JP6664047B2 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ワークに成膜処理を施す成膜装置及び成膜方法に関する。
ワーク、特に基板の表面に薄膜を形成する成膜装置として、化学気相堆積（Chemical Vapor Deposition、以下「ＣＶＤ」という。）装置と、原子層堆積（Atomic Layer Deposition、以下「ＡＬＤ」という。）装置がある。ＣＶＤ装置は、材料ガスを熱やプラズマで分解し、基板表面に堆積させる装置である。ＡＬＤ装置は、膜を構成する元素を成分とするガスを成膜対象である基板上に交互に供給し、基板表面に原子層単位で薄膜を形成する装置である。
成膜装置において適切な成膜処理をするために、成膜装置は、成膜室内の圧力を検出する圧力センサを備えている。圧力センサの取付位置は、例えば、特許文献１に示すように、成膜室のガスの排気側に設けられている。
特許文献１に記載された成膜装置において、反応室内の残留ガス及び圧力センサが取り付けられた配管内の残留ガスは、成膜処理が終了した後、パージガスを反応室内に供給して外部に排出されている。しかしながら、圧力センサは、成膜装置のガスの排気側に設けられているので、排気された残留ガスに含まれる成膜物質が、圧力センサに付着する。
圧力センサに成膜物質が付着することにより、圧力センサの寿命が短くなり、圧力センサを頻繁に交換する必要があった。また、圧力センサを洗浄して使用する場合には、付着した成膜物質を除去するための洗浄作業も多くなる。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、圧力センサに付着する成膜物質を低減し、圧力センサの寿命を延ばすことのできる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。
本発明の第１の観点に係る成膜装置は、
内部でワークに成膜処理を施す成膜室と、
前記成膜処理に使用され、成膜成分を含む原料ガスを、前記成膜室に供給する原料ガス供給部と、
前記成膜処理に使用され、前記原料ガスとは相違する処理ガスを、当該処理ガスを貯留する処理ガス貯留部から前記成膜室に供給するガス配管と、
前記ガス配管に取り付けられ、前記成膜室の内部の圧力を計測する圧力センサと、
前記原料ガス供給部から前記成膜室に前記原料ガスが供給されている間、前記処理ガスを、前記処理ガス貯留部から前記ガス配管に流して前記成膜室に供給するように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする。
内部でワークに成膜処理を施す成膜室と、
前記成膜処理に使用され、成膜成分を含む原料ガスを、前記成膜室に供給する原料ガス供給部と、
前記成膜処理に使用され、前記原料ガスとは相違する処理ガスを、当該処理ガスを貯留する処理ガス貯留部から前記成膜室に供給するガス配管と、
前記ガス配管に取り付けられ、前記成膜室の内部の圧力を計測する圧力センサと、
前記原料ガス供給部から前記成膜室に前記原料ガスが供給されている間、前記処理ガスを、前記処理ガス貯留部から前記ガス配管に流して前記成膜室に供給するように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする。
前記ガス配管には、前記処理ガス貯留部から前記成膜室に供給される前記処理ガスの流量を調整する調整バルブが設けられ、
前記制御部は、前記原料ガス供給部から前記成膜室に前記原料ガスが供給されている間、前記調整バルブを開くように制御するようにしてもよい。
前記制御部は、前記原料ガス供給部から前記成膜室に前記原料ガスが供給されている間、前記調整バルブを開くように制御するようにしてもよい。
前記圧力センサは、前記ガス配管の前記調整バルブより下流側に取り付けられてもよい。
前記処理ガスは、前記原料ガスに反応する反応ガス、またはキャリアガスであってもよい。
前記圧力センサは、ダイヤフラム圧力センサであってもよい。
前記成膜室にパージガスを供給するパージガス供給部を更に備え、
前記圧力センサは、前記成膜室内の圧力が大気圧であることを計測する圧力センサであり、
前記制御部は、前記圧力センサが、前記成膜室内の圧力が大気圧であることを計測したときに、前記パージガス供給部から前記成膜室に供給されるパージガスの供給を停止するように制御してもよい。
前記圧力センサは、前記成膜室内の圧力が大気圧であることを計測する圧力センサであり、
前記制御部は、前記圧力センサが、前記成膜室内の圧力が大気圧であることを計測したときに、前記パージガス供給部から前記成膜室に供給されるパージガスの供給を停止するように制御してもよい。
前記ガス配管の下流側の端部に接続されて、前記成膜室内の前記ワークと対向して配置され、前記ワークと対向する対向面に形成された複数の噴出孔を有するガスシャワーを更に備え、
前記ガスシャワーは、前記ガス配管から供給される前記処理ガスを、前記噴出孔からシャワー状に前記ワークの表面に供給してもよい。
前記ガスシャワーは、前記ガス配管から供給される前記処理ガスを、前記噴出孔からシャワー状に前記ワークの表面に供給してもよい。
本発明の第２の観点に係る成膜方法は、
成膜成分を含む原料ガスを成膜室に供給し、ワークの表面に当該原料ガスを吸着させる原料ガス供給工程と、
パージガスを供給して前記成膜室内に残留する残留ガスをパージする第１のパージ工程と、
前記第１のパージ工程後、前記原料ガスに反応する反応ガスと、キャリアガスとを、前記成膜室内の圧力を計測する圧力センサが取り付けられたガス配管に流して前記成膜室に供給し、当該反応ガスのプラズマを生成し、前記ワークの表面に吸着された前記原料ガスと前記反応ガスのプラズマを反応させて、前記ワークの表面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜形成工程後、前記パージガスを供給して前記成膜室内に残留する残留ガスをパージする第２のパージ工程と、
を備え、
前記原料ガス供給工程で、前記反応ガスまたは前記キャリアガスを、前記ガス配管に流して前記成膜室に供給する、
ことを特徴とする。
成膜成分を含む原料ガスを成膜室に供給し、ワークの表面に当該原料ガスを吸着させる原料ガス供給工程と、
パージガスを供給して前記成膜室内に残留する残留ガスをパージする第１のパージ工程と、
前記第１のパージ工程後、前記原料ガスに反応する反応ガスと、キャリアガスとを、前記成膜室内の圧力を計測する圧力センサが取り付けられたガス配管に流して前記成膜室に供給し、当該反応ガスのプラズマを生成し、前記ワークの表面に吸着された前記原料ガスと前記反応ガスのプラズマを反応させて、前記ワークの表面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜形成工程後、前記パージガスを供給して前記成膜室内に残留する残留ガスをパージする第２のパージ工程と、
を備え、
前記原料ガス供給工程で、前記反応ガスまたは前記キャリアガスを、前記ガス配管に流して前記成膜室に供給する、
ことを特徴とする。
前記薄膜形成工程において、前記反応ガスと前記キャリアガスを、常に、前記ガス配管に流してもよい。
前記第１のパージ工程と前記第２のパージ工程において、前記反応ガスまたは前記キャリアガスを、前記ガス配管に流して、前記パージガスとして前記成膜室に供給してもよい。
本発明によれば、圧力センサに付着する成膜物質を低減し、圧力センサの寿命を延ばすことのできる成膜装置及び成膜方法を提供することができる。
以下、本発明に係る成膜装置１の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態の成膜装置１について、図１〜６を参照して説明する。本実施の形態では、成膜装置１としてＡＬＤ装置、特に有機金属ガスと酸素プラズマとを反応させて酸化膜を形成するプラズマ原子層堆積（Plasma enhanced ALD、以下「ＰＥ−ＡＬＤ」という。）装置を用いて説明する。
本発明の実施の形態の成膜装置１について、図１〜６を参照して説明する。本実施の形態では、成膜装置１としてＡＬＤ装置、特に有機金属ガスと酸素プラズマとを反応させて酸化膜を形成するプラズマ原子層堆積（Plasma enhanced ALD、以下「ＰＥ−ＡＬＤ」という。）装置を用いて説明する。
成膜装置１は、ＰＥ−ＡＬＤ法を適用して、酸化膜を生成するＰＥ−ＡＬＤ装置である。ＰＥ−ＡＬＤ法では、まず、形成しようとする膜を構成する金属を主成分とする有機金属の原料ガスを基板上に供給して、原料ガスを基板上に化学吸着（飽和吸着）させる。原料ガスは、自己制御（Self-limiting）作用により、１層のみ基板に吸着する。次に、未反応の原料ガス及び反応生成物をパージする。そして、原料ガスと反応する反応ガス、例えば、酸素ガスを成膜室１０に供給し、酸素ガスを用いて酸素プラズマを生成する。生成された酸素プラズマにより、基板に吸着した原料ガスの成分を酸化させる。未反応の反応種及び反応生成物をパージする。この処理を１サイクルとして、処理を複数サイクル繰り返すことにより、設定された厚さの膜を基板上に形成する。
本実施の形態に係る成膜装置１は、図１に示すように、成膜室１０と、ガス貯留部２０と、高周波電源３０と、ヒータ４０と、圧力センサ５０、真空ポンプ６０と、コントローラ７０と、を備える。
成膜室１０は、内部にワークである基板８０を収容する真空チャンバーである。成膜室１０内において、真空雰囲気下で基板８０の表面に成膜処理が施される。
ガス貯留部２０は、原料ガス貯留部２１と、反応ガス貯留部２２と、キャリアガス貯留部２３と、パージガス貯留部２４と、から構成される。本実施の形態では、反応ガス貯留部２２と、キャリアガス貯留部２３が、「処理ガス貯留部」に相当する。パージガス貯留部２４を、「処理ガス貯留部」として組み合わせることも可能である。
原料ガス貯留部２１は、原料ガスを貯留する容器であり、第１のガス配管２１ａを介して成膜室１０に接続されている。本実施の形態では、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用いる。第１のガス配管２１ａには、原料ガス貯留部２１から成膜室１０に供給される原料ガスの流量を調整する第１の調整バルブ２１ｂが取り付けられている。予め設定された手順に従って、第１の調整バルブ２１ｂの開度は調整される。
原料ガスは、ＰＥ−ＡＬＤ装置において、前駆体（プリカーサ）として使用され、液状原料を気化して、原料ガス貯留部２１から成膜室１０に供給される。
反応ガス貯留部２２は、原料ガスと反応する反応ガスを貯留する容器である。本実施の形態では、反応ガスとして酸素ガスを用いる。酸素ガスは、高周波電源３０により印加された電圧により、酸素プラズマとなり、基板に化学吸着された原料ガスと反応する。
キャリアガス貯留部２３は、原料ガスまたは反応ガスを成膜室１０内に搬送するキャリアガスを貯留する容器である。キャリアガスは、原料ガスまたは反応ガスに対して不活性であるガスを使用する。本実施の形態では、キャリアガスとしてアルゴンガスを用いる。キャリアガスは、成膜する薄膜の種類により、例えば、窒素ガス、水素ガスを使用する。
反応ガス貯留部２２とキャリアガス貯留部２３とは、それぞれ個別の配管を介して第２のガス配管９０に取り付けられる。第２のガス配管９０の一端部は、成膜室１０に接続される。反応ガス貯留部２２に貯留された反応ガスと、キャリアガス貯留部２３に貯留されたキャリアガスは、第２のガス配管９０を介して成膜室１０に供給される。
本実施の形態では、反応ガス貯留部２２とキャリアガス貯留部２３とは、共通の第２のガス配管９０を介して成膜室１０に接続されているが、それぞれ別々のガス配管を介して、成膜室１０に接続されてもよい。
第２のガス配管９０と反応ガス貯留部２２とを接続する配管の途中には、反応ガス貯留部２２から成膜室１０に供給される反応ガスの流量を調整する、第２の調整バルブ２２ｂが取り付けられている。また、第２のガス配管９０とキャリアガス貯留部２３とを接続する配管の途中には、キャリアガス貯留部２３から成膜室１０に供給されるキャリアガスの流量を調整する、第３の調整バルブ２３ｂが取り付けられている。第２の調整バルブ２２ｂと第３の調整バルブ２３ｂとは予め設定された手順に従って、各々のバルブの開度が調整される。
パージガス貯留部２４は、パージガスを貯留する容器である。パージガス貯留部２４は、第３のガス配管２４ａを介して成膜室１０に接続されている。パージガスは、原料ガスが成膜室１０に供給されて基板８０と反応した後、又は反応ガスが成膜室１０に供給されて原料ガスと反応した後、未反応のガスや反応生成ガスを成膜室１０から排気するために供給されるガスである。本実施の形態では、パージガスとして窒素ガスを使用する。パージガスは、原料ガス、反応ガスに不活性であるガスであればよく、アルゴンガス等も使用することができる。
第３のガス配管２４ａには、パージガス貯留部２４から成膜室１０に供給されるパージガスの流量を調整する、第４の調整バルブ２４ｂが取り付けられている。予め設定された手順に従って、第４の調整バルブ２４ｂの開度が調整される。
パージガス貯留部２４のパージガスは、成膜処理が終了したのちに、成膜室１０を大気圧に復圧するためにも使用される。成膜処理が終了したのちに、第４の調整バルブ２４ｂが開かれ、パージガスである窒素ガスが成膜室１０に供給される。圧力センサ５０により成膜室１０が大気圧であるとことが計測されると、コントローラ７０は、第４の調整バルブ２４ｂを閉じるように制御する。
第１の調整バルブ２１ｂ、第２の調整バルブ２２ｂ、第３の調整バルブ２３ｂ、第４の調整バルブ２４ｂは、流量を可変できる可変バルブとして説明及び図示したが、開閉のみ可能なバルブであってもよい。
本実施の形態では、原料ガス貯留部２１が、第１のガス配管２１ａを介して成膜室１０に接続され、反応ガス貯留部２２とキャリアガス貯留部２３が、第２のガス配管９０を介して成膜室１０に接続され、パージガス貯留部２４が、第３のガス配管２４ａを介して成膜室１０に接続されていると説明した。本発明は、このような配管の接続状態に限定されない。例えば、パージガス貯留部２４が、第２にガス配管９０に接続されてもよい。
高周波電源３０は、成膜室１０内部の上方に配置された第１の電極３１に接続されている。第１の電極３１は、成膜室１に配置された基板８０と対向して配置される。基板８０の下方には、第２の電極３２が配置される。高周波電源３０と第２の電極３２は、それぞれアースされている。高周波電源３０が、所定の電力を第１の電極３１に給電することで、第１電極３１と第２電極３２との間でプラズマが生成される。
ヒータ４０は、基板８０を加熱する装置であり、成膜処理中の基板８０の反応活性を高める。
圧力センサ５０は、成膜室１０内の圧力を測定する計測器である。例えば、ダイヤフラム圧力センサが適用される。本実施の形態では、ステンレスダイヤフラムを用いた大気圧確認用のデジタル圧力スイッチを用いるが、圧力センサ５０は適宜選択すればよい。例えば、半導体圧力センサなど他のダイヤフラム圧力センサを適用してもよい。ダイヤフラム圧力センサを用いることにより、ガス流のある配管内に配置しても正確に動作させることができる。
圧力センサ５０は、第２のガス配管９０の第３の調整バルブ２３ｂより下流側に取り付けられている。この位置に圧力センサ５０を配置することにより、成膜室１０に近い位置に圧力センサ５０が配置されることになり、成膜室１０内の圧力を正確に測定することができる。
圧力センサ５０の取付位置は、第２のガス配管９０に取り付けられていればよく、上述の位置に限定されない。例えば、第２の調整バルブ２２ｂと第３の調整バルブ２３ｂとの間に取り付けてもよい。また、第２のガス配管９０を上流側に延長して、延長した位置に圧力センサ５０を取り付けることもできる。このような位置に圧力センサ５０を取付ることで、成膜装置１の設計の自由度を大きくすることができる。
圧力センサ５０を、第２のガス配管９０に取り付けたことにより、原料ガス貯留部２１から供給される原料ガスが第２のガス配管９０内に流入せず、成膜材料が、圧力センサ５０に付着することがない。
真空ポンプ６０は、成膜室１０内を排気配管６１を介して減圧するとともに、成膜室１０内に供給されたガスを排気する。真空ポンプ６０としては、ターボ分子ポンプ等が使用される。
コントローラ７０は、プロセッサ、メモリ等から構成され、メモリに成膜装置１の制御プログラムを記憶している。コントローラ７０は、この制御プログラムに従って、成膜装置１全体を制御する。
具体的には、コントローラ７０は、圧力センサ５０により測定された圧力値に基づき、第４の調整バルブ２４ｂの開度を調整する。コントローラ７０は、パージガスを供給している間に、圧力センサ５０によって測定された圧力値が所定の値より大きくなったときには、大気圧になったと判断する。そして、コントローラ７０は、第４の調整バルブ２４ｂを閉じるように調整して、パージガスの供給を停止するように制御する。
コントローラ７０は、更に、第１の調整バルブ２１ｂ、第２の調整バルブ２２ｂ、第３の調整バルブ２３ｂ、高周波電源３０の電力供給のＯＮ、ＯＦＦ、真空ポンプ６０の運転を制御する。
次に、このような構成を備える成膜装置１において、成膜に使用されるガスが供給されるタイミングと、電力が給電されるタイミングとを説明する。
ガスまたは電力を供給又は停止するタイミングは、図２に示す第１のタイムチャートに示される。第１のタイムチャートにおいて、ＯＮは、ガスまたは電力が供給されていることを示し、ＯＦＦは、ガスまたは電力の供給が停止されていることを示す。
本実施の形態におけるガスの供給・停止と、電力の供給・停止の１つのサイクルは、原料ガスを供給する原料ガス供給工程、原料ガスが基板に吸着したのち、成膜室１に残留している残留ガスを、パージガスを供給して排出させる第１のパージ工程、反応ガスを供給してプラズマを生成させるプラズマ工程、原料ガスと反応ガスとが反応したのち、成膜室１０に残留している残留ガスを、パージガスを供給して排出させる第２のパージ工程、とから構成される。
成膜処理が開始されると、コントローラ７０は、第１の調整バルブ２１ｂ、第２の調整バルブ２２ｂ、第３の調整バルブ２３ｂを開くように制御する。
第１の調整バルブ２１ｂが開かれることで、原料ガスであるＴＭＡガスの成膜室１０への供給がＯＮになり、原料ガス供給工程が開始される。コントローラ７０は、所定の期間経過後、第１の調整バルブ２１ｂを閉じるように制御し、ＴＭＡガスの供給をＯＦＦとする。その後、１つのサイクルが終了するまで、ＴＭＡガスは供給されない。
第２の調整バルブ２２ｂが開かれることで、反応ガスである酸素の成膜室１０への供給がＯＮになる。第２の調整バルブ２２ｂは、１つのサイクルが終了するまで開かれ、１つのサイクル中は、常に酸素ガスが、第２のガス配管９０を介して成膜室１０に供給される。
第３の調整バルブ２３ｂが開かれることで、キャリアガスであるアルゴンガスの成膜室１０への供給がＯＮになる。第３の調整バルブ２３ｂは、１つのサイクルが終了するまで開かれ、１つのサイクル中は、常にアルゴンガスが、第２のガス配管９０を介して成膜室１０に供給される。
原料ガス供給工程が終了すると、第１のパージ工程が開始する。第１のパージ工程の間、酸素ガスとアルゴンガスが、パージガスとして第２のガス配管９０を介して成膜室１０に供給される。
第１のパージ工程が終了すると、コントローラ７０により高周波電源３０がＯＮとなり、第１の電極３１に電力が給電され、プラズマ工程が開始される。所定の期間経過すると、高周波電源３０から第１の電極３１への電力の給電がＯＦＦとなり、プラズマ工程が終了する。プラズマ工程の間は、酸素ガスとアルゴンガスが、第２のガス配管９０を介して成膜室１０に供給される。
プラズマ工程が終了すると、第２のパージ工程が開始される。第２のパージ工程の間、酸素ガスとアルゴンガスが、パージガスとして第２のガス配管９０を介して成膜室１０に供給される。
第１のタイムチャートによれば、反応ガスである酸素ガスと、キャリアガスであるアルゴンガスは、成膜処理開始から常に供給され、これらのガスが流れる第２のガス配管９０には、常に、気体が流れることになる。圧力差により、成膜室１０に流入したガスが、第２のガス配管９０に逆流することがない。したがって、原料ガス貯留部２１から供給される原料ガスが第２のガス配管９０内に流入することがなく、第２のガス配管９０に取り付けられた圧力センサ５０に、成膜物質が付着することを抑止できる。
図２の第１のタイムチャートでは、反応ガスである酸素と、キャリアガスであるアルゴンガスが、成膜処理中に常に、第２のガス配管９０中を流れるようにしたが、本発明は、このようなタイムチャートに限定されない。例えば、図３〜５に示すタイムチャートであれば、同様に、圧力センサ５０に成膜材料が付着することがない。以下、図３に示すタイムチャートを第２のタイムチャート、図４に示すタイムチャートを第３のタイムチャート、図５に示すタイムチャートを第４のタイムチャートという。
図３に示す第２のタイムチャートは、パージガスとして窒素を導入し、反応ガスである酸素ガスとキャリアガスであるアルゴンガスを、プラズマ工程のみ供給をＯＮにし、原料ガス供給工程で、アルゴンガスの供給をＯＮにしたタイムチャートである。パージガスは、第１のパージ工程及び第２のパージ工程で供給される。第２のタイムチャートでは、パージガス貯留部２４をガス配管９０に接続するものとする。第２のガス配管９０には、原料ガス供給工程ではアルゴンが、プラズマ工程では酸素ガスとアルゴンガスの双方が、第１のパージ工程及び第２のパージ工程では窒素ガスが、流れることになる。したがって、原料ガス供給工程またはプラズマ工程において第２のガス配管９０に原料ガスまたはプラズマ活性種が進入することがないため、圧力センサ５０に、成膜物質が堆積することを抑止できる。
図４に示す第３のタイムチャートは、反応ガスである酸素ガスをプラズマ工程のみ供給をＯＮにし、キャリアガスであるアルゴンガスを原料ガス供給工程からその後の第１のパージ工程、プラズマ工程、第２のパージ工程において、供給を常時ＯＮにしたタイムチャートである。キャリアガスであるアルゴンガスをパージガスとして使用する。第２のガス配管９０には、原料ガス供給工程ではアルゴンが、プラズマ工程では、酸素ガスとアルゴンガスの双方が、第１のパージ工程、第２のパージ工程では、アルゴンガスが、流れることとなる。したがって、第２のガス配管９０に取り付けられた圧力センサ５０に、成膜処理で生成した成膜物質が付着することを抑止できる。
図５に示す第４のタイムチャートは、反応ガスである酸素ガスを原料ガス供給工程からその後の第１のパージ工程、プラズマ工程、第２のパージ工程において、供給を常時ＯＮに、キャリアガスであるアルゴンガスをプラズマ工程のみ供給をＯＮにしたタイムチャートである。第２のガス配管９０には、原料ガス供給工程では酸素ガスが、プラズマ工程では、酸素ガスとアルゴンガスの双方が、第１パージ工程、第２パージ工程では、酸素ガスが、流れることとなる。したがって、第２のガス配管９０に取り付けられた圧力センサ５０に、成膜処理で生成した成膜物質が付着することを抑止できる。
反応ガス、キャリアガスを流すタイミングは、上述に記載されたタイミングに限定されない。原料ガス供給工程で、反応ガスとキャリアガスの双方のガスが第２のガス配管９０に流れようにタイミングを制御すればよい。
次に、このような構成を備える成膜装置１において、成膜処理をする方法について、図６を用いて説明する。当該成膜方法は、コントローラ７０により制御されて実行される。第３のタイムチャートに示すガスの供給制御、電力の給電制御に基づいて実行される成膜方法を、例として説明する。
まず、操作者が、スイッチ等により成膜処理を開始する指示をすると、真空ポンプ６０が駆動して、成膜処理が開始する。
成膜処理が開始すると、成膜室１０内は、真空ポンプ６０により減圧される（ステップＳ１０１）。成膜室１０内が所定の圧力以下になると、コントローラ７０は、第３の調整バルブ２３ｂを開くように制御し、キャリアガスを成膜室１０内に供給する（ステップ１０２）、コントローラ７０は、第１の調整バルブ２１ｂを開くように制御し、原料ガスであるＴＭＡガスを成膜室１０内に供給する（ステップ１０３）。
供給されたＴＭＡガスは、成膜室１０内に配置された基板８０の表面に化学吸着される。未反応のＴＭＡガス及び反応生成物は、成膜室１０内に残留ガスとして残留する。
ＴＭＡガスを供給して、所定の時間が経過すると、コントローラ７０は、第１の調整バルブ２１ｂを閉じ、残留ガスを成膜室１０から排気する第１のパージ工程を開始する（ステップＳ１０４）。第１のパージ工程の間、キャリアガスであるアルゴンガスをパージガスとしてキャリアガス貯留部２３から成膜室１０に供給する。
コントローラ７０が、成膜室１０内の圧力値又は経過時間により第１のパージ工程が終了であることを判断すると、反応ガス貯留部２２の第２の調整バルブ２２ｂを開くように制御する。第２の調整バルブ２２ｂが開かれると、反応ガスである酸素ガスが成膜室１０に供給される（ステップＳ１０５）。
酸素ガスが成膜室１０に供給されると、コントローラ７０により、高周波電源３０がＯＮにされ、高周波電源３０は、第１の電極３１に電力を給電し、成膜室１０内で酸素ガスを用いたプラズマを生成させる（ステップＳ１０６）。酸素ガスの一部は酸素プラズマとなり、この酸素プラズマが、基板８０上でラジカル状態になっているＴＭＡの残留部分（アルミニウム）と結合して、酸化アルミニウムの薄膜を形成する（薄膜形成工程）。ＴＭＡガスの酸化によって生じる水、残留酸素プラズマ等の残留ガスが成膜室１０内に残留する。
薄膜形成工程が終了した後は、コントローラ７０は、第２の調整バルブ２２ｂを閉じ、パージガスであるキャリアガス（アルゴンガス）が成膜室１０内に供給される。アルゴンガスが供給されることで、残留ガス、未反応の反応ガス、酸素ラジカル等を成膜室１０から排気する第２のパージ工程が開始する（ステップＳ１０７）。
コントローラ７０が、成膜室１０内の圧力値又は経過時間により第２のパージ工程が終了したと判断すると、成膜の１サイクルが終了する。コントローラ７０は、堆積膜が所定の膜厚に到達したか否かを判断し、所定の膜厚以下である場合（ステップＳ１０８；ＮＯ）、第１の調整バルブ２１ｂを開くように制御し、原料ガスであるＴＭＡガスが成膜室１０内に供給する（ステップ１０３）。以降、所定の膜厚に到達するまでステップ１０３〜ステップ１０７のサイクルを繰り返す。
所定の膜厚に到達した場合（ステップＳ１０８；ＹＥＳ）、成膜室１０の復圧を開始する（ステップ１０９）。コントローラ７０は、第３の調整バルブ２３ｂを閉じるように制御する。また、コントローラ７０は、第４の調整バルブ２４ｂを開くように制御し、パージガスである窒素ガスを成膜室１０に供給する。圧力センサ５０により成膜室１０内の圧力が測定される。コントローラ７０は、圧力センサ５０により成膜室１０内が大気圧に復圧したと判断すると、第４の調整バルブ２４ｂを閉じるように制御する。
第４の調整バルブ２４ｂが閉じられると、成膜室１０内は大気開放され、成膜室１０内に配置された基板８０は、成膜室１０から取り出されて、成膜処理は終了する。
圧力センサ５０は、大気圧開放できる圧力スイッチとして機能し、成膜室１０内の圧力が大気圧であることが計測されることで、成膜室１０内へのバージガスの供給を停止する。このような用途として圧力センサ５０を使用した場合にも、圧力センサ５０に成膜室１０内の成膜材料が付着することを抑止できる。
圧力センサ５０は、常時、成膜室１０内部の圧力を測定していてもよいし、圧力測定が必要なときにのみ、スイッチがＯＮになるような圧力センサを適用してもよい。
本実施の形態によれば、成膜室１０内部の圧力を測定する圧力センサ５０を、成膜室１０の排気側ではなく、成膜室１０にガスを供給する第２のガス配管９０に取り付け、原料ガス供給時に、処理ガスを第２のガス配管９０に流すようにしたので、成膜室１０内で生成した成膜材料が圧力センサ５０に付着することを抑止できる。したがって、圧力センサ５０の交換時期を遅くできる。
本実施の形態によれば、反応ガス貯留部２１とキャリアガス貯留部２２とは、１つの第２のガス配管９０に接続され、第２のガス配管９０に圧力センサ５０を取付けた。そして、第２のガス配管９０内を流れるガスの流量を、第２の調整バルブ２２ｂ、第３の調整バルブ２３ｂにより適切に制御することで、圧力センサ５０に成膜材料が付着することを抑止できる。
本実施の形態によれば、薄膜形成工程において、反応ガスとキャリアガスを常にガス配管に流すことにしたので、薄膜形成工程において生成するプラズマ中の活性種が、ガス配管に設けられた圧力センサに到達することはない。
本実施の形態によれば、第１のパージ工程と第２のパージ工程において、反応ガスまたはキャリアガスを、ガス配管に流してパージガスとして使用するので、別途、パージガスを用意する必要がなく、装置がコンパクトになる。また、ガスの原料を節約することもできる。
本実施の形態における第１のタイムチャートから第４のタイムチャートの説明、及び成膜処理の方法の説明では、成膜処理に使用されるガスを供給するタイミングに重点を置いて説明したが、本発明は、ガスを供給するタイミングのみを制御する成膜装置に限定されるものではない。圧力センサ５０が取り付けられた第２のガス配管９０に供給されるガスの流量を制御するようにしてもよい。例えば、第２のガス配管９０に接続された反応ガス貯留部２２の第２の調整バルブ２２ｂと、キャリアガス貯留部２３の第３の調整バルブ２３ｂの開度を、別々に調整して、第２のガス配管９０に供給されるガスの流量を制御してもよい。２つのガスで構成されるガス流のガス流量が、所定の流量以上であれば、圧力センサ５０に成膜材料が付着することを抑止できる。
（実施の形態２）
本実施の形態１では、プラズマを生成させる機構として、平行平板電極を適用したが、本発明はこのような電極に限定されない。原料ガス、反応ガス、キャリアガスを、成膜室１０内の上方から供給するガスシャワーを設け、このガスシャワーに高周波電源を接続するようにしてもよい。
本実施の形態１では、プラズマを生成させる機構として、平行平板電極を適用したが、本発明はこのような電極に限定されない。原料ガス、反応ガス、キャリアガスを、成膜室１０内の上方から供給するガスシャワーを設け、このガスシャワーに高周波電源を接続するようにしてもよい。
図７にガスシャワーを備えた成膜装置１を示す。成膜装置１は、成膜室１０と、ガス貯留部２０と、高周波電源３０と、ヒータ４０と、圧力センサ５０、真空ポンプ６０と、コントローラ７０と、ガスシャワー１００と、を備える。成膜室１０、ガス貯留部２０、高周波電源３０、ヒータ４０、圧力センサ５０、真空ポンプ６０、コントローラ７０の構成は、実施の形態１と同一であるので、本実施の形態では説明を省略する。
ガスシャワー１００は、成膜室１０に配置された基板８０に、原料ガスと処理ガスをシャワー状にして供給するガス供給部材である。ガスシャワー１００は、基板８０と対向する対向面１０１を備える板状部材であり、対向面１０１に複数の噴出孔１０２が形成されている。また、ガスシャワー１００は、シリコン、炭化水素など、プラズマ処理に耐性のある部材で形成されている。
ガスシャワー１００は、高周波電源３０に接続されており、高周波電源３０から所定の電力がガスシャワー９０に給電される。高周波電源３０が給電されると、ガスシャワー１００と基板８０との間にプラズマが生成する。
ガス貯留部２０は、原料ガス貯留部２１と、反応ガス貯留部２２と、キャリアガス貯留部２３と、パージガス貯留部２４と、から構成されていることは、実施の形態１と同様である。しかし、実施の形態１では、反応ガス貯留部２２とキャリアガス貯留部２３とは、第２のガス配管９０に接続され、原料ガス貯留部２１は、第１のガス配管２１ａに接続され、パージガス貯留部２４は、第３のガス配管２４ａに接続されていた。本実施の形態では、原料ガス貯留部２１と、反応ガス貯留部２２と、キャリアガス貯留部２３とは、共通のガス配管である、第４のガス配管１２０に接続されている。そして、第４のガス配管１２０を介して、原料ガス、反応ガス、キャリアガスがガスシャワー１００に供給され、ガスシャワー１００から成膜室１０内に、各ガスが供給される。
本実施の形態においては、ガスシャワー１００を介して原料ガスと処理ガス（反応ガス、キャリアガス）を供給するので、プラズマ処理において、成膜室１０内で生成されたプラズマが圧力センサ５０を設けた第４のガス配管１２０内に、侵入することを防止することができる。したがって、第４のガス配管１２０に設けた圧力センサ５０がプラズマに暴露しないことで、圧力センサ５０への膜の堆積を確実に防止する。
第４のガス配管１２０内の下流側（成膜室１０側）に原料ガス貯留部２１を、上流側にキャリアガス貯留部２３及び圧力センサ５０を接続し、原料ガス供給工程において、キャリアガスと原料ガスを同時に成膜室１０内に導入することにより、圧力センサ５０に原料ガスが吸着することを抑止できる。または、原料ガス貯留部２１を、第４のガス配管１２０とは別系統のガス配管に接続してもよい。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれまで説明した実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更が加えられたものを含む。
本実施の形態１、２において、酸化ガス（酸素）を用いて酸化膜を形成することを例にして説明したが、本発明は、このような酸化ガスに限定されない。例えば、窒化ガスを用いて窒化膜を形成する成膜装置にも適用することができる。
本実施の形態１、２では、ＰＥ−ＡＬＤ装置を用いて成膜装置を説明したが、ガス状の成膜処理をする成膜装置であれば、ＰＥ−ＡＬＤ装置に限定されない。例えば、本発明の成膜装置１は、ＣＶＤ装置にも適用することができる。
本実施の形態１、２では、ワークの例として基板８０を用いて説明したが、本発明の成膜装置を使用して成膜できる対象は、基板８０に限定されない。例えば、燃料電池、有機ＥＬ、太陽電池、ディスプレイ、ＬＥＤ、圧電素子など様々なワークに使用することができる。
本発明は、成膜室の内部の圧力を測定する圧力センサを備える成膜装置に利用することができる。
１ 成膜装置
１０ 成膜室
２０ ガス貯留部
２１ 原料ガス貯留部
２１ａ 第１のガス配管
２１ｂ 第１の調整バルブ
２２ 反応ガス貯留部
２２ｂ 第２の調整バルブ
２３ キャリアガス貯留部
２３ｂ 第３の調整バルブ
２４ パージガス貯留部
２４ａ 第３のガス配管
２４ｂ 第４の調整バルブ
３０ 高周波電源
３１ 第１の電極
３２ 第２の電極
４０ ヒータ
５０ 圧力センサ
６０ 真空ポンプ
６１ 排気配管
７０ コントローラ
８０ 基板
９０ 第２のガス配管
１００ ガスシャワー
１０１ 対向面
１０２ 噴出孔
１２０ 第４のガス配管
１０ 成膜室
２０ ガス貯留部
２１ 原料ガス貯留部
２１ａ 第１のガス配管
２１ｂ 第１の調整バルブ
２２ 反応ガス貯留部
２２ｂ 第２の調整バルブ
２３ キャリアガス貯留部
２３ｂ 第３の調整バルブ
２４ パージガス貯留部
２４ａ 第３のガス配管
２４ｂ 第４の調整バルブ
３０ 高周波電源
３１ 第１の電極
３２ 第２の電極
４０ ヒータ
５０ 圧力センサ
６０ 真空ポンプ
６１ 排気配管
７０ コントローラ
８０ 基板
９０ 第２のガス配管
１００ ガスシャワー
１０１ 対向面
１０２ 噴出孔
１２０ 第４のガス配管
Claims (10)
- 内部でワークに成膜処理を施す成膜室と、
前記成膜処理に使用され、成膜成分を含む原料ガスを、前記成膜室に供給する原料ガス供給部と、
前記成膜処理に使用され、前記原料ガスとは相違する処理ガスを、当該処理ガスを貯留する処理ガス貯留部から前記成膜室に供給するガス配管と、
前記ガス配管に取り付けられ、前記成膜室の内部の圧力を計測する圧力センサと、
前記原料ガス供給部から前記成膜室に前記原料ガスが供給されている間、前記処理ガスを、前記処理ガス貯留部から前記ガス配管に流して前記成膜室に供給するように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。 - 前記ガス配管には、前記処理ガス貯留部から前記成膜室に供給される前記処理ガスの流量を調整する調整バルブが設けられ、
前記制御部は、前記原料ガス供給部から前記成膜室に前記原料ガスが供給されている間、前記調整バルブを開くように制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。 - 前記圧力センサは、前記ガス配管の前記調整バルブより下流側に取り付けられた、
ことを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。 - 前記処理ガスは、前記原料ガスに反応する反応ガス、またはキャリアガスである、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜装置。 - 前記圧力センサは、ダイヤフラム圧力センサである、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の成膜装置。 - 前記成膜室にパージガスを供給するパージガス供給部を更に備え、
前記圧力センサは、前記成膜室内の圧力が大気圧であることを計測する圧力センサであり、
前記制御部は、前記圧力センサが、前記成膜室内の圧力が大気圧であることを計測したときに、前記パージガス供給部から前記成膜室に供給されるパージガスの供給を停止するように制御する、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の成膜装置。 - 前記ガス配管の下流側の端部に接続されて、前記成膜室内の前記ワークと対向して配置され、前記ワークと対向する対向面に形成された複数の噴出孔を有するガスシャワーを更に備え、
前記ガスシャワーは、前記ガス配管から供給される前記処理ガスを、前記噴出孔からシャワー状に前記ワークの表面に供給する、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の成膜装置。 - 成膜成分を含む原料ガスを成膜室に供給し、ワークの表面に当該原料ガスを吸着させる原料ガス供給工程と、
パージガスを供給して前記成膜室内に残留する残留ガスをパージする第１のパージ工程と、
前記第１のパージ工程後、前記原料ガスに反応する反応ガスと、キャリアガスとを、前記成膜室内の圧力を計測する圧力センサが取り付けられたガス配管に流して前記成膜室に供給し、当該反応ガスのプラズマを生成し、前記ワークの表面に吸着された前記原料ガスと前記反応ガスのプラズマを反応させて、前記ワークの表面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜形成工程後、前記パージガスを供給して前記成膜室内に残留する残留ガスをパージする第２のパージ工程と、
を備え、
前記原料ガス供給工程で、前記反応ガスまたは前記キャリアガスを、前記ガス配管に流して前記成膜室に供給する、
ことを特徴とする成膜方法。 - 前記薄膜形成工程において、前記反応ガスと前記キャリアガスを、常に、前記ガス配管に流す、
ことを特徴とする請求項８に記載の成膜方法。 - 前記第１のパージ工程と前記第２のパージ工程において、前記反応ガスまたは前記キャリアガスを、前記ガス配管に流して、前記パージガスとして前記成膜室に供給する、
ことを特徴とする請求項８または９に記載の成膜方法。
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