JP4918109B2 - Atomic layer growth equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上に薄膜を形成する原子層成長（以下、省略してＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）ともいう）装置に関する。 The present invention relates to an atomic layer growth (hereinafter abbreviated as ALD (Atomic Layer Deposition)) apparatus for forming a thin film on a substrate.
ＡＬＤ法は、形成しようとする膜を構成する元素を主成分とする２種類のガスを成膜対象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ことを複数回繰り返して所望厚さの膜を形成する薄膜形成技術である。例えば、基板上にＳｉＯ2膜を形成する場合、Ｓｉを含む原料ガスとＯを含む酸化ガスが用いられる。また、基板上に窒化膜を形成する場合、酸化ガスの代わりに窒化ガスが用いられる。 In the ALD method, two types of gas mainly composed of elements constituting a film to be formed are alternately supplied onto a film formation target substrate, and a thin film is formed on the substrate in units of atomic layers repeatedly several times. This is a thin film forming technique for forming a film having a desired thickness. For example, when a SiO 2 film is formed on a substrate, a source gas containing Si and an oxidizing gas containing O are used. Further, when a nitride film is formed on the substrate, a nitriding gas is used instead of the oxidizing gas.
ＡＬＤ法では、原料ガスを供給している間に１層あるいは数層の原料ガス成分だけが基板表面に吸着され、余分な原料ガスは成長に寄与しない、いわゆる成長の自己停止作用（セルフリミット機能）を利用する。 In the ALD method, only one layer or several layers of source gas components are adsorbed on the substrate surface while the source gas is supplied, and the excess source gas does not contribute to growth, so-called self-stop action of growth (self-limit function) ).
ＡＬＤ法は、一般的なＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法と比較して高い段差被覆性と膜厚制御性を併せ持ち、メモリ素子のキャパシタや、「high-kゲート」と呼ばれる絶縁膜の形成への実用化が期待されている。また、４００℃以下の温度で絶縁膜が形成可能であるため、液晶ディスプレイなどのように、ガラス基板を用いる表示装置の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成への適用なども期待されている。 The ALD method has high step coverage and film thickness controllability compared to the general CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and is suitable for the formation of capacitors for memory elements and insulating films called “high-k gates”. Practical use is expected. In addition, since an insulating film can be formed at a temperature of 400 ° C. or lower, application to the formation of a gate insulating film of a thin film transistor of a display device using a glass substrate such as a liquid crystal display is also expected.
下記特許文献１には、基板上に薄膜を形成するＡＬＤ装置であって、少なくとも一種類の原料ガスを基板に吸着させる原料ガス吸着室と、少なくとも一種類の反応性ガスを基板に照射する反応性ガス照射室と、上記原料ガス吸着室と反応性ガス照射室との間で基板を入れ替える手段と、を有するＡＬＤ装置が記載されている。
当該装置は、ＡＬＤ法による真空成膜において、成膜室の頻繁なメンテナンスが不要で効率良く成膜しうる装置を提供することを課題として実現されたものである。
The following Patent Document 1 discloses an ALD apparatus for forming a thin film on a substrate, a source gas adsorption chamber that adsorbs at least one type of source gas to the substrate, and a reaction that irradiates the substrate with at least one type of reactive gas An ALD apparatus having a reactive gas irradiation chamber and means for replacing a substrate between the source gas adsorption chamber and the reactive gas irradiation chamber is described.
This apparatus is realized as an object to provide an apparatus capable of forming a film efficiently without requiring frequent maintenance of a film formation chamber in vacuum film formation by the ALD method.
上記特許文献１では、必要な工程毎に成膜室を分けたことにより、原料ガス吸着室、反応性ガス照射室のいずれにおいても、室内の壁面に成膜されることがなく、従来のような成膜室のメンテナンスが不要になり、成膜室を分けたことにより、反応性の高いラジカルを有効に使うことが可能となる、と記載されている。しかし、このような装置は、装置自体が大掛かりになり、コストは増大する。特に、一辺が２ｍを超える第８世代のガラス板等を、薄膜を形成する対象基板とした場合、設置面積および設備コストは大幅に増大する。 In the above-mentioned Patent Document 1, since the film forming chamber is divided for each necessary process, neither the source gas adsorption chamber nor the reactive gas irradiation chamber is deposited on the wall surface of the room, as in the prior art. It is described that the maintenance of the film forming chamber is no longer necessary, and that the highly reactive radical can be used effectively by separating the film forming chamber. However, such an apparatus becomes large and the cost increases. In particular, when an 8th generation glass plate having a side exceeding 2 m is used as a target substrate on which a thin film is formed, the installation area and the equipment cost are greatly increased.
一方、薄膜の形成を、１つの成膜室で行うことも可能であるが、成膜室の内壁面全体に薄膜が形成され、この薄膜が内壁面から剥離することによりパーティクルとなって薄膜に付着する場合もある。これにより薄膜形成の歩留まりに影響を与える。さらに、成膜室の内壁面全体に薄膜が形成されるので、装置クリーニング等のメンテナンスが増大する。クリーニングのために、成膜室内で生成したプラズマを用いてドライエッチングによりクリーニングすることも可能であるが、内壁面をきれいにクリーニングすることは難しい。特に、一辺が２ｍを超える第８世代のガラス板等を対象基板とする大型の装置では、成膜室の内壁面は広いため、内壁面全体をクリーニングすることは困難である。 On the other hand, although it is possible to form a thin film in one film forming chamber, a thin film is formed on the entire inner wall surface of the film forming chamber, and the thin film is peeled off from the inner wall surface to become particles and turn into thin film It may adhere. This affects the yield of thin film formation. Further, since a thin film is formed on the entire inner wall surface of the film forming chamber, maintenance such as apparatus cleaning is increased. For the cleaning, it is possible to clean by dry etching using plasma generated in the film formation chamber, but it is difficult to clean the inner wall surface. In particular, in a large apparatus using an eighth generation glass plate or the like whose side is longer than 2 m as a target substrate, it is difficult to clean the entire inner wall surface because the inner wall surface of the film forming chamber is wide.
そこで、本発明は、上記問題点を解消するために、従来のように薄膜が基板以外の広範囲な領域に形成されず、したがって容易にクリーニングすることのできるメンテナンスの容易な原子層成長装置を提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides an easy-to-maintain atomic layer growth apparatus in which a thin film is not formed in a wide area other than a substrate as in the prior art, and thus can be easily cleaned. The purpose is to do.
上記目的は、基板上に薄膜を形成する以下の原子層成長装置により達成することができる。すなわち、原子層成長装置は、
（Ａ）所定の圧力を維持する第１の内部空間を形成する成膜容器と、
（Ｂ）前記第１の内部空間内に設けられ、設定された圧力を維持する、前記第１の内部空間と隔てられた第２の内部空間を形成する筒形状の容器であって、この筒形状の内側の空間を筒形状の長手方向に沿って第１の層の空間と第２の層の空間とに区分けして形成するための仕切板が設けられたリアクタ容器と、
（Ｃ）前記第１の内部空間内に設けられ、前記第１の層の空間に沿うように前記リアクタ容器の筒形状の長手方向に沿って隣接して設けられたヒータと、
（Ｄ）前記筒形状の一方の端から他方の端に向けて前記筒形状の長手方向に沿って、原料ガスを前記第１層の空間内に供給して流す原料ガス供給ヘッドと、
（Ｅ）前記筒形状の他方の端で原料ガスの流れを折り返して前記第２の層の空間中を前記筒形状の長手方向に沿って前記他方の端から前記一方の端に向けて流れるように原料ガスを吸引する、前記一方の端の側に設けられたガス排気部と、を有する。
（Ｆ）そのとき、前記リアクタ容器内に基板を載置することにより、前記第１の層と前記第２の層が分離される。
The above object can be achieved by the following atomic layer growth apparatus for forming a thin film on a substrate. That is, the atomic layer growth apparatus
(A) a film forming container that forms a first internal space that maintains a predetermined pressure;
(B) A cylindrical container which is provided in the first internal space and forms a second internal space separated from the first internal space, which maintains a set pressure. A reactor vessel provided with a partition plate for dividing the inner space of the shape into a space of the first layer and a space of the second layer along the longitudinal direction of the cylindrical shape;
(C) a heater provided in the first internal space and provided adjacent to the longitudinal direction of the cylindrical shape of the reactor vessel so as to follow the space of the first layer;
(D) a source gas supply head that supplies and flows source gas into the space of the first layer along the longitudinal direction of the cylindrical shape from one end of the cylindrical shape toward the other end;
(E) The flow of the source gas is folded at the other end of the cylindrical shape so as to flow in the space of the second layer from the other end toward the one end along the longitudinal direction of the cylindrical shape. And a gas exhaust part provided on the one end side for sucking the source gas.
(F) At that time, the first layer and the second layer are separated by placing the substrate in the reactor vessel.
その際、前記リアクタ容器の前記他方の端には、基板の搬入及び搬出を行う開口を有し、前記成膜容器は、前記リアクタ容器の前記開口に隣接して設けられた、前記開口から前記第１の内部空間に繋がる第１の開閉ドアを備える第１の部材を有し、原料ガス導入時、前記第１の開閉ドアが閉じることにより、前記第２の内部空間は、前記第１の内部空間に対して閉塞されることが好ましい。 At that time, the other end of the reactor container has an opening for carrying in and out the substrate, and the film forming container is provided adjacent to the opening of the reactor container from the opening. A first member having a first open / close door connected to the first internal space, and when the source gas is introduced, the first open / close door is closed, whereby the second internal space is It is preferable that the inner space is closed.
また、前記リアクタ容器の前記他方の端の前記開口の位置から、前記リアクタ容器の筒形状の長手方向に延長した前記成膜容器の壁の部分には、基板の搬入及び搬出を行う貫通孔が設けられ、この貫通孔に隣接して設けられた、前記成膜容器の外部に繋がる第２の開閉ドアを備える第２の部材を有し、
原料ガス導入時、前記第２の開閉ドアが閉じることにより、前記第１の内部空間は、前記成膜容器の外部の空間に対して閉塞されることが好ましい。
Also, a through-hole for carrying in and out the substrate is formed in the wall portion of the film-forming vessel extending in the longitudinal direction of the cylindrical shape of the reactor vessel from the position of the opening at the other end of the reactor vessel. A second member including a second opening / closing door provided adjacent to the through hole and connected to the outside of the film formation container;
When the source gas is introduced, the first internal space is preferably closed with respect to the space outside the film formation container by closing the second opening / closing door.
また、前記リアクタ容器の前記仕切板の前記他方の端の側には、基板を搬入及び搬出する搬送台車の基板載置先端のフォーク部に対応して切欠部が設けられていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a notch portion is provided on the other end side of the partition plate of the reactor container corresponding to a fork portion at a tip of the substrate placement of the transport carriage for carrying in and out the substrate.
さらに、前記成膜容器は、前記成膜容器の底部を含む下側部分と、この下側部分以外の上側部分とに分離可能に構成され、前記リアクタ容器は、前記成膜容器の底部から延びる支持機構を用いて前記第１の内部空間内に支持され、前記成膜容器の底部は、前記成膜容器の前記上側部分に対して分離可能に上下方向に移動し、前記成膜容器の底部は下降して前記上側部分から分離することにより、前記リアクタ容器は前記成膜容器内から取り外されるように構成されていることが好ましい。 Furthermore, the film formation container is configured to be separable into a lower part including the bottom of the film formation container and an upper part other than the lower part, and the reactor container extends from the bottom of the film formation container. The film is supported in the first internal space using a support mechanism, and the bottom of the film formation container moves up and down in a separable manner with respect to the upper part of the film formation container. It is preferable that the reactor vessel is configured to be removed from the film forming vessel by being lowered and separated from the upper portion.
その際、前記成膜容器は、前記成膜容器の底部から前記第１の内部空間内を延びる立設部材を有し、前記リアクタ容器の前記他方の端は、前記立設部材を基準として位置決めされ、前記成膜容器の側壁から前記第１の内部空間内を延びる固定部材が、前記一方の端から前記他方の端に向けて押さえることにより、前記リアクタ容器を前記成膜容器内の所定位置に固定することが好ましい。 In that case, the film-forming container has a standing member extending from the bottom of the film-forming container into the first internal space, and the other end of the reactor container is positioned with reference to the standing member. And a fixing member extending from the side wall of the film formation container into the first internal space presses the one end toward the other end, so that the reactor container is placed at a predetermined position in the film formation container. It is preferable to fix to.
上述の原子層成長装置では、成膜容器内の第１の内部空間に設けられたリアクタ容器内で、基板に薄膜を形成するので、従来のように薄膜が基板以外の広範囲な領域に形成されず、したがって容易にクリーニングすることができる。特に、リアクタ容器内の第２の内部空間を第１の層の空間及び第２の層の空間に区分けして原料ガスを流すので、少ないガス供給量で均一な薄膜を形成することができるとともに、単位時間の成膜速度を向上することができ、ガス供給量を低減することができる。 In the above-described atomic layer growth apparatus, a thin film is formed on the substrate in the reactor vessel provided in the first internal space in the film forming vessel, so that the thin film is formed in a wide area other than the substrate as in the prior art. Therefore, it can be easily cleaned. In particular, the second internal space in the reactor vessel is divided into a first layer space and a second layer space to flow the source gas, so that a uniform thin film can be formed with a small gas supply amount. The film formation rate per unit time can be improved, and the gas supply amount can be reduced.
以下、本発明の原子層成長装置について詳細に説明する。
図１は、基板Ｓ上に薄膜を形成する原子層成長装置（以降、ＡＬＤ装置という）１０の概略の装置構成を示す断面図である。
原子層成長装置１０は、ＴＭＡ（Tri-Methyl-Aluminium）等の原料ガスと、オゾンＯ3等の原料ガスを交互に供給して、原子単位で積層して薄膜を形成する装置である。
Hereinafter, the atomic layer growth apparatus of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic apparatus configuration of an atomic layer growth apparatus (hereinafter referred to as an ALD apparatus) 10 for forming a thin film on a substrate S.
The atomic layer growth apparatus 10 is an apparatus that forms a thin film by alternately supplying a source gas such as TMA (Tri-Methyl-Aluminium) and a source gas such as ozone O 3 and stacking them in units of atoms.
ＡＬＤ装置１０は、主に、成膜容器１２と、リアクタ容器１４と、ヒータ１６ａ，１６ｂと、原料ガス供給ヘッド２０と、を有する。成膜容器１２は、第１の内部空間２２を形成する外側容器であり、リアクタ容器１４は、第１の内部空間２２内に、第２の内部空間１５を形成する内側容器である。リアクタ容器１４は、第２の内部空間１５が一定の断面を持って一方向に延びた筒形状を成している。
成膜容器１２はＳＵＳ等の金属材料で構成されている。成膜容器１２の上壁には、Ｎ2ガス（あるいは不活性ガス）を導入するガス導入孔が設けられ、図示されないガス供給部に接続されている。また、成膜容器１２の上壁には、排気部２４に接続される排気口２４ａが設けられ、導入されたＮ2ガスの雰囲気を所定の圧力で維持するように構成されている。このように、第１の内部空間２２内で、Ｎ2ガスの雰囲気を維持するのは、後述するリアクタ容器１４の第２の内部空間１５から原料ガスが漏れても成膜容器１２の内壁面に原料ガスの成分が吸着し難いようにするためである。
The ALD apparatus 10 mainly includes a film forming container 12, a reactor container 14, heaters 16a and 16b, and a source gas supply head 20. The film forming container 12 is an outer container that forms the first inner space 22, and the reactor container 14 is an inner container that forms the second inner space 15 in the first inner space 22. The reactor vessel 14 has a cylindrical shape in which the second internal space 15 has a constant cross section and extends in one direction.
The film forming container 12 is made of a metal material such as SUS. A gas introduction hole for introducing N 2 gas (or inert gas) is provided on the upper wall of the film forming container 12 and is connected to a gas supply unit (not shown). Further, an exhaust port 24a connected to the exhaust unit 24 is provided on the upper wall of the film forming container 12, and is configured to maintain the atmosphere of the introduced N 2 gas at a predetermined pressure. As described above, the N 2 gas atmosphere is maintained in the first internal space 22 even if the source gas leaks from the second internal space 15 of the reactor vessel 14 described later. This is because the component of the source gas is difficult to be adsorbed.
成膜容器１２の図中左側の側壁には、貫通孔２５が設けられている。貫通孔２５には、排気部２６と接続する排気管が貫通している。この排気管は、後述するリアクタ容器１４と接続される。この排気管の内表面には、防着板２７が設けられている。一方、成膜容器１２の図中右側の側壁には、貫通孔２８が設けられている。この貫通孔２８は、側壁部材（第２の部材）３０のシャッタ（第２の開閉ドア）３０ａを備える孔３０ｂと対向する位置に設けられ、基板Ｓの搬入および搬出に用いられる。 A through hole 25 is provided in the left side wall of the film forming container 12 in the drawing. An exhaust pipe connected to the exhaust part 26 passes through the through hole 25. This exhaust pipe is connected to a reactor vessel 14 described later. An adhesion preventing plate 27 is provided on the inner surface of the exhaust pipe. On the other hand, a through hole 28 is provided in the right side wall of the film formation container 12 in the drawing. The through hole 28 is provided at a position facing the hole 30 b provided with the shutter (second opening / closing door) 30 a of the side wall member (second member) 30, and is used for loading and unloading the substrate S.
成膜容器１２の左側の側壁内面には、この側壁からの第１の内部空間２２内に位置するリアクタ容器１４に向けて水平方向に延びる固定部材３２が設けられている。固定部材３２は、図中左側から順番に、角型ベローズ３２ａ、固定部本体３２ｂ、Ｏリング３２ｅ、ヘッド取付部材３２ｃ、Ｏリング３２ｆ、スペーサ３２ｄ、Ｏリング３２ｇが配置されている。固定部材３２は、図示されないエアシリンダを用いて、図中左方向から右方向にリアクタ容器１４を押さえて、リアクタ容器１４を第１の内部空間２２内で所定位置に固定するように構成されている。 A fixing member 32 extending in the horizontal direction is provided on the inner surface of the left side wall of the film forming container 12 toward the reactor container 14 located in the first internal space 22 from the side wall. In the fixing member 32, a rectangular bellows 32a, a fixing portion main body 32b, an O-ring 32e, a head mounting member 32c, an O-ring 32f, a spacer 32d, and an O-ring 32g are arranged in order from the left side in the drawing. The fixing member 32 is configured to hold the reactor vessel 14 at a predetermined position in the first internal space 22 by pressing the reactor vessel 14 from the left direction to the right direction in the drawing using an air cylinder (not shown). Yes.
成膜容器１２の底部１２ａの、図中右側側壁近傍には、底部１２ａから第１の内部空間２２内に立設部材３４が立設し、スペーサ３６を挟んでリアクタ容器１４の端を位置決めしている。リアクタ容器１４と立設部材３４との間には、Ｏリング３６ａ、スペーサ３６、Ｏリング３６ｂが順番に配置されている。立設部材３４の、リアクタ容器１４の開口と対応する位置には、ドア弁（第１の開閉ドア）３４ａを有する部材（第１の部材）が立設部材３４の一部として設けられている。この部材のドア弁３４ａが閉じられた状態では、第１の内部空間２２とリアクタ容器１４内の第２の内部空間１５とが隔離されている。ドア弁３４ａは、基板Ｓの搬入、搬出の際、シャッタ３０ａと連動して開放され、基板Ｓは、孔３０ｂ、貫通孔２８を通り、リアクタ容器１４内の第２の内部空間１５に搬入されて載置され、また第２の内部空間から基板Ｓが搬出される。また、原料ガスをリアクタ容器１４内に供給するとき、ドア弁３４ａは閉じられ、第２の内部空間１５は第２の内部空間２２に対して閉塞される。
このように、リアクタ容器１４の一方の端は、成膜容器１２の底部１２ａから第１の内部空間２２内を延びて立設する立設部材３４を基準として位置決めされ、成膜容器１２の側壁から第１の内部空間２２内を延びる固定部材３２が、他方の端から一方の端に向けて押さえることにより、リアクタ容器１４は成膜容器１２内の所定位置に位置決めされて固定される。
さらに、リアクタ容器１４の、スペーサ３６が設けられる側（図中右側）の端の開口の位置から、リアクタ容器１４の筒形状の長手方向に延長した成膜容器１２の側壁の部分には、上述したように、基板Ｓの搬入及び搬出を行う貫通孔２８が設けられている。この貫通孔２８に隣接して、成膜容器１２の外部に繋がるシャッタ３０ａが位置している。したがって、基板Ｓを搬入、搬出するとき、シャッタ３０ａ，３４ａが同時に開放されて、リアクタ容器１４内に基板Ｓを搬入し、あるいはリアクタ容器１４内から基板Ｓを搬出することができる。また、原料ガス導入時、シャッタ３０ａ，３４ａが同時に閉ざされて、第１の内部空間２２が第２の内部空間１５に対して閉塞され、さらに、第１の内部空間２２は、成膜容器１２の外部に対して閉塞されて、所定の圧力に維持される。
A standing member 34 is erected in the first internal space 22 from the bottom 12a in the vicinity of the right side wall in the figure of the bottom 12a of the film forming container 12, and the end of the reactor container 14 is positioned with the spacer 36 interposed therebetween. ing. Between the reactor vessel 14 and the standing member 34, an O-ring 36a, a spacer 36, and an O-ring 36b are arranged in order. A member (first member) having a door valve (first opening / closing door) 34 a is provided as a part of the standing member 34 at a position corresponding to the opening of the reactor vessel 14 of the standing member 34. . In a state where the door valve 34a of this member is closed, the first internal space 22 and the second internal space 15 in the reactor vessel 14 are isolated. The door valve 34a is opened in conjunction with the shutter 30a when the substrate S is loaded and unloaded, and the substrate S passes through the hole 30b and the through hole 28 and is loaded into the second internal space 15 in the reactor vessel 14. The substrate S is unloaded from the second internal space. Further, when the source gas is supplied into the reactor vessel 14, the door valve 34 a is closed, and the second internal space 15 is closed with respect to the second internal space 22.
As described above, one end of the reactor container 14 is positioned with reference to the standing member 34 that extends from the bottom 12 a of the film forming container 12 and extends in the first internal space 22, and the side wall of the film forming container 12. The reactor member 14 is positioned and fixed at a predetermined position in the film forming container 12 by the fixing member 32 extending from the other end toward the one end from the other end.
Further, the portion of the side wall of the deposition vessel 12 extending in the longitudinal direction of the cylindrical shape of the reactor vessel 14 from the position of the opening at the end of the reactor vessel 14 on the side where the spacer 36 is provided (right side in the drawing) As described above, the through hole 28 for carrying in and out the substrate S is provided. A shutter 30 a connected to the outside of the film forming container 12 is located adjacent to the through hole 28. Therefore, when the substrate S is loaded and unloaded, the shutters 30 a and 34 a are simultaneously opened, and the substrate S can be loaded into the reactor vessel 14 or the substrate S can be unloaded from the reactor vessel 14. In addition, when the source gas is introduced, the shutters 30 a and 34 a are simultaneously closed, the first internal space 22 is closed with respect to the second internal space 15, and the first internal space 22 is further formed in the film formation container 12. The outside is closed and maintained at a predetermined pressure.
図中、第１の内部空間２２内のリアクタ容器１４の上方には、リアクタ容器１４に隣接してヒータ１６ａが設けられている。ヒータ１６ａは、リアクタ容器１４を通して第２の内部空間１５の後述する第１の層の空間１５ａに供給される原料ガスを加熱する。ヒータ１６ａの配線等は、成膜容器１２の上部に設けられた貫通孔４０を通して外部に引き出され図示されない電源に接続されている。 In the figure, a heater 16 a is provided adjacent to the reactor vessel 14 above the reactor vessel 14 in the first internal space 22. The heater 16 a heats the raw material gas supplied to the first layer space 15 a (described later) of the second internal space 15 through the reactor vessel 14. The wiring and the like of the heater 16a are drawn to the outside through a through hole 40 provided in the upper part of the film forming container 12 and connected to a power source (not shown).
図中、第１の内部空間２２内のリアクタ容器１４の下方には、リアクタ容器１４に隣接してヒータ１６ｂが設けられている。ヒータ１６ｂは、リアクタ容器１４を通して第２の内部空間１５に載置される基板Ｓを加熱する。ヒータ１６ｂの配線等は、成膜容器１２の図示されない貫通孔を通して外部に引き出され図示されない電源に接続されている。 In the figure, a heater 16 b is provided adjacent to the reactor vessel 14 below the reactor vessel 14 in the first internal space 22. The heater 16 b heats the substrate S placed in the second internal space 15 through the reactor vessel 14. The wiring of the heater 16b is drawn to the outside through a through hole (not shown) of the film forming container 12 and connected to a power source (not shown).
ヒータ１６ｂの図中下方には、成膜容器１２の底部１２ａから延びる支持機構４２が設けられ、リアクタ容器１４はヒータ１６ｂを介して第１の内部空間２２内の所定の高さに水平に配置されている。成膜容器１２の底部１２ａは、成膜容器１２の上側部分に対して、図示されない油圧シリンダ等の移動機構を介して分離可能に上下方向に移動する。図１は、底部１２ａが上昇した状態を示している。底部１２ａは、成膜容器１２の上側部分に対して、Ｏリング４４を境にして下降する。本実施形態では、底部１２ａのみが上側部分に分離可能に構成されている。しかし、底部１２ａを含む下側部分が、上側部分に分離して、成膜容器１２の内部にあるリアクタ容器１４を取り出すことができる限りにおいては、分離位置は特に制限されない。 A support mechanism 42 extending from the bottom 12a of the film forming container 12 is provided below the heater 16b in the figure, and the reactor container 14 is horizontally disposed at a predetermined height in the first internal space 22 via the heater 16b. Has been. The bottom portion 12a of the film forming container 12 moves up and down in a separable manner with respect to the upper portion of the film forming container 12 via a moving mechanism such as a hydraulic cylinder (not shown). FIG. 1 shows a state where the bottom 12a is raised. The bottom portion 12a descends with respect to the upper portion of the film formation container 12 with the O-ring 44 as a boundary. In the present embodiment, only the bottom portion 12a is configured to be separable into the upper portion. However, the separation position is not particularly limited as long as the lower portion including the bottom portion 12a is separated into the upper portion and the reactor vessel 14 in the film forming vessel 12 can be taken out.
リアクタ容器１４は、第１の内部空間２２内に設けられ、設定された圧力を維持する第２の内部空間１５を形成する。第２の内部空間１５は、シャッタ３４ａが閉じたとき第１の内部空間１２と隔離される。
リアクタ容器１４は、両端に開口を有する筒形状を成し、第１の内部空間２２内に水平に位置するように、支持機構４２により支持されている。リアクタ容器１４の筒形状の内側の空間には、仕切板１５ｃが設けられている。この仕切板１５ｃに基板Ｓを載置ことにより、第２の内部空間１５は、リアクタ容器１４の筒形状の長手方向に沿った第１の層の空間１５ａと第２の層の空間１５ｂとに分離されている。
The reactor vessel 14 is provided in the first internal space 22 and forms a second internal space 15 that maintains a set pressure. The second internal space 15 is isolated from the first internal space 12 when the shutter 34a is closed.
The reactor vessel 14 has a cylindrical shape having openings at both ends, and is supported by a support mechanism 42 so as to be positioned horizontally in the first internal space 22. A partition plate 15 c is provided in the cylindrical inner space of the reactor vessel 14. By placing the substrate S on this partition plate 15c, the second internal space 15 is divided into a first layer space 15a and a second layer space 15b along the longitudinal direction of the cylindrical shape of the reactor vessel 14. It is separated.
リアクタ容器１４は、安定した材質の点から石英が好適に用いられる。また、基板Ｓをガラス基板とした場合、材料自体が略同じであるため、基板Ｓに異なる成分が付着する心配もない。
リアクタ容器１４内の第２の内部空間１５には、図中上側から順番に、第１の層の空間１５ａ、仕切板１５ｃ、第２の層の空間１５ｂ、および温度モニタ４６が設けられている。基板Ｓは仕切板１５ｃ上に載置される。
温度モニタ４６は、基板Ｓの温度を監視する熱電対で構成されている。モニタの信号は図示されない信号線を介して、成膜容器１４の外側に設けられたモニタ制御部に供給され、ヒータ１６ｂの制御を行う。
Quartz is preferably used for the reactor vessel 14 in terms of a stable material. Further, when the substrate S is a glass substrate, since the materials themselves are substantially the same, there is no concern that different components adhere to the substrate S.
In the second internal space 15 in the reactor vessel 14, a first layer space 15a, a partition plate 15c, a second layer space 15b, and a temperature monitor 46 are provided in order from the upper side in the figure. . The substrate S is placed on the partition plate 15c.
The temperature monitor 46 is composed of a thermocouple that monitors the temperature of the substrate S. A monitor signal is supplied to a monitor control unit provided outside the film forming container 14 via a signal line (not shown) to control the heater 16b.
仕切板１５ｃの、スペーサ３６が用いられる側の端には、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、基板Ｓを搬入及び搬出する搬送台車の基板載置先端のフォーク部１５ｄに対応して櫛歯状の切欠部１５ｅ，１５ｆが設けられている。すなわち、基板Ｓを仕切板１５ｃ上に載せるとき搬送台車１５ｄが確実に基板Ｓをリアクタ容器１４の内部に載置できるように、あるいは基板Ｓを仕切板１５ｃから搬出するとき、搬送台車１５ｄが基板Ｓを仕切板１５ｃから確実に取り出せるように、仕切板１５ｃの端が切り欠かれている。なお、図２（ａ），（ｂ）中の矢印は、基板Ｓの搬入方向である。 At the end of the partition plate 15c on the side where the spacer 36 is used, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), a fork portion 15d at the tip of the substrate placement of the transport carriage for carrying in and out the substrate S is provided. Correspondingly, comb-shaped notches 15e and 15f are provided. That is, when the substrate S is placed on the partition plate 15c, the transport carriage 15d can reliably place the substrate S inside the reactor vessel 14, or when the substrate S is unloaded from the partition plate 15c, the transport carriage 15d is The end of the partition plate 15c is cut away so that S can be reliably removed from the partition plate 15c. Note that the arrows in FIGS. 2A and 2B indicate the loading direction of the substrate S.
リアクタ容器１４の、固定部材３２が設けられる側（図１中の左側）の外側には、原料ガス供給ヘッド２０が設けられている。原料ガス供給ヘッド２０は、ヘッド取付部材３２ｃに取り付けられている。原料ガス供給ヘッド２０は、図３に示すように、原料ガスを放出する微小の孔を多数有するヘッド部２０ａと、ヘッド部２０ａに原料ガスを供給するガス供給管２０ｂとを有する。ガス供給管２０ｂは、成膜容器１２の外側に引き出されて、図示されないガス供給部に接続される。
ヘッド部２０ａは、第１の層の空間１５ａに原料ガスが流れるように、ヘッド部２０ａの高さと幅が定められている。原料ガスは、ＴＭＡ等の有機金属等のガスであり、基板に付着した有機金属の成分を酸化するＯ3等の酸化ガスを含む。また、原料ガス供給ヘッド２０は、原料ガスの置換を効率よく行うために、原料ガスの他に、Ｎ2ガス等のパージガスを流す。
A source gas supply head 20 is provided outside the reactor vessel 14 on the side where the fixing member 32 is provided (left side in FIG. 1). The source gas supply head 20 is attached to the head attachment member 32c. As shown in FIG. 3, the source gas supply head 20 includes a head portion 20a having a large number of minute holes for discharging the source gas, and a gas supply pipe 20b for supplying the source gas to the head portion 20a. The gas supply pipe 20b is pulled out to the outside of the film forming container 12, and is connected to a gas supply unit (not shown).
In the head portion 20a, the height and width of the head portion 20a are determined so that the source gas flows into the space 15a of the first layer. The source gas is a gas such as an organic metal such as TMA, and includes an oxidizing gas such as O 3 that oxidizes an organic metal component attached to the substrate. Further, the source gas supply head 20 flows a purge gas such as N 2 gas in addition to the source gas in order to efficiently replace the source gas.
また、上述したように、リアクタ容器１４に連通する排気部２６が原料ガス供給ヘッド２０の成膜容器１２の外側に設けられているので、原料ガスの排気のために、さらに第２の内部空間の圧力を維持するために、原料ガス等の吸引を行うと、スペーサ３６が設けられた側のリアクタ容器１４の端で原料ガスの流れは折り返されて、第１の層の下に設けられた第２の層の空間１５ｂ中を筒形状の長手方向に沿って、図１中の右側から左側に向けて流れる。 Further, as described above, since the exhaust part 26 communicating with the reactor container 14 is provided outside the film forming container 12 of the source gas supply head 20, the second internal space is further provided for exhausting the source gas. When the raw material gas or the like is sucked in order to maintain the pressure, the flow of the raw material gas is folded at the end of the reactor vessel 14 on the side where the spacer 36 is provided, and is provided below the first layer. It flows from the right side to the left side in FIG. 1 along the cylindrical longitudinal direction in the space 15b of the second layer.
原料ガスは、第１の層の空間１５ａを通過するとき、基板Ｓ上を通過するので、原料ガス、例えばＴＭＡ等は基板Ｓに吸着される。また、加熱状態にあり活性化された酸化ガス等は、基板Ｓに吸着された原料ガスの成分を酸化することができる。原料ガスを流す領域は、ヒータ等が位置する第１の内部空間２２より狭い、リアクタ容器１４内の第２の内部空間１５の領域であり、基板Ｓ以外にリアクタ容器１４の内壁面にしか薄膜が形成されない。つまり、ＡＬＤ装置１０では、従来のように広範囲の領域に薄膜が形成されることはない。したがって容易にリアクタ容器１４を取り出すことにより容易にクリーニングすることができ、ＡＬＤ装置１０のメンテナンスが可能となる。
また、ＡＬＤ装置１０は、リアクタ容器１４内の第２の内部空間１５を第１の層の空間１５ａ及び第２の層の空間１５ｂに区分けして原料ガスを流すので、少ないガス供給量で均一な薄膜を形成することができるとともに、単位時間の成膜速度を向上させることができ、ガス供給量を低減することができる。
さらに、リアクタ容器１４の一方の端から原料ガスを供給し、さらにこの一方の端から余分な原料ガスを排気するので、リアクタ容器１４の他方の端の開口から基板Ｓの搬入、搬出を行う場合、リアクタ容器１４の薄膜が付着した内壁面を通過するパスが短くなり、基板Ｓ上にパーティクル等が落下し付着する可能性は小さくなる。
Since the source gas passes over the substrate S when passing through the space 15a of the first layer, the source gas, such as TMA, is adsorbed on the substrate S. In addition, the activated oxidizing gas or the like in the heated state can oxidize components of the source gas adsorbed on the substrate S. The region through which the source gas flows is a region of the second internal space 15 in the reactor vessel 14 that is narrower than the first internal space 22 where the heater or the like is located, and the thin film is formed only on the inner wall surface of the reactor vessel 14 in addition to the substrate S. Is not formed. That is, in the ALD apparatus 10, a thin film is not formed in a wide area as in the prior art. Therefore, the reactor vessel 14 can be easily removed and easily cleaned, and the ALD apparatus 10 can be maintained.
In addition, the ALD apparatus 10 divides the second internal space 15 in the reactor vessel 14 into a first layer space 15a and a second layer space 15b and allows the source gas to flow, so the gas supply amount is uniform. A thin film can be formed, the deposition rate per unit time can be improved, and the amount of gas supply can be reduced.
Furthermore, since the source gas is supplied from one end of the reactor vessel 14 and the extra source gas is exhausted from this one end, the substrate S is carried in and out from the opening at the other end of the reactor vessel 14. The path passing through the inner wall surface to which the thin film of the reactor vessel 14 is attached becomes shorter, and the possibility that particles or the like fall on the substrate S and adhere thereto becomes smaller.
このようなＡＬＤ装置１０は、リアクタ容器１４のクリーニングを行う場合、底部１２ａが図示されない油圧シリンダ等の移動機構を介して下側に移動して、成膜容器１２の上側部分から分離される。このとき、固定部材３２によるリアクタ容器１４に対する押さえは除去される。これによりリアクタ容器１４の固定は解除され、底部１２ａに載っているリアクタ容器１４は、ヒータ１６ｂとともに下方に移動する。 In such an ALD apparatus 10, when the reactor container 14 is cleaned, the bottom 12 a moves downward via a moving mechanism such as a hydraulic cylinder (not shown) and is separated from the upper part of the film forming container 12. At this time, the press against the reactor vessel 14 by the fixing member 32 is removed. Thereby, the fixation of the reactor vessel 14 is released, and the reactor vessel 14 placed on the bottom 12a moves downward together with the heater 16b.
図４は、リアクタ容器１４の底部１２ａが下降した状態を示している。下降したリアクタ容器１４は、ヒータ１６ｂから取り外される。このように、成膜容器１２内に設けたリアクタ容器１４を容易にとりだすことができるので、リアクタ容器１４のクリーニングを容易に行うことができる。クリーニングは、例えばウェットエッチング等を行う。 FIG. 4 shows a state where the bottom 12a of the reactor vessel 14 is lowered. The lowered reactor vessel 14 is removed from the heater 16b. Thus, the reactor container 14 provided in the film forming container 12 can be easily taken out, so that the reactor container 14 can be easily cleaned. For cleaning, for example, wet etching or the like is performed.
なお、第１の内部空間２２を減圧するのは、リアクタ容器１４の第２の内部空間１５との圧力差を小さくしてリアクタ容器１４を薄板で構成しても圧力差によるリアクタ容器１４の破損を防ぐためである。 Note that the first internal space 22 is decompressed because the reactor vessel 14 is damaged by the pressure difference even if the reactor vessel 14 is formed of a thin plate by reducing the pressure difference between the reactor vessel 14 and the second internal space 15. Is to prevent.
以上、本発明の原子層成長装置について詳細に説明したが、本発明の原子層成長装置は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 As described above, the atomic layer growth apparatus of the present invention has been described in detail. However, the atomic layer growth apparatus of the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course it is also good.
１０ 原子層成長装置
１２ 成膜容器
１４ リアクタ容器
１５ 第２の内部空間
１５ａ 第１の層の空間
１５ｂ 第２の層の空間
１５ｃ 仕切板
１５ｄ フォーク部
１５ｅ，１５ｆ 切欠部
１６ａ，１６ｂ ヒータ
２０ 原料ガス供給ヘッド
２０ａ ヘッド部
２０ｂ ガス供給管
２２ 第１の内部空間
２４ 排気部
２４ａ 排気口
２５，２８，４０ 貫通孔
２６ 排気口
２７ 防着板
３０ 側壁部材
３０ａ シャッタ
３０ｂ 孔
３２ 固定部材
３２ａ 角型ベローズ
３２ｂ 固定部本体
３２ｃ ヘッド取付部材
３２ｄ，３６ スペーサ
３２ｅ，３２ｆ，３２ｇ，４４ Ｏリング
３２ｈ フィルタ部
３４ 立設部材
３４ａ ドア弁
４２ 支持機構
４６ 温度モニタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Atomic layer growth apparatus 12 Film formation container 14 Reactor container 15 2nd internal space 15a 1st layer space 15b 2nd layer space 15c Partition plate 15d Fork part 15e, 15f Notch part 16a, 16b Heater 20 Source gas Supply head 20a Head portion 20b Gas supply pipe 22 First internal space 24 Exhaust portion 24a Exhaust port 25, 28, 40 Through hole 26 Exhaust port 27 Prevention plate 30 Side wall member 30a Shutter 30b Hole 32 Fixing member 32a Square bellows 32b Fixed portion main body 32c Head mounting members 32d, 36 Spacers 32e, 32f, 32g, 44 O-ring 32h Filter portion 34 Standing member 34a Door valve 42 Support mechanism 46 Temperature monitor
Claims (6)
所定の圧力を維持する第１の内部空間を形成する成膜容器と、
前記第１の内部空間内に設けられ、設定された圧力を維持する、前記第１の内部空間と隔てられた第２の内部空間を形成する筒形状の容器であって、この筒形状の内側の空間を筒形状の長手方向に沿って第１の層の空間と第２の層の空間とに区分けして形成するための仕切板が設けられたリアクタ容器と、
前記第１の内部空間内に設けられ、前記第１の層の空間に沿うように前記リアクタ容器の筒形状の長手方向に沿って隣接して設けられたヒータと、
前記筒形状の一方の端から他方の端に向けて前記筒形状の長手方向に沿って、原料ガスを前記第１層の空間内に供給して流す原料ガス供給ヘッドと、
前記筒形状の他方の端で原料ガスの流れを折り返して前記第２の層の空間中を前記筒形状の長手方向に沿って前記他方の端から前記一方の端に向けて流れるように原料ガスを吸引する、前記一方の端の側に設けられたガス排気部と、を有し、
前記リアクタ容器内に基板を載置することにより、前記第１の層と前記第２の層が分離されることを特徴とする原子層成長装置。 An atomic layer growth apparatus for forming a thin film on a substrate,
A film forming container that forms a first internal space that maintains a predetermined pressure;
A cylindrical container that is provided in the first internal space and that forms a second internal space that is separated from the first internal space and that maintains a set pressure. A reactor vessel provided with a partition plate for dividing the space into a space of the first layer and a space of the second layer along the longitudinal direction of the cylindrical shape;
A heater provided in the first internal space and adjacent to the longitudinal direction of the cylindrical shape of the reactor vessel so as to follow the space of the first layer;
A source gas supply head that supplies and flows source gas into the space of the first layer along the longitudinal direction of the cylindrical shape from one end of the cylindrical shape toward the other end;
The flow of the source gas is folded at the other end of the cylindrical shape so that the source gas flows in the space of the second layer from the other end toward the one end along the longitudinal direction of the cylindrical shape. A gas exhaust part provided on the one end side,
An atomic layer growth apparatus in which the first layer and the second layer are separated by placing a substrate in the reactor vessel.
前記成膜容器は、前記リアクタ容器の前記開口に隣接して設けられた、前記開口から前記第１の内部空間に繋がる第１の開閉ドアを備える第１の部材を有し、
原料ガス導入時、前記第１の開閉ドアが閉じることにより、前記第２の内部空間は、前記第１の内部空間に対して閉塞される、請求項１に記載の原子層成長装置。 The other end of the reactor vessel has an opening for carrying in and out the substrate,
The film formation container includes a first member provided adjacent to the opening of the reactor container, the first member including a first opening / closing door connected to the first internal space from the opening,
The atomic layer growth apparatus according to claim 1, wherein when the source gas is introduced, the second internal space is closed with respect to the first internal space by closing the first opening / closing door.
原料ガス導入時、前記第２の開閉ドアが閉じることにより、前記第１の内部空間は、前記成膜容器の外部の空間に対して閉塞される、請求項２に記載の原子層成長装置。 A through-hole for carrying in and out the substrate is provided in the wall portion of the film-forming vessel extended from the position of the opening at the other end of the reactor vessel in the longitudinal direction of the cylindrical shape of the reactor vessel. A second member provided adjacent to the through-hole and provided with a second opening / closing door connected to the outside of the film-forming container,
3. The atomic layer growth apparatus according to claim 2, wherein when the source gas is introduced, the first internal space is closed with respect to a space outside the film formation container by closing the second opening / closing door.
前記リアクタ容器は、前記成膜容器の底部から延びる支持機構を用いて前記第１の内部空間内に支持され、
前記成膜容器の底部は、前記成膜容器の前記上側部分に対して分離可能に上下方向に移動し、前記成膜容器の底部は下降して前記上側部分から分離することにより、前記リアクタ容器は前記成膜容器内から取り外されるように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の原子層成長装置。 The film formation container is configured to be separable into a lower part including the bottom of the film formation container and an upper part other than the lower part,
The reactor vessel is supported in the first internal space using a support mechanism extending from the bottom of the film formation vessel,
The bottom part of the film forming container moves in a vertical direction so as to be separable from the upper part of the film forming container, and the bottom part of the film forming container descends and separates from the upper part, whereby the reactor container The atomic layer growth apparatus according to claim 1, wherein the atomic layer growth apparatus is configured to be removed from the film formation container.
前記リアクタ容器の前記他方の端は、前記立設部材を基準として位置決めされ、前記成膜容器の側壁から前記第１の内部空間内を延びる固定部材が、前記一方の端から前記他方の端に向けて押さえることにより、前記リアクタ容器を前記成膜容器内の所定位置に固定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の原子層成長装置。 The film formation container has a standing member extending from the bottom of the film formation container in the first internal space,
The other end of the reactor vessel is positioned with respect to the standing member, and a fixing member extending from the side wall of the film forming vessel into the first internal space is provided from the one end to the other end. The atomic layer growth apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the reactor vessel is fixed at a predetermined position in the film formation vessel by being pressed toward the surface.
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