JP2009173963A - 薄膜形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板に平行にガスを供給することで原子層成長を行う横型の薄膜形成装置で、ガスの供給機構を複雑にすることなく、より大きい基板に対してより均一に膜が形成できるようにする。
【解決手段】押さえ枠104に、側部連通孔104aを備える。側部連通孔104aは、側部連通孔104aは、基板載置台105の表面に平行な平面において、対向しているガス供給部107から成膜室排気部108への主方向に垂直な副方向に対向している押さえ枠104の内側側面に配置されている。また、側部連通孔104aは、基板載置台105の周縁部が押さえ枠104に当接して成膜室102と下部排気室103とが区画された状態で、押さえ枠104の内側側面と下部排気室103とを連通している。
【選択図】 図1
【解決手段】押さえ枠104に、側部連通孔104aを備える。側部連通孔104aは、側部連通孔104aは、基板載置台105の表面に平行な平面において、対向しているガス供給部107から成膜室排気部108への主方向に垂直な副方向に対向している押さえ枠104の内側側面に配置されている。また、側部連通孔104aは、基板載置台105の周縁部が押さえ枠104に当接して成膜室102と下部排気室103とが区画された状態で、押さえ枠104の内側側面と下部排気室103とを連通している。
【選択図】 図1
Description
本発明は、気相において加熱された基板の上に原料ガスを供給することで薄膜を形成する薄膜形成装置に関する。
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。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。
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。
ところが、上述した横型の薄膜形成装置で原子層成長を行う場合であっても、基板のガスの流れる中心領域と、この領域より離れる基板端部の領域とで、膜の状態に分布が発生することが、発明者らにより確認されている。特に、ガスの供給口側の2つの基板角の領域では、膜が形成されにくい状態が確認されている。これは、薄膜形成装置の成膜室内の一方の側部の中央部よりガスが吐出され、吐出されたガスは、吐出部に対向する他方の側部に設けられた排気口に向けて流れていくため、流れの方向より離れている基板の角部には、ガスが到達しにくいためと考えられる。
これを解消するために、ガスの供給口を増やして一方の側部のより広い領域よりガスを供給する構成とすれば、供給側の基板角部に対してもガスが均一に供給される状態となり、上述した不均一が解消できるようになる(例えば特許文献1参照)。しかしながら、このようにガスの供給口を増加させると、機構が複雑となり、これが、基板の大型化に伴いより顕著となる。
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、基板に平行にガスを供給することで原子層成長を行う横型の薄膜形成装置で、ガスの供給機構を複雑にすることなく、より大きい基板に対してより均一に膜が形成できるようにすることを目的とする。
本発明に係る薄膜形成装置は、密閉可能な減圧室を備えた装置本体と、減圧室の上部に設けられた成膜室と、減圧室の下部に設けられた下部排気室と、下部排気室の側に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もに上下に移動する載置台支持部と、成膜室および下部排気室の境界位置に配置され、基板載置台の上方への移動を制限する枠状の押さえ枠と、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、成膜室の第1側部の側より成膜室に供給するガス供給部と、成膜室の第1側部に対向する第2側部の側より成膜室の内部を排気する成膜室排気部と、下部排気室を排気する排気部とを少なくとも備え、載置台支持部により上昇した基板載置台の周縁部が押さえ枠に当接することで、減圧室が成膜室と下部排気室とに区画され、押さえ枠は、第1側部および第2側部に隣り合う第3側部および第4側部に形成された側部連通孔を備え、この側部連通孔は、基板載置台により区画された状態で、成膜室と減圧室とを連通し、側部連通孔の第3側部および第4側部における開口は、成膜室排気部の側ほど狭く形成されているようにしたものである。
上記薄膜形成装置において、第3側部および第4側部にそれぞれ1つの側部連通孔が形成され、側部連通孔の第3側部および第4側部における開口は、三角形状に形成されているようにすればよい。また、第3側部および第4側部にそれぞれ複数の側部連通孔が形成されているようにしてもよい。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。
以上説明したように、本発明によれば、押さえ枠の側部に側部連通孔を備えるようにしたので、基板に平行にガスを供給することで原子層成長を行う横型の薄膜形成装置で、ガスの供給機構を複雑にすることなく、より大きい基板に対してより均一に膜が形成できるようになるという優れた効果が得られる。
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薄膜形成装置の構成例を概略的に示し、図1(a)は断面図,図1(b)は一部構成を示す斜視図である。本実施の形態における薄膜形成装置は、まず、密閉可能な減圧(真空排気)室を備えた装置本体101と、装置本体101の減圧室の上部に配置された成膜室102と、装置本体101の減圧室の下部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。
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。例えば、載置台支持部106の動作により基板載置台105を下方に移動することで、装置本体101の下部排気室103の領域の側部に設けられた図示しないゲート部より搬入された基板を基板載置台105の上に載置可能としている。基板載置台105は、例えば、載置される基板を加熱する加熱機構を内蔵している。
載置台支持部106の動作により上下に移動する基板載置台105は、この上方への移動が、押さえ枠104により制限されている。例えば、載置台支持部106の動作により基板載置台105を上方に移動させると、基板載置台105の周縁部が押さえ枠104に当接し、これより上方に移動することが制限される。また、載置台支持部106の動作により、周縁部領域が押さえ枠104に当接するまで基板載置台105を上方に移動することで、装置本体101の減圧室内が、成膜室102と下部排気室103とに仕切られる(区画される)状態となる。
また、本実施の形態における薄膜形成装置は、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、成膜室の一方の側部(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部107と、上記側部に対向する側部(第2側部)より成膜室102の内部を排気するための成膜室排気部108とを備える。成膜室排気部108は、ガス供給部107に対向して配置され、例えば、成膜室102の側の開口面積が150cm2程度とされている。上述したことにより仕切られた成膜室102において、ガス供給部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、成膜室排気部108より排出される。また、下部排気室103には、薄膜形成装置の内部全体を排気するための排気部109を備える。例えば、排気部109の下部排気室103側の開口面積は、150cm2程度とされている。
なお、図示していないが、よく知られているように、成膜室排気部108および排気部109は、ドライポンプなどの排気機構が接続され、これらにより上述した排気を可能としている。また、図示していないが、ガス供給部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などの原料ガスやオゾンなどの酸化剤ガス、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。
上述した構成に加え、本実施の形態における薄膜形成装置では、押さえ枠104に、側部連通孔104aを備えるようにした。側部連通孔104aは、まず、側部連通孔104aは、基板載置台105の表面に平行な平面において、対向しているガス供給部107から成膜室排気部108への主方向に垂直な副方向に対向している押さえ枠104の内側側面(第3側部および第4側部)に配置されている。また、側部連通孔104aは、基板載置台105の周縁部が押さえ枠104に当接して成膜室102と下部排気室103とが区画された状態で、押さえ枠104の内側側面と下部排気室103とを連通している。
加えて、押さえ枠104の内側側面における側部連通孔104aの開口は、成膜室排気部108に近いほど狭く形成されている。本実施の形態における押さえ枠104は、押さえ枠104の2つの内側側面(第3側部および第4側部)にそれぞれ1つの側部連通孔104aを備えている。また、側部連通孔104aの内側側面における開口は、三角形状に形成されている。また、本実施の形態では、側部連通孔104aの内側側面における開口は、上下方向の幅が、成膜室排気部108に近づくほど連続的に狭くなっている。なお、押さえ枠104の2つの内側側面(第3側部および第4側部)に、それぞれ複数の側部連通孔が形成されているようにしてもよい。
押さえ枠104は、板厚1cm、平面視外形60cm×70cm、内矩(内形)50cm×60cmの矩形(長方形)の枠状に形成され、対向する短い辺の一方の側に、ガス供給部107が配置され、他方の辺の側に成膜室排気部108が配置されている。従って、本実施の形態の場合、押さえ枠104の対向する長い辺の部分に側部連通孔104aが形成されている。例えば、側部連通孔104aは、60cmに渡って形成され、枠打ち側側面の開口面積が30cm2程度に形成されている。
なお、押さえ枠104の内側側部領域の全域に渡って、側部連通孔104aが形成されている必要はない。例えば、成膜室排気部108側の内側側面端部からガス供給部107側にかけての所定の距離離間した箇所で、側部連通孔104aの開口部が終端していてもよい。ただし、ガス供給部107の側においては、側部連通孔104aの開口部が、押さえ枠104の内側端部から形成されていた方がよい。
上述したように、押さえ枠104に側部連通孔104aを備える本実施の形態の薄膜形成装置によれば、基板載置台105が上端位置に配置され、基板載置台105の周縁部が押さえ枠104に当接している状態において、側部連通孔104aにより、成膜室102と排気部109で排気されている下部排気室103とが連通した状態となる。このため、基板載置台105により成膜室102と下部排気室103とが仕切られている状態でも、成膜室102が、側部連通孔104aを介して下部排気室103を排気する排気部109により排気される状態となる。
従って、図2の平面図に矢視線で示すように、ガス供給部107より導入されたガスは、従来同様に成膜室排気部108の側に流れていくとともに、側部連通孔104aの側にも流れていくようになる。この結果、導入されたガスが、基板載置台105の上に載置される基板Wの全域により均一に作用するようになり、より大きい基板に対してより均一に膜が形成できるようになる。また、側部連通孔104aは、押さえ枠104を一方向より切削すれば形成できるため、加工が容易である。
次に、本実施の形態における薄膜形成装置の動作例について、図3(a)〜図3(d)を用いて説明する。なお、図3(a)〜図3(d)において、同一の符号は図1,2と同様である。また、図3(a)〜図3(d)では、装置本体101の下部排気室103において、処理対象の基板Wを搬出入するためのゲート部111を備える状態を示している。
まず、図3(a)に示すように、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、また、ゲート部111を開放状態とし、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。
次に、図3(b)に示すように、ゲート部111を閉じた状態として装置本体101の内部が密閉された状態とし、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。また、図3(c)に示すように、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。
次に、排気部109による排気を継続した状態で、図3(d)に示すように、ガス供給部107からの所定のガスの供給および成膜室排気部108による排気により、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、排気部109および成膜室排気部108の排気により、成膜室102の内部が2〜3Pa程度の圧力にされた状態とする。次に、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、ガス供給部107により、成膜室102の内部に原料ガス(吸着ガス)として例えばトリメチルアルミニウム(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し、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。この原料ガスの供給により、成膜室102の内部は、圧力100Pa程度となる。原料ガスの供給は、1〜2秒程度行う。
次に、原料ガスの供給を停止し、排気部109および成膜室排気部108により成膜室102の内部が排気された状態で、ガス供給部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。
続いて、成膜室102の内部に、ガス供給部107により酸化ガスを導入することで、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。
この後、上述と同様にすることで、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、20サイクル程度繰り返すことで、膜厚が2nm程度の酸化アルミニウムの薄膜が形成できる。
本実施の形態における薄膜形成装置によれば、上述した薄膜形成の過程において、成膜室102の領域においては、成膜室排気部108に加えて、側部連通孔104aからも排気された状態となっているので、前述したように、ガス供給部107により導入されたガスは、基板Wの全域に対して均一に供給されるようになる。
次に、本実施の形態の薄膜形成装置における他の形態の押さえ枠について説明する。
図4は、他の形態の押さえ枠404の構成例を示す斜視図(a)および平面図(b)である。押さえ枠404は、対向する内側側面の各々において、側部連通孔404a,404b、404cを備えるようにした。側部連通孔404a,404b、404cは、まず、押さえ枠404の内側側面と下部排気室103(図1)とを連通している。また、側部連通孔404aは、基板載置台105の表面に平行な平面において、対向しているガス供給部107から成膜室排気部108への主方向に垂直な副方向に対向している押さえ枠404の内側側面に配置されている。側部連通孔404a,404b、404cは、開口領域が三角柱状に形成されている。
例えば、押さえ枠404は、板厚1cm、平面視外形60cm×70cm、内矩(内形)50cm×60cmの矩形(長方形)の枠状に形成され、対向する長い辺の部分に側部連通孔404aが形成されている。また、側部連通孔404aは、開口幅10cm、側部連通孔404bは、開口幅7cm、側部連通孔404cは、開口幅5cmに形成され、各々12cm離間して配置されている。側部連通孔(側部連通孔404a,側部連通孔404b,側部連通孔404c)は、ガス供給部107側ほど開口面積が広く、成膜室排気部108側ほど開口面積が狭く(小さく)なっている。この場合、押さえ枠404に形成されている側部連通孔の内側側面における開口は、成膜室排気部108に近づくほど離散的に狭くなっている。
このように形成された押さえ枠404においても、側部連通孔404a,404b、404cにより、成膜室102と排気部109で排気されている下部排気室103とが連通した状態となる。このため、基板載置台105により成膜室102と下部排気室103とが仕切られている状態でも、成膜室102が、側部連通孔404aを介して下部排気室103を排気する排気部109により排気される状態となる。
従って、ガス供給部107より導入されたガスは、従来同様に成膜室排気部108の側に流れていくとともに、側部連通孔404a,404b、404cの側にも流れていくようになる。この結果、導入されたガスが、基板載置台105の上に載置される基板Wの全域により均一に作用するようになり、より大きい基板に対してより均一に膜が形成できるようになる。また、開口領域を三角柱状とした側部連通孔404a,404b、404cは、押さえ枠404を一方向より切削すれば形成できるため、加工が容易である。
図5は、他の形態の押さえ枠504の構成例を示す斜視図(a),部分断面図(b),および平面図(c)である。押さえ枠504は、対向する内側側面の各々において、側部連通孔504a,504b、504cを備えるようにした。側部連通孔504a,504b、504cは、まず、押さえ枠504の内側側面と下部排気室103(図1)とを連通している。また、側部連通孔504aは、基板載置台105の表面に平行な平面において、対向しているガス供給部107から成膜室排気部108への主方向に垂直な副方向に対向している押さえ枠504の内側側面に配置されている。
例えば、押さえ枠504は、板厚1cm、平面視外形60cm×70cm、内矩(内形)50cm×60cmの矩形(長方形)の枠状に形成され、対向する長い辺の部分に側部連通孔504aが形成されている。また、側部連通孔504aは、開口幅10cm、側部連通孔504bは、開口幅7cm、側部連通孔504cは、開口幅5cmに形成され、各々12cm離間して配置されている。側部連通孔は、ガス供給部107側ほど開口面積が広く、成膜室排気部108側ほど開口面積が小さい。この場合も、押さえ枠504に形成されている側部連通孔の内側側面における開口は、成膜室排気部108に近づくほど離散的に狭くなっている。
このように形成された押さえ枠504においても、側部連通孔504a,504b、504cにより、成膜室102と排気部109で排気されている下部排気室103とが連通した状態となる。このため、基板載置台105により成膜室102と下部排気室103とが仕切られている状態でも、成膜室102が、側部連通孔504aを介して下部排気室103を排気する排気部109により排気される状態となる。
従って、ガス供給部107より導入されたガスは、従来同様に成膜室排気部108の側に流れていくとともに、側部連通孔504a,504b、504cの側にも流れていくようになる。この結果、導入されたガスが、基板載置台105の上に載置される基板Wの全域により均一に作用するようになり、より大きい基板に対してより均一に膜が形成できるようになる。
なお、図4および図5を用いて説明した構成においては、各側部連通孔のガス供給部107から成膜室排気部108への方向の長さを短くすることで、押さえ枠に形成されている側部連通孔の内側側面における開口が、成膜室排気部108に近づくほど離散的に狭くなるようにしたが、これに限るものではない。例えば、各側部連通孔の上下方向の長さを短くすることで、押さえ枠に形成されている側部連通孔の内側側面における開口が、成膜室排気部108に近づくほど離散的に狭くなるようにしてもよい。
また、2つの内側側面にそれぞれ1つの側部連通孔を設ける場合、前述では、開口の形状を三角形として連続的に狭くなるようにしたが、これに限るものではない。例えば、図6の側面図に示すように、押さえ枠604に段階的に階段状に狭くなる側部連通孔604aが形成されていてもよい。
また、押さえ枠の2つの内側側面における開口の形状は、円形および楕円形などであってもよく、三角形および矩形に限るものではない。また、内側側面に複数の側部連通孔を設ける場合も、開口の形状は、矩形に限るものではなく、三角形,円形,および楕円形などの形状であってもよい。例えば、図7に示すように、押さえ枠704が、対向する内側側面の各々において、開口形状が三角形の側部連通孔704a,704b、704cを備えるようにしてもよい。また、図8に示すように、押さえ枠804が、対向する内側側面の各々において、開口形状が楕円形の側部連通孔804a,804b、804cを備えるようにしてもよい。いずれにおいても、側部連通孔の内側側面における開口が、成膜室排気部に近づくほど狭くなっていればよい。
101…装置本体、102…成膜室、103…下部排気室、104…押さえ枠、104a…側部連通孔、105…基板載置台、106…載置台支持部、107…ガス供給部、108…成膜室排気部、109…排気部。
Claims (4)
- 密閉可能な減圧室を備えた装置本体と、
前記減圧室の上部に設けられた成膜室と、
前記減圧室の下部に設けられた下部排気室と、
前記下部排気室の側に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もに上下に移動する載置台支持部と、
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、前記基板載置台の上方への移動を制限する枠状の押さえ枠と、
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、前記成膜室の第1側部の側より前記成膜室に供給するガス供給部と、
前記成膜室の前記第1側部に対向する第2側部の側より前記成膜室の内部を排気する成膜室排気部と、
前記下部排気室を排気する排気部と
を少なくとも備え、
前記載置台支持部により上昇した前記基板載置台の周縁部が前記押さえ枠に当接することで、前記減圧室が前記成膜室と前記下部排気室とに区画され、
前記押さえ枠は、前記第1側部および前記第2側部に隣り合う第3側部および第4側部に形成された側部連通孔を備え、
この側部連通孔は、前記基板載置台により区画された状態で、前記成膜室と前記減圧室とを連通し、
前記側部連通孔の前記第3側部および前記第4側部における開口は、前記成膜室排気部の側ほど狭く形成されている
ことを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項1記載の薄膜形成装置において、
前記第3側部および前記第4側部にそれぞれ1つの前記側部連通孔が形成され、
前記側部連通孔の前記第3側部および前記第4側部における開口は、三角形状に形成されている
ことを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項1記載の薄膜形成装置において、
前記第3側部および前記第4側部にそれぞれ複数の前記側部連通孔が形成されている
ことを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜形成装置において、
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
ことを特徴とする薄膜形成装置。
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