(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サセプタと、
前記サセプタの上方に設けられ、第１流路と、前記第１流路とは独立した第２流路とが形成されたシャワーヘッドと、を備え、
前記第１流路は、第１上壁と第１下壁に囲まれた水平方向に広がる第１キャビティと、前記第１上壁に形成された第１細孔と、前記第１下壁に形成された複数の第２細孔と、を有することで前記シャワーヘッドを貫通し、
前記第１上壁は前記第１細孔から離れるほど鉛直方向高さが低くなり、
前記第１下壁の鉛直方向高さは一定であり、
前記第２流路は、第２上壁と第２下壁に囲まれた水平方向に広がる第２キャビティと、前記第２上壁に形成された第３細孔と、前記第２下壁に形成された複数の第４細孔と、を有することで前記シャワーヘッドを貫通し、
前記第２上壁は前記第３細孔から離れるほど鉛直方向高さが低くなり、
前記第２下壁の鉛直方向高さは一定であり、
前記第３細孔は、前記第２上壁の外縁部に形成され、
前記第３細孔は、前記シャワーヘッドの上面の外縁側から前記第２キャビティに至る流路を提供することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記第１細孔、前記第１キャビティ、及び複数の前記第２細孔、又は前記第３細孔、前記第２キャビティ、及び複数の前記第４細孔を経由して前記サセプタの上に提供され、前記サセプタの外縁の外側に広がったガスを排気する、前記シャワーヘッドと前記サセプタを囲む形状の排気ダクトを備えたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記第１細孔に第１ガスを供給することで前記サセプタの上に前記第１ガスを供給し、
前記第１細孔に不活性ガスを供給することで前記第１流路の前記第１ガスをパージし、
前記第３細孔に第２ガスを供給することで前記サセプタの上に前記第２ガスを供給し、
前記第３細孔に不活性ガスを供給することで前記第２流路の前記第２ガスをパージするコントローラを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記第２細孔と前記第４細孔は丸穴であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜装置。  
【請求項５】
前記サセプタは直径３００ｍｍ以上のウエハを搭載する大きさであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に膜を成長させる成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばPlasma Enhanced Atomic Layer Deposition(PE-ALD)又はAtomic Layer Deposition (ALD)では、シャワーヘッドを通したガスをサセプタ上の基板に供給する。特許文献１には、２つの独立した流路が形成されたシャワーヘッドを有する成膜装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０２２９８４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
第１流路と第２流路が形成されたシャワーヘッドは以下のように利用される。まず、第１流路を経由させた第１ガスを基板へ提供する。第１ガスの提供後は第１流路にパージガスだけが流れ第１流路がパージされる。次いで、第２流路を経由させた第２ガスを基板へ提供する。第２ガスの提供後は第２流路にパージガスだけが流れ第２流路がパージされる。この一連の処理を繰り返すことで、第１ガスと第２ガスを交互に基板に供給する。
【０００５】
第１ガスを基板に供給する際に第２流路に第２ガスが残留していたり、第２ガスを基板に供給する際に第１流路に第１ガスが残留していたりすると、成膜品質が低下する。成膜品質の低下を避けるためにはパージ時間を長くせざるを得なかった。この弊害を回避するためには、迅速にパージできる第１流路と第２流路を形成することが好ましい。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ガスの流路を迅速にパージできるシャワーヘッドを有する成膜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】
【０００７】
本願の発明に係る成膜装置は、サセプタと、該サセプタの上方に設けられ、第１流路と、該第１流路とは独立した第２流路とが形成されたシャワーヘッドと、を備え、該第１流路は、第１上壁と第１下壁に囲まれた水平方向に広がる第１キャビティと、該第１上壁に形成された第１細孔と、該第１下壁に形成された複数の第２細孔と、を有することで該シャワーヘッドを貫通し、該第１上壁は該第１細孔から離れるほど鉛直方向高さが低くなり、該第１下壁の鉛直方向高さは一定であり、該第２流路は、第２上壁と第２下壁に囲まれた水平方向に広がる第２キャビティと、記第２上壁に形成された第３細孔と、該第２下壁に形成された複数の第４細孔と、を有することで該シャワーヘッドを貫通し、該第２上壁は該第３細孔から離れるほど鉛直方向高さが低くなり、該第２下壁の鉛直方向高さは一定であり、該第３細孔は、該第２上壁の外縁部に形成され、該第３細孔は、該シャワーヘッドの上面の外縁側から該第２キャビティに至る流路を提供することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ガスが水平方向に広がりやすい流路を形成するので、ガスの流路を迅速にパージできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る成膜装置の断面斜視図である。
【図２】ベースプレートの底面図である。
【図３】成膜装置の断面図である。
【図４】図３の一点鎖線より左側のベースプレートの拡大図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線における断面図である。
【図６】実施の形態１に係る成膜装置による成膜方法を説明する図である。
【図７】比較例に係る成膜装置の断面図である。
【図８】比較例に係る成膜装置についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図９】第２ガスの濃度をシミュレーションした地点を示す図である。
【図１０】図９で示す地点における第２ガス濃度のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】実施の形態２に係る成膜装置の断面図である。
【図１２】実施の形態３に係る成膜装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る成膜装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る成膜装置の一部の断面斜視図である。この成膜装置はシャワーヘッド１０を備えている。シャワーヘッド１０は、基板の表面に均等な密度のガスを供給するために設けられている。シャワーヘッド１０は、ベースプレート１２、ミドルプレート１４及びアッパープレート１６を備えている。ベースプレート１２とミドルプレート１４は間隙を設けて配置されている。ベースプレート１２とミドルプレート１４の上にアッパープレート１６がのせられている。アッパープレート１６は、ベースプレート１２上のＯリング１８を圧縮変形させている。なお、ミドルプレート１４とアッパープレート１６は例えばセラミック等で一体的に形成してもよい。
【００１２】
シャワーヘッド１０には、第１流路２０と、第１流路２０とは独立した第２流路３０とが形成されている。したがって、このシャワーヘッド１０はいわゆるダブルシャワーヘッドを構成している。第１流路２０は、第１細孔２０ａと、第１キャビティ２０ｂと、複数の第２細孔２０ｃを有している。第１細孔２０ａはミドルプレート１４とアッパープレート１６に形成された鉛直方向に伸びる細孔である。第１細孔２０ａはシャワーヘッド１０の上面中央から第１キャビティ２０ｂに至る流路を提供している。第１キャビティ２０ｂは水平方向に広がっている。第１キャビティ２０ｂは、ミドルプレート１４の下面である第１上壁２２と、ベースプレート１２の上面である第１下壁２４に囲まれた領域である。
【００１３】
第２細孔２０ｃは、ベースプレート１２に形成された鉛直方向に伸びる細孔である。第２細孔２０ｃは第１キャビティ２０ｂからベースプレート１２の下方へとガスを導く。第２細孔２０ｃは第１下壁２４に等間隔で複数形成されている。このように、第１流路２０は、第１キャビティ２０ｂと、第１上壁２２に形成された第１細孔２０ａと、第１下壁２４に形成された複数の第２細孔２０ｃとを有することでシャワーヘッド１０を貫通するものである。
【００１４】
第２流路３０は、第３細孔３０ａと、第２キャビティ３０ｂと、複数の第４細孔３０ｃを有している。第３細孔３０ａは、シャワーヘッド１０の上面１２ａの外縁側からシャワーヘッド１０の中央（一点鎖線が引かれた部分）につながるようにベースプレート１２に形成された細孔である。第３細孔３０ａは、ベースプレート１２の上面１２ａ側から第２キャビティ３０ｂに至る流路を提供する。第２キャビティ３０ｂは水平方向に広がっている。第２キャビティ３０ｂは、ベースプレート１２の中に形成された第２上壁３２と第２下壁３４に囲まれた領域である。
【００１５】
このように、第２流路３０は、第２キャビティ３０ｂと、第２上壁３２に形成された第３細孔３０ａと、第２下壁３４に形成された複数の第４細孔３０ｃと、を有することでシャワーヘッド１０を貫通するものである。
【００１６】
ところで、第１キャビティ２０ｂと第２キャビティ３０ｂは、平面視でアッパープレート１６の直下全体に広がる空間である。そして、第１キャビティ２０ｂの直下に一定密度で第２細孔２０ｃが形成され、第２キャビティ３０ｂの直下に一定密度で第４細孔３０ｃが形成されている。第２細孔２０ｃは、図１の一点鎖線左側だけでなく、一点鎖線右側にも形成されている。
【００１７】
シャワーヘッド１０は、シャワーヘッド１０を囲む環状の排気ダクト４０の上にのせられている。排気ダクト４０の上に設けられたＯリング４２の上にシャワーヘッド１０がのせられることでＯリング４２が弾性変形している。排気ダクト４０はベースプレート１２の側面に接する凸部４０ａを有している。この凸部４０ａにより、シャワーヘッド１０の外側に環状排気路４０ｂが形成されている。
【００１８】
シャワーヘッド１０の上方にはガス供給システムがある。第１細孔２０ａには、バルブ５１を介してＮ２ガス源が接続され、バルブ５２を介して第１ガスのガス源が接続されている。第３細孔３０ａには、バルブ５３を介してＮ２ガス源が接続され、バルブ５４を介して第２ガスのガス源が接続されている。４つのバルブ５１、５２、５３、５４の開閉はコントローラ５０によって制御される。
【００１９】
図２は、ベースプレート１２の底面図である。ベースプレート１２の底面には、第２細孔２０ｃと第４細孔３０ｃが一定密度で形成されている。第２細孔２０ｃと第４細孔３０ｃは、シャワーヘッド１０の底面全体に形成されている。
【００２０】
図３は、本発明の実施の形態１に係る成膜装置の断面図である。第１上壁２２は第１細孔２０ａから離れるほど鉛直方向高さが低くなっている。言い換えれば、第１上壁２２は、シャワーヘッド１０の中央から外側に向かうほど鉛直方向高さが低下する斜面となっている。第１下壁２４の鉛直方向高さは一定である。
【００２１】
第２上壁３２は第３細孔３０ａ（第３細孔３０ａと第２キャビティ３０ｂの接続点）から離れるほど鉛直方向高さが低くなっている。言い換えれば、第２上壁３２は、シャワーヘッド１０の中央から外側に向かうほど鉛直方向高さが低下する斜面となっている。第２下壁３４の鉛直方向高さは一定である。
【００２２】
排気ダクト４０には、環状排気路４０ｂのガスを外部へ排気する排気管６０が取り付けられている。排気ダクト４０は環状板６４を介してチャンバ６２にのせられている。チャンバ６２の中のシャワーヘッド１０の下方にはサセプタ７０が設けられている。サセプタ７０は、例えば直径３００ｍｍ以上のウエハを搭載する大きさである。
サセプタ７０の上には基板７２が搭載される。なお、基板７２は被成膜物であれば特に限定されないが、例えば直径０．３ｍのウエハである。
【００２３】
図４は、図３の一点鎖線より左側のベースプレート１２の拡大図である。第２キャビティ３０ｂの中に柱１２ｐが形成されている。第２細孔２０ｃは、この柱１２ｐを縦方向に貫く。図５は、図４のＶ−Ｖ線における断面図である。第２キャビティ３０ｂの中に一定密度で柱１２ｐが設けられている。柱１２ｐの中央に第２細孔２０ｃが形成されている。
【００２４】
次に、実施の形態１に係る成膜装置を用いた成膜方法を説明する。図６は、実施の形態１に係る成膜装置による成膜方法を説明する図である。まず、コントローラ５０によってバルブ５１、５２を開き、第１細孔２０ａに第１ガスとＮ２ガスを供給する。これらのガスは、第１キャビティ２０ｂにて左右方向（水平方向）に広がった後に、複数の第２細孔２０ｃからサセプタ７０の上に供給される。これにより、第１ガスが基板７２と反応し基板７２に膜が形成される。バルブ５１、５２を開放する期間を第１成膜期間という。
【００２５】
次いで、バルブ５２を閉めることで、第１細孔２０ａに不活性ガス（Ｎ２ガス）だけを供給する。これにより、第１流路２０の第１ガスをパージする。つまり、第１流路２０から第１ガスが除去され、不活性ガスだけが存在する状態となる。バルブ５１だけを開放する期間を第１パージ期間という。
【００２６】
第１成膜期間と第１パージ期間においては、第１細孔２０ａ、第１キャビティ２０ｂ、及び複数の第２細孔２０ｃを経由してサセプタ７０の上にガスが提供され、サセプタ７０の外縁の外側に広がったガスは、サセプタ７０を囲む形状の排気ダクト４０によって外部に排気される。
【００２７】
次いで、バルブ５１を閉じ、バルブ５３、５４を開ける。これにより、第３細孔３０ａに第２ガスとＮ２ガスを供給する。第２ガスとＮ２ガスは、第２キャビティ３０ｂにて左右方向（水平方向）に広がった後に、複数の第４細孔３０ｃからサセプタ７０の上に供給される。これにより、第２ガスが基板７２と反応し膜が形成される。バルブ５３、５４を開放する期間を第２成膜期間という。
【００２８】
次いで、バルブ５４を閉めることで、第３細孔３０ａに不活性ガス（Ｎ２ガス）だけを供給する。これにより、第２流路３０の第２ガスをパージする。つまり、第２流路３０から第２ガスが除去され、不活性ガスだけが存在する状態となる。バルブ５３だけを開放する期間を第２パージ期間という。
【００２９】
第２成膜期間と第２パージ期間においては、第３細孔３０ａ、第２キャビティ３０ｂ、及び複数の第４細孔３０ｃを経由してサセプタ７０の上にガスが提供され、サセプタ７０の外縁の外側に広がったガスは、排気ダクト４０によって外部に排気される。これらの一連の処理を繰り返すことで、第１ガスと第２ガスを交互に基板７２に供給する。なお、第１ガスと第２ガスの種類は特に限定されないが、第１ガスは例えばprecursorであり、第２ガスは例えばreactive gasである。
【００３０】
ここで、本発明の特徴の理解を容易にするために比較例について説明する。図７は、比較例に係る成膜装置の断面図である。比較例の成膜装置は第２上壁３２の鉛直方向高さが一定である点で、実施の形態１に係る成膜装置と異なる。
【００３１】
図８は、比較例に係る成膜装置の第２パージ期間における第２ガスの濃度を示すシミュレーション結果である。時刻０において第２パージ期間が開始する。ｒ（second cavity）とは、図７における第２キャビティ３０ｄの中央（破線部分）からの距離である。ｒ（second cavity）が０．００ｍの点は第２キャビティ３０ｄのうち基板７２の中央直上の地点を指す。ｒ（second cavity）が０．１５ｍの点は第２キャビティ３０ｄのうち基板７２の最外周の直上の地点を指す。図７にはｒ（second cavity）が０．００、０．０５、０．１０、０．１５[m]の場所が示されている。図８から分かるように、r(second cavity)の値が大きい場所ほど第２ガスが排気されずらい。すなわち、第２キャビティ３０ｄの外側の領域で第２ガスのパージが困難となっている。
【００３２】
ｒ（substrate）は基板の直上における、中央（破線部分）からの距離である。ｒ（substrate）は図７に示されている。ｒ（substrate）が０．００ｍの点は基板７２の中央直上の地点を指す。ｒ（substrate）＝０．１５ｍの点は基板７２の外縁直上の地点を指す。図８から分かるように、r(substarate)の値が０．１５ｍの地点で第２ガスのパージが遅い。r(substrate)が０．１５ｍの地点におけるパージが遅いのは、r(second cavity)の値が０．１５ｍの地点におけるパージが遅いことに起因すると考えられる。このように、比較例に係る成膜装置では、ガスの流路を迅速にパージできない問題があった。
【００３３】
ところが、本発明の実施の形態１に係る成膜装置によれば、第２パージ期間において第２流路３０を迅速にパージできる。このことについて、図９、１０を参照して説明する。図９は、第２ガスの濃度をシミュレーションした地点を示す図である。図１０は、図９で示す地点における第２ガスの濃度変化を示すシミュレーション結果である。
【００３４】
図１０から分かるように、第２キャビティ３０ｂの外周側（r(second cavity)が０．１５ｍとなる地点）で、０．２秒程度で第２ガスがパージされている。また、基板の直上ではｒ（substrate）の値によらず迅速なパージができている。したがって、第２上壁３２の鉛直方向高さを第３細孔３０ａから離れるほど低くすることで、第２流路３０のパージを迅速に行うことができる。なお、第１キャビティ２０ｂは第２キャビティ３０ｂと同じ形状を有しているので、第１流路２０も迅速にパージできる。
【００３５】
第１細孔２０ａは、第１上壁２２のうち、サセプタ７０の中央直上に形成されている。そのため、第１細孔２０ａから供給された第１ガスは第１キャビティ２０ｂ内を放射状に広がる。第１上壁２２の鉛直方向高さを第１細孔２０ａから離れるほど低くすることで、第１ガスは第１キャビティ２０ｂ内を放射状に広がりやすくなっている。このため、第１キャビティ２０ｂの外周側の部分までガスが到達しやすくなっているので、第１流路２０を迅速にパージできる。
【００３６】
第３細孔３０ａは、第２上壁３２のうち、サセプタ７０の中央直上に形成されている。そのため、第３細孔３０ａから供給された第２ガスは第２キャビティ３０ｂ内を放射状に広がる。第２上壁３２の鉛直方向高さを第３細孔３０ａから離れるほど低くすることで、第２ガスは第２キャビティ３０ｂ内を放射状に広がりやすくなっている。このため、第２キャビティ３０ｂの外周側の部分までガスが到達しやすくなっているので、第２流路３０を迅速にパージできる。
【００３７】
サセプタ７０の上方に設けられたシャワーヘッド１０については様々な変形が可能である。例えば、第２細孔２０ｃと第４細孔３０ｃは丸穴に限らず、スリットにしてもよい。不活性ガスはＮ２ガスに限定されず例えばＡｒガスでもよい。
【００３８】
これらの変形は以下の実施の形態に係る成膜装置に適宜応用できる。また、以下の実施の形態に係る成膜装置は、実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００３９】
実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２に係る成膜装置の断面図である。第１流路については実施の形態１の第１流路と同様である。第２流路１００は、第３細孔１００ａと、第２キャビティ１００ｂと、複数の第４細孔１００ｃを備えている。第３細孔１００ａはミドルプレート１４とアッパープレート１６に形成された鉛直方向にまっすぐ伸びる細孔である。また、第３細孔１００ａは第１キャビティ２０ｂの中に設けられた柱を貫通する。第３細孔１００ａは、第４細孔１００ｃが形成された領域の中央直上と、第４細孔１００ｃが形成された領域の外縁直上との間に複数形成されている。図１１には、２つの第３細孔１００ａが示されている。
【００４０】
第２キャビティ１００ｂは第２上壁１０２と第２下壁１０４に囲まれた領域である。第２上壁１０２は第３細孔１００ａから離れるほど鉛直方向高さが低くなっている。その結果、第２上壁１０２は、基板７２の中央直上と基板７２の外縁直上で鉛直方向高さが最低となっている。第２下壁１０４の鉛直方向高さは一定である。
【００４１】
実施の形態２の構成によれば、実施の形態１の成膜装置と同様に、ガス流路の迅速なパージが可能となる。第３細孔１００ａは、ミドルプレート１４とアッパープレート１６に形成された直線的な穴だけで構成される。したがって、実施の形態１の第３細孔３０ａのように複雑な穴を形成する必要がない。なお、第３細孔１００ａの数は複数であれば特に限定されない。
【００４２】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３に係る成膜装置の断面図である。第１流路については実施の形態１の第１流路と同様である。第２流路１５０は、第３細孔１５０ａと、第２キャビティ１５０ｂと、複数の第４細孔１５０ｃを備えている。第３細孔１５０ａはベースプレート１２に形成された細孔である。
【００４３】
第２キャビティ１５０ｂは第２上壁１５２と第２下壁１５４に囲まれた領域である。
第２上壁１５２の外縁部に第３細孔１５０ａが形成されている。第３細孔１５０ａは、シャワーヘッドの上面の外縁側から第２キャビティ１５０ｂに至る流路を提供する。図１２には、２つの第３細孔１５０ａが示されている。
【００４４】
第２上壁１５２は第３細孔１５０ａから離れるほど鉛直方向高さが低くなっている。その結果、第２上壁１５２は、基板７２の中央直上で鉛直方向高さが最低となっている。第２下壁１５４の鉛直方向高さは一定である。
【００４５】
実施の形態３の構成によれば、実施の形態１の成膜装置と同様に、ガス流路の迅速なパージが可能となる。また、第３細孔１５０ａは外部と第２キャビティ１５０ｂをつなぐ直線的な穴だけで構成される。したがって、実施の形態１の第３細孔３０ａのように複雑な穴を形成する必要がない。なお、第３細孔１５０ａの数は複数であれば特に限定されない。
【符号の説明】
【００４６】
１０  シャワーヘッド、  １２  ベースプレート、  １４  ミドルプレート、  １６  アッパープレート、  ２０  第１流路、  ２０ａ  第１細孔、  ２０ｂ  第１キャビティ、  ２０ｃ  第２細孔、  ２２  第１上壁、  ２４  第１下壁、  ３０  第２流路、  ３０ａ  第３細孔、  ３０ｂ  第２キャビティ、  ３０ｃ  第４細孔、  ３２  第２上壁、  ３４  第２下壁、  ４０  排気ダクト、  ４０ｂ  環状排気路、  ５０  コントローラ、  ７０  サセプタ、  ７２  基板
【図１】
0006619606.tif 000002
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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