特許 5750281 真空一貫基板処理装置及び成膜方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5750281

(24)【登録日】2015年5月22日

(45)【発行日】2015年7月15日

(54)【発明の名称】真空一貫基板処理装置及び成膜方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/44 20060101AFI20150625BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20150625BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20150625BHJP

   C23C 16/40 20060101ALI20150625BHJP

   H01L 21/677 20060101ALI20150625BHJP

   C23C 16/02 20060101ALI20150625BHJP

   H01L 21/31 20060101ALN20150625BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/44 B

   H01L21/302 201A

   H01L21/316 X

   C23C16/40

   H01L21/68 A

   C23C16/02

   !H01L21/31 B

【請求項の数】19

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2011-49615(P2011-49615)

(22)【出願日】2011年3月7日

(65)【公開番号】特開2012-184481(P2012-184481A)

(43)【公開日】2012年9月27日

【審査請求日】2014年1月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(72)【発明者】

【氏名】大森 美紀

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 実

(72)【発明者】

【氏名】本田 和広

(72)【発明者】

【氏名】座間 秀昭

(72)【発明者】

【氏名】久保 昌司

【審査官】 伊藤 光貴

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００５−５３９１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２０００３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５４２５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３５８４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５４２５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６６８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９２６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１２４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１２４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−００６８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２１５８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０９４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２６９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２６９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２３２０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２７２５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｈ０１Ｌ ２１／６７７

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多角形の搬送室、並びに該多角形の各辺にそれぞれ接続されたロードロック室、加熱室、エッチング装置、及び真空成膜装置を備え、さらに真空排気系を備えた真空一貫基板処理装置であって、該真空成膜装置が、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される基板上で該原料ガスの反応により成膜する成膜装置であり、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該原料ガスを供給するガスノズルが該基板の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられ、該内チャンバー内の該原料ガスの排出径路には、成膜に寄与しなかった該原料ガスが導入されるトラップであって、内部に加熱手段が設けられているトラップが設けられ、そして該トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び真空排気系がこの順番で設けられてなり、該内チャンバー内に載置される該基板上で成膜されるように構成されていることを特徴とする真空一貫基板処理装置。

【請求項2】

多角形の搬送室、並びに該多角形の各辺にそれぞれ接続されたロードロック室、エッチング装置、及び真空成膜装置を備え、さらに真空排気系を備えた真空一貫基板処理装置であって、該真空成膜装置が、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される基板上で該原料ガスの反応により成膜する成膜装置であり、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該原料ガスを供給するガスノズルが該基板の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられ、該内チャンバー内の該原料ガスの排出径路には、成膜に寄与しなかった該原料ガスが導入されるトラップであって、内部に加熱手段が設けられているトラップが設けられ、そして該トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び真空排気系がこの順番で設けられてなり、該内チャンバー内に載置される該基板上で成膜されるように構成されていることを特徴とする真空一貫基板処理装置。

【請求項3】

多角形の搬送室、並びに該多角形の各辺にそれぞれ接続されたロードロック室、加熱室、エッチング装置、及び真空成膜装置を備え、さらに真空排気系を備えた真空一貫基板処理装置であって、該真空成膜装置が、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される基板上で該原料ガスの反応により成膜する成膜装置であり、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該原料ガスを供給するガスノズルが該基板の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられてなり、該内チャンバー内に載置される該基板上で成膜されるように構成されていることを特徴とする真空一貫基板処理装置。

【請求項4】

多角形の搬送室、並びに該多角形の各辺にそれぞれ接続されたロードロック室、エッチング装置、及び真空成膜装置を備え、さらに真空排気系を備えた真空一貫基板処理装置であって、該真空成膜装置が、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される基板上で該原料ガスの反応により成膜する成膜装置であり、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該原料ガスを供給するガスノズルが該基板の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられてなり、該内チャンバー内に載置される該基板上で成膜されるように構成されていることを特徴とする真空一貫基板処理装置。

【請求項5】

前記エッチング装置が、反応室を有する真空エッチング装置であり、該反応室が、エッチングガスを任意の圧力で室内に導入するガス導入径路と該反応室内のエッチングによる反応生成物ガス及び残余の該エッチングガスを排出するガス排出径路とを備え、該反応室内に設けられた支持ステージ上に載置される被処理膜を備えた基板上で、該反応室への該エッチングガスの導入と反応室内の該反応生成物ガス及び残余のエッチングガスの排出とを繰り返すことにより、該エッチングガスと被処理膜との反応により被処理膜をエッチングするように構成されており、また、該反応室の外壁で構成されている外チャンバーと、該外チャンバー内に昇降自在に配置された内チャンバー用天板部材であって、エッチング時に降下されて該外チャンバーの底板と共にエッチング処理室である内チャンバーを構成する内チャンバー用天板部材とを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空一貫基板処理装置。

【請求項6】

前記真空成膜装置において、内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、ガスノズルの周辺下部に及び支持ステージ上に載置される基板の裏面に対向する位置に、それぞれ、下部防着板が設けられ、そして内チャンバーの側壁に側壁防着板が設けられるように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の真空一貫基板処理装置。

【請求項7】

前記下部防着板が設けられる基板の裏面に対向する位置が、裏面周縁であることを特徴とする請求項６に記載の真空一貫基板処理装置。

【請求項8】

前記真空成膜装置において、複数の原料ガスのうちの少なくとも１種のガスを供給する供給手段の途中に、この原料ガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の真空一貫基板処理装置。

【請求項9】

前記真空成膜装置において、複数の原料ガスのそれぞれのガスを供給する各供給手段の途中に、この原料ガスを充填するバッファタンクがそれぞれ設けられ、各バッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の真空一貫基板処理装置。

【請求項10】

前記真空成膜装置において、複数の原料ガスが２種類の原料ガスからなり、第１及び第２の原料ガスのそれぞれを供給する各供給手段の途中に、該第１及び第２の原料ガスをそれぞれ充填するバッファタンクが設けられ、各バッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の真空一貫基板処理装置。

【請求項11】

前記真空成膜装置において、第１の原料ガスがトリメチルアルミニウムガスであり、第２の原料ガスがＨ_２Ｏガスであることを特徴とする請求項１０に記載の真空一貫基板処理装置。

【請求項12】

前記真空成膜装置において、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板を開閉せしめる機構を備えていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の真空一貫基板処理装置。

【請求項13】

前記真空成膜装置において、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板をモーター駆動により開閉せしめる機構を備えていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の真空一貫基板処理装置。

【請求項14】

前記真空一貫基板処理装置において、さらに、プラズマクリーニング室又はガスクリーニング室、バッファチャンバー及び封止室から選ばれた少なくとも１種を備えていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の真空一貫基板処理装置。

【請求項15】

多角形の搬送室、並びに該多角形の各辺にそれぞれ接続されたロードロック室、エッチング装置、及び真空成膜装置を備え、さらに真空排気系を備えた真空一貫基板処理装置であって、該エッチング装置が、反応室を有する真空エッチング装置であり、該反応室が、エッチングガスを任意の圧力で該室内に導入するガス導入径路と該反応室内のエッチングガスによる反応生成物及び残余の該エッチングガスを排出するガス排出径路とを備え、該反応室内に設けられた支持ステージ上に載置される被処理膜を備えた基板上で、該反応室への該エッチングガスの導入と反応室内の該反応生成物ガス及び残余のエッチングガスの排出とを繰り返すことにより、該エッチングガスと被処理膜との反応により被処理膜をエッチングするように構成されており、また、該反応室の外壁で構成されている外チャンバーと、該外チャンバー内に昇降自在に配置された内チャンバー用天板部材であって、エッチング時に降下されて該外チャンバーの底板と共にエッチング処理室である内チャンバーを構成する内チャンバー用天板部材とを備えてなり、また、該真空成膜装置が、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される基板上で該原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置であり、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該原料ガスを供給するガスノズルが該基板の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられ、内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が、該ガスノズルの下部周辺及び該支持ステージ上に載置される基板の裏面に対向する位置に、それぞれ、下部防着板が、及び該内チャンバーの側壁にも側壁防着板が設けられており、該内チャンバー内の該原料ガスの排出径路には、成膜に寄与しなかった該原料ガスが導入されるトラップであって、内部に加熱手段が設けられているトラップが設けられ、そして該トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び真空排気系がこの順番で設けられてなり、該内チャンバー内に載置される該基板上で成膜されるように構成されていることを特徴とする真空一貫基板処理装置。

【請求項16】

前記真空一貫基板処理装置において、さらに、加熱室、プラズマクリーニング室又はガスクリーニング室、バッファチャンバー及び封止室から選ばれた少なくとも１種を備えたことを特徴とする請求項１５に記載の真空一貫基板処理装置。

【請求項17】

請求項１〜１６のいずれか１項に記載の真空一貫基板処理装置を用いる成膜方法であって、犠牲層が表面に形成されている基板を多角形の真空搬送室を介してエッチング装置内に搬送し、室内にフッ化希ガスを導入して、真空下、基板上の犠牲層をエッチングし、かくして得られた基板を、該真空搬送室を介して真空成膜装置の成膜室を構成する反応室内へ搬送し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置し、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互にパルス的に反応室に供給して、第１の原料ガスの供給、吸着、及び排出と、第２の原料ガスの供給、吸着した第１の原料ガスと第２の原料ガスの反応、及び第２の原料ガスの排出とを交互に繰り返し実施し、該基板上に成膜する際に、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバー内の該支持ステージ上に基板を載置し、該基板の表面に対して平行になるように該内チャンバー内に設けられているガスノズルから第１の原料ガス及び第２の原料ガスを該内チャンバー内に交互にパルス的に供給して該基板上でこの２種のガスを反応させて成膜し、その場合、第１の原料ガス及び第２の原料ガスの供給を、それぞれ、該第１及び第２の原料ガスの供給手段の途中に設けられた各バッファタンク内に溜められたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するようにして実施し、また、該内チャンバー内の成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスを、該内チャンバーの下流に設けられたトラップ内に導入して、熱処理して分解しながら成膜することを特徴とする成膜方法。

【請求項18】

前記第１の原料ガスがトリメチルアルミニウムガスであり、第２の原料ガスがＨ_２Ｏガスであることを特徴とする請求項１７に記載の成膜方法。

【請求項19】

前記犠牲層が、Ｍｏ膜、Ｗ膜、Ｓｉ膜、及びＴｉ膜から選ばれた少なくとも１種の層であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空一貫基板処理装置及び成膜方法に関し、特にマルチチャンバー型の真空一貫基板処理装置及びこの基板処理装置を用いた成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＭＥＭＳデバイスを作製する場合には、各種成膜工程、例えば、基板上に、Ｎｉ膜、Ａｌ膜、Ｃｒ膜、Ｃｕ膜、Ｍｏ膜、Ｔａ膜から選ばれた金属層（例えば、配線（電極）として使用）、ＳｉＯ_２膜、Ｓｉ_３Ｎ_４膜、Ａｌ_２Ｏ_３膜から選ばれた絶縁体層、並びにＭｏ膜、Ｗ膜、Ｓｉ膜、Ｔｉ膜から選ばれた犠牲層を、ＣＶＤ法や、スパッタリング法や、エッチング法等を利用して形成し、このうち犠牲層をエッチング法により所望の形状にし、さらに所望の成膜を行って、目的物を得ることが行われている。

【0003】

しかし、エッチャントとして二フッ化キセノンガスを用いる上記エッチング工程の後、通常、大気暴露し、次いで成膜工程を行っているために、大気暴露による基板への影響が生じ、その解決策が求められていた。

【0004】

また、エッチング後の成膜方法として、種々のＣＶＤ法等の成膜方法が使用されており、その成膜方法の一つとして、反応室内に複数の原料ガスを交互に供給して基板上に種々の薄膜を形成する手法であるＡＬＤ法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

このＡＬＤ法は、例えば、反応室内に２種類の原料ガスを交互にパルス的に供給し、基板表面での反応により、反応室内の支持ステージ上に載置された基板上で成膜を行うものである。すなわち、１種類の原料ガスが基板上で吸着されている状態で、この原料ガスと反応する別の原料ガスを供給することにより、二つの原料ガスが互いに接触して反応し、所望の薄膜を形成する。その際、原料ガスを吸着させた後、吸着しなかった原料ガスを排出し、次いで別の原料ガスを供給して吸着した原料ガスと反応させ、次いで反応しなかったこの別の原料ガスを排出するという操作を繰り返し行って、所望の膜厚を有する薄膜を形成する。原料ガスの材料としては、固体、液体、気体状態のいずれでも使用することができ、通常、窒素、アルゴン等のような不活性ガスからなるキャリアガスと共に供給される。

【0006】

従って、このようなＡＬＤ法を行う真空成膜装置では、加熱手段を備えた基板の支持ステージを設けると共に、ステージに対向して原料ガス導入手段を装置の天井部に配置しているのが通常である。例えば、２種類の原料ガスを、ガス導入手段を介して時間差をつけて装置内へ供給し、一方のガスの吸着工程と吸着したガスと他方のガスとの反応工程とを繰り返して行い、所定の膜厚を有する薄膜を形成するように構成されている装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

【0007】

しかしながら、このようなＡＬＤ装置は、その容積や、装置内部の表面積が大きいため原料ガスの利用効率が低く、また、吸着／反応した後の原料ガスを排出するのに時間がかかるため、原料ガスの置換効率が低いという問題がある。

【0008】

なお、ＡＬＤ装置では、例えば反応室の下流側に、圧力調整バルブや真空ポンプを設けて、装置内部を所定の圧力に設定できるようにしているが、反応室から排出される原料ガスがこの圧力調整バルブや真空ポンプを劣化させてしまうという問題がある。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を成膜する場合、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びＨ_２Ｏガスを用いるが、このＴＭＡは反応性が高いため、圧力調整バルブや真空ポンプ内に存在する水分等と反応してしまい、この生成物が圧力調整バルブ及び真空ポンプの故障や汚染の原因を形成するという問題もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００８−０１０８８８号公報

【特許文献2】特開２００３−３１８１７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、特にエッチング後の大気暴露の問題を解決するために、エッチング装置とその後に用いるＡＬＤ装置とを真空一貫基板処理装置とすると共に、その他の真空成膜装置等を含めて真空一貫基板処理装置とし、また、この真空一貫基板処理装置を構成する１つであるＡＬＤ装置である真空成膜装置の反応室の容積や、反応室内部の表面積を小さくして原料ガスの利用効率を高め、また、吸着／反応した後の原料ガスの排出時間を短縮して原料ガスの置換効率を高めると共に、基板以外に付着した薄膜の処理を容易にし、さらにこの反応室の下流側に設けた圧力調整バルブや真空ポンプの劣化を防止することができる真空成膜装置を備えた真空一貫基板処理装置及びこの処理装置を用いた成膜方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の第１の真空一貫基板処理装置は、多角形の搬送室、並びに該多角形の各辺にそれぞれ接続されたロードロック室、加熱室、エッチング装置、及び真空成膜装置を備え、さらに真空排気系を備えた真空一貫基板処理装置であって、該真空成膜装置が、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される基板上で該原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置であり、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該原料ガスを供給するガスノズルが該基板の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられ、該内チャンバー内の該原料ガスの排出径路には、成膜に寄与しなかった該原料ガスが導入されるトラップであって、内部に加熱手段が設けられているトラップが設けられ、そして該トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び真空排気系がこの順番で設けられてなり、該内チャンバー内に載置される該基板上で成膜されるように構成されていることを特徴とする。

【0012】

本発明の第２の真空一貫基板処理装置は、多角形の搬送室、並びに該多角形の各辺にそれぞれ接続されたロードロック室、エッチング装置、及び真空成膜装置を備え、さらに真空排気系を備えた真空一貫基板処理装置であって、該真空成膜装置が、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される基板上で該原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置であり、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該原料ガスを供給するガスノズルが該基板の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられ、該内チャンバー内の該原料ガスの排出径路には、成膜に寄与しなかった該原料ガスが導入されるトラップであって、内部に加熱手段が設けられているトラップが設けられ、そして該トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び真空排気系がこの順番で設けられてなり、該内チャンバー内に載置される該基板上で成膜されるように構成されていることを特徴とする。

【0013】

本発明の第３の真空一貫基板処理装置は、多角形の搬送室、並びに該多角形の各辺にそれぞれ接続されたロードロック室、加熱室、エッチング装置、及び真空成膜装置を備え、さらに真空排気系を備えた真空一貫基板処理装置であって、該真空成膜装置が、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される基板上で該原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置であり、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該原料ガスを供給するガスノズルが該基板の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられてなり、該内チャンバー内に載置される該基板上で成膜されるように構成されていることを特徴とする。

【0014】

本発明の第４の真空一貫基板処理装置は、多角形の搬送室、並びに該多角形の各辺にそれぞれ接続されたロードロック室、エッチング装置、及び真空成膜装置を備え、さらに真空排気系を備えた真空一貫基板処理装置であって、該真空成膜装置が、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される基板上で該原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置であり、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該原料ガスを供給するガスノズルが該基板の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられてなり、該内チャンバー内に載置される該基板上で成膜されるように構成されていることを特徴とする。

【0015】

本発明の第１〜４の真空一貫基板処理装置において、前記エッチング装置が、反応室を有する真空エッチング装置であり、該反応室が、エッチングガスを任意の圧力で室内に導入するガス導入径路と該反応室内のエッチングによる反応生成物ガス及び残余の該エッチングガスを排出するガス排出径路とを備え、該反応室内に設けられた支持ステージ上に載置される被処理膜を備えた基板上で、該反応室への該エッチングガスの導入と反応室内の該反応生成物ガス及び残余のエッチングガスの排出とを繰り返すことにより、該エッチングガスと被処理膜との反応により被処理膜をエッチングするように構成されており、また、該反応室の外壁で構成されている外チャンバーと、該外チャンバー内に昇降自在に配置された内チャンバー用天板部材であって、エッチング時に降下されて該外チャンバーの底板と共にエッチング処理室である内チャンバーを構成する内チャンバー用天板部材とを備えたことを特徴とする。

【0016】

本発明の第１〜４の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置において、内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、ガスノズルの周辺下部に及び支持ステージ上に載置される基板の裏面に対向する位置に、それぞれ、下部防着板が設けられ、そして内チャンバーの側壁に側壁防着板が設けられていることを特徴とする。

【0017】

本発明の第１〜４の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置において、下部防着板が設けられる基板の裏面に対向する位置が、裏面周縁であることを特徴とする。

【0018】

本発明の第１〜４の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置において、複数の原料ガスのうちの少なくとも１種のガスを供給する供給手段の途中に、この原料ガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする。

【0019】

本発明の第１〜４の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置において、複数の原料ガスのそれぞれのガスを供給する各供給手段の途中に、この原料ガスを充填するバッファタンクがそれぞれ設けられ、各バッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする。

【0020】

本発明の第１〜４の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置において、複数の原料ガスが２種類の原料ガスからなり、第１及び第２の原料ガスのそれぞれを供給する各供給手段の途中に、該第１及び第２の原料ガスをそれぞれ充填するバッファタンクが設けられ、各バッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されていることを特徴とする。

【0021】

本発明の第１〜４の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置において、第１の原料ガスがトリメチルアルミニウムガスであり、第２の原料ガスがＨ_２Ｏガスであることを特徴とする。

【0022】

本発明の第１〜４の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置において、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板を開閉せしめる機構を備えていることを特徴とする。

【0023】

本発明の第１〜４の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置において、外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板をモーター駆動により開閉せしめる機構を備えていることを特徴とする。

【0024】

本発明の第１〜４の真空一貫基板処理装置において、さらに、プラズマクリーニング室又はガスクリーニング室、バッファチャンバー及び封止室から選ばれた少なくとも１種を備えていることを特徴とする。

【0025】

本発明の第５の真空一貫基板処理装置は、多角形の搬送室、並びに該多角形の各辺にそれぞれ接続されたロードロック室、エッチング装置、及び真空成膜装置を備え、さらに真空排気系を備えた真空一貫基板処理装置であって、該エッチング装置が、反応室を有する真空エッチング装置であり、該反応室が、エッチングガスを任意の圧力で室内に導入するガス導入径路と該反応室内のエッチングガスによる反応生成物ガス及び残余の該エッチングガスを排出するガス排出径路とを備え、該反応室内に設けられた支持ステージ上に載置される被処理膜を備えた基板上で、該反応室への該エッチングガスの導入と反応室内の該反応生成物ガス及び残余のエッチングガスの排出とを繰り返すことにより、該エッチングガスと被処理膜との反応により被処理膜をエッチングするように構成されており、また、該反応室の外壁で構成されている外チャンバーと、該外チャンバー内に昇降自在に配置された内チャンバー用天板部材であって、エッチング時に降下されて該外チャンバーの底板と共にエッチング処理室である内チャンバーを構成する内チャンバー用天板部材とを備えてなり、また、該真空成膜装置が、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される基板上で該原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置であり、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、該外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、該内チャンバー内に該原料ガスを供給するガスノズルが該基板の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられ、内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が、該ガスノズルの下部周辺及び該支持ステージ上に載置される基板の裏面に対向する位置に、それぞれ、下部防着板が、及び該内チャンバーの側壁にも側壁防着板が設けられており、該内チャンバー内の該原料ガスの排出径路には、成膜に寄与しなかった該原料ガスが導入されるトラップであって、内部に加熱手段が設けられているトラップが設けられ、そして該トラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び真空排気系がこの順番で設けられてなり、該内チャンバー内に載置される該基板上で成膜されるように構成されていることを特徴とする。

【0026】

本発明の第５の真空一貫基板処理装置において、さらに、加熱室、プラズマクリーニング室又はガスクリーニング室、バッファチャンバー及び封止室から選ばれた少なくとも１種を備えたことを特徴とする。

【0027】

本発明の成膜方法は、上記した第１〜５の真空一貫基板処理装置を用いる成膜方法であって、犠牲層が表面に形成されている基板を多角形の真空搬送室を介してエッチング装置内に搬送し、室内にフッ化希ガスを導入して、真空下、基板上の犠牲層をエッチングし、かくして得られた基板を、該真空搬送室を介して真空成膜装置の成膜室を構成する反応室内へ搬送し、該反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置し、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互にパルス的に反応室に供給して、第１の原料ガスの供給、吸着、及び排出と、第２の原料ガスの供給、吸着した第１の原料ガスと第２の原料ガスの反応、及び第２の原料ガスの排出とを交互に繰り返し実施し、該基板上に成膜する際に、該真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバー内の該支持ステージ上に基板を載置し、該基板の表面に対して平行になるように該内チャンバー内に設けられているガスノズルから第１の原料ガス及び第２の原料ガスを該内チャンバー内に交互にパルス的に供給して該基板上でこの２種のガスを反応させて成膜し、その場合、第１の原料ガス及び第２の原料ガスの供給を、それぞれ、該第１及び第２の原料ガスの供給手段の途中に設けられた各バッファタンク内に溜められたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するようにして実施し、また、該内チャンバー内の成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスを、該内チャンバーの下流に設けられたトラップ内に導入して、熱処理して分解しながら成膜することを特徴とする。

【0028】

本発明の成膜方法において、第１の原料ガスがトリメチルアルミニウムガスであり、第２の原料ガスがＨ_２Ｏガスであることが好ましい。

【0029】

本発明の成膜方法において、犠牲層が、Ｍｏ膜、Ｗ膜、Ｓｉ膜、及びＴｉ膜から選ばれた少なくとも１種の層であることが好ましい。

【発明の効果】

【0030】

本発明によれば、多角形の搬送室の周囲に配置したエッチング装置及び真空成膜装置並びに他の装置を真空一貫で利用できるので、例えばＭＥＭＳデバイス作製の際に、エッチング工程の後、大気暴露することなく、真空一貫で、次のＡＬＤ法による成膜工程を行うことができるために、大気暴露による基板への影響がないという効果を奏する。

【0031】

また、エッチング後のＡＬＤ法による成膜方法において使用する真空成膜装置は、その反応室の容積や、反応室内部の表面積が小さく構成されているので、原料ガスの利用効率を高め、また、吸着／反応した後の原料ガスの排出時間を短縮して原料ガスの置換効率を高めることができると共に、基板以外に付着した薄膜の処理を容易にすることができるという効果を奏する。

【0032】

さらに、真空成膜装置のガス排出径路にトラップを設けることにより、反応室である内チャンバーの下流側に設けた真空ポンプやバルブの劣化を防止することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の真空一貫基板処理装置を説明するために、その一配置例を模式的に示す図である。

【図2】本発明の真空一貫基板処理装置を構成するエッチング装置の一構成例を模式的に示す図であり、（ａ）は基板搬送時の状態を示す断面図、（ｂ）はエッチング時の状態を示す断面図、（ｃ）はエッチング装置の動作を説明するためのフロー図である。

【図3】本発明の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置の一構成例を模式的に示す断面図であり、成膜操作中の状態を示す。

【図4】本発明の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置の一構成例を模式的に示す断面図であり、基板を搬入・搬出する際の状態を示す。

【図5】本発明の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置における内チャンバー内に設ける防着板の構成を模式的に示す構成図であり、（ａ）はその断面図であり、（ｂ）はその平面図であり、（ｃ）は内チャンバー内に設ける防着板の別の構成を示す断面図である。

【図6】本発明の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置におけるトラップの一構成例を模式的に示す断面図である。

【図7】本発明の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置と第１の原料ガス及び第２の原料ガスの供給手段及び排出手段等の流路とを組み合わせた成膜システム（本発明ではこのシステムも成膜装置と称する場合もある。）の一構成例として、真空成膜装置へ供給される原料ガスシーケンスを説明するための模式図である。

【図8】本発明の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置における内チャンバーへ供給されるガスシーケンスを示すフロー図である。

【図9】本発明の成膜プロセスを説明するフロー図である。

【図10】オージェ電子分光法（ＡＥＳ）により酸化アルミニウム膜とＮｉ膜との接触面の不純物層を観測した結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、実施の形態の概要を説明し、次いで個々の構成要素について詳細に説明する。本発明では、真空成膜装置本体も、また、この成膜装置本体がガス供給系等を備えた成膜システムも成膜装置と称する場合もある。

【0035】

本発明に係る真空一貫基板処理装置の第一の実施の形態によれば、この処理装置は、多角形の搬送室、並びにこの多角形の各辺にそれぞれ接続されたロードロック室、加熱室、エッチング装置、及びＡＬＤ成膜装置を備え、さらに真空排気系を備えた真空一貫基板処理装置であって、ＡＬＤ成膜装置が、複数の原料ガスを交互にパルス的に反応室に供給し、反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置される基板上で原料ガスの反応により成膜する真空成膜装置であり、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバーと、外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバーとの二重構造チャンバーにより構成されており、内チャンバー内に原料ガスを供給するガスノズルが基板の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられ、内チャンバー内の原料ガスの排出径路には、成膜に寄与しなかった原料ガスが導入されるトラップであって、内部に加熱手段が設けられているトラップが設けられ、そしてトラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び真空排気系がこの順番で設けられてなり、また、内チャンバーの天板の内側の壁面に上部防着板が設けられ、ガスノズルの周辺下部に及び支持ステージ上に載置される基板の裏面に対向した位置に、それぞれ、下部防着板が設けられ（基板の裏面に対向する位置に設けられる下部防着板の場合、例えば、ディスク形状として基板裏面全体が載置できるように、また、くり抜き形状（ドーナッツ形状）として基板の裏面周縁部が載置できるように構成されており、原料ガスが基板の裏面へ回り込まないように構成されていれば良い。）、そして複数の原料ガスのうちの少なくとも１種のガスを供給する供給手段の途中に、この原料ガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されており、又は複数の原料ガスのそれぞれのガスを供給する各供給手段の途中に、この原料ガスを充填するバッファタンクがそれぞれ設けられ、各バッファタンク内に充填された原料ガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されており、チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板を好ましくはモーター駆動により開閉せしめる機構を備えており、さらに、好ましくはプラズマクリーニング室又はガスクリーニング室、バッファチャンバー、及び封止室の少なくとも１種を備えてなる。

【0036】

上記第１の実施の形態において、前記エッチング装置が、反応室を有する真空エッチング装置であり、反応室が、気体状態のエッチングガスを任意の圧力で室内に導入するガス導入径路と反応室内のエッチングによる反応生成物ガス及び残余のエッチングガスを排出するガス排出径路とを備え、反応室内に設けられた支持ステージ上に載置される被処理膜を備えた基板上で、反応室へのエッチングガスの導入と反応室内の反応生成物ガス及び残余のエッチングガスの排出とを繰り返すことにより、エッチングガスと被処理膜との反応により被処理膜をエッチングするように構成されており、また、反応室の外壁（すなわち、側壁と天板と底板と）で構成されている外チャンバーと、外チャンバー内に昇降自在に配置された内チャンバー用天板部材であって、エッチング時に降下せしめて、その天板部材の周縁下端部の突起状部分と外チャンバーの底板とを接触せしめてＯリング等のシール材を介して密封し、エッチング処理室である内チャンバーを画成する内チャンバー用天板部材とを備えてなる。外チャンバーと内チャンバーとからなる二重構造チャンバーとすることにより原料ガスの利用効率を高めることができる。

【0037】

本発明に係る真空一貫基板処理装置の第２の実施の形態によれば、この基板処理装置は、第１の実施の形態における加熱装置を構成要素としていないものであり、基板を室温で処理可能な装置である。その他の構成装置は、上記第１の実施の形態で説明した通りである。

【0038】

本発明に係る真空一貫基板処理装置の第３の実施の形態によれば、この基板処理装置は、第１の実施の形態におけるトラップを構成要素としないものであり、その他の構成装置は、上記第１の実施の形態で説明した通りである。

【0039】

本発明に係る真空一貫基板処理装置の第４の実施の形態によれば、この基板処理装置は、第１の実施の形態における加熱装置及びトラップを構成要素としていないものであり、基板を室温で処理可能な装置であり、その他の構成装置は、上記第１の実施の形態で説明した通りである。

【0040】

本発明に係る真空一貫基板処理装置の第１〜４の実施の形態において、この基板処理装置の搬送室は、その横断面が多角形であればよい。本発明の真空一貫基板処理装置を構成する各装置の数に応じて任意の多角形としてもよいし、一定の多角形として、接続しない辺があってもよい。

【0041】

上記第２〜４の実施の形態において、複数の原料ガスがトリメチルアルミニウムガス及びＨ_２Ｏガスの組み合わせである場合、上記第１の実施の形態と同様に、トリメチルアルミニウムガス及びＨ_２Ｏガスを供給する各供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガス及びＨ_２Ｏガスをそれぞれ充填する各バッファタンクが設けられ、各バッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するように構成されている。

【0042】

上記第１〜４の実施の形態における真空排気系は、多角形の搬送室、並びに多角形の各辺にそれぞれ接続された処理室や処理装置を所望の圧力に真空排気できるように、所望の位置に設けられていればよく、全ての処理室や処理装置を一つの真空排気系で排気しても、それぞれの処理室や処理装置を独立の真空排気系で排気してもよい。後者の場合がより効率的である。

【0043】

上記第１〜４の実施の形態における搬送室は、さらにプラズマクリーニング室又はガスクリーニング室、バッファチャンバー及び封止室から選ばれた少なくとも１種を備えていても良い。

【0044】

上記第１〜４の実施の形態におけるプラズマクリーニング室は、エッチングの後に、プラズマにより生成させたラジカルでエッチング残渣をクリーニングする室であり、公知のプラズマクリーニング装置からなっていればよい。この場合、プラズマ形成用のガスとしては、Ｈ_２Ｏガス、Ｏ_２ガス、Ｎ_２ガス等を用いることができる。また、ガススクリーニング室は、エッチングの後に、ラジカルでエッチング残渣をクリーニングする室であり、公知のガスクリーニング装置からなっていればよい。クリーニングには、上記プラズマクリーニング室又はガスクリーニング室のいずれかを用いればよい。

【0045】

上記第１〜４の実施の形態におけるバッファチャンバーは、ＡＬＤ装置を用いた成膜の後に封止工程を行う封止装置へ真空一貫で接続するための室である。従来は、ＡＬＤ成膜の後、一度大気中に出してから封止装置へ搬送するか、又はトランスファ−ベッセル経由で封止装置へ搬送していた。

【0046】

上記第１〜４の実施の形態における封止室は、ＡＬＤ装置を用いた成膜の後に、デバイスが作製された基板上に封止用のガラス等の部材を貼り合わせてデバイスを封止する室であり、公知の封止装置からなっていればよい。例えば、特開２００４−３１９２６４号公報及びＷＯ２００６／１３４８６３号再公表公報記載の封止装置であってもよい。

【0047】

特開２００４−３１９２６４号公報記載の封止装置は、所定の封止対象物に対して密着可能で移動自在に構成された平面上の押圧面を有する押圧部と、所定の流体の導入によって膨張し、前記押圧部に対し接触して付勢するように構成された付勢部（例えば、圧縮空気の導入によって膨張するように構成された風船状の付勢部本体を有する）とを有する封止機構を備えたものである。

【0048】

ＷＯ２００６／１３４８６３号再公表公報記載の封止装置は、封止用不活性ガスを導入可能な真空処理槽と、前記真空処理槽内において紫外線硬化樹脂によって貼り合わされた一対の封止対象物を当該真空処理槽から搬出して紫外線照射位置に移動させる搬送機構と、前記真空処理槽から搬出された前記封止対象物の前記紫外線硬化樹脂に対して紫外線を照射する紫外線照射手段とを有するものである。

【0049】

ＷＯ２００６／１３４８６３号再公表公報記載の封止装置はまた、（ａ）搬送機構上に封止対象物を載置して加圧貼り合わせを行うように構成されており、（ｂ）搬送機構には紫外線透過用の窓部が設けられており、及び／又は（ｃ）紫外線照射手段が配置されたＵＶ照射室を有し、真空処理槽から搬出された封止対象物をＵＶ照射室内に搬入して紫外線の照射を行うように構成されている。

【0050】

ＷＯ２００６／１３４８６３号再公表公報記載の封止装置を用いて、封止対象物を以下の工程を経て封止する。すなわち、真空かつ封止用不活性ガス雰囲気において、一対の封止対象物を紫外線硬化樹脂によって貼り合わせて封止対象部分の周囲を密封する工程と、密封された構造の封止対象物を移動して大気圧下に又は加圧化に配置し、封止対象物の紫外線硬化樹脂に対して紫外線を照射して硬化させる工程とにより、封止対象物を封止する。また、真空かつ封止用不活性ガス雰囲気において、一対の封止対象物を紫外線硬化樹脂によって貼り合わせて封止対象部分の周囲を密封する工程と、密封された構造の封止対象物を移動して封止対象物の紫外線硬化樹脂に対して紫外線を照射して硬化させる工程とにより、封止対象物を封止する。

【0051】

上記したように、特にエッチングとＡＬＤ成膜とを真空一貫で行うことによるだけでも、最終的に得られたデバイスにおける電気的特性・光学的特性が改善されると共に、ディスプレイの生産歩留まりが改善される。この原因は正確には不明であるが、生産工程中で大気に接触させないことにより、後述するように、エッチング後の膜とＡＬＤ成膜により膜との接触面における層の炭素含量が少なくなるためか、あるいは大気中の水分とＦ系の化合物との反応が減少するためであるかもしれないと推測される。

【0052】

本発明に係る成膜方法の実施の形態によれば、この成膜方法は、本発明に係る真空一貫基板処理装置を用いる成膜方法であって、Ｎｉ膜、Ａｌ膜、Ｃｒ膜、Ｃｕ膜、Ｍｏ膜、及びＴａ膜から選ばれた少なくとも１種の金属層、ＳｉＯ_２膜、Ｓｉ_３Ｎ_４膜、及びＡｌ_２Ｏ_３膜から選ばれた少なくとも１種の絶縁体層、並びにＭｏ膜、Ｗ膜、Ｓｉ膜、及びＴｉ膜から選ばれた少なくとも１種の犠牲層が表面に形成されている基板を多角形の搬送室を介してエッチング装置内に搬送し、室内にフッ化希ガスやＦ_２ガス等のエッチングガスを導入して、真空下、基板上の犠牲層をエッチングし、かくして得られた基板を、真空搬送室を介して真空成膜装置の成膜室を構成する反応室内へ搬送し、反応室内に設けられた昇降自在の支持ステージ上に載置し、第１の原料ガス（例えば、トリメチルアルミニウムガス）と第２の原料ガス（例えば、Ｈ_２Ｏガス）とを交互にパルス的に反応室に供給して、第１の原料ガスの供給、吸着、及び排出と、第２の原料ガスの供給、吸着した第１の原料ガスと第２の原料ガスの反応、及び第２の原料ガスの排出とを交互に繰り返し実施し、基板上に成膜する際に、真空成膜装置の外壁で構成され、開閉自在の天板を備えた外チャンバー内の下方部分に設置され、開閉自在の天板を備えた反応室である内チャンバー内の支持ステージ上に基板を載置し、基板の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられているガスノズルから第１の原料ガス及び第２の原料ガスを内チャンバー内に交互にパルス的に供給して基板上でこの２種のガスを反応させて成膜し、この場合、第１の原料ガス及び第２の原料ガスの供給を、それぞれ、第１及び第２の原料ガスの供給手段の途中に設けられた各バッファタンク内に溜められたガスをガスノズルから内チャンバー内に供給するようにして実施し、また、内チャンバー内の成膜に寄与しなかった第１の原料ガス及び第２の原料ガスを、内チャンバーの下流に設けられたトラップ内に導入して、熱処理して分解しながら上記成膜を実施することからなる。

【0053】

上記原料ガスとしては、トリメチルアルミニウムガスとＨ_２Ｏガスとの組み合わせ以外に、トリメチルアルミニウムと酸素又はオゾンとの組み合わせ等を挙げることができる。

【0054】

支持ステージを昇降自在にするためには、公知の昇降機構を設ければよく、例えば、ステージの下面にリフトを設ければよい。

【0055】

基板としては、特に限定はなく、通常、ＡＬＤ法やＣＶＤ法等で用いることができる基板は全て使用でき、基板上に薄膜が形成されているものでも、形成されていないものでもよい。

【0056】

本発明の真空一貫基板処理装置における真空成膜装置は、公知のＡＬＤ装置の外壁を構成する材質で構成されていればよく、その天板はモーターなどの駆動装置により開閉自在に構成されている。

【0057】

反応室である内チャンバーでは、複数の原料ガスが交互にパルス的に供給され、内チャンバー内に載置されている基板上で反応を生じせしめ、所望の膜厚の薄膜を形成する。この内チャンバーの天板も外チャンバーの天板と同様に開閉自在に構成されており、真空成膜装置のメンテナンスの際に、上記外チャンバー及び内チャンバーの各天板を開放して、装置内のクリーニングや、防着板及びガスノズルの取り替え等ができるようになっている。なお、内チャンバーの天板は、昇降自在に構成され、それによって基板の搬送ができる。

【0058】

本発明の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置は、上記したように、外チャンバーと内チャンバーとからなる二重構造チャンバーにより構成されており、これにより、反応室である内チャンバーの容積を小さくすることができ、例えば、内チャンバーの底壁と天板との間を２ｍｍ以上１ｃｍ以下の距離とすることができる。

【0059】

本発明の真空一貫基板処理装置を構成する真空成膜装置において、複数の原料ガスを供給するガスノズルは、そのガス導入方向が基板の表面に対して平行になるように内チャンバー内に設けられていれば良く、そのノズルの形状は特に制限はなく、各原料ガスが基板の上に一様に流れ得るように構成されている。

【0060】

上記内チャンバーの天板の内側の壁面には上部防着板が設けられ、かつガスノズルの周辺下部に及び支持ステージ上に載置される基板の裏面に対向する位置（上記したように基板裏面の周縁も含まれる）に、それぞれ、下部防着板が設けられ、内チャンバーの側壁にも側壁防着板が設けられている。この防着板は、原料ガスの反応により生成される薄膜が内チャンバーの内壁やガスノズル周辺に付着しないようにするために設けるものであり、真空成膜装置のメンテナンスの際に、ガスノズルや、これらの防着板を取り替えることができるように構成されている。外チャンバー及び内チャンバーのそれぞれの天板がモーター駆動により開閉される機構を駆動せしめて、各天板を開き、取り替えればよい。

【0061】

次に、図１を参照して、本発明の真空一貫基板処理装置の各処理室・処理装置の配置例について説明する。

【0062】

図１に示す真空一貫基板処理装置（真空マルチチャンバー）は、横断面が七角形の搬送室１１を有しており、搬送室１１内には搬送ロボット（図示せず）が設置されており、このロボットにより、真空系内で、基板を各処理室へ搬入・搬出できるように構成されている。搬送室１１の周囲には、第１〜第６の処理室１２〜１７と、基板の搬入・搬出室（ロードロック室）１８とが、それぞれ、ゲートバルブ（図示せず）を介して接続されている。これらの各室には、図示しない真空排気系がそれぞれ接続されており、それぞれの室内を所望の圧力に設定するために真空排気することができるように構成されている。勿論、１種の真空排気系で全室を所望の圧力に設定しても良い。

【0063】

第１〜第５の処理室１２〜１６は、それぞれの内部で、基板表面上に薄膜を形成したり、薄膜をエッチングしたりすることができるように構成されており、処理室１７は所望により基板を所定の温度に加熱するための場所であり、所定の成膜温度に加熱された基板は、搬送室１１を経由して各処理室１２〜１６へ搬送されて、そこで処理を受ける。処理室１２〜１７は、例えば、エッチング装置１２、ＡＬＤ装置１３、プラズマクリーニング室１４、バッファチャンバー１５、ガスクリーニング室１６、及び処理室（加熱室）１７からなる。基板を室温で処理する場合にはこの加熱室は不要である。

【0064】

上記真空マルチチャンバーを用いて基板表面に多層膜を形成する動作について以下説明する。ここでは、特にエッチング装置１２及びＡＬＤ装置１３からなる真空成膜装置（処理室）を主体に説明する。

【0065】

まず、全てのゲートバルブを閉じた状態で、ロードロック室（処理室）１８以外の各処理室の内部を所定の真空度まで真空排気しておく。この状態で、基板をロードロック室１８内に搬入した後、ロードロック室１８内部を所定の真空度まで真空排気したら、ロードロック室１８と搬送室１１との間のゲートバルブを開き、搬送ロボットで、所定の膜が形成されている基板を搬送室１１内へ入れる。

【0066】

次に、第１の処理室であるエッチング装置１２と搬送室１１との間のゲートバルブを開き、搬送ロボットで基板をエッチング装置１２内に入れ、基板を所定位置に載置する。その後、エッチング装置１２と搬送室１１との間のゲートバルブを閉じ、エッチング装置１２内でエッチングにより薄膜のエッチング処理を行う。この処理が終了した後、エッチング装置１２と搬送室１１との間のゲートバルブを開き、搬送ロボットで処理された基板をエッチング装置１２から搬送室１１へ取り出し、エッチング装置１２と搬送室１１との間のゲートバルブを閉じる。

【0067】

次いで、第２の処理室であるＡＬＤ装置１３と搬送室１１との間のゲートバルブを開き、上述した動作と同様に基板をＡＬＤ装置１３内に搬入し、ＡＬＤ法により薄膜の形成処理を行う。その後、ＡＬＤ装置１３から基板を搬送室１１内に搬送し、搬送室１１とロードロック室１８との間のゲートバルブを開いて、搬送ロボットを用いて成膜された基板をロードロック室１８内へ入れ、ロードロック室１８と搬送室１１との間のゲートバルブを閉じ、ロードロック室１８内を大気圧雰囲気にした後に、ロードロック室１８から成膜された基板を装置外へと取り出す。以上の工程を経て、真空一貫雰囲気中で基板表面に、所定の成膜を行うことができる。この場合、真空マルチチャンバーに封止装置が接続されていれば、ＡＬＤ装置１３から搬送室１１内に搬送された基板を、搬送室１１と封止装置との間のゲートバルブを開いて、搬送ロボットで成膜された基板を封止装置内へ搬送し、封止工程を行い、その後、封止装置から、上記したようにしてロードロック室１８へ入れ、次いで装置外へと取り出す。

【0068】

次に、上記したエッチング装置１２及びＡＬＤ装置１３について、図面を参照して詳細に説明する。

【0069】

エッチング装置は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、反応室２を有する真空エッチング装置であり、反応室２が、気体状態のエッチングガスを任意の圧力で反応室２内に導入するガス導入径路（図示せず）と反応室内のエッチングによる反応生成物ガス及び残余のエッチングガスを排出するガス排出径路（図示せず）とを備え、反応室２内に設けられた基板支持ステージ２１上に載置される被処理膜を備えた基板上で、反応室２へのエッチングガスの導入と反応室内の反応生成物ガス及び残余のエッチングガスの排出とを繰り返すことにより、エッチングガスと被処理膜との反応により被処理膜をエッチングするように構成されており、また、反応室２の外壁（側壁２２ａと、天板２２ｂと、底板２２ｃ）で構成されている外チャンバー２２と、外チャンバー２２内に昇降自在に配置された内チャンバー用天板部材２３ａであって、エッチング時に降下せしめて、その天板部材の周縁下端部の突起状部分２３ｂと外チャンバー２２の底板２２ｃとを接触せしめ、Ｏリング等のシール材を介して密封し、エッチング処理室である内チャンバー２３を画成する内チャンバー用天板部材２３ａとを備えるように構成されている。

【0070】

上記では、突起状部分２３ｂを天井部材の周縁下端部に設けた例について説明したが、底板２２ｃの所定の箇所に突起状部分を設けて、内チャンバー２３を画成するようにしても良い。すなわち、天板部材２３ａと底板２２ｃとで内チャンバー２３を画成できるように構成されていれば良い。なお、エッチングガスの導入は、内チャンバー２３の天板部材２３ａに設置してあるシャワーヘッド（図示せず）を介して行われ、この天板部材２３ａを昇降する機構は、反応室２の下部に設けられている。

【0071】

図２（ａ）及び（ｂ）に示すエッチング装置は、上記したような外チャンバーと内チャンバーとからなる二重構造チャンバーを有するものであれば、原料ガスの利用効率を高めることができるため、その構造は問わず、例えば、以下説明する図３及び４に示す真空成膜装置（ＡＬＤ装置）における外チャンバー３１と内チャンバー３２とのような構造であっても良い。この場合、内チャンバーの天板は成膜装置の下部に設けた駆動機構により昇降される。

【0072】

図２（ａ）は、エッチングを行う前、又はエッチング終了後に、被処理基板を搬送・搬出する時の外チャンバー２２内の主な部材の配置の状態を示すものである。すなわち、エッチング前には、内チャンバー用天板部材２３ａは昇降機構により上昇せしめられており、外チャンバー２２内の上方に配置されている。ロードロック室内の被処理基板を、図示されていないロボットにより、ゲートバルブ２４を介して基板搬送・搬出口２５から外チャンバー２２内へ搬送し、基板支持ステージ２１上に載置して位置決めし、次いで、エッチングのために内チャンバー用天板部材２３ａを昇降機構により下降せしめ、図２（ｂ）を参照して以下説明するように内チャンバー２３を構成し、エッチングガスを天板部材２３ａに設置してあるシャワーヘッドを介して内チャンバー２３内へ導入してエッチングを行う。エッチング終了後には、天板部材２３ａを昇降機構により上昇せしめ、図示していない真空排気系により残余のエッチングガス及びエッチング生成物の排出が行われる。その後、図２（ｂ）に示すように内チャンバー２３を構成し、エッチング処理を繰り返す。

【0073】

図２（ｂ）は、エッチング時の外チャンバー２２と内チャンバー２３との配置の状態を示すものである。すなわち、内チャンバー用天板部材２３ａを昇降機構により下降せしめ、この天板部材２３ａの周縁下端部（突起状部分）２３ｂと外チャンバー２２の底板２２ｃとをシール材（例えば、Ｏ−リング等）を介して密封せしめて、エッチングを行う内チャンバー２３を構成する。ガスの導入径路については図示していないが、上記したようにエッチングガスがこの内チャンバー２３内へ導入できるように設ければよい。なお、外チャンバー２２及び内チャンバー２３内は、図示していない真空排気系で、それぞれ、所定の圧力に設定されている。

【0074】

上記エッチング装置を用いてエッチングプロセスを実施する時の動作について図２（ｃ）に基づいて説明する。

【0075】

図２（ｃ）に示すように、図２（ａ）及び（ｂ）を参照して説明した反応室２内の外チャンバー２２及び内チャンバー２３には、それぞれ、不活性ガス（例えば、Ｎ_２ガスやＡｒガス等）導入径路や真空排気系やエッチングガス導入径路が接続されている。すなわち、外チャンバー２２には、バルブ２２ｆ及び２２ｄを介して真空ポンプが接続されており、チャンバー内を排気できるように構成されていると共に、Ｎ_２ガス等を導入する径路がバルブ２２ｅを介して接続されている。また、内チャンバー２３には、バルブ２３ｃを介して真空ポンプが接続されており、チャンバー内を排気できるように構成されていると共に、バルブ２３ｄを介して第１のバッファタンク２６、バルブ２６ａを介して第２のバッファタンク２７、及びバルブ２７ａを介してエッチングガス（例えば、二フッ化キセノン等）タンク２８がこの順番で接続されている。このエッチングガスタンクは加熱手段を備えており、固体のエッチングガス原料（例えば、粉状の二フッ化キセノン等）を昇華させることができるように構成されている。第１及び２のバッファタンク２６、２７には、それぞれ、バルブ２６ｃ及び２７ｃを介して、Ｎ_２ガス等を導入する径路が接続されている。外チャンバー２２、内チャンバー２３、第１のバッファタンク２６及び第２のバッファタンク２７は、それぞれ、図示されていないが、圧力計を備えており、内部圧力をモニターできるようになっている。

【0076】

内チャンバー２３内を真空排気系により所定の圧力に設定した後、以下の工程を実施してエッチングを行う。

【0077】

（１）バルブ２７ａを開け、エッチングガスタンクから昇華されたエッチングガスを第２バッファタンク２７へ充填した後、バルブ２７ａを閉める。

【0078】

（２）バルブ２６ａを開け、エッチングガスを第１のバッファタンクへ充填する。この時、第１のバッファタンク２６内の圧力と第２のバッファタンク２７内の圧力は平衡状態となる。その後、バルブ２６ａを閉める。

【0079】

（３）バルブ２３ｄを開け、エッチングガスを内チャンバー２３内へ導入する。この時、第１のバッファタンク２６内と内チャンバー２３との差圧でエッチングガスは内チャンバー内へ導入され、圧力は平衡状態になる。なお、この際、バルブ２３ｃは閉めておく。

【0080】

（４）バルブ２３ｄを閉め、内チャンバー２３内にエッチングガスを溜めた状態で一定時間置き、エッチングを行う。エッチングガスと被処理基板表面の膜成分の物質とが化学反応し、等方エッチングが行われる。このエッチング中に、バルブ２７ａを開け、次のエッチング工程のためのエッチングガスを、第２のバッファタンク２７内へ充填する。

【0081】

（５）次いで、バルブ２３ｃを開けて内チャンバー２３内を排気し、エッチング工程を終了する。その後、上記工程（２）〜（５）のサイクルを所定の回数繰り返して、被処理膜の除去を行う。

【0082】

なお、内チャンバー２３、第１のバッファタンク２６及び第２のバッファタンク２７の各容積の関係は、次の式を満足するように設定してあり、内チャンバー２３内へのエッチングガスの供給量（圧力）を確保できるように構成されている。
内チャンバーの容積＝第１のバッファタンクの容積＜第２のバッファタンクの容積

【0083】

次に、上記した真空成膜装置である二重構造チャンバーを有するＡＬＤ装置について、真空成膜装置の側断面の概略を示す模式図である図３及び４、並びに内チャンバー内に設ける防着板の構成を模式的に示す断面図及び平面図である図５（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図３は成膜操作中の真空成膜装置の状態を示し、図４は基板を搬入・搬出する際の真空成膜装置の状態を示す。これらの図において、同じ構成要素は同じ参照番号を付けてある。

【0084】

図３及び４において、真空成膜装置３は、その外壁で構成されている外チャンバー３１と、その内部の下方部分に設置されている内チャンバー（反応室）３２と、外チャンバー３１の側壁にゲートバルブ３３を介して設けられた基板Ｓの搬送室３４とを備えている。真空成膜装置３は、外チャンバー３１及び内チャンバー３２のそれぞれの天板３１ａ及び３２ａを開閉せしめるためのモーター等の駆動機構（図示せず）を備えている。

【0085】

内チャンバー３２は、天板３２ａと底壁３２ｂとから構成されており、天板３２ａと底壁３２ｂとの間隔は、反応が起きる範囲内であればよく、内チャンバー内の不要ガスの排出効率の点から、できるだけ小さくすることが好ましい。真空成膜装置３を二重構造としたことにより反応室（内チャンバー）３２の容積を小さくし、その内表面積を小さくすることが可能となった。

【0086】

内チャンバー３２の天板３２ａは昇降自在に構成されており、この天板３２ａが外チャンバー３１内の、内チャンバー３２の上方空間内に上昇して、搬送室３４から基板Ｓを内チャンバー３２内に搬入及び搬出することができるように構成されている。内チャンバー３２内に基板Ｓを搬入して、支持部材３６上に載置した後、天板３２ａを下降せしめて閉じた状態で、複数の原料ガス供給手段（図示せず）を介してガスノズル３５から内チャンバー３２内に各原料ガスを交互にパルス的に供給するように構成されている。このガスノズルの形状は特に制限はなく、各原料ガスが均一に基板Ｓ表面に供給されるようなものであればよい。

【0087】

図３及び４に示す真空成膜装置は、上記したような外チャンバーと内チャンバーとからなる二重構造チャンバーを有するものであれば、その構造は問わず、例えば、上記した図２に示すエッチング装置における外チャンバーと内チャンバーとのような構造であっても良い。この場合、内チャンバーの天板部材は成膜装置の上部に設けた駆動機構により昇降される。

【0088】

図３に示す内チャンバー３２の内部には、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、天板３２ａのチャンバー内側に上部防着板３７、下部防着板３８及び３９、及び側壁防着板４０がボルト等で固定されて設けられている。上部防着板３７は一枚のものであっても、分割されたものであってもよく、分割されたものの場合は、図５（ａ）に示すように、基板Ｓの上部に設ける上部防着板３７ａとノズル周辺の上部に設ける上部防着板３７ｂとに分割されたものであってもよい。防着板を分割するのは、ガスノズル周辺の汚れ（膜付着）が特にひどく、厚い膜が形成され易いので、ガスノズル周辺の防着板だけを交換できるようにするためである。下部防着板３８はガスノズル周辺であって、内チャンバー３２の底壁３２ｂの上に設けられ、また、下部防着板３９は、内チャンバー３２内に載置される基板Ｓの裏面に対向した位置に設けられており、その中央部分がくり抜かれたドーナッツ形状をしており、基板裏面の周縁部及びその近傍に設けられている。原料ガスが基板Ｓの裏面に回り込み、裏面周縁が汚れ易いことから、下部防着板３９を設けるのである。この下部防着板３８及び３９も独立して交換できる構造とすることが好ましい。さらに、ガスノズル３５自体も独立して交換できる構造とすることが好ましい。なお、下部防着板３８も、その中央部分がくり抜かれた構造を有している。

【0089】

上記基板Ｓは、支持ステージとしての支持部材（リフト）３６上に載置され、成膜工程中には内チャンバー３２の底壁３２ｂ上に載置され、成膜工程が終わって基板Ｓを搬送する際には、天板３２ａの上昇と共に支持部材３６を上昇せしめ、基板を搬送室３４へ搬送できるように構成されている。

【0090】

真空成膜装置３には、図示していないが、内チャンバー３２の天板３２ａ及び／又は底壁３２ｂ内にヒータ等の加熱手段が埋め込まれて、基板の温度を設定できるように構成されている。

【0091】

上記内チャンバー３２内へ供給する原料ガスのうちの少なくとも１種のガスを供給する供給手段の途中に設けられるバッファタンク（図示せず）は、このバッファタンク内に充填された１サイクルで用いる所定量の原料ガスをガスノズル３５から内チャンバー内に供給するように構成されている。一定量の原料ガスを再現性良く、かつ正確に、等量で供給でき、そのため、原料ガスの利用効率も高い。また、バッファタンクは単なる容器であるため、故障も少ないという利点がある。このバッファタンクの上流側には、バッファタンクへの原料ガスの供給量をモニターするための真空計が設けられている。

【0092】

例えば、複数の原料ガスがトリメチルアルミニウムガス及びＨ_２Ｏガスの組み合わせである場合、このトリメチルアルミニウムガスを供給する供給手段の途中に、このトリメチルアルミニウムガスを充填するバッファタンクが設けられ、このバッファタンク内に充填されたガスをガスノズルから内チャンバー３２内に供給するように構成されている。Ｈ_２Ｏガスの場合も同様である。

【0093】

上記したようなバッファタンクを用いない場合、例えば、バルブのみで原料ガスの供給量を制御する構造とした場合、バルブの開閉操作に要する時間が内チャンバー３２への原料ガスの供給量に影響を与えてしまうという問題がある。また、マスフローコントローラーのみで原料ガスの供給量を制御する構造とした場合、マスフローコントローラーの故障が多いという問題や、流量の安定化のために原料ガスの一部を系外へ排出する必要が生じ、原料ガスの利用効率が悪くなるという問題もある。しかしながら、本発明のように、バッファタンクを用いて原料ガスを内チャンバーに供給する構造とすれば、上記したバルブのみやマスフローコントローラーのみを用いた場合に生じる問題もない。

【0094】

図５（ａ）に示した下部防着板３９の代わりに、図５（ｃ）に示す下部防着板４１を設けてもよい。図５（ｃ）において、ガスノズル３５、上部防着板３７（３７ａ、３７ｂ）、下部防着板３８、側壁防着板４０、及び基板Ｓは、図５（ａ）との関係で示したものと同じである。下部防着板４１は、内チャンバー３２内に載置される基板Ｓの裏面全体（基板の寸法と同じであっても、基板の寸法より大きくても良い）に対向する位置に設けられ、この中央部分がくり抜かれていないディスク形状の構造を有している。この下部防着板４１も独立して交換できる構造とすることが好ましい。

【0095】

本発明に係る真空一貫基板処理装置の上記した第１〜２の実施の形態における真空成膜装置によれば、内チャンバー内に存在するガスの排出径路に、成膜に寄与しなかった原料ガスが導入されるトラップが設けられる。このトラップの下流側には真空成膜装置内の圧力を調整するための圧力調整用バルブ及び真空ポンプからなる排気系がこの順番で設けられてなる。

【0096】

この圧力調整用バルブは、例えば、内チャンバー内の圧力を制御するものであり、トラップのコンダクタンス変化に対応するものである。

【0097】

上記したように外チャンバー３１及び内チャンバー３２のそれぞれの天板３１ａ及び３２ａに取り付けられたモーターの動作は、以下の通りである。
・処理対象物搬送時：内チャンバー３２のみを開閉し、ヒータ等の加熱手段はＯＮのままにしておく。内チャンバー３２を開く前に内チャンバー３２内をパージする。
・メンテナンス時：ヒータ等の加熱手段をＯＦＦにし、その後、内チャンバー３２を開け、外チャンバー３１内をパージし、その後、外チャンバー３１を開ける。

【0098】

上記トラップについて、トラップの一構成例を模式的断面図として示す図６を参照して以下説明する。トラップ以外の構成要素についての説明は図３に示す構成要素の参照番号を用いる。

【0099】

トラップ６１の形状には特に限定はなく、内チャンバー３２から排出される第１の原料ガス（例えば、トリメチルアルミニウムガス等）及び第２の原料ガスをトラップ６１内で分解して排出できる構造であれよい。トラップ６１は、円筒状の外筒部材６２と、内チャンバー３２から排出された第１の原料ガス及び第２の原料ガスが導入されるガス導入口６３と、排出口６４と、底部材６５とからなる。この円筒状の外筒部材６２の内部には、円筒状の内筒部材６６が底部材６５に直接的に接触しないように固定して設けられている。内筒部材６６の内部にはヒータ等の加熱手段６７が設けられている。この加熱手段６７は、トラップ６１内に導入されるトリメチルアルミニウムガス等の原料ガスを効率よく熱分解できるように構成されていれば、その構造・配置に制限はない。排出口６４の上流側にフィルターを備えていても良く、また、この排出口６４は、圧力調整バルブを介して真空ポンプへ接続している。

【0100】

上記トラップ６１では、図６の矢印Ａに示すように、内チャンバー３２から排出された第１の原料ガス及び第２の原料ガスが、交互にガス導入口６３から外筒部材６２内に導入され、次いで外筒部材６２と内筒部材６６との間に形成された径路を通って、内筒部材６６内に導入される。内筒部材６６内へ導入されたガスは、所定の温度に維持された加熱手段６７に接触して熱分解され、例えばトリメチルアルミニウムガスの場合、アルミニウムの炭化物（ＡｌＣ_ｘ）が形成され、析出する。

【0101】

次に、図３及び４に示す真空成膜装置と第１の原料ガス及び第２の原料ガスの供給手段及び排出手段とを組み合わせた一構成例として、真空成膜装置へ供給される原料ガスシーケンスを示す図７を参照して詳細に説明する。図７中、図３、４、５及び６と同じ構成要素については、同じ参照番号を付し、説明の便宜上、図３〜６中の参照番号を用いて説明する。

【0102】

図７において、真空成膜装置３は、その構成を詳細に図示していないが、図３等に示したように、基板Ｓが載置される支持ステージが設けられた内チャンバー３２を備えている。この内チャンバー３２の底壁３２ｂには、第１の原料ガスを供給する第１ガス供給系７１及び第２の原料ガスを供給する第２ガス供給系７２が接続されている。

【0103】

第１ガス供給系７１は、第１の原料ガスの原料が入った第１の原料ガス容器（原料ガス供給源）７１ａと内チャンバー３２とを連結するガス供給系であり、上流側から順に、バルブ７１ｂ、バルブ７１ｃ、第１の原料ガスを充填するバッファタンク７１ｄ、及びバルブ７１ｅが接続されており、さらにバルブ７１ｅと内チャンバー３２との間には、必要に応じて逆流防止弁（図示せず）が設けられていても良い。また、バッファタンク７１ｄの上流側には、バッファタンク７１ｄへの第１の原料ガスの供給量をモニターするための真空計が設けられている。この場合、第１の原料ガス容器７１ａ及び第２の原料ガス容器７２ａは、用いる原材料が固体又は液体の場合には、この原材料をガス化せしめる気化器等の装置（図示せず）を備えている。

【0104】

第１ガス供給系７１との関係で、第１の原料ガス用のキャリアガスとして用いる窒素やアルゴン等の不活性ガスの供給系７３が、バルブ７１ｅを経て内チャンバー３２へ第１の原料ガスを供給する径路に接続されている。この不活性ガスの供給系７３は、不活性ガス源７３ａと内チャンバー３２との間に、上流側から順に、バルブ７３ｂ、不活性ガスの流量を調整するマスフローコントローラー７３ｃ、及びバルブ７３ｄが接続されている。

【0105】

第２ガス供給系７２は、第２の原料ガスの原料が入った第２の原料ガス容器７２ａと内チャンバー３２とを連結する供給系であり、上流側から順に、バルブ７２ｂ、バルブ７２ｃ、第２の原料ガスを充填するバッファタンク７２ｄ、及びバルブ７２ｅが接続されている。

【0106】

第２ガス供給系７２との関係で、第２の原料ガス用のキャリアガスとして用いる窒素やアルゴン等の不活性ガスの供給系７４が、バルブ７２ｅを経て内チャンバー３２へ第２の原料ガスを供給する径路に接続されている。この不活性ガスの供給系７４は、上記した供給系７３の場合と同様に、不活性ガス源７３ａと内チャンバー３２との間に、上流側から順に、バルブ７４ａ、不活性ガスの流量を調整するマスフローコントローラー７４ｂ、及びバルブ７４ｃが接続されている。

【0107】

なお、図７においては、同一の不活性ガス源７３ａから、第１ガス供給系７１の第１の原料ガス及び第２ガス供給系７２の第２原料ガスのためのキャリアガスを流す構成にしてあるが、勿論異なる不活性ガス源からそれぞれのガス供給系７１、７２に流す構成としてもよい。

【0108】

内チャンバー３２の底壁３２ｂには、成膜に寄与しない第１の原料ガス及び第２の原料ガス、すなわち、吸着や反応しない第１の原料ガス及び第２の原料ガスを排出するための、また、真空成膜装置３内を排気するための排出・排気系７５が設けられ、内チャンバー３２側から順に、バルブ７５ａ、トラップ６１、真空成膜装置３内の圧力を調整する圧力調整用バルブ７６、及びドライポンプのような真空ポンプ７７が設けられている。例えば、外チャンバー３１だけを排気するために、真空成膜装置３からバルブを介して直接真空ポンプ７７へ接続してもよい。

【0109】

なお、第１の原料ガス及び第２の原料ガスが液化しないように、第１の原料ガス及び第２の原料ガスの流路には、ヒータ等の温度制御手段（図示せず）が設けられている。場合によっては、温度を調整するために冷却手段を設けてもよい。

【0110】

また、上記したバルブの開閉はすべて、自動制御されている。バッファタンク７１ｄの上流側及び下流側にそれぞれ設けられたバルブ７１ｃ及び７１ｅ、並びに第２の原料ガスのバッファタンク７２ｄの下流側に設けられたバルブ７２ｅは、開閉の頻度が高いため、高耐久性バルブを用いることが好ましい。

【0111】

上記したように、内チャンバー３２の下流側にトラップ６１を設けた構造の真空成膜装置３としてあるので、第１の原料ガスが圧力調整用バルブ７６や真空ポンプ７７に流れ込むことが抑制され、この圧力調整用バルブ７６及び真空ポンプ７７の劣化を抑制することができる。

【0112】

本発明の真空成膜装置３を用いて、第１の原料ガス及び第１の原料ガスと反応する第２の原料ガスを用いて基板Ｓ上に成膜する方法の一例を以下に示す。本発明では、窒素等の不活性ガスは、成膜中、常に供給されるようにしてある。

【0113】

まず、トリメチルアルミニウム等の第１の原料ガスの所定量をバッファタンク７１ｄに充填する。

【0114】

次いで、内チャンバー３２にバッファタンク７１ｄ内の第１の原料ガスを供給して、基板Ｓの表面に第１の原料ガスを吸着させる。

【0115】

第１の原料ガスをバッファタンク７１ｄに充填している時、第１の原料ガスをバッファタンク７１ｄから内チャンバー３２に供給している時、及び第１の原料ガスを内チャンバー３２から排出している時は、Ｈ_２Ｏガス等の第２の原料ガスは、第２の原料ガス容器７２ａから内チャンバー３２へ供給しない。

【0116】

上記したように基板Ｓの表面に第１の原料ガスを吸着させた後、バルブ７１ｅを閉じ、バルブ７５ａを開けて、基板Ｓに吸着しなかった第１の原料ガスを内チャンバー３２から排出する。この時、不活性ガスの供給系７３を経由して不活性ガスが内チャンバー３２に供給されているので、不活性ガスにより第１の原料ガスが押し出され、第１の原料ガスを内チャンバー３２からすみやかに排出することができる。排出された第１の原料ガスは、トラップ６１に導入され、熱分解処理される。従って、第１の原料ガスが下流側の圧力調整用バルブ７６及び真空ポンプ７７へ流れ込むことが抑制されて、第１の原料ガスが流れ込むことにより生じる故障や汚染等による劣化が抑制できる。

【0117】

上記第１の原料ガスの吸着・排出が終了した後、内チャンバー３２にＨ_２Ｏガス等の第２の原料ガスをバッファタンク７２ｄ経由で供給し、基板Ｓの表面に吸着した第１の原料ガスと反応させる。

【0118】

上記したように、基板Ｓの表面において第１の原料ガスと第２の原料ガスとを反応させた後、バルブ７２ｅを閉じ、バルブ７５ａを開けて、内チャンバー３２から第２の原料ガスを排出する。この時、不活性ガスの供給系７４を経由して不活性ガスが内チャンバー３２に供給されているので、不活性ガスにより第２の原料ガスが押し出され、第２の原料ガスを内チャンバー３２からすみやかに排出することができる。そして排出された第２の原料ガスは、トラップ６１に導入され、処理される。

【0119】

上記したように基板Ｓの表面に第１の原料ガスを吸着させた後に内チャンバー３２から第１の原料ガスを排出している時、内チャンバー３２に第２の原料ガスを供給している時、基板Ｓの表面において第１の原料ガスと第２の原料ガスとを反応させた後に内チャンバー３２から第２の原料ガスを排出している時には、バルブ７１ｅは閉じたままにしておき、バルブ７１ｂ及び７１ｃを開けることにより、第１の原料ガスを第１の原料ガス容器７１ａからバッファタンク７１ｄに導入しておく。バッファタンク７１ｄに第１の原料ガスを導入した後はバルブ７１ｃを閉めておくことにより、一定量の第１の原料ガスを必要に応じて内チャンバーに供給する工程を行うことができる。第２の原料ガスのバッファタンクへの導入も同様にして行われる。

【0120】

上記したような内チャンバー３２に第１の原料ガスを供給する工程、内チャンバー３２から第１の原料ガスを排出する工程、内チャンバー３２に第２の原料ガスを供給する工程、及び内チャンバー３２から第２の原料ガスを排出する工程を順に行う操作（１サイクル）を繰り返すことにより、基板Ｓ上に所望の膜厚の薄膜を形成することができる。

【0121】

上述した内チャンバー３２へ供給される原料ガスのシーケンスを図８に示す。第１の原料ガスとしてＴＭＡガスを、また、第２の原料ガスとしてＨ_２Ｏガスを、キャリアガスの不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ_２ガス）を例示している。図８中、ベースラインは原料ガス及びキャリアガスの供給されていない状態を示し、図８において、ベースラインから上に上がっている上方の線の時はガスが供給されている状態を示す。図８において、Ｎ_２ガス供給源から供給されＴＭＡのキャリアガスであるＮ_２を「Ｎ_２（ＴＭＡ）」と表記し、Ｈ_２ＯガスのキャリアガスであるＮ_２を「Ｎ_２（Ｈ_２Ｏ）」と表記する。また、バッファタンク７１ｄに導入される第１の原料ガスのシーケンス（「ＴＭＡ（バッファタンク）」と表記する。）を図８に併せて示す。

【0122】

また、図８において、（１）がバッファタンク７１ｄから内チャンバー３２に第１の原料ガスを供給する工程、（２）が内チャンバー３２から第１の原料ガスを排出する工程、（３）がバッファタンク７２ｄから内チャンバー３２に第２の原料ガスを供給する工程、（４）が内チャンバー３２から第２の原料ガスを排出する工程を示す。

【0123】

図８に示すように、内チャンバー３２に第１の原料ガスと第２の原料ガスが交互にパルス的に供給され、内チャンバー３２内に載置された基板Ｓ上で、第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応により成膜される。

【0124】

なお、図８においては、上記（３）の第２の原料ガスを供給する工程及び（４）の第２の原料ガスを排出する工程で、第１の原料ガスをバッファタンク７１ｄに導入する場合を例示したが、（２）〜（４）の工程の間で随時第１の原料ガスをバッファタンク７１ｄに導入すればよい。また、第２の原料ガスをバッファタンク７２ｄへ導入する場合も同様である。

【0125】

ところで、第１の原料ガスの内チャンバー３２への供給量（Ｑ）は、バッファタンク７１ｄの容量Ｖ（ｃｃ）、第１の原料ガス容器７１ａの圧力Ｐ_ｖ（Ｔ）（Ｔは第１の原料ガスの温度）、大気圧Ｐ_ａｔｍに依存し、例えば、Ｑ＝Ｖ×{Ｐ_ｖ（Ｔ）／Ｐ_ａｔｍ}の関係が成り立つ。そのため、このバッファタンク７１ｄの容量や第１の原料ガス容器７１ａの圧力を調整することにより、所望量の第１の原料ガスを内チャンバー３２へ供給することができる。第２の原料ガスの場合も同様である。

【0126】

上述した真空成膜装置３を用いて、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を基板Ｓ上に成膜する条件の一例を以下に示す。なお、下記の条件においては、バッファタンク７１ｄの容量Ｖと基板の表面積Ｓ（ｃｍ^２）とは、Ｖ＝（４×１０^−５〜４×１０^−４）×{Ｐ_ａｔｍ／Ｐ_ｖ（Ｔ）}×２．５Ｓの関係が成り立つ。バッファタンク７２ｄの場合も同様である。

【0127】

第１の原料ガス：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス
第２の原料ガス：Ｈ_２Ｏガス
不活性ガス：Ｎ_２
Ｎ_２ガス流量：各１ＳＬＭ
ＴＭＡガスの原料容器の温度：２０〜８０℃
Ｈ_２Ｏガスの原料容器の温度：２０〜８０℃
ガス流路系の温度：２０〜８０℃
基板の表面積：８０００ｃｍ^２
内チャンバー（成膜エリア）の容量：７７０ｍｍ×９６０ｍｍ×１０ｍｍｔ
内チャンバーの温度：９０〜１５０℃
バッファタンク容量：１４〜１４０ｃｃ

【0128】

例えば、上記条件で、図８における（１）の工程の時間を２秒、（２）の工程の時間を２０秒、（３）の工程の時間を２秒、及び（４）の工程の時間を２０秒として、成膜することができる。

【0129】

原料ガスとして２種の第１の原料ガス及び第２の原料ガスを使用する場合は、互いに反応するガスであれば特に限定はない。例えば、上述した第１の原料ガスであるＴＭＡと反応させる第２の原料ガスとしてＨ_２Ｏガス以外にも、酸素やオゾン等の酸化剤を挙げることができる。本発明は、第１の原料ガスが内チャンバーの下流側に設けられる圧力調整用バルブや真空ポンプ等に流れ込み、悪影響を与えることを防ぐことができるという効果を発揮するものであるので、第１の原料ガスが反応性の高いガスである場合に、特に顕著に本発明の効果を奏することができる。

【0130】

また、上述した例では、第１の原料ガスや第２の原料ガスの原料が液体であるものを例示したが、各原料ガスの原料は、固体でも気体でもよい。固体及び液体の場合には、気化器や加熱手段等を設けて原料ガスを生成すればよい。

【0131】

そして、上述した例では、キャリアガスを供給したが、キャリアガスを用いないでも良い。しかしながら、ガス供給径路や内チャンバー内に一方の原料ガスが残留していると、他方の原料ガス等と反応して、内チャンバーへの原料ガスの供給量が変動したり、また、ガス供給径路や内チャンバーが汚染したりするなどの原因となるため、不活性ガスを常に流すことが好ましい。

【0132】

さらに、上述した例においては、第１の原料ガスの供給手段及び第２の原料ガス供給手段をバッファタンク７１ｄ、７２ｄを備えた構造としたが、これらのバッファタンクを用いなくてもよく、例えばバルブやマスフローコントローラーを用いてもよい。しかしながら、上述したように内チャンバー３２への安定した供給量、原料の利用効率や構成部材の故障等を考慮すると、バッファタンクを用いる構造が好ましい。

【実施例1】

【0133】

表面にＮｉ膜を形成したガラス基板（Ａ）、表面にＮｉ膜及びＭｏ膜を順次形成したガラス基板（Ｂ−１）、表面にＮｉ膜及びＭｏ膜を順次形成したガラス基板（Ｂ−２）、及び表面にＮｉ膜及びＭｏ膜を順次形成したガラス基板（Ｂ−３）の４種類の基板を用い、図９（ａ）及び（ｂ）に示すプロセスを行った。図９（ａ）及び（ｂ）において、横軸は経過時間（時間）であり、縦軸は温度（℃）である。なお、対照として、Ｓｉ膜上に下記と同じＡＬＤ装置、原料ガス、その供給プロセスを用いて、９０℃で厚さ５．４ｎｍの酸化アルミニウム膜を形成した。この膜厚は偏光解析法（Ｎ＝１．６３に固定）により計測された。

【0134】

ガラス基板（Ａ）の場合、エッチングせずに、図３及び４に示すＡＬＤ装置（真空成膜装置）３の内チャンバー３２内に設けた支持ステージ上に基板（Ａ）を載置し、図８に示す内チャンバーへ供給されるガスシーケンスを示すフロー図に従って、ガスノズル３５から原料ガスとしてトリメチルアルミニウムガス及びＨ_２Ｏガスを内チャンバー３２内に交互にパルス的に供給し、圧力：３００Ｐａの下、基板温度：９０℃で反応させ、この反応工程を所定の回数繰り返し、厚さ５．８ｎｍの酸化アルミニウム膜をＮｉ膜上に形成した。この膜厚は偏光解析法（Ｎ＝１．６３に固定）により計測された。

【0135】

基板（Ｂ−１）の場合、犠牲膜のＭｏ膜を図２に示すエッチング装置を用いてエッチングし、次いで大気暴露することなく、ＡＬＤ装置を用いて真空下で基板（Ａ）の場合と同様に酸化アルミニウム膜を形成した。具体的には、図９（ａ）及び（ｂ）に示すプロセスＢ−１のように、エッチャントとして二フッ化キセノンガスを用い、圧力：１５０Ｐａ下、基板温度：室温でエッチングし、次いで大気暴露することなく、真空（５×１０^−３Ｐａ）下で２．５時間（ｈ）の間保持した後、窒素ガス（３００Ｐａ）で０．５時間パージし、その後真空下で基板（Ａ）の場合と同様にＮｉ膜上に酸化アルミニウム膜を形成した。この酸化アルミニウム膜の厚さは７．８ｎｍであった。この膜厚は偏光解析法（Ｎ＝１．６３に固定）により計測された。

【0136】

基板（Ｂ−２）の場合、犠牲膜のＭｏ膜を図２に示すエッチング装置を用いてエッチングし、次いで大気暴露することなく、ＡＬＤ装置を用いて真空下で基板（Ａ）の場合と同様に酸化アルミニウム膜を形成した。具体的には、図９（ａ）に示すプロセスＢ−２のように、エッチャントとして二フッ化キセノンガスを用い、圧力：１５０Ｐａ下、基板温度：室温でエッチングし、次いで大気暴露することなく、真空（５×１０^−３Ｐａ）下で２．５時間の間保持した後、窒素ガス（３００Ｐａ）で０．５時間パージし、追加のＨ_２Ｏガスを５分間流した後に窒素ガスで上記と同様に５分間パージし、その後真空下で基板（Ａ）の場合と同様にＮｉ膜上に酸化アルミニウム膜を形成した。この酸化アルミニウム膜の厚さは７．５ｎｍであった。この膜厚は偏光解析法（Ｎ＝１．６３に固定）により計測された。

【0137】

基板（Ｂ−３）の場合、犠牲膜のＭｏ膜を図２に示すエッチング装置を用いてエッチングした後、大気暴露（ＡＴＭ）し、次いで真空下に保持し、その後、ＡＬＤ装置を用いて真空下で基板Ａの場合と同様に酸化アルミニウム膜を形成した。具体的には、図９（ｂ）に示すプロセスＢ−３のように、エッチャントとして二フッ化キセノンガスを用い、圧力：１５０Ｐａ下、基板温度：室温でエッチングし、次いで室温で２０時間大気暴露した後に真空（５×１０^−３Ｐａ）下で２．５時間の間保持し、次いで窒素ガス（３００Ｐａ）で０．５時間パージし、その後ＡＬＤ装置を用いて真空下で基板Ａの場合と同様にＮｉ膜上に酸化アルミニウム膜を形成した。この酸化アルミニウム膜の厚さは８．８ｎｍであった。この膜厚は偏光解析法（Ｎ＝１．６３に固定）により計測された。

【0138】

上記プロセスＢ−１〜Ｂ−３を比較すると、エッチング後に大気暴露した場合の酸化アルミニウム膜の膜厚は、エッチング後も真空中に保持されていた場合よりも１ｎｍ程度厚かった。それぞれのプロセスにおける酸化アルミニウム膜の形成条件は同じであったので、ＡＬＤ法を行う前の処理に依存して、酸化アルミニウム膜とＮｉ膜との間の接触面に何らかの物質（不純物）が形成しているのではないかと考えられた。そのため、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）により酸化アルミニウム膜とＮｉ膜との接触面の不純物層を観測した。その結果を図１０に纏めて示す。

【0139】

図１０において、横軸は元素（Ｃ、Ｆ、Ｍｏ）であり、縦軸は強度である。図１０から明らかなように、酸化アルミニウム膜とＮｉ膜との接触面には、Ｆは検出されなかったが、Ｃ及びＭｏが含まれていることが分かった。すなわち、偏光解析法により分析された接触面の層は、Ｃ及びＭｏからなっており、接触面におけるＣ含量は大気暴露により増加することが明らかである。Ｃ及びＭｏ含量は、追加のＨ_２Ｏガス処理によっても変化は観察されなかった。

【0140】

このことから、上記エッチング及びＡＬＤ成膜のプロセスにおいて大気に接触させないことにより、エッチング後の膜とＡＬＤ成膜による膜との接触面における層の炭素含量が少なくなることが分かる。

【0141】

その結果、特にエッチングとＡＬＤ成膜とを真空一貫で行うことにより、最終的に得られたデバイスにおける電気的特性・光学的特性が改善されると共にディスプレイの生産歩留まりが改善され得る。

【産業上の利用可能性】

【0142】

本発明によれば、エッチング装置とその後に用いるＡＬＤ装置とを真空一貫基板処理装置とすると共に、その他の成膜装置等を含めて真空一貫基板処理装置とし、また、この真空一貫基板処理装置を構成する１つであるＡＬＤ装置の反応室の容積や、反応室内部の表面積を小さくして原料ガスの利用効率を高め、また、吸着／反応した後の原料ガスの排出時間を短縮して原料ガスの置換効率を高めると共に、基板以外に付着した薄膜の処理を容易にし、また、さらにこの反応室の下流側に設けた圧力調整バルブや真空ポンプの劣化を防止することができる真空成膜装置を備えた真空一貫基板処理装置及びこの処理装置を用いた成膜方法を提供することができるので、薄膜を形成することが必要な様々の技術分野で利用可能である。

【符号の説明】

【0143】

１１ 搬送室 １２ エッチング装置（処理室）
１３ ＡＬＤ装置 １４ プラズマクリーニング室（処理室）
１５ バッファチャンバー（処理室） １６ ガスクリーニング室（処理室）
１７ 加熱室（処理室） １８ ロードロック室（処理室）
２ 反応室 ２１ 基板支持ステージ
２２ 外チャンバー ２２ａ 側壁
２２ｂ 天板 ２２ｃ 底板
２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ バルブ ２３ 内チャンバー
２３ａ （内チャンバー用）天板部材 ２３ｂ 突起状部分
２３ｃ、２３ｄ バルブ ２４ ゲートバルブ
２５ 基板搬送・搬出口 ２６ 第１のバッファタンク
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ バルブ ２７ 第２のバッファタンク
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ バルブ ２８ エッチングガスタンク
３ 真空成膜装置 ３１ 外チャンバー
３１ａ 天板 ３２ 内チャンバー（反応室）
３２ａ 天板 ３２ｂ 底壁
３３ ゲートバルブ ３４ 搬送室
３５ ガスノズル ３６ 支持部材
３７、３７ａ、３７ｂ 上部防着板 ３８、３９、４１ 下部防着板
４０ 側壁防着板 ６１ トラップ
６２ 外筒部材 ６３ ガス導入口
６４ 排出口 ６５ 底部材
６６ 内筒部材 ６７ 加熱手段
７１ 第１のガス供給系 ７１ａ 第１の原料ガス容器
７１ｂ、７１ｃ、７１ｅ バルブ ７１ｄ バッファタンク
７２ 第２のガス供給系 ７２ａ 第２の原料ガス容器
７２ｂ、７２ｃ、７２ｅ バルブ ７２ｄ バッファタンク
７３ 供給系 ７３ａ 不活性ガス源
７３ｂ、７３ｄ バルブ ７３ｃ マスフローコントローラー
７４ 供給系 ７４ａ、７４ｃ バルブ
７４ｂ マスフローコントローラー ７５ 排出・排気系
７５ａ バルブ ７６ 圧力調整用バルブ
７７ 真空ポンプ Ｓ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】