JP5750281B2 - Vacuum integrated substrate processing apparatus and film forming method - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to an integrated vacuum substrate processing apparatus and a film forming method, and more particularly to a multi-chamber type integrated vacuum substrate processing apparatus and a film forming method using the substrate processing apparatus.
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)、SiO2膜、Si3N4膜、Al2O3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。 When manufacturing a MEMS device, various film forming processes, for example, a metal layer (for example, wiring (electrode)) selected from a Ni film, an Al film, a Cr film, a Cu film, a Mo film, and a Ta film on a substrate. As an insulating layer selected from SiO 2 film, Si 3 N 4 film, Al 2 O 3 film, and sacrificial layer selected from Mo film, W film, Si film, Ti film, a sputtering method, and formed using an etching method or the like, of the sacrificial layer in the shape of Risho Nozomu by the etching method, further subjected to a desired deposition has been carried out to obtain the desired product .
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。 However, after the disappeared etching process on the use of xenon difluoride gas as an etchant, usually exposed to the atmosphere, and then for doing film forming process, resulting effect on the substrate due to atmospheric exposure, is the solution It was sought after.
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)。 Furthermore, as a deposition method after et etching, deposition methods such as various CVD methods have been used, as one of the film formation method, a plurality of raw material gas into the reaction chamber by supplying alternately on a substrate An ALD method, which is a method for forming various thin films, is known (for example, see Patent Document 1).
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。 In this ALD method, for example, two kinds of source gases are alternately supplied in a pulsed manner into a reaction chamber, and a film is formed on a substrate placed on a support stage in the reaction chamber by a reaction on the substrate surface. It is. That is, in a state where one kind of source gas is adsorbed on the substrate, by supplying another source gas that reacts with the source gas, the two source gases come into contact with each other and react to form a desired thin film. Form. At that time, after the raw material gas is adsorbed, the raw material gas that has not been adsorbed is discharged, then another raw material gas is supplied to react with the adsorbed raw material gas, and then the other raw material gas that has not reacted is discharged. This operation is repeated to form a thin film having a desired film thickness. The material of the source gas can be used in a solid, liquid, or gaseous state, and is usually supplied together with a carrier gas composed of an inert gas such as nitrogen or argon.
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)。 Therefore, in a vacuum film forming apparatus that performs such an ALD method, a substrate support stage provided with a heating means is provided, and a source gas introduction means is usually disposed on the ceiling of the apparatus so as to face the stage. It is. For example, two kinds of source gases are supplied into the apparatus with a time lag through the gas introduction means, and one gas adsorption process and a reaction process between the adsorbed gas and the other gas are repeated, and predetermined An apparatus configured to form a thin film having a thickness of 2 mm is known (for example, see Patent Document 2).
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。 However, since such an ALD apparatus has a large volume and a large surface area inside the apparatus, the utilization efficiency of the raw material gas is low, and since it takes time to discharge the raw material gas after adsorption / reaction, the raw material gas There is a problem that the replacement efficiency of is low.
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(Al2O3)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H2O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。 In the ALD apparatus, for example, a pressure adjusting valve and a vacuum pump are provided on the downstream side of the reaction chamber so that the inside of the apparatus can be set to a predetermined pressure. There is a problem that the adjusting valve and the vacuum pump are deteriorated. For example, when depositing aluminum oxide (Al 2 O 3 ), trimethylaluminum (TMA) and H 2 O gas are used as source gases. Since this TMA is highly reactive, it is placed in a pressure regulating valve or a vacuum pump. There is also a problem that this product reacts with the moisture present, and this product forms a cause of failure and contamination of the pressure regulating valve and the vacuum pump.
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。 An object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above, a vacuum consistent substrate in order to solve the problem of atmospheric exposure after et etching in particular, the ALD apparatus used to d etching apparatus followed In addition to the processing apparatus, the vacuum integrated substrate processing apparatus includes other vacuum film forming apparatuses and the like, and the reaction chamber of the vacuum film forming apparatus which is one of the ALD apparatuses constituting the vacuum integrated substrate processing apparatus. Reduce the volume and surface area of the reaction chamber to increase the use efficiency of the source gas, shorten the discharge time of the source gas after adsorption / reaction to increase the replacement efficiency of the source gas, and adhere to other than the substrate An integrated vacuum substrate processing apparatus equipped with a vacuum film forming apparatus that facilitates the processing of the thin film and further prevents deterioration of a pressure adjusting valve and a vacuum pump provided downstream of the reaction chamber, and this processing apparatus. It is to provide a film forming method had.
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。 First vacuum consistent substrate processing apparatus of the present invention comprises a polygonal transfer chamber, and each of the respective sides of the polygon-connected load lock chamber, the heating chamber, et etching apparatus, and a vacuum deposition apparatus, Furthermore, a vacuum integrated substrate processing apparatus provided with an evacuation system, wherein the vacuum film forming apparatus alternately supplies a plurality of source gases to the reaction chamber in a pulsating manner, and is supported up and down provided in the reaction chamber. A vacuum film forming apparatus for forming a film by reaction of the source gas on a substrate placed on a stage, the outer chamber comprising an outer wall of the vacuum film forming apparatus and having an openable and closable top plate; The gas chamber is provided in a lower part of the outer chamber and is constituted by a dual structure chamber with an inner chamber which is a reaction chamber provided with an openable and closable top plate, and a gas nozzle for supplying the source gas into the inner chamber Parallel to substrate surface The trap is provided in the inner chamber, and the source gas discharge path in the inner chamber is a trap into which the source gas that has not contributed to the film formation is introduced. A trap for adjusting the pressure in the vacuum film-forming apparatus and a vacuum exhaust system are provided in this order on the downstream side of the trap, and are placed in the inner chamber. The film is formed on the substrate to be placed.
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。 Second vacuum consistent substrate processing apparatus of the present invention, polygonal transfer chamber, and equipped with the respective sides of the polygon-connected load lock chamber, et etching apparatus, and a vacuum deposition apparatus, further evacuation A vacuum integrated substrate processing apparatus provided with a system, wherein the vacuum film-forming apparatus alternately supplies a plurality of source gases to the reaction chamber in a pulsed manner on a vertically movable support stage provided in the reaction chamber. A vacuum film forming apparatus for forming a film by reaction of the raw material gas on a substrate to be placed, an outer chamber having an openable and closable top plate formed of an outer wall of the vacuum film forming apparatus, and an inside of the outer chamber A double-structured chamber consisting of an outer chamber with a top plate that can be opened and closed and an inner chamber that is a reaction chamber with a top plate that can be opened and closed. It is composed of A gas nozzle for supplying the source gas into the chamber is provided in the inner chamber so as to be parallel to the surface of the substrate, and the discharge path of the source gas in the inner chamber does not contribute to film formation. A trap into which the source gas is introduced, the trap having heating means provided therein, and a pressure adjusting unit for adjusting the pressure in the vacuum film forming apparatus on the downstream side of the trap A valve and an evacuation system are provided in this order, and the film is formed on the substrate placed in the inner chamber.
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。 Third consistent vacuum substrate processing apparatus of the present invention comprises a polygonal transfer chamber, and each of the respective sides of the polygon-connected load lock chamber, the heating chamber, et etching apparatus, and a vacuum deposition apparatus, Furthermore, a vacuum integrated substrate processing apparatus provided with an evacuation system, wherein the vacuum film forming apparatus alternately supplies a plurality of source gases to the reaction chamber in a pulsating manner, and is supported up and down provided in the reaction chamber. A vacuum film forming apparatus for forming a film by reaction of the source gas on a substrate placed on a stage, the outer chamber comprising an outer wall of the vacuum film forming apparatus and having an openable and closable top plate; The gas chamber is provided in a lower part of the outer chamber and is constituted by a dual structure chamber with an inner chamber which is a reaction chamber provided with an openable and closable top plate, and a gas nozzle for supplying the source gas into the inner chamber Parallel to substrate surface So as to be provided on the inner chamber, characterized in that it is configured to be deposited on a substrate that is placed in the inner chamber.
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。 Fourth consistent vacuum substrate processing apparatus of the present invention, polygonal transfer chamber, and equipped with the respective sides of the polygon-connected load lock chamber, et etching apparatus, and a vacuum deposition apparatus, further evacuation A vacuum integrated substrate processing apparatus provided with a system, wherein the vacuum film-forming apparatus alternately supplies a plurality of source gases to the reaction chamber in a pulsed manner on a vertically movable support stage provided in the reaction chamber. A vacuum film forming apparatus for forming a film by reaction of the raw material gas on a substrate to be placed, an outer chamber having an openable and closable top plate formed of an outer wall of the vacuum film forming apparatus, and an inside of the outer chamber And a gas nozzle for supplying the source gas into the inner chamber is provided on the surface of the substrate. Parallel to Provided on the inner chamber becomes, characterized in that it is configured to be deposited on a substrate that is placed in the inner chamber.
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。 In a fourth consistent vacuum substrate processing apparatus of the present invention, before disappeared etching apparatus, a vacuum etching apparatus having a reaction chamber, a gas introduction the reaction chamber, it is introduced into the chamber an etching gas at any pressure A substrate having a film to be processed, which is provided on a support stage provided in the reaction chamber, and having a gas discharge route for discharging the reaction product gas by etching in the reaction chamber and the remaining etching gas. In the above, by repeating the introduction of the etching gas into the reaction chamber and the discharge of the reaction product gas and the remaining etching gas in the reaction chamber, the film to be processed is reacted by the reaction between the etching gas and the film to be processed. An outer chamber configured to be etched and configured by an outer wall of the reaction chamber, and an inner chamber top plate member disposed so as to be movable up and down in the outer chamber There are, characterized by comprising a top plate member chamber inner constituting the chamber inner being lowered during the etching is an etching process chamber with the bottom plate of the outer chamber.
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。 In the vacuum film forming apparatus constituting the first to fourth vacuum integrated substrate processing apparatuses of the present invention, an upper deposition plate is provided on the inner wall surface of the top plate of the inner chamber, on the lower periphery of the gas nozzle and on the support stage. A lower protection plate is provided at a position facing the back surface of the substrate to be placed, and a side wall protection plate is provided on the side wall of the inner chamber.
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。 In the vacuum film forming apparatus constituting the first to fourth integrated vacuum substrate processing apparatuses of the present invention, the position facing the back surface of the substrate on which the lower deposition preventing plate is provided is the back surface periphery.
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。 In the vacuum film-forming apparatus constituting the first to fourth vacuum integrated substrate processing apparatuses of the present invention, a buffer for filling this source gas in the middle of a supply means for supplying at least one kind of gas among a plurality of source gases A tank is provided, and the raw material gas filled in the buffer tank is supplied from the gas nozzle into the inner chamber.
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。 In the vacuum film forming apparatus constituting the first to fourth integrated vacuum substrate processing apparatuses of the present invention, a buffer tank filled with this source gas is provided in the middle of each supply means for supplying each of the plurality of source gases. It is characterized by being configured to supply the source gas filled in each buffer tank into the inner chamber from the gas nozzle.
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。 In the vacuum film forming apparatus constituting the first to fourth integrated vacuum substrate processing apparatuses of the present invention, each of the plurality of source gases is composed of two kinds of source gases and supplies each of the first and second source gases. A buffer tank for filling the first and second source gases is provided in the middle of the means, and the gas filled in each buffer tank is supplied from the gas nozzle into the inner chamber. Features.
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H2Oガスであることを特徴とする。 In the vacuum film forming apparatus constituting the first to fourth integrated vacuum substrate processing apparatuses of the present invention, the first source gas is trimethylaluminum gas and the second source gas is H 2 O gas. To do.
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。 The vacuum film forming apparatus constituting the first to fourth integrated vacuum substrate processing apparatuses of the present invention is characterized by having a mechanism for opening and closing the respective top plates of the outer chamber and the inner chamber.
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。 The vacuum film forming apparatus constituting the first to fourth integrated vacuum substrate processing apparatuses of the present invention is characterized by having a mechanism for opening and closing each top plate of the outer chamber and the inner chamber by motor drive.
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。 The first to fourth integrated vacuum substrate processing apparatuses of the present invention are characterized by further comprising at least one selected from a plasma cleaning chamber or a gas cleaning chamber, a buffer chamber, and a sealing chamber.
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。 Fifth consistent vacuum substrate processing apparatus of the present invention, polygonal transfer chamber, and equipped with the respective sides of the polygon-connected load lock chamber, et etching apparatus, and a vacuum deposition apparatus, further evacuation a consistent vacuum substrate processing apparatus having a system, diether etching apparatus, a vacuum etching apparatus having a reaction chamber, the reaction chamber, gas introduction paths and the introducing into chamber an etching gas at any pressure On a substrate provided with a film to be processed, which is mounted on a support stage provided in the reaction chamber, and a gas discharge path for discharging the reaction product gas by the etching gas in the reaction chamber and the remaining etching gas. by repeating the discharge of the etching grayed gas introduction and the reaction chamber of the reaction product gas and the remainder of the etching gas into the reaction chamber, the reaction of the etching gas and the processing film An outer chamber constituted by an outer wall of the reaction chamber, and a top plate member for an inner chamber disposed in the outer chamber so as to be movable up and down. And an inner chamber top plate member that constitutes an inner chamber that is an etching process chamber together with a bottom plate of the outer chamber, and the vacuum film forming apparatus alternately pulses a plurality of source gases. A vacuum film forming apparatus for forming a film by a reaction of the source gas on a substrate placed on a support stage that is movable up and down provided in the reaction chamber. A double-structured chamber consisting of an outer chamber with an openable and closable top plate and an inner chamber that is installed in the lower part of the outer chamber and is a reaction chamber with an openable and closable top plate A gas nozzle for supplying the source gas into the inner chamber is provided in the inner chamber so as to be parallel to the surface of the substrate, and an upper protection is provided on the inner wall surface of the top plate of the inner chamber. A lower deposition plate is provided at a position facing the lower periphery of the gas nozzle and the back surface of the substrate placed on the support stage, and a sidewall deposition plate is also provided on the side wall of the inner chamber. The source gas discharge path in the inner chamber is provided with a trap into which the source gas that has not contributed to film formation is introduced, and is provided with a heating means inside. Further, on the downstream side of the trap, a pressure adjusting valve for adjusting the pressure in the vacuum film forming apparatus and an evacuation system are provided in this order, and on the substrate placed in the inner chamber. To be deposited It is comprised by these.
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。 The fifth integrated-vacuum substrate processing apparatus of the present invention is characterized by further comprising at least one selected from a heating chamber, a plasma cleaning chamber or a gas cleaning chamber, a buffer chamber, and a sealing chamber.
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。 The film forming method of the present invention is a film forming method using the first to fifth vacuum integrated substrate processing apparatuses described above, and a substrate on which a sacrificial layer is formed is etched through a polygonal vacuum transfer chamber. transported to etching the apparatus, by introducing a fluoride rare gas chamber, under vacuum, the sacrificial layer was d etching on the substrate, thus resulting substrate, a vacuum deposition apparatus via the vacuum transfer chamber The film is transferred into a reaction chamber constituting the film formation chamber, placed on a vertically movable support stage provided in the reaction chamber, and the first source gas and the second source gas are alternately pulsed in a reaction chamber. Supply, adsorption and discharge of the first source gas, supply of the second source gas, reaction between the adsorbed first source gas and second source gas, and second source gas It is composed of the outer wall of the vacuum film-forming apparatus when the film is formed on the substrate by repeatedly repeating the discharge. A substrate is placed on the support stage in the inner chamber, which is a reaction chamber equipped with an openable and closable top plate, and is installed in the lower part of the outer chamber. The first source gas and the second source gas are alternately supplied in pulses from the gas nozzle provided in the inner chamber so as to be parallel to the inner chamber. In this case, the first source gas and the second source gas are supplied to the respective buffers provided in the middle of the first and second source gas supply means. The gas stored in the tank is supplied from the gas nozzle into the inner chamber, and the first source gas and the second source gas that have not contributed to the film formation in the inner chamber are A tiger installed downstream of the inner chamber It is introduced into the flop, characterized by depositing with decomposition and heat-treated.
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H2Oガスであることが好ましい。 In the film forming method of the present invention, it is preferable that the first source gas is trimethylaluminum gas and the second source gas is H 2 O gas.
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。 In the film forming method of the present invention, the sacrificial layer is preferably at least one layer selected from a Mo film, a W film, a Si film, and a Ti film.
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。 According to the present invention, since the polygonal et etching apparatus was arranged around the transfer chamber and the vacuum deposition apparatus, and other devices available in vacuum, for example, when the MEMS device fabrication, after et etching step Since the film forming process by the next ALD method can be performed consistently in a vacuum without being exposed to the atmosphere, there is an effect that there is no influence on the substrate due to the exposure to the atmosphere.
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。 A vacuum deposition apparatus used in the film deposition process by the ALD method after et etching is and the volume of the reaction chamber, the surface area of the reaction chamber portion is made smaller to increase the utilization efficiency of the raw material gas and In addition to shortening the discharge time of the raw material gas after the adsorption / reaction, it is possible to increase the replacement efficiency of the raw material gas, and it is possible to facilitate the processing of the thin film attached to other than the substrate.
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。 Further, by providing a trap in the gas discharge path of the vacuum film forming apparatus, it is possible to prevent the deterioration of the vacuum pump and the valve provided on the downstream side of the inner chamber as the reaction chamber.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, an outline of the embodiment will be described, and then individual components will be described in detail. In the present invention, a vacuum film forming apparatus main body, and a film forming system in which the film forming apparatus main body includes a gas supply system or the like may be referred to as a film forming apparatus.
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。 According to the first embodiment of the integrated vacuum substrate processing apparatus of the present invention, the processing apparatus includes a polygonal transfer chamber, a load lock chamber connected to each side of the polygon, a heating chamber , et etching apparatus, and includes a ALD deposition apparatus, further a consistent vacuum substrate processing apparatus comprising a vacuum evacuation system, ALD deposition apparatus by supplying a pulsed manner the reaction chamber a plurality of raw material gases are alternately, A vacuum film forming apparatus for forming a film by reaction of a raw material gas on a substrate placed on a vertically movable support stage provided in a reaction chamber, and is configured by an outer wall of the vacuum film forming apparatus. It is composed of a double-structured chamber consisting of an outer chamber with an inner chamber and a lower chamber inside the outer chamber, and an inner chamber that is a reaction chamber with an openable and closable top plate. Gasno to supply The trap is provided in the inner chamber so that the gas is parallel to the surface of the substrate, and the source gas that has not contributed to the film formation is introduced into the discharge path of the source gas in the inner chamber, A trap provided with heating means is provided inside, and a pressure adjusting valve and a vacuum exhaust system for adjusting the pressure in the vacuum film forming apparatus are provided in this order on the downstream side of the trap, Further, an upper deposition plate is provided on the inner wall surface of the top plate of the inner chamber, and a lower deposition plate is provided at a position facing the lower periphery of the gas nozzle and the back surface of the substrate placed on the support stage, respectively. Provided (for example, in the case of a lower deposition plate provided at a position opposite to the back surface of the substrate, the entire back surface of the substrate can be placed as a disk shape, and a hollow shape (donut shape) of the substrate) It is configured so that the peripheral portion of the surface can be placed, and the source gas only needs to be configured so as not to enter the back surface of the substrate.), And supply at least one kind of gas among the plurality of source gases A buffer tank for filling the raw material gas is provided in the middle of the supply means, and the raw material gas filled in the buffer tank is configured to be supplied from the gas nozzle into the inner chamber. A buffer tank for filling the source gas is provided in the middle of each supply means for supplying each gas, and the source gas filled in each buffer tank is supplied from the gas nozzle into the inner chamber. And a mechanism for opening and closing each top plate of the chamber and the inner chamber, preferably by motor drive. Preferably, it comprises at least one of a plasma cleaning chamber or gas cleaning chamber, a buffer chamber, and a sealing chamber.
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。 In the first embodiment described above, before disappeared etching apparatus, a vacuum etching apparatus having a reaction chamber, the reaction chamber, a gas introduction path and the reaction chamber to be introduced into the chamber an etching gas in a gaseous state at any pressure And a gas discharge path for discharging the reaction product gas and the remaining etching gas from the etching of the substrate, and the substrate with the film to be processed placed on the support stage provided in the reaction chamber, It is configured to etch the film to be processed by the reaction between the etching gas and the film to be processed by repeating the introduction of the etching gas and the discharge of the reaction product gas in the reaction chamber and the remaining etching gas. the outer wall of the reaction chamber (i.e., side wall and top plate and bottom plate and) and the outer chamber is configured with a chamber for the top plate among which is vertically movably disposed in the outer chamber over This is an etching process chamber that is lowered by etching and brought into contact with the protruding portion at the lower peripheral edge of the top plate member and the bottom plate of the outer chamber and sealed through a sealing material such as an O-ring. And an inner chamber top plate member that defines the inner chamber. The use efficiency of the source gas can be increased by using a dual structure chamber composed of an outer chamber and an inner chamber.
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。 According to the second embodiment of the integrated vacuum substrate processing apparatus according to the present invention, this substrate processing apparatus does not include the heating device in the first embodiment as a component, and can process the substrate at room temperature. Device. Other constituent devices are as described in the first embodiment.
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。 According to the third embodiment of the integrated vacuum substrate processing apparatus of the present invention, this substrate processing apparatus does not include the trap in the first embodiment as a constituent element. This is as described in the first embodiment.
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。 According to the fourth embodiment of the integrated vacuum substrate processing apparatus of the present invention, this substrate processing apparatus does not include the heating device and the trap in the first embodiment as components, and the substrate is kept at room temperature. This is a device that can be processed, and the other components are the same as those described in the first embodiment.
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。 In the first to fourth embodiments of the integrated vacuum substrate processing apparatus according to the present invention, the transfer chamber of the substrate processing apparatus only needs to have a polygonal cross section. An arbitrary polygon may be used according to the number of each apparatus constituting the integrated vacuum substrate processing apparatus of the present invention, or there may be a side that is not connected as a certain polygon.
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H2O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H2O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H2O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。 In the above first to fourth embodiment, when a plurality of raw material gas is a combination of trimethylaluminum gas and H 2 O gas, as in the first embodiment, trimethylaluminum gas and H 2 O gas Each buffer tank for filling the trimethylaluminum gas and H 2 O gas is provided in the middle of each supply means, and the gas filled in each buffer tank is supplied from the gas nozzle into the inner chamber. Has been.
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。 The vacuum exhaust system in the first to fourth embodiments has a desired shape so that the polygonal transfer chamber and the processing chambers and processing apparatuses connected to the sides of the polygon can be evacuated to a desired pressure. All the processing chambers and processing apparatuses may be exhausted by a single vacuum exhaust system, or each processing chamber and processing apparatus may be exhausted by an independent vacuum exhaust system. The latter case is more efficient.
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。 The transfer chamber in the first to fourth embodiments may further include at least one selected from a plasma cleaning chamber or a gas cleaning chamber, a buffer chamber, and a sealing chamber.
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、H2Oガス、O2ガス、N2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。 Plasma cleaning chamber in the first to fourth embodiments, after the error etching, a radical which was generated by the plasma is a chamber for cleaning etch residues, it is sufficient that a known plasma cleaning device. In this case, H 2 O gas, O 2 gas, N 2 gas, or the like can be used as the plasma forming gas. The gas screening chamber, after the e etching, a chamber for cleaning etch residues in a radical, it is sufficient that the known gas cleaning device. For the cleaning, either the plasma cleaning chamber or the gas cleaning chamber may be used.
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。 The buffer chamber in the first to fourth embodiments is a chamber for consistently connecting to a sealing apparatus that performs a sealing process after film formation using an ALD apparatus. Conventionally, after ALD film formation, the film is once taken out into the atmosphere and then transferred to the sealing device, or transferred to the sealing device via a transfer vessel.
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。 In the sealing chambers of the first to fourth embodiments, after film formation using an ALD apparatus, a device such as glass for sealing is bonded to the substrate on which the device is manufactured to seal the device. It is a chamber and should just consist of a well-known sealing device. For example, the sealing device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-319264 and WO 2006/134863 may be used.
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。 The sealing device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-319264 is inflated by introducing a predetermined fluid having a pressing surface having a pressing surface on a plane that can be brought into close contact with a predetermined sealing object and is movable. And a biasing portion configured to contact and pressurize the pressing portion (for example, a balloon-shaped biasing portion main body configured to expand upon introduction of compressed air). A stop mechanism is provided.
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。 A sealing device described in WO 2006/134863 republished publication includes a vacuum processing tank capable of introducing an inert gas for sealing, and a pair of sealing objects bonded with an ultraviolet curable resin in the vacuum processing tank. A transport mechanism for transporting from the vacuum processing tank and moving to the ultraviolet irradiation position; and an ultraviolet irradiation means for irradiating the ultraviolet curable resin of the sealing object transported from the vacuum processing tank with ultraviolet light. is there.
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。 The sealing device described in the republication publication of WO 2006/134863 is also configured to (a) place an object to be sealed on the transport mechanism and perform pressure bonding, and (b) Has a UV irradiation window and / or (c) a UV irradiation chamber in which ultraviolet irradiation means is arranged, and the object to be sealed unloaded from the vacuum processing tank is carried into the UV irradiation chamber. Then, it is configured to irradiate with ultraviolet rays.
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。 The sealing object is sealed through the following steps using the sealing device described in WO 2006/134863 republished publication. That is, in a vacuum and an inert gas atmosphere for sealing, a process of sealing a periphery of the sealing target portion by bonding a pair of sealing target objects with an ultraviolet curable resin, and moving the sealing target object having a sealed structure Then, the object to be sealed is sealed by a step of placing it under atmospheric pressure or pressurizing and irradiating the ultraviolet curable resin of the object to be sealed by irradiating it with ultraviolet rays. Further, in a vacuum and an inert gas atmosphere for sealing, a process of sealing a periphery of the sealing target portion by bonding a pair of sealing target objects with an ultraviolet curable resin, and moving the sealed target object having a sealed structure Then, the object to be sealed is sealed by the step of irradiating and curing the ultraviolet curable resin of the object to be sealed with ultraviolet rays.
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。 As described above, alone due to be carried out in vacuum and d etching and ALD deposition, especially, the electrical characteristics and optical characteristics of the finally obtained devices is improved, the production yield of the display Improved. The cause is exactly unknown, by not contacting the atmosphere in the production process, as described later, the carbon content of the layer is reduced at the contact surface between the film by film and ALD deposition after et etching It is speculated that this may be due to a decrease in the reaction between moisture in the atmosphere and F-based compounds.
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、SiO2膜、Si3N4膜、及びAl2O3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F2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、H2O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。
According to the embodiment of the film forming method according to the present invention, this film forming method is a film forming method using the vacuum integrated substrate processing apparatus according to the present invention, and includes a Ni film, an Al film, a Cr film, and a Cu film. At least one metal layer selected from Mo film and Ta film, at least one insulator layer selected from SiO 2 film, Si 3 N 4 film, and Al 2 O 3 film, and Mo film, W film, Si film, and at least one substrate which the sacrificial layer is formed on the surface via transfer chamber polygon transported into et etching the device, fluoride rare gas chamber selected from Ti film by introducing and F 2 etching gas such as gas, under vacuum, and d etching the sacrificial layer on the substrate, thus resulting substrate to form a film forming chamber of a vacuum deposition apparatus via the vacuum transfer chamber On the support stage that can be moved up and down in the reaction chamber. Placed, the first material gas (e.g., trimethyl aluminum gas) and the second source gas (e.g.,
上記原料ガスとしては、トリメチルアルミニウムガスとH2O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。 Examples of the source gas include a combination of trimethylaluminum and oxygen or ozone in addition to a combination of trimethylaluminum gas and H 2 O gas.
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。 In order to make the support stage freely movable, a known lifting mechanism may be provided, for example, a lift may be provided on the lower surface of the stage.
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。 The substrate is not particularly limited, and generally any substrate that can be used in the ALD method, the CVD method, or the like can be used. The substrate may or may not be formed with a thin film.
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。 The vacuum film-forming apparatus in the integrated vacuum substrate processing apparatus of the present invention may be made of a material constituting the outer wall of a known ALD apparatus, and the top plate is configured to be opened and closed by a driving device such as a motor. .
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。 In the inner chamber, which is a reaction chamber, a plurality of source gases are alternately supplied in pulses to cause a reaction on the substrate placed in the inner chamber, thereby forming a thin film with a desired film thickness. The top plate of the inner chamber is configured to be openable and closable in the same manner as the top plate of the outer chamber. During maintenance of the vacuum film forming apparatus, the top plates of the outer chamber and the inner chamber are opened, It is possible to perform cleaning, replacement of the deposition prevention plate and gas nozzle, and the like. The top plate of the inner chamber is configured to be movable up and down so that the substrate can be transferred.
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。 As described above, the vacuum film forming apparatus constituting the integrated vacuum substrate processing apparatus of the present invention is constituted by the double-structure chamber composed of the outer chamber and the inner chamber, and thereby, the inner chamber which is a reaction chamber. The volume can be reduced, and for example, the distance between the bottom wall of the inner chamber and the top plate can be a distance of 2 mm or more and 1 cm or less.
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。 In the vacuum film forming apparatus constituting the integrated vacuum substrate processing apparatus of the present invention, the gas nozzles for supplying a plurality of source gases are provided in the inner chamber so that the gas introduction direction is parallel to the surface of the substrate. The shape of the nozzle is not particularly limited, and each source gas is configured to flow uniformly on the substrate.
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。 An upper deposition plate is provided on the inner wall surface of the top plate of the inner chamber, and a position facing the back surface of the substrate placed on the lower periphery of the gas nozzle and on the support stage (as described above, Each includes a peripheral edge), and a lower protective plate is provided, and a side wall protective plate is also provided on the side wall of the inner chamber. The deposition plate is provided to prevent the thin film generated by the reaction of the raw material gas from adhering to the inner wall of the inner chamber or the periphery of the gas nozzle. It is configured so that the protective plate can be replaced. It is only necessary to open and replace each top plate by driving a mechanism in which the top plates of the outer chamber and the inner chamber are opened and closed by a motor drive.
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。 Next, with reference to FIG. 1, the example of arrangement | positioning of each process chamber and processing apparatus of the vacuum integrated substrate processing apparatus of this invention is demonstrated.
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。
The vacuum integrated substrate processing apparatus (vacuum multi-chamber) shown in FIG. 1 has a
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。
The first to
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。
The operation of forming a multilayer film on the substrate surface using the vacuum multi-chamber will be described below. Here, a description will be given vacuum deposition apparatus consisting
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。
First, with all the gate valves closed, the inside of each processing chamber other than the load lock chamber (processing chamber) 18 is evacuated to a predetermined degree of vacuum. In this state, after the substrate is carried into the
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。
Next, the gate valve between the
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。
Next, the gate valve between the
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。
Next, et
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。
Et etching apparatus, as shown in FIG. 2 (a) and (b), a vacuum etching apparatus having a
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。
In the above description, the example in which the protruding
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。
Shown to d etching apparatus in FIG. 2 (a) and (b) as long as it has a double structure chamber consisting of an outer chamber and an inner chamber as described above, it is possible to enhance the utilization efficiency of the material gas Therefore, regardless of the structure, for example, a structure such as an
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。
FIG. 2A shows a state of arrangement of main members in the
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。
FIG. 2B shows a state of arrangement of the
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。 Using upper disappeared etching apparatus will be described with reference to FIG. 2 (c) the operation when carrying out the etching process.
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、N2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、N2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、N2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。
As shown in FIG. 2 (c), the
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。
After the inside of the
(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。 (1) Open the valve 27a, fill the second buffer tank 27 with the etching gas sublimated from the etching gas tank, and then close the valve 27a.
(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。
(2) Open the
(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。
(3) Open the
(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。
(4) The
(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。
(5) Next, the
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
The relationship among the volumes of the
Volume of inner chamber = volume of first buffer tank <volume of second buffer tank
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。 Next, with respect to the ALD apparatus having a dual-structure chamber, which is the above-described vacuum film forming apparatus, FIGS. 3 and 4 which are schematic diagrams showing an outline of a side cross section of the vacuum film forming apparatus, and a deposition plate provided in the inner chamber The configuration will be described with reference to FIGS. 5A and 5B which are a cross-sectional view and a plan view schematically showing the configuration. FIG. 3 shows the state of the vacuum film forming apparatus during the film forming operation, and FIG. 4 shows the state of the vacuum film forming apparatus when the substrate is carried in and out. In these figures, the same components have the same reference numerals.
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。
3 and 4, the vacuum film-forming
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。
The
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。
The
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。 Vacuum film forming apparatus shown in FIG. 3 and 4, as long as it has a double structure chamber consisting of an outer chamber and an inner chamber as described above, the structure is not limited, for example, are shown in FIG. 2 described above it may have a structure such as an outer chamber and an inner chamber in the e etching apparatus. In this case, the top plate member of the inner chamber is moved up and down by a driving mechanism provided on the upper part of the film forming apparatus.
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。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
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。
The substrate S is placed on a support member (lift) 36 as a support stage, and is placed on the
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。
Although not shown, the vacuum
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。
A buffer tank (not shown) provided in the middle of the supply means for supplying at least one of the source gases supplied into the
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H2O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。H2Oガスの場合も同様である。
For example, when the plurality of source gases are a combination of trimethylaluminum gas and H 2 O gas, a buffer tank for filling the trimethylaluminum gas is provided in the middle of the supply means for supplying the trimethylaluminum gas. The gas filled therein is supplied from the gas nozzle into the
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。
When the buffer tank as described above is not used, for example, when the supply amount of the source gas is controlled only by a valve, the time required for opening and closing the valve affects the supply amount of the source gas to the
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。
Instead of the lower
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。 According to the vacuum film forming apparatus in the first to second embodiments of the integrated vacuum substrate processing apparatus according to the present invention, the source gas that has not contributed to the film formation in the gas discharge path existing in the inner chamber. A trap is provided in which is introduced. An exhaust system including a pressure adjusting valve and a vacuum pump for adjusting the pressure in the vacuum film forming apparatus is provided in this order on the downstream side of the trap.
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。 The pressure adjusting valve controls, for example, the pressure in the inner chamber and corresponds to a change in trap conductance.
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。
As described above, the operation of the motors attached to the
-When conveying the object to be processed: Only the
During maintenance: Turn off the heating means such as a heater, then open the
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。 The trap will be described below with reference to FIG. 6 showing a typical configuration example of the trap. For the description of the components other than the trap, the reference numerals of the components shown in FIG. 3 are used.
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。
The shape of the
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(AlCx)が形成され、析出する。
In the
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。 Next, as a structural example in which the vacuum film forming apparatus shown in FIGS. 3 and 4 is combined with the first source gas and second source gas supply means and the discharge means, the source gas supplied to the vacuum film formation apparatus The sequence will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 7, the same components as those in FIGS. 3, 4, 5, and 6 are denoted by the same reference numerals, and will be described using the reference numerals in FIGS.
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。
In FIG. 7, the vacuum
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。
The first
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。
In relation to the first
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。
The second
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。
In relation to the second
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。
In FIG. 7, a carrier gas for the first source gas of the first
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。
The
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。 Note that temperature control means (not shown) such as a heater is provided in the flow path of the first source gas and the second source gas so that the first source gas and the second source gas are not liquefied. ing. In some cases, a cooling means may be provided to adjust the temperature.
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。
In addition, all of the above-described valve opening and closing is automatically controlled. Since the
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。
As described above, since the vacuum
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。
An example of a method of forming a film on the substrate S using the vacuum
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。
First, the
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。
Next, the first source gas in the
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、H2O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。
When the first source gas is filled in the
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。
As described above, after the first source gas is adsorbed on the surface of the substrate S, the valve 71e is closed, the
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H2O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。
After the first source gas is adsorbed and discharged, the second source gas such as H 2 O gas is supplied to the
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。
As described above, after the first source gas and the second source gas are reacted on the surface of the substrate S, the
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。
As described above, when the first source gas is discharged from the
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。
The step of supplying the first source gas to the
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H2Oガスを、キャリアガスの不活性ガスとして窒素ガス(N2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、N2ガス供給源から供給されTMAのキャリアガスであるN2を「N2(TMA)」と表記し、H2OガスのキャリアガスであるN2を「N2(H2O)」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。
FIG. 8 shows a sequence of the source gas supplied to the
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。
8, (1) is a step of supplying the first source gas from the
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。
As shown in FIG. 8, the first source gas and the second source gas are alternately supplied in pulses to the
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。
In FIG. 8, the first source gas is introduced into the
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Pv(T)(Tは第1の原料ガスの温度)、大気圧Patmに依存し、例えば、Q=V×{Pv(T)/Patm}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。
Incidentally, the supply amount (Q) of the first source gas to the
上述した真空成膜装置3を用いて、酸化アルミニウム(Al2O3)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(cm2)とは、V=(4×10−5〜4×10−4)×{Patm/Pv(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。
An example of conditions for forming aluminum oxide (Al 2 O 3 ) on the substrate S using the vacuum
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:H2Oガス
不活性ガス:N2
N2ガス流量:各1SLM
TMAガスの原料容器の温度:20〜80℃
H2O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:8000cm2
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
First source gas: trimethylaluminum (TMA) gas Second source gas: H 2 O gas Inert gas: N 2
N 2 gas flow rate: 1 SLM each
Temperature of TMA gas raw material container: 20-80 ° C
Temperature of H 2 O gas raw material container: 20 to 80 ° C.
Gas channel system temperature: 20-80 ° C
Surface area of substrate: 8000 cm 2
Capacity of inner chamber (deposition area): 770 mm x 960 mm x 10 mmt
Inner chamber temperature: 90-150 ° C
Buffer tank capacity: 14-140cc
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。 For example, under the above conditions, the time of step (1) in FIG. 8 is 2 seconds, the time of step (2) is 20 seconds, the time of step (3) is 2 seconds, and the time of step (4) Can be formed for 20 seconds.
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H2O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。 When two kinds of first source gas and second source gas are used as source gases, there is no particular limitation as long as they are gases that react with each other. For example, as the second source gas to be reacted with TMA that is the first source gas described above, an oxidizing agent such as oxygen or ozone can be used in addition to the H 2 O gas. The present invention exerts an effect that the first source gas can be prevented from flowing into a pressure adjusting valve or a vacuum pump provided on the downstream side of the inner chamber and adversely affecting the first source gas. In the case where the source gas is a highly reactive gas, the effects of the present invention can be exhibited particularly remarkably.
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。 Moreover, in the example mentioned above, although the raw material of 1st raw material gas and 2nd raw material gas illustrated liquid, the raw material of each raw material gas may be solid or gas. In the case of solid and liquid, a raw material gas may be generated by providing a vaporizer, a heating means, or the like.
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。 And in the example mentioned above, although carrier gas was supplied, it is not necessary to use carrier gas. However, if one source gas remains in the gas supply path or the inner chamber, it reacts with the other source gas, etc., and the supply amount of the source gas to the inner chamber fluctuates, or the gas supply path It is preferable to always flow an inert gas because the inner chamber may become contaminated.
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。
Further, in the above-described example, the first source gas supply unit and the second source gas supply unit are provided with
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。 Glass substrate (A) on which Ni film is formed on the surface, glass substrate (B-1) on which Ni film and Mo film are sequentially formed on the surface, glass substrate (B-2) on which Ni film and Mo film are sequentially formed on the surface And the process shown in FIG. 9 (a) and (b) was performed using 4 types of board | substrates, the glass substrate (B-3) which formed Ni film | membrane and Mo film | membrane in order on the surface. 9A and 9B, the horizontal axis represents elapsed time (hours) and the vertical axis represents temperature (° C.). As a control, an aluminum oxide film having a thickness of 5.4 nm was formed on a Si film at 90 ° C. using the same ALD apparatus, source gas, and supply process as described below. This film thickness was measured by ellipsometry (fixed at N = 1.63).
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H2O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。
For the glass substrate (A), without et etching, the substrate is placed (A) in the ALD apparatus (vacuum deposition apparatus) on a support stage provided in the 3
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。 Substrate (B-1) In the case of the Mo film sacrificial film and d etching using shown to d etching apparatus in FIG. 2, then without atmospheric exposure, the substrate under vacuum using an ALD apparatus (A) An aluminum oxide film was formed as in the case. Specifically, as the process B-1 shown in FIG. 9 (a) and (b), using a xenon difluoride gas as an etchant, pressure: 150 Pa under a substrate temperature at room temperature Dee etching, and then the atmosphere Without exposure, it was held for 2.5 hours (h) under vacuum (5 × 10 −3 Pa), then purged with nitrogen gas (300 Pa) for 0.5 hours, and then the substrate (A) under vacuum As in the case of, an aluminum oxide film was formed on the Ni film. The thickness of the aluminum oxide film was 7.8 nm. This film thickness was measured by ellipsometry (fixed at N = 1.63).
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H2O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。 Substrate (B-2) In the case of the Mo film sacrificial film and d etching using shown to d etching apparatus in FIG. 2, then without atmospheric exposure, the substrate under vacuum using an ALD apparatus (A) An aluminum oxide film was formed as in the case. Specifically, as the process B-2 shown in FIG. 9 (a), using a xenon difluoride gas as an etchant, pressure: 150 Pa under a substrate temperature at room temperature Dee etching, and then without atmospheric exposure Hold for 2.5 hours under vacuum (5 × 10 −3 Pa), purge with nitrogen gas (300 Pa) for 0.5 hour, flush with additional H 2 O gas for 5 minutes, and then with nitrogen gas Purge was performed for 5 minutes in the same manner as described above, and then an aluminum oxide film was formed on the Ni film in the same manner as the substrate (A) under vacuum. The thickness of this aluminum oxide film was 7.5 nm. This film thickness was measured by ellipsometry (fixed at N = 1.63).
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。 If the substrate (B-3), was d etching the Mo film sacrificial film using shown to d etching apparatus in FIG. 2, air exposure and (ATM), then held under vacuum, then the ALD apparatus An aluminum oxide film was formed in the same manner as in the case of the substrate A under vacuum. Specifically, as the process B-3 shown in FIG. 9 (b), using a xenon difluoride gas as an etchant, pressure: 150 Pa under a substrate temperature at room temperature Dee etching, followed 20 hours atmosphere at room temperature After exposure, hold for 2.5 hours under vacuum (5 × 10 −3 Pa), then purge with nitrogen gas (300 Pa) for 0.5 hour, then substrate A under vacuum using ALD equipment Similarly, an aluminum oxide film was formed on the Ni film. The thickness of the aluminum oxide film was 8.8 nm. This film thickness was measured by ellipsometry (fixed at N = 1.63).
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。 Comparing the process B-1 to B-3, the thickness of the aluminum oxide film in the case of atmospheric exposure after et etching is was thicker 1nm about than if after et etching also had been held in a vacuum. Since the formation conditions of the aluminum oxide film in each process were the same, some substance (impurities) was formed on the contact surface between the aluminum oxide film and the Ni film depending on the treatment before performing the ALD method. I thought it was. Therefore, the impurity layer on the contact surface between the aluminum oxide film and the Ni film was observed by Auger electron spectroscopy (AES). The results are summarized in FIG.
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H2Oガス処理によっても変化は観察されなかった。 In FIG. 10, the horizontal axis represents elements (C, F, Mo), and the vertical axis represents strength. As is clear from FIG. 10, F was not detected on the contact surface between the aluminum oxide film and the Ni film, but it was found that C and Mo were contained. That is, the layer of the contact surface analyzed by ellipsometry is composed of C and Mo, and it is clear that the C content at the contact surface increases with exposure to the atmosphere. The C and Mo contents were not observed to change with the additional H 2 O gas treatment.
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。 Therefore, by not contacting the atmosphere in the process of the upper disappeared etching and ALD deposition, the carbon content of the layer in the contact surface between the film by film and ALD deposition after et etching is can be seen that less.
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。 As a result, by performing in vacuum and d etching and ALD deposition especially, display of the production yield with electrical characteristics and optical characteristics of the finally obtained devices is improved it can be improved.
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。 According to the present invention, the ALD apparatus used to d etching apparatus followed with a vacuum consistent substrate processing apparatus, a vacuum consistent substrate processing apparatus including the other of the film forming apparatus such as, also, this consistent vacuum substrate processing apparatus By reducing the volume of the reaction chamber of the ALD device that is one of the components and the surface area of the reaction chamber, the utilization efficiency of the raw material gas is increased, and the discharge time of the raw material gas after adsorption / reaction is shortened. Vacuum deposition that increases the replacement efficiency of the source gas, facilitates the processing of thin films other than the substrate, and prevents deterioration of the pressure control valve and vacuum pump provided downstream of the reaction chamber Since an integrated vacuum substrate processing apparatus provided with the apparatus and a film forming method using the processing apparatus can be provided, the present invention can be used in various technical fields where it is necessary to form a thin film.
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
11
13
15 Buffer chamber (processing chamber) 16 Gas cleaning chamber (processing chamber)
17 Heating chamber (processing chamber) 18 Load lock chamber (processing chamber)
2
74b
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