专利名称：真空成膜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种真空成膜装置，其向配置在真空室内作为成膜对象的基板交替提供两种以上的原料气体，并通过化学反应形成规定的薄膜。
背景技术：
在半导体器件的制造工序中，有成膜工序，其在晶片等作为成膜对象的基板上形成规定的薄膜，对该成膜工序，随着近年半导体器件的小型化，需要以低温来进行成膜。由此，具有可减低热过程及良好的阶梯被覆性等特征的ALD成膜方法受到关注。例如可通过专利文献I 了解实施上述成膜方法的真空成膜装置。该装置具有真空室，所述真空室带有加热内部的加热器。在真空室的上部形成有气体导入口，按气体种类设置的多个管道通过切换阀与该气体导入口连接。再有，在真空室内的上部空间，设置有与气体导入口连通的喷头，与该喷头相对设置有台架，所述台架上保持有基板。在真空室的底部，形成有排气口，所述排气口与真空泵相通以排出内部的气体。而且，向基板表面供给第一原料气体，使该第一原料气体化学吸附在基板表面形成第一原料气体的原子层。接着，在以非活性气体置换基板表面的气体气氛后，向基板表面供给第二原料气体，使其与吸附在基板表面的第一原料气体反应，形成第二原料气体的原子层。接着，在进一步以非活性气体置换基板表面的气体气氛后，再次吸附第一原料气体，与上述同样地，再次供给置换后的第二原料气体。重复该一系列的操作，交替供给两种以上的原料气体并通过化学反应形成规定的薄膜。但是，在上述现有例子的真空成膜装置中，由于是从与基板表面，也就是说与基板的成膜面相对并正交的方向供给原料气体的，所以存在难以使基板的成膜面整面都有效地吸附原料气体的问题。因此，可以考虑将原料气体的气体供给装置设置为从基板的成膜面一侧向另一侧沿该基板表面喷射所述气体，并且从该另一侧将导入真空室内的原料气体等抽真空。此时，需要在真空室的侧壁上从该壁面向侧方延展安装将作为气体供给装置的切换阀或管道及与作为排气装置的、与真空泵相通的排气管等部件，不仅会产生装置的设置面积增加的问题，有时还会产生受这些部件的限制而无法用作具有中央搬运室的组合设备的成膜模块的问题。现有技术文献专利文献专利文献I专利公开2003 - 318174号公报
发明内容
发明要解决的技术问题鉴于以上 内容，本发明要解决的技术问题是提供一种真空成膜装置，其不会损害能在基板的成膜面整面有效的吸附原料气体的功能，并且能够防止装置自身设置面积大型化。
解决技术问题的手段为解决上述技术问题，本发明的真空成膜装置向配置在真空室内作为成膜对象的基板交替供给两种以上的原料气体并通过化学反应形成规定的薄膜，其特征在于:具有在真空室内保持基板的台架，向该基板交替供给气体的气体供给装置，以及排出真空室内的气体的排气装置；以在所述台架保持的所述基板的成膜面侧为上，所述气体供给装置具有至少一个喷嘴，所述喷嘴配置在台架的一侧并从基板的一侧向另一侧沿该基板上面喷射所述气体中的任意一种；所述排气装置具有开在真空室的下壁位于所述台架的另一侧的排气口，设置在该真空室的下方并与排气口连通的排气室，以及与排气室相连并将该排气室内抽真空的真空泵。根据本发明，由于通过将喷嘴配置在台架的一侧，从基板的一侧向另一侧沿该基板上面供给规定的气体，并且在台架的另一侧设置与压力小于真空室的排气室相通的排气口，经排气口将通过基板的气体积极地排入排气室，所以能够在基板的成膜面整面上有效地吸附原料气体。此时，排气室设置在真空室的下方，并且由于采用了喷嘴设置在真空室内，能从真空室的下方连接向该喷嘴供给规定气体的气体供给管的结构，所以无需从真空室的壁面向侧方延伸设置管道或排气管等部件，无需增大装置的设置面积，此外，即便在作为组合设备用的成膜模块情况下也不受特殊限制。再有，在本发明中，优选所述喷嘴由竖直设立在所述台架的下面上的基部，以及从该基部连接向台架的一侧弯曲的喷嘴部构成，喷嘴部具有的长度从该喷嘴部看大于等于在基板部分上的最大长度，在台架侧的端部上沿该长度方向相隔规定间隔排列多个喷射口。再有，优选所述排气口具有的长度大于等于从该喷嘴部看基板部分的最大长度。由此，由于基板的成膜面整面同样有气体流动，所以能使原料气体吸附在基板的成膜面整面上，并且能够使成膜面未吸附的气体一通过基板就立即被排出。此处，如上所述，向配置在真空室内作为成膜对象的基板交替供给两种以上的原料气体通过化学反应形成规定的薄膜时，在切换气体种类时如考虑排出之前的气体，则真空室的容积越小越能够缩短排气时间并能够提高生产效率。通过缩小真空室的容积，能够抑制气体的使用量。另一方 面，如果太过缩小真空室内的容积，则难于通过真空机器手将基板搬入或搬出台架。因此，还具有在真空室内上下配置的一对上隔壁和下隔壁，以及可使所述上隔壁和所述下隔壁相对移动进行靠近、分离的驱动装置，上隔壁及下隔壁中至少一方的周边部设置隔离成膜空间的周侧壁，使之朝着彼此接近的方向相对移动，在包含喷嘴在内的台架周围形成容积小于真空室的容积且与真空室隔绝的成膜空间，若采用该结构，除成膜时能形成容积小的成膜空间外，也有利于在搬运基板时确保足够的搬运空间。
图1 (a)是表示出本发明的真空成膜装置结构的剖面示意图。(b)是沿(a)的Ib -1b线的剖面图。图2是喷嘴的主视图。图3是说明原料气体的供给的框图。图4是表示本发明的真空成膜装置的另一种结构的剖面示意图。
具体实施例方式以下，参照附图，以矩形的玻璃制基板W为成膜对象，对该基板W交替供给两种气体，该两种气体中以三甲基铝为第一原料气体，以水蒸汽为第二原料气体，在基板表面形成氧化铝薄膜，以此种情况为例说明本发明实施方式的真空成膜装置。在下文中，以图1中的基板W的成膜面侧为上，按此使用左、右、下、前、后等表示方向的用语。参照图1，M是本实施方式的真空成膜装置。真空成膜装置M具有规定容积的真空室I。在真空室I内的下壁内面，设置有面积小于该内面的下隔壁11。在下隔壁11的周边部，一体形成并向上方突出设置周侧壁12。在下隔壁11的周侧壁12的内侧部分，设置有台架2，所述台架2将基板W保持为其成膜面侧朝上。在台架2上安装有电阻加热式加热器21，以便能在成膜时将基板W加热到规定温度。在下隔壁11的周侧壁12的内侧部分上台架2的右侧，设置有作为气体供给装置3的第I及第2的两喷嘴31、32。两喷嘴31、32具有大致相同的形态，如图2所示，喷嘴31
(32)由贯通真空室I的下壁及下隔壁11而竖直设立的筒状的基部31a (32a)，以及使该基部31a越向上方直径越扩展的同时与之连通而一体形成的，其尖端部向台架2侧弯曲的喷嘴部31b (32b)构成。喷嘴部31b的前后方向长度LI，形成为大于等于与之相对的基板W的一边的长度L2。此时，基板W的上述一边，从喷嘴部31b看是基板W部分上的最大长度。另外，基板W是圆形时，其直径为面对喷嘴部31b的基板W部分上的最大长度。另外，在喷嘴部31b的台架2侧的端部上等间隔配置有多个分隔板31c (32c)，分割出多个喷射口 31d(32d)，以便在其长度方向上相隔规定间隔排列多个喷射口。而且，如果向基部31a的下端提供原料气体，则在该基部31a的上部先行扩散，再从各喷射口 31d大致均匀地喷射。第I及第2两喷嘴31、32为上下重叠配置，以使各喷射口 31d在铅垂方向位于同一平面内。此时，设置为位于下 侧的第I喷嘴31的各喷射口 31d与基板W上面位于同一平面上。从基部31a的真空室I的下面突出的部分分别与来自第一原料气体的气体源43a的第一气体供给管4a和来自第二原料气体的气体源43b的第二气体供给管4b连接。如图3所示，第一气体供给管4a上分别插设有缓冲罐41a、该缓冲罐41a的上游侧及下游侧的开关阀42a、42b、以及真空计G，与第一原料气体的气体源43a相连通。另一方面，第二气体供给管4b上也分别插设有缓冲罐41b、该缓冲罐41b的上游侧及下游侧的开关阀42c、42d、以及真空计G，与第二原料气体的气体源43b相连通。而且，预先填充在各缓冲罐41a、41b内的第一原料气体和第二原料气体交替供给。另外，也可设置为在气体源43a、43b中能够收纳气相状态的原料气体，气化液相及固相的原料得到原料气体。再有，在第一气体供给管4a和第二气体供给管4b上，连接有用于导入氮气或氩气等非活性气体的非活性气体导入管5，所述非活性气体导入管5来自插设有开关阀51a、51b和质量流量控制器52的非活性气体源53，在成膜过程中，随时将非活性气体导入真空室I内，例如，将第一原料气体供给到基板W后，在将第二原料气体供给到基板W之前，能以非活性气体将真空室I先行置换为非活性气体气氛。另外，也可将第二气体供给管4b在缓冲罐41b和下游侧的开关阀42d之间分支，经开关阀61将该分支的旁通管6与后文说明的排气室相连接。在下隔壁11的周侧壁12的内侧部分上台架2的左侧，开设有作为排气装置7的排气口 71，其贯通真空室I的下壁及下隔壁11。排气口 71前后方向的长度L3形成为大于等于与之相对的基板W的一边的长度L2。而且，该排气口 71与设置在真空室I的下壁外侧的排气室72相连通。排气室72通过另一排气管73与真空泵74相连接。使用涡轮分子泵或回转泵等公知的装置作为真空泵74，并且排气管73上也可具有调节排气速度的调节阀。再有，使用由筒状部件构成的装置作为排气室72，以沿铅垂方向延伸的形态挂设排气管73。此时，考虑气体流量等设定排气室72的容积。在真空室I内的上部，设置有与下隔壁11相对的上隔壁13。上隔壁13挂设在贯通真空室I的上壁的多个驱动轴81上，其内部内置有图示省略的加热器。在驱动轴81延伸向真空室I外的部分上外插有波纹管82，连接于直接传动式马达等驱动装置83。通过该驱动装置83，上隔壁13在搬运位置与成膜位置之间上下移动，所述搬运位置能退让到真空室I内的上侧在搬运基板W时确保足够的搬运空间，所述成膜位置隔离出成膜空间，所述成膜空间是该上壁部13的周边部与周侧壁12的上面12a紧密接触，在包含喷嘴31、32及排气口 71在内的台架2周围，形成容积小于真空室I的容积且与之隔绝的成膜空间。另外，为将基板W搬出、搬入台架2，在真空室I的侧面设置闸阀GV，并且在台架2上设置从该台架2抬起基板W的省略图不的提升支杆，以图外的具有机械手臂的搬运机器手搬运基板W。接着说明以本实施方式的真空成膜装置对基板W进行成膜处理。在图1所示的状态下，真空成膜装置M全部的开关阀42a 42d都被关闭，在上隔壁13位于搬运位置的状态下通过真空泵74将其内部真空排气至规定圧力而处于待命状态。接着，通过图示省略的搬运机器手将基板搬运到台架2的正上方，在交给提升支杆后，放置在台架2上。这种情况下，也可通过静电卡盘等吸附。基板W—放置在台架2上，就通过驱动装置83使上隔壁13向下移动到成膜位置。此时，只打开上游侧的开关阀42a、42c，在缓冲罐41a、41b中分别填充第一原料气体和第二原料气体，真空计G的测定值一达到规定値，就打开两开关阀42a、42c。开始成膜时，打开下游侧的开关阀42b和非活性气体用的开关阀51a、51b，将缓冲罐41a内的第一原料气体和非活性气体供给到基板W表面，使该第一原料气体化学吸附在处理表面并形成第一原料气体的原子层。缓冲罐41a内的第一原料气体一供给到基板W表面，则只关闭下游侧的 开关阀42b，通过非活性气体置换基板W表面的气体气氛。接着，一通过非活性气体置换基板W表面的气体气氛，就打开下游侧的开关阀42d，将缓冲罐41b内的第二原料气体和非活性气体供给到基板W表面，与吸附在基板W表面的第一原料气体发生反应，形成第二原料气体的原子层。此时，只打开上游侧的开关阀42a在缓冲罐41a中填充第一原料气体，真空计G的测定值一达到规定値，就关闭开关阀42a。重复这一系列的操作，交替供给两种以上的原料气体通过化学反应形成氧化铝薄膜。根据上述实施方式，通过喷嘴31、32，由于配置在台架2的一侧从基板W的一侧向另一侧且沿该基板W上面供给规定的气体，并且在台架2的另一侧设置与压力小于真空室I的排气室72相通的排气口 71，经排气口 71将通过基板W的气体积极地排出排气室72，所以能够在基板的成膜面整面上有效吸附原料气体。此时，排气室72设置在真空室I的下方，并且由于采用了喷嘴31、32设置在真空室I内，能从真空室I的下方连接向该喷嘴31、32供给规定气体的气体供给管4a、4b的结构，所以无需从真空室I的壁面向侧方延伸设置管道或排气管等部件，无需增大装置的设置面积，此外，即便在作为组群加工用的成膜模块时也不受特殊限制。
再有，通过如上所述构成喷嘴31、32及排气装置7，由于基板W的成膜面整面都同样有气体流动，所以能使原料气体吸附在基板W的成膜面整面上，并且能够使成膜面未吸附的气体一通过基板W就立即被排出。进而，通过在真空室I内设置上下移动的上隔壁13及下隔壁11，可在成膜时形成容积小的成膜空间，由此，能够缩短排气时间并能够提高生产效率，除能够抑制气体的使用量外，也有利于在搬运基板W时能确保足够的搬运空间。以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不受上述内容限制。在上述实施方式中，由于基板W的成膜面整面都同样有原料气体提供，所以以设置喷射口 31d、32d大于等于基板W的最大长度为例进行了说明，但并不仅限于此，例如也可在基板W的长度方向上排列多个气体管，再有，也可在喷嘴部31b、32b的台架2侧的端部上安装沿长度方向以等间隔排列有通孔的板状部件，以使多个喷射口沿其长度方向离规定间隔排列。再有，排气口71也可由多个排气口构成。进而，在上述实施方式中，以设置两个喷嘴导入两种原料气体的装置为例进行了说明，但并不仅仅限于此，也可通过单个喷嘴导入多种原料气体。再有，以将上隔壁13制成板状部件并对其进行上下移动的装置为例进行了说明，但并不仅限于此。例如，可在上隔壁13的下面周边部形成周壁部，此时，也可使真空室I的下壁发挥下隔壁11的作用而省略下隔壁11。在上述实施方式中，以用安装在下隔壁11上的台架2保持基板W的情况为例进行了说明，但如图4所示，也可用作为台架的下隔壁11来直接保持基板W。此时，在下隔壁11和真空室I的下壁之间安装加热器21即可，真空成膜装置M2在形成于下隔壁11下面的凹部Ila上具有加热器21。再有，基板W并不仅限于玻璃基板，例如也可以是硅基板。此时，也可以以用搬运托盘来保持基板W的状态搬运到台架2或下隔壁11上。附图标记说明
M...真空成膜装置1...真空室、11...下隔壁(台架)、2...台架、3...气体供给装置、31、32...喷嘴、7...排气装置、71...排气口、73...排气室、74...真空泵。
权利要求
1.一种真空成膜装置，其向配置在真空室内作为成膜对象的基板交替提供两种以上的原料气体，通过化学反应形成规定的薄膜，其特征在于: 具有在真空室内保持基板的台架，向该基板交替供给气体的气体供给装置，以及排出真空室内的气体的排气装置； 以在所述台架保持的所述基板的基板成膜面侧为上，所述气体供给装置具有至少一个喷嘴，所述喷嘴配置在台架的一侧并从基板的一侧向另一侧沿该基板上面喷射所述气体中的任意一种； 所述排气装置具有开在真空室的下壁位于所述台架的另一侧的排气口，设置在该真空室的下方并与排气口连通的排气室，以及与排气室相连并将该排气室内抽真空的真空泵。
2.根据权利要求1所述的真空成膜装置，其特征在于: 所述喷嘴由竖直设立在所述台架的下面上的基部以及从该基部连接向台架的一侧弯曲的喷嘴部构成，所述喷嘴部具有的长度大于等于从该喷嘴部看基板部分的最大长度，在台架侧的端部上沿该长度方向相隔规定间隔排列多个喷射口。
3.根据权利要求1或2所述的真空成膜装置，其特征在于: 所述排气口具有的长度从该喷嘴部看大于等于在基板部分上的最大长度。
4.根据权利要求广3中任意一项所述的真空成膜装置，其特征在于: 还具有在所述真空室内上下配置的一对上隔壁和下隔壁，以及可对所述上隔壁和所述下隔壁相对移动进行靠近、分离的驱动装置，在上隔壁及下隔壁中的至少一个的周边部设置隔离出成膜空间的周侧壁，使之朝彼此接近的方向相对移动，在包含喷嘴在内的台架周围形成容积小于真空室且与真 空室隔绝的成膜空间。
全文摘要
本发明提供一种真空成膜装置，其不会损害能在基板的成膜面整面有效吸附原料气体的功能，并且能够防止装置自身设置面积大型化，其具有在真空室1内保持基板的台架(2)，向该基板(W)交替供给气体的气体供给装置(3)，以及排出真空室内的气体的排气装置(7)；以台架保持的所述基板的成膜面侧为上，气体供给装置具有至少一个喷嘴(31)，所述喷嘴(31)配置在台架的一侧并从基板的一侧向另一侧沿该基板上面喷射所述气体的任意一种；排气装置具有开在真空室的下壁位于台架的另一侧的排气口(71)，设置在该真空室的下方并与排气口连通的排气室(73)，以及与排气室相连并将该排气室内抽真空的真空泵(75)。
文档编号C23C16/455GK103225073SQ20131002284
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月22日 优先权日2012年1月25日
发明者大森美纪, 清田哲司, 立野勇一, 久保昌司 申请人:株式会社爱发科