特許 7591918 成膜装置、および成膜方法

(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】

(24)【登録日】2024-11-21

(45)【発行日】2024-11-29

(54)【発明の名称】成膜装置、および成膜方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/22 20060101AFI20241122BHJP

   C23C 24/04 20060101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

C23C14/22 Z

C23C24/04

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020206760

(22)【出願日】2020-12-14

(65)【公開番号】P2021098891

(43)【公開日】2021-07-01

【審査請求日】2023-10-18

(31)【優先権主張番号】P 2019228895

(32)【優先日】2019-12-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】古谷 優樹

(72)【発明者】

【氏名】織田 達広

【審査官】宮脇 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０１７０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２７７８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３０８７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０３１７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１５９１３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８

Ｃ２３Ｃ ２４／００－３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に処理物を収納可能なチャンバと、
前記チャンバの内部に、複数の粒子とガスとを含むエアロゾルを供給可能なエアロゾル生成部と、
管状を呈し、一方の端部がエアロゾル生成部と接続され、他方の端部がチャンバと接続された供給部と、
前記処理物の上、および、前記チャンバの内部の少なくともいずれかにおける、前記複数の粒子の状態を検出可能な第１の検出部と、
前記供給部の内部に前記ガスを導入し、前記供給部の内部において、前記エアロゾルの流速の分布および流量の分布の少なくともいずれかを制御可能な、少なくとも１つのエアロゾル制御部と、
前記第１の検出部からの検出値に基づいて、前記エアロゾル制御部を制御して、前記チャンバの内部における、前記エアロゾルの流れの方向を制御可能なコントローラと、
を備えた成膜装置。

【請求項2】

前記エアロゾル制御部は、前記供給部の内部において、前記供給部が延びる方向と交差する方向の、前記エアロゾルの前記流速の分布および前記流量の分布の少なくともいずれかを制御可能である請求項１記載の成膜装置。

【請求項3】

前記供給部は、第１の部分と、第２の部分と、を有し、
前記第１の部分は、前記チャンバの天井に接続され、前記チャンバの底部側から天井側に向かう方向に延び、
前記第２の部分は、前記エアロゾル生成部に接続され、前記第１の部分が延びる方向と交差する方向に延びる請求項１または２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記エアロゾル制御部は、ガス源に接続されている請求項１～３のいずれか１つに記載の成膜装置。

【請求項5】

前記ガスは、空気であり、
前記エアロゾル制御部は、前記成膜装置の周囲の空気を引き込む開閉可能な開口部を有する請求項１～３のいずれか１つに記載の成膜装置。

【請求項6】

前記エアロゾル生成部と前記供給部との間に設けられ、前記エアロゾルの流速および流量の少なくともいずれかを検出可能な第２の検出部をさらに備え、
前記コントローラは、前記第２の検出部からの検出値に基づいて、前記供給部の内部に導入される前記ガスの量を制御可能な請求項４記載の成膜装置。

【請求項7】

前記エアロゾル制御部は、複数設けられ、
前記コントローラは、前記第１の検出部からの検出値に基づいて、制御対象とする前記エアロゾル制御部を選択可能な請求項１～６のいずれか１つに記載の成膜装置。

【請求項8】

前記コントローラは、前記第１の検出部からの検出値と、第１の予測モデルと、を用いて、前記エアロゾル制御部を制御可能であり、
前記第１の予測モデルは、前記第１の検出部からの検出値を入力として、前記処理物の上の前記複数の粒子を含む膜の厚みの予測値を出力とする請求項１～７のいずれか１つに記載の成膜装置。

【請求項9】

前記コントローラは、前記第１の検出部からの検出値と、前記第２の検出部からの検出値と、第２の予測モデルと、を用いて、前記エアロゾル制御部を制御可能であり、
前記第２の予測モデルは、前記第２の検出部からの検出値を入力として、前記第１の検出部からの検出値を予測し、前記予測された前記第１の検出部からの検出値を入力として、前記処理物の上の前記複数の粒子を含む膜の厚みの予測値を出力とする請求項６記載の成膜装置。

【請求項10】

処理物に対して複数の粒子とガスとを含むエアロゾルを供給する工程を備え、
前記工程において、
前記処理物の上、および、前記エアロゾルが供給される空間の少なくともいずれかにおける、前記複数の粒子の状態を検出し、
前記空間に接続された供給部の内部に前記ガスを導入し、前記供給部の内部において、前記エアロゾルの供給方向と交差する方向の、前記エアロゾルの流速の分布および流量の分布の少なくともいずれかを制御し、前記エアロゾルが供給される前記空間における、前記エアロゾルの流れの方向を制御する成膜方法。

【請求項11】

前記エアロゾルの流速の分布および流量の分布の少なくともいずれかを制御する際に、前記供給部の外部から、前記エアロゾルの供給方向と交差する方向に流れる前記ガスを前記エアロゾルに導入する請求項１０記載の成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、成膜装置、および成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板などの表面に複数の粒子とガスを含むエアロゾルを供給して、基板などの表面に複数の粒子を含む膜を形成する技術がある。また、エアロゾルに含まれる複数の粒子の濃度を測定し、エアロゾルに含まれる複数の粒子の濃度が略一定となる様にフィードバック制御を行う技術も提案されている。一般的に、この様な成膜はチャンバの内部において行われる。

【0003】

ここで、チャンバの内部においてエアロゾルの流れが偏る場合がある。エアロゾルの流れが偏ると、エアロゾルに含まれる粒子の濃度を略一定にしたとしても、エアロゾルの流れが向かった領域の粒子の堆積量が他の領域の粒子の堆積量よりも多くなる。そのため、形成された膜の厚みに面内分布が生じることになる。
そこで、膜の厚みの均一化を図ることができる技術の開発が望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００１－３４８６５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、膜の厚みの均一化を図ることができる成膜装置、および成膜方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態に係る成膜装置は、 部に処理物を収納可能なチャンバと、前記チャンバの内部に、複数の粒子とガスとを含むエアロゾルを供給可能なエアロゾル生成部と、管状を呈し、一方の端部がエアロゾル生成部と接続され、他方の端部がチャンバと接続された供給部と、前記処理物の上、および、前記チャンバの内部の少なくともいずれかにおける、前記複数の粒子の状態を検出可能な第１の検出部と、前記供給部の内部に前記ガスを導入し、前記供給部の内部において、前記エアロゾルの流速の分布および流量の分布の少なくともいずれかを制御可能な、少なくとも１つのエアロゾル制御部と、前記第１の検出部からの検出値に基づいて、前記エアロゾル制御部を制御して、前記チャンバの内部における、前記エアロゾルの流れの方向を制御可能なコントローラと、を備えている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施の形態に係る成膜装置を例示するための模式図である。

【図2】（ａ）は、エアロゾルの流速の分布を例示するための図である。（ｂ）は、エアロゾルの流れの方向を例示するための模式図である。

【図3】（ａ）は、エアロゾルの流速の分布を例示するための図である。（ｂ）は、エアロゾルの流れの方向を例示するための模式図である。

【図4】（ａ）、（ｂ）は、エアロゾル制御部の効果を例示するための図である。

【図5】時間の経過と、エアロゾルの流速との関係を例示するためのグラフ図である。

【図6】他の実施形態に係る成膜装置を例示するための模式図である。

【図7】他の実施形態に係るエアロゾル制御部を例示するための模式斜視図である。

【図8】（ａ）～（ｄ）は、エアロゾルの流速の分布を例示するための図である。

【図9】（ａ）～（ｄ）は、チャンバの内部におけるエアロゾルの流れの方向を例示するための模式図である。

【図10】エアロゾル制御部の効果を例示するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
また、一般的に、１つの配管系において、流量と流速は正の相関関係にある。例えば、流量が減少すれば、流速も減少する。そのため、以下において、「流速」についての説明は、「流量」に置き換えることができ、「流量」についての説明は、「流速」に置き換えることができる。
本実施の形態に係る成膜装置１は、エアロゾルを生成し、生成したエアロゾルを処理物に向けて供給し、エアロゾルに含まれていた複数の粒子を処理物の表面に堆積させて膜を形成することができる。本願明細書において、エアロゾルは、複数の粒子とガスを含むものとすることができる。

【0009】

この場合、粒子は固体または液体とすることができる。以下においては、一例として、粒子が固体である場合を例に挙げて説明する。固体の粒子の材料には特に限定はないが、例えば、カーボン、セラミックス、あるいはプラチナなどの金属を例示することができる。固体の粒子の大きさにも特に限定はないが、例えば、粒子径は１μｍ以下とすることができる。

【0010】

図１は、本実施の形態に係る成膜装置１を例示するための模式図である。
図１に示すように、成膜装置１には、チャンバ２、エアロゾル生成部３、検出部４（第１の検出部の一例に相当する）、エアロゾル制御部５、およびコントローラ６を設けることができる。

【0011】

チャンバ２は、箱状を呈し、外部からゴミが侵入しない程度の気密構造を有することができる。チャンバ２の内部は、エアロゾル１０２を用いて処理物１００の表面に膜を形成する領域となる。

【0012】

チャンバ２の内部において、エアロゾル１０２の流れ１０２ａの乱れが大きくなると形成された膜の厚みに面内分布が生じ易くなる。そのため、チャンバ２の形状は、気流の乱れが小さくなるような形状とすることが好ましい。また、チャンバ２の底部側には、処理物１００が載置されるが、処理可能な処理物１００の大きさを大きくしたり、処理可能な処理物１００の数を多くしたりすることが好ましい。そのため、チャンバ２の形状は、例えば、チャンバ２の断面寸法（チャンバ２の天井から底部に向かう方向と垂直な方向の寸法）が処理物１００が載置される領域に近づくに従い漸増するような形状とすることが好ましい。例えば、チャンバ２の外観形状は、角錐台や円錐台とすることができる。図１に例示をしたチャンバ２の外観形状は、四角錐台である。

【0013】

成膜を行う処理物１００は、チャンバ２の内部に収納することができる。例えば、処理物１００は、チャンバ２の底部に載置したり、チャンバ２の底部に設けられた載置台の上に載置したりすることができる。複数の処理物１００を同時に成膜する場合には、チャンバ２の底部や載置台に枠２１を設けることができる。図１に例示をした枠２１は、第１の方向に並ぶ複数の凸部と、第１の方向に直交する第２の方向に並ぶ複数の凸部とを有している。処理物１００は凸部により画された領域に載置することができる。

【0014】

また、チャンバ２の底部には排気部２２を設けることができる。例えば、枠２１に少なくとも１つの孔を設け、孔に排気部２２を接続することができる。排気部２２は、チャンバ２の内部にあるガスを排気することができる。排気部２２により、チャンバ２の内部にあるガスが排気されることで、チャンバ２の天井に設けられた供給部２３の内部にあるエアロゾル１０２がチャンバ２の内部に引き出される。そして、チャンバ２の内部において、チャンバ２の天井側から底部側に向かうエアロゾル１０２の流れ１０２ａが形成される。

【0015】

処理物１００の材料、形状、大きさなどには特に限定はない。例えば、図１に例示をしたように、処理物１００は平面形状が四角形の基板などとすることができる。また、処理物１００は、通気性を有するものとすることができる。通気性を有する処理物１００であれば、処理物１００を介して、チャンバ２の内部にあるガスを排気することができる。例えば、枠２１の凸部により画された領域に少なくとも１つの孔を設け、孔に排気部２２を接続することができる。処理物１００を介して、チャンバ２の内部にあるガスを排気すれば、エアロゾル１０２を処理物１００の表面に引き込むことができる。また、処理物１００を枠２１の凸部により画された領域に保持することができる。

【0016】

供給部２３は、チャンバ２の天井に設けることができる。供給部２３は、第１の部分２３ａと第２の部分２３ｂを有することができる。第１の部分２３ａは、例えば、チャンバ２の底部側から天井側に向かう方向に延びる管状体とすることができる。例えば、第１の部分２３ａの一方の端部は、チャンバ２の天井に設けられた孔に接続することができる。第２の部分２３ｂは、例えば、第１の部分２３ａが延びる方向と交差する方向に延びる管状体とすることができる。第２の部分２３ｂの一方の端部は、第１の部分２３ａの他方の端部に接続することができる。供給部２３は、屈曲したパイプなどとしてもよい。第２の部分２３ｂの他方の端部には、エアロゾル生成部３を接続することができる。エアロゾル生成部３により生成されたエアロゾル１０２は、第１の部分２３ａおよび第２の部分２３ｂを介して、チャンバ２の内部に供給することができる。

【0017】

エアロゾル生成部３は、エアロゾル１０２を生成することができる。また、エアロゾル生成部３は、生成したエアロゾル１０２を供給部２３に供給することができる。すなわち、エアロゾル生成部３は、チャンバ２の内部に、複数の粒子１０１とガスとを含むエアロゾル１０２を供給することができる。
エアロゾル生成部３は、容器３ａ、供給制御部３ｂ、混合部３ｃ、およびガス供給部３ｄを有することができる。

【0018】

容器３ａは、供給制御部３ｂを介して混合部３ｃと接続することができる。容器３ａは、筒状を呈し、内部に複数の粒子１０１を収納することができる。容器３ａは、例えば、重力を利用して、収納された複数の粒子１０１を供給制御部３ｂに送ることができる。

【0019】

また、容器３ａの外面には、振動部３ａ１を設けることもできる。振動部３ａ１は、超音波振動、電磁振動、機械的振動などにより、容器３ａの内部に収納された複数の粒子１０１に対して運動エネルギーを与えることができる。振動部３ａ１は、必ずしも必要ではなく、複数の粒子１０１の形状や大きさなどに応じて適宜設けるようにすればよい、ただし、振動部３ａ１が設けられていれば、複数の粒子１０１の供給制御部３ｂへの供給を安定させることができる。

【0020】

供給制御部３ｂは、容器３ａから混合部３ｃへの複数の粒子１０１の供給量を制御したり、複数の粒子１０１の供給の開始と供給の停止を制御したりすることができる。例えば、供給制御部３ｂは、複数の粒子１０１が通過する孔の大きさを変化させるものとすることができる。

【0021】

混合部３ｃは、ガス供給部３ｄと供給部２３との間に設けることができる。混合部３ｃは、供給制御部３ｂから供給された複数の粒子１０１と、ガス供給部３ｄから供給されたガスとを混合してエアロゾル１０２を生成することができる。例えば、混合部３ｃは、ガス供給部３ｄから供給されたガスの流れに、供給制御部３ｂから供給された所定の量の粒子１０１を投入することでエアロゾル１０２を生成することができる。この場合、ベンチュリ効果を利用して、複数の粒子１０１をガスの流れの中に引き込むこともできる。混合部３ｃにより生成されたエアロゾル１０２は、供給部２３を介してチャンバ２の内部に供給される。

【0022】

なお、以上は、固体の粒子１０１の場合であるが、液体の粒子の場合も同様にしてエアロゾルを生成することができる。例えば、容器３ａに液体を収納し、混合部３ｃにおいて、ベンチュリ効果を利用して、液体を霧状にするとともに、ガスの流れの中に引き込むようにすればよい。

【0023】

ガス供給部３ｄは、所定の流量のガスを混合部３ｃに供給することができる。ガスは、処理物１００および粒子１０１と反応し難いものであれば特に限定はない。ガスは、例えば、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの不活性ガス、窒素ガス、空気などとすることができる。

【0024】

ガス供給部３ｄは、ガス源３ｄ１、流量制御部３ｄ２、および開閉弁３ｄ３を有することができる。
ガス源３ｄ１は、ガスを流量制御部３ｄ２に供給することができる。ガス源３ｄ１は、例えば、高圧のガスが収納されたボンベや、ガスを供給する工場配管などとすることができる。

【0025】

流量制御部３ｄ２は、混合部３ｃに供給するガスの流量を制御することができる。流量制御部３ｄ２は、例えば、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）などとすることができる。また、流量制御部３ｄ２は、ガスの供給圧力を制御することでガスの流量を間接的に制御するものであってもよい。この場合、流量制御部３ｄ２は、例えば、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）などとすることができる。

【0026】

開閉弁３ｄ３は、ガスの供給の開始と、ガスの供給の停止とを切り替えることができる。開閉弁３ｄ３は、例えば、二方弁などとすることができる。なお、流量制御部３ｄ２が、ガスの供給の開始と、ガスの供給の停止とを切り替える機能を有するものであれば、開閉弁３ｄ３を省くことができる。

【0027】

検出部４は、処理物１００の上における複数の粒子１０１の状態（例えば、堆積状態）を検出することができる。
検出部４は、例えば、複数の粒子１０１を含む膜の厚みを直接検出することができる。検出部４は、例えば、レーザ距離計などとすることができる。例えば、レーザ距離計を用いる場合には、複数の粒子１０１が堆積する前の処理物１００の面の位置と、複数の粒子１０１を含む膜の表面の位置との差から膜の厚みを検出することができる。そして、検出部４は、複数の検出ポイントにおいて膜の厚みを検出することで、膜の厚みの面内分布、すなわち、複数の粒子１０１の堆積状態を検出することができる。

【0028】

また、検出部４は、処理物１００の面の近傍における粒子１０１の数や分布を検出することができる。検出部４は、例えば、パーティクルカウンタなどとすることができる。例えば、処理物１００の面の近傍における粒子１０１の数や分布などと、膜の厚みとの関係を、予めシミュレーションや実験を行うことで求め、求められたデータをコントローラ６の記憶部に格納しておく。そして、コントローラ６の演算部６ａは、記憶部に格納されているデータと検出された粒子１０１の数や分布などとから、膜の厚みを算出することができる。なお、演算プログラムは、コントローラ６の記憶部に格納しておくことができる。

【0029】

検出ポイントの数や位置は、チャンバ２や処理物の大きさ、成膜条件などにより適宜変更することができる。この場合、検出ポイントの数を多くすれば、膜の厚みや厚みのばらつきの検出精度を高めることができる。ただし、検出ポイントの数を多くし過ぎると、前述した演算に時間を要し、エアロゾル制御部５の制御に遅延が生じるおそれがある。例えば、検出ポイントの数は３箇所以上とすることが好ましい。例えば、検出ポイントは、チャンバ２の内部の成膜を行う領域の中央及び両端などとすることができる。

【0030】

検出部４は、例えば、チャンバ２の外部に設けられ、チャンバ２の側面に設けられた窓を介して、複数の粒子１０１の状態を検出することができる。チャンバ２の側面に設けられた窓は、例えば、ガラスなどの透光性を有する材料から形成することができる。

【0031】

また、ガス供給部３ｄと供給部２３との間に検出部４１（第２の検出部の一例に相当する）をさらに設けることができる。検出部４１は、エアロゾル１０２の流量および流速の少なくともいずれかを検出することができる。検出部４１は、例えば、流量計および流速計の少なくともいずれかとすることができる。
なお、検出部４１に関する詳細は後述する。

【0032】

エアロゾル制御部５は、供給部２３の第１の部分２３ａの内部において、第１の部分２３ａが延びる方向と交差する方向の、エアロゾル１０２の流速および流量の少なくともいずれかの分布を制御する。エアロゾル制御部５は、供給部２３の第１の部分２３ａに接続することができる。第１の部分２３ａの中心軸に沿った方向から見た場合に、エアロゾル制御部５は、第１の部分２３ａの中心軸に対して、第２の部分２３ｂが延びる側とは反対側に設けることができる。エアロゾル制御部５は、第１の部分２３ａの内部にガスを導入することができる。

【0033】

次に、エアロゾル制御部５の作用、効果について説明する。
図２（ａ）は、供給部２３の内部におけるエアロゾル１０２の流速の分布を例示するための図である。エアロゾル１０２の流速の分布は、シミュレーションにより求めた。流速はモノトーン色の濃淡で表し、色のトーンが明るいほど流速が速いことを示している。
図２（ｂ）は、チャンバ２の内部におけるエアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向を例示するための模式図である。
図２（ａ）、（ｂ）は、エアロゾル制御部５から、第１の部分２３ａの内部にガスが導入されなかった場合である。

【0034】

図３（ａ）は、供給部２３の内部におけるエアロゾル１０２の流速の分布を例示するための図である。エアロゾル１０２の流速の分布は、シミュレーションにより求めた。流速の分布はモノトーン色の濃淡で表し、色のトーンが明るいほど流速が速いことを示している。
図３（ｂ）は、チャンバ２の内部におけるエアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向を例示するための模式図である。
図３（ａ）、（ｂ）は、エアロゾル制御部５から、第１の部分２３ａの内部にガスが導入された場合である。

【0035】

図２（ａ）、図３（ａ）から分かるように、供給部２３の第２の部分２３ｂの内部においては、エアロゾル１０２の流速は、ほぼ一定である。ところが、第１の部分２３ａが延びる方向は、第２の部分２３ｂが延びる方向と交差しているので、第２の部分２３ｂと第１の部分２３ａとの間において、エアロゾル１０２の流れの方向が変化する。この場合、図２（ａ）に示すように、曲率が小さい側（コーナーの外側）の流速が、曲率が大きい側（コーナーの内側）の流速よりも速くなる。第２の部分２３ｂと第１の部分２３ａの接続部分において流速の分布が生じると、その下流に位置する第１の部分２３ａの内部においても同様の流速の分布が生じる。例えば、図２（ａ）に示すように、第１の部分２３ａの内部において、第２の部分２３ｂが延びる側とは反対側の流速が、第２の部分２３ｂが延びる側の流速よりも速くなる。

【0036】

第１の部分２３ａの内部において流速の分布が生じると、チャンバ２の内部において、エアロゾル１０２の流れ１０２ａがチャンバ２の中心軸に対して傾く。例えば、図２（ｂ）に示すように、エアロゾル１０２の流れ１０２ａが、流速の速い側から遅い側に向けて傾く。チャンバ２の内部において、エアロゾル１０２の流れ１０２ａが傾くと、エアロゾル１０２の流れ１０２ａが向かった領域の膜の厚みが厚くなり、エアロゾル１０２の流れ１０２ａが向かわなかった領域の厚みが薄くなる。すなわち、膜の厚みの面内分布が生じることになる。

【0037】

本発明者の得た知見によれば、第１の部分２３ａの内部の流速が速い領域にガスを導入すれば、流速を低下させることができる。
例えば、図３（ａ）に示すように、エアロゾル制御部５から、供給部２３の内部にガスを導入すれば、図２（ａ）において流速が速かった側の流速を遅くし、図２（ａ）において流速が遅かった側の流速を速くすることができる。前述したように、エアロゾル１０２の流れ１０２ａは、流速の速い側から遅い側に向けて傾くので、図３（ｂ）に示すように、エアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向を、図２（ｂ）におけるエアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向と異なるようにすることができる。この様にすれば、膜の厚みが厚くなる領域を移動させることができるので、膜の厚みの均一化が可能となる。

【0038】

この場合、検出部４により、膜の厚みの分布を検出し、膜の厚みの分布が小さくなる様に、エアロゾル制御部５を制御することができる。検出部４による検出は、常時行ってもよいし、所定の間隔で行っても良い。

【0039】

エアロゾル制御部５から供給されるガスは、エアロゾル１０２に含まれるガスと同じ種類のガスとすることができる。例えば、エアロゾル１０２に含まれるガスが空気の場合には、エアロゾル制御部５は周囲の空気を第１の部分２３ａの内部に導入することができる。この場合、エアロゾル制御部５は、第１の部分２３ａの内部に強制的に空気を導入するものであってもよいし、周囲の空気が第１の部分２３ａの内部の流れに引き込まれるようにしてもよい。

【0040】

第１の部分２３ａの内部に強制的にガスを導入する場合には、エアロゾル制御部５は、例えば、前述したガス供給部３ｄと同様の構成を有することができる。この場合、流量制御部および開閉弁を別途設け、ガス源を共用とすることができる。例えば、流量制御部により第１の部分２３ａの内部に導入されるガスの量を変化させることで、エアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向を変化させることができる。

【0041】

周囲の空気が第１の部分２３ａの内部の流れに引き込まれるようにする場合には、エアロゾル制御部５は、例えば、開閉可能な開口部を有するものとすることができる。この場合、開口面積を変化させることで、第１の部分２３ａの内部の流れに引き込まれるガスの量、ひいては、エアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向を変化させることもできる。

【0042】

図４（ａ）、（ｂ）は、エアロゾル制御部５の効果を例示するための図である。図４（ａ）、（ｂ）は、膜厚の分布をモノトーン色の濃淡で表したものである。この場合、色のトーンが明るいほど膜が薄いことを示している。
図４（ａ）は、エアロゾル制御部５から、第１の部分２３ａの内部にガスが供給されなかった状態を維持した場合である。すなわち、図４（ａ）は、エアロゾル制御部５が設けられていない場合に相当する。
図４（ｂ）は、検出部４による検出値に基づいて、エアロゾル制御部５の制御を行った場合である。例えば、膜厚の分布に応じて、エアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向を変化させた場合である。

【0043】

エアロゾル１０２の流れ１０２ａが一方向に傾いたままで成膜を行うと、図４（ａ）に示すように、膜の厚みの面内分布が生じることになる。例えば、エアロゾル１０２の流れ１０２ａが向かった領域に載置された処理物１００ａは膜厚が厚くなる。エアロゾル１０２の流れ１０２ａが向かった領域から一番離れた位置に載置された処理物１００ｂは膜厚が薄くなり、且つ、膜厚のムラが生じている。

【0044】

これに対して、膜厚の分布に応じて、エアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向を変化させた場合には、図４（ｂ）に示すように、処理物１００ａの膜厚と、処理物１００ｂの膜厚を同程度とすることができる。また、膜厚のムラが生じた処理物が発生するのを抑制することができる。例えば、図４（ａ）の場合には膜厚のばらつきが３０％程度であったが、図４（ｂ）の場合には膜厚のばらつきを８％程度とすることができた。

【0045】

次に、検出部４１の作用、効果について説明する。
前述したように、エアロゾル１０２はチャンバ２の内部に噴射されているのではなく、主に、排気部２２による排気で、第１の部分２３ａの内部からチャンバ２の内部に引き出される。この場合、エアロゾル１０２に含まれている複数の粒子１０１が、枠２１に設けられた孔の内部に堆積する場合がある。また、通気性を有する処理物１００を介して、チャンバ２の内部にあるガスを排気する場合には、複数の粒子１０１が処理物１００の上に堆積するに従い、通気性が徐々に悪くなる。そのため、時間の経過とともに、排気部２２による排気量が減少し、第１の部分２３ａの内部を流れるエアロゾル１０２の流速が徐々に低下する場合がある。

【0046】

図５は、時間の経過と、第１の部分２３ａの内部を流れるエアロゾル１０２の流量との関係を例示するためのグラフ図である。
前述したように、時間の経過とともに、排気部２２による排気量が減少する場合には、図５中のＡに示すように、第１の部分２３ａの内部を流れるエアロゾル１０２の流量が徐々に低下する。

【0047】

この場合、ガスが、エアロゾル制御部５から常に導入されるようにすると、時間の経過とともに、エアロゾル１０２の量に対するガスの量の割合が増加して、エアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向制御の精度が悪くなるおそれがある。エアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向制御の精度が悪くなると、膜厚のばらつきが大きくなるおそれがある。

【0048】

そこで、本実施の形態に係る成膜装置１には、エアロゾル１０２の流量および流速の少なくともいずれかを検出する検出部４１が設けられている。そして、検出部４１による検出値に基づいて、エアロゾル制御部５の制御を行うようにしている。

【0049】

例えば、コントローラ６は、検出部４１からの検出値に基づいて、第１の部分２３ａの内部に導入されるガスの量を制御する。この場合、例えば、検出部４１による検出値に基づいて、エアロゾル制御部５からのガスの導入を断続的に行うようにしたり、ガスの導入量を変化させたりすることができる。この場合、エアロゾル制御部５が、検出部４による検出値および検出部４１による検出値に基づいて、制御されることになる。例えば、図５中のＢに示すように、エアロゾル制御部５からのガスの導入が断続的に行われる場合がある。

【0050】

コントローラ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算部６ａと、メモリなどの記憶部とを備えたものとすることができる。コントローラ６は、例えば、コンピュータなどとすることができる。記憶部には、成膜装置１に設けられた各要素の動作を制御するための制御プログラムを格納することができる。例えば、コントローラ６は、検出部４による検出値、または、検出部４による検出値および検出部４１による検出値に基づいて、エアロゾル制御部５を制御することができる。

【0051】

ここで、前述した検出部４は、処理物１００の上における複数の粒子１０１の堆積状態を直接または間接的に検出している。この場合、膜の厚みや、処理物１００の面の近傍における粒子１０１の数や分布に基づいて、エアロゾル制御部５を制御することになるが、チャンバ２の内部の、検出部４よりも上側の領域には、チャンバ２の内部に既に導入された複数の粒子１０１が存在する。そのため、検出部４による検出値に基づいて、エアロゾル制御部５を制御すると、制御に遅延が生じる場合がある。制御に遅延が生じると、チャンバ２の大きさや成膜条件などによっては、膜の厚みがばらついたり、厚みの面内分布が大きくなったりするおそれがある。

【0052】

制御の遅延が問題となる場合には、機械学習により作成された予測モデルと、検出部４による検出値とに基づいて、エアロゾル制御部５を制御することができる。例えば、検出部４による検出値と、再帰型ニューラルネットワークの予測モデルとを用いて、膜の厚みや厚みの面内分布を予測し、予測値に基づいてエアロゾル制御部５を制御することができる。この様にすれば、制御の遅延を少なくすることができる。なお、予測モデルは、予め実験やシミュレーションを行うことで作成することもできる。

【0053】

また、検出部４１により、配管内を流れるエアロゾル１０２の流量のデータを取得し、機械学習を用いてチャンバ２の内部におけるエアロゾル１０２の速度ベクトルの予測をし、さらに、予測される速度ベクトルから処理物１００の近傍における粒子１０１の挙動を予測することもできる。そして、粒子１０１の挙動の予測値に応じて、配管内を流れるエアロゾル１０２の流量を制御して、形成される膜の厚みの均一化を図ることもできる。

【0054】

以上においては、検出部４による検出値に基づいて、エアロゾル制御部５を制御する場合を例示したが、検出部４による検出値および検出部４１による検出値に基づいて、エアロゾル制御部５を制御する場合も同様である。

【0055】

図６は、他の実施形態に係る成膜装置１ａを例示するための模式図である。
図６に示すように、成膜装置１ａには、チャンバ２、エアロゾル生成部３、検出部４２（第１の検出部の一例に相当する）、エアロゾル制御部５、およびコントローラ６を設けることができる。

【0056】

検出部４２は、チャンバ２の内部の天井近傍におけるエアロゾル１０２の流れ１０２ａのベクトルを測定することができる。検出部４２は、例えば、パーティクルカウンタなどとし、粒子１０１の数と挙動を検出するものとすることができる。コントローラ６は、検出部４２による検出値、または、検出部４２による検出値および検出部４１による検出値に基づいて、エアロゾル制御部５を制御することができる。

【0057】

例えば、検出部４２による検出値と、再帰型ニューラルネットワークの予測モデルとを用いて、膜の厚みや厚みの面内分布を予測し、予測値に基づいてエアロゾル制御部５を制御することができる。なお、予測モデルは、予め実験やシミュレーションを行うことで作成することもできる。

【0058】

検出部４２は、チャンバ２の内部の天井近傍における粒子１０１の数と挙動を検出しているので、制御対象であるエアロゾル制御部５と検出部４２との間の距離を短くすることができる。そのため、前述した検出部４の場合に比べて、制御の遅延を少なくすることができる。また、前述した検出部４の場合と同様に、予測モデルを用いてエアロゾル制御部５を制御すれば、制御の遅延をさらに少なくすることができる。

【0059】

図７は、他の実施形態に係るエアロゾル制御部を例示するための模式斜視図である。
図７中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する三方向を表している。例えば、第１の部分２３ａの中心軸に沿った方向から見た場合に、第２の部分２３ｂが延びる方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向としている。また、第１の部分２３ａの中心軸に沿った方向をＺ方向としている。

【0060】

図１に例示をした供給部２３の場合には、第１の部分２３ａと第２の部分２３ｂとの接続部分が、屈曲した形態を有していた。しかしながら、本発明は、第２の部分２３ｂと第１の部分２３ａとの間において、エアロゾル１０２の流れの方向が変化するものに適用が可能である。すなわち、第１の部分２３ａと第２の部分２３ｂとの接続形態には特に限定はない。そのため、図７に示すように、第２の部分２３ｂは、第１の部分２３ａの側壁の任意の位置に接続されていてもよい。

【0061】

図７に示すように、本実施の形態においては、エアロゾル制御部５ａ～５ｄが設けられている。
Ｘ方向において、エアロゾル制御部５ａは、第１の部分２３ａの中心軸に対して、第２の部分２３ｂとは反対側に設けられている。エアロゾル制御部５ａは、前述したエアロゾル制御部５に相当する。
Ｘ方向において、エアロゾル制御部５ｂは、第１の部分２３ａの中心軸に対して、第２の部分２３ｂの側に設けられている。
Ｙ方向において、エアロゾル制御部５ｃは、第１の部分２３ａの中心軸に対して、一方の側に設けられている。
Ｙ方向において、エアロゾル制御部５ｄは、第１の部分２３ａの中心軸に対して、エアロゾル制御部５ｃとは反対側に設けられている。

【0062】

エアロゾル制御部５ａ～５ｄは、第１の部分２３ａの内部にガスを導入することができる。
図８（ａ）～（ｄ）は、エアロゾル１０２の流速の分布を例示するための図である。
エアロゾル１０２の流速の分布は、シミュレーションにより求めた。流速はモノトーン色の濃淡で表し、色のトーンが明るいほど流速が速いことを示している。
図９（ａ）～（ｄ）は、チャンバ２の内部におけるエアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向を例示するための模式図である。
図８（ａ）および図９（ａ）は、エアロゾル制御部５ａから、第１の部分２３ａの内部にガスが導入された場合である。
図８（ｂ）および図９（ｂ）は、エアロゾル制御部５ｂから、第１の部分２３ａの内部にガスが導入された場合である。
図８（ｃ）および図９（ｃ）は、エアロゾル制御部５ｃから、第１の部分２３ａの内部にガスが導入された場合である。
図８（ｄ）および図９（ｄ）は、エアロゾル制御部５ｄから、第１の部分２３ａの内部にガスが導入された場合である。

【0063】

図８（ａ）に示すように、第１の部分２３ａの内部を「－Ｚ方向」に流れるエアロゾル１０２の流れ１０２ａに、エアロゾル制御部５ａから「－Ｘ方向」に流れるガスを導入すれば、第１の部分２３ａの内部を「－Ｚ方向」に流れるエアロゾル１０２の流れ１０２ａに、「－Ｘ方向」に流れるガスの流れが合成されて、チャンバ２の内部では「－Ｚ方向」と「－Ｘ方向」の流れ成分を含むエアロゾル１０２の流れ１０２ａを形成することができる。図８（ｂ）～（ｄ）に示すように、ガスを導入するエアロゾル制御部５ｂ～５ｄに関しても、上述と同様の原理でエアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向を形成することができる。そのため、ガスを導入するエアロゾル制御部５ａ～５ｄを選択することで、図８（ａ）～（ｄ）、および、図９（ａ）～（ｄ）に示すように、エアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向を変えることができる。エアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向を変えることができれば、膜の厚みが厚くなる領域を移動させることができるので、膜の厚みの均一化が可能となる。

【0064】

本実施の形態においては、エアロゾル制御部５ａ～５ｄが設けられているので、エアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向を４方向に変えることができる。そのため、１つのエアロゾル制御部５が設けられている場合に比べて、膜の厚みを、さらに均一にすることができる。

【0065】

図１０は、エアロゾル制御部５ａ～５ｄの効果を例示するための図である。
図１０は、膜厚の分布をモノトーン色の濃淡で表したものである。この場合、色のトーンが明るいほど膜が薄いことを示している。
図１０は、検出部４による検出値に基づいて、エアロゾル制御部５ａ～５ｄの選択を行った場合である。例えば、膜厚の分布に応じて、ガスを導入するエアロゾル制御部５ａ～５ｄを選択して、エアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向を変化させた場合である。

【0066】

図４（ｂ）において例示をした様に、１つのエアロゾル制御部５を用いた場合には、膜厚のばらつきを８％程度とすることができる。４つのエアロゾル制御部５ａ～５ｄを選択的に用いた場合には、図１０に示すように、膜厚のばらつきを６％程度とすることができる。すなわち、膜の厚みを、さらに均一にすることができる。

【0067】

なお、以上においては、４つのエアロゾル制御部５ａ～５ｄが設けられる場合を例示したが、エアロゾル制御部は、少なくとも１つ設けられていればよい。例えば、複数のエアロゾル制御部が設けられる場合には、コントローラ６は、検出部４、４２からの検出値に基づいて、制御対象とするエアロゾル制御部を選択することができる。この場合、エアロゾル制御部の数が多くなれば、エアロゾル１０２の流れ１０２ａの方向をより精密に制御することができるので、膜の厚みをより均一にすることができる。

【0068】

また、以上においては、Ｚ方向において、同じ位置に４つのエアロゾル制御部５ａ～５ｄを設けるようにしたが、Ｚ方向において、エアロゾル制御部の配設位置がズレていてもよい。Ｚ方向において、エアロゾル制御部の配設位置がズレていれば、より多くのエアロゾル制御部を設けることが容易となる。

【0069】

本実施の形態に係る成膜方法は、処理物１００に対して複数の粒子１０１とガスとを含むエアロゾル１０２を供給する工程を備えることができる。また、この工程において、処理物１００の上、および、エアロゾル１０２が供給される空間の少なくともいずれかにおける、複数の粒子１０１の状態を検出し、空間に接続された供給部２３の内部において、エアロゾル１０２の供給方向と交差する方向の、エアロゾル１０２の流速の分布を制御することができる。
エアロゾル１０２の流速の分布を制御する際に、供給部２３の外部から、エアロゾル１０２にガスを導入することができる。
なお、各要素の内容は前述したものと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

【0070】

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0071】

１ 成膜装置、１ａ 成膜装置、２ チャンバ、３ エアロゾル生成部、４ 検出部、５ エアロゾル制御部、６ コントローラ、２３ 供給部、４１ 検出部、４２ 検出部、１００ 処理物、１０１ 粒子、１０２ エアロゾル、１０２ａ 流れ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】