(57)【要約】【課題】ガスを効率的に使用できる中で、成膜速度が向上できるようにする。【解決手段】成膜室１０２（装置本体１０１）の平面方向の一方の側部には、押さえ枠１０４が形成されてない領域を備えている。この領域において、平面視で、成膜室１０２と下部排気室１０３との間に開口部１０８が形成された状態となる。基板載置台１０５を上昇させてこの周縁部が押さえ枠１０４に当接した状態とすることで、装置本体１０１の内部は、成膜室１０２と下部排気室１０３とに仕切られ、成膜室１０２と下部排気室１０３とが開口部１０８で連通した状態となる。【選択図】  図１
2009209435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉可能な真空容器を構成している装置本体と、
前記装置本体の内部上側に設けられた成膜室と、
前記装置本体の内部下側に設けられた下部排気室と、
前記成膜室および前記下部排気室の境界位置に配置される枠状の押さえ枠と、
前記下部排気室の内部を上下移動可能に配置されて成膜対象の基板が載置される基板載置台と、
前記下部排気室において、前記基板載置台を支持するとともに上下に移動する載置台支持部と、
前記基板に薄膜を形成するための原料を少なくとも含むガスを前記装置本体の第１側部の側より前記成膜室に供給する第１ガス供給部と、
前記下部排気室に連通して前記装置本体の内部を排気する排気部と、
前記基板載置台を移動させることで前記押さえ枠と前記基板載置台との距離を制御する動作制御部と、
前記第１側部に対向する第２側部の側に配置され、前記基板載置台の周縁部の少なくとも一部が前記押さえ枠に当接している状態で前記基板載置台と前記押さえ枠との間に形成される開口部と
を少なくとも備えることを特徴とする原子層成膜装置。
【請求項２】
請求項１記載の原子層成膜装置において、
前記装置本体は、本体下部と本体上部とから構成され、
前記押さえ枠は、前記本体上部もしくは本体下部と一体に形成されている
ことを特徴とする原子層成長装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の原子層成膜装置において、
前記動作制御部は、前記基板載置台による前記載置台支持部の上下移動を制御することで、前記成膜室に対する前記ガスの供給時と前記ガスの排気時とで前記基板載置台と前記押さえ枠との距離を変化させる
ことを特徴とする原子層成膜装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の原子層成膜装置において、
前記基板載置台は、載置される基板を加熱する加熱機構を備えている
ことを特徴とする原子層成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子層および分子層単位で薄膜の形成が可能な原子層成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３００℃程度の低温で良質な薄膜がより均質な状態で形成可能であるなどの種々の特徴を備える技術として、原子層および分子層単位で薄膜の形成が可能な原子層成長（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）法が、注目されている（特許文献１，２，３参照）。原子層成長法は、形成しようとする膜を構成する各元素の原料を基板に交互に供給することにより、原子層単位で薄膜を形成する技術である。原子層成長方法では、各元素の原料を供給している間に１層あるいはｎ層（ｎは２以上の整数）だけを表面に吸着させ、余分な原料は成長に寄与させないようにしている。これを、成長の自己停止作用という。原子層成長方法によれば、一般的なＣＶＤと同様に高い形状適応性と膜厚制御性を併せ持っており、より低温でより広い面積に対して均一な薄膜を再現性よく形成できる技術として、大画面のフラットパネルディスプレイ製造への適用が検討されている。
【０００３】
大型化に対応する原子層成長装置としては、１辺が数十ｃｍを越える矩形の基板が対象となるため、基板に平行にガスを供給する横型の装置が一般に用いられている。横型の装置では、よく知られているように、基板に平行にガスを供給しており、装置の構成が単純であり、基板の大型化に適用しやすい構成となっている。また、原子層成長方法は、前述したように成長の自己停止作用を備えており、他の化学的気相成長法に比較し、形成される膜の状態が供給されるガスの分布にあまり影響をされない。このため、基板の大型化に伴い、ガスの供給口からの距離が大きく異なる状態となっていても、基板全域に対して均一な膜の形成が期待できる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３８４９７号公報
【特許文献２】特開２００４−０４７６６０号公報
【特許文献３】特開２００５−１１３２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、製造コストの低減などの観点から、使用する原料のガスを効率よく使用して無駄を低減することが重要となる。例えば、吸着過程では、排気速度を小さくすれば原料ガスの供給量が少なくてもこの分圧を高くすることが可能となり、少ない原料ガス量で吸着過程における所定の反応を効率よく行わせることができる。ただし、原子層成長では、例えば１原子層分の吸着層が形成された後は、原料ガスの供給を停止して原料ガスの排気（パージ）を行うことになる。排気速度が小さいと、このパージの工程に多くの時間を要することになり、工程時間の増大を招き、強いては製造コストの増大を招いてしまう。
【０００６】
従って、吸着の工程では排気速度を小さくし、パージの工程では排気速度を大きくすれば、原料ガスの効率的な使用と、工程時間の短縮とが実現できることになる。ここで、一般に、原子層成長を実現する装置では、原料ガスなどの供給量を抑制するために、基板を配置する成膜室の基板上の間隔を小さくして（天井を低くして）体積を小さくしている。このため、成膜室の側面に配置される排気口をあまり大きくすることとができず、排気速度をあまり大きくすることができない。
【０００７】
また、排気の速度の調節は、排気機構における圧力調節弁やバルブの開度の制御などで行うことになるが、これらの制御応答速度はあまり速くなく、迅速な切り替えができないため、例えば、パージを含めた原料ガスの交換に時間を要し、工程時間をあまり短縮できない。このように、従来の原子層成膜装置では、高速化が容易ではないという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ガスを効率的に使用できる中で、成膜速度が向上できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る原子層成膜装置は、密閉可能な真空容器を構成している装置本体と、装置本体の内部上側に設けられた成膜室と、装置本体の内部下側に設けられた下部排気室と、成膜室および下部排気室の境界位置に配置される枠状の押さえ枠と、下部排気室の内部を上下移動可能に配置されて成膜対象の基板が載置される基板載置台と、下部排気室において、基板載置台を支持するとともに上下に移動する載置台支持部と、基板に薄膜を形成するための原料を少なくとも含むガスを装置本体の第１側部の側より成膜室に供給する第１ガス供給部と、下部排気室に連通して装置本体の内部を排気する排気部と、基板載置台を移動させることで押さえ枠と基板載置台との距離を制御する動作制御部と、第１側部に対向する第２側部の側に配置され、基板載置台の周縁部の少なくとも一部が押さえ枠に当接している状態で基板載置台と押さえ枠との間に形成される開口部とを少なくとも備えるものである。
【００１０】
上記原子層成膜装置において、装置本体は、本体下部と本体上部とから構成され、押さえ枠は、本体上部もしくは本体下部と一体に形成されている。また、動作制御部は、基板載置台による載置台支持部の上下移動を制御することで、成膜室に対するガスの供給時とガスの排気時とで基板載置台と押さえ枠との距離を変化させる。なお、基板載置台は、載置される基板を加熱する加熱機構を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、上下移動可能に配置されて成膜対象の基板が載置される基板載置台と、基板載置台の周縁部の少なくとも一部が押さえ枠に当接している状態で基板載置台と押さえ枠との間に形成される開口部とを備えるようにしたので、ガスを効率的に使用できる中で、成膜速度が向上できるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における原子層成膜装置の一部構成を拡大して示す断面図（ａ），（ｂ）、および一部平面図（ｃ）である。この原子層成膜装置は、まず、真空容器を構成する装置本体１０１と、装置本体１０１の内部上側に配置された成膜室１０２と、装置本体１０１の内部下側に配置された下部排気室１０３と、成膜室１０２および下部排気室１０３の境界位置に配置された押さえ枠１０４とを備える。
【００１３】
装置本体１０１は、本体下部１０１ａと本体上部１０１ｂとから構成され、押さえ枠１０４は、本体上部１０１ｂと一体に形成されている。なお、押さえ枠１０４は、本体下部１０１ａと一体に形成されていてもよい。成膜室１０２は、本体上部１０１ｂの内部に配置され、下部排気室１０３は、本体下部１０１ａの内部に配置されている。また、成膜室１０２（装置本体１０１）の平面方向の一方の側部（第２側部）には、押さえ枠１０４が形成されていない領域を備えている。例えば、成膜室１０２および下部排気室１０３は、平面視矩形に形成され、この１辺には、押さえ枠１０４が形成されていない。この領域において、図１（ｃ）にも示すように、平面視で、成膜室１０２と下部排気室１０３との間に開口部１０８が形成された状態となる。
【００１４】
また、装置本体１０１の内部には、下部排気室１０３の側において、膜の形成対象となる基板が載置される基板載置台１０５が配置され、載置台支持部１０６により、下部排気室１０３の側から成膜室１０２の側への上下方向（基板載置台１０５平面の法線方向）に移動可能に支持されている。図１（ａ）に示すように、基板載置台１０５を上昇させてこの周縁部が押さえ枠１０４に当接した状態とすることで、装置本体１０１の内部は、成膜室１０２と下部排気室１０３とに仕切られ、成膜室１０２と下部排気室１０３とが開口部１０８で連通した状態となる。
【００１５】
なお、例えば、成膜室１０２は、平面視矩形に形成され成膜室１０２の、全ての辺に押さえ枠１０４が形成された状態とし、上述した開口部１０８となる領域においては、基板載置台１０５が、平面視で押さえ枠１０４から装置内側に短く形成されていることで、開口部１０８が形成されているようにしてもよい。開口部１０８は、基板載置台１０５の周縁部の少なくとも一部が押さえ枠１０４に当接している状態で、基板載置台１０５の周囲の所定の箇所で、基板載置台１０５と押さえ枠１０４との間に形成されていればよい。
【００１６】
加えて、本実施の形態の原子層成膜装置では、基板載置台１０５を移動させることで、基板載置台１０５と押さえ枠１０４との間隔（距離）を制御する動作制御部１１０を備える。
【００１７】
また、本実施の形態における原子層成膜装置は、基板載置台１０５に載置される基板に薄膜を形成するための原料を含むガスを、成膜室１０２（装置本体１０１）の他方の側部（第１側部）より成膜室１０２の領域に対して供給するガス供給機構１０７を備える。図示していないが、ガス供給機構１０７には、よく知られているように、液体原料を気化する気化器などを含むガス供給機構が接続し、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などの原料ガスやオゾンなどの酸化ガス、また、アルゴンなどのパージガスが供給可能とされている。ここで、前述したように上記他方の側部に対向する側部（第２側部）には、押さえ枠１０４が形成されていないことによる開口部１０８が配置され、ここより、成膜室１０２の内部が排気されるようになる。開口部１０８は、ガス供給機構１０７に対向して配置された状態となる。
【００１８】
上述したことにより仕切られた成膜室１０２において、ガス供給機構１０７より導入されたガスは、基板載置台１０５の直上を基板載置台１０５の平面方向に移動し、開口部１０８より排出される。なお、下部排気室１０３には、原子層成膜装置の内部全体を排気するための排気部１０９を備え、図示していないが、ドライポンプなどの排気機構が接続され、これらにより排気を可能としている。例えば、ガス供給機構１０７より導入されたガスは、基板載置台１０５の直上を基板載置台１０５の平面方向に移動し、一方の側に設けられた開口部１０８より、排気部１０９より排気されている下部排気室１０３の側に排出される。
【００１９】
ここで、上述した仕切られた状態では、前述したように、主に開口部１０８により、成膜室１０２と下部排気室１０３とが連通した状態となっており、開口部１０８により、比較的高い流路抵抗を備えた状態で、成膜室１０２の内部が排気される状態となっている。この状態に対し、載置台支持部１０６の動作により、基板載置台１０５を下方に移動させることで、図１（ｂ）に示すように、押さえ枠１０４と基板載置台１０５の周縁部との間に、開口部１０８以外の領域にも隙間（連通路）が形成されるようになる。この状態では、開口部１０８だけの場合に比較して、成膜室１０２と下部排気室１０３とがより広い面積の開口部で連通した状態となり、成膜室１０２と下部排気室１０３との間の流路抵抗がより低い状態になる。
【００２０】
従って、動作制御部１１０の制御による載置台支持部１０６の動作で基板載置台１０５の上下位置を制御することにより、成膜室１０２内の排気速度を制御することができる。例えば、図１（ａ）に示すように、基板載置台１０５の周縁部領域が押さえ枠１０４に当接した状態とし、連通領域が開口部１０８だけの最も高い流路抵抗状態とすれば、成膜室１０２内の排気速度を最も遅い状態とすることができる。これに対し、図１（ｂ）に示すように、基板載置台１０５を下方に移動させて基板載置台１０５の周縁部と押さえ枠１０４とを離間させれば、成膜室１０２内を、後述する排気機構の排気能力内で最も速い排気速度で排気することができる。
【００２１】
このように、本実施の形態の原子層成膜装置では、動作制御部１１０による載置台支持部１０６の動作制御で、押さえ枠１０４と基板載置台１０５の周縁部との間隔を制御するようにした。言い換えると、載置台支持部１０６と押さえ枠１０４とは、動作制御部１４０の制御による相対的な移動により、互いの間隔（距離）が制御されている。
【００２２】
次に、本実施の形態における原子層成膜装置を用いた原子層成膜方法の一例について説明する。まず、基板載置台１０５の上に、処理対象となる基板Ｗを搬入する。基板Ｗは、例えば、平面視の寸法が、３７ｃｍ×４７ｃｍの板状のガラス基板である。例えば、本体上部１０１ｂを本体下部１０１ａより離間させることで成膜室１０２を大気開放状態とし、この状態で、基板載置台１０５の上に基板Ｗを搬入すればよい。また、動作制御部１１０の制御による載置台支持部１０６の動作により基板載置台１０５を装置本体１０１の下方に移動させ、図示しないゲート部を開放状態とし、このゲート部より基板Ｗを搬入するようにしてもよい。
【００２３】
次に、本体上部１０１ｂおよび本体下部１０１ａを合体させ、また、上記ゲート部を閉じた状態とするなどにより、装置本体１０１の内部が密閉された状態とする。また、排気部１０９により成膜室１０２および下部排気室１０３を含む装置本体１０１の内部が、所定の圧力にまで減圧された状態とする。このとき、動作制御部１１０の制御による載置台支持部１０６の動作により基板載置台１０５を装置本体１０１の下方に移動させておけば、押さえ枠１０４と基板載置台１０５の周縁部との間隔が広く開いた状態となり、より迅速な排気が可能となる。この排気により、例えば、成膜室１０２および下部排気室１０３を含む装置本体１０１内部が２〜３Ｐａ程度の圧力にされた状態とする。
【００２４】
この後、動作制御部１１０に制御された載置台支持部１０６の動作により、基板載置台１０５を、装置本体１０１の上方（成膜室１０２の方向）に、周縁部領域が押さえ枠１０４に当接するまで移動させ、装置本体１０１内部が、成膜室１０２と下部排気室１０３とに仕切られた状態とする。これは、図１（ａ）に示す状態である。この状態では、成膜室１０２と下部排気室１０３とが、開口部１０８により連通した状態であり、成膜室１０２の排気速度は低くなっている。
【００２５】
次に、排気部１０９による排気を継続した状態で、ガス供給機構１０７からの所定のガスの供給により、原子層成長法による基板Ｗ上への薄膜の形成を行う。例えば、基板載置台１０５が備える加熱機構により、基板Ｗの温度が３００℃程度に加熱された状態とする。次に、ガス供給機構１０７により、成膜室１０２の内部に原料ガス（吸着ガス）として例えばＴＭＡガスを導入して原料ガスが基板Ｗの上に供給された状態とする。この原料ガスの供給により、基板Ｗの上に１層のＴＭＡ分子が吸着した状態とする。例えば、原料ガスは、アルゴンなどの不活性なキャリアガスとともに供給するようにしてもよい。
【００２６】
ここで、成膜室１０２内は、開口部１０８を介して排気されており、排気速度が小さくなっているので、少ない原料ガスの供給量で、所望とする内部圧力（原料ガス分圧）の状態とすることができる。例えば、原料ガスの供給により、成膜室１０２の内部が、圧力１００Ｐａ程度とする。原料ガスの供給は、１〜２秒程度行う。
【００２７】
次に、原料ガスの供給を停止し、図１（ｂ）に示すように、動作制御部１１０の制御により載置台支持部１０６を動作させて基板載置台１０５を装置本体１０１の下方に移動させ、開口部１０８以外にも、押さえ枠１０４と基板載置台１０５の周縁部との間に開口領域が形成され、連通領域が広くされた状態とする。例えば、押さえ枠１０４と基板載置台１０５の周縁部とが１０ｍｍ程度離間した状態とする。このようにして、より高速に排気がされる状態で、ガス供給機構１０７により例えばＡｒや窒素などのパージガスが成膜室１０２の内部に供給された状態とする。このパージにより、基板Ｗに吸着した以外の余剰ガスが成膜室１０２の内部から除去された状態となる。また、高速に排気される状態となっているため、より迅速にパージ処理が終了できる。
【００２８】
次に、前述同様に、動作制御部１１０の制御により載置台支持部１０６を動作させ、基板載置台１０５を装置本体１０１の上方に、周縁部領域が押さえ枠１０４に当接するまで移動させ、装置本体１０１内部が、成膜室１０２と下部排気室１０３とに仕切られ、これらが開口部１０８で連通した低速排気の状態とする。続いて、成膜室１０２の内部に、ガス供給機構１０７により酸化ガス（例えばオゾン）を導入することで、基板Ｗの上に酸化ガスが供給され、基板Ｗの表面に吸着している分子が酸化ガスと反応し、基板Ｗの表面に１分子層分の酸化アルミニウムの薄膜が形成された状態とする。この場合においても、排気速度が小さくなっているので、少ない酸化ガスの供給量で、所望とする内部圧力（酸化ガス分圧）の状態とすることができる。
【００２９】
この後、前述と同様にすることで、高速排気状態とされた成膜室１０２の内部をＡｒなどの不活性ガスによってパージし、余剰なガスが反応室から除去された状態とする。以上の原料ガスの供給→パージ→酸化ガスの供給→パージを１サイクルとし、１００サイクル程度繰り返すことで、膜厚が１０ｎｍ程度の酸化アルミニウムの薄膜が形成できる。
【００３０】
以上に説明したように、この実施の形態における原子層成膜装置によれば、前述した薄膜形成の過程において、吸着や酸化を行う工程においては、例えば、基板載置台１０５の周縁部を押さえ枠１０４を基板載置台１０５に当接させ、成膜室１０２と下部排気室１０３とが開口部１０８で連通した状態として成膜室１０２の排気速度を低下させるようにしたので、原料ガスや酸化ガスをより効率的に使用できるようになる。また、パージの工程は、押さえ枠１０４より基板載置台１０５を離間させることで成膜室１０２の排気速度を上昇させ、短時間で終了できるようにしたので、成膜速度の向上が図れる。このように、本実施の形態によれば、ガス供給時とこのガスの排気時とで、基板載置台１０５の周縁部と押さえ枠１０４との距離を、動作制御部１１０の制御による載置台支持部１０６の動作で変化させるようにしたので、ガスを効率的に使用できる中で、成膜速度が向上できるようになる。
【００３１】
なお、上述では、成膜室１０２の平面方向の一方の側部の側における基板載置台１０５の端部が、図１（ｃ）に示すように、直線で構成されているようにしたが、これに限るものではない。例えば、図２に示すように、基板載置台１０５の端部（端部側の辺）が曲線で構成されていてもよい。この例では、開口部１０８の両端部に近いほど開口面積が広くなるようにされている。この状態では、基板載置台１０５の平面上で、開口面積が広くされている領域に近いほど、ガス供給機構１０７から供給されるガスの流れが速くなる状態となる。
【００３２】
また、成膜室１０２における、本体上部１０１ｂの内側面（天井）と、基板載置台１０５の表面との距離が、開口部１０８に近い程、短くなっているようにしてもよい。例えば、本体上部１０１ｂの天井が、開口部１０８に近いほど低くなっているようにしてもよい。このようにすることで、ガス供給機構１０７から供給されたガスの開口部１０８に近い領域における分圧を、距離を均一にした場合に比較して高くすることができる。吸着工程においては、ガス供給機構１０７よりガスが供給され、供給されたガスは、基板載置台１０５を開口部１０８の側に流れていくが、ガス供給側とガス排気側とで、膜厚に分布（例えば５％程度）が発生する場合がある。これに対し、上述したように、天井が開口部１０８に近いほど低い状態としてこの領域の分圧が高くなるようにすることで、膜厚の分布発生を抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態における原子層成膜装置の構成を示す断面図（ａ），（ｂ）、および一部平面図（ｃ）である。
【図２】本発明の実施の形態における原子層成膜装置の一部構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０１…装置本体、１０１ａ…本体下部、１０１ｂ…本体上部、１０２…成膜室、１０３…下部排気室、１０４…押さえ枠、１０５…基板載置台、１０６…載置台支持部、１０７…ガス供給機構、１０８…開口部、１０９…排気部、１１０…動作制御部。
【図１】
2009209435.tif 000003
【図２】
2009209435.tif 000004