのなら、製品基板Ｓ3と異なる基板が、アイドリング用基板Ｓ1として用いられてもよい。また上記した成膜圧力条件や、製品基板Ｓ3及びアイドリング用基板Ｓ1の加熱温度は適宜設定されてよい。
【００５０】
薄膜製造装置１００のチャンバ５１内がアイドリング状態に設定されている状態で、成膜処理が再開される。そうすると２５枚入りのウエハカセット２０７から、大気基板搬送システム２０６に設けられた搬送ロボットにより、所定の枚数の基板がストッカー室２０２に搬送される。これら複数の基板のうち、チャンバ５１に搬送される最初の２枚の基板は、ダミー基板Ｓ2として用いられ、以下に示すダミー処理が行われる。その他の基板は製品基板Ｓ3として用いられ、ダミー処理後の成膜処理によりＰＺＴ薄膜が形成される。基板が搬入されたストッカー室２０２内は真空排気される。
【００５１】
真空排気されたストッカー室２０２と搬送室２０１との間にある仕切りバルブ２０３が開き、搬送室２０１及びストッカー室２０２の両方が真空排気される状態となる。ガス源２０５により搬送室２０１にＮ2等の調整ガスが例えば１２００ｓｃｃｍ供給され、搬送室２０１の内部圧力が調整される。搬送室２０１の内部圧力は、設定されたチャンバ５１の内部圧力である約２Ｔｏｒｒと略等しい圧力、あるいはそれよりも５％程度高い圧力に調整される。搬送室２０１の調圧がほぼ終了するとストッカー室２０２の１枚目のダミー基板Ｓ2が搬送室２０１を介してチャンバ５１に運ばれる（ステップ１０３）。
【００５２】
図１に示す原料供給部１０では、Ｈｅの供給ライン１１から各タンクＡ〜ＤにＨｅが供給される。これにより各タンクＡ〜Ｄの内部圧力が上昇し、各タンクＡ〜Ｄに充填されていた有機金属の原料溶液及び溶媒がキャリアガスの供給ライン１２に押し出される。押し出された金属原料溶液及び溶媒の液滴は、それぞれの流量が液体流量制御器等で制御されて、キャリアガスにより気化器２０に運搬される。
【００５３】
本実施形態では、液体流量制御器等により、タンクＡ〜Ｃから押し出されたＰｂ、Ｚｒ及びＴｉの各原料溶液の流量が略０に規制され、酢酸ｎブチルである溶媒のみが気化器２０に運搬される。溶媒の流量は、成膜工程において各金属原料溶液及び溶媒の全体の流量と略等しくなるように制御される。
【００５４】
気化器２０では、成膜工程が再開すると、タンクＤから押し出された溶媒による気化器２０のノズルフラッシュが始まり、３分ほどで溶媒及び後に運搬されてくる金属原料溶液を気化できる状態になる。この際、Ｖｅｎｔライン２２のバルブＶ2が開けられ、溶媒の気化ガス及びキャリアガスはＶｅｎｔライン２２に捨てられる。
【００５５】
１枚目のダミー基板Ｓ2がチャンバ５１内に運ばれステージ５２上に載置されると、ステージ５２に設けられたヒータによりダミー基板Ｓ2が６００℃以上に加熱される。ダミー基板Ｓ2の温度は３分程で所定の温度に落ち着く。
【００５６】
成膜室５０におけるダミー基板Ｓ2やシャワーノズル５３等の部品の温度が所定の温度に飽和すると、Ｖｅｎｔライン２２のバルブＶ2が閉じられ、Ｒｕｎライン２１のバルブＶ1が開けられる。そして気化器２０により気化された溶媒ガスが混合器３０に供給される。
【００５７】
混合器３０では、気化器２０から供給された溶媒ガスと、酸化ガスであるＯ2及び不活性ガスであるＮ2とが所定の混合比（ｍｏｌ比）で混合される。これによりダミー処理用ガスが生成される。混合比は、例えば成膜工程で混合される原料ガス、酸化ガス及び不活性ガスの混合比と略等しくなるように設定される。なお、ダミー処理用ガスに、キャリアガスとして用いられる不活性ガスが含まれてもよい。
【００５８】
混合器３０により生成されたダミー処理用ガスは、供給ライン３３を通って成膜室５０のチャンバ５１内に供給される。そして加熱されたダミー基板Ｓ2にダミー処理用ガスが供給される（ステップ１０４）。ダミー処理用ガスは、成膜工程における成膜時間と略等しい時間、ダミー基板Ｓ2に供給される。本実施形態では、約１５ｎｍ／ｍｉｎの成膜レートで約７０ｎｍのＰＺＴ薄膜が形成される。従って成膜時間は約３００秒程度である。しかしながら成膜されるＰＺＴ薄膜の厚み、成膜レート、及び成膜に費やされる時間がこれらに限定されるわけではない。
【００５９】
ダミー処理用ガスの供給が終了すると、Ｒｕｎライン２１のバルブＶ1が閉じられ、Ｖｅｎｔライン２２のバルブＶ2が開けられる。従って溶媒ガスはＶｅｎｔライン２２に捨てられる。その後本実施形態では、混合器３０に接続された不活性ガス供給部３２からＮ2がチャンバ５１内に供給され、チャンバ５１内の内部圧力が、成膜圧力条件を満たす圧力（約２Ｔｏｒｒ）となるように設定される。そして１枚目のダミー基板Ｓ2がアンロードされ、２枚目のダミー基板Ｓ2がチャンバ５１内に搬送される。２枚目のダミー基板Ｓ2に対しても、上記で説明したのと同様のダミー処理が行われる。
【００６０】
本実施形態に係る成膜処理では、ステージ５２に載置された製品基板Ｓ3の温度を安定させるための時間（約３分）、成膜時間（約３００秒）、及び成膜後に製品基板Ｓ3がアンロードされるまでの時間（約６０秒）等が必要である。これらの時間を合わせると１枚の製品基板Ｓ3に対する成膜処理に約１０分の時間が費やされる。従って１枚のダミー基板Ｓ2に対するダミー処理に費やされる時間も約１０分となる。しかしながら成膜処理及びダミー処理に費やされる時間は適宜設定されてよい。
【００６１】
２枚目のダミー基板Ｓ2に対するダミー処理が終了すると、チャンバ５１内に製品基板Ｓ3が搬送される（ステップ１０５）。これに合わせて、図１に示すキャリアガスの供給ライン１２に押し出された各金属原料溶液及び溶媒の液滴が、各流量が制御されて気化器２０に運搬される。
【００６２】
気化器２０により、金属原料溶液主体の気化ガスが生成され、混合器３０に運搬される。混合器３０により、原料ガス、酸化ガス及び不活性ガスが所定の混合比で混合される。混合比は、例えば成膜されるＰＺＴ薄膜の結晶配向を所期のものとするために適宜設定される。
【００６３】
混合器３０により生成された混合ガスは、供給ライン３３を通ってチャンバ５１内に配置された製品基板Ｓ3に供給される（ステップ１０６）。これによりＰＺＴ薄膜が製品基板Ｓ3上に形成される。成膜が終了すると、Ｖｅｎｔライン２２のバルブＶ2が開けられ、金属原料溶液の気化ガスはＶｅｎｔライン２２に捨てられる。
【００６４】
ＰＺＴ薄膜が形成された製品基板Ｓ3は、搬送室２０１にアンロードされ、２枚目の製品基板Ｓ3がチャンバ５１内に搬送される。２枚目の製品基板Ｓ3に上記と同様の成膜処理が行われる。以後、製品基板Ｓ3がチャンバ５１内に搬送され、ＰＺＴ薄膜の成膜処理が順次行われる。
【００６５】
本実施形態に係る薄膜製造装置１００により製造されたＰＺＴ薄膜の成膜再現性について説明する。そのために本実施形態に係る薄膜製造方法により製造されたＰＺＴ薄膜と、比較例として挙げる２つの薄膜製造方法によりそれぞれ製造されたＰＺＴ薄膜とを比べる。
【００６６】
図４〜図６は、第１の比較例として挙げる薄膜製造方法についてのグラフ及び表である。図４は、形成されたＰＺＴ薄膜中のＰｂ組成比（Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ））、及びＺｒ組成比（Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ））を表すグラフである。図５は、第１の比較例に係る薄膜製造方法の成膜レート（ｎｍ／ｍｉｎ）を示すグラフである。図６は、図４及び図５に示すＰｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性を示す表である。
【００６７】
第１の比較例に係る薄膜製造方法は、チャンバ内にアイドリング用基板が配置されない状態でチャンバ内がアイドリング状態とされる。そして成膜処理が再開されるとまず２枚のダミー基板に対してダミー処理が行われる。第１の比較例に係るダミー処理では、製品基板に供給される原料ガスがダミー基板にも供給され、ダミー基板にＰＺＴ薄膜が形成される。
【００６８】
第１の比較例に係る薄膜製造方法では、まず連続して２００枚の製品基板に成膜処理が行われる。そして約６時間のアイドリング状態の後に、成膜処理が再開される。図４及び図５では、アイドリング前の５０枚（グラフに示す１５０枚〜２００枚）の製品基板と、成膜処理の再開後の５０枚（グラフに示す２０１枚〜２５０枚）のうちダミー基板（２０１枚〜２０３枚）を除く製品基板（再開後３枚目からの基板）とを測定範囲としている。この範囲から選択された所定の枚数の製品基板の各測定値が図示されている。図４及び図５に示すように、ダミー処理直後の製品基板が多く選択されている。
【００６９】
図６に示す再現性は、図４及び図５に示す各測定値のばらつきを示すものである。具体的には、各測定値について、最大値と最小値との差を、最大値と最小値との和で除した結果を、±の％で表示したものである。
【００７０】
図７〜図９は、第２の比較例として挙げる薄膜製造方法についてのグラフ及び表である。図７は、ＰＺＴ薄膜中のＰｂ組成比及びＺｒ組成比を表すグラフであり、図８は、膜レートを示すグラフである。図９は、図７及び図８に示すＰｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性を示す表である。
【００７１】
第２の比較例に係る薄膜製造方法は、チャンバ内にアイドリング用基板が配置された状態でチャンバ内がアイドリング状態とされる。そして成膜処理が再開されるとまず２枚のダミー基板に、原料ガスを用いたダミー処理が行われる。すなわち第２の比較例に係るダミー処理では、第１の比較例に係るダミー処理と同様に、ダミー基板にＰＺＴ薄膜が形成される。
【００７２】
第２の比較例に係る薄膜製造方法では、まず連続して１５０枚の製品基板に成膜処理が行われる。そしてアイドリング用基板を用いた約６時間のアイドリング状態の後に、成膜処理が再開される。図７及び図８では、アイドリング前後の各５０枚のうちダミー基板を除いた製品基板が測定範囲となっており、この範囲から選択された所定の枚数の製品基板の各測定値が図示される。図７及び図８に示すように、ダミー処理直後に連続して成膜される５枚の製品基板の測定値が図示されている。
【００７３】
図４〜図６に示す第１の比較例に係る薄膜製造方法と、図７〜図９に示す第２の比較例に係る薄膜製造方法とを比べると、第２の比較例に係る薄膜製造方法の方が各測定値の再現性がよいのがわかる。上記したように第２の比較例に係る薄膜製造方法では、チャンバ内にアイドリング用基板が配置された状態でチャンバ内がアイドリング状態とされる。これにより、アイドリング状態でのチャンバ内の温度環境が成膜条件を満たす温度環境に近づけられるので、各測定値の再現性が向上したものと考えられる。
【００７４】
図１０〜図１２は、本実施形態に係る薄膜製造方法についてのグラフ及び表である。図１０は、ＰＺＴ薄膜中のＰｂ組成比及びＺｒ組成比を表すグラフであり、図１１は、成膜レートを示すグラフである。図１２は、図１０及び図１１に示すＰｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性を示す表である。
【００７５】
ここでは、まず連続して１５０枚の製品基板Ｓ3に成膜処理が行われる。そしてアイドリング用基板Ｓ1を用いた約６時間のアイドリング状態の後に、成膜処理が再開され、まずダミー処理が行われる。上記したように本実施形態に係るダミー処理は、ダミー基板Ｓ2に金属原料を含まないダミー処理用ガスが供給される。
【００７６】
図１０及び図１１では、アイドリング前後の各５０枚のうちダミー基板Ｓ2を除いた製品基板Ｓ3が測定範囲となっており、この範囲から選択された所定の枚数の製品基板Ｓ3の各測定値が図示される。図１０及び図１１に示すように、ダミー処理直後に連続して成膜される５枚の製品基板Ｓ3の測定値が図示されている。
【００７７】
図７〜図９に示す第２の比較例に係る薄膜製造方法と、図１０〜図１２に示す本実施形態に係る薄膜製造方法とを比べると、各測定値と、それらの再現性は略等しい。すなわちダミー処理においてダミー基板Ｓ2にＰＺＴ薄膜を形成しなくとも、Ｐｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性はよいことがわかる。
【００７８】
本出願に係る発明者は、アイドリング後に再開される成膜処理についての成膜再現性について以下のように考察した。まずアイドリング用基板Ｓ1を配置した状態でチャンバ５１内をアイドリング状態とする。これによりアイドリング状態でのチャンバ５１内の温度環境が成膜条件を満たす温度環境に近づけることが可能である。
【００７９】
次に、アイドリング状態から成膜処理が再開されたときに、チャンバ５１内の環境がどのように変化するかについて考察した。上記したように成膜処理では約１０分の間隔でチャンバ５１に対し製品基板Ｓ3が搬送される。本発明者は、この搬送動作によるチャンバ５１内の温度環境の変化に着目した。そしてチャンバ５１内の温度環境を成膜条件が満たされる温度環境とするためのダミー処理について考察した。この結果、チャンバ５１内に搬送されるダミー基板Ｓ2に供給されるダミー処理用ガスが、金属原料を含まないガスであっても、チャンバ５１内の温度環境を調整することが可能であることがわかった。図１０〜図１２に示すように、金属原料を含まないダミー処理用ガスによるダミー処理でも、アイドリング後の成膜処理についての成膜再現性がよいことがわかる。
【００８０】
以上、本実施形態に係る薄膜製造装置１００、及び当該装置１００による薄膜製造方法では、チャンバ５１内にアイドリング用基板Ｓ1が配置された状態で、チャンバ５１内がアイドリング状態となる。これによりチャンバ５１内の環境が成膜条件を満たす環境に近づけられる。そして製品基板Ｓ3に金属原料を含む原料ガスが供給される前に、ダミー基板Ｓ2に原料ガスと異なるダミー処理用ガスが供給される。これによりチャンバ５１内の環境を成膜条件が満たされる環境とすることが可能となる。
【００８１】
本実施形態では、ダミー処理用ガスとして、溶媒のガスと、成膜処理で用いられる反応ガス及び不活性ガスとが混合されたガスが用いられる。すなわちダミー処理用ガスとして金属原料が用いられないので、各金属原料の消費量を抑えることができ、再現性のよいＰＺＴ薄膜を省資源及び低コストで製造することができる。
【００８２】
例えばアイドリング後に１００枚の基板に連続して成膜処理を行う場合、最初の２枚をダミー基板Ｓ2とすると、第１及び第２の比較例に係る薄膜製造方法と比べて金属原料にかかるコストを２％削減することができる。実際には条件確認や日々の装置管理等のために、１００枚よりも少ない枚数で成膜処理が行われることも多く、その場合金属原料にかかるコストの削減効果はさらに大きくなる。
【００８３】
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更され得る。
【００８４】
上記の実施形態では、ダミー処理用ガスとして、溶媒のガスと、成膜処理で用いられる反応ガス及び不活性ガスとが混合されたガスが用いられる。しかしながら、ダミー処理用ガスとして、溶媒のガスと不活性ガスとが混合されたガス、溶媒のガスと酸化ガスとが混合されたガス、又は酸化ガスと不活性ガスとが混合されたガスが用いられてもよい。あるいは、ダミー処理時において混合器３０に溶媒のガスが供給されず、ダミー処理用ガスとしては、混合器３０に接続された不活性ガス供給部３２からの不活性ガスのみが用いられてもよい。または混合器３０に接続された酸化ガス供給部３１からの酸化ガスのみが用いられてもよい。さらに、混合器３０に供給された溶媒ガスが、酸化ガス又は不活性ガスと混合されず、単独でダミー処理用ガスとして用いられてもよい。
【００８５】
図１３は、図１に示す薄膜製造装置１００の変形例を示す模式的な図である。この薄膜製造装置３００では、不活性ガス供給部３３２が混合器３３０に接続されず、別途チャンバ３５１のシャワーノズル３５３に接続される。成膜工程においては、混合器３３０により原料ガスと酸化ガスとが混合され、その混合ガスが製品基板Ｓ3に供給される。これにより製品基板Ｓ3上にＰＺＴ薄膜が形成される。このような構成の薄膜製造装置３００において、ダミー処理用ガスとして、溶媒ガス、酸化ガス及び不活性ガスのいずれかが混合されたガスが用いられてもよいし、各ガスが単独でダミー処理用ガスとして用いられてもよい。なお不活性ガスが混合される場合は、チャンバ３５１内にて混合されることになる。
【００８６】
また混合器が設けられず、原料ガス、酸化ガス供給部、及び不活性ガス供給部が、それぞれ別個にチャンバに接続されてもよい。この場合、成膜工程においては、チャンバ内にて原料ガス、酸化ガス、及び不活性ガスの混合ガスが生成されることになる。このような構成において、上記で複数例示した混合ガス等が、ダミー処理用ガスとしてそれぞれ用いられてもよい。
【００８７】
上記の実施形態では、ダミー処理時において、２枚のダミー基板Ｓ2が用いられた。しかしながら、１枚のダミー基板Ｓ2が２回チャンバ内に搬送されてもよい。本実施形態では、ダミー基板Ｓ2にＰＺＴ薄膜が形成されないので、１枚のダミー基板Ｓ2を何度も使用することに有利である。またダミー基板Ｓ2と製品基板Ｓ3とが同じ基板でなくともよい。例えばダミー基板専用の基板が準備され、ダミー処理時にはその基板が繰り返し使用されてもよい。
【００８８】
使用されるダミー基板の数や回数は、２枚あるいは２回に限られず、適宜設定可能である。チャンバ内の温度環境や成膜条件が満たされる環境となるのなら、１枚のダミー基板が１回使用されるダミー処理でもよい。
【００８９】
アイドリング用基板がダミー基板として用いられてもよい。例えばアイドリング状態のチャンバ内からアイドリング用基板が一度搬出され、再度チャンバ内に搬入される。そしてアイドリング用基板にダミー処理用ガスが供給されてもよい。
【００９０】
上記実施形態では、薄膜製造装置１００によりＰＺＴ薄膜が製造された。しかしながらＰＺＴ薄膜以外の薄膜がＭＯＣＶＤ法により製造される場合でも、本発明は適用可能である。そのような薄膜として、例えばランタンドープチタン酸ジルコン酸鉛（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3；ＰＬＺＴ）や、タンタル酸ビスマス酸ストロンチウム（ＳｒＢｉ2，Ｔａ2，Ｏ9；ＳＢＴ）等の薄膜がある。またガリウムナイトライド（ＧａＮ）、インジウムガリウムナイトライド（ＩｎＧａＮ）あるいは硫化亜鉛（ＺｎＳ）等の薄膜がある。
【００９１】
ＭＯＣＶＤ法による成膜処理に用いられる反応ガスとして、アンモニア（ＮＨ3）等の還元ガスが用いられる場合がる。この場合、ダミー処理用ガスとして、溶媒ガス、還元ガス及び不活性ガスのいずれかが混合されたガスが用いられてもよいし、各ガスが単独でダミー処理用ガスとして用いられてもよい。
【００９２】
上記では図２に示すように、本発明の実施形態に係る薄膜製造装置１００を含む装置として、多室型成膜装置２００が例示されている。しかしながら例えばエッチング処理装置や洗浄処理装置等の複数の処理装置を含む基板処理装置に、本実施形態の薄膜製造装置１００が設けられてもよい。そのような基板処理装置として、例えばクラスタツール型またはインライン型の基板処理装置がある。
【００９３】
上記実施形態では、チャンバにダミー基板Ｓ2が搬入されてダミー処理用ガスが供給される前に、チャンバ内がアイドリング状態とされた。しかし、本技術は、チャンバをアイドリング状態とする工程を必要としなくてもよい。
【符号の説明】
【００９４】
Ｓ1…アイドリング用基板
Ｓ2…ダミー基板
Ｓ3…製品基板
５１、３５１…チャンバ
１００、３００…薄膜製造装置
２００…多室型成膜装置
【図１】
2012042772.tif 000003
【図２】
2012042772.tif 000004
【図３】
2012042772.tif 000005
【図４】
2012042772.tif 000006
【図５】
2012042772.tif 000007
【図６】
2012042772.tif 000008
【図７】
2012042772.tif 000009
【図８】
2012042772.tif 000010
【図９】
2012042772.tif 000011
【図１０】
2012042772.tif 000012
【図１１】
2012042772.tif 000013
【図１２】
2012042772.tif 000014
【図１３】
2012042772.tif 000015
【国際調査報告】
2012042772.tif 000016
2012042772.tif 000017