JP2016222939A - 原子層成長装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】原子層成長装置におけるメンテナンスを容易にする。
【解決手段】成膜容器開口部に取り付けるインジェクタと、開口部に挿入して取り付けるインジェクタ防着材を備え、インジェクタに、インジェクタ原料ガス供給路、インジェクタ原料ガス供給口、インジェクタ反応ガス供給路、インジェクタ反応ガス供給口、インジェクタ不活性ガス供給路、インジェクタ不活性ガス供給口が、区画されて備えられ、
インジェクタ防着材に、防着材原料ガス供給路、防着材原料ガス供給口、防着材反応ガス供給路、防着材反応ガス供給口、防着材不活性ガス供給路、防着材不活性ガス供給口が、区画されて備えられ、インジェクタ防着材の外周側と開口部の内周側との隙間に、不活性ガスが流れるように防着材不活性ガス供給路が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板上に薄膜を形成する原子層成長装置に関する。
原子層成長法は、形成しようとする薄膜を構成する元素のガスを基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で薄膜を形成するもので、薄膜を均一に形成する技術として知られている。原子層成長法は、一般的なＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と比較して、段差被覆性や膜厚制御性に優れている。
原子層成長法により薄膜の形成を繰り返し行うと、成膜容器の内表面にも薄膜が付着する。成膜容器内表面に付着した薄膜の厚さが厚くなると、堆積した薄膜が剥離し、その一部分がパーティクルとなり、基板上に形成される薄膜の質が劣化する原因となる。そのため、成膜容器の内表面に付着した薄膜を定期的に除去することが好ましい。
成膜容器のクリーニング方法として、ウェットエッチング方法やガスエッチング方法がある。ウェットエッチング方法では、例えば、フッ酸などの液体を用いて、成膜容器の内表面に付着した薄膜を除去する。一方、ガスエッチング方法では、成膜容器の内部にエッチングガスを供給することにより、成膜容器の内表面に付着した薄膜を除去する。
また、ＣＶＤ成膜やスパッタ成膜で防着板を使用する装置（特許文献１参照）や、チャンバの内壁に堆積した堆積物を非晶質膜で覆うことにより、チャンバの内壁に堆積した堆積物からのガスの発生を抑制する気相成長装置が知られている（特許文献２参照）。
さらには、ガスを供給するインジェクタと成膜装置との隙間に生じる空間に窒素ガスをパージすることで、インジェクタを取り付けるインジェクタ挿入口への着膜を回避する装置が提案されている（特許文献３参照）
特開平１１−３３５８４９号公報 特開２００６−３５１６５５号公報 特開２０１２−１７５０５５号公報
特許文献１の防着板を用いれば、インジェクタのウェットエッチングによるメンテナンスは容易となる。しかし、ＣＶＤ成膜や、スパッタ成膜においては、膜の段差被覆性が小さいため、防着板裏面への膜の回りこみを無視することが可能であるが、原子層成長法においては、膜の段差被覆性が大きいため、防着板とインジェクタの隙間に原料ガス及び反応ガスが回りこむ。このため、一般的な防着板のみでインジェクタへの着膜を回避することは困難であり、着膜量が増大すると、パーティクル源となるため、防着板と同様に定期的にインジェクタ及び装置のメンテナンスを行う必要がある。
特許文献２の装置によればクリーニングの頻度を低減することは可能であるが、チャンバの内壁に堆積した堆積物や堆積物を覆う非晶質膜の厚さが所定の厚さ以上になった場合、ウェットエッチング方法を用いてクリーニングを行う必要がある。ウェットエッチング方法では、成膜容器を開放するため、成膜容器が大型になるにつれて、開放作業の手間が大きくなるため、ガスエッチング方法を用いることができる場合は、ガスエッチング方法を用いることが好ましい。しかし、ガスエッチング方法によりエッチングを行うためには、成膜容器の内壁面の薄膜の付着部分を所定の温度以上に加熱する必要があるが、ヒータから離れた部分では、必要な加熱温度に達せず、ガスエッチングを行うのが困難になる。そのため、ガスエッチングを行いにくい場所に、ある程度の量の薄膜が付着した場合、成膜容器を開放してウェットエッチングを行う必要が生じる。
さらに、特許文献３の装置によれば、インジェクタと装置の隙間に生じる空間に窒素ガスをパージすることで、インジェクタを取り付けるインジェクタ挿入口への着膜を回避することが可能となる。しかし、原料ガスと反応ガスが混合する成膜室に近い部分では両者が反応を起こすため、インジェクタ内部の着膜及びパーティクルの発生を回避することは不可能である。よって、定期メンテナンスの度にインジェクタを交換する必要がある。通常、インジェクタはステンレス製の原料ガス配管、反応ガス配管、パージガス配管が多数接続されているため、インジェクタを容易に取り外すことはできず、インジェクタはメンテナンスフリーとすることが必要になる。
本願発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、メンテナンス性に優れた原子層成長装置を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の原子層成長装置のうち、第１の本発明は、
成膜容器と、
前記成膜容器の開口部に取り付け可能なインジェクタと、
前記インジェクタより前記成膜容器内側に位置するように前記開口部に挿入して取り付け可能なインジェクタ防着材と、を備え、
前記インジェクタに、
薄膜の原料である原料ガスを供給するインジェクタ原料ガス供給路と前記インジェクタ原料ガス供給路に設けられて前記原料ガスが流れ出るインジェクタ原料ガス供給口と、
前記原料ガスと反応して前記薄膜を形成する反応ガスを供給するインジェクタ反応ガス供給路と、前記インジェクタ反応ガス供給路に設けられて前記反応ガスが流れ出るインジェクタ反応ガス供給口と、
不活性ガスが流れるインジェクタ不活性ガス供給路と、前記インジェクタ不活性ガス供給路に設けられて前記不活性ガスが流れ出るインジェクタ不活性ガス供給口と、がそれぞれ区画されて備えられ、
前記インジェクタ防着材に、
前記インジェクタ原料ガス供給口に連なって前記原料ガスを供給する防着材原料ガス供給路と、防着材原料ガス供給路に設けられて前記成膜容器内に前記原料ガスが流れ出る防着材原料ガス供給口と、
前記インジェクタ反応ガス供給口に連なって前記反応ガスを供給する防着材反応ガス供給路と、前記防着材反応ガス供給路に設けられて前記成膜容器内に前記反応ガスが流れ出る防着材反応ガス供給口と、
前記インジェクタ不活性ガス供給口に連なって前記不活性ガスを送る防着材不活性ガス供給路と、前記防着材不活性ガス供給路に設けられて前記成膜容器内に前記不活性ガスが流れ出る防着材不活性ガス供給口と、がそれぞれ区画されて備えられ、
前記インジェクタ防着材の外周側と、前記開口部の内周側との隙間に、前記不活性ガスが流れるように、前記防着材不活性ガス供給路が設けられていることを特徴とする。
第２の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記インジェクタと前記インジェクタ防着材とは、前記インジェクタ原料ガス供給口を介して前記インジェクタ原料ガス供給路と前記防着材原料ガス供給路とを連通させる部材同士の間と、前記インジェクタ反応ガス供給口を介して前記インジェクタ反応ガス供給路と前記防着材反応ガス供給路とを連通させる部材同士の間とに、少なくとも前記原料ガスと前記反応ガスを区画する位置に、封止材が配置されていることを特徴とする。
第３の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記インジェクタ先端と前記インジェクタ防着材先端とが突き合わせて配置されており、前記インジェクタ防着材を前記成膜容器に取り付けた状態で前記封止材を押圧していることを特徴とする。
第４の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記封止材がＯリングであることを特徴とする。
第５の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記インジェクタ防着材に、前記Ｏリングの断面形状の一部が収納されるＯリング溝が形成されていることを特徴とする。
第６の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記成膜容器と前記インジェクタとの接触面に封止材が配置されていることを特徴とする。
第７の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記防着材不活性ガス供給路は、インジェクタ防着材外壁と、前記開口部内壁内側との空間によって形成されていることを特徴とする。
第８の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記インジェクタ防着材は、前記成膜容器側で前記開口部を超える大きさのフランジを有し、前記フランジは、前記開口部に隣接する成膜容器内壁との間で隙間を有しており、該隙間に前記防着材不活性ガス供給口が設けられていることを特徴とする。
第９の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記隙間の大きさが、１０ｍｍ以下であることを特徴とする。
第１０の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記フランジが、前記隙間の調整が可能な取り付け部材により前記成膜容器に取り付けられていることを特徴とする。
第１１の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記開口部が筒穴形状に形成され、前記インジェクタの少なくとも前記成膜容器側の前記インジェクタ原料ガス供給路および前記インジェクタ反応ガス供給路ならびに前記インジェクタ防着材の前記防着材原料ガス供給路および前記防着材反応ガス供給路が、前記開口部の軸方向に沿って形成されていることを特徴とする。
第１２の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記原料ガスおよび前記反応ガスをパージするパージガス供給路を有することを特徴とする。
第１３の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記原料ガスをパージするパージガス供給路が、インジェクタ原料ガス供給路と防着材原料ガス供給路とを兼用し、
前記反応ガスをパージするパージガス供給路が、インジェクタ反応ガス供給路と防着材反応ガス供給路とを兼用していることを特徴とする。
第１４の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記防着材不活性ガス供給路は、少なくとも前記成膜容器側端部において環状の流路に形成され、前記インジェクタ不活性ガス供給路は、前記成膜容器側に向けた直状の流路を複数有して前記環状の流路に連通していることを特徴とする。
第１５の本発明の原子層成長装置は、前記本発明において、前記防着材原料ガス供給口および前記防着材反応ガス供給口が、前記防着材の成膜容器内側端面よりインジェクタ側に位置していることを特徴とする。
本発明によれば、インジェクタ防着材を成膜室側から簡単に取り外すことが可能であり、インジェクタ及びインジェクタ防着材近傍への着膜を抑制することが可能となるため、インジェクタ及びインジェクタを取り付けるインジェクタ挿入口のクリーニングの頻度を低減し、メンテナンス作業性を向上させることができる。
本発明の一実施形態の原子層成長装置を示す概略構成図である。 同じく、図１に示されるインジェクタ及びインジェクタ防着材の拡大図と分解図である。 同じく、図１に示されるインジェクタ及びインジェクタ防着材の端面図である。 同じく、原子層成長方法の一例を示すフローチャートである。 同じく、基板の上に薄膜が形成される工程を示す図である。
まず、図１を参照して、本実施形態の原子層成長装置の構成を説明する。
図１は、本実施形態の原子層成長装置の一例を示す概略構成図である。
本実施形態の原子層成長装置１０は、原料ガスと反応ガスとを交互に供給し、基板１３上に原子層単位で薄膜を形成する。その際、反応活性を高めるため、基板１３を加熱させることができる。特に、本実施形態では原料ガスとしてＴＭＡ（Ｔｒｉ−Ｍｅｔｈｙｌ Ａｌｕｍｉｎｕｍ）を用い、その際、反応活性を高めるため、プラズマを発生させることもできる。本実施形態では、プラズマの発生に平行平板電極を用いるが、この方式に限定されない。
成膜容器１１は、インジェクタ２０と、インジェクタ２０より成膜容器１１内側に位置させたインジェクタ防着材３０と、排気部４０と、ヒータ１４Ａを有するステージ１４と、上部電極１２と、高周波電源１５と、を備える。ヒータ１４Ａにより、基板１３の温度を調整することができる。例えば、プラズマＡＬＤの場合、基板１３を５０〜２００℃に加熱することができる。
上部電極１２は、ステージ１４上に設置した基板１３の上方に位置するように設けられ、高周波電源１５と接続されている。高周波電源１５が所定の周波数の高周波電流を供給することにより、上部電極１２とステージ１４との間でプラズマが生成される。
次に、インジェクタ２０とインジェクタ防着材３０について説明する。インジェクタ２０およびインジェクタ防着材３０は、成膜容器１１の筒状の開口部１１Ａに取り付けられて、原料ガスおよび反応ガスを成膜容器１１外から成膜容器１１内に供給する。図２はガス流れ方向に平行な成膜室側面から見た場合のインジェクタ２０およびインジェクタ防着材３０の拡大図である。インジェクタ２０およびインジェクタ防着材３０のガスの流れは、基板１３面に平行になるように開口部１１Ａが形成されている。すなわち、この実施形態の原子層成長装置は、ラミナーフロー型の装置である。ただし、本発明としては、原子層成長装置がラミナーフロー型に限定されるものではない。
インジェクタ２０には、図２に示すように、原料ガス供給路２２と、反応ガス供給路２３を有する。原料ガス供給路２２は、本発明のインジェクタ原料ガス供給路に相当し、反応ガス供給路２３は、本発明のインジェクタ反応ガス供給路に相当する。インジェクタ２０の先端側では、原料ガス供給路２２の先端側に原料ガス供給口２２Ａが形成され、反応ガス供給路２３の先端側に反応ガス供給口２３Ａが形成されている。原料ガス供給口２２Ａは本発明のインジェクタ原料ガス供給口に相当し、反応ガス供給口２３Ａは、本発明のインジェクタ反応ガス供給口に相当する。
なお、原料ガス供給路２２は、原料ガスをパージする供給路を兼用し、反応ガス供給路２３は、反応ガスをパージする供給路を兼用している。
原料ガス供給路２２は、インジェクタ２０の外周面に開口し、図２に示すように、軸心手前で向きを変えて軸方向に沿って成膜容器１１側に直状に伸びる角穴形状を有している。
反応ガス供給路２３は、インジェクタ２０の他方側の外周面に開口し、図２に示すように、軸心手前で向きを変えて軸方向に沿って成膜容器１１側に直状に伸びる角穴形状を有している。原料ガス供給路２２および原料ガス供給口２２Ａと反応ガス供給路２３および反応ガス供給口２３Ａとは、互いの間に位置する壁部によって区画されている。
また、インジェクタ２０の外周面であって、前記原料ガス供給路２２および反応ガス供給路２３の開口よりも成膜容器１１側の位置で、４つの不活性ガス供給路２４が等角度間隔で開口している。それぞれの不活性ガス供給路２４は、軸中心に向けて伸長し、原料ガス供給路２２および反応ガス供給路２３に至る外側で向きを変えて、これらのガス供給路の上方、下方、両側方位置で、それぞれ軸方向に沿って成膜容器１１側に直状に伸びている。インジェクタ２２の先端側で、それぞれの不活性ガス供給路２４に不活性ガス供給口２４Ａが形成されている。
不活性ガス供給路２４は上記のように、インジェクタ２０に１箇所以上を有することが好ましい。例えば、インジェクタ幅と高さアスペクト比が１０：１の直方体形状では、少なくとも、インジェクタ２０上面とインジェクタ２０下面の２箇所に原料ガス供給路を設け、インジェクタ防着材３０側で、後述するようにシャワーヘッド構造とすることが好ましい。シャワー構造により、成膜容器１１内に、より均一にガスを供給することが可能となる。
不活性ガス供給路２４および不活性ガス供給口２４Ａは、原料ガス供給路２２および原料ガス供給口２２Ａ、ならびに反応ガス供給路２３および反応ガス供給口２３Ａとは、互いの間に位置する壁部によって区画されている。
不活性ガス供給路２４は、本発明のインジェクタ不活性ガス供給路に相当し、不活性ガス供給口２４Ａは、本発明のインジェクタ不活性ガス供給口に相当する。
次に、インジェクタ防着材３０について説明する。
インジェクタ防着材３０は、開口部１１Ａに挿入された際に、外周側で開口部１１Ａの内周面と隙間を有する筒形状を有しており、その先端を前記インジェクタ２０の先端に付き合わせるように配置される。
インジェクタ防着材３０は、前記原料ガス供給口２２Ａに連通する原料ガス供給路３２を有しており、原料ガス供給路３２の成膜容器側端部に、原料ガス供給口３２Ａが形成されている。
また、インジェクタ防着材３０は、前記反応ガス供給口２３Ａに連通する反応ガス供給路３３を有しており、反応ガス供給路３３の成膜容器側端部に、反応ガス供給口３３Ａが形成されている。原料ガス供給路３２および原料ガス供給口３２Ａと、反応ガス供給路３３および反応ガス供給口３３Ａとは、互いの間に位置する壁部によって区画されている。
原料ガス供給路３２は、本発明の防着材原料ガス供給路に相当し、原料ガス供給口３２Ａは、本発明の防着材原料ガス供給口に相当する。
反応ガス供給路３３は、本発明の防着材反応ガス供給路に相当し、反応ガス供給口３３Ａは、本発明の防着材反応ガス供給口に相当する。
なお、この実施形態では、原料ガス供給路３２と反応ガス供給路３３との間の壁部の位置が、インジェクタ防着材３０の成膜容器側先端よりもインジェクタ側に位置しており、したがって、原料ガス供給口３２Ａと反応ガス供給口３３Ａは、インジェクタ側に位置している。その理由は、可能な限り、基板より遠い位置でガスを流れ方向に対して垂直方向へ広げ、均一にガスを基板１３へ供給するためである。
しかし、防着材の原料ガス供給路３２と反応ガス供給路３３との間の壁部は必要である。壁部の成膜位置に近い部分では膜が堆積されるからであり、壁部が存在しない場合は、原料ガス供給口２２Ａ、反応ガス供給口２３Ａのインジェクタに膜が付き、インジェクタ２０のメンテナンスが必要となる。壁部水平長さは０〜５０ｍｍ、さらには３０ｍｍを有することが望ましい。
また、インジェクタ防着材３０と開口部１１Ａとの隙間は、前記したように環状になっており、不活性ガス供給路３４を構成している。不活性ガス供給路３４には、インジェクタ２０の不活性ガス供給口２４Ａが連通しており、シャワーヘッド構造になっている。不活性ガス供給路３４は、本発明の防着材不活性ガス供給路に相当する。
なお、インジェクタ防着材３０で、成膜容器１１側でのみ環状の流路を設ける場合、それよりもインジェクタ側では、不活性ガス供給路２４と同様に１箇所以上設けるのが望ましい。
インジェクタ防着材３０の成膜容器１１内側の端部には、前記開口部１１Ａの大きさを超えるフランジ３０Ａを有しており、該フランジ３０Ａは、成膜容器１１の内面と隙間を有するように取り付けられる。この隙間は、１０ｍｍ以下が望ましい。隙間の下限は特に限定されず、不活性ガスの流出が得られるものであればよい。部材同士を当接させる場合にも、粗面同士であれば、その隙間によりガス流出が得られる。
例えば、フランジ３０Ａの内面を、敢えて粗面とし（例えばＲａ（算術平均粗さ）＝３〜６μｍと）として、フランジ３０Ａ内面を成膜容器１１内壁に当接させて取り付けるようにしてもよい。
この粗面形状によってガスが流れる不活性ガス供給路３４が確保される。隙間は、少なくとも０．００１ｍｍ以上を有することが望ましい。
この点で、隙間の下限は、０．００１ｍｍを例示することができる。
前記した不活性ガス供給路３４は、この隙間を構成の一部としており、隙間の外周端に不活性ガス供給口３４Ａが形成されている。不活性ガス供給口３４Ａは、本発明の防着材不活性ガス供給口に相当する。
原料ガス供給路３２および原料ガス供給口３２Ａ、反応ガス供給路３３および反応ガス供給口３３Ａは、不活性ガス供給路３４および不活性ガス供給口３４Ａとは、互いの間に位置する壁部によって区画されている。
なお、原料ガス供給路３２は原料ガスをパージする供給路を兼用し、反応ガス供給路３３は、反応ガスをパージする供給路を兼用している。
次に、インジェクタ２０とインジェクタ防着材３０のシール部分について図２、図３を用いて説明する。
インジェクタ２０とインジェクタ防着材３０とは、不活性ガス供給口２４Ａを介した不活性ガス供給路２４と不活性ガス供給路３４との連通部分、原料ガス供給口２２Ａを介した原料ガス供給口２２と原料ガス供給路３２との連通部分、反応ガス供給口２３Ａを介した反応ガス供給路２３と反応ガス供給路３３との連通部分で、互いの先端が付き合わされている。
インジェクタ２０は、開口部１１Ａよりも大きい筒形状を有し、開口部１１Ａの外側でその先端が、成膜容器１１の外壁と環状に接し、その間に封止材としてＯリング３５Ａが配置されており、図示しない固定具で成膜装置１１に取り付けられている。
また、インジェクタ防着材３０のフランジ３０Ａの内面と、開口部１１Ａ近傍の内壁面に、それぞれビス孔を形成し、互いの間にビス３８を配置して、互いの内面に隙間を確保しつつインジェクタ防着材３０を成膜容器１１に固定する。インジェクタ防着材３０のフランジ３０Ａと開口部１１Ａ近傍の成膜容器１１の内壁との距離は、例えば０．１ｍｍとする。前記距離は例えばビス部分にシムを利用することで調整することが可能であり、シムを使用せずにそのまま固定してもよい。
なお、インジェクタ２０とインジェクタ防着材３０とは、前記突き合わせ面のうち、不活性ガス供給路２４、３４の内径側であって、原料ガス供給路２２、３２、反応ガス供給路２３、３３の外径側に、封止材としてＯリング３５Ｂが配置されている。インジェクタ防着材３０では、Ｏリング３５Ｂの配置位置に合わせてＯリング３５Ｂの断面形状の一部を収容するＯリング溝３６が環状に形成されている。
また、Ｏリング３５Ｂの配置位置の内径側であって、原料ガス供給路２２、３２と反応ガス供給路２３、３３の間の突き合わせ面に位置するように、原料ガス供給路２２、３２を囲む位置にＯリング３５Ｃが配置されている。インジェクタ防着材３０では、Ｏリング３５Ｃの配置位置に合わせてＯリング３５Ｃの断面形状の一部を収容するＯリング溝３７が環状に形成されている。
インジェクタ防着材３０をビス３８で成膜装置１１に取り付けた際に、インジェクタ防着材３０がインジェクタ２０側に押し当てられることにより、各Ｏリングを押圧して封止性を向上させている。
各Ｏリングは、各供給路および各供給口の区画を確実にする。
インジェクタ防着材３０に、Ｏリング溝３６、３７を設けたのは、メンテナンス時にインジェクタ防着材３０を成膜容器１１内側から引き出す際、Ｏリング３５Ｂ、３５Ｃを同時に引き出し、交換するためである。インジェクタ２０にＯリング溝を設けた場合は、メンテナンス時にインジェクタ２０を成膜容器１１から切り離す必要があり、メンテナンス性が低下する。
上記構成によって、原料ガス供給路２２に供給される原料ガスは、原料ガス供給口２２Ａ、原料ガス供給路３２、原料ガス供給口３２Ａを通って、成膜容器１１の内部に供給される。原料ガスをパージするパージガスも同様である。
また、反応ガス供給路２３から供給される反応ガスは、反応ガス供給口２３Ａ、反応ガス供給路３３、反応ガス供給口３３Ａを通って、成膜容器１１の内部に供給される。反応ガスをパージするパージガスも同様である。
また、不活性ガス供給路２４から供給される不活性ガスは、不活性ガス供給口２４Ａ、不活性ガス供給路３４、不活性ガス供給口３４Ａを通って、成膜容器１１の内部に供給される。
成膜容器１１内に供給された原料ガス、反応ガス、パージガス、不活性ガスは排気部４０から排出される。
上記構成において、原料ガスおよび反応ガスが混合する位置は、インジェクタ防着材３０内であるため、インジェクタ２０内部で原料ガスと反応ガスが反応し、着膜することを抑制することが可能となる。
Ｏリング３５Ｂにより、インジェクタ防着材３０を導入する開口部１１Ａとインジェクタ防着材３０を確実に区画することが可能となり、不活性ガス供給口２４Ａおよび不活性ガス供給口３４Ａへ、原料ガス及び反応ガスが漏れる量を抑制することが可能となる。
また、Ｏリング３５Ｃにより、インジェクタ防着材３０を導入する開口部１１Ａとインジェクタ防着材３０を確実に区画することが可能となり、原料ガス供給路２２から反応ガス供給路２３，３３への原料ガスの進入及び、反応ガス供給路２３から原料ガス供給路２２、３２への反応ガスの進入を抑制することができる。
成膜容器１１内側からの原料ガス及び反応ガスの拡散進入は、不活性ガス供給口２４Ａ、３４Ａに不活性ガス供給路２４、３４から不活性ガスを供給することで抑制することが可能となる。不活性ガスは例えば窒素、アルゴンである。
次に、上記原子層成長装置１０における処理手順を説明する。
図４は、本実施形態の原子層堆積方法の一例を示すフローチャートである。図５（ａ）〜（ｄ）は、基板Ｓの上に薄膜が形成される工程を示す図である。
まず、原料ガス供給部が成膜容器１１の内部に原料ガスを供給する（ステップｓ１）。具体的には、原料ガス供給路２２に原料ガスを供給する（ステップｓ１）。原料ガスは、原料ガス供給路２２、原料ガス供給口２２Ａ、原料ガス供給路３２、原料ガス供給口３２Ａを通って、成膜容器１１の内部に供給される。原料ガスは、例えば、０．１秒間、成膜容器１１の内部に供給する。図５（ａ）に示されるように、ステップｓ１によって、成膜容器１１の内部に原料ガス１１０が供給され、基板Ｓの上に原料ガス１１０が吸着して、吸着層１０２が形成される。
また、ステップｓ１において、インジェクタ２０の内表面およびインジェクタ防着材３０の外表面に不活性ガスを供給する。具体的には、不活性ガス供給路２４に不活性ガスを供給する。不活性ガスは、不活性ガス供給路２４、不活性ガス供給口２４Ａ、不活性ガス供給路３４、不活性ガス供給口３４Ａを通って、成膜容器１１に内部に供給される。
本実施形態では、ステップｓ１のみでなく、後述するステップｓ２〜４も含めて、不活性ガス供給路２４等を通して常に不活性ガスを供給する。そのため、ステップｓ１において、原料ガス供給路２２等を通して成膜容器１１の内部に原料ガスを供給する際に、成膜容器１１とインジェクタ２０との隙間および成膜容器１１とインジェクタ防着材３０との隙間に原料ガスが入り込むのを抑制することができる。
また、ステップｓ１において、反応ガス供給路２３よりパージガスを流しても良い。原料ガスが拡散により反応ガス供給口３３Ａへ回り込み、反応ガス供給口２３Ａへの着膜を抑制することが可能となる。
次に、原料ガスの供給を停止し、原料ガス供給路２２にパージガスを供給する（ステップｓ２）。パージガスは、原料ガス供給路２２、原料ガス供給口２２Ａ、原料ガス供給路３２、原料ガス供給口３２Ａを通って、成膜容器１１の内部に供給される。原料ガスは、排気部４０から成膜容器１１の外部に排出される。
パージガスは、例えば、０．１秒間、成膜容器１１の内部に供給する。排気部４０が成膜容器１１の内部の原料ガス１１０やパージガス１１２を排気する。排気部４０は、例えば、２秒間、成膜容器１１の内部の原料ガス１１０やパージガス１１２を排気する。図５（ｂ）に示されるように、ステップｓ２によって、成膜容器１１の内部にパージガス１１２が供給され、基板Ｓの上に吸着していない原料ガス１１０が成膜容器１１からパージされる。
次に、成膜容器１１の内部に反応ガスを供給する（ステップｓ３）。具体的には、反応ガス供給路２３に反応ガスを供給する（ステップｓ３）。反応ガスは、反応ガス供給路２３、反応ガス供給口２３Ａ、反応ガス供給路３３、反応ガス供給口３３Ａを通って、成膜容器１１の内部に供給される。反応ガスは、例えば、１秒間、成膜容器１１の内部に供給される。図５（ｃ）に示されるように、ステップｓ３によって、成膜容器１１の内部に反応ガス１１４が供給される。
また、ステップｓ３においても、不活性ガス供給路２４等によってインジェクタ２０の内表面やインジェクタ防着材３０の外表面に不活性ガスを供給する。そのため、ステップｓ３において、反応ガス供給路２３等を通して成膜容器１１の内部に反応ガスを供給する際に、成膜容器１１とインジェクタ２０との隙間および成膜容器１１とインジェクタ防着材３０との隙間に反応ガスが入り込むのを抑制することができる。
また、ステップｓ３において、原料ガス供給路２２よりパージガスを流しても良い。反応ガスが拡散により原料ガス供給口３２Ａへ回り込み、原料ガス供給口２２Ａへの着膜を抑制することが可能となる。
次に、反応ガスの供給を停止し、反応ガス供給路２３にパージガスを供給する（ステップｓ４）。パージガスは、反応ガス供給路２３、反応ガス供給口２３Ａ、反応ガス供給路３３、反応ガス供給口３３Ａを通って、成膜容器１１の内部に供給される。パージガスは、排気部４０から成膜容器１１の外部に排出される。パージガスは、例えば、０．１秒間、成膜容器１１の内部に供給される。排気部４０が、成膜容器１１の内部の反応ガス１１４やパージガス１１２を排気する。図５（ｄ）に示されるように、ステップｓ４によって、成膜容器１１の内部にパージガス１１２が供給され、反応ガス１１４が成膜容器１１からパージされる。
以上説明したステップｓ１〜ｓ４により、基板Ｓの上に一原子層分の薄膜層１０４が形成される。以下、ステップｓ１〜４を所定回数繰り返すことにより、所望の膜厚の薄膜層１０４を形成することができる。
本実施形態の原子層成長装置１０では、不活性ガスがインジェクタ２０の内表面およびインジェクタ防着材３０の外表面を流れるため、成膜容器１１とインジェクタ２０との隙間に原料ガスや反応ガスが入り込むのを抑制することができる。そのため、成膜容器１１とインジェクタ２０との隙間に薄膜が付着するのを抑制することができる。
また、例えば、原料ガスとしてＴＭＡを用い、反応ガスとしてＯ３を用いて形成されるアルミナ膜は、ＢＣｌ３ガスによりガスエッチングを行うことができる。ＢＣｌ３ガスによりアルミナ膜をガスエッチングするためには、例えば、５００℃程度の高温に加熱する必要がある。
ヒータ１４Ａの付近に位置する成膜容器１１の内壁は、ヒータ１４Ａにより５００℃程度の高温に加熱することが可能となる。そのため、ヒータ１４Ａの付近に位置する成膜容器１１の内壁に付着した薄膜は、ガスエッチングにより除去することが可能となる。
以上のように、本実施形態によれば、成膜容器１１の内壁に薄膜が付着するのを抑制でき、また、内壁に付着した薄膜をガスエッチングにより除去することができるので、ウェットエッチングによるクリーニングの頻度を低減させることができる。
実施形態１の成膜容器１１を用いて、３７０ｍｍ×４７０ｍｍのＧ２ガラス基板にＡｌＯＮ薄膜を形成した。液体原料（Ａｌ源）としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、反応ガスとして酸素プラズマおよび窒素プラズマを用いた。成膜は図４に示したシーケンスとした。不活性ガスは、流量を２００ｓｃｃｍ（８０℃）とし、成膜シーケンス中、常時供給とした。
２０μｍの成膜を実施した後、不活性ガス供給口２４Ａ、３４Ａ部分にあたるインジェクタ防着材３０及びインジェクタ２０の全ての部分の膜厚を目視にて観察したところ、目視で観察されるＡｌＯＮ薄膜の干渉膜は観測されず、その堆積量は５０ｎｍ以下であることが確認された。ガス供給口のメンテナンスはインジェクタ防着材３０及びビス３８のみであり、インジェクタ２０及び開口部１１Ａはメンテナンスフリーとすることが可能となった。
以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
１０ 原子層成長装置
１１ 成膜容器
１３ 基板
１４ ステージ
１４Ａ ヒータ
１５ 高周波電源
２０ インジェクタ
２２ 原料ガス供給路
２２Ａ 原料ガス供給口
２３ 反応ガス供給路
２３Ａ 反応ガス供給口
２４ 不活性ガス供給路
２４Ａ 不活性ガス供給口
３０ インジェクタ防着材
３２ 原料ガス供給路
３２Ａ 原料ガス供給口
３３ 反応ガス供給路
３３Ａ 反応ガス供給口
３４ 不活性ガス供給路
３４Ａ 不活性ガス供給口
３５Ａ Ｏリング
３５Ｂ Ｏリング
３５Ｃ Ｏリング
３６ Ｏリング溝
３７ Ｏリング溝
４０ 排気部
Ｓ 基板
１０２ 吸着層
１０４ 薄膜層
１１０ 原料ガス
１１２ パージガス
１１４ 反応ガス

Claims (15)

  1. 成膜容器と、
    前記成膜容器の開口部に取り付け可能なインジェクタと、
    前記インジェクタより前記成膜容器内側に位置するように前記開口部に挿入して取り付け可能なインジェクタ防着材と、を備え、
    前記インジェクタに、
    薄膜の原料である原料ガスを供給するインジェクタ原料ガス供給路と、前記インジェクタ原料ガス供給路に設けられて前記原料ガスが流れ出るインジェクタ原料ガス供給口と、
    前記原料ガスと反応して前記薄膜を形成する反応ガスを供給するインジェクタ反応ガス供給路と、前記インジェクタ反応ガス供給路に設けられて前記反応ガスが流れ出るインジェクタ反応ガス供給口と、
    不活性ガスが流れるインジェクタ不活性ガス供給路と、前記インジェクタ不活性ガス供給路に設けられて前記不活性ガスが流れ出るインジェクタ不活性ガス供給口と、がそれぞれ区画されて備えられ、
    前記インジェクタ防着材に、
    前記インジェクタ原料ガス供給口に連なって前記原料ガスを供給する防着材原料ガス供給路と、防着材原料ガス供給路に設けられて前記成膜容器内に前記原料ガスが流れ出る防着材原料ガス供給口と、
    前記インジェクタ反応ガス供給口に連なって前記反応ガスを供給する防着材反応ガス供給路と、前記防着材反応ガス供給路に設けられて前記成膜容器内に前記反応ガスが流れ出る防着材反応ガス供給口と、
    前記インジェクタ不活性ガス供給口に連なって前記不活性ガスを送る防着材不活性ガス供給路と、前記防着材不活性ガス供給路に設けられて前記成膜容器内に前記不活性ガスが流れ出る防着材不活性ガス供給口と、がそれぞれ区画されて備えられ、
    前記インジェクタ防着材の外周側と、前記開口部の内周側との隙間に、前記不活性ガスが流れるように、前記防着材不活性ガス供給路が設けられていることを特徴とする原子層成長装置。
  2. 前記インジェクタと前記インジェクタ防着材とは、前記インジェクタ原料ガス供給口を介して前記インジェクタ原料ガス供給路と前記防着材原料ガス供給路とを連通させる部材同士の間と、前記インジェクタ反応ガス供給口を介して前記インジェクタ反応ガス供給路と前記防着材反応ガス供給路とを連通させる部材同士の間とに、少なくとも前記原料ガスと前記反応ガスを区画する位置に、封止材が配置されていることを特徴とする請求項１記載の原子層成長装置。
  3. 前記インジェクタ先端と前記インジェクタ防着材先端とが突き合わせて配置されており、前記インジェクタ防着材を前記成膜容器に取り付けた状態で前記封止材を押圧していることを特徴とする請求項２記載の原子層成長装置。
  4. 前記封止材がＯリングであることを特徴とする請求項２または３に記載の原子層成長装置。
  5. 前記インジェクタ防着材に、前記Ｏリングの断面形状の一部が収納されるＯリング溝が形成されていることを特徴とする請求項４記載の原子層成長装置。
  6. 前記成膜容器と前記インジェクタとの接触面に封止材が配置されていることを特徴とする請求項２または４に記載の原子層成長装置。
  7. 前記防着材不活性ガス供給路は、インジェクタ防着材外壁と、前記開口部内壁内側との空間によって形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の原子層成長装置。
  8. 前記インジェクタ防着材は、前記成膜容器側で前記開口部を超える大きさのフランジを有し、前記フランジは、前記開口部に隣接する成膜容器内壁との間で隙間を有しており、該隙間に前記防着材不活性ガス供給口が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の原子層成長装置。
  9. 前記隙間の大きさが、１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の原子層成長装置。
  10. 前記フランジが、前記隙間の調整が可能な取り付け部材により前記成膜容器に取り付けられていることを特徴とする請求項８または９に記載の原子層成長装置。
  11. 前記開口部が筒穴形状に形成され、前記インジェクタの少なくとも前記成膜容器側の前記インジェクタ原料ガス供給路および前記インジェクタ反応ガス供給路ならびに前記インジェクタ防着材の前記防着材原料ガス供給路および前記防着材反応ガス供給路が、前記開口部の軸方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の原子層成長装置。
  12. 前記原料ガスおよび前記反応ガスをパージするパージガス供給路を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の原子層成長装置。
  13. 前記原料ガスをパージするパージガス供給路が、インジェクタ原料ガス供給路と防着材原料ガス供給路とを兼用し、
    前記反応ガスをパージするパージガス供給路が、インジェクタ反応ガス供給路と防着材反応ガス供給路とを兼用していることを特徴とする請求項１２記載の原子層成長装置。
  14. 前記防着材不活性ガス供給路は、少なくとも前記成膜容器側端部において環状の流路に形成され、前記インジェクタ不活性ガス供給路は、前記成膜容器側に向けた直状の流路を複数有して前記環状の流路に連通していることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の原子層成長装置。
  15. 前記防着材原料ガス供給口および前記防着材反応ガス供給口が、前記防着材の成膜容器内側端面よりインジェクタ側に位置していることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の原子層成長装置。
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