特許 7707675 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】2025-07-07

(45)【発行日】2025-07-15

(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 16/44 20060101AFI20250708BHJP

【ＦＩ】

C23C16/44 F

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021099222

(22)【出願日】2021-06-15

(65)【公開番号】P2022190783

(43)【公開日】2022-12-27

【審査請求日】2024-05-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】難波 輝晃

【審査官】末松 佳記

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１９５５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０２４９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１５２２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５０３８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２１１１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０６７９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１４２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／０１０２８１８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １６／００－１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／００－２１／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１材料と第２材料の分子反応により、対象物に対する成膜を行う成膜装置であって、
前記第１材料が供給および排気される第１材料室と、
前記第２材料が供給および排気される第２材料室と、
前記第１材料室の内部と外部との間、および、前記第２材料室の内部と外部との間、を
それぞれ区切る仕切弁と、
前記第１材料室の内部と外部との間、および、前記第２材料室の内部と外部との間、で
それぞれ前記対象物を搬送する搬送器と、
を備え、
前記第１材料室および前記第２材料室は、鉛直方向に並んでおり、
前記搬送器は、前記対象物が載置されるステージを昇降させる機能を有し、
前記ステージは、前記対象物を前記第１材料室内に配置する第１位置と、前記対象物を
前記第２材料室内に配置する第２位置と、の間で昇降し、
前記ステージが前記第１位置にあるとき、前記ステージは、前記第１材料室を囲む壁の
一部を構成することを特徴とする成膜装置。

【請求項2】

可動のアーム部および前記アーム部を駆動する駆動部を有する対象物保持器を備え、
前記アーム部は、前記対象物を保持する保持姿勢と、前記対象物を保持しない非保持姿
勢と、の間で姿勢が変化する請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記仕切弁は、
前記第１材料室の内部と外部との間を区切る第１ゲートバルブと、
前記第２材料室の内部と外部との間を区切る第２ゲートバルブと、
を備える請求項１に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記搬送器は、
前記第１材料室の内部と外部との間で前記対象物を搬送する第１アクチュエーターと、
前記第２材料室の内部と外部との間で前記対象物を搬送する第２アクチュエーターと、
を備える請求項３に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記第１ゲートバルブを介して前記第１材料室と隣り合い、かつ、前記第２ゲートバル
ブを介して前記第２材料室と隣り合う、ロードロック室を備える請求項３または４に記載
の成膜装置。

【請求項6】

第１材料が供給および排気される第１材料室と、
第２材料が供給および排気される第２材料室と、
前記第１材料室の内部と外部との間、および、前記第２材料室の内部と外部との間、を
それぞれ区切る仕切弁と、
を備える成膜装置を用い、
前記第１材料と前記第２材料の分子反応により、対象物に対する成膜を行う成膜方法で
あって、
前記第１材料室内で、ステージに載置された前記対象物に前記第１材料を付着させる工
程と、
前記ステージを昇降させて前記第２材料室内で、前記対象物に付着している前記第１材
料に前記第２材料を反応させ、前記成膜を行う工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。

【請求項7】

前記仕切弁は、
前記第１材料室の内部と外部との間を区切る第１ゲートバルブと、
前記第２材料室の内部と外部との間を区切る第２ゲートバルブと、
を備え、
前記成膜装置は、前記第１ゲートバルブを介して前記第１材料室と隣り合い、かつ、前
記第２ゲートバルブを介して前記第２材料室と隣り合う、ロードロック室を備え、
前記第１ゲートバルブを開けるとき、前記ロードロック室内の圧力が前記第１材料室内
の圧力よりも低くなるように調整し、
前記第２ゲートバルブを開けるとき、前記ロードロック室内の圧力が前記第２材料室内
の圧力よりも低くなるように調整する請求項６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、成膜装置および成膜方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

化学気相成膜法は、成膜対象物が置かれている反応容器に原料となるガスを導入し、エネルギーを加えて原料ガスを分解、反応させることにより、成膜対象物の表面上に膜を形成する方法である。

【0003】

例えば、特許文献１には、ウエハーを収容する処理容器を有する真空処理モジュールと、搬送口を介して処理容器に接続された搬送室を有する真空搬送モジュールと、搬送口を開閉するゲートバルブと、を備える真空処理装置が開示されている。

【0004】

真空処理モジュールには、処理容器内にシャワー状にガスを供給する第１のガス供給部と、処理容器内を真空排気する第１の排気口が設けられている。真空搬送モジュールには、搬送室内に不活性ガスを供給するための第２のガス供給部と、搬送室内を真空排気する第２の排気口と、が設けられている。

【0005】

第１のガス供給部からは、成膜用のガスとして、ＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２ガス等、複数種のガスが供給される。ＴｉＣｌ_４ガスとＨ_２ガスとが反応することで、ウエハーの表面にＴｉ膜が形成される一方、処理容器の内壁には反応生成物が堆積する。内壁に堆積した反応生成物が厚くなると、剥離し、ウエハーを汚染するパーティクルとなる。

【0006】

特許文献１に開示されている真空処理装置では、ゲートバルブを開くときの搬送室内と処理容器内の圧力差を最適化するように構成されている。これにより、搬送室から処理容器に流れ込むガスの流量が抑えられ、ガスの流れ込みに伴うパーティクルの巻き上げが抑制される。その結果、巻き上げられたパーティクルによるウエハーの汚染が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１７－１２８７９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１に記載の真空処理装置では、パーティクルの発生を抑制しているわけではない。このため、例えばウエハーの搬送に伴って発生する気流により、パーティクルが巻き上げられることがある。したがって、パーティクルの発生自体を抑制することが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の適用例に係る成膜装置は、
第１材料と第２材料の分子反応により、対象物に対する成膜を行う成膜装置であって、
前記第１材料が供給および排気される第１材料室と、
前記第２材料が供給および排気される第２材料室と、
前記第１材料室の内部と外部との間、および、前記第２材料室の内部と外部との間、を
それぞれ区切る仕切弁と、
前記第１材料室の内部と外部との間、および、前記第２材料室の内部と外部との間、で
それぞれ前記対象物を搬送する搬送器と、
を備え、
前記第１材料室および前記第２材料室は、鉛直方向に並んでおり、
前記搬送器は、前記対象物が載置されるステージを昇降させる機能を有し、
前記ステージは、前記対象物を前記第１材料室内に配置する第１位置と、前記対象物を
前記第２材料室内に配置する第２位置と、の間で昇降し、
前記ステージが前記第１位置にあるとき、前記ステージは、前記第１材料室を囲む壁の
一部を構成することを特徴とする。

【0010】

本発明の適用例に係る成膜方法は、
第１材料が供給および排気される第１材料室と、
第２材料が供給および排気される第２材料室と、
前記第１材料室の内部と外部との間、および、前記第２材料室の内部と外部との間、を
それぞれ区切る仕切弁と、
を備える成膜装置を用い、
前記第１材料と前記第２材料の分子反応により、対象物に対する成膜を行う成膜方法で
あって、
前記第１材料室内で、ステージに載置された前記対象物に前記第１材料を付着させる工
程と、
前記ステージを昇降させて前記第２材料室内で、前記対象物に付着している前記第１材
料に前記第２材料を反応させ、前記成膜を行う工程と、
を有することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。

【図2】第１実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。

【図3】第１実施形態に係る成膜方法を説明するためのフローチャートである。

【図4】第２実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。

【図5】第２実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。

【図6】第２実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。

【図7】第３実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。

【図8】第３実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。

【図9】第３実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。

【図10】第３実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。

【図11】第３実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。

【図12】第３実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。

【図13】第３実施形態に係る成膜方法を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の成膜装置および成膜方法の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

【0013】

１．第１実施形態
まず、第１実施形態に係る成膜装置および成膜方法について説明する。

【0014】

１．１．成膜装置
図１および図２は、第１実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。なお、本願の各図では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設定しており、各軸を矢印で示している。また、Ｚ軸は鉛直軸であり、Ｘ－Ｙ平面は水平面である。なお、各軸の矢印の基端側を各軸のマイナス側といい、先端側を各軸のプラス側という。特に、Ｚ軸プラス側を「上」、Ｚ軸マイナス側を「下」という。

【0015】

図１および図２に示す成膜装置１は、化学気相成膜法の一種である原子層堆積法（ALD : Atomic Layer Deposition）により、対象物９の表面に被膜を形成する装置である。原子層堆積法では、対象物９の表面に原料（第１材料）および酸化剤（第２材料）を順次付着させ、これらの分子同士を反応させることにより、被膜を形成する。対象物９は、特に限定されず、任意の製品、部品、材料等である。

【0016】

成膜装置１は、第１材料室２と、第２材料室３と、原料導入部２２と、第１排気部２４と、酸化剤導入部３２と、第２排気部３４と、仕切弁４と、搬送器５と、を備える。

【0017】

第１材料室２は、原料ガスＧ１が導入される容器である。第１材料室２は、上部チャンバー２０１と、蓋部２０２と、を備える。そして、第１材料室２の下部は、仕切弁４によって開閉可能になっている。第１材料室２の各部同士は、Ｏリング等のシール部材を介して接続されている。

【0018】

第２材料室３は、酸化剤ガスＧ２が導入される容器である。第２材料室３は、下部チャンバー３０１と、ベローズ３０３と、を備える。第２材料室３の上部は、仕切弁４によって開閉可能になっており、第２材料室３の下部は、搬送器５によって閉じられている。ベローズ３０３は、搬送器５の動作に応じて、上下方向に伸縮する。第２材料室３の各部同士は、Ｏリング等のシール部材を介して接続されている。

【0019】

原料導入部２２は、第１材料室２内に原料ガスＧ１を供給する。図１および図２に示す原料導入部２２は、原料ガス貯留部２２２と、バルブ２２４と、配管２２６と、を備える。

【0020】

原料ガス貯留部２２２は、原料ガスＧ１を貯留する。配管２２６は、原料ガス貯留部２２２と第１材料室２とを接続する。バルブ２２４は、配管２２６の途中に設けられ、配管２２６を流れる原料ガスＧ１の流量を調整する。

【0021】

原料ガスＧ１としては、例えば、被膜を構成する材料の前駆体（プリカーサー）を含むガスが挙げられる。具体的には、例えばケイ素系の被膜を形成する場合には、原料ガスＧ１として、ジメチルアミン、メチルエチルアミン、ジエチルアミンのような第二級アミン、トリスジメチルアミノシラン、ビスジエチルアミノシラン、ビスターシャリブチルアミノシランのような、第二級アミンとトリハロシランとの反応物等が挙げられる。なお、原料ガスＧ１は、これらの原料とともに、キャリアーガスを含んでいてもよい。

【0022】

酸化剤導入部３２は、第２材料室３内に酸化剤ガスＧ２を供給する。図１および図２に示す酸化剤導入部３２は、酸化剤ガス貯留部３２２と、バルブ３２４と、配管３２６と、を備える。

【0023】

酸化剤ガス貯留部３２２は、酸化剤ガスＧ２を貯留する。配管３２６は、酸化剤ガス貯留部３２２と第２材料室３とを接続する。バルブ３２４は、配管３２６の途中に設けられ、配管３２６を流れる酸化剤ガスＧ２の流量を調整する。

【0024】

酸化剤ガスＧ２としては、例えば、オゾン、プラズマ酸素、水蒸気等を含むガスが挙げられる。なお、酸化剤ガスＧ２は、酸化剤とともに、キャリアーガスを含んでいてもよい。

【0025】

第１排気部２４は、ポンプ２４２と、バルブ２４４と、配管２４６と、を備える。第２排気部３４は、ポンプ３４２と、バルブ３４４と、配管３４６と、を備える。

【0026】

ポンプ２４２、３４２としては、例えば、ドライ真空ポンプ、油回転真空ポンプ、ターボ分子ポンプ、メカニカルブースターポンプ等が挙げられる。配管２４６は、ポンプ２４２と第１材料室２とを接続する。バルブ２４４は、配管２４６の途中に設けられ、ポンプ２４２による減圧速度、到達圧力等を調整する。配管３４６は、ポンプ３４２と第２材料室３とを接続する。バルブ３４４は、配管３４６の途中に設けられ、ポンプ３４２による減圧速度、到達圧力等を調整する。

【0027】

仕切弁４は、ゲートバルブ４０を有する。ゲートバルブ４０は、真空用ゲートバルブであり、外部から開閉操作が可能になっている。ゲートバルブ４０を開けると、第１材料室２の内部と第２材料室３の内部とが接続される。ゲートバルブ４０を閉めると、第１材料室２の内部と第２材料室３の内部とが分離される。

【0028】

搬送器５は、底部５０１と、支柱５０２と、ステージ５０３と、を備える。底部５０１は、ベローズ３０３と接続され、第２材料室３の下部を塞いでいる。支柱５０２は、底部５０１から上方に立設されており、その上端にステージ５０３が接続されている。ステージ５０３は、対象物９を載置する載置台である。

【0029】

搬送器５は、図示しない駆動部から供給される駆動力によって、下部チャンバー３０１に対して上下方向に移動する。これにより、ステージ５０３は、第２材料室３の内部において上下方向に移動する。

【0030】

搬送器５は、ステージ５０３を最下端に位置させることにより、図１に示すように、ステージ５０３に載置されている対象物９を第２材料室３の内部に配置することができる。また、ゲートバルブ４０が開いているとき、搬送器５は、図２に示すように、ステージ５０３に載置されている対象物９を第１材料室２に進入させることができる。このとき、図１に示すステージ５０３を最上端に位置させると、ステージ５０３は、シール部材５０４を介して、下部チャンバー３０１の下面を封止する。これにより、ステージ５０３が第１材料室２の下部を構成し、対象物９は第１材料室２の内部に封入される。

【0031】

成膜装置１は、上記の構成の他、必要に応じて、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス（パージガス）を導入するパージガス導入部、第１材料室２や第２材料室３を加熱する加熱部、対象物９にプラズマを照射するプラズマ発生部、第１材料室２または第２材料室３を外部から開閉する開閉扉、各部の動作を協調して制御する制御部等を備えていてもよい。

【0032】

なお、図１および図２に示す成膜装置１は、前述したように、化学気相成膜法の一種である原子層堆積法により被膜を形成する装置である。本発明の成膜装置は、原子層堆積法以外の化学気相成膜法による被膜の形成にも対応可能である。具体的には、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ミストＣＶＤ法のような各種ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法等が挙げられる。原子層堆積法は、例えば原料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２の２種類またはそれ以上の種類のガスの導入および排気を交互に繰り返すことによって、対象物９の表面に吸着した原料分子を反応させ、膜化する方法である。この方法では、形成する被膜の膜厚を高精度に制御することができる。このため、特に薄い被膜をムラなく形成することができる。また、原子層堆積法では、細かな隙間にも原料ガスＧ１や酸化剤ガスＧ２が回り込んで成膜するため、成膜されない部分が発生しにくく、均一な膜厚の被膜を形成することができる。

【0033】

１．２．成膜方法
図３は、第１実施形態に係る成膜方法を説明するためのフローチャートである。なお、図３に示す実施形態は、一例であり、各工程の順序は入れ替わっていてもよいし、任意の工程が追加されていてもよい。

【0034】

図３に示す工程Ｓ１０２では、ゲートバルブ４０を開ける。なお、この操作の前に、ステージ５０３上には被膜を形成する対象物９を載置しておく。工程Ｓ１０４では、搬送器５のステージ５０３を下部チャンバー３０１に対して相対的に上昇させ、対象物９を第１材料室２内に配置する。工程Ｓ１０６では、第１材料室２内を排気する。これにより、第１材料室２内を減圧状態とする。減圧状態とは、例えば、１００Ｐａ以下の圧力のことをいう。工程Ｓ１０８では、第１材料室２内に原料ガスＧ１を供給する。供給された原料ガスＧ１は、対象物９の表面に付着する。工程Ｓ１１０では、第１材料室２内を排気する。これにより、付着に寄与しなかった余分な原料ガスＧ１が排出される。その後、必要に応じて、第１材料室２内にパージガスを供給、排気する操作を行うようにしてもよい。

【0035】

工程Ｓ１１６では、搬送器５のステージ５０３を下部チャンバー３０１に対して相対的に降下させ、対象物９を第２材料室３内に配置する。工程Ｓ１１８では、ゲートバルブ４０を閉める。工程Ｓ１２０では、第２材料室３内を排気する。これにより、第２材料室３内を減圧状態とする。工程Ｓ１２２では、第２材料室３内に酸化剤ガスＧ２を供給する。供給された酸化剤ガスＧ２は、対象物９の表面に付着している原料ガスＧ１の分子と反応し、被膜を形成する。工程Ｓ１２４では、第２材料室３内を排気する。これにより、反応に寄与しなかった余分な酸化剤ガスＧ２が排出される。その後、必要に応じて、第２材料室３内にパージガスを供給、排気する操作を行うようにしてもよい。

【0036】

工程Ｓ１２６では、成膜を終了するか否かを判断する。被膜の膜厚が十分である場合には、工程Ｓ１２６でＹＥＳを選択して工程Ｓ１２８に移行し、対象物９を取り出して成膜を終了する。被膜の膜厚が不足している場合には、工程Ｓ１２６でＮＯを選択し、成膜を継続するために再び工程Ｓ１０２に戻る。

【0037】

形成される被膜の構成材料としては、例えば、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化チタンのような酸化物、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化タンタルのような窒化物等が挙げられる。

【0038】

被膜の膜厚は、特に限定されないが、一例として、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるのが好ましく、２ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるのがより好ましく、４ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるのがさらに好ましい。このような膜厚であれば、比較的短時間で均一かつ緻密に形成することができる。

【0039】

以上のように、本実施形態に係る成膜方法は、原料ガスＧ１（第１材料）が供給および排気される第１材料室２と、酸化剤ガスＧ２（第２材料）が供給および排気される第２材料室３と、第１材料室２の内部と外部との間、および、第２材料室３の内部と外部との間を、それぞれ区切る仕切弁４と、を備える成膜装置を用い、原料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２の分子反応により、対象物９に対する成膜を行う方法である。この成膜方法は、少なくとも、工程Ｓ１０８と、工程Ｓ１２２と、を有する。工程Ｓ１０８では、第１材料室２内で、対象物９に原料ガスＧ１を付着させる。工程Ｓ１２２では、第２材料室３内で、対象物９に付着している原料ガスＧ１に酸化剤ガスＧ２を反応させ、成膜を行う。

【0040】

このような構成によれば、互いに区切られた第１材料室２および第２材料室３に対して互いに異なる材料を供給するため、材料室の内壁において原料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２が反応する機会を減少させることができる。このため、第１材料室２や第２材料室３の内壁に、反応物による被膜が形成されてしまうのを抑制することができ、汚染の原因となるパーティクルの発生を抑制することができる。また、内壁に成膜された被膜を除去するメンテナンスの手間が減少するので、成膜効率を高めることができる。

【0041】

また、本実施形態に係る成膜装置１は、原料ガスＧ１（第１材料）と酸化剤ガスＧ２（第２材料）の分子反応により、対象物９に対する成膜を行う装置である。成膜装置１は、第１材料室２と、第２材料室３と、仕切弁４と、搬送器５と、を備える。第１材料室２は、原料ガスＧ１が供給および排気される。第２材料室３は、酸化剤ガスＧ２が供給および排気される。仕切弁４は、第１材料室２の内部と外部との間、および、第２材料室３の内部と外部との間、をそれぞれ区切る。搬送器５は、第１材料室２の内部と外部との間、および、第２材料室３の内部と外部との間、でそれぞれ対象物９を搬送する。

【0042】

このような構成によれば、仕切弁４によって互いに区切られた第１材料室２および第２材料室３に対して原料ガスＧ１および酸化剤ガスＧ２を供給し、そのタイミングに合わせて、搬送器５により、対象物９を第１材料室２および第２材料室３に搬送することができる。これにより、第１材料室２の内壁には酸化剤ガスＧ２が付着しにくくなり、第２材料室３の内壁には原料ガスＧ１が付着しにくくなる。その結果、内壁において原料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２が反応する機会を減少させることができる。このため、第１材料室２や第２材料室３の内壁に、反応物による被膜が形成されてしまうのを抑制することができ、汚染の原因となるパーティクルの発生を抑制することができる。また、内壁に成膜された被膜を除去するメンテナンスの手間が減少するので、成膜装置１は、ランニングコストの低減が図られたものとなる。

【0043】

さらに、図１および図２に示す成膜装置１では、第１材料室２および第２材料室３が鉛直方向に並んでいる。このような構成によれば、成膜装置１の占有面積を小さくすることができるので、成膜装置１の省スペース化を図ることができる。

【0044】

また、図１および図２に示す成膜装置１では、搬送器５が、対象物９が載置されるステージ５０３を昇降させる機能を有する。ステージ５０３は、対象物９を第１材料室２内に配置する最上端（第１位置）と、対象物９を第２材料室３内に配置する最下端（第２位置）と、の間で昇降する。ステージ５０３が最上端にあるとき、ステージ５０３は、第１材料室２を囲む壁の一部（第１材料室２の下部）を構成する。

【0045】

このような構成によれば、ステージ５０３が対象物９を載置する機能と、第１材料室２を構成する機能と、を併せ持つ。このため、装置構成を簡単にすることができ、対象物９の搬送手順も簡単である。これにより、成膜装置１の製造コストおよびランニングコストの低減を図ることができる。

【0046】

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る成膜装置について説明する。
図４ないし図６は、第２実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。

【0047】

以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、各図において、前記第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

【0048】

図４ないし図６に示す成膜装置１Ａは、対象物保持器６を備える以外、図１および図２に示す成膜装置１と同様である。

【0049】

対象物保持器６は、可動のアーム部６２、および、アーム部６２を駆動する駆動部６４を有する。アーム部６２は、後述するように、対象物９を保持する保持姿勢と、対象物９を保持しない非保持姿勢と、の間で姿勢が変化する。図６に示すアーム部６２は、Ｘ軸に沿って第１材料室２の中心に向かって突出する。そして、前述した保持姿勢とは、対象物９を保持し得るアーム部６２の突出長さを指し、非保持姿勢とは、対象物９に届かないアーム部６２の突出長さを指す。

【0050】

このような構成によれば、アーム部６２を保持姿勢にしたとき、対象物９をステージ５０３に載置するのではなく、アーム部６２に保持させることができる。このため、第１実施形態とは異なり、ゲートバルブ４０を閉めた状態で第１材料室２に原料ガスＧ１を供給することができる。これにより、ステージ５０３に原料ガスＧ１が付着しにくくなり、ステージ５０３に被膜が形成されるのを抑制することができる。その結果、汚染の原因となるパーティクルの発生をより少なく抑えることができる。

【0051】

図４は、搬送器５のステージ５０３を下部チャンバー３０１に対して相対的に降下させ、対象物９を第２材料室３内に配置した状態を示す。図５は、ゲートバルブ４０を開けて、搬送器５のステージ５０３を下部チャンバー３０１に対して相対的に上昇させ、対象物９を第１材料室２内に配置した状態を示す。図５では、アーム部６２が非保持姿勢にある。このため、非保持姿勢にあるアーム部６２は、ステージ５０３に干渉しないので、対象物９の搬送を妨げない。図５では、対象物９の鉛直方向の位置を、アーム部６２の鉛直方向の位置に合わせてある。この状態で、図６に示すように、アーム部６２を保持姿勢に変化させる。これにより、アーム部６２は、対象物９とステージ５０３との間に挿入される。その結果、対象物９は、ステージ５０３によらず、アーム部６２によって保持される。このようにして対象物９を対象物保持器６に保持させた後、ステージ５０３を降下させ、ゲートバルブ４０を閉める。これにより、図６に示す状態に移行する。

【0052】

図６に示す状態であれば、ゲートバルブ４０を閉めた状態で原料ガスＧ１の供給が可能になる。これにより、前述したように、ステージ５０３に原料ガスＧ１が付着するのを抑制することができる。その結果、パーティクルの発生が特に抑制され、成膜装置１Ａのランニングコストのさらなる低減を図ることができる。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0053】

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る成膜装置および成膜方法について説明する。

【0054】

図７ないし図１２は、第３実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。なお、図７と、図９ないし図１２は、Ｘ－Ｙ面による断面図であり、図８は、Ｘ－Ｚ面による断面図である。

【0055】

以下、第３実施形態について説明するが、以下の説明では第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、各図において、前記第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

【0056】

３．１．成膜装置
図７に示す成膜装置１Ｂは、第１材料室２、第２材料室３等の並び方が異なる以外、図１および図２に示す成膜装置１と同様である。

【0057】

成膜装置１Ｂは、第１材料室２と、第２材料室３と、第３材料室７と、ロードロック室８と、仕切弁４と、搬送器５と、を備える。なお、成膜装置１Ｂは、この他に、成膜装置１と同様の原料導入部、酸化剤導入部、排気部等を備えるが、各図ではこれらの図示を省略している。

【0058】

図７に示すように、第２材料室３、ロードロック室８および第１材料室２は、Ｘ軸マイナス側からＸ軸プラス側に向かってこの順で並んでいる。また、ロードロック室８および第３材料室７は、Ｙ軸プラス側からＹ軸マイナス側に向かってこの順で並んでいる。

【0059】

図７または図８に示す第１材料室２は、箱状をなす第１チャンバー２０５と、載置台２０６と、を備える。

【0060】

図７または図８に示す第２材料室３は、箱状をなす第２チャンバー３０５と、載置台３０６と、を備える。

【0061】

図７に示す第３材料室７は、箱状をなす図示しない第３チャンバーと、図示しない載置台と、を備える。第３材料室７内には、第２材料室３内と同様、酸化剤ガスが供給される。このため、第３材料室７には、図示しない酸化剤導入部および排気部が接続されている。

【0062】

図７または図８に示すロードロック室８は、箱状をなすロードロックチャンバー８０５と、載置台８０６と、を備える。また、ロードロック室８は、図示しない開閉扉を備える。この開閉扉を介して外部からロードロック室８内に対象物９を持ち込んだり、ロードロック室８内の対象物９を持ち出したりすることができる。さらに、ロードロック室８には、図示しない排気部が接続されている。

【0063】

図７に示す仕切弁４は、第１ゲートバルブ４１と、第２ゲートバルブ４２と、第３ゲートバルブ４３と、を備える。これらは、いずれも真空用ゲートバルブであり、外部から開閉操作が可能になっている。

【0064】

第１ゲートバルブ４１は、ロードロック室８と第１材料室２との間に設けられる。第１ゲートバルブ４１を開けると、ロードロック室８の内部と第１材料室２の内部とが接続される。

【0065】

第２ゲートバルブ４２は、ロードロック室８と第２材料室３との間に設けられる。第２ゲートバルブ４２を開けると、ロードロック室８の内部と第２材料室３の内部とが接続される。

【0066】

第３ゲートバルブ４３は、ロードロック室８と第３材料室７との間に設けられる。第３ゲートバルブ４３を開けると、ロードロック室８の内部と第３材料室７の内部とが接続される。

【0067】

図７に示す搬送器５は、第１アクチュエーター５１と、第２アクチュエーター５２と、第３アクチュエーター５３と、を備える。これらは、いずれも減圧状態を損なうことなく、対象物９を搬送する。

【0068】

第１アクチュエーター５１は、図７に示すように、チャンバー５１１と、駆動部５１２と、ベローズ５１３と、ロッド５１４と、仮受部５１５と、駆動部５１６と、ベローズ５１７と、ロッド５１８と、を備える。

【0069】

第１アクチュエーター５１は、駆動部５１２により、ロッド５１４をＸ軸マイナス側に繰り出したり、Ｘ軸プラス側に引き戻したりする。そして、第１アクチュエーター５１は、ロッド５１４の先端に設けられた仮受部５１５に対象物９を載せ、その状態で、対象物９を搬送する。また、第１アクチュエーター５１は、駆動部５１６により、ロッド５１８をＺ軸プラス側に繰り出したり、Ｚ軸マイナス側に引き戻したりする。ロッド５１８を繰り出したときには、ロッド５１８でロッド５１４をＺ軸プラス側に押し上げる。これにより、仮受部５１５もＺ軸プラス側に押し上げることができる。

【0070】

第２アクチュエーター５２は、図７に示すように、チャンバー５２１と、駆動部５２２と、ベローズ５２３と、ロッド５２４と、仮受部５２５と、駆動部５２６と、ベローズ５２７と、ロッド５２８と、を備える。

【0071】

第２アクチュエーター５２は、駆動部５２２により、ロッド５２４をＸ軸プラス側に繰り出したり、Ｘ軸マイナス側に引き戻したりする。そして、第２アクチュエーター５２は、ロッド５２４の先端に設けられた仮受部５２５に対象物９を載せ、その状態で、対象物９を搬送する。また、第２アクチュエーター５２は、駆動部５２６により、ロッド５２８をＺ軸プラス側に繰り出したり、Ｚ軸マイナス側に引き戻したりする。ロッド５２８を繰り出したときには、ロッド５２８でロッド５２４をＺ軸プラス側に押し上げる。これにより、仮受部５２５もＺ軸プラス側に押し上げることができる。

【0072】

第３アクチュエーター５３は、図７に示すように、チャンバー５３１と、駆動部５３２と、ベローズ５３３と、ロッド５３４と、仮受部５３５と、を備える。また、第３アクチュエーター５３は、図示しないが、駆動部５２６、ベローズ５２７およびロッド５２８と同様の部材を備える。第３アクチュエーター５３の動作は、向きが異なる以外、第２アクチュエーター５２と同様である。

【0073】

また、成膜装置１Ｂは、第４ゲートバルブ４４、第５ゲートバルブ４５および第６ゲートバルブ４６を備える。

【0074】

第４ゲートバルブ４４は、第１材料室２とチャンバー５１１との間に設けられる。第５ゲートバルブ４５は、第２材料室３とチャンバー５２１との間に設けられる。第６ゲートバルブ４６は、第３材料室７とチャンバー５３１との間に設けられる。

【0075】

成膜装置１Ｂは、第３材料室７を備えている。第３材料室７は、第２材料室３と同様の機能を有する。つまり、第３材料室７では、対象物９を酸化剤ガスに接触させる。したがって、第２材料室３と第３材料室７とで、同じ工程を並行して行うことができる。これにより、被膜の形成のスループットを上げることができる。なお、後述する成膜方法では、第３材料室７を用いた成膜については、第２材料室３を用いた成膜と同様であるため、その説明を省略する。

【0076】

３．２．成膜方法
図１３は、第３実施形態に係る成膜方法を説明するためのフローチャートである。なお、図１３に示す実施形態は、一例であり、各工程の順序は入れ替わっていてもよいし、任意の工程が追加されていてもよい。

【0077】

図１３に示す工程Ｓ２０２では、第１ゲートバルブ４１、第２ゲートバルブ４２および第３ゲートバルブ４３を閉める。工程Ｓ２０４では、図７および図８に示すように、ロードロック室８内の載置台８０６上に対象物９を配置する。工程Ｓ２０６では、ロードロック室８、第１材料室２および第２材料室３を排気する。これにより、ロードロック室８内、第１材料室２内および第２材料室３内を減圧状態とする。

【0078】

工程Ｓ２０８では、第１ゲートバルブ４１を開ける。このとき、ロードロック室８内の圧力が第１材料室２内の圧力よりも低くなるように、各部の圧力を調整するのが好ましい。これにより、第１ゲートバルブ４１を開けたとき、ロードロック室８内の汚染物質が第１材料室２内に流れ込みにくくなる。工程Ｓ２１０では、第１アクチュエーター５１のロッド５１４を繰り出して、仮受部５１５をロードロック室８まで移動させる。そして、ロードロック室８に配置されている対象物９を仮受部５１５で受け取り、図９に示すように、第１材料室２内まで搬送する。そして、対象物９を図８に示す載置台２０６上に配置する。このとき、第１アクチュエーター５１のロッド５１４は、チャンバー５１１から第４ゲートバルブ４４を介して第１材料室２まで延在している。仮受部５１５による対象物９の受け取りや残置は、図８に示すロッド５１８によってロッド５１４を押し上げたり解除したりする操作で行うことができる。なお、チャンバー５１１内は、図示しない排気部によって排気されているので、操作に伴う脱ガスの影響を最小限に留めることができる。対象物９を第１材料室２に移動させた後、工程Ｓ２１２では、図１０に示すように、第１ゲートバルブ４１を閉める。工程Ｓ２１４では、第１材料室２内を排気する。工程Ｓ２１６では、第１材料室２内に原料ガスを供給する。工程Ｓ２１８では、第１材料室２内を排気する。

【0079】

工程Ｓ２２０では、第１ゲートバルブ４１を開ける。このときも、工程Ｓ２０８と同様、ロードロック室８内の圧力が第１材料室２内の圧力よりも低くなるように、各部の圧力を調整するのが好ましい。工程Ｓ２２２では、第１アクチュエーター５１により、対象物９をロードロック室８内に配置する。工程Ｓ２２４では、第１ゲートバルブ４１を閉める。

【0080】

工程Ｓ２２６では、第２ゲートバルブ４２を開ける。このとき、ロードロック室８内の圧力が第２材料室３内の圧力よりも低くなるように、各部の圧力を調整するのが好ましい。これにより、第２ゲートバルブ４２を開けたとき、ロードロック室８内の汚染物質が第２材料室３内に流れ込みにくくなる。工程Ｓ２２８では、第２アクチュエーター５２の仮受部５２５で対象物９を受け取り、図１１に示すように、第２材料室３内まで搬送する。そして、対象物９を図８に示す載置台３０６上に配置する。このとき、第２アクチュエーター５２のロッド５２４は、チャンバー５２１から第５ゲートバルブ４５を介して第２材料室３まで延在している。仮受部５２５を対象物９の下に差し込んだ後、図８に示すロッド５２８でロッド５２４を押し上げることにより、仮受部５２５に対象物９を載せることができる。チャンバー５２１内は、図示しない排気部によって排気されている。工程Ｓ２３０では、図１２に示すように、第２ゲートバルブ４２を閉める。工程Ｓ２３２では、第２材料室３内を排気する。工程Ｓ２３４では、第２材料室３内に酸化剤ガスを供給する。供給された酸化剤ガスは、対象物９の表面に付着している原料ガスの分子と反応し、被膜を形成する。工程Ｓ２３６では、第２材料室３内を排気する。

【0081】

工程Ｓ２３８では、第２ゲートバルブ４２を開ける。このときも、工程Ｓ２２６と同様、ロードロック室８内の圧力が第２材料室３内の圧力よりも低くなるように、各部の圧力を調整するのが好ましい。工程Ｓ２４０では、第２アクチュエーター５２により、対象物９をロードロック室８内に配置する。工程Ｓ２４２では、第２ゲートバルブ４２を閉める。

【0082】

工程Ｓ２４４では、成膜を終了するか否かを判断する。被膜の膜厚が十分である場合には、工程Ｓ２４４でＹＥＳを選択して工程Ｓ２４６に移行し、対象物９を取り出して成膜を終了する。被膜の膜厚が不足している場合には、工程Ｓ２４４でＮＯを選択し、成膜を継続するために再び工程Ｓ２０８に戻る。

【0083】

以上のように、本実施形態に係る成膜装置１Ｂは、第１ゲートバルブ４１を介して第１材料室２と隣り合い、かつ、第２ゲートバルブ４２を介して第２材料室３と隣り合う、ロードロック室８を備える。

【0084】

このような構成によれば、第１材料室２や第２材料室３から独立したロードロック室８において、内部へのアクセスが可能になる。これにより、第１材料室２や第２材料室３を外気に曝すことなく、対象物９の搬入や搬出を行うことができる。その結果、第１材料室２や第２材料室３が外気に汚染されるのを抑制することができる。

【0085】

また、本実施形態に係る成膜装置１Ｂでは、仕切弁４が、第１ゲートバルブ４１と、第２ゲートバルブ４２と、を有する。第１ゲートバルブ４１は、第１材料室２の内部と外部との間、具体的には、第１材料室２内とロードロック室８内との間を区切る。第２ゲートバルブ４２は、第２材料室３の内部と外部との間、具体的には、第２材料室３内とロードロック室８内との間を区切る。

【0086】

このような仕切弁４を設けることにより、第１材料室２に供給される原料ガスがロードロック室８内に流れ込んだり、第２材料室３に供給される酸化剤ガスがロードロック室８内に流れ込んだりするのを防止することができる。これにより、ロードロック室８の内壁に反応物による被膜が形成されてしまうのを抑制することができる。また、成膜装置１Ｂは、第１材料室２と第２材料室３との間にロードロック室８を介在させているため、各材料室の内壁において原料ガスと酸化剤ガスが反応する機会をより減少させることができる。これにより、汚染の原因となるパーティクルの発生をさらに抑制することができ、メンテナンスの手間をさらに減少させることができる。

【0087】

さらに、本実施形態に係る成膜装置１Ｂでは、搬送器５が、第１アクチュエーター５１と、第２アクチュエーター５２と、を有する。第１アクチュエーター５１は、第１材料室２の内部と外部との間、具体的には、第１材料室２内とロードロック室８内との間で、対象物９を搬送する。第２アクチュエーター５２は、第２材料室３の内部と外部との間、具体的には、第２材料室３内とロードロック室８内との間で、対象物９を搬送する。

【0088】

このような搬送器５を設けることにより、対象物９の搬送の過程で、第１材料室２内と第２材料室３内とが連通することが防止される。つまり、第１材料室２の内外で搬送を担う第１アクチュエーター５１と、第２材料室３の内外で搬送を担う第２アクチュエーター５２と、を併用することにより、ロードロック室８を挟んだ両側で個別に搬送することができる。これにより、搬送時に、原料ガスと酸化剤ガスが反応してしまう機会を、さらに減少させることができる。

【0089】

また、本実施形態に係る成膜方法は、第１材料室２と、第２材料室３と、仕切弁４と、搬送器５と、ロードロック室８と、を備える成膜装置を用いて対象物９に対する成膜を行う方法である。この仕切弁４は、前述したように、第１ゲートバルブ４１と、第２ゲートバルブ４２と、を備える。また、ロードロック室８は、前述したように、第１ゲートバルブ４１を介して第１材料室２と隣り合い、かつ、第２ゲートバルブ４２を介して第２材料室３と隣り合う。そして、本実施形態に係る成膜方法は、工程Ｓ２０８、Ｓ２２０と、工程Ｓ２２６、Ｓ２３８と、を有する。工程Ｓ２０８、Ｓ２２０では、前述したように、第１ゲートバルブ４１を開けるとき、ロードロック室８内の圧力が第１材料室２内の圧力よりも低くなるように調整されるのが好ましい。工程Ｓ２２６、Ｓ２３８では、前述したように、第２ゲートバルブ４２を開けるとき、ロードロック室８内の圧力が第２材料室３内の圧力よりも低くなるように調整されるのが好ましい。

【0090】

各部の圧力を上記のように調整することで、ロードロック室８内の汚染物質が第１材料室２内や第２材料室３内に流れ込むのを抑制することができる。これにより、対象物９に形成する被膜の品質が低下するのを抑制することができる。

【0091】

なお、これと同様、第４ゲートバルブ４４を開けるとき、第１アクチュエーター５１が備えるチャンバー５１１内の圧力は、第１材料室２内の圧力より低くなるように調整されるのが好ましい。また、第５ゲートバルブ４５を開けるとき、第２アクチュエーター５２が備えるチャンバー５２１内の圧力は、第２材料室３内の圧力より低くなるように調整されるのが好ましい。さらに、第６ゲートバルブ４６を開けるとき、第３アクチュエーター５３が備えるチャンバー５３１内の圧力は、第３材料室７内の圧力より低くなるように調整されるのが好ましい。これにより、チャンバー５１１、５２１、５３１内の汚染物質が第１材料室２内、第２材料室３内および第３材料室７内に流れ込むのを抑制することができる。

【0092】

以上、本発明の成膜装置および成膜方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の成膜装置は、前記実施形態の各部が同様の機能を有する任意の構成のものに置換されたものであってもよく、前記実施形態に任意の構成物が付加されたものであってもよい。また、本発明の成膜方法は、前記実施形態に任意の目的の工程が追加されたものであってもよい。

【符号の説明】

【0093】

１…成膜装置、１Ａ…成膜装置、１Ｂ…成膜装置、２…第１材料室、３…第２材料室、４…仕切弁、５…搬送器、６…対象物保持器、７…第３材料室、８…ロードロック室、９…対象物、２２…原料導入部、２４…第１排気部、３２…酸化剤導入部、３４…第２排気部、４０…ゲートバルブ、４１…第１ゲートバルブ、４２…第２ゲートバルブ、４３…第３ゲートバルブ、４４…第４ゲートバルブ、４５…第５ゲートバルブ、４６…第６ゲートバルブ、５１…第１アクチュエーター、５２…第２アクチュエーター、５３…第３アクチュエーター、６２…アーム部、６４…駆動部、２０１…上部チャンバー、２０２…蓋部、２０５…第１チャンバー、２０６…載置台、２２２…原料ガス貯留部、２２４…バルブ、２２６…配管、２４２…ポンプ、２４４…バルブ、２４６…配管、３０１…下部チャンバー、３０３…ベローズ、３０５…第２チャンバー、３０６…載置台、３２２…酸化剤ガス貯留部、３２４…バルブ、３２６…配管、３４２…ポンプ、３４４…バルブ、３４６…配管、５０１…底部、５０２…支柱、５０３…ステージ、５０４…シール部材、５１１…チャンバー、５１２…駆動部、５１３…ベローズ、５１４…ロッド、５１５…仮受部、５１６…駆動部、５１７…ベローズ、５１８…ロッド、５２１…チャンバー、５２２…駆動部、５２３…ベローズ、５２４…ロッド、５２５…仮受部、５２６…駆動部、５２７…ベローズ、５２８…ロッド、５３１…チャンバー、５３２…駆動部、５３３…ベローズ、５３４…ロッド、５３５…仮受部、８０５…ロードロックチャンバー、８０６…載置台、Ｇ１…原料ガス、Ｇ２…酸化剤ガス、Ｓ１０２…工程、Ｓ１０４…工程、Ｓ１０６…工程、Ｓ１０８…工程、Ｓ１１０…工程、Ｓ１１６…工程、Ｓ１１８…工程、Ｓ１２０…工程、Ｓ１２２…工程、Ｓ１２４…工程、Ｓ１２６…工程、Ｓ１２８…工程、Ｓ２０２…工程、Ｓ２０４…工程、Ｓ２０６…工程、Ｓ２０８…工程、Ｓ２１０…工程、Ｓ２１２…工程、Ｓ２１４…工程、Ｓ２１６…工程、Ｓ２１８…工程、Ｓ２２０…工程、Ｓ２２２…工程、Ｓ２２４…工程、Ｓ２２６…工程、Ｓ２２８…工程、Ｓ２３０…工程、Ｓ２３２…工程、Ｓ２３４…工程、Ｓ２３６…工程、Ｓ２３８…工程、Ｓ２４０…工程、Ｓ２４２…工程、Ｓ２４４…工程、Ｓ２４６…工程

【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】