(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜容器と、
前記成膜容器内に保持された基板と対向するように設けられた平板電極と、
前記成膜容器内部で基板を保持する対向電極と、
前記成膜容器の一側壁部に設けられたガス導入開口部と、前記一側壁部に対向する前記成膜容器の他側壁部に設けられた排気開口部と、を備え、
前記基板上に薄膜を形成するプラズマ原子層成長装置であって、
前記ガス導入開口部に前記成膜容器内側から取り付け可能で、前記ガス導入開口部の開口を囲むように筒状に配置された絶縁性のインジェクタ防着材と、
前記排気開口部に前記成膜容器内側から取り付け可能で、前記排気開口部の開口を囲むように筒状に配置された絶縁性の排気防着材と、
前記成膜容器の内壁側に取り付け可能な絶縁性の成膜室防着材と、を備え、
前記インジェクタ防着材は、
前記平板電極および前記対向電極側との間に隙間を有し、かつ、前記ガス導入開口部側の前記平板電極端を基準にして、内側に先端が位置し、
前記排気防着材は、
前記平板電極および前記対向電極側との間に隙間を有し、かつ、前記排気開口部側の前記平板電極端を基準にして、内側に先端が位置し、
前記成膜室防着材は、
少なくとも前記インジェクタ防着材および前記排気防着材の両側方に位置して、前記平板電極および前記対向電極側との間に隙間を有し、
さらに、前記平板電極および前記成膜室防着材との間の前記隙間から前記成膜容器の内側に向けて不活性ガスをパージする上部不活性ガス供給口と、
前記対向電極と、前記インジェクタ防着材、前記排気防着材および前記成膜室防着材との間の前記隙間から前記成膜容器の内側に向けて不活性ガスをパージする下部不活性ガス供給口と、
前記上部不活性ガス供給口に接続される上部不活性ガス供給部と、
前記下部不活性ガス供給口に接続される下部不活性ガス供給部と、
を備えることを特徴とするプラズマ原子層成長装置。
【請求項２】
前記インジェクタ防着材は、前記ガス導入開口部側の前記平板電極端を基準にして、前記平板電極端から前記平板電極中央方向に、先端位置が０．１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下の範囲で位置するように伸長し、
前記排気防着材は、前記排気開口部側の前記平板電極端を基準にして、前記平板電極端から前記平板電極中央方向に、先端位置が０．１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下の範囲で位置するように伸長していることを特徴とする請求項１記載のプラズマ原子層成長装置。
【請求項３】
前記インジェクタ防着材による筒状の開口部の側端部は、前記対向電極に保持された基板の側方側の端部から外側に０．１ｍｍ以上２００ｍｍ以下の距離を有し、
前記排気防着材による筒状の開口部の側端部は、前記対向電極に保持された基板の側方側の端部から外側に０．１ｍｍ以上２００ｍｍ以下の距離を有することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ原子層成長装置。
【請求項４】
前記成膜室防着材は、前記インジェクタ防着材の側部および前記排気防着材の側部の上下幅を覆う大きさを有し、かつ、前記成膜室防着材の内側面と前記インジェクタ防着材の外側面とが０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の水平距離の隙間を有し、前記成膜室防着材の内側面と前記排気防着材の外側面とが０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の水平距離の隙間を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ原子層成長装置。
【請求項５】
前記成膜室防着材と前記インジェクタ防着材の側部とは、前記ガス導入開口部と前記排気開口部との間のガスの流れ方向で、０．１ｍｍ以上２００ｍｍ以下の重なりを有し、
前記成膜室防着材と前記排気防着材の側部とは、前記ガス導入開口部と前記排気開口部との間のガスの流れ方向で、０．１ｍｍ以上２００ｍｍ以下の重なりを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ原子層成長装置。
【請求項６】
前記インジェクタ防着材は、側方外面が、前記平板電極の側端を基準にして、０．１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下の距離で内側に位置し、
前記排気防着材は、側方外面が、前記平板電極端の側端を基準にして、０．１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下の距離で内側に位置していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ原子層成長装置。
【請求項７】
前記成膜室防着材、インジェクタ防着材および排気防着材は、近接する平板電極端から５０ｍｍ以上離れた距離の位置に前記成膜容器に対する固定端部を有するように前記成膜容器に取り付け固定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラズマ原子層成長装置。
【請求項８】
前記成膜室防着材は、
前記インジェクタ防着材と前記排気防着材とに亘る長さを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラズマ原子層成長装置。
【請求項９】
前記上部不活性ガス供給部および前記下部不活性ガス供給部は、それぞれシャワーヘッド構造によって前記上部不活性ガス供給口および前記下部不活性ガス供給口に接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラズマ原子層成長装置。
【請求項１０】
前記インジェクタ防着材上面および排気防着材上面と、前記平板電極側下面とが、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の垂直距離の隙間を有していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のプラズマ原子層成長装置。
【請求項１１】
前記インジェクタ防着材および前記排気防着材は、前記ガス導入部と前記排気部との間のガスの流れ方向において、前記対向電極に保持された基板の近接する端部と、水平距離で０．１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下の隙間を有していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプラズマ原子層成長装置。
【請求項１２】
前記インジェクタ防着材下面および排気防着材下面と、前記対向電極側上面とが、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の垂直距離の隙間を有していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のプラズマ原子層成長装置。
【請求項１３】
前記対向電極は、基板を保持する保持面を有する対向電極保持部と、対向電極保持部の周囲にあって、前記対向電極保持面よりも低い高さを有する対向電極周縁部と、を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のプラズマ原子層成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に薄膜を形成するプラズマ原子層成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子層成長法は、形成しようとする薄膜を構成する元素のガスを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もので、薄膜を均一に形成する技術として知られている。原子層成長法は、一般的なＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法と比較して、段差被覆性や膜厚制御性に優れている。
原子層成長法により薄膜の形成を繰り返し行うと、成膜容器の内表面にも薄膜が付着する。成膜容器内表面に付着した薄膜の厚さが厚くなると、堆積した薄膜が剥離し、その一部分がパーティクルとなり、基板上に形成される薄膜の質が劣化する原因となる。そのため、成膜容器の内表面に付着した薄膜を定期的に除去することが好ましい。
【０００３】
特許文献１では、ＣＶＤ成膜やスパッタ成膜などの気相成長装置において、防着板を使用するとともに、さらに、チャンバの内壁に堆積した堆積物を非晶質膜で覆う処理方法および装置が提案されている。従来の気相成長装置では、係る手段によりクリーニングの頻度を低減することは可能であるが、チャンバの内壁に堆積した堆積物や堆積物を覆う非晶質膜の厚さが所定の厚さ以上になった場合、ウェットエッチング方法を用いてクリーニングを行う必要がある。しかし、ウェットエッチング方法では、成膜容器を開放するため、成膜容器が大型になるにつれて、開放作業の手間が大きくなるため、ガスエッチング方法を用いることができる場合は、ガスエッチング方法を用いることが好ましい。ガスエッチング方法によりエッチングを行うためには、成膜容器の内壁面の薄膜の付着部分を所定の温度以上に加熱する必要があるが、ヒーターから離れた部分では、必要な加熱温度に達せず、ガスエッチングを行うのが困難になる。そのため、ガスエッチングを行いにくい場所にある程度の量の薄膜が付着した場合、成膜容器を開放してウェットエッチングを行う必要が生じる。
【０００４】
ウェットエッチング周期を長くし、さらに成膜容器本体へ着膜を抑制することを目的として、成膜容器内に防着板を挿入する手法が提案されている（特許文献２参照）。従来の方式では、防着板を分割し成膜容器内に設置する。防着板を分割することで、取り扱いが容易となり、さらに高温に加熱する装置である場合は、分割された防着板の隙間に空間を設けることで、防着板の熱膨張を吸収することが可能となる。
しかし、原子層成長装置では、原料ガス及び反応ガス微細に隙間へ容易に侵入し、膜を形成する。このような微細な隙間に侵入したガスは、膜及び粉となり、パーティクルの要因となる。よって、原子層成長装置においては、防着板の分割を可能な限り抑制することが好ましい。
【０００５】
防着板の分割が必要な場合において着膜を抑制させるには、例えば特許文献３で示されるように、不活性ガスを供給する手法を用いることができる。
また、プラズマを使用しない原子層成長成膜においては、特許文献４に示される防着板を利用することで基板上部を保護することが可能である。一方、基板の上部に高周波を印加する電極が設置される平行平板型のプラズマ装置においては、高周波が印加される電極を支持するために絶縁体を用いる。この絶縁体には主にテフロン（登録商標）のような樹脂やセラミックスを利用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３５１６５５号公報
【特許文献２】特開２００９−６２５７９号公報
【特許文献３】特開２０１２−５２２２１号公報
【特許文献４】特開２０１２−２６９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上部電極を固定する絶縁支持体は、ウェットエッチングで再生可能であるが、支持体を分解し、平板電極を再構築することで、平板電極の取り付け位置が以前の取り付け位置と変わり、プラズマ状態がメンテナンス前と変化するおそれがある。よって、絶縁支持体のメンテナンスは好ましくなく、メンテナンスフリーであることが好ましい。
そこで、絶縁支持体に絶縁防着板を利用することが考えられる。その際には、絶縁防着板をビスなどの固定手段で固定する。しかし、原子層成長では、例えばビス穴などにも容易に着膜が生じるため、膜の力でビスが強固に固定される。よって、着膜がなされると、ビスの取り外しには大きな力が必要とされるが、その際、ビスおよび防着板がセラミックス製であると破壊されやすい。樹脂は変形の危険があるため使用は困難である。
よって、絶縁支持体のメンテナンスは、防着板を使用しようとしても煩雑となるため、この部分には一切の着膜を抑制することが好ましい。
【０００８】
本発明は、成膜容器および成膜容器内部の防着材のクリーニングの頻度を低減し、メンテナンスパーツ数を低減し、メンテナンス作業性を向上させることができるプラズマ原子層成長装置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】
【０００９】
すなわち、本発明のプラズマ原子層成長装置のうち、第１の形態は、
成膜容器と、
前記成膜容器内に保持された基板と対向するように設けられた平板電極と、
前記成膜容器内部で基板を保持する対向電極と、
前記成膜容器の一側壁部に設けられたガス導入開口部と、前記一側壁部に対向する前記成膜容器の他側壁部に設けられた排気開口部と、を備え、
前記基板上に薄膜を形成するプラズマ原子層成長装置であって、
前記ガス導入開口部に前記成膜容器内側から取り付け可能で、前記ガス導入開口部の開口を囲むように筒状に配置された絶縁性のインジェクタ防着材と、
前記排気開口部に前記成膜容器内側から取り付け可能で、前記排気開口部の開口を囲むように筒状に配置された絶縁性の排気防着材と、
前記成膜容器の内壁側に取り付け可能な絶縁性の成膜室防着材と、を備え、
前記インジェクタ防着材は、
前記平板電極および前記対向電極側との間に隙間を有し、かつ、前記ガス導入開口部側の前記平板電極端を基準にして、内側に先端が位置し、
前記排気防着材は、
前記平板電極および前記対向電極側との間に隙間を有し、かつ、前記排気開口部側の前記平板電極端を基準にして、内側に先端が位置し、
前記成膜室防着材は、
少なくとも前記インジェクタ防着材および前記排気防着材の両側方に位置して、前記平板電極および前記対向電極側との間に隙間を有し、
さらに、前記平板電極と、前記インジェクタ防着材、前記排気防着材および前記成膜室防着材との間の前記隙間から、前記成膜容器の内側に向けて不活性ガスをパージする上部不活性ガス供給口と、
前記対向電極と、前記インジェクタ防着材、前記排気防着材および前記成膜室防着材との間の前記隙間から前記成膜容器の内側に向けて不活性ガスをパージする下部不活性ガス供給口と、
前記上部不活性ガス供給口に接続される上部不活性ガス供給部と、
前記下部不活性ガス供給口に接続される下部不活性ガス供給部と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
他の形態のプラズマ原子層成長装置の発明は、前記形態の本発明において、
前記インジェクタ防着材は、
前記ガス導入開口部側の前記平板電極端を基準にして、前記平板電極端から前記平板電極中央方向に、先端位置が０．１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下の範囲で位置するように伸長し、
前記排気防着材は、
前記排気開口部側の前記平板電極端を基準にして、前記平板電極端から前記平板電極中央方向に、先端位置が０．１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下の範囲で位置するように伸長していることを特徴とする。
【００１１】
他の形態のプラズマ原子層成長装置の発明は、前記形態の本発明において、
前記インジェクタ防着材による筒状の開口部の側端部は、前記対向電極に保持された基板の側方側の端部から外側に０．１ｍｍ以上２００ｍｍ以下の距離を有し、
前記排気防着材による筒状の開口部の側端部は、前記対向電極に保持された基板の側方側の端部から外側に０．１ｍｍ以上２００ｍｍ以下の距離を有することを特徴とする。
【００１２】
他の形態のプラズマ原子層成長装置の発明は、前記形態の本発明において、
前記成膜室防着材は、前記インジェクタ防着材の側部および前記排気防着材の側部の上下幅を覆う大きさを有し、かつ、前記成膜室防着材の内側面と前記インジェクタ防着材の外側面とが０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の水平距離の隙間を有し、前記成膜室防着材の内側面と前記排気防着材の外側面とが０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の水平距離の隙間を有することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ原子層成長装置。
【００１３】
他の形態のプラズマ原子層成長装置の発明は、前記形態の本発明において、
前記成膜室防着材と前記インジェクタ防着材とは、前記ガス導入開口部と前記排気開口部との間のガスの流れ方向で、０．１ｍｍ以上２００ｍｍ以下の重なりを有し、
前記成膜室防着材と前記排気防着材とは、前記ガス導入開口部と前記排気開口部との間のガスの流れ方向で、０．１ｍｍ以上２００ｍｍ以下の重なりを有することを特徴とする。
【００１４】
他の形態のプラズマ原子層成長装置の発明は、前記形態の本発明において、
前記インジェクタ防着材は、側方外面が、前記平板電極の側端を基準にして、０．１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下の距離で内側に位置し、
前記排気防着材は、側方外面が、前記平板電極端の側端を基準にして、０．１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下の距離で内側に位置していることを特徴とする。
【００１５】
他の形態のプラズマ原子層成長装置の発明は、前記形態の本発明において、
前記成膜室防着材、インジェクタ防着材および排気防着材は、近接する平板電極端から５０ｍｍ以上離れた距離の位置に前記成膜容器に対する固定端部を有するように前記成膜容器に取り付け固定されていることを特徴とする。
【００１６】
他の形態のプラズマ原子層成長装置の発明は、前記形態の本発明において、前記成膜室防着材が、前記インジェクタ防着材と前記排気防着材とに亘る長さを有することを特徴とする。
【００１７】
他の形態のプラズマ原子層成長装置の発明は、前記形態の本発明において、
前記上部不活性ガス供給部および前記下部不活性ガス供給部は、それぞれシャワーヘッド構造によって前記上部不活性ガス供給口および前記下部不活性ガス供給口に接続されていることを特徴とする。
【００１８】
他の形態のプラズマ原子層成長装置の発明は、前記形態の本発明において、
前記インジェクタ防着材上面および排気防着材上面と、前記平板電極側下面とが、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の垂直距離の隙間を有していることを特徴とする。
【００１９】
他の形態のプラズマ原子層成長装置の発明は、前記形態の本発明において、
前記インジェクタ防着材および前記排気防着材は、前記ガス導入部と前記排気部との間のガスの流れ方向において、前記対向電極に保持された基板の近接する端部と、水平距離で０．１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下の隙間を有していることを特徴とする。
【００２０】
他の形態のプラズマ原子層成長装置の発明は、前記形態の本発明において、
前記インジェクタ防着材下面および排気防着材下面と、前記対向電極側上面とが、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の垂直距離の隙間を有していることを特徴とする。
【００２１】
他の形態のプラズマ原子層成長装置の発明は、前記形態の本発明において、
前記対向電極は、基板を保持する保持面を有する対向電極保持部と、対向電極保持部の周囲にあって、前記対向電極保持面よりも低い高さを有する対向電極周縁部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、成膜容器内部の着膜面積を低減でき、パーティクル発生の抑制と成膜容器及び防着材のクリーニング頻度低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態のプラズマ原子層成長装置を示す概略構成図である。
【図２】同じく、ガス流れ方向に平行な成膜容器側面から見たガス導入側周辺の拡大図である。
【図３】同じく、成膜容器排気側から見た場合のガス導入部周辺の拡大図である。
【図４】同じく、成膜容器内部の防着材の配置を示す斜視図である。
【図５】同じく、成膜容器を上面から見た上部不活性ガス供給部および不活性ガス供給口の概略図である。
【図６】同じく、原子層成長方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】同じく、基板の上に薄膜が形成される工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
まず、図１を参照して、本実施形態のプラズマ原子層成長装置１０の構成を説明する。
図１は、本実施形態のプラズマ原子層成長装置の一例を示す概略構成図である。
本実施形態のプラズマ原子層成長装置１０は、原料ガスと反応ガスとを交互に供給し、基板１００上に原子層単位で薄膜を形成する。その際、反応活性を高めるため、基板１００を加熱させることができる。本実施形態では原料ガスとしてＴＭＡ（Ｔｒｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ａｌｕｍｉｎｕｍ）を用い、その際、反応活性を高めるため、プラズマを発生させる。本実施形態では、プラズマの発生に平行平板電極を用いる。
【００２５】
成膜容器１１は、インジェクタ２１と排気フランジ３１と、平板電極１２と、対向電極１４と、高周波電源１６と、を備える。対向電極１４はステージヒーター１４Ａを備え、基板１００の温度を調整することができる。例えば、プラズマ原子層成長装置の場合、基板１００を５０〜２００℃に加熱する。成膜容器１１は、処理に際し、真空に維持される。
【００２６】
平板電極１２は、成膜空間Ｓを隔て基板１００の上方に設けられ、絶縁支持体４１により支持されている。絶縁支持体４１で露出する面が平板電極１２として機能し、露出している面の端部が平板電極１２の端部に相当する。平板電極１２の露出している下面側には、導電性の板状の平板電極防着材１３が設けられており、平板電極防着材１３の下面と絶縁支持体４１の下面とが面一になっている。
また、対向電極１４は、基板１００が保持される保持面を有する対向電極保持部１４Ｂの周囲に、保持面よりも高さが低くなった対向電極周縁部１４Ｃを有しており、対向電極周縁部１４Ｃにおいてステージストッパ１７で成膜容器１１に保持されている。また、対向電極周縁部１４Ｃの上面および保持面との境の縦面に板状の対向電極防着材１５が設けられている。
高周波電源１６が所定の周波数の高周波電流を平板電極１２に供給することにより、平板電極１２と対向電極１４との間でプラズマが生成される。
【００２７】
次に、原料ガス、反応ガス、パージガスが導入されるガス導入部２０について説明する。ガス導入部２０は、原料ガス、反応ガス、パージガスを、処理過程に従って成膜容器１１内に供給する。インジェクタ２１は成膜容器１１のガス導入開口部１１Ａに取り付けられ、ガス導入開口部１１Ａに、成膜容器１１の内側からインジェクタ防着材２２が挿入されてガス導入開口部１１Ａの開口を囲むように取り付けられる。インジェクタ防着材は、前記開口を挿入して囲むか、外側から囲むか、またはこれらが組み合わされた、いずれの構成でもよい。
なお、この例では、ガス導入開口部１１Ａは、角穴形状に形成され、ガス導入開口部１１Ａを囲むように、角筒状にインジェクタ防着材２２が配置されている。インジェクタ防着材２２は、筒形状に形成されているものでもよく、複数の部材が接合されて筒状とされているものであってもよい。インジェクタ防着材は、前記開口部に挿入して開口を囲むか、外側から開口を囲むか、またはこれらが組み合わされた、いずれの構成でもよい。
【００２８】
次に、排気部３０について説明する。排気部３０は、原料ガス、反応ガス、パージガスを、処理過程に従って成膜容器１１から排気する。排気フランジ３１は成膜容器１１の排気開口部１１Ｂに取り付けられ、排気開口部１１Ｂに成膜容器１１の内側から排気防着材３２が挿入されて排気開口部１１Ｂの開口を囲むように取り付けられる。排気防着材は、前記開口部に挿入して開口を囲むか、外側から開口を囲むか、またはこれらが組み合わされた、いずれの構成でもよい。
なお、この例では、排気開口部１１Ｂは、角穴形状に形成され、排気開口部１１Ｂを囲むように、角筒状に排気防着材３２が配置されている。排気防着材３２は、筒形状に形成されているものでもよく、複数の部材が接合されて筒状とされているものであってもよい。排気防着材３２は、排気開口部１１Ｂの形状に合わせた筒形状にすることができる。
成膜容器１１に導入されたガスは、処理過程に従ってガス導入部２０から排気部３０に向けてガスの流れが生じる。このガスの流れ方向と交差する方向を以下では側方として説明する。
【００２９】
図２は、ガス導入部２０から排気部３０に向けたガス流れ方向に平行な成膜容器１１側面から見た場合のガス導入部２０周辺の拡大断面図である。
絶縁体のインジェクタ防着材２２は、成膜容器１１内側から挿入されて取り付けられており、固定ビス２３で成膜容器１１に固定されている。
インジェクタ防着材２２の上側に当たるインジェクタ防着材上部板２２Ａは、平板電極１２側に設けられた平板電極防着材１３との間に、垂直方向に隙間を有し、インジェクタ防着材２２の下側に当たるインジェクタ防着材下部板２２Ｂは、対向電極１４側の対向電極防着材１５との間に、垂直方向に隙間を有している。
【００３０】
また、インジェクタ防着材２２と排気防着材３２の両側方には、成膜室防着材６３が配置されて成膜容器１１の内壁に取り付けられて固定されている。この例では、成膜容器１１の内壁から張り出した張り出し壁６４上に設置され、かつ固定ビス６５で張り出し壁６４に固定されている。成膜室防着材６３は、インジェクタ防着材２２のインジェクタ防着材側部板２２Ｃの上下幅を覆う大きさを有しており、さらに、インジェクタ防着材側部板２２Ｃと排気防着材側部板３２Ｃとに亘る長さを有している。
成膜室防着材６３の内面は、インジェクタ防着材側部板２２Ｃの外面および排気防着材側部板３２Ｃの外面と隙間を有し、さらに、成膜室防着材６３は、絶縁支持体４１、平板電極防着材１３、対向電極防着材１５および、対向電極１４に保持された基板１００とは隙間を有している。
インジェクタ防着材２２、排気防着材３２、成膜室防着材６３の内側の空間は、成膜空間Ｓを構成する。
【００３１】
成膜容器１１には、上部不活性ガス供給部５１と下部不活性ガス供給部５２が接続されており、上部不活性ガス供給部５１は、成膜容器１１内側に設けられた上部不活性ガス供給口５３に接続され、下部不活性ガス供給部５２は、成膜容器１１内側に設けられた下部不活性ガス供給口５４に接続されている。上部不活性ガス供給部５１および下部不活性ガス供給部５２は、例えば窒素などの不活性ガスを供給することができる。
【００３２】
インジェクタ防着材上部板２２Ａと、絶縁支持体４１、平板電極１２および平板電極防着材１３によってできた隙間を通して、上部不活性ガス供給口５３から吹き出される不活性ガスが成膜容器１１内へ供給される。
また、排気防着材上部板３２Ａと、絶縁支持体４１、平板電極１２および平板電極防着材１３によってできた隙間を通して、上部不活性ガス供給口５３から吹き出される不活性ガスが成膜容器１１内へ供給される。
さらに、成膜室防着材６３と、絶縁支持体４１、平板電極１２および平板電極防着材１３によってできた隙間を通して、上部不活性ガス供給口５３から吹き出される不活性ガスが成膜容器１１内へ供給される。
【００３３】
インジェクタ防着材下部板２２Ｂと、対向電極１４、対向電極防着材１５、対向電極１４に保持された基板１００によってできた隙間を通して、下部不活性ガス供給口５４から吹き出される不活性ガスが成膜容器１１内へ供給される。
また、排気防着材下部板３２Ｂと、対向電極１４、対向電極防着材１５、対向電極１４に保持された基板１００によってできた隙間を通して、下部不活性ガス供給口５４から吹き出される不活性ガスが成膜容器１１内へ供給される。
さらに、成膜室防着材６３と、対向電極１４、対向電極防着材１５、対向電極１４に保持された基板１００によってできた隙間を通して、下部不活性ガス供給口５４から吹き出される不活性ガスが成膜容器１１内へ供給される。
【００３４】
ここで、インジェクタ防着材２２は、インジェクタ防着材上部板２２Ａの先端が、平板電極１２の端部から内側に位置しており、さらには、平板電極１２の前記端部を基準にして、平板電極中央方向に、０．１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下の水平距離ａで伸長していることが好ましい。水平距離ａの値が大きいことで、原料ガスおよび反応ガスが、インジェクタ防着材２２の出口から上部不活性ガス供給口５３側へ侵入することを抑制することが可能である。しかし、水平距離ａの値が大きいと成膜容器１１が大きくなるため、最適値が必要となる。本原子層成長装置においては、上限が２０ｍｍであることが好ましい。
【００３５】
また、図２に示すように、平板電極１２下面側とインジェクタ防着材２２のインジェクタ防着材上部板２２Ａ上面とは隙間を有しており、さらには、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の垂直距離ｂを有することが好ましい。なお、平板電極１２に平板電極防着材１３を利用する場合は、平板電極防着材１３とインジェクタ防着材上面の垂直距離がｂとなる。
垂直距離ｂの値が小さいことで、原料ガスおよび反応ガスが上部不活性ガス供給口５３側へ侵入することを抑制することが可能である。しかし、垂直距離ｂの値が極端に小さいと、成膜容器１１の加工精度によりインジェクタ防着材２２と絶縁支持体４１が干渉し、破損する可能性がある。垂直距離ｂの値が大きいと、原料ガスおよび反応ガスが、インジェクタ防着材２２出口から上部不活性ガス供給口５３側へ侵入するため、最適値が必要となる。本原子層成長装置においては、上限は３ｍｍであることが好ましい。
【００３６】
また、インジェクタ防着材２２は、絶縁体である必要がある。金属である場合は、平板電極１２とインジェクタ防着材２２との間で放電を起こすからである。例えば、インジェクタ防着材２２をアルミナセラミックスで作製することで、放電を抑制することができる。
【００３７】
また、インジェクタ防着材２２は、図２に示すように、インジェクタ防着材下部板２２Ｂの先端が、対向電極１４に保持された基板１００の端部と隙間を有しており、さらには前記隙間の水平距離ｃは、０．１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下であることが好ましい。水平距離ｃの値が小さいことで、原料ガスおよび反応ガスが下部不活性ガス供給口５４側へ侵入することを抑制することが可能である。水平距離ｃが、極端に小さい場合は、インジェクタ防着材２２と基板１００と干渉する可能性がある。しかし、基板１００上にマスクを有する成膜においては、マスクを設置するスペースが必要となる。よって、ｃの値は、本原子層成長装置においては、マスク成膜に対応可能な１００ｍｍとすることが好ましい。
【００３８】
また、図２で示すように、インジェクタ防着材２２のインジェクタ防着材下部板２２Ｂの下面と、対向電極１４上面側とは、隙間を有しており、さらには、前記隙間の垂直距離ｄは、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、さらには３ｍｍであることが一層好ましい。垂直距離ｄの値が小さいことで、原料ガスおよび反応ガスが下部不活性ガス供給口５４側へ侵入することを抑制することが可能である。しかし、垂直距離ｄの値が極端に小さいと、成膜容器１１の加工精度によりインジェクタ防着材２２と対向電極１４とが干渉し、破損する可能性があるため、最適値が必要となる。また、対向電極１４上には対向電極防着材１５を使用してもよい。この場合は、対向電極防着材１５上面とインジェクタ防着材２２下面の距離がｄとなる。
【００３９】
また、インジェクタ防着材２２は、図２に示すように、平板電極１２の端面から５０ｍｍ以上の水平距離ｅを有した地点で固定されることが好ましい。この例では、固定には固定ビス２３を用いているが、金属製のビスを用いると異常放電を生じやすいため、平板電極１２と距離を設ける必要がある。樹脂製のビスを用いる場合は、異常放電を抑制することが可能であるが、プラズマに曝されると、樹脂が変形することがあり、デガスを生じることもあるため、やはり、平板電極からの距離を大きくする必要がある。また、原料ガスおよび反応ガスは、ビス穴へ容易に侵入し、着膜やパウダー発生要因となる。よって、原料ガスおよび反応ガスに曝露される位置に設置するのは好ましくない。なお、固定方法が固定ビスに限定されるものではない。
【００４０】
排気部３０については、ガス導入部２０と全く同様のことがいえる。ガス導入部２０と排気部３０は対称であることが好ましい。したがって、排気防着材３２においても、前記した距離ａ〜ｅにおける上記条件を同様に満たすのが望ましい。この場合、インジェクタ防着材２２を排気防着材３２に置き換えて同条件が示される。
【００４１】
図３は、成膜室排気側から見た場合のガス導入部周辺の拡大図である。図３に示すように、インジェクタ防着材２２の開口部内面２２Ｃ０と基板１００の端部との距離ｆは、０．１ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることが好ましい。距離が小さいと、側壁でガス流れが乱れるため、良好な膜厚及び膜質の均一性を得ることができないが、逆に大きすぎる場合は消費原料が増大し、ランニングコストが増大する。また、ガラス基板上にマスクを有する成膜においては、マスクを収納するスペースが必要となる。よって、距離ｆの値はマスク成膜に対応可能な１００ｍｍとすることが好ましい。排気部３０についても、原料ガス、反応ガスパージガスを導入するガス導入部２０と全く同様のことがいえる。導入部２０と排気部３０は対称であることが好ましい。したがって、排気部３０においても距離ｆの値を満たすのが望ましい。
【００４２】
平板電極１２側方端と成膜室防着材６３の内側面との関係では、平板電極１２の側方端よりも内側に成膜室防着材６３の内側面が位置しているのが望ましく、その際の水平距離ｊは、０．１ｍｍ以上２００ｍｍ以下が好ましい。ｊの値が大きいことで、原料ガスおよび反応ガスが、成膜室防着材６３側へ侵入することを抑制することが可能である。しかし、値が大きいと成膜容器が大きくなるため、最適値が必要となる。本原子層成長装置においては２０ｍｍであることが好ましい。
また、成膜室防着材６３の固定は、図３で示すように、固定ビス２３と同等の理由で、平板電極１２の端面から５０ｍｍ以上の水平距離ｇを有した地点で固定されることが好ましい。
【００４３】
また図４は、成膜容器内部の防着材の配置図である。インジェクタ防着材２２と排気防着材３２は、成膜室防着材６３によって図４のように囲まれることが好ましい。インジェクタ防着材２２外面および排気防着材３２外面と、成膜室防着材６３の内面との水平距離ｈは、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、さらには１ｍｍであることが好ましい。ｈの値が小さいことで、原料ガスおよび反応ガスが成膜容器１１内壁側へ侵入することを抑制することが可能である。ただし、値が極端に小さい場合は、インジェクタ防着材２２および成膜室防着材６３が熱膨張を起こし、干渉、破壊するため好ましくない。
また、インジェクタ防着材２２と成膜室防着材６３とのガスの流れ方向における重なり距離ｉは、０．１ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることが好ましく、さらには重なり部分から固定ビス２３までの距離を１２０ｍｍとするのが好ましい。距離ｉの値が大きいことで、原料ガスおよび反応ガスが成膜容器１１内壁側へ侵入することを抑制することが可能である。
排気防着材３３についても、インジェクタ防着材２２と全く同様のことがいえる。したがって、排気防着材３３においても、距離ｆ〜ｊが上記各条件を満たすのが望ましい。この場合、インジェクタ防着材２２を排気防着材３２に置き換えて同条件が示される。
【００４４】
図５は成膜容器を上面から見た上部不活性ガス供給部５１および上部不活性ガス供給口５３を示す概略図である。成膜容器１１に貫通穴を設け、成膜容器１１全周からシャワー供給することが好ましい。図５では上部不活性ガス供給部５１を４か所設けているが、１か所でもよい。上部不活性ガス供給部５１は、シャワーヘッド構造によって上部不活性ガス供給口５３に接続されている。
また、下部不活性ガス供給部５２は、上部不活性ガス供給部５１と同等の構造としてもよく、さらには、供給部を１つとし、その後、上部不活性ガス供給口、下部不活性ガス供給部口へ分岐される構造としてもよい。各供給口におけるシャワー穴径は１〜３ｍｍ径の範囲内であることが好ましく、１ｍｍ程度でよい。シャワー穴ピッチは１０ｍｍ〜２００ｍｍピッチであることが好ましい。成膜容器１１に貫通穴を設けてシャワーを作製してもよく、シャワープレートを個別に作製し、成膜容器１１に取り付けてもよい。
【００４５】
次に、プラズマ原子層成長装置１０における処理手順を説明する。
図６は、本実施形態の原子層堆積方法の一例を示すフローチャートである。図７（ａ）〜（ｄ）は、基板１００の上に薄膜が形成される工程を示す図である。
【００４６】
まず、原料ガス供給部が成膜容器１１の内部に原料ガスを供給する（ステップｓ１）。具体的には、ガス導入部２０に原料ガスを供給する（ステップｓ１）。原料ガスは、成膜容器１１の内部に供給される。原料ガスは、例えば、０．１秒間、成膜容器１１の内部に供給する。図７（ａ）に示されるように、ステップｓ１によって、成膜容器１１の内部に原料ガス１１０が供給され、基板１００の上に原料ガス１１０が吸着して、吸着層１０２が形成される。
【００４７】
また、ステップｓ１において、インジェクタ２１の内表面およびインジェクタ防着材２２の外表面に不活性ガスを供給する。また、排出部３０では、排気フランジ３１および排気防着材３２にも不活性ガスを供給する。さらに、上部不活性ガス供給部５１および下部不活性ガス供給部５２からも不活性ガスを成膜容器内部に供給する。
本実施形態では、ステップｓ１のみでなく、後述するステップｓ２〜４も含めて、常に原料ガスを供給する際に、不活性ガスを供給することで、
成膜容器１１とインジェクタ２０との隙間、
成膜容器１１とインジェクタ防着材２２との隙間、
インジェクタ防着材２２と絶縁支持体４１との隙間、
インジェクタ防着材２２と対向電極防着材１５の隙間、
成膜容器１１と排気フランジ３１との隙間、
成膜容器１１と排気防着材３２との隙間、
排気防着材３２と絶縁支持体４１との隙間、
排気防着材３２と対向電極防着材１５の隙間、
成膜室防着材と絶縁支持体４１との隙間、
成膜室防着材と対向電極防着材１５の隙間、
に原料ガスが入り込むのを抑制することができる。
【００４８】
次に、原料ガスの供給を停止し、ガス導入部でパージガスを供給する（ステップｓ２）。パージガスは、成膜容器１１の内部に供給される。原料ガスは、排気部３０から成膜容器１１の外部に排出される。
パージガスは、例えば、０．１秒間、成膜容器１１の内部に供給する。排気部３０が成膜容器１１の内部の原料ガス１１０やパージガス１１２を排気する。排気部３０は、例えば、２秒間、成膜容器１１の内部の原料ガス１１０やパージガス１１２を排気する。図７（ｂ）に示されるように、ステップｓ２によって、成膜容器１１の内部にパージガス１１２が供給され、基板１００の上に吸着していない原料ガス１１０が成膜容器１１からパージされる。
【００４９】
次に、成膜容器１１の内部に反応ガスを供給する（ステップｓ３）。具体的には、ガス導入部２０を通して反応ガスを供給する（ステップｓ３）。反応ガスは、ガス導入部２０の通路を通って、成膜容器１１の内部に供給される。反応ガスは、例えば、１秒間、成膜容器１１の内部に供給される。図７（ｃ）に示されるように、ステップｓ３によって、成膜容器１１の内部に反応ガス１１４が供給される。
【００５０】
また、ステップｓ３においても、インジェクタ２１の内表面やインジェクタ防着材２２の外表面や排気部３０で不活性ガスを供給する。そのため、ステップｓ３において、成膜容器１１の内部に反応ガスを供給する際に不活性ガスを供給することで、
成膜容器１１とインジェクタ２０との隙間、
成膜容器１１とインジェクタ防着材２２との隙間、
インジェクタ防着材２２と絶縁支持体４１との隙間、
インジェクタ防着材２２と対向電極防着材１５の隙間、
成膜容器１１と排気フランジ３１との隙間、
成膜容器１１と排気防着材３２との隙間、
排気防着材３２と絶縁支持体４１との隙間、
排気防着材３２と対向電極防着材１５の隙間、
成膜室防着材と絶縁支持体４１との隙間、
成膜室防着材と対向電極防着材１５の隙間、
に反応ガスが入り込むのを抑制することができる。
【００５１】
次に、反応ガスの供給を停止し、ガス導入部２０にパージガスを供給する（ステップｓ４）。パージガスは、成膜容器１１の内部に供給される。パージガスは、排気部３０から成膜容器１１の外部に排出される。パージガスは、例えば、０．１秒間、成膜容器１１の内部に供給される。排気部３０が、成膜容器１１の内部の反応ガス１１４やパージガス１１２を排気する。図７（ｄ）に示されるように、ステップｓ４によって、成膜容器１１の内部にパージガス１１２が供給され、反応ガス１１４が成膜容器１１からパージされる。
【００５２】
以上説明したステップｓ１〜ｓ４により、基板１００の上に一原子層分の薄膜層１０４が形成される。以下、ステップｓ１〜ｓ４を所定回数繰り返すことにより、所望の膜厚の薄膜層１０４を形成することができる。
【００５３】
本実施形態のプラズマ原子層成長装置１０では、不活性ガスがインジェクタ２１の内表面およびインジェクタ防着材２２の外表面を流れるため、成膜容器１１とインジェクタ２１との隙間に原料ガスや反応ガスが入り込むのを抑制することができる。そのため、成膜容器１１とインジェクタ２１との隙間に薄膜が付着するのを抑制することができる。また、排気部３０も同様に薄膜の付着が防止される。
さらに、上部不活性ガス供給部５１および下部不活性ガス供給部５２からも不活性ガスが供給され、成膜容器内部での着膜を抑制することができる。
【００５４】
また、例えば、原料ガスとしてＴＭＡを用い、反応ガスとしてＯ３を用いて形成されるアルミナ膜は、ＢＣｌ３ガスによりガスエッチングを行うことができる。ＢＣｌ３ガスによりアルミナ膜をガスエッチングするためには、例えば、５００℃程度の高温に加熱する必要がある。
ステージヒーター１４Ａの付近に位置する成膜容器１１の内壁は、ステージヒーター１４Ａにより５００℃程度の高温に加熱することが可能となる。そのため、ステージヒーター１４Ａの付近に位置する成膜容器１１の内壁に付着した薄膜は、ガスエッチングにより除去することが可能となる。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、成膜容器１１の内壁に薄膜が付着するのを抑制でき、また、内壁に付着した薄膜をガスエッチングにより除去することができるので、ウェットエッチングによるクリーニングの頻度を低減させることができる。
【実施例１】
【００５６】
実施形態に示したプラズマ原子層成長装置を用いて、３７０ｍｍ×４７０ｍｍのＧ２ガラス基板にＡｌＯＮ薄膜を形成した。本原子層成長装置の各種値は下記のとおりとした。
ａ：２０ｍｍ
ｂ：３ｍｍ
ｃ：１００ｍｍ
ｄ：３ｍｍ
ｅ：１００ｍｍ
ｆ：１００ｍｍ
ｇ：１００ｍｍ
ｈ：１ｍｍ
ｉ：１２０ｍｍ
ｊ：２０ｍｍ
シャワー穴径：１ｍｍ
シャワーピッチ：１００ｍｍ
【００５７】
液体原料（Ａｌ源）としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、反応ガスとして酸素プラズマおよび窒素プラズマを用いた。成膜は図６に示したシーケンスとした。成膜容器内圧力は１００Ｐａとし、上部不活性ガス供給部および下部不活性ガス供給部より窒素１０００ｓｃｃｍを供給し、成膜シーケンス中、常時供給とした。
２０μｍの成膜を実施した後、成膜空間内部で着膜が観測された部分は、インジェクタ、インジェクタ防着材、排気防着材、平板電極防着材、２つの成膜室防着材、対向電極防着材のみであり、粉の発生は観測されなかった。メンテナンス対象となるのは、前記防着材６点、上部電極防着材で使用したビス２０本のみであり、メンテナンス性が著しく向上した。
【符号の説明】
【００５８】
１０    プラズマ原子層成長装置
１１    成膜容器
１１Ａ  ガス導入開口部
１１Ｂ  排気開口部
１２    平板電極
１３    平板電極防着材
１４    対向電極
１４Ａ  ステージヒーター
１４Ｂ  対向電極保持部
１４Ｃ  対向電極周縁部
１５    対向電極防着材
１６    高周波電源
２０    ガス導入部
２１    インジェクタ
２２    インジェクタ防着材
２２Ａ  インジェクタ防着材上部板
２２Ｂ  インジェクタ防着材下部板
２２Ｃ  インジェクタ防着材側部板
２３    固定ビス
３０    排気部
３１    排気フランジ
３２    排気防着材
４１    絶縁支持体
５１    上部不活性ガス供給部
５２    下部不活性ガス供給部
５３    上部不活性ガス供給口
５４    下部不活性ガス供給口
６３    成膜室防着材
６４    張り出し壁
６５    固定ビス
１００    基板
１０４    薄膜層
１１０    原料ガス
１１２    パージガス
１１４    反応ガス
【要約】      （修正有）【課題】プラズマ原子層成長装置のメンテナンスを容易にする。【解決手段】ガス導入開口部１１Ａに成膜容器１１内側から取り付け可能で、ガス導入開口部の開口を囲む筒状の絶縁性インジェクタ防着材２２と、排気開口部に成膜容器内側から取り付け可能で、排気開口部の開口を囲む筒状の絶縁性排気防着材と、成膜容器の内壁側に取り付け可能な絶縁性の成膜室防着材を備える。インジェクタ防着材、排気防着材及び成膜室防着材は、平板電極１２及び対向電極側１４との間に隙間を有する。隙間から成膜容器内側に不活性ガスをパージする上部不活性ガス供給口５３と、隙間から成膜容器内側に不活性ガスをパージする下部不活性ガス供給口５４と、上部不活性ガス供給口に接続される上部不活性ガス供給部５１と、下部不活性ガス供給口に接続される下部不活性ガス供給部５２を備える。【選択図】図２【図１】
0006050860.tif 000002
【図２】
0006050860.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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