WO2012042772A1 - 薄膜製造方法及び薄膜製造装置 - Google Patents

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WO2012042772A1
WO2012042772A1 PCT/JP2011/005208 JP2011005208W WO2012042772A1 WO 2012042772 A1 WO2012042772 A1 WO 2012042772A1 JP 2011005208 W JP2011005208 W JP 2011005208W WO 2012042772 A1 WO2012042772 A1 WO 2012042772A1
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thin film
chamber
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dummy
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増田　健
琢也 出野
梶沼　雅彦
暢洋 小田島
洋平 内田
弘綱 鄒
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株式会社アルバック
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02197—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides the material having a perovskite structure, e.g. BaTiO3

Definitions

  • the present invention relates to a thin film manufacturing method and a thin film manufacturing apparatus for manufacturing a thin film by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • Patent Document 1 describes a film forming method and a film forming apparatus for manufacturing a PZT (lead zirconate titanate) thin film by MOCVD.
  • Patent Document 1 when a film forming process is started after idling of a film forming apparatus, a PZT thin film is first formed on a dummy wafer not for product use. After the dummy film forming process using the dummy wafer is performed at least three times, a PZT thin film is formed on the product wafer. This improves the reproducibility of the PZT thin film formed on the product wafer (see paragraphs [0019], [0020], etc. of Patent Document 1).
  • an object of the present invention is to provide a thin film manufacturing method and a thin film manufacturing apparatus capable of manufacturing a thin film with good reproducibility at low cost and resource.
  • a thin film manufacturing method includes transporting a dummy substrate into the chamber and supplying a dummy processing gas to the dummy substrate.
  • a product substrate is transferred into the chamber, and a raw material gas containing a metal raw material for manufacturing a thin film by a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, which is different from the dummy processing gas, is supplied to the product substrate.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • a thin film manufacturing apparatus includes a chamber, a supply mechanism, and a control unit.
  • a dummy substrate and a product substrate are respectively transferred to the chamber.
  • the supply mechanism supplies a dummy processing gas and a raw material gas containing a metal raw material for producing a thin film by a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, which is different from the dummy processing gas, into the chamber. Is to do.
  • the control means causes the dummy processing gas to be supplied into the chamber when the dummy substrate is transferred into the chamber, and when the product substrate is transferred into the chamber instead of the dummy substrate.
  • the source gas is supplied into the chamber.
  • FIGS. 6 is a table showing the reproducibility of the Pb composition ratio, the Zr composition ratio, and the film formation rate shown in FIGS. 4 and 5. It is a graph showing the Pb composition ratio and the Zr composition ratio in the PZT thin film formed by the thin film manufacturing method given as the second comparative example. It is a graph which shows the film-forming rate of the thin film manufacturing method given as a 2nd comparative example. 9 is a table showing reproducibility of the Pb composition ratio, the Zr composition ratio, and the film formation rate shown in FIGS. 7 and 8. It is a graph showing Pb composition ratio in a PZT thin film formed by the thin film manufacturing method concerning this embodiment, and Zr composition ratio.
  • a thin film manufacturing method includes transporting a dummy substrate into the chamber and supplying a dummy processing gas to the dummy substrate.
  • a product substrate is transferred into the chamber, and a raw material gas containing a metal raw material for manufacturing a thin film by a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, which is different from the dummy processing gas, is supplied to the product substrate.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • a dummy processing gas different from the raw material gas is supplied to the dummy substrate before the raw material gas containing the metal raw material is supplied to the product substrate.
  • the environment in the chamber can be set to an environment that satisfies the film forming conditions.
  • a thin film with good reproducibility can be manufactured with low resource and low cost.
  • the source gas includes, for example, a solvent gas used for dissolving a metal source at room temperature and normal pressure, an inert gas used as a carrier gas, and the like.
  • a mixed gas obtained by mixing the source gas with a reaction gas that reacts with the source gas and an inert gas may be supplied to the product substrate.
  • the dummy processing gas may be a gas obtained by mixing the reaction gas and the inert gas with a solvent gas used to dissolve the metal raw material.
  • a dummy processing gas for example, a gas obtained by mixing a solvent gas used for dissolving a metal raw material at room temperature and normal pressure, and a reaction gas and an inert gas used in a film forming process. Is used. That is, since a source gas containing a metal source is not used as the dummy processing gas, a thin film with good reproducibility can be manufactured with low resource and low cost.
  • the mixed gas may contain an inert gas used as a carrier gas.
  • the dummy processing gas may be a gas obtained by mixing a solvent gas used to dissolve the metal raw material with the inert gas.
  • a gas in which a solvent gas used to dissolve a metal raw material at room temperature and normal pressure and an inert gas may be used.
  • This mixed gas may contain an inert gas used as a carrier gas.
  • the dummy processing gas may be the inert gas.
  • only an inert gas may be used as the dummy processing gas.
  • the step of supplying the source gas may supply a mixed gas containing the source gas and a reaction gas that reacts with the source gas to the product substrate.
  • the dummy processing gas may be a gas in which a solvent gas used for dissolving the metal raw material and the reaction gas are mixed.
  • the dummy processing gas may be the reactive gas. As described above, only the reactive gas may be used as the dummy processing gas.
  • a thin film manufacturing apparatus includes a chamber, a supply mechanism, and a control unit.
  • a dummy substrate and a product substrate are respectively transferred to the chamber.
  • the supply mechanism supplies a dummy processing gas and a raw material gas containing a metal raw material for producing a thin film by a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, which is different from the dummy processing gas, into the chamber. Is to do.
  • the control means causes the dummy processing gas to be supplied into the chamber when the dummy substrate is transferred into the chamber, and when the product substrate is transferred into the chamber instead of the dummy substrate.
  • the source gas is supplied into the chamber.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a thin film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. With the thin film manufacturing apparatus of this embodiment, it is possible to manufacture a ferroelectric PZT thin film using the MOCVD method.
  • the thin film manufacturing apparatus 100 includes a raw material supply unit 10 that supplies an organic solvent solution of an organic metal, and a vaporizer 20 that generates the raw material gas by vaporizing the solution. Further, the thin film manufacturing apparatus 100 includes a mixer 30 that generates a mixed gas by mixing a raw material gas, an oxidizing gas as a reactive gas that reacts with the raw material gas, and an inert gas, and a mixer 30 and a supply line 33. And a film formation chamber 50 to be connected.
  • a supply mechanism is comprised by the raw material supply part 10, the vaporizer 20, the mixer 30, and each line and each valve provided in these.
  • the raw material supply unit 10 includes tanks A, B, C, and D that are filled with an organic metal raw material solution and a solvent, and a He (helium) supply line 11 that is supplied to each of the tanks A to D.
  • the raw material supply unit 10 also has a carrier gas supply line 12 for transporting the metal raw material solution and solvent extruded by the pressure of He supplied to each of the tanks A to D.
  • N 2 nitrogen
  • the present invention is not limited to this, and other inert gases may be used.
  • the gas supplied to each of the tanks A to D is not limited to He, and other inert gas may be used.
  • the tanks A to D are filled with a Pb raw material solution, a Zr raw material solution, a Ti raw material solution, and an organic solvent, respectively.
  • a raw material solution of Pb, Zr, and Ti a solution in which each metal raw material is dissolved at a concentration of 0.25 mol / L in an n-butyl acetate solution is used.
  • each metal raw material is dissolved in a solvent at room temperature and normal pressure.
  • Pb (dpm) 2 bisdipivaloylmethanate
  • Zr (dmhd) 4 tetrakis (2,6) dimethyl (3,5) heptanedionate is used as the Zr raw material.
  • Zirconium is used.
  • Ti (iPrO) 2 (dpm) 2 ((bisisopropoxide) (bisdipivaloylmethanate)) titanium is used as the Ti raw material.
  • n-butyl acetate is used as Pb (dpm) 2 is also referred to as Pb (thd) 2 (bis (2,2,6,6) tetramethyl (3,5) heptanedionate) lead.
  • Each metal raw material dissolved in the solvent is not limited to the above.
  • Pb raw material Pb (divm) 2 (bisdiisobutyryl methanate) lead or the like, or a material partially including both or at least one of Pb (dpm) 2 and Pb (divm) 2 may be used.
  • Zr raw material Zr (thd) 4 (tetrakis (2,2,6,6) tetramethyl (3,5) heptanedionate) zirconium or the like, or a material partially containing these may be used.
  • Ti (MMP) 4 tetrakis (1) methoxy (2) methyl (2) propoxy
  • toluene tetrahydrofurone (THF)
  • cyclohexane ethylcyclohexane
  • methylcyclohexane or the like may be used instead of the above-described n-butyl acetate as the solvent for dissolving each metal raw material and the solvent charged in the tank D.
  • the vaporizer 20 is connected to the raw material supply unit 10 via the supply line 12, and the metal raw material solution and solvent droplets are conveyed from the raw material supply unit 10 to the vaporizer 20.
  • the vaporizer 20 has a heating means (not shown), and the conveyed metal raw material solution and solvent are vaporized by heating. Thereby, the raw material gas containing a metal raw material is produced
  • a method of applying gas or ultrasonic waves to the droplets of the metal raw material solution and the solvent, a method of introducing droplets that have been refined in advance through a fine nozzle, etc. may be used in combination. Good.
  • the source gas includes a solvent gas, an inert gas used as a carrier gas, and the like.
  • the vaporizer 20 is provided with a Run line 21 connected to the mixer 30 and a Vent line 22 connected to the vacuum exhaust system 40.
  • the Run line 21 is provided with a valve V 1
  • the Vent line 22 is provided with a valve V 2 .
  • the mixer 30 generates a mixed gas of the raw material gas generated by the vaporizer 20, the oxidizing gas, and the inert gas. Therefore, an oxidizing gas supply unit 31 and an inert gas supply unit 32 are connected to the mixer 30.
  • O 2 oxygen
  • N 2 is supplied from the inert gas supply unit 32.
  • nitrous oxide or ozone may be supplied as the oxidizing gas.
  • argon etc. may be supplied as an inert gas.
  • the film forming chamber 50 includes a chamber 51 connected to the supply line 33 and a stage 52 disposed in the chamber 51.
  • a shower nozzle 53 is provided on the ceiling surface of the chamber 51, and a supply line 33 is connected to the shower nozzle 53.
  • the stage 52 and the shower nozzle 53 are arranged at positions facing each other. Further, in the chamber 51, components such as an adhesion prevention plate (not shown) are disposed in a cleaned state.
  • an idling substrate S 1 , a dummy substrate S 2 , and a product substrate S 3 are disposed on the stage 52.
  • the stage 52 has a temperature sensor such as a heater or a thermocouple (not shown) and can heat each of the substrates S 1 to S 3 placed thereon.
  • the heating means for heating each of the substrates S 1 to S 3 is not limited to the heater, and various heating means can be employed.
  • the idling substrate S 1 is a substrate used during idling
  • the dummy substrate S 2 is a substrate used during dummy processing.
  • the product substrate S 3 is a substrate on which a PZT thin film is formed by a film forming process.
  • the same substrate is used as the idling substrate S 1 , the dummy substrate S 2 , and the product substrate S 3 .
  • a substrate in which Ir is deposited to 70 nm by a sputtering method on an 8-inch Si substrate on which a 100 nm SiO 2 oxide film is formed is used.
  • the size and material of the substrate are not limited.
  • the chamber 51 is connected via a pressure regulating valve 41 to a vacuum exhaust system 40 equipped with, for example, a dry pump or a turbo molecular pump.
  • a pressure regulating valve 41 to a vacuum exhaust system 40 equipped with, for example, a dry pump or a turbo molecular pump.
  • Each apparatus including each line from the vaporizer 20 to the film formation chamber 50, each valve, the shower nozzle 53, the mixer 30 and the like is, for example, 200 ° C. or higher by a heating means (not shown) so that the vaporized source gas is not liquefied. Is kept at a high temperature.
  • the thin film manufacturing apparatus 100 includes a control unit (not shown) as a control unit that controls each valve and each apparatus described above.
  • the control unit includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a main memory including a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like.
  • a control signal is output from the control unit to each device or the like, for example, via wire or wirelessly, for example, gas flow into the chamber 51, heating of each of the substrates S 1 to S 3 placed on the stage 52, etc. Is controlled.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a multi-chamber film forming apparatus including the thin film manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment.
  • the multi-chamber film forming apparatus 200 includes a transfer chamber 201 provided with a transfer robot (not shown) capable of transferring an idling substrate S 1 , a dummy substrate S 2 , and a product substrate S 3 , and one lot of 25 sheets. And two stocker chambers 202 in which substrates can be respectively mounted.
  • the multi-chamber film forming apparatus 200 includes the two thin film manufacturing apparatuses 100, and the two film forming chambers 50 are disposed around the transfer chamber 201.
  • the film formation chamber 50 and the stocker chamber 202 are connected to the transfer chamber 201 via a partition valve 203, respectively.
  • the number of stocker chambers 202 is not limited to two, and more stocker chambers or one stocker chamber may be arranged around the transfer chamber 201.
  • the vacuum evacuation system 204 is also connected to the transfer chamber 201 and the stocker chamber 202, respectively.
  • each chamber can be independently evacuated to a vacuum atmosphere.
  • the inside of the transfer chamber 201, the film formation chamber 50, and the stocker chamber 202 may be exhausted by using one vacuum exhaust system together.
  • the evacuation system functions as the evacuation system 40 shown in FIG.
  • a gas source 205 is connected to the transfer chamber 201, and the inside of the transfer chamber 201 can be adjusted to a predetermined pressure by a regulated gas such as an inert gas introduced from the gas source 205. Adjustment of the internal pressure of the transfer chamber 201 is performed by an automatic pressure adjustment valve (not shown) provided in the transfer chamber 201.
  • the stocker chamber 202 is connected to an atmospheric substrate transfer system 206 via a partition valve 203.
  • the atmospheric substrate transfer system 206 is provided with a transfer robot (not shown) for transferring, for example, a product substrate S 3 that has not been subjected to film formation or has been subjected to film formation between the plurality of wafer cassettes 207 and the stocker chamber 202.
  • two stocker chambers 202 are arranged. Therefore, if all the substrates are placed in one stocker chamber 202, the substrate can be mounted in the other stocker chamber 202. it can.
  • the second stocker chamber 202 When the substrate is loaded in the second stocker chamber 202, when the film forming process of the substrate loaded in the first stocker chamber 202 is completed, the second stocker chamber 202 is evacuated and again the substrate. Is carried to the film forming chamber 50.
  • FIG. 3 is a flowchart showing operations of the thin film manufacturing apparatus 100 and the multi-chamber film forming apparatus 200 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 illustrates the operation from when the chamber 51 is in an idling state to when the film forming process is restarted and the PZT thin film is formed on the product substrate S 3 .
  • the idling state is a state in which the film forming process is interrupted, and the film forming process is not performed in the chamber 51.
  • the idling substrate S 1 is transferred from the transfer chamber 201 of the multi-chamber film forming apparatus 200 into the chamber 51 (step 101).
  • the idling substrate S 1 may be selected from a plurality of substrates mounted in the stocker chamber 202 in the film forming process before being interrupted.
  • the idling substrate S 1 may be prepared separately and transferred into the chamber 51.
  • the chamber 51 With the idling substrate S 1 disposed in the chamber 51, the chamber 51 is in an idling state (step 102). In the idling state, the environment in the chamber 51 is adjusted so as to approach an environment that satisfies the film formation conditions in the film formation process that is restarted later.
  • the internal pressure in the idling chamber 51 is adjusted to about 2 Torr, which is a film forming pressure condition.
  • the internal pressure in the chamber 51 is adjusted by N 2 supplied by the inert gas supply unit 32 shown in FIG.
  • the product substrate S 3 is heated to 600 ° C. or higher by the heater of the stage 52 in the chamber 51. Heat from the heater is also transmitted to the shower nozzle 53 and other components in the chamber 51. As described above, Ir, which is a metal, is formed on the product substrate S 3 , so that part of the heat from the heater is reflected by Ir. That is, the state of heat dissipation from the heater to other members is affected by the product substrate S 3 placed on the stage 52.
  • an idling substrate S 1 which is the same substrate as the product substrate S 3 , is placed on the stage 52 in the chamber 51, and the idling substrate S 1 is heated to 600 ° C. or higher. Is done.
  • the temperature environment in the idling chamber 51 can be brought close to the temperature environment that satisfies the film forming conditions with high accuracy.
  • the same substrate as the product substrate S 3 is used as the idling substrate S 1 .
  • a substrate different from the product substrate S 3 is used as the idling substrate S 1. Also good.
  • the film forming pressure conditions described above and the heating temperature of the product substrate S 3 and the idling substrate S 1 may be set as appropriate.
  • the film forming process is resumed in a state where the chamber 51 of the thin film manufacturing apparatus 100 is set to the idling state. Then, a predetermined number of substrates are transferred from the 25 wafer cassette 207 to the stocker chamber 202 by a transfer robot provided in the atmospheric substrate transfer system 206. Among the plurality of substrates, the first two substrates are transported into the chamber 51, is used as a dummy substrate S 2, the dummy processing is performed as described below. Other substrates are used as a product substrate S 3, PZT thin film is formed by a deposition process after the dummy processing.
  • the stocker chamber 202 into which the substrate is loaded is evacuated.
  • the partition valve 203 between the evacuated stocker chamber 202 and the transfer chamber 201 is opened, and both the transfer chamber 201 and the stocker chamber 202 are evacuated.
  • An adjustment gas such as N 2 is supplied to the transfer chamber 201 by the gas source 205, for example, 1200 sccm, and the internal pressure of the transfer chamber 201 is adjusted.
  • the internal pressure of the transfer chamber 201 is adjusted to a pressure approximately equal to about 2 Torr, which is the set internal pressure of the chamber 51, or a pressure higher by about 5%.
  • the first sheet of the dummy substrate S 2 of the stocker chamber 202 when the regulating pressure is almost the end of the transfer chamber 201 is conveyed into the chamber 51 through the transfer chamber 201 (step 103).
  • the flow rate of the raw material solutions of Pb, Zr, and Ti pushed out from the tanks A to C is regulated by the liquid flow rate controller or the like to be substantially 0, and only the solvent that is n-butyl acetate enters the vaporizer 20. Transported.
  • the flow rate of the solvent is controlled so as to be approximately equal to the total flow rate of each metal raw material solution and the solvent in the film forming process.
  • the nozzle flush of the vaporizer 20 with the solvent pushed out from the tank D starts, and the solvent and the metal raw material solution transported later can be vaporized in about 3 minutes.
  • the valve V 2 of the Vent line 22 is opened, and the solvent vaporized gas and the carrier gas are discarded to the Vent line 22.
  • the dummy substrate S 2 When the first dummy substrate S 2 is carried into the chamber 51 and placed on the stage 52, the dummy substrate S 2 is heated to 600 ° C. or more by the heater provided on the stage 52. The temperature of the dummy substrate S 2 settles to a predetermined temperature in about 3 minutes.
  • the valve V 2 of the Vent line 22 is closed and the valve V 1 of the Run line 21 is opened. Then, the solvent gas vaporized by the vaporizer 20 is supplied to the mixer 30.
  • the solvent gas supplied from the vaporizer 20 and the oxidizing gas O 2 and the inert gas N 2 are mixed at a predetermined mixing ratio (mol ratio). Thereby, a dummy processing gas is generated.
  • the mixing ratio is set to be substantially equal to the mixing ratio of the raw material gas, the oxidizing gas, and the inert gas mixed in the film forming process.
  • the dummy processing gas may contain an inert gas used as a carrier gas.
  • the dummy processing gas generated by the mixer 30 is supplied into the chamber 51 of the film forming chamber 50 through the supply line 33. Then, the dummy processing gas is supplied to the heated dummy substrate S 2 (step 104). The dummy processing gas is supplied to the dummy substrate S 2 for a time substantially equal to the film forming time in the film forming process.
  • a PZT thin film of about 70 nm is formed at a film formation rate of about 15 nm / min. Therefore, the film formation time is about 300 seconds.
  • the thickness of the PZT thin film to be deposited, the deposition rate, and the time spent for deposition are not limited to these.
  • N 2 is supplied from the inert gas supply unit 32 connected to the mixer 30 into the chamber 51, and the internal pressure in the chamber 51 satisfies a film formation pressure condition (about 2 Torr). Is set to be Then, the first dummy substrate S 2 is unloaded, and the second dummy substrate S 2 is transferred into the chamber 51. The same dummy processing as described above is performed on the second dummy substrate S2.
  • the time for stabilizing the temperature of the product substrate S 3 placed on the stage 52 (about 3 minutes), the film forming time (about 300 seconds), and the product substrate after film formation A time (about 60 seconds) until S 3 is unloaded is required.
  • the time spent for the dummy process for one dummy substrate S 2 is also about 10 minutes.
  • the time spent for the film forming process and the dummy process may be set as appropriate.
  • the product substrate S 3 is transferred into the chamber 51 (step 105).
  • each metal raw material solution and solvent droplets pushed out to the carrier gas supply line 12 shown in FIG. 1 are transported to the vaporizer 20 with each flow rate controlled.
  • a vaporized gas mainly composed of a metal raw material solution is generated by the vaporizer 20 and conveyed to the mixer 30.
  • the mixer 30 mixes the raw material gas, the oxidizing gas, and the inert gas at a predetermined mixing ratio.
  • the mixing ratio is appropriately set, for example, in order to obtain the desired crystal orientation of the PZT thin film to be formed.
  • the mixed gas generated by the mixer 30 is supplied to the product substrate S 3 disposed in the chamber 51 through the supply line 33 (step 106). Thereby, a PZT thin film is formed on the product substrate S 3 .
  • the valve V 2 of the Vent line 22 is opened, and the vaporized gas of the metal raw material solution is discarded to the Vent line 22.
  • the product substrate S 3 on which the PZT thin film is formed is unloaded into the transfer chamber 201, and the second product substrate S 3 is transferred into the chamber 51.
  • a film forming process similar to the above is performed on the second product substrate S 3 .
  • the product substrate S 3 is conveyed into the chamber 51, the deposition process of the PZT thin film are sequentially performed.
  • the film reproducibility of the PZT thin film manufactured by the thin film manufacturing apparatus 100 according to this embodiment will be described. Therefore, the PZT thin film manufactured by the thin film manufacturing method according to this embodiment is compared with the PZT thin films manufactured by the two thin film manufacturing methods given as comparative examples.
  • FIGS. 4 to 6 are graphs and tables for the thin film manufacturing method given as the first comparative example.
  • FIG. 4 is a graph showing the Pb composition ratio (Pb / (Zr + Ti)) and the Zr composition ratio (Zr / (Zr + Ti)) in the formed PZT thin film.
  • FIG. 5 is a graph showing the film formation rate (nm / min) of the thin film manufacturing method according to the first comparative example.
  • FIG. 6 is a table showing the reproducibility of the Pb composition ratio, the Zr composition ratio, and the film formation rate shown in FIGS.
  • the inside of the chamber is in an idling state without the idling substrate being disposed in the chamber.
  • the dummy process is first performed on the two dummy substrates.
  • the source gas supplied to the product substrate is also supplied to the dummy substrate, and a PZT thin film is formed on the dummy substrate.
  • a film forming process is continuously performed on 200 product substrates. Then, after the idling state for about 6 hours, the film forming process is resumed. 4 and 5, the dummy substrate among the 50 product substrates before idling (150 to 200 shown in the graph) and the 50 substrates (201 to 250 shown in the graph) after the restart of the film forming process.
  • the product substrate excluding (201 to 203) (the substrate from the third substrate after restart) is the measurement range. Each measured value of a predetermined number of product substrates selected from this range is shown. As shown in FIGS. 4 and 5, many product substrates immediately after the dummy processing are selected.
  • the reproducibility shown in FIG. 6 shows the variation of each measured value shown in FIGS. Specifically, for each measurement value, the result of dividing the difference between the maximum value and the minimum value by the sum of the maximum value and the minimum value is displayed as% of ⁇ .
  • FIGS. 7 to 9 are graphs and tables for the thin film manufacturing method mentioned as the second comparative example.
  • FIG. 7 is a graph showing the Pb composition ratio and Zr composition ratio in the PZT thin film
  • FIG. 8 is a graph showing the film rate.
  • FIG. 9 is a table showing the reproducibility of the Pb composition ratio, the Zr composition ratio, and the film formation rate shown in FIGS.
  • the inside of the chamber is in an idling state with the idling substrate disposed in the chamber.
  • a dummy process using a source gas is performed on the two dummy substrates. That is, in the dummy process according to the second comparative example, a PZT thin film is formed on the dummy substrate as in the dummy process according to the first comparative example.
  • the film forming process is continuously performed on 150 product substrates. Then, after the idling state for about 6 hours using the idling substrate, the film forming process is resumed. 7 and 8, the product substrate excluding the dummy substrate among the 50 substrates before and after idling is the measurement range, and each measurement value of a predetermined number of product substrates selected from this range is illustrated. . As shown in FIGS. 7 and 8, the measured values of five product substrates that are successively formed immediately after the dummy process are shown.
  • the thin film manufacturing method according to the second comparative example is compared. It can be seen that the method has better reproducibility of each measured value.
  • the inside of the chamber is in an idling state with the idling substrate disposed in the chamber. As a result, the temperature environment in the chamber in the idling state can be brought close to the temperature environment that satisfies the film formation condition, and it is considered that the reproducibility of each measurement value is improved.
  • FIGS. 10 to 12 are graphs and tables regarding the thin film manufacturing method according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a graph showing the Pb composition ratio and the Zr composition ratio in the PZT thin film
  • FIG. 11 is a graph showing the film formation rate.
  • FIG. 12 is a table showing the reproducibility of the Pb composition ratio, the Zr composition ratio, and the film formation rate shown in FIGS.
  • the product substrate S 3 excluding the dummy substrate S 2 among the 50 substrates before and after idling is the measurement range, and each of the predetermined number of product substrates S 3 selected from this range is shown.
  • the measured values are illustrated.
  • measured values of the five product substrate S 3 which is formed continuously immediately after the dummy processing is illustrated.
  • the measured values and the reproducibility thereof are substantially the same. equal. That is, it can be seen that the reproducibility of the Pb composition ratio, the Zr composition ratio, and the film formation rate is good without forming a PZT thin film on the dummy substrate S 2 in the dummy process.
  • the inventor according to the present application considered the film reproducibility of the film forming process resumed after idling as follows.
  • the inside of the chamber 51 is brought into an idling state with the idling substrate S 1 disposed.
  • the temperature environment in the chamber 51 in the idling state can be brought close to the temperature environment that satisfies the film formation condition.
  • the environment in the chamber 51 changes when the film forming process is resumed from the idling state.
  • the product substrate S 3 is transferred to the chamber 51 at intervals of about 10 minutes.
  • the inventor paid attention to a change in the temperature environment in the chamber 51 due to the transfer operation.
  • filled was considered.
  • the dummy processing gas supplied to the dummy substrate S 2 transferred into the chamber 51 is a gas that does not contain a metal raw material.
  • FIGS. 10 to 12 it can be seen that the film formation reproducibility of the film formation process after idling is good even in the dummy process using the dummy process gas not containing the metal raw material.
  • the inside of the chamber 51 is in an idling state with the idling substrate S 1 being disposed in the chamber 51.
  • the environment in the chamber 51 is brought close to an environment that satisfies the film forming conditions.
  • a dummy processing gas different from the source gas is supplied to the dummy substrate S 2 .
  • the environment in the chamber 51 can be set to an environment that satisfies the film forming conditions.
  • a gas in which a solvent gas, a reaction gas used in a film forming process, and an inert gas are mixed is used as the dummy processing gas. That is, since no metal raw material is used as the dummy processing gas, consumption of each metal raw material can be suppressed, and a highly reproducible PZT thin film can be produced with low resource and low cost.
  • Cost can be reduced by 2%.
  • film formation is often performed with fewer than 100 sheets for condition confirmation and daily apparatus management, in which case the cost reduction effect on the metal raw material is further increased.
  • a gas in which a solvent gas, a reaction gas used in a film forming process, and an inert gas are mixed is used as the dummy processing gas.
  • a gas in which a solvent gas and an inert gas are mixed a gas in which a solvent gas and an oxidizing gas are mixed, or a gas in which an oxidizing gas and an inert gas are mixed is used. May be.
  • the solvent gas may not be supplied to the mixer 30 during the dummy processing, and only the inert gas from the inert gas supply unit 32 connected to the mixer 30 may be used as the dummy processing gas. .
  • the oxidizing gas from the oxidizing gas supply unit 31 connected to the mixer 30 may be used.
  • the solvent gas supplied to the mixer 30 may be used alone as a dummy processing gas without being mixed with the oxidizing gas or the inert gas.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a modification of the thin film manufacturing apparatus 100 shown in FIG.
  • the inert gas supply unit 332 is not connected to the mixer 330, but is separately connected to the shower nozzle 353 of the chamber 351.
  • the mixer 330 and the raw material gas and the oxidizing gas are mixed, the mixed gas is supplied to the product substrate S 3.
  • a PZT thin film is formed on the product substrate S 3 .
  • a gas in which any of a solvent gas, an oxidizing gas, and an inert gas is mixed may be used as the dummy processing gas, or each gas may be used alone for the dummy processing. It may be used as a gas.
  • an inert gas when an inert gas is mixed, it mixes in the chamber 351.
  • the mixer may not be provided, and the source gas, the oxidizing gas supply unit, and the inert gas supply unit may be separately connected to the chamber.
  • a mixed gas of the source gas, the oxidizing gas, and the inert gas is generated in the chamber.
  • the mixed gas or the like exemplified above may be used as the dummy processing gas.
  • two dummy substrates S 2 are used during the dummy processing.
  • one dummy substrate S 2 may be conveyed into the two chambers.
  • the PZT thin film to a dummy substrate S 2 is not formed, it is advantageous to use a single dummy substrate S 2 many times.
  • the dummy substrate S 2 and the product substrate S 3 do not have to be the same substrate.
  • a substrate dedicated to a dummy substrate may be prepared, and the substrate may be repeatedly used during dummy processing.
  • the number and number of dummy substrates used are not limited to two or twice, and can be set as appropriate. If the temperature environment in the chamber and the film formation conditions are satisfied, a dummy process in which one dummy substrate is used once may be used.
  • An idling substrate may be used as a dummy substrate.
  • the idling substrate is once carried out from the idling chamber and is carried into the chamber again.
  • a dummy processing gas may be supplied to the idling substrate.
  • the PZT thin film is manufactured by the thin film manufacturing apparatus 100.
  • the present invention is applicable even when a thin film other than the PZT thin film is manufactured by the MOCVD method.
  • a thin film for example, lanthanum-doped lead zirconate titanate ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ; PLZT), strontium bistrontate tantalate (SrBi 2 , Ta 2 , O 9 ; SBT), etc.
  • a thin film for example, lanthanum-doped lead zirconate titanate ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ; PLZT), strontium bistrontate tantalate (SrBi 2 , Ta 2 , O 9 ; SBT), etc.
  • There is a thin film there are thin films such as gallium nitride (GaN), indium gallium nitride (InGaN), and zinc sulfide (ZnS).
  • a reducing gas such as ammonia (NH 3 ) is used as a reactive gas used in the film forming process by the MOCVD method.
  • a gas in which any one of a solvent gas, a reducing gas, and an inert gas is mixed may be used as the dummy processing gas, or each gas may be used alone as a dummy processing gas.
  • a multi-chamber film forming apparatus 200 is exemplified as an apparatus including the thin film manufacturing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the thin film manufacturing apparatus 100 of this embodiment may be provided in a substrate processing apparatus including a plurality of processing apparatuses such as an etching processing apparatus and a cleaning processing apparatus.
  • a substrate processing apparatus for example, there is a cluster tool type or in-line type substrate processing apparatus.
  • the inside of the chamber is in an idling state before the dummy substrate S 2 is carried into the chamber and the dummy processing gas is supplied.
  • the present technology may not require a step of idling the chamber.

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Abstract

再現性のよい薄膜を省資源及び低コストで製造することができる薄膜製造方法及び薄膜製造装置を提供するために、チャンバ５１内にダミー基板Ｓ2を搬送し、ダミー基板Ｓ２にダミー処理用ガを供給し、チャンバ５１内に製品基板Ｓ３を搬送し、製品基板Ｓ３に、ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic ChemicalVapor Deposition）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスを供給する。ダミー処理用ガスとして原料ガスが用いられないので、各金属原料の消費量を抑えることができ、再現性のよい薄膜を省資源及び低コストで製造することができる。

Description

薄膜製造方法及び薄膜製造装置
　本発明は、有機金属化学気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；ＭＯＣＶＤ）法により薄膜を製造する薄膜製造方法及び薄膜製造装置に関する。
　従来、有機金属原料のガスと反応ガスとを高温中で反応させることにより薄膜を製造するＭＯＣＶＤ法が知られている。例えば特許文献１には、ＭＯＣＶＤ法によりＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜を製造する成膜方法及び成膜装置が記載されている。
　特許文献１に記載の成膜方法では、成膜装置のアイドリング後に成膜処理が開始される場合に、まず製品用でないダミーウエハにＰＺＴ薄膜が成膜される。このダミーウエハを用いたダミー成膜処理が少なくとも３回行われた後に、製品用ウエハにＰＺＴ薄膜が成膜される。これにより製品用ウエハに成膜されるＰＺＴ薄膜の成膜再現性が向上されている（特許文献１の段落［００１９］、［００２０］等参照）。
特開２００６－２２２３１８号公報
　しかしながら特許文献１に記載の成膜方法では、製品用でないダミーウエハにＰＺＴ薄膜が成膜される。従ってＰＺＴ薄膜の原料となるＰｂ、Ｚｒ及びＴｉの各金属原料の消費量が多くなり、資源の節約を図ることが難しい。また各金属原料にかかるコストも高くなってしまう。
　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、再現性のよい薄膜を省資源及び低コストで製造することができる薄膜製造方法及び薄膜製造装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る薄膜製造方法は、前記チャンバ内にダミー基板を搬送し、前記ダミー基板にダミー処理用ガスを供給することを含む。
　前記チャンバ内に製品基板が搬送され、前記製品基板に、前記ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスが供給される。
　本発明の一形態に係る薄膜製造装置は、チャンバと、供給機構と、制御手段とを具備する。　
　前記チャンバには、ダミー基板と、製品基板とがそれぞれ搬送される。　
　前記供給機構は、ダミー処理用ガスと、前記ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスとを、前記チャンバ内にそれぞれ供給するためのものである。　
　前記制御手段は、前記チャンバ内に前記ダミー基板が搬送されたときに前記ダミー処理用ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記チャンバ内に前記ダミー基板に代えて前記製品基板が搬送されたときに前記原料ガスを前記チャンバ内に供給させる。
本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置の構成例を示す模式的な図である。 図１に示す薄膜製造装置を含む多室型成膜装置の構成例を示す模式的な図である。 図１及び図２に示す薄膜製造装置及び多室型成膜装置の動作を示すフローチャートである。 第１の比較例として挙げる薄膜製造方法により形成されたＰＺＴ薄膜中のＰｂ組成比、及びＺｒ組成比を表すグラフである。 第１の比較例として挙げる薄膜製造方法の成膜レートを示すグラフである。 図４及び図５に示すＰｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性を示す表である。 第２の比較例として挙げる薄膜製造方法により形成されたＰＺＴ薄膜中のＰｂ組成比、及びＺｒ組成比を表すグラフである。 第２の比較例として挙げる薄膜製造方法の成膜レートを示すグラフである。 図７及び図８に示すＰｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性を示す表である。 本実施形態に係る薄膜製造方法により形成されたＰＺＴ薄膜中のＰｂ組成比、及びＺｒ組成比を表すグラフである。 本実施形態に係る薄膜製造方法の成膜レートを示すグラフである。 図１０及び図１１に示すＰｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性を示す表である。 図１に示す薄膜製造装置の変形例を示す模式的な図である。
　本発明の一実施形態に係る薄膜製造方法は、前記チャンバ内にダミー基板を搬送し、前記ダミー基板にダミー処理用ガスを供給することを含む。　
　前記チャンバ内に製品基板が搬送され、前記製品基板に、前記ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスが供給される。
　この薄膜製造方法では、製品基板に金属原料を含む原料ガスが供給される前に、ダミー基板に原料ガスと異なるダミー処理用ガスが供給される。これによりチャンバ内の環境を成膜条件が満たされる環境とすることが可能となる。この結果、再現性のよい薄膜を省資源及び低コストで製造することができる。
　前記チャンバ内にダミー基板を搬送し、前記ダミー基板にダミー処理用ガスを供給する前に、チャンバ内にアイドリング用基板が配置された状態で、前記チャンバ内が、成膜処理が行われないアイドリング状態とされてもよい。
　なお原料ガスには、例えば金属原料を室温常圧の時に溶解するのに用いられる溶媒のガスや、キャリアガスとして用いられる不活性ガス等が含まれる。
　前記原料ガスを供給する工程は、前記原料ガスに、前記原料ガスと反応する反応ガスと、不活性ガスとを混合した混合ガスを、前記製品基板に供給してもよい。
　前記ダミー処理用ガスは、前記金属原料を溶解するのに用いられる溶媒のガスに、前記反応ガスと、前記不活性ガスとを混合して得られたガスであってもよい。　
　この薄膜製造方法では、ダミー処理用ガスとして、例えば金属原料を室温常圧の時に溶解するのに用いられる溶媒のガスと、成膜処理で用いられ反応ガス及び不活性ガスとが混合されたガスが用いられる。すなわちダミー処理用ガスとして金属原料を含む原料ガスが用いられないので、再現性のよい薄膜を省資源及び低コストで製造することができる。なお、上記の混合ガスに、キャリアガスとして用いられる不活性ガスが含まれてもよい。
　前記ダミー処理用ガスは、前記金属原料を溶解するのに用いられる溶媒のガスを、前記不活性ガスと混合して得られたガスであってもよい。　
　このようにダミー処理用ガスとして、例えば金属原料を室温常圧の時に溶解するのに用いられる溶媒のガスと不活性ガスとが混合されたガスが用いられてもよい。この混合ガスに、キャリアガスとして用いられる不活性ガスが含まれてもよい。
　前記ダミー処理用ガスは、前記不活性ガスであってもよい。　
　このようにダミー処理用ガスとして、不活性ガスのみが用いられてもよい。
　前記原料ガスを供給する工程は、前記原料ガスと前記原料ガスと反応する反応ガスとを含む混合ガスを、前記製品基板に供給してもよい。
　前記ダミー処理用ガスは、前記金属原料を溶解するのに用いられる溶媒のガスと前記反応ガスとが混合されたガスであってもよい。　
　前記ダミー処理用ガスは、前記反応ガスであってもよい。　
　このようにダミー処理用ガスとして、反応ガスのみが用いられてもよい。
　本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置は、チャンバと、供給機構と、制御手段とを具備する。　
　前記チャンバには、ダミー基板と、製品基板とがそれぞれ搬送される。　
　前記供給機構は、ダミー処理用ガスと、前記ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスとを、前記チャンバ内にそれぞれ供給するためのものである。　
　前記制御手段は、前記チャンバ内に前記ダミー基板が搬送されたときに前記ダミー処理用ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記チャンバ内に前記ダミー基板に代えて前記製品基板が搬送されたときに前記原料ガスを前記チャンバ内に供給させる。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
　［薄膜製造装置］
　図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置の構成例を示す模式的な図である。本実施形態の薄膜製造装置により、ＭＯＣＶＤ法を利用した強誘電体ＰＺＴの薄膜の製造が可能となる。
　薄膜製造装置１００は、有機金属の有機溶媒溶液を供給する原料供給部１０と、その溶液を気化して原料ガスを生成する気化器２０とを有する。また薄膜製造装置１００は、原料ガス、原料ガスと反応する反応ガスとしての酸化ガス、及び不活性ガスを混合させて混合ガスを生成する混合器３０と、混合器３０と供給ライン３３を介して接続される成膜室５０とを有する。本実施形態では、原料供給部１０、気化器２０、混合器３０、及びこれらに設けられた各ライン及び各バルブにより供給機構が構成される。
　原料供給部１０は、有機金属の原料溶液及び溶媒が充填されるタンクＡ，Ｂ，Ｃ及びＤと、各タンクＡ～Ｄに供給されるＨｅ（ヘリウム）の供給ライン１１とを有する。また原料供給部１０は、各タンクＡ～Ｄに供給されるＨｅの圧力により押し出された金属原料溶液及び溶媒を運搬するためのキャリアガスの供給ライン１２を有する。本実施形態ではキャリアガスとしてＮ2（窒素）が用いられるが、これに限られず他の不活性ガスが用いられてもよい。同様に、各タンクＡ～Ｄに供給されるガスもＨｅに限られず、他の不活性ガスが用いられてもよい。
　本実施形態では、タンクＡ～Ｄに、Ｐｂの原料溶液、Ｚｒの原料溶液、Ｔｉの原料溶液、及び有機系の溶媒がそれぞれ充填される。Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉの原料溶液としては、酢酸ｎブチル溶液中に、各金属原料が０．２５ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解した溶液が用いられる。本実施形態では、各金属原料は、室温常圧時において溶媒に溶解される。
　Ｐｂ原料としては、Ｐｂ（ｄｐｍ）2（ビスジピバロイルメタネート）鉛が用いられ、Ｚｒ原料としては、Ｚｒ（ｄｍｈｄ）4（テトラキス（２，６）ジメチル（３，５）ヘプタンジオネート）ジルコニウムが用いられる。またＴｉ原料としては、Ｔｉ（ｉＰｒＯ）2（ｄｐｍ）2（（ビスイソプロポキシド）（ビスジピバロイルメタネート））チタンが用いられる。タンクＤに充填される溶媒としては酢酸ｎブチルが用いられる。なお、Ｐｂ（ｄｐｍ）2は、Ｐｂ（ｔｈｄ）2（ビス（２，２，６，６）テトラメチル（３，５）ヘプタンジオネート）鉛ともいう。
　溶媒に溶解される各金属原料は、上記のものに限られない。例えばＰｂ原料として、Ｐｂ（ｄｉｂｍ）2（ビスジイソブチリルメタナート）鉛等や、Ｐｂ（ｄｐｍ）2、及びＰｂ（ｄｉｂｍ）2の両方あるいは少なくとも一方を一部に有する材料が用いられてもよい。またＺｒ原料として、Ｚｒ（ｔｈｄ）4（テトラキス（２，２，６，６）テトラメチル（３，５）ヘプタンジオネート）ジルコニウム等や、これらを一部に有する材料が用いられてもよい。そしてＴｉの原料として、Ｔｉ（ＭＭＰ）4（テトラキス（１）メトキシ（２）メチル（２）プロポキシ）チタン等や、これらを一部に含む材料が用いられてもよい。
　各金属原料を溶かす溶媒及びタンクＤに充填される溶媒も、上記した酢酸ｎブチルに代えて、例えばトルエン、テトラヒドロフロン（ＴＨＦ）、シクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、又はメチルシクロヘキサン等が用いられてもよい。
　気化器２０は、供給ライン１２を介して原料供給部１０に接続されており、原料供給部１０から気化器２０へ、金属原料溶液及び溶媒の液滴が搬送される。気化器２０は図示しない加熱手段を有しており、搬送された金属原料溶液及び溶媒が加熱により気化される。これにより金属原料を含む原料ガスが生成される。なお気化効率を向上させるために、金属原料溶液及び溶媒の液滴にガスや超音波等を当てる方法や、微細ノズルを介して予め微細化された液滴を導入する方法等が併用されてもよい。なお原料ガスには、溶媒のガスや、キャリアガスとして用いられる不活性ガス等も含まれている。
　図１に示すように、気化器２０には、混合器３０に接続されるＲｕｎライン２１と、真空排気システム４０に接続されるＶｅｎｔライン２２とが設けられる。Ｒｕｎライン２１にはバルブＶ1が設けられ、Ｖｅｎｔライン２２にはバルブＶ2が設けられる。
　混合器３０は、気化器２０により生成された原料ガスと、酸化ガス及び不活性ガスとの混合ガスを生成するものである。そのため、混合器３０には酸化ガス供給部３１及び不活性ガス供給部３２が接続されている。本実施形態では、酸化ガス供給部３１によりＯ2（酸素）が供給され、不活性ガス供給部３２によりＮ2が供給される。しかしながら、酸化ガスとして例えば一酸化二窒素やオゾン等が供給されてもよい。また不活性ガスとして、アルゴン等が供給されてもよい。
　成膜室５０は、供給ライン３３に接続されるチャンバ５１と、チャンバ５１内に配置されるステージ５２とを有する。チャンバ５１の天井面にはシャワーノズル５３が設けられており、このシャワーノズル５３に供給ライン３３が接続されている。ステージ５２及びシャワーノズル５３は、互いに対向する位置にそれぞれ配置される。またチャンバ５１内には、図示しない防着板等の部品が洗浄済みの状態で配置される。
　図１に示すようにステージ５２上には、アイドリング用基板Ｓ1、ダミー基板Ｓ2、及び製品基板Ｓ3がそれぞれ配置される。ステージ５２は、図示しないヒータや熱電対等の温度センサを有しており、載置された各基板Ｓ1～Ｓ3をそれぞれ加熱することが可能である。各基板Ｓ1～Ｓ3を加熱するための加熱手段は、ヒータに限られず種々の加熱手段が採用可能である。
　後述するように、アイドリング用基板Ｓ1は、アイドリング時に用いられる基板であり、ダミー基板Ｓ2は、ダミー処理時に用いられる基板である。製品基板Ｓ3は、成膜処理によりＰＺＴ薄膜が形成される基板である。本実施形態では、アイドリング用基板Ｓ1、ダミー基板Ｓ2、及び製品基板Ｓ3として同じ基板が用いられる。具体的には、１００ｎｍのＳｉＯ2酸化膜が形成された８インチのＳｉ基板上に、スパッタリング法でＩｒが７０ｎｍ成膜された基板が用いられる。しかしながら基板の大きさや材料等は限定されない。
　チャンバ５１は、圧力調整バルブ４１を介して、例えばドライポンプやターボ分子ポンプ等を備えた真空排気システム４０に接続される。圧力調整バルブ４１によりチャンバ５１内の圧力を適宜設定することで、様々な成膜圧力条件に容易に対応することが可能である。
　気化器２０から成膜室５０までの各ライン、各バルブやシャワーノズル５３及び混合器３０等を含む各装置は、気化した原料ガスが液化等されないように、図示しない加熱手段により例えば２００℃以上の高温状態に保たれる。
　本実施形態に係る薄膜製造装置１００は、上記で説明した各バルブや各装置を制御する制御手段としての図示しない制御ユニットを有している。制御ユニットは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるメインメモリ等を有する。制御ユニットから各装置等に、例えば有線あるいは無線を介して制御信号が出力されることで、例えばチャンバ５１内へのガスフローやステージ５２に載置された各基板Ｓ1～Ｓ3の加熱等が制御される。
　［多室型（マルチチャンバ型）成膜装置］
　図２は、本実施形態に係る薄膜製造装置１００を含む多室型成膜装置の構成例を示す模式的な図である。多室型成膜装置２００は、アイドリング用基板Ｓ1、ダミー基板Ｓ2、及び製品基板Ｓ3をそれぞれ搬送することが可能な図示しない搬送ロボットが設けられる搬送室２０１と、１ロット２５枚の基板をそれぞれ搭載することができる２つのストッカー室２０２とを有する。また多室型成膜装置２００は２つの上記薄膜製造装置１００を有しており、搬送室２０１の周囲に２つの上記成膜室５０がそれぞれ配置される。成膜室５０及びストッカー室２０２は、仕切りバルブ２０３を介して搬送室２０１にそれぞれ接続される。なおストッカー室２０２の数は２つに限られず、より多くのストッカー室あるいは１つのストッカー室が搬送室２０１の周囲に配置されてもよい。
　成膜室５０に真空排気システム４０がそれぞれ接続されているのと同様に、搬送室２０１及びストッカー室２０２にも真空排気システム２０４がそれぞれ接続されている。これにより各室は、独立して内部を真空雰囲気に排気することが可能である。しかしながら、例えば１つ真空排気システムが併用されて、搬送室２０１、成膜室５０及びストッカー室２０２の内部が排気されてもよい。この場合、その真空排気システムが、図１に示す真空排気システム４０として機能する。
　また搬送室２０１にはガス源２０５が接続されており、このガス源２０５から導入される不活性ガス等の調圧ガスによって、搬送室２０１内を所定の圧力に調整できるようになっている。搬送室２０１の内部圧力の調整は、搬送室２０１に設けられた図示しない自動圧力調整バルブにより行われる。
　図２に示すように、ストッカー室２０２は、仕切りバルブ２０３を介して大気基板搬送システム２０６に接続される。大気基板搬送システム２０６には、複数のウエハカセット２０７とストッカー室２０２との間で、例えば成膜未処理又は成膜処理済の製品基板Ｓ3等を搬送する図示しない搬送ロボットが設けられる。
　本実施形態に係る多室型成膜装置２００には、ストッカー室２０２が２つ配置されるので、一方のストッカー室２０２に基板が全て入れば、他方のストッカー室２０２に基板を搭載することができる。２室目のストッカー室２０２に基板が搭載されている場合、１室目のストッカー室２０２に搭載された基板の成膜プロセスが終了すると、２室目のストッカー室２０２が真空引きされ、再び基板が成膜室５０に運ばれていく。
　［薄膜製造装置及び多室型成膜装置の動作］
　図３は、本実施形態に係る薄膜製造装置１００及び多室型成膜装置２００の動作を示すフローチャートである。図３では、チャンバ５１内がアイドリング状態とされる際の動作から、成膜処理が再開され製品基板Ｓ3にＰＺＴ薄膜が形成されるまでの動作が図示されている。アイドリング状態とは、成膜処理が中断された状態であり、チャンバ５１内で成膜処理が行われない状態である。
　多室型成膜装置２００の搬送室２０１からアイドリング用基板Ｓ1がチャンバ５１内に搬送される（ステップ１０１）。アイドリング用基板Ｓ1は、例えば中断される前の成膜処理においてストッカー室２０２に搭載された複数の基板から選択されてもよい。あるいはアイドリング用基板Ｓ1が別途準備されており、それがチャンバ５１内に搬送されてもよい。
　チャンバ５１内にアイドリング用基板Ｓ1が配置された状態で、チャンバ５１内がアイドリング状態とされる（ステップ１０２）。アイドリング状態ではチャンバ５１内の環境が、後に再開される成膜処理における成膜条件を満たす環境に近づくように調整される。
　本実施形態では、アイドリング状態のチャンバ５１内の内部圧力が、成膜圧力条件である約２Ｔｏｒｒに調整される。チャンバ５１内の内部圧力は、図１に示す不活性ガス供給部３２により供給されるＮ2により調整される。
　成膜工程では、チャンバ５１内のステージ５２が有するヒータにより、製品基板Ｓ3が６００℃以上に加熱される。ヒータからの熱は、チャンバ５１内のシャワーノズル５３や他の部品にも伝わる。上記したように製品基板Ｓ3には、金属であるＩｒが成膜されているので、ヒータからの熱の一部がＩｒにより反射される。すなわちヒータから他の部材への放熱の状況は、ステージ５２に載置された製品基板Ｓ3により影響を受ける。
　このことを考慮して、本実施形態では、チャンバ５１内に、製品基板Ｓ3と同じ基板であるアイドリング用基板Ｓ1がステージ５２に載置され、アイドリング用基板Ｓ1が６００℃以上に加熱される。これによりアイドリング状態のチャンバ５１内の温度環境を成膜条件が満たされる温度環境に精度よく近づけることができる。
　本実施形態では、アイドリング用基板Ｓ1として製品基板Ｓ3と同じ基板が用いられた。しかしながら、例えば金属が成膜されており、アイドリング状態のチャンバ５１内の温度環境を上記したように調整可能であるのなら、製品基板Ｓ3と異なる基板が、アイドリング用基板Ｓ1として用いられてもよい。また上記した成膜圧力条件や、製品基板Ｓ3及びアイドリング用基板Ｓ1の加熱温度は適宜設定されてよい。
　薄膜製造装置１００のチャンバ５１内がアイドリング状態に設定されている状態で、成膜処理が再開される。そうすると２５枚入りのウエハカセット２０７から、大気基板搬送システム２０６に設けられた搬送ロボットにより、所定の枚数の基板がストッカー室２０２に搬送される。これら複数の基板のうち、チャンバ５１に搬送される最初の２枚の基板は、ダミー基板Ｓ2として用いられ、以下に示すダミー処理が行われる。その他の基板は製品基板Ｓ3として用いられ、ダミー処理後の成膜処理によりＰＺＴ薄膜が形成される。基板が搬入されたストッカー室２０２内は真空排気される。
　真空排気されたストッカー室２０２と搬送室２０１との間にある仕切りバルブ２０３が開き、搬送室２０１及びストッカー室２０２の両方が真空排気される状態となる。ガス源２０５により搬送室２０１にＮ2等の調整ガスが例えば１２００ｓｃｃｍ供給され、搬送室２０１の内部圧力が調整される。搬送室２０１の内部圧力は、設定されたチャンバ５１の内部圧力である約２Ｔｏｒｒと略等しい圧力、あるいはそれよりも５％程度高い圧力に調整される。搬送室２０１の調圧がほぼ終了するとストッカー室２０２の１枚目のダミー基板Ｓ2が搬送室２０１を介してチャンバ５１に運ばれる（ステップ１０３）。
　図１に示す原料供給部１０では、Ｈｅの供給ライン１１から各タンクＡ～ＤにＨｅが供給される。これにより各タンクＡ～Ｄの内部圧力が上昇し、各タンクＡ～Ｄに充填されていた有機金属の原料溶液及び溶媒がキャリアガスの供給ライン１２に押し出される。押し出された金属原料溶液及び溶媒の液滴は、それぞれの流量が液体流量制御器等で制御されて、キャリアガスにより気化器２０に運搬される。
　本実施形態では、液体流量制御器等により、タンクＡ～Ｃから押し出されたＰｂ、Ｚｒ及びＴｉの各原料溶液の流量が略０に規制され、酢酸ｎブチルである溶媒のみが気化器２０に運搬される。溶媒の流量は、成膜工程において各金属原料溶液及び溶媒の全体の流量と略等しくなるように制御される。
　気化器２０では、成膜工程が再開すると、タンクＤから押し出された溶媒による気化器２０のノズルフラッシュが始まり、３分ほどで溶媒及び後に運搬されてくる金属原料溶液を気化できる状態になる。この際、Ｖｅｎｔライン２２のバルブＶ2が開けられ、溶媒の気化ガス及びキャリアガスはＶｅｎｔライン２２に捨てられる。
　１枚目のダミー基板Ｓ2がチャンバ５１内に運ばれステージ５２上に載置されると、ステージ５２に設けられたヒータによりダミー基板Ｓ2が６００℃以上に加熱される。ダミー基板Ｓ2の温度は３分程で所定の温度に落ち着く。
　成膜室５０におけるダミー基板Ｓ2やシャワーノズル５３等の部品の温度が所定の温度に飽和すると、Ｖｅｎｔライン２２のバルブＶ2が閉じられ、Ｒｕｎライン２１のバルブＶ1が開けられる。そして気化器２０により気化された溶媒ガスが混合器３０に供給される。
　混合器３０では、気化器２０から供給された溶媒ガスと、酸化ガスであるＯ2及び不活性ガスであるＮ2とが所定の混合比（ｍｏｌ比）で混合される。これによりダミー処理用ガスが生成される。混合比は、例えば成膜工程で混合される原料ガス、酸化ガス及び不活性ガスの混合比と略等しくなるように設定される。なお、ダミー処理用ガスに、キャリアガスとして用いられる不活性ガスが含まれてもよい。
　混合器３０により生成されたダミー処理用ガスは、供給ライン３３を通って成膜室５０のチャンバ５１内に供給される。そして加熱されたダミー基板Ｓ2にダミー処理用ガスが供給される（ステップ１０４）。ダミー処理用ガスは、成膜工程における成膜時間と略等しい時間、ダミー基板Ｓ2に供給される。本実施形態では、約１５ｎｍ／ｍｉｎの成膜レートで約７０ｎｍのＰＺＴ薄膜が形成される。従って成膜時間は約３００秒程度である。しかしながら成膜されるＰＺＴ薄膜の厚み、成膜レート、及び成膜に費やされる時間がこれらに限定されるわけではない。
　ダミー処理用ガスの供給が終了すると、Ｒｕｎライン２１のバルブＶ1が閉じられ、Ｖｅｎｔライン２２のバルブＶ2が開けられる。従って溶媒ガスはＶｅｎｔライン２２に捨てられる。その後本実施形態では、混合器３０に接続された不活性ガス供給部３２からＮ2がチャンバ５１内に供給され、チャンバ５１内の内部圧力が、成膜圧力条件を満たす圧力（約２Ｔｏｒｒ）となるように設定される。そして１枚目のダミー基板Ｓ2がアンロードされ、２枚目のダミー基板Ｓ2がチャンバ５１内に搬送される。２枚目のダミー基板Ｓ2に対しても、上記で説明したのと同様のダミー処理が行われる。
　本実施形態に係る成膜処理では、ステージ５２に載置された製品基板Ｓ3の温度を安定させるための時間（約３分）、成膜時間（約３００秒）、及び成膜後に製品基板Ｓ3がアンロードされるまでの時間（約６０秒）等が必要である。これらの時間を合わせると１枚の製品基板Ｓ3に対する成膜処理に約１０分の時間が費やされる。従って１枚のダミー基板Ｓ2に対するダミー処理に費やされる時間も約１０分となる。しかしながら成膜処理及びダミー処理に費やされる時間は適宜設定されてよい。
　２枚目のダミー基板Ｓ2に対するダミー処理が終了すると、チャンバ５１内に製品基板Ｓ3が搬送される（ステップ１０５）。これに合わせて、図１に示すキャリアガスの供給ライン１２に押し出された各金属原料溶液及び溶媒の液滴が、各流量が制御されて気化器２０に運搬される。
　気化器２０により、金属原料溶液主体の気化ガスが生成され、混合器３０に運搬される。混合器３０により、原料ガス、酸化ガス及び不活性ガスが所定の混合比で混合される。混合比は、例えば成膜されるＰＺＴ薄膜の結晶配向を所期のものとするために適宜設定される。
　混合器３０により生成された混合ガスは、供給ライン３３を通ってチャンバ５１内に配置された製品基板Ｓ3に供給される（ステップ１０６）。これによりＰＺＴ薄膜が製品基板Ｓ3上に形成される。成膜が終了すると、Ｖｅｎｔライン２２のバルブＶ2が開けられ、金属原料溶液の気化ガスはＶｅｎｔライン２２に捨てられる。
　ＰＺＴ薄膜が形成された製品基板Ｓ3は、搬送室２０１にアンロードされ、２枚目の製品基板Ｓ3がチャンバ５１内に搬送される。２枚目の製品基板Ｓ3に上記と同様の成膜処理が行われる。以後、製品基板Ｓ3がチャンバ５１内に搬送され、ＰＺＴ薄膜の成膜処理が順次行われる。
　本実施形態に係る薄膜製造装置１００により製造されたＰＺＴ薄膜の成膜再現性について説明する。そのために本実施形態に係る薄膜製造方法により製造されたＰＺＴ薄膜と、比較例として挙げる２つの薄膜製造方法によりそれぞれ製造されたＰＺＴ薄膜とを比べる。
　図４～図６は、第１の比較例として挙げる薄膜製造方法についてのグラフ及び表である。図４は、形成されたＰＺＴ薄膜中のＰｂ組成比（Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ））、及びＺｒ組成比（Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ））を表すグラフである。図５は、第１の比較例に係る薄膜製造方法の成膜レート（ｎｍ／ｍｉｎ）を示すグラフである。図６は、図４及び図５に示すＰｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性を示す表である。
　第１の比較例に係る薄膜製造方法は、チャンバ内にアイドリング用基板が配置されない状態でチャンバ内がアイドリング状態とされる。そして成膜処理が再開されるとまず２枚のダミー基板に対してダミー処理が行われる。第１の比較例に係るダミー処理では、製品基板に供給される原料ガスがダミー基板にも供給され、ダミー基板にＰＺＴ薄膜が形成される。
　第１の比較例に係る薄膜製造方法では、まず連続して２００枚の製品基板に成膜処理が行われる。そして約６時間のアイドリング状態の後に、成膜処理が再開される。図４及び図５では、アイドリング前の５０枚（グラフに示す１５０枚～２００枚）の製品基板と、成膜処理の再開後の５０枚（グラフに示す２０１枚～２５０枚）のうちダミー基板（２０１枚～２０３枚）を除く製品基板（再開後３枚目からの基板）とを測定範囲としている。この範囲から選択された所定の枚数の製品基板の各測定値が図示されている。図４及び図５に示すように、ダミー処理直後の製品基板が多く選択されている。
　図６に示す再現性は、図４及び図５に示す各測定値のばらつきを示すものである。具体的には、各測定値について、最大値と最小値との差を、最大値と最小値との和で除した結果を、±の％で表示したものである。
　図７～図９は、第２の比較例として挙げる薄膜製造方法についてのグラフ及び表である。図７は、ＰＺＴ薄膜中のＰｂ組成比及びＺｒ組成比を表すグラフであり、図８は、膜レートを示すグラフである。図９は、図７及び図８に示すＰｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性を示す表である。
　第２の比較例に係る薄膜製造方法は、チャンバ内にアイドリング用基板が配置された状態でチャンバ内がアイドリング状態とされる。そして成膜処理が再開されるとまず２枚のダミー基板に、原料ガスを用いたダミー処理が行われる。すなわち第２の比較例に係るダミー処理では、第１の比較例に係るダミー処理と同様に、ダミー基板にＰＺＴ薄膜が形成される。
　第２の比較例に係る薄膜製造方法では、まず連続して１５０枚の製品基板に成膜処理が行われる。そしてアイドリング用基板を用いた約６時間のアイドリング状態の後に、成膜処理が再開される。図７及び図８では、アイドリング前後の各５０枚のうちダミー基板を除いた製品基板が測定範囲となっており、この範囲から選択された所定の枚数の製品基板の各測定値が図示される。図７及び図８に示すように、ダミー処理直後に連続して成膜される５枚の製品基板の測定値が図示されている。
　図４～図６に示す第１の比較例に係る薄膜製造方法と、図７～図９に示す第２の比較例に係る薄膜製造方法とを比べると、第２の比較例に係る薄膜製造方法の方が各測定値の再現性がよいのがわかる。上記したように第２の比較例に係る薄膜製造方法では、チャンバ内にアイドリング用基板が配置された状態でチャンバ内がアイドリング状態とされる。これにより、アイドリング状態でのチャンバ内の温度環境が成膜条件を満たす温度環境に近づけられるので、各測定値の再現性が向上したものと考えられる。
　図１０～図１２は、本実施形態に係る薄膜製造方法についてのグラフ及び表である。図１０は、ＰＺＴ薄膜中のＰｂ組成比及びＺｒ組成比を表すグラフであり、図１１は、成膜レートを示すグラフである。図１２は、図１０及び図１１に示すＰｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性を示す表である。
　ここでは、まず連続して１５０枚の製品基板Ｓ3に成膜処理が行われる。そしてアイドリング用基板Ｓ1を用いた約６時間のアイドリング状態の後に、成膜処理が再開され、まずダミー処理が行われる。上記したように本実施形態に係るダミー処理は、ダミー基板Ｓ2に金属原料を含まないダミー処理用ガスが供給される。
　図１０及び図１１では、アイドリング前後の各５０枚のうちダミー基板Ｓ2を除いた製品基板Ｓ3が測定範囲となっており、この範囲から選択された所定の枚数の製品基板Ｓ3の各測定値が図示される。図１０及び図１１に示すように、ダミー処理直後に連続して成膜される５枚の製品基板Ｓ3の測定値が図示されている。
　図７～図９に示す第２の比較例に係る薄膜製造方法と、図１０～図１２に示す本実施形態に係る薄膜製造方法とを比べると、各測定値と、それらの再現性は略等しい。すなわちダミー処理においてダミー基板Ｓ2にＰＺＴ薄膜を形成しなくとも、Ｐｂ組成比、Ｚｒ組成比及び成膜レートの再現性はよいことがわかる。
　本出願に係る発明者は、アイドリング後に再開される成膜処理についての成膜再現性について以下のように考察した。まずアイドリング用基板Ｓ1を配置した状態でチャンバ５１内をアイドリング状態とする。これによりアイドリング状態でのチャンバ５１内の温度環境が成膜条件を満たす温度環境に近づけることが可能である。
　次に、アイドリング状態から成膜処理が再開されたときに、チャンバ５１内の環境がどのように変化するかについて考察した。上記したように成膜処理では約１０分の間隔でチャンバ５１に対し製品基板Ｓ3が搬送される。本発明者は、この搬送動作によるチャンバ５１内の温度環境の変化に着目した。そしてチャンバ５１内の温度環境を成膜条件が満たされる温度環境とするためのダミー処理について考察した。この結果、チャンバ５１内に搬送されるダミー基板Ｓ2に供給されるダミー処理用ガスが、金属原料を含まないガスであっても、チャンバ５１内の温度環境を調整することが可能であることがわかった。図１０～図１２に示すように、金属原料を含まないダミー処理用ガスによるダミー処理でも、アイドリング後の成膜処理についての成膜再現性がよいことがわかる。
　以上、本実施形態に係る薄膜製造装置１００、及び当該装置１００による薄膜製造方法では、チャンバ５１内にアイドリング用基板Ｓ1が配置された状態で、チャンバ５１内がアイドリング状態となる。これによりチャンバ５１内の環境が成膜条件を満たす環境に近づけられる。そして製品基板Ｓ3に金属原料を含む原料ガスが供給される前に、ダミー基板Ｓ2に原料ガスと異なるダミー処理用ガスが供給される。これによりチャンバ５１内の環境を成膜条件が満たされる環境とすることが可能となる。
　本実施形態では、ダミー処理用ガスとして、溶媒のガスと、成膜処理で用いられる反応ガス及び不活性ガスとが混合されたガスが用いられる。すなわちダミー処理用ガスとして金属原料が用いられないので、各金属原料の消費量を抑えることができ、再現性のよいＰＺＴ薄膜を省資源及び低コストで製造することができる。
　例えばアイドリング後に１００枚の基板に連続して成膜処理を行う場合、最初の２枚をダミー基板Ｓ2とすると、第１及び第２の比較例に係る薄膜製造方法と比べて金属原料にかかるコストを２％削減することができる。実際には条件確認や日々の装置管理等のために、１００枚よりも少ない枚数で成膜処理が行われることも多く、その場合金属原料にかかるコストの削減効果はさらに大きくなる。
　本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更され得る。
　上記の実施形態では、ダミー処理用ガスとして、溶媒のガスと、成膜処理で用いられる反応ガス及び不活性ガスとが混合されたガスが用いられる。しかしながら、ダミー処理用ガスとして、溶媒のガスと不活性ガスとが混合されたガス、溶媒のガスと酸化ガスとが混合されたガス、又は酸化ガスと不活性ガスとが混合されたガスが用いられてもよい。あるいは、ダミー処理時において混合器３０に溶媒のガスが供給されず、ダミー処理用ガスとしては、混合器３０に接続された不活性ガス供給部３２からの不活性ガスのみが用いられてもよい。または混合器３０に接続された酸化ガス供給部３１からの酸化ガスのみが用いられてもよい。さらに、混合器３０に供給された溶媒ガスが、酸化ガス又は不活性ガスと混合されず、単独でダミー処理用ガスとして用いられてもよい。
　図１３は、図１に示す薄膜製造装置１００の変形例を示す模式的な図である。この薄膜製造装置３００では、不活性ガス供給部３３２が混合器３３０に接続されず、別途チャンバ３５１のシャワーノズル３５３に接続される。成膜工程においては、混合器３３０により原料ガスと酸化ガスとが混合され、その混合ガスが製品基板Ｓ3に供給される。これにより製品基板Ｓ3上にＰＺＴ薄膜が形成される。このような構成の薄膜製造装置３００において、ダミー処理用ガスとして、溶媒ガス、酸化ガス及び不活性ガスのいずれかが混合されたガスが用いられてもよいし、各ガスが単独でダミー処理用ガスとして用いられてもよい。なお不活性ガスが混合される場合は、チャンバ３５１内にて混合されることになる。
　また混合器が設けられず、原料ガス、酸化ガス供給部、及び不活性ガス供給部が、それぞれ別個にチャンバに接続されてもよい。この場合、成膜工程においては、チャンバ内にて原料ガス、酸化ガス、及び不活性ガスの混合ガスが生成されることになる。このような構成において、上記で複数例示した混合ガス等が、ダミー処理用ガスとしてそれぞれ用いられてもよい。
　上記の実施形態では、ダミー処理時において、２枚のダミー基板Ｓ2が用いられた。しかしながら、１枚のダミー基板Ｓ2が２回チャンバ内に搬送されてもよい。本実施形態では、ダミー基板Ｓ2にＰＺＴ薄膜が形成されないので、１枚のダミー基板Ｓ2を何度も使用することに有利である。またダミー基板Ｓ2と製品基板Ｓ3とが同じ基板でなくともよい。例えばダミー基板専用の基板が準備され、ダミー処理時にはその基板が繰り返し使用されてもよい。
　使用されるダミー基板の数や回数は、２枚あるいは２回に限られず、適宜設定可能である。チャンバ内の温度環境や成膜条件が満たされる環境となるのなら、１枚のダミー基板が１回使用されるダミー処理でもよい。
　アイドリング用基板がダミー基板として用いられてもよい。例えばアイドリング状態のチャンバ内からアイドリング用基板が一度搬出され、再度チャンバ内に搬入される。そしてアイドリング用基板にダミー処理用ガスが供給されてもよい。
　上記実施形態では、薄膜製造装置１００によりＰＺＴ薄膜が製造された。しかしながらＰＺＴ薄膜以外の薄膜がＭＯＣＶＤ法により製造される場合でも、本発明は適用可能である。そのような薄膜として、例えばランタンドープチタン酸ジルコン酸鉛（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3；ＰＬＺＴ）や、タンタル酸ビスマス酸ストロンチウム（ＳｒＢｉ2，Ｔａ2，Ｏ9；ＳＢＴ）等の薄膜がある。またガリウムナイトライド（ＧａＮ）、インジウムガリウムナイトライド（ＩｎＧａＮ）あるいは硫化亜鉛（ＺｎＳ）等の薄膜がある。
　ＭＯＣＶＤ法による成膜処理に用いられる反応ガスとして、アンモニア（ＮＨ3）等の還元ガスが用いられる場合がる。この場合、ダミー処理用ガスとして、溶媒ガス、還元ガス及び不活性ガスのいずれかが混合されたガスが用いられてもよいし、各ガスが単独でダミー処理用ガスとして用いられてもよい。
　上記では図２に示すように、本発明の実施形態に係る薄膜製造装置１００を含む装置として、多室型成膜装置２００が例示されている。しかしながら例えばエッチング処理装置や洗浄処理装置等の複数の処理装置を含む基板処理装置に、本実施形態の薄膜製造装置１００が設けられてもよい。そのような基板処理装置として、例えばクラスタツール型またはインライン型の基板処理装置がある。
　上記実施形態では、チャンバにダミー基板Ｓ2が搬入されてダミー処理用ガスが供給される前に、チャンバ内がアイドリング状態とされた。しかし、本技術は、チャンバをアイドリング状態とする工程を必要としなくてもよい。
　Ｓ1…アイドリング用基板
　Ｓ2…ダミー基板
　Ｓ3…製品基板
　５１、３５１…チャンバ
　１００、３００…薄膜製造装置
　２００…多室型成膜装置

Claims (9)

  1. 　チャンバ内にダミー基板を搬送し、前記ダミー基板にダミー処理用ガスを供給し、
    　前記チャンバ内に製品基板を搬送し、前記製品基板に、前記ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスを供給する
    　薄膜製造方法。
  2. 　請求項１に記載の薄膜製造方法であって、
    　前記原料ガスを供給する工程は、前記原料ガスに、前記原料ガスと反応する反応ガスと、不活性ガスとを混合した混合ガスを、前記製品基板に供給する
    　薄膜製造方法。
  3. 　請求項２に記載の薄膜製造方法であって、
    　前記ダミー処理用ガスは、前記金属原料を溶解するのに用いられる溶媒のガスに、前記反応ガスと、前記不活性ガスとを混合して得られたガスである
    　薄膜製造方法。
  4. 　請求項２に記載の薄膜製造方法であって、
    　前記ダミー処理用ガスは、前記金属原料を溶解するのに用いられる溶媒のガスを、前記不活性ガスと混合して得られたガスである
    　薄膜製造方法。
  5. 　請求項２に記載の薄膜製造方法であって、
    　前記ダミー処理用ガスは、前記不活性ガスである
    　薄膜製造方法。
  6. 　請求項１に記載の薄膜製造方法であって、
    　前記原料ガスを供給する工程は、前記製品基板に、前記原料ガスと前記原料ガスと反応する反応ガスとを含む混合ガスを供給する
    　薄膜製造方法。
  7. 　請求項６に記載の薄膜製造方法であって、
    　前記ダミー処理用ガスは、前記金属原料を溶解するのに用いられる溶媒のガスと前記反応ガスとが混合されたガスである
    　薄膜製造方法。
  8. 　請求項６に記載の薄膜製造方法であって、
    　前記ダミー処理用ガスは、前記反応ガスである
    　薄膜製造方法。
  9. 　ダミー基板と、製品基板とがそれぞれ搬送されるチャンバと、
    　ダミー処理用ガスと、前記ダミー処理用ガスと異なる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を製造するための金属原料を含む原料ガスとを、前記チャンバ内にそれぞれ供給するための供給機構と、
    　前記チャンバ内に前記ダミー基板が搬送されたときに前記ダミー処理用ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記チャンバ内に前記ダミー基板に代えて前記製品基板が搬送されたときに前記原料ガスを前記チャンバ内に供給させる制御手段と
    　を具備する薄膜製造装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150067191A (ko) * 2012-10-19 2015-06-17 가부시키가이샤 니콘 박막 형성 장치 및 박막 형성 방법
KR20160042789A (ko) * 2014-10-10 2016-04-20 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 처리 장치 및 처리 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102556277B1 (ko) 2018-04-23 2023-07-17 삼성디스플레이 주식회사 성막 장치 및 성막 방법
US11487304B2 (en) 2021-01-08 2022-11-01 Applied Materials, Inc. Process fluid path switching in recipe operations

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003309077A (ja) * 2002-04-17 2003-10-31 Seiko Epson Corp 縦型炉の温度測定方法及び熱処理方法並びにそれに用いるボート
JP2004079985A (ja) * 2002-02-28 2004-03-11 Tokyo Electron Ltd シャワーヘッド構造、処理装置及び処理方法
JP2005054253A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Ulvac Japan Ltd 薄膜製造装置及び製造方法
JP2006222318A (ja) 2005-02-10 2006-08-24 Tokyo Electron Ltd 成膜方法及び成膜装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4411729A (en) * 1979-09-29 1983-10-25 Fujitsu Limited Method for a vapor phase growth of a compound semiconductor
JP4137407B2 (ja) * 2001-05-21 2008-08-20 日本オプネクスト株式会社 光半導体装置の製造方法
JP2004193396A (ja) 2002-12-12 2004-07-08 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体デバイスの製造方法
US7147747B2 (en) 2003-03-04 2006-12-12 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing apparatus and plasma processing method
TW200508413A (en) * 2003-08-06 2005-03-01 Ulvac Inc Device and method for manufacturing thin films
WO2005093799A1 (ja) * 2004-03-29 2005-10-06 Hitachi Kokusai Electric Inc. 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
US7217670B2 (en) * 2004-11-22 2007-05-15 Asm International N.V. Dummy substrate for thermal reactor
JP4720266B2 (ja) * 2005-04-08 2011-07-13 東京エレクトロン株式会社 成膜方法、成膜装置及びコンピュータプログラム
US20070160756A1 (en) * 2006-01-07 2007-07-12 Helmuth Treichel Apparatus and method for the deposition of ruthenium containing films
JP5078444B2 (ja) 2007-05-31 2012-11-21 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、クリーニング方法及び基板処理装置
JP2010040867A (ja) * 2008-08-06 2010-02-18 Showa Denko Kk Ｉｉｉ族窒化物半導体積層構造体およびその製造方法
US20130005118A1 (en) * 2011-07-01 2013-01-03 Sung Won Jun Formation of iii-v materials using mocvd with chlorine cleans operations

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004079985A (ja) * 2002-02-28 2004-03-11 Tokyo Electron Ltd シャワーヘッド構造、処理装置及び処理方法
JP2003309077A (ja) * 2002-04-17 2003-10-31 Seiko Epson Corp 縦型炉の温度測定方法及び熱処理方法並びにそれに用いるボート
JP2005054253A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Ulvac Japan Ltd 薄膜製造装置及び製造方法
JP2006222318A (ja) 2005-02-10 2006-08-24 Tokyo Electron Ltd 成膜方法及び成膜装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150067191A (ko) * 2012-10-19 2015-06-17 가부시키가이샤 니콘 박막 형성 장치 및 박막 형성 방법
KR20180100715A (ko) * 2012-10-19 2018-09-11 가부시키가이샤 니콘 박막 형성 장치 및 박막 형성 방법
KR102015163B1 (ko) * 2012-10-19 2019-08-27 가부시키가이샤 니콘 박막 형성 장치 및 박막 형성 방법
KR102081141B1 (ko) * 2012-10-19 2020-02-25 가부시키가이샤 니콘 박막 형성 장치 및 박막 형성 방법
KR20160042789A (ko) * 2014-10-10 2016-04-20 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 처리 장치 및 처리 방법
JP2016081952A (ja) * 2014-10-10 2016-05-16 東京エレクトロン株式会社 処理装置および処理方法
KR101942613B1 (ko) 2014-10-10 2019-01-25 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 처리 장치 및 처리 방법

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