(57)【要約】      （修正有）【課題】成膜装置において、基板が配置された炉内における搬送ガスの流れを抑止する。【解決手段】成膜装置１０は、基板２が配置される炉１２と、炉１２を加熱する第１ヒータ１４と、原料溶液４のミスト４ａを含む搬送ガスを炉１２内に供給するミスト供給装置２０と、炉１２内に配置されており、ミスト４ａを含む搬送ガスの流れを整流する整流器１６とを備える。整流器１６が、ミスト４ａを含む搬送ガスが通過する複数の貫通孔１７を有し、整流器１６に設けられた複数の貫通孔１７が、炉１２内に配置された基板２に向けて延びている成膜装置１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に膜を形成する成膜装置であって、
前記基板が配置される炉と、
前記炉を加熱する第１ヒータと、
前記膜の原料溶液のミストを含む搬送ガスを、前記炉内に供給するミスト供給装置と、
前記炉内に配置されており、前記ミストを含む前記搬送ガスの流れを整流する整流器と、を備え、
前記整流器は、前記ミストを含む前記搬送ガスが通過する複数の貫通孔を有し、前記複数の貫通孔は、前記炉内に配置された前記基板に向けて延びている、成膜装置。
【請求項２】
前記整流器の温度は、前記炉内の前記基板の温度の±１０パーセントの範囲内に維持される、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記整流器の温度は、前記炉内の前記基板の温度よりも高温に維持される、請求項１又は２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記整流器を加熱する第２ヒータをさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記整流器の下流側に位置する端面は、前記炉内に配置された前記基板に対して平行である、請求項１から４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記整流器の前記複数の貫通孔は、上流側から下流側に向けて鉛直下方に傾斜している、請求項１から５のいずれか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミストＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）と称される成膜法が知られている。ミストＣＶＤでは、ミスト化された原料溶液が、搬送ガスとともに基板へ供給される。基板に供給された原料溶液のミストは、加熱された基板上で化学反応を起こし、それによって基板上に膜が形成される。ミストＣＶＤについては、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５４８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ミストＣＶＤの一態様として、加熱された炉内に基板を配置しておき、その炉内に原料溶液のミストを含む搬送ガスを供給することによって、基板上に膜を形成する成膜法が知られている。この成膜法では、基板の全面に対して同時に膜が形成されるので、比較的に広い範囲の成膜を短時間で行うことができる。その一方で、加熱された炉内では、供給されたミストが気化しやすく、それに起因する対流が炉内に生じることがある。このような対流が生じると、炉内における搬送ガスの流れに乱れが生じ、その結果、基板上に形成される膜の均質性が低下してしまう。この問題を鑑み、本明細書は、炉内における搬送ガスの流れを抑止するための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本技術は、基板上に膜を形成する成膜装置に具現化される。この成膜装置は、基板が配置される炉と、炉を加熱する第１ヒータと、膜の原料溶液のミストを含む搬送ガスを、炉内に供給するミスト供給装置と、炉内に配置されており、ミストを含む搬送ガスの流れを整流する整流器とを備える。整流器は、ミストを含む搬送ガスが通過する複数の貫通孔を有する。複数の貫通孔は、炉内に配置された基板に向けて延びている。
【０００６】
上記した成膜装置では、炉内に整流器が設けられている。整流器には、基板に向けて延びる複数の貫通孔が設けられており、ミストを含む搬送ガスは、複数の貫通孔を通過することによって、基板に向けて整流される。これにより、搬送ガスの流れの乱れが基板の近傍において抑制され、基板上に形成される膜の均質性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１の成膜装置１０の構成を模式的に示す図。
【図２】整流器１６を示す図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図３】整流器１６の下流側に位置する端面１６ｂが、整流器１６の長手方向Ｘに対して角度を成す様子を示す図。
【図４】整流器１６の変形例を示す図であり、（Ａ）は貫通孔１７の断面形状が矩形の整流器１６を示し、（Ｂ）は貫通孔１７の断面形状が六角形の整流器１６を示す。
【図５】整流器１６の変形例を示す図であり、下流側に位置する端面１６ｂが、整流器１６の長手方向Ｘに対して角度を成す様子を示す。
【図６】実施例２の成膜装置１１０の構成を模式的に示す図。
【図７】実施例３の成膜装置２１０の構成を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本技術の一実施形態では、整流器の温度が、炉内の基板の温度の±１０パーセントの範囲内に維持されるとよい。整流器の温度が基板の温度と同程度に維持されていると、原料溶液のミストが整流器を通過する間に十分に余熱され、余熱されたミストは基板上において速やかに化学反応する（即ち、成膜する）ことができる。
【０００９】
上記に加え、又は代えて、整流器の温度は、炉内の基板の温度よりも高温に維持されてもよい。このような構成によると、温度の高い整流器から温度の低い基板に向けて気流が生じるので、ミストを含む搬送ガスの流れが基板に向けてさらに整流される。
【００１０】
本技術の一実施形態では、成膜装置が、整流器を加熱する第２ヒータをさらに備えてもよい。このような構成によると、整流器の温度を所望の温度へより正確に調整することができる。
【００１１】
本技術の一実施形態では、整流器の下流側に位置する端面が、炉内に配置された基板に対して平行であるとよい。このような構成によると、整流器と基板との間の距離が、基板の全体に亘って一定となるので、原料溶液のミストが基板の全体へ均一に供給される。これにより、基板の全体に亘って、均質な膜を形成することができる。
【００１２】
本技術の一実施形態では、整流器の複数の貫通孔が、上流側から下流側に向けて鉛直下方に傾斜しているとよい。このような構成によると、貫通孔の内壁に付着した原料溶液の液滴（ミストの集合）が、搬送ガスの流れと液滴に作用する重力との両者によって、貫通孔からスムーズに排出される。
【実施例】
【００１３】
（実施例１）図面を参照して、実施例１の成膜装置１０について説明する。成膜装置１０は、基板２上に膜を形成する装置である。成膜装置１０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）といった酸化膜を形成することができる。あるいは、成膜装置１０は、基板２上に半導体の結晶をエピタキシャル成長させることもできる。成膜装置１０が形成する膜の材料は特に限定されない。
【００１４】
図１に示すように、成膜装置１０は、基板２が配置される炉１２と、炉１２を加熱する第１ヒータ１４と、炉１２に接続されたミスト供給装置２０と、炉１２内に配置された整流器１６と、整流器１６を加熱する第２ヒータ１８とを備える。なお、炉１２内に配置された整流器１６は、第１ヒータ１４によっても加熱されるので、第２ヒータ１８は必ずしも必要とされない。ただし、第２ヒータ１８が存在することにより、整流器１６の温度を所望する温度へより正確に調整することができる。
【００１５】
炉１２の具体的な構成は特に限定されない。一例ではあるが、本実施例における炉１２は、上流端１２ａから下流端１２ｂまで延びる管状炉である。炉１２の長手方向Ｘに垂直な断面は、円形である。但し、炉１２の断面は円形に限定されない。炉１２の上流端１２ａには、ミスト供給装置２０が接続されたミスト供給口１２ｃが設けられている。炉１２の下流端１２ｂは開放されている。炉１２の長手方向Ｘは、水平方向Ｈに対して傾いており、詳しくは、上流端１２ａから下流端１２ｂに向かって下方に傾斜している。炉１２の長手方向Ｘと水平方向Ｈとがなす角度θは、特に限定されないが、例えば１度から３０度までの間の角度とすることができる。
【００１６】
炉１２内には、基板を支持する基板ステージ１３が設けられている。基板ステージ１３は、炉１２の長手方向Ｘに対して基板２が傾くように構成されている。特に限定されないが、基板ステージ１３に支持された基板２は、炉１２の長手方向Ｘに対して３０度〜６０の角度を成すとよい。本実施例における基板ステージ１３は、基板２が炉１２の長手方向Ｘに対して４５度の角度を成すように構成されている。なお、他の実施形態として、基板ステージ１３は、炉１２の長手方向Ｘに対して基板２が垂直となるように構成されてもよい。また、基板ステージ１３には、基板２を加熱する第３のヒータ（図示省略）が設けられてもよい。
【００１７】
第１ヒータ１４は、前述したように、炉１２を加熱する。第１ヒータ１４の具体的な構成は特に限定されない。一例ではあるが、本実施例における第１ヒータ１４は、電気式のヒータであって、炉１２の外周壁に沿って配置されている。これにより、第１ヒータ１４は炉１２の外周壁を加熱し、それによって炉１２内の基板２及び整流器１６が加熱される。第２ヒータ１８についても、その具体的な構成は特に限定されない。一例ではあるが、本実施例における第２ヒータ１８は、電気式のヒータであって、炉１２の外周壁に沿って配置されている。第２ヒータ１８は、炉１２のうちの整流器１６が配置された区間のみに設けられており、この点において、炉１２の全長に亘って設けられた第１ヒータ１４とは相違する。第２ヒータ１８は、第１ヒータ１４とは独立して、その動作が制御可能に構成されている。
【００１８】
ミスト供給装置２０は、膜の原料溶液４のミスト４ａを含む搬送ガス６を炉１２内に供給する。前述したように、ミスト供給装置２０は、炉１２のミスト供給口１２ｃに接続されており、ミスト４ａを含む搬送ガス６は、ミスト供給口１２ｃから炉１２内に供給される。ミスト供給装置２０の具体的な構成は特に限定されない。一例ではあるが、本実施例におけるミスト供給装置２０は、原料溶液４を収容する溶液槽２２と、溶液槽２２に設けられた超音波振動子２４と、溶液槽２２と炉１２との間を接続するミスト供給経路２６と、溶液槽２２又はミスト供給経路２６に接続されたガス導入経路２８を備える。ガス導入経路２８は、溶液槽２２又はミスト供給経路２６へ搬送ガス６を供給する。超音波振動子２４は、溶液槽２２内の原料溶液４に超音波振動を加えて、原料溶液４のミスト４ａを生成する。溶液槽２２内で生成された原料溶液４のミスト４ａは、ガス導入経路２８から導入された搬送ガス６とともに、ミスト供給経路２６を通じて炉１２内に供給される。
【００１９】
本実施例におけるミスト供給装置２０では、ガス導入経路２８が二つ設けられており、一方のガス導入経路２８が溶液槽２２に接続され、他方のガス導入経路２８がミスト供給経路２６に接続されている。このような構成によると、ミスト４ａが搬送ガス６内へ段階的に拡散（即ち、希釈）され、それにより、炉１２内へ供給される搬送ガス６中のミスト４ａの濃度が安定する。但し、ミスト供給装置２０は、溶液槽２２に接続された少なくとも一つのガス導入経路２８を備えればよく、その他の付加的なガス導入経路２８の数や構造は特に限定されない。ここで、搬送ガス６には、窒素（Ｎ２）ガスといった不活性ガスを用いることができる。また、原料溶液４には、形成すべき膜の種類に応じて、通常のＣＶＤやエピタキシャル成長で用いられる原料を含む溶液を用いることができる。
【００２０】
整流器１６は、炉１２内において、ミスト４ａを含む搬送ガス６の流れを、基板ステージ１３上の基板２に向けて整流する。整流器１６は、炉１２のミスト供給口１２ｃと基板ステージ１３との間に位置している。一例ではあるが、本実施例における整流器１６は、管状の炉１２の形状に合わせて、円柱形状を有している。図１、図２に示すように、整流器１６は、複数の貫通孔１７を有する。複数の貫通孔１７は、整流器１６の上流側に位置する端面１６ａから、下流側に位置する端面１６ｂまで延びている。これにより、炉１２内に供給されたミスト４ａを含む搬送ガス６は、複数の貫通孔１７を通過してから、基板ステージ１３上の基板２に供給される。
【００２１】
複数の貫通孔１７は、基板ステージ１３上の基板２に向けて延びている。従って、ミスト４ａを含む搬送ガス６は、整流器１６の貫通孔１７を通過することによって、炉１２内に配置された基板２に向けて整流される。搬送ガス６の流れの乱れが、基板２の近傍において抑制されるので、基板ステージ１３上の基板２に対して、原料溶液４のミスト４ａが均一に供給される。これにより、基板２上に形成される膜の均質性が向上するので、比較的に大きな面積の基板２に均質な膜を形成することができる。ここで、本実施例における整流器１６では、複数の貫通孔１７が平行に配置されているとともに、各々の貫通孔１７が直線的に延びている。しかしながら、他の実施形態として、複数の貫通孔１７は、例えば緩やかな螺旋を描くように、湾曲していてもよい。
【００２２】
一例ではあるが、本実施例における整流器１６は、炉１２のミスト供給口１２ｃから離れて配置されている。これにより、ミスト供給口１２ｃと整流器１６との間に、ミスト４ａと搬送ガス６とを均一に混合するための空間が設けられている。従って、ミスト供給口１２ｃと整流器１６との間では、搬送ガス６の流れにある程度の乱れが生じるように、例えばミスト供給口１２ｃの向きや形状を設計してもよい。
【００２３】
図３に示すように、本実施例における整流器１６では、下流側に位置する端面１６ｂが、整流器１６の長手方向Ｘに対して傾けられており、基板ステージ１３上の基板２に対して平行となっている。これにより、整流器１６と基板２との間の距離Ｄは、基板２の全体に亘って一定となっており、原料溶液４のミスト４ａが基板２の全体へより均一に供給される。
【００２４】
整流器１６の貫通孔１７の断面形状は特に限定されない。図２に示すように、例えば本実施例における整流器１６の貫通孔１７は、円形の断面形状を有する。貫通孔１７の断面形状が円形であると、ミスト４ａを含む搬送ガス６が貫通孔１７を通過するときに、貫通孔１７の断面内におけるミスト４ａ運動成分を等方的に整えることができる。他の実施形態として、図４（Ａ）に示すように、各々の貫通孔１７が矩形の断面形状を有し、複数の貫通孔１７が格子状に配列されていてもよい。あるいは、図４（Ｂ）に示すように、各々の貫通孔１７が六角形の断面形状を有し、複数の貫通孔１７がハニカム状に配列されていてもよい。六角形の断面形状は、円形の断面形状に近いことから、貫通孔１７の断面内におけるミスト４ａ運動成分を、ほぼ等方的に整えることができる。また、複数の貫通孔１７が格子状又はハニカム状に配列されていると、貫通孔１７を区分する隔壁が一定の厚さとなり、炉１２の断面内において、ミスト４ａを含む搬送ガス６の流れがより均一となる。その他の実施形態として、整流器１６の貫通孔１７は、楕円、八角形又はその他の断面形状を有してもよい。
【００２５】
前述したように、本実施例における整流器１６では、下流側に位置する端面１６ｂが、炉１２の長手方向Ｘに対して傾斜している（図３参照）。しかしながら、図５に示すように、整流器１６の下流側に位置する端面１６ｂは、炉１２の長手方向Ｘに対して垂直であってもよい。整流器１６の下流側に位置する端面１６ｂが、炉１２の長手方向Ｘに対して成す角度は、特に限定されない。
【００２６】
炉１２内の基板２及び整流器１６は、第１ヒータ１４によって加熱される。整流器１６についてはさらに、第２ヒータ１８によっても加熱される。第１ヒータ１４及び第２ヒータ１８の具体的な構成は、基板２及び整流器１６のそれぞれの目標温度に応じて、適宜設計されるとよい。基板２及び整流器１６のそれぞれの目標温度についても、特に限定されない。但し、一実施形態として、整流器１６の温度は、炉１２内の基板２の温度の±１０パーセントの範囲内に維持されるとよい。整流器１６の温度が、基板２の温度と同程度に維持されていると、原料溶液４のミスト４ａは、整流器１６を通過する間に十分に余熱される。ミスト４ａが十分に余熱されることで、基板２に到達したミスト４ａが、基板２上において速やかに化学反応する（即ち、成膜する）ことができる。
【００２７】
上記に加え、又は代えて、整流器１６の温度は、炉１２内の基板２の温度よりも高温に維持されてもよい。このような構成によると、温度の高い整流器１６から温度の低い基板２に向けて気流が生じるので、ミスト４ａを含む搬送ガス６の流れが基板２に向けてさらに整流される。本実施例の成膜装置１０は、整流器１６を加熱する第２ヒータ１８により、基板２の温度とは独立して、整流器１６の温度を高めることができる。しかしながら、他の実施形態では、第２ヒータ１８が必ずしも必要とされず、第１ヒータ１４のみによって、整流器１６の温度を、炉１２内の基板２の温度よりも高温に維持することもできる。
【００２８】
本実施例の成膜装置１０では、前述したように、炉１２の長手方向Ｘが、水平方向Ｈに対して傾いている。それにより、炉１２内に配置された整流器１６も、水平方向Ｈに対して傾いており、整流器１６の貫通孔１７は、上流側から下流側に向けて鉛直下方に傾斜している。このような構成によると、貫通孔１７の内壁に付着した原料溶液４の液滴（ミスト４ａの集合）が、搬送ガス６の流れと液滴に作用する重力との両者によって、貫通孔１７からスムーズに排出される。原料溶液４の液滴が貫通孔１７から排出されることで、貫通孔１７が原料溶液４によって閉ざされることが防止される。
【００２９】
（実施例２）図６を参照して、実施例２の成膜装置１１０について説明する。本実施例の成膜装置１１０もまた、基板２上に膜を形成する装置である。本実施例の成膜装置１１０は、実施例１の成膜装置１０と同様に、基板２が配置される炉１２と、炉１２を加熱する第１ヒータ１４と、炉１２に接続されたミスト供給装置２０と、炉１２内に配置された整流器１６と、整流器１６を加熱する第２ヒータ１８とを備える。炉１２内には、基板２を支持する基板ステージ１３が設けられている。ミスト供給装置２０は、膜の原料溶液４のミスト４ａを含む搬送ガス６を炉１２内に供給する。整流器１６は、基板ステージ１３上の基板２に向けて延びる複数の貫通孔１７を有し、ミスト４ａを含む搬送ガス６の流れを、基板ステージ１３上の基板２に向けて整流する。本実施例の成膜装置１１０は、下記する点を除いて、実施例１の成膜装置１０と同一の構成を有する。従って、実施例１の成膜装置１０と同一の構成については、実施例１の説明をここに援用することによって、重複する説明を省略する。
【００３０】
本実施例の成膜装置１１０では、炉１２の長手方向Ｘが水平方向Ｈと平行となっており、この点で実施例１の成膜装置１０と相違する。このように、炉１２の長手方向Ｘは、水平方向Ｈに対して必ずしも傾いていなくてもよい。また、整流器１６の下流側に位置する端面１６ｂが、炉１２の長手方向Ｘに対して垂直となっており、この点でも実施例１の成膜装置１０と相違する。このように、整流器１６の下流側に位置する端面１６ｂは、炉１２の長手方向Ｘに対して必ずしも傾斜していなくてもよい。
【００３１】
実施例２の成膜装置１１０においても、ミスト４ａを含む搬送ガス６が、整流器１６の貫通孔１７を通過することによって、炉１２内に配置された基板２に向けて整流される。搬送ガス６の流れの乱れが、基板２の近傍において抑制されるので、基板ステージ１３上の基板２に対して、原料溶液４のミスト４ａが均一に供給される。これにより、基板２上に形成される膜の均質性が向上するので、比較的に大きな面積の基板２に均質な膜を形成することができる。
【００３２】
（実施例３）図７を参照して、実施例３の成膜装置２１０について説明する。本実施例の成膜装置２１０もまた、基板２上に膜を形成する装置である。本実施例の成膜装置２１０は、実施例１、２の成膜装置１０、１１０と同様に、基板２が配置される炉１２と、炉１２を加熱する第１ヒータ１４と、炉１２に接続されたミスト供給装置２０と、炉１２内に配置された整流器１６とを備える。炉１２内には、基板２を支持する基板ステージ１３が設けられている。ミスト供給装置２０は、膜の原料溶液４のミスト４ａを含む搬送ガス６を炉１２内に供給する。整流器１６は、基板ステージ１３上の基板２に向けて延びる複数の貫通孔１７を有し、ミスト４ａを含む搬送ガス６の流れを、基板ステージ１３上の基板２に向けて整流する。本実施例の成膜装置２１０は、下記する点を除いて、実施例２の成膜装置１１０と同一の構成を有する。従って、実施例２の成膜装置１１０と同一の構成については、実施例１、２の説明をここに援用することによって、重複する説明を省略する。
【００３３】
本実施例の成膜装置２１０は、第２ヒータ１８を備えておらず、この点で実施例２の成膜装置１１０と相違する。このように、成膜装置２１０は、第２ヒータ１８を必ずしも必要としない。第２ヒータ１８が存在しなくても、炉１２内の整流器１６は、第１ヒータ１４によって加熱されることができる。そして、第１ヒータ１４が適切に設計されることで、第２ヒータ１８が存在しなくても、整流器１６の温度を、炉１２内の基板２の温度の±１０パーセントの範囲内に維持することができる。あるいは、整流器１６の温度を、炉１２内の基板２の温度よりも高温に維持することもできる。
【００３４】
実施例３の成膜装置２１０においても、ミスト４ａを含む搬送ガス６が、整流器１６の貫通孔１７を通過することによって、炉１２内に配置された基板２に向けて整流される。搬送ガス６の流れの乱れが、基板２の近傍において抑制されるので、基板ステージ１３上の基板２に対して、原料溶液４のミスト４ａが均一に供給される。これにより、基板２上に形成される膜の均質性が向上するので、比較的に大きな面積の基板２に均質な膜を形成することができる。
【００３５】
以上、本技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。本明細書又は図面に記載された技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示された技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３６】
２：基板
４：原料溶液
４ａ：原料溶液４のミスト
６：搬送ガス
１０、１１０、２１０：成膜装置
１２：炉
１２ｃ：ミスト供給口
１３：基板ステージ
１４：第１ヒータ
１６：整流器
１６ｂ：整流器１６の下流側に位置する端面
１７：整流器１６の貫通孔
１８：第２ヒータ
２０：ミスト供給装置
２４：超音波振動子
Ｈ：水平方向
Ｘ：炉１２の長手方向
θ：長手方向Ｘと水平方向Ｈとが成す角度
【図１】
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【図２】
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【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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