JP2001110794A - 薄膜気相成長装置 - Google Patents

薄膜気相成長装置

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JP2001110794A
JP2001110794A JP28541899A JP28541899A JP2001110794A JP 2001110794 A JP2001110794 A JP 2001110794A JP 28541899 A JP28541899 A JP 28541899A JP 28541899 A JP28541899 A JP 28541899A JP 2001110794 A JP2001110794 A JP 2001110794A
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film
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Hitoshi Sato
等 佐藤
Tsutomu Nakada
勉 中田
Yukio Fukunaga
由紀夫 福永
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単な構成で、整流効果が高く、しか
も成膜ガスによって生成される析出物の付着を極力防止
した成膜室を構成できるようにした薄膜気相成長装置を
提供する。 【解決手段】 気密な成膜室10に、基板Wを保持する
基板保持部12と、該基板保持部12を少なくとも成膜
位置と搬送位置の間で昇降させる昇降機構14と、基板
Wに向けて成膜ガスを噴射するガス噴射ヘッド16と、
成膜室10の側壁18の搬送位置に対応する高さに開口
する基板搬送口20と、成膜室10の側壁18の成膜位
置の下方で開口する排気口22とが設けられた薄膜気相
成長装置において、成膜室10には、基板保持部12と
一体に昇降して反応済みガスの流れを調整する可動整流
板72が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜気相成長装置に
係り、特に、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウ
ム、又はチタン酸バリウムストロンチウム(以下、チタ
ン酸バリウム/ストロンチウムと総称する)等の高誘電
体又は強誘電体薄膜を基板上に気相成長させる薄膜気相
成長装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体産業における集積回路の集
積度の向上はめざましく、現状のメガビットオーダか
ら、将来のギガビットオーダを睨んだDRAMの研究開
発が行われている。かかるDRAMの製造のためには、
小さな面積で大容量が得られるキャパシタ素子が必要で
ある。このような大容量素子の製造に用いる誘電体薄膜
として、比誘電率が10以下であるシリコン酸化膜やシ
リコン窒化膜に替えて、比誘電率が20程度である五酸
化タンタル(Ta)薄膜、あるいは比誘電率が30
0程度であるチタン酸バリウム(BaTiO)、チタン
酸ストロンチウム(SrTiO)又はこれらの混合物で
あるチタン酸バリウムストロンチウム等の金属酸化物薄
膜材料が有望視されている。
【0003】図5及び図6は、このような金属酸化物薄
膜を基板上に気相成長させる際に使用される薄膜気相成
長装置の従来の一般的な構成を示す図である。図5及び
図6に示すように、薄膜気相成長装置は、全体がほぼ筒
状に形成された気密な成膜室10と、基板Wを保持する
基板ホルダ12と、該基板ホルダ12を少なくとも成膜
位置と搬送位置の間で昇降させる昇降機構14と、成膜
室10の頂部より基板Wに向けて成膜ガスを噴射するガ
ス噴射ヘッド16と、成膜室10の側壁18の搬送位置
に対応する高さに開口する基板搬送口20と、成膜室1
0の側壁18の成膜位置の下方で開口する排気口22と
を備えている。排気口22と基板搬送口20は、側壁1
8の周方向に沿った所定の位置に1個づつ設けられてい
る。
【0004】前記基板ホルダ12は、内部にヒータ等の
加熱手段を有する円板状のサセプタ24と、これを昇降
機構14に連結する支柱26とを有している。ガス噴射
ヘッド16は、基板Wよりやや大きい円板状のノズル盤
28を有し、このノズル盤28には、複数のノズル孔
(図示せず)が均等に分散配置されている。
【0005】前記成膜室10は、円筒状の側壁18と、
中央に基板昇降機構14を取付けるための開口部が形成
された底板30及び天板を兼ねるガス噴射ヘッド16と
により気密に構成され、必要箇所にはシール部材である
Oリング32やベローズ34が配されている。底板30
の所定の位置には複数のピン36が突設され、サセプタ
24の該ピン36に対応する位置には上下に連通する通
孔が形成されて、サセプタ24が搬送位置に位置する時
に基板Wをピン36によりサセプタ24の上方に持上げ
た状態で保持するようになっている。
【0006】基板搬送口20はゲート弁38を介して搬
送室40に連結され、搬送室40の内部に配置されたロ
ボットのロボットアーム42及びこれに連結されたロボ
ットハンド44が基板搬送口20を通じて成膜室10の
内部に延びるようになっている。また、排気口22に
は、真空ポンプ46に接続された排気管48が連結さ
れ、この排気管48に開閉弁50と圧力調整弁52が設
けられている。
【0007】成膜室10には、反応済みガスを前記排気
口22に導く流路を形成する整流板54が配置固定され
ている。この整流板54は、基板ホルダ12の昇降経路
を取り囲む内筒部56と、側壁18の内周面に沿って延
びる外筒部58と、排気口22及び基板搬送口20の下
方位置で成膜室10の内部空間を上下に仕切る仕切部6
0と、反応済みガスを排気口22に導く排気流路Pを形
成する内側整流部62及び外側整流部64とから構成さ
れている。内筒部56及び外筒部58の前記基板搬送口
20と対向する位置には、ロボットハンド44で保持さ
れた基板Wが通過できるようにした開口部56a及び5
8aが設けられている。
【0008】このような構成の薄膜気相成長装置によ
り、先ずサセプタ24を、図5に示す搬送位置に置き、
基板搬送口20を通過させたロボットハンド44により
サセプタ24上に基板Wを載せ、昇降機構14を駆動さ
せてサセプタ24を図6を示す成膜位置まで上昇させ
る。この状態で、サセプタ24により基板Wを成膜温度
まで昇温させ、熱媒体により所定温度に維持されたガス
噴射ヘッド16より原料ガスと反応ガスの混合ガスを基
板Wに向けて噴射する。すると、噴射された原料ガスと
反応ガスは、基板W上で反応して成膜し、反応済みガス
は、基板W上を放射状に流れて内側整流部62と外側整
流部64の間に形成された排気流路Pに流れ、排気口2
2より排気される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5及
び図6に示す従来の薄膜気相成長装置にあっては、整流
板54の内筒部56及び外筒部58に基板Wを出し入れ
するための開口部56a及び58aが形成され、しかも
整流板54の内筒部56の内径はサセプタ24の外径よ
り僅かに大きく設定されて、サセプタ24と内筒部56
との間に隙間が生じているため、図6に示すように、開
口部56a,58a内をガスが流通してしまうばかり
か、サセプタ24と内筒部56との間の隙間からガスが
下方に流れ込み、これによって、ガスの流れが乱れ、し
かも原料ガス(成膜ガス)によって生成される析出物が
サセプタ24の下面や成膜室10の下部壁面にも付着し
易くなって、成膜室内のパーティクルの発生源となると
いう問題があった。
【0010】なお、整流板の開口部にカバーを上下動自
在に取付けて、このカバーで整流板の開口部を塞ぐよう
にしたものも開発されているが、この場合、カバーを上
下動させるための駆動機構を別個に設ける必要があっ
て、装置の複雑化や大型化を招くばかりでなく、制御も
複雑となる。
【0011】本発明は上記事情に鑑みて為されたもの
で、比較的簡単な構成で、整流効果が高く、しかも成膜
ガスによって生成される析出物の付着を極力防止した成
膜室を構成できるようにした薄膜気相成長装置を提供す
ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜気相成長装
置は、気密な成膜室に、基板を保持する基板保持部と、
該基板保持部を少なくとも成膜位置と搬送位置の間で昇
降させる昇降機構と、基板に向けて成膜ガスを噴射する
ガス噴射ヘッドと、成膜室の側壁の前記搬送位置に対応
する高さに開口する基板搬送口と、成膜室の側壁の前記
成膜位置の下方で開口する排気口とが設けられた薄膜気
相成長装置において、前記成膜室には、前記基板保持部
と一体に昇降して反応済みガスの流れを調整する可動整
流板が設けられていることを特徴とする。
【0013】本発明によれば、成膜中における反応済み
ガスの流れを可動整流板で規制して、高い整流効果を得
るとともに、成膜室の内部に駆動部を設ける必要をなく
して、装置の小型コンパクト化を図ることができる。
【0014】また、前記可動整流板は、前記基板保持部
が成膜位置に位置する時に、前記基板搬送口を塞ぎ、前
記排気口を開口させるように構成されていることを特徴
とする。これにより、成膜時に基板搬出口内をガスが流
通することを阻止しながら、反応済みガスを排気口から
外部に排出することができる。
【0015】また、前記可動整流板は、その下面側で前
記基板保持部に係止されて保持されていることを特徴と
する。これにより、可動整流板を持上げることで、基板
保持部との係止を解いて、例えばクリーニング時に可動
整流板を成膜室から容易に抜き出すことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
乃至図4を参照して説明する。なお、前記図5及び図6
に示す従来例と同一部材または相当部材には同一符号を
付して、その重複した説明を省略する。
【0017】図1乃至図3は、本発明の第1の実施形態
の気相成長装置を示す図であり、図1は薄膜気相成長装
置における基板搬送時の状態を示す断面図であり、図2
は成膜時の状態を示す断面図である。薄膜気相成長装置
の気密な成膜室10の内部には、反応済みガスを排気口
22に導く流路を形成するための固定整流板70と可動
整流板72とが上下に備えられている。
【0018】固定整流板70は、成膜室10の側壁18
の内周面のほぼ全長に亘って延びる筒状部74と、該筒
状部74の上端に連結された環状板部76と、外側整流
部78とを有し、筒状部74において底板30に載置さ
れるか、又は、側壁18に載置されている。筒状部74
の基板搬送口20に対向する位置には基板搬送用の開口
部74aが設けられており、排気口22に対向する位置
には排気用の開口部74bが設けられている。
【0019】可動整流板72は、サセプタ24の外周面
に沿ってこの下方まで延出する内筒部80と、この内筒
部80と同心状の外筒部82と、内筒部80と外筒部8
2の下端を結んで成膜室10の内部空間を上下に仕切る
仕切部84と、前記外側整流部78との間に排気流路P
を形成する内側整流部86とを有している。図3は可動
整流板を基板保持部に取付けた状態を示す図である。図
3に示すように、内筒部80の内周面には、内方に突出
する係止部80aが設けられ、サセプタ24の下方に配
置した円板状のリフレクタ88の周縁部上面に該係止部
80aを係止させることで、可動整流板72は基板ホル
ダ12に固定され基板ホルダ12と一体に昇降するよう
になっている。従って、クリーニング時には可動整流板
72を上方に持上げることで、係止部80aとリフレク
タ88との係止を解いて、成膜室10から容易に抜出す
ことができる。
【0020】可動整流板72の内筒部80の上端には、
内筒部80とサセプタ24との間の隙間を上方から覆う
カバー部90が前記内部整流板部86と連続して設けら
れている。カバー部90の上面と外筒部82の上端面
は、サセプタ24の上面と面一となるようになってい
る。
【0021】図1および図2に示すように、外筒部82
は、その外径が固定整流板70の筒状部74の内径より
も僅かに小さく設定されている。そして、可動整流板7
2が基板ホルダ12と一体に上昇して成膜位置に位置し
た時に排気口22と対向する位置に排気用の開口部82
aが設けられ、また基板搬送位置に位置した時に前記筒
状部74の排気用の開口部74bが外筒部82によって
塞がれるようになっている。
【0022】なお、固定整流板70の筒状部74と可動
整流板72の外筒部82の間に僅かの隙間を設けてコン
ダクタンスを小さくすることで、可動整流板72の移動
時のこすれを防止するとともに、ガスの洩れを極力防ぐ
ことができる。
【0023】以上のように構成した薄膜気相成長装置の
作用を説明する。先ず、基板ホルダ12が図1に示す搬
送位置に位置する時に、基板搬送口20を通過させたロ
ボットハンド44により基板Wをサセプタ24上に載せ
た後、ロボットハンド44は搬送室40内に退避する。
この時、可動整流板72はサセプタ24と共に下方位置
にあって、内筒部80の上端面及びカバー部90の上面
がサセプタ24と面一となっているため、この基板Wの
搬送が可動整流板72によって阻害されることはない。
また筒状部74の排気用の開口部74bは、外筒部82
によって塞がれ、これによって、サセプタ24の上面付
近のガスの流れが少なくなって、パーティクルの巻き上
げが防止される。
【0024】次に、昇降機構14を駆動させて、基板ホ
ルダ12を可動整流板72と一体に図2を示す成膜位置
まで上昇させる。すると、固定整流板70の筒状部74
の基板搬送用の開口部74aの前面に可動整流板72の
外筒部82が位置して、この外筒部82によって基板搬
送口20が塞がれ、筒状部74の排気用の開口部74b
の前面に外筒部82の排気用の開口部82aが位置し
て、排気口22が開口する。また、固定整流板70の外
側整流部78と可動整流板72の内側整流部86との間
に排気流路Pが形成される。
【0025】この状態で、サセプタ24により基板Wを
成膜温度まで昇温させ、熱媒体により所定温度に維持し
たガス噴射ヘッド16より原料ガスと反応ガスの混合ガ
スを基板Wに向けて噴射して、噴射された原料ガスと反
応ガスを基板W上で反応させて基板Wの表面に薄膜を成
長させる。すると、反応済みガスは、基板W上を放射状
に流れて外側整流部78と内側整流部86との間に形成
された排気流路Pに流れ、排気口22より排気される。
従って、基板搬送口20が塞がれているので、ガスの流
れがスムーズで、しかも反応ガスの流路が限定されて、
サセプタ24の裏側や成膜室10下部の昇降機構14等
には流れにくくなっているので、これらの箇所での原料
成分や反応生成物の付着やそれに起因する汚染等が防止
される。固定整流板70や可動整流板72に原料成分や
反応生成物が付着した場合には、成膜室10の頂部のガ
ス噴射ヘッド16を開き、固定整流板70の狭持を解い
てこれを上方に持上げ、しかる後に、可動整流板72を
上方に持ち上げることで成膜室10から取出し、清掃や
交換等を行なうことにより、成膜処理を継続することが
できる。
【0026】図4は、本発明の第2の実施の形態の薄膜
気相成長装置を示す図である。図4に示すように、可動
整流板72の内筒部80の上端に、カバー兼係止部92
を内側整流部86と連続して設け、このカバー兼係止部
92の下面内周縁部を基板Wと干渉しない位置でサセプ
タ24の上面外周縁部に係止させることで、可動整流板
72は基板ホルダ12に固定され基板ホルダ12と一体
に昇降するようになっている。その他の構成は、前記第
1の実施の形態のものと同様である。
【0027】この実施の形態よれば、可動整流板72の
外筒部82とサセプタ24との間の隙間の上方がカバー
兼係止部92で完全に覆われるため、サセプタ24の裏
面側に析出物が堆積することがより確実に防止される。
【0028】なお、前記各実施の形態においては、固定
整流板を設けた例を示しているが、この固定整流板は必
ずしも必要ではない。また、可動整流板の形状等につい
ても、基本的に上下する基板ホルダ(基板保持部)と一
体となって上下移動し、上方に移動した成膜時に排気口
のみを開口させて、それ以外の開口部を遮蔽し、下方に
移動した搬送時には、少なくとも基板搬送口を開口する
機能を有するものであればよい。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
成膜中における反応済みガスの流れを可動整流板で規制
して、高い整流効果を得るとともに、成膜室の内部に駆
動部を設ける必要をなくして、装置の小型コンパクト化
を図ることができる。しかも成膜ガスによって生成され
る析出物の成膜室壁面や基板搬送口等の付着を減少さ
せ、これによりパーティクルの発生を抑えるとともに、
クリーニングサイクルを伸ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の薄膜気相成長装置に
おける基板搬送時の状態を示す断面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態の薄膜気相成長装置に
おける成膜時の状態を示す断面図である。
【図3】本発明の第1の実施形態の薄膜気相成長装置に
おける可動整流板を基板保持部で保持した状態を示す断
面図である。
【図4】本発明の第2の実施形態の薄膜気相成長装置に
おける可動整流板を基板保持部で保持した状態を示す断
面図である。
【図5】従来の薄膜気相成長装置における基板搬送時の
状態を示す断面図である。
【図6】従来の薄膜気相成長装置における成膜時の状態
を示す断面図である。
【符号の説明】
10 成膜室 12 基板ホルダ(基板保持部) 14 昇降機構 16 ガス噴射ヘッド 20 基板搬送口 22 排気口 24 サセプタ 46 真空ポンプ 48 排気管 70 固定整流板 72 可動整流板 74 筒状部 74a,74b 開口部 78 外側整流部 80 内筒部 80a 係止部 82 外筒部 82a 開口部 84 仕切部 86 内側整流部 88 リフレクタ 90 カバー部 92 カバー兼係止部 P 排気流路 W 基板
フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 BA46 EA04 EA08 GA02 KA12 LA01 5F045 AB40 BB15 DP03 EF05 EF14 EF17 EM10

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気密な成膜室に、基板を保持する基板保
    持部と、該基板保持部を少なくとも成膜位置と搬送位置
    の間で昇降させる昇降機構と、基板に向けて成膜ガスを
    噴射するガス噴射ヘッドと、成膜室の側壁の前記搬送位
    置に対応する高さに開口する基板搬送口と、成膜室の側
    壁の前記成膜位置の下方で開口する排気口とが設けられ
    た薄膜気相成長装置において、 前記成膜室には、前記基板保持部と一体に昇降して反応
    済みガスの流れを調整する可動整流板が設けられている
    ことを特徴とする薄膜気相成長装置。
  2. 【請求項2】 前記可動整流板は、前記基板保持部が成
    膜位置に位置する時に、前記基板搬送口を塞いて、前記
    排気口を開口させるように構成されていることを特徴と
    する請求項1記載の薄膜気相成長装置。
  3. 【請求項3】 前記可動整流板は、その下面側で前記基
    板保持部に係止されて保持されていることを特徴とする
    請求項1または2記載の薄膜気相成長装置。
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