JP2013163846A - Film deposition apparatus and film deposition method - Google Patents

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Hideo Yamada
英雄 山田
Junshi Ohara
淳士 大原
Yasuhiro Kitamura
康宏 北村
Masakazu Sugiyama
正和 杉山
Yukihiro Shimogaki
幸浩 霜垣
Takeshi Momose
健 百瀬
Aiko Kondo
愛子 近藤
Hirohisa Uchida
博久 内田
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Denso Corp
Shinshu University NUC
University of Tokyo NUC
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Shinshu University NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition apparatus and a film deposition method by which a substrate atmosphere is controlled to be constant, and a homogeneous film can be suitably formed on a substrate.SOLUTION: A chamber 17 has a double structure including an inner chamber 67 and an outer chamber 71. The temperature in the inner chamber 67 is controlled by supplying a fluid for temperature control to a second internal space 73 between the inner chamber 67 and the outer chamber 71, a supercritical fluid including a film material is supplied into the inner chamber 67, and further a substrate 1 is heated by a heater 83 to form a film on the substrate 1 thereby. Namely, the substrate atmosphere in the inner chamber 67 can be easily maintained constant by making the fluid for temperature control flow into the second internal space 73. In this way, a homogeneous film can be formed on the substrate 1. Also, the heating of the outer chamber 71 by the heater 83 can be prevented by making the fluid for temperature control flow into the second internal space 73.

Description

本発明は、チャンバー内にて、基板の表面に超臨界成膜を行う成膜装置及び成膜方法に関するものである。   The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method for performing supercritical film formation on a surface of a substrate in a chamber.

従来、例えば超臨界流体中の材料を用いて基板上に膜を形成する超臨界成膜においては、基板を加熱する加熱装置(ヒータ)と圧力を保持する機構とを備えたチャンバー内に、外部より超臨界流体を供給することにより行われていた。   Conventionally, for example, in supercritical film formation in which a film is formed on a substrate using a material in a supercritical fluid, an external device is provided in a chamber having a heating device (heater) for heating the substrate and a mechanism for holding pressure. It was performed by supplying a supercritical fluid.

この超臨界成膜では、一般に流体温度よりも基板温度を高くして成膜を行っている。これは、流体温度よりも高い所定の基板温度にて、超臨界流体中の膜材料が基板表面に析出するからである。   In this supercritical film formation, film formation is generally performed at a substrate temperature higher than the fluid temperature. This is because the film material in the supercritical fluid is deposited on the substrate surface at a predetermined substrate temperature higher than the fluid temperature.

しかしながら、上述した基板加熱用のヒータによって、基板のみならず、チャンバー内の流体が加熱されたり、ヒータから直接又は流体を介してチャンバー壁面が加熱されるので、基板雰囲気(即ち基板の周囲の温度や流体の流れの状態)を一定に保つことが困難であった。   However, not only the substrate but also the fluid in the chamber is heated by the above-described heater for heating the substrate, and the chamber wall surface is heated directly from the heater or through the fluid, so that the substrate atmosphere (that is, the temperature around the substrate). And the state of fluid flow) are difficult to keep constant.

つまり、基板温度にムラがあったり基板表面の流体の流れが乱れている場合には、基板上に良質な膜(平面方向や厚み方向に均質に成長した膜)を形成することが難しいが、ヒータで基板を加熱する場合には、そのヒータの熱が基板だけではなく流体やチャンバーに伝わり、逆にそれらに伝わった熱が流体自身や基板に影響を与えるので、その影響によって基板雰囲気を一定に保つことが容易ではなかった
また、一般的に高圧用の圧力を保持するチャンバーは、熱容量が大きいため、温度制御性が悪く、このことも基板雰囲気を一定に保つことが困難である要因になっていた。
In other words, when the substrate temperature is uneven or the fluid flow on the substrate surface is disturbed, it is difficult to form a good quality film (film that has grown uniformly in the plane direction or thickness direction) on the substrate. When a substrate is heated by a heater, the heat of the heater is transmitted not only to the substrate but also to the fluid and the chamber, and conversely, the heat transmitted to them affects the fluid itself and the substrate, and the substrate atmosphere is kept constant due to the influence. In addition, it is not easy to keep the chamber at high pressure. In general, the chamber that holds the pressure for high pressure has a large heat capacity, so the temperature controllability is poor, and this is also a factor that makes it difficult to keep the substrate atmosphere constant. It was.

つまり、一旦チャンバーの温度が上昇すると、流体や基板はチャンバーから多くの熱を受けるので、例えば流体内で膜材料の析出の反応が始まることがあり、基板上に均質の膜を形成することが困難になるという問題があった。   In other words, once the temperature of the chamber rises, the fluid and the substrate receive a lot of heat from the chamber. For example, the reaction of deposition of the film material in the fluid may start, and a homogeneous film may be formed on the substrate. There was a problem that became difficult.

更に、基板と流体の温度差により、チャンバー内部で対流が発生したり、また、流体の供給速度、対流の速度などによって乱流が発生することがあり、そのことも基板雰囲気が一定になり難い要因になっていた。   Furthermore, convection may occur inside the chamber due to the temperature difference between the substrate and the fluid, and turbulence may occur due to the fluid supply speed, convection speed, etc. This also makes the substrate atmosphere difficult to be constant. It was a factor.

この問題を解決するために、下記特許文献1では、チャンバー内に熱的シールド層を設けることにより、熱応答性を上げ、チャンバー内の雰囲気制御を行う技術が開示されている。   In order to solve this problem, the following Patent Document 1 discloses a technique for improving the thermal responsiveness and controlling the atmosphere in the chamber by providing a thermal shield layer in the chamber.

特開2007−162081号公報JP 2007-162081 A

上述した特許文献1の技術では、チャンバーの壁面に、熱伝導率の高い熱的シールド層を設けてチャンバー壁面の熱応答性を上げて雰囲気制御を行っているので、熱的シールド層の熱応答性は良くなると思われる。   In the technique of Patent Document 1 described above, a thermal shield layer having a high thermal conductivity is provided on the wall surface of the chamber to increase the thermal response of the chamber wall surface, thereby controlling the atmosphere. Sex seems to improve.

しかしながら、前記熱的シールド層は、チャンバー壁面と接しているため、熱的シールド層を介してチャンバー壁面の温度が流体や基板に伝わるので、基板雰囲気を一定に保つという雰囲気制御の効果は少ないという問題があった。   However, since the thermal shield layer is in contact with the chamber wall surface, the temperature of the chamber wall surface is transmitted to the fluid and the substrate through the thermal shield layer, so that there is little effect of atmosphere control to keep the substrate atmosphere constant. There was a problem.

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、基板雰囲気を一定に制御して、基板上に均質な膜を好適に形成できる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a film forming apparatus and a film forming method capable of suitably forming a homogeneous film on a substrate by controlling the substrate atmosphere to be constant. There is to do.

(1)請求項1の発明は、内部に基板を配置したチャンバー内に、膜材料を含む超臨界流体を供給して、前記基板上に成膜を行う成膜装置において、前記チャンバーは、内部に前記基板を配置した内チャンバーと、前記内チャンバーを収容する外チャンバーとを有する二重構造を備えるとともに、前記内チャンバーと前記外チャンバーとの間の空間に、前記内チャンバーの温度を制御する温度制御用流体を供給する温度制御用流体供給手段と、前記内チャンバー内に、前記膜材料を含む超臨界流体を供給する超臨界流体供給手段と、前記内チャンバー内の前記基板を加熱する加熱手段と、を備えたことを特徴とする。   (1) The invention of claim 1 is a film forming apparatus for forming a film on the substrate by supplying a supercritical fluid containing a film material into a chamber in which the substrate is disposed. A dual structure having an inner chamber in which the substrate is disposed and an outer chamber for accommodating the inner chamber, and controlling the temperature of the inner chamber in a space between the inner chamber and the outer chamber. Temperature control fluid supply means for supplying a temperature control fluid, supercritical fluid supply means for supplying a supercritical fluid containing the film material in the inner chamber, and heating for heating the substrate in the inner chamber Means.

本発明の成膜装置では、チャンバーは内チャンバーと外チャンバーとを有する二重構造を備えており、この内チャンバーと外チャンバーとの間の空間に温度制御用流体を供給することにより、内チャンバー内の温度を制御するとともに、内チャンバー内に膜材料を含む超臨界流体を供給し、更に加熱手段によって基板を加熱することによって、基板上に膜を形成する。   In the film forming apparatus of the present invention, the chamber has a double structure having an inner chamber and an outer chamber. By supplying a temperature control fluid to the space between the inner chamber and the outer chamber, the inner chamber The internal temperature is controlled, a supercritical fluid containing a film material is supplied into the internal chamber, and the substrate is heated by heating means, thereby forming a film on the substrate.

つまり、本発明では、内チャンバーと外チャンバーとの間の空間に温度制御用流体を流すことにより、基板上に超臨界成膜を行う際に、内チャンバーの壁面温度を容易に制御することができる。よって、内チャンバー内の基板雰囲気(従って基板表面温度)を容易に一定に保つことができるので、基板上に均質な膜を形成することができる。   In other words, in the present invention, the temperature of the wall surface of the inner chamber can be easily controlled when a supercritical film is formed on the substrate by flowing a temperature control fluid in the space between the inner chamber and the outer chamber. it can. Therefore, the substrate atmosphere in the inner chamber (and hence the substrate surface temperature) can be easily kept constant, so that a homogeneous film can be formed on the substrate.

また、通常、外チャンバーは熱容量が大きく温度の制御が困難であるが、本発明では、内チャンバーと外チャンバーとの間の空間に温度制御用流体を流すことにより、熱容量が大きな外チャンバーが(加熱手段によって)加熱されることを抑制でき、この点からも基板雰囲気を一定にすることができる。   In general, the outer chamber has a large heat capacity and it is difficult to control the temperature. However, in the present invention, by flowing a temperature control fluid in the space between the inner chamber and the outer chamber, the outer chamber having a large heat capacity ( It is possible to suppress heating (by the heating means), and the substrate atmosphere can be made constant from this point as well.

ここで、超臨界流体とは、臨界点以上の温度・圧力下においた物質の状態のことである(以下同様)。
また、温度制御用流体としては、気体又は液体、超臨界流体のいずれの状態でもよい。
Here, the supercritical fluid is a state of a substance placed at a temperature and pressure above the critical point (the same applies hereinafter).
Further, the temperature control fluid may be a gas, a liquid, or a supercritical fluid.

(2)請求項2の発明では、前記膜材料を含む超臨界流体は、前記膜材料の原料である1又は複数の前駆体を溶解した流体であることを特徴とする。
本発明は、膜材料を含む超臨界流体を例示したものである。ここで、前駆体とは、下記表1に例示する様に、反応によって膜材料となる物質である。
(2) The invention of claim 2 is characterized in that the supercritical fluid containing the film material is a fluid in which one or a plurality of precursors which are raw materials of the film material are dissolved.
The present invention exemplifies a supercritical fluid containing a membrane material. Here, the precursor is a substance that becomes a film material by reaction, as exemplified in Table 1 below.

(3)請求項3の発明では、前記内チャンバー内の前記基板の設置箇所の流路において、レイノルズ数(Ne)<2300の条件を満たすことを特徴とする。
本発明では、内チャンバー内の基板の設置箇所の流路(即ち基板上を流れる超臨界流体の流路)においては、レイノルズ数(Ne)<2300の条件を満たすので、基板の周囲を通過する流体は層流である。定常な流れの層流を利用することで温度分布も定常となり、内チャンバー内の基板雰囲気を容易に一定に保つことができ、よって、基板上により均質な膜を形成することができる。
(3) The invention of claim 3 is characterized in that the condition of the Reynolds number (Ne) <2300 is satisfied in the flow path of the installation location of the substrate in the inner chamber.
In the present invention, the flow path at the location of the substrate in the inner chamber (that is, the flow path of the supercritical fluid flowing on the substrate) satisfies the condition of Reynolds number (Ne) <2300, and therefore passes around the substrate. The fluid is laminar. By using a laminar flow of a steady flow, the temperature distribution is also steady, and the substrate atmosphere in the inner chamber can be easily kept constant, so that a more uniform film can be formed on the substrate.

(4)請求項4の発明では、前記内チャンバー内の前記基板の設置箇所の流路において、前記内チャンバー内の前記超臨界流体の流れ方向に対する垂直の断面形状が一定である。   (4) In the invention of claim 4, the cross-sectional shape perpendicular to the flow direction of the supercritical fluid in the inner chamber is constant in the flow path of the installation location of the substrate in the inner chamber.

本発明では、超臨界流体の流れ方向に対する垂直の(流路の)断面形状が一定であるので、基板の周囲を通過する流体を(乱れの少ない)プラグフローのような安定した流れにすることが可能である。よって、内チャンバー内の基板雰囲気を容易に一定に保つことができるので、基板上により均質な膜を形成することができる。   In the present invention, since the cross-sectional shape perpendicular to the flow direction of the supercritical fluid (the flow path) is constant, the fluid passing around the substrate is made to have a stable flow such as a plug flow (with less turbulence). Is possible. Therefore, since the substrate atmosphere in the inner chamber can be easily maintained constant, a more uniform film can be formed on the substrate.

(5)請求項5の発明では、前記内チャンバー内に供給される前記超臨界流体が、前記基板に到達するまでに、前記基板の幅方向に前記超臨界流体の流路が広がるように設定する拡散機構を有する。   (5) In the invention of claim 5, the supercritical fluid supplied into the inner chamber is set so that the flow path of the supercritical fluid expands in the width direction of the substrate before reaching the substrate. Has a diffusion mechanism.

本発明では、拡散機構によって、超臨界流体が基板の幅方向(板の広がる平面方向であって、流れ方向と垂直な方向)に広がるように供給されるので、基板表面での流速ベクトルの方向を揃えることができる。よって、内チャンバー内の基板雰囲気(特に幅方向における基板雰囲気)を容易に一定に保つことができるので、基板上により均質な膜を形成することができる。   In the present invention, the supercritical fluid is supplied by the diffusion mechanism so as to spread in the width direction of the substrate (the plane direction in which the plate spreads and the direction perpendicular to the flow direction), so the direction of the flow velocity vector on the substrate surface Can be aligned. Therefore, the substrate atmosphere (particularly the substrate atmosphere in the width direction) in the inner chamber can be easily kept constant, so that a more uniform film can be formed on the substrate.

(6)請求項6の発明では、前記基板の設置箇所に前記加熱手段を備えるとともに、前記基板より上流側に、前記超臨界流体を加熱する予備加熱手段を備えたことを特徴とする。   (6) The invention according to claim 6 is characterized in that the heating means is provided at a place where the substrate is installed, and a preheating means for heating the supercritical fluid is provided upstream of the substrate.

本発明では、基板より上流側に予備加熱手段を備えているので、超臨界流体が基板に達する前に予め超臨界流体を加熱することができる。これにより、超臨界流体が基板の周囲を流れる際には、超臨界流体を膜の形成に適度な温度に設定することができる。   In the present invention, since the preheating means is provided upstream from the substrate, the supercritical fluid can be heated in advance before the supercritical fluid reaches the substrate. As a result, when the supercritical fluid flows around the substrate, the supercritical fluid can be set to an appropriate temperature for film formation.

つまり、予備加熱手段によって、予め超臨界流体を適度な温度に加熱できるので、基板表面での流体の温度勾配を小さくできる。よって、基板表面における温度を容易に一定の状態にすることができる。   That is, since the supercritical fluid can be heated to an appropriate temperature in advance by the preheating means, the temperature gradient of the fluid on the substrate surface can be reduced. Therefore, the temperature on the substrate surface can be easily made constant.

(7)請求項7の発明は、前記加熱手段は、前記超臨界流体の流れ方向に沿って複数配置されているとともに、各加熱手段は独立して温度制御可能であることを特徴とする。
超臨界流体は基板の上流側より下流側に流れるので、加熱手段が単一の場合には、基板上を流れる超臨界流体は、流れに沿って温度勾配があり、下流側の温度が高くなる。
(7) The invention of claim 7 is characterized in that a plurality of the heating means are arranged along the flow direction of the supercritical fluid, and the temperature of each heating means can be independently controlled.
Since the supercritical fluid flows from the upstream side to the downstream side of the substrate, when the heating means is single, the supercritical fluid flowing on the substrate has a temperature gradient along the flow, and the temperature on the downstream side becomes higher. .

それに対して、本発明では、超臨界流体の流れ方向に沿って(独立して温度制御可能な)複数の加熱手段を備えているので、上流側の温度を高く下流側の温度を低くするように加熱制御することにより、基板表面の温度を一定に設定することができる。これにより、基板上により均質な膜を形成することができる。   In contrast, the present invention includes a plurality of heating means (independently temperature-controllable) along the flow direction of the supercritical fluid, so that the upstream temperature is increased and the downstream temperature is decreased. By controlling the heating, the temperature of the substrate surface can be set constant. Thereby, a more uniform film can be formed on the substrate.

(8)請求項8の発明では、前記内チャンバーは、前記外チャンバーより熱容量が小さいことを特徴とする。
本発明では、内チャンバーの熱容量は外チャンバーの熱容量より小さいので、(外チャンバーの温度制御を行う場合に比べて)温度制御用流体によって、内チャンバーの温度の調節を容易に行うことができる。
(8) The invention according to claim 8 is characterized in that the inner chamber has a smaller heat capacity than the outer chamber.
In the present invention, since the heat capacity of the inner chamber is smaller than the heat capacity of the outer chamber, the temperature of the inner chamber can be easily adjusted by the temperature control fluid (as compared with the case of controlling the temperature of the outer chamber).

(9)請求項9の発明では、前記温度制御用流体の温度を、前記超臨界流体の温度と同じ温度又は前記超臨界流体の温度より低い温度としたことを特徴とする。
本発明では、温度制御用流体の温度を超臨界流体の温度と同じ温度とすることにより、超臨界流体の温度の変動を押さえて安定化することができる。また、温度制御用流体の温度を超臨界流体の温度より低い温度とすることにより、超臨界流体が加熱手段からの加熱によって過度に温度上昇する場合でも、その温度上昇を抑制することができる。
(9) The invention of claim 9 is characterized in that the temperature of the temperature control fluid is the same temperature as the temperature of the supercritical fluid or a temperature lower than the temperature of the supercritical fluid.
In the present invention, by making the temperature of the temperature control fluid the same as the temperature of the supercritical fluid, it is possible to stabilize the temperature by suppressing the fluctuation of the temperature of the supercritical fluid. Further, by setting the temperature of the temperature control fluid to a temperature lower than the temperature of the supercritical fluid, even when the temperature of the supercritical fluid rises excessively due to heating from the heating means, the temperature rise can be suppressed.

これにより、基板雰囲気(特に温度)を一定に保つことができるので、基板により均質な膜を形成することができる。
(10)請求項10の発明では、前記内チャンバー内の圧力と、前記内チャンバーと前記外チャンバーとの間の空間の圧力とを制御する圧力制御機構を有することを特徴とする。
Thereby, since the substrate atmosphere (particularly temperature) can be kept constant, a homogeneous film can be formed on the substrate.
(10) The invention of claim 10 is characterized by having a pressure control mechanism for controlling the pressure in the inner chamber and the pressure in the space between the inner chamber and the outer chamber.

本発明では、内チャンバー内の圧力と、内チャンバーと外チャンバーとの間の空間の圧力とを制御する圧力制御機構を備えているので、例えば両圧力を同圧とするように制御することにより、両圧力の差による例えば内チャンバー等の破損を防止することができる。   In the present invention, since the pressure control mechanism for controlling the pressure in the inner chamber and the pressure in the space between the inner chamber and the outer chamber is provided, for example, by controlling both pressures to be the same pressure, For example, the inner chamber can be prevented from being damaged due to the difference between the two pressures.

(11)請求項11の発明では、内部に基板を配置したチャンバー内に、膜材料を含む超臨界流体を供給して、前記基板上に成膜を行う成膜方法において、前記チャンバーは、内部に前記基板を配置した内チャンバーと、前記内チャンバーを収容する外チャンバーとを有する二重構造を備えており、前記内チャンバーと外チャンバーとの間の空間に、内チャンバーの温度を制御する温度制御用流体を供給するとともに、前記内チャンバー内の前記基板に前記膜材料を含む超臨界流体を供給し、且つ、前記内チャンバー内の前記基板を加熱することにより、前記基板上に成膜を行うことを特徴とする。   (11) In the invention of claim 11, in the film forming method for forming a film on the substrate by supplying a supercritical fluid containing a film material into the chamber in which the substrate is disposed, A dual structure having an inner chamber in which the substrate is disposed and an outer chamber for accommodating the inner chamber, and a temperature for controlling the temperature of the inner chamber in a space between the inner chamber and the outer chamber. A control fluid is supplied, a supercritical fluid containing the film material is supplied to the substrate in the inner chamber, and the substrate in the inner chamber is heated to form a film on the substrate. It is characterized by performing.

本発明では、前記請求項1の発明と同様な効果を奏する。
(12)請求項12の発明では、前記膜材料を含む超臨界流体は、前記膜材料の原料である1又は複数の前駆体を溶解した流体であることを特徴とする。
The present invention has the same effects as those of the first aspect of the invention.
(12) The invention of claim 12 is characterized in that the supercritical fluid containing the film material is a fluid in which one or a plurality of precursors which are raw materials of the film material are dissolved.

本発明は、膜材料を含む超臨界流体を例示したものである。
(13)請求項13の発明では、前記内チャンバー内の前記基板の設置箇所の流路において、レイノルズ数(Ne)<2300の条件を満たすことを特徴とする。
The present invention exemplifies a supercritical fluid containing a membrane material.
(13) The invention of claim 13 is characterized in that the condition of the Reynolds number (Ne) <2300 is satisfied in the flow path of the installation location of the substrate in the inner chamber.

本発明では、前記請求項3の発明と同様な効果を奏する。
(14)請求項14の発明では、前記温度制御用流体によって、前記内チャンバーを冷却することを特徴とする。
The present invention has the same effect as that of the third aspect of the invention.
(14) The invention of claim 14 is characterized in that the inner chamber is cooled by the temperature control fluid.

本発明では、温度制御用流体によって内チャンバーを冷却することにより、内チャンバー内の超臨界流体が加熱手段からの加熱によって過度に温度上昇する場合でも、その温度上昇を抑制することができる。   In the present invention, by cooling the inner chamber with the temperature control fluid, even when the temperature of the supercritical fluid in the inner chamber rises excessively due to heating from the heating means, the temperature rise can be suppressed.

これにより、基板雰囲気(特に温度)を一定に保つことができるので、基板上により均質な膜を形成することができる。
なお、以下に、本発明における各構成について説明する。
Thereby, since the substrate atmosphere (particularly temperature) can be kept constant, a more uniform film can be formed on the substrate.
In addition, each structure in this invention is demonstrated below.

・前記外チャンバー及び内チャンバーの材料としては、例えばステンレス等の各種の金属を用いることができる。
・前記基板としては、Siウェハ、ガラスウェハ等を採用できる。
-As a material of the said outer chamber and an inner chamber, various metals, such as stainless steel, can be used, for example.
-As the substrate, a Si wafer, a glass wafer or the like can be adopted.

・前記成膜によって形成される膜(薄膜)、その成膜に使用される前駆体、還元剤又は酸化剤としては、下記の表1に記載のものが挙げられる。   -As a film | membrane (thin film) formed by the said film-forming, and the precursor, reducing agent, or oxidizing agent used for the film-forming, the thing of following Table 1 is mentioned.

なお、Cu(tmhd)2:C22404Cu
Ru(tmhd)3:C33576Ru
Me2PtCOD :C1018Pt
TEOS :C8204Si
Ti(O−iPr)2(tmhd)2:C28526Ti
Mn(pmcp)2:C2030Mn
Cu (tmhd) 2 : C 22 H 40 O 4 Cu
Ru (tmhd) 3 : C 33 H 57 O 6 Ru
Me 2 PtCOD: C 10 H 18 Pt
TEOS: C 8 H 20 O 4 Si
Ti (O-iPr) 2 (tmhd) 2 : C 28 H 52 O 6 Ti
Mn (pmcp) 2 : C 20 H 30 Mn

実施例1において、基板上に形成された薄膜を示す説明図である。In Example 1, it is explanatory drawing which shows the thin film formed on the board | substrate. 実施例1の成膜装置を示す説明図である。1 is an explanatory view showing a film forming apparatus of Example 1. FIG. 実施例1におけるチャンバーの内部構造を側面側から見た状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which looked at the internal structure of the chamber in Example 1 from the side surface side. (a)は実施例1における内チャンバーの内部の平面構成を示す説明図、(b)は変形例の内チャンバーの内部の平面構成を示す説明図、(c)は他の変形例の内チャンバーの内部の平面構成を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the planar structure inside the inner chamber in Example 1, (b) is explanatory drawing which shows the planar structure inside the inner chamber of a modification, (c) is an inner chamber of another modification. It is explanatory drawing which shows the plane structure inside. 実施例2におけるチャンバーの内部構造を側面側から見た状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which looked at the internal structure of the chamber in Example 2 from the side surface side. 実施例3の成膜装置を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory view showing a film forming apparatus of Example 3. 実施例3におけるチャンバーの内部構造を側面側から見た状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which looked at the internal structure of the chamber in Example 3 from the side surface side. 実施例4の成膜装置を示す説明図である。6 is an explanatory view showing a film forming apparatus of Example 4. FIG. 実施例4におけるチャンバーの内部構造を側面側から見た状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which looked at the internal structure of the chamber in Example 4 from the side surface side. 実施例5の成膜装置を示す説明図である。10 is an explanatory view showing a film forming apparatus of Example 5. FIG. 実施例5におけるチャンバーの内部構造を側面側から見た状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which looked at the internal structure of the chamber in Example 5 from the side surface side.

次に、本発明の成膜装置及び成膜方法ついて、図面に基づいて説明する。   Next, a film forming apparatus and a film forming method of the present invention will be described with reference to the drawings.

a)まず、本実施例の成膜方法を実施するための成膜装置について説明する。
本実施例の成膜方法は、図1に示す様に、超臨界成膜の技術を用いて、シリコン(Si)からなる例えば直径200mmの円盤状の基板1上に、SiO2からなる例えば厚さ800nmの酸化物層(薄膜)3を形成するものであり、この成膜方法では、図2に示す成膜装置11を用いる。
a) First, a film forming apparatus for carrying out the film forming method of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the film forming method of the present embodiment uses, for example, a supercritical film forming technique on a disc-like substrate 1 made of silicon (Si), for example, having a diameter of 200 mm, and made of, for example, SiO 2 An oxide layer (thin film) 3 having a thickness of 800 nm is formed. In this film forming method, a film forming apparatus 11 shown in FIG. 2 is used.

図2に示す様に、本実施例の成膜装置11は、流路の上流側より、第1管路13と第2管路15とチャンバー17と第3管路19と第4管路21とを備えている。また、第1管路13には、第5管路23と第6管路25と第7管路27とが接続され、第2管路15には、第8管路29が接続されている。更に、第1管路13と第3管路19とを接続するように第9管路31が配置されている。   As shown in FIG. 2, the film forming apparatus 11 of this example has a first pipeline 13, a second pipeline 15, a chamber 17, a third pipeline 19, and a fourth pipeline 21 from the upstream side of the flow channel. And. The first pipeline 13 is connected to the fifth pipeline 23, the sixth pipeline 25, and the seventh pipeline 27, and the second pipeline 15 is connected to the eighth pipeline 29. . Further, a ninth pipeline 31 is disposed so as to connect the first pipeline 13 and the third pipeline 19.

なお、第1〜第9管路13、15、19〜31には、それぞれ管路を手動にて開閉する第1〜第9手動弁33、35、37、39、41、43、45、47、49が配置されてる。なお、各手動弁33〜49に変えて、電子制御装置からの制御信号によって開閉する制御弁を使用してもよい。   The first to ninth pipes 13, 15, 19 to 31 have first to ninth manual valves 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 for manually opening and closing the pipes, respectively. 49 are arranged. Instead of the manual valves 33 to 49, a control valve that opens and closes by a control signal from the electronic control device may be used.

以下、各構成について詳細に説明する。
第5管路23は、超臨界流体となる二酸化炭素ガス(CO2)を、第1管路13に供給するための管路であり、上流側より、二酸化炭素ガスを収容する第1容器51と、二酸化炭素ガスを第1管路13に供給する第1ポンプ53と、前記第5手動弁41とが配置されている。
Hereinafter, each configuration will be described in detail.
The fifth pipe 23 is a pipe for supplying carbon dioxide gas (CO 2 ), which becomes a supercritical fluid, to the first pipe 13, and the first container 51 that stores the carbon dioxide gas from the upstream side. A first pump 53 for supplying carbon dioxide gas to the first pipe line 13 and the fifth manual valve 41 are disposed.

第6管路25は、薄膜3を構成する材料の酸化物を生成するための酸化物用原料(前駆体)、即ちTEOS(Si(OC254)を、第1管路13に供給するための管路であり、上流側より、TEOSを収容する第2容器55と、TEOSを第1管路13に供給する第2ポンプ57と、前記第6手動弁43とが配置されている。 The sixth pipeline 25 supplies an oxide raw material (precursor) for generating an oxide of the material constituting the thin film 3, that is, TEOS (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) to the first pipeline 13. A second container 55 for containing TEOS, a second pump 57 for supplying TEOS to the first pipe 13, and the sixth manual valve 43 from the upstream side. Yes.

第7管路27は、酸化剤である酸素ガス(O2)を、第1管路13に供給するための管路であり、上流側より、酸素ガスを収容する第3容器59と、酸素ガスを第1管路13に供給する第3ポンプ61と、前記第7手動弁45とが配置されている。 The seventh conduit 27 is a conduit for supplying oxygen gas (O 2 ), which is an oxidant, to the first conduit 13, and from the upstream side, a third container 59 that contains oxygen gas, and oxygen A third pump 61 for supplying gas to the first pipeline 13 and the seventh manual valve 45 are arranged.

第8管路29は、温度制御用流体である二酸化炭素ガス(CO2)を、第2管路15に供給するための管路であり、上流側より、二酸化炭素ガスを収容する第4容器63と、二酸化炭素ガスを第2管路15に供給する第4ポンプ65と、前記第8手動弁47とが配置されている。 The eighth conduit 29 is a conduit for supplying carbon dioxide gas (CO 2 ), which is a temperature control fluid, to the second conduit 15, and is a fourth container that stores the carbon dioxide gas from the upstream side. 63, a fourth pump 65 for supplying carbon dioxide gas to the second pipeline 15, and the eighth manual valve 47 are arranged.

第1管路13は、前記第5〜第7管路23〜27から供給される(超臨界流体用の)二酸化炭素ガス、TEOS、酸素ガスを、第1手動弁33を介して、後に詳述するチャンバー17を構成する内チャンバー67内(即ち、第1内部空間69)に供給する管路である。   The first pipe line 13 supplies carbon dioxide gas, TEOS, and oxygen gas (for supercritical fluid) supplied from the fifth to seventh pipe lines 23 to 27 via the first manual valve 33 later. It is a pipe line that supplies the inside of the inner chamber 67 (that is, the first inner space 69) that constitutes the chamber 17 described below.

第2管路15は、前記第8管路29から供給される(温度制御用の)二酸化炭素ガスを、第2手動弁35を介して、後に詳述するチャンバー17を構成する外チャンバー71内(即ち、内チャンバー67と外チャンバー71とで囲まれる第2内部空間73)に供給する管路である。   The second pipe line 15 passes carbon dioxide gas (for temperature control) supplied from the eighth pipe line 29 through the second manual valve 35 in the outer chamber 71 constituting the chamber 17 described in detail later. That is, it is a pipe line that supplies to the second internal space 73 surrounded by the inner chamber 67 and the outer chamber 71.

第3管路19は、内チャンバ−67内(第1内部空間69)から排出されるガス(成膜後の排ガス)を、成膜装置11外に排出する管路であり、上流側より、前記第3手動弁37と第1圧力調整弁75とが配置されている。なお、第1圧力調整弁75は、上流側の圧力が所定値になるように制御する調整弁(即ち、所定圧力になると自動的に開弁する調整弁)である。   The third pipe line 19 is a pipe line that discharges the gas discharged from the inner chamber 67 (first internal space 69) (exhaust gas after film formation) to the outside of the film forming apparatus 11, and from the upstream side, The third manual valve 37 and the first pressure regulating valve 75 are arranged. The first pressure adjustment valve 75 is an adjustment valve that controls the upstream pressure to be a predetermined value (that is, an adjustment valve that automatically opens when the predetermined pressure is reached).

第4管路21は、外チャンバ−71内(第2内部空間73)から排出されるガス(温度制御用の二酸化炭素ガス)を、成膜装置11外に排出する管路であり、上流側より、前記第4手動弁39と(第1圧力調整弁75と同様な)第2圧力調整弁77とが配置されている。   The fourth pipe line 21 is a pipe line that discharges the gas discharged from the outer chamber 71 (second inner space 73) (temperature control carbon dioxide gas) to the outside of the film forming apparatus 11, and is located upstream. Thus, the fourth manual valve 39 and the second pressure regulating valve 77 (similar to the first pressure regulating valve 75) are arranged.

なお、第9管路31は、内チャンバー67をバイパスする管路であり、第7管路27の分岐点27a及び第1手動弁33の間と、第3手動弁37及び第1圧力調整弁75との間とに接続されている。   The ninth pipe 31 is a pipe that bypasses the inner chamber 67, and is between the branch point 27a of the seventh pipe 27 and the first manual valve 33, and the third manual valve 37 and the first pressure regulating valve. 75.

b)次に、本実施例の要部であるチャンバー17の構成について説明する。
図3に示す様に、本実施例で用いられるチャンバー17は、直方体の内チャンバー67と、内チャンバ−67の外周を覆うように構成された直方体の外チャンバー71とから構成される二重構造のチャンバー17である。
b) Next, the configuration of the chamber 17 which is a main part of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 3, the chamber 17 used in the present embodiment has a double structure including a rectangular parallelepiped inner chamber 67 and a rectangular parallelepiped outer chamber 71 configured to cover the outer periphery of the inner chamber 67. This is the chamber 17.

このうち、内チャンバー67は、ステンレスからなる内チャンバー67の外周を構成する箱状の枠体79と、枠体79の底部に配置された発泡プラスチックからなる板状の断熱材81と、断熱材81の上面に配置された板状の基板加熱機構(ヒータ)83とからなる。   Among these, the inner chamber 67 includes a box-shaped frame 79 constituting the outer periphery of the inner chamber 67 made of stainless steel, a plate-shaped heat insulating material 81 made of foamed plastic disposed at the bottom of the frame 79, and a heat insulating material. And a plate-shaped substrate heating mechanism (heater) 83 disposed on the upper surface of 81.

そして、ヒータ83の上方に、前記第1内部空間69が形成され、この第1内部空間69内において、ヒータ83上に前記基板1が配置されている。なお、内チャンバー67内においては、第1内部空間69の高さ(図3の上下方向の厚み)は一定である。   The first internal space 69 is formed above the heater 83, and the substrate 1 is disposed on the heater 83 in the first internal space 69. In the inner chamber 67, the height of the first internal space 69 (the thickness in the vertical direction in FIG. 3) is constant.

また、外チャンバー71は、ステンレスからなる箱状の枠体であり、その内部に、前記内チャンバー67が収容されるとともに、内チャンバー67の外側と外チャンバー71の内側との間に前記第2内部空間73が構成されている。   The outer chamber 71 is a box-shaped frame made of stainless steel, in which the inner chamber 67 is accommodated, and between the outer side of the inner chamber 67 and the inner side of the outer chamber 71. An internal space 73 is configured.

なお、チャンバー内外で圧力差があり内部の圧力を保持する必要のある外チャンバー71は、チャンバー内外で圧力差がなく圧力保持の必要のない内チャンバー67より、チャンバー壁の肉厚が厚く設定されており、これにより、内チャンバー67の熱容量は外チャンバー71の熱容量より小さくなっている。   It should be noted that the outer chamber 71, which has a pressure difference inside and outside the chamber and needs to maintain the internal pressure, has a thicker wall than the inner chamber 67 which has no pressure difference inside and outside the chamber and does not need to hold the pressure. Thus, the heat capacity of the inner chamber 67 is smaller than the heat capacity of the outer chamber 71.

更に、このチャンバー17においては、第1管路13が外チャンバー71を貫通して内チャンバー67内の第1内部空間69に連通するように接続されるとともに、第3管路19が外チャンバー71を貫通して内チャンバー67内の第1内部空間69に連通するように接続されている。つまり、第1内部空間69の上流側(図3左側)に第1管路13が開口するとともに、下流側(図3右側)に第3管路19が開口している。   Further, in the chamber 17, the first pipe line 13 is connected so as to penetrate the outer chamber 71 and communicate with the first inner space 69 in the inner chamber 67, and the third pipe line 19 is connected to the outer chamber 71. And is connected to communicate with the first internal space 69 in the inner chamber 67. That is, the first pipeline 13 opens on the upstream side (left side in FIG. 3) of the first internal space 69, and the third pipeline 19 opens on the downstream side (right side in FIG. 3).

また、外チャンバー71の第2内部空間73の上流側に、第2管路15が接続されるとともに、第2内部空間73の下流側に、第4管路21が接続されている。なお、図3では、第2管路15と第4管路21とが2本ずつ記載されているが、図2ではそれぞれ1本に簡略化してある。   In addition, the second pipeline 15 is connected to the upstream side of the second internal space 73 of the outer chamber 71, and the fourth pipeline 21 is connected to the downstream side of the second internal space 73. In FIG. 3, two second pipes 15 and four fourth pipes 21 are illustrated, but each is simplified to one in FIG. 2.

更に、本実施例では、図4(a)に内チャンバ−67の平面形状を示す様に、中央部の直方体形状の部分に長方形のヒータ83を備えるとともに、そのヒータ83上の下流側寄りに円盤状の基板1が配置されている。なお、ヒータ83の基板1より上流側の部分が、第1管路13から供給される前駆体及び酸化剤を含む超臨界流体(以下では単に超臨界流体等と記すこともある)を加熱する予備加熱部85として構成されている。   Further, in this embodiment, as shown in FIG. 4A, the planar shape of the inner chamber 67 is provided with a rectangular heater 83 in the rectangular parallelepiped portion at the center and on the downstream side of the heater 83. A disc-shaped substrate 1 is arranged. Note that a portion of the heater 83 on the upstream side of the substrate 1 heats a supercritical fluid containing a precursor and an oxidant supplied from the first pipe 13 (hereinafter sometimes simply referred to as a supercritical fluid or the like). The preheating unit 85 is configured.

また、第1管路13とヒータ83との間には、超臨界流体を同図上下方向(ヒータ83の幅方向)に拡散して流すために、同図の右側の辺が大きな略三角形状の拡散機構87が設けられている。この拡散機構87の厚み(紙面方向の寸法)は一定とされている。   Further, in order to diffuse and flow the supercritical fluid between the first pipe 13 and the heater 83 in the vertical direction (the width direction of the heater 83) in the figure, the right side of the figure has a large triangular shape. A diffusion mechanism 87 is provided. The thickness of the diffusion mechanism 87 (size in the paper surface direction) is constant.

なお、ヒータ83の下流側も、拡散機構87と同様な略三角形状の構造(但し左右逆)になっており、第3管路21に接続されている。
特に、本実施例では、内チャンバー67の第1内部空間69を流れる超臨界流体が層流(特にプラグフロー)となるように、内部構造や流す流体の特性が設定されている。
Note that the downstream side of the heater 83 also has a substantially triangular structure (but left-right reversed) similar to the diffusion mechanism 87, and is connected to the third pipeline 21.
In particular, in this embodiment, the internal structure and the characteristics of the flowing fluid are set so that the supercritical fluid flowing in the first inner space 69 of the inner chamber 67 becomes a laminar flow (particularly plug flow).

具体的には、前記図3に示す様に、第1内部空間69の上面と下面とは平行で、上下寸法は一定であり、更に図4(a)に示す様に、ヒータ83の配置部分では、第1内部空間69の幅方向(同図上下方向)における寸法は一定である。   Specifically, as shown in FIG. 3, the upper surface and the lower surface of the first internal space 69 are parallel and the vertical dimension is constant. Further, as shown in FIG. Then, the dimension in the width direction (the vertical direction in the figure) of the first internal space 69 is constant.

また、レイノルズ数(Re=UL/γ)が、Re<2300を満たす様に、流体の特性等が設定されている。例えば、U=3.5×10-2[m/s]、L=2.0×10-2[m]、γ=3.5×10-7[m2/s]とされている。 Further, the fluid characteristics and the like are set so that the Reynolds number (Re = UL / γ) satisfies Re <2300. For example, U = 3.5 × 10 −2 [m / s], L = 2.0 × 10 −2 [m], and γ = 3.5 × 10 −7 [m 2 / s].

なお、U:内チャンバー内の超臨界流体の速度[m/s]
L:内チャンバー内の高さ[m]
γ:超臨界流体の動粘度[m2/s]
c)次に、前記成膜装置11を用いて行われる成膜方法について説明する。
U: velocity of supercritical fluid in the inner chamber [m / s]
L: Height in the inner chamber [m]
γ: Kinematic viscosity of supercritical fluid [m 2 / s]
c) Next, a film forming method performed using the film forming apparatus 11 will be described.

(1)前記図2に示す様に、まず、内チャンバー67内において、ヒータ83上の所定位置(図4(a)参照)に、基板1を配置する。
(2)次に、第1、第2、第3、第4、第5、第8手動弁33、35、37、39、41、47を開く。なお、他の手動弁は閉じておく。
(1) As shown in FIG. 2, first, the substrate 1 is placed at a predetermined position on the heater 83 (see FIG. 4A) in the inner chamber 67.
(2) Next, the first, second, third, fourth, fifth, and eighth manual valves 33, 35, 37, 39, 41, and 47 are opened. The other manual valves are closed.

(3)次に、第1、第4ポンプ53、65を作動させ、超臨界流体用の二酸化炭素ガスを内チャンバー67内(第1内部空間69)に供給するとともに、温度制御用の二酸化炭素ガスを外チャンバー71内(第2内部空間73)に供給する。   (3) Next, the first and fourth pumps 53 and 65 are operated to supply carbon dioxide gas for the supercritical fluid into the inner chamber 67 (first inner space 69), and at the same time, carbon dioxide for temperature control. Gas is supplied into the outer chamber 71 (second inner space 73).

なお、供給する各流体の流量は、液体状態で100cc/minとする。また、チャンバー17に流入する際の各流体の温度は、50℃である。
(4)それとともに、成膜装置11全体を、図示しないヒータで50℃に加熱するとともに、基板加熱用のヒータ83を400℃に昇温する。これによって、内チャンバー67内及び外チャンバー71内を12MPに昇圧する。なお、圧力の調整は、前記第1、第2圧力調整弁75、77で行う。
The flow rate of each fluid to be supplied is 100 cc / min in the liquid state. The temperature of each fluid when flowing into the chamber 17 is 50 ° C.
(4) At the same time, the entire film forming apparatus 11 is heated to 50 ° C. by a heater (not shown), and the heater 83 for heating the substrate is heated to 400 ° C. As a result, the pressure in the inner chamber 67 and the outer chamber 71 is increased to 12 MP. The pressure is adjusted by the first and second pressure regulating valves 75 and 77.

(5)次に、第6、第7手動弁43、45を開く。
(6)次に、第2、第3ポンプ57、61を作動させ、膜材料の前駆体のTEOSを内チャンバー67内に供給する。流体の流量は、液体状態で0.5cc/minとする。
(5) Next, the sixth and seventh manual valves 43 and 45 are opened.
(6) Next, the second and third pumps 57 and 61 are operated to supply the film material precursor TEOS into the inner chamber 67. The flow rate of the fluid is 0.5 cc / min in the liquid state.

それとともに、膜材料の酸化剤の酸素ガスを内チャンバー67内に供給する。なお、供給する流体の流量は、常温常圧で3200cc/minとする。
このとき、内チャンバー67に供給された超臨界流体用の二酸化炭素ガスの状態は、その臨界点(圧力7.38MPa、温度31.1℃)を超える超臨界状態である。
At the same time, oxygen gas as an oxidizing agent for the film material is supplied into the inner chamber 67. The flow rate of the fluid to be supplied is 3200 cc / min at room temperature and normal pressure.
At this time, the state of the carbon dioxide gas for the supercritical fluid supplied to the inner chamber 67 is a supercritical state exceeding the critical point (pressure 7.38 MPa, temperature 31.1 ° C.).

そして、この状態で、30分間にわたり成膜を行う。
(7)成膜終了後、第6、第7手動弁43、45を閉じるとともに、第2、第3ポンプ57、61を停止して、膜材料の前駆体及び酸化剤の供給を停止し、この状態で、内チャンバー67内に超臨界流体用の二酸化炭素ガスを供給して10分間パージする。
In this state, film formation is performed for 30 minutes.
(7) After the film formation is completed, the sixth and seventh manual valves 43 and 45 are closed, and the second and third pumps 57 and 61 are stopped to stop the supply of the precursor of the film material and the oxidizing agent, In this state, carbon dioxide gas for supercritical fluid is supplied into the inner chamber 67 and purged for 10 minutes.

(8)その後、温度及び圧力を、常温常圧にして終了する。
この成膜処理によって、基板1上に、厚さ800nmのSiO2膜が形成されていた。
なお、成膜の反応式(1)を下記に示す。
(8) Then, the temperature and pressure are set to normal temperature and normal pressure, and the process is terminated.
By this film forming process, an SiO 2 film having a thickness of 800 nm was formed on the substrate 1.
The reaction formula (1) for film formation is shown below.

Si(OC254→SiO2+4C24+2H2O・・(1)
d)この様に、本実施例では、チャンバー17は内チャンバー67と外チャンバー71とを有する二重構造を備えている。そして、内チャンバー67と外チャンバー71との間の第2内部空間73に温度制御用流体を供給することにより、内チャンバー67内の温度を制御するとともに、内チャンバー67内に膜材料を含む超臨界流体を供給し、更にヒータ83によって基板1を加熱することによって、基板1上に薄膜3を形成する。
Si (OC 2 H 5 ) 4 → SiO 2 + 4C 2 H 4 + 2H 2 O (1)
d) As described above, in this embodiment, the chamber 17 has a double structure having the inner chamber 67 and the outer chamber 71. Then, by supplying a temperature control fluid to the second internal space 73 between the inner chamber 67 and the outer chamber 71, the temperature in the inner chamber 67 is controlled, and the inner chamber 67 contains a film material. A thin film 3 is formed on the substrate 1 by supplying a critical fluid and further heating the substrate 1 with a heater 83.

つまり、本実施例では、内チャンバー67と外チャンバー71との二重構造とし、その間の第2内部空間73に温度制御用流体を流すことにより、基板1上に超臨界成膜を行う際に、内チャンバー67内の基板雰囲気を容易に一定に保つことができる。これにより、基板1上に均質な薄膜3を形成することができる。   That is, in this embodiment, when a supercritical film is formed on the substrate 1 by forming a double structure of the inner chamber 67 and the outer chamber 71 and flowing a temperature control fluid in the second internal space 73 between them. The substrate atmosphere in the inner chamber 67 can be easily kept constant. Thereby, a homogeneous thin film 3 can be formed on the substrate 1.

また、第2内部空間73に温度制御用流体を流すことにより、熱容量が大きく温度の制御が困難な外チャンバー71がヒータ83によって加熱されることを抑制でき、この点からも基板雰囲気を一定にすることができる。   In addition, by flowing a temperature control fluid through the second internal space 73, it is possible to prevent the outer chamber 71 having a large heat capacity and difficult to control the temperature from being heated by the heater 83, and also from this point, the substrate atmosphere is kept constant. can do.

更に、本実施例では、内チャンバー67内の基板1の設置箇所の流路においては、レイノルズ数(Ne)<2300の条件を満たすので、基板1の周囲を通過する流体は層流である。よって、内チャンバー67内の基板雰囲気を容易に一定に保つことができる。   Furthermore, in this embodiment, the flow path at the location where the substrate 1 is installed in the inner chamber 67 satisfies the condition of Reynolds number (Ne) <2300, so the fluid passing around the substrate 1 is a laminar flow. Therefore, the substrate atmosphere in the inner chamber 67 can be easily maintained constant.

その上、本実施例では、内チャンバー67内の基板1の設置箇所の流路において、内チャンバー67内の超臨界流体の流れ方向に対する垂直の断面形状が一定であるので、基板1の周囲を通過する流体を(乱れの少ない)プラグフローのような整った流れにすることができる。よって、内チャンバー67内の基板雰囲気を容易に一定に保つことができる。   In addition, in the present embodiment, since the cross-sectional shape perpendicular to the flow direction of the supercritical fluid in the inner chamber 67 is constant in the flow path at the place where the substrate 1 is installed in the inner chamber 67, The fluid passing through can be made into a steady flow like plug flow (with less turbulence). Therefore, the substrate atmosphere in the inner chamber 67 can be easily maintained constant.

また、本実施例では、拡散機構87によって、超臨界流体が基板1の幅方向に広がるように供給されるので、基板表面での流速ベクトルの方向を揃えることができる。よって、内チャンバー67内の基板雰囲気を容易に一定に保つことができる。   In this embodiment, since the supercritical fluid is supplied by the diffusion mechanism 87 so as to spread in the width direction of the substrate 1, the direction of the flow velocity vector on the substrate surface can be made uniform. Therefore, the substrate atmosphere in the inner chamber 67 can be easily maintained constant.

更に、本実施例では、基板1より上流側に予備加熱部85を備えているので、超臨界流体が基板1に達する前に予め超臨界流体を加熱することができる。これにより、基板表面の温度勾配が少なくなり、基板表面の温度を容易に一定にすることができる。   Furthermore, in this embodiment, since the preheating unit 85 is provided on the upstream side of the substrate 1, the supercritical fluid can be heated in advance before the supercritical fluid reaches the substrate 1. Thereby, the temperature gradient of the substrate surface is reduced, and the temperature of the substrate surface can be easily made constant.

その上、本実施例では、内チャンバー67の熱容量は外チャンバー71の熱容量より小さいので、(外チャンバー71の温度制御を行う場合に比べて)温度制御用流体によって、内チャンバー67の温度の調節を容易に行うことができる。   In addition, in this embodiment, since the heat capacity of the inner chamber 67 is smaller than the heat capacity of the outer chamber 71, the temperature of the inner chamber 67 is adjusted by the temperature control fluid (as compared with the case of controlling the temperature of the outer chamber 71). Can be easily performed.

また、本実施例では、温度制御用流体の温度を超臨界流体の温度と同じ温度としているので、(内チャンバー67内の)超臨界流体の温度の変動を押さえて安定化することができる。これにより、基板雰囲気(特に温度)を一定に保つことができるので、基板1上により均質な薄膜3を形成することができる。   In this embodiment, since the temperature of the temperature control fluid is the same as the temperature of the supercritical fluid, the temperature of the supercritical fluid (in the inner chamber 67) can be suppressed and stabilized. Thereby, since the substrate atmosphere (particularly temperature) can be kept constant, a more uniform thin film 3 can be formed on the substrate 1.

なお、温度制御用流体の温度を超臨界流体の温度より低い温度とすることにより、超臨界流体がヒータ83からの加熱によって過度に温度上昇する場合でも、その温度上昇を抑制することができる。   By setting the temperature of the temperature control fluid to a temperature lower than that of the supercritical fluid, even if the temperature of the supercritical fluid rises excessively due to heating from the heater 83, the temperature rise can be suppressed.

更に、本実施例では、内チャンバー67内の第1内部空間69の圧力と、内チャンバー67と外チャンバー67との間の第2内部空間73の圧力とを制御する第1、第2圧力調整弁75、77を備えているので、この圧力調整弁75、77によって、両内部空間69、73の圧力を同圧とするように制御することにより、両圧力の差による例えば内チャンバー67等の破損を防止することができる。   Further, in this embodiment, the first and second pressure adjustments for controlling the pressure of the first internal space 69 in the inner chamber 67 and the pressure of the second internal space 73 between the inner chamber 67 and the outer chamber 67. Since the valves 75 and 77 are provided, the pressure adjustment valves 75 and 77 are used to control the pressures of the internal spaces 69 and 73 to be the same pressure. Breakage can be prevented.

なお、予備加熱部85を省略することも可能である。
e)また、本実施例の変形例として、下記の構成を採用できる。
・例えば図4(b)に示す様に、基板91を載置したヒータ93を収容した内チャンバー95に対して、その上流側に第1管路97を配置するとともに、その第1配管97の下流側に、前記拡散機構のように幅方向に広がるように分岐した配管97aを設け、その配管97aから、ヒータ93側に平行に超臨界流体を供給してもよい。
The preheating unit 85 can be omitted.
e) Moreover, the following structure is employable as a modification of a present Example.
For example, as shown in FIG. 4B, a first conduit 97 is disposed on the upstream side of the inner chamber 95 containing the heater 93 on which the substrate 91 is placed, and the first piping 97 A pipe 97a branched so as to spread in the width direction like the diffusion mechanism may be provided on the downstream side, and the supercritical fluid may be supplied in parallel to the heater 93 side from the pipe 97a.

この装置によっても、前記拡散機構と同様な効果を奏する。
・また、例えば図4(c)に示す様に、内チャンバー101内に、拡散機構103、予備加熱部105、基板107を載置したヒータ109を備え、更に、そのヒータ109を、超臨界流体の流れ方向に沿って複数の個別ヒータから構成し、この個別ヒータを独立して温度制御可能としてもよい。
This device also has the same effect as the diffusion mechanism.
Further, as shown in FIG. 4C, for example, a heater 109 on which a diffusion mechanism 103, a preheating unit 105, and a substrate 107 are placed is provided in the inner chamber 101, and the heater 109 is further connected to a supercritical fluid. A plurality of individual heaters may be formed along the flow direction, and the individual heaters may be independently temperature-controllable.

つまり、ここでは、超臨界流体の流れ方向に沿って(独立して温度制御可能な)複数の個別ヒータを備えているので、上流側の温度を高く下流側の温度を低くするように加熱制御を行うことができる。よって、基板温度を容易に一定に設定することができるので、基板107上により均質な薄膜を形成することができる。   In other words, since there are multiple individual heaters (independently temperature-controllable) along the flow direction of the supercritical fluid, heating control is performed so that the upstream temperature is increased and the downstream temperature is decreased. It can be performed. Therefore, since the substrate temperature can be easily set to be constant, a more uniform thin film can be formed on the substrate 107.

次に、実施例2について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の成膜装置は、実施例1とは内チャンバーの内部の構成が異なるので、異なる点を説明する。
Next, the second embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
The film forming apparatus of the present embodiment is different from the first embodiment because the internal configuration of the inner chamber is different.

図5に示す様に、本実施例の成膜装置に用いられるチャンバー111は、前記実施例1と同様に、内チャンバー113と外チャンバー115との二重構造を有しており、各流体の流路も、前記実施例1と同様である。   As shown in FIG. 5, the chamber 111 used in the film forming apparatus of this embodiment has a double structure of an inner chamber 113 and an outer chamber 115 as in the first embodiment. The flow path is the same as that in the first embodiment.

特に本実施例では、同図の中央の第1内部空間117の下方に(実施例1と同様な構成の)下側断熱材119と下側ヒータ121とを備えるとともに、第1内部空間117の上方にも同様な上側断熱材123と上側ヒータ125とを備えている。   In particular, in the present embodiment, a lower heat insulating material 119 and a lower heater 121 (having the same configuration as that of the first embodiment) are provided below the first inner space 117 in the center of FIG. A similar upper heat insulating material 123 and upper heater 125 are also provided above.

つまり、第1内部空間117を挟む様に、上下に各ヒータ121、125を備えている。これにより、上下方向の温度分布を小さくすることができる。
例えば膜材料である前駆体の種類によっては、上下方向に温度分布の小さい方が(下側ヒータ121上に載置された)基板127上に均質な薄膜を形成し易いものがある。
That is, the heaters 121 and 125 are provided above and below so as to sandwich the first internal space 117. Thereby, the temperature distribution in the vertical direction can be reduced.
For example, depending on the type of precursor, which is a film material, there is a type in which a uniform thin film can be easily formed on the substrate 127 (mounted on the lower heater 121) with a smaller temperature distribution in the vertical direction.

従って、本実施例では、使用する膜材料の種類によっては、より好適に均質な薄膜を形成することができるという利点がある。
なお、本実施例においても、前記変形例(図4(b)、(c)参照)の構成を採用してもよい。
Therefore, in this embodiment, there is an advantage that a homogeneous thin film can be formed more suitably depending on the type of film material used.
In the present embodiment, the configuration of the modification (see FIGS. 4B and 4C) may be employed.

次に、実施例3について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の成膜装置は、実施例1とは内チャンバーの内部の構成が異なり、また、それに伴い流路も若干異なっている。
Next, the third embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
The film forming apparatus of the present example is different from Example 1 in the internal configuration of the inner chamber, and the flow path is slightly different accordingly.

a)まず、本実施例の成膜装置について、図6に基づいて説明する。
図6に示す様に、本実施例の成膜装置131は、上流側より、第1管路133と第2管路135とチャンバー137と第3管路139とを備えている。また、第1管路133には、第4管路141と第5管路143と第6管路145とが接続され、第2管路135には、第7管路147が接続されている。更に、第1管路133と第3管路139とを接続するように第8管路149が配置されている。また、第1〜第8管路133、135、139〜149には、それぞれ第1〜第8手動弁151、153、155、157、159、161、163、165が配置されている。
a) First, the film forming apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6, the film forming apparatus 131 of this embodiment includes a first pipe 133, a second pipe 135, a chamber 137, and a third pipe 139 from the upstream side. In addition, a fourth pipeline 141, a fifth pipeline 143, and a sixth pipeline 145 are connected to the first pipeline 133, and a seventh pipeline 147 is connected to the second pipeline 135. . Further, an eighth pipe 149 is disposed so as to connect the first pipe 133 and the third pipe 139. In addition, first to eighth manual valves 151, 153, 155, 157, 159, 161, 163, and 165 are disposed in the first to eighth pipe lines 133, 135, and 139 to 149, respectively.

このうち、第4管路141には、(超臨界流体用の)二酸化炭素ガスを収容する第1容器167と、第1ポンプ169と、前記第4手動弁157とが配置されている。
第5管路143には、(前駆体である)TEOSを収容する第2容器171と、第2ポンプ173と、前記第5手動弁159とが配置されている。
Among these, the fourth pipe 141 is provided with a first container 167 for storing carbon dioxide gas (for supercritical fluid), a first pump 169, and the fourth manual valve 157.
In the fifth pipe line 143, a second container 171 containing TEOS (which is a precursor), a second pump 173, and the fifth manual valve 159 are arranged.

第6管路145には、(酸化剤である)酸素ガスを収容する第3容器175と、第3ポンプ177と、前記第6手動弁161とが配置されている。
第7管路147には、(温度制御用流体である)二酸化炭素ガスを収容する第4容器179と、第4ポンプ181と、前記第7手動弁163とが配置されている。
The sixth pipe 145 is provided with a third container 175 for storing oxygen gas (which is an oxidant), a third pump 177, and the sixth manual valve 161.
A fourth container 179 that stores carbon dioxide gas (which is a temperature control fluid), a fourth pump 181, and the seventh manual valve 163 are disposed in the seventh conduit 147.

第1管路133は、前記(超臨界流体用の)二酸化炭素ガス、TEOS、酸素ガスを、チャンバー137の内チャンバー183内に供給する管路である。
第2管路135は、前記(温度制御用の)二酸化炭素ガスを、チャンバー137の外チャンバー185内に供給する管路である。
The first pipe 133 is a pipe that supplies the carbon dioxide gas (for supercritical fluid), TEOS, and oxygen gas into the inner chamber 183 of the chamber 137.
The second pipe 135 is a pipe that supplies the carbon dioxide gas (for temperature control) into the outer chamber 185 of the chamber 137.

第3管路139には、その上流側より、前記第3手動弁155と圧力調整弁187とが配置されている。
b)次に、チャンバー137の構造について、図7に基づいて説明する。
The third manual valve 155 and the pressure regulating valve 187 are arranged in the third pipe line 139 from the upstream side.
b) Next, the structure of the chamber 137 will be described with reference to FIG.

図7に示す様に、チャンバー137は、内チャンバー183と外チャンバー185とからなる二重構造である。
このうち、外チャンバー185は、上部が開口した箱状の容器189と、容器189の開口部189aを覆う蓋体191とからなる。なお、容器189と蓋体191とは図示しない(ボルトやナット等の)固定部材及び(パッキン等の)シール部材によって、気密状態で一体に固定される。
As shown in FIG. 7, the chamber 137 has a double structure including an inner chamber 183 and an outer chamber 185.
Among these, the outer chamber 185 includes a box-shaped container 189 having an open top, and a lid 191 that covers the opening 189 a of the container 189. The container 189 and the lid 191 are integrally fixed in an airtight state by a fixing member (such as a bolt or a nut) and a sealing member (such as a packing) (not shown).

また、内チャンバー183は、その内部の空間(第1内部空間)193が途中で折れ曲がって、2層の空間(上空間193aと下空間193b)が重ね合わされた構造を有している。   The inner chamber 183 has a structure in which an inner space (first inner space) 193 is bent in the middle, and two layers of space (upper space 193a and lower space 193b) are overlapped.

つまり、平板状の上空間193aとそれより平面方向の面積の大きな平板状の下空間193bとを重ね合わせるとともに、この上空間193aと下空間193bとは、同図左側の連通部(折り返し機構)193cにて折り返して連通するように構成されている。なお、下空間193bの底部には、前記実施例1と同様に、断熱材195及びヒータ197が配置されている。   That is, the flat upper space 193a and the flat lower space 193b having a larger area in the plane direction are overlapped with each other, and the upper space 193a and the lower space 193b are connected to the left side in FIG. It is configured to communicate with each other by turning back at 193c. As in the first embodiment, a heat insulating material 195 and a heater 197 are arranged at the bottom of the lower space 193b.

更に、外チャンバー185の蓋体191を貫いて(超臨界流体等が供給される)第1管路133が配置されており、この第1管路133は、内チャンバー183の上空間193aの同図右端に接続されている。   Further, a first pipe 133 is disposed through the lid 191 of the outer chamber 185 (supplied with a supercritical fluid or the like), and the first pipe 133 is the same as the upper space 193a of the inner chamber 183. Connected to the right end of the figure.

また、外チャンバー185の容器189の下流側の壁面189bを貫いて、第3管路139が配置されている。
更に、下空間193bの下流側には、(第3管路139より小径の)連通管199が設けられている。この連通管199は、第3管路139と僅かな間隔を開けて同軸に配置されるとともに、連通管199の下流側の開口部199aが第3管路139の開口部139aに向かって開口している。
Further, a third pipe line 139 is disposed through the wall surface 189b on the downstream side of the container 189 of the outer chamber 185.
Further, a communication pipe 199 (having a smaller diameter than the third pipe line 139) is provided on the downstream side of the lower space 193b. The communication pipe 199 is coaxially arranged with a slight gap from the third pipe 139, and an opening 199a on the downstream side of the communication pipe 199 opens toward the opening 139a of the third pipe 139. ing.

なお、(温度制御用流体が供給される)第2管路135は、外チャンバー185の容器189の上流側の壁面189cを貫いて配置されている。
c)本実施例では、超臨界流体等は、内チャンバー183の上空間193aに供給され、連通部193cを介して流路が逆方向に変更されて下空間193bを流れる。これにより、下空間193bにおける流速ベクトルを揃えることができるので、基板雰囲気を一定にすることができ、よって、基板201上に容易に均質な薄膜を形成することができる。
The second pipe 135 (to which the temperature control fluid is supplied) is disposed so as to penetrate the upstream wall surface 189c of the container 189 of the outer chamber 185.
c) In this embodiment, the supercritical fluid or the like is supplied to the upper space 193a of the inner chamber 183, and the flow path is changed in the reverse direction via the communication portion 193c to flow through the lower space 193b. Thereby, since the flow velocity vectors in the lower space 193b can be made uniform, the substrate atmosphere can be made constant, and thus a homogeneous thin film can be easily formed on the substrate 201.

また、本実施例では、外チャンバー185の蓋体191側に内チャンバー183を接続することができるので、チャンバー137の開閉が容易である。また、既存の圧力容器を利用することができるので、設計等の際の自由度が高いという利点がある。   In this embodiment, since the inner chamber 183 can be connected to the lid 191 side of the outer chamber 185, the chamber 137 can be easily opened and closed. Moreover, since the existing pressure vessel can be utilized, there exists an advantage that the freedom degree at the time of a design etc. is high.

なお、本実施例では、排気となる超臨界流体等と温度制御用流体とは、内チャンバー183内の下流側で合流するが、それらは合流して第3管路139から排出されるので、内チャンバー183内における成膜には支障はない。   In the present embodiment, the supercritical fluid or the like serving as exhaust and the temperature control fluid merge on the downstream side in the inner chamber 183, but they merge and are discharged from the third conduit 139. There is no problem in film formation in the inner chamber 183.

次に、実施例4について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の成膜装置は、実施例1とはその流路が異なっている。
a)まず、本実施例の成膜装置について、図8に基づいて説明する。
Next, the fourth embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
The film forming apparatus of this example is different from that of Example 1 in the flow path.
a) First, the film forming apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG.

図8に示す様に、本実施例の成膜装置211は、流路の上流側より、第1管路213とチャンバー215と第2管路217とを備えている。また、第1管路213には、第3管路219と第4管路221と第5管路223とが接続されている。更に、第1管路213と第2管路217とを接続するように第6管路225が配置されている。なお、第1管路には、分岐管路として第7管路227が接続されている。また、第1〜第6管路213〜225には、それぞれ第1〜第8手動弁229、231、233、235、237、239が配置されている。   As shown in FIG. 8, the film forming apparatus 211 of this embodiment includes a first pipe 213, a chamber 215, and a second pipe 217 from the upstream side of the flow path. In addition, a third pipeline 219, a fourth pipeline 221 and a fifth pipeline 223 are connected to the first pipeline 213. Furthermore, a sixth pipeline 225 is disposed so as to connect the first pipeline 213 and the second pipeline 217. A seventh pipe 227 is connected to the first pipe as a branch pipe. In addition, first to eighth manual valves 229, 231, 233, 235, 237, and 239 are disposed in the first to sixth pipelines 213 to 225, respectively.

このうち、第3管路219には、(超臨界流体用の)二酸化炭素ガスを収容する第1容器241と、第1ポンプ243と、前記第3手動弁233とが配置されている。
第4管路221には、(前駆体である)TEOSを収容する第2容器245と、第2ポンプ247と、前記第4手動弁235とが配置されている。
Among these, the third pipe 219 is provided with a first container 241 for storing carbon dioxide gas (for supercritical fluid), a first pump 243, and the third manual valve 233.
In the fourth conduit 221, a second container 245 for accommodating TEOS (which is a precursor), a second pump 247, and the fourth manual valve 235 are arranged.

第5管路223には、(酸化剤である)酸素ガスを収容する第3容器249と、第3ポンプ251と、前記第5手動弁237とが配置されている。
なお、第4管路221と第5管路223は、第1管路213の手前にて合流路224にて合流し、この合流路224が第1管路213に接続されている。
A third container 249 that stores oxygen gas (which is an oxidant), a third pump 251, and the fifth manual valve 237 are disposed in the fifth pipe 223.
Note that the fourth pipe 221 and the fifth pipe 223 merge at the merge channel 224 before the first pipeline 213, and the merge channel 224 is connected to the first pipeline 213.

第1管路213は、前記二酸化炭素ガス、TEOS、酸素ガスを、チャンバー217の内チャンバー253内に供給する管路である。
第7管路227は、前記二酸化炭素ガスを、チャンバー215の外チャンバー255内に供給する管路である。
The first pipe 213 is a pipe that supplies the carbon dioxide gas, TEOS, and oxygen gas into the inner chamber 253 of the chamber 217.
The seventh conduit 227 is a conduit that supplies the carbon dioxide gas into the outer chamber 255 of the chamber 215.

第2管路139には、その上流側より、前記第2手動弁231と圧力調整弁257とが配置されている。
b)次に、チャンバー215の構造について、図9に基づいて説明する。
The second manual valve 231 and the pressure regulating valve 257 are arranged in the second pipe line 139 from the upstream side.
b) Next, the structure of the chamber 215 will be described with reference to FIG.

図9に示す様に、チャンバー215は、内チャンバー253と外チャンバー255とからなる二重構造である。
このうち、内チャンバー253は、実施例1と同様に、第1内部空間259の底部に、断熱材261とヒータ263とが配置され、そのヒータ263上に基板265が配置される。
As shown in FIG. 9, the chamber 215 has a double structure including an inner chamber 253 and an outer chamber 255.
Among these, in the inner chamber 253, the heat insulating material 261 and the heater 263 are disposed at the bottom of the first internal space 259, and the substrate 265 is disposed on the heater 263, as in the first embodiment.

また、外チャンバー255には、その上流側に第7管路227が接続されるとともに、下流側に第2管路217が接続されている。
特に本実施例では、第7管路227の内部に同軸に第1管路213が配置される(即ち二重管とする)とともに、第1管路213に合流路224が接続されている。そして、第1管路213と内チャンバー253の第1内部空間259とが連通するとともに、第7管路227と外チャンバー255の第2内部空間267とが連通している。
The outer chamber 255 is connected to the seventh pipe 227 on the upstream side and to the second pipe 217 on the downstream side.
In particular, in the present embodiment, the first pipe 213 is coaxially arranged inside the seventh pipe 227 (that is, a double pipe), and the combined flow path 224 is connected to the first pipe 213. The first conduit 213 communicates with the first internal space 259 of the inner chamber 253, and the seventh conduit 227 communicates with the second internal space 267 of the outer chamber 255.

また、第1内部空間259の下流側には連通路269が接続されるとともに、その連通路269の下流側は、第2管路217の内部に同軸に配置されている(即ち二重管とする)。   In addition, a communication path 269 is connected to the downstream side of the first internal space 259, and the downstream side of the communication path 269 is coaxially disposed inside the second pipe 217 (that is, a double pipe and To do).

c)本実施例では、超臨界流体は、前駆体及び酸化剤を加えられて、内チャンバー253の第1内部空間259に供給されるとともに、同じ超臨界流体は、温度制御用として、外チャンバー255の第2内部空間267に供給される。   c) In this embodiment, the supercritical fluid is supplied with the precursor and the oxidant and supplied to the first inner space 259 of the inner chamber 253, and the same supercritical fluid is used for temperature control as the outer chamber. 255 is supplied to the second internal space 267.

そして、内チャンバー253の第2内部空間267から排出される超臨界流体等は、連通管269から第2管路217内に排出されるとともに、外チャンバー255の第2内部空間267から(温度制御用の)超臨界流体が同じ第2管路217に排出される。即ち、両流体は合流して、第2管路217に排出される。   Then, the supercritical fluid or the like discharged from the second internal space 267 of the inner chamber 253 is discharged from the communication pipe 269 into the second pipe 217 and from the second internal space 267 of the outer chamber 255 (temperature control). Supercritical fluid is discharged to the same second conduit 217. That is, both fluids merge and are discharged to the second pipe 217.

つまり、本実施例では、同一の超臨界流体が分岐して第1内部空間259及び第2内部空間267に供給されるとともに、第1内部空間159及び第2内部空間267から排出される超臨界流体等は、第2管路217にて合流して排出される。   That is, in this embodiment, the same supercritical fluid is branched and supplied to the first internal space 259 and the second internal space 267, and is discharged from the first internal space 159 and the second internal space 267. The fluid and the like merge at the second pipe 217 and are discharged.

これによって、内チャンバー253内の圧力と外チャンバー255内の圧力とを容易に同圧に保つことができる。
なお、本実施例でも、第1内部空間259から排出された膜材料が逆流して第2内部空間267に至ることがあるが、その量は僅かであるので、特に支障はない。
Thereby, the pressure in the inner chamber 253 and the pressure in the outer chamber 255 can be easily maintained at the same pressure.
Also in this embodiment, the film material discharged from the first internal space 259 may flow backward and reach the second internal space 267, but there is no particular problem because the amount is small.

次に、実施例5について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の成膜装置は、実施例1とはその流路や圧力調整の構成が異なっている。
a)まず、本実施例の成膜装置について、図10に基づいて説明する。
Next, although Example 5 is demonstrated, description of the content similar to the said Example 1 is abbreviate | omitted.
The film forming apparatus of the present embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the flow path and pressure adjustment.
a) First, the film forming apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG.

図10に示す様に、本実施例の成膜装置271は、上流側より、第1管路273と第2管路275とチャンバー277と第3管路279と第4管路281とを備えている。また、第1管路273には、第5管路283と第6管路285と第7管路287と第8管路289とが接続されている。更に、第1管路273と第3管路217とを接続するように第9管路291が配置されている。なお、第1〜第9管路273、275、279〜291には、それぞれ第1〜第9手動弁293、295、297、299、301、303、305、307、309が配置されている。   As shown in FIG. 10, the film forming apparatus 271 of this example includes a first conduit 273, a second conduit 275, a chamber 277, a third conduit 279, and a fourth conduit 281 from the upstream side. ing. In addition, a fifth pipe 283, a sixth pipe 285, a seventh pipe 287, and an eighth pipe 289 are connected to the first pipe 273. Furthermore, a ninth pipe 291 is arranged so as to connect the first pipe 273 and the third pipe 217. Note that first to ninth manual valves 293, 295, 297, 299, 301, 303, 305, 307, and 309 are disposed in the first to ninth pipelines 273, 275, and 279 to 291, respectively.

このうち、第5管路219には、(超臨界流体用の)二酸化炭素ガスを収容する第1容器311と、第1ポンプ313と、前記第5手動弁301とが配置されている。
第6管路285には、(前駆体である)TEOSを収容する第2容器365と、第2ポンプ367と、前記第6手動弁303とが配置されている。
Among these, the fifth pipe 219 is provided with a first container 311 for storing carbon dioxide gas (for supercritical fluid), a first pump 313, and the fifth manual valve 301.
In the sixth pipe line 285, a second container 365 for accommodating TEOS (which is a precursor), a second pump 367, and the sixth manual valve 303 are arranged.

第7管路287には、(酸化剤である)酸素ガスを収容する第3容器369と、第3ポンプ371と、前記第7手動弁305とが配置されている。
第8管路219には、(温度制御用の)液体の水を収容する第4容器373と、第4ポンプ375と、前記第8手動弁307とが配置されている。
In the seventh pipe line 287, a third container 369 for storing oxygen gas (which is an oxidant), a third pump 371, and the seventh manual valve 305 are arranged.
A fourth container 373 that stores liquid water (for temperature control), a fourth pump 375, and the eighth manual valve 307 are disposed in the eighth pipe 219.

第1管路273は、前記(超臨界流体用の)二酸化炭素ガス、TEOS、酸素ガスを、チャンバー277の内チャンバー377内に供給する管路である。
第2管路275は、前記(温度制御用の)水を、チャンバー277の外チャンバー379内に供給する管路である。
The first conduit 273 is a conduit that supplies the carbon dioxide gas (for supercritical fluid), TEOS, and oxygen gas into the inner chamber 377 of the chamber 277.
The second pipe 275 is a pipe that supplies the water (for temperature control) into the outer chamber 379 of the chamber 277.

第3管路279は、内チャンバー377内より超臨界流体等を排出する管路であり、上流側より、前記第3手動弁297と第1圧力調整弁381とが配置されている。
第4管路281は、外チャンバー379内より温度制御用流体を排出する管路であり、上流側より、前記第4手動弁299と第2圧力調整弁383とが配置されている。
The third conduit 279 is a conduit for discharging supercritical fluid or the like from the inside of the inner chamber 377, and the third manual valve 297 and the first pressure regulating valve 381 are arranged from the upstream side.
The fourth pipe line 281 is a pipe line for discharging the temperature control fluid from the inside of the outer chamber 379, and the fourth manual valve 299 and the second pressure regulating valve 383 are arranged from the upstream side.

なお、前記第1、第2圧力調整弁381、383は、後述する様に、制御信号によって開度が制御される制御弁である。
また、第3、第4手動弁297、299と第1、第2圧力調整弁381、383との間において、第3管路279と第4管路281とを接続するように、第1連通路385及び第2連通路387が設けられ、この第1連通路385及び第2連通路387には、それぞれ(圧力差が所定以上の場合に、同図の矢印方向の流れは許可する)第1逆止弁389と第2逆止弁391とが配置されている。
The first and second pressure regulating valves 381 and 383 are control valves whose opening degree is controlled by a control signal, as will be described later.
Further, the first communication line 279 and the fourth pressure control valve 381 and 383 are connected between the third and fourth manual valves 297 and 299 and the first and second pressure control valves 381 and 383 so as to connect the first communication line. A passage 385 and a second communication passage 387 are provided, and each of the first communication passage 385 and the second communication passage 387 is allowed to flow in the direction indicated by the arrow in FIG. A first check valve 389 and a second check valve 391 are arranged.

b)次に、チャンバー277の構造について、図11に基づいて説明する。
図11に示す様に、チャンバー277は、内チャンバー377と外チャンバー379とからなる二重構造である。
b) Next, the structure of the chamber 277 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 11, the chamber 277 has a double structure including an inner chamber 377 and an outer chamber 379.

このうち、内チャンバー377は、実施例1と同様に、第1内部空間393の底部に、断熱材395とヒータ397とが配置され、そのヒータ397上に基板399が配置される。また、第1内部空間393の上流側には、第1管路273が接続されるとともに、下流側には、第3管路279が接続されている。   Among these, in the inner chamber 377, as in the first embodiment, the heat insulating material 395 and the heater 397 are disposed at the bottom of the first internal space 393, and the substrate 399 is disposed on the heater 397. In addition, a first pipe 273 is connected to the upstream side of the first internal space 393, and a third pipe 279 is connected to the downstream side.

一方、外チャンバー379の第2内部空間399には、その上流側に第2管路275が接続されるとともに、下流側に第4管路281が接続されている。
特に本実施例では、第1内部空間393の圧力を検出する第1圧力センサ401を備えるとともに、第2内部空間399の圧力を検出する第2圧力センサ403を備えている。
On the other hand, the second internal space 399 of the outer chamber 379 is connected to the second pipe 275 on the upstream side and to the fourth pipe 281 on the downstream side.
In particular, the present embodiment includes a first pressure sensor 401 that detects the pressure in the first internal space 393 and a second pressure sensor 403 that detects the pressure in the second internal space 399.

c)本実施例では、超臨界成膜を行う場合には、第1圧力センサ401で検出された第1内部空間393の圧力に基づいて、(図示しない)電子制御装置によって、第1圧力調整弁381の開弁状態を制御するとともに、第2圧力センサ403で検出された第2内部空間399の圧力に基づいて、電子制御装置によって、第2圧力調整弁383の開弁状態を制御している。   c) In this embodiment, when supercritical film formation is performed, the first pressure adjustment is performed by an electronic control unit (not shown) based on the pressure in the first internal space 393 detected by the first pressure sensor 401. The valve open state of the valve 381 is controlled, and the electronic controller controls the valve open state of the second pressure regulating valve 383 based on the pressure in the second internal space 399 detected by the second pressure sensor 403. Yes.

つまり、第1内部空間393の圧力と第2内部空間399の圧力が同じとなるように制御している。これにより、両圧力差に起因する装置の破損を防止することができる。
また、第3管路279と第4管路281とを接続するように(流れを許可する方向が逆の)第1逆止弁389と第2逆止弁391とが配置されているので、急激な圧力変化が生じた場合でも、高い圧力が他の管路に開放されるので、装置が破損することを防止できる。
That is, the pressure in the first internal space 393 and the pressure in the second internal space 399 are controlled to be the same. Thereby, damage to the apparatus due to both pressure differences can be prevented.
In addition, since the first check valve 389 and the second check valve 391 are disposed so as to connect the third pipe line 279 and the fourth pipe line 281 (the direction in which the flow is permitted is reversed) Even when an abrupt pressure change occurs, the high pressure is released to other pipes, so that the apparatus can be prevented from being damaged.

尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、前記各実施例では、手動で操作する成膜装置について述べたが、例えば手動弁に代えて電磁制御弁(開閉弁)を使用し、その電磁制御弁の開閉のタイミングや開閉の程度を電子制御装置によって制御して、自動的に薄膜を形成してもよい。また、ポンプの動作も電子制御装置によって制御することができる。
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.
For example, in each of the above embodiments, the film forming apparatus operated manually is described. For example, an electromagnetic control valve (open / close valve) is used instead of the manual valve, and the opening / closing timing and the degree of opening / closing of the electromagnetic control valve are determined. The thin film may be formed automatically under the control of an electronic control unit. The operation of the pump can also be controlled by an electronic control unit.

1、91、107、201、265、399…基板
3…酸化物層(薄膜)
11、131、211、271…成膜装置
17、111、137、215、277…チャンバー
67、113、183、253、377…内チャンバー
69、117、193、259、393…第1内部空間
71、115、185、255、379…外チャンバー
73、267、399…第2内部空間
83、93、109、121、125、197、263、397…基板加熱機構(ヒータ)
85、105…予備加熱部
87、103…拡散機構
75、77、187、257、381、383…圧力調整弁
1, 91, 107, 201, 265, 399 ... substrate 3 ... oxide layer (thin film)
11, 131, 211, 271 ... film forming apparatus 17, 111, 137, 215, 277 ... chamber 67, 113, 183, 253, 377 ... inner chamber 69, 117, 193, 259, 393 ... first internal space 71, 115, 185, 255, 379 ... outer chamber 73, 267, 399 ... second inner space 83, 93, 109, 121, 125, 197, 263, 397 ... substrate heating mechanism (heater)
85, 105 ... Preheating unit 87, 103 ... Diffusion mechanism 75, 77, 187, 257, 381, 383 ... Pressure regulating valve

Claims (14)

内部に基板を配置したチャンバー内に、膜材料を含む超臨界流体を供給して、前記基板上に成膜を行う成膜装置において、
前記チャンバーは、内部に前記基板を配置した内チャンバーと、前記内チャンバーを収容する外チャンバーとを有する二重構造を備えるとともに、
前記内チャンバーと前記外チャンバーとの間の空間に、前記内チャンバーの温度を制御する温度制御用流体を供給する温度制御用流体供給手段と、
前記内チャンバー内に、前記膜材料を含む超臨界流体を供給する超臨界流体供給手段と、
前記内チャンバー内の前記基板を加熱する加熱手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
In a film forming apparatus for supplying a supercritical fluid containing a film material into a chamber in which a substrate is disposed, and forming a film on the substrate,
The chamber includes a double structure having an inner chamber in which the substrate is disposed, and an outer chamber that houses the inner chamber,
Temperature control fluid supply means for supplying a temperature control fluid for controlling the temperature of the inner chamber to a space between the inner chamber and the outer chamber;
Supercritical fluid supply means for supplying a supercritical fluid containing the film material into the inner chamber;
Heating means for heating the substrate in the inner chamber;
A film forming apparatus comprising:
前記膜材料を含む超臨界流体は、前記膜材料の原料である1又は複数の前駆体を溶解した流体であることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the supercritical fluid containing the film material is a fluid in which one or a plurality of precursors that are raw materials of the film material are dissolved. 前記内チャンバー内の前記基板の設置箇所の流路において、レイノルズ数(Ne)<2300の条件を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の成膜装置。   3. The film forming apparatus according to claim 1, wherein a condition of a Reynolds number (Ne) <2300 is satisfied in a flow path of the installation location of the substrate in the inner chamber. 前記内チャンバー内の前記基板の設置箇所の流路において、前記内チャンバー内の前記超臨界流体の流れ方向に対する垂直の断面形状が一定であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の成膜装置。   The cross-sectional shape perpendicular to the flow direction of the supercritical fluid in the inner chamber is constant in the flow path of the installation location of the substrate in the inner chamber. The film forming apparatus according to item. 前記内チャンバー内に供給される前記超臨界流体が、前記基板に到達するまでに、前記基板の幅方向に前記超臨界流体の流路が広がるように設定する拡散機構を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の成膜装置。   The supercritical fluid supplied into the inner chamber has a diffusion mechanism that sets the flow path of the supercritical fluid in the width direction of the substrate before reaching the substrate. The film-forming apparatus of any one of Claims 1-4. 前記基板の設置箇所に前記加熱手段を備えるとともに、前記基板より上流側に、前記超臨界流体を加熱する予備加熱手段を備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の成膜装置。   The said heating means is provided in the installation location of the said board | substrate, The preliminary heating means which heats the said supercritical fluid is provided in the upstream from the said board | substrate, The any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. Film forming equipment. 前記加熱手段は、前記超臨界流体の流れ方向に沿って複数配置されているとともに、各加熱手段は独立して温度制御可能であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の成膜装置。   The heating means is arranged in plural along the flow direction of the supercritical fluid, and each heating means can be independently temperature controlled. The film-forming apparatus of description. 前記内チャンバーは、前記外チャンバーより熱容量が小さいことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the inner chamber has a smaller heat capacity than the outer chamber. 前記温度制御用流体の温度を、前記超臨界流体の温度と同じ温度又は前記超臨界流体の温度より低い温度としたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の成膜装置。   The film formation according to any one of claims 1 to 8, wherein a temperature of the temperature control fluid is the same temperature as the temperature of the supercritical fluid or a temperature lower than the temperature of the supercritical fluid. apparatus. 前記内チャンバー内の圧力と、前記内チャンバーと前記外チャンバーとの間の空間の圧力とを制御する圧力制御機構を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の成膜装置。   The composition according to any one of claims 1 to 9, further comprising a pressure control mechanism that controls a pressure in the inner chamber and a pressure in a space between the inner chamber and the outer chamber. Membrane device. 内部に基板を配置したチャンバー内に、膜材料を含む超臨界流体を供給して、前記基板上に成膜を行う成膜方法において、
前記チャンバーは、内部に前記基板を配置した内チャンバーと、前記内チャンバーを収容する外チャンバーとを有する二重構造を備えており、
前記内チャンバーと外チャンバーとの間の空間に、内チャンバーの温度を制御する温度制御用流体を供給するとともに、前記内チャンバー内の前記基板に前記膜材料を含む超臨界流体を供給し、且つ、前記内チャンバー内の前記基板を加熱することにより、前記基板上に成膜を行うことを特徴とする成膜方法。
In a film forming method for forming a film on the substrate by supplying a supercritical fluid containing a film material into a chamber in which the substrate is disposed.
The chamber includes a double structure having an inner chamber in which the substrate is disposed, and an outer chamber that houses the inner chamber.
Supplying a temperature control fluid for controlling the temperature of the inner chamber to a space between the inner chamber and the outer chamber, and supplying a supercritical fluid containing the film material to the substrate in the inner chamber; and A film forming method comprising forming a film on the substrate by heating the substrate in the inner chamber.
前記膜材料を含む超臨界流体は、前記膜材料の原料である1又は複数の前駆体を溶解した流体であることを特徴とする請求項11に記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 11, wherein the supercritical fluid containing the film material is a fluid in which one or a plurality of precursors that are raw materials of the film material are dissolved. 前記内チャンバー内の前記基板の設置箇所の流路において、レイノルズ数(Ne)<2300の条件を満たすことを特徴とする請求項11又は12に記載の成膜方法。   13. The film forming method according to claim 11, wherein a condition of a Reynolds number (Ne) <2300 is satisfied in a flow path of the installation location of the substrate in the inner chamber. 前記温度制御用流体によって、前記内チャンバーを冷却することを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 11, wherein the inner chamber is cooled by the temperature control fluid.
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