JP2010182860A

JP2010182860A - 原子層成長装置

Info

Publication number: JP2010182860A
Application number: JP2009024732A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Hattori; 望服部
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-08-19

Abstract

【課題】装置から取り外せない部分におけるパーティクルの発生を抑制するためにかかる時間とコストを低減する。
【解決手段】連通部１０８、ガス導入部１０９，および排気連通部１１０などの、成膜部１０３に連通する空間に接する面に、金属溶射被覆部１３１を備える。例えば、金属溶射被覆部１３１は、シール部１１４の領域にも形成されている。金属溶射被膜部１３１は、例えば、アルミニウムを溶射することで形成したものであり、例えば、中心線平均粗さＲａが１０〜２０μｍ程度に形成されている。また、金属溶射被膜部１３１は、膜厚５０μｍ程度の形成されている。
【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原子層成長装置に関する。

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、原子層成長（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）法が、注目されている。原子層成長法は、形成対象の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。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（基板が延在する方向に）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。

特開平９−２７２９７９号公報、特許請求の範囲、段落０００３，０００４特開２００６−３５１６５５号公報、段落０００２特開平１１−０９７４３４号公報、段落０００４

ところで、上述したような成長装置では、供給される原料（ガス）が装置内壁にも接するため、内壁に堆積物が付着していく。この堆積物が多くなると、堆積物の剥がれによるパーティクルが発生しやすくなり、これが製品に付着して異物となることにより製品の収率（歩留まり）が低下する。このため、装置内部のクリーニングが重要となり、様々な方法が提案されている（特許文献１，２，３参照）。

この中で、プラズマを用いたドライクリーニングは、実施が容易であるため、多くの方法が提案されていある。しかしながら、プラズマを用いたドライクリーニングでは、プラズマを生成する機構がない場合や、プラズマでは堆積物の除去が容易ではないアルミナ成膜などの場合適用させることが容易ではない。このような場合は、溶液を用いたクリーニングや、物理的な衝撃による除去などが行われる。これらのクリーニングでは、例えば、クリーニング対象の部分を装置本体より取り外して行う。

しかしながら、一般に、成膜部を取り外すことは容易であるが、成膜室につながるガスの供給部や、排気部は、装置本体より取り外すことが容易ではない。このため、これらの取り外すことが容易ではない部分は、装置本体に接続した状態でクリーニングを行わなければならず、クリーニングが容易ではないという問題がある。特に、前述したような基板の大型化に伴い装置が大型化すると、装置本体より取り外すことができない部分のクリーニングには、多くの時間とコストがかかってしまう。

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、装置から取り外せない部分におけるパーティクルの発生を抑制するためにかかる時間とコストを低減することを目的とする。

本発明に係る原子層成長装置は、成膜対象の基板が配置され、成膜に用いるガスが一端より供給されて他端より排気される成膜部と、この成膜部の一端に接続するガス導入部と、成膜部の他端に接続する排気連通部と、成膜部の内部を加熱する加熱手段と、ガス導入部にガスを供給するガス供給手段と、排気連通部に接続する排気手段と、ガス導入部および排気連通部の成膜部に連通する空間に接する面に形成された金属溶射被膜とを少なくとも備え、成膜部は、ガス導入部および排気連通部に対して着脱可能とされている。

上記原子層成長装置において、基板を搬入するための基板搬入部とガス導入部とを連通させる連通部と、この連通部の成膜部に連通する空間に接する面に形成された金属溶射被膜を備えるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、ガス導入部および排気連通部の成膜部に連通する空間に接する面に形成された金属溶射被膜とを少なくとも備えるようにしたので、装置から取り外せない部分におけるパーティクルの発生が抑制できるようになるという優れた効果が得られる。

本発明の実施の形態における原子層成長装置の構成を示す構成図である。本発明の実施の形態における原子層成長装置の構成を示す構成図である。

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原子層成長装置の構成例を示す構成図である。図１では、主要な部分については、断面を示している。本原子層成長装置は、装置本体上部１０１と装置本体下部１０２とを備える。これらによる装置本体内部には、まず、成膜対象の基板（不図示）が配置され、ガスが一端より供給されて他端より排気される成膜部１０３を備える。図１は、基板を横に配置する場合について例示しており、本例では、成膜に用いるガスが基板の延在する方向に流れるように、紙面右側より紙面左側にかけて流れていく。なお、基板を横に置くものに限るものではない。成膜部１０３は、例えば石英から構成されている。

また、成膜部１０３の下部には下部ヒータ１０４ａを備え、成膜部１０３の上部には、上部ヒータ１０４ｂを備える。また、成膜部１０３の一端側の装置本体外部には、ゲート１０５を備える基板搬入部１０６が配置されている。基板搬入部１０６は、連通部１０７により装置本体に接続されている。ゲート１０５を開け、成膜対象の基板を成膜部１０３に搬入し、基板を搬入した後、ゲート１０５を閉じる。また、基板の上に膜を形成した後、ゲート１０５を開けて基板を搬出し、この後ゲート１０５を閉じる。

また、装置本体の内部において、成膜部１０３の一端には、ガス導入部１０９が接続している。また、ガス導入部１０９は、連通部１０８および装置本体側部の連通孔により、装置本体外側の連通部１０７に接続している。一方、装置本体の内部において、成膜部１０３の他端には、排気連通部１１０が接続している。ここで、本実施の形態では、排気連通部１１０は、上述した一連の接続方向に伸縮可能とされている。また、連通部１０７，連通部１０８，ガス導入部１０９，および排気連通部１１０は、例えば、ステンレス鋼から構成されている。

また、下部ヒータ１０４ａおよび成膜部１０３は、支持機構１１１により支持台１１２の上に支持されている。また、排気連通部１１０は、装置本体側部の連通孔を介して排気管１１３に接続している。加えて、排気管１１３は、真空ポンプ１２２に接続している。

また、基板搬入部１０６と連通部１０７、連通部１０７と装置本体側部外側、装置本体側部内側と連通部１０８、連通部１０８とガス導入部１０９、ガス導入部１０９と成膜部１０３、成膜部１０３と排気連通部１１０、排気連通部１１０と装置本体側部内側は、オーリングが配置されて気密に構成されたシール部１１４を介して接続されている。また、ガス導入部１０９には、ガス供給管１１５が接続され、ガス供給部１２１より供給された成膜に用いるガスが導入可能とされている。

また、この原子層成長装置は、支持台１１２を装置本体下部１０２より離間させる（下降させる）ことで、下部ヒータ１０４ａとともに成膜部１０３を装置本体より取り外すことができる。これにより、成膜部１０３は、ガス導入部１０９および排気連通部１１０より離脱する。また、支持台１１２を上昇させて装置本体下部１０２に接続することで、成膜部１０３を、ガス導入部１０９および排気連通部１１０に接続させることができる。このように、成膜部１０３は、ガス導入部１０９および排気連通部１１０に対して着脱可能とされている。

加えて、本実施の形態における原子層成長装置は、連通部１０８、ガス導入部１０９，および排気連通部１１０などの、成膜部１０３に連通する空間に接する面に、金属溶射被膜１３１を備える。例えば、金属溶射被膜１３１は、オーリングなどを除き、シール部１１４の領域にも形成されている。また、連通部１０７や排気管１１３、および装置本体の両側部の連通孔に金属溶射被膜が形成されていてもよい。金属溶射被膜部１３１は、例えば、アルミニウムなどの金属材料を溶射することで形成（金属溶射被覆）したものである。金属材料を加熱して溶融または軟化し、これらを微粒子状にして被膜形成領域に衝突させることで、金属溶射被膜部１３１が形成できる。この、金属溶射被膜部１３１は、膜厚１５０μｍ程度、表面の中心線平均粗さＲａが、例えば、１０〜２０μｍ程度に形成されている。

このように、連通部１０８、ガス導入部１０９，および排気連通部１１０の内面（内壁）に、表面に凹凸を備える金属溶射被膜部１３１を形成したので、その表面積が増大し、生産（成膜）に伴い内面に付着する堆積物が剥がれにくくなり、パーティクルの発生が抑制できるようになる。

例えば、トリメチルアルミニウムおよびオゾンなどの酸化ガスを用いた公知の原子層成長により、Ａｌ₂Ｏ₃膜を形成する場合について考える。この場合、装置の内壁には、酸化アルミニウムが堆積物として形成されるようになる。上述したように金属溶射被膜を形成していない成膜部１０３においては、内壁に膜厚５μｍ程度の堆積物の膜が形成されると、堆積物膜の剥がれによるパーティクルの発生が確認されるようになる。このため、一般には、内壁に膜厚５μｍ程度の堆積物膜が形成される毎に、支持台１１２を下降させ、ガス導入部１０９および排気連通部１１０より成膜部１０３を離脱させて装置本体より取り出し、よく知られた洗浄（クリーニング）により成膜部１０３の内壁の堆積膜を除去している。この洗浄では、まず、堆積物が溶解する洗浄溶液に、成膜部１０３を所定時間浸漬する。ついで、堆積物が除去された後、洗浄溶液より成膜部１０３を取り出し、溶剤などにより成膜部１０３より洗浄溶液を除去して乾燥する。

しかしながら、連通部１０８、ガス導入部１０９，および排気連通部１１０などは、装置本体より取り外すことが容易ではないため、装置本体に装着された状態で洗浄することになる。装置本体より取り外すことができない部分は、例えば、まず、手作業で研磨するなどにより堆積物を除去する。この後、アルコールなどの溶剤を用い、研磨した領域より研磨かすなどを拭き取るようにしている。このように装置本体に装着された状態で上述したような堆積物の除去・洗浄を行うことは、容易ではなく、また、コストの上昇を招いている。これに対し、本実施の形態によれば、金属溶射被膜部１３１を形成したので、上述したような堆積物膜が膜厚１００μｍを超えて堆積されるまでは、パーティクルの発生が確認されない。

この結果、本実施の形態によれば、上述したような洗浄を、内壁に膜厚１００μｍ程度の堆積物膜が形成される毎に行えばよいことになる。言い換えると、本実施の形態によれば、連通部１０８、ガス導入部１０９，および排気連通部１１０などの装置本体に装着された状態で洗浄を行う部分の洗浄頻度を少なくすることができ、洗浄に要する時間やコストなどを低減させることができるようになる。

１０１…装置本体上部、１０２…装置本体下部、１０３…成膜部、１０４ａ…下部ヒータ、１０４ｂ…上部ヒータ、１０５…ゲート、１０６…基板搬入部、１０７…連通部、１０８…連通部、１０９…ガス導入部、１１０…排気連通部、１１１…支持機構、１１２…真空ポンプ、１１３…排気管、１１４…シール部、１１５…ガス供給管、１２１…ガス供給部、１２２…真空ポンプ、１３１…金属溶射被膜。

Claims

成膜対象の基板が配置され、成膜に用いるガスが一端より供給されて他端より排気される成膜部と、
この成膜部の前記一端に接続するガス導入部と、
前記成膜部の前記他端に接続する排気連通部と、
前記成膜部の内部を加熱する加熱手段と、
前記ガス導入部に前記ガスを供給するガス供給手段と、
前記排気連通部に接続する排気手段と、
前記ガス導入部および前記排気連通部の前記成膜部に連通する空間に接する面に形成された金属溶射被膜と
を少なくとも備え、
前記成膜部は、前記ガス導入部および前記排気連通部に対して着脱可能とされていることを特徴とする原子層成長装置。
請求項１記載の原子層成長装置において、
前記基板を搬入するための基板搬入部と前記ガス導入部とを連通させる連通部と、
この連通部の前記成膜部に連通する空間に接する面に形成された金属溶射被膜と
を備えることを特徴とする原子層成長装置。