JP2009191311A - Atomic layer deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an atomic layer growth (hereinafter abbreviated as ALD (Atomic Layer Deposition)) apparatus for forming a thin film in units of atomic layers on a substrate.
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。 In the ALD method, two types of gas mainly composed of elements constituting a film to be formed are alternately supplied onto a film formation target substrate, and a thin film is formed on the substrate in units of atomic layers repeatedly several times. This is a thin film forming technique for forming a film having a desired thickness. For example, when a SiO 2 film is formed on a substrate, a source gas containing Si and an oxidizing gas containing O are used. Further, when a nitride film is formed on the substrate, a nitriding gas is used instead of the oxidizing gas.
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。 In the ALD method, only one layer or several layers of source gas are adsorbed on the substrate surface while the source gas is supplied, and the excess source gas does not contribute to growth. This is called growth self-stopping action (self-limiting function).
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。 The ALD method has high step coverage and film thickness controllability compared to the general CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and is suitable for the formation of capacitors for memory elements and insulating films called “high-k gates”. Practical use is expected. In addition, since an insulating film can be formed at a low temperature of about 300 ° C., application to formation of a gate insulating film of a thin film transistor of a display device using a glass substrate such as a liquid crystal display is expected.
以下、従来のALD装置について説明する。 Hereinafter, a conventional ALD apparatus will be described.
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。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a conventional ALD apparatus. The ALD
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。
The
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。
As shown in a plan view from above in FIG. 5, the
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。
Each
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。
The
次に、ALD装置70の成膜時の動作を説明する。
Next, the operation of the
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。
At the time of film formation, the
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。
For example, when an SiO 2 film is formed on the substrate surface, after the inside of the
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。
Subsequently, the supply of the source gas is stopped, and an excess source gas other than the source gas adsorbed on the surface of the
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。
Subsequently, the oxidizing gas is supplied from the
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。
Thereafter, the supply of oxidizing gas and the supply of high-frequency power to the
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。
As described above, the SiO 2 film is formed on the
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。
As in the
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。 An object of the present invention is to provide an atomic layer growth apparatus that can solve the problems of the prior art and improve the uniformity of the film quality and deposition rate of a film formed on a substrate.
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。
In order to achieve the above object, the present invention provides an atomic layer growth apparatus for forming an oxide film on a substrate by generating plasma using an oxidizing gas,
A film forming container to which a source gas and an oxidizing gas are supplied, an antenna array in which a plurality of rod-shaped antenna elements for generating plasma in the film forming container are arranged in parallel, and the substrate are mounted. A substrate stage,
In the film formation container, a shower head for supplying an oxidizing gas from the upper side to the lower side of the film formation container through a plurality of holes provided intermittently, A shielding plate for suppressing the gas flow of the oxidizing gas supplied through the holes is provided in order from the upper side to the lower side of the film formation container,
A plurality of antenna elements of the antenna array are provided between the shower head and the shielding plate in parallel to the surface of the substrate stage,
Each of the plurality of antenna elements is provided to be shifted in the lateral direction of the film formation container so as not to come directly below the plurality of holes for supplying the oxidizing gas of the shower head,
The shield plate is provided with slits intermittently according to the rod-like shape of the plurality of antenna elements so that the plurality of antenna elements are visible when viewed from the substrate stage side. An atomic layer growth apparatus is provided.
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。
The present invention also relates to an atomic layer growth apparatus for forming a nitride film on a substrate by generating plasma using a nitriding gas,
A film forming container to which a source gas and a nitriding gas are supplied, an antenna array in which a plurality of rod-shaped antenna elements for generating plasma in the film forming container are arranged in parallel, and the substrate are mounted. A substrate stage,
In the film formation container, a shower head that supplies a nitriding gas from the upper side to the lower side of the film formation container through a plurality of holes provided intermittently; A shielding plate that suppresses the gas flow of the nitriding gas supplied through the holes is provided in order from the upper side to the lower side of the film formation container,
A plurality of antenna elements of the antenna array are provided between the shower head and the shielding plate in parallel to the surface of the substrate stage,
Each of the plurality of antenna elements is provided to be shifted in the lateral direction of the film formation container so as not to come directly under the plurality of holes for supplying the nitriding gas of the shower head,
The shield plate is provided with slits intermittently according to the rod-like shape of the plurality of antenna elements so that the plurality of antenna elements are visible when viewed from the substrate stage side. An atomic layer growth apparatus is provided.
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。 Here, the slit of the shield plate has a trapezoidal shape so that the opening area on the substrate stage side is narrower than the opening area on the shower head side. It is preferable.
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。 Further, it is preferable that the surface of the shielding plate on the substrate stage side is flush with the surface.
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。 The plurality of antenna elements are arranged so that the feeding positions between adjacent antenna elements are opposite to each other, and each of the openings of the shielding plate has a feeding end of each of the plurality of antenna elements. It is preferable that they are formed in a cutout shape alternately from the side toward the tip end side.
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。 Further, the substrate stage side surface of each of the plurality of antenna elements is disposed at substantially the same position as the substrate stage side surface of the shielding plate, or at a position above the substrate stage side surface of the shielding plate. It is preferable that
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。 According to the present invention, since the shielding plate is provided, the radical species of the oxidizing gas or the nitriding gas are prevented from being directly sprayed on the substrate, and the gas is allowed to flow in a high plasma density region near the antenna. It is possible to promote the gasification of the gas or nitriding gas. Thereby, it is possible to improve the film quality of the film formed on the substrate and to improve the uniformity of the film formation rate.
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。 Hereinafter, an atomic layer growth apparatus of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
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。
FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment showing a configuration of an ALD apparatus of the present invention. The
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。
The
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。
Here, the
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。
On the other hand, the
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。
Although not shown, an on-off valve (for example, an electromagnetic valve) for controlling conduction between the
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。
When the source gas is supplied from the
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。
The
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。
The
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。
The oxidizing gas supplied from the
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。
The
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。
As shown in the plan view from above in FIG. 5, the high frequency power (high frequency current) in the VHF band (for example, 80 MHz) generated by the high frequency
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。
The
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。
Each
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。
The electric field strength in the longitudinal direction of the
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。
Each
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。
The
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。
The shielding
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。
In other words, the
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。
As shown in a plan view from above in FIG. 2, the shielding
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。
In the example of FIG. 1, each opening 52 is formed in a cutout shape alternately from the feeding end side to the tip end side of each of the plurality of
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。
Further, as shown in FIG. 3, the shielding
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。
Here, since the
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。
The shielding
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。
By providing the shielding
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。
The
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。
When the
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。
That is, as shown in FIG. 1, the lower wall of the film formation container 12 (film formation chamber 48) including the upper surface of the
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。
On the other hand, when the
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。
Next, the operation of the
The following description is an example in the case where a SiO 2 film is formed on the surface of the
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。
During film formation, the
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。
A source gas containing Si is supplied from the
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。
Subsequently, the supply of the source gas is stopped, and surplus source gas other than the source gas adsorbed on the surface of the
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。
Subsequently, an oxidizing gas is supplied from the
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。
At this time, as described above, the oxidizing gas introduced through the holes of the
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。
Thereafter, the supply of the oxidizing gas and the supply of high-frequency power to the antenna element 26 (that is, the generation of plasma) are stopped, and excess oxidizing gas, reaction products, etc. that do not contribute to oxidation are removed from the
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。
As described above, the SiO 2 film is formed on the
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。 Note that the film formed in the present invention is not limited at all. The source gas should be appropriately determined according to the film to be formed.
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。 For example, when forming an oxide film on the substrate, an oxidizing gas containing O is used as one of the reactive gases, and when forming a nitride film, a nitriding gas containing N is used as one of the reactive gases. When forming an oxide film, the source gas is a reaction gas mainly containing an element other than O among elements constituting the oxide film to be formed. In addition, when forming a nitride film, the source gas is a reaction gas mainly composed of an element other than N among elements constituting the nitride film to be formed.
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。 In the ALD apparatus of the present invention, when a film is formed on a substrate, the source gas is supplied in the horizontal direction from the gas supply unit into the film formation container. On the other hand, the oxidizing gas is supplied from the gas supply unit into the film forming container in the vertical direction. At this time, the pressure, temperature, processing time, gas flow rate, and the like in the film formation container should be appropriately determined according to the type of film to be formed, the dimensions of the film formation container, the substrate, and the like, and are limited to the above embodiment. Not.
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。 Although the number of antenna elements is not limited, it is desirable to arrange the feeding positions between adjacent antenna elements so that the feeding positions are on opposite side walls in consideration of the uniformity of the generated plasma. Further, there are no particular restrictions on the arrangement and dimensions of the antenna elements.
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。 The shielding plate is not limited to a trapezoidal shape but may have any cross-sectional shape as long as it prevents the oxidizing gas from being directly sprayed onto the substrate and can guide the oxidizing gas evenly toward the antenna element. The width of the opening of the shielding plate may be formed so that at least a part of the surface of the antenna element on the substrate stage side is exposed along the longitudinal direction of the antenna element. Moreover, it is not essential to make the opening of the shielding plate a notch, and for example, a configuration may be adopted in which individual shielding members separated are disposed between adjacent antenna elements.
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。
In the ALD apparatus of the present invention, the
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。
The present invention is basically as described above.
Although the atomic layer growth apparatus of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes may be made without departing from the spirit of the present invention. It is.
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
10,70 Atomic layer growth equipment (ALD equipment)
DESCRIPTION OF
44
Claims (6)
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。 An atomic layer growth apparatus that forms an oxide film on a substrate by generating plasma using an oxidizing gas,
A film forming container to which a source gas and an oxidizing gas are supplied, an antenna array in which a plurality of rod-shaped antenna elements for generating plasma in the film forming container are arranged in parallel, and the substrate are mounted. A substrate stage,
In the film formation container, a shower head for supplying an oxidizing gas from the upper side to the lower side of the film formation container through a plurality of holes provided intermittently, A shielding plate for suppressing the gas flow of the oxidizing gas supplied through the holes is provided in order from the upper side to the lower side of the film formation container,
A plurality of antenna elements of the antenna array are provided between the shower head and the shielding plate in parallel to the surface of the substrate stage,
Each of the plurality of antenna elements is provided to be shifted in the lateral direction of the film formation container so as not to come directly below the plurality of holes for supplying the oxidizing gas of the shower head,
The shield plate is provided with slits intermittently according to the rod-like shape of the plurality of antenna elements so that the plurality of antenna elements are visible when viewed from the substrate stage side. An atomic layer growth device.
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。 An atomic layer growth apparatus for forming a nitride film on a substrate by generating plasma using a nitriding gas,
A film forming container to which a source gas and a nitriding gas are supplied, an antenna array in which a plurality of rod-shaped antenna elements for generating plasma in the film forming container are arranged in parallel, and the substrate are mounted. A substrate stage,
In the film formation container, a shower head that supplies a nitriding gas from the upper side to the lower side of the film formation container through a plurality of holes provided intermittently; A shielding plate that suppresses the gas flow of the nitriding gas supplied through the holes is provided in order from the upper side to the lower side of the film formation container,
A plurality of antenna elements of the antenna array are provided between the shower head and the shielding plate in parallel to the surface of the substrate stage,
Each of the plurality of antenna elements is provided to be shifted in the lateral direction of the film formation container so as not to come directly under the plurality of holes for supplying the nitriding gas of the shower head,
The shield plate is provided with slits intermittently according to the rod-like shape of the plurality of antenna elements so that the plurality of antenna elements are visible when viewed from the substrate stage side. An atomic layer growth device.
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