特開 2024-174664 原子層堆積装置及び原子層堆積方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024174664

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】原子層堆積装置及び原子層堆積方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20241210BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20241210BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20241210BHJP

   C23C 16/22 20060101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 C

C23C16/455

C23C16/44 B

C23C16/22

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092608

(22)【出願日】2023-06-05

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-03-11

(71)【出願人】

【識別番号】500460782

【氏名又は名称】株式会社シー・ヴィ・リサーチ

(74)【代理人】

【識別番号】100121658

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 昌義

(72)【発明者】

【氏名】川浦 廣

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030AA11

4K030AA13

4K030AA16

4K030AA18

4K030BA02

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4K030BA29

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4K030BA43

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4K030FA01

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4K030LA18

5F045AA08

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5F045AD11

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5F045EK07

5F045EK10

5F045EK13

5F045EM02

5F045EN04

(57)【要約】

【課題】 ＡＬＤによる成膜を行うに際して、高品質の薄膜が得られる原子層堆積装置及び原子層堆積方法を提供する。
【解決手段】 高温でリアクタントと反応させるステップを終えた、サセプタ８に設けられた座グリ部９に載置された基板２４を、回転テーブル１８の回転によって反応室３内の別のポジションに移動させ、第３ステージ３０の凸部１３に近接させつつ、下方から第３ステージガスノズル５７を介して不活性ガスを座グリ部９と凸部１３の間に供給することにより、基板２４が急速に冷却される。このような構成により、低温でプリカーサを吸着させ、高温でリアクタントと反応させるＡＬＤ成膜を高速で行うことができ、高品質の薄膜が得られる。
【選択図】 図１２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応室と、
基板載置部が設けられた複数のサセプタと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するプリカーサノズルと、
前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給するリアクタントノズルと、
前記基板載置部が水平になるよう前記複数のサセプタを搭載し、前記反応室内で水平方向に回転することによって、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルと、
を備えた原子層堆積装置であって、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いこと
を特徴とする原子層堆積装置。

【請求項2】

前記第１の温度が５０～１５０℃、前記第２の温度が２５０～７００℃である、
請求項１記載の原子層堆積装置。

【請求項3】

前記基板載置部に載置した基板の温度を第３の温度に制御する第３ポジションを備える、
請求項１記載の原子層堆積装置。

【請求項4】

前記第３の温度が前記第１の温度よりも低い、
請求項３記載の原子層堆積装置。

【請求項5】

前記基板載置部に載置した基板と前記反応室外の基板とを交換する第４ポジションを備える、
請求項１記載の原子層堆積装置。

【請求項6】

前記第２ポジションの下方にランプユニットを備える、
請求項１記載の原子層堆積装置。

【請求項7】

前記第２ポジションの上方にプラズマ発生ユニットを備える、
請求項１記載の原子層堆積装置。

【請求項8】

前記第１ポジションにおいて、前記基板載置部に近接する第１ステージと、
前記第１ステージを所定の温度に制御する温度制御機構と、
前記第３ポジションにおいて、前記基板載置部に近接する第３ステージと、
前記第３ステージを所定の温度に制御する温度制御機構とを備える、
請求項３記載の原子層堆積装置。

【請求項9】

前記第１ポジションにおいて、前記基板載置部と前記第１ステージとの間に前記第１ステージの下方より不活性ガスを供給する第１ステージガスノズルと、
前記第３ポジションにおいて、前記基板載置部と前記第３ステージとの間に前記第３ステージの下方より不活性ガスを供給する第３ステージガスノズルを備える、
請求項８記載の原子層堆積装置。

【請求項10】

前記第１ステージ及び前記第３ステージの、前記基板載置部に対向する面に、不活性ガスの流路となる溝を備える、
請求項９記載の原子層堆積装置。

【請求項11】

全体として馬蹄形をなす、一部を欠いた円形のリングからなる複数のＣ形リングが、前記回転テーブル上に、前記第１ポジション及び前記第２ポジションにおける前記基板載置部と同心配置され、
前記複数のＣ形リングの上面が、前記反応室の天井面に近接する、
請求項１記載の原子層堆積装置。

【請求項12】

前記複数のＣ形リングとの間に隙間を設けつつ、前記複数のＣ形リングの間の空間を埋めるセンターブロックを備え、
前記センターブロックの上面が、前記反応室の天井面に近接する、
請求項１１記載の原子層堆積装置。

【請求項13】

前記センターブロックの外側において、前記回転テーブルにポジション間ガス排出口を備える、
請求項１２記載の原子層堆積装置。

【請求項14】

前記基板載置部と前記Ｃ形リングの間に、基板周辺部ガス排出口を備える、
請求項１１記載の原子層堆積装置。

【請求項15】

水平に配置された基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションとを備えた反応室内において、
前記基板載置部に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するとともに、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給しつつ、前記反応室を排気するステップと、
前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルを、前記反応室内で水平方向に回転するステップと、
を備えた原子層堆積方法であって、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いこと
を特徴とする原子層堆積方法。

【請求項16】

前記第１の温度が５０～１５０℃、前記第２の温度が２５０～７００℃である、
請求項１５記載の原子層堆積方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、発光ダイオード等の電子デバイス製造に用いられる原子層堆積装置及び原子層堆積方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による成膜技術は、広く半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、発光ダイオード等の電子デバイス製造に用いられている。

【0003】

ことに近年、非常に高価な極端紫外線（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）露光装置を用いることなく、極めて微細なパターン形成を可能とするダブルパターニング技術が開発されており、ＡＬＤはその鍵を握る技術として注目されている。これは、パターニングされた有機レジスト膜上に、これが劣化しないよう２００℃程度以下の温度で、均一かつステップカバレッジの良い成膜方法により、１０～２０ｎｍ程度の厚さのシリコン又は金属の酸化膜を成膜する技術である。

【0004】

一方、エンジン、ブレーキなどが高度に電子制御される自動車には、パワー半導体が欠かせない存在となっている。世界的に電気自動車（ＥＶ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）化が推進されているが、電気自動車の高性能化にもパワー半導体の高性能化が必要不可欠である。パワー半導体の高性能化の手法の一つとして、Ｓｉ基板を、高耐圧・高電流対応が可能なＳｉＣ基板やＧａＮ基板に置き換えることが進められている。ＳｉＣ基板やＧａＮ基板を用いたパワー半導体において、とくに窒化膜の膜質は重要であるため、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の代わりにＡＬＤが導入されつつある。例えば、ＧａＮデバイスにおいて、ＡＬＤ技術を用いて窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層を形成することにより、窒化アルミニウム層の無い素子に比べ、大幅なチャネル移動度の向上が実現されている（例えば、非特許文献１を参照）。

【0005】

その他にも、ＡＬＤ技術は、Ｈｉｇｈ－ｋ／Ｍｅｔａｌゲート形成、ＴｉＮやＲｕ等を用いたＤＲＡＭキャパシタ上下電極形成、ＳｉＮを用いたゲート電極サイドウォール形成、コンタクト及びスルーホールにおけるバリアシード形成、ＮＡＮＤフラッシュメモリのＨｉｇｈ－ｋ絶縁膜やチャージトラップ膜形成等、多くの工程で利用されつつある。また、ＡＬＤ技術は、フラットパネルディスプレイ、ＬＥＤ、太陽電池においても、ＩＴＯ膜形成やパッシベーション膜形成において利用されている。

【0006】

従来のＡＬＤにおいて、枚葉式、バッチ式（例えば、特許文献１を参照）が広く知られているが、しばしば処理速度（単位時間当たりに処理できる基板数）の低さが問題となり、これまでに様々な工夫がなされてきた（例えば、特許文献２を参照）。工夫の一つとして、回転型セミバッチＡＬＤ装置が開発された。回転型セミバッチＡＬＤ装置において、円筒型真空容器が、二つの反応ガス室と、それらの間に配置された二つのパージガス室からなる合計四つの扇型サブチャンバーに分割され、各サブチャンバー中心部上方に反応ガス供給手段が配置され、ガス排気部は二つのパージガス室の下部に設置されている。ディスク状テーブルを回転することにより、テーブル上の複数の被処理基板が各サブチャンバーを通過し、ＡＬＤ成膜が行われる（例えば、特許文献３を参照）。

【0007】

改良型の回転型セミバッチＡＬＤ装置として、ガスカーテン式がある。ガスカーテン式回転型セミバッチＡＬＤ装置においては、反応ガス供給手段の間にパージガスをカーテンのように流すことによって、反応ガスの混合が抑制される（例えば、特許文献４を参照）。

【0008】

なお、スパッタリングによる成膜装置としては、回転搬送テーブルにより搬送されるディスク状被処理物に多層膜を堆積する装置において、ディスク状被処理物を冷却する冷却機構を具備するものが開示されている（例えば、特許文献５及び６を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００４－６８０１号公報

【特許文献2】特開２０１４－２０１８０４号公報

【特許文献3】米国特許公報５２２５３６６号

【特許文献4】米国特許公報６５７６０６２号

【特許文献5】特開２００５－３２５４２８号公報

【特許文献6】特開２０２０－９７７７９号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】蔵口、梶原、向井、東芝レビュー、７５巻６号（２０２０）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、従来例に示した特許文献１～４に記載のＡＬＤ技術では、良好な膜質が得られないという問題点があった。リアクタントを基板と反応させるステップでは、基板温度を所定の温度まで上げる必要があるが、プリカーサを基板と反応させるステップも同様に高温で行っている。すると、プリカーサの分解によって生じる炭素が膜中に取り込まれてしまい、膜質が悪くなってしまうものと考えられる。

【0012】

また、従来例に示した特許文献５及び６に記載の技術はスパッタリング成膜に関するものであり、ＡＬＤによる成膜はできない。スパッタリングは通常、ガスによる熱伝達がほとんど起きない１Ｐａ程度以下の低圧で成膜を行う必要があるため、基板を昇降させるなどの複雑な機構を使って冷却を行っているが、このような冷却機構は一般に数百Ｐａの圧力で成膜を行うＡＬＤには不向きである。

【0013】

本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、ＡＬＤによる成膜を行うに際して、高品質の薄膜が得られる原子層堆積装置及び原子層堆積方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本願の第１発明の原子層堆積装置は、反応室と、基板載置部が設けられた複数のサセプタと、前記基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションと、前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するプリカーサノズルと、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給するリアクタントノズルと、前記基板載置部が水平になるよう前記複数のサセプタを搭載し、前記反応室内で水平方向に回転することによって、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルと、を備えた原子層堆積装置であって、前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とするものである。

【0015】

本願の第１発明の原子層堆積装置において、好適には、前記第１の温度が５０～１５０℃、前記第２の温度が２５０～７００℃であることが望ましい。

【0016】

また、好適には、前記基板載置部に載置した基板の温度を第３の温度に制御する第３ポジションを備えることが望ましい。

【0017】

さらに好適には、前記第３の温度が前記第１の温度よりも低いことが望ましい。

【0018】

また、好適には、前記基板載置部に載置した基板と前記反応室外の基板とを交換する第４ポジションを備えることが望ましい。

【0019】

また、好適には、前記第２ポジションの下方にランプユニットを備えることが望ましい。

【0020】

また、好適には、前記第２ポジションの上方にプラズマ発生ユニットを備えることが望ましい。

【0021】

また、好適には、前記第１ポジションにおいて、前記基板載置部に近接する第１ステージと、前記第１ステージを所定の温度に制御する温度制御機構と、前記第３ポジションにおいて、前記基板載置部に近接する第３ステージと、前記第３ステージを所定の温度に制御する温度制御機構とを備えることが望ましい。

【0022】

さらに好適には、前記第１ポジションにおいて、前記基板載置部と前記第１ステージとの間に前記第１ステージの下方より不活性ガスを供給する第１ステージガスノズルと、前記第３ポジションにおいて、前記基板載置部と前記第３ステージとの間に前記第３ステージの下方より不活性ガスを供給する第３ステージガスノズルを備えることが望ましい。

【0023】

さらに好適には、前記第１ステージ及び前記第３ステージの、前記基板載置部に対向する面に、不活性ガスの流路となる溝を備えることが望ましい。

【0024】

また、好適には、全体として馬蹄形をなす、一部を欠いた円形のリングからなる複数のＣ形リングが、前記回転テーブル上に、前記第１ポジション及び前記第２ポジションにおける前記基板載置部と同心配置され、前記複数のＣ形リングの上面が、前記反応室の天井面に近接することが望ましい。

【0025】

さらに好適には、前記複数のＣ形リングとの間に隙間を設けつつ、前記複数のＣ形リングの間の空間を埋めるセンターブロックを備え、前記センターブロックの上面が、前記反応室の天井面に近接することが望ましい。

【0026】

さらに好適には、前記センターブロックの外側において、前記回転テーブルにポジション間ガス排出口を備えることが望ましい。

【0027】

また、好適には、前記基板載置部と前記Ｃ形リングの間に、基板周辺部ガス排出口を備えることが望ましい。

【0028】

本願の第２発明の原子層堆積方法は、水平に配置された基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションとを備えた反応室内において、前記基板載置部に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するとともに、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給しつつ、前記反応室を排気するステップと、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルを、前記反応室内で水平方向に回転するステップと、を備えた原子層堆積方法であって、前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とするものである。

【0029】

本願の第２発明の原子層堆積方法において、好適には、前記第１の温度が５０～１５０℃、前記第２の温度が２５０～７００℃であることが望ましい。

【0030】

このような構成により、高品質の薄膜が得られる原子層堆積装置及び原子層堆積方法を提供することができる。

【発明の効果】

【0031】

本発明によれば、ＡＬＤによる成膜を行うに際して、高品質の薄膜が得られる原子層堆積装置及び原子層堆積方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明の実施の形態１における原子層堆積装置の構成を示す平面図

【図2】本発明の実施の形態１におけるサセプタの構成を示す斜視図及び断面図

【図3】本発明の実施の形態１における第１ステージの構成を示す斜視図

【図4】本発明の実施の形態１における回転テーブルの構成を示す分解斜視図

【図5】本発明の実施の形態１における回転テーブルの構成を示す斜視図

【図6】本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す分解斜視図

【図7】本発明の実施の形態１における蓋の構成を示す分解斜視図

【図8】本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す分解斜視図

【図9】本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す平面図

【図10】本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す断面図

【図11】本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す断面図

【図12】本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す断面図

【図13】本発明の実施の形態１における回転テーブルの構成を示す平面図

【図14】本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す平面図

【図15】本発明の実施の形態１におけるサセプタの構成を示す斜視図及び断面図

【図16】本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す断面図

【図17】本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す断面図

【図18】本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す断面図

【図19】本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す断面図

【図20】本発明の実施の形態１における成膜反応の構成を示す概念図

【図21】本発明の実施の形態１における成膜反応の構成を示す概念図

【図22】本発明の実施の形態２におけるサセプタの構成を示す斜視図及び断面図

【図23】本発明の実施の形態３におけるサセプタの構成を示す斜視図及び断面図

【図24】本発明の実施の形態４における反応室の構成を示す断面図

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、本発明の実施の形態における原子層堆積装置及び原子層堆積方法について、図面を用いて説明する。

【0034】

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１～図２１を参照して説明する。

【0035】

図１は、実施の形態１における原子層堆積装置の構成を示すもので、搬送系も含めた装置全体の平面図である。

【0036】

なお、以降の説明をわかりやすくするため、各図中にｘ、ｙ、ｚの軸方向を示す図を入れている。図１の場合、ｘ軸は図の左から右に向かう向き、ｙ軸は図の下から上に向かう向き、ｚ軸は紙面の奥から手前に向かう向きである。

【0037】

図１において、予備室１及び２と、反応室３及び４が、ゲート５を介してロボット室６に接続されている。ロボット室６はロボット７を備えており、予備室１又は２と、反応室３又は４との間で基板の搬送を行う。予備室１及び２をロードロック室とし、反応室３及び４とロボット室６を常時真空状態で運転してもよいし、予備室１及び２とロボット室６を常時大気状態とし、反応室３及び４を大気状態にして基板の出し入れを行い、真空状態にして成膜する構成としてもよい。なお、「真空」とは減圧状態のことであり、大気圧よりも低い圧力を意味する。また、ロボット室６がさらに基板のアライメントをする機能を備えてもよい。

【0038】

図２は、本発明の実施の形態１におけるサセプタの構成を示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）であり、基板をサセプタに載置していない状態を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）をサセプタの中心を含むｙｚ平面に平行な面で切断したときの断面図である。

【0039】

図２において、サセプタ８は、全体が基板と相似形（円形）であり、基板載置部としての円形の座グリ部９を備える。また、座グリ部９の周辺３箇所に、基板周辺部ガス排出口としてのスリット１０が設けられ、座グリ部９の縁部近傍３箇所に、基板搬送時にリフトピンを通すためのピン穴１１が設けられている。スリット１０及びピン穴１１は、いずれも円周方向に等配されている。サセプタ８の材質としては、耐熱性に優れ、熱伝導率が高く、変形・変質しにくいものが好ましく、炭化珪素などを用いることができる。

【0040】

図３は、本発明の実施の形態１における第１ステージの構成を示す斜視図である。図３において、第１ステージ１２は、全体として円柱形の凸部１３と、凸部１３よりも直径の大きな円柱からなる底部１４からなる。凸部１３の上面の外周部３箇所が切り欠かれており、段差部１５が形成されている。３つの段差部１５は、円周方向に等配されている。凸部１３の上面には、不活性ガスの流路となる溝１６が設けられている。第１ステージ１２の中央部に、下方より不活性ガスを供給する第１ステージガスノズル１７が設けられている。

【0041】

図４は、本発明の実施の形態１における回転テーブルの構成を示す分解斜視図である。また、図５は、本発明の実施の形態１における回転テーブルの構成を示す斜視図であり、図４を組み立てた後の状態を示す図である。

【0042】

図４及び図５において、回転テーブル１８には、回転軸としてのシャフト１９、３枚のサセプタ８を搭載するための３つのサセプタホルダ２０（貫通穴）、及び３つのポジション間ガス排出口２１が設けられている。３つのポジション間ガス排出口２１は、３つのサセプタホルダ２０のうちの２つの中間位置に配置されている。また、全体として馬蹄形をなす、一部を欠いた円形のリングからなる３つのＣ形リング２２が、回転テーブル１８上に、サセプタホルダ２０と同心配置されている。Ｃ形リング２２の円が欠けた部分は、回転テーブル１８の外側に向くように配置されている。３つのＣ形リングのうち２つのＣ形リングとの間に隙間を設けつつ、３つのＣ形リングの間の空間を埋めるセンターブロック２３が設けられている。センターブロック２３の外側において、回転テーブル１８にポジション間ガス排出口２１が設けられている構成である。

【0043】

図６は、本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す分解斜視図である。図６において、３つのサセプタ８上の座グリ部に各１枚ずつ、合計３枚の基板２４が搭載される。３つのサセプタ８は、３つのサセプタホルダ２０にはめ込まれる。つまり、３つのＣ形リング２２は、回転テーブル１８上に、第１ポジション、第２ポジション、及び第３ポジションにおける基板載置部としての座グリ部と同心配置される。反応室３は、外形は直方体であるが、円柱状の内部空間が設けられている。シャフト１９が、反応室３の底面２５に設けられたシャフト穴２６に挿入される。反応室３の底面２５に、第１ポジション底穴２７、第２ポジション底穴２８、第３ポジション底穴２９が、円周方向に等配されている。第１ポジション底穴２７に、下方から第１ステージ１２の凸部が挿入され、第３ポジション底穴２９に、下方から第３ステージ３０の凸部が挿入される。第３ステージ３０は、第１ステージ１２と同様の構成である。第２ポジション底穴２８に、下方から石英ガラス窓３１がはめ込まれる。反応室３の底面２５には、さらにリフトピンを通すためのピン穴３２が３箇所に設けられており、リフトピンホルダ３３に固定された３本のリフトピン３４が挿入される。また、反応室３の底面２５に、第１ポジション底穴２７、第２ポジション底穴２８、第３ポジション底穴２９のうちの２つの中間位置に、３つのガス排気口３５が設けられている。反応室３の側面に、基板２４交換用のゲート開口３６が設けられている。

【0044】

図７は、本発明の実施の形態１における蓋の構成を示す分解斜視図である。図７において、最上部にガス導入部３７が設けられた石英チューブ３８の周囲にコイル３９が巻かれており、第２ポジションの上方に配置されるプラズマ発生ユニットを構成する。石英チューブ３８の底部は、蓋４０の第２ポジションの直上に相当する位置に設けられた開口部４１にはめ込まれる。蓋４０の第１ポジションの直上に相当する位置にガス導入穴４２、第３ポジションの直上に相当する位置にガス導入穴４３が設けられ、下方から、多数のシャワー穴４４が設けられた２つのシャワープレート４５がはめ込まれる。

【0045】

図８は、本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す分解斜視図である。石英チューブ３８がはめ込まれた蓋４０が、反応室３の上にはめ込まれる。

【0046】

図９は、本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す平面図であり、反応室３を上から見た図である。ただし、簡単のため、主要部品のみを表示している。

【0047】

図１０は、本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す断面図であり、図９において、第１ポジションの中心を通る、ｘｙ平面に垂直なＡ－Ａ断面を矢印ａの向きに見たものである。

【0048】

図１０において、水平に配置された、サセプタ８上の基板載置部としての座グリ部９に、基板２４が載置されている。この図において、基板２４は第１ポジションに位置する。反応室３内において、座グリ部９とＣ形リング２２の間に、基板周辺部ガス排出口としてのスリット１０が設けられ、座グリ部９の縁部近傍に、基板搬送時にリフトピンを通すためのピン穴１１が設けられている。座グリ部９に近接する第１ステージ１２は、凸部１３と、凸部１３よりも直径の大きな底部１４からなる。凸部１３の上面の外周部が切り欠かれており、段差部１５が形成されている。第１ステージ１２の中央部に、下方より不活性ガスを供給する第１ステージガスノズル１７が設けられている。回転テーブル１８には、回転軸としてのシャフト１９、ポジション間ガス排出口２１が設けられている。Ｃ形リング２２が、回転テーブル１８上に配置され、その上面は反応室３の天井面に近接している。Ｃ形リング２２との間に隙間４７を設けつつ、センターブロック２３が設けられており、その上面は反応室３の天井面に近接している。シャフト１９は、反応室３の底面２５に設けられたシャフト穴２６に挿入されている。反応室３の底面２５に、ガス排気口３５が設けられている。

【0049】

蓋４０にガス導入穴４２が設けられ、下方から、プリカーサノズルとしての多数のシャワー穴４４が設けられたシャワープレート４５がはめ込まれ、プリカーサを含むガス供給マニホールド４６が構成されている。プリカーサの液化を防止するため、プリカーサを含むガスに接触する部分を加熱することが好ましく、蓋４０及びシャワープレート４５に温度制御機構（流体流路、抵抗加熱ヒーターなど）を設けてもよい。このとき、蓋４０及びシャワープレート４５の温度は４０～１５０℃程度、典型的には８０℃に制御することが好ましい。

【0050】

回転テーブル１８のサセプタホルダ２０（サセプタ８がはめ込まれている貫通穴）の周囲に、冷媒流路４８が設けられている。冷媒流路４８には、冷媒導入管４９より冷媒が供給される。基板２４の温度を第１の温度に制御する目的で、第１ステージ１２の凸部１３の内部に、第１ステージ１２を所定の温度に制御する温度制御機構５０が設けられている。温度制御機構５０は、流体流路であってもよいし、抵抗加熱ヒーターであってもよい。

【0051】

図１１は、本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す断面図であり、図９において、第２ポジションの中心を通る、ｘｙ平面に垂直なＢ－Ｂ断面を矢印ｂの向きに見たものである。

【0052】

図１１において、サセプタ８上の基板載置部としての座グリ部９に、基板２４が載置されている。この図において、基板２４は第２ポジションに位置する。反応室３内において、座グリ部９とＣ形リング２２の間に、基板周辺部ガス排出口としてのスリット１０が設けられ、座グリ部９の縁部近傍に、基板搬送時にリフトピンを通すためのピン穴１１が設けられている。回転テーブル１８には、回転軸としてのシャフト１９、ポジション間ガス排出口２１が設けられている。Ｃ形リング２２が、回転テーブル１８上に配置され、その上面は反応室３の天井面に近接している。Ｃ形リング２２との間に隙間４７を設けつつ、センターブロック２３が設けられており、その上面は反応室３の天井面に近接している。シャフト１９は、反応室３の底面２５に設けられたシャフト穴２６に挿入されている。反応室３の底面２５に、ガス排気口３５が設けられている。回転テーブル１８のサセプタホルダ２０（サセプタ８がはめ込まれている貫通穴）の周囲に、冷媒流路４８が設けられている。

【0053】

蓋４０に、最上部にリアクタントノズルとしてのガス導入部３７が設けられた石英チューブ３８と、その周囲に巻かれたコイル３９からなるプラズマ発生ユニットが設けられている。プラズマ発生ユニットは、シールド５１によって囲われ、電磁ノイズの発生が抑制される。

【0054】

反応室３の下方から石英ガラス窓３１がはめ込まれ、その下方にランプ５２及び反射板５３からなるランプユニットが設けられている。ランプ５２からの光を効率よくサセプタ８の裏面に照射するとともに、回転テーブル１８に照射される光を低減するため、冷媒流路などの冷却機構を備えた反射リング５４が設けられている。反射リング５４には、速やかにガスの排気が行えるよう、図示しない貫通穴を設けてもよい。なお、ここでは、基板の温度を制御する方法としてランプ５２を用いるものを例示したが、抵抗加熱ヒーターなど、他の方法を用いてもよい。反応室３の底面２５に、リフトピンを通すためのピン穴３２が設けられており、リフトピンホルダ３３に固定されたリフトピン３４が挿入されている。リフトピンホルダ３３はベローズ５５に固定されて昇降可能となっており、ケース５６内に収納されている。反応室３の側面に、基板２４交換用のゲート開口３６が設けられている。

【0055】

図１２は、本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す断面図であり、図９において、第３ポジションの中心を通る、ｘｙ平面に垂直なＣ－Ｃ断面を矢印ｃの向きに見たものである。

【0056】

図１２において、サセプタ８上の基板載置部としての座グリ部９に、基板２４が載置されている。この図において、基板２４は第３ポジションに位置する。反応室３内において、座グリ部９とＣ形リング２２の間に、基板周辺部ガス排出口としてのスリット１０が設けられ、座グリ部９の縁部近傍に、基板搬送時にリフトピンを通すためのピン穴１１が設けられている。座グリ部９に近接する第３ステージ３０は、凸部１３と、凸部１３よりも直径の大きな底部１４からなる。凸部１３の上面の外周部が切り欠かれており、段差部１５が形成されている。第３ステージ３０の中央部に、下方より不活性ガスを供給する第３ステージガスノズル５７が設けられている。回転テーブル１８には、回転軸としてのシャフト１９、ポジション間ガス排出口２１が設けられている。Ｃ形リング２２が、回転テーブル１８上に配置され、その上面は反応室３の天井面に近接している。Ｃ形リング２２との間に隙間４７を設けつつ、センターブロック２３が設けられており、その上面は反応室３の天井面に近接している。シャフト１９は、反応室３の底面２５に設けられたシャフト穴２６に挿入されている。反応室３の底面２５に、ガス排気口３５が設けられている。

【0057】

蓋４０にガス導入穴４３が設けられ、下方から、パージノズルとしての多数のシャワー穴４４が設けられたシャワープレート４５がはめ込まれ、パージガス供給マニホールド５８が構成されている。

【0058】

回転テーブル１８のサセプタホルダ２０（サセプタ８がはめ込まれている貫通穴）の周囲に、冷媒流路４８が設けられている。冷媒流路４８に供給された冷媒は、冷媒排出管５９より排出される。基板２４の温度を第３の温度に制御する目的で、第３ステージ３０の凸部１３の内部に、第３ステージ３０を所定の温度に制御する温度制御機構６０が設けられている。温度制御機構６０は、流体流路であってもよいし、抵抗加熱ヒーターであってもよい。

【0059】

図１３は、本発明の実施の形態１における回転テーブルの構成を示す平面図であり、図１０におけるＤ－Ｄ断面（水平面）を示す図である。図１３において、回転テーブル１８には、３枚のサセプタ８を搭載するための３つのサセプタホルダ２０（貫通穴）、及び３つのポジション間ガス排出口２１が設けられている。３つのサセプタホルダ２０の周囲に、冷媒流路４８が設けられている。冷媒流路４８には、冷媒導入管４９より冷媒が供給され、冷媒排出管５９より排出される。このように回転テーブル１８を冷却するのは、熱による変形を避けるためである。後述の説明から明らかなように、反応室３内では基板２４及びサセプタ８が最も高温となるので、サセプタホルダ２０の周辺を冷却しておくことで、回転テーブル１８の変形を効果的に抑制できる。

【0060】

図１４は、本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す平面図であり、反応室３を上から見た図である。ただし、簡単のため、主要部品のみを表示している。図１４においては、図９とは異なり、第１ポジション、第２ポジション、第３ポジションに対応するいずれの位置にもサセプタホルダは位置せず、第４ポジションにのみ１つのサセプタホルダが位置している。つまり、図９において、回転テーブル１８を６０度回転させた状態を示す。

【0061】

図１５は、本発明の実施の形態１におけるサセプタの構成を示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）であり、基板をサセプタに載置していない状態を示す図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）をサセプタの中心を含むｙｚ平面に平行な面で切断したときの断面図である。

【0062】

図１５において、サセプタ８は、全体が基板と相似形（円形）であり、基板載置部としての円形の座グリ部９を備える。また、座グリ部９の周辺４箇所に、基板周辺部ガス排出口としてのスリット１０が設けられ、座グリ部９の縁部近傍４箇所に、基板搬送時にリフトピンを通すためのピン穴１１が設けられている。スリット１０及びピン穴１１は、いずれも円周方向に等配されている。図１５に示すサセプタ８は、図２に示すサセプタ８とは、スリット１０及びピン穴１１の数と配置が異なった例である。なお、このようなサセプタ８を用いる場合は、第１ステージ及び第３ステージに設ける段差部１５の配置も、スリット１０の配置に合わせて変更する必要がある。つまり、段差部１５を４箇所設け、スリット１０と段差部１５を、上下に同位置に配置する。

【0063】

図１６～図１９は、本発明の実施の形態１における反応室の構成を示す断面図であり、図１４において、第４ポジションの中心を通る、ｘｙ平面に垂直なＥ－Ｅ断面を矢印ｅの向きに見たものである。図１６～図１９は、基板交換の手順を説明するためのものであり、詳細は後述する。

【0064】

図２０及び図２１は、本発明の実施の形態１における成膜反応の構成を示す概念図であるが、詳細は後述する。

【0065】

簡単のため、予備室１及び２をロードロック室とし、反応室３及び４とロボット室６を常時真空状態で運転する場合について、動作を説明する。予備室１又は２とロボット室６の間のゲート５を開けた状態で、予備室１又は２からロボット７で基板２４を取り出し、ロボット室６と反応室３の間のゲート５を開けた状態で、ゲート開口３６を介して基板２４を反応室３内の座グリ部９に載置する。つまり、反応室３内に設けられた基板載置部としての座グリ部９に、反応室３外から基板２４を移動させて載置する。このとき、回転テーブル１８の回転は停止し、３つのサセプタ８のうちの１つが第４ポジションに位置するようにしておく。ここで、回転テーブル１８は、座グリ部９が水平になるよう複数のサセプタ８を搭載し、反応室３内で水平方向に回転することによって、座グリ部９を第１ポジション、第２ポジション、第３ポジション、及び第４ポジションに配置する機構である。

【0066】

ここで、基板交換の手順について説明する。説明をわかりやすくするため、座グリ部９の周辺４箇所に、基板周辺部ガス排出口としてのスリット１０が設けられ、座グリ部９の縁部近傍４箇所に、基板搬送時にリフトピンを通すためのピン穴１１が設けられている、図１５に示すサセプタ８を用いる例を使う。図１６において、成膜が完了した基板２４がサセプタ８上の座グリ部９に載置されている。このとき、基板２４は、座グリ部９に載置した基板２４と反応室３外の基板２４とを交換する第４ポジションに位置する。第４ポジションは、ゲート開口３６に最も近いポジションである。次に、図１７に示すように、リフトピンホルダ３３を上昇させると、リフトピン３２がピン穴１１を貫通し、基板２４を上方に持ち上げる。次いで、図１８に示すように、ゲート開口３６を介して、ロボット室６からロボット７を反応室３内に挿入し、ロボット７の先端を基板２４の下方に移動させる。このとき、Ｃ形リング２２の円が欠けた部分が、回転テーブル１８の外側に向くように配置されているため、ロボット７とＣ形リング２２が干渉する恐れはない。次に、図１９に示すように、リフトピンホルダ３３を下降させて基板２４をロボット７の先端に載置する。この後、ロボット７をロボット室６に戻すことで、基板２４を反応室３から取り出す。基板２４を反応室３内に搬送する際は、上記とは逆の手順の操作を行う。

【0067】

次に、回転テーブル１８を回転させ、隣の座グリ部９に基板２４を載置する。この操作を繰り返し実行することで、反応室３内のすべての座グリ部９に基板２４を載置する。すでに成膜処理が完了した基板２４を座グリ部９から取り出し、未成膜の基板２４を座グリ部９に載置する基板交換の操作を、座グリ部９ごとに連続して行ってもよいし、反応室３内のすべての成膜済み基板２４を座グリ部９から取り出した後、未成膜の基板２４を座グリ部９に順次載置してもよい。基板２４の交換又は載置操作を実行中は、すべてのガスノズルから少量のパージガス又は不活性ガスを反応室３内に供給し、反応室３がロボット室６に対して陽圧となるようにしておく。こうすることで、ゲート５を開放したことによってロボット室６から反応室３内に混入しうる、不要なガスの濃度を最小限にすることができる。

【0068】

反応室３内のすべての座グリ部９に基板２４を載置し終えたら、ゲート５を閉じ、数秒の間、すべてのガスノズルから少量のパージガス又は不活性ガスを反応室３内に供給しておく。こうすることで、ゲート５を開放したことによってロボット室６から反応室３内に混入しうる、不要なガスの濃度を低減させることができる。なお、パージガス又は不活性ガスとしては、Ａｒなどの希ガスや窒素ガス（Ｎ_２）を用いることができる。

【0069】

次いで、回転テーブル１８を回転させるステップ、並びに、各種ガスを供給するとともにランプユニット及びプラズマ発生ユニットを動作させるステップとを繰り返し行うことにより、原子層堆積プロセスを実行する。以降、１枚の基板２４に着目してプロセスの流れを説明する。

【0070】

まず、基板２４は第１ポジションに送られる（図１０）。第１ポジションの基板２４の位置の直下に第１ステージ１２が配置されており、第１ステージの凸部１３は、その内部に温度制御機構５０が設けられている。凸部１３の温度を、基板２４の温度を５０～１５０℃（とくにプリカーサとしてＴＭＡを用いる場合は、１００～１５０℃）に制御するのに適した温度に制御する。プロセス条件や装置を構成する各種部品の材質等によって変わってくるが、凸部１３の温度を、狙いとする基板２４の温度に対して±１０℃程度の温度に制御すればよい。第１ステージガスノズル１７からサセプタ８の裏面に不活性ガスを供給すると、凸部１３の座グリ部９に対向する面に設けられた、不活性ガスの流路となる溝１６を介して、サセプタ８の裏面全体に不活性ガスが速やかに行き渡り、サセプタ８の裏面と凸部１３の上面との間で熱伝達が生じ、基板２４の温度を５０～１５０℃に安定させることができる。不活性ガスとしてＡｒなどの希ガスや窒素ガス（Ｎ_２）を用いることができるが、熱伝達率の大きいＨｅを用いることで、サセプタ８と凸部１３との温度差を速やかに最小化できる。この不活性ガスは、回転テーブル１８よりも上方へ到達することなく、ほとんどがガス排気口３５から排気される。なお、ガス排気口３５の後段には、図示しない真空ポンプが接続されている。基板２４が下方からの不活性ガスの供給によって飛び上がったり振動したりしないよう、ガス導入穴４２からパージガスを同時に供給してもよい。サセプタ８と凸部１３との間の熱伝達を確保するためには、反応室３内の圧力を１００～１０００Ｐａにすることが望ましい。反応室３内の圧力が１００Ｐａ未満だと、サセプタ８と凸部１３との間の熱伝達が不十分となり、逆に１０００Ｐａを超えると、数百Ｐａで実行するプリカーサの吸着プロセスを実行するための調圧に時間がかかる。

【0071】

ガス導入穴４２からプリカーサを含むガスを供給すると、プリカーサを含むガス供給マニホールド４６が速やかにプリカーサを含むガスで満たされ、第１ポジションに配置された座グリ部に載置された基板２４に向けて、プリカーサを含むガスがシャワー状に供給される。プリカーサの一部が基板２４表面と反応するが、残りのガスは、スリット１０から回転テーブル１８の下方に流れ、段差部１５を通ってガス排気口３５から排気される。スリット１０と段差部１５は、上下に同位置に配置されているため、不要なガスは速やかに排気される。Ｃ形リング２２及びセンターブロック２３は、プリカーサを含むガスが、第２ポジション、第３ポジション、第４ポジションに混入するのを効果的に抑制する。Ｃ形リング２２を乗り越えてわずかに第１ポジションから流出したプリカーサを含むガスは、Ｃ形リング２２とセンターブロック２３の間の隙間４７を通って、ポジション間ガス排出口２１（図１１のポジション間ガス排出口２１及び図１２のポジション間ガス排出口２１）から排出される。

【0072】

プリカーサは、成膜したい膜種に合わせて適宜選択できる。例えば、ＡｌＮ又はＡｌ_２Ｏ_３を成膜する場合はＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＺｒＯ_２を成膜する場合はＴＥＭＡＺ（テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム）、ＴｉＯ_２を成膜する場合はメチルシクロペンタジエニルトリスジメチルアミノチタン、ＳｉＯ_２を成膜する場合は３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）を用いることができる。プリカーサは、バブラー、気化装置、超音波振動、インジェクションなどを用いて供給するが、その供給量は、３～３０ｍｇ／回程度、典型的には１０ｍｇ／回になるよう、プロセスに応じて調整する。プリカーサを単独で反応室３に供給するのは困難なため、通常は希ガスなどの不活性ガスで希釈する。典型的にはＡｒガスで希釈するが、希釈ガスの流量は１０～１０００ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）程度、典型的には１００ｓｃｃｍである。また、プリカーサの液化を防止するため、希釈ガスを加熱することが好ましい。希釈ガスの温度は４０～１５０℃程度、典型的には８０℃である。基板２４がプリカーサを含むガスに曝されると、基板２４の表面にプリカーサ分子が吸着する。その反応は自己制御的であり、基板２４表面に吸着可能なサイトがなくなった時点で吸着反応は終了する。つまり、基板２４表面において、ほぼ均一に原子一層分のプリカーサ分子が吸着した状態が得られる。ＧａＮ基板に対してＴＭＡを用いる場合の反応を模式的に示したものが図２０（ａ）である。

【0073】

次に、ガス導入穴４２からパージガスを供給すると、プリカーサを含むガス供給マニホールド４６が速やかにパージガスで満たされ、第１ポジションに配置された座グリ部に載置された基板２４に向けて、パージガスがシャワー状に供給される。同時に、第１ポジション近傍に残留していたプリカーサが、反応室３から排気される。このとき用いるパージガスの流量は、１０～１０００ｓｃｃｍ程度、典型的には１００ｓｃｃｍである。この反応を模式的に示したものが図２０（ｂ）である。

【0074】

次いで、回転テーブル１８を水平方向に１２０度回転させ、基板２４を第２ポジションに移動させる（図１１）。回転テーブル１８を回転させる際は、すべてのガスノズルから少量のパージガス又は不活性ガスを反応室３内に供給する。第２ポジションの基板２４の位置の直下に石英ガラス窓３１が配置されており、その下方に配置されたランプ５２により、サセプタ８及び基板２４が加熱される。サセプタ８又は基板２４の温度を図示しない放射温度計などによりモニタリングすることで、基板２４の温度を２５０～７００℃（とくにＴＭＡを用いて窒化膜を成膜する場合は、５００～７００℃）に制御することができる。

【0075】

ガス導入部３７から矢印の向きにリアクタントを含むガスを供給すると、第２ポジションに配置された座グリ部に載置された基板２４に向けて、リアクタントを含むガスが供給される。このとき、コイル３９に高周波電力を供給することにより、石英チューブ３８内に誘導結合型プラズマが発生し、第２ポジション近傍に拡散する。リアクタントや、電離によって生成されるイオン及びラジカルの一部が基板２４表面と反応するが、残りのガスは、スリット１０から回転テーブル１８の下方に流れ、ガス排気口３５から排気される。Ｃ形リング２２及びセンターブロック２３は、リアクタントを含むガスが、第１ポジション、第３ポジション、第４ポジションに混入するのを効果的に抑制する。Ｃ形リング２２を乗り越えてわずかに第１ポジションから流出したリアクタントを含むガスは、Ｃ形リング２２とセンターブロック２３の間の隙間４７を通って、ポジション間ガス排出口２１（図１０のポジション間ガス排出口２１及び図１２のポジション間ガス排出口２１）から排出される。

【0076】

リアクタントは適宜選択できるが、酸化膜を成膜する場合は、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２Ｏ_２、オゾンなどが利用可能である。窒化膜を成膜する場合は、窒化剤、例えばＮＨ_３を用いることができる。あるいは、ＮＨ_３、Ｈ_２、Ｎ_２の混合ガスを用いてもよい。リアクタントが常温で液体の物質であれば、プリカーサと同様、バブラー、気化装置、超音波振動、インジェクションなどを用いて供給する。例えばＮＨ_３を用いる場合、その供給量は、１～１００ｍｇ／回程度、典型的には１０ｍｇ／回になるよう、プロセスに応じて調整する。リアクタントは、希ガスなどの不活性ガスで希釈してもよい。典型的にはＡｒガスで希釈するが、希釈ガスの流量は１０～１０００ｓｃｃｍ程度、典型的には１００ｓｃｃｍである。プラズマによってリアクタントはより活性化され、基板２４との反応が促進される。基板２４表面に吸着したプリカーサとリアクタントとの反応により、およそ原子一層分の薄膜が基板２４表面に成膜される。例えば、プリカーサとしてＴＭＡ、リアクタントとしてＮＨ_３を用いる場合、ＮＨ_３がプリカーサのメチル基と反応して副生成物のメタン（ＣＨ_４）が生じ、メタンはガス排気口３５から反応室３外に排出される一方、基板２４表面にＡｌＮが残り、薄膜となる。プリカーサとしてＴＭＡ、リアクタントとしてＮＨ_３、Ｈ_２、Ｎ_２の混合ガスを用いる場合の反応を模式的に示したものが図２０（ｃ）である。ここでは、最表面のＮ原子は、２つのＨ原子により終端されている。つまり、表面はアミノ基で終端される。

【0077】

次に、ガス導入部３７からパージガスを供給すると、第２ポジションに配置された座グリ部に載置された基板２４に向けて、パージガスが供給される。同時に、第２ポジション近傍に残留していたリアクタントが、反応室３から排気される。この反応を模式的に示したものが図２０（ｄ）である。

【0078】

次いで、回転テーブル１８を水平方向に１２０度回転させ、基板２４を第３ポジションに移動させる（図１２）。第３ポジションの基板２４の位置の直下に第３ステージ３０が配置されており、第３ステージの凸部１３は、その内部に温度制御機構６０が設けられている。凸部１３の温度を、基板２４の温度を第１ポジションにおいて狙いとする基板温度よりも低い温度（例えば、８０℃）に制御するのに適した温度に制御する。プロセス条件や装置を構成する各種部品の材質等によって変わってくるが、凸部１３の温度を、狙いとする基板２４の温度に対して±１０℃程度の温度に制御すればよい。第３ステージガスノズル５７からサセプタ８の裏面に不活性ガスを供給すると、凸部１３の座グリ部９に対向する面に設けられた、不活性ガスの流路となる溝１６を介して、サセプタ８の裏面全体に不活性ガスが速やかに行き渡り、サセプタ８の裏面と凸部１３の上面との間で熱伝達が生じ、基板２４の温度を、例えば８０℃に安定させることができる。不活性ガスとしてＡｒなどの希ガスや窒素ガス（Ｎ_２）を用いることができるが、熱伝達率の大きいＨｅを用いることで、サセプタ８と凸部１３との温度差を速やかに最小化できる。この不活性ガスは、回転テーブル１８よりも上方へ到達することなく、ほとんどがガス排気口３５から排気される。なお、ガス排気口３５の後段には、図示しない真空ポンプが接続されている。基板２４が下方からの不活性ガスの供給によって飛び上がったり振動したりしないよう、ガス導入穴４３からパージガスを同時に供給してもよい。サセプタ８と凸部１３との間の熱伝達を確保するためには、反応室３内の圧力を１００～１０００Ｐａにすることが望ましい。反応室３内の圧力が１００Ｐａ未満だと、サセプタ８と凸部１３との間の熱伝達が不十分となり、逆に１０００Ｐａを超えると、数百Ｐａで実行するプリカーサの吸着プロセスを実行するための調圧に時間がかかる。

【0079】

ガス導入穴４３からパージガスを供給すると、パージガス供給マニホールド５８が速やかにパージガスで満たされ、第３ポジションに配置された座グリ部に載置された基板２４に向けて、パージガスがシャワー状に供給される。パージガスの供給は、第３ポジション近傍に僅かに残ったリアクタントを含むガスを、反応室３から追い出すのに有効である。ガスは、スリット１０から回転テーブル１８の下方に流れ、段差部１５を通ってガス排気口３５から排気される。スリット１０と段差部１５は、上下に同位置に配置されているため、ガスは速やかに排気される。Ｃ形リング２２及びセンターブロック２３は、パージガスが、第１ポジション、第２ポジション、第４ポジションに混入するのを効果的に抑制する。Ｃ形リング２２を乗り越えてわずかに第３ポジションから流出したパージガスは、Ｃ形リング２２とセンターブロック２３の間の隙間４７を通って、ポジション間ガス排出口２１（図１０のポジション間ガス排出口２１及び図１１のポジション間ガス排出口２１）から排出される。

【0080】

次に、回転テーブル１８を水平方向に１２０度回転させ、基板２４を再び第１ポジションに移動させる（図１０）。その後、上述のプリカーサ吸着ステップとリアクタント反応ステップを繰り返し実行することにより、所定の膜厚の薄膜を得ることができる。２層目の成膜反応の様子を模式的に示したものが図２０（ｅ）～（ｈ）である。基板２４が１回分成膜される間（およそ原子一層分の薄膜が形成される間）、本実施の形態の場合は、基板２４が周方向に一回転する間、各基板２４は、プリカーサを含むガス、パージガス、リアクタントを含むガス、パージガス、パージガスの順に各種ガスに暴露されるプロセスが１回だけ生じる。回転テーブル１８よりも上で各ガスがなるべく混合しないようにするため、各ポジションに供給されるガスの量が等しくなるようにし、隣り合うポジションの間に差圧が生じにくいようにする。あるいは、パージガスの量を、プリカーサを含むガスやリアクタントを含むガスの量よりも若干多くしておくとよい。このようにすれば、プリカーサとリアクタントが各ポジションを含む空間内で混合することを効果的に回避できる。

【0081】

このようにして、回転テーブル１８を回転させることにより、各基板２４表面に、およそ原子一層分の薄膜が形成される。この一連のステップを繰り返し実施するために、回転テーブル１８を反応室３内で何度も回転させることにより、所定の厚さの薄膜を得ることができる。ここで、およそ原子一層分という表現を用いたが、１サイクルで形成される薄膜の厚さを膜厚に換算するとおよそ１～２オングストロームであるから、例えば厚さ２０ｎｍの薄膜を形成したい場合は、１００～２００サイクルのプロセスが必要となるので、本実施の形態の場合、回転テーブル１８を反応室３内で１００～２００回回転させる。

【0082】

所定の膜厚の成膜を終えた基板２４は、基板載置のステップとは逆に、座グリ部９からゲート開口３６を介して反応室３外に取り出され、ロボット７を使って予備室１又は２に収納される。なお、本実施の形態においては、二つの反応室３及び４が設けられており、片方の反応室で成膜をしながら、他方の反応室で基板交換を行うこともできる。このように、複数の反応室に対して、ロード及びアンロードと成膜という、ともに時間を要する処理を同時並行で実行することにより、処理速度が大きく、面積生産性が高い原子層堆積装置及び方法が実現できる。

【0083】

原子層堆積においては、気相反応を回避するため、プリカーサとリアクタントが気相中で混合するのをできるだけ抑制しなければならない。そこで、プリカーサを含むガスやリアクタントを含むガスを供給するタイミングにおいて、第３ポジションで必ずパージガスを供給するようにすることが望ましい。また、第１ポジションでプリカーサを含むガスを供給するタイミングにおいて、第２ポジションで必ずパージガスまたはリアクタントを含むガスを供給するようにすることが望ましい。また、第２ポジションでリアクタントを含むガスを供給するタイミングにおいて、第１ポジションで必ずパージガスまたはプリカーサを含むガスを供給するようにすることが望ましい。言い換えると、第２ポジション及び第３ポジションでガスを供給していないタイミングにおいて、第１ポジションでプリカーサを含むガスを供給すべきではなく、第１ポジション及び第３ポジションでガスを供給していないタイミングにおいて、第２ポジションでリアクタントを含むガスを供給すべきではない。

【0084】

本実施の形態では、従来技術、例えば特許文献１～４に記載の原子層堆積技術に比べて、高品質の薄膜が得られる。リアクタントを基板と反応させるステップでは、基板温度を所定の温度まで上げる必要があるが、従来技術においては、プリカーサを基板と反応させるステップも同様に高温で行っている。すると、プリカーサの分解によって生じる炭素が膜中に取り込まれてしまい、膜質が悪くなってしまうものと考えられる。このときの反応の進展の様子を模式的に示したのが図２１である。図２１（ａ）において、基板の温度が１５０℃よりも高いと、気相中でＴＭＡの分解が生じる恐れがある。ＴＭＡの分解により、ＣＨ_３、ＣＨ_２などのラジカルが生じ、一部の炭素原子が吸着層中に取り込まれる。図２１（ｂ）において、パージガスでガスを置換した際にも、膜中に炭素原子が残留する。図２１（ｃ）において、リアクタントを含むガスに基板を曝すと、基板の表面はアミノ基で終端される。図２１（ｄ）において、再びパージガスでガスを置換する。２層目の成膜反応の様子を模式的に示したものが図２１（ｅ）～（ｈ）であるが、図２１（ｅ）において、再びプリカーサを含むガスに曝すと、一部の炭素原子が吸着層中に取り込まれる。このようにして、基板の温度が１５０℃よりも高い状態でプリカーサ吸着ステップを実行すると、膜中に不要な炭素が取り込まれてしまうため、膜特性が悪化するものと推察される。一方、本実施の形態においては、プリカーサを含むガスを供給するステップにおいて、気相中でＴＭＡの分解が生じないので、図２０を用いて説明したとおり、膜中に炭素をほとんど含まない良質な薄膜が得られる。なお、プリカーサを含むガスを供給するステップにおいて、基板温度は５０℃以上であることが好ましい。基板温度を５０℃よりも低くすると、基板上におけるプリカーサのマイグレーションが起きにくくなるため、整然とした吸着層を得るのが困難である。成膜したい膜種（酸化膜、窒化膜など）に対応するプリカーサの種類によってその分解温度が異なるため、適した温度に制御することが好ましい。

【0085】

リアクタントを含むガスに曝すステップにおける基板温度を高温にすると、一般に緻密で良質な薄膜を得ることができる。したがって、リアクタントを含むガスに曝すステップにおける第２の温度は、プリカーサを含むガスに曝すステップにおける第１の温度よりも高いことが望ましい。ＴＭＡを用いてＡｌＮ薄膜を形成する場合の第２の温度は、２５０℃以上であることが望ましい。基板温度を７００℃より高くするのは、変形や変質を避ける上で部品の材質に制約が生じるなど、装置の構成上困難を伴うため、基板温度は２５０～７００℃であることが望ましい。

【0086】

本実施の形態では、従来技術、例えば特許文献１に記載の成膜装置と異なり、第１ポジションにおいて基板２４の裏面に不活性ガスを供給しているため、基板２４の裏面にプリカーサが吸着しにくく、その結果、薄膜が形成されない。したがって、裏面をエッチングする工程を追加する必要がないという利点がある。

【0087】

本実施の形態では、座グリ部９と第１ステージ又は第３ステージの凸部１３が近接している。このことにより、座グリ部９と第１ステージ又は第３ステージとの間の熱伝達が効果的に行えるようにしている。このような効果を得るためには、座グリ部９と第１ステージ又は第３ステージの凸部１３との距離は０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とすべきである。座グリ部９と第１ステージ又は第３ステージの凸部１３との距離が０．５ｍｍ未満だと、装置の経年変化等によって回転精度が低下した際に、座グリ部９と第１ステージ又は第３ステージの凸部１３が接触する恐れがある。逆に、座グリ部９と第１ステージ又は第３ステージの凸部１３との距離が２ｍｍよりも広いと、熱伝達の効率が極端に悪化する。

【0088】

本実施の形態では、Ｃ形リング２２及びセンターブロック２３が、回転テーブル１８上に配置され、それぞれの上面が反応室３の天井面に近接している。このことにより、隣り合うポジションの間でガスが混合するのを効果的に抑制している。Ｃ形リング２２を乗り越えてわずかに第１ポジションから流出したプリカーサを含むガスは、Ｃ形リング２２とセンターブロック２３の間の隙間４７を通って、ポジション間ガス排出口２１から排出される。このような効果を得るためには、Ｃ形リング２２及びセンターブロック２３の最上部と反応室３の天井面（上部内壁面）との距離は０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすべきである。Ｃ形リング２２及びセンターブロック２３の最上部と反応室３の天井面（上部内壁面）との距離が０．５ｍｍ未満だと、装置の経年変化等によって回転精度が低下した際に、Ｃ形リング２２及びセンターブロック２３の最上部と反応室３の天井面（上部内壁面）が接触する恐れがある。逆に、Ｃ形リング２２及びセンターブロック２３の最上部と反応室３の天井面（上部内壁面）との距離が１０ｍｍよりも広いと、プリカーサを含むガスとリアクタントを含むガスが混合する恐れが若干高くなる。

【0089】

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図２２を参照して説明する。

【0090】

図２２は、本発明の実施の形態２におけるサセプタの構成を示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）であり、基板をサセプタに載置していない状態を示す図である。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）をサセプタの中心を含むｙｚ平面に平行な面で切断したときの断面図である。

【0091】

図２２において、サセプタ８は、全体が基板と相似形（円形）であり、基板載置部としての円形の座グリ部９を備える。また、座グリ部９の周辺３箇所に、基板周辺部ガス排出口としてのスリット１０が設けられ、座グリ部９の縁部近傍３箇所に、基板搬送時にリフトピンを通すためのピン穴１１が設けられている。スリット１０及びピン穴１１は、いずれも円周方向に等配されている。さらに、座グリ部９の全面に渡り、貫通穴６１が多数設けられている。このような構成により、基板２４と第１ステージ又は第３ステージとの間の熱伝達が促進され、また、第２ポジションにおけるランプ加熱が高速化されるので、より生産性の高い原子層堆積が可能となる。

【0092】

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について、図２３を参照して説明する。

【0093】

図２３は、本発明の実施の形態３におけるサセプタの構成を示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）であり、基板をサセプタに載置していない状態を示す図である。図２３（ｂ）は、図２３（ａ）をサセプタの中心を含むｙｚ平面に平行な面で切断したときの断面図である。

【0094】

図２３において、サセプタ８は、全体が基板と相似形（円形）であり、基板載置部としての円形の座グリ部９を備える。また、座グリ部９の周辺３箇所に、基板周辺部ガス排出口としてのスリット１０が設けられ、座グリ部９の縁部近傍３箇所に、基板搬送時にリフトピンを通すためのピン穴１１が設けられている。スリット１０及びピン穴１１は、いずれも円周方向に等配されている。さらに、座グリ部９の全面に渡る１つの貫通穴６２が設けられている。このような構成により、基板２４と第１ステージ又は第３ステージとの間の熱伝達が促進され、また、第２ポジションにおけるランプ加熱が高速化されるので、より生産性の高い原子層堆積が可能となる。
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について、図２４を参照して説明する。

【0095】

図２４は、本発明の実施の形態４における反応室の構成を示す断面図であり、図１０に相当する。

【0096】

図２４において、反応室３の側壁面を覆うインナーカバー６３が設けられている。本発明においては、プリカーサとリアクタントの混合を抑制する様々な対策が講じられているものの、長期間装置を運転すると、ごく僅かであるが反応室３の側壁面にも薄膜が堆積する恐れがある。そこで、インナーカバー６３によって反応室３の側壁面を保護した状態で装置を運転し、定期的にインナーカバー６３を取り外して洗浄することにより、反応室３の内面を常に清浄な状態に保つことが可能となる。なお、インナーカバー６３には、基板交換のために、基板及びロボット７が通過するのに十分な面積の図示しない貫通穴が、第４ポジション近傍に設けられる。

【0097】

以上述べた成膜装置及び方法は、本発明の適用範囲のうちの典型例を例示したに過ぎず、本発明は上述した以外にも様々な範囲に対し適用が可能である。

【0098】

例えば、排気口が３つ設けられているものを例示したが、排気口の後段で配管を合流させて１つの真空ポンプで反応室３を排気する構成としてもよいし、排気口ごとに別々のポンプで排気する構成としてもよい。あるいは、排気口ごとに別々の調圧バルブを用いて、きめ細かく調圧を行えるようにしてもよい。排気口の数が３つに限定されないことは言うまでもない。

【0099】

また、基板２４の温度を低下させるために第３ポジションを設けるものを例示したが、第３ポジションの機能を第１ポジションが兼ねる構成とし、第３ポジションを用いない構成としてもよい。第３ポジションを用いる場合、吸着及び窒化反応を行っている間に別の基板を冷却できるため、より高速な処理が可能となる利点がある。

【0100】

また、第４ポジションにおいて基板交換を行うものを例示したが、第１、第２、又は第３ポジションにおいて基板交換を行い、第４ポジションを設けないような構成も可能である。第１又は第３ポジションで基板交換しようとすると、第１ステージ１２又は第３ステージ３０の下方にリフトピン関連の機構を組み込む必要があり、設計上の制約が増してしまうという問題がある。同様に、第２ポジションで基板交換しようとすると、ランプユニットの下方にリフトピン関連の機構を組み込む必要があり、設計は非常に困難となる。したがって、好ましくは、第１、第２、及び第３ポジションとは別に、基板交換を行う第４ポジションを設けることが望ましい。

【0101】

また、第２ポジションにおいてプラズマを発生させるプラズマ発生ユニットを備える場合を例示したが、プラズマ発生ユニットを用いず、第２ポジションを第１ポジションと同様の構成にして原子層堆積を行うことも可能である。

【0102】

また、プラズマ発生ユニットとして、コイル３９に高周波電力を供給することによって、石英チューブ３８内に誘導結合型プラズマを発生させる場合を例示したが、プラズマの発生方法として、電極を用いる方法、パルス電力を用いる方法、マイクロ波を用いる方法など、種々の方法を適用してもよい。また、プラズマ発生ユニットは、基板載置面よりもガス流れにおける上流に設けることが望ましい。これにより、イオンやラジカルなどの活性粒子を効率よく利用することができる。

【0103】

本発明の種々の構成によって、様々な成膜処理が可能となる。例えば、半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、発光ダイオード等の電子デバイス製造への適用が効果的である。とくに、ＧａＮパワー半導体デバイスにおける、ＡｌＮ形成に有用である。また、半導体集積回路製造におけるダブルパターニング工程や、Ｈｉｇｈ－ｋ／Ｍｅｔａｌゲート形成、ＴｉＮやＲｕ等を用いたＤＲＡＭキャパシタ上下電極形成、ＳｉＮを用いたゲート電極サイドウォール形成、コンタクト及びスルーホールにおけるバリアシード形成、ＮＡＮＤフラッシュメモリのＨｉｇｈ－ｋ絶縁膜やチャージトラップ膜形成等、多くの工程で利用可能である。また、フラットパネルディスプレイ、ＬＥＤ、太陽電池においても、ＩＴＯ膜形成やパッシベーション膜形成において利用できる。

【産業上の利用可能性】

【0104】

以上のように本発明は、さまざまな電子デバイスの製造に利用可能で、半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、発光ダイオード等の電子デバイス製造への適用が効果的である。とくに、ＧａＮパワー半導体デバイスにおける、ＡｌＮ形成に有用である。また、半導体集積回路製造におけるダブルパターニング工程や、Ｈｉｇｈ－ｋ／Ｍｅｔａｌゲート形成、ＴｉＮやＲｕ等を用いたＤＲＡＭキャパシタ上下電極形成、ＳｉＮを用いたゲート電極サイドウォール形成、コンタクト及びスルーホールにおけるバリアシード形成、ＮＡＮＤフラッシュメモリのＨｉｇｈ－ｋ絶縁膜やチャージトラップ膜形成等、多くの工程で利用可能である。また、フラットパネルディスプレイ、ＬＥＤ、太陽電池においても、ＩＴＯ膜形成やパッシベーション膜形成において有用な発明である。

【符号の説明】

【0105】

３ 反応室
８ サセプタ
９ 座グリ部
１０ スリット
１１ ピン穴
１３ 凸部
１４ 底部
１５ 段差部
１８ 回転テーブル
１９ シャフト
２１ ポジション間ガス排出口
２２ Ｃ形リング
２３ センターブロック
２４ 基板
２６ シャフト穴
３０ 第３ステージ
３５ ガス排気口
４０ 蓋
４３ ガス導入穴
４４ シャワー穴
４５ シャワープレート
４７ 隙間
４８ 冷媒流路
５７ 第３ステージガスノズル
５８ パージガス供給マニホールド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【手続補正書】

【提出日】2023-10-24

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応室と、
基板載置部が設けられた複数のサセプタと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するプリカーサノズルと、
前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給するリアクタントノズルと、
前記基板載置部が水平になるよう前記複数のサセプタを搭載し、前記反応室内で水平方向に回転することによって、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルと、を備えた原子層堆積装置であって、
前記第１の温度が５０～１５０℃、前記第２の温度が２５０～７００℃であり、前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積装置。

【請求項2】

反応室と、
基板載置部が設けられた複数のサセプタと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するプリカーサノズルと、
前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給するリアクタントノズルと、
前記基板載置部が水平になるよう前記複数のサセプタを搭載し、前記反応室内で水平方向に回転することによって、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルと、を備えた原子層堆積装置であって、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第３の温度に制御する第３ポジションを備え、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高く、
前記第３の温度が前記第１の温度よりも低いことを特徴とする原子層堆積装置。

【請求項3】

反応室と、
基板載置部が設けられた複数のサセプタと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するプリカーサノズルと、
前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給するリアクタントノズルと、
前記基板載置部が水平になるよう前記複数のサセプタを搭載し、前記反応室内で水平方向に回転することによって、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルと、を備えた原子層堆積装置であって、
前記第２ポジションの上方にプラズマ発生ユニットを備え、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積装置。

【請求項4】

反応室と、
基板載置部が設けられた複数のサセプタと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するプリカーサノズルと、
前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給するリアクタントノズルと、
前記基板載置部が水平になるよう前記複数のサセプタを搭載し、前記反応室内で水平方向に回転することによって、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルと、を備えた原子層堆積装置であって、
前記第１ポジションにおいて、前記基板載置部に近接する第１ステージと、
前記第１ステージを所定の温度に制御する温度制御機構と、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第３の温度に制御する第３ポジションを備え、
前記第３ポジションにおいて、前記基板載置部に近接する第３ステージと、
前記第３ステージを所定の温度に制御する温度制御機構と、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積装置。

【請求項5】

前記第１ポジションにおいて、前記基板載置部と前記第１ステージとの間に前記第１ステージの下方より不活性ガスを供給する第１ステージガスノズルと、
前記第３ポジションにおいて、前記基板載置部と前記第３ステージとの間に前記第３ステージの下方より不活性ガスを供給する第３ステージガスノズルを備える、請求項４記載の原子層堆積装置。

【請求項6】

前記第１ステージ及び前記第３ステージの、前記基板載置部に対向する面に、不活性ガスの流路となる溝を備える、請求項５記載の原子層堆積装置。

【請求項7】

反応室と、
基板載置部が設けられた複数のサセプタと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するプリカーサノズルと、
前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給するリアクタントノズルと、
前記基板載置部が水平になるよう前記複数のサセプタを搭載し、前記反応室内で水平方向に回転することによって、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルと、を備えた原子層堆積装置であって、
全体として馬蹄形をなす、一部を欠いた円形のリングからなる複数のＣ形リングが、前記回転テーブル上に、前記第１ポジション及び前記第２ポジションにおける前記基板載置部と同心配置され、
前記複数のＣ形リングの上面が、前記反応室の天井面に近接し、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積装置。

【請求項8】

前記複数のＣ形リングとの間に隙間を設けつつ、前記複数のＣ形リングの間の空間を埋めるセンターブロックを備え、
前記センターブロックの上面が、前記反応室の天井面に近接する、
請求項７記載の原子層堆積装置。

【請求項9】

前記センターブロックの外側において、前記回転テーブルにポジション間ガス排出口を備える、請求項８記載の原子層堆積装置。

【請求項10】

前記基板載置部と前記Ｃ形リングの間に、基板周辺部ガス排出口を備える、請求項７記載の原子層堆積装置。

【請求項11】

水平に配置された基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションとを備えた反応室内において、
前記基板載置部に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するとともに、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給しつつ、前記反応室を排気するステップと、
前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルを、前記反応室内で水平方向に回転するステップと、を備えた原子層堆積方法であって、
前記第１の温度が５０～１５０℃、前記第２の温度が２５０～７００℃であり、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積方法。

【請求項12】

水平に配置された基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションとを備えた反応室内において、
前記基板載置部に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するとともに、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給しつつ、前記反応室を排気するステップと、
前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルを、前記反応室内で水平方向に回転するステップと、
を備えた原子層堆積方法であって、
基板の温度を前記第１の温度よりも低い第３の温度に制御する第３ポジションに基板を載置するステップをさらに備え、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積方法。

【請求項13】

水平に配置された基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションとを備えた反応室内において、
前記基板載置部に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するとともに、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給しつつ、前記反応室を排気するステップと、
前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルを、前記反応室内で水平方向に回転するステップと、
を備えた原子層堆積方法であって、
前記第２ポジションの上方に設けられたプラズマ発生ユニットを用いてリアクタントを含むガスをプラズマ化するステップをさらに備え、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積方法。

【請求項14】

水平に配置された基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションとを備えた反応室内において、
前記基板載置部に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するとともに、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給しつつ、前記反応室を排気するステップと、
前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルを、前記反応室内で水平方向に回転するステップと、
を備えた原子層堆積方法であって、
基板の温度を前記第１の温度よりも低い第３の温度に制御する第３ポジションに基板を配置するステップと、
前記第１ポジションに設けられた、前記基板載置部に近接する第１ステージ、及び、前記第１ステージを所定の温度に制御する温度制御機構を用いて、基板の温度を第１の温度に制御するステップと、
前記第３ポジションに設けられた、前記基板載置部に近接する第３ステージ、及び、前記第３ステージを所定の温度に制御する温度制御機構を用いて、基板の温度を第３の温度に制御するステップとをさらに備え、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積方法。

【請求項15】

水平に配置された基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションとを備えた反応室内において、
前記基板載置部に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するとともに、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給しつつ、前記反応室を排気するステップと、
前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルを、前記反応室内で水平方向に回転するステップと、
を備えた原子層堆積方法であって、
全体として馬蹄形をなす、一部を欠いた円形のリングからなる複数のＣ形リングが、前記回転テーブル上に、前記第１ポジション及び前記第２ポジションにおける前記基板載置部と同心配置され、
前記複数のＣ形リングの上面が、前記反応室の天井面に近接し、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積方法。

【請求項16】

反応室と、
基板載置部が設けられた複数のサセプタと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するプリカーサノズルと、
前記第２ポジションに配置された前記基板載置部に載置され第２の温度に制御された後の基板に向けてリアクタントを含むガスを供給するリアクタントノズルと、
前記基板載置部が水平になるよう前記複数のサセプタを搭載し、前記反応室内で水平方向に回転することによって、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルと、を備えた原子層堆積装置であって、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積装置。

【請求項17】

水平に配置された基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションとを備えた反応室内において、
前記基板載置部に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するとともに、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部に載置され第２の温度に制御された後の基板に向けてリアクタントを含むガスを供給しつつ、前記反応室を排気するステップと、
前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルを、前記反応室内で水平方向に回転するステップと、を備えた原子層堆積方法であって、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積方法。

【手続補正書】

【提出日】2023-12-07

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応室と、
基板載置部が設けられた複数のサセプタと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するプリカーサノズルと、
前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給するリアクタントノズルと、
前記基板載置部が水平になるよう前記複数のサセプタを搭載し、前記反応室内で水平方向に回転することによって、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルと、を備えた原子層堆積装置であって、
前記第１の温度が５０～１５０℃、前記第２の温度が２５０～７００℃であり、前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積装置。

【請求項2】

反応室と、
基板載置部が設けられた複数のサセプタと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するプリカーサノズルと、
前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給するリアクタントノズルと、
前記基板載置部が水平になるよう前記複数のサセプタを搭載し、前記反応室内で水平方向に回転することによって、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルと、を備えた原子層堆積装置であって、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第３の温度に制御する第３ポジションを備え、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高く、
前記第３の温度が前記第１の温度よりも低いことを特徴とする原子層堆積装置。

【請求項3】

反応室と、
基板載置部が設けられた複数のサセプタと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するプリカーサノズルと、
前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給するリアクタントノズルと、
前記基板載置部が水平になるよう前記複数のサセプタを搭載し、前記反応室内で水平方向に回転することによって、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルと、を備えた原子層堆積装置であって、
前記第２ポジションの上方にプラズマ発生ユニットを備え、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積装置。

【請求項4】

反応室と、
基板載置部が設けられた複数のサセプタと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するプリカーサノズルと、
前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給するリアクタントノズルと、
前記基板載置部が水平になるよう前記複数のサセプタを搭載し、前記反応室内で水平方向に回転することによって、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルと、を備えた原子層堆積装置であって、
前記第１ポジションにおいて、前記基板載置部に近接する第１ステージと、
前記第１ステージを所定の温度に制御する温度制御機構と、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第３の温度に制御する第３ポジションを備え、
前記第３ポジションにおいて、前記基板載置部に近接する第３ステージと、
前記第３ステージを所定の温度に制御する温度制御機構と、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積装置。

【請求項5】

前記第１ポジションにおいて、前記基板載置部と前記第１ステージとの間に前記第１ステージの下方より不活性ガスを供給する第１ステージガスノズルと、
前記第３ポジションにおいて、前記基板載置部と前記第３ステージとの間に前記第３ステージの下方より不活性ガスを供給する第３ステージガスノズルを備える、請求項４記載の原子層堆積装置。

【請求項6】

前記第１ステージ及び前記第３ステージの、前記基板載置部に対向する面に、不活性ガスの流路となる溝を備える、請求項５記載の原子層堆積装置。

【請求項7】

反応室と、
基板載置部が設けられた複数のサセプタと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するプリカーサノズルと、
前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給するリアクタントノズルと、
前記基板載置部が水平になるよう前記複数のサセプタを搭載し、前記反応室内で水平方向に回転することによって、前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルと、を備えた原子層堆積装置であって、
全体として馬蹄形をなす、一部を欠いた円形のリングからなる複数のＣ形リングが、前記回転テーブル上に、前記第１ポジション及び前記第２ポジションにおける前記基板載置部と同心配置され、
前記複数のＣ形リングの上面が、前記反応室の天井面に近接し、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積装置。

【請求項8】

前記複数のＣ形リングとの間に隙間を設けつつ、前記複数のＣ形リングの間の空間を埋めるセンターブロックを備え、
前記センターブロックの上面が、前記反応室の天井面に近接する、
請求項７記載の原子層堆積装置。

【請求項9】

前記センターブロックの外側において、前記回転テーブルにポジション間ガス排出口を備える、請求項８記載の原子層堆積装置。

【請求項10】

前記基板載置部と前記Ｃ形リングの間に、基板周辺部ガス排出口を備える、請求項７記載の原子層堆積装置。

【請求項11】

水平に配置された基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションとを備えた反応室内において、
前記基板載置部に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するとともに、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給しつつ、前記反応室を排気するステップと、
前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルを、前記反応室内で水平方向に回転するステップと、を備えた原子層堆積方法であって、
前記第１の温度が５０～１５０℃、前記第２の温度が２５０～７００℃であり、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積方法。

【請求項12】

水平に配置された基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションとを備えた反応室内において、
前記基板載置部に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するとともに、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給しつつ、前記反応室を排気するステップと、
前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルを、前記反応室内で水平方向に回転するステップと、
を備えた原子層堆積方法であって、
基板の温度を前記第１の温度よりも低い第３の温度に制御する第３ポジションに基板を載置するステップをさらに備え、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積方法。

【請求項13】

水平に配置された基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションとを備えた反応室内において、
前記基板載置部に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するとともに、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給しつつ、前記反応室を排気するステップと、
前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルを、前記反応室内で水平方向に回転するステップと、
を備えた原子層堆積方法であって、
前記第２ポジションの上方に設けられたプラズマ発生ユニットを用いてリアクタントを含むガスをプラズマ化するステップをさらに備え、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積方法。

【請求項14】

水平に配置された基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションとを備えた反応室内において、
前記基板載置部に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するとともに、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給しつつ、前記反応室を排気するステップと、
前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルを、前記反応室内で水平方向に回転するステップと、
を備えた原子層堆積方法であって、
基板の温度を前記第１の温度よりも低い第３の温度に制御する第３ポジションに基板を配置するステップと、
前記第１ポジションに設けられた、前記基板載置部に近接する第１ステージ、及び、前記第１ステージを所定の温度に制御する温度制御機構を用いて、基板の温度を第１の温度に制御するステップと、
前記第３ポジションに設けられた、前記基板載置部に近接する第３ステージ、及び、前記第３ステージを所定の温度に制御する温度制御機構を用いて、基板の温度を第３の温度に制御するステップとをさらに備え、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積方法。

【請求項15】

水平に配置された基板載置部に載置した基板の温度を第１の温度に制御する第１ポジションと、
前記基板載置部に載置した基板の温度を第２の温度に制御する第２ポジションとを備えた反応室内において、
前記基板載置部に、前記反応室外から基板を移動させて載置するステップと、
前記第１ポジションに配置された前記基板載置部にプリカーサを含むガスを供給するとともに、前記第２ポジションに配置された前記基板載置部にリアクタントを含むガスを供給しつつ、前記反応室を排気するステップと、
前記基板載置部を前記第１ポジション及び前記第２ポジションに配置する回転テーブルを、前記反応室内で水平方向に回転するステップと、
を備えた原子層堆積方法であって、
全体として馬蹄形をなす、一部を欠いた円形のリングからなる複数のＣ形リングが、前記回転テーブル上に、前記第１ポジション及び前記第２ポジションにおける前記基板載置部と同心配置され、
前記複数のＣ形リングの上面が、前記反応室の天井面に近接し、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも高いことを特徴とする原子層堆積方法。