JP2017089009A - 原子層成長装置および原子層成長装置排気部 - Google Patents

Abstract

【課題】排気側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。
【解決手段】原子層成長装置は、基板上に薄膜を形成するための原子層成長装置であって、
成膜容器と、成膜容器内に位置し、基板を保持するためのステージと、ステージの上方に位置し、高周波電源と接続される電極と、成膜容器に形成された、成膜容器内に原料ガスを供給するためのガス導入部と、成膜容器に形成された、成膜容器から原料ガスを排気するための排気部を含み、排気部が形成された成膜容器の内壁を覆うように防着材が取り付けられ、成膜容器の内壁と防着材の間の空間に不活性ガスを流すことが可能である。
【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。

特許文献１では、ＣＶＤ成膜やスパッタ成膜などの気相成長装置において、防着板を使用するとともに、さらに、チャンバの内壁に堆積した堆積物を非晶質膜で覆う処理方法および装置が提案されている。
さらに、特許文献２では、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）真空成膜装置において、反応室から排出される原料ガスが通過する排気ボックスがその内部に防着板が挿入されて構成され、排気ボックスの内壁面にシール機構が設けられ、このシール機構は、中空のシール部材からなり、該シール部材の内部にガスを連続的に導入して膨張させると、該排気ボックスの内部に向かって膨張して、挿入された防着板の表面に当接し、該排気ボックスの内壁と防着板の表面との隙間をシールするよう構成され、このシール部材には、導入したガスを吐出するための少なくとも１つの孔が設けられているものが提案されている。

特開２００６−３５１６５５号公報 特開２０１４−１９２３７９号公報

特許文献１では、従来の気相成長装置であれば、クリーニングの頻度を低減することは可能である。しかし、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、ヒーター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という問題がある。

ＡＬＤ装置では、原料ガス及び反応ガスは微細な隙間へ容易に侵入し、膜を形成する。このような微細な隙間に侵入したガスは、膜や粉となり、パーティクルの要因となる。よって、防着板を利用し、防着板裏面に不活性ガスを供給することで成膜室、排気ボックス本体への着膜を抑制し、パーティクル発生を回避することが可能となる。特許文献２の手法によれば、排気ボックスの下流側から上流側への反応ガス進入を抑制することが可能であるが、成膜室と排気防着板の隙間や防着板を固定するビス穴から進入する反応ガスを抑制するのは困難となるため、成膜室側の排気ボックス導入口へ膜や粉が堆積し、パーティクルの要因となる。また、着膜抑制がトラップボックス中流部のみであるため、排気配管周辺のトラップボックス下流の着膜は回避することが不可能となるため、排気ボックスのメンテナンスも必要となる。

本発明は、排気側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原子層成長装置およびその排気部を提供することを目的の一つとする。

本発明の第１の形態の原子層成長装置は、
基板上に薄膜を形成するための原子層成長装置であって、
成膜容器と、
前記成膜容器内に位置し、前記基板を保持するためのステージと、
前記ステージの上方に位置し、高周波電源と接続される電極と、
前記成膜容器に形成された、前記成膜容器内に原料ガスを供給するためのガス導入部と、
前記成膜容器に形成された、前記成膜容器から前記原料ガスを排気するための排気部を含み、
前記排気部が形成された前記成膜容器の内壁を覆うように防着材が取り付けられ、
前記成膜容器の前記内壁と前記防着材の間の空間に不活性ガスを流すことが可能である。

他の形態の原子層成長装置の発明は、前記形態の発明において、
前記成膜容器の外部に位置し、前記排気部と接続する排気配管接続部と、
前記排気配管接続部と接続する排気配管を有し、
前記原料ガスは、前記排気配管を介して前記成膜容器から排出され、
前記排気配管接続部内に接続部不活性ガス供給路が形成され、
前記成膜容器の前記内壁と前記防着材の間の前記空間によって防着材不活性ガス供給路が形成され、
前記接続部不活性ガス供給路は前記防着材不活性ガス供給路と接続され、
不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスが、前記接続部不活性ガス供給路を介して前記防着材不活性ガス供給路に流入する。

他の形態の原子層成長装置の発明は、前記形態の発明において、前記防着材は前記成膜容器の前記内壁に、ビスを用いて固定される。

他の形態の原子層成長装置の発明は、前記形態の発明において、前記防着材はフランジ部を有し、
前記フランジ部は前記成膜容器の前記内壁に前記ビスを用いて固定される。

他の形態の原子層成長装置の発明は、前記形態の発明において、前記不活性ガスは前記ビスの位置まで流入する。

他の形態の原子層成長装置の発明は、前記形態の発明において、前記防着材は、前記成膜容器の前記内壁の全面を覆うように取り付けられている。

他の形態の原子層成長装置の発明は、前記形態の発明において、前記排気部が形成された前記成膜容器の前記内壁は円形状を有している。

他の形態の原子層成長装置の発明は、前記形態の発明において、前記不活性ガスは窒素またはアルゴンである。

他の形態の原子層成長装置の発明は、前記形態の発明において、前記基板はガラス基板である。

他の形態の原子層成長装置の発明は、前記形態の発明において、前記電極と前記ステージとの間にプラズマが発生する。

また、本発明の他の原子層成長装置の形態は、
成膜容器と、
前記成膜容器に設けられた排気用の開口部の外側に取り付けられ、外周面が前記開口部を超える大きさを有し、筒穴側に排気路が位置する筒状の排気配管接続部と、
前記成膜容器内側に位置して前記開口部に挿入して取り付けられ、筒穴側に排気路が位置する筒状の排気防着材と、を備え、
前記排気配管接続部に、
前記排気路と区画されて、不活性ガスが流れる接続部不活性ガス供給路と、前記接続部不活性ガス供給路に設けられて前記不活性ガスが前記開口部側に流れ出る接続部不活性ガス供給口と、が設けられ、
前記排気防着材に、
前記排気路と区画されて、前記開口部内周面および前記開口部周りの前記成膜容器内壁と前記排気防着材の間の隙間により形成され、前記接続部不活性ガス供給口に連通す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不活性ガスが前記成膜容器内部に流れ出る防着材不活性ガス排出口と、が設けられていることを特徴とする。

上記形態の本発明によれば、接続部不活性ガス供給路を流れる不活性ガスが防着材不活性ガス供給路に流れ、防着材不活性ガス排出口に流れ出すことで、排気防着材と成膜容器内壁や開口部、排気配管接続部との隙間に着膜が生じるのを抑止する。

他の形態の本発明の原子層成長装置は、前記本発明の形態において、前記防着材不活性ガス排出口が、前記排気防着材の全周に亘って形成されていることを特徴とする。

上記形態の本発明によれば、排気防着材と成膜容器内壁との隙間に着膜を生じるのを全周に亘り確実に防止することができる。

他の形態の本発明の原子層成長装置は、前記本発明の形態において、前記開口部の内周面と前記開口部に挿入された前記排気防着材の外周面との間の隙間が、１０ｍｍ以下であることを特徴とする。

上記形態の本発明によれば、開口部の内周面と開口部に挿入された防着材外周面との間の隙間を適切に確保することで、不活性ガスの流れを確実に確保して着膜を防止し、適正なガスの流速を得ることを容易にする。この隙間は、１０ｍｍ以下が望ましい。上記隙間が１０ｍｍを超えると、適正な流速を得るためにガスの流量が多く必要になる。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、防着材外周面を、敢えて粗面（例えばＲａ（算術平均粗さ）＝３〜６μｍ）として、防着材外周面を成膜容器に当接させて取り付けるようにしてもよい。この点で、隙間の下限は、０．０１ｍｍを例示することができる。

他の形態の本発明の原子層成長装置は、前記本発明の形態において、前記開口部の周りの前記成膜容器内壁と前記排気防着材との間の隙間が、１０ｍｍ以下であることを特徴とする。

上記形態の本発明によれば、開口部の周りの成膜容器内壁と防着材との間の隙間により、不活性ガスの流れを確実に確保して着膜を防止し、適正なガスの流速を得ることを容易にする。上記隙間が１０ｍｍを超えると、ガスの流れが十分に得られない。一方、隙間の下限は特に限定されず、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。この点で、隙間の下限は、０．００１ｍｍ以上を例示することができる。

他の形態の本発明の原子層成長装置は、前記本発明の形態において、前記接続部不活性ガス供給路は、前記排気路の外周側で、排気ガスの流れ方向に沿って１または複数が設けられていることを特徴とする。

上記形態の本発明によれば、１または複数の接続部不活性ガス供給路を通して、不活性ガスを供給することができる。特に複数を設ければ、できるだけ均等にガスを供給することができる。複数の接続部不活性ガス供給路は、例えば、少なくとも排気穴の上方、下方、両側方に設けることができる。

他の形態の本発明の原子層成長装置は、前記本発明の形態において、前記排気防着材は、前記排気配管接続部の筒穴内に挿入され、前記筒穴に沿って伸長する防着排気配管を有し、該防着排気配管は前記排気防着材の筒穴に連通しており、前記筒穴および前記防着排気配管の管穴が、長さ方向において前記排気路の少なくとも一部を構成していることを特徴とする。

上記形態の本発明によれば、防着排気配管の配置により、排気防着材と排気配管接続部との隙間および排気配管接続部の内周面が覆われて着膜が防止される。

他の形態の本発明の原子層成長装置は、前記本発明の形態において、前記防着排気配管と前記排気配管接続部の筒穴との間に、前記防着排気配管の先端に至る接続部不活性ガス第２供給路を有し、該接続部不活性ガス第２供給路の先端側に、不活性ガスが流れ出る接続部不活性ガス第２供給口が設けられていることを特徴とする。

上記形態の本発明によれば、接続部不活性ガス第２供給路によって、防着排気配管の先端側への着膜を抑止され、排気配管接続部への着膜を抑止する。

他の形態の本発明の原子層成長装置は、前記本発明の形態において、前記接続部不活性ガス第２供給路が前記接続部不活性ガス供給路に連通していることを特徴とする。

上記形態の本発明によれば、接続部不活性ガス供給路に供給された不活性ガスの一部を接続部不活性ガス第２供給路に送り出すことができる。

他の形態の本発明の原子層成長装置は、前記本発明の形態において、前記排気配管接続部に排気配管が接続されていることを特徴とする。

上記形態の本発明によれば、排気配管を通して排ガスを移送することができる。
排気配管は、排気配管接続部に取り付け可能なものであってもよく、また、排気配管接続部に排気配管が一体になって接続されているものであってもよい。

他の形態の本発明の原子層成長装置は、前記本発明の形態において、前記排気防着材は、前記排気配管接続部の筒穴内に挿入され、前記筒穴に沿って伸長する防着排気配管を有し、前記防着排気配管は、前記排気配管接続部に接続された前記排気配管内に挿入される長さを有していることを特徴とする。

上記形態の本発明によれば、排気配管接続部での着膜を抑止する。

他の形態の本発明の原子層成長装置は、前記本発明の形態において、前記防着排気配管は、防着排気延長管を有し、該防着排気延長管は前記排気配管に挿入される長さを有し、前記防着排気延長管は、前記排気配管が接続される側から取り付け可能であることを特徴とする。

上記形態の本発明によれば、防着排気配管の長さを延長管で調整することができ、排気配管との接続側から容易に取り付けすることができる。

他の形態の本発明の原子層成長装置は、前記本発明の形態において、前記防着排気配管外周面は、前記排気配管内周面と隙間を有していることを特徴とする。

上記形態の本発明によれば、防着排気配管と排気配管との幅方向の隙間によって、接続部不活性ガス供給路の一部を構成することができ、防着排気配管と排気配管との接続隙間への着膜を防止することができる。結果、排気配管接続部への着膜を抑止することができる。

他の形態の本発明の原子層成長装置は、前記本発明の形態において、前記排気防着材は、前記開口部の周りの前記成膜容器内壁に沿い、かつ前記内壁と間隙を有するフランジを有しており、該フランジ周縁内面と前記成膜容器内壁との間に前記防着材不活性ガス排出口が設けられていることを特徴とする。

上記形態の本発明によれば、フランジ周辺から側方に不活性ガスを排出することができ、粒子などが排ガス方向に沿って内部に侵入するのを抑止する。

他の形態の原子層成長装置排気部は、
成膜容器に設けられた排気用の開口部の外側に取り付けられ、外周面が前記開口部を超える大きさを有し、筒穴側に排気路が位置する筒状の排気配管接続部と、
前記成膜容器内側に位置して前記開口部に挿入して取り付けられ、筒穴側に排気路が位置する筒状の排気防着材と、を備え、
前記排気配管接続部に、
前記排気路と区画されて、不活性ガスが流れる接続部不活性ガス供給路と、前記接続部不活性ガス供給路に設けられて前記不活性ガスが前記開口部側に流れ出る接続部不活性ガス供給口と、が設けられ、
前記排気防着材に、
前記排気路と区画されて、前記開口部内周面および前記開口部周りの前記成膜容器内壁と前記排気防着材の間の隙間により形成され、前記接続部不活性ガス供給口に連通す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不活性ガスが前記成膜容器内部に流れ出る防着材不活性ガス排出口と、が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、排気防着材を成膜容器内側から簡単に取り外すことが可能であり、排気防着材と成膜容器の隙間及び、排気防着材と排気配管接続部の隙間に不活性ガスパージを行うことができ、成膜容器及び排気配管接続部への着膜を抑制することが可能となる。これにより、パーティクル発生の抑制と成膜容器及び排気配管接続部のクリーニング頻度低減が可能となる。

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に示される排気部周辺の拡大図および排気配管接続部側を見た拡大図である。 他の実施形態における排気部周辺の拡大図である。 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。

（実施形態１）
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、ガス導入部２０と、排気部３０と、ヒーター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。ヒーター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。

成膜容器１１では、ガス導入が行われる開口部１１Ａに、ガス導入部２０が設けられている。ガス導入部２０では、成膜容器１１外側に筒状のインジェクタ２１が配置され、成膜容器１１内側から筒状のインジェクタ防着材２２が開口部１１Ａ内に挿入されて取り付けられている。インジェクタ２１とインジェクタ防着材２２とは、ガス通路が設けられており、互いに付き合わせて設置されている。ガス通路の数は特に限定されるものではない。
ガス導入部２０では、原料ガス、反応ガス、パージガスを成膜容器１１内に供給する。

また、成膜容器１１では、ガス排出が行われる開口部１１Ｂに、排気部３０が設けられている。排気部３０では、成膜容器１１内側から筒状の排気防着材３１が開口部１１Ｂ内に挿入されて取り付けられ、成膜容器１１外側に筒状の排気配管接続部３２が取り付けられている。排気配管接続部３２には、排気配管４０が接続される。

図２（Ａ）は、ガス流れ方向に平行な成膜容器側面から見た場合の排気部３０、すなわち排気防着材３１および排気配管接続部３２を示す拡大図である。
排気防着材３１および排気配管接続部３２のガスの流れは、基板１３面に平行になるように開口部１１Ａおよび開口部１１Ｂ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。

排気防着材３１には、図２（Ａ）に示すように、筒穴３１２を有し、成膜容器１１側に開口部１１Ｂを超える大きさのフランジ３１１を有している。
フランジ３１１の外側に位置する筒状の防着材本体３１０は、開口部１１Ｂ内周面と全周に亘って隙間を有しており、該隙間が防着材不活性ガス供給路３１３を構成している。この隙間の量は、本発明としては特に限定されるものではないが、０．０１〜５ｍｍの範囲が好適であり、この実施形態では１ｍｍとする。

また、フランジ３１１の内面と開口部１１Ｂの周りの成膜容器１１内壁との間には全周に亘って隙間が確保されており、該隙間も防着材不活性ガス供給路３１３の一部を構成している。フランジ３１１と成膜容器１１内壁との隙間は、意図的に例えば１０ｍｍ以下で設けてもよく、フランジ３１１の内面が粗面であれば、成膜容器１１内壁に当接させてもよい。
例えば、フランジ３１１の内面を、敢えて粗面とし（例えばＲａ（算術平均粗さ）＝３〜６μｍ）として、フランジ３１１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防着材不活性ガス供給路３１３が確保される。防着材不活性ガス供給路３１３は、少なくとも０．００１ｍｍ以上を有するのが望ましい。
以下の実施形態２でも同様である。

フランジ３１１周縁内面と成膜容器１１内壁との全周に亘る隙間は、防着材不活性ガス排出口３１４を構成する。
なお、防着材不活性ガス供給路３１３は、防着材本体３１０の周壁によって、排気穴を構成する筒穴３１２とは区画されている。
防着材不活性ガス排出口３１４は、後述するように、防着材不活性ガス供給路３１３が複数本の接続部不活性ガス供給路３２３に接続されたシャワーヘッド構造を有している。

筒状の排気配管接続部３２は、開口部１１Ｂを超える外周形状と、軸方向に沿った筒穴３２２を有しており、排気防着材３１の筒穴３１２に連通している。この実施形態では、筒穴３１２、３２２は排気穴を構成する。なお、筒穴そのものが排気穴とならず、その内側に排気穴を有する構成とすることができる。筒穴３１２と筒穴３２２との接続部分は、面一に形成するのが望ましい。

排気配管接続部３２は、成膜容器１１の外壁に取り付けられる。取り付けに際しては、排気配管接続部３２の先端面と成膜容器１１の外壁面との間には、Ｏリング３３０を介在させて封止性を高めている。また、排気防着材３１の先端面は、取り付けた状態で、成膜容器１１の外壁に倣うように位置する。これにより排気配管接続部３２の先端面と排気防着材３１の先端面とが付き合わせ状態になる。その際に、先端面間にＯリング３３１を介在させてシール性を高めている。Ｏリング３３１を収納するＯリング溝（図示しない）は、メンテナンス性のため排気防着材３１のみに形成するようにしてもよい。

また、排気配管接続部３２では、図２（Ｂ）に示すように、筒穴３２２の周囲に、開口部１１Ｂの内周面に外側の穴面が沿うように、上方側、下方側、両側方側に、それぞれ接続部不活性ガス供給路３２３が設けられている。図２（Ｂ）は、排気防着材３１を省略して、成膜容器内側から排気配管接続部３２を見た図である。
接続部不活性ガス供給路３２３は、ガスの流れ方向に沿って排気配管接続部３２の軸方向に沿って形成され、軸方向中程でそれぞれ外周方向に向きを変えて排気配管接続部３２の外周面に開口している。

また、各接続部不活性ガス供給路３２３は、外周側の穴面が開口部１１Ｂの穴面に沿う位置に形成されており、かつ、防着材不活性ガス供給路３１３に連通している。接続部不活性ガス供給路３２３が防着材不活性ガス供給路３１３に連通する端部は、接続部不活性ガス供給口３２４を構成する。なお、接続部不活性ガス供給路３２３断面形状は、必ずしも開口部１１Ｂの穴面に沿う必要はない。
接続部不活性ガス供給路３２３は、排気配管接続部３２の内周壁によって排気穴を構成する筒穴３２２と区画されている。

接続部不活性ガス供給路は、排気配管接続部に１箇所以上を備えるのが望ましい。例えば、排気配管接続部の幅と高さのアスペクト比が１０：１のような直方体形状では、排気配管接続部の上部側と下部側の２箇所に設け、排出口側でシャワーヘッド構造とすることが好ましい。これにより防着材不活性ガス供給路もしくは防着材不活性ガス排出口に均一にガスを供給することが可能となる。排気配管接続部が円形である場合においても、複数箇所の不活性ガス供給路を備えることで防着材不活性ガス供給路もしくは防着材不活性ガス排出口内の圧力均一性は向上する。

排気配管接続部３２には、筒穴３２２に連通するように排気穴４０２を有する排気配管４０が接続されている。

上記構成によって、成膜容器１１から排気されるガスは、筒穴３１２、３２２、排気穴４０２を通して成膜容器１１外に排出される。
また、接続部不活性ガス供給路３２３には、図示しない不活性ガス供給部から不活性ガスが供給され、該不活性ガスは、複数の接続部不活性ガス供給路３２３を通して、排気防着材側に送られ、接続部不活性ガス供給口３２４、防着材不活性ガス供給路３１３を通して防着材不活性ガス排出口３１４から成膜容器１１内に不活性ガスが排出される。不活性ガスには例えば窒素、アルゴンなどを用いることができる。
上記不活性ガスの排出によって、排気防着材３１と開口部１１Ｂとの隙間への着膜が抑止され、さらに、排気配管接続部３２と排気防着材３１との隙間への着膜が抑止される。

（実施形態２）
次に、排気部の構成を変更した他の実施形態を図３に基づいて説明する。なお、排気部を除く他の構成は、実施形態１と同様であり、ここではその説明を省略する。
この実施形態の排気部３０Ａは、前記実施形態１と同様に、成膜容器１１に設けられた排気用の開口部１１Ｂに取り付けられる。排気部３０Ａは、筒状の排気防着材３４と筒状の排気配管接続部３５とを有している。

排気防着材３４は、筒穴３４２を有し、成膜容器１１側に開口部１１Ｂを超える大きさのフランジ３４１を有している。
排気防着材３４の成膜容器１１への固定は、例えば２ｍｍ厚さのシムをフランジ３４１と成膜容器１１内壁とに挿入し、ビス３８で固定する。ビス３８は、複数箇所で用いられる。その数は特に限定されない。
フランジ３４１外側に位置する筒状の防着材本体３４０は、開口部１１Ｂの軸方向範囲で、開口部１１Ｂの内周面と全周に亘って隙間を有しており、該隙間が防着材不活性ガス供給路３４３を構成している。この隙間の量は、本発明としては特に限定されるものではないが、０．０１〜５ｍｍの範囲内が好適である。この実施形態では１ｍｍとする。

また、フランジ３４１の内面と開口部１１Ｂの周りの成膜容器１１内壁との間には、全周に亘って隙間が確保されており、該隙間も防着材不活性ガス供給路３４３の一部を構成している。フランジ３４１と成膜容器１１内壁との隙間は、意図的に例えば１０ｍｍ以下で設けてもよく、フランジ３４１の内面が粗面であれば、成膜容器１１内壁に当接させてもよい。この粗面形状によってガスが流れる防着材不活性ガス供給路３４３が確保される。防着材不活性ガス供給路３４３は、少なくとも０．００１ｍｍ以上を有するのが望ましい。

フランジ３４１周縁内面と成膜容器１１内壁との全周に亘る隙間は、防着材不活性ガス排出口３４４を構成する。
防着材不活性ガス供給路３４３は、筒状の防着材本体３４０の周壁によって筒穴３４２とは区画されている。
なお、防着材不活性ガス排出口３４４は、後述するように、防着材不活性ガス供給路３４３が複数本の接続部不活性ガス供給路３５３に接続されたシャワーヘッド構造を有している。
さらに、排気防着材３４は、排気防着材本体３４０の内周側に連なって軸方向外側に伸長する防着排気配管３４０Ａを有しており、その管穴３４２Ａは筒穴３４２に連通している。

一方、筒状の排気配管接続部３５は、開口部１１Ｂを超える外周形状と、軸方向に沿った筒穴３５２を有している。
排気配管接続部３５は、成膜容器１１の外壁に取り付けられ、取り付けに際しては、排気配管接続部３５の先端面と成膜容器１１の外壁面との間には、Ｏリング３３２を介在させて封止性を高めている。また、排気防着材３４の先端面は、取り付け後に、成膜容器外壁面に倣うように位置する。これにより排気配管接続部３５の先端面と排気防着材３４の先端面とが付き合わせ状態になる。

また、排気配管接続部３５では、筒穴３５２の外周側周囲で排気防着材３４側に、上方側、下方側、両側方側に、それぞれ接続部不活性ガス供給路３５３が形成されている。接続部不活性ガス供給路３５３は、ガスの流れ方向に沿って排気配管接続部３５の軸方向に沿って形成され、軸方向前方に近い位置でそれぞれ外周方向に向きを変えて排気配管接続部３５の外周面に開口している。

また、各接続部不活性ガス供給路３５３は、外周側の穴面が開口部１１Ｂの穴面に沿う位置に形成されており、かつ、防着材不活性ガス供給路３４３に連通している。接続部不活性ガス供給路３５３が防着材不活性ガス供給路３４３に連通する端部は、接続部不活性ガス供給口３５４を構成する。なお、接続部不活性ガス供給路３５３断面形状は、必ずしも開口部１１Ｂの穴面に沿う必要はない。
接続部不活性ガス供給路３５３は、排気配管接続部３５の周壁および防着排気配管３４０Ａによって、排気穴を構成する筒穴３４２と区画されている。

排気配管接続部３５では、筒穴３５２は、排気配管接続部３５の外側端で閉じられており、側方に空けた取り付け穴３５Ａに側方から連通している。
筒穴３５２内には、終端に至る直前まで小隙間を残して防着排気配管３４０Ａが伸長して、その終端が閉じられており、終端近くで、防着排気配管３４０Ａ側方に、取り付け穴３５Ａに向けた連結穴３４０Ｂが形成されている。
防着排気配管３４０Ａの外周面と、排気配管接続部３５の筒穴３５２の内周面との間には隙間が設けられており、該隙間が接続部不活性ガス第２供給路３５５を構成している。

接続部不活性ガス第２供給路３５５は、排気配管接続部３５の成膜容器側先端であって、排気防着材３４との接面部に接続部不活性ガス供給路３５３と連結する連結路を有している。
防着材不活性ガス供給路３４３と、接続部不活性ガス第２供給路３５５との合計ガスコンダクタンスの比は０．０１〜１００であることが好ましく、さらには１：１であることが好ましい。成膜容器１１側と排気配管４１側へ等量の不活性ガスを供給するためである。ガスコンダクタンスは不活性ガス供給路の流路幅と流路長により制御することが可能である。

さらに、取り付け穴３５Ａには、排気配管４１が取り付けられており、両者の接合面間には、Ｏリング３３３が介在されて封止性を高めている。防着排気配管３４０Ａでは、連結穴３４０Ｂに排気配管４１の方向に伸びる防着排気延長管３４０Ｃが接続されている。防着排気延長管３４０Ｃは、排気配管４１を排気配管接続部３５から取り外した状態で、排気配管４１の取り付け側から取り付け穴３５Ａを通して容易に取り付けを行うことができる。防着排気延長管３４０Ｃの管穴３４２Ｂは、管穴３４２Ａ、筒穴３４２に連通している。

防着排気延長管３４０Ｃ外周面と、筒穴３５２内周面、取り付け穴３５Ａ内周面、排気配管４１内周面との間には、隙間が確保されており、これら隙間まで、前記した接続部不活性ガス第２供給路３５５が延伸している．防着排気延長管３４０Ｃの先端位置にある接続部不活性ガス第２供給路３５５は、接続部不活性ガス第２供給口３５６を構成する。

排気配管４１は、例えば内径１５０ｍｍの配管を用いることができる。この場合、防着排気延長管３４０Ｃは、例えば内径１００ｍｍ、高さ１００ｍｍの円筒を用いることができ、防着排気配管３４０Ａとビスで固定可能なようにフランジを有するのが望ましい。防着排気延長管３４０Ｃの取り付けは、防着排気配管３４０Ａを成膜容器開口部１１Ｂ側に取り付けた後、排気配管４１を取り外した後に可能となる。

上記構成によって、成膜容器１１から排気されるガスは、筒穴３４２、管穴３４２Ａ、３４２Ｂを通して成膜容器１１外に排出される。筒穴３４２、管穴３４２Ａ、３４２Ｂは、排気穴を構成する。
また、接続部不活性ガス供給路３５３には、図示しない不活性ガス供給部から不活性ガスが供給され、該不活性ガスは、複数の接続部不活性ガス供給路３５３を通して、排気防着材側に送られ、接続部不活性ガス供給口３５４、防着材不活性ガス供給路３４３を通して防着材不活性ガス排出口３４４から成膜容器１１内に不活性ガスが排出される。不活性ガスには例えば窒素、アルゴンなどを用いることができる。

上記不活性ガスの排出によって、排気防着材３４、開口部１１Ｂ、排気配管接続部３５との隙間への着膜が抑止される。また、排気配管接続部３５の筒穴側は、防着排気配管３４０Ａで覆われており、着膜が防止される。
さらに、接続部不活性ガス供給路３５３に送られた不活性ガスの一部は、接続部不活性ガス第２供給路３５５に送られ、防着排気配管３４０Ａと防着排気延長管３４０Ｃとの接続部の隙間周辺、排気配管接続部３５と排気配管４１との接続部の隙間周辺を通って、防着排気延長管３４０Ｃの先端から排気配管４１の管路方向に沿って排出される。
上記不活性ガスの排出によって、防着排気配管３４０Ａと排気配管接続部３５との隙間、防着排気配管３４０Ａと延長管３４０Ｃとの隙間に対する着膜を抑制することができる。
この結果、開口部１１Ｂ及び排気配管接続部３５をメンテナンスフリーとすることができる。

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、ガス導入部２０に原料ガスを供給する（ステップｓ１）。原料ガスは、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２１の内表面およびインジェクタ防着材２２の外表面に不活性ガスを供給する。また、排出部３０では、排気配管接続部および排気防着材にも不活性ガスを供給する。
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、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、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とインジェクタ防着材２２との隙間および成膜容器１１と排気防着材３１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。

次に、原料ガスの供給を停止し、ガス導入部でパージガスを供給する（ステップｓ２）。パージガスは、成膜容器１１の内部に供給される。原料ガスは、排気部３０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３０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３０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、ガス導入部２０を通して反応ガスを供給する（ステップｓ３）。反応ガスは、ガス導入部２０の通路を通って、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、インジェクタ２１の内表面やインジェクタ防着材２２の外表面や排気部３０で不活性ガスを供給する。そのため、ステップｓ３において、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とインジェクタ防着材２２との隙間および成膜容器１１と排気防着材３１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。

次に、反応ガスの供給を停止し、ガス導入部２０にパージガスを供給する（ステップｓ４）。パージガスは、成膜容器１１の内部に供給される。パージガスは、排気部３０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３０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〜ｓ４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２１の内表面およびインジェクタ防着材２２の外表面を流れるため、成膜容器１１とインジェクタ２１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２１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、排気部３０も同様に薄膜の付着が防止される。

また、例えば、原料ガスとしてＴＭＡを用い、反応ガスとしてＯ_３を用いて形成されるアルミナ膜は、ＢＣｌ_３ガスによりガスエッチングを行うことができる。ＢＣｌ_３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。
ヒーター１４Ａの付近に位置する成膜容器１１の内壁は、ヒーター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、ヒーター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および図３に示す排気部３０Ａの構造を用いて、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５００ｓｃｃｍ（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、防着材不活性ガス供給路、接続部不活性ガス供給路、接続部不活性ガス第２供給路部分にあたる排気防着材、排気配管接続部の内壁の膜厚を目視にて観察したところ、目視で観察されるＡｌＮＯ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。排気部のメンテナンスは排気防着材及びビス、排気配管、防着排気延長管のみであり、開口部、排気配管接続部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
１１Ａ 開口部
１１Ｂ 開口部
１３ 基板
１４ ステージ
１４Ａ ヒーター
１５ 高周波電源
２０ ガス導入部
２１ インジェクタ
２２ インジェクタ防着材
３０ 排気部
３０Ａ 排気部
３１ 排気防着材
３２ 排気配管接続部
３４ 排気防着材
３５ 排気配管接続部
３５Ａ 取り付け穴
３８ ビス
４０ 排気配管
４１ 排気配管
３１０ 防着材本体
３１１ フランジ
３１２ 筒穴
３２２ 筒穴
３１３ 防着材不活性ガス供給路
３１４ 防着材不活性ガス排出口
３２３ 接続部不活性ガス供給路
３２４ 接続部不活性ガス供給口
３３０ Ｏリング
３３１ Ｏリング
３３２ Ｏリング
３３３ Ｏリング
３４０Ａ 防着排気配管
３４０Ｂ 連結穴
３４０Ｃ 防着排気延長管
３４１ フランジ
３４２ 筒穴
３４２Ａ 管穴
３４２Ｂ 管穴
３４３ 防着材不活性ガス供給路
３４４ 防着材不活性ガス排出口
３５２ 筒穴
３５３ 接続部不活性ガス供給路
３５４ 接続部不活性ガス供給口
３５５ 接続部不活性ガス第２供給路
３５６ 接続部不活性ガス第２供給口
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 (10)

1. 基板上に薄膜を形成するための原子層成長装置であって、
   成膜容器と、
   前記成膜容器内に位置し、前記基板を保持するためのステージと、
   前記ステージの上方に位置し、高周波電源と接続される電極と、
   前記成膜容器に形成された、前記成膜容器内に原料ガスを供給するためのガス導入部と、
   前記成膜容器に形成された、前記成膜容器から前記原料ガスを排気するための排気部を含み、
   前記排気部が形成された前記成膜容器の内壁を覆うように防着材が取り付けられ、
   前記成膜容器の前記内壁と前記防着材の間の空間に不活性ガスを流すことが可能である原子層成長装置。
2. 前記成膜容器の外部に位置し、前記排気部と接続する排気配管接続部と、
   前記排気配管接続部と接続する排気配管を有し、
   前記原料ガスは、前記排気配管を介して前記成膜容器から排出され、
   前記排気配管接続部内に接続部不活性ガス供給路が形成され、
   前記成膜容器の前記内壁と前記防着材の間の前記空間によって防着材不活性ガス供給路が形成され、
   前記接続部不活性ガス供給路は前記防着材不活性ガス供給路と接続され、
   不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスが、前記接続部不活性ガス供給路を介して前記防着材不活性ガス供給路に流入する請求項１記載の原子層成長装置。
3. 前記防着材は前記成膜容器の前記内壁に、ビスを用いて固定される請求項１又は２記載の原子層成長装置。
4. 前記防着材はフランジ部を有し、
   前記フランジ部は前記成膜容器の前記内壁に前記ビスを用いて固定される請求項３記載の原子層成長装置。
5. 前記不活性ガスは前記ビスの位置まで流入する求項３又は４記載の原子層成長装置。
6. 前記防着材は、前記成膜容器の前記内壁の全面を覆うように取り付けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の原子層成長装置。
7. 前記排気部が形成された前記成膜容器の前記内壁は円形状を有している請求項１〜６のいずれか一項に記載の原子層成長装置。
8. 前記不活性ガスは窒素またはアルゴンである請求項１〜７のいずれか一項に記載の原子層成長装置。
9. 前記基板はガラス基板である請求項１〜８のいずれか一項に記載の原子層成長装置。
10. 前記電極と前記ステージとの間にプラズマが発生する請求項１〜９のいずれか一項に記載の原子層成長装置。

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