(57)【要約】【課題】基板上に形成される膜の膜質および成膜レートの均一性を向上させることができる原子層成長装置を提供する。【解決手段】成膜容器内には、間歇的に設けられた複数の孔を通して成膜容器の上側から下側に向けて酸化ガスを供給するシャワーヘッドと、このシャワーヘッドの下側に、複数の孔を通って供給される酸化ガスのガス流を抑制する遮蔽板とが、成膜容器の上側から下側に向かって順に設けられている。アンテナアレイの複数のアンテナ素子は、シャワーヘッドと遮蔽板との間に、基板ステージの面に平行に設けられている。複数のアンテナ素子のそれぞれは、シャワーヘッドの酸化ガスを供給する複数の孔の直下にこないように、成膜容器の横方向にずらして設けられている。遮蔽板には、基板ステージ側から見て、複数のアンテナ素子が視認可能なように、複数のアンテナ素子の棒状形状に合わせたスリットが間歇的に設けられている。【選択図】図１
2009191311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化ガスを用いてプラズマを生成することにより、基板上に酸化膜を形成する原子層成長装置であって、
原料ガスおよび酸化ガスが供給される成膜容器と、この成膜容器内でプラズマを生成するための、棒状の複数のアンテナ素子が平行に配設されたアンテナアレイと、前記基板が載置される基板ステージとを備え、
前記成膜容器内には、間歇的に設けられた複数の孔を通して前記成膜容器の上側から下側に向けて酸化ガスを供給するシャワーヘッドと、このシャワーヘッドの下側に、前記複数の孔を通って供給される酸化ガスのガス流を抑制する遮蔽板とが、前記成膜容器の上側から下側に向かって順に設けられ、
前記アンテナアレイの複数のアンテナ素子は、前記シャワーヘッドと前記遮蔽板との間に、前記基板ステージの面に平行に設けられ、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれは、前記シャワーヘッドの前記酸化ガスを供給する前記複数の孔の直下にこないように、前記成膜容器の横方向にずらして設けられ、
前記遮蔽板には、前記基板ステージ側から見て、前記複数のアンテナ素子が視認可能なように、前記複数のアンテナ素子の棒状形状に合わせたスリットが間歇的に設けられていることを特徴とする原子層成長装置。
【請求項２】
窒化ガスを用いてプラズマを生成することにより、基板上に窒化膜を形成する原子層成長装置であって、
原料ガスおよび窒化ガスが供給される成膜容器と、この成膜容器内でプラズマを生成するための、棒状の複数のアンテナ素子が平行に配設されたアンテナアレイと、前記基板が載置される基板ステージとを備え、
前記成膜容器内には、間歇的に設けられた複数の孔を通して前記成膜容器の上側から下側に向けて窒化ガスを供給するシャワーヘッドと、このシャワーヘッドの下側に、前記複数の孔を通って供給される窒化ガスのガス流を抑制する遮蔽板とが、前記成膜容器の上側から下側に向かって順に設けられ、
前記アンテナアレイの複数のアンテナ素子は、前記シャワーヘッドと前記遮蔽板との間に、前記基板ステージの面に平行に設けられ、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれは、前記シャワーヘッドの前記窒化ガスを供給する前記複数の孔の直下にこないように、前記成膜容器の横方向にずらして設けられ、
前記遮蔽板には、前記基板ステージ側から見て、前記複数のアンテナ素子が視認可能なように、前記複数のアンテナ素子の棒状形状に合わせたスリットが間歇的に設けられていることを特徴とする原子層成長装置。
【請求項３】
前記遮蔽板のスリットは、前記シャワーヘッド側の開口面積よりも、前記基板ステージ側の開口面積が狭くなるように、前記遮蔽板のスリットの断面形状は、台形形状を成していることを特徴とする請求項１または２に記載の原子層成長装置。
【請求項４】
前記遮蔽板の基板ステージ側の面が面一となるように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の原子層成長装置。
【請求項５】
前記複数のアンテナ素子は、隣接するアンテナ素子間で給電位置が互いに対向する側壁になるように配設され、前記遮蔽板の開口部の各々は、前記複数のアンテナ素子の各々の給電端側から先端部側に向かって互い違いに切り欠き状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の原子層成長装置。
【請求項６】
前記複数のアンテナ素子の各々の基板ステージ側の表面は、前記遮蔽板の基板ステージ側の面と略同一位置、ないしは、前記遮蔽板の基板ステージ側の面よりも上方の位置に配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の原子層成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に原子層単位で薄膜を形成する原子層成長（以下、省略してＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）ともいう）装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＡＬＤ法は、形成しようとする膜を構成する元素を主成分とする２種類のガスを成膜対象基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で薄膜を形成することを複数回繰り返して所望厚さの膜を形成する薄膜形成技術である。例えば、基板上にＳｉＯ2膜を形成する場合、Ｓｉを含む原料ガスとＯを含む酸化ガスが用いられる。また、基板上に窒化膜を形成する場合、酸化ガスの代わりに窒化ガスが用いられる。
【０００３】
ＡＬＤ法では、原料ガスを供給している間に１層あるいは数層の原料ガスだけが基板表面に吸着され、余分な原料ガスは成長に寄与しない。これを、成長の自己停止作用（セルフリミット機能）という。
【０００４】
ＡＬＤ法は、一般的なＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法と比較して高い段差被覆性と膜厚制御性を併せ持ち、メモリ素子のキャパシタや、「high-kゲート」と呼ばれる絶縁膜の形成への実用化が期待されている。また、３００℃程度の低温で絶縁膜が形成可能であるため、液晶ディスプレイなどのように、ガラス基板を用いる表示装置の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成への適用なども期待されている。
【０００５】
以下、従来のＡＬＤ装置について説明する。
【０００６】
図４は、従来のＡＬＤ装置の構成を表す一例の概略図である。同図に示すＡＬＤ装置７０は、成膜容器（成膜チャンバ）１２と、ガス供給部１４，１５と、排気部１６，１７とによって構成されている。
【０００７】
成膜容器１２は、金属製の中空箱形である。成膜容器１２の内部には、上壁側から下壁側に向かって順に、所定径の複数の孔が開孔されたシャワーヘッド２９、複数のアンテナ素子２６からなるアンテナアレイ２８、ヒータ３０を内蔵する基板ステージ３２が配設されている。成膜容器１２とシャワーヘッド２９は接地されている。アンテナアレイ２８は、複数のアンテナ素子２６が所定の間隔で平行に配設され、かつ、成膜容器１２の上壁と基板ステージ３２との間の空間に、基板ステージ３２と平行に配設されている。
【０００８】
アンテナ素子２６は、図５に上方からの平面図を示すように、高周波電力の波長の（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数）の長さの導電体からなる棒状のモノポールアンテナ（アンテナ本体）３９が、誘電体からなる円筒部材４０に収納されたものである。高周波電力供給部３４で発生された高周波電力が分配器３６で分配され、各々のインピーダンス整合器３８を介して各々のアンテナ素子２６に供給されると、アンテナ素子２６の周囲にプラズマが発生される。
【０００９】
各々のアンテナ素子２６は、本出願人が特許文献１で提案したものであり、供給孔２０から基板ステージ３２に向けて供給される原料ガスの流れ方向に対して直交する方向に延びるように、電気的に絶縁されて成膜容器１２側壁に取り付けられている。また、各々のアンテナ素子２６は、所定の間隔で平行に配設されており、隣接して配設されたアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように配設されている。
【００１０】
基板ステージ３２は、成膜容器１２の内壁面よりも小さい寸法の矩形の金属板である。基板ステージ３２は、図示していない支持部材によって、成膜容器１２内に水平に配設されている。
【００１１】
次に、ＡＬＤ装置７０の成膜時の動作を説明する。
【００１２】
成膜時には、基板ステージ３２上面に基板４２が載置される。また、基板ステージ３２がヒータ３０で加熱され、基板ステージ３２上に載置された基板４２は、成膜が終了するまで所定の温度に保持される。
【００１３】
例えば、基板表面にＳｉＯ2膜を形成する場合、成膜容器１２内が排気部１６により真空引きされた後、Ｓｉ成分を含む原料ガスが、ガス供給部１４から、供給管１８、成膜容器１２の左壁に形成された供給孔２０を介して成膜容器１２内へ水平方向に供給される。これにより、基板４２表面に原料ガスが供給され、吸着される。なお、この時、アンテナ素子２６によりプラズマは発生されない。
【００１４】
続いて、原料ガスの供給が停止され、基板４２表面に吸着された原料ガス以外の余剰の原料ガスが、排気部１６により、成膜容器１２内から、成膜容器１２の右壁に形成された排気孔２４、排気管２２を介して水平方向に排気される。
【００１５】
続いて、酸化ガスが、ガス供給部１５から、供給管１９、成膜容器１２の上壁に形成された供給孔２１を介して成膜容器１２内に垂直方向に供給される。この時同時に、高周波電力供給部３４から高周波電力が各々のアンテナ素子２６に供給される。これにより、各々のアンテナ素子２６の周囲に、シャワーヘッド２９の孔を介して導入された酸化ガスのプラズマが発生され、このプラズマによって作られる酸素ラジカルにより基板４２表面に吸着された原料ガスが酸化される。
【００１６】
その後、酸化ガスの供給およびアンテナ素子２６への高周波電力の供給が停止され、酸化に寄与しない余剰の酸化ガスや反応生成物が、排気部１７により、成膜容器１２の下壁に形成された排気孔２５、排気管２３を介して、垂直方向に排気される。
【００１７】
以上のように、原料ガスの供給→余剰原料ガスの排気→酸化ガスの供給→余剰酸化ガスの排気からなる一連の工程により、基板４２上にＳｉＯ2膜が原子層単位で形成される。この工程を数回繰り返すことにより、基板４２上に所定膜厚のＳｉＯ2膜が形成される。
【００１８】
【特許文献１】特開２００３−８６５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
図４に示すＡＬＤ装置７０のように、ガス供給部１５から成膜容器１２内へ垂直方向に（上方から基板４２表面に向かって）酸化ガスを供給する場合、シャワーヘッド２９に形成された複数の孔を介して導入される酸化ガスによって生成された酸素ラジカルが基板４２表面に直接吹き付けられる。そのため、シャワーヘッド２９の孔直下における酸化レートが速くなり、基板４２上に形成される膜の膜質および成膜レートの均一性が悪化するという問題があった。
【００２０】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解消し、基板上に形成される膜の膜質および成膜レートの均一性を向上させることができる原子層成長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明は、酸化ガスを用いてプラズマを生成することにより、基板上に酸化膜を形成する原子層成長装置であって、
原料ガスおよび酸化ガスが供給される成膜容器と、この成膜容器内でプラズマを生成するための、棒状の複数のアンテナ素子が平行に配設されたアンテナアレイと、前記基板が載置される基板ステージとを備え、
前記成膜容器内には、間歇的に設けられた複数の孔を通して前記成膜容器の上側から下側に向けて酸化ガスを供給するシャワーヘッドと、このシャワーヘッドの下側に、前記複数の孔を通って供給される酸化ガスのガス流を抑制する遮蔽板とが、前記成膜容器の上側から下側に向かって順に設けられ、
前記アンテナアレイの複数のアンテナ素子は、前記シャワーヘッドと前記遮蔽板との間に、前記基板ステージの面に平行に設けられ、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれは、前記シャワーヘッドの前記酸化ガスを供給する前記複数の孔の直下にこないように、前記成膜容器の横方向にずらして設けられ、
前記遮蔽板には、前記基板ステージ側から見て、前記複数のアンテナ素子が視認可能なように、前記複数のアンテナ素子の棒状形状に合わせたスリットが間歇的に設けられていることを特徴とする原子層成長装置を提供するものである。
【００２２】
また、本発明は、窒化ガスを用いてプラズマを生成することにより、基板上に窒化膜を形成する原子層成長装置であって、
原料ガスおよび窒化ガスが供給される成膜容器と、この成膜容器内でプラズマを生成するための、棒状の複数のアンテナ素子が平行に配設されたアンテナアレイと、前記基板が載置される基板ステージとを備え、
前記成膜容器内には、間歇的に設けられた複数の孔を通して前記成膜容器の上側から下側に向けて窒化ガスを供給するシャワーヘッドと、このシャワーヘッドの下側に、前記複数の孔を通って供給される窒化ガスのガス流を抑制する遮蔽板とが、前記成膜容器の上側から下側に向かって順に設けられ、
前記アンテナアレイの複数のアンテナ素子は、前記シャワーヘッドと前記遮蔽板との間に、前記基板ステージの面に平行に設けられ、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれは、前記シャワーヘッドの前記窒化ガスを供給する前記複数の孔の直下にこないように、前記成膜容器の横方向にずらして設けられ、
前記遮蔽板には、前記基板ステージ側から見て、前記複数のアンテナ素子が視認可能なように、前記複数のアンテナ素子の棒状形状に合わせたスリットが間歇的に設けられていることを特徴とする原子層成長装置を提供する。
【００２３】
ここで、前記遮蔽板のスリットは、前記シャワーヘッド側の開口面積よりも、前記基板ステージ側の開口面積が狭くなるように、前記遮蔽板のスリットの断面形状は、台形形状を成していることが好ましい。
【００２４】
また、前記遮蔽板の基板ステージ側の面が面一となるように形成されていることが好ましい。
【００２５】
また、前記複数のアンテナ素子は、隣接するアンテナ素子間で給電位置が互いに対向する側壁になるように配設され、前記遮蔽板の開口部の各々は、前記複数のアンテナ素子の各々の給電端側から先端部側に向かって互い違いに切り欠き状に形成されていることが好ましい。
【００２６】
また、前記複数のアンテナ素子の各々の基板ステージ側の表面は、前記遮蔽板の基板ステージ側の面と略同一位置、ないしは、前記遮蔽板の基板ステージ側の面よりも上方の位置に配設されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、遮蔽板を設けたことにより、酸化ガスないし窒化ガスのラジカル種が基板上に直接吹き付けられることを防止するとともに、アンテナ近くのプラズマ密度の高い領域にガスを流すため、酸化ガスないし窒化ガスのプラズマ化を促進することができる。これにより、基板上に形成される膜の膜質の向上、および、成膜レートの均一性の向上を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の原子層成長装置を詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明のＡＬＤ装置の構成を表す一実施形態の概略図である。同図に示すＡＬＤ装置１０は、ＡＬＤ法を適用して、形成しようとする膜を構成する元素を主成分とする２種類の成膜ガス（原料ガス、および、酸化ガスないし窒化ガス）を成膜対象基板上に交互に供給する。その時、反応活性を高めるためにプラズマを生成して基板上に原子層単位で原料ガスの酸化膜ないし窒化膜を形成する。上記処理を１サイクルとして、処理を複数サイクル繰り返すことにより所望厚さの膜を形成する。
【００３０】
ＡＬＤ装置１０は、成膜容器１２と、ガス供給部１４，１５と、真空ポンプなどの排気部１６，１７とによって構成されている。以下、基板上に酸化膜を形成する場合を例に挙げて説明するが、窒化膜の場合も同様である。
【００３１】
ここで、ガス供給部１４は、供給管１８を介して、成膜容器１２（後述する成膜室４８）の一方の側壁（図中左壁）に形成された供給孔２０に接続されている。ガス供給部１４は、供給管１８および供給孔２０を介して、成膜容器１２内に原料ガスを水平方向に供給する。また、ガス供給部１５は、供給管１９を介して、成膜容器１２上壁に形成された供給孔２１に接続されている。ガス供給部１５は、供給管１９および供給孔２１を介して、成膜容器１２内に酸化ガスを垂直方向に供給する。原料ガスの供給と酸化ガスの供給は交互に行われる。
【００３２】
一方、排気部１６は、排気管２２を介して、成膜容器１２の、左壁に対向する側壁（図中右壁）に形成された排気孔２４に接続されている。排気部１６は、排気孔２４および排気管２２を介して、成膜容器１２内に供給された原料ガスおよび酸化ガスを水平方向に排気する。また、排気部１７は、排気管２３を介して、成膜容器１２の下壁に形成された排気孔２５に接続されている。排気部１７は、排気孔２５および排気管２３を介して、成膜容器１２内の真空室（ロードロック室）５０を垂直方向に真空引きする。原料ガスの排気と酸化ガスの排気は交互に行われる。
【００３３】
図示省略しているが、供給管１８、１９の途中には、ガス供給部１４，１５と成膜容器１２との導通を制御する開閉弁（例えば、電磁弁）が設けられ、排気管２２，２３の途中には、それぞれ、排気部１６，１７と成膜容器１２との導通を制御する開閉弁が設けられている。
【００３４】
ガス供給部１４から成膜容器１２の成膜室４８内に原料ガスを供給する場合には供給管１８の開閉弁が開放され、成膜室４８内にガスを供給する。ガス供給部１５から成膜室４８内に酸化ガスを供給する場合には供給管１９の開閉弁が開放され、成膜室４８内にガスを供給する。成膜室４８内に供給されたガスを排気する場合には排気管２２の開閉弁が開放される。一方、成膜容器１２の真空室５０を真空引きする場合には排気管２３の開閉弁が開放される。
【００３５】
成膜容器１２は、金属製の中空箱形である。成膜容器１２の内部には、上壁側から下壁側に向かって順に、所定径の複数の孔が開孔されたシャワーヘッド２９、複数のアンテナ素子２６からなるアンテナアレイ２８、酸化ガスの遮蔽板３３、ヒータ３０を内蔵する基板ステージ３２が配設されている。成膜容器１２とシャワーヘッド２９は接地されている。アンテナアレイ２８は、各々のアンテナ素子２６によって構成される仮想平面が基板ステージ３２と平行に配設されている。
【００３６】
シャワーヘッド２９は、例えば、矩形の金属製のものである。図１に示すように、シャワーヘッド２９は、成膜容器１２の上壁とアンテナアレイ２８との間に、基板ステージ３２と水平に、成膜容器１２の内壁面に取り付けられている。シャワーヘッド２９に形成された複数の孔は、複数のアンテナ素子２６の各々の両側（図中左右）の位置に間歇的（所定の間隔毎）に、複数のアンテナ素子２６の各々の長手方向（図中紙面に垂直な方向）に沿って設けられている。
【００３７】
ガス供給部１５から成膜室４８内に供給された酸化ガスは、成膜室４８の上壁とシャワーヘッド２９の上面との間で拡散された後、シャワーヘッド２９に形成された複数の孔を介して、成膜容器１２の上側から下側に向けてシャワーヘッド２９の下面と遮蔽板３３の上面との間の空間に導入（供給）される。
【００３８】
アンテナアレイ２８は、酸化ガスを用いてプラズマを発生するものであり、成膜容器１２の、供給孔２０が形成された左壁と、排気孔２４が形成された、左壁に対向する右壁との間で、かつ、シャワーヘッド２９と遮蔽板３３との間に、基板ステージ３２の面に平行に設けられ、かつ、複数のアンテナ素子２６が所定の間隔で平行に配設されている。複数のアンテナ素子２６のそれぞれは、シャワーヘッド２９の酸化ガスを供給する複数の孔の直下にこないように、成膜容器１２の横方向（図１中、左右方向）にずらして設けられている。
【００３９】
図５に上方からの平面図を示すように、高周波電力供給部３４で発生されたＶＨＦ帯（例えば、８０ＭＨｚ）の高周波電力（高周波電流）が分配器３６で分配され、インピーダンス整合器３８を介して、各々のアンテナ素子２６に供給される。インピーダンス整合器３８は、高周波電源供給部３４が発生する高周波電力の周波数の調整とともに用いられ、プラズマの生成中にアンテナ素子２６の負荷の変化によって生じるインピーダンスの不整合を是正する。
【００４０】
アンテナ素子２６は、例えば、銅、アルミニウム、白金等の導電体からなる棒状のモノポールアンテナ（アンテナ本体）３９が、例えば、石英やセラミックスなどの誘電体からなる円筒部材４０に収納されて構成されている。アンテナ本体３９を誘電体で覆うことにより、アンテナとしての容量とインダクタンスが調整され、その長手方向に沿って高周波電力を効率よく伝播させることができ、アンテナ素子２６から周囲に電磁波を効率よく放射させることができる。
【００４１】
各々のアンテナ素子２６は、供給孔２０から基板ステージ３２に向けて供給される原料ガスの流れ方向に対して直交する方向に延びるように、電気的に絶縁されて成膜容器１２側壁に取り付けられている。また、各々のアンテナ素子２６は、所定の間隔、例えば、５０ｍｍ間隔で平行に配設されており、隣接して配設されたアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように（給電方向が互いに逆向きになるように）配設されている。これにより、電磁波はアンテナアレイ２８の仮想平面にわたって均一に形成される。
【００４２】
アンテナ素子２６の長手方向の電界強度は、高周波電力の供給端でゼロ、先端部（供給端の逆端）で最大となる。従って、隣接するアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように配設し、それぞれのアンテナ素子２６に、互いに反対方向から高周波電力を供給することにより、それぞれのアンテナ素子２６から放射される電磁波が合成されて均一なプラズマが形成され、膜厚が均一な膜を形成することができる。
【００４３】
各々のアンテナ素子２６は、基板ステージ３２の面（基板４２の載置面）と平行な方向に配置され、複数のアンテナ素子２６の配列方向は、基板ステージ３２の載置面と平行な方向である。
【００４４】
アンテナ素子２６は、本出願人が特許文献１で提案したものである。例えば、アンテナ本体３９の直径は約６ｍｍ、円筒部材４０の直径は約１２ｍｍである。成膜容器１２内の圧力が２０Ｐａ程度の場合、高周波電力供給部３４から約１５００Ｗの高周波電力を供給すると、アンテナ素子２６のアンテナ長が、高周波電力の波長の（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数）に等しい場合に定在波が生じて共振し、アンテナ素子２６の周囲にプラズマが発生される。
【００４５】
遮蔽板３３は、例えば、石英等の誘電体からなる矩形のものである。図１に示すように、遮蔽板３３は、その基板ステージ３２側の面（図中下面）が、複数のアンテナ素子２６の各々の基板ステージ３２側の表面と略同一か、複数のアンテナ素子２６の各々の基板ステージ３２側の表面よりも下方になるように、なおかつ、基板ステージ３２と平行となるように、成膜容器１２の内壁面に設けられている。
【００４６】
別の言い方をすると、アンテナ素子２６は、成膜室４８内の上壁の凹凸を低減するために、その基板ステージ３２側の表面が、遮蔽板３３の下面と略同一位置、ないしは、遮蔽板３３の下面よりも上方の位置に配設することが望ましい。これは、原料ガスを図１中の左右方向に供給する時、アンテナ素子２６の凹凸によって原料ガスの流れを乱さないようにするためである。
【００４７】
図２に上方からの平面図を示すように、遮蔽板３３には、複数のアンテナ素子２６の各々の長手方向に沿って、複数のアンテナ素子２６の各々の、基板ステージ３２側の表面の一部が露出されるように、複数の開口部５２が形成されている。言い換えると、遮蔽板３３には、基板ステージ３２側から見て、複数のアンテナ素子２６が視認可能なように、複数のアンテナ素子２６の棒状形状に合わせたスリットが間歇的に設けられている。
【００４８】
図１の例では、各々の開口部５２は、複数のアンテナ素子２６の各々の給電端側から先端部側に向かって互い違いに切り欠き状に形成されており、遮蔽板３３の、複数のアンテナ素子２６の各々の先端部側は繋がっている。
【００４９】
また、遮蔽板３３は、図３に示すように、複数のアンテナ素子２６の各々の長手方向に垂直な方向の断面が台形状（成膜容器１２に当接する部分は台形の半分の形状）であり、ガス供給部１４から成膜室４８内に水平方向に供給される原料ガスの流れを乱さないように、その下面が略同一高さ（面一）となるように形成されている。別の言い方をすれば、遮蔽板３３の開口部５２（スリット）が、シャワーヘッド２９側の開口面積よりも、基板ステージ３２側の開口面積が狭くなるように、遮蔽板３３のスリットの断面形状は、台形形状を成している。断面台形状の遮蔽板３３の斜面と複数のアンテナ素子２６の各々の表面との間の間隔は何ら制限されるわけではないが、例えば、１〜２ｍｍとする。
【００５０】
ここで、アンテナ素子２６は円形状の断面なので、図１の例では、遮蔽板３３の断面を台形形状とし、アンテナ素子２６の断面形状に合わせている。これにより、アンテナ素子２６と遮蔽板３３との間の隙間が比較的均一となり、プラズマの生成効率が向上するとともに、生成されるプラズマの強度を向上させることができる。一方、遮蔽板３３の断面を矩形状とすることもできるが、これでは両者の隙間が不均一となる（広いところと、狭いところができる）ので、遮蔽板３３の断面を台形形状とすることが望ましい。
【００５１】
遮蔽板３３は、従来、シャワーヘッド２９に形成された複数の孔を介して基板４２表面に直接吹き付けられていた酸化ガス（酸素ラジカル）のガス流を抑制する（遮る）役割を果たす（酸化ガスのガス流の流速を抑制する抑制板）。その結果、シャワーヘッド２９に形成された複数の孔を介して導入される酸化ガスは、遮蔽板３３の、成膜容器１２上壁側の面（上面）に衝突して流速が抑えられる。その後、酸化ガスは、水平方向に拡散されて複数のアンテナ素子２６の各々の方向へ誘導され、複数のアンテナ素子２６の各々によってプラズマ化される。
【００５２】
遮蔽板３３を設けることにより、酸化ガスが基板４２上に直接吹き付けられることを防止するとともに、酸化ガスのプラズマ化を促進することができる。これにより、基板４２上に形成される膜の膜質の向上、および、成膜レートの均一性の向上を実現できる。
【００５３】
基板ステージ３２は、成膜容器１２の内壁面よりも小さい寸法の、例えば矩形の金属板であり、パワーシリンダなどの昇降機構４４により上下に昇降される。成膜容器１２の内壁面と基板ステージ３２の上昇位置との間に、内壁面から中心部に向かって突出するヒータストッパ（すなわち、基板ステージ３２のストッパ）４６が設けられている。基板ステージ３２の縁部上面には、ヒータストッパ４６の側面の高さに相当するＬ字型の段差が設けられている。
【００５４】
基板ステージ３２が上昇されると、ヒータストッパ４６下面と基板ステージ３２縁部上面の段差部とが当接して、基板ステージ３２上面の高さが、ヒータストッパ４６上面の高さと略同一高さ（面一）となるように位置決めされる。この時、成膜容器１２は、基板ステージ３２よりも上側の空間である成膜室４８と、基板ステージ３２の下側の空間である真空室５０とに分離され、真空室５０内が排気部１７により真空引きされることによって、成膜室４８は密閉される。
【００５５】
すなわち、図１に示すように、基板ステージ３２の上面を含む、成膜容器１２（成膜室４８）の下壁は、基板４２上に所定の膜を形成する時に面一となるように形成されている。
【００５６】
一方、基板ステージ３２が下降されると、ヒータストッパ４６下面と基板ステージ３２縁部上面の段差部との間には所定間隔の隙間５１ができる。酸化ガスの排気時に基板ステージ３２を下降させることによって、成膜室４８内に供給された酸化ガスを、この隙間５１から、もしくは、この隙間５１および排気孔２４の両方から排気させることも可能である。隙間５１の寸法は排気孔２４の寸法に比べて大きいため、酸化ガスを成膜室４８から高速に排気することができる。
【００５７】
次に、ＡＬＤ装置１０の成膜時の動作を説明する。
以下の説明は、縦３７０ｍｍ×横４７０ｍｍ角の基板４２表面にＳｉＯ2膜を形成した場合の一例である。
【００５８】
成膜時には、昇降機構４４により、基板ステージ３２が下降され、真空室５０内において基板ステージ３２上面に基板４２が載置される。その後、基板ステージ３２は、基板ステージ３２縁部上面がヒータストッパ４６下面に当接する位置まで上昇され、成膜室４８が密閉される。また、基板ステージ３２がヒータ３０で加熱され、基板ステージ３２上に載置された基板４２は、成膜が終了するまで所定の温度、例えば、４００℃程度に保持される。
【００５９】
ガス供給部１４から成膜室４８内に、Ｓｉを含む原料ガスが約１秒間水平方向へ供給され、２０Ｐａ程度の圧力とされる。これにより、基板４２表面に原料ガスが吸着される。なお、この時、アンテナ素子２６によりプラズマは発生されない。
【００６０】
続いて、原料ガスの供給が停止され、基板４２表面に吸着された原料ガス以外の余剰の原料ガスが、排気部１６により成膜室４８から約１秒間水平方向へ排気される。この時、ガス供給部１４から、供給管１８および供給孔２０を介して成膜室４８内にパージガス（不活性ガス）を供給しながら、排気部１６により、成膜室４８内に供給された原料ガスを排気しても良い。
【００６１】
続いて、ガス供給部１５から成膜室４８内部へ酸化ガスが約１秒間垂直方向へ供給される。この時同時に、高周波電力供給部３４から各々のアンテナ素子２６に約１５００Ｗの高周波電力が供給される。これにより、シャワーヘッド２９の孔を介してアンテナ素子２６の周辺に酸化ガスが導入され、各々のアンテナ素子２６の周囲に酸化ガスによってできるプラズマが発生され、基板４２表面に吸着された原料ガスが酸化されてＳｉＯ2膜が形成される。
【００６２】
この時、前述のように、シャワーヘッド２９の孔を介して導入された酸化ガスは、遮蔽板３３の上面に衝突して流速が抑えられた後、水平方向に拡散して複数のアンテナ素子２６の各々の方向へ誘導され、複数のアンテナ素子２６の各々によってプラズマ化される。
【００６３】
その後、酸化ガスの供給およびアンテナ素子２６への高周波電力の供給（すなわち、プラズマの発生）が停止され、酸化に寄与しない余剰の酸化ガスや反応生成物等が排気部１６により成膜室４８から約１秒間水平方向に排気される。この時、ガス供給部１４から、供給管１９および供給孔２１を介して成膜室４８内にパージガスを供給しながら、排気部１６により、成膜室４８内に供給された酸化ガスを排気しても良い。
【００６４】
以上のように、原料ガスの供給→余剰原料ガスの排気→酸化ガスの供給→余剰酸化ガスの排気からなる一連の工程により、基板４２上にＳｉＯ2膜が原子層単位で形成される。この工程を数回繰り返すことにより、基板４２上に所定膜厚のＳｉＯ2膜が形成される。
【００６５】
なお、本発明において形成する膜は何ら限定されない。また、原料ガスは、形成する膜に応じて適宜決定すべきものである。
【００６６】
例えば、基板上に酸化膜を形成する場合、反応ガスの１つとしてＯを含む酸化ガスが用いられ、窒化膜を形成する場合、反応ガスの１つとしてＮを含む窒化ガスが用いられる。原料ガスは、酸化膜を形成する場合、形成する酸化膜を構成する元素のうち、Ｏ以外の元素を主成分とする反応ガスである。また、原料ガスは、窒化膜を形成する場合、形成する窒化膜を構成する元素のうち、Ｎ以外の元素を主成分とする反応ガスである。
【００６７】
本発明のＡＬＤ装置において、基板上に膜を形成する場合、原料ガスは、ガス供給部から成膜容器内に水平方向に供給される。一方、酸化ガスは、ガス供給部から成膜容器内に垂直方向に供給される。この時、成膜容器内の圧力、温度、処理時間、ガス流量などは、形成する膜の膜種、成膜容器および基板の寸法等に応じて適宜決定すべきものであり、上記実施形態に限定されない。
【００６８】
アンテナ素子の本数に制限はないが、発生されるプラズマの均一性を考慮して、隣接するアンテナ素子間で給電位置が互いに対向する側壁になるように配設することが望ましい。また、アンテナ素子の配置、寸法等も特に制限はない。
【００６９】
遮蔽板は、酸化ガスが基板上に直接吹き付けられることを防止し、かつ、酸化ガスをアンテナ素子方向へ均等に誘導できれば、台形状に限らず、どのような断面形状であっても良い。遮蔽板の開口部の幅は、アンテナ素子の長手方向に沿って、アンテナ素子の基板ステージ側の表面の少なくとも一部が露出されるように形成されていれば良い。また、遮蔽板の開口部を切り欠きとすることは必須ではなく、例えば、隣接するアンテナ素子間に、分離された個々の遮蔽部材を配設する構成としても良い。
【００７０】
また、本発明のＡＬＤ装置において、昇降機構４４および真空室５０は必須の構成要素ではない。昇降機構４４と真空室５０がない場合の、本発明のＡＬＤ装置の構成は、例えば、図１に示すＡＬＤ装置１０において、供給管１８、１９を含むガス供給部１４，１５、基板ステージ３２を含む成膜室４８、排気管２２，２３を含む排気部１６，１７などからなる構造となる。この場合、成膜容器１２は成膜室４８となる。
【００７１】
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明の原子層成長装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の原子層成長装置の構成を表す一実施形態の概略図である。
【図２】図１に示す遮蔽板の構成を表す平面概略図である。
【図３】図１に示す遮蔽板の構成を表す断面概略図である。
【図４】従来の原子層成長装置の構成を表す一例の概略図である。
【図５】アンテナアレイの構成を表す平面概略図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０，７０  原子層成長装置（ＡＬＤ装置）
１２  成膜容器
１４，１５  ガス供給部
１６，１７  排気部
１８，１９  供給管
２０，２１  供給孔
２２，２３  排気管
２４，２５  排気孔
２６  アンテナ素子
２８  アンテナアレイ
２９  シャワーヘッド
３０  ヒータ
３２  基板ステージ
３３  遮蔽板
３４  高周波電力供給部
３６  分配器
３８  インピーダンス整合器
３９  アンテナ本体
４０  円筒部材
４２  成膜対象基板（基板）
４４  昇降機構
４６  ヒータストッパ
４８  成膜室
５０  真空室
５１  隙間
５２  開口部
【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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