JP2010225751A

JP2010225751A - 原子層成長装置

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Publication number: JP2010225751A
Application number: JP2009069963A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Miyatake; 直正宮武
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】高々３００℃程度の低温処理を前提とされた例えばアルミナ膜を形成する原子層成長装置において、装置内部に堆積する堆積物を、高温にすることなく容易に除去できるようにする。
【解決手段】下部電極１０２，上部電極１０３，および絶縁シール部１０４とを備え、これらで密閉可能な成膜室１０１を構成している。下部電極１０２には、高周波供給部１０９が接続され、上部電極１０３にも高周波供給部１１０が接続されている。また、下部電極１０２にはバイアス印加部１１１が接続され、上部電極１０３にもバイアス印加部１１２が接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、気相において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２００５−３４０２８１号公報

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。スパッタ法やＣＶＤ法に比較し、原子層成長装置では、装置内壁の全体に堆積物が付着しやすい傾向がある。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る。この装置内部のクリーニングでは、例えば、塩素ガスを用いたドライクリーニングが用いられている（特許文献１参照）。この技術では、塩素ガスを用いてアルミナによる堆積物の除去を行っている。ただし、このようなドライクリーニングでは、高温の処理が必要となる。例えば、塩素ガスを用いる場合、５００℃を超える高温にしないと、アルミナによる堆積物が除去できないことが確認されている。

ところが、前述したようなフラットパネルディスプレイ製造を対象とした原子層成長装置では、成膜の温度が高々３００℃程度であり、５００℃を超える高温に耐えられる構造となっていない。例えば、装置の密閉性を得るためのシール部には、３００℃程度に耐えられるような高分子材料が用いられているため、５００℃を超える高温処理が行えない。このように、アルミナ膜を形成する原子層成長装置においては、上述したようなドライクリーニングを適用させることが困難であり、装置内部に堆積する堆積物の発生を抑制することが容易ではない。

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、高々３００℃程度の低温処理を前提とされた例えばアルミナ膜を形成する原子層成長装置において、装置内部に堆積する堆積物を、高温にすることなく容易により迅速に除去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長装置は、成膜対象の基板が配置される成膜室と、この成膜室にアルミニウムの原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスの供給により基板の上に形成された吸着層を酸化するための酸化ガスを成膜室内に供給する酸化ガス供給手段と、成膜室にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、成膜室の内部を排気する排気手段と、成膜室の下部に配置されて成膜室内にプラズマを生成するための下部電極と、成膜室の上部に配置されて成膜室内にプラズマを生成するための上部電極と、下部電極に成膜室内にプラズマを生成するための高周波電力を供給する第１高周波供給手段と、上部電極に成膜室内にプラズマを生成するための高周波電力を供給する第２高周波供給手段と、下部電極の側に成膜室内のプラズマよりイオンを引き出すためのバイアスを下部電極に印加する第１バイアス印加手段と、上部電極の側に成膜室内のプラズマよりイオンを引き出すためのバイアスを上部電極に印加する第２バイアス印加手段とを少なくとも備える。

上記原子層成長装置において、上部電極は、成膜室の一部であってもよい。また、下部電極が、成膜室の一部であってもよい。

以上説明したように、本発明によれば、下部電極と上部電極とを備え、下部電極に高周波電力を供給する第１高周波供給手段と、上部電極に高周波電力を供給する第２高周波供給手段とを各々備え、また、下部電極に対する第１バイアス印加手段と、上部電極に対する第２バイアス印加手段とを備えるようにしたので、高々３００℃程度の低温処理を前提とされた例えばアルミナ膜を形成する原子層成長装置において、装置内部に堆積する堆積物を、高温にすることなく容易により迅速に除去できるという優れた効果が得られる。

本発明の実施の形態１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２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。

［実施の形態１］
初めに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１における原子層成長装置の構成を示す構成図である。この原子層成長装置は、下部電極１０２，上部電極１０３，および絶縁シール部１０４とを備え、これらで密閉可能な成膜室１０１を構成している。成膜室１０１の上面および側面が、上部電極１０３により構成されている。また、絶縁シール部１０４により、下部電極１０２と上部電極１０３とが絶縁分離されている。加えて、絶縁シール部１０４により、下部電極１０２と上部電極１０３とを気密に封止している。この実施の形態では、下部電極１０２および上部電極１０３の両方が、成膜室１０１の一部を構成している。なお、図１において、成膜室１０１においては、模式的に断面を示している。

また、この原子層成長装置は、成膜室１０１に原料ガスを供給する原料ガス供給部１０５、成膜室１０１に酸化ガスを供給する酸化ガス供給部１０６、成膜室１０１にパージガスを供給するパージガス供給部１０７を備える。また、成膜室１０１には、成膜室１０１の内部を排気するための真空ポンプ（排気手段）１０８が接続されている。

一方、下部電極１０２には、高周波供給部（第１高周波供給手段）１０９が接続され、上部電極１０３にも高周波供給部（第２高周波供給手段）１１０が接続されている。また、下部電極１０２にはバイアス印加部（第１バイアス印加手段）１１１が接続され、上部電極１０３にもバイアス印加部（第２バイアス印加手段）１１２が接続されている。バイアス印加部１１１により、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を下部電極１０２に印加可能としている。また、バイアス印加部１１２により、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波を上部電極１０３に印加可能としている。

本実施の形態の原子層成長装置では、例えば、後述するように、酸化ガス供給部１０６より供給された酸素ガスを高周波供給部１１０により上部電極１０３に供給される高周波でプラズマとし、この酸素ガスのプラズマを酸化ガスとして用いる。このようにする場合、酸化ガス供給部１０６，高周波供給部１１０，および上部電極１０３により、酸化ガス供給手段が構成されているものとして考えることができる。

加えて、本実施の形態における原子層成長装置は、成膜室１０１にエッチングガスを供給するエッチングガス供給部１１３を備える。エッチングガス供給部１１３は、例えば、ＢＣｌ₃ガスを供給する。エッチングガス供給部１１３により供給されるガスを、高周波供給部１０９により下部電極１０２に供給される高周波および高周波供給部１１０により上部電極１０３に供給される高周波でプラズマとし、成膜室１０１内のクリーニングに用いる。

以下、本装置を用いた原子層成長について、アルミナ膜の形成を例にして説明する。まず、成膜室１０１の内部にガラス基板を載置する。本装置では、下部電極１０２が基板載置部となる。次に、真空ポンプ１０８を動作させて成膜室１０１内を２〜３Ｐａ程度の圧力とする。また、下部電極１０２に内蔵している加熱機構（不図示）を動作させ、ガラス基板を２５０℃程度に加熱する。なお、ガラス基板の加熱は、一連の薄膜形成が終了するまで継続される。

この状態で、原料ガス供給部１０５から供給されるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）からなる原料ガスを成膜室１０１内に導入し、ガラス基板の上に原料ガスが供給された状態とする。原料ガスの供給は、例えば約１秒間行う。このことにより、ガラス基板の上に原料であるＴＭＡ分子（有機化合物）が吸着した吸着層が形成される。なお、原料ガスの供給において、真空ポンプ１０８による排気を継続させてもよい。

次に、成膜室１０１内への原料ガスの導入を停止し、成膜室１０１内より原料ガスを排出する。例えば、成膜室１０１の内部を真空ポンプ１０８により排気する状態で、窒素やアルゴンなどの不活性ガス（パージガス）をパージガス供給部１０７から導入することで、ガラス基板に吸着（化学吸着）したもの（吸着層）以外の余剰ガスを、成膜室１０１から除去（パージ）する。

次に、酸化ガス供給部１０６から供給される例えば酸素ガスを成膜室１０１の内部に導入するとともに、上部電極１０３に高周波供給部１１０からＲＦ周波数の高周波電力を供給する。これにより、成膜室１０１に導入した酸素ガスのプラズマを生成し、原子状酸素をガラス基板の上の吸着層の表面に供給する。なお、このプラズマ生成では、バイアス印加部１１１，バイアス印加部１１２は動作させない。このプラズマの生成は、約０．２秒間とする。

この酸素ガスのプラズマ（酸化ガス）により、ガラス基板の表面に吸着している吸着層が酸化され、ガラス基板の表面にアルミニウム１原子層分の酸化アルミニウム層が形成された状態となる。なお、例えばアルゴンなどの不活性ガスを導入して成膜室１０１内の圧力がある程度安定した状態で酸素ガスを導入し、この状態でプラズマを発生させるようにしてもよい。また、酸素ガスの供給において、真空ポンプ１０８による排気を継続させてもよい。

次に、成膜室１０１内への酸素ガスの導入を停止し、また、高周波供給部１１０から高周波電力の供給を停止し、成膜室１０１内より酸素ガスを排出する。例えば、成膜室１０１の内部を真空ポンプ１０８により排気する状態で、パージガス供給部１０７よりパージガスを導入して成膜室１０１の内部から酸素ガスを除去（パージ）する。

次に、ガラス基板の上に前述同様に原料ガスを供給し、酸化アルミニウム層の上に新たな吸着層を形成する。次に、成膜室１０１内への原料ガスの導入を停止し、成膜室１０１内より原料ガスを排出する。例えば、成膜室１０１の内部を真空ポンプにより排気する状態で、パージガスを導入して余剰ガスを成膜室１０１から除去する。

次に、成膜室１０１の内部に前述同様に酸素ガスを導入するとともに、前述同様に上部電極１０３に高周波電力を供給して導入した酸素ガスのプラズマを生成し、原子状酸素をＴＭＡ分子層の表面に供給する。このプラズマの生成は、約０．２秒間とする。このことにより、既に形成されている酸化アルミニウム層の表面に吸着している吸着層が酸化され、酸化アルミニウム層の表面にアルミニウム１原子層分の新たな酸化アルミニウム層が形成される。

以上説明したように、吸着→原料ガス排出→プラズマ酸化→酸化ガス排出の一連の基本工程により、ガラス基板の上に、酸化アルミニウム層が形成されるようになる。このような原子層成長による酸化アルミニウム層（酸化アルミニウム膜）の形成工程を繰り返した後、本実施の形態によれば、上述したエッチングガスのプラズマを用いたクリーニング工程を行う。なお、クリーニング工程は、成膜対象の基板がない状態で行う。

上述した原子層成長による酸化アルミニウム層の形成工程を繰り返すと、下部電極１０２，上部電極１０３からなる成膜室１０１の内壁に酸化アルミニウムからなる堆積物が堆積していく。このような状態で、真空ポンプ１０８により成膜室１０１内を真空排気した後、エッチングガス供給部１１３より供給されるエッチングガスを成膜室１０１の内部に導入する。例えば、エッチングガスとしてＢＣｌ₃ガスを１００sccmの流量で導入する。なお、sccmは流量の単位であり、０℃・１気圧の流体が１分間に１ｃｍ³流れることを示す。このガスの導入により、成膜室１０１内の圧力を３〜５Ｐａ程度とする。

次いで、まず、上部電極１０３に高周波供給部１１０から高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を供給し、導入したエッチングガスのプラズマを生成する。例えば、５００Ｗの高周波電力を供給し、成膜室１０１内に導入したガスのプラズマを生成する。加えて、下部電極１０２にバイアス印加部１１１から１００Ｗの高周波電力（４ＭＨｚ）をバイアスとして印加する。

以上のようにしてプラズマを発生させると、プラズマ中に生成されるイオンが、自己バイアスのかかる上部電極１０３だけではなく、バイアスが印加される下部電極１０２の側にも引き寄せられるようになる。このように、バイアス印加部１１１は、成膜室１０１内のプラズマより、高エネルギー状態のイオンを引き出すための電圧を下部電極１０２に供給するものである。この結果、下部電極１０２の表面にも、反応性イオンが引き寄せられ、いわゆる反応性イオンエッチングにより堆積物がエッチングされるようになる。このような反応性イオンエッチングによれば、アルミナのような堆積物であっても、高温に加熱することなくエッチング除去（クリーニング）することが可能となり、上部電極１０３と下部電極１０２とを同時にクリーニングすることができる。

次いで、エッチングガスを導入した状態を継続し、今度は、下部電極１０２に高周波供給部１０９から、５００Ｗの高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を供給し、また、上部電極１０３にバイアス印加部１１２から１００Ｗの高周波電力（４ＭＨｚ）をバイアスとして印加する。このプラズマ生成により、今度は、プラズマ中の反応性イオンが、自己バイアスのかかる下部電極１０２だけではなく、バイアスが印加される上部電極１０３の側にも引き寄せられるようになる。このように、バイアス印加部１１２は、成膜室１０１内のプラズマより、高エネルギー状態のイオンを引き出すための電圧を上部電極１０３にも供給するものである。このように、上部電極１０３および下部電極１０２に対する高周波電力の供給を入れ替えることで、入れ替えを行わない場合の上部電極１０３と下部電極１０２とのエッチング速度の差を解消し、クリーニング時間の短縮が図れるようになる。

ところで、上述では、例えば、上部電極１０３にＲＦパワーを印加して成膜室１０１内にプラズマを生成し、この状態で下部電極１０２にバイアスを印加したが、これに限るものではない。例えば、下部電極１０２の側のクリーニングにおいては、下部電極１０２に高周波供給部１０９より高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を供給を印加し、さらに下部電極１０２にバイアス印加部１１１から高周波電極（４ＭＨｚ）をバイアスとして印加してもよい。同様に、上部電極１０３側のクリーニングにおいては、上部電極１０３に高周波供給部１１０より高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を供給を印加し、さらに上部電極１０３にバイアス印加部１１２から高周波電極（４ＭＨｚ）をバイアスとして印加してもよい。これらのプラズマ生成であっても、成膜室１０１内のクリーニングを行うことができる。

以下、実験を行った結果を表１に示す。表１において、プラズマ条件１は、上部電極１０３に高周波供給部１１０から高周波電力（ＲＦ）を供給し、導入したエッチングガスプラズマを生成する。また、下部電極１０２には、バイアス印加しない。この状態で、下部電極１０２の側の堆積物（アルミナ）のエッチング速度を測定する。

また、表１において、プラズマ条件２は、上部電極１０３に高周波供給部１１０から高周波電力（ＲＦ）を供給し、導入したエッチングガスプラズマを生成する。また、下部電極１０２には、バイアス印加しない。この状態で、上部電極１０３の側の堆積物のエッチング速度を測定する。また、プラズマ条件３は、上部電極１０３に高周波供給部１１０から高周波電力（ＲＦ）を供給し、導入したエッチングガスプラズマを生成する。また、下部電極１０２に、バイアス印加部１１１よりバイアスを印加する。この状態で、下部電極１０２の側の堆積物のエッチング速度を測定する。なお、成膜室１０１内の温度は、室温（２０〜２３℃，設定条件）としている。

表１に示す実験結果から明らかなように、まず、バイアス印加部１１１，バイアス印加部１１２を用いなくても、例えば、上部電極１０３にＲＦ電力を供給して成膜室１０１内にエッチングガスのプラズマを生成すれば（プラズマ条件２）、実用的な時間で上部電極１０３の側の堆積物の除去が可能である。また、バイアス印加部１１１，バイアス印加部１１２を用いることで（プラズマ条件３）、より高速に堆積物がエッチングできるようになり、クリーニング時間の短縮が図れるようになる。

なお、上述では、酸化アルミニウムの形成において、基板加熱温度を２５０℃としたが、これに限るものではない。例えば、ＴＭＡを原料とした酸化アルミニウムの原子層成長は、基板温度を常温〜３００℃の範囲で行える。この酸化アルミニウムの原子層成長を常温で行う場合、加熱機構は無くてもよい。

［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２は、実施の形態２における原子層成長装置の構成を示す構成図である。この原子層成長装置は、上部容器２０２および下部電極２０３を備え、これらで密閉可能な成膜室２０１を構成している。例えば、成膜室２０１が直方体に形成されている場合、この底面が下部電極２０３で構成され、側面および上面が上部容器２０２で構成されている。上部容器２０２は、例えば石英から構成されている。上部容器２０２と下部電極２０３とは、接続部分が気密にシールされている。また、上部容器２０２を覆うように形成された上部電極２０４を備える。上部電極２０４は、成膜室２０１の上面および側面を覆うように配置されている。なお、図２において、成膜室２０１，上部電極２０４は、模式的に断面を示している。

また、この原子層成長装置は、成膜室２０１に原料ガスを供給する原料ガス供給部２０５、成膜室２０１に酸化ガスを供給する酸化ガス供給部２０６、成膜室２０１にパージガスを供給するパージガス供給部２０７を備える。また、成膜室２０１には、成膜室２０１の内部を排気するための真空ポンプ（排気手段）２０８が接続されている。

一方、下部電極２０３には、高周波供給部２０９が接続され、上部電極２０４にも高周波供給部２１０が接続されている。また、下部電極２０３にはバイアス印加部２１１が接続され、上部電極２０４にもバイアス印加部２１２が接続されている。バイアス印加部２１１により、１３．５６ＭＨｚの高周波を下部電極２０３に印加可能としている。また、バイアス印加部２１２により、１３．５６ＭＨｚの高周波を上部電極２０４に印加可能としている。

本実施の形態の原子層成長装置では、例えば、後述するように、酸化ガス供給部２０６より供給された酸素ガスを高周波供給部２１０により上部電極２０４に供給される高周波でプラズマとし、この酸素ガスのプラズマを酸化ガスとして用いる。このようにする場合、酸化ガス供給部２０６，高周波供給部２１０，および上部電極２０４により、酸化ガス供給手段が構成されているものとして考えることができる。

加えて、本実施の形態における原子層成長装置は、成膜室２０１にエッチングガスを供給するエッチングガス供給部２１３を備える。エッチングガス供給部２１３は、例えば、ＢＣｌ₃ガスを供給する。エッチングガス供給部２１３により供給されるガスを、高周波供給部２０９により下部電極２０３に供給される高周波および高周波供給部２１０により上部電極２０４に供給される高周波でプラズマとし、成膜室２０１内のクリーニングに用いる。

以下、本装置を用いた原子層成長について、アルミナ膜の形成を例にして説明する。まず、成膜室２０１の内部にガラス基板を載置する。本装置では、下部電極２０３が基板載置部となる。次に、真空ポンプ２０８を動作させて成膜室２０１内を２〜３Ｐａ程度の圧力とする。また、下部電極２０３に内蔵している加熱機構（不図示）を動作させ、ガラス基板を２５０℃程度に加熱する。なお、ガラス基板の加熱は、一連の薄膜形成が終了するまで継続される。

この状態で、原料ガス供給部２０５から供給されるＴＭＡからなる原料ガスを成膜室２０１内に導入し、ガラス基板の上に原料ガスが供給された状態とする。原料ガスの供給は、例えば約１秒間行う。このことにより、ガラス基板の上に原料であるＴＭＡ分子（有機化合物）が吸着した吸着層が形成される。なお、原料ガスの供給において、真空ポンプ２０８による排気を継続させてもよい。

次に、成膜室２０１内への原料ガスの導入を停止し、成膜室２０１内より原料ガスを排出する。例えば、成膜室２０１の内部を真空ポンプ２０８により排気する状態で、窒素やアルゴンなどの不活性ガス（パージガス）をパージガス供給部２０７から導入することで、ガラス基板に吸着（化学吸着）したもの（吸着層）以外の余剰ガスを、成膜室２０１から除去（パージ）する。

次に、酸化ガス供給部２０６から供給される例えば酸素ガスを成膜室２０１の内部に導入するとともに、上部電極２０４に高周波供給部２１０からＲＦ周波数の高周波電力を供給する。これにより、成膜室２０１に導入した酸素ガスのプラズマを生成し、原子状酸素をガラス基板の上の吸着層の表面に供給する。なお、このプラズマ生成では、バイアス印加部２１１，バイアス印加部２１２は動作させない。このプラズマの生成は、約０．２秒間とする。

この酸素ガスのプラズマ（酸化ガス）により、ガラス基板の表面に吸着している吸着層が酸化され、ガラス基板の表面にアルミニウム１原子層分の酸化アルミニウム層が形成された状態となる。なお、例えばアルゴンなどの不活性ガスを導入して成膜室２０１内の圧力がある程度安定した状態で酸素ガスを導入し、この状態でプラズマを発生させるようにしてもよい。また、酸素ガスの供給において、真空ポンプ２０８による排気を継続させてもよい。

次に、成膜室２０１内への酸素ガスの導入を停止し、また、高周波供給部２１０から高周波電力の供給を停止し、成膜室２０１内より酸素ガスを排出する。例えば、成膜室２０１の内部を真空ポンプ２０８により排気する状態で、パージガス供給部２０７よりパージガスを導入して成膜室２０１の内部から酸素ガスを除去（パージ）する。

次に、ガラス基板の上に前述同様に原料ガスを供給し、酸化アルミニウム層の上に新たな吸着層を形成する。次に、成膜室２０１内への原料ガスの導入を停止し、成膜室２０１内より原料ガスを排出する。例えば、成膜室２０１の内部を真空ポンプにより排気する状態で、パージガスを導入して余剰ガスを成膜室２０１から除去する。

次に、成膜室２０１の内部に前述同様に酸素ガスを導入するとともに、前述同様に上部電極２０４に高周波電力を供給して導入した酸素ガスのプラズマを生成し、原子状酸素をＴＭＡ分子層の表面に供給する。このプラズマの生成は、約０．２秒間とする。このことにより、既に形成されている酸化アルミニウム層の表面に吸着している吸着層が酸化され、酸化アルミニウム層の表面にアルミニウム１原子層分の新たな酸化アルミニウム層が形成される。

以上説明したように、吸着→原料ガス排出→プラズマ酸化→酸化ガス排出の一連の基本工程により、ガラス基板の上に、酸化アルミニウム層が形成されるようになる。このような原子層成長による酸化アルミニウム層の形成工程を繰り返した後、本実施の形態によれば、上述したエッチングガスのプラズマを用いたクリーニング工程を行う。なお、クリーニング工程は、成膜対象の基板がない状態で行う。

上述した原子層成長による酸化アルミニウム層の形成工程を繰り返すと、上部容器２０２および下部電極２０３からなる成膜室２０１の内壁に酸化アルミニウムからなる堆積物が堆積していく。このような状態で、真空ポンプ２０８により成膜室２０１内を真空排気した後、エッチングガス供給部２１３より供給されるエッチングガスを成膜室２０１の内部に導入する。例えば、エッチングガスとしてＢＣｌ₃ガスを１００sccmの流量で導入する。なお、sccmは流量の単位であり、０℃・１気圧の流体が１分間に１ｃｍ³流れることを示す。このガスの導入により、成膜室２０１内の圧力を３〜５Ｐａ程度とする。

次いで、まず、上部電極２０４に高周波供給部２１０から高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を供給し、導入したエッチングガスのプラズマを生成する。例えば、５００Ｗの高周波電力を供給し、成膜室２０１内に導入したガスのプラズマを生成する。加えて、下部電極２０３にバイアス印加部２１１から１００Ｗの高周波電力（４ＭＨｚ）をバイアスとして印加する。

以上のようにしてプラズマを発生させると、プラズマ中に生成されるイオンが、自己バイアスのかかる上部電極２０４だけではなく、バイアスが印加される下部電極２０３の側にも引き寄せられるようになる。このように、バイアス印加部２１１は、成膜室２０１内のプラズマより、高エネルギー状態のイオンを引き出すための電圧を下部電極２０３に供給するものである。この結果、下部電極２０３の表面にも、反応性イオンが引き寄せられ、いわゆる反応性イオンエッチングにより堆積物がエッチングされるようになる。このような反応性イオンエッチングによれば、アルミナのような堆積物であっても、高温に加熱することなくエッチング除去（クリーニング）することが可能となり、上部電極２０４と下部電極２０３とを同時にクリーニングすることができる。

次いで、エッチングガスを導入した状態を継続し、今度は、下部電極２０３に高周波供給部２０９から、５００Ｗの高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を供給し、また、上部電極２０４にバイアス印加部２１２から１００Ｗの高周波電力（４ＭＨｚ）をバイアスとして印加する。このプラズマ生成により、今度は、プラズマ中の反応性イオンが、自己バイアスのかかる下部電極２０３だけではなく、バイアスが印加される上部電極２０４の側にも引き寄せられるようになる。このように、バイアス印加部２１２は、成膜室２０１内のプラズマより、高エネルギー状態のイオンを引き出すための電圧を上部電極２０４にも供給するものである。このように、上部電極２０４および下部電極２０３に対する高周波電力の供給を入れ替えることで、入れ替えを行わない場合の上部電極２０４と下部電極２０３とのエッチング速度の差を解消し、クリーニング時間の短縮が図れるようになる。

ところで、上述では、例えば、上部電極２０４にＲＦパワーを印加して成膜室２０１内にプラズマを生成し、この状態で下部電極２０３にバイアスを印加したが、これに限るものではない。例えば、下部電極２０３の側のクリーニングにおいては、下部電極２０３に高周波供給部２０９より高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を供給を印加し、さらに下部電極２０３にバイアス印加部２１１から高周波電極（４ＭＨｚ）をバイアスとして印加してもよい。同様に、上部電極２０４側のクリーニングにおいては、上部電極２０４に高周波供給部２１０より高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を供給を印加し、さらに上部電極２０４にバイアス印加部２１２から高周波電極（４ＭＨｚ）をバイアスとして印加してもよい。これらのプラズマ生成であっても、成膜室２０１内のクリーニングを行うことができる。

ところで、上述では、上部容器２０２と下部電極２０３とで成膜室２０１を構成するようにしたが、これに限るものではない。上述では、下部電極を成膜室の一部とし、上部電極を成膜室と個別に設けるようにしたが、上部電極と下部電極との両方を成膜室とは個別に設けるようにしてもよい。この場合、例えば、石英製の容器より成膜室を構成し、この周囲に上部電極および下部電極を設けるようにすればよい。また、上述では、下部電極を板状とし、上部電極で成膜室の側面および上面を覆うようにしたが、上部電極を板状とし、下部電極で成膜室の側面および下面を覆うようにしてもよい。

また、上述では、原子層成長による酸化アルミニウムの成膜を例に説明したが、本発明はこれに限るものではなく、他の材料を用いた原子層成長においても同様に適用可能であることは、いうまでもない。

１０１…成膜室、１０２…下部電極、１０３…上部電極、１０４…絶縁シール部、１０５…原料ガス供給部、１０６…酸化ガス供給部、１０７…パージガス供給部、１０８…真空ポンプ（排気手段）、１０９…高周波供給部（第１高周波供給手段）、１１０…高周波供給部（第２高周波供給手段）、１１１…バイアス印加部（第１バイアス印加手段）、１１２…バイアス印加部（第２バイアス印加手段）、１１３…エッチングガス供給部。

Claims

成膜対象の基板が配置される成膜室と、
この成膜室にアルミニウムの原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記原料ガスの供給により前記基板の上に形成された吸着層を酸化するための酸化ガスを前記成膜室内に供給する酸化ガス供給手段と、
前記成膜室にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、
前記成膜室の内部を排気する排気手段と、
前記成膜室の下部に配置されて前記成膜室内にプラズマを生成するための下部電極と、
前記成膜室の上部に配置されて前記成膜室内にプラズマを生成するための上部電極と、
前記下部電極に前記成膜室内にプラズマを生成するための高周波電力を供給する第１高周波供給手段と、
前記上部電極に前記成膜室内にプラズマを生成するための高周波電力を供給する第２高周波供給手段と、
前記下部電極の側に前記成膜室内のプラズマよりイオンを引き出すためのバイアスを前記下部電極に印加する第１バイアス印加手段と、
前記上部電極の側に前記成膜室内のプラズマよりイオンを引き出すためのバイアスを前記上部電極に印加する第２バイアス印加手段と
を少なくとも備え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、
前記上部電極は、前記成膜室の一部であることを特徴とする原子層成長装置。
請求項１または２記載の原子層成長装置において、
前記下部電極は、前記成膜室の一部であることを特徴とする原子層成長装置。