CN103119697A - 薄膜制造方法和薄膜制造装置 - Google Patents

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Abstract

为了提供一种能够以节省资源及低成本制造再现性良好的薄膜的薄膜制造方法及薄膜制造装置，向腔室51内输送虚拟基板S2，并向虚拟基板S2供给虚拟处理用气体，向腔室51内输送产品基板S3，并向产品基板S3供给与虚拟处理用气体不同的、含有用于利用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法制造薄膜的金属原料的原料气体。作为虚拟处理用气体不使用原料气体，因此能够抑制各金属原料的消耗量，并能够以节省资源及低成本制造再现性良好的薄膜。

Description

薄膜制造方法和薄膜制造装置
技术领域
本发明涉及一种利用金属有机物化学气相沉淀(MOCVD：Metal OrganicChemical Vapor Deposition)法制造薄膜的薄膜制造方法及薄膜制造装置。
背景技术
以往，已知有通过在高温中使有机金属原料的气体与反应气体反应来制造薄膜的MOCVD法。例如专利文献1中记载有利用MOCVD法制造PZT(锆钛酸铅)薄膜的成膜方法及成膜装置。
在专利文献1所记载的成膜方法中，在成膜装置空转(アイドリング)后开始成膜处理时，首先在非产品用的虚拟(ダミ一)晶片上形成PZT薄膜。在使用该虚拟晶片的虚拟成膜处理被至少进行3次后，在产品用晶片上形成PZT薄膜。由此，提高了形成在产品用晶片上的PZT薄膜的成膜再现性(参照专利文献1的段落[0019]、[0020]等)。
专利文献1：日本特开2006-2223183号公报
然而，在专利文献1所记载的成膜方法中，在非产品用的虚拟晶片上形成PZT薄膜。因此，成为PZT薄膜原料的Pb、Zr及Ti各金属原料的消耗量增多，难以实现资源节约。另外，还造成各金属原料的成本增高。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供一种能够以节省资源及低成本制造再现性良好的薄膜的薄膜制造方法及薄膜制造装置。
为了实现上述目的，本发明的一个实施方式提供一种薄膜制造方法，包括：向所述腔室内输送虚拟基板，并向所述虚拟基板供给虚拟处理用气体。
向所述腔室内输送产品基板，并向所述产品基板供给与所述虚拟处理用气体不同的、含有用于利用MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposition)法制造薄膜的金属原料的原料气体。
本发明的一个实施方式提供一种薄膜制造装置，具备：腔室、供给机构、控制部。
在所述腔室中分别输送有虚拟基板与产品基板。
所述供给机构是用于向所述腔室内分别供给虚拟处理用气体、与所述虚拟处理用气体不同的、含有用于利用MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposition)法制造薄膜的金属原料的原料气体的机构。
所述控制部在向所述腔室内输送所述虚拟基板时将所述虚拟处理用气体供给到所述腔室内，在向所述腔室内输送所述产品基板代替所述虚拟基板时，将所述原料气体供给到所述腔室内。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的薄膜制造装置的结构例的示意图；
图2是表示包含图1所示的薄膜制造装置的多室型成膜装置的结构例的示意图；
图3是表示图1及图2所示的薄膜制造装置及多室型成膜装置的操作的流程图；
图4是表示由作为第一比较例举出的薄膜制造方法形成的PZT薄膜中的Pb组成比、以及Zr组成比的曲线图；
图5是表示作为第一比较例列举出的薄膜制造方法的成膜速率的曲线图；
图6是表示图4及图5所示的Pb组成比、Zr组成比及成膜速率的再现性的表；
图7是表示由作为第二比较例列举出的薄膜制造方法形成的PZT薄膜中的Pb组成比、以及Zr组成比的曲线图；
图8是表示作为第二比较例列举出的薄膜制造方法的成膜速率的曲线图；
图9是表示图7及图8所示的Pb组成比、Zr组成比及成膜速率的再现性的表；
图10是表示由本实施方式的薄膜制造方法形成的PZT薄膜中的Pb组成比、以及Zr组成比的曲线图；
图11是表示本实施方式的薄膜制造方法的成膜速率的曲线图；
图12是表示图10及图11所示的Pb组成比、Zr组成比及成膜速率的再现性的曲线图；
图13是表示图1所示的薄膜制造装置的变形例的示意图。
具体实施方式
本发明的一个实施方式中的薄膜制造方法包括：向所述腔室内输送虚拟基板，并向所述虚拟基板供给虚拟处理用气体。
向所述腔室内输送产品基板，并向所述产品基板供给与所述虚拟处理用气体不同的、含有用于利用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法制造薄膜的金属原料的原料气体。
在该薄膜制造方法中，在向产品基板供给含有金属原料的原料气体之前，向虚拟基板供给与原料气体不同的虚拟处理用气体。由此，能够将腔室内的环境设为满足成膜条件的环境。该结果，能够以节省资源及低成本制造再现性良好的薄膜。
在向所述腔室内输送虚拟基板，向所述虚拟基板供给虚拟处理用气体之前，在腔室内配置空转用基板的状态下，也可以将所述腔室内设为不进行成膜处理的空转状态。
另外，在原料气体中含有例如用于在室温常压时溶解金属原料的溶剂气体或用作载气的惰性气体等。
供给所述原料气体的工序也可以向所述产品基板供给在所述原料气体中混合与所述原料气体反应的反应气体与惰性气体的混合气体。
所述虚拟处理用气体也可以是在用于溶解所述金属原料的溶剂气体中混合所述反应气体与所述惰性气体而得到的气体。
在该薄膜制造方法中，作为虚拟处理用气体，使用例如混合用于在室温常压时溶解金属原料的溶剂气体、成膜处理中使用的反应气体及惰性气体的气体。即，由于作为虚拟处理用气体不使用含有金属原料的原料气体，因此能够以节省资源及低成本制造再现性良好的薄膜。另外，在上述混合气体中也可以含有用作载气的惰性气体。
所述虚拟处理用气体也可以是将用于溶解所述金属原料的溶剂气体与所述惰性气体混合得到的气体。
这样，作为虚拟处理用气体，也可以使用例如将用于在室温常压时溶解金属原料的溶剂气体与惰性气体混合的气体。在该混合气体中也可以含有用作载气的惰性气体。
所述虚拟处理用气体也可以是所述惰性气体。
这样，作为虚拟处理用气体，也可以只使用惰性气体。
供给所述原料气体的工序也可以向所述产品基板供给包含所述原料气体、与所述原料气体反应的反应气体的混合气体。
所述虚拟处理用气体也可以是将用于溶解所述金属原料的溶剂气体与所述反应气体混合的气体。
所述虚拟处理用气体也可以是所述反应气体。
这样，作为虚拟处理用气体，也可以只使用反应气体。
本发明的一个实施方式中的薄膜制造装置具备：腔室、供给机构、控制部。
在所述腔室内分别输送有虚拟基板与产品基板。
所述供给机构是用于向所述腔室内分别供给虚拟用处理气体、与所述虚拟处理用气体不同的、含有用于利用MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposition)法制造薄膜的金属原料的原料气体的机构。
所述控制部在向所述腔室内输送所述虚拟基板时将所述虚拟处理用气体供给到所述腔室内，在向所述腔室内输送所述产品基板代替所述虚拟基板时，将所述原料气体供给到所述腔室内。
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[薄膜制造装置]
图1是表示本发明的一个实施方式的薄膜制造装置的结构例的示意图。通过本实施方式的薄膜制造装置，能够制造利用MOCVD法的铁电体PZT的薄膜。
薄膜制造装置100具有供给有机金属的有机溶剂溶液的原料供给部10、使其溶液汽化生成原料气体的汽化器20。另外，薄膜制造装置100具有：将原料气体、作为与原料气体反应的反应气体的氧化气体、及惰性气体混合生成混合气体的混合器30、与混合器30通过供给管线11连接的成膜室50。在本实施方式中，由原料供给部10、汽化器20、混合器30、以及设置在这些装置中的各管线及各阀门构成供给机构。
原料供给部10具有：填充有有机金属的原料溶液及溶剂的罐A、B、C及D、供给到各罐A～D中的He(氦气)的供给管线11。另外，原料供给部10具有用于运送由供给到各罐A～D中的He的压力挤压出的金属原料溶液及溶剂的载气的供给管线12。在本实施方式中，作为载气使用N2(氮气)，但并不限定于此，也可以使用其他惰性气体。同样，供给到各罐A～D的气体也不限定于He，也可以使用其他惰性气体。
在本实施方式中，在罐A～D中分别填充有Pb原料溶液、Zr原料溶液、Ti原料溶液和有机类溶剂。作为Pb、Zr及Ti的原料溶液，使用在醋酸正丁酯溶液中，各金属原料以0.25mol/L的浓度溶解的溶液。在本实施方式中，各金属原料在室温常压时被溶剂溶解。
作为Pb原料，使用Pb(dpm)2(双二新戊酰基甲烷)铅，作为Zr原料，使用Zr(dmhd)4(四(2，6)二甲基(3，5)庚二酸)锆。另外，作为Ti原料，使用Ti(iPrO)2(dpm)2(二异丙醇)(双二新戊酰基甲烷))钛。作为填充到罐D中的溶剂，使用醋酸正丁酯。另外，Pb(dpm)2也称为Pb(thd)2(二(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酸))铅。
被溶剂溶解的各金属原料并不限定于上述原料。例如，作为Pb原料，也可以使用Pb(dibm)2(双二异丁酰基甲烷)铅等、或一部分具有Pb(dpm)2以及Pb(dibm)2两者或至少一种的材料。另外，作为Zr原料，也可以使用Zr(thd)4(四(2，2，6，6)四甲基(3，5)庚二酸)锆等、或一部分具有这些的材料。并且，作为Ti原料，也可以使用Ti(MMP)4(四(1)甲氧基(2)甲基(2)丙氧基)钛等、或一部分具有这些的材料。
溶解各金属原料的溶剂及填充到罐D中的溶剂也可以使用例如甲苯、四氢呋喃(THF)、环己烷、乙基环己烷、或甲基环己烷等代替上述的醋酸正丁酯。
汽化器20通过供给管线12连接至原料供给部10，从原料供给部10向汽化器20输送金属原料溶液及溶剂的液滴。汽化器20具有未图示的加热部，输送的金属原料溶液及溶剂经加热汽化。由此，生成含有金属原料的原料气体。另外，为了提高汽化效率，可以同时使用将气体或超声波等适用到金属原料溶液以及溶剂的液滴的方法，或通过细小喷嘴导入事先细微化的液滴的方法等。另外，原料气体中也可以包含溶剂气体或用作载气的惰性气体等。
如图1所示，在汽化器20中设有连接至混合器30的运行管线21、连接至真空排气系统40的通风(Vent)管线22。在运行(Run)管线21中设有阀门V1，在通风管线22中设有阀门V2。
混合器30是生成由汽化器20生成的原料气体、氧化气体及惰性气体的混合气体的装置。因此，混合器30连接有氧化气体供给部31及惰性气体供给部32。在本实施方式中，由氧化气体供给部31供给O2(氧气)，由惰性气体供给部32供给N2。然而，作为氧化气体，也可以供给例如一氧化氮或臭氧等。另外，作为惰性气体，也可以供给氩气等。
成膜室50具有连接至供给管线33的腔室51、配置在腔室51内的载台52。在腔室51的顶面上设有喷头53，该喷头53上连接有供给管线33。载台52及喷头53分别配置在互相相对的位置上。另外，在腔室51内，未图示的防粘板等部件以已清洗的状态配置。
如图1所示，在载台52上分别配置有空转用基板S1、虚拟基板S2、及产品基板S3。载台52具有未图示的加热器或热电偶等温度传感器，能够对载置的各基板S1～S3分别加热。用于加热各基板S1～S3的加热部不限于加热器，可采用各种加热部。
如后面所述的那样，空转用基板S1是在空转时使用的基板，虚拟基板S2是在虚拟处理时使用的基板。产品基板S3是通过成膜处理形成PZT薄膜的基板。在本实施方式中，作为空转用基板S1、虚拟基板S2、及产品基板S3，可使用同一基板。具体而言，在形成有100nm的SiO2氧化膜的8英寸的Si基板上，使用利用溅射法形成有70nm的Ir的基板。然而，基板的大小或材料等没有限定。
腔室51通过调压阀41连接至具有例如干泵和涡轮分子泵等的真空排气系统40。通过利用调压阀41适当设定腔室51内的压力，从而能够容易地对应各种成膜压力条件。
包含汽化器20到成膜室50的各管线、各阀门或喷头53及混合器30等的各装置利用未图示的加热部例如保持为200℃以上的高温状态，以使汽化的原料气体不被液化等。
本实施方式的薄膜制造装置100具有作为控制上述说明的各阀门或各装置的控制部的未图示的控制单元。控制单元具有由例如CPU(Central ProcessingUnit)、ROM(Read Only Memory)或RAM(Random Access Memory)等组成的主存储器。从控制单元向各装置等通过例如有线或无线输出控制信号，从而控制例如向腔室51内的气体流量或载置在载台52上的各基板S1～S3的加热等。
[多室型(多腔室型)成膜装置]
图2为表示包含本实施方式的薄膜制造装置100的多室型成膜装置的结构例的示意图。多室型成膜装置200具有：输送室201，设有能够分别输送空转用基板S1、虚拟基板S2、及产品基板S3的未图示的输送机械手；2个储藏室202，能够分别搭载一批25张基板。另外，多室型成膜装置200具有2个上述薄膜制造装置100，在输送室201的周围分别配置有2个上述成膜室50。成膜室50及储藏室202通过闸阀203分别连接至输送室201。另外，储藏室202的数量不限于2个，也可以在输送室201的周围配置更多的储藏室或1个储藏室。
与成膜室50分别连接有真空排气系统40同样，输送室201及储藏室202也分别连接有真空排气系统204。由此，各室能够独立地将内部抽空为真空气氛。然而，例如也可以并用1个真空排气系统，抽空输送室201、成膜室50及储藏室202的内部。在该情况下，其真空排气系统起图1所示的真空排气系统40的作用。
另外，输送室201连接有气体源205，通过从该气体源205导入的惰性气体等调压气体，能够将输送室201内调整到规定的压力。输送室201的内部压力的调整由设置在输送室201内的未图示的自动调压阀进行。
如图2所示，储藏室202通过闸阀203连接至大气基板输送系统206。在大气基板输送系统206中设有在多个晶片盒207与储藏室202之间输送例如未成膜处理或已成膜处理的产品基板S3等的未图示的输送机械手。
在本实施方式的多室型成膜装置200中，由于配置2个储藏室202，因此若在一个储藏室202内全部放入基板，则能够在另一个储藏室202内搭载基板。在第二个储藏室202内搭载有基板的情况下，当搭载在第一个储藏室202内的基板的成膜工序结束时，抽空第二个储藏室202，再将基板输送至成膜室50内。
[薄膜制造装置及多室型成膜装置的操作]
图3是表示本实施方式的薄膜制造装置100及多室型成膜装置200的操作流程图。在图3中，示出了从将腔室51内设为空转状态时的操作到再开始成膜处理并在产品基板S3上形成PZT薄膜的操作。空转状态是指成膜处理中断的状态，在腔室51内不进行成膜处理的状态。
从多室型成膜装置200的输送室201向腔室51内输送空转用基板S1(步骤101)。空转用基板S1例如也可以在中断前的成膜处理中从搭载在储藏室202内的多个基板中选择。或者，也可以单独准备空转用基板S1，将其输送至腔室51内。
在腔室51内配置有空转用基板S1的状态下，将腔室51内设为空转状态(步骤102)。在空转状态下，腔室51内的环境被调整为接近满足以后再开始的成膜处理中的成膜条件的环境。
在本实施方式中，空转状态下的腔室51内的内部压力调整为作为成膜压力条件的约2Torr。腔室51内的内部压力通过由图1所示的惰性气体供给部32供给的N2来调整。
在成膜工序中，通过腔室51内的载台52具有的加热器，将产品基板S3加热至600℃以上。来自加热器的热量也传递至腔室51内的喷头53或其他部件。如上所述，在产品基板S3上，由于形成有作为金属的Ir，因此来自加热器的一部分热量由Ir反射。即，从加热器向其他部件的散热状况由于载置在载台52上的产品基板S3而受到影响。
考虑到该情况，在本实施方式中，在腔室51内，作为与产品基板S3相同的基板的空转用基板S1载置在载台52上，空转用基板S1被加热至600℃以上。由此，能够使空转状态下的腔室51内的温度环境高精度地接近满足成膜条件的温度环境。
在本实施方式中，作为空转用基板S1使用与产品基板S3相同的基板。然而，例如形成金属，能够如上述那样调整空转状态下的腔室51内的温度环境，则也可以使用与产品基板S3不同基板作为空转用基板S1。另外，可以适当设定上述成膜压力条件、产品基板S3及空转用基板S1的加热温度。
在薄膜制造装置100的腔室51内设定为空转状态的状态下，再开始成膜处理。如此一来，从装有25张的晶片盒207中，通过设置在大气基板输送系统206上的输送机械手，将规定张数的基板输送至储藏室202。这些多个基板中、输送至腔室51内的最初的2张基板被用作虚拟基板S2，并进行下面所示的虚拟处理。其他基板被用作产品基板S3，通过虚拟处理后的成膜处理形成PZT薄膜。输入有基板的储藏室202内被抽空。
在被抽空的储藏室202与输送室201之间的闸阀203打开，输送室201及储藏室202双方成为抽空的状态。由气体源205向输送室201供给例如1200sccm的N2等调整气体，调整输送室201的内部压力。输送室201的内部压力被调整为作为设定的腔室51的内部压力的大致等于2Torr的压力，或比其高50％程度的压力。当输送室201的调压大致结束时，将储藏室202的第一张虚拟基板S2通过输送室201输送至腔室51内(步骤103)。
在图1所示的原料供给部10中，从He的供给管线11向各罐A～D供给He。由此，导致各罐A～D的内部压力上升，填充在各罐A～D的内部的有机金属的原料溶液及溶剂被挤压到载气的供给管线12内。被挤压的金属原料溶液及溶剂的液滴由液体流量控制器等控制各自的流量，并由载气输送至汽化器20内。
在本实施方式中，通过液体流量控制器等将从罐A～C中挤压出的Pb、Zr及Ti的各原料溶液的流量大致限制为0，只将作为醋酸正丁酯的溶剂输送至汽化器20内。溶剂的流量在成膜工序中被控制为大致等于各金属原料溶液及溶剂的整体流量。
在汽化器20中，当再开始成膜工序时，从罐D挤压出的溶剂导致的汽化器20的喷嘴闪喷开始，3分钟后形成能够使溶剂及以后运送来的金属原料溶液汽化的状态。此时，通风管线22的阀门V2打开，溶剂的汽化气体及载气被排弃到通风管线22内。
当第一张虚拟基板S2输送至腔室51内并载置在载台52上时，通过设置在载台52上的加热器将虚拟基板S2加热至600℃以上。虚拟基板S2的温度在三分钟左右稳定在规定的温度。
当成膜室50中的虚拟基板S2或喷头53等部件的温度在规定的温度饱和时，关闭通风管线22的阀门V2，打开运行管线21的阀门V1。并且，由汽化器20汽化的溶剂气体被供给至混合器30内。
在混合器30中，以规定的混合比(摩尔比)混合汽化器20供给的溶剂气体与作为氧化气体的O2及作为惰性气体的N2。由此，生成虚拟处理用气体。混合比例如被设置为大致等于在成膜工序中混合的原料气体、氧化气体及惰性气体的混合比。另外，在虚拟处理用气体中也可以包含用作载气的惰性气体。
由混合器30生成的虚拟处理用气体通过供给管线33供给到成膜室50的腔室51内。并且，向加热后的虚拟基板S2供给虚拟处理用气体(步骤104)。虚拟处理用气体在大致等于成膜工序的成膜时间的时间内被供给到虚拟基板S2。在本实施方式中，以约15nm/min的成膜速率形成约70nm的PZT薄膜。因此，成膜时间约为300秒。然而，成膜的PZT薄膜的厚度、成膜速率、及成膜花费的时间不限于此。
当虚拟处理用气体的供给结束时，关闭运行管线21的阀门V1，打开通风管线22的阀门V2。因此，溶剂气体被排弃到通风管线22内。然后，在本实施方式中，从连接在混合器30上的惰性气体供给部32向腔室51内供给N2，腔室51内的内部压力被设定为满足成膜压力条件的压力(约2Torr)。并且，卸载第一张虚拟基板S2，将第二张虚拟基板S2输送到腔室51内。对于第二张虚拟基板S2，也进行与上述说明相同的虚拟处理。
在本实施方式涉及的成膜处理中，需要：用于稳定载置在载台52上的产品基板S3的温度的时间(约3分钟)、成膜时间(约300秒)、及直到成膜后卸载产品基板S3为止的时间(约60秒)等。将这些时间加在一起，对于一张产品基板S3的成膜处理花费的时间为约10分钟。因此，对于一张虚拟基板S2的虚拟处理花费的时间也约为10分钟。然而，成膜处理及虚拟处理花费的时间可以适当设定。
当对于第二张虚拟基板S2的虚拟处理结束时，向腔室51内输送产品基板S3(步骤105)。据此，挤压到图1所示的载气的供给管线12内的各金属原料溶液及溶剂的液滴各流量被控制并被输送到汽化器20内。
利用汽化器20，生成金属原料溶液主体的汽化气体，并将其输送至混合器30内。利用混合器30，以规定的混合比混合原料气体、氧化气体及惰性气体。混合比例如为了使成膜的PZT薄膜的结晶取向为所期望的结晶取向而适当设定。
由混合器30生成的混合气体通过供给管线33供给到配置在腔室51内的产品基板S3(步骤106)。由此，在产品基板S3上形成PZT薄膜。当成膜结束时，通风管线22的阀门V2打开，金属原料溶液的汽化气体被排弃到通风管线22内。
形成有PZT薄膜的产品基板S3被卸载到输送室201内，第二张产品基板S3被输送到腔室51内。对第二张产品基板S3进行与上述相同的成膜处理。以后，将产品基板S3输送到腔室51内，并依次进行PZT薄膜的成膜处理。
针对由本实施方式的薄膜制造装置100制造的PZT薄膜的成膜再现性进行说明。因此，将由本实施方式的薄膜制造方法制造的PZT薄膜与由作为比较例举出的2个薄膜制造方法分别制造的PZT薄膜进行比较。
图4～图6是关于作为第一比较例举出的薄膜制造方法的曲线图及表。图4是表示形成的PZT薄膜中的Pb组成比(Pb/(Zr+Ti))、及Zr组成比(Zr/(Zr+Ti))的曲线图。图5是表示第一比较例的薄膜制造方法的成膜速率(nm/min)的曲线图。图6是表示图4及图5所示的Pb组成比、Zr组成比及成膜速率的再现性的表。
第一比较例的薄膜制造方法在腔室内没有配置空转用基板的状态下将腔室内设为空转状态。并且，当再开始成膜处理时，首先对两张虚拟基板进行虚拟处理。在第一比较例涉及的虚拟处理中，也向虚拟基板供给被供给到产品基板的原料气体，在虚拟基板上形成PZT薄膜。
在第一比较例的薄膜制造方法中，首先连续地对200张产品基板进行成膜处理。并且，在约6小时的空转状态后，再开始成膜处理。在图4及图5中，将空转前的50张(曲线图所示的150张～200张)的产品基板、成膜处理再开始后的50张(曲线图所示的201张～250张)中除虚拟基板(201张～203张)之外的产品基板(再开始后第3张后的基板)设为测量范围。图示了从该范围中选出的规定张数的产品基板的各测量值。如图4及图5所示，较多地选择紧接虚拟处理之后的产品基板。
图6所示的再现性表示图4及图5所示的各测量值的偏差。具体而言，对于各测量值，用±％表示最大值与最小值之差除以最大值与最小值之和的结果。
图7～图9是表示关于作为第二比较例举出的薄膜制造方法的曲线图及表。图7是表示PZT薄膜中的Pb组成比及Zr组成比的曲线图，图8是表示成膜速率的曲线图。图9是表示图7及图8所示的Pb组成比、Zr组成比及成膜速率的再现性的表。
第二比较例的薄膜制造方法在腔室内配置有空转用基板的状态下将腔室内设为空转状态。并且，当再开始成膜处理时，首先对两张虚拟基板进行使用了原料气体的虚拟处理。即，在第二比较例涉及的虚拟处理中，与第一比较例涉及的虚拟处理一样，在虚拟基板上形成PZT薄膜。
在第二比较例的薄膜制造方法中，首先连续地对150张产品基板进行成膜处理。并且，在使用空转用基板的约6小时的空转状态后，再开始成膜处理。在图7及图8中，空转前后的各50张中除虚拟基板之外的产品基板成为测量范围，并图示了从该范围中选出的规定张数的产品基板的各测量值。如图7及图8所示，图示了在紧接虚拟处理之后连续成膜的5张产品基板的测量值。
将图4～图6所示的第一比较例的薄膜制造方法与图7～图9所示的第二比较例的薄膜制造方法进行比较，发现第二比较例的制造方法的各测量值的再现性较好。如上所述，在第二比较例的薄膜制造方法中，在腔室内配置有空转用基板的状态下将腔室内设为空转状态。由此，认为由于空转状态下的腔室内的温度环境接近满足成膜条件的温度环境，因此各测量值的再现性得以提高。
图10～图12是关于本实施方式的薄膜制造方法的曲线图及表。图10是表示PZT薄膜中的Pb组成比及Zr组成比的曲线图，图11表示成膜速率的曲线图。图12是表示图10及图11所示的Pb组成比、Zr组成比及成膜速率的再现性的表。
这里，首先连续地对150张产品基板S3进行成膜处理。并且，在使用了空转用基板S1的约6小时的空转状态后，再开始成膜处理，首先进行虚拟处理。如上所述，本实施方式涉及的虚拟处理中，向虚拟基板S2供给不含有金属原料的虚拟处理用气体。
在图10及图11中，空转前后的各50张中除虚拟基板S2的产品基板S3成为测量范围，并图示了从该范围中选出的规定张数的产品基板S3的各测量值。如图10及图11所示，图示了在紧接虚拟处理之后连续成膜的5张产品基板S3的测量值。
将图7～图9所示的第二比较例的薄膜制造方法与图10～图12所示的本实施方式的薄膜制造方法进行比较，各测量值、这些测量值的再现性大致相等。即，在虚拟处理中，即使在虚拟基板S2上不形成PZT薄膜，Pb组成比、Zr组成比及成膜速率的再现性也仍良好。
本申请的发明者针对关于在空转后再开始的成膜处理的成膜再现性进行了以下考察。首先，在配置有空转用基板S1的状态下将腔室51内设为空转状态。由此，能够使空转状态下的腔室51内的温度环境接近满足成膜条件的温度环境。
其次，在从空转状态再开始成膜处理时，针对腔室51内的环境如何变化进行了考察。如上所述，在成膜处理中，以约10分钟的间隔对腔室51输送产品基板S3。本发明者着眼于由该输送操作引起的腔室51内的温度环境变化。并且，针对用于将腔室51内的温度环境设为满足成膜条件的温度环境的虚拟处理进行了考察。该结果，发现即使供给到被输送至腔室51内的虚拟基板S2的虚拟处理用气体是不含有金属原料的气体，也能够调整腔室51内的温度环境。如图10～图12所示，发现即使在使用不含有金属原料的虚拟处理用气体的虚拟处理中，空转后的成膜处理的成膜再现性依然良好。
以上，在本实施方式的薄膜制造装置100、及利用该装置100的薄膜制造方法中，在腔室51内配置有空转用基板S1的状态下，腔室51内成为空转状态。由此，使腔室51内的环境接近满足成膜条件的环境。并且，在向产品基板S3供给含有金属原料的原料气体之前，对虚拟基板S2供给与原料气体不同的虚拟处理用气体。由此，能够将腔室51内的环境设为满足成膜条件的环境。
在本实施方式中，作为虚拟处理用气体，使用混合了溶剂气体、成膜处理中使用的反应气体及惰性气体的混合气体。即，作为虚拟处理用气体不使用金属原料，因此能够抑制各金属原料的消耗量，并能够以节省资源及低成本制造再现性良好的PZT薄膜。
例如，在空转后对100张基板连续进行成膜处理的情况下，当将最初的两张设为虚拟基板S2时，与第一比较例及第二比较例的薄膜制造方法相比，能够削减金属原料成本2％。实际上，为了条件确认或日常的装置管理等，大多以比100张稍微少的张数进行成膜处理，在该情况下，金属原料成本的削减效果进一步增大。
本发明并不只限于上述实施方式，在不脱离本发明要旨范围内可以进行各种变更。
在上述实施方式中，作为虚拟处理用气体，使用混合了溶剂气体、成膜处理中使用的反应气体及惰性气体的气体。然而，作为虚拟处理用气体，也可以使用混合了溶剂气体与惰性气体的气体、混合了溶剂气体与氧化气体的气体、或混合了氧化气体与惰性气体的气体。或者，在虚拟处理时不向混合器30供给溶剂气体，作为虚拟处理用气体，也可以只使用来自连接于混合器30的惰性气体供给部32的惰性气体。或者，也可以只使用来自连接于混合器30的氧化气体供给部31的氧化气体。并且，供给到混合器30的溶剂气体也可以单独地作为虚拟处理用气体来使用，无需与氧化气体或惰性气体混合。
图13是表示图1所示的薄膜制造装置100的变形例的示意图。在该薄膜制造装置300中，惰性气体供给部332不与混合器330连接，而单独与腔室351的喷头353连接。在成膜工序中，利用混合器330将原料气体与氧化气体混合，并将其混合气体供给至产品基板S3。由此，在产品基板S3上形成有PZT薄膜。在这种结构的薄膜制造装置300中，作为虚拟处理用气体，也可以使用混合了溶剂气体、氧化气体及惰性气体中的任一种的气体，各气体也可以单独地作为虚拟处理用气体来使用。另外，在混合惰性气体的情况下，在腔室351内进行混合。
另外，也可以分别单独地将原料气体、氧化气体供给部、及惰性气体供给部连接至腔室，无需设置混合器。在该情况下，在成膜工序中，在腔室内生成原料气体、氧化气体、及惰性气体的混合气体。在这种结构中，也可以将上述多种示例的混合气体等作为虚拟处理用气体分别使用。
在上述实施方式中，在虚拟处理时，使用了两张虚拟基板S2。然而，1张虚拟基板S2也可以2次输送到腔室内。在本实施方式中，由于在虚拟基板S2上不形成PZT薄膜，因此有利地多次使用1张虚拟基板S2。另外，虚拟基板S2与产品基板S3也可以不是相同的基板。例如也可以准备虚拟基板专用的基板，在虚拟处理时重复使用该基板。
被使用的虚拟基板的数量或次数不限于两张或两次，可以适当设定。若成为满足腔室内的温度环境或成膜条件的环境，则可为使用1张虚拟基板进行1次的虚拟处理。
空转用基板也可以用作虚拟基板。例如，将空转用基板从空转状态下的腔室内输出，再将其输入到腔室内。并且，也可以向空转用基板供给虚拟处理用气体。
在上述实施方式中，利用薄膜制造装置100制造了PZT薄膜。然而，在利用MOCVD法制造PZT薄膜以外的薄膜的情况下，本发明也可以适用。作为这种薄膜，例如有：镧掺杂锆钛酸铅((Pb，La)(Zr，Ti)O3；PLZT)或钽酸锶铋(SrBi2，Ta2，O9；SBT)等薄膜。另外，还有氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)或硫化锌(ZnS)等薄膜。
作为用于利用MOCVD法的成膜处理的反应气体，有时使用氨气(NH3)等还原气体。在该情况下，作为虚拟处理用气体，也可以使用混合了溶剂气体、还原气体及惰性气体中的任一种的气体，各气体也可以单独地用作虚拟处理用气体。
在上述中，如图2所示，作为包含本发明的实施方式的薄膜制造装置100的装置，例示了多室型成膜装置200。然而，也可以在包含例如蚀刻处理装置或清洗处理装置等多个处理装置的基板处理装置中设置本实施方式的薄膜制造装置100。作为这种基板处理装置，例如有集群式或连续式基板处理装置。
在上述实施方式中，在向腔室输入虚拟基板S2并供给虚拟处理用气体之前，将腔室内设为空转状态。但是，本技术也可以不需要将腔室设为空转状态的工序。
符号说明
S1…空转用基板
S2…虚拟基板
S3…产品基板
51、351…腔室
100、300…薄膜制造装置
200…多室型成膜装置

Claims (9)

1.一种薄膜制造方法，包括：
向腔室内输送虚拟基板，并向所述虚拟基板供给虚拟处理用气体，
向所述腔室内输送产品基板，并向所述产品基板供给与所述虚拟处理用气体不同的、含有用于利用MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposition)法制造薄膜的金属原料的原料气体。
2.根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其中，供给所述原料气体的工序将在所述原料气体中混合了与所述原料气体反应的反应气体、惰性气体的混合气体供给至所述产品基板。
3.根据权利要求2所述的薄膜制造方法，其中，所述虚拟处理用气体是在用于溶解所述金属原料的溶剂气体中混合所述反应气体和所述惰性气体得到的气体。
4.根据权利要求2所述的薄膜制造方法，其中，所述虚拟处理用气体是将用于溶解所述金属原料的溶剂气体与所述惰性气体混合得到的气体。
5.根据权利要求2所述的薄膜制造方法，其中，所述虚拟处理用气体是所述惰性气体。
6.根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其中，供给所述原料气体的工序向所述产品基板供给含有所述原料气体以及与所述原料气体反应的反应气体的混合气体。
7.根据权利要求6所述的薄膜制造方法，其中，所述虚拟处理用气体是用于溶解所述金属原料的溶剂气体与所述反应气体混合的气体。
8.根据权利要求6所述的薄膜制造装置，其中，所述虚拟处理用气体是所述反应气体。
9.一种薄膜制造装置，包括：
腔室，分别输送虚拟基板与产品基板；
供给机构，用于将虚拟处理用气体以及与所述虚拟处理用气体不同的、含有用于利用MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposition)法制造薄膜的金属原料的原料气体分别供给到所述腔室内；和
控制部，在向所述腔室内输送所述虚拟基板时，将所述虚拟处理用气体供给到所述腔室内，在向所述腔室内输送所述产品基板代替所述虚拟基板时，将所述原料气体供给到所述腔室内。
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