JP6396670B2 - 成膜装置ならびに排気装置および排気方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板に対して成膜処理を行う成膜装置、ならびに成膜処理に用いられる排気装置および排気方法に関する。

半導体デバイスや液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）などの製造過程においては、半導体ウエハやガラス基板等の被処理基板に対し、配線等を形成するために成膜処理が行われる。

近時、成膜処理を行うための成膜手法として、薄い膜を良好なステップカバレッジで成膜することが可能な原子層堆積法（ＡＬＤ法）が注目されている。

ＡＬＤ法は、被処理基板が配置された処理容器内に、複数、典型的には２つの処理ガスを交互に供給して、被処理基板の表面に一原子層（またはそれに近い厚さの層）ごとに堆積し、これらの処理ガスを被処理基板上で反応させることにより所定の膜を成膜する手法である。

ＡＬＤ法により所定の膜を成膜する場合、処理容器内に供給された処理ガスのうち成膜に使われるのは一部であり、残りは未反応のまま排気される。処理容器内、排気配管内は減圧環境であり、かつこれらの周囲は通常加熱されているが、このような環境であっても、複数の成膜ガスが混合する環境では、反応生成物が発生し、排気経路に溜まっていく。反応生成物が溜まっていくと、経時的にパーティクルが増加し、製品不良の原因となる。

このような問題を解消する技術として、特許文献１には、処理ガス（反応物質）と同数の排気経路を設け、各排気経路に真空ポンプ部とスクラバーを接続し、未反応の成膜ガス（反応物質）の各々が所定の排気経路にだけ排気されるように、排気経路各々を排気される未反応の処理ガス（反応物質）の種類によって選択的に制御弁により断続させる技術が開示されている。

特開２００４−１８３０９６号公報

しかしながら、上記特許文献１に示された技術を、ＦＰＤのガラス基板のような大型の被処理基板を処理するための大型の成膜装置に適用する場合、大量のガスを使用する必要があるため、大口径の排気配管および排気速度の大きい大容量の真空ポンプが少なくとも２つ必要となる。また、流路を切り替えるための制御バルブを大口径の排気配管に設ける必要があり、制御バルブの大型化も避けられない。さらに、通常、処理容器から真空ポンプに至る排気配管はヒーターにより１００℃以上に加熱しているため、排気配管の大口径化にともなってヒーターの大容量化も必要となり、このような大容量のヒーターも少なくとも２つ必要となる。このため、排気構造自体が大型となり、設置面積が増加してしまい、排気構造のコストおよびエネルギーコストも増加する。

一方、排気経路で複数の成膜ガスが混合する要因としては、排気配管に加熱が十分でないコールドスポットが存在すること、部材の継ぎ目などの狭い隙間などが存在し、成膜ガスのパージが不十分となる箇所が存在することなども挙げられ、処理ガスが接する領域で極力構造が複雑化することを回避する必要がある。しかし、上記特許文献１の技術では、真空ポンプおよび制御弁等が接続された排気配管が少なくとも２つ必要であり、構造が複雑化するため、成膜ガスが混合して反応生成物が生じる部位が増加し、十分にパーティクル発生を防止できないおそれがある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、装置が大型化しても、排気構造の大型化、高コスト化、および複雑化を防止しつつ、排気経路への反応生成物の堆積を抑制することができる成膜装置を提供すること、ならびにこのような成膜装置に用いられる排気装置および排気方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、混合すると反応生成物を生じる複数の処理ガスを順次、かつ所定回数繰り返し切り替えて供給して被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜装置であって、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に複数の処理ガスを順次供給するガス供給ユニットと、前記処理容器内を排気する排気ユニットとを具備し、前記排気ユニットは、前記処理容器内を排気する一つの前段真空ポンプと、前記前段真空ポンプの排気側に複数分岐して設けられ、前記複数の処理ガスにそれぞれ対応した複数の排気経路を規定する複数の分岐配管と、前記複数の分岐配管のそれぞれに設けられた複数の後段真空ポンプと、前記複数の排気経路を切り替える排気経路切替部と、前記複数の処理ガスの切り替えに対応して前記複数の排気経路を順次、かつ前記所定回数繰り返して切り替え、前記複数の処理ガスのうち前記処理容器内に供給される処理ガスに対応した排気経路に排ガスが流れるように、前記排気経路切替部を制御する排気制御器とを有することを特徴とする成膜装置を提供する。

上記第１の観点において、前記ガス供給ユニットは、少なくとも、一つの処理ガスを供給した後、次の処理ガスを供給する前に、前記処理容器内をパージするためのパージガスを供給し、前記排気制御器は、パージガスを供給している間に排気経路を切り替えるように前記排気経路切替部を制御するように構成してもよい。

本発明の第２の観点は、混合すると反応生成物を生じる第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に、かつ所定回数繰り返し切り替えて供給して被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜装置であって、被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に供給するガス供給ユニットと、前記処理容器内を排気する排気ユニットとを具備し、前記排気ユニットは、前記処理容器内を排気する一つの前段真空ポンプと、前記前段真空ポンプの排気側に分岐して設けられ、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスにそれぞれ対応した２つの排気経路を規定する第１の分岐配管および第２の分岐配管と、前記第１の分岐配管および前記第２の分岐配管のそれぞれに設けられた第１の後段真空ポンプおよび第２の後段真空ポンプと、前記排気経路を切り替える排気経路切替部と、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスの切り替えに対応して前記２つの排気経路を順次、かつ前記所定回数繰り返して切り替え、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスのうち前記処理容器内に供給される処理ガスに対応した排気経路に排ガスが流れるように、前記排気経路切替部を制御する排気制御器とを有することを特徴とする成膜装置を提供する。

上記第２の観点において、記ガス供給ユニットは、少なくとも、第１の処理ガスを供給した後、第２の処理ガスを供給する前、および第２の処理ガスを供給した後、第１の処理ガスを供給する前に、前記処理容器内をパージするためのパージガスを供給し、前記排気制御器は、パージガスを供給している間に排気経路を切り替えるように前記排気経路切替部を制御するように構成してもよい。また、前記ガス供給ユニットは、前記第１の処理ガスを前記処理容器に供給する第１処理ガス供給配管と、前記第２の処理ガスを前記処理容器に供給する第２処理ガス供給配管と、前記第１処理ガス供給配管に設けられた第１開閉バルブと、前記第２処理ガス供給配管に設けられた第２開閉バルブとを有し、前記排気制御器は、前記第１開閉バルブおよび前記第２開閉バルブの開閉動作に連動させて、前記排気経路切替部による排気経路の切り替えを制御する構成としてもよい。

上記第１および第２の観点において、前記排気ユニットは、前記処理容器と前記前段真空ポンプとの間に介在する排気配管と、前記排気配管を加熱する加熱手段とをさらに有する構成であってもよい。また、前記排気経路切替部は、前記各分岐配管にそれぞれ設けられた制御バルブを有する構成であってもよく、前記分岐配管の分岐部に設けられた切替バルブを有する構成であってもよい。

また、上記第１および第２の観点において、前記排気ユニットは、前記分岐配管の前記後段真空ポンプの下流側に設けられた排ガス処理設備をさらに有してもよい。また、前記排気ユニットを複数有してもよい。

本発明の第３の観点は、混合すると反応生成物を生じる複数の処理ガスを順次、かつ所定回数繰り返し、切り替えて被処理基板を収容した処理容器内に供給し、被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜装置において前記処理容器内を排気する排気装置であって、前記処理容器内を排気する一つの前段真空ポンプと、前記前段真空ポンプの排気側に複数分岐して設けられ、前記複数の処理ガスにそれぞれ対応した複数の排気経路を規定する複数の分岐配管と、前記複数の分岐配管のそれぞれに設けられた複数の後段真空ポンプと、前記複数の排気経路を切り替える排気経路切替部と、前記複数の処理ガスの切り替えに対応して前記複数の排気経路を順次、かつ前記所定回数繰り返して切り替え、前記複数の処理ガスのうち前記処理容器内に供給される処理ガスに対応した排気経路に排ガスが流れるように、前記排気経路切替部を制御する排気制御器とを有することを特徴とする排気装置を提供する。

上記第３の観点において、前記成膜装置は、少なくとも、一つの処理ガスを供給した後、次の処理ガスを供給する前に、前記処理容器内をパージするためのパージガスを供給し、前記排気制御器は、パージガスを供給している間に排気経路を切り替えるように前記排気経路切替部を制御する構成とすることができる。

本発明の第４の観点は、混合すると反応生成物を生じる第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に、かつ所定回数繰り返し切り替えて被処理基板を収容した処理容器内に供給し、被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜装置において前記処理容器内を排気する排気装置であって、前記処理容器内を排気する一つの前段真空ポンプと、前記前段真空ポンプの排気側に分岐して設けられ、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスにそれぞれ対応した２つの排気経路を規定する第１の分岐配管および第２の分岐配管と、前記第１の分岐配管および前記第２の分岐配管のそれぞれに設けられた第１の後段真空ポンプおよび第２の後段真空ポンプと、前記排気経路を切り替える排気経路切替部と、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスの切り替えに対応して前記２つの排気経路を順次、かつ前記所定回数繰り返して切り替え、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスのうち前記処理容器内に供給される処理ガスに対応した排気経路に排ガスが流れるように、前記排気経路切替部を制御する排気制御器とを有することを特徴とする排気装置を提供する。

上記第４の観点において、前記成膜装置は、少なくとも、第１の処理ガスを供給した後、第２の処理ガスを供給する前、および第２の処理ガスを供給した後、第１の処理ガスを供給する前に、前記処理容器内をパージするためのパージガスを供給し、前記排気制御器は、パージガスを供給している間に排気経路を切り替えるように前記排気経路切替部を制御する構成とすることができる。また、前記排気制御器は、前記第１の処理ガスの供給・停止を行うための第１開閉バルブおよび前記第２の処理ガスの供給・停止を行うための第２開閉バルブの開閉動作に連動させて、前記排気経路切替部による排気経路の切り替えを制御する構成としてもよい。

上記第３および第４の観点において、前記処理容器と前記前段真空ポンプとの間に介在する排気配管と、前記排気配管を加熱する加熱手段とをさらに有する構成であってもよい。また、前記排気経路切替部は、前記各分岐配管にそれぞれ設けられた制御バルブを有する構成であってもよく、前記分岐配管の分岐部に設けられた切替バルブを有する構成であってもよい。

また、上記第３および第４の観点において、前記分岐配管の前記後段真空ポンプの下流側に設けられた排ガス処理設備をさらに有してもよい。

本発明の第５の観点は、混合すると反応生成物を生じる複数の処理ガスを順次、かつ所定回数繰り返し切り替えて被処理基板を収容した処理容器内に供給し、被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜装置において前記処理容器内を排気する排気方法であって、前記処理容器内を排気する一つの前段真空ポンプを設け、前記前段真空ポンプの排気側に、前記複数の処理ガスにそれぞれ対応した複数の排気経路を規定するように分岐して複数の分岐配管を設け、前記複数の分岐配管のそれぞれに後段真空ポンプを設け、前記複数の処理ガスのうち前記処理容器内に供給される処理ガスに対応した排気経路に排ガスが流れるように、前記複数の処理ガスの切り替えに対応して前記複数の排気経路を順次、かつ前記所定回数繰り返して切り替えることを特徴とする排気方法を提供する。

上記第５の観点において、前記成膜装置では、少なくとも、一つの処理ガスを供給した後、次の処理ガスを供給する前に、前記処理容器内をパージするためのパージガスが供給され、パージガスが供給されている間に排気経路を切り替えるようにすることができる。

本発明の第６の観点は、混合すると反応生成物を生じる第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に、かつ所定回繰り返し切り替えて被処理基板を収容した処理容器内に供給し、被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜装置において前記処理容器内を排気する排気方法であって、前記処理容器内を排気する一つの前段真空ポンプを設け、前記前段真空ポンプの排気側に、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスにそれぞれ対応した２つの排気経路を規定するように分岐して第１の分岐配管および第２の分岐配管とを設け、前記第１の分岐配管および前記第２の分岐配管のそれぞれに第１の後段真空ポンプおよび第２の後段真空ポンプを設け、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスのうち前記処理容器内に供給される処理ガスに対応した排気経路に排ガスが流れるように、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスの切り替えに対応して前記２つの排気経路を順次、かつ前記所定回数繰り返して切り替えることを特徴とする排気方法を提供する。

上記第６の観点において、前記成膜装置では、少なくとも、第１の処理ガスを供給した後、第２の処理ガスを供給する前、および第２の処理ガスを供給した後、第１の処理ガスを供給する前に、前記処理容器内をパージするためのパージガスが供給され、パージガスが供給されている間に排気経路を切り替えるようにすることができる。

本発明においては、処理容器内を排気する前段真空ポンプの排気側に分岐して複数の処理ガスにそれぞれ対応した排気路を規定する複数の分岐配管を設け、その複数の分岐配管のそれぞれに後段真空ポンプを設け、排気切替部により、複数の処理ガスのうち処理容器内に供給される処理ガスに対応した排気経路に排ガスが流れるようにした。これにより、前段真空ポンプは一つでよく、また、前段真空ポンプの排気側の分岐配管は小径でよいので、成膜装置が大型化しても、排気構造の大型化、高コスト化、および複雑化を防止しつつ、排気経路への反応生成物の堆積を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る成膜装置を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る成膜装置においてＡＬＤ成膜を行う際のガス供給ユニットおよび排気ユニットにおけるバルブの開閉を示すタイミングチャートである。 排気ユニットの他の例を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置を示す概略構成図である。この成膜装置１００は、被処理基板に対しＡＬＤ法により所定の膜を成膜するＡＬＤ成膜を行うものであり、被処理基板Ｓに成膜処理を行う処理部１と、処理部１の処理空間にガスを供給するためのガス供給ユニット２と、処理部１の処理空間を排気する排気ユニット３と、制御部４とを有している。

処理部１は、成膜処理のための処理空間を画成する処理容器１１と、処理容器１１内に設けられた被処理基板Ｓを載置するための載置台１２と、載置台１２内に設けられた基板ヒーター１３と、処理容器１１の壁の内部に設けられた容器ヒーター１４とを有している。また、図示していないが、処理容器１１の側壁には、被処理基板Ｓを搬入および搬出するための搬入出口が設けられており、この搬入出口はゲートバルブで開閉可能となっている。

成膜処理に際しては、基板ヒーター１３により載置台１２上の被処理基板Ｓが成膜に適した所望の処理温度に加熱されるとともに、容器ヒーター１４により処理容器１１の壁部が不要な堆積物の生成を防ぐために適した所望の温度に加熱される。

ガス供給ユニット２は、第１の処理ガスを供給する第１処理ガス供給源２１と、第２の処理ガスを供給する第２処理ガス供給源２２と、パージガスを供給するパージガス供給源２３と、第１処理ガス供給源２１から処理容器１１内に第１の処理ガスを供給する第１処理ガス供給配管２４と、第２処理ガス供給源２２から処理容器１１内に第２の処理ガスを供給する第２処理ガス供給配管２５と、パージガス供給源２３から処理容器１１内にパージガスを供給するパージガス供給配管２６と、第１処理ガス供給配管２４に設けられた第１開閉バルブ２７と、第２処理ガス供給配管２５に設けられた第２開閉バルブ２８と、パージガス供給配管２６に設けられた第３開閉バルブ２９とを有する。

第１処理ガス供給配管２４、第２処理ガス供給配管２５、およびパージガス供給配管２６は、処理容器１１の側壁の互いに近接した位置に接続されている。

ガス供給ユニット２においては、第１開閉バルブ２７と第２開閉バルブ２８とを交互に間欠的に開閉することにより、第１の処理ガスと第２の処理ガスを交互に間欠的に処理容器１１内に供給可能となっている。また、成膜処理中には、第３開閉バルブ２９が常時開かれ、処理容器１１内にパージガスが常時供給される。第１開閉バルブ２７が開かれて第１の処理ガスが供給される期間と、第２開閉バルブ２８が開かれて第２の処理ガスが供給される期間との間の期間は、第１開閉バルブ２７および第２開閉バルブ２８が閉じられて、パージガスのみが供給されて処理容器１１内がパージされる。また、第１開閉バルブ２７または第２開閉バルブ２８が開かれて第１の処理ガスまたは第２の処理ガスが供給される際には、パージガスは、これら処理ガスのキャリアガスとしての役割も有する。なお、図示していないが、第１処理ガス供給配管２４、第２処理ガス供給配管２５、およびパージガス供給配管２６には、流量制御器が設けられている。

排気ユニット３は、処理容器１１の側壁のガス導入部分に対向する位置に接続された排気配管３１と、排気配管３１に接続された前段真空ポンプであるメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）３２と、メカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）３２の排気側から分岐した第１の分岐配管３３および第２の分岐配管３４と、第１の分岐配管３３および第２の分岐配管３４にそれぞれ設けられた後段真空ポンプである第１ドライポンプ（ＤＰ１）３５および第２ドライポンプ（ＤＰ２）３６と、第１の分岐配管３３および第２の分岐配管３４の分岐部近傍にそれぞれ設けられた第１制御バルブ３７および第２制御バルブ３８と、第１の分岐配管３３および第２の分岐配管３４の第１ドライポンプ（ＤＰ１）３５および第２ドライポンプ（ＤＰ２）３６の下流側にそれぞれ設けられた第１排ガス処理設備３９および第２排ガス処理設備４０と、排気経路を制御する排気制御器４１とを有している。第１排ガス処理設備３９および第２排ガス処理設備４０は、排ガス中の有害成分を無害化するための処理を施すものであり、加熱触媒式、燃焼式、吸着式、プラズマ反応式等、従来公知の方式のものを採用することができる。また、排気配管３１には、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）４２が設けられている。排気配管３１およびメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）３２の周囲にはヒーター４３が設けられており、ヒーター４３により排気配管３１およびメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）３２が所定の温度に加熱されて不要な堆積物の生成を抑制する。なお、メカニカルブースターポンプ３２と第１制御バルブ３７との間の配管、およびメカニカルブースターポンプ３２と第２制御バルブ３８との間の配管にヒーターを設けておいてもよい。

前段真空ポンプであるメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）３２は、長円形の金属製ケーシング中で、繭型の一対のローターを互いに９０度の角度で高速で回転させるタイプのポンプであり、排気速度が大きく、短時間で処理容器１１内を高真空まで到達させることができる。

一方、後段真空ポンプである第１ドライポンプ（ＤＰ１）３５および第２ドライポンプ（ＤＰ２）３６は、前段真空ポンプであるメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）３２により処理容器１１内を高真空に到達できるようにその背圧を所定の真空度にするための粗引きポンプとして機能する。

第１制御バルブ３７および第２制御バルブ３８は、前段真空ポンプであるメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）３２の下流側の排気経路を切り替える機能を有しており、第１制御バルブ３７および第２制御バルブ３８の一方を開いて他方を閉じることにより、第１の分岐配管３３および第２の分岐配管３４のいずれかに選択的に排ガスを流すことができるようになっている。なお、パージガスを排気する際には、それぞれの処理ガスが処理容器１１および排気配管３１から十分に除去された後であれば、第１制御バルブ３７および第２制御バルブ３８の両方を開くことも可能である。

排気制御器４１は、ガス供給ユニット２から供給する処理ガスに応じて排気経路を切り替えるように、第１制御バルブ３７および第２制御バルブ３８の開閉を制御する。この排気制御器４１による制御は、後述するように制御部４からの信号に基づいて行われる。

制御部４は、バルブ、真空ポンプ、ヒーター等、成膜装置１００の各構成部を制御するためのものであり、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を有している。制御部４は、成膜装置１００で所定の処理を実行するためのプログラムである処理レシピをその中の記憶媒体に格納しており、任意の処理レシピを呼び出して、成膜装置１００に所定の処理を実行させる。

特に、制御部４は、ＡＬＤ法による成膜に際し、第１開閉バルブ２７と第２開閉バルブ２８とを交互に間欠的に開放して、第１の処理ガスと第２の処理ガスとを交互に処理容器１１内に供給するように制御する。また、成膜期間は第３開閉バルブ２９を常時開放して、パージガスが常時流れるように制御する。したがって、第１開閉バルブ２７を開放している期間と第２開閉バルブ２８を開放している期間の間の期間は、第１開閉バルブ２７および第２開閉バルブ２８が閉じられてパージガスだけが流れ、処理容器１１内がパージされる。

また、制御部４は、第１開閉バルブ２７、第２開閉バルブ２８の開閉信号を排気ユニット３の排気制御器４１に与え、これに連動して排気制御器４１に第１制御バルブ３７および第２制御バルブ３８を制御させ、排気経路の切替制御を行う。

すなわち、排気制御器４１は、制御部４によるガス供給制御に基づいて、第１開閉バルブ２７を開いて第１の処理ガスを供給している際には、第１制御バルブ３７を開き、第２制御バルブ３８を閉じて排ガスが第１の分岐配管３３側に流れるように制御し、第２開閉バルブ２８を開いて第２の処理ガスを供給している際には、第１制御バルブ３７を閉じ、第２制御バルブ３８を開いて排ガスが第２の分岐配管３４側に流れるように制御する。なお、排気制御器４１が排気経路を第１の分岐配管３３と第２の分岐配管３４との間で切り替えるタイミングは、処理容器１１内をパージしている期間とすることが好ましい。また、排気制御器４１の機能を制御部４に持たせるようにしてもよい。

次に、このように構成される成膜装置の動作について説明する。
まず、被処理基板Ｓを処理容器１１内に搬入し、載置台１２の上に載置し、パージガス供給源２３からパージガスを供給するとともに、排気ユニット３により処理容器１１内を排気して、処理容器１１内を所定の圧力に調整し、ＡＬＤ成膜を開始する。

図２は、成膜装置１００においてＡＬＤ成膜を行う際のガス供給ユニット２および排気ユニット３におけるバルブの開閉を示すタイミングチャートである。

図２に示すように、本実施形態では、ＡＬＤ成膜の期間中、第３開閉バルブ２９を常時開いてパージガスを処理容器１１内に常時供給し、第１開閉バルブ２７と第２開閉バルブ２８とを交互に間欠的に開閉する。

これにより、第１の処理ガスを供給する工程（Ｓ１）と、第２の処理ガスを供給する工程（Ｓ２）が交互に間欠的に実施され、これらの間の第１開閉バルブ２７および第２開閉バルブ２８が閉じられている期間は、パージガスのみが供給され、処理容器１１内をパージする第１パージ工程（Ｓ３）、第２パージ工程（Ｓ４）が実施される。

このようなＡＬＤ成膜は、例えば、第１の処理ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、第２の処理ガスとしてＨ_２Ｏのような還元ガスを用い、被処理基板Ｓ上に、第１の処理ガスを供給する工程（Ｓ１）によりＴＭＡを吸着させ、第１パージ工程（Ｓ３）を実施した後、第２の処理ガスを供給する工程（Ｓ２）によりＨ_２Ｏを吸着させ、これらの反応により一原子層（またはそれに近い厚さの層）のアルミニウム単位膜を成膜し、次いで第２パージ工程（Ｓ４）を実施するというサイクルを所定回数実施し、所定の膜厚のアルミニウム膜を成膜するものを挙げることができる。

このとき、第１処理ガスおよび第２処理ガスのうち成膜に使われるのは一部であり、残りは未反応のまま排気される。これらが処理容器内や排気経路で反応して反応生成物が形成されることを防止するため、従来から処理容器や排気経路が加熱されているが、排気経路が一つの場合には、これらが排気経路で混合されて反応生成物を生成することは避けられない。

そこで、本実施形態では、排気ユニット３において、第１の処理ガスを供給する工程（Ｓ１）を実施している期間は、第１制御バルブ３７を開放し、第２制御バルブ３８を閉じて、第１の分岐配管３３のみに排ガスが流れるようにし、第２の処理ガスを供給する工程（Ｓ２）を実施している期間は、第１制御バルブ３７を閉じ、第２制御バルブ３８を開放して、第２の分岐配管３４のみに排ガスが流れるようにする。このときの第１制御バルブ３７および第２制御バルブ３８による排気経路の切替えは、第１パージ工程（Ｓ３）および第２パージ工程（Ｓ４）の途中で実施される。

これにより、第１の処理ガスが供給されている期間は、第１の分岐配管３３のみに排ガスが流れ、第２の処理ガスが供給されている期間は、第２の分岐配管３４のみに排ガスが流れるので、第１の処理ガスと第２の処理ガスとが排気ユニット３で混合して反応生成物が生成されることを抑制することができる。

このとき、第１制御バルブ３７と第２制御バルブ３８による排気経路の切替えは、パージ工程（Ｓ３、Ｓ４）の途中で実施され、図２の例では、第１パージ工程（Ｓ３）および第２パージ工程（Ｓ４）のほぼ中間の時点で排気経路の切替えが実施されているが、処理容器１１内が十分にパージされてから実施されていれば、排気経路を切替える時点は任意である。

例えば、第１の処理ガスとしてＴＭＡを用い、第２の処理ガスとしてＨ_２Ｏを用いてアルミニウム膜を成膜する際に、ＴＭＡの供給を停止してからＨ_２Ｏの供給開始までの第１パージ工程（Ｓ３）の期間を１０ｓｅｃ、Ｈ_２Ｏの供給を停止してからＴＭＡの供給を開始するまでの第２パージ工程（Ｓ４）の期間を１０ｓｅｃとした場合、第１制御バルブ３７および第２制御バルブ３８による排気経路の切替えは、ＴＭＡの供給停止後、またはＨ_２Ｏの供給停止後、１０ｓｅｃ以内に行われる。

なお、第１パージ工程（Ｓ３）および第２パージ工程（Ｓ４）の際に、排気量を多くする必要がある場合等には、それぞれの処理ガスが処理容器１１および排気配管３１から十分に除去された後であれば、これら工程の途中で第１制御バルブ３７および第２制御バルブ３８の両方を開放するようにしてもよい。

以上のような処理ガスに応じて排気経路を切り替える技術自体は、上述した特許文献１に開示されているが、特許文献１に示された技術を、ＦＰＤのガラス基板のような大型の被処理基板を処理するための大型の成膜装置に適用する場合、上述したように、大口径の排気配管および排気速度の大きい大容量の真空ポンプが少なくとも２つ必要となり、また、大型の制御バルブおよび大容量のヒーターも２つ必要となって、排気構造自体の大型化および排気経路の複雑化を招いてしまう。特に、この種の真空処理においては、真空ポンプとして前段真空ポンプと後段真空ポンプの２段構成を用いることが一般的であり、そのような場合に特許文献１の技術を用いると、このような前段真空ポンプと後段真空ポンプを２組ずつ搭載することが必要となって排気構造が益々大型化し、コストの高いものとなってしまう。

このような問題を解消するために検討した結果、排気構造において、後段真空ポンプであるドライポンプ（ＤＰ）内およびドライポンプ（ＤＰ）から排ガス処理設備までの間の排気配管内には反応生成物が多量に発生しているが、処理容器から前段真空ポンプであるメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）までの配管はほとんど反応生成物が発生していないことが判明した。これは、ドライポンプ（ＤＰ）およびその下流側の排気配管はほぼ大気圧であるため反応生成物が生じやすいのに対し、処理容器からメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）までは減圧環境であり、しかも加熱されているため、２種類の処理ガスが混合・反応し難い環境であり、反応生成物がほとんど発生しないためである。したがって、反応生成物を抑制するための対策が必要なのは、ドライポンプ（ＤＰ）およびその下流側の排気配管である。

また、排気におけるガスの体積速度は圧力の低下に反して増加し、処理容器から前段真空ポンプであるメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）までの排気配管は、その中が高真空になるため、コンダクタンスを良好にする観点から、例えば１００ｍｍφ以上の大口径のものを用いる必要があるが、前段真空ポンプの下流側では排気配管の圧力は上昇しているため、排気配管の径は４０〜５０ｍｍφ程度でよい。

そこで、本実施形態では、排気ユニット３として、処理容器１１に接続する排気配管３１とそれに接続するメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）３２を一つずつとし、メカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）３２の下流側で排気配管から第１の分岐配管３３および第２の分岐配管３４に分岐させて、これら第１の分岐配管３３および第２の分岐配管３４にそれぞれ、第１ドライポンプ（ＤＰ１）３５および第２ドライポンプ（ＤＰ２）３６を設ける構成とした。

これにより、大口径の排気配管３１および前段真空ポンプであるメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）３２の数を従来よりも減らすことができ、排気配管用のヒーター４３の数も一つでよく、また、２つ必要な第１の分岐配管３３および第２の分岐配管３４は４０〜５０ｍｍφ程度と大径化は不要であり、制御バルブ３７および３８も小型化することができる。このため、成膜装置が大型化しても、排気構造の大型化、高コスト化、および複雑化を防止しつつ、排気ユニット３における排気経路への反応生成物の堆積を抑制することができ、パーティクルの発生を抑制することができる。

また、排気経路を切り替えるための第１制御バルブ３７および第２制御バルブ３８を前段真空ポンプであるメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）３２の下流側に設置していることから、制御バルブを切り替える際の処理容器１１内の圧力変動を抑制することができる。

さらに、ＡＬＤ成膜中、処理容器１１内にキャリアガスとして常時パージガスを供給して処理容器１１内に層流を形成するので、処理ガス供給時およびパージの際に処理容器１１内において均一な環境を維持することができ、形成した膜の均一性を確保することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においては、排気流路を切り替える排気流路切替部として、２つの分岐配管にそれぞれ設けられた制御バルブを用い、これらの開閉により排気流路を切り替える例を示したが、これに限らず、図３に示すように、排気流路切替部として第１の分岐配管３３と第２の分岐配管３４との分岐部に単一の切替バルブ（三方バルブ）４５を設けてもよい。これによりバルブの数をより少なくすることができる。

また、上記実施形態では、処理容器に接続された排気配管に前段真空ポンプを接続した場合を示したが、前段真空ポンプを処理容器に直結させてもよい。その際、自動圧力制御バルブ４２のみを介して処理容器に直結してもよい。

さらに、上記実施の形態では、２つの処理ガスを交互に供給する場合について示したが、処理ガスの数は限定されず、処理ガスが複数の場合に適用可能であり、処理ガスの数だけ分岐配管を設けて処理ガスに応じて排気流路を切り替えるようにすればよい。

さらにまた、上記実施形態では、前段真空ポンプとしてメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）を用いた例を示したが、これに限らず、ターボポンプ等の他のポンプを用いることができる。また、後段真空ポンプとして用いるドライポンプ（ＤＰ）は、本発明の技術分野で粗引きポンプとして通常用いるものであれば限定されない。

さらにまた、上記実施形態では、排気ユニットを一つ設けた例を示したが、大きな排気能力を必要とする等の場合に、排気ユニットを複数設けてもよい。この場合は、処理容器に連結される排気配管を分岐し、それぞれに前段真空ポンプを設けるようにすることができる。また、処理容器の異なる複数の場所、例えば載置台を取り囲むような複数の位置にそれぞれ前段真空ポンプを接続して排気ユニットを設けてもよい。

さらにまた、被処理基板としては、ＦＰＤ用の基板や半導体ウエハ等、ＡＬＤ成膜が行われるものであれば特に限定されない。

１；処理部
２；ガス供給ユニット
３；排気ユニット
４；制御部
１１；処理容器
１２；載置台
１３；基板ヒーター
１４；容器ヒーター
２１；第１処理ガス供給源
２２；第２処理ガス供給源
２３；パージガス供給源
２４；第１処理ガス供給配管
２５；第２処理ガス供給配管
２６；パージガス供給配管
２７；第１開閉バルブ
２８；第２開閉バルブ
２９；第３開閉バルブ
３１；排気配管
３２；メカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）
３３；第１の分岐配管
３４；第２の分岐配管
３５；第１ドライポンプ（ＤＰ１）
３６；第２ドライポンプ（ＤＰ２）
３７；第１制御バルブ
３８；第２制御バルブ
３９；第１排ガス処理設備
４０；第２排ガス処理設備
４１；排気制御器
４２；自動圧力制御バルブ
４３；ヒーター
４５；切替バルブ
１００；成膜装置
Ｓ；被処理基板

Claims (23)

1. 混合すると反応生成物を生じる複数の処理ガスを順次、かつ所定回数繰り返し切り替えて供給して被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜装置であって、
   被処理基板を収容する処理容器と、
   前記処理容器内に複数の処理ガスを順次供給するガス供給ユニットと、
   前記処理容器内を排気する排気ユニットと
   を具備し、
   前記排気ユニットは、
   前記処理容器内を排気する一つの前段真空ポンプと、
   前記前段真空ポンプの排気側に複数分岐して設けられ、前記複数の処理ガスにそれぞれ対応した複数の排気経路を規定する複数の分岐配管と、
   前記複数の分岐配管のそれぞれに設けられた複数の後段真空ポンプと、
   前記複数の排気経路を切り替える排気経路切替部と、
   前記複数の処理ガスの切り替えに対応して前記複数の排気経路を順次、かつ前記所定回数繰り返して切り替え、前記複数の処理ガスのうち前記処理容器内に供給される処理ガスに対応した排気経路に排ガスが流れるように、前記排気経路切替部を制御する排気制御器と
   を有することを特徴とする成膜装置。
2. 前記ガス供給ユニットは、少なくとも、一つの処理ガスを供給した後、次の処理ガスを供給する前に、前記処理容器内をパージするためのパージガスを供給し、
   前記排気制御器は、パージガスを供給している間に排気経路を切り替えるように前記排気経路切替部を制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 混合すると反応生成物を生じる第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に、かつ所定回数繰り返し切り替えて供給して被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜装置であって、
   被処理基板を収容する処理容器と、
   前記処理容器内に第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に供給するガス供給ユニットと、
   前記処理容器内を排気する排気ユニットと
   を具備し、
   前記排気ユニットは、
   前記処理容器内を排気する一つの前段真空ポンプと、
   前記前段真空ポンプの排気側に分岐して設けられ、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスにそれぞれ対応した２つの排気経路を規定する第１の分岐配管および第２の分岐配管と、
   前記第１の分岐配管および前記第２の分岐配管のそれぞれに設けられた第１の後段真空ポンプおよび第２の後段真空ポンプと、
   前記排気経路を切り替える排気経路切替部と、
   前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスの切り替えに対応して前記２つの排気経路を順次、かつ前記所定回数繰り返して切り替え、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスのうち前記処理容器内に供給される処理ガスに対応した排気経路に排ガスが流れるように、前記排気経路切替部を制御する排気制御器と
   を有することを特徴とする成膜装置。
4. 前記ガス供給ユニットは、少なくとも、第１の処理ガスを供給した後、第２の処理ガスを供給する前、および第２の処理ガスを供給した後、第１の処理ガスを供給する前に、前記処理容器内をパージするためのパージガスを供給し、
   前記排気制御器は、パージガスを供給している間に排気経路を切り替えるように前記排気経路切替部を制御することを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
5. 前記ガス供給ユニットは、前記第１の処理ガスを前記処理容器に供給する第１処理ガス供給配管と、前記第２の処理ガスを前記処理容器に供給する第２処理ガス供給配管と、前記第１処理ガス供給配管に設けられた第１開閉バルブと、前記第２処理ガス供給配管に設けられた第２開閉バルブとを有し、
   前記排気制御器は、前記第１開閉バルブおよび前記第２開閉バルブの開閉動作に連動させて、前記排気経路切替部による排気経路の切り替えを制御することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の成膜装置。
6. 前記排気ユニットは、前記処理容器と前記前段真空ポンプとの間に介在する排気配管と、前記排気配管を加熱する加熱手段とをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の成膜装置。
7. 前記排気経路切替部は、前記各分岐配管にそれぞれ設けられた制御バルブを有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の成膜装置。
8. 前記排気経路切替部は、前記分岐配管の分岐部に設けられた切替バルブを有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の成膜装置。
9. 前記排気ユニットは、前記分岐配管の前記後段真空ポンプの下流側に設けられた排ガス処理設備をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の成膜装置。
10. 前記排気ユニットを複数有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の成膜装置。
11. 混合すると反応生成物を生じる複数の処理ガスを順次、かつ所定回数繰り返し、切り替えて被処理基板を収容した処理容器内に供給し、被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜装置において前記処理容器内を排気する排気装置であって、
    前記処理容器内を排気する一つの前段真空ポンプと、
    前記前段真空ポンプの排気側に複数分岐して設けられ、前記複数の処理ガスにそれぞれ対応した複数の排気経路を規定する複数の分岐配管と、
    前記複数の分岐配管のそれぞれに設けられた複数の後段真空ポンプと、
    前記複数の排気経路を切り替える排気経路切替部と、
    前記複数の処理ガスの切り替えに対応して前記複数の排気経路を順次、かつ前記所定回数繰り返して切り替え、前記複数の処理ガスのうち前記処理容器内に供給される処理ガスに対応した排気経路に排ガスが流れるように、前記排気経路切替部を制御する排気制御器と
    を有することを特徴とする排気装置。
12. 前記成膜装置は、少なくとも、一つの処理ガスを供給した後、次の処理ガスを供給する前に、前記処理容器内をパージするためのパージガスを供給し、
    前記排気制御器は、パージガスを供給している間に排気経路を切り替えるように前記排気経路切替部を制御することを特徴とする請求項１１に記載の排気装置。
13. 混合すると反応生成物を生じる第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に、かつ所定回数繰り返し切り替えて被処理基板を収容した処理容器内に供給し、被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜装置において前記処理容器内を排気する排気装置であって、
    前記処理容器内を排気する一つの前段真空ポンプと、
    前記前段真空ポンプの排気側に分岐して設けられ、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスにそれぞれ対応した２つの排気経路を規定する第１の分岐配管および第２の分岐配管と、
    前記第１の分岐配管および前記第２の分岐配管のそれぞれに設けられた第１の後段真空ポンプおよび第２の後段真空ポンプと、
    前記排気経路を切り替える排気経路切替部と、
    前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスの切り替えに対応して前記２つの排気経路を順次、かつ前記所定回数繰り返して切り替え、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスのうち前記処理容器内に供給される処理ガスに対応した排気経路に排ガスが流れるように、前記排気経路切替部を制御する排気制御器と
    を有することを特徴とする排気装置。
14. 前記成膜装置は、少なくとも、第１の処理ガスを供給した後、第２の処理ガスを供給する前、および第２の処理ガスを供給した後、第１の処理ガスを供給する前に、前記処理容器内をパージするためのパージガスを供給し、
    前記排気制御器は、パージガスを供給している間に排気経路を切り替えるように前記排気経路切替部を制御することを特徴とする請求項１３に記載の排気装置。
15. 前記排気制御器は、前記第１の処理ガスの供給・停止を行うための第１開閉バルブおよび前記第２の処理ガスの供給・停止を行うための第２開閉バルブの開閉動作に連動させて、前記排気経路切替部による排気経路の切り替えを制御することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の排気装置。
16. 前記処理容器と前記前段真空ポンプとの間に介在する排気配管と、前記排気配管を加熱する加熱手段とをさらに有することを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の排気装置。
17. 前記排気経路切替部は、前記各分岐配管にそれぞれ設けられた制御バルブを有することを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の排気装置。
18. 前記排気経路切替部は、前記分岐配管の分岐部に設けられた切替バルブを有することを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の排気装置。
19. 前記分岐配管の前記後段真空ポンプの下流側に設けられた排ガス処理設備をさらに有することを特徴とする請求項１１から請求項１８のいずれか１項に記載の排気装置。
20. 混合すると反応生成物を生じる複数の処理ガスを順次、かつ所定回数繰り返し切り替えて被処理基板を収容した処理容器内に供給し、被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜装置において前記処理容器内を排気する排気方法であって、
    前記処理容器内を排気する一つの前段真空ポンプを設け、
    前記前段真空ポンプの排気側に、前記複数の処理ガスにそれぞれ対応した複数の排気経路を規定するように分岐して複数の分岐配管を設け、
    前記複数の分岐配管のそれぞれに後段真空ポンプを設け、
    前記複数の処理ガスのうち前記処理容器内に供給される処理ガスに対応した排気経路に排ガスが流れるように、前記複数の処理ガスの切り替えに対応して前記複数の排気経路を順次、かつ前記所定回数繰り返して切り替えることを特徴とする排気方法。
21. 前記成膜装置では、少なくとも、一つの処理ガスを供給した後、次の処理ガスを供給する前に、前記処理容器内をパージするためのパージガスが供給され、
    パージガスが供給されている間に排気経路を切り替えることを特徴とする請求項２０に記載の排気方法。
22. 混合すると反応生成物を生じる第１の処理ガスおよび第２の処理ガスを交互に、かつ所定回繰り返し切り替えて被処理基板を収容した処理容器内に供給し、被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜装置において前記処理容器内を排気する排気方法であって、
    前記処理容器内を排気する一つの前段真空ポンプを設け、
    前記前段真空ポンプの排気側に、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスにそれぞれ対応した２つの排気経路を規定するように分岐して第１の分岐配管および第２の分岐配管とを設け、
    前記第１の分岐配管および前記第２の分岐配管のそれぞれに第１の後段真空ポンプおよび第２の後段真空ポンプを設け、
    前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスのうち前記処理容器内に供給される処理ガスに対応した排気経路に排ガスが流れるように、前記第１の処理ガスおよび前記第２の処理ガスの切り替えに対応して前記２つの排気経路を順次、かつ前記所定回数繰り返して切り替えることを特徴とする排気方法。
23. 前記成膜装置では、少なくとも、第１の処理ガスを供給した後、第２の処理ガスを供給する前、および第２の処理ガスを供給した後、第１の処理ガスを供給する前に、前記処理容器内をパージするためのパージガスが供給され、
    パージガスが供給されている間に排気経路を切り替えることを特徴とする請求項２２に記載の排気方法。
    

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