(57)【要約】【課題】装置構成が簡単で、かつ基板上に均一に膜を成膜することができる成膜装置を提供する。【解決手段】成膜室１と、成膜室１内に固定され被成膜体を保持するステージ５と、成膜室１に成膜ガスを導入する吸気手段と、成膜室１内のガスを排気する排気手段とを備えた成膜装置であって、成膜時に被成膜体の表面を流れるガスの流路を動的に変化させる流路制御手段を備えたものである。流路制御手段は、例えば略円筒形状に形成された排気部６と、排気部６の上部に配された略円盤状の回転体７と、回転体７を回転駆動または揺動駆動するモータ８とを備えている。また、回転体７は、排気部６に対して偏心した位置に開口部７ａが形成されている。【選択図】図１
2009299121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室と、
前記成膜室内に固定され、被成膜体を保持するステージと、
前記成膜室に成膜ガスを導入する吸気手段と、
前記吸気手段から導入した成膜ガスを反応させて前記被成膜体に成膜を行う成膜手段と、
前記成膜室内のガスを排気する排気手段とを備えた成膜装置であって、
成膜時に前記被成膜体の表面を流れるガスの流路を動的に変化可能な流路制御手段を備えた、成膜装置。
【請求項２】
前記流路制御手段は、
前記成膜室内から前記排気手段へ流れるガスが通る開口部を有し、前記開口部の位置を動的に変化可能な排気ガス導出部を備えた、請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記流路制御手段は、
前記成膜室と外部とを連通する排気部と、
前記排気部と前記成膜室との間に回転または揺動可能に配され、前記排気部の内径よりも小さい内径を有する開口部が形成された回転体とを備え、
前記開口部は、前記回転体の中心から偏心した位置に形成されている、請求項１記載の成膜装置。
【請求項４】
前記流路制御手段は、
前記成膜室と外部とを連通する排気部と、
前記ステージの周囲において、回転または揺動可能に配された可動内壁とを備え、
前記可動内壁は、前記ステージの側方に開口部が形成され、前記ステージ近傍のガスを前記排気部へ導くように構成されている、請求項１記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性波を応用した装置の一つとして、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）デバイスが以前より良く知られている。このＳＡＷデバイスは、例えば携帯電話に代表される４５ＭＨｚ〜２ＧＨｚの周波数帯における無線信号を処理する各種回路、例えば送信バンドパスフィルタ、受信バンドパスフィルタ、局発フィルタ、アンテナ共用器、ＩＦフィルタ、ＦＭ変調器等に用いられている。
【０００３】
温度特性を向上させるため、特許文献１においては、圧電基板上に圧電基板と温度特性の符号が異なるＳｉＯ２を成膜した弾性表面波素子が開示されている。
【０００４】
温度特性の改善および素子の小型化を実現させるため、ラブ波を利用する弾性波素子や、異なる媒質の境界を伝搬する境界波を用いる弾性境界波素子が、特許文献２、特許文献３、非特許文献１に開示されている。
【０００５】
図５Ａは、特許文献２に記載のラブ波を利用した弾性波素子の平面図である。図５Ｂは、図５ＡにおけるＹ−Ｙ部の断面図である。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、弾性波素子は、圧電基板１０４に電極１０２が形成され、電極１０２上に誘電体膜１０５が形成されている。電極１０２は、櫛歯型電極部１０２ａと、反射器１０２ｂと、櫛歯型電極１０２ａに接続されている端子部１０２ｃとから構成されている。櫛歯型電極部１０２ａおよび反射器１０２ｂは誘電体膜１０５で覆われているが、端子部１０２ｃは誘電体膜１０５で覆われていない。また、誘電体膜１０５の厚さは電極１０２の厚さよりも厚く、弾性表面波の波長をλとしたときに、おおよそ０．３×λ程度である。
【０００６】
先に述べた弾性波素子において、電極１０２上に形成した厚い誘電体膜１０５（ＳｉＯ２膜）は弾性波の伝播経路となるため、誘電体膜１０５の膜質および膜厚は、重要なパラメータである。一般に誘電体膜の一例であるＳｉＯ２膜の膜厚が変化すると、例えば、弾性波共振器では櫛歯電極によって励振される弾性波の共振および反共振周波数が変化してしまう。製造上の点では、素子の仕様を満足しないものが発生し、歩留まりを悪化させてしまう。
【０００７】
一般に、ＳｉＯ２膜の成膜は、ＣＶＤ法（CVD:Chemical Vapour Deposition）、あるいは、スパッタ法によって行う。スパッタ法と比較するとＣＶＤ法では、成膜レートが早く、量産性に優れている。ＣＶＤ法では、成膜温度が高いためか、絶縁性などの膜質も良い。
【０００８】
図６は、ＣＶＤ法を用いた成膜装置の構成を示す断面図である。図６に示すように成膜装置は、成膜室２０１内にサンプルを設置するためのステージ２０５と、ステージ２０５に相対するように設置されたシャワーヘッド２０３とを備えている。シャワーヘッド２０３は、成膜室と電気的に絶縁するために、絶縁体２０６を介して接続されている。シャワーヘッド２０３内には、プラズマ放電を行うために、ＲＦ給電用電極２０４が接続されている。電極２０４も成膜室と電気的に絶縁するために、絶縁体２０６を介して接続されている。
【０００９】
このような成膜装置でサンプルの成膜を行う際は、吸気部２０２を介してシャワーヘッド２０３から成膜ガスを放出し、電極２０４にＲＦ給電を行ってステージ２０５とシャワーヘッド２０３との間に高周波のプラズマ放電を生じさせる。これにより、成膜ガスが分解され、反応に伴って生成されるＳｉＯ２がステージ２０５に載置されたサンプル基板に堆積する。なお、従来の成膜装置では、成膜室２０１内におけるガスの流路は、変動せずに一定である。
【００１０】
ＳｉＯ２膜の面内分布の調整は、一般には、成膜時のプラズマ制御や、ＳｉＨ４（シランガス）などの成膜ガスの流れをダミーウェハで最適化する。この最適化の方法は、具体的には、まずダミーウェハを用いてＣＶＤ成膜を行い、膜の面内分布を測定する。次に、測定した面内分布のデータに基づきＣＶＤ装置を調整し、目的のサンプルに対してＣＶＤ処理を行う方法である。
【００１１】
また、一般的なスパッタ装置では、サンプルに成膜される膜の面内分布を改善するために、サンプルを保持するサンプルホルダーを回転させながら成膜を行っている。なお、成膜室内におけるガスの流路は、変動せずに一定である。
【特許文献１】特開２００３−２０９４５８号公報
【特許文献２】特開２００４−１１２７４８号公報
【特許文献３】特開平１０−５４９００８号公報
【非特許文献１】Masatsune Yamaguchi, Takashi Yamashita, Ken-ya Hashimoto, Tatsuya Omori,「Highly Piezoelectric Boundary Waves in Si/SiO2/LiNbO3 Structure」,Proceeding of 1998 IEEE International Frequency Control Symposium,（米国）,IEEE,1998年,ｐ４８４−４８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら上記従来の成膜装置による成膜方法において、ダミーウェハを使って成膜ガスの流れを最適化する方法では、実際のサンプルとダミーウェハの表面形状に違いがある場合（実際のサンプルの表面がダミーウェハと違って凹凸がある場合など）、ダミーウェハをＣＶＤ成膜してＣＶＤ装置を調整しても、実際のサンプルに形成される膜の面内分布が悪化するという問題があった。
【００１３】
また、一般的なスパッタ装置では、面内分布を改善するためにサンプルホルダーを回転させるが、膜質を良くするために成膜時の温度を上げようとすると、サンプルステージに加熱機構を設ける必要がある。そのため、サンプルホルダーの回転機構に耐熱性を持たせる必要があるなど、装置構成が複雑になるという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、装置構成が簡単で、かつ基板上に均一に膜を成膜することができる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】
【００１５】
本発明の成膜装置は、成膜室と、前記成膜室内に固定され、被成膜体を保持するステージと、前記成膜室に成膜ガスを導入する吸気手段と、前記吸気手段から導入した成膜ガスを反応させて前記被成膜体に成膜を行う成膜手段と、前記成膜室内のガスを排気する排気手段とを備えた成膜装置であって、成膜時に前記被成膜体の表面を流れるガスの流路を動的に変化可能な流路制御手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、装置構成が簡単で、かつ基板上に均一に膜を成膜することができる成膜装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態）
〔１．成膜装置の第１の構成〕
図１は、本実施の形態における第１の成膜装置の構成を示す断面図である。
【００１８】
成膜装置は、成膜室１内でサンプル（被成膜体）に対する成膜を実施することができる。成膜室１には、成膜ガスを吸入するための吸気部２及びシャワーヘッド３と、成膜室１内に固定されサンプルを載置するためのステージ５と、成膜後のガスを外部に排出するための排気部６とを備えている。シャワーヘッド３は、成膜室１と電気的に絶縁するために、絶縁体１０を介して接続されている。シャワーヘッド３とステージ５との間には、所定の空隙を有する。シャワーヘッド３内には、プラズマ放電を生じさせるためのＲＦを給電するための電極４が接続されている。電極４は、シャワーヘッドと同じく絶縁体１０を介して接続されている。給電部９から供給される電流が電極４を通って、シャワーヘッド３とステージ５との間の空間においてプラズマを発生させる。排気部６は、略円筒形状を有し、その円筒軸方向の両側端部は開口している。排気部６における一方の開口部は成膜室１につながっており、他方の開口部は排気管（不図示）につながっている。また、排気部６は、不図示の排気経路にロータリーポンプを備え、ロータリーポンプを作動させることにより、成膜室１内の空気を排気部６を通じて排出することができる。なお、図１における矢印は、ガスの流れを示す。また、排気部６のステージ５側の端部は、モータ８により回転駆動または揺動駆動される回転体７が塞いでいる。
【００１９】
図２は、排気部６及び回転体７の構成を示す斜視図である。図２に示すように、排気部６は、略円筒形状に形成され、その上部に略円盤状の回転体７が配されている。回転体７は、モータ８（図１参照）により矢印ＡまたはＢに示す方向に回転駆動または揺動駆動される。また、回転体７は、排気部６に対して偏心した位置に開口部７ａが形成されている。すなわち、開口部７ａは、その中心が回転体７の中心の外側に位置するように回転体７に形成されており、回転体７を回転または揺動させることで開口部７ａの位置が回転体７の周方向に移動するように構成されている。また、開口部７ａは、成膜室１内の空間と排気部６内の空間とを連通するように形成されている。
【００２０】
以下、成膜動作について説明する。
【００２１】
まず、ステージ５上に、成膜を行う被成膜体であるサンプル基板を載置する。
【００２２】
次に、吸気機構（不図示）を動作させて成膜ガスを装置内に吸入する。成膜ガスは、管状の吸気部２を介してシャワーヘッド３から成膜室１内に放出される。一方、排気部６では、ロータリーポンプが作動を開始する。これにより、成膜室１内のガスが、回転体７の開口部７ａ及び排気部６を介して外部に排出される流れが形成される。また、モータ８が動作を開始し、回転体７が矢印ＡまたはＢに示す方向に回転または揺動を開始する。
【００２３】
次に、給電部９は、電極４を介してシャワーヘッド３に給電を行う。電極４を介して、給電部９から電流が供給されることにより、シャワーヘッド３とステージ５との間においてプラズマが生じ、成膜室１内の成膜ガスが反応する。反応により生じたＳｉＯ２がステージ５に載置されているサンプル基板上に堆積されることで、サンプル基板の成膜が行われる。
【００２４】
この時、回転体７が回転または揺動動作を行っていることにより、ステージ５に対する開口部７ａの相対位置が変動する。よって、ステージ５上を流れるガスの流路は、開口部７ａの位置変動に同期して変動する。具体的には、ステージ５の載置面の周方向に、ガスの流路が変動する。よって、成膜時にガスの分解によって生じたＳｉＯ２も、回転体７の回転または揺動と同期しながらサンプル基板に堆積することになり、サンプル基板面内の膜の均一性が向上する。
【００２５】
なお、回転体７は、ガスの流れを制御することが目的なので、排気部６の主排気口を完全に塞ぐ必要は無く、排気部６の主排気口と回転体７との間にクリアランスを設けることが好ましい。これにより、回転体７の回転負荷が小さくなり、回転体７の可動に必要なトルクが小さくてすみ、モータ８などの可動機構を簡単な構成にすることができる。
【００２６】
また、回転体７は、ガスの流れを制御するのが目的なので、回転体７の厚さは薄くすることが好ましい。これにより、回転体７の重量が軽くなり、回転体７の可動に必要なトルクが小さくてすみ、モータ８などの可動機構を簡単な構成にすることができる。
【００２７】
また、本実施の形態では、回転体７を成膜室１の直下に設けているが、動的に変化するガスの流路を形成できればよいので、排気系の経路（排気部６の内部や、排気部６に接続した排気管など）の途中に設けてもよい。
【００２８】
また、本実施の形態では、高周波放電を利用したＣＶＤ法の成膜装置を示したが、それ以外にも、大気圧下でオゾンによってＴＥＯＳを分解するオゾンＴＥＯＳ−ＣＶＤ法の装置に適用しても良い。この場合、ガス圧が大気なので、より本機構の効果が得られやすい。
【００２９】
また、本実施の形態では、回転体７は一定速度で回転させる構成としたが、成膜するサンプルに応じて回転速度を可変制御する構成としてもよい。
【００３０】
また、本実施の形態では、回転体７に形成された開口部７ａは１つとしたが、複数個形成してもよい。
【００３１】
また、本実施の形態では、回転体７の直径は約２０〜３０ｃｍ、開口部７ａの内径は約１〜３ｃｍ、回転体７の回転速度は約２〜３ｒｐｍとした。これらの数値は一例である。開口部７ａの位置や形状、回転体７の回転速度などは、被成膜体に応じてシミュレーションを行うことにより決定することができる。
【００３２】
〔２．成膜装置の第２の構成〕
図３は、本実施の形態の成膜装置の他の構成例を示す。図３において、図１に示す成膜装置と同様の構成については、同一符号を付与して詳しい説明は省略する。
【００３３】
図３に示す成膜装置は、ステージ５と成膜室１の外壁の間に、開口部１１ａが形成された可動内壁１１を備えている。可動内壁１１は、ステージ５の周囲を囲む位置に配されている。また、可動内壁１１は、ステージ５の外周縁部に沿って回転駆動する。また、可動内壁１１は、図４に示すように全体が略円筒形状に形成され、その円筒面に開口部１１ａが形成されている。開口部１１ａは、ステージ５の周囲の空間と排気部１２とを連続した空間としている。また、可動内壁１１は、レール機構１１ｂ（図３参照）によって矢印ＡまたはＢに示す方向（図４参照）に回転または揺動可能に構成されている。また、開口部１１ａは、シャワーヘッド３とステージ５との間の空間の真横に位置している。また、排気部１２は、ステージ５の直下ではなく、可動内壁１１の側方に配置されている。
【００３４】
以下、成膜動作について説明する。
【００３５】
まず、ステージ５上に、成膜を行う被成膜体であるサンプル基板を載置する。
【００３６】
次に、吸気機構（不図示）を動作させて成膜ガスを装置内に吸入する。成膜ガスは、管状の吸気部２を介してシャワーヘッド３から成膜室１内に放出される。一方、排気部６では、ロータリーポンプ（不図示）が作動を開始する。これにより、成膜室１内のガスが、可動内壁１１の開口部１１ａ及び排気部６を介して外部に排出される流れが形成される。また、駆動機構（不図示）が動作を開始し、可動内壁１１が矢印ＡまたはＢに示す方向に回転または揺動を開始する。
【００３７】
次に、電極４を介して給電部９から電流が供給されることにより、シャワーヘッド３から放電された電荷が成膜室１内の成膜ガスと反応し、シャワーヘッド３とステージ５との間においてプラズマ放電を生じさせる。反応により生じたＳｉＯ２がステージ５に載置されているサンプル基板上に堆積されることで、サンプル基板の成膜が行われる。
【００３８】
この時、可動内壁１１が回転または揺動動作を行っていることにより、ステージ５に対する開口部１１ａの相対位置が変動する。よって、ステージ５上を流れるガスは、開口部１１ａの位置変動に同期して流路が変動する。具体的には、ステージ５の載置面の縁部に沿ってガスの流路が変動する。よって、成膜時にガスの分解によって生成されたＳｉＯ２も、可動内壁１１の回転または揺動と同期しながらサンプル基板に堆積することになり、サンプル基板面内の膜の均一性が向上する。
【００３９】
なお、本実施の形態では、排気部１２を可動内壁１１の外側において、成膜室１の下方にガスを排気するように配置しているが、成膜室１の側方や上方にガスを排気するように配置してもよい。
【００４０】
また、可動内壁１１は、成膜室１の天面及び床面との間にクリアランスを設けることが好ましい。これにより、可動内壁１１の回転負荷が小さくなり、可動内壁１１の可動に必要なトルクが小さくてすみ、モータなどの可動機構を簡単な構成にすることができる。
【００４１】
また、可動内壁１１は、薄肉の円筒形状とすることが好ましい。これにより、可動内壁１１の重量が軽くなり、可動内壁１１の可動に必要なトルクが小さくてすみ、モータなどの可動機構を簡単な構成にすることができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、可動内壁１１に形成された開口部１１ａは１つとしたが、複数個形成してもよい。
【００４３】
〔３．実施の形態の効果、他〕
本実施の形態によれば、成膜時に、ステージを機械的に回転させることなく、排気部６の近傍に配された回転体７または可動内壁１１を回転または揺動させ、成膜ガスの流路を動的に変化させることで、サンプル基板に成膜される膜の面内分布を改善することができる。
【００４４】
さらに、従来のスパッタ装置のようにサンプルステージを機械的に回転させることがないので、可動機構に耐熱性を持たせる必要がなくなるので、機構を簡単な構成にすることができ、装置コストを低減することができる。
【００４５】
また、第２の成膜装置の構成にすることで、排気部６をステージ５の直下に配置する必要がないため、装置レイアウトの自由度が向上する。
【００４６】
なお、本実施の形態における吸気部２及びシャワーヘッド３は、本発明の吸気手段の一例である。また、本実施の形態における排気部６は、本発明の排気手段の一例である。また、本実施の形態における回転体７、可動内壁１１は、本発明の流路制御手段、排気ガス導出部の一例である。また、本実施の形態における電極４は、本発明の成膜手段の一例である。
【００４７】
（付記１）
成膜室と、
前記成膜室内に固定され、被成膜体を保持するステージと、
前記成膜室に成膜ガスを導入する吸気手段と、
前記吸気手段から導入した成膜ガスを反応させて前記被成膜体に成膜を行う成膜手段と、
前記成膜室内のガスを排気する排気手段とを備えた成膜装置であって、
成膜時に前記被成膜体の表面を流れるガスの流路を動的に変化可能な流路制御手段を備えた、成膜装置。
【００４８】
（付記２）
前記流路制御手段は、
前記成膜室内から前記排気手段へ流れるガスが通る開口部を有し、前記開口部の位置を動的に変化可能な排気ガス導出部を備えた、付記１記載の成膜装置。
【００４９】
（付記３）
前記流路制御手段は、
前記成膜室と外部とを連通する排気部と、
前記排気部と前記成膜室との間に回転または揺動可能に配され、前記排気部の内径よりも小さい内径を有する開口部が形成された回転体とを備え、
前記開口部は、前記回転体の中心から偏心した位置に形成されている、付記１記載の成膜装置。
【００５０】
（付記４）
前記回転体は、排気経路の途中に配されている、付記３記載の成膜装置。
【００５１】
（付記５）
前記回転体と前記排気部との間には隙間が存在する、付記３記載の成膜装置。
【００５２】
（付記６）
前記回転体は、板状である、付記３記載の成膜装置。
【００５３】
（付記７）
前記流路制御手段は、
前記成膜室と外部とを連通する排気部と、
前記ステージの周囲において、回転または揺動可能に配された可動内壁とを備え、
前記可動内壁は、前記ステージの側方に開口部が形成され、前記ステージ近傍のガスを前記排気部へ導くように構成されている、付記１記載の成膜装置。
【００５４】
（付記８）
前記可動内壁は、前記成膜室の天面及び床面との間に隙間が存在する、付記７記載の成膜装置。
【００５５】
（付記９）
前記可動内壁は、薄肉の略円筒状である、付記７記載の成膜装置。
【００５６】
（付記１０）
ＣＶＤ法を利用する、付記１記載の成膜装置。
【００５７】
（付記１１）
高周波放電でガスを分解するＣＶＤ法を利用する、付記１０記載の成膜装置。
【００５８】
（付記１２）
大気圧下でオゾンによりガスを分解するＣＶＤ法を利用する、付記１０記載の成膜装置。
【００５９】
（付記１３）
弾性波素子のＳｉＯ２膜を成膜する、付記１から１２記載の成膜装置。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の成膜装置は、ＣＶＤ装置などのようにサンプルにＳｉＯ２などの各種膜を成膜する装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施の形態における第１の成膜装置の構成を示す断面図
【図２】第１の成膜装置における回転体の構成を示す斜視図
【図３】実施の形態における第２の成膜装置の構成を示す断面図
【図４】可動内壁の構成を示す斜視図
【図５Ａ】弾性波素子の構成を示す平面図
【図５Ｂ】図５ＡにおけるＹ−Ｙ部の断面図
【図６】従来の成膜装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
【００６２】
７  回転体
７ａ  開口部
１１  可動内壁
１１ａ  開口部
【図１】
2009299121.tif 000003
【図２】
2009299121.tif 000004
【図３】
2009299121.tif 000005
【図４】
2009299121.tif 000006
【図５Ａ】
2009299121.tif 000007
【図５Ｂ】
2009299121.tif 000008
【図６】
2009299121.tif 000009