JP4676366B2

JP4676366B2 - 成膜装置

Info

Publication number: JP4676366B2
Application number: JP2006085865A
Authority: JP
Inventors: 弘幸橘; 和俊村田; 直正宮武; 康成森
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2006310813A

Description

本発明は、反応容器の反応室内で原料ガスを反応させて基板上に薄膜を形成する成膜装置に係り、特にフラットパネルディスプレイ用のＴＦＴ（Ｔhin Ｆilm Ｔransistor）ゲート絶縁膜あるいはＬＳＩのゲート絶縁膜を形成する成膜装置に関するものである。

原子層気相成長（ＡＬＤ：Ａtomic Ｌayer Ｄeposition）反応による成膜（以下、ＡＬＤ成膜反応により形成される膜を「ＡＬＤ膜」という）は、
（１）反応容器の反応室への原料ガスの供給、
（２）必要に応じてパージガスを利用した原料ガスの反応容器の反応室からの排気、
（３）反応容器の反応室への酸化剤ガスの供給、
（４）必要に応じてパージガスを利用した酸化剤ガスの反応容器の反応室からの排気
を一サイクルとする。そして、この一サイクルにて１原子層の膜が形成され、サイクルを繰り返すことによりその繰り返した数だけ多層化される。
ＡＬＤ膜を形成するための従来のＡＬＤ成膜装置は、前記一サイクルに要する時間をできるだけ短縮して、サイクルを多く繰り返すことによる長時間化の程度を小さく抑えるようにする、更に原料ガスや酸化剤ガスを少ない量でも基板の膜形成面に確実に行き渡るようにする（原料ガスの分圧を一定値以上にする）等の観点から、反応容器の反応室の容積は可能な範囲で小さく形成されている。

一方、プラズマＣＶＤ成膜反応や熱ＣＶＤ成膜反応による高速成膜（以下、ＣＶＤ成膜反応により高速で形成される膜を「ＣＶＤ膜」という）を行うためのＣＶＤ成膜装置は、原料ガスの流れの均一性を確保する、更に基板に対するプラズマ発生部によるプラズマ損傷の問題が起こらないように基板とプラズマ発生部との間隔を大きく取れるようにする等の観点から、反応容器の反応室の容積は前記ＡＬＤ成膜装置のものより大きく構成されている。

従って、一つの基板にＡＬＤ膜とＣＶＤ膜の積層膜を形成する場合は、ＡＬＤ成膜装置とＣＶＤ成膜装置は別々の反応容器にて構成するというのが当業者の基本的認識である。しかし、このように別々の反応容器とした場合、ＡＬＤ成膜装置の反応容器の反応室内に基板をセットしてその膜形成面にＡＬＤ膜を形成し、その後に基板をトランスチャンバーを介してＣＶＤ成膜装置の反応容器の反応室内に移し替えることになるため、積層膜形成のスループットが低下する、すなわちプロセス時間が長くなるという問題があった。

上記問題を考慮した成膜装置の従来技術文献として、特開２００４−４７６６０号公報が挙げられる。この文献には、膜質の良い高誘電率ゲート絶縁膜を高スループットで成膜できるようにすることを目的として、一つの反応容器内で、成膜速度の小さいＡＬＤ成膜反応と、成膜速度の大きい熱ＣＶＤ成膜反応を行うようにした成膜装置が開示されている。

特開２００４−４７６６０号公報

特開２００４−４７６６０号公報に記載された成膜装置は、一つの反応器内でＡＬＤ成膜反応と熱ＣＶＤ成膜反応を行うようにしたことで、基板をＡＬＤ成膜装置の反応容器からトランスファーチャンバーを介してＣＶＤ成膜装置の反応容器内に移し替える工程が無くなるため、その分の時間短縮は図れると言える。

しかし、反応容器の反応室の容積は、ＡＬＤ成膜反応のときもＣＶＤ成膜反応のときも同じであるため、各成膜反応でＡＬＤ膜およびＣＶＤ膜を形成するに当たってのそれぞれの上記観点に基づく要請のいずれか一方を満たすことができない。具体的には、通常はＣＶＤ成膜装置で要請される大きな容積から成る反応容器の反応室をそのままＡＬＤ成膜装置の反応容器の反応室として使用することになると思われるため、ＡＬＤ膜形成の前記一サイクルに要する時間は長くなり、サイクル数を増やすと大幅に長時間化する、更に原料ガスや酸化剤ガスを基板の膜形成面に確実に行き渡るようにするためには原料ガスや酸化剤ガスが多量に必要になるという問題が再現する。

本発明の目的は、一つの反応容器を用いて、ＡＬＤ膜を形成する際には、その成膜プロセスの一サイクルに要する時間をできるだけ短縮してサイクルを多く繰り返すことによる長時間化の程度を小さく抑えることができ、更に原料ガスや酸化剤ガスを少ない量でも基板の膜形成面に確実に行き渡るようにすることができ、ＣＶＤ膜を形成する際には、原料ガスの流れの均一性を確保でき、基板に対するプラズマ発生部によるプラズマ損傷の問題が起こらないようにすることのできる成膜装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、一つの反応容器の反応室内で原料ガスを反応させて基板上に薄膜を形成する成膜装置であって、前記反応容器の反応室の容積が可変に構成され、前記反応容器の反応室は、原料ガスが供給されて膜形成反応を行わせることが可能に構成され、且つ該反応容器の反応室は排気可能に構成され、同じ基板に対して該反応容器の反応室を小容積にして原子層気相成長（ＡＬＤ）反応による薄膜形成が行われ、該反応容器の反応室を大容積にしてプラズマＣＶＤ成膜反応または熱ＣＶＤ成膜反応による薄膜形成が行われるように構成されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、反応容器の反応室の容積が可変に構成されており、小さい容積で成膜反応を行うという要請と、大きな容積で成膜反応を行うという要請の両要請に対して、一つの反応容器で容易に対応することが可能に構成されている。すなわち、ＡＬＤ成膜反応を反応容器の反応室の容積としてその要請を満たす小さい容積で行い、さらに、例えばプラズマＣＶＤ成膜反応を反応容器の反応室の容積としてその要請を満たした大きな容積に変えて行い、これによりＡＬＤ膜とＣＶＤ膜との積層膜を一つの反応容器内で形成することが可能に構成されている。

従って、一つの反応容器であっても、ＡＬＤ膜を形成する際には、反応容器の反応室を小容積にするという要請を満たせるので、ＡＬＤ成膜反応の成膜プロセスの一サイクルに要する時間をできるだけ短縮してサイクルを多く繰り返すことによる長時間化の程度を小さく抑えることができ、更に原料ガスや酸化剤ガスを少ない量でも基板の膜形成面に確実に行き渡るようにすることができる。更に、ＣＶＤ膜を形成する際には、反応容器の反応室を大容積にするという要請を満たせるので、原料ガスの流れの均一性を確保することができ、更に基板に対するプラズマ発生部によるプラズマ損傷の問題が起こらないようにすることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、基板を載置し、該基板を昇温すると共に移動可能に形成されたヒータ部材と、反応容器内面に周設されたストッパーと、を備え、反応容器の反応室の前記小容積状態は、前記ヒータ部材が移動してその周縁部が前記ストッパーに当接することによって構成され、反応容器の反応室の大容積状態はヒータ部材が前記ストッパーから離れる方向に移動することによって構成されることを特徴とするものである。
本発明によれば、構造を複雑化させることなく簡単な構造で反応容器の前記小容積状態と大容積状態を切り換えることができる。

本発明の第３の態様は、第１の態様において、前記反応容器は、基板を載置すると共に該基板を昇温するヒータ部材と、ＡＬＤ成膜反応用ガス給気口と、ＡＬＤ成膜反応用ガス排気口と、ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口と、ＣＶＤ成膜反応用ガス排気口と、前記ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口に連通し給気されたＣＶＤ成膜反応用ガスを前記基板の膜形成面全体に一様に行き渡らせるシャワーヘッドと、プラズマ発生部と、更に、前記ヒータ部材は反応容器内で前記シャワーヘッドに接近離間する方向に移動可能に形成されておりその移動を司る移動手段と、反応容器内面に周設され前記移動手段によって前記ヒータ部材が前記シャワーヘッドに接近する方向に移動して該ヒータ部材の周縁部が当接するストッパーとを備え、反応容器の反応室の前記小容積状態はヒータ部材が移動してその周縁部が前記ストッパーに当接することによって構成され、反応容器の反応室の大容積状態はヒータ部材が前記ストッパーから離れる方向に移動することによって構成されることを特徴とするものである。

本発明によれば、第１の態様による前記作用効果に加えて、反応容器内でヒータ部材を移動させストッパーとの当接及び離間によって該反応容器の反応室の容積を可変としたので、反応容器の反応室の容積の変更を構造簡単にして実現することができる。

本発明の第４の態様は、第１の態様において、前記反応容器は、基板を載置すると共に該基板を昇温するヒータ部材と、ＡＬＤ成膜反応用ガス給気口と、ＡＬＤ成膜反応用ガス排気口と、ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口と、ＣＶＤ成膜反応用ガス排気口と、前記ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口に連通し給気されたＣＶＤ成膜反応用ガスを前記基板の膜形成面全体に一様に行き渡らせるシャワーヘッドと、該シャワーヘッドと一体のプラズマ発生部と、更に、前記シャワーヘッド及びプラズマ発生部は反応容器内で前記ヒータ部材に接近離間する方向に移動可能に形成されておりその移動を司る移動手段と、反応容器内面に周設され前記移動手段によって前記シャワーヘッド及びプラズマ発生部が移動して該シャワーヘッドの周縁部が当接するストッパーとを備え、反応容器の反応室の前記小容積状態はシャワーヘッド及びプラズマ発生部が移動して該シャワーヘッドの周縁部が前記ストッパーに当接することによって構成され、反応容器の反応室の大容積状態はシャワーヘッド及びプラズマ発生部が前記ストッパーから離れる方向に移動することによって構成されることを特徴とするものである。

本発明によれば、第１の態様による前記作用効果に加えて、反応容器内でシャワーヘッド及びプラズマ発生部を移動させストッパーとの当接及び離間によって該反応容器の反応室の容積を可変としたので、反応容器の反応室の容積の変更を構造簡単にして実現することができる。

本発明の第５の態様は、第１の態様において、前記反応容器は、基板を載置すると共に該基板を昇温するヒータ部材と、ＡＬＤ成膜反応用ガス給気口と、ＡＬＤ成膜反応用ガス排気口と、ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口と、ＣＶＤ成膜反応用ガス排気口と、前記ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口に連通し給気されたＣＶＤ成膜反応用ガスを前記基板の膜形成面全体に一様に行き渡らせるシャワーヘッドと、プラズマ発生部と、更に、前記シャワーヘッド及びプラズマ発生部と前記ヒータ部材との間において反応室内に挿脱可能な隔壁部材と、反応容器内面に周設され前記隔壁部材が反応室内に挿入されて該隔壁部材の周縁部が当接するストッパーとを備え、反応容器の反応室の前記小容積状態は隔壁部材が挿入されてその周縁部が前記ストッパーに当接することによって構成され、反応容器の反応室の大容積状態は隔壁部材が反応室から脱する方向に移動することによって構成されることを特徴とするものである。

本発明によれば、第１の態様による前記作用効果に加えて、反応容器内で隔壁部材を移動させストッパーとの当接及び離間によって該反応容器の反応室の容積を可変としたので、反応容器の反応室の容積の変更を構造簡単にして実現することができる。

本発明の第６の態様は、第２の態様または第３の態様において、前記ヒータ部材はバネ部材を介して駆動台に支持され、反応容器の反応室の前記小容積状態は、前記駆動台によって前記ヒータ部材が移動してその周縁部が前記ストッパーに当接すると共に前記バネ部材が当接前の状態よりも圧縮状態で当接するように構成され、反応容器の反応室の大容積状態は、前記駆動台によってヒータ部材が前記ストッパーから離れる方向に移動することによって構成されることを特徴とするものである。

本発明によれば、反応室の小容積状態においては、前記ヒータ部材の周縁部が前記ストッパーに当接すると共に前記バネ部材が当接前の状態よりも圧縮状態で当接するように構成されているので、ヒータ部材は前記ばね部材の前記圧縮に基づく弾性力を受けて前記ストッパーに強く押し付けられ、これにより反応室の気密性を向上することができる。従って、ＡＬＤ成膜反応における原料ガスが反応室から漏れる量を低減することができる。すなわち、ＡＬＤ成膜反応における原料ガスの使用効率を上げることができる。

本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記バネ部材は皿ばねで構成されていることを特徴とするものである。皿ばねを用いたので、構造簡単にして反応室の気密性の向上を実現できる。

本発明の第８の態様は、第６の態様または第７の態様において、前記ヒータ部材用の導線はヒータ支柱部内を通り前記バネ部材のバネ受け部を兼ねるフランジを介して外部に導かれていることを特徴とするものである。
本発明によれば、前記ヒータ部材用の導線はヒータ支柱部内を通り前記バネ部材のバネ受け部を兼ねるフランジを介して外部に導かれているので、反応室内の気密性を低下する虞が少ないと共に、反応室内に導線が露出しないので、該導線が原料ガスや反応生成物の作用や影響を受けない。更に導線はフランジで固定されるから、ヒータ部材の移動に合わせて一緒に動くことができ、ヒータ部材の移動に伴って導線が伸縮しない。従って、導線の劣化を防止できる。

本発明の第９の態様は、第６の態様または第７の態様において、前記ヒータ部材用の導線は前記駆動台に固定された導線用フランジを介して外部に導かれ、前記導線用フランジと反応容器との間は蛇腹管によって外部と区画されていることを特徴とするものである。
このようにすることも可能である。

本発明の第１０の態様は、第２の態様から第９の態様のいずれかにおいて、前記ストッパーは、当接する相手部材とメタルタッチするよう構成され、小容積状態の反応室内の圧力は該メタルタッチ部分を介して隣り合う空間より僅かに高圧となるように設定されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、前記ストッパーは、当接する相手部材と金属同士の接触であるメタルタッチするよう構成されているので、反応容器内の高温環境下（３００℃〜４００℃）でも耐久性を維持することができる。
ここで、メタルタッチによる密閉性はＯ−リングのような弾性接触よりシール性において劣るため、メタルタッチ部分から僅かに漏れが生じる。本発明によれば、小容積状態の反応室内の圧力は該メタルタッチ部分を介して隣り合う空間より僅かに高圧となるように設定されているので、反応室内に外部から不純物が浸入するのを確実に防止することができる。

本発明によれば、一つの反応容器を用いて、ＡＬＤ膜を形成する際には、その成膜プロセスの一サイクルに要する時間をできるだけ短縮してサイクルを多く繰り返すことによる長時間化の程度を小さく抑えることができ、更に原料ガスや酸化剤ガスを少ない量でも基板の膜形成面に確実に行き渡るようにすることができ、ＣＶＤ膜を形成する際には、原料ガスの流れの均一性を確保でき、基板に対するプラズマ発生部によるプラズマ損傷の問題が起こらないようにすることができる。

以下、図面に基づいて、本発明に係る成膜装置の実施の形態を詳細に説明する。

［実施例１]
図１は本発明に係る成膜装置の一実施の形態でＡＬＤ成膜反応状態を示す縦断面図であり、図２は同実施の形態でＣＶＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。
本実施の形態に係る成膜装置は、その反応容器１は、基板２を載置すると共に該基板２を昇温するヒータ部材３と、ＡＬＤ成膜反応用ガス給気口４と、ＡＬＤ成膜反応用ガス排気口５と、ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口６と、ＣＶＤ成膜反応用ガス排気口７と、前記ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口６に連通し給気されたＣＶＤ成膜反応用ガスを前記基板２の膜形成面８の全体に一様に行き渡らせるシャワーヘッド９と、プラズマ発生部１０を備えている。
反応容器１は、その内部がほぼ直方体形状に形成されている。そして、本実施の形態では、その素材はアルミニウムをアルマイト処理したもの（Ａ５０５２Ｐ）で形成されている。

前記基板２は、本実施の形態ではフラットパネルディスプレイ用のＴＦＴの基体となる３７０ｍｍ×４７０ｍｍの長方形状のガラス基板に多結晶ポリシリコン膜が形成されたものである。当該成膜装置は、反応容器１の反応室１１内に基板２をセットし、該基板２の前記多結晶ポリシリコン膜の上にＳｉＯ_２ゲート絶縁膜を形成するものである。

基板２が載置されるヒータ部材３も平面視で長方形状に形成され、該ヒータ部材３は前記基板２より４辺とも約５０ｍｍ程度大型に形成されている。該ヒータ部材３は、素材がインコネル６００（ＮＣＦ６００）で形成され、その内部にステンレスヒータ（図示せず）が内蔵されている。

ＡＬＤ成膜反応用ガス給気口４から給気される原料ガスは、公知のＡＬＤ成膜反応用ガスを使用でき、特定の種類に限定されない。ＡＬＤ成膜反応用ガス排気口５は、本実施の形態ではターボモレキュラーポンプ（ＴＭＰ）１２に繋げられ、該ＴＭＰ１２により反応室１１を吸引排気するようになっている。ＴＭＰの代わりにメカニカルブースターポンプを用いてもよい。

また、ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口６から給気される原料ガスも公知のＣＶＤ成膜反応用ガスを使用できるものであり、特定の種類に限定されない。ＣＶＤ成膜反応用ガス排気口７も公知の吸引ポンプ（図示せず）に繋がっている。

シャワーヘッド９は公知の構造から成る。すなわち、多数の孔（図示せず）が設けられてＣＶＤ成膜反応用ガスが前記多数の孔を通過して前記基板２の膜形成面８の全体に一様に行き渡らせることができるようになっている。また、該シャワーヘッド９はアルミニウムをアルマイト処理した材料で（Ａ５０５２Ｐ）で形成されている。

また、プラズマ発生部１０は、公知の構造で構成され、具体的には丸棒のアンテナ１０が複数本、ＡＬＤ成膜反応用ガスの流れる方向に対して交差する方向に互いに離間して平行に設置されている。その表面は石英材で被覆されている。

更に、前記ヒータ部材３は、反応容器１内で前記シャワーヘッド９に接近離間する方向に移動可能に形成されており、その移動を司る移動手段１３と、反応容器１の内面に周設され前記移動手段１３によって前記ヒータ部材３が前記シャワーヘッド９に接近する方向に移動して該ヒータ部材３の周縁部が当接するリング状のストッパー１４とを備えている。

移動手段１３は、ステンレス製（ＳＵＳ３０４）のヒータ支柱部１５と、該ヒータ支柱部１５が挿入し反応容器１の底面に固定されたステンレス製（ＳＵＳ３１６Ｌ）のベローズ１６と、ヒータ支柱部１５の下端に固体された基板ヒータ駆動台１７を備えて成り、図示しない駆動源の駆動力を受けて図１及び図２に示した各位置にヒータ部材３が移動できるようになっている。

リング状ストッパー１４は、当接する相手部材であるヒータ部材３とメタルタッチするようステンレス材（ＳＵＳ３１６Ｌ）で構成されている。そして、反応容器１の反応室１１の前記小容積状態（図１の１１ａ）は、ヒータ部材３が移動してその周縁部が前記リング状ストッパー１４にメタルタッチすることによって構成され、一方、反応容器１の反応室１１の大容積状態（図２の１１ｂ）は、ヒータ部材３が前記リング状ストッパー１４から離れる方向に移動することによって構成されるようになっている。

そして、小容積状態の反応室１１ａ内の圧力は、前記メタルタッチ部分を介して隣り合う空間より僅かに高圧となるように設定され、反応室１１ａ内に外部から不純物が浸入するのを確実に防止することができるようになっている。

ヒータ部材３の移動による反応容器１の反応室１１の前記小容積状態（１１ａ）と大容積状態（１１ｂ）の切替、ＡＬＤ成膜反応用ガス給気口４及びＡＬＤ成膜反応用ガス排気口５のＯＮ−ＯＦＦ切替、ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口６及びＣＶＤ成膜反応用ガス排気口７のＯＮ−ＯＦＦ切替、プラズマ発生部のＯＮ−ＯＦＦ切替は、制御部２０によって行われる。すなわち制御部２０により、反応容器１の反応室１１を小容積にしてＡＬＤ成膜反応を行わせ、続いて反応容器１の反応室１１を大容積に変えてＣＶＤ成膜反応を行わせるようになっている。

次に、実施例１に係る成膜装置の作用を説明する。基板２は反応容器１内のヒータ部材３に図示しない公知の機構により載置され、該ヒータ部材３は移動手段１３によりその周縁部がリング状ストッパー１４に当接するまで移動される。これにより、反応容器１の反応室１１は小容積状態となる。この状態でＣＶＤ成膜反応用ガス給気口６及びＣＶＤ成膜反応用ガス排気口７はＯＦＦ状態になり、ＡＬＤ成膜反応用ガス給気口４及びＡＬＤ成膜反応用ガス排気口５がＯＮ状態になり、ＡＬＤ成膜反応用ガスが反応室１１ａに送られてＡＬＤ成膜反応により基板２の膜形成面８にＡＬＤ膜が形成される。ＡＬＤ成膜反応が数サイクル繰り返されて所望の厚さのＡＬＤ膜が形成された段階でＡＬＤ膜の形成は終了となる。

ＡＬＤ膜の形成が終了すると、ＡＬＤ成膜反応用ガス給気口４及びＡＬＤ成膜反応用ガス排気口５がＯＦＦ状態に変わり、ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口６及びＣＶＤ成膜反応用ガス排気口７がＯＮ状態に変わる。そして、移動手段１３によってヒータ部材３がリング状ストッパー１４から離れる方向に移動して図２に示した位置で止まる。これにより、反応容器１の反応室１１は大容積状態となる。この状態で、ＣＶＤ成膜反応用ガスが反応室１１ｂに送られてＣＶＤ成膜反応により基板２の前記ＡＬＤ膜の上にＣＶＤ膜が積層される。

実施例１によれば、一つの反応容器１であっても、ＡＬＤ膜を形成する際には、反応容器の反応室１１を小容積にするという要請を満たせるので、ＡＬＤ成膜反応の成膜プロセスの一サイクルに要する時間をできるだけ短縮してサイクルを多く繰り返すことによる長時間化の程度を小さく抑えることができ、更に原料ガスや酸化剤ガスを少ない量でも基板２の膜形成面８に確実に行き渡るようにすることができる。更に、前記ＡＬＤ膜の上にＣＶＤ膜を形成する際には、反応容器の反応室１１を大容積にするという要請を満たせるので、原料ガスの流れの均一性を確保することができ、更に基板２に対するプラズマ発生部１０によるプラズマ損傷の問題が起こらないようにすることができる。

［実施例２］
図３は本発明に係る成膜装置の他の実施の形態でＡＬＤ成膜反応状態を示す縦断面図であり、図４は同実施の形態でＣＶＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。
反応容器１の反応室１１の容積を変える構造が実施例１と異なるが、他の構成はほぼ同様なので、同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。実施例２では、シャワーヘッド９及びプラズマ発生部１０は、一体となって反応容器１内で前記ヒータ部材３に接近離間する方向に移動可能に形成されている。その移動を司る移動手段２３は、シャワーヘッド支柱部２５と、該シャワーヘッド支柱部２５が挿入され反応容器１の上面に固定されたベローズ２６と、シャワーヘッド支柱部２５の上端に固体されたシャワーヘッド駆動台２７を備えて成り、図示しない駆動源の駆動力を受けて図３及び図４に示した各位置にシャワーヘッド９及びプラズマ発生部１０が移動できるようになっている。

ヒータ部材３は反応容器１の内面にその周面を接触させて固定されている。このヒータ部材３の基板２が載置される上面によって反応室１１の境界が画定されている。

反応容器１の反応室１１の前記小容積状態（図３の１１ａ）は、シャワーヘッド９及びプラズマ発生部１０が移動して該シャワーヘッド９の周縁部が前記リング状ストッパー１４に当接することによって構成され、反応容器１の反応室１１の大容積状態（図４の１１ｂ）は、シャワーヘッド９及びプラズマ発生部１０が前記リング状ストッパー１４から離れる方向に移動することによって構成される。

実施例２の作用効果は、シャワーヘッド９及びプラズマ発生部１０が移動することで反応室１１の容積が変わる点が異なるが、基本的には実施例１と同様なのでその説明は省略する。

［実施例３］
図５は本発明に係る成膜装置の他の実施の形態でＡＬＤ成膜反応状態を示す縦断面図であり、図６は同実施の形態でＣＶＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。
反応容器１の反応室１１の容積を変える構造が実施例１と異なるが、他の構成は同様なので、同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。実施例３では、シャワーヘッド９及びプラズマ発生部１０と前記ヒータ部材３との間において反応室１１内に挿脱可能な隔壁部材３０と、反応容器１内面に周設され前記隔壁部材３０が反応室１１内に挿入されて該隔壁部材３０の周縁部が当接するリング状ストッパー１４とを備えている。隔壁部材３０はゲートバルブ３１により挿脱されるように形成されている。

ヒータ部材３は反応容器１の内面にその周面を接触させてその位置が固定されている。このヒータ３の基板２が載置される上面によって反応室１１の境界が画定されている。

反応容器１の反応室１１の前記小容積状態（図５の１１ａ）は、隔壁部材３０が挿入されてその周縁部が前記リング状ストッパー１４に当接することによって構成され、反応容器１の反応室１１の大容積状態（図６の１１ｂ）は、隔壁部材３０が反応室１１から脱する方向に移動することによって構成される。

実施例３の作用効果は、隔壁部材３０が挿脱することで反応室１１の容積が変わる点が異なるが、基本的には実施例１と同様なのでその説明は省略する。

［実施例４］
図７は本発明に係る成膜装置の他の実施の形態でＡＬＤ成膜反応状態を示す縦断面図であり、図８は同実施の形態でＣＶＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。
実施例４では、ヒータ部材３はバネ部材４０を介して駆動台１７に支持され、反応容器１の反応室１１の小容積状態は、前記駆動台１７によってヒータ部材３が移動してその周縁部がストッパー１４に当接すると共に前記バネ部材４０が当接前の状態よりも圧縮状態で当接するように構成されている。一方、反応容器１の反応室１１の大容積状態は、前記駆動台１７によってヒータ部材３が前記ストッパー１４から離れる方向に移動することによって構成されている。

ここで、前記バネ部材４０は皿ばねで構成されている。皿ばね４０を用いたので、構造簡単にして反応室１１の気密性の向上を実現できる。ヒータ部材３用の導線４２は、ヒータ支柱部１５内を通り前記バネ部材４０のバネ受け部を兼ねるフランジ４５を介して外部に導かれている。その他の構成は実施例１と同様なので、同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。

このように、前記ヒータ部材３用の導線４２は、ヒータ支柱部１５内を通り前記バネ部材４０のバネ受け部を兼ねるフランジ４５を介して外部に導かれているので、反応室１１内の気密性を低下する虞が少ないと共に、反応室１１内に導線４２が露出しないので、該導線４２が原料ガスや反応生成物の作用や影響を受けない。更に導線４２はフランジ４５で固定されるから、ヒータ部材３の移動に合わせて一緒に動くことができ、ヒータ部材３の移動に伴って導線４２が伸縮しない。従って、導線４２の劣化を防止できる。

実施例４によれば、反応室１１の小容積状態においては、ヒータ部材３の周縁部が前記ストッパー１４に当接すると共に前記バネ部材４０が当接前の状態よりも圧縮状態で当接するように構成されているので、ヒータ部材３は前記バネ部材４０の前記圧縮に基づく弾性力を受けて前記ストッパー１４に強く押し付けられる。これにより反応室１１の気密性を向上することができるようになっている。従って、ＡＬＤ成膜反応における原料ガスが反応室１１から漏れる量を低減することができる。すなわち、ＡＬＤ成膜反応における原料ガスの使用効率を上げることができる。

［実施例５］
図９は本発明に係る成膜装置の他の実施の形態でＡＬＤ成膜反応状態を示す縦断面図であり、図１０は同実施の形態でＣＶＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。本実施例では、ヒータ部材３用の導線４２は前記駆動台１７に固定された導線用フランジ４６を介して外部に導かれている。導線用フランジ４６と反応容器１との間は蛇腹管４７によって外部と区画され、前記導線４２は該蛇腹管４７内にある。導線用フランジ４６とヒータ部材３との距離は、反応容器１の反応室１１の小容積状態（図９）と大容積状態（図１０）で少し変わるため、その間の導線はコイル状に形成されて伸縮可能になっている。その他の構成は同様なので、同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。
実施例５により得られる作用効果は、実施例４とほぼ同様なので、その説明は省略する。

本発明は、反応容器の反応室内で原料ガスを反応させて基板上に薄膜を形成する成膜装置に係り、特にフラットパネルディスプレイ用のＴＦＴゲート絶縁膜あるいはＬＳＩのゲート絶縁膜を形成する成膜装置に利用可能である。

本発明に係る成膜装置の一実施の形態でＡＬＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。同実施の形態でＣＶＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。本発明に係る成膜装置の他の実施の形態でＡＬＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。同実施の形態でＣＶＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。本発明に係る成膜装置の他の実施の形態でＡＬＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。同実施の形態でＣＶＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。本発明に係る成膜装置の他の実施の形態でＡＬＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。同実施の形態でＣＶＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。本発明に係る成膜装置の他の実施の形態でＡＬＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。同実施の形態でＣＶＤ成膜反応状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１反応容器
２基板
３ヒータ部材
４ＡＬＤ成膜反応用ガス給気口
５ＡＬＤ成膜反応用ガス排気口
６ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口
７ＣＶＤ成膜反応用ガス排気口
８膜形成面
９シャワーヘッド
１０プラズマ発生部
１１反応室（１１ａ小容積状態の反応室、１１ｂ大容積状態の反応室）
１３移動手段
１４リング状ストッパー
２０制御部
４０バネ部材
４２導線
４５フランジ
４６導線用フランジ
４７蛇腹管

Claims

一つの反応容器の反応室内で原料ガスを反応させて基板上に薄膜を形成する成膜装置であって、
前記反応容器の反応室の容積が可変に構成され、
前記反応容器の反応室は、原料ガスが供給されて膜形成反応を行わせることが可能に構成され、
且つ該反応容器の反応室は排気可能に構成され、
同じ基板に対して該反応容器の反応室を小容積にして原子層気相成長（ＡＬＤ）反応による薄膜形成が行われ、該反応容器の反応室を大容積にしてプラズマＣＶＤ成膜反応または熱ＣＶＤ成膜反応による薄膜形成が行われるように構成されており、
前記基板を載置し、該基板を昇温すると共に移動可能に形成されたヒータ部材と、
反応容器内面に周設されたストッパーと、を備え、
反応容器の反応室の前記小容積状態は、前記ヒータ部材が移動してその周縁部が前記ストッパーに当接することによって構成され、反応容器の反応室の大容積状態はヒータ部材が前記ストッパーから離れる方向に移動することによって構成されることを特徴とする成膜装置。
一つの反応容器の反応室内で原料ガスを反応させて基板上に薄膜を形成する成膜装置であって、
前記反応容器の反応室の容積が可変に構成され、
前記反応容器の反応室は、原料ガスが供給されて膜形成反応を行わせることが可能に構成され、
且つ該反応容器の反応室は排気可能に構成され、
同じ基板に対して該反応容器の反応室を小容積にして原子層気相成長（ＡＬＤ）反応による薄膜形成が行われ、該反応容器の反応室を大容積にしてプラズマＣＶＤ成膜反応または熱ＣＶＤ成膜反応による薄膜形成が行われるように構成されており、
前記反応容器は、
前記基板を載置すると共に該基板を昇温するヒータ部材と、ＡＬＤ成膜反応用ガス給気口と、ＡＬＤ成膜反応用ガス排気口と、ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口と、ＣＶＤ成膜反応用ガス排気口と、前記ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口に連通し給気されたＣＶＤ成膜反応用ガスを前記基板の膜形成面全体に一様に行き渡らせるシャワーヘッドと、プラズマ発生部と、
更に、前記ヒータ部材は反応容器内で前記シャワーヘッドに接近離間する方向に移動可能に形成されておりその移動を司る移動手段と、反応容器内面に周設され前記移動手段によって前記ヒータ部材が前記シャワーヘッドに接近する方向に移動して該ヒータ部材の周縁部が当接するストッパーとを備え、
反応容器の反応室の前記小容積状態はヒータ部材が移動してその周縁部が前記ストッパーに当接することによって構成され、反応容器の反応室の大容積状態はヒータ部材が前記ストッパーから離れる方向に移動することによって構成されることを特徴とする成膜装置。
一つの反応容器の反応室内で原料ガスを反応させて基板上に薄膜を形成する成膜装置であって、
前記反応容器の反応室の容積が可変に構成され、
前記反応容器の反応室は、原料ガスが供給されて膜形成反応を行わせることが可能に構成され、
且つ該反応容器の反応室は排気可能に構成され、
同じ基板に対して該反応容器の反応室を小容積にして原子層気相成長（ＡＬＤ）反応による薄膜形成が行われ、該反応容器の反応室を大容積にしてプラズマＣＶＤ成膜反応または熱ＣＶＤ成膜反応による薄膜形成が行われるように構成されており、
前記反応容器は、
前記基板を載置すると共に該基板を昇温するヒータ部材と、ＡＬＤ成膜反応用ガス給気口と、ＡＬＤ成膜反応用ガス排気口と、ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口と、ＣＶＤ成膜反応用ガス排気口と、前記ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口に連通し給気されたＣＶＤ成膜反応用ガスを前記基板の膜形成面全体に一様に行き渡らせるシャワーヘッドと、該シャワーヘッドと一体のプラズマ発生部と、
更に、前記シャワーヘッド及びプラズマ発生部は反応容器内で前記ヒータ部材に接近離間する方向に移動可能に形成されておりその移動を司る移動手段と、反応容器内面に周設され前記移動手段によって前記シャワーヘッド及びプラズマ発生部が移動して該シャワーヘッドの周縁部が当接するストッパーとを備え、
反応容器の反応室の前記小容積状態はシャワーヘッド及びプラズマ発生部が移動して該シャワーヘッドの周縁部が前記ストッパーに当接することによって構成され、反応容器の反応室の大容積状態はシャワーヘッド及びプラズマ発生部が前記ストッパーから離れる方向に移動することによって構成されることを特徴とする成膜装置。
一つの反応容器の反応室内で原料ガスを反応させて基板上に薄膜を形成する成膜装置であって、
前記反応容器の反応室の容積が可変に構成され、
前記反応容器の反応室は、原料ガスが供給されて膜形成反応を行わせることが可能に構成され、
且つ該反応容器の反応室は排気可能に構成され、
同じ基板に対して該反応容器の反応室を小容積にして原子層気相成長（ＡＬＤ）反応による薄膜形成が行われ、該反応容器の反応室を大容積にしてプラズマＣＶＤ成膜反応または熱ＣＶＤ成膜反応による薄膜形成が行われるように構成されており、
前記反応容器は、
前記基板を載置すると共に該基板を昇温するヒータ部材と、ＡＬＤ成膜反応用ガス給気口と、ＡＬＤ成膜反応用ガス排気口と、ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口と、ＣＶＤ成膜反応用ガス排気口と、前記ＣＶＤ成膜反応用ガス給気口に連通し給気されたＣＶＤ成膜反応用ガスを前記基板の膜形成面全体に一様に行き渡らせるシャワーヘッドと、プラズマ発生部と、
更に、前記シャワーヘッド及びプラズマ発生部と前記ヒータ部材との間において反応室内に挿脱可能な隔壁部材と、反応容器内面に周設され前記隔壁部材が反応室内に挿入されて該隔壁部材の周縁部が当接するストッパーとを備え、
反応容器の反応室の前記小容積状態は隔壁部材が挿入されてその周縁部が前記ストッパーに当接することによって構成され、反応容器の反応室の大容積状態は隔壁部材が反応室から脱する方向に移動することによって構成されることを特徴とする成膜装置。
請求項１または２において、前記ヒータ部材はバネ部材を介して駆動台に支持され、反応容器の反応室の前記小容積状態は、前記駆動台によって前記ヒータ部材が移動してその周縁部が前記ストッパーに当接すると共に前記バネ部材が当接前の状態よりも圧縮状態で当接するように構成され、反応容器の反応室の大容積状態は、前記駆動台によってヒータ部材が前記ストッパーから離れる方向に移動することによって構成されることを特徴とする成膜装置。
請求項５において、前記バネ部材は皿ばねで構成されていることを特徴とする成膜装置。
請求項５または６において、前記ヒータ部材用の導線はヒータ支柱部内を通り前記バネ部材のバネ受け部を兼ねるフランジを介して外部に導かれていることを特徴とする成膜装置。
請求項５または６において、前記ヒータ部材用の導線は前記駆動台に固定された導線用フランジを介して外部に導かれ、前記導線用フランジと反応容器との間は蛇腹管によって外部と区画されていることを特徴とする成膜装置。
請求項１から８のいずれか１項において、前記ストッパーは、当接する相手部材とメタルタッチするよう構成され、小容積状態の反応室内の圧力は該メタルタッチ部分を介して隣り合う空間より僅かに高圧となるように設定されていることを特徴とする成膜装置。