JP5210853B2 - 薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法 - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法に関し、より詳細には、ソースガスと反応ガスとを分離排気し、ソースガスおよび反応ガスが互いに混合することを防ぐことで薄膜の成膜品質を向上させることができる薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を提供する。
一般的に、半導体ウエハやガラスなどの基板上に所定の厚さの薄膜を蒸着するためには、スパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）のように物理的な衝突を利用した物理気相蒸着法（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）や、化学反応を利用した化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などを用いた薄膜製造方法が用いられる。
ここで、化学気相蒸着法としては、常圧化学気相蒸着法（ＡＰＣＶＤ：Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＣＶＤ）、低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＣＶＤ）、プラズマ有機化学気相蒸着法（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）などがある。このうち、プラズマ有機化学気相蒸着法は、低温蒸着が可能であり薄膜形成速度が速いという長所を有し、多く用いられている。
しかしながら、半導体素子のデザインルール（Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｕｌｅ）が急激に小さくなり、微細パターンの薄膜が求められ、薄膜が形成される領域の段差も極めて大きくなった。これにより、原子層の厚さの微細パターンを極めて均一に形成できるだけではなく、ステップカバレージ（Ｓｔｅｐ Ｃｏｖｅｒａｇｅ）が非常に優れた原子層蒸着方法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の使用が増大している（例えば特許文献１参照。）。この方法は、半導体製造工程のゲート酸化膜、キャパシタ誘電膜、および拡散防止膜のような薄膜の蒸着に用いられている。
原子層蒸着方法（ＡＬＤ）は、気体分子間の化学反応を利用するという点において、一般的な化学気相蒸着（ＣＶＤ）方法と類似する。しかしながら、通常の化学気相蒸着方法では、多数の気体分子を同時にチャンバ内に注入し、ウエハの上方から発生した反応生成物をウエハに蒸着するのに対し、原子層蒸着方法では、１つの気体物質をチャンバ内に注入した後にこれをパージ（ｐｕｒｇｅ）し、加熱したウエハの上部に物理的に吸着した気体のみを残留させ、この後に他の気体物質を注入することによってウエハの上面でのみにて発生する化学反応生成物を蒸着する。したがって、この点で相違する。
このような原子層蒸着方法によって実現される薄膜は、ステップカバレージ特性が非常に優れており、特に不純物含有量が極めて低い純粋な薄膜の実現が可能であるという長所を有しており、現在広く脚光を浴びている。
特開２００７−２７４００２号公報
しかしながら、従来の薄膜蒸着装置は、ガスを供給する噴射器が高速で回転しながら互いに異なる種類の反応ガスとパージガスを噴射するため、反応ガスどうしが互いに混合して反応ガスの濃度が希薄化して不必要な反応が起こり、結果的には基板への蒸着品質が低下するという問題点があった。
このような反応ガスの相互間の反応を防ぐために、反応室周囲に複数の排気ホールを形成することも提案されているが、これも互いに異なる種類の反応ガスの混合を根本的に遮断するには不十分である。
また、このような反応ガスの混合現象を防ぐために、反応室に複数の分離セルを形成し、それぞれの分離セルに互いに異なる種類の反応ガスおよびパージガスを供給することもできるが、これは基板に反応ガスおよびパージガスを順次に蒸着しなければならないため工程時間が長くなって生産性が低下し、反応室の構造が複雑になるという問題点がある。
一方、異なる種類の反応ガスが互いに反応すれば、パーティクルが形成されて基板への蒸着品質を低下させるようになる。したがって、従来技術では、このようなパーティクルを効果的に除去することができないという問題点もあった。すなわち、反応室の下部に向かって排気をする場合に、基板の上部空間に存在するパーティクルなどの不純物が排気されるガスの気流に押し流されて基板の表面に傷を付ける可能性を排除することができなかった。
さらに、従来の薄膜蒸着装置では、パーティクルなどの不純物により、真空ポンプの寿命が短縮するという問題点もあった。
本発明の一実施形態として、上述したような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであって、反応室に残存するソースガスと反応ガスとを分離排気することで、排気されるガスの互いに不必要な反応を減らすことができる薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を提供する。
また、本発明の一実施形態として、ソースガスが存在する領域と反応ガスが存在する領域との間にパージガス領域または分離領域を形成してソースガスと反応ガスとを分離排気することで、反応室の構造を単純化することができる薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を提供する。
また、本発明の一実施形態として、排気されるソースガスと反応ガスとを分離排気してパーティクルなど不純物の生成を未然に遮断することで、真空ポンプの損傷を防ぎ寿命を伸ばすことができる薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を提供する。
また、本発明の一実施形態として、反応チャンバの内側壁面に沿って機構的な隔壁を形成し、この隔壁によって反応室周囲に形成された排気ホールをソースガス排気ホールと反応ガス排気ホールに分離することで、ソースガスと排気ガスとが互いに反応するのを減らすことができる薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を提供する。
また、本発明の一実施形態として、ソースガス排気ラインおよび反応ガス排気ラインを含む分離排気部を反応室の上部に形成することで、ソースガスと反応ガスとが互いに反応してパーティクルなどの不純物が生じてもこれを迅速に除去することができ、パーティクルなどによって基板の表面が損傷するのを減らすことができる薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を提供する。
また、本発明の一実施形態として、基板の蒸着品質を向上させることができる薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を提供する。
そこで、本発明の一実施形態として、反応チャンバと、前記反応チャンバ内に回転可能に装着され、少なくとも１つの基板が載置されるサセプタと、前記反応チャンバの上部に装着され、前記反応チャンバ内に複数のガスを独立的に供給するガス供給部と、前記複数のガスが供給される各領域の境界に対応するように前記サセプタ上部に装着され、周辺のガスを排気する排気ラインを備える分離排気部と、前記分離排気部に吸入力を提供する真空ポンプ部とを備えることを特徴とする薄膜蒸着装置を提供する。
上記のように構成することで、残存するソースガスと反応ガスなどを分離して排気することができ、ソースガスと反応ガスとが互いに反応するのを未然に防ぐことができる。
ここで、前記排気ラインは、前記反応チャンバの内部をソースガス領域、反応ガス領域、およびパージガス領域に区画し、前記ソースガス領域と前記反応ガス領域は前記パージガス領域によって互いに離隔されていてもよい。
このように、前記ソースガス領域と前記反応ガス領域との間で前記パージガス領域が前記ソースガス領域と前記反応ガス領域とを分離する分離領域として作用するため、排気されるソースガスと反応ガスとが混合するのを効果的に遮断することができる。
また、前記排気ラインは、前記サセプタ上に載置した前記基板に存在する不純物またはパーティクルを吸入排出することができる。すなわち、前記基板と対向する方向に不純物やパーティクルを吸入して外部に排出することで、不純物などの排出過程において不純物などによって基板の表面が損傷するのを減らすことができる。
一方、前記分離排気部の前記排気ラインと前記真空ポンプ部とを連結する吐出ラインを備え、前記吐出ラインの一端は前記ガス供給部の上部を通過して前記排気ラインと連結し、他端は前記真空ポンプ部に連結することが好ましい。これは、残存するソースガスおよび反応ガスなどを前記反応チャンバの上部に向かって排出するためであり、これによって前記反応チャンバ内部の排気構造を単純化することができる。
一方、前記反応チャンバのエッジに形成されて前記真空ポンプ部に連結する排気ホールを備えることができる。このように、前記反応チャンバの下部エッジに排気ホールを形成することで、前記排気ラインから相対的に遠い距離にある反応チャンバの下部に存在するソースガスおよび反応ガスも効果的に分離排気することができる。
前記反応チャンバの内部には、前記サセプタの周辺に排気されるガスの混合を防ぐ隔壁を形成することができる。このとき、前記隔壁は、前記排気ラインの間に位置し、互いに対向するように少なくとも２ヶ所に形成されることが好ましい。このように機構的な隔壁を形成することで、前記排気ホールを介して排気されるソースガスと反応ガスとが混合するのを防ぐことができる。
一方、前記ガス供給部は、ソースガスを供給するソースガス領域、パージガスを供給する第１パージガス領域、反応ガスを供給する反応ガス領域、およびパージガスを供給する第２パージガス領域を順次に含み、前記分離排気部は、前記ソースガス領域と前記第１、２パージガス領域との境界に対応して前記ガス供給部底面に形成されたソースガス排気ライン、および前記反応ガス領域と前記第１、２パージガス領域との境界に対応して前記ガス供給部底面に形成された反応ガス排気ラインを備えることもできる。
上記のように構成することで、機構的な隔壁がなくても残存するソースガスと反応ガスとが混合するのを防ぐことができ、前記反応チャンバの内部構造を単純化させることができる。
また、前記ソースガス領域、前記反応ガス領域、および前記第１、２パージガス領域と対応する前記ガス供給部には、ガスを前記反応チャンバ内部に噴射する複数の噴射孔が形成されることが好ましい。すなわち、前記ガス供給部に複数のガス噴射孔を形成することで、前記ガス供給部がシャワーヘッド（ｓｈｏｗｅｒ−ｈｅａｄ）として機能するようにもできる。
ここで、前記ソースガス排気ラインは、前記ソースガス領域と前記第１パージガス領域との間の境界、および前記ソースガス領域と前記第２パージガス領域との間の境界を経て形成され、前記反応ガス排気ラインは、前記反応ガス領域と前記第１パージガス領域との間の境界、および前記反応ガス領域と前記第２パージガス領域との間の境界を経て形成されることが好ましい。
一方、前記ガス供給部に形成され、前記ソースガス排気ラインと一端が連結する第１吐出ライン、および前記反応ガス排気ラインと一端が連結する第２吐出ラインを備え、前記真空ポンプ部は、前記第１吐出ラインの他端と連結する第１真空ポンプ、および前記第２吐出ラインの他端と連結する第２真空ポンプとを備えることができる。
また、前記ソースガス領域と対応するように前記反応チャンバのエッジに形成され、前記第１真空ポンプに連結する第１排気ホール、および前記反応ガス領域と対応するように前記反応チャンバのエッジに形成され、前記第２真空ポンプに連結する第２排気ホールとを備えることもできる。これは、前記第１および第２排気ホールの形成位置を分離することで、前記第１および第２排気ホールを介して排気されるソースガスと反応ガスとが混合するのを防ぐためである。
ここで、前記反応チャンバの内部には、ソースガスと反応ガスとの混合を防ぐ隔壁が形成され、前記隔壁は前記第１パージガス領域および前記第２パージガス領域に位置することが好ましい。
一方、前記ソースガス排気ラインはソースガスおよびパージガスを排気して、反応ガス排気ラインは反応ガスおよびパージガスを排気することができる。すなわち、前記反応チャンバ内部にガスが相対的に少ないか存在しない領域を用いて前記ソースガス領域と前記反応ガス領域を分離することができ、別途の機構的な隔壁を形成する必要がなくなる。
一方、本発明の別の一実施形態として、反応チャンバの上部にソースガスを供給するソースガス領域、パージガスを供給する第１パージガス領域、反応ガスを供給する反応ガス領域、およびパージガスを供給する第２パージガス領域を順次に形成し、前記反応チャンバ内で少なくとも１つの基板が載置されるサセプタを回転し、前記ソースガス領域、前記反応ガス領域、および前記第１、２パージガス領域を介して前記ソースガス、前記反応ガス、および前記パージガスを前記サセプタ上に供給し、前記ソースガス領域と前記第１、２パージガス領域との境界に対応して前記ガス供給部底面に形成されたソースガス排気ライン、および前記反応ガス領域と前記第１、２パージガス領域との境界に対応して前記ガス供給部底面に形成された反応ガス排気ラインを用いて周辺ガスを前記反応チャンバから排気することを含む薄膜蒸着方法を提供する。
本発明により、上述したように、また、以下に述べるように、残存するソースガスと反応ガスなどを分離して排気することができ、ソースガスと反応ガスとが互いに反応するのを未然に防ぐことができるなどの効果が得られる。
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る構成および作用について詳しく説明する。以下の説明は特許請求が可能な本発明の様々な態様（ａｓｐｅｃｔｓ）のうちの１つであり、下記の技術（ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）は本発明に対する詳細な技術（ｄｅｔａｉｌｅｄ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）の一部をなす。したがって、本願発明は、以下に説明する実施形態に限定して解釈されるべきではない。本願発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々に本願発明は実施可能である。
ただし、本発明の説明において、公知された機能あるいは構成に関する具体的な説明は、本発明の要旨を明瞭にするために省略する場合がある。
図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜蒸着装置を概略的に示す縦断面図である。また、図２は、図１の切断線II−IIによる断面図であり、本発明の一実施形態に係る分離排気部が形成されたガス供給部を示す図である。また、図３は、図１の切断線III−IIIによる断面図であり、本発明の一実施形態に係る薄膜蒸着装置の反応チャンバ内部と分離排気部との関係を示す図である。
まず、図１を参照すれば、本発明の一実施形態に係る薄膜蒸着装置１００は、反応室Ｒを形成する反応チャンバ１１０と、反応チャンバ１１０内に回転可能に装着され、少なくとも１つの基板Ｗが載置されるサセプタ１２０と、反応チャンバ１１０の上部に装着され、反応室Ｒ内に複数のガスを供給するガス供給部１３０と、複数のガスが供給される各領域の境界に対応するようにサセプタ１２０上部に装着され、周辺のガスを排気する排気ライン１４１、１４２を備えた分離排気部１４０と、反応チャンバ１１０のエッジに形成された排気ホール１１１と、分離排気部１４０に吸入力を提供する真空ポンプ部１５０と、を備える。
ここで、複数のガスは、ソースガスＳＧ、反応ガスＲＧ、およびパージガスＰＧであることが好ましい。排気ライン１４１、１４２はソースガス排気ライン１４１と反応ガス排気ライン１４２とで構成されている。また、ソースガス排気ライン１４１と反応ガス排気ライン１４２とは一定の間隔を置いて互いに対向するように形成されることもできる。
上記のように構成することで、残存するソースガスＳＧと反応ガスＲＧとを分離して排気することができる。これにより、ソースガスＳＧと反応ガスＲＧとが互いに混合して反応するのを防ぐことができる。
反応チャンバ１１０は、蒸着反応が起こる反応室Ｒを内部に有する略シリンダ形状の容器である。その開口した上端にはガス供給部１３０が装着される。このように反応チャンバ１１０とガス供給部１３０とが互いに結合することで、密閉した空間の反応室Ｒを形成する。
反応チャンバ１１０の反応室Ｒは、ガス供給部１３０側からみたとき略円形で形成されることが好ましい。このような反応室Ｒの形状により、ガス供給部１３０または／およびサセプタ１２０の円滑な回転運動が可能となる。言い換えれば、ガス供給部１３０または／およびサセプタ１２０の回転運動が円滑となり補償される。
一方、反応室Ｒの下部には、略円板形状のサセプタ１２０が装着される。図１に示すように、サセプタ１２０は、反応チャンバ１１０の下部中央を貫通して設置された回転軸１２１に連結する。また、サセプタ１２０は、回転可能な状態で反応室Ｒに設置される。ガス供給部１３０を回転させてソースガスＳＧおよび反応ガスＲＧを互いに反応させることもできる。なお、本発明の一実施形態に係る薄膜蒸着装置１００では、サセプタ１２０を回転させることが好ましい。
サセプタ１２０には、蒸着しようとする基板Ｗが載置される。図３に示すように、載置される基板Ｗは、サセプタ１２０上に一定の間隔で配置可能である。図３を参照すれば、４つの基板Ｗがサセプタ１２０に載置されている。しかし、このような基板Ｗの数は１つの例示に過ぎない。例えば、基板Ｗないし反応室Ｒの大きさに応じて６つまたは８つなど多様な数の基板Ｗを装着することができる。
ここで、サセプタ１２０のエッジと反応チャンバ１１０の内壁との間には、一定した間隔が形成されることが好ましい。すなわち、反応室Ｒの大きさよりもサセプタ１２０の大きさが小さいのが好ましい。なぜならば、サセプタ１２０が反応室Ｒよりも大きいか同じであれば、サセプタ１２０の回転運動時に反応室Ｒの内壁とサセプタ１２０とが衝突する恐れがある。そして、この衝突により発生した微細粒子によって薄膜の蒸着品質が低下する場合があるためである。
一方、サセプタ１２０は、回転運動だけではなく上下運動も可能である。すなわち、ガス供給部１３０と基板Ｗとの間隔に応じて反応状態または成膜品質が異なる場合がある。このため、サセプタ１２０を上下に動かすことで最適な反応位置を探せることが好ましい。
また、サセプタ１２０の下部には、基板Ｗを加熱して反応室Ｒ内部の温度を最適な反応温度に生成するためのヒータ１２３を設置することができる。
ヒータ１２３は、基板Ｗを十分な反応温度まで加熱する機能を行う。また、場合によっては反応チャンバ１１０または反応室Ｒ内部を反応温度まで加熱するための別途のヒータをさらに設置してもよい。
ヒータ１２３は、反応室Ｒの底面から所定の間隔を置いて形成される。基板Ｗを効果的に加熱するためには、反応室Ｒの底面よりはサセプタ１２０の近くにヒータ１２３を設置することが好ましい。しかしながら、ヒータ１２３と反応室Ｒ底面との間の間隔を減少させると、ヒータ１２３によって反応室Ｒが直接的に加熱される効果を得ることもできる。このようにすることで、反応室Ｒを加熱するための別途のヒータを設置しなくても良くなる。
一方、反応室Ｒを加熱するために別途のヒータを設置する場合もある。この場合には、装着に手間などがかかり、また、装着に反応室Ｒの大きさが問題となることもある。言い換えると、装着の便宜性ないし反応室Ｒの大きさなどを考慮する必要がある。そこで、反応チャンバ１１０の外面に一定の間隔でヒータを付着することもできる。
サセプタ１２０と反応室Ｒの内壁との間に形成された空間には、隔壁１１２ａ、１１２ｂを形成することができる。この隔壁１１２ａ、１１２ｂは、物理的、機構的である。このような物理的、機構的な壁は、反応室Ｒ内部の空間を分離する役割を果たすこともできる。隔壁１１２ａ、１１２ｂについての詳しい説明は後述する。
反応室Ｒの底面には、一または複数の排気ホール１１１が形成される。この排気ホール１１１は、蒸着反応後に反応室Ｒに残存するガスを反応チャンバ１１０の外部に排出するためのものであり、これについての詳しい説明も後述する。
以下、図面を参照しながら、反応室Ｒ内部にガスを供給して排気するガス供給部１３０について詳しく説明する。
図１および図２を参照すれば、反応室Ｒの天井を形成するガス供給部１３０は略円板形状である。ガス供給部１３０の内面ないし底面には、分離排気部１４０およびガス供給のためのガス噴射孔１３１ａ〜１３１ｄが形成されている。これにより、分離排気部１４０およびガス供給のためのガス噴射孔１３１ａ〜１３１ｄは、反応室Ｒに接続されている。
ここで、ガス噴射孔１３１ａ〜１３１ｄは、ソースガス噴射孔１３１ａ、反応ガス噴射孔１３１ｂ、およびパージガス噴射孔１３１ｃ、１３１ｄを備え、複数の微細な穴または／および噴射ホールとして形成されている。ガス噴射孔１３１ａ〜１３１ｄは、ガス供給部１３０の内面全体に渡って均等に形成することができる。このように複数のガス噴射孔１３１ａ〜１３１ｄを形成することで、ガス供給部１３０が、シャワーヘッドとしての機能を果たすことができる。
このとき、ソースガス噴射孔１３１ａはソースガス領域ＳＡに、反応ガス噴射孔１３１ｂは反応ガス領域ＲＡに、パージガス噴射孔１３１ｃ、１３１ｄは第１パージガス領域ＰＡ１および第２パージガス領域ＰＡ２に対応する位置に形成されている。
ソースガス領域ＳＡ、反応ガス領域ＲＡ、およびパージガス領域ＰＡ１、ＰＡ２は、分離排気部１４０のソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２によって区画される。
分離排気部１４０はガス供給部１３０の内面に形成される。これにより、分離排気部１４０は、残存するガスまたは未だ反応していないソースガスおよび反応ガスなどを分離して排気する。
ここで、ソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２は、反応チャンバ１１０内部をソースガス領域ＳＡ、反応ガス領域ＲＡ、第１パージガス領域ＰＡ１、および第２パージガス領域ＰＡ２に分割し、ソースガス領域ＳＡと反応ガス領域ＲＡとはパージガス領域ＰＡ１、ＰＡ２によって互いに分離することができる。このために、パージガス領域ＰＡ１、ＰＡ２は、ソースガス排気ライン１４１と反応ガス排気ライン１４２との間に形成されることが好ましい。
このように、ソースガス領域ＳＡと反応ガス領域ＲＡとの間に、パージガス領域ＰＡ１、ＰＡ２が形成されている。これにより、排気されるソースガスと反応ガスとが互いに混合するのを低減することができる。
ソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２は、互いに対向する形態で配置され、あるいは、互いに背を向く形態で配置することができる。また、ソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２は、「Ｖ」字形態を有したりもできる。これにより、ソースガス領域ＳＡおよび反応ガス領域ＲＡを確保することができる。形態によっては、ソースガス領域ＳＡおよび反応ガス領域ＲＡを最大限確保できる。
すなわち、図２に示すように、ソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２は、ガス供給部１３０の中心部分を基準として屈折した「Ｖ」字形態を有するこｔもできる。この場合には、ガス供給部１３０の内面が略４つの領域に分けられると見なすことができる。
しかしながら、ソースガス排気ライン１４１の屈折部分（または頂点）と反応ガス排気ライン１４２の屈折部分が互いに離隔している。このため、厳密には、ガス供給部１３０の内面は３つの領域に分割されていることになる。したがって、パージガス領域ＰＡ１、ＰＡ２は、反応室Ｒ内部をソースガス領域ＳＡと反応ガス領域ＲＡに分けるようになる。
図２では、ソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２が「Ｖ」字形態であることが示されているが、必ずしもこのような形状に限定されるのではなく、半円形態または半楕円形態など多様な変形が可能である。ソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２の変形例については、図４および図５を参照しながら後述する。
一方、ソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２は、別個のパイプ形態の部材をガス供給部１３０の内面に装着して形成できるだけでなく、ガス供給部１３０の内面にパイプ形状の溝を形成することによって備えることもできる。
ここで、排気ライン１４１、１４２には、ガスを吸入するための複数の吸入孔１４１ａ、１４２ａが排気ライン１４１、１４２の長手方向に沿って形成されている。また、吸入孔１４１ａ、１４２ａの外部分には、排気ライン１４１、１４２をガス供給部１３０に装着するための複数の締結孔１４１ｂ、１４２ｂを形成することもできる。この場合、吸入孔１４１ａ、１４２ａの数、大きさないし形成位置は、排気効率を考慮して適宜に選択できる。また、吸入孔１４１ａ、１４２ａは、穴ではなくスリットの形態など適宜に形状を選択することができる。
ソースガス排気ライン１４１の両側にはソースガスおよびパージガスが存在するため、ソースガス排気ライン１４１にはソースガスおよびパージガスが吸入および排気される。また、反応ガス排気ライン１４２の両側には反応ガスおよびパージガスが存在するため、反応ガス排気ライン１４２には反応ガスおよびパージガスが吸入および排気されるようになる。すなわち、図２の実線矢印のように、排気ライン１４１、１４２の両側に存在するガスが同時に吸入排気されるようになる。
ここで、パージガス領域ＰＡ１、ＰＡ２に存在するパージガスは、ソースガス排気ライン１４１だけではなく、反応ガス排気ライン１４２を介して排気される。すなわち、ソースガス排気ライン１４１はソースガスおよびパージガスを排気し、反応ガス排気ライン１４２は反応ガスおよびパージガスを排気することができる。
したがって、パージガス領域ＰＡ１、ＰＡ２の略中央部分には、パージガスが相対的に少ないか実質的に存在しない領域（一点鎖線表示部分を参照）が形成されるようになる。このような領域を分離領域（ＳＳ：Ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ Ｓｅｃｔｉｏｎ）呼ぶことにする。すると、この分離領域ＳＳはソースガス排気ライン１４１と反応ガス排気ライン１４２との間に形成されたり、ソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２の下部に形成されたりする。
分離領域ＳＳは、視覚的に認識することができる機構的ないし物理的な隔壁ではないが、このような分離領域ＳＳによって排気されるソースガスと反応ガスとが互いに混合するのを防ぐことができる。すなわち、機構的ないし物理的な隔壁がなくても、これと同一な効果を得ることができる。
このように分離領域ＳＳを形成することで、機構的ないし物理的な隔壁がなくても、残存するソースガスと反応ガスとが混合するのを防ぐことができる。したがって、反応チャンバ１１０の反応室Ｒの内部構造を単純に構成することができる。
一方、ソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２は、ガス供給部１３０の外部に形成されている吐出ライン１６１、１６２に連結する。吐出ライン１６１、１６２は、ソースガス排気ライン１４１と連結した第１吐出ライン１６１、および反応ガス排気ライン１４２と連結した第２吐出ライン１６２を備えることができる。
ここで、第１吐出ライン１６１および第２吐出ライン１６２の一端はガス供給部１３０を貫通してソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２とそれぞれ連結するのが好ましい。また、その他端は反応室Ｒの一側に位置するように反応チャンバ１１０を介して真空ポンプ部１５０に連結することが好ましい。これにより、残存するソースガスおよび反応ガスなどを反応室Ｒの上部に向けて排出することができる。これによって反応室Ｒ内部の排気構造を単純化することができる。
より詳しく説明すれば、ガス供給部１３０の略中央に、第１連結孔１３３および第２連結孔１３４が貫通形成されている。また、ガス供給部１３０の一側エッジに、第３連結孔１３５および第４連結孔１３６が貫通形成されている。ソースガス排気ライン１４１は、ガス供給部１３０の外部を介して第１連結孔１３３および第３連結孔１３５に連結している。また、反応ガス排気ライン１４２は第２連結孔１３４および第４連結孔１３６に連結している。
一方、第３連結孔１３５および第４連結孔１３６とそれぞれ連通する第１吐出ポート１１３ａおよび第２吐出ポート１１３ｂが、反応チャンバ１１０の一側エッジに形成されている。これにより、ガス供給部１３０の上部において、吐出ライン１６１、１６２が外部に露出している。そして、第１吐出ポート１１３ａおよび第２吐出ポート１１３ｂが反応チャンバ１１０の側面では外部に露出しない場合もある。このような場合には、吐出ライン１６１、１６２が反応チャンバ１１０内部を通過して真空ポンプ部１５０に連結されるようにすることができる。これにより、吐出ライン１６１、１６２を含んだ排気ラインの全体の装着状態を堅固にできる。
吐出ライン１６１、１６２のうち反応チャンバ１１０の外部に露出した部分が多くなると、外部装備との衝突などによって吐出ラインが損傷する可能性が大きくなる。そこで、可能な限り、反応チャンバ１１０に吐出ラインを内蔵することが好ましい。
このように、構造的に大きい体積ないし空間を占める排気部材を反応室Ｒの外部に形成することで、ガス供給部１３０の製作性を高めることができる。また、反応チャンバ１１０の大きさを縮小することもできる。
また、反応室Ｒの底面エッジには、複数の排気ホール１１１を形成することができる。排気ホール１１１は、ソースガス領域ＳＡと対応する部分に形成された第１排気ホール１１１ａ、および反応ガス領域ＲＡと対応する部分に形成された第２排気ホール１１１ｂを備えて構成することができる。ここで、第１、２排気ホール１１１ａ、１１１ｂは、サセプタ１２０の下部に位置することが効果的である。
図３に示すように、ソースガス排気ライン１４１の両終端の間に位置するように第１排気ホール１１１ａを形成し、反応ガス排気ライン１４２の両終端の間に位置するように第２排気ホール１１１ｂを形成し、第１排気ホール１１１ａと第２排気ホール１１１ｂを空間的に分離することができる。このようにすることにより、ソースガスおよび反応ガスが排気ホール１１１を介して排気される場合にも、両者が互いに混合することを低減することができる。
ここで、ソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２によって形成される反応室Ｒ内部の区画領域の説明をのために、図３においてソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２に対応する部分を点線で表示した。
一方、反応チャンバ１１０ないし反応室Ｒの側壁内面には、隔壁１１２ａ、１１２ｂを形成することができる。隔壁１１２ａ、１１２ｂの形成により、ソースガスと反応ガスとの混合を防ぐ。このとき、隔壁１１２ａ、１１２ｂは、ソースガス排気ライン１４１と反応ガス排気ライン１４２との間に位置し、互いに対向するように少なくとも２ヶ所に形成されることが好ましい。
図３を参照すれば、隔壁１１２ａ、１１２ｂは、略ガス供給部１３０の中心を通る線上に形成され、パージガス領域ＰＡ１、ＰＡ２に対応する部分に形成される。隔壁１１２ａ、１１２ｂを連結する仮想の線の一側にはソースガス排気ライン１４１、ソースガス領域ＳＡ、および第１排気ホール１１１ａが位置し、他側には反応ガス排気ライン１４２、反応ガス領域ＲＡ、および第２排気ホール１１１ｂを配置することができる。このように、反応室Ｒ内に機構的な隔壁１１２ａ、１１２ｂを形成することで、排気ホール１１１ａ、１１１ｂを介して排気されるソースガスと反応ガスとの混合を二重で防ぐことができる。
排気ホール１１１ａ、１１１ｂは、分離領域ＳＳないし物理的な隔壁１１２ａ、１１２ｂを基準として互いに対称に形成されるようになっていてもよい。
図１を参照すれば、隔壁１１２ａ、１１２ｂは、反応室Ｒの高さとほぼ同じ高さで形成されている。隔壁１１２ａ、１１２ｂは、ソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２が形成された位置に近接する程度の高さを有すれば十分である。
一方、図１の点線矢印は、排気されるガスの流動方向を示したものである。これによれば、排気されるガスは、反応室Ｒの上部を介して排気されることが分かる。
このように、反応後に残存するソースガスおよび反応ガスなどを反応チャンバ１１０または反応室Ｒの上部を介して排気することで、ソースガスと反応ガスとが互いに混合してパーティクルなどの不純物が生じても、このような不純物によって基板Ｗの表面が損傷して成膜品質が低下することを低減することができる。
また、反応室の上部に向かって残存ソースガスと反応ガスとを分離排気することで、排気時に基板Ｗ上の微細構造の間にパーティクルなどが残留することを低減することができ、パーティクルなどが排気される過程において基板Ｗの表面に衝突して成膜品質が低下することを減らすことができる。すなわち、ソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２が基板Ｗ上を通過するとき、基板Ｗの上部微細空間ないし構造の間に存在するパーティクルなどが排気ライン１４１、１４２を介して反応室Ｒ外部に除去される。これにより、基板Ｗの蒸着品質が低下することを防ぐことができる。
また、図３に示すように、真空ポンプ部１５０は、第１排気ホール１１１ａおよび第１吐出ライン１６１と連結した第１真空ポンプ１５１と、第２排気ホール１１１ｂ、および第２吐出ライン１６２と連結した第２真空ポンプ１５２と、により構成することができる。これにより、反応チャンバ１１０内部だけではなく外部でもソースガスと反応ガスとの排気構造を完全に個別に構成することができる。これにより、最後までソースガスと反応ガスとの混合を防ぐことができる。
ここで、第１排気ホール１１１ａと第１真空ポンプ１５１を連結する第１真空ライン１７１、および第２排気ホール１１１ｂと第２真空ポンプ１５２を連結する第２真空ライン１７２をさらに備えることもできる。
以下、本発明の一実施形態に係る薄膜蒸着装置１００によるガス供給部１３０の変形例について説明する。
図４は、図２に係るガス供給部の変形例を示す図である。図５は、図２に係るガス供給部の他の変形例を示す図である。
図４は、サセプタ１２０（図１を参照）と対向するガス供給部１３０’の内面を示す図面である。図４に示すように、サセプタ１２０の上部に位置するように略円形のソースガス排気ライン１４１’および反応ガス排気ライン１４２’が、ガス供給部１３０’に形成されている。
ここで、ソースガス排気ライン１４１’および反応ガス排気ライン１４２’は複数で形成されることもできる。ソースガス排気ライン１４１’および反応ガス排気ライン１４２’には、ガスを排気するための排気スリット１４１ｃ、１４２ｃがそれぞれ形成されるようになる。排気スリット１４１ｃ、１４２ｃの代わりに排気溝（図示せず）が形成されることもできる。
一方、ソースガス排気ライン１４１’で囲まれた部分にはソースガス領域ＳＡが形成され、反応ガス排気ライン１４２’で囲まれた部分には反応ガス領域ＲＡが形成される。このとき、ソースガス排気ライン１４１’および反応ガス排気ライン１４２’の外部分には、第１パージガス領域ＰＡ１および第２パージガス領域ＰＡ２が形成される。
また、ソースガス排気ライン１４１’には第１吐出ライン１６１’が連結し、反応ガス排気ライン１４２’には第２吐出ライン１６２’が連結する。
このように、パージガス領域ＰＡ１、ＰＡ２を用いてソースガス領域ＳＡと反応ガス領域ＲＡとを分離することで、ソースガスと排気ガスとを分離して排気する過程においてソースガスと排気ガスとが混合するのを防ぐことができる。
一方、他の変形例を示す図５を参照すれば、サセプタ１２０の上部に位置するように略放射状のソースガス排気ライン１４１”および反応ガス排気ライン１４２”がガス供給部１３０”に形成されている。ソースガス排気ライン１４１”および反応ガス排気ライン１４２”は、少なくとも２つが形成されることが好ましい。
ここで、ガス供給部１３０”の中心部分には、ソースガス排気ライン１４１”および反応ガス排気ライン１４２”の一端とそれぞれ連結した連結ライン１４５が形成されるようになる。ソースガス排気ライン１４１”および反応ガス排気ライン１４２”には、ガスを排気するための排気溝１４１ｄ、１４２ｄがそれぞれ形成されている。排気溝１４１ｄ、１４２ｄの代わりに排気スリット（図示せず）が形成されることもある。
一方、ソースガス排気ライン１４１”の間にはソースガス領域ＳＡが形成され、反応ガス排気ライン１４２”の間には反応ガス領域ＲＡが形成される。このとき、ソースガス排気ライン１４１”と反応ガス排気ライン１４２”との間には、第１パージガス領域ＰＡ１および第２パージガス領域ＰＡ２がそれぞれ形成される。
また、連結ライン１４５には、第１吐出ライン１６１”および第２吐出ライン１６２”が連結する。ここで、連結ライン１４５内部でソースガスと反応ガスとが混合するのを防ぐための分離板１４５ａを連結ライン１４５に形成することが好ましい。
このように構成することで、パージガス領域ＰＡ１、ＰＡ２を用いてソースガス領域ＳＡと反応ガス領域ＲＡとを分離することができ、排気する過程においてソースガスと排気ガスとが混合するのを防ぐことができる。
一方、図６を参照すれば、ソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２の断面形状が分かる。ガス供給部１３０の内面に凹入形成された溝形状に排気ライン１４１、１４２を形成することができる。このように形成されれば、排気されるガスを吸入する範囲を大きくすることができるという長所があり得る。
図６の実線矢印のようにガスが排気されるため、略隔壁１１２ａの両側に存在するパージガスが排気されれば、隔壁１１２ａ付近に分離領域ＳＳが生じるようになる。
図６では、排気ライン１４１、１４２が、ガス供給部１３０の下面において凹凸に凹入形成されたことが示されている。しかし、本願発明においては、必ずしもこのような形状に限定されるものではなく、平らな形態を有することもできる。また、凹入形成された場合でも曲面だけではなく多角形の形態で凹入され得ることは勿論である。
以下、図７を参照しながら、本発明の一実施形態に係る薄膜蒸着装置１００の蒸着方法およびガス排気方法について説明する。図７は、図１に係る薄膜蒸着装置のステップ別の作動状態を示す図である。
図７は、サセプタ１２０が回転することによって基板Ｗとソースガス排気ライン１４１および反応ガス排気ライン１４２の相対的な位置変化を段階的に示すための図である。
まず、サセプタ１２０に基板Ｗを載置した後、回転軸１２１（図１を参照）に連結した駆動部（図示せず）によってサセプタ１２０および基板Ｗが回転する。このとき、ガス供給部１３０を介してソースガス、反応ガス、およびパージガスが同時に供給される。ここで、基板Ｗは、回転しながらソースガス→パージガス→反応ガス→パージガスと接触し、１つのサイクルを完成するようになる。
理解のために、図７に示す基板のうち最も左側に示された基板を基準として説明する。図７の（ａ）を見れば、サセプタ１２０に載置された基板Ｗは、反応室内で回転しながら最初にソースガスと接触し、ソースガスが基板Ｗの表面に化学蒸着される。
その後、図７の（ｂ）に示すように、基板Ｗはパージガスを通過し、残存するソースガスがソースガス排気ライン１４１を介して排気される。このとき、基板Ｗ上に存在する不純物またはパーティクルなどは、ソースガスと共にソースガス排気ライン１４１を介してガス供給部１３０の上方に排出されるようになるため、不純物またはパーティクルなどによって基板Ｗの表面が損傷することを減らすことができる。
その後、反応ガスを通過しながら基板Ｗ表面に化学蒸着がなされる。これによって所望する薄膜を形成することができる（図７（ａ）で左側から２番目に示された基板を参照）。
最後にパージガスを通過しながら、残存する反応ガスも除去することができる（図７（ｂ）で左側から２番目に示された基板を参照）。このときにも、基板Ｗ上に存在する不純物またはパーティクルなどは、反応ガスと共に反応ガス排気ライン１４２を介してガス供給部１３０の上方に排出することができる。
このような過程を介して基板の成膜が完成され、サセプタ１２０が回転しながら反応室内に残存するガスが排気される。このとき、ソースガス排気ライン１４１を介して残存するソースガスとパージガスが排気され、反応ガス排気ライン１４２を介して反応ガスとパージガスが排気されるようになる。
また、反応室Ｒのエッジ側に残存するガスは、排気ホール１１１ａ、１１１ｂを介して排気されるが、排気ホール１１１ａ、１１１ｂを介して排気されるガスは、隔壁１１２ａ、１１２ｂによって互いに分離した状態で排気されるようになる。
最終的に、排気ライン１４１、１４２と排気ホール１１１ａ、１１１ｂを介して分離排気されたソースガスおよび反応ガスは、第１真空ポンプ１５１および第２真空ポンプ１５２を完全に排気されることができる。結局、残存するソースガスと反応ガスなどは、完全に分離して独立的に排気されるようになる。
一方、本発明の一実施形態に係る薄膜蒸着方法は、反応チャンバ１１０の上部にソースガスを供給するソースガス領域ＳＡ、パージガスを供給する第１パージガス領域ＰＡ１、反応ガスを供給する反応ガス領域ＲＡ、およびパージガスを供給する第２パージガス領域ＰＡ２を順次に形成するステップと、反応チャンバ１１０内で少なくとも１つの基板Ｗが載置されるサセプタ１２０を回転させるステップと、ソースガス領域ＳＡ、反応ガス領域ＲＡ、および第１、２パージガス領域ＰＡ１、ＰＡ２を介してソースガス、反応ガス、およびパージガスをサセプタ１２０上に供給するステップと、ソースガス領域ＳＡと第１、２パージガス領域ＰＡ１、ＰＡ２との境界に対応してガス供給部１３０の底面に形成されたソースガス排気ライン１４１、および反応ガス領域ＲＡと第１、２パージガス領域ＰＡ１、ＰＡ２との境界に対応してガス供給部１３０の底面に形成された反応ガス排気ライン１４２を用いて周辺ガスを反応チャンバ１１０から排気させるステップとを含むことができる。
以上で説明したように、本発明の一実施形態によれば、分離排気部を備えて残存するソースガスと反応ガスとが互いに混ざって不必要な反応をするようになることを防ぐことができる。これにより、基板を除いた他の場所に反応物が蒸着することを防ぐことができる。
また、本発明の一実施形態によれば、ソースガスと反応ガスとを分離排気するために機構的な隔壁を反応室内に形成する必要がなく、反応チャンバの内部構造を単純化することができる。
これだけでなく、本発明の一実施形態によれば、残存ソースガスと反応ガスとの混合を防いでパーティクルなどの不純物の生成を低減することができる。これにより、薄膜の品質を向上させることができる。
本発明の一実施形態によれば、反応室の上部に向かってソースガスと反応ガスとを分離排気することで、排気時に基板上の微細構造の間にパーティクルなどが残留することを減らすことができる。これにより、パーティクルなどが排気される過程において基板の表面に衝突して成膜品質が低下することを減らすことができる。
また、本発明の一実施形態によれば、排気ラインだけではなく排気ホールの形成位置もソースガス領域と反応ガス領域に分離することができる。これにより、ソースガスと反応ガスとの混合を二重で遮断することができる。
これだけでなく、の一実施形態によれば、パーティクルなどの不純物によって真空ポンプが損傷することを減らすことができる。これにより、真空ポンプの使用寿命を延長させることができる。
以上のように説明した薄膜蒸着装置は、原子層蒸着装置の観点において説明したが、これだけでなく化学気相蒸着装置などにも適用が可能であることは勿論である。以上の説明は、多様な観点で把握することができる本発明の技術思想または本発明に対する最小限の技術として理解されるべきであり、本発明を制限する境界として理解されてはならない。
上述したように、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更させることができることを理解することができるであろう。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、発明を実施するための最良の形態により制限されるものではない。
１００：薄膜蒸着装置
１１０：反応チャンバ
１１１：排気ホール
１１２：隔壁
１１３：吐出ポート
１２０：サセプタ
１３０、１３０’、１３０”：ガス供給部
１４０：分離排気部
１４１、１４１’、１４１”：ソースガス排気ライン
１４２、１４２’、１４２”：反応ガス排気ライン
１５０：真空ポンプ部
１６１、１６２：吐出ライン
１７１，１７２：真空ライン
Ｒ：反応室
ＳＡ：ソースガス領域
ＲＡ：反応ガス領域
ＰＡ１：第１パージガス領域
ＰＡ２：第２パージガス領域
ＳＳ：分離領域
Ｗ：基板
１１０：反応チャンバ
１１１：排気ホール
１１２：隔壁
１１３：吐出ポート
１２０：サセプタ
１３０、１３０’、１３０”：ガス供給部
１４０：分離排気部
１４１、１４１’、１４１”：ソースガス排気ライン
１４２、１４２’、１４２”：反応ガス排気ライン
１５０：真空ポンプ部
１６１、１６２：吐出ライン
１７１，１７２：真空ライン
Ｒ：反応室
ＳＡ：ソースガス領域
ＲＡ：反応ガス領域
ＰＡ１：第１パージガス領域
ＰＡ２：第２パージガス領域
ＳＳ：分離領域
Ｗ：基板
Claims (7)
- 反応チャンバと、
前記反応チャンバ内に回転可能に装着され、少なくとも１つの基板が載置されるサセプタと、
前記反応チャンバの上部に装着され、前記反応チャンバ内に複数のガスそれぞれを複数の領域それぞれに独立的に供給するガス供給部と、
前記複数のガスが供給される前記複数の領域の各領域の境界に対応するように前記サセプタ上部に装着され、前記境界の周辺のガスを排気する排気ラインを備える分離排気部と、前記分離排気部に吸入力を提供する真空ポンプ部と、
前記分離排気部の前記排気ラインと前記真空ポンプ部を連結する吐出ラインと、
を備え、
前記吐出ラインの一端は前記ガス供給部の上部を通過して前記排気ラインと連結し、他端は前記真空ポンプ部に連結したことを特徴とする薄膜蒸着装置。 - 前記反応チャンバのエッジに形成され、前記真空ポンプ部に連結する排気ホールを含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。
- 反応チャンバと、
前記反応チャンバ内に回転可能に装着され、少なくとも１つの基板が載置されるサセプタと、
前記反応チャンバの上部に装着され、前記反応チャンバ内に複数のガスを独立的に供給するガス供給部と、
前記複数のガスが供給される各領域の境界に対応するように前記サセプタ上部に装着され、周辺のガスを排気する排気ラインを備える分離排気部と、
前記分離排気部に吸入力を提供する真空ポンプ部と、
を備え、
前記ガス供給部は、ソースガスを供給するソースガス領域、パージガスを供給する第１パージガス領域、反応ガスを供給する反応ガス領域、およびパージガスを供給する第２パージガス領域を順次に含み、
前記分離排気部は、前記ソースガス領域と前記第１、２パージガス領域との境界に対応して前記ガス供給部底面に形成されたソースガス排気ライン、および前記反応ガス領域と前記第１、２パージガス領域との境界に対応して前記ガス供給部底面に形成された反応ガス排気ラインを備え、
前記ソースガス領域、前記反応ガス領域、および前記第１、２パージガス領域と対応する前記ガス供給部には、ガスを前記反応チャンバ内部に噴射する複数のガス噴射孔が形成され、
前記ソースガス排気ラインは、前記ソースガス領域と前記第１パージガス領域の間との境界、および前記ソースガス領域と前記第２パージガス領域の間との境界を経て形成され、前記反応ガス排気ラインは、前記反応ガス領域と前記第１パージガス領域の間との境界、および前記反応ガス領域と前記第２パージガス領域の間との境界を経て形成されることを特徴とする薄膜蒸着装置。 - 前記ガス供給部に形成され、前記ソースガス排気ラインと一端が連結する第１吐出ラインおよび前記反応ガス排気ラインと一端が連結する第２吐出ラインを備え、
前記真空ポンプ部は、前記第１吐出ラインの他端と連結する第１真空ポンプ、および前記第２吐出ラインの他端と連結する第２真空ポンプを備えることを特徴とする請求項３に記載の薄膜蒸着装置。 - 前記ソースガス領域と対応するように前記反応チャンバのエッジに形成され、前記第１真空ポンプに連結する第１排気ホールと、
前記反応ガス領域と対応するように前記反応チャンバのエッジに形成され、前記第２真空ポンプに連結する第２排気ホールと、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の薄膜蒸着装置。 - 前記反応チャンバの内部には、ソースガスと反応ガスとの混合を防ぐ隔壁が形成され、前記隔壁は前記第１パージガス領域および前記第２パージガス領域に位置することを特徴とする請求項４に記載の薄膜蒸着装置。
- 前記ソースガス排気ラインはソースガスおよびパージガスを排気し、前記反応ガス排気ラインは反応ガスおよびパージガスを排気することを特徴とする請求項３に記載の薄膜蒸着装置。
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