JP2009197281A - 原子層成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスを効率的に使用できる中で、成膜速度が向上できるようにする。
【解決手段】動作制御部１２０の制御による枠駆動部１１１の動作で、押さえ枠１０４を装置本体１０１の内部方向へ前進させることで、基板載置台１０５の周縁部が押さえ枠１０４の下面に当接する状態とする。また、動作制御部１２０の制御による枠駆動部１１１の動作で、押さえ枠１０４を装置本体１０１の内部方向より後退させて一部が収容部１１３に収容した状態とすることで、基板載置台１０５の周縁部と押さえ枠１０４とを離間させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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膜装置に関する。

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（特許文献１，２，３参照）。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（ｎは２以上の整数）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。

このような特徴を備えた原子層成長方法を実現するための成膜装置は、例えば、図５に示すように、気相による膜の成長が行われる成膜チャンバー５０１と、成膜チャンバー５０１の内部に配置された加熱機構を備えた基板台５０２とを備える。基板台５０２は、支持部５０３により成膜チャンバー５０１内で支持されている。また、成膜チャンバー５０１は、排気機構５０４と、ガス供給機構５０５と、ガス供給機構５０５により導入されたガスを基板台５０２の上に均一に供給するシャワーヘッド５０６を備える。

図５に示す処理装置では、まず、処理対象の基板Ｗを基板台５０２の上に搬入し、成膜チャンバー５０１を密閉された状態とした後、基板台５０２の加熱機構により基板Ｗを所定温度に加熱した状態で、ガス供給機構５０５による所定のガスの供給と、排気機構５０４による排気と，ガス供給機構５０５によるパージガスの供給によるパージと、排気機構５０４による排気とを繰り返すことで、所望の薄膜が形成された状態としている。

特開２００３−３３８４９７号公報 特開２００４−０４７６６０号公報 特開２００５−１１３２６８号公報

ところで、製造コストの低減などの観点から、使用する原料のガスを効率よく使用して無駄を低減することが重要となる。例えば、吸着過程では、排気速度を小さくすれば原料ガスの供給量が少なくてもこの分圧を高くすることが可能となり、少ない原料ガス量で吸着過程における所定の反応を効率よく行わせることができる。ただし、原子層成長では、例えば１原子層分の吸着層が形成された後は、原料ガスの供給を停止して原料ガスの排気（パージ）を行うことになる。排気速度が小さいと、このパージの工程に多くの時間を要することになり、工程時間の増大を招き、強いては製造コストの増大を招いてしまう。

従って、吸着の工程では排気速度を小さくし、パージの工程では排気速度を大きくすれば、原料ガスの効率的な使用と、工程時間の短縮とが実現できることになる。ここで、一般に、排気速度の調節は、排気機構における圧力調節弁やバルブの開度の制御などで行うことになるが、これらの制御応答速度はあまり速くなく、迅速な切り替えができないため、例えば、パージを含めた原料ガスの交換に時間を要し、工程時間をあまり短縮できない。このように、従来の原子層成膜装置では、高速化が容易ではない問題があった。

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、ガスを効率的に使用できる中で、成膜速度が向上できるようにすることを目的とする。

本発明に係る原子層成膜装置は、密閉可能な真空容器を構成する装置本体と、装置本体の内部上側に設けられた成膜室と、装置本体の内部下側に設けられた下部排気室と、成膜室および下部排気室の境界位置に配置される枠状の押さえ枠と、下部排気室の内部を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、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に供給するガス供給部と、下部排気室に連通して装置本体の内部を排気する排気部と、押さえ枠と基板載置台とを相対的に移動させることで押さえ枠と基板載置台との距離を制御する動作制御部とを少なくとも備えるものである。

上記原子層成膜装置において、動作制御部は、成膜室に対するガスの供給時とガスの排気時とで、基板載置台と押さえ枠との距離を変化させる。

上記原子層成膜装置において、装置本体の側壁に形成されて押さえ枠の一部を収容する収容部と、押さえ枠の収容部への移動と装置本体の内部方向への移動を行う枠駆動部とを備え、動作制御部は、枠駆動部を制御して押さえ枠の装置本体の内部方向への移動を制御することで、基板載置台と押さえ枠との距離を変化させる。また、押さえ枠の上下方向の移動を行う枠駆動部を備え、動作制御部は、枠駆動部を制御して押さえ枠の上下方向への移動を制御することで、基板載置台と押さえ枠との距離を変化させる。

また、上記原子層成膜装置において、動作制御部は、基板載置台による載置台支持部の上下移動を制御することで、基板載置台と押さえ枠との距離を変化させる。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、押さえ枠と基板載置台とを相対的に移動させることで押さえ枠と基板載置台との距離を制御する動作制御部を備えるようにしたので、ガスを効率的に使用できる中で、成膜速度が向上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。

［実施の形態１］
始めに、本発明の実施の形態１について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における原子層成膜装置の構成を示す断面図である。また、図２は、本発明の実施の形態１における原子層成膜装置の一部構成を拡大して示す断面図（ａ），（ｂ）および平面図（ａ’），（ｂ’）である。この原子層成膜装置は、密閉可能な真空容器を構成している装置本体１０１と、装置本体１０１の内部上側に配置された成膜室１０２と、装置本体１０１の内部下側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Ｗが載置される基板載置台１０５が配置されている。基板載置台１０５は、載置台支持部１０６により下部排気室１０３の底部上に支持され、また、基板載置台１０５は、例えば、載置される基板Ｗを加熱する加熱機構を内蔵している。また、基板載置台１０５は、この周縁部が押さえ枠１０４に当接している。従って、基板載置台１０５と押さえ枠１０４とにより、装置本体１０１の内部が成膜室１０２と下部排気室１０３とに仕切られて（区画されて）いる。

なお、例えば、基板載置台１０５は、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）に移動可能とされていてもよい。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の上に載置可能とすることができる。また、例えば、載置台支持部１０６により基板載置台１０５を上方に移動させ、基板載置台１０５の周縁部が押さえ枠１０４に当接した状態とすることで、上述した区画された状態となる。

また、本実施の形態における原子層成膜装置は、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導入するガス供給機構１０７と、ガス供給機構１０７により導入されたガスを基板載置台１０５の上に均一に供給するシャワーヘッド１０８とを備える。また、本実施の形態における原子層成膜装置は、下部排気室１０３の領域に、装置本体１０１の内部を排気するための排気部１０９を備える。

なお、図示していないが、よく知られているように、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、ガス供給機構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（ＴＭＡ）などの原料ガスやオゾンなどの酸化ガス、また、アルゴン（Ａｒ）などのパージガスが供給可能とされている。

加えて、本実施の形態における原子層成膜装置は、枠駆動部１１１，連結部１１２，収容部１１３，および動作制御部１２０を備え、基板載置台１０５と押さえ枠１０４とを相対的に移動させるようにしている。枠駆動部１１１は、例えば、装置本体１０１の外部に配置されている。また、収容部１１３は、装置本体１０１の側壁に形成されている。

動作制御部１２０は、枠駆動部１１１の動作を制御することで、基板載置台１０５と押さえ枠１０４とを相対的に移動させる。この原子層成膜装置では、枠駆動部１１１に連結部１１２を介して押さえ枠１０４を連結し、動作制御部１２０の制御による枠駆動部１１１の動作で、押さえ枠１０４の一部を収容部１１３に収容可能としている。このように、本実施の形態の原子層成膜装置では、動作制御部１２０による枠駆動部１１１の動作制御により、基板載置台１０５と押さえ枠１０４とを相対的に移動させることで、互いの間隔（距離）を制御している。

本実施の形態における原子層成膜装置では、まず、図２（ａ）に示すように、動作制御部１２０の制御による枠駆動部１１１の動作で、押さえ枠１０４を装置本体１０１の内部方向へ前進させることで、基板載置台１０５の周縁部が押さえ枠１０４の下面に当接する状態とすることができる。ここで、押さえ枠１０４は、例えば、図２（ａ’）の平面図に示すように、平面視矩形状に構成され、矩形の各辺に対応する４つの部分から構成され、各々に枠駆動部１１１が連結部１１２を介して接続し、各々の箇所において収容部１１３が形成されている。上述したように、装置本体１０１の内部方向に前進させた状態では、各部分が所定の箇所で接続し、図２（ａ’）に示すように、押さえ枠１０４は一体の枠の状態となる。

この状態では、押さえ枠１０４および基板載置台１０５により成膜室と下部排気室１０３とが仕切られた状態となるが、この仕切られた状態は、成膜室１０２と下部排気室１０３とが完全に区画された状態ではない。この状態においても、押さえ枠１０４と基板載置台１０５の周縁部との間には隙間があり、この隙間により、成膜室１０２と下部排気室１０３とが連通した状態となっている。この隙間により、比較的高い流路抵抗を備えた状態で、成膜室１０２の内部が排気される状態となっている。言い換えると、この状態では、基板載置台１０５の周縁部と押さえ枠１０４との間の連通領域が狭く、高い流路抵抗を備えた状態となっている。

また、本実施の形態における原子層成膜装置では、図２（ｂ）に示すように、動作制御部１２０の制御による枠駆動部１１１の動作で、押さえ枠１０４の４分割した各部分を装置本体１０１の内部方向より後退させて一部が収容部１１３に収容した状態とすることで、基板載置台１０５の周縁部と押さえ枠１０４とを離間させることができる。ここで、押さえ枠１０４は、例えば、図２（ｂ’）の平面図に示すように、４つの部分が各々離間して分離した状態となる。この状態では、基板載置台１０５の周縁部と押さえ枠１０４との間の連通領域が広く、流路抵抗が低い状態となっている。このように、この実施の形態の原子層成膜装置では、載置台支持部１０６と押さえ枠１０４とは、動作制御部１２０の制御による相対的な移動により、互いの間隔（距離）が制御されている。

以上に説明したように、本実施の形態の原子層成膜装置においては、動作制御部１２０の制御により枠駆動部１１１を動作させ、この動作による収容部１１３の位置制御により、成膜室１０２内の排気速度を制御することができる。例えば、押さえ枠１０４を基板載置台１０５の周縁部領域に当接させて最も高い流路抵抗状態とすれば、成膜室１０２内の排気速度を最も遅い状態とすることができる。これに対し、押さえ枠１０４を後退させてこの一部を収容部１１３に収容させることで、押さえ枠１０４を基板載置台１０５の周縁部から離間させ、これらの間の連通領域における流路抵抗がほぼない状態とすれば、成膜室１０２内を、排気機構の排気能力内で最も速い排気速度で排気することができる。

なお、押さえ枠１０４の４分割した各部分に連結部１１２を介して枠駆動部１１１が連結されている必要はなく、例えば、枠駆動部１０４の対向する２つの部分に連結部１１２を介して枠駆動部１１１が連結され、これら２つの部分が、対応して形成されている収容部１１３に後退し、また、装置本体１０１の内部方向へ前進可能とされていてもよい。また、押さえ枠１０４の４分割した１つに連結部１１２を介して枠駆動部１１１が連結され、この１箇所が後退および前進可能とされていてもよい。いずれにしても、押さえ枠１０４の一部が移動することで、基板載置台１０５との距離が可変とされていれば、上述同様の効果が得られる。

次に、本実施の形態における原子層成膜装置を用いた原子層成膜方法の一例について説明する。まず、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。例えば、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、図示しないゲート部を開放状態とすれば、基板Ｗの搬入が可能である。

次に、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。ここでは、押さえ枠１０４を後退させてこの一部を収容部１１３に収容させることで、押さえ枠１０４を基板載置台１０５の周縁部から離間させ、押さえ枠１０４と基板載置台１０５の周縁部との間隔が広く開いた状態とし、成膜室１０２がより迅速に排気される状態とする。この排気により、例えば、成膜室１０２および下部排気室１０３を含む装置本体１０１内部が２〜３Ｐａ程度の圧力にされた状態とする。

この後、図２（ａ）に示すように、動作制御部１２０の制御による枠駆動部１１１の動作で、押さえ枠１０４を装置本体１０１の内部方向に前進させ、基板載置台１０５の周縁部が押さえ枠１０４の下面に当接した状態とする。このことにより、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。これは、図２（ａ）に示す状態である。この状態では、押さえ枠１０４と基板載置台１０５の周縁部との間隔（連通領域）が非常に狭い状態となっているため、成膜室１０２の排気速度は低くなっている。

次に、排気部１０９による排気を継続した状態で、ガス供給機構１０７からの所定のガスの供給により、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、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、ガス供給機構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する。この原料ガスの供給により、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、Ａｒ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。

ここで、成膜室１０２内は、押さえ枠１０４と基板載置台１０５の周縁部との隙間（連通領域）を介して排気されており、排気速度が小さくなっているので、少ない原料ガスの供給量で、所望とする内部圧力（原料ガス分圧）の状態とすることができる。例えば、原料ガスの供給により、成膜室１０２の内部が、圧力１００Ｐａ程度とする。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、図２（ｂ）に示すように、動作制御部１２０の制御により枠駆動部１１１を動作させて押さえ枠１０４を装置本体１０１の内部方向より後退させ、基板載置台１０５の周縁部と押さえ枠１０４との連通領域が広くされた状態とする。例えば、押さえ枠１０４と基板載置台１０５の周縁部とが１０ｍｍ程度離間した状態とする。このようにして、より高速に排気がされる状態で、ガス供給機構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。また、高速に排気される状態となっているため、より迅速にパージ処理が終了できる。

次に、前述同様に、動作制御部１２０の制御により枠駆動部１１１を動作させ、押さえ枠１０４を装置本体１０１の内部方向に前進させ、基板載置台１０５の周縁部が押さえ枠１０４の下面に当接した状態とする。このことにより、装置本体１０１内部が、成膜室１０２と下部排気室１０３とに仕切られた低速排気状態の状態となる。続いて、成膜室１０２の内部に、ガス供給機構１０７により酸化ガス（例えばオゾン）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。この場合においても、排気速度が小さくなっているので、少ない酸化ガスの供給量で、所望とする内部圧力（酸化ガス分圧）の状態とすることができる。

この後、前述と同様にすることで、高速排気状態とされた成膜室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、１００サイクル程度繰り返すことで、膜厚が１０ｎｍ程度の酸化アルミニウムの薄膜が形成できる。

以上に説明したように、この実施の形態における原子層成膜装置によれば、薄膜形成の過程において、吸着や酸化を行う工程においては、例えば、押さえ枠１０４を基板載置台１０５の周縁部に当接させることで、成膜室１０２の排気速度を低下させるようにしたので、原料ガスや酸化ガスをより効率的に使用できるようになる。また、パージの工程は、押さえ枠１０４を基板載置台１０５の周縁部から離間させることで成膜室１０２の排気速度を上昇させ、短時間で終了できるようにしたので、成膜速度の向上が図れる。このように、本実施の形態によれば、ガス供給時とこのガスの排気時とで、基板載置台１０５の周縁部と押さえ枠１０４との距離を、動作制御部１２０の制御による枠駆動部１１１の動作で変化させるようにしたので、ガスを効率的に使用できる中で、成膜速度が向上できるようになる。

また、本実施の形態によれば、成膜工程において、基板載置台１０５を上下するなどのように動かす必要がないため、装置の大型化に対応しやすい。装置が大型化すると、基板載置台も大きなものとなりまた重くなる。上述した基板台と押さえ枠との距離の制御は、各部分を微動させることになるが、大きな基板載置台を、上下方向に微動させることは容易ではない。また、基板載置台を上下させる場合は、成膜中に基板が上下移動することになり、異物付着などの問題が発生しやすい環境となる。しかしながら、本実施の形態によれば、成膜工程では、基板載置台１０５を上下動させるようなことがないため、上述した問題が基本的に発生しない。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図３は、本発明の実施の形態２における原子層成膜装置の一部構成を拡大して示す断面図（ａ），（ｂ）である。この原子層成膜装置は、まず、枠駆動部３０１を備える。枠駆動部３０１は、例えば、装置本体１０１の外部に配置されている。また、この原子層成膜装置では、枠駆動部３０１に、連結部３０２を介して連結する押さえ枠３０４を備える。例えば、押さえ枠３０４の対向する２つの辺に、各々連結部３０２を介して枠駆動部３０１が連結されている。この場合、２つの枠駆動部３０１を備えることになる。また、押さえ枠３０４の４つの辺に、各々連結部３０２を介して枠駆動部３０１が連結されていてもよい。この場合、４つの枠駆動部３０１を備えることになる。

加えて、本実施の形態の原子層成膜装置では、基板載置台１０５と押さえ枠３０４とを相対的に移動させることで、互いの間隔（距離）を制御する動作制御部３１０を備える。ここでは、動作制御部３１０は、枠駆動部３０１の動作を制御することで、基板載置台１０５と押さえ枠３０４とを相対的に移動させる。押さえ枠３０４は、動作制御部３１０に制御された枠駆動部３０１の動作により、装置本体１０１内部を、上下方向に移動可能とされている。なお、連結部３０２の中の、一端（上端）が押さえ枠３０４に接続している部分は、伸縮可能なチューブ３０３に収容され、この領域における装置本体１０１内部の真空状態を保護している。なお、他の構成は、図１および図２を用いて説明した原子層成膜装置と同様であり、説明を省略する。

本実施の形態における原子層成膜装置では、まず、図３（ａ）に示すように、動作制御部３１０に制御された枠駆動部３０１の動作により、押さえ枠３０４を装置本体１０１の下部方向に移動させることで、基板載置台１０５の周縁部が押さえ枠３０４の下面に当接する状態とすることができる。この状態では、前述同様に、基板載置台１０５の周縁部と押さえ枠３０４との間の連通領域が狭く、高い流路抵抗を備えた状態となっている。

また、本実施の形態における原子層成膜装置では、図３（ｂ）に示すように、動作制御部３１０に制御された枠駆動部３０１の動作により、押さえ枠３０４を装置本体１０１の上部方向に移動させることで、基板載置台１０５の周縁部と押さえ枠３０４とを離間させることができる。この状態では、基板載置台１０５の周縁部と押さえ枠３０４との間の連通領域が広く、流路抵抗が低い状態となっている。このように、この実施の形態の原子層成膜装置でも、載置台支持部１０６と押さえ枠３０４とは、動作制御部３１０の制御による相対的な移動により、互いの間隔（距離）が制御されている。

以上に説明したように、本実施の形態の原子層成膜装置においては、動作制御部３１０に制御された枠駆動部３０１の動作による押さえ枠３０４の位置制御により、成膜室１０２内の排気速度を制御することができる。例えば、押さえ枠３０４を下降させて基板載置台１０５の周縁部領域に当接させて最も高い流路抵抗状態とすれば、成膜室１０２内の排気速度を最も遅い状態とすることができる。これに対し、押さえ枠３０４を上昇させることで、押さえ枠３０４を基板載置台１０５の周縁部から離間させ、これらの間の連通領域における流路抵抗がほぼない状態とすれば、成膜室１０２内を、排気機構の排気能力内で最も速い排気速度で排気することができる。

従って、この実施の形態における原子層成膜装置においても、前述した薄膜形成の過程において、吸着や酸化を行う工程においては、例えば、押さえ枠３０４を基板載置台１０５の周縁部に当接させることで、成膜室１０２の排気速度を低下させるようにしたので、原料ガスや酸化ガスをより効率的に使用できるようになる。また、パージの工程は、押さえ枠３０４を基板載置台１０５の周縁部から離間させることで成膜室１０２の排気速度を上昇させ、短時間で終了できるようにしたので、成膜速度の向上が図れる。このように、本実施の形態によれば、ガス供給時とこのガスの排気時とで、基板載置台１０５の周縁部と押さえ枠３０４との距離を、動作制御部３１０の制御による枠駆動部３０１の動作で変化させるようにしたので、ガスを効率的に使用できる中で、成膜速度が向上できるようになる。

なお、押さえ枠３０４を各辺に４分割し、分割した各部分に連結部３０２を介して枠駆動部３０１を連結し、分割した各部分が個別に移動可能とされているようにしてもよい。また、４分割した押さえ枠３０４の対向する２つの部分に、連結部３０２を介して枠駆動部３０１を連結し、分割した各部分が個別に移動可能とされているようにしてもよい。この場合、押さえ枠３０４の対向する２つの辺の部分において、基板載置台１０５との間隔が可変されるようになる。この場合、例えば、枠駆動部３０１が連結していない他の２箇所の部分は、装置本体１０１に固定されていてもよい。同様に、押さえ枠３０４の１辺の部分だけに連結部３０２を介して枠駆動部３０１を連結して移動可能としてもよい。いずれにしても、押さえ枠３０４の一部が移動することで、基板載置台１０５との距離が可変とされていれば、上述同様の効果が得られる。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図４（ａ）および図４（ｂ）は、本発明の実施の形態３における原子層成膜装置の構成例を概略的に示す断面図である。本実施の形態における原子層成膜装置は、まず、密閉可能な真空容器を構成している装置本体４０１と、装置本体４０１内の上部に配置された成膜室４０２と、装置本体４０１内の下部に配置された下部排気室４０３と、成膜室４０２および下部排気室４０３の境界位置に配置された押さえ枠４０４とを備える。

また、装置本体４０１の内部には、下部排気室４０３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４０５が配置され、載置台支持部４０６により、下部排気室４０３の側から成膜室４０２の側への上下方向（基板載置台４０５平面の法線方向）に移動可能に支持されている。加えて、本実施の形態の原子層成膜装置では、基板載置台４０５と押さえ枠４０４とを相対的に移動させることで、互いの間隔（距離）を制御する動作制御部４１０を備える。

ここでは、動作制御部４１０は、載置台支持部４０６の動作を制御することで、基板載置台４０５と押さえ枠４０４とを相対的に移動させる。例えば、動作制御部４１０の制御による載置台支持部４０６の動作により基板載置台４０５を下方に移動することで、装置本体４０１の下部排気室４０３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４０５の上に載置可能としている。なお、基板載置台４０５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４０６の動作により上下に移動する基板載置台４０５は、この上方への移動が、押さえ枠４０４により制限されている。例えば、載置台支持部４０６の動作により基板載置台４０５を上方に移動させると、基板載置台４０５の周縁部（周端部）が押さえ枠４０４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４０６の動作により、周縁部領域が押さえ枠４０４に当接するまで基板載置台４０５を上方に移動することで、装置本体４０１の内部が、成膜室４０２と下部排気室４０３とに仕切られる（区画される）状態となる。

ここで、この仕切られた状態は、成膜室４０２と下部排気室４０３とが完全に区画された状態ではなく、押さえ枠４０４と基板載置台４０５の周縁部との間には隙間があり、この隙間により、成膜室４０２と下部排気室４０３とが連通した状態となっている。この隙間により、比較的高い流路抵抗を備えた状態で、成膜室４０２の内部が排気される状態となっている。また、載置台支持部４０６の動作により、基板載置台４０５を下方に移動させることで、押さえ枠４０４と基板載置台４０５の周縁部との間隔をより大きくし、この領域における流路抵抗を低くすることができる。

従って、動作制御部４１０の制御による載置台支持部４０６の動作で基板載置台４０５の上下位置を制御することにより、成膜室４０２内の排気速度を制御することができる。例えば、基板載置台４０５の周縁部領域が押さえ枠４０４に当接した状態として最も高い流路抵抗状態とすれば、成膜室４０２内の排気速度を最も遅い状態とすることができる。これに対し、基板載置台４０５を下方に移動させて基板載置台４０５の周縁部と押さえ枠４０４とを離間させ、これらの間の連通領域における流路抵抗がほぼない状態とすれば、成膜室４０２内を、後述する排気機構の排気能力内で最も速い排気速度で排気することができる。

このように、本実施の形態の原子層成膜装置では、動作制御部４１０による載置台支持部４０６の動作制御で、押さえ枠４０４と基板載置台４０５の周縁部との間隔を制御するようにした。言い換えると、載置台支持部４０６と押さえ枠４０４とは、動作制御部４１０の制御による相対的な移動により、互いの間隔（距離）が制御されている。

また、本実施の形態における原子層成膜装置は、基板載置台４０５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導入するガス供給機構４０７と、ガス供給機構４０７により導入されたガスを基板載置台４０５の上に均一に供給するシャワーヘッド４０８とを備える。また、本実施の形態における原子層成膜装置は、下部排気室４０３の領域に、装置本体４０１の内部を排気するための排気部４０９を備える。

なお、図示していないが、よく知られているように、排気部４０９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、ガス供給機構４０７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、ＴＭＡなどの原料ガスやオゾンなどの酸化ガス、また、Ａｒなどのパージガスが供給可能とされている。

次に、本実施の形態における原子層成膜装置を用いた原子層成膜方法の一例について説明する。動作制御部４１０の制御による載置台支持部４０６の動作により基板載置台４０５を装置本体４０１の下方に移動させ、また、図示しないゲート部を開放状態とし、基板載置台４０５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。ここで、載置台支持部４０６は、上述した基板Ｗの搬入位置までの基板載置台４０５の下降と、後述する成膜状態となるまでの基板載置台４０５の上昇とを基本的な動作とするものである。

次に、上記ゲート部を閉じた状態として装置本体４０１の内部が密閉された状態とし、また、排気部４０９により成膜室４０２および下部排気室４０３を含む装置本体４０１の内部が、所定の圧力にまで減圧された状態とする。このとき、押さえ枠４０４と基板載置台４０５の周縁部との間隔が広く開いているため、より迅速な排気が可能となる。この排気により、例えば、成膜室４０２および下部排気室４０３を含む装置本体４０１内部が２〜３Ｐａ程度の圧力にされた状態とする。

この後、動作制御部４１０に制御された載置台支持部４０６の動作により、基板載置台４０５を、装置本体４０１の上方（成膜室４０２の方向）に、周縁部領域が押さえ枠４０４に当接するまで移動させ、装置本体４０１内部が、成膜室４０２と下部排気室４０３とに仕切られた状態とする。これは、図４（ａ）に示す状態である。この状態では、押さえ枠４０４と基板載置台４０５の周縁部との間隔（連通領域）が非常に狭い状態となっているため、成膜室４０２の排気速度は低くなっている。

次に、排気部４０９による排気を継続した状態で、ガス供給機構４０７からの所定のガスの供給により、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、基板載置台４０５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、ガス供給機構４０７により、成膜室４０２の内部に原料ガス（吸着ガス）として例えば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する。この原料ガスの供給により、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、Ａｒ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。

ここで、成膜室４０２内は、押さえ枠４０４と基板載置台４０５の周縁部との隙間を介して排気されており、排気速度が小さくなっているので、少ない原料ガスの供給量で、所望とする内部圧力（原料ガス分圧）の状態とすることができる。例えば、原料ガスの供給により、成膜室４０２の内部が、圧力１００Ｐａ程度とする。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、図４（ｂ）に示すように、動作制御部４１０の制御により載置台支持部４０６を動作させて基板載置台４０５を装置本体４０１の下方に移動させ、押さえ枠４０４と基板載置台４０５の周縁部との間隔（連通領域）が広くされた状態とする。例えば、押さえ枠４０４と基板載置台４０５の周縁部とが１０ｍｍ程度離間した状態とする。このようにして、より高速に排気がされる状態で、ガス供給機構４０７により例えばＡｒや窒素などのパージガスが成膜室４０２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４０２の内部から除去された状態となる。また、高速に排気される状態となっているため、より迅速にパージ処理が終了できる。

次に、前述同様に、動作制御部４１０の制御により載置台支持部４０６を動作させ、基板載置台４０５を装置本体４０１の上方に、周縁部領域が押さえ枠４０４に当接するまで移動させ、装置本体４０１内部が、成膜室４０２と下部排気室４０３とに仕切られた低速排気状態の状態とする。続いて、成膜室４０２の内部に、ガス供給機構４０７により酸化ガス（例えばオゾン）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。この場合においても、排気速度が小さくなっているので、少ない酸化ガスの供給量で、所望とする内部圧力（酸化ガス分圧）の状態とすることができる。

この後、前述と同様にすることで、高速排気状態とされた成膜室４０２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、１００サイクル程度繰り返すことで、膜厚が１０ｎｍ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原子層成膜装置によれば、上述した薄膜形成の過程において、吸着や酸化を行う工程においては、例えば、基板載置台４０５の周縁部を押さえ枠４０４に当接させ、これらの間隔（連通領域）を狭くして、成膜室４０２の排気速度を低下させるようにしたので、原料ガスや酸化ガスをより効率的に使用できるようになる。また、パージの工程は、基板載置台４０５の周縁部と押さえ枠４０４とを離間させることで成膜室４０２の排気速度を上昇させ、短時間で終了できるようにしたので、成膜速度の向上が図れる。このように、本実施の形態によれば、成膜室４０２に対するガス供給時とこのガスの排気時とで、基板載置台４０５の周縁部と押さえ枠４０４との距離を、動作制御部４１０の制御により変化させるようにしたので、ガスを効率的に使用できる中で、成膜速度が向上できるようになる。

本発明の実施の形態１における原子層成膜装置の構成例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における原子層成膜装置の一部構成を拡大して示す断面図（ａ），（ｂ）および平面図（ａ’），（ｂ’）である。 本発明の実施の形態２における原子層成膜装置の一部構成を拡大して示す断面図（ａ），（ｂ）である。 本発明の実施の形態３における原子層成膜装置の一部構成を拡大して示す断面図である。 従来よりある原子層成膜装置の構成例を示す構成図である。

符号の説明

１０１…装置本体、１０２…成膜室、１０３…下部排気室、１０４…押さえ枠、１０５…基板載置台、１０６…載置台支持部、１０７…ガス供給機構、１０８…シャワーヘッド、１０９…排気部、１１１…枠駆動部、１１２…連結部、１１３…収容部、１２０…動作制御部。

Claims (6)

1. 密閉可能な真空容器を構成している装置本体と、
   前記装置本体の内部上側に設けられた成膜室と、
   前記装置本体の内部下側に設けられた下部排気室と、
   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る枠状の押さえ枠と、
   前記下部排気室の内部を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に供給するガス供給部と、
   前記下部排気室に連通して前記装置本体の内部を排気する排気部と、
   前記押さえ枠と前記基板載置台とを相対的に移動させることで前記押さえ枠と前記基板載置台との距離を制御する動作制御部と、
   を少なくとも備えることを特徴とする原子層成膜装置。
2. 請求項１記載の原子層成膜装置において、
   前記動作制御部は、前記成膜室に対する前記ガスの供給時と前記ガスの排気時とで、前記基板載置台と前記押さえ枠との距離を変化させる
   ことを特徴とする原子層成膜装置。
3. 請求項１または２記載の原子層成膜装置において、
   前記装置本体の側壁に形成されて前記押さえ枠の一部を収容する収容部と、
   前記押さえ枠の前記収容部への移動と前記装置本体の内部方向への移動を行う枠駆動部と
   を備え、
   前記動作制御部は、前記枠駆動部を制御して前記押さえ枠の前記装置本体の内部方向への移動を制御することで、前記基板載置台と前記押さえ枠との距離を変化させる
   ことを特徴とする原子層成膜装置。
4. 請求項１または２記載の原子層成膜装置において、
   前記押さえ枠の上下方向の移動を行う枠駆動部を備え、
   前記動作制御部は、前記枠駆動部を制御して前記押さえ枠の上下方向への移動を制御することで、前記基板載置台と前記押さえ枠との距離を変化させる
   ことを特徴とする原子層成膜装置。
5. 請求項１または２記載の原子層成膜装置において、
   前記動作制御部は、前記基板載置台による前記載置台支持部の上下移動を制御することで、前記基板載置台と前記押さえ枠との距離を変化させる
   ことを特徴とする原子層成膜装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の原子層成膜装置において、
   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
   ことを特徴とする原子層成膜装置。
   

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