JP2018035395A - プラズマ原子層成長装置および原子層成長方法 - Google Patents

プラズマ原子層成長装置および原子層成長方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基板上に形成される膜の膜質を向上することができるプラズマ原子層成長装置を提供する。
【解決手段】原子層成長装置は、基板１Ｓを保持する下部電極ＢＥと、下部電極ＢＥと対向配置された上部電極ＵＥとの間にプラズマ放電を生じさせることにより、基板１Ｓ上に原子層単位で膜を成膜するプラズマ原子層成長装置であって、平面視において、上部電極ＵＥを離間して囲む絶縁体からなる防着部材ＣＴＭを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、原子層成長技術に関する。
特開２００６−３５１６５５号公報（特許文献１）には、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）やスパッタリング法を使用した成膜装置において、防着板を使用するとともに、チャンバの内壁に堆積した堆積物を非晶質膜で覆う技術が記載されている。
特開２００９−６２５７９号公報（特許文献２）には、成膜室内の複数の側面部に対応させて複数の防着板を配置し、かつ、防着板を複数に分割して、近接する防着板同士の間に隙間を設ける技術が記載されている。
特開２０１２−５２２２１号公報（特許文献３）には、スパッタリング空間の圧力値に基づいて、スパッタリング空間内に導入されるガス流量と、真空チャンバの内壁と防着板との間の空間に導入されるガス流量との流量比を制御する技術が記載されている。
特開２０１４−１３３９２７号公報（特許文献４）には、複数の貫通孔が形成された一対の防着板を処理室の内壁に近接して配置する技術が記載されている。
特開２００１−３１６７９７号公報（特許文献５）には、基板キャリアの表面への膜の付着を防止する防着部材を、基板キャリアの底面に取り付ける技術が記載されている。
特開２００６−３５１６５５号公報 特開２００９−６２５７９号公報 特開２０１２−５２２２１号公報 特開２０１４−１３３９２７号公報 特開２００１−３１６７９７号公報
原子層成長法は、原料ガスと反応ガスとを基板上に交互に供給することにより、基板上に原子層単位で膜を形成する成膜方法である。この原子層成長法は、原子層単位で膜を形成することから、段差被覆性や膜厚制御性に優れているという利点を有している。一方、原子層成長法を具現化する原子層成長装置では、段差被覆性に優れている利点の裏返しとして、成膜条件の変化を伴うことなく除去することが困難な場所にも容易に膜が形成されやすい。このことから、原子層成長装置では、成膜条件の変化を伴うことなく除去することが困難な場所に形成された膜の剥離に起因する異物の発生によって、基板上に形成される膜の膜質が劣化することが懸念される。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態における原子層成長装置は、基板を保持する第１電極と、第１電極と対向配置された第２電極との間にプラズマ放電を生じさせることにより、基板上に原子層単位で膜を成膜する原子層成長装置であって、平面視において、第２電極を離間して囲む絶縁体からなる防着部材を備える。
一実施の形態における原子層成長装置によれば、基板上に形成される膜の膜質を向上することができる。
実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置の全体構成を模式的に示す断面図である。 上部電極を離間して囲むように設けられた本実施の形態における防着部材の構成を模式的に示す図である。 実施の形態における防着部材の構成態様例を示す模式図である。 実施の形態における防着部材の他の構成態様例を示す模式図である。 上部電極を支持する部分の詳細構成を模式的に示す図である。 プラズマ原子層成長装置において、上部電極を支持する部分の断面構成と平面構成との対応関係を模式的に示す図である。 実施の形態における原子層成長方法を説明するフローチャートである。 （ａ）〜（ｅ）は、基板上に膜を形成する工程を模式的に示す図である。
＜原子層成長装置に特有の改善の余地＞
例えば、プラズマＣＶＤ装置では、基板を保持する下部電極と、下部電極と対向配置される上部電極との間に複数の原料ガスを供給しながら、下部電極と上部電極との間にプラズマ放電を生じさせる。これにより、プラズマＣＶＤ装置では、プラズマ放電で生じた活性種（ラジカル）による化学反応により、基板上に膜を形成する。このとき、プラズマＣＶＤ装置では、主にプラズマ放電が形成されている領域（放電空間）に膜が形成される。これは、プラズマＣＶＤ装置で使用される原料ガスとして、放電空間に局在化させるために拡散しにくい性質を有している原料ガスが使用されるとともに、複数の原料ガスからプラズマ放電によって活性種（ラジカル）が生じて初めて膜材料が形成されるからである。したがって、プラズマＣＶＤ装置では、放電空間から離れた場所（プラズマ放電が生じない場所）には膜が形成されにくい傾向を示すことになる。
これに対し、例えば、プラズマ原子層成長装置では、基板を保持する下部電極と、下部電極と対向配置される上部電極との間に、原料ガスと反応ガスとを交互に供給し、かつ、反応ガスを供給する際にプラズマ放電することにより、基板上に原子層単位で膜を形成する。このとき、プラズマ原子層成長装置では、原子層単位で膜を形成することにより、段差被覆性に優れた膜を形成することができる。特に、プラズマ原子層成長装置では、段差被覆性を良好にするため、原料ガスとして拡散しやすい材料が使用されるとともに、それぞれのガス（原料ガスやパージガスや反応ガス）が成膜容器内に充分に拡散するだけの時間を確保しながら、それぞれのガスを交互に供給している。このため、例えば、原料ガスや反応ガスは、基板上だけでなく、成膜容器の隅々まで行き渡ることになる。さらには、プラズマ原子層成長装置においては、反応ガスをプラズマ放電させることにより活性種（ラジカル）を形成して、この活性種と基板に吸着した原料ガスとが反応して膜が形成されるだけでなく、プラズマ放電によって活性種（ラジカル）が生じない状態においても、原料ガスと反応ガスとが反応しやすい傾向がある。したがって、プラズマ原子層成長装置では、プラズマ放電が生じていない成膜容器の微細な隙間においても、原料ガスと反応ガスが反応して膜が形成されることになる。つまり、原子層成長装置では、（１）原子層単位で膜を形成すること、（２）成膜容器の隅々まで原料ガスや反応ガスが行き渡ること、（３）プラズマ放電が生じていない場所でも原料ガスと反応ガスとが反応しやすいことという特徴を有する結果、微細な隙間にも膜が形成されることになる。
このようにプラズマ原子層成長装置においては、基板上だけでなく、微細な隙間を含む成膜容器内の隅々まで膜が形成されてしまうという性質があることになる。そして、この性質に起因して、プラズマ原子層成長装置に特有の改善の余地が存在することを本発明者は見出したので、以下に、この改善の余地について説明することにする。
例えば、プラズマ原子層成長装置において、上部電極は、例えば、絶縁支持部材で支持される。ここで、上述したように、プラズマ原子層成長装置では、成膜容器の隅々まで膜が形成されてしまうことから、絶縁支持部材にも膜が形成されることになる。そして、絶縁支持部材に付着した膜の膜厚が厚くなると、付着した膜の一部が絶縁支持部材から剥離して異物となる。この異物は、基板上に形成される膜の膜質を劣化させる要因となる。このことから、基板上に形成される膜の膜質（品質）を向上するためには、絶縁支持部材に付着した膜を除去する必要がある。
この点に関し、例えば、成膜容器内に、例えば、ＮＦ３ガスなどから構成されるクリーニングガスを導入してドライエッチングを実施することにより、絶縁支持部材に付着した膜を除去することが考えられる。ところが、プラズマ原子層成長装置では、微細な隙間を含む成膜容器の隅々まで膜が形成される一方、クリーニングガスによるドライエッチングでは、プラズマ放電が生じている場所しか膜の除去が行なわれないとともに、クリーニングガスが微細な隙間を含む成膜容器の隅々まで行き渡ることは困難である。さらには、例えば、プラズマ原子層成長装置で形成する膜として、酸化アルミニウム膜（Ａｌ２Ｏ３膜）を一例として挙げることができるが、この酸化アルミニウム膜は、ドライエッチングで除去することが困難である。したがって、プラズマ原子層成長装置においては、クリーニングガスを使用したドライエッチングでは、成膜容器の隅々まで形成された膜を除去することは困難であることから、例えば、絶縁支持部材に付着した膜の除去にもドライエッチングを使用することは困難となる。
そこで、例えば、上部電極を固定する絶縁支持部材を取り外して、絶縁支持部材に付着した膜をウェットエッチングにより除去することが考えられる。ところが、絶縁支持部材を取り外して、ウェットエッチングを施した後、再び、絶縁支持部材を取り付けると、上部電極の取り付け位置が以前の取り付け位置と異なることになる。この場合、上部電極と下部電極との間のプラズマ放電の状態が変化する。つまり、絶縁支持部材を取り外して、ウェットエッチングでクリーニングする方法では、絶縁支持部材の取り付け位置を再現できなくなる結果、絶縁支持部材で支持される上部電極の取り付け位置が変わり、プラズマ放電の状態に代表される成膜条件が変化してしまう。この場合、基板上に形成される膜の品質が変動するおそれがある。さらには、絶縁支持部材に付着した膜をウェットエッチングにより除去する方法では、成膜容器内を大気圧に開放した後、絶縁支持部材を取り出す必要があり、メンテナンス作業性が低下することになる。
以上のことから、プラズマ原子層成長装置では、特に、基板上に形成される膜の膜質を向上し、かつ、成膜条件を変えることなく、上部電極を支持する絶縁支持部材に付着した膜を除去することが困難であることがわかる。そこで、本実施の形態では、上部電極を支持する絶縁支持部材に付着した膜を除去する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について説明することにする。
＜プラズマ原子層成長装置の全体構成＞
図１は、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００の全体構成を模式的に示す断面図である。本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００は、原料ガスと反応ガスとを交互に供給することにより、基板１Ｓ上に原子層単位で膜を形成するように構成されている。その際、反応活性を高めるため、基板１Ｓを加熱することができる。
本実施の形態では、原料として、ＴＭＡ（Tri-Methyl-Aluminum）を使用し、反応活性を高めるため、プラズマ放電が行なわれる。本実施の形態では、プラズマ放電を行なうため、平行平板電極が使用される。
図１に示すように、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００は、成膜容器ＣＢを有している。この成膜容器ＣＢには、基板１Ｓを保持するステージが配置されており、このステージは、下部電極ＢＥとして機能する。また、ステージは、ヒータを備え、基板１Ｓの温度を調整することができるように構成されている。例えば、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００の場合、ステージ上に保持される基板１Ｓは、５０℃〜２００℃に加熱される。そして、成膜容器ＣＢは、真空に維持される。
次に、図１に示すように、成膜容器ＣＢには、原料ガスやパージガスや反応ガスを供給するガス供給部ＧＳＵが設けられているとともに、原料ガスやパージガスや反応ガスを排気するガス排気部ＧＶＵが設けられている。例えば、ガス供給部ＧＳＵとガス排気部ＧＶＵとは、互いに対向する位置に設けられており、ガス供給部ＧＳＵから供給されたガスは、成膜容器ＣＢ内の放電空間ＳＰを通って、ガス排気部ＧＶＵから排気される。
さらに、成膜容器ＣＢ内には、下部電極ＢＥ上に搭載されている基板１Ｓの上方に位置する放電空間を挟んで、上部電極ＵＥが配置されている。すなわち、上部電極ＵＥは、基板１Ｓが搭載された下部電極ＢＥと対向するように配置されている。そして、上部電極ＵＥの上方に天板ＣＴが配置されており、この天板ＣＴには、上部電極ＵＥを支持するための天板支持部ＣＴＳＰが設けられている。さらに、天板支持部ＣＴＳＰと密着するように絶縁支持部材ＩＳＭが配置されており、この絶縁支持部材ＩＳＭによって、上部電極ＵＥが支持されている。そして、図１に示すように、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００は、平面視において、上部電極ＵＥを離間して囲む絶縁体からなる防着部材ＣＴＭを有しており、平面視において、防着部材ＣＴＭは、絶縁支持部材ＩＳＭと重なるように配置されている。
続いて、図１に示すように、天板ＣＴには、成膜容器ＣＢ内に窒素ガスなどの不活性ガスを供給する不活性ガス供給部ＩＧＳＵが設けられている。このように、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００には、原料ガスやパージガスや反応ガスを供給するガス供給部ＧＳＵの他に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部ＩＧＳＵが別個に設けられている。
＜防着部材の構成＞
次に、本実施の形態における防着部材ＣＴＭの構成について説明する。図２は、上部電極ＵＥを離間して囲むように設けられた本実施の形態における防着部材ＣＴＭの構成を模式的に示す図である。図２において、二点鎖線で示す直方体が上部電極ＵＥの模式的な構成を示している。図２に示す上部電極ＵＥは、図１に示す下部電極ＢＥと対向する表面ＳＵＲと、表面ＳＵＲと交差する側面ＳＳ１と、側面ＳＳ１の反対側に位置する側面ＳＳ２と、表面ＳＵＲおよび側面ＳＳ１と交差する側面ＳＳ３と、側面ＳＳ３の反対側に位置する側面ＳＳ４とを有する。そして、図２に示すように、本実施の形態における防着部材ＣＴＭは、上部電極ＵＥを離間して取り囲むように構成されている。具体的に、本実施の形態における防着部材ＣＴＭは、上部電極ＵＥの側面ＳＳ１と対向する部位（part）ＰＴ１と、上部電極ＵＥの側面ＳＳ２と対向する部位ＰＴ２と、上部電極ＵＥの側面ＳＳ３と対向する部位ＰＴ３と、上部電極ＵＥの側面ＳＳ４と対向する部位ＰＴ４とを有する。一方、本実施の形態における防着部材ＣＴＭは、図２に示すように、上部電極ＵＥの表面ＳＵＲを露出するように、防着部材ＣＴＭの底部に開口部が形成されている。この結果、図２に示すように、本実施の形態における防着部材ＣＴＭの部位ＰＴ１〜ＰＴ４のそれぞれは、水平部位と垂直部位とを有するＬ字形状をしていることになる。
ここで、防着部材ＣＴＭの部位ＰＴ１〜ＰＴ４のそれぞれには、固定部材を埋め込む複数の固定穴ＳＨと、固定部材を支持する複数の凸部ＳＵとが形成されている。これにより、防着部材ＣＴＭは、図２では図示されない固定部材で支持されることになる。このようにして、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置には、上部電極ＵＥを囲む防着部材ＣＴＭが設けられていることになる。
＜防着部材の第１構成態様（一体化）＞
図３は、本実施の形態における防着部材ＣＴＭの構成態様例を示す模式図である。図３に示す防着部材ＣＴＭの構成態様では、防着部材ＣＴＭを構成する部位ＰＴ１〜ＰＴ４が一体的に形成されている。すなわち、図３に示す防着部材ＣＴＭの部位ＰＴ１〜ＰＴ４は、継ぎ目のない一体物として形成されている。これにより、一体化された部位ＰＴ１〜ＰＴ４から構成される防着部材ＣＴＭによれば、以下に示す利点を得ることができる。
すなわち、＜原子層成長装置に特有の改善の余地＞の欄で説明したように、プラズマ原子層成長装置では、放電空間から離れたプラズマ放電が生成されない場所においても膜が形成され、かつ、原子層単位で成膜されることに起因して、微細な隙間まで膜が形成されてしまう性質がある。このことから、プラズマ原子層成長装置では、例えば、上部電極を覆う防着部材ＣＴＭにも膜が付着する。この点に関し、図３に示す防着部材ＣＴＭの部位ＰＴ１〜ＰＴ４は、継ぎ目のない一体物として形成されている。したがって、図３に示す防着部材ＣＴＭには、防着部材ＣＴＭに微細な隙間が形成されないことから、微細な隙間に膜が形成されて剥離することによる異物の発生を抑制することができる。つまり、成膜空間の隅々まで異物の発生源となる膜が形成されるプラズマ原子層成長装置では、異物の発生を極力低減できる部材を使用することが望まれている。この観点から、継ぎ目のない一体物として形成されている防着部材ＣＴＭは、異物の発生源を極力省いた望ましい部材ということができる。なぜなら、図３に示すように、防着部材ＣＴＭを継ぎ目のない一体物から構成する場合、そもそも、膜の除去が困難な微細な隙間が存在しないことから、微細な隙間に形成された膜の剥離に起因する異物の発生ポテンシャルを無くすことができるからである。つまり、継ぎ目のない一体物からなる防着部材ＣＴＭによれば、取り外して付着した膜を除去することにより、異物の発生ポテンシャルの低い防着部材ＣＴＭを提供することができる。この結果、図３に示す継ぎ目のない一体物からなる防着部材ＣＴＭによれば、基板上に異物が付着することを防止できることから、基板上に形成される膜の膜質（品質）を向上することができる。
さらに、プラズマ原子層成長装置では、平坦面と比べて微細な隙間に膜が形成されやすい性質がある。このため、継ぎ目のない一体物からなる防着部材ＣＴＭによれば、膜が形成されやすい微細な隙間が存在しないため、防着部材ＣＴＭのメンテナンス周期を長くすることができる利点を得ることができる。
＜防着部材の第２構成態様（分割）＞
図４は、本実施の形態における防着部材ＣＴＭの他の構成態様例を示す模式図である。図４に示す防着部材ＣＴＭの構成態様では、防着部材ＣＴＭを構成する部位ＰＴ１〜ＰＴ４は、別々の部品（piece）から構成されている。すなわち、図４に示す防着部材ＣＴＭは、部位ＰＴ１に対応する部品ＰＣＥ１と、部位ＰＴ２に対応する部品ＰＣＥ２と、部位ＰＴ３に対応する部品ＰＣＥ３と、部位ＰＴ４に対応する部品ＰＣＥ４とから構成されている。このように、本実施の形態における防着部材ＣＴＭは、図３に示す継ぎ目のない一体物として構成するだけでなく、図４に示す別部品の組み合わせからも構成できる。
ここで、図４に示す防着部材ＣＴＭは、別部品の組み合わせからも構成されているため、部品間に継ぎ目が存在することになる。このことから、図４に示す防着部材ＣＴＭでは、部品間に微細な隙間が存在することになり、この微細な隙間にも膜が形成されることになる。この結果、図４に示す防着部材ＣＴＭでは、微細な隙間に形成された膜の剥離に起因する異物の発生ポテンシャルが大きくなると考えられる。
この点に関し、図４に示す防着部材ＣＴＭでは、微細な隙間が形成されるが、図４に示す防着部材ＣＴＭを別部品の組み合わせから構成するという点によって、微細な隙間に形成された膜の剥離に起因する異物の発生ポテンシャルは低減することができるのである。
以下に、この点について説明する。別部品の組み合わせから防着部材ＣＴＭを形成する場合、確かに、部品間の継ぎ目に微細な隙間が形成されることから、微細な隙間に形成された膜の剥離に起因する異物の発生ポテンシャルが大きくなると考えられる。ただし、実際には、別部品の組み合わせから防着部材ＣＴＭを構成する場合、防着部材ＣＴＭは、それぞれの部品に分解して取り外すことができる。このように個々の部品に分解してしまえば、部品同士を組み合わせた場合に生じる微細な隙間は存在しなくなり、個々の部品をウェットエッチングすることで、微細な隙間に対応した部分に付着した膜を除去することができる。つまり、防着部材ＣＴＭが別部品の組み合わせから構成されている場合、組み合わせた段階では微細な隙間が存在するが、防着部材ＣＴＭを分解して取り外すことができる。このため、分解した部品ごとにウェットエッチングを施すことによって、微細な隙間に対応する個々の部品の部位に付着した膜でも充分に除去することができる。
上述したように、防着部材ＣＴＭを別部品の組み合わせから構成する場合、取り外した後に分解してウェットエッチングを施すことにより、異物の発生ポテンシャルの低い防着部材ＣＴＭを実現することができる。ただし、この場合、分解した部品を再度組み合わせると、分解前の防着部材ＣＴＭの取り付け形状や取り付け位置と、分解後の防着部材ＣＴＭの取り付け形状や取り付け位置とが微妙に異なることが考えられる。しかし、防着部材ＣＴＭ自体は、上部電極や下部電極のように、プラズマ放電に直接関連性を有する部位ではないことから、防着部材ＣＴＭの取り付け形状や取り付け位置が分解前と分解後で微妙に相違しても、プラズマ放電特性に代表される成膜条件に及ぼす影響は大きくないと考えられる。このことから、防着部材ＣＴＭを別部品の組み合わせから構成する場合であっても、取り付け形状や取り付け位置が微妙に異なることに起因する成膜条件の変化はほとんどないものと考えることができる。たとえ、部品の取り付け形状や取り付け位置が微妙に異なることに起因する成膜条件の変化が生じるにしても、それは無視できるレベルと考えることができる。したがって、図４に示すように、防着部材ＣＴＭを別部品の組み合わせから構成する場合であっても、成膜条件を大幅に変化させることなく、部品に付着した膜の除去が可能であり、かつ、異物の発生ポテンシャルをある程度低くできる点で有用である。すなわち、防着部材ＣＴＭからの異物の発生を抑制する観点からは、図３に示す継ぎ目のない一体物からなる防着部材ＣＴＭが望ましい一方、図４に示す別部品の組み合わせからなる防着部材ＣＴＭによっても、基板上に異物が付着することを防止できることから、基板上に形成される膜の膜質（品質）を向上することができる。
ただし、上述したように、プラズマ原子層成長装置では、平坦面と比べて微細な隙間に膜が形成されやすい性質がある。このことから、防着部材ＣＴＭを別部品の組み合わせから構成すると、防着部材ＣＴＭを継ぎ目のない一体物から構成する場合に比べて、膜が形成されやすい微細な隙間が存在する分だけ、異物の発生ポテンシャルが高くなる。この結果、防着部材ＣＴＭのメンテナンス周期が短くなる。つまり、メンテナンス周期を長くする観点からは、防着部材ＣＴＭを別部品の組み合わせから構成する場合よりも、防着部材ＣＴＭを継ぎ目のない一体物から構成する場合のほうが望ましいといえる。
一方、図４に示すように、防着部材ＣＴＭを別部品の組み合わせから構成する場合には、以下に示す利点を得ることができる点で有用な面もある。まず、第１の利点としては、部品間の継ぎ目に微細な隙間が形成されるが、これにより、例えば、防着部材ＣＴＭが成膜容器内の加熱によって、部品のそれぞれが体積膨張する場合であっても、この体積膨張を部品間の微細な隙間で吸収することができる結果、成膜容器内の加熱に起因する防着部材ＣＴＭの変形を抑制することができる。このことは、防着部材ＣＴＭと、防着部材ＣＴＭを固定する固定部材との接続部位にかかる応力の増大を抑制することができることを意味し、これによって、防着部材ＣＴＭの取り付け安定性を向上することができる。
続いて、第２の利点は、例えば、プラズマ原子層成長装置の大型化に伴って、上部電極のサイズが大きくなること対応して、上部電極を囲む防着部材ＣＴＭのサイズが大きくなる場合であっても、防着部材ＣＴＭが複数の別部品から構成されている結果、防着部材ＣＴＭの製造容易性を確保することができる。なぜなら、防着部材ＣＴＭは、絶縁体から構成されており、例えば、セラミックを加工することにより形成される。この場合、防着部材ＣＴＭを一体物から構成すると、大きなサイズの加工が必要となり、特に、セラミックの加工の観点から製造困難性が大きくなる。この点に関し、防着部材ＣＴＭを複数の別部部品から構成すると、複数の部品のそれぞれのサイズは小さくて済むことから、加工容易性が向上するのである。つまり、図４に示すように、防着部材ＣＴＭを別部品の組み合わせから構成する場合には、防着部材ＣＴＭ自体の製造容易性を向上できる利点が得られる。
さらに、第３の利点は、防着部材ＣＴＭを一体物から構成すると、防着部材ＣＴＭ自体の質量が大きくなる結果、プラズマ原子層成長装置に取り付ける際の負担が大きくなる。これに対し、防着部材ＣＴＭを複数の別部部品から構成する場合、個々の部品自体は取扱いが容易になることから、防着部材ＣＴＭの取り付け容易性およびメンテナンス作業性を向上することができる。以上のことから、図４に示すように、防着部材ＣＴＭを別部品の組み合わせから構成する場合には、防着部材ＣＴＭ自体の製造容易性の向上や、防着部材ＣＴＭの取り付け容易性およびメンテナンス作業容易性を向上できる点で有用である。
なお、部品間の継ぎ目に形成される微細な隙間は、例えば、０．００１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲の値であることが望ましい。特に、この微細な隙間は、取り付け精度を考慮した部品間の干渉による破損防止の観点と、隙間への不必要な膜の形成をできるだけ抑制する観点とを総合的に考慮して決定することが望ましい。
＜上部電極を支持する部分の詳細構成＞
次に、上部電極を支持する部分の詳細構成について説明する。図５は、図１のうちの上部電極ＵＥを支持する部分の詳細構成を模式的に示す図である。図５において、天板ＣＴから突出する天板支持部ＣＴＳＰには、絶縁支持部材ＩＳＭが密着しており、この絶縁支持部材ＩＳＭによって、上部電極ＵＥが支持されている。このとき、図５に示すように、垂直方向（図５の上下方向）において、上部電極ＵＥは、絶縁支持部材ＩＳＭによって支持されている一方、水平方向（図５の左右方向）の一部において、上部電極ＵＥと絶縁支持部材ＩＳＭとの間には隙間が設けられている。これは、上部電極ＵＥが導体から構成される一方、絶縁支持部材ＩＳＭがセラミックに代表される絶縁体から構成されており、熱膨張率が大きく異なるからである。すなわち、水平方向の全体にわたって、導体から構成される上部電極ＵＥと、絶縁体から構成される絶縁支持部材ＩＳＭとを密着させると、上部電極ＵＥの熱膨張率と絶縁支持部材ＩＳＭの熱膨張率の大きな相違から、上部電極ＵＥおよび絶縁支持部材ＩＳＭに大きな変形が生じることになる。この場合、例えば、上部電極ＵＥが変形すると、プラズマ放電の状態（成膜条件）が変化することが考えられる。そこで、図５に示すように、本実施の形態では、水平方向（図５の左右方向）の一部において、上部電極ＵＥと絶縁支持部材ＩＳＭとの間に隙間を設けている。これにより、上部電極ＵＥの体積膨張を吸収することができ、これによって、上部電極ＵＥの変形に伴うプラズマ放電の状態変化（成膜条件の変化）を抑制することができる。
続いて、図５に示すように、天板ＣＴには、成膜容器の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部ＩＧＳＵが設けられており、この不活性ガス供給部ＩＧＳＵは、天板支持部ＣＴＳＰに隣接するように形成されている。そして、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００は、図５に示すように、平面視において、上部電極ＵＥを離間して囲む防着部材ＣＴＭを有する。このとき、平面視において、防着部材ＣＴＭは、絶縁支持部材ＩＳＭ、天板支持部ＣＴＳＰおよび不活性ガス供給部ＩＧＳＵと重なるように配置されている。ここで、不活性ガス供給部ＩＧＳＵは、上部電極ＵＥと防着部材ＣＴＭとの隙間に不活性ガスを供給するように構成されている。そして、防着部材ＣＴＭと不活性ガス供給部ＩＧＳＵとの間には、不活性ガスが流れる不活性ガス供給路が形成されている。具体的には、図５に示すように、上述した不活性ガス供給路は、上部電極ＵＥに近づく方向に不活性ガスが流れる不活性ガス供給路ＳＲＴ１と、上部電極ＵＥから遠ざかる方向に不活性ガスが流れる不活性ガス供給路ＳＲＴ２とを有する。特に、図５に示すように、不活性ガス供給路ＳＲＴ２は、垂直方向（図５の上下方向）に不活性ガスが流れる垂直流路を有し、垂直流路を挟む防着部材の垂直部位ＶＴＰＴと不活性ガス供給部ＩＧＳＵの垂直部位ＶＴＰＴ２とが固定部材で接続されている。つまり、図５に示すように、防着部材ＣＴＭは、水平部位ＨＺＰＴと垂直部位ＶＴＰＴとを有するＬ字形状をしており、防着部材ＣＴＭの垂直部位ＶＴＰＴと不活性ガス供給部ＩＧＳＵの垂直部位ＶＴＰＴ２とが固定部材で接続されている。言い換えれば、不活性ガス供給部ＩＧＳＵは、防着部材ＣＴＭを固定する固定部ＦＵとして機能し、この固定部ＦＵの垂直部位ＶＴＰＴ２と防着部材ＣＴＭの垂直部位ＶＴＰＴとは、接続部ＣＵで接続されている。以上のようにして、上部電極ＵＥを支持する部分が構成されていることになる。
＜上部電極を支持する部分の断面構成と平面構成との対応関係＞
次に、上部電極を支持する部分の断面構成と平面構成との対応関係について説明する。図６は、プラズマ原子層成長装置１００において、上部電極ＵＥを支持する部分の断面構成と平面構成との対応関係を模式的に示す図である。図６のうちの上図が断面図に対応し、図６のうちの中央図が防着部材ＣＴＭを透視して下側から見た平面図に対応し、図６のうちの下図が防着部材ＣＴＭを省略せずに下側から見た平面図に対応する。
図６のうちの中央図において、矩形形状をした上部電極ＵＥを離間して囲むように絶縁支持部材ＩＳＭが設けられており、この支持部材ＩＳＭを囲むように、不活性ガス供給部ＩＧＳＵが設けられている、この不活性ガス供給部ＩＧＳＵには、不活性ガスを供給する複数の供給口ＦＯが形成されている。そして、図６のうちの下図においては、上部電極ＵＥを離間して囲むように防着部材ＣＴＭが設けられている。したがって、図６のうちの中央図と図６のうちの下図を重ねるとわかるように、平面視において、防着部材ＣＴＭは、絶縁支持部材ＩＳＭと不活性ガス供給部ＩＧＳＵとを内包するように配置されている。
＜実施の形態における構造上の特徴＞
本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００は、上記のように構成されており、以下に、その特徴点について説明する。
本実施の形態における第１特徴点は、例えば、図２に示すように、平面視において、上部電極ＵＥを囲むように防着部材ＣＴＭが設けられている点にある。これにより、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材に膜が付着することを防止できる。すなわち、プラズマ原子層成長装置では、（１）原子層単位で膜を形成すること、（２）成膜容器の隅々まで原料ガスや反応ガスが行き渡ること、（３）プラズマ放電が生じていない場所でも原料ガスと反応ガスとが反応しやすいことという性質を有することから、上部電極ＵＥと下部電極ＢＥで挟まれた放電空間から離れた場所に設けられている部材においても膜が付着する。特に、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材は、放電空間に近いこともあり、膜の付着が生じやすい。したがって、本実施の形態では、平面視において、上部電極ＵＥの周囲を囲むように防着部材ＣＴＭを設けている。これにより、上部電極ＵＥの周囲に配置された部材に膜が付着することを効果的に防止することができる。
特に、上部電極ＵＥの周囲を囲むように防着部材ＣＴＭを設けている技術的意義は、以下の点にある。例えば、平面視において、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材と重なるように防着部材ＣＴＭを設けない場合、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材に膜が付着する。そして、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材に付着した膜の厚さが厚くなると、付着した膜の一部が剥離して異物となる。特に、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材は、放電空間の上方に配置される上部電極ＵＥに近接して設けられており、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材から剥離した異物は、容易に、放電空間の下方に位置する下部電極ＢＥ上に搭載された基板１Ｓ上に付着しやすくなる。この場合、異物によって、基板１Ｓ上に形成される膜の膜質（品質）が劣化するおそれがある。つまり、基板１Ｓ上に形成する膜の膜質を向上するためには、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材から発生する異物が基板１Ｓに付着することを抑制することが重要なのである。すなわち、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材は、上部電極ＵＥに近接して設けられており、このことは、平面的に下部電極ＢＥ上に搭載されている基板１Ｓの上方に、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材が近接して配置されていることを意味する。この結果、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材に付着した膜の剥離により生じた異物によって、基板１Ｓに形成される膜の膜質が大きく影響を受けることになる。したがって、基板１Ｓに形成される膜の膜質を向上するためには、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材への膜の付着を防止することが重要であり、このことを実現するために、本実施の形態では、平面視において、上部電極ＵＥを囲むように防着部材ＣＴＭを設けているのである。つまり、本実施の形態における第１特徴点は、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材への膜の付着を防止するという技術的意義を有しており、これによって、基板１Ｓに形成される膜の膜質の劣化を抑制できる。
ここで、本実施の形態における第１特徴点によれば、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材への膜の付着が防止される一方、上部電極ＵＥを囲むように設けられた防着部材ＣＴＭには膜が付着する。したがって、防着部材ＣＴＭに付着した膜の一部が剥離して異物となる可能性がある。ただし、防着部材ＣＴＭは、取り外し可能なように構成されている。このため、例えば、防着部材ＣＴＭに付着した膜の厚さが所定の厚さに達した場合には、防着部材ＣＴＭを取り外した後、ウットエッチングなどによって、防着部材ＣＴＭに付着した膜を除去して、再び、膜を除去した防着部材ＣＴＭを取り付けるメンテナンス作業を実施することにより、防着部材ＣＴＭからの異物の発生を抑制することができる。
この点に関し、防着部材ＣＴＭを設けることなく、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材を取り外した後、ウットエッチングなどによって、防着部材ＣＴＭに付着した膜を除去して、再び、膜を除去した防着部材ＣＴＭを取り付けることが考えられる。この場合も、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材からの異物の発生を抑制できると考えられる。
ただし、この場合、以下に示す副作用が生じるのである。この点について、例えば、図５に示すように、上部電極ＵＥの周囲に設けられた部材の一例として、上部電極ＵＥを支持する絶縁支持部材ＩＳＭを取り上げて説明することにする。図５に示すように、上部電極ＵＥは、絶縁支持部材ＩＳＭで支持されている。このことから、例えば、絶縁支持部材ＩＳＭに付着した膜を除去するために、上部電極ＵＥを固定する絶縁支持部材ＩＳＭを取り外して、絶縁支持部材ＩＳＭに付着した膜をウェットエッチングにより除去することが考えられる。ところが、絶縁支持部材ＩＳＭを取り外して、ウェットエッチングを施した後、再び、絶縁支持部材ＩＳＭを取り付けると、上部電極ＵＥの取り付け位置が以前の取り付け位置と異なることになるのである。この場合、上部電極ＵＥと下部電極ＢＥとの間のプラズマ放電の状態が変化する。つまり、絶縁支持部材ＩＳＭを取り外して、ウェットエッチングでクリーニングする方法では、絶縁支持部材ＩＳＭの取り付け位置を再現できなくなる結果、絶縁支持部材ＩＳＭで支持される上部電極ＵＥの取り付け位置が変わり、プラズマ放電の状態に代表される成膜条件が変化してしまうという副作用が生じるのである。この場合、基板上に形成される膜の品質が変動するおそれがある。
これに対し、本実施の形態では、例えば、図５に示すように、上部電極ＵＥの周囲に上部電極ＵＥを支持する絶縁支持部材ＩＳＭが設けられており、この絶縁支持部材ＩＳＭに膜が付着することを防止するために、上部電極ＵＥを囲むように防着部材ＣＴＭを設けている。具体的には、図６に示すように、平面視において、防着部材ＣＴＭは、絶縁支持部材ＩＳＭと重なるように配置されている。これにより、本実施の形態によれば、絶縁支持部材ＩＳＭに膜が付着することを防止できる結果、絶縁支持部材ＩＳＭを取り外す必要性がなくなることになる。したがって、本実施の形態によれば、絶縁支持部材ＩＳＭを取り外して、ウェットエッチングを施した後、再び、絶縁支持部材ＩＳＭを取り付けるということが不要となり、上部電極ＵＥの取り付け位置が以前の取り付け位置と異なることに起因する成膜条件の変化という副作用を防止することができるのである。
一方、本実施の形態では、防着部材ＣＴＭに関して、防着部材ＣＴＭを取り外した後、ウットエッチングなどによって、防着部材ＣＴＭに付着した膜を除去して、再び、膜を除去した防着部材ＣＴＭを取り付けることを実施する。この点に関し、たとえ、防着部材ＣＴＭを取り外した後、防着部材ＣＴＭに付着した膜を除去して、再び、膜を除去した防着部材ＣＴＭを取り付けることを行なったとしても、例えば、図５に示すように、防着部材ＣＴＭ自体は、上部電極ＵＥを支持している部材ではないので、上部電極ＵＥの取り付け位置が以前の取り付け位置と異なることは生じない。すなわち、防着部材ＣＴＭを取り外した後、防着部材ＣＴＭに付着した膜を除去して、再び、膜を除去した防着部材ＣＴＭを取り付けることを行なったとしても、上部電極ＵＥの取り付け位置が以前の取り付け位置と異なることに起因する成膜条件の変化という副作用は生じないのである。このことから、本実施の形態における第１特徴点によれば、成膜条件を変化させることなく、基板上に形成される膜の品質を向上することができるという顕著な効果を得ることができる。
続いて、本実施の形態における第２特徴点は、例えば、図２や図５に示すように、上部電極ＵＥを離間して囲むように防着部材ＣＴＭを設けている点にある。これにより、上部電極ＵＥおよび防着部材ＣＴＭのそれぞれの変形や破損を防止することができる。例えば、上部電極ＵＥは、導体から構成される一方、防着部材ＣＴＭは、絶縁体（セラミック）から構成される。したがって、上部電極ＵＥの熱膨張率と、防着部材ＣＴＭの熱膨張率は大きく相違する。この場合、例えば、上部電極ＵＥを密着して囲むように防着部材ＣＴＭを形成すると、上部電極ＵＥの熱膨張率と、防着部材ＣＴＭの熱膨張率との相違によって、上部電極ＵＥおよび防着部材ＣＴＭのそれぞれに歪みが発生して変形するおそれがある。そして、歪みが大きくなると、特に、セラミックから構成されている防着部材ＣＴＭが破損するおそれがある。このため、本実施の形態では、例えば、図５に示すように、上部電極ＵＥを離間して囲むように防着部材ＣＴＭを設けている。言い換えれば、上部電極ＵＥと防着部材ＣＴＭとの間に隙間を設けている。これにより、本実施の形態における第２特徴点によれば、成膜容器内が加熱される場合であっても、上部電極ＵＥおよび防着部材ＣＴＭのそれぞれの体積膨張が隙間によって吸収されるため、上部電極ＵＥおよび防着部材ＣＴＭの変形および破損を抑制することができる。
ただし、本実施の形態における第２特徴点を実現すると、図５に示すように、必然的に、上部電極ＵＥと防着部材ＣＴＭとの間に隙間が形成されることになる。この場合、微細な隙間を含む成膜容器内の隅々まで膜が形成されてしまうというプラズマ原子層成長装置の特性から、上部電極ＵＥと防着部材ＣＴＭとの隙間に膜が形成されてしまうことになる。特に、図５に示すように、熱膨張率の相違に起因する変形や破損を防止するため、防着部材ＣＴＭと上部電極ＵＥとの間に隙間を設ける同じ理由で、絶縁支持部材ＩＳＭの一部分と上部電極ＵＥとの間にも隙間が設けられている。したがって、これらの隙間に原料ガスや反応ガスが侵入することによって、隙間から露出する絶縁支持部材ＩＳＭの一部に膜が形成されてしまうことが懸念される。すなわち、平面視において、上部電極ＵＥを囲むように防着部材ＣＴＭを設けるという第１特徴点を具現化する際、部材間の熱膨張率の相違を考慮して、上部電極ＵＥを「離間して」囲むように防着部材ＣＴＭを設けるという第２特徴点を採用すると、例えば、上部電極ＵＥを支持する絶縁支持部材ＩＳＭの一部分に不要な膜が付着してしまう可能性があるのである。つまり、上部電極ＵＥを支持する絶縁支持部材ＩＳＭに膜が付着することをほぼ完全に防止して、絶縁支持部材ＩＳＭのメンテナンスフリー化を実現する観点からは、上述した第２特徴点の構成では、充分とは言えず、さらなる改善のための工夫が必要とされるのである。そこで、本実施の形態では、上述した第２特徴点の構成を採用しながら、上部電極ＵＥを支持する絶縁支持部材ＩＳＭに膜が付着することをほぼ完全に防止するために工夫を施しており、この工夫点が本実施の形態における第３特徴点である。以下では、この本実施の形態における第３特徴点について説明することにする。
本実施の形態における第３特徴点は、例えば、図５に示すように、上部電極ＵＥと防着部材ＣＴＭとの隙間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部ＩＧＳＵを有する点にある。具体的には、図５に示すように、上部電極ＵＥを支持する絶縁支持部材ＩＳＭを固定する天板支持部ＣＴＳＰの外側に天板ＣＴを加工して形成された不活性ガス供給部ＩＧＳＵが設けられている。そして、不活性ガス供給部ＩＧＳＵは、防着部材ＣＴＭと天板支持部ＣＴＳＰとの隙間および防着部材ＣＴＭと絶縁支持部材ＩＳＭとの隙間からなる不活性ガス供給路ＳＲＴ１と繋がっている。この不活性ガス供給路ＳＲＴ１は、不活性ガス供給部ＩＧＳＵから供給される不活性ガスを上部電極ＵＥに近づく方向に流す経路として機能しており、防着部材ＣＴＭと上部電極ＵＥとの間の隙間および絶縁支持部材ＩＳＭと上部電極ＵＥとの間の隙間に繋がっている。
これにより、本実施の形態における第３特徴点によれば、不活性ガス供給部ＩＧＳＵから供給された不活性ガスは、不活性ガス供給路ＳＲＴ１を通って、防着部材ＣＴＭと上部電極ＵＥとの間の隙間および絶縁支持部材ＩＳＭと上部電極ＵＥとの間の隙間に充填される。このため、たとえ、本実施の形態における第２特徴点を採用する結果、防着部材ＣＴＭと上部電極ＵＥとの間および絶縁支持部材ＩＳＭの一部分と上部電極ＵＥとの間に隙間が形成されることになっても、これらの隙間に不活性ガスが充填されることになる。言い換えれば、不活性ガス供給部ＩＧＳＵから供給される不活性ガスによって、防着部材ＣＴＭと上部電極ＵＥとの間および絶縁支持部材ＩＳＭの一部分と上部電極ＵＥとの間に形成される隙間に原料ガスや反応ガスが侵入することが阻止される。この結果、絶縁支持部材ＩＳＭの一部分と上部電極ＵＥとの間に形成される隙間を設けても、この隙間に原料ガスや反応ガスが侵入することを抑制できることから、この隙間から露出する絶縁支持部材ＩＳＭの一部分に膜が付着することを防止できる。
以上のことから、本実施の形態における第３特徴点によれば、部材間の熱膨張率の相違を考慮して、上部電極ＵＥを「離間して」囲むように防着部材ＣＴＭを設けるという本実施の形態における第２特徴点を採用しながらも、例えば、上部電極ＵＥを支持する絶縁支持部材ＩＳＭの一部分に不要な膜が付着することを防止できる。つまり、本実施の形態における第２特徴点と第３特徴点の両方を採用することにより、部材の変形や破損のポテンシャルを低くしながら、上部電極ＵＥを支持する絶縁支持部材ＩＳＭに膜が付着することをほぼ完全に防止することができる。このことは、本実施の形態における第２特徴点と第３特徴点との採用によって、絶縁支持部材ＩＳＭのメンテナンスフリー化をほぼ完全に実現できることを意味する。この結果、上部電極ＵＥの取り付け位置が以前の取り付け位置と異なることに起因する成膜条件の変化という副作用を生じさせることなく、基板上に形成される膜の品質を向上することができるという顕著な効果を得ることができる。
次に、本実施の形態における第４特徴点について説明する。例えば、図５において、防着部材ＣＴＭの固定方法として、不活性ガス供給路ＳＲＴ１を挟む天板支持部ＣＴＳＰと防着部材ＣＴＭとを固定部材（ビス）で固定することによって、防着部材ＣＴＭを天板支持部ＣＴＳＰに固定することが考えられる。ところが、天板支持部ＣＴＳＰと防着部材ＣＴＭで挟まれる不活性ガス供給路ＳＲＴ１は、放電空間に近い位置に配置されているため、不活性ガス供給部ＩＧＳＵからの不活性ガスの供給が不充分な場合には、不活性ガス供給路ＳＲＴ１に原料ガスや反応ガス（活性種）が侵入しやすくなると考えられる。このとき、例えば、天板支持部ＣＴＳＰと防着部材ＣＴＭの両方にビス穴を設けて、ビス（固定部材）で固定することになる。ところが、プラズマ原子層成長装置では、ビス穴の微細な隙間にも膜が付着するため、ビス穴に付着した膜によってビスが強固に固定されることになる。このことから、ビス穴に膜が付着すると、ビスの取り外しに大きな力が必要とされることになり、これによって、ビス自体や防着部材ＣＴＭが破損するおそれがある。
したがって、ビス自体や防着部材ＣＴＭの破損を防止するために、防着版ＣＴＭの固定は、なるべく放電空間から離れた場所で行なうことが望ましい。なぜなら、放電空間から離れた場所に防着部材ＣＴＭを固定するための固定部を設ける場合には、不活性ガス供給部ＩＧＳＵからの不活性ガスの供給が不充分な場合であっても、防着版ＣＴＭの固定部まで原料ガスや反応ガス（活性種）が届きにくくなるからである。すなわち、防着版ＣＴＭの固定部まで原料ガスや反応ガスが届きにくくなれば、ビス穴の微細な隙間に膜が付着しにくくなって、ビスが強固に固定されることを抑制できることになり、この結果、ビス自体や防着部材ＣＴＭの破損を防止することができるからである。
そこで、本実施の形態では、なるべく放電空間から離れた場所に防着部材ＣＴＭを固定するための固定部を設ける工夫を施しており、この工夫点が本実施の形態における第４特徴点である。すなわち、本実施の形態における第４特徴点は、例えば、図５に示すように、防着部材ＣＴＭの形状を水平部位ＨＺＰＴと垂直部位ＶＴＰＴとを有するＬ字形状から構成することにより、上部電極ＵＥから遠ざかる方向に不活性ガスが流れる不活性ガス供給路ＳＲＴ２を設けることを前提構成とする。そして、本実施の形態における第４特徴点は、上述した前提構成によって、不活性ガス供給路ＳＲＴ２に垂直流路が構成されることを利用して、この垂直流路に防着部材ＣＴＭと不活性ガス供給部ＩＧＳＵとを接続する接続部ＣＵを設ける点にある。具体的に、本実施の形態における第４特徴点は、例えば、防着部材ＣＴＭの垂直部位ＶＴＰＴと、不活性ガス供給部ＩＧＳＵの垂直部位ＶＴＰＴ２との両方にビス穴を設けてビスで固定する接続部ＣＵを形成する点にある。
これにより、本実施の形態における第４特徴点によれば、防着版ＣＴＭを固定する固定部（接続部）がなるべく放電空間から離れた場所に形成されることになる。この結果、例えば、不活性ガス供給部ＩＧＳＵからの不活性ガスの供給が不充分な場合であっても、防着版ＣＴＭの固定部（接続部）まで原料ガスや反応ガス（活性種）が届きにくくすることができることになり、これによって、ビス穴の微細な隙間に膜が付着しにくくなる。したがって、本実施の形態における第４特徴点によれば、ビスが強固に固定されることを抑制できることになることによって、ビス自体や防着部材ＣＴＭの破損を防止できる。
なお、例えば、図２に示すように、防着部材ＣＴＭの垂直部位に固定穴（ビス穴）ＳＨだけでなく、凸部ＳＵを設けてもよい。これにより、防着部材ＣＴＭの垂直部位と不活性ガス供給部の垂直部位との接続が、固定穴ＳＨにビスを挿入することにより固定手段と、凸部ＳＵによる固定手段の両方で行なわれることになり、防着部材ＣＴＭと不活性ガス供給部ＩＧＳＵとの接続信頼性を向上することができる。
続いて、本実施の形態における第５特徴点は、例えば、図５に示すように、原料ガスや反応ガスを成膜容器内に供給するガス供給部ＧＳＵとは別個に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部ＩＧＳＵを設けている点にある。これにより、特に、ガス供給部ＧＳＵの配置位置に左右されることなく、不要な膜の付着を防止したい場所に効率良く不活性ガスを供給することができるように不活性ガス供給部ＩＧＳＵを設ける位置を設計することができる。さらには、原料ガスや反応ガスを供給するガス供給部ＧＳＵとは別経路で不活性ガスを供給することができるため、放電空間ＳＰに供給される原料ガスや反応ガスの流れに対して、不活性ガスの流れが悪影響を及ぼすことを抑制することができる。この結果、本実施の形態における第５特徴点によれば、不活性ガスを成膜容器内に供給することに起因する原料ガスおよび反応ガスの基板１Ｓ上での均一性の低下を抑制することができ、これによって、不活性ガスを供給しながらも、基板１Ｓ上に形成される膜の均一性の低下を防止することができる。
＜具体的な数値例＞
次に、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置において、本実施の形態における特徴と関連する具体的な寸法例について図５を参照しながら説明する。
まず、平面視において、基板１Ｓの外周端面と上部電極の外周端面との間の距離「ａ」は、０．１ｍｍ以上であることが望ましく、例えば、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００では、５０ｍｍとしている。距離「ａ」が小さくなり過ぎると、基板１Ｓ上に供給される原料ガスや反応ガスの流れが、不活性ガスの流れの影響を受けやすくなり、原料ガスおよび反応ガスの基板１Ｓ上での均一性が低下することが懸念される。一方、距離「ａ」が大きくなり過ぎると、プラズマ原子層成長装置１００の装置サイズが大きくなってしまうため、望ましい許容範囲が存在することになる。
続いて、不活性ガス供給路ＳＲＴ１の径を示す距離「ｂ」と、不活性ガス供給路ＳＲＴ２の径を示す距離「ｃ」は、例えば、２０ｍｍ以下にすることができる。なお、防着部材ＣＴＭの内面が粗面（例えば、Ｒａ（算術平均粗さ＝３μｍ〜６μｍ）から構成されている場合には、距離「ｂ」および距離「ｃ」をほぼ０とすることもできる。なぜなら、この場合、距離「ｂ」および距離「ｃ」をほぼ０としても、防着部材ＣＴＭの内面が粗面形状をしていることによって、不活性ガスが流れる経路が確保されるからである。
次に、上部電極ＵＥの下面に形成されている防着部材と、防着部材ＣＴＭとの間の距離「ｄ」は、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲が望ましく、例えば、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００では、２ｍｍとしている。このように、距離「ｄ」が小さいことにより、原料ガスおよび反応ガスが不活性ガス供給路ＳＲＴ１の内部に侵入して、絶縁支持部材ＩＳＭや天板支持部ＣＴＳＰに膜が付着することを防止できる。
続いて、防着部材ＣＴＭの厚さや、上部電極ＵＥの下面に形成されている防着部材の厚さである距離「ｅ」は、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが望ましく、例えば、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００では、１０ｍｍとしている。この距離「ｅ」を大きくすることにより、原料ガスおよび反応ガスが不活性ガス供給路ＳＲＴ１の内部に侵入して、絶縁支持部材ＩＳＭや天板支持部ＣＴＳＰに膜が付着することを防止できる。ただし、距離「ｅ」が大きすぎる場合には、例えば、防着部材ＣＴＭの重量や、上部電極ＵＥの下面に形成されている防着部材の重量が重くなるため、メンテナンス作業性が低下することから、望ましい許容範囲が存在することになる。
次に、防着部材ＣＴＭとガス供給部ＧＳＵとの間の距離「ｆ」は、０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲が望ましく、例えば、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００では、１０ｍｍとしている。距離「ｆ」が小さいことにより、原料ガスおよび反応ガスが不活性ガス供給路ＳＲＴ２の内部に侵入することを防止できる。ただし、距離「ｆ」が小さすぎる場合には、メンテナンス作業時に行なう天板ＣＴと成膜容器との着脱の際、成膜容器と防着部材ＣＴＭとが接触して、防着部材ＣＴＭが破損するおそれがあるため、望ましい許容範囲が存在することになる。
続いて、防着部材ＣＴＭの垂直部位ＶＴＰＴの長さを示す距離「ｇ」は、２ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲が望ましく、例えば、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００では、５０ｍｍとしている。距離「ｇ」が大きいことにより、原料ガスおよび反応ガスが不活性ガス供給路ＳＲＴ２の内部に侵入することを防止できる。
また、防着部材ＣＴＭの底面から接続部ＣＵの取り付け位置までの距離「ｈ」は、２ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲が望ましく、例えば、本実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置１００では、４０ｍｍとしている。距離「ｈ」が大きいことにより、原料ガスおよび反応ガスが不活性ガス供給路ＳＲＴ２の内部に侵入することによる接続部への膜の付着を防止することができる。
＜原子層成長方法＞
次に、本実施の形態における原子層成長方法について説明する。図７は、本実施の形態における原子層成長方法を説明するフローチャートであり、図８（ａ）〜（ｅ）は、基板上に膜を形成する工程を模式的に示す図である。
まず、図８（ａ）に示す基板１Ｓを準備した後、図５に示すプラズマ原子層成長装置１００の下部電極ＢＥ（ステージ）上に基板１Ｓを搭載する（図７のＳ１０１）。続いて、図５に示すプラズマ原子層成長装置１００のガス供給部ＧＳＵから成膜容器の内部に原料ガスを供給するとともに、不活性ガス供給部ＩＧＳＵから不活性ガスを不活性ガス供給路ＳＲＴ１および不活性ガス供給路ＳＲＴ２に供給する（図７のＳ１０２）。このとき、原料ガスは、例えば、０．１秒間、成膜容器の内部に供給される。これにより、図８（ｂ）に示すように、成膜容器内に不活性ガスＩＧと原料ガスＳＧとが供給され、かつ、基板１Ｓ上に原料ガスＳＧが吸着して吸着層ＡＢＬが形成される。
続いて、原料ガスの供給を停止した後、ガス供給部ＧＳＵからパージガスを供給するとともに、不活性ガス供給部ＩＧＳＵから不活性ガスを不活性ガス供給路ＳＲＴ１および不活性ガス供給路ＳＲＴ２に供給する（図７のＳ１０３）。これにより、パージガスは、成膜容器の内部に供給される一方、原料ガスは、排気部から成膜容器の外部に排出される。パージガスは、例えば，０．１秒間、成膜容器の内部に供給される。そして、排気部は、例えば、２秒間、成膜容器内の原料ガスやパージガスを排気する。これにより、図８（ｃ）に示すように、成膜容器内に不活性ガスＩＧとパージガスＰＧ１とが供給され、かつ、基板１Ｓ上に吸着していない原料ガスＳＧが成膜容器からパージされる。
次に、ガス供給部ＧＳＵから反応ガスを供給するとともに、不活性ガス供給部ＩＧＳＵから不活性ガスを不活性ガス供給路ＳＲＴ１および不活性ガス供給路ＳＲＴ２に供給する（図７のＳ１０４）。これにより、反応ガスは、成膜容器の内部に供給される。反応ガスは、例えば，１秒間、成膜容器の内部に供給される。この反応ガスを供給する工程において、図５に示す上部電極ＵＥと下部電極ＢＥとの間に放電電圧を印加することにより、プラズマ放電を生じさせる。この結果、反応ガスにラジカル（活性種）が生成される。このようにして、図８（ｄ）に示すように、成膜容器内に不活性ガスＩＧと反応ＲＡＧとが供給され、かつ、基板１Ｓ上に吸着している吸着層が反応ガスＲＡＧと化学反応することにより、原子層ＡＴＬからなる薄膜層が形成されることになる。
続いて、反応ガスの供給を停止した後、ガス供給部ＧＳＵからパージガスを供給するとともに、不活性ガス供給部ＩＧＳＵから不活性ガスを不活性ガス供給路ＳＲＴ１および不活性ガス供給路ＳＲＴ２に供給する（図７のＳ１０５）。これにより、パージガスは、成膜容器の内部に供給される一方、反応ガスは、排気部から成膜容器の外部に排出される。反応ガスは、例えば，０．１秒間、成膜容器の内部に供給される。そして、排気部は、例えば、２秒間、成膜容器内の原料ガスやパージガスを排気する。これにより、図８（ｅ）に示すように、成膜容器内に不活性ガスＩＧとパージガスＰＧ２とが供給され、かつ、反応に使用されない余分な反応ガスＲＡＧが成膜容器からパージされる。
以上のようにして、基板１Ｓ上に一層の原子層ＡＴＬからなる薄膜層が形成される。その後、上述したステップ（図７のＳ１０２〜図７のＳ１０５）を所定回数繰り返すことにより（図７のＳ１０６）、複数の原子層ＡＴＬからなる薄膜層を形成する。これにより、成膜処理が終了する（図７のＳ１０７）。
＜実施の形態における製法上の特徴＞
本実施の形態における原子層成長方法は。プラズマを使用して基板上に膜を形成する。ここで、本実施の形態における原子層成長方法は、（ａ）基板が配置された成膜容器内に原料ガスを供給する工程と、（ｂ）（ａ）工程の後、成膜容器内に第１パージガスを供給する工程と、（ｃ）（ｂ）工程の後、成膜容器内に反応ガスを供給する工程と、（ｄ）（ｃ）工程の後、成膜容器内に第２パージガスを供給する工程とを備える。このとき、本実施の形態における製法上の特徴点は、（ａ）工程と（ｂ）工程と（ｃ）工程と（ｄ）工程とにわたって、さらに、成膜容器内に不活性ガスを供給する点にある。
これにより、成膜容器内に異物の発生源となる不要な膜の形成がされにくくなる利点を得ることができる。特に、本実施の形態における原子層成長方法を具現化した図５に示すプラズマ原子層成長装置では、原料ガスとパージガスと反応ガスとは、ガス供給部ＧＳＵから供給される一方、不活性ガスは、ガス供給部ＧＳＵと異なる不活性ガス供給部ＩＧＳＵから供給される。これにより、ガス供給部ＧＳＵの配置位置に左右されることなく、不要な膜の付着を防止したい場所（基板１Ｓ上に形成される膜の膜質に大きな影響を与える場所）に効率良く不活性ガスを供給することができる。このことから、本実施の形態によれば、基板１Ｓ上に形成される膜の膜質を向上することができる。
さらに、本実施の形態における原子層成長方法によれば、（ａ）工程と（ｂ）工程と（ｃ）工程と（ｄ）工程とにわたる成膜容器内の圧力変動が、不活性ガスを供給しない場合の成膜容器内の圧力変動に比べて、小さくすることができる。なぜなら、原料ガスの流量とパージガスの流量と反応ガスの流量との相違が、（ａ）工程と（ｂ）工程と（ｃ）工程と（ｄ）工程とにわたって成膜容器内に供給される不活性ガスの流量によって緩和されるからである。すなわち、本実施の形態では、原料ガスと不活性ガスとを合わせた流量と、パージガスと不活性ガスとを合わせた流量と、反応ガスと不活性ガスとを合わせた流量とがほぼ等しくなるように、（ａ）工程と（ｂ）工程と（ｃ）工程と（ｄ）工程とにわたって成膜容器内に供給される不活性ガスの流量を調整する。この結果、本実施の形態における原子層成長方法によれば、（ａ）工程と（ｂ）工程と（ｃ）工程と（ｄ）工程とにわたる成膜容器内の圧力変動が、不活性ガスを供給しない場合の成膜容器内の圧力変動に比べて、小さくなる。これにより、成膜容器内の圧力変動に起因する異物の発生を抑制することができる。なぜなら、原子層成長方法では、成膜容器内における不要な部分への膜の付着が生じ、この付着した膜の一部が剥離することによって異物が発生するが、成膜容器内の圧力変動が大きくなると、圧力変動に起因する膜の振動が生じて、膜の剥離が進みやすくなるからである。言い換えれば、本実施の形態では、成膜容器内の圧力変動を小さくすることができる結果、異物の発生要因となる膜の剥離の進行を抑制することができるのである。したがって、本実施の形態における製法上の特徴点によれば、異物の発生を抑制できることから、異物の発生によって、基板上に形成される膜の膜質が低下することを抑制できる。
＜原子層成長方法の適用例＞
本実施の形態における原子層成長方法では、例えば、ＴＭＡを原料として使用し、かつ、酸素ガスを反応ガスとして使用し、かつ、窒素ガスをパージガスとして使用することにより、酸化アルミニウム膜を形成することができる。特に、基板上に形成される酸化アルミニウム膜は、有機ＥＬ素子の発光層を保護する保護膜の一部を構成する膜として形成することができる。
また、基板上に形成される膜は、酸化アルミニウム膜だけでなく、酸化シリコン膜に代表される様々な種類の膜とすることができる。例えば、本実施の形態における原子層成長方法によって、基板上に形成される膜は、電界効果トランジスタ（半導体素子）のゲート絶縁膜を構成する膜としても形成することができる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前記実施の形態では、基板を下部電極上に搭載し、かつ、下部電極と対向する上部電極を囲むように防着部材を設ける構成について説明したが、前記実施の形態における技術的思想は、これに限らず、基板を上部電極上に支持し、かつ、上部電極と対向する下部電極を囲むように防着部材を設ける構成にも適用することができる。
１００ プラズマ原子層成長装置
ＢＥ 下部電極
ＣＴＭ 防着部材
ＣＵ 接続部
ＦＵ 固定部
ＧＳＵ ガス供給部
ＨＺＰＴ 水平部位
ＩＧＳＵ 不活性ガス供給部
ＩＳＭ 絶縁支持部材
ＰＣＥ１ 部品
ＰＣＥ２ 部品
ＰＣＥ３ 部品
ＰＣＥ４ 部品
ＰＴ１ 部位
ＰＴ２ 部位
ＰＴ３ 部位
ＰＴ４ 部位
ＳＲＴ１ 不活性ガス供給路
ＳＲＴ２ 不活性ガス供給路
ＳＳ１ 側面
ＳＳ２ 側面
ＳＳ３ 側面
ＳＳ４ 側面
ＳＵＲ 表面
ＵＥ 上部電極
ＶＴＰＴ 垂直部位
ＶＴＰＴ２ 垂直部位

Claims (18)

  1. 基板上に膜を形成するプラズマ原子層成長装置であって、
    前記基板を保持する第１電極と、
    前記第１電極と対向し、かつ、前記第１電極との間でプラズマ放電を発生させるための第２電極と、
    平面視において、前記第２電極を離間して囲む絶縁体からなる防着部材と、
    を備える、プラズマ原子層成長装置。
  2. 請求項１に記載のプラズマ原子層成長装置において、
    前記プラズマ原子層成長装置は、前記第２電極を支持する絶縁支持部材を有し、
    平面視において、前記防着部材は、前記絶縁支持部材と重なるように配置されている、プラズマ原子層成長装置。
  3. 請求項１に記載のプラズマ原子層成長装置において、
    前記第２電極は、
    前記第１電極と対向する表面と、
    前記表面と交差する第１側面と、
    前記第１側面の反対側に位置する第２側面と、
    前記表面および前記第１側面と交差する第３側面と、
    前記第３側面の反対側に位置する第４側面と、
    を有し、
    前記防着部材は、
    前記第２電極の前記第１側面と対向する第１部位と、
    前記第２電極の前記第２側面と対向する第２部位と、
    前記第２電極の前記第３側面と対向する第３部位と、
    前記第２電極の前記第４側面と対向する第４部位と、
    を有し、
    前記第２電極の前記表面は、前記防着部材から露出している、プラズマ原子層成長装置。
  4. 請求項３に記載のプラズマ原子層成長装置において、
    前記第１部位と前記第２部位と前記第３部位と前記第４部位とは、一体的に形成されている、プラズマ原子層成長装置。
  5. 請求項３に記載のプラズマ原子層成長装置において、
    前記防着部材は、
    前記第１部位に対応する第１部品と、
    前記第２部位に対応する第２部品と、
    前記第３部位に対応する第３部品と、
    前記第４部位に対応する第４部品と、
    から構成されている、プラズマ原子層成長装置。
  6. 請求項３に記載のプラズマ原子層成長装置において、
    前記第１部位は、第１水平部位と第１垂直部位とを有するＬ字形状をしており、
    前記第２部位は、第２水平部位と第２垂直部位とを有するＬ字形状をしており、
    前記第３部位は、第３水平部位と第３垂直部位とを有するＬ字形状をしており、
    前記第４部位は、第４水平部位と第４垂直部位とを有するＬ字形状をしている、プラズマ原子層成長装置。
  7. 請求項６に記載のプラズマ原子層成長装置において、
    前記プラズマ原子層成長装置は、前記防着部材を固定する固定部を有し、
    前記防着部材と前記固定部とは、
    前記第１垂直部位と前記固定部との第１接続部と、
    前記第２垂直部位と前記固定部との第２接続部と、
    前記第３垂直部位と前記固定部との第３接続部と、
    前記第４垂直部位と前記固定部との第４接続部と、
    によって接続されている、プラズマ原子層成長装置。
  8. 請求項１に記載のプラズマ原子層成長装置において、
    前記プラズマ原子層成長装置は、前記第２電極と前記防着部材との隙間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部を有する、プラズマ原子層成長装置。
  9. 請求項８に記載のプラズマ原子層成長装置において、
    前記防着部材は、前記不活性ガス供給部に固定されている、プラズマ原子層成長装置。
  10. 請求項８に記載のプラズマ原子層成長装置において、
    平面視において、前記防着部材は、前記不活性ガス供給部と重なるように配置されている、プラズマ原子層成長装置。
  11. 請求項８に記載のプラズマ原子層成長装置において、
    前記防着部材と前記不活性ガス供給部との間には、前記不活性ガスが流れる不活性ガス供給路が形成されている、プラズマ原子層成長装置。
  12. 請求項１１に記載のプラズマ原子層成長装置において、
    前記不活性ガス供給路は、
    前記第２電極に近づく方向に前記不活性ガスが流れる第１不活性ガス供給路と、
    前記第２電極から遠ざかる方向に前記不活性ガスが流れる第２不活性ガス供給路と、
    を有する、プラズマ原子層成長装置。
  13. 請求項１２に記載のプラズマ原子層成長装置において、
    前記第２不活性ガス供給路は、垂直方向に前記不活性ガスが流れる垂直流路を有し、
    前記垂直流路を挟む前記防着部材の垂直部位と前記不活性ガス供給部の垂直部位とが固定部材で接続されている、プラズマ原子層成長装置。
  14. 請求項８に記載のプラズマ原子層成長装置において、
    前記プラズマ原子層成長装置は、前記基板上に前記膜を形成するための原料ガスを供給する原料ガス供給部を有し、
    不活性ガス供給部は、前記原料ガス供給部と異なる、プラズマ原子層成長装置。
  15. プラズマを使用して基板上に膜を形成する原子層成長方法であって、
    （ａ）前記基板が配置された成膜容器内に原料ガスを供給する工程、
    （ｂ）前記（ａ）工程の後、前記成膜容器内に第１パージガスを供給する工程、
    （ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記成膜容器内に反応ガスを供給する工程、
    （ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記成膜容器内に第２パージガスを供給する工程、
    を備え、
    前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程と前記（ｃ）工程と前記（ｄ）工程とにわたって、さらに、前記成膜容器内に不活性ガスを供給する、原子層成長方法。
  16. 請求項１５に記載の原子層成長方法において、
    前記原料ガスと前記第１パージガスと前記反応ガスと前記第２パージガスとは、第１供給経路で供給される一方、前記不活性ガスは、前記第１供給経路と異なる第２供給経路から供給される。原子層成長方法。
  17. 請求項１５に記載の原子層成長方法において、
    前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程と前記（ｃ）工程と前記（ｄ）工程とにわたる前記成膜容器内の圧力変動は、前記不活性ガスを供給しない場合の前記成膜容器内の圧力変動に比べて、小さい、原子層成長方法。
  18. 請求項１５に記載の原子層成長方法において、
    前記基板上に形成される前記膜は、有機ＥＬ素子の発光層を保護する保護膜の一部を構成する膜である、原子層成長方法。
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