(57)【要約】【課題】  成膜に使用されることなく反応チャンバ（２）から排出されるプリカーサを効果的に回収して再使用することを可能にし、かくして成膜コストを低減せしめることができる原子層堆積成膜装置を提供することである。【解決手段】  反応ガス排気路（２８）及びパージガス排気路（３０）とは別個に反応チャンバ（２）に接続された原料ガス排気路（２６）を配設し、かかる原料ガス排気路（２６）にプリカーサ捕集手段（３６）を配設する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応チャンバと、該反応チャンバ内に原料ガスを供給するための原料ガス供給手段と、該反応チャンバ内に反応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、該反応チャンバ内にパージガスを供給するためのパージガス供給手段と、該反応チャンバ内を排気するための排気手段とを具備する原子層堆積成膜装置において、
該排気手段は、反応ガス及びパージガス排気路とは別個に該反応チャンバに接続された原料ガス排気路を含み、該原料ガス排気路にはプリカーサ捕集手段が配設されている、ことを特徴とする原子層堆積成膜装置。
【請求項２】
該プリカーサ捕集手段を該原料ガス供給手段に連通する再供給路が配設されている、請求項１記載の原子層堆積成膜装置。
【請求項３】
該プリカーサ捕集手段は少なくとも２個のプリカーサ捕集器を含み、該プリカーサ捕集器の各々が選択的に該原料ガス排気路を介して該反応チャンバに連通され、該再供給路を介して該原料ガス供給手段に連通される、請求項１又は２記載の原子層堆積成膜装着。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子層堆積（atomic layer deposition）法によって基材表面上に所要膜を形成するための原子層堆積成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時においては、合成樹脂フィルム或いは半導体ウエーハの如き基材上に所要膜を形成する成膜法として原子層堆積法が提案され、実用に供されるようになってきた。下記特許文献１乃至３には、原子層堆積法によって基材上に膜を形成するための原子層堆積成膜装置が開示されている。かかる原子層堆積成膜装置は、成膜すべき基材が収容される反応チャンバ、プリカーサ（前駆体）と共に通常はキャリアガスを含む原料ガスを反応チャンバ内に供給するための原料ガス供給手段、水蒸気の如き反応ガスを反応チャンバ内に供給するための反応ガス供給手段、不活性パージガスを反応チャンバ内に供給するためのパージガス供給手段、及び反応チャンバ内を排気するための排気手段を具備している。反応チャンバ内に原料ガスを供給する原料ガス供給工程、反応チャンバ内にパージガスを供給するパージガス供給工程、反応チャンバ内に反応ガスを供給する反応ガス供給工程、反応チャンバ内にパージガスを供給するパージガス供給工程が順次に繰り返し遂行される。そして、原料ガス供給工程、パージガス供給工程及び反応ガス供給工程の各々には、反応チャンバ内を排気する排気工程が適宜のタイミングで追従せしめられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０５２０６３号公報
【特許文献２】特表２００９−５４０１２２号公報
【特許文献３】特開２０１１−１７１５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知の如く、原子層堆積法による成膜においては、プリカーサの一部のみが成膜に利用され、プリカーサの相当部分は成膜に利用されることなく反応チャンバから排出される。そして、従来の原子層堆積成膜装置においては、成膜に利用されることなく反応チャンバから排出されるプリカーサは再使用されることなく破棄され、従って比較的高価なプリカーサの相当量が無駄に消費され、成膜コストを増大せしめていた。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、成膜に使用されることなく反応チャンバから排出されるプリカーサを効果的に回収して再使用することを可能にし、かくして成膜コストを低減せしめることができる、新規且つ改良された原子層堆積成膜装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、鋭意検討の結果、反応ガス及びパージガス排気路とは別個に反応チャンバに接続された原料ガス排気路を配設し、かかる原料ガス排気路にプリカーサ捕集手段を配設することによって、上記主たる技術的課題を達成することができることを見出した。
【０００７】
即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成する原子層堆積成膜装置として、  反応チャンバと、該反応チャンバ内に原料ガスを供給するための原料ガス供給手段と、該反応チャンバ内に反応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、該反応チャンバ内にパージガスを供給するためのパージガス供給手段と、該反応チャンバ内を排気するための排気手段とを具備する原子層堆積成膜装置において、
該排気手段は、反応ガス及びパージガス排気路とは別個に該反応チャンバに接続された原料ガス排気路を含み、該原料ガス排気路にはプリカーサ捕集手段が配設されている、ことを特徴とする原子層堆積成膜装置が提供される。
【０００８】
該プリカーサ捕集手段を該原料ガス供給手段に連通する再供給路が配設されているのが好ましい。好適実施形態においては、該プリカーサ捕集手段は少なくとも２個のプリカーサ捕集器を含み、該プリカーサ捕集器の各々が選択的に該原料ガス排気路を介して該反応チャンバに連通され、該再供給路を介して該原料ガス供給手段に連通される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の原子層堆積成膜装置においては、原料ガスの排出のための専用排出路、従って実質上原料ガスのみが流動せしめられる原料ガス排出路に配設されているプリカーサ捕集手段によってプリカーサが効果的に捕集される。それ故に、プリカーサを無駄に破棄することなく再使用することができ、成膜コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に従って構成された原子層堆積成膜装置の好適実施形態を示す簡略図。
【図２】本発明に従って構成された原子層堆積成膜装置の他の好適実施形態を示す簡略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明に従って構成された原子層堆積成膜装置の好適実施形態について詳述する。
【００１２】
図１を参照して説明すると、本発明に従って構成された図示の原子層堆積成膜装置は反応チャンバ２を具備している。この反応チャンバ２には開閉動せしめられる扉(図示していない)が配設されており、開動された扉を通して反応チャンバ２内には表面に原子層堆積法によって膜を形成すべき基材４が搬入され、適宜の支持手段（図示していない）によって所要位置に保持される。基材４は、例えば合成樹脂フィルム或いは半導体ウエーハから構成される。扉は原子層堆積成膜装置の作動開始に先立って閉動され、反応チャンバ２が密閉される。
【００１３】
上記反応チャンバ２には、原料ガス供給手段６、反応ガス供給手段８及びパージガス供給手段１０が付設されている。原料ガス供給手段６は開閉弁１２を備えた原料ガス供給路１４を介して反応チャンバ２に接続されている。反応ガス供給手段８は開閉弁１６を備えた反応ガス供給路１８を介して反応チャンバ２に接続されている。パージガス供給手段１０は開閉弁２０を備えたパージガス供給路２２を介して反応チャンバ２に接続されている。
【００１４】
原料ガス供給手段６は、例えばテトラキスエチルメチルアミノジルコニウムの如き金属化合物プリカーサの気化手段を含んでおり、気化したプリカーサと共にアルゴン等のキャリアガスを含む原料ガスを反応チャンバ２内に供給する。反応ガス供給手段８は、例えば気化器で発生させた水蒸気やオゾン発生器で発生させたオゾン等の反応ガスを反応チャンバ２内に供給する。また、パージガス供給手段１０は、アルゴンの如き不活性ガスから構成されたパージガスを反応チャンバ２内に供給する。
【００１５】
反応チャンバ２には、更に、全体を番号２４で示す排気手段が付設されている。かかる排気手段２４は、反応ガス及びパージガスを搬出するための排出路とは別個に反応チャンバ２に接続された原料ガス排気路を含み、この原料ガス排気路にはプリカーサ捕集手段が配設されていることが重要である。
【００１６】
図１に示す実施形態においては、原料ガス排気路２６、反応ガス排気路２８及びパージガス排気路３０が夫々別個に反応チャンバ２に接続されている。原料ガス排気路２６、反応ガス排気路２８及びパージガス排気路３０の下流端は真空ポンプ３２を介して大気に接続されている。原料ガス排気路２６には、開閉弁３４、プリカーサ捕集器３６及び開閉弁３８が配設されている。プリカーサ捕集手段３６は、流入せしめられた原料ガスを冷却して原料ガス中のプリカーサを凝縮乃至凝固し液化乃至固化して捕集する捕集器から構成することができる。反応ガス排気路２８には、開閉弁４０と共に水蒸気トラップ手段４２が配設されている。反応ガスとして水蒸気を使用する場合、水蒸気トラップ手段４２は排気される反応ガスから水蒸気を分離してトラップし、真空ポンプ３２に水蒸気が流入して真空ポンプ３２が損傷せしめられるのを防止する。パージガス排気路３０には開閉弁４４が配設されている。
【００１７】
次に、上述したとおりの原子層堆積成膜装置の作動様式の一例を説明する。最初に、成膜する基材４を反応チャンバ２内に設置し、扉を閉めて密閉し、次いで開閉弁４４を開いて反応チャンバ２内を真空状態とする。しかる後に、開閉弁４４を閉じると共に、開閉弁１２及び３４及び３８を開いて、反応チャンバ２内にプリカーサとキャリアガスを含有した原料ガスを供給する（原料ガス供給工程）。この工程で、成膜する基材４の表面にプリカーサが原子一層分だけ吸着し、余剰の原料ガス及び原料ガス吸着時の副生成物は排気路２６を通して排出される。プリカーサ捕集手段３６に流入した原料ガスは冷却され、プリカーサが凝縮乃至凝固されて液化乃至固化され、キャリアガスから分離されて捕集される。原料ガス吸着時の副生成物は、一般的にプリカーサよりも蒸気圧が高いため、冷却温度を制御することで、プリカーサのみを選択的に捕集することができる。プリカーサ捕集手段３６に捕集されたプリカーサはプリカーサ捕集手段３６から回収して再使用することができる。プリカーサが分離されたキャリアガスは真空ポンプ３２を通して大気に排出される。
【００１８】
次いで、開閉弁１２を閉じ、開閉弁３４及び３８を閉じた後に或いはこれに先立って、開閉弁４４及び開閉弁１６を開いて、反応チャンバ２内にパージガスを供給するる（パージガス供給工程）。しかる後に、開閉弁４４を閉じ開閉弁１６を閉じた後に或いはこれに先立って、開閉弁２０及び４０を開いて反応チャンバ２内に反応ガスを供給する（反応ガス供給工程）。供給された反応ガスは基材４上に吸着したプリカーサと反応し、原子一層分の膜となる。余剰の反応ガスと共に反応ガスとプリカーサの反応の副生成物は排気路２８を通して大気に排出される。この際、水蒸気トラップ手段４２において反応ガス中の水蒸気が除外される。
【００１９】
次に、開閉弁２０を閉じ、開閉弁４０を閉じた後に或いはこれに先立って、開閉弁１６及び４４を開いて反応チャンバ２内にパージガスを供給する（パージガス供給工程）。
【００２０】
上述したとおりの各工程を所要回数繰り返し遂行し、かくして基板４上に原子層を堆積せしめて所要厚さの膜を形成する。表面に膜が形成された基板４は、作動停止した原子層堆積成膜装置における反応チャンバ２の扉（図示していない）を開動して反応チャンバ２から取り出すことができる。
【００２１】
図１に図示する実施形態においては、パージガス排気路３０と反応ガス排気路２８とを別個に配設しているが、所望ならばパージガスと反応ガスとを共通の排気路を通して排気することもできる。
【００２２】
図２には本発明に従って構成された原子層堆積成膜装置の他の好適実施形態を図示している。図２に示す実施形態においては、排気手段２４には２個のプリカーサ捕集手段３６ａ及び３６ｂが配設されている。プリカーサ捕集手段３６ａは副排気路２６ａ−１及び三方弁４６を介して原料ガス排気路２６の上流部分に接続され、そしてまた副排気路２６ａ−２を介して原料ガス排気路２６の下流部分に接続されている。プリカーサ捕集手段３６ｂは副排気路２６ｂ−１及び三方弁４６を介して原料ガス排気路２６の上流部分に接続され、副排気路２６ｂ−２を介して原料ガス排気路２６の下流部分に接続されている。三方弁４６は原料ガス排出路を閉塞する閉状態、原料ガス排気路２６の上流部分を副排気路２６ａ−１に接続する第一の開状態及び原料ガス排気路２６の上流部分を副排気路６ｂ−１に接続する第二の開状態のいずれかに選択的に設定される。副排気路２６ａ−２及び２６ｂ−２には夫々開閉弁３８ａ及び３８ｂが配設されている（原料ガス排気路２６の下流部分には開閉弁が存在しない）。更に、プリカーサ捕集手段３６ａは副再供給路５０ａ及び最供給路４８を介して原料ガス供給手段６に接続され、プリカーサ捕集手段３６ｂは副再供給路５０ｂ及び再供給路４８を介して原料ガス供給手段６に接続されている。副再供給路５０ａ及び５０ｂには夫々開閉弁５２ａ及び５２ｂが配設されている。図２に示す原子層堆積成膜装置における上述した構成以外の構成は、図１に示す原子層堆積装置と実質上同一である。
【００２３】
図２に示す原子層堆積成膜装置においては、上記原料ガス排気工程の際には三方弁４６が上記第一の開状態と上記第二の開状態とのいずれかに設定され、プリカーサ捕集手段３６ａとプリカーサ捕集手段３６ｂとのいずれか一方に原料ガスが流入せしめられ、原料ガスからプリカーサが分離され捕集される。排気される原料ガスが流入することがない、プリカーサ捕集手段３６ａとプリカーサ捕集手段３６ｂとの他方は、適宜の時期に開閉弁５２ａ又は５２ｂが開かれ、副再供給路５０ａ又は５０ｂと共に再供給路４８を介して原料ガス供給手段に接続され、捕集したプリカーサを再使用のために原料ガス供給手段６に返送する。
【００２４】
図２に示す実施形態においては２個のプリカーサ捕集手段３６ａ及び３６ｂを配設しているが、所望ならば３個以上のプリカーサ捕集手段を配設することもできる。
【符号の説明】
【００２５】
２：反応チャンバ
４：基材
６：原料ガス供給手段
８：反応ガス供給手段
１０：パージガス供給手段
１４：原料ガス供給路
１８：反応ガス供給路
２２：パージガス供給路
２４：排出手段
２６：原料ガス排気路
２８：反応ガス排気路
３０：パージガス排気路
３２：真空ポンプ
３６：プリカーサ捕集手段
３６ａ：プリカーサ捕集手段
３６ｂ：プリカーサ捕集手段
４８：再供給路
【図１】
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【図２】
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