JP2019014954A - 原子層成長装置 - Google Patents

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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。
【解決手段】プラズマ原子層成長装置１００は、基板１Ｓを保持するための下部電極ＢＥと、下部電極ＢＥと対向する対向面を有し、かつ、下部電極ＢＥとの間でプラズマ放電を発生させるための上部電極ＵＥとを備える。さらに、プラズマ原子層成長装置１００は、上部電極ＵＥの対向面に複数のビス１３ａで固定された導体防着部材１０ａと、複数のビス１３ｂで導体防着部材１０ａと固定された導体防着部材１０ｂとを備える。このとき、平面視において、複数のビス１３ａと複数の１３ｂとは、互いに重ならないように配置されている。
【選択図】図４

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、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、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プラズマ原子層成長装置は、基板を保持するための第１電極（下部電極）と、第１電極と対向する対向面を有し、かつ、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（上部電極）とを備える。さらに、一実施の形態におけるプラズマ原子層成長装置は、第２電極の対向面に複数の第１接続部材で固定された第１導体防着部材と、複数の第２接続部材で第１導体防着部材と固定された第２導体防着部材とを備える。このとき、平面視において、複数の第１接続部材と複数の第２接続部材とは、互いに重ならないように配置されている。
一実施の形態におけるプラズマ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１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１における絶縁防着部材の構成を模式的に示す図である。 上部電極の下面に設けられる導体防着部材の取り付け構造に関する工夫の必要性を説明する図である。 実施の形態１における特徴点を説明する図である。 （ａ）は、第１導体防着部材と第２導体防着部材とを示す断面図であり、（ｂ）は、図５（ａ）に示す第１導体防着部材の上方から見た平面図であり、（ｃ）は、図５（ａ）に示す第２導体防着部材の下方から見た平面図である。 （ａ）は、第１導体防着部材と第２導体防着部材とを示す断面図であり、（ｂ）は、図５（ａ）に示す第１導体防着部材の上方から見た平面図であり、（ｃ）は、図５（ａ）に示す第２導体防着部材の下方から見た平面図である。 実施の形態１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。 実施の形態２におけるプラズマ原子層成長装置の模式的な全体構成を示す図である。 高周波電源と電気的に接続された上部電極に導体防着部材を固定する取り付け構造を模式的に示す図である。 本発明者が見出した改善の余地を説明するための図である 実施の形態２における特徴点を説明する図である。 実施の形態２における導電部材の一例を示す模式図である。 実施の形態２における導電部材の一例を示す模式図である。 （ａ）は、図１２に示す実線矢印の方向から導体防着部材を見た平面図であり、（ｂ）は、図１２に示す破線矢印の方向から導体防着部材を見た平面図である。 導電部材の変形例を示す図である。 導電部材の変形例を示す図である。 実施の形態３におけるプラズマ原子層成長装置の主要な構成要素を示す模式図である。
実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
（実施の形態１）
＜原子層成長装置に特有の事情＞
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。
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１では、上部電極を支持する絶縁支持部材に膜が付着しにくい構成を採用している。以下では、まず、この構成を含むプラズマ原子層成長装置の全体構成について説明する。
＜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１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１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１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１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１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１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、導体防着部材１０ａと導体防着部材１０ｂとが取り付けられた上部電極ＵＥが配置されている。すなわち、上部電極ＵＥは、導体防着部材１０ａと導体防着部材１０ｂとを介して、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１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絶縁防着部材ＣＴＭを有しており、平面視において、絶縁防着部材ＣＴＭは、絶縁支持部材ＩＳＭと重なるように配置されている。
ここで、本明細書でいう「平面視」とは、図１に示す下部電極ＢＥの上面と並行な平面をこの平面に垂直な方向から視る場合として定義される。言い換えれば、本明細書でいう「平面視」とは、図１に示す上部電極ＵＥの下面と並行な平面をこの平面に垂直な方向から視る場合として定義される。
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１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。
＜絶縁防着部材の構成＞
次に、本実施の形態１における絶縁防着部材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１における絶縁防着部材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、導体防着部材１０ａ（図２では、図示を省略）と導体防着部材１０ｂ（図２では、図示を省略）とを介して、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１における絶縁防着部材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１における絶縁防着部材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１における絶縁防着部材ＣＴＭは、図２に示すように、上部電極ＵＥの表面ＳＵＲに取り付けられた導体防着部材１０ｂ（図２では、図示を省略）を露出するように、絶縁防着部材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１における絶縁防着部材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、絶縁防着部材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１におけるプラズマ原子層成長装置には、上部電極ＵＥを囲む絶縁防着部材ＣＴＭが設けられていることになる。
＜絶縁防着部材による利点＞
本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置１００には、例えば、図２に示すように、平面視において、上部電極ＵＥを囲むように絶縁防着部材ＣＴＭが設けられている。これにより、上部電極ＵＥの周囲に設けられた絶縁支持部材ＩＳＭ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１００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絶縁支持部材ＩＳＭ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絶縁支持部材ＩＳＭ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１では、平面視において、上部電極ＵＥの周囲を囲むように絶縁防着部材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絶縁支持部材ＩＳＭに膜が付着することを効果的に防止することができる。
さらに、本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置１００では、例えば、図２に示すように、上部電極ＵＥ（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）を離間して囲むように絶縁防着部材ＣＴＭを設けている。これにより、上部電極ＵＥ（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）および絶縁防着部材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（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）は、導体から構成される一方、絶縁防着部材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（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）の熱膨張率と、絶縁防着部材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（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）を密着して囲むように絶縁防着部材ＣＴＭを形成すると、上部電極ＵＥ（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）の熱膨張率と、絶縁防着部材ＣＴＭの熱膨張率との相違によって、上部電極ＵＥ（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）および絶縁防着部材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絶縁防着部材ＣＴＭが破損するおそれがある。このため、本実施の形態１では、例えば、図１に示すように、上部電極ＵＥ（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）を離間して囲むように絶縁防着部材ＣＴＭを設けている。言い換えれば、上部電極ＵＥ（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）と絶縁防着部材ＣＴＭとの間に隙間を設けている。これにより、本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置１００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（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）および絶縁防着部材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（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）および絶縁防着部材ＣＴＭの変形および破損を抑制することができる。
＜不活性ガス供給部による利点＞
ただし、上部電極ＵＥ（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）と絶縁防着部材ＣＴＭとの間に隙間が形成されると、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（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）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。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、上部電極ＵＥ（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）と絶縁防着部材ＣＴＭとの間に隙間を設けるという構成では、充分とは言えず、さらなる工夫が必要とされるのである。そこで、本実施の形態１では、上部電極ＵＥ（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）と絶縁防着部材ＣＴＭとの間に隙間を設けながら、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いる。
具体的に、本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置では、例えば、図１に示すように、上部電極ＵＥ（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）と絶縁防着部材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を有している。これにより、本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置１００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、絶縁防着部材ＣＴＭと上部電極ＵＥとの間の隙間、絶縁支持部材ＩＳＭと上部電極ＵＥとの間の隙間、および、導体防着部材１０ａ、１０ｂと絶縁防着部材ＣＴＭとの間の隙間に充填される。したがって、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、絶縁防着部材ＣＴＭと上部電極ＵＥ（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）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、上部電極ＵＥ（導体防着部材１０ａ、１０ｂ）と絶縁防着部材ＣＴＭとの間の隙間の不要な膜が形成されることを抑制することができる。
さらに、本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置１００では、例えば、図１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が設けられている。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１におけるプラズマ原子層成長装置によれば、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。
＜さらなる改善の余地＞
上述したように、本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置１００では、平面視において、上部電極ＵＥの周囲を囲むように絶縁防着部材ＣＴＭが設けられている。これにより、本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置１００によれば、上部電極ＵＥの周囲に配置された絶縁支持部材ＩＳＭに膜が付着することを効果的に防止することができる。この結果、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必要性が低減される。これにより、本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置１００によれば、絶縁支持部材ＩＳＭで支持される上部電極の取り付け位置が変わることに起因する成膜条件の変化を抑制することができ、これによって、基板１Ｓ上に形成される膜の品質の変動を抑制することができると考えられる。ところが、上部電極の取り付け位置が変わることに起因する成膜条件の変化を抑制する観点からは、上述した対策では不充分であることを本発明者は新たに見出したので、この点について説明する。
例えば、図１において、絶縁防着部材ＣＴＭを設けることにより、絶縁支持部材ＩＳＭに膜が付着することを防止することができるとしても、基板１Ｓと対向する上部電極ＵＥの対向面自体に膜が付着すると、付着した膜が剥がれて異物となる可能性が大きくなる。そして、この異物は、基板１Ｓ上に形成される膜の膜質を劣化させる要因となる。したがって、基板１Ｓ上に形成される膜の膜質の劣化を抑制する観点からは、絶縁支持部材ＩＳＭに膜が付着することを防止する対策だけでは充分ではなく、基板１Ｓと対向する上部電極ＵＥの対向面自体に膜が付着する対策も施す必要がある。
この点に関し、基板１Ｓと対向する上部電極ＵＥの対向面に導体防着部材を配置することが考えられる。ところが、この導体防着部材は、例えば、ビスによって、上部電極ＵＥに固定される。この点に関し、プラズマ原子層成長装置１００においては、基板１Ｓ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から、ビスによる上部電極ＵＥの固定部位に存在する微細な隙間にも膜が形成されてしまう。このことは、基板１Ｓと対向する上部電極ＵＥの対向面に導体防着部材を配置したとしても、ビスによる固定部位を介して、上部電極ＵＥ自体に膜が形成されてしまうことを意味する。そして、上部電極ＵＥ自体に膜が形成されてしまうと、膜の上部電極ＵＥからの剥離に起因する異物が発生するポテンシャルが大きくなることから、上部電極ＵＥ自体に付着した膜を除去する必要がある。
ここで、例えば、成膜容器内に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、上部電極ＵＥ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１００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。特に、ビスによる固定部位に存在する微細な隙間には、クリーニングガスが入り込みにくいことから、ビスによる固定部位に存在する微細な隙間に形成された膜を除去するためには、現実的ではない程の長時間のクリーニング時間を要することになる。さらには、例えば、プラズマ原子層成長装置１００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１００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、ビスによる上部電極ＵＥの固定部位に存在する微細な隙間に形成された膜の除去に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ＵＥ自体を取り外して、上部電極ＵＥ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、上部電極ＵＥを取り外して、ウェットエッチングを施した後、再び、上部電極ＵＥ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。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、上部電極ＵＥ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、上部電極ＵＥ自体の取り付け位置を再現できなくなる結果、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。この場合、基板１Ｓ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、上部電極ＵＥ自体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、上部電極ＵＥ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、上部電極ＵＥ自体に膜が付着することを防止するためには、基板１Ｓと対向する上部電極ＵＥの対向面に導体防着部材を配置するだけでなく、さらに、導体防着部材の取り付け構造に対する工夫が必要とされる。すなわち、基板１Ｓと対向する上部電極ＵＥの対向面に導体防着部材を取り付けたとしても、導体防着部材の取り付け構造に対する工夫を施さなければ、上部電極ＵＥ自体に膜が付着することを充分に抑制することはできないのである。そこで、本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置１００では、導体防着部材の取り付け構造に対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１における技術的思想について説明することにする。
＜本実施の形態１における基本思想＞
図３は、上部電極ＵＥの下面に設けられる導体防着部材１０の取り付け構造に関する工夫の必要性を説明する図である。図３に示すように、基板１Ｓと対向する上部電極ＵＥの下面（対向面）には、導体防着部材１０が設けられている。この導体防着部材１０は、導体防着部材１０を貫通する貫通孔１１と、上部電極ＵＥの下面に設けられ、かつ、貫通孔１１と連通する溝１２とにわたって挿入されたビス１３によって固定されている。
ここで、プラズマ原子層成長法においては、基板１Ｓ上だけでなく、微細な隙間にも膜が形成されてしまうという性質があることから、ビス１３による上部電極ＵＥの固定部位に存在する微細な隙間にも膜が形成されてしまう。すなわち、図３の太矢印に示す経路１０００ａで、放電空間から上部電極ＵＥに形成された溝１２にまで膜が形成されてしまう。特に、図３の太矢印に示す経路１０００ａの距離が短くなるほど、上部電極ＵＥに形成された溝１２の内部（微細な隙間）にも膜が形成されやすくなる。
そこで、本実施の形態１における基本思想は、例えば、図３に示すように、放電空間からビス１３による固定部位を介して上部電極ＵＥに形成された溝１２にまで達する経路１０００ａをできるだけ長くする思想である。このように、放電空間からビス１３による固定部位を介して上部電極ＵＥに形成された溝１２にまで達する経路１０００ａが長くなればなるほど、上部電極ＵＥ自体に膜が形成されることが抑制される。つまり、本実施の形態１における基本思想は、放電空間からビス１３による固定部位を介して上部電極ＵＥに形成された溝１２にまで達する経路が、図３の太矢印に示す経路１０００ａの距離よりも充分に長くするものである。そして、この本実施の形態１における基本思想を具現化するために、本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置では、導体防着部材の取り付け構造に対する工夫を施している。以下では、本実施の形態１における基本思想を具現化するための導体防着部材の取り付け構造に対する特徴点について説明する。
＜実施の形態１における特徴点＞
図４は、本実施の形態１における特徴点を説明する図である。すなわち、図４は、導体防着部材の取り付け構造に関する特徴点を説明する図である。本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置１００は、例えば、図４に示すように、基板１Ｓを保持するための下部電極ＢＥと、下部電極ＢＥと対向する対向面（下面）を有し、かつ、下部電極ＢＥとの間でプラズマ放電を発生させるための上部電極ＵＥとを備えることを前提とする。そして、本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置１００では、上部電極ＵＥの下面に複数のビス１３ａで導体防着部材１０ａが固定され、かつ、導体防着部材１０ａの下面に複数のビス１３ｂで導体防着部材１０ｂが固定されている。このとき、本実施の形態１における特徴点は、例えば、図４に示すように、複数のビス１３ａと複数のビス１３ｂとは、互いに重ならないように配置されている点にある。言い換えれば、本実施の形態１における特徴点は、例えば、平面視において、複数のビス１３ａと複数のビス１３ｂとは、互いに離間して配置されている点にある。
具体的に、図４に示すように、導体防着部材１０ａには、貫通孔１１ａが形成されており、かつ、上部電極ＵＥには、この貫通孔１１ａと連通する溝１２が形成されている。そして、貫通孔１１ａと溝１２とにわたってビス１３ａを挿入することにより、導体防着部材１０ａは、上部電極ＵＥの下面に取り付けられている。一方、導体防着部材１０ｂには、貫通孔１１ｂが形成されており、かつ、導体防着部材１０ａには、この貫通孔１１ｂと連通する溝１４が形成されている。そして、貫通孔１１ｂと溝１４とにわたってビス１３ｂを挿入することにより、導体防着部材１０ｂは、導体防着部材１０ａの下面に取り付けられている。ここで、本実施の形態１における特徴点は、図４に示すように、導体防着部材１０ａを上部電極ＵＥに固定するビス１３ａと、導体防着部材１０ｂを導体防着部材１０ａに固定するビス１３ｂとが、互い違いに配置されている点にある。言い換えれば、本実施の形態１における特徴点は、図４に示すように、導体防着部材１０ａを上部電極ＵＥに固定するビス１３ａと、導体防着部材１０ｂを導体防着部材１０ａに固定するビス１３ｂとが、互いに重ならないように配置されている点にある。これにより、図４の太矢印で示す経路１０００ｂは、図３の太矢印で示す経路１０００ａに比べて、遥かに長くなる。このことは、本実施の形態１における特徴点によれば、放電空間から上部電極ＵＥ自体に形成されている溝１２までのガスの侵入距離が長くなることを意味する。したがって、たとえ、微細な隙間にも膜が形成されてしまうという性質があるプラズマ原子層成長装置１００であっても、導体防着部材の取り付け構造に対する工夫として、本実施の形態１における特徴点を採用することにより、上部電極ＵＥ自体に膜が付着することを効果的に防止することができる。この結果、本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置１００によれば、上部電極ＵＥを取り外して、上部電極ＵＥに付着した膜を除去するメンテナンス作業を実施する頻度が少なくなる結果、上部電極ＵＥの取り付け位置が変化することに起因する成膜条件の変動を抑制できる。この結果、本実施の形態１における特徴点を採用することにより、基板１Ｓ上に形成される膜の品質が変動することを抑制することができる。このことから、本実施の形態１におけるプラズマ原子層成長装置１００によれば、基板１Ｓ上に品質の良好な膜を安定して形成することができる。
次に、図５（ａ）は、導体防着部材１０ａと導体防着部材１０ｂとを示す断面図である。図５（ａ）において、導体防着部材１０ａは、複数のビス１３ａによって、図示しない上部電極に固定されている。一方、導体防着部材１０ｂは、複数のビス１３ｂによって、導体防着部材１０ａに固定されている。
ここで、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す導体防着部材１０ａの上方から見た平面図である。図５（ｂ）において、導体防着部材１０ａの平面形状は、矩形形状をしており、導体防着部材１０ａの外縁領域には、複数のビス１３ａが配置されている。そして、図５（ｂ）において、破線で囲む領域１１０は、例えば、図１に示す基板１Ｓと平面的に重なる領域を示している。したがって、導体防着部材１０ａの外縁領域に配置されている複数のビス１３ａは、図１に示す基板１Ｓと平面的に重ならないようになっている。
続いて、図５（ｃ）は、図５（ａ）に示す導体防着部材１０ｂの下方から見た平面図である。図５（ｃ）において、導体防着部材１０ｂの平面形状は、矩形形状をしている。そして、図５（ｃ）には、例えば、図１に示す基板１Ｓと平面的に重なる領域１１０が破線で示されている。このとき、図１に示す基板１Ｓと平面的に重なる領域１１０内には、複数のビス１３ｂが配置されている。
ただし、例えば、図３に示すように、下部電極ＢＥ上に配置された基板１Ｓの上方に、導体防着部材１０を上部電極ＵＥに固定するビス１３が存在すると、このビス１３による固定部位に存在する微細な隙間に形成された膜が剥がれて、基板１Ｓ上に降り積もることが懸念される。この場合、剥離した膜は、基板１Ｓに付着する異物となる結果、基板１Ｓ上に形成される膜の品質に悪影響が及ぶおそれがある。すなわち、基板１Ｓと平面的に重なる位置にビス１３による固定部位が存在すると、ビス１３による固定部位に付着した膜の剥離に起因する異物の発生によって、基板１Ｓ上に形成される膜の品質に悪影響が及ぶおそれが高くなるのである。この点に関し、図５（ｃ）に示すように、導体防着部材１０ｂを固定する複数のビス１３ｂも、基板１Ｓと平面的に重なる領域１１０に配置されている。このことから、図３の構成と同様に、ビス１３ｂによる固定部位に付着した膜の剥離に起因する異物の発生によって、基板１Ｓ上に形成される膜の品質に悪影響が及ぶおそれがある。そこで、以下に示す変形例では、この点に関する工夫を施している。
＜変形例＞
次に、本実施の形態１における変形例について説明する。図６（ａ）は、導体防着部材１０ａと導体防着部材１０ｂとを示す断面図である。図６（ａ）において、導体防着部材１０ａは、複数のビス１３ａによって、図示しない上部電極に固定されている。一方、導体防着部材１０ｂは、複数のビス１３ｂによって、導体防着部材１０ａに固定されている。
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す導体防着部材１０ａの上方から見た平面図である。図６（ｂ）において、導体防着部材１０ａの平面形状は、矩形形状をしており、基板１Ｓ（図１参照）と平面的に重なる領域１１０に、複数のビス１３ａが配置されている。すなわち、本変形例において、導体防着部材１０ａを上部電極に固定している複数のビス１３ａは、基板１Ｓと平面的に重なる領域１１０に設けられている。
続いて、図６（ｃ）は、図６（ａ）に示す導体防着部材１０ｂの下方から見た平面図である。図６（ｃ）において、導体防着部材１０ｂの平面形状は、矩形形状をしている。そして、図６（ｃ）には、例えば、基板１Ｓと平面的に重なる領域１１０が破線で示されている。このとき、本変形例では、基板１Ｓと平面的に重ならない領域に複数のビス１３ｂが配置されている。したがって、本変形例によれば、複数のビス１３ｂが領域１１０と平面的に重ならない領域に設けられているため、ビス１３ｂによる固定部位に付着した膜の剥離に起因する異物の発生によって、基板１Ｓ上に形成される膜の品質に悪影響が及ぶおそれを低減できる。言い換えれば、平面視において、複数のビス１３ｂは、基板１Ｓと離間する位置に配置されていることから、ビス１３ｂによる固定部位に付着した膜の剥離に起因する異物の発生によって、基板１Ｓ上に形成される膜の品質に悪影響が及ぶおそれを低減できるのである。つまり、複数のビス１３ｂが領域１１０と平面的に重なるように設けられている場合、剥離した膜に起因する異物は、基板１Ｓ上に付着する可能性が高い。これに対し、複数のビス１３ｂが領域１１０と平面的に重ならないように設けられている場合には、剥離した膜に起因する異物は、基板１Ｓ上に付着する可能性が低くなる。この結果、本変形例によれば、ビス１３ｂによる固定部位に付着した膜の剥離に起因する異物の発生ポテンシャルを低減することができるのである。
＜原子層成長方法＞
次に、本実施の形態１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１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）〜図８（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１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１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から不活性ガスを成膜容器の内部に供給する（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から不活性ガスを成膜容器の内部に供給する（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から不活性ガスを成膜容器の内部に供給する（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１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から不活性ガスを成膜容器の内部に供給する（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利点＞
本実施の形態１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１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、本実施の形態では、（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している。
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１における原子層成長方法を具現化した図１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１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１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１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１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１における原子層成長方法によれば、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１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。
（実施の形態２）
＜改善の検討＞
図９は、本実施の形態２におけるプラズマ原子層成長装置１００の模式的な全体構成を示す図である。図９において、本実施の形態２におけるプラズマ原子層成長装置１００では、前記実施の形態１のように、上部電極ＵＥの下面に別部品からなる導体防着部材１０ａと導体防着部材とを設ける構成とは異なり、下部電極ＢＥ上に配置された基板１Ｓと対向する上部電極ＵＥの下面に単体の導体防着部材１０が設けられている。
図１０は、高周波電源２０と電気的に接続された上部電極ＵＥに導体防着部材１０を固定する取り付け構造を模式的に示す図である。図１０に示すように、導体防着部材１０は、ビス１３によって、上部電極ＵＥに取り付けられている。このとき、本実施の形態２では、ビス１３が、基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設けられている。言い換えれば、本実施の形態２では、平面視において、複数のビス１３のそれぞれは、基板１Ｓと離間する位置に配置されている。つまり、複数のビス１３のそれぞれは、基板１Ｓと平面的に重ならない導体防着部材１０の外縁領域に設けられている。これにより、たとえ、ビス１３による固定部位に存在する微細な隙間に形成された膜が剥離して、剥離した膜からなる異物が生じたとしても、ビス１３による固定部位自体が、基板１Ｓの上方から離れた位置に存在するため、異物が基板１Ｓ上に付着するポテンシャルを低減することができる。つまり、本実施の形態２では、ビス１３を基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設けるという導体防着部材１０の取り付け構造に対する工夫によって、剥離した膜からなる異物に起因して、基板１Ｓ上に形成される膜の品質に悪影響が及ぶことを抑制することができる。
ところが、近年では、基板１Ｓからの製品の取得数を増加させて製造コストを削減する観点から、基板１Ｓの平面サイズの大型化が進められている。このように大型化された基板１Ｓに対応したプラズマ原子層成長装置において、ビス１３を基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設けるという導体防着部材１０の取り付け構造に対する工夫を採用すると、新たな改善の余地が顕在化することを本発明者は見出した。
以下に、この点について説明することにする。図１１は、本発明者が見出した改善の余地を説明するための図である。図１１において、下部電極ＢＥ上には、例えば、平面寸法がＧ２サイズ（平面寸法が３７０ｍｍ×４７０ｍｍ）の基板１Ｓが搭載されている。そして、下部電極ＢＥ上に搭載された基板１Ｓの上方には、放電空間を挟んで、高周波電源２０と電気的に接続された上部電極ＵＥが配置されており、この上部電極ＵＥの下面には、導体防着部材１０が取り付けられている。この導体防着部材１０の平面寸法は、３７０ｍｍ×４７０ｍｍよりも大きく、かつ、導体防着部材１０の厚さ寸法は、１０ｍｍ以下となっている。したがって、平面視において、基板１Ｓは、導体防着部材１０に内包される。このとき、導体防着部材１０は、基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設けられた複数のビス１３によって、上部電極ＵＥに固定されている。
ここで、ビス１３を基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設けるという導体防着部材１０の取り付け構造に対する工夫を採用する場合、導体防着部材１０の平面サイズは、必然的に、基板１Ｓの平面サイズよりも大きくなる。一方、ビス１３を基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設けるという導体防着部材１０の取り付け構造に対する工夫を採用する場合、個々のビス１３に加わる荷重が大きくなることから、個々のビス１３に加わる荷重を軽減するために、導体防着部材１０の質量を小さくする必要がある。したがって、導体防着部材１０の平面サイズをＧ２サイズの基板１Ｓの平面サイズよりも大きくし、かつ、導体防着部材１０の質量を小さくするためには、導体防着部材１０の厚さ寸法を小さくする必要がある。具体的に、導体防着部材１０の厚さ寸法は、例えば、１０ｍｍ以下となる。このことから、大型化された基板１Ｓに対応したプラズマ原子層成長装置において、ビス１３を基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設けるという導体防着部材１０の取り付け構造に対する工夫を採用する場合、導体防着部材１０の平面形状は、大型化された基板１Ｓよりも大きく、かつ、導体防着部材１０の厚さは、できる限り小さくなるように構成されることになる。この結果、図１１に示すように、大型化された基板１Ｓに対応したプラズマ原子層成長装置において、ビス１３を基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設けるという導体防着部材１０の取り付け構造に対する工夫を採用すると、導体防着部材１０に撓みが発生しやすくなる。すなわち、導体防着部材１０の撓みは、導体防着部材１０の平面サイズがＧ２サイズの基板１Ｓの平面サイズよりも大きくなる場合に顕著となりやすくなる。さらに、導体防着部材１０の撓みは、導体防着部材１０の平面サイズがＧ４サイズ（６８０ｍｍ×８８０ｍｍ）の基板１Ｓの平面サイズよりも大きくなると、特に顕著となる。
このように、導体防着部材１０に撓みが発生すると、図１１に示すように、上部電極ＵＥと導体防着部材１０との電気的な接触が不安定となる。すなわち、図１１に示すように、導体防着部材１０に撓みが発生する結果、上部電極ＵＥと導体防着部材１０との間に隙間が発生することになる。このことは、例えば、上部電極ＵＥと確実に接触しているビスによる固定部位（導体防着部材１０の外縁領域）と、導体防着部材１０が撓むことに起因して上部電極ＵＥとの間に隙間が生じている導体防着部材１０の中央領域との間に、導体防着部材１０自体の内部抵抗に起因した電位差が生じることを意味する。この結果、導体防着部材１０に撓みが発生すると、高周波電源２０と電気的に接続された上部電極ＵＥと、上部電極ＵＥとは異なる電位となる導体防着部材１０の中央領域との間で、隙間を介した意図しない放電が生じることになる。このような意図しない放電が生じると、導体防着部材１０と基板１Ｓとの間に挟まれた放電空間におけるプラズマ放電が不良となり、基板１Ｓ上の膜の形成に悪影響が及ぶことになる。すなわち、大型化された基板１Ｓに対応したプラズマ原子層成長装置では、ビス１３を基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設けるという導体防着部材１０の取り付け構造に対する工夫を採用すると、導体防着部材１０の撓みに起因して、上部電極ＵＥと導体防着部材１０との間の意図しない放電が誘発されることになり、これによって、基板１Ｓ上の膜の形成に悪影響が及ぶことになるのである。
そこで、本実施の形態２では、大型化された基板１Ｓに対応したプラズマ原子層成長装置において、ビス１３を基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設けるという導体防着部材１０の取り付け構造に対する工夫を採用することを前提として、導体防着部材１０の撓みに起因した意図しない放電を抑制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２における技術的思想について説明することにする。
＜実施の形態２における基本思想＞
本実施の形態２における基本思想は、ビスを基板と平面的に重ならない位置に設けるという導体防着部材の取り付け構造に対する工夫を前提構成として、この前提構成を採用しながらも、導体防着部材の内部に電位差が生じることを抑制するための思想である。具体的に、本実施の形態２における基本思想は、上述した前提構成を採用することにより顕在化する導体防着部材の撓みの発生を是認しながらも、導体防着部材の撓みに起因して導体防着部材の内部に発生する電位差を抑制するための思想である。特に、本実施の形態２における基本思想は、導体防着部材に撓みが発生しても、撓んだ導体防着部材と上部電極との電気的な接触の均一性を向上することにより、防着部材の内部に発生する電位差を抑制する思想である。以下では、撓んだ導体防着部材と上部電極との電気的な接触の均一性を向上するという本実施の形態２における基本思想を具現化する本実施の形態２における特徴点について、図面を参照しながら説明することにする。
＜実施の形態２における特徴点＞
本実施の形態２における特徴点は、例えば、図１２に示すように、基板１Ｓと平面的に重ならない位置に配置されたビス１３によって上部電極ＵＥに固定される導体防着部材１０と、上部電極ＵＥとの間に、上部電極ＵＥの厚さ方向（ｚ方向）に伸縮性を有する導電部材１５を配置する点にある。これにより、図１２に示すように、導体防着部材１０に撓みが発生したとしても、導体防着部材１０と上部電極ＵＥとの間の電気的な接触の均一性向上を図ることができる。つまり、図１２に示すように、導体防着部材１０と上部電極ＵＥとの間に挟み込まれるように配置されている導電部材１５は、上部電極ＵＥの厚さ方向に伸縮性を有する。このことから、導体防着部材１０が撓むことによって、導体防着部材１０の端部から中央部に向って、ｚ方向のサイズが連続的に変化する隙間が発生してとしても、この隙間のｚ方向のサイズに対応して、導電部材１５が伸縮する。このため、本実施の形態２における特徴点によれば、導体防着部材１０に撓みが発生した場合であっても、導体防着部材１０の端部から中央部に向って、導体防着部材１０と上部電極ＵＥとの間の電気的な接触の均一性を確保することができる。これにより、本実施の形態２における特徴点によれば、導体防着部材１０の内部に電位差が発生することを抑制することができる。この結果、本実施の形態２における特徴点によれば、導体防着部材１０に撓みが発生することにより生じる隙間を介した意図しない放電を防止できる。つまり、本実施の形態２における特徴点によれば、放電空間におけるプラズマ放電の不良を抑制することができ、これによって、基板１Ｓ上の膜の形成に悪影響が及ぶことを抑制することができる。
このように、本実施の形態２では、まず、導体防着部材１０を上部電極ＵＥに固定するビス１３を基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設けるという導体防着部材１０の取り付け構造に対する工夫を採用することを前提としている。これにより、ビス１３による固定部位から剥離した膜（異物）に起因して、基板１Ｓ上に形成される膜の品質に悪影響が及ぶことを抑制することができる。そして、本実施の形態２では、例えば、図１２に示すように、基板１Ｓと平面的に重なる位置において、上部電極ＵＥと導体防着部材１０とに挟まれるようにｚ方向に伸縮性を有する導電部材１５を配置している。これにより、導体防着部材１０を上部電極ＵＥに固定するビス１３を基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設けるという導体防着部材１０の取り付け構造に対する工夫を採用することによる副作用を抑制することができる。すなわち、導体防着部材１０を上部電極ＵＥに固定するビス１３を基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設ける場合、基板１Ｓの大型化に伴って、導体防着部材１０に撓みが発生し、この撓みに起因して、導体防着部材１０と上部電極ＵＥとの間の隙間に意図しない放電が生じてしまうという副作用が生じる。
この点に関し、本実施の形態２では、導体防着部材１０を上部電極ＵＥに固定するビス１３を基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設ける一方、基板１Ｓと平面的に重なる位置において、上部電極ＵＥと導体防着部材１０とに挟まれるようにｚ方向に伸縮性を有する導電部材１５を配置している。これにより、本実施の形態２によれば、ビス１３による固定部位を発生源とする異物が基板１Ｓ上に付着するポテンシャルを低減しながらも、導体防着部材１０の撓みに起因する導体防着部材１０と上部電極ＵＥとの間の電気的な接触の不均一性に基づく意図しない放電の発生を防止することができる。
図１３は、本実施の形態２における導電部材１５の一例を示す模式図である。図１３に示すように、本実施の形態２における導電部材１５は、例えば、コイル形状をしている。このように構成されている本実施の形態２における導電部材１５は、例えば、図１３および図１４に示すように、ｚ方向に変形可能に構成されている。すなわち、図１３および図１４に示すように、本実施の形態２における導電部材１５は、ｚ方向に伸縮性を有している。この導電部材１５は、例えば、コイル形状からなるゴムの表面に金属（メタル）に代表される導電材料をコーティングすることにより形成することができる。
図１５（ａ）は、図１２に示す実線矢印の方向から導体防着部材１０を見た平面図である。図１５（ａ）において、導体防着部材１０の平面形状は、矩形形状をしており、導体防着部材１０の外縁領域には、複数のビス１３が配置されている。そして、図１５（ａ）において、破線で囲む領域１１０は、例えば、図１２に示す基板１Ｓと平面的に重なる領域を示している。したがって、導体防着部材１０の外縁領域に配置されている複数のビス１３は、図１２に示す基板１Ｓと平面的に重ならないようになっている。
続いて、図１５（ｂ）は、図１２に示す破線矢印の方向から導体防着部材１０を見た平面図である。図１５（ｂ）において、基板１Ｓと平面的に重なる領域１１０が破線で示されており、この領域１１０と平面的に重なるように、メアンダ形状の導電部材１５が配置されている。なお、領域１１０と平面的に重なるように配置されている導電部材１５の形状は、図１５（ｂ）に示すメアンダ形状に限定されるものではない。例えば、本実施の形態２における導電部材１５は、図１６に示すように、直線形状から構成してもよい。この場合、それぞれ直線形状から構成される複数の導電部材１５が所定間隔で並べられる。さらに、本実施の形態２では、領域１１０と平面的に重なるように、梯子形状の導電部材１５と、直線形状の導電部材１５とを組み合わせて配置することもできる。
（実施の形態３）
本実施の形態３におけるプラズマ原子層成長装置は、前記実施の形態１における特徴点と、前記実施の形態２における特徴点とを備えている。
具体的に、図１８は、本実施の形態３におけるプラズマ原子層成長装置の主要な構成要素を示す模式図である。図１８において、上部電極ＵＥの下面に複数のビス１３ａで導体防着部材１０ａが固定され、かつ、導体防着部材１０ａの下面に複数のビス１３ｂで導体防着部材１０ｂが固定されている。このとき、本実施の形態３では、例えば、図１８に示すように、複数のビス１３ａと複数のビス１３ｂとは、互いに重ならない。
これにより、図１８の太矢印で示す経路１０００ｃは、図３の太矢印で示す経路１０００ａに比べて、遥かに長くなる。このことは、本実施の形態３においても、放電空間から上部電極ＵＥ自体までのガスの侵入距離が長くなることを意味する。したがって、たとえ、微細な隙間にも膜が形成されてしまうという性質があるプラズマ原子層成長装置であっても、前記実施の形態１と同様の特徴点を採用することにより、上部電極ＵＥ自体に膜が付着することを効果的に防止することができる。この結果、本実施の形態３におけるプラズマ原子層成長装置においても、上部電極ＵＥを取り外して、上部電極ＵＥに付着した膜を除去するメンテナンス作業を実施する頻度が少なくなる結果、上部電極ＵＥの取り付け位置が変化することに起因する成膜条件の変動を抑制できる。この結果、本実施の形態３でも、前記実施ｎ形態１と同様の特徴点を採用することにより、基板１Ｓ上に形成される膜の品質が変動することを抑制することができる。このことから、本実施の形態３におけるプラズマ原子層成長装置においても、基板１Ｓ上に品質の良好な膜を形成できる。
さらに、本実施の形態３では、導体防着部材１０ｂを導体防着部材１０ａに固定するビス１３ｂを基板１Ｓと平面的に重ならない位置に設けるという工夫を採用することを前提としている。これにより、ビス１３ｂによる固定部位から剥離した膜（異物）に起因して、基板１Ｓ上に形成される膜の品質に悪影響が及ぶことを抑制することができる。
そして、本実施の形態３でも、例えば、図１８に示すように、基板１Ｓと平面的に重なる位置において、導体防着部材１０ａと導体防着部材１０ｂとに挟まれるようにｚ方向に伸縮性を有する導電部材１５を配置している。これにより、本実施の形態３においても、ビス１３ｂによる固定部位を発生源とする異物が基板１Ｓ上に付着するポテンシャルを低減しながら、導体防着部材１０ｂの撓みに起因する導体防着部材１０ａと導体防着部材１０ｂとの間の電気的な接触の不均一性に基づく意図しない放電の発生を防止できる。
なお、図１８に示すように、本実施の形態３におけるプラズマ原子層成長装置では、基板１Ｓと平面的に重なる位置において、導体防着部材１０ａと導体防着部材１０ｂとに挟まれるようにｚ方向に伸縮性を有する導電部材１５を配置している。このため、導体防着部材１０ｂを導体防着部材１０ａに固定するビス１３ｂを基板１Ｓと平面的に重ならない位置にだけ設ける場合でも、導体防着部材１０ｂの撓みに起因する導体防着部材１０ａと導体防着部材１０ｂとの間の電気的な接触の不均一性を抑制できる。すなわち、図１８に示す構成は、ビス１３ｂによる固定部位から剥離した膜（異物）に起因して、基板１Ｓ上に形成される膜の品質に悪影響が及ぶことを抑制する観点から望ましいといえる。
ただし、導体防着部材１０ｂを導体防着部材１０ａに固定するビス１３ｂを基板１Ｓと平面的に重なる位置にも設ける場合であっても、導体防着部材１０ａと導体防着部材１０ｂとに挟まれるようにｚ方向に伸縮性を有する導電部材１５を配置する構成を採用することによって、基板１Ｓと平面的に重なる位置に設けられるビス１３ｂの個数を複数のビス１３ａの個数よりも少なくすることが可能となる。この場合においても、導体防着部材１０ｂの撓みに起因する導体防着部材１０ａと導体防着部材１０ｂとの間の電気的な接触の不均一性に基づく意図しない放電の発生を防止できる。さらに、この構成においても、図１８に示す構成には及ばないものの、基板１Ｓと平面的に重なる領域に配置されているビス１３ｂの個数を少なくすることができることから、ビス１３ｂによる固定部位に付着した膜の剥離に起因する異物の発生ポテンシャルを低減できる。
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。
１Ｓ 基板
１０ａ 導体防着部材
１０ｂ 導体防着部材
１１ａ 貫通孔
１１ｂ 貫通孔
１２ 溝
１３ａ ビス
１３ｂ ビス
１４ 溝
１５ 導電部材
１００ プラズマ原子層成長装置
ＢＥ 下部電極
ＣＴＭ 絶縁防着部材
ＩＧＳＵ 不活性ガス供給部
ＵＥ 上部電極

Claims (16)

  1. 基板を保持するための第１電極と、
    前記第１電極と対向する対向面を有し、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、
    前記第２電極の前記対向面に複数の第１接続部材で固定された第１導体防着部材と、
    複数の第２接続部材で前記第１導体防着部材と固定された第２導体防着部材と、
    を備え、
    平面視において、前記複数の第１接続部材と前記複数の第２接続部材とは、互いに重ならないように配置されている、原子層成長装置。
  2. 請求項１に記載の原子層成長装置において、
    前記複数の第２接続部材の個数は、前記複数の第１接続部材の個数よりも少ない、原子層成長装置。
  3. 請求項１に記載の原子層成長装置において、
    平面視において、前記複数の第２接続部材は、前記基板と離間する位置に配置されている、原子層成長装置。
  4. 請求項１に記載の原子層成長装置において、
    前記原子層成長装置は、平面視において前記第２電極を離間して囲む絶縁防着部材を有する、原子層成長装置。
  5. 請求項４に記載の原子層成長装置において、
    前記絶縁防着部材と前記第１導体防着部材との間、および、前記絶縁防着部材と前記第２導体防着部材との間には、隙間が存在し、
    前記原子層成長装置は、前記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、原子層成長装置。
  6. 請求項１に記載の原子層成長装置において、
    前記原子層成長装置は、さらに、前記第２電極と前記第１導体防着部材との間に設けられた伸縮性を有する導電部材を有する、原子層成長装置。
  7. 請求項１に記載の原子層成長装置において、
    前記複数の第１接続部材のそれぞれは、前記第１導体防着部材を貫通する第１貫通孔と前記第２電極に設けられた第１溝とにわたって挿入される第１ビスであり、
    前記複数の第２接続部材のそれぞれは、前記第２導体防着部材を貫通する第２貫通孔と前記第１導体防着部材に設けられた第２溝とにわたって挿入される第２ビスである、原子層成長装置。
  8. 基板を保持するための第１電極と、
    前記第１電極と対向する対向面を有し、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、
    前記第２電極の前記対向面に複数の第１接続部材で固定された第１導体防着部材と、
    複数の第２接続部材で前記第１導体防着部材と固定された第２導体防着部材と、
    を備え、
    平面視において、前記複数の第１接続部材と前記複数の第２接続部材とは、互いに離間して配置されている、原子層成長装置。
  9. 基板を保持するための第１電極と、
    前記第１電極と対向する対向面を有し、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、
    前記第２電極の前記対向面に複数の接続部材で固定された導体防着部材と、
    前記第２電極と前記導体防着部材との間に設けられた伸縮性を有する導電部材と、
    を備え、
    平面視において、前記複数の接続部材のそれぞれは、前記基板と離間する位置に配置されている、原子層成長装置。
  10. 請求項９に記載の原子層成長装置であって、
    平面視において、前記導電部材は、前記基板と重なる位置に配置されている、原子層成長装置。
  11. 請求項９に記載の原子層成長装置において、
    前記原子層成長装置は、平面視において前記第２電極を離間して囲む絶縁防着部材を有する、原子層成長装置。
  12. 請求項１１に記載の原子層成長装置において、
    前記絶縁防着部材と前記複数の接続部材のそれぞれとの間には、隙間が存在し、
    前記原子層成長装置は、前記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、原子層成長装置。
  13. 請求項９に記載の原子層成長装置において、
    前記複数の接続部材のそれぞれは、前記導体防着部材を貫通する貫通孔と前記第２電極に設けられた溝とにわたって挿入されるビスである、原子層成長装置。
  14. 請求項９に記載の原子層成長装置において、
    前記導体防着部材は、撓んでいる、原子層成長装置。
  15. 請求項９に記載の原子層成長装置において、
    平面視において、前記導体防着部材は、前記基板よりも大きい、原子層成長装置。
  16. 請求項１５に記載の原子層成長装置において、
    前記導体防着部材の平面寸法は、３７０ｍｍ×４７０ｍｍよりも大きく、
    前記導体防着部材の厚さ寸法は、１０ｍｍ以下である、原子層成長装置。
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