專(zhuān)利名稱(chēng)：噴頭、薄膜制造裝置以及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴頭、薄膜制造裝置以及制造方法。
背景技術(shù)：
在以往的薄膜制造裝置中，在為具有基板臺(tái)升降機(jī)構(gòu)的裝置的情況下，由于升降機(jī)構(gòu)的間隙，在真空時(shí)，基板臺(tái)被拉至真空中，在大氣時(shí)，調(diào)整的同心圓的排氣口(排氣路徑)的平衡被打破。因此，為了達(dá)到向基板上的均一的膜厚分布，若膜厚分布在±3％以?xún)?nèi)，則單側(cè)5mm以上，若±2％以?xún)?nèi)，則10mm以上的排氣口是必需的(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1。)。另外，在具有該基板臺(tái)升降機(jī)構(gòu)的裝置中，為了使基板臺(tái)從基板運(yùn)送位置上升到成膜位置，在成膜時(shí)，必需為在基板臺(tái)下部設(shè)置很大的空間(例如13L)的構(gòu)造。該下部空間是用于實(shí)現(xiàn)各向同性排氣的空間，但由于升降機(jī)構(gòu)的間隙，因?yàn)樵谡婵諘r(shí)，基板臺(tái)被拉至真空中，在大氣時(shí)，調(diào)整的同心圓的排氣口平衡被打破，所以需要所需以上的容積。
以往以來(lái)，為了在成膜槽的內(nèi)壁上不引起成膜，設(shè)置有防粘板的裝置也被公知。象這樣的裝置具有防粘板升降機(jī)構(gòu)，該防粘板升降機(jī)構(gòu)在成膜時(shí)，使防粘板上升，在運(yùn)送基板時(shí)，使防粘板下降，但因?yàn)樵诔赡r(shí)，僅使成膜氣體流動(dòng)，所以在構(gòu)成反應(yīng)空間的防粘板的內(nèi)側(cè)引起成膜，成為粒子的產(chǎn)生源，縮短了批量生產(chǎn)的裝置的保養(yǎng)循環(huán)。
在具有該防粘板的裝置的情況下，成膜氣體也迂回到防粘板的外側(cè)，在成膜槽內(nèi)壁上產(chǎn)生少許的成膜，另外，在不具有防粘板的裝置的情況下，也在成膜槽內(nèi)壁上直接產(chǎn)生成膜。若在該成膜槽內(nèi)壁上產(chǎn)生的膜達(dá)到某一厚度，則引起膜剝落，成為粒子產(chǎn)生的原因。
在以往的薄膜制造裝置中，在對(duì)用于將成膜氣體導(dǎo)入成膜槽中的噴頭進(jìn)行溫度控制的情況下，需要根據(jù)基板、原料的種類(lèi)，調(diào)整噴頭和基板的距離。但是，由于噴嘴作為可動(dòng)部(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)，給予了在噴頭周?chē)a(chǎn)生對(duì)流、湍流的不需要的空間，這成為粒子的產(chǎn)生源，縮短了批量生產(chǎn)的裝置的保養(yǎng)循環(huán)。
另外，在這樣的進(jìn)行溫度控制的薄膜制造裝置中，一般噴頭(噴淋板)的表面和基板之間的距離在40mm以下，在通過(guò)極端輻射進(jìn)行對(duì)噴頭表面加熱的環(huán)境中，使用通過(guò)油循環(huán)冷卻噴頭的方法。但是，沒(méi)有考慮到噴頭表面的熱充分散掉的構(gòu)造，即，充分地進(jìn)行熱交換的構(gòu)造，迫于需要，極端地降低循環(huán)的油溫度。而且，在該情況下，即使噴頭表面的溫度達(dá)到最佳溫度，也會(huì)使噴頭表面以外的位置為低溫，產(chǎn)生原料的析出，成為粒子產(chǎn)生的原因。
現(xiàn)狀是，在進(jìn)行上述溫度控制的裝置中，在溫媒溫度超過(guò)120℃的環(huán)境中，由于鋁(Al)的強(qiáng)度開(kāi)始極度下降，從安全面出發(fā)，溫媒路徑的材質(zhì)必需是SUS。眾所周知，SUS熱傳導(dǎo)率不良(熱傳導(dǎo)率相對(duì)于SUS約為16W/mK，Al約為240W/mK)，熱移動(dòng)遲鈍。因此，在溫媒路徑的零件為SUS制的噴頭構(gòu)造、噴頭表面作為板狀的其他零件的情況下，為了有效地進(jìn)行板的熱交換，需要下述的構(gòu)造，即，充分?jǐn)U大板和溫媒路徑零件的熱交換面積，而且，使溫媒路徑位于板接觸面附近。
再有，以往的薄膜制造裝置對(duì)與熱源接觸的基板臺(tái)部件使用耐熱性?xún)?yōu)異的石英或氧化鋁。但是，由于氧化鋁在熱沖擊特性上有缺點(diǎn)，所以由于各基板的升降，裂紋的產(chǎn)生或破損頻度增高，另外，石英在高溫的還原反應(yīng)氛圍中，產(chǎn)生O2分離，石英透失、劣化，使基板的成膜環(huán)境變化。這些也成為粒子的產(chǎn)生源。其結(jié)果為，存在縮短了裝置的保養(yǎng)循環(huán)，不能進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定地成膜的問(wèn)題。
再有，在以往的薄膜制造裝置中，在對(duì)裝置內(nèi)進(jìn)行通氣的情況下，因?yàn)槭菑南虏靠臻g向上方通氣，所以在通氣時(shí)，引起在成膜時(shí)產(chǎn)生的粒子的卷起，每次通氣都需要進(jìn)行反應(yīng)室內(nèi)部的清潔。例如，如在本申請(qǐng)人所提出的以前的申請(qǐng)2003-61391號(hào)中所記載，即使在基板處理批次之間氣體停止，在基板上所測(cè)定的粒子數(shù)也在增加。因此，從裝置的向下吹風(fēng)狀態(tài)開(kāi)始，需要使氣體不停止地進(jìn)行向下吹風(fēng)的通氣的系統(tǒng)。
上述以往的裝置相對(duì)于氣體流動(dòng)，對(duì)于湍流、對(duì)流、熱對(duì)流沒(méi)有特別考慮，存在容易引起成膜中的膜剝離、產(chǎn)生粒子的狀況。
象上述那樣，在對(duì)形成于成膜槽內(nèi)壁等上的膜進(jìn)行清潔時(shí)，在通過(guò)等離子或化學(xué)氣體等產(chǎn)生的反應(yīng)處理中，不能有效地清除該膜的情況下，工作人員必需使用硝酸等的化學(xué)藥品進(jìn)行直接清除，是很危險(xiǎn)的?；蛘?，作為其他的清潔方法，是取下成膜槽，送至清洗廠家，因此，存在產(chǎn)生清潔這一大規(guī)模作業(yè)的情況。因此，可以說(shuō)這樣的薄膜制造裝置，作為以可以安全有效地使用為前提的批量生產(chǎn)裝置，是不實(shí)用的。
WO 03/048413 A1(19頁(yè)，圖8。)[專(zhuān)利文獻(xiàn)2]特開(kāi)平9-316644號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利要求的范圍，實(shí)施例)本發(fā)明的課題就是解決上述以往技術(shù)的問(wèn)題點(diǎn)，特別是，提供一種可在生產(chǎn)性、批量生產(chǎn)性上優(yōu)異的薄膜制造裝置以及制造方法，該薄膜制造裝置再現(xiàn)具有充分的熱交換的構(gòu)造、根據(jù)成膜條件可進(jìn)行溫度控制的構(gòu)造的噴頭、良好的膜厚分布、組成分布、成膜速率，同時(shí)，可以穩(wěn)定地進(jìn)行粒子數(shù)少的連續(xù)成膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的噴頭，是從可進(jìn)行真空控制的成膜槽的上部，通過(guò)噴頭將成膜氣體導(dǎo)入槽內(nèi)的上部空間，在基板上成膜的薄膜制造裝置的噴頭，其特征在于，其構(gòu)成為，噴頭構(gòu)造組裝在成膜槽的上蓋上，通過(guò)在上蓋上設(shè)置熱交換裝置，對(duì)上蓋進(jìn)行溫度控制，在構(gòu)成噴頭表面的圓盤(pán)狀的噴淋板與該上蓋的接觸面上進(jìn)行熱交換，根據(jù)成膜條件，可對(duì)噴頭進(jìn)行溫度控制。通過(guò)這樣的構(gòu)成，根據(jù)成膜條件，可以對(duì)噴頭進(jìn)行溫度控制。
在上述噴淋板中，其特征在于，其構(gòu)成為，噴淋板的熱交換部分的面積是噴淋板的成膜氣體通過(guò)部分的面積的2.4倍以上；噴淋板在大氣壓力下，被以每單位面積28.4kgf/cm2以上的力，推壓到成膜槽上蓋；噴淋板的成膜氣體通過(guò)部分的厚度小于等于5mm；在噴淋板和成膜槽上蓋的熱交換部分中的噴淋板的厚度比噴淋板的成膜氣體通過(guò)部分的厚度厚。
本發(fā)明的薄膜制造裝置，是從可進(jìn)行真空控制的成膜槽的上部，通過(guò)噴頭將成膜氣體導(dǎo)入槽內(nèi)的上部空間，在基板上成膜的薄膜制造裝置，其特征在于，其構(gòu)成為，噴頭構(gòu)造組裝在成膜槽的上蓋上，通過(guò)在上蓋上設(shè)置熱交換裝置，對(duì)上蓋進(jìn)行溫度控制，在構(gòu)成噴頭表面的圓盤(pán)狀的噴淋板與該上蓋的接觸面上進(jìn)行熱交換，根據(jù)成膜條件，可對(duì)噴頭進(jìn)行溫度控制。
根據(jù)本發(fā)明，在抑制湍流·對(duì)流·熱對(duì)流的裝置構(gòu)造，即，縮短噴頭表面-基板間距離，且控制氣體的流動(dòng)的裝置構(gòu)造中，因?yàn)楦鶕?jù)成膜條件，可以對(duì)受到大量的輻射熱的噴頭(噴淋板)表面的溫度進(jìn)行溫度控制，所以抑制了成膜氣體的分解·析出·成膜，減少了粒子的產(chǎn)生，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地形成膜質(zhì)、膜性能穩(wěn)定的薄膜。
其特征在于，上述噴淋板的熱交換部分的面積是噴淋板的成膜氣體通過(guò)部分的面積的2.4倍以上。若熱交換部分的面積小于此，則存在增大噴淋板的溫度分布的不均勻的可能。該熱交換部分的面積的下限依照基板尺寸而變化。例如，為了根據(jù)基板尺寸，獲得所需的冷卻效果，最好是在150mm基板、200mm基板的情況下，可以為2.4倍以上，在300mm基板時(shí)，可以為4倍以上。另外，熱交換部分的面積的上限雖然可以依照基板尺寸，適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)，但若考慮裝置構(gòu)成的平衡等，一般在10倍以下。
其特征在于，上述噴淋板在大氣壓力下，被以每單位面積28.4kgf/cm2以上的力，推壓到成膜槽上蓋。若低于該推壓力，則噴淋板和上蓋的熱交換效率變差，同時(shí)若開(kāi)始熱循環(huán)，則對(duì)于噴淋板固定螺栓容易產(chǎn)生“松動(dòng)”。
其特征在于，其構(gòu)成為，上述噴淋板的成膜氣體通過(guò)部分的厚度小于等于5mm。若超過(guò)5mm，則噴淋孔的導(dǎo)電性變差。
其特征在于，在上述噴淋板和成膜槽上蓋的熱交換部分中的噴淋板的厚度比噴淋板的成膜氣體通過(guò)部分的厚度厚。這是為了提高在整個(gè)方向的熱交換的效率。
其特征在于，上述成膜槽的內(nèi)徑比噴頭表面的直徑大，還有，噴頭表面的直徑比成膜槽內(nèi)的上部空間的內(nèi)徑大。因?yàn)槭巧喜靠臻g的頂部比上蓋面積小，噴頭表面比上部空間頂部面積大的構(gòu)成，所以是沒(méi)有凹凸，不會(huì)使湍流·對(duì)流產(chǎn)生的最小空間構(gòu)造。
其特征在于，上述成膜槽的內(nèi)徑與噴頭表面的直徑的差在20mm以?xún)?nèi)。若超過(guò)20mm，則不能獲取充足的接觸面積，氣體的流動(dòng)變得不規(guī)則。另外，該差的下限也可以考慮是因上蓋的開(kāi)閉動(dòng)作而產(chǎn)生的[曠量]和外周的惰性氣體出口，進(jìn)行適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)。例如，在4mm以上也可以。
一般，在薄膜制造裝置中，在消除不必要的空間，使上部空間為最小空間的不會(huì)產(chǎn)生湍流·對(duì)流·熱對(duì)流的構(gòu)造中，噴頭表面-基板間距離應(yīng)該最短。但是，該距離越近，噴頭表面越受到來(lái)自基板的強(qiáng)烈的輻射熱，從而使噴頭表面溫度上升。為了解決該問(wèn)題，在本發(fā)明中，將噴頭構(gòu)造組裝在成膜槽上蓋內(nèi)，且循環(huán)溫媒，將上蓋控制在最恰當(dāng)?shù)臏囟?，同時(shí)，上蓋是能耐高溫的溫媒循環(huán)的SUS制，在上蓋表面上安裝開(kāi)有噴淋孔的Al制板(即，噴淋板)。充分確保上蓋和噴淋板的熱交換面積，以便散掉強(qiáng)烈的輻射熱，通過(guò)提高熱交換效率，來(lái)散掉噴淋板的熱，于是，成為可以控制在目的溫度范圍的構(gòu)造，同時(shí)是可將噴淋板切實(shí)地固定在上蓋上的構(gòu)造。
在該情況下，上蓋的溫媒流路最好重點(diǎn)地設(shè)置在與噴淋板的接觸/固定側(cè)上，以便有效地進(jìn)行上蓋和噴淋板的熱交換，在噴淋板和上蓋上不致產(chǎn)生很大的溫度差。
其特征在于，具有可將上述成膜槽內(nèi)的溫度進(jìn)行溫度控制在室溫～250℃的范圍的裝置。
其特征在于，設(shè)置與上述噴淋板和成膜槽上蓋連通的貫通孔，在該孔上連結(jié)設(shè)置壓力測(cè)定器。據(jù)此，可以簡(jiǎn)單地測(cè)定成膜時(shí)的槽內(nèi)壓力。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種可在生產(chǎn)性·批量生產(chǎn)性上優(yōu)異的薄膜制造裝置，該薄膜制造裝置再現(xiàn)了專(zhuān)利文獻(xiàn)1所記載的良好的膜厚分布、組成分布、成膜速率，同時(shí)可以更長(zhǎng)期穩(wěn)定地進(jìn)行粒子少的連續(xù)成膜。該裝置作為在產(chǎn)業(yè)上、低粉塵、良好的再現(xiàn)性等所要求的批量生產(chǎn)裝置，發(fā)揮了很大的威力。特別是，在利用熱能的工序中，發(fā)揮了巨大的威力。另外，因?yàn)橥ㄟ^(guò)防止膜附著在成膜槽、防粘板等的側(cè)壁上，降低了成膜粉塵，延長(zhǎng)了保養(yǎng)周期，所以對(duì)減少裝置的停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)性·批量生產(chǎn)性作出了很大的貢獻(xiàn)。
本發(fā)明的薄膜制造方法，其特征在于，通過(guò)組裝在可進(jìn)行真空控制的成膜槽的上蓋上的噴頭構(gòu)造，將成膜氣體導(dǎo)入到由基板臺(tái)和噴頭及防粘板構(gòu)成的槽的上部空間，在載置于被成膜壓力控制的該上部空間內(nèi)的基板上成膜，通過(guò)排氣系統(tǒng)，將剩余的成膜氣體以及副生成物氣體作為排氣氣體，進(jìn)行排氣成膜；另外，通過(guò)設(shè)置在上蓋上的熱交換裝置，對(duì)上蓋進(jìn)行溫度控制，在構(gòu)成噴頭表面的圓盤(pán)狀的噴淋板和上蓋的接觸面上進(jìn)行熱交換，根據(jù)成膜條件，控制噴淋板的溫度，進(jìn)行成膜。該成膜氣體是原料氣體、用于分壓控制的惰性氣體等的混合氣體。
上述薄膜制造方法可以使用上述的任一項(xiàng)的本發(fā)明的裝置進(jìn)行。
發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的噴頭、使用該噴頭的薄膜制造裝置以及制造方法，可達(dá)到如下的效果，即，可以再現(xiàn)良好的膜厚分布、組成分布、成膜速率，同時(shí)，可以更長(zhǎng)期的穩(wěn)定地進(jìn)行粒子數(shù)少的連續(xù)成膜。本發(fā)明的薄膜制造裝置以及制造方法在生產(chǎn)性、批量生產(chǎn)性上優(yōu)異。


圖1是表示薄膜制造裝置的一例的構(gòu)成的概略剖視圖。
圖2是表示圖1的構(gòu)成要素的配置關(guān)系的圖，(A)是表示基板臺(tái)、基板臺(tái)罩、氣體排氣路徑以及防粘板的配置關(guān)系的俯視圖，圖2(B)是其剖視圖。
圖3是表示一般的氣體源的回路圖。
圖4是表示氣體源的回路圖。
圖5是表示氣體路徑的回路圖。
圖6是表示薄膜制造裝置的一例的構(gòu)成的概略圖，(A)是成膜槽的上方部分的剖視圖，(B)是在規(guī)定的位置，切割成膜槽的上方部分的整體的俯視圖，(C)是在規(guī)定的位置，切割成膜槽的上方部分的中心部的俯視圖。
圖7是表示排氣間隙和膜厚分布的關(guān)系的圖表。
圖8是表示排氣間隙和基板中心的成膜速率的關(guān)系的圖表。
圖9是表示相對(duì)于基板溫度的噴淋板的中心溫度的關(guān)系的圖表。
圖10是表示噴淋板-基板間距離和噴淋板中心溫度的關(guān)系的圖表。
圖11是表示噴淋板的溫度分布的圖表。
圖12是表示成膜槽上蓋和噴淋板的關(guān)系的概略圖，(A)是表示成膜槽上蓋和噴淋板的配置的概略剖視圖，(B)是其俯視圖。
具體實(shí)施例方式
下面，以CVD裝置為例，參照附圖進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的薄膜制造裝置是雖然包括作為化學(xué)方法的CVD裝置，也包括在物理方法(例如，真空蒸鍍法等)中使用的PVD裝置等的薄膜制造裝置，但對(duì)于作為本發(fā)明的特征的噴頭，由于二者沒(méi)有差別，所以以CVD裝置為例，進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是標(biāo)準(zhǔn)地表示成膜槽的構(gòu)成的剖視圖，該成膜槽是薄膜制造裝置的一例的主要部位。
圖1所示的成膜槽1，在其上蓋2上組裝有噴頭3，基板臺(tái)4與該噴頭3相對(duì)地設(shè)置在下方。下面，對(duì)于該基板臺(tái)4構(gòu)成為不可旋轉(zhuǎn)或升降的固定式的情況進(jìn)行說(shuō)明，但在本發(fā)明中也可以是升降式。在該基板臺(tái)4的外周側(cè)壁上，最好安裝基板臺(tái)罩5。在基板臺(tái)4的側(cè)壁附近，以規(guī)定的間隔，配置防粘板6，該防粘板可自由升降地被安裝，通過(guò)作為升降機(jī)構(gòu)的防粘板升降桿6a，在成膜時(shí)上升，在基板運(yùn)送時(shí)下降。成膜時(shí)的反應(yīng)空間A是由這樣的噴頭3和基板臺(tái)4及防粘板6構(gòu)成的。由該防粘板6和基板臺(tái)4構(gòu)成的間隙構(gòu)成同心圓的氣體排氣路徑7。在該成膜槽1中，其構(gòu)造為，惰性氣體從在上蓋2的外周上設(shè)置的開(kāi)口部8被導(dǎo)入到成膜槽內(nèi)，通過(guò)惰性氣體的噴出口9，從氣體排氣路徑7的上游側(cè)沿防粘板6的內(nèi)壁面向下游側(cè)流動(dòng)。據(jù)此，其構(gòu)成為，將比反應(yīng)空間A容積大的下部空間B直接連結(jié)設(shè)置在由防粘板6和基板臺(tái)4所構(gòu)成的氣體排氣路徑7上，實(shí)現(xiàn)各向同性排氣。成膜時(shí)的成膜槽內(nèi)的壓力控制，其構(gòu)成為，將壓力從安裝在上蓋2上的壓力測(cè)定器10反饋到壓力調(diào)整閥11，根據(jù)工序，可進(jìn)行壓力的選擇。
另外，在成膜槽1上，通過(guò)閥12a連接有真空排氣系統(tǒng)12，可以控制成膜槽內(nèi)的壓力。另外，在設(shè)置于成膜槽的上部的成膜氣體導(dǎo)入口和噴頭3之間，存在具有反應(yīng)空間功能的空間，該空間為被導(dǎo)入氣體擴(kuò)張的空間。再有，雖沒(méi)有圖示，但在該成膜槽1上，為了向組裝在上蓋2內(nèi)的噴頭3供給成膜氣體，而設(shè)置有離開(kāi)成膜氣體配管連接的混合器，和通過(guò)原料氣體配管與混合器連接的汽化系統(tǒng)(汽化器)。在包括從該汽化系統(tǒng)到成膜槽的氣體配管、各種閥、混合器等的裝置構(gòu)成物上，為將汽化的原料氣體保持在不會(huì)液化/析出/成膜的溫度，而設(shè)置加熱器等的加熱裝置或熱交換器。在汽化系統(tǒng)和混合器之間的配管上，如下面根據(jù)圖5詳細(xì)說(shuō)明的那樣，設(shè)置閥V3，另外，在汽化系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)之間的配管上設(shè)置閥V4，據(jù)此，構(gòu)成為可以隔斷汽化系統(tǒng)、混合器、排氣系統(tǒng)。其目的在于，因?yàn)槠到y(tǒng)、混合器以及排氣系統(tǒng)的構(gòu)成要素的各自的保養(yǎng)循環(huán)不同，為了避免因大氣開(kāi)放，而對(duì)成膜造成不良影響的水分等的物質(zhì)附著在這些構(gòu)成要素上。其構(gòu)成為，在將1個(gè)構(gòu)成要素向大氣開(kāi)放，進(jìn)行保養(yǎng)的情況下，其他的2個(gè)構(gòu)成要素也不向大氣開(kāi)放，可以保持真空。
使用圖1所示的裝置，象以下那樣，可以制造薄膜。將成膜氣體(由用于化學(xué)反應(yīng)的原料氣體、反應(yīng)氣體、用于控制成膜槽內(nèi)的分壓的惰性氣體等構(gòu)成的混合氣體或各個(gè)氣體)從成膜槽1的上蓋2的上部，經(jīng)其導(dǎo)入口導(dǎo)入，從噴頭3將成膜氣體噴附到載置于基板臺(tái)4上的基板上，在這里成膜。多余的成膜氣體或副生成物等經(jīng)氣體排氣路徑7被各向同性地排出到槽外。在成膜時(shí)，將惰性氣體從設(shè)置在上蓋2的外周上的開(kāi)口部8導(dǎo)入成膜槽1內(nèi)，通過(guò)惰性氣體的噴出口9，從排氣路徑7的上游側(cè)沿防粘板6的內(nèi)壁流動(dòng)。因?yàn)楸确磻?yīng)空間A容積大的下部空間B被設(shè)置為與由防粘板6和基板臺(tái)4構(gòu)成的氣體排氣路徑7直接連結(jié)，所以可實(shí)現(xiàn)各向同性排氣。
圖2(A)是表示構(gòu)成圖1所示的成膜槽的基板臺(tái)、基板臺(tái)罩、氣體排氣路徑以及防粘板的配置關(guān)系的俯視圖，圖2(B)是其剖視圖。如圖2(A)以及(B)所示，在基板臺(tái)4的外周設(shè)置基板臺(tái)罩5，在其外周設(shè)置氣體排氣路徑7以及防粘板6，由防粘板和基板臺(tái)構(gòu)成的氣體排氣路徑7的構(gòu)成為其尺寸(寬度)是r。另外，如圖2(B)所示，氣體排氣路徑的垂直方向的長(zhǎng)度構(gòu)成為L(zhǎng)。
在成膜氣體導(dǎo)入口的1次側(cè)，連接有圖3所示那樣的可以控制氣體流量的氣體源(原料氣體源、反應(yīng)氣體源、惰性氣體源等)，這些氣體源的構(gòu)成為聚集在一起，從1個(gè)氣體源放出多種氣體。
圖4是表示上述聚集在一起的氣體源的例。氣體源A、氣體源B連接在與各自的需要相應(yīng)的管路上。即，氣體源A以及B分別通過(guò)閥、主控制器(MFC1、MFC2、MFC3)，與反應(yīng)氣體管路以及惰性氣體管路連接。再有，在氣體源B的管路上，通過(guò)通風(fēng)孔V，連接有通風(fēng)管，該通風(fēng)孔V也可以是減緩?fù)L(fēng)孔V。
在本發(fā)明中，也可以在上述氣體源(圖4)和成膜氣體導(dǎo)入口(圖1)之間，設(shè)置圖5所示的氣體路徑系統(tǒng)。該系統(tǒng)的構(gòu)成為，在實(shí)施成膜工序時(shí)，從原料氣體源和氣體源A分別向混合器內(nèi)供給各自的氣體，因而均一地混合，該原料氣體源通過(guò)汽化系統(tǒng)，將(液體)原料汽化，作為原料氣體；該氣體源A可以供給按工序所需的反應(yīng)氣體(將惰性氣體和反應(yīng)氣體以適用于工序的比例混合的氣體。以后，將其簡(jiǎn)稱(chēng)為[反應(yīng)氣體]。)。該混合器的構(gòu)造為，將原料氣體和反應(yīng)氣體相對(duì)地導(dǎo)入，經(jīng)過(guò)攪拌·擴(kuò)散，使其均一混合，可以得到成膜氣體(特愿平13-369279號(hào))。該成膜氣體通過(guò)閥V1的開(kāi)放，經(jīng)成膜氣體導(dǎo)入口，被導(dǎo)入圖1的成膜槽1內(nèi)，經(jīng)噴頭3到達(dá)基板上。惰性反應(yīng)氣體從氣體源B，通過(guò)閥V6的開(kāi)放，從成膜槽1的上蓋2的外周的開(kāi)口部8被導(dǎo)入槽內(nèi)。同樣，在對(duì)成膜槽內(nèi)通風(fēng)的情況下，通過(guò)開(kāi)放減緩?fù)L(fēng)孔V那樣的通風(fēng)孔V和閥V5，從成膜氣體導(dǎo)入口通過(guò)噴頭3將通風(fēng)氣體導(dǎo)入槽內(nèi)。另外，從圖5中的熱交換器到1次側(cè)氣體路徑(也包括混合器)全部具有加熱器等的加熱裝置或熱交換器那樣的溫度控制裝置，以便可溫度控制在室溫～250℃之間。另外，從原料氣體源出來(lái)的所有配管同樣也都有同樣的溫度控制裝置，以便可溫度控制在室溫～250℃之間。
接著，對(duì)圖5所示的氣體路徑的動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。混合器通過(guò)設(shè)置有閥V3的配管，與汽化系統(tǒng)連接，同時(shí)，通過(guò)閥V5以及熱交換器、然后是主控制器(無(wú)圖示)，也分別與氣體源(例如，反應(yīng)氣體源、惰性氣體源)連接。在混合器內(nèi)被均一混合的成膜氣體經(jīng)設(shè)置有閥V1的配管，被運(yùn)送到成膜氣體導(dǎo)入口，供給到基板的表面，該基板是載置于成膜槽內(nèi)的基板臺(tái)上的成膜對(duì)象物。在該反應(yīng)氣體源上，除反應(yīng)氣體源以外，也連接有載體氣體等的惰性氣體(例如N2等)的供給系統(tǒng)，各供給系統(tǒng)的構(gòu)成為，通過(guò)閥要素的調(diào)節(jié)，通過(guò)配管，將反應(yīng)氣體或載體氣體從氣體源經(jīng)主控制器、熱交換器，運(yùn)送到混合器。在反應(yīng)氣體中，有與用于制造作為目的的膜的原料氣體相應(yīng)的氣體，例如，還原反應(yīng)時(shí)是H2等，氮化反應(yīng)時(shí)是NH3等，氧化反應(yīng)時(shí)是O2等。原料氣體是將有機(jī)金屬化合物等溶解在有機(jī)溶媒中的原料液進(jìn)行汽化而得到的氣體。
在混合器中，從反應(yīng)氣體源供給的經(jīng)適度加熱的反應(yīng)氣體和原料氣體被導(dǎo)入、混合，獲得成膜氣體(反應(yīng)氣體+原料氣體等)，該原料氣體由汽化系統(tǒng)產(chǎn)生，經(jīng)保持在不會(huì)液化/析出/成膜的溫度的配管被送出。該原料氣體是混合了一個(gè)種類(lèi)或多個(gè)種類(lèi)氣體的氣體。這樣獲得的成膜氣體經(jīng)配管，被導(dǎo)入成膜槽內(nèi)。
該汽化系統(tǒng)和混合器之間的配管以及混合器和成膜氣體導(dǎo)入口之間的配管也可以通過(guò)VCR接頭連接，一部分的配管各接頭的VCR襯墊也可以不是單單的環(huán)，而是孔的部分成為粒子捕集器的VCR型的粒子捕集器。具有該VCR型粒子捕集器的接頭部，最好被設(shè)定·保持在比原料氣體不會(huì)液化/析出的溫度高，而且，不會(huì)附著·捕集反應(yīng)所需要的特定的汽化后的原料元素。
在混合器和成膜槽之間的成膜氣體管路中，進(jìn)行成膜氣體的轉(zhuǎn)換的閥(V1以及V2)設(shè)置在混合器5的2次側(cè)。閥V1以及V2的下游側(cè)分別與成膜槽以及排氣系統(tǒng)連接。在成膜時(shí)，打開(kāi)閥V1，關(guān)閉閥V2，在成膜結(jié)束后，打開(kāi)閥V2，關(guān)閉閥V1。在將原料氣體或反應(yīng)氣體導(dǎo)入混合器初期的幾個(gè)瞬間，因?yàn)榛旌喜痪?，不穩(wěn)定，所以關(guān)閉閥V1，打開(kāi)閥V2，使原料氣體和反應(yīng)氣體的混合氣體流向排氣系統(tǒng)，在混合氣體的供給穩(wěn)定后，關(guān)閉閥V2，打開(kāi)閥V1，通過(guò)噴頭，可以將成膜氣體導(dǎo)入反應(yīng)空間。另外，其構(gòu)成為，在成膜結(jié)束時(shí)，瞬時(shí)間打開(kāi)閥V2，關(guān)閉閥V1，通過(guò)使沒(méi)有用于混合器內(nèi)的反應(yīng)的剩余的成膜氣體流向排氣系統(tǒng)，瞬時(shí)終止成膜氣體向反應(yīng)空間的導(dǎo)入，從而不會(huì)被導(dǎo)入反應(yīng)空間內(nèi)。
汽化系統(tǒng)沒(méi)有圖示出，是由原料供給部和汽化部構(gòu)成的。該汽化系統(tǒng)其構(gòu)成為，是通過(guò)加壓氣體(例如，He氣體等的惰性氣體)，對(duì)將液體·固體原料溶解到有機(jī)溶媒的原料液進(jìn)行加壓·運(yùn)送，通過(guò)各液體流量控制器，控制被加壓運(yùn)送的原料液的各自的流量，將其運(yùn)到汽化部。汽化部的構(gòu)成為，使進(jìn)行流量控制的原料液有效地汽化，可以將汽化后所得的原料氣體供給到混合器。在該汽化部中，在液體原料為1種的情況下，可以使單液汽化，在液體原料為多種的情況下，可以將多種原料液混合，使之汽化。在使原料液汽化時(shí)，最好是不單單使原料液的液滴汽化，而是或是使氣體接觸液滴，或是施加物理的振動(dòng)，或是接觸超音波，或是通過(guò)設(shè)置在汽化部的壁面上的噴嘴，作為更細(xì)的液粒，導(dǎo)入到汽化部?jī)?nèi)使之汽化，提高汽化效率。在汽化部的內(nèi)部，為了使液滴或液粒在應(yīng)有效地汽化的位置可以盡量汽化，且減輕因粒子捕集器而產(chǎn)生的液粒器化負(fù)載，最好配置由Al等的熱傳導(dǎo)良好的材料制作的汽化部件。另外，在汽化部的內(nèi)部，為了使以原料液汽化時(shí)產(chǎn)生的殘?jiān)鼮楦吹牧Ｗ硬粫?huì)被排出到汽化部外，或?yàn)榱耸股倭苛魅氲囊旱尾粫?huì)被真空吸到汽化器外，而是可以汽化，也可以設(shè)置粒子捕集器。在該汽化部件和粒子捕集器中，為了使與這些接觸的液滴、細(xì)的液?？梢郧袑?shí)地汽化，且使反應(yīng)所需的特定汽化后的原料元素不致附著·捕集，最好將汽化條件保持在恰當(dāng)?shù)臏囟?。另外，該汽化系統(tǒng)也可以構(gòu)成為，具有原料用的溶媒，通過(guò)流量控制器控制其流量，將其導(dǎo)入汽化部，在汽化部汽化，從而可以制造該溶媒氣體。
另外，通過(guò)噴頭3，將成膜氣體導(dǎo)入到作為成膜對(duì)象物的加熱后的基板上，開(kāi)始反應(yīng)，但沒(méi)有在反應(yīng)中使用的剩余的成膜氣體，或因反應(yīng)產(chǎn)生的副生成物氣體，或反應(yīng)物氣體通過(guò)排氣系統(tǒng)被排出。也可以在組裝在真空槽1的上蓋2內(nèi)的噴頭3上配設(shè)粒子捕集器，該粒子捕集器作為用于捕集存在于成膜氣體中的粒子的濾清器。噴頭3被適度加熱，保持在不會(huì)使導(dǎo)入氣體液化/析出/成膜的溫度。另外，最好將粒子捕集器適當(dāng)?shù)卣{(diào)整到使反應(yīng)所必需的特定的汽化后的原料元素不會(huì)附著·捕集的溫度。
通過(guò)設(shè)置在上述排氣系統(tǒng)和成膜槽之間的壓力調(diào)整閥，可以容易地對(duì)應(yīng)各種各樣的成膜壓力條件。
在本發(fā)明的薄膜制造裝置中，其構(gòu)成為，噴淋板表面-基板間的距離被固定，在成膜時(shí)和運(yùn)送時(shí)都是同樣的距離，但也可以是下述的構(gòu)成，在組成基板臺(tái)的階段，通過(guò)選擇墊片，可以選擇任意的距離，例如從10mm，25mm，40mm3種中選擇。
接著，參照?qǐng)D6，就在本發(fā)明的薄膜制造裝置中的成膜槽上蓋以及噴淋板進(jìn)行說(shuō)明。圖6中，對(duì)于與圖1相同的構(gòu)成要素賦予相同的參照號(hào)碼。圖6(A)表示成膜槽1的上方部分的剖視圖，圖6(B)表示在規(guī)定的位置，切割成膜槽的上方部分的整體的俯視圖，于是，圖6(C)表示在規(guī)定的位置，切割成膜槽的上方部分的中心部的俯視圖。
如圖6所示，也可以是將包括氣體擴(kuò)展部分13的噴頭構(gòu)造組裝在上蓋2上，使上蓋2和噴頭3為一體化的構(gòu)造。另外，噴淋板3的尺寸可以設(shè)計(jì)為與成膜槽1的頂部面積同程度的大小。如圖6所示，通過(guò)采用這樣的構(gòu)造，確保了噴淋板3進(jìn)行熱交換的區(qū)域(接觸面積)，可以使熱交換有效地進(jìn)行。
噴淋板3的面積，其構(gòu)成為，大于由圖1所示的噴淋板3和基板臺(tái)4及防粘板6包圍的反應(yīng)空間A的頂部面積。成為縮小反應(yīng)空間(即，噴淋板受到輻射的面積)，同時(shí)充分確保用于噴淋板3的熱交換的面積的構(gòu)造。
該上蓋2是SUS制，如圖6所示，其構(gòu)成為，通過(guò)從進(jìn)油到出油的油循環(huán)路徑14，能進(jìn)行溫度控制。油循環(huán)路徑14的構(gòu)成為座跨上蓋內(nèi)部廣大的范圍，另外，固定噴淋板3的螺絲孔3a以島狀存在于充滿油的范圍內(nèi)部，因?yàn)橛脱h(huán)路徑擴(kuò)大，所以可以使上蓋2的溫度均一，同時(shí)也使溫度控制性良好。另外，油循環(huán)路徑14的大部分的構(gòu)成為，被配置為與組裝在上蓋2上的噴淋板3的表面接觸，可以提高熱交換效率。因此，特別是即使是在成膜時(shí)的基板溫度高、噴淋板-基板間距離近、噴淋板3被強(qiáng)烈的輻射加熱的環(huán)境中，也可以成為實(shí)現(xiàn)可對(duì)應(yīng)的優(yōu)異的熱交換效率的構(gòu)造。在該循環(huán)路徑中使用的媒質(zhì)即使不是油，只要是具有同樣作用的公知的溫媒質(zhì)等的媒質(zhì)，就沒(méi)有特別限制。
該噴淋板3從側(cè)面看為凹形，氣體通過(guò)部分最好具有使噴淋孔的導(dǎo)電性為最佳的厚度(一般是大約5mm左右)。
噴淋板3和上蓋2的熱交換部分由于提高噴淋板熱交換部分的溫度均一性的目的，而被較厚地(例如，約10mm左右)設(shè)計(jì)，通過(guò)將熱交換部分的噴淋板的熱擴(kuò)散到噴淋板整體后進(jìn)行熱交換，可以提高熱交換效率。
下面，舉了通過(guò)MOCVD法，用于制造PZT膜的標(biāo)準(zhǔn)的成膜條件，使用本發(fā)明的裝置，以該條件進(jìn)行成膜。
(原料) (濃度) (設(shè)定流量)Pb(dpm)2/THF 0.3mol/L1.16mL/minZr(dmhd)4/THF 0.3mol/L0.57mL/minTi(iPrO)2(dpm)2/THF 0.3mol/L0.65mL/minN2(載體氣體) 500sccm(反應(yīng)氣體)O22500sccm(氣體頭周?chē)栊詺怏w)N21500sccm成膜壓力通過(guò)壓力調(diào)整閥，一直調(diào)整在5Torr恒定。
基板溫度580℃噴淋板-基板間距離30mm使用圖1所示的薄膜制造裝置，在載置于基板臺(tái)4上的8英寸電極基板上，使氣體排出路徑7的尺寸，即排氣間隙(r3～20mm)和垂直方向的長(zhǎng)度(L30、50、70、90mm)變化，以上述成膜條件制造PZT膜。其結(jié)果為，得到的膜的膜厚分布(％)與排氣間隙的關(guān)系如圖7所示。從圖7可知，通過(guò)使排氣路徑的尺寸(r)＝3mm以上，垂直方向的長(zhǎng)度(L)＝70mm以上，可以穩(wěn)定地獲得小于等于3％的良好的膜后分布。
另外，在8英寸的電極基板上，使氣體排氣路徑即排氣間隙的尺寸(r)和垂直方向的長(zhǎng)度(L)變化，以上述成膜條件制造PZT膜。此時(shí)的排氣間隙和成膜速率的關(guān)系如圖8所示。由于條件不同，膜后分布產(chǎn)生差，所以求得基板中心的成膜速率進(jìn)行比較。在批量生產(chǎn)裝置中，若考慮生產(chǎn)能力，則最好成膜時(shí)間在3min以下。例如，在目標(biāo)膜厚為100nm的情況下，需要大約35nm/min以上的成膜速率。從圖8中可知，滿足該成膜速率的條件是垂直方向的長(zhǎng)度(L)＝70mm以上，排氣路徑的尺寸(r)＝3～15mm。
另外，圖6中的氣體擴(kuò)展的空間(反應(yīng)空間)或噴淋板的尺寸或成膜槽的頂部的尺寸的各部的尺寸被設(shè)計(jì)為R1＝200mm、R2＝370mm、R3＝390mm。噴淋板3為除了上蓋2的外周惰性氣體噴出口外，作為幾乎所有的面積都可作為熱交換面積使用的直徑(R2)。據(jù)此，確保了上蓋和噴淋板的熱交換面積(φR2-φR1)為氣體通過(guò)部(φR1＝噴淋板與上蓋沒(méi)有熱交換)的約2.4倍。
另外，在圖1所示的裝置構(gòu)成中，噴淋板-基板間的距離是40mm，不進(jìn)行上蓋的溫度控制，確認(rèn)改變基板溫度時(shí)的噴淋板的中心溫度變化。其結(jié)果如圖9所示。反應(yīng)空間被控制為惰性氣體氛圍5Torr。由于作為標(biāo)準(zhǔn)的上述成膜條件所示的材料中的原料在200℃以下析出，在250℃以上引起分解，所以需要將原料氣體接觸的位置控制在200℃～250℃的范圍內(nèi)。在抑制湍流·對(duì)流·熱對(duì)流的圖1所示的裝置構(gòu)造中，如圖9所示，因?yàn)楹突逡越嚯x相對(duì)的噴淋板的溫度上升，所以噴淋板的溫度控制是必需的項(xiàng)目。
另外，在圖1所示的裝置構(gòu)造中，在惰性氣體氛圍、壓力5Torr、基板溫度580℃，進(jìn)行上蓋的溫度控制的條件下，確認(rèn)改變噴淋板-基板間距離時(shí)的噴淋板中心的溫度變化。其結(jié)果如圖10所示。從圖10可知，噴淋板-基板間距離對(duì)噴淋板溫度的影響與基板溫度相比非常不明顯，但是若縮短噴淋板-基板間距離，則噴淋板溫度上升(從40mm變化到10mm，溫度上升約16℃)。
接著，使215℃的油以大于等于5L/min，在具有圖6所示構(gòu)造的成膜槽上蓋上循環(huán)。在惰性氣體氛圍、壓力5Torr、基板溫度580℃、噴淋板-基板間距離40mm時(shí)，噴淋板中心溫度達(dá)到232℃，與油循環(huán)前相比，可以下降大約160℃。此時(shí)，從噴淋板中心開(kāi)始的半徑方向的溫度分布如圖11所示。從圖11可知，噴淋板的溫度分布進(jìn)入±10℃的范圍，另外，噴淋板溫度在對(duì)成膜最有影響的成膜氣體通過(guò)范圍φ200mm(從中心開(kāi)始的100mm半徑)的溫度分布大約為±5℃為良好。再有，油循環(huán)溫度是215℃，上蓋溫度保持在210℃以上，在上蓋的成膜氣體被導(dǎo)入的空間中，不會(huì)產(chǎn)生原料析出。
另外，在圖6的構(gòu)造中，在使噴淋板-基板間距離為10mm的情況下，如圖10所示，噴淋板表面的最高溫度(噴淋板中心點(diǎn))的溫度上升即使最高也在16.2℃以下。因此，即使是在噴淋板-基板間距離為10mm時(shí)，也可以使噴淋板維持在200-250℃的溫度范圍內(nèi)。再有，通過(guò)選擇循環(huán)的油溫度，也可以將噴淋板調(diào)整到最恰當(dāng)?shù)臏囟取?br> 如圖6所示的噴淋板固定螺釘(M6×24條)3a的緊固扭矩為各5N·m，一條螺釘?shù)妮S方向的力W由下面式子得出。在這里，F(xiàn)緊固的力、T緊固扭矩、d有效直徑、l螺紋導(dǎo)程、μ摩擦系數(shù)。
F＝2T/DF＝W(1+μπd)/(πd-μ1)W×24(螺釘條數(shù))的值除以噴淋板進(jìn)行熱交換的面積約為28.4kgf/cm2。因此，若不以28.4kgf/cm2以上的力，將噴淋板推壓到上蓋的熱交換面，則不能期望如圖11所示那樣的冷卻效果。
若使用本發(fā)明的裝置(圖1-6)進(jìn)行成膜，則如上述(圖7、8)所示，可以很好的再現(xiàn)性進(jìn)行面內(nèi)膜厚分布良好的成膜。
另外，上述構(gòu)造在原料或反應(yīng)氣體在恰當(dāng)?shù)臏囟确秶夥纸狻し磻?yīng)的工序，或原料在恰當(dāng)?shù)臏囟确秶馕龀龅墓ば蛑?，可以恰?dāng)?shù)乜刂票仨毜膰娏馨宓臏囟瓤刂?。即，在金屬配線的Cu、Al的膜、或TiN、TaN、ZrN、VN、NbN、WN的隔離膜、或SBT、BST、STO的電介質(zhì)膜等的MOCVD的成膜中，發(fā)揮威力。
若根據(jù)圖9～11所示的結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充，在圖1的裝置構(gòu)成中，如果不使用圖6所示的成膜槽上蓋和噴頭為一體的構(gòu)造，即，不使用下述對(duì)策，則可以說(shuō)在噴頭表面-基板間距離在40mm以下，基板溫度在580℃以上的環(huán)境下，不能將噴淋板表面的溫度降低到250℃以下，該對(duì)策為噴頭構(gòu)造組裝在成膜槽上蓋上，使噴淋板的表面積大致與成膜槽頂部的面積為相同程度，確保最大的接觸面積，使噴淋板的熱交換面積為成膜氣體通路部的2.4倍以上，盡可能地將上蓋內(nèi)的油循環(huán)路徑配置在固定噴淋板的面的附近，提高熱交換效率，將螺絲孔加工為島狀，最大限度地獲取油循環(huán)路徑，提高熱交換效率，該螺絲孔將噴淋板固定在上蓋上。
在圖1的構(gòu)造中，噴淋板-基板間距離為40mm時(shí)，反應(yīng)空間A是3.6L，下部空間B是4.7L。通過(guò)沒(méi)有基板臺(tái)的升降機(jī)構(gòu)，固定基板臺(tái)，作為同心圓的各向同性排氣口的2次側(cè)的下部空間所必要的容積為反應(yīng)空間的約1.3倍左右，可以實(shí)現(xiàn)裝置的小型化，而且由于排除了用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作的間隙，所以象上述那樣，在排氣路徑的尺寸(r)＝3mm時(shí)(垂直距離L＝70mm以上)，可以穩(wěn)定地再現(xiàn)性很好地獲得面內(nèi)3％以下的良好的膜厚分布。
在圖1的制造裝置中，因?yàn)槭窍率龅臉?gòu)造，即，從上蓋外周的開(kāi)口部8供給到成膜槽1內(nèi)的惰性氣體，首先被導(dǎo)入防粘板6的外側(cè)，在充滿由防粘板外側(cè)和成膜槽內(nèi)壁包圍的防粘板外周空間后，從噴出口9進(jìn)入到反應(yīng)空間A，所以可以防止成膜氣體從反應(yīng)空間A進(jìn)入防粘板外周空間，其結(jié)果為，不會(huì)在成膜槽內(nèi)壁引起成膜，無(wú)需成膜槽的清潔。
補(bǔ)充說(shuō)明，在形成PZT、SBT、BST等的高·強(qiáng)電介質(zhì)膜的情況下，若這些膜結(jié)晶化，則因?yàn)橥ㄟ^(guò)等離子清潔或化學(xué)干式清潔很難除去該膜，所以一般使用硝酸等的濕式化學(xué)清潔。因此，在膜附著在防粘板等的可拆卸的零件以外的情況下，會(huì)出現(xiàn)“需工作人員用硝酸擦除”等、在批量生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)難以接受的作業(yè)。本裝置具有不會(huì)使這些危險(xiǎn)的作業(yè)產(chǎn)生的構(gòu)造。
在圖12中，(A)是表示成膜槽上蓋和噴淋板的配置的概略剖視圖，(B)是其俯視圖。在圖12中，對(duì)與圖1相同的構(gòu)成要素賦予相同的參照符號(hào)。如該圖所示，SiC制的基板基座16配置在熱源15的上面，基板S和基板臺(tái)部件17配置在該SiC基座16的上面?；迮_(tái)部件17是Si3N4制?；錝可以通過(guò)基板臺(tái)部件17進(jìn)行定位。與噴淋板相對(duì)的基板臺(tái)平坦，載置的基板從唯一平面突起而構(gòu)成。這樣通過(guò)僅使基板為唯一突起，后面作為平坦的基板臺(tái)，可以在基板臺(tái)附近不會(huì)產(chǎn)生湍流·對(duì)流，從而成為可以再現(xiàn)性良好地穩(wěn)定地成膜的構(gòu)造。
該SiC制基座16熱傳導(dǎo)率良好，可以將來(lái)自熱源15的熱均一地傳遞到基板S上。再有，因?yàn)镾iC難以因氧化而產(chǎn)生時(shí)效變化，所以這樣的構(gòu)成，適用于在反應(yīng)氣體中使用氧，而且基板溫度為500℃以上的高溫工序的情況。
因?yàn)镾iC基座16位于熱源15的正上方，與基板S相比，受到高溫的曝曬，所以若與成膜氣體接觸，則膜以很快的速度附著在表面。因此，在本發(fā)明中，為了使SiC基座16的表面與成膜氣體接觸的面積最小，最好配置覆蓋SiC基座的基板臺(tái)部件17。
上述基板臺(tái)部件17與基座16為同心圓，中央部分空心，中央部分的直徑比基板直徑稍大，為可進(jìn)行基板S定位的構(gòu)造。基板臺(tái)部件17是熱傳導(dǎo)率低、且熱沖擊特性良好的Si3N4制，奪取SiC基座16的熱，將打破SiC基座的均勻熱的作用限制在最小限度，而且，考慮在熱源15急劇加熱的循環(huán)(在短時(shí)間，將基板從室溫升溫到成膜溫度的循環(huán))中，也不會(huì)破損。這樣，通過(guò)使用為了均勻加熱基板，而在熱源上設(shè)置的SiC制的基座16以及基板臺(tái)部件17，可以構(gòu)成具有零件破損頻度低，粒子產(chǎn)生少的基板臺(tái)的薄膜制造裝置，該基板臺(tái)部件17由熱傳導(dǎo)率低、熱循環(huán)以及相對(duì)于氧氣的耐性良好的Si3N4部件構(gòu)成。
另外，在上述裝置的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，基板臺(tái)部件使用了石英，但與SiC基座的接觸部為高溫，與在成膜氣體中含有的Pb、氧反應(yīng)，產(chǎn)生Pb向石英的擴(kuò)散現(xiàn)象或石英的O2消失、透失的現(xiàn)象，特性產(chǎn)生變化。另外，在硝酸清洗零件中，也能明顯地見(jiàn)到侵蝕。
另外，在上述裝置的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，基板臺(tái)部件使用了Al2O3，但在與SiC基座的接觸部上產(chǎn)生因急劇的熱循環(huán)而產(chǎn)生的微裂紋，從而破損。另外，微裂紋也是粒子的產(chǎn)生源。
上述Si3N4制的基板臺(tái)部件17，要考慮下述要求進(jìn)行選擇，即，要考慮在批量生產(chǎn)裝置中，可處理數(shù)1000張/月的基板的要求，另外，因?yàn)樽鳛闃?gòu)成反應(yīng)空間的部件的定期保養(yǎng)要反復(fù)進(jìn)行酸清洗，所以要考慮耐酸性的要求。
根據(jù)本發(fā)明，除上述以外，通過(guò)沒(méi)有凸凹的圓筒形的成膜槽內(nèi)壁和圓筒形的基板臺(tái)的外側(cè)，構(gòu)成氣體排氣路徑，另外，在使用圓筒形以外的形狀的基板臺(tái)的情況下，也可以通過(guò)該基板臺(tái)外側(cè)和成膜槽內(nèi)壁，構(gòu)成氣體排氣路徑，其結(jié)果為，使其發(fā)揮圓筒形的基板臺(tái)的作用。通過(guò)調(diào)整氣體排氣路徑的間隙、長(zhǎng)度，在排氣路徑的2次側(cè)，構(gòu)成反應(yīng)空間的1.3倍以上的排氣空間，可以實(shí)現(xiàn)各向同性排氣，獲得良好的膜厚分布、成膜速率。
另外，利用將噴頭構(gòu)造組裝到成膜槽上蓋，將上蓋作為成膜槽的頂部，使之具有最大的面積，通過(guò)在上蓋內(nèi)最大限度地獲取溫媒循環(huán)的路徑；另外，成為可以將噴淋板固定在上蓋上的構(gòu)造；另外，使噴淋板為與成膜槽頂部大致相同的面積；另外，使噴淋板和上蓋的熱交換部分的面積為噴淋板的氣體通過(guò)面積的2.4倍以上；另外，通過(guò)以28.4kgf/cm2以上的力，將噴淋板向上蓋推壓；可以成為即使噴淋板-基板間距離在40mm以下，也可以將噴淋板表面溫度分布控制在±10℃以下的構(gòu)造。即使上蓋以及噴淋板為圓盤(pán)以外的形狀，也可以得到同樣的效果。
再有，通過(guò)組合上述的應(yīng)用例，可以確立下述的薄膜制造裝置，即，最大限度地發(fā)揮抑制成膜槽內(nèi)，進(jìn)一步是反應(yīng)空間內(nèi)的湍流·對(duì)流·熱對(duì)流的整流作用，提高在基板上生成的薄膜的膜質(zhì)或膜厚分布，進(jìn)一步使膜厚分布、膜組成分布、成膜速率良好且穩(wěn)定，可以減少成膜粉塵，減輕向成膜槽內(nèi)部的成膜，可以連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行成膜。
本發(fā)明是象上述那樣，涉及一種薄膜制造裝置以及薄膜制造方法，該薄膜制造裝置根據(jù)成膜條件，是可進(jìn)行溫度控制的噴頭，使用該噴頭，基本不會(huì)產(chǎn)生粒子，或即使有也極少，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地形成膜質(zhì)、膜性能穩(wěn)定的薄膜。該噴頭、裝置以及方法在電氣·電子領(lǐng)域，例如在制造金屬氧化物膜等時(shí)，可以有效地利用。
該裝置作為在產(chǎn)業(yè)上、低粉塵、良好的再現(xiàn)性等上所要求的批量生產(chǎn)裝置，發(fā)揮了很大的威力。另外，特別是在利用熱能的工序中發(fā)揮了巨大的威力。
權(quán)利要求
1.一種噴頭，是從可進(jìn)行真空控制的成膜槽的上部，通過(guò)噴頭將成膜氣體導(dǎo)入槽內(nèi)的上部空間，在基板上成膜的薄膜制造裝置的噴頭，其特征在于，其構(gòu)成為，噴頭構(gòu)造組裝于成膜槽的上蓋，通過(guò)在上蓋上設(shè)置熱交換裝置，對(duì)上蓋進(jìn)行溫度控制，在構(gòu)成噴頭表面的圓盤(pán)狀的噴淋板與該上蓋的接觸面上進(jìn)行熱交換，根據(jù)成膜條件，可對(duì)噴頭進(jìn)行溫度控制。
2.如權(quán)利要求1所述的噴頭，其特征在于，其構(gòu)成為，上述噴淋板的熱交換部分的面積是噴淋板的成膜氣體通過(guò)部分的面積的2.4倍以上；上述噴淋板在大氣壓力下，被以每單位面積28.4kgf/cm2以上的力，推壓到成膜槽上蓋；上述噴淋板的成膜氣體通過(guò)部分的厚度小于等于5mm；在上述噴淋板與成膜槽上蓋之間的熱交換部分中的噴淋板的厚度比噴淋板的成膜氣體通過(guò)部分的厚度厚。
3.一種薄膜制造裝置，是從可進(jìn)行真空控制的成膜槽的上部，通過(guò)噴頭將成膜氣體導(dǎo)入槽內(nèi)的上部空間，在基板上成膜的薄膜制造裝置，其特征在于，其構(gòu)成為，噴頭構(gòu)造組裝于成膜槽的上蓋，通過(guò)在上蓋設(shè)置熱交換裝置，對(duì)上蓋進(jìn)行溫度控制，在構(gòu)成噴頭表面的圓盤(pán)狀的噴淋板與該上蓋的接觸面上進(jìn)行熱交換，根據(jù)成膜條件，可對(duì)噴頭進(jìn)行溫度控制。
4.如權(quán)利要求3所述的薄膜制造裝置，其特征在于，上述噴淋板的熱交換部分的面積是噴淋板的成膜氣體通過(guò)部分的面積的2.4倍以上。
5.如權(quán)利要求3或4所述的薄膜制造裝置，其特征在于，上述噴淋板在大氣壓力下，被以每單位面積28.4kgf/cm2以上的力，推壓到成膜槽上蓋。
6.如權(quán)利要求3至5中的任一項(xiàng)所述的薄膜制造裝置，其特征在于，其構(gòu)成為，上述噴淋板的成膜氣體通過(guò)部分的厚度小于等于5mm。
7.如權(quán)利要求3至6中的任一項(xiàng)所述的薄膜制造裝置，其特征在于，在上述噴淋板與成膜槽上蓋之間的熱交換部分中的噴淋板的厚度比噴淋板的成膜氣體通過(guò)部分的厚度厚。
8.如權(quán)利要求3至7中的任一項(xiàng)所述的薄膜制造裝置，其特征在于，上述成膜槽的內(nèi)徑比噴頭表面的直徑大，另外，噴頭表面的直徑比成膜槽內(nèi)的上部空間的內(nèi)徑大。
9.如權(quán)利要求8所述的薄膜制造裝置，其特征在于，上述成膜槽的內(nèi)徑與噴頭表面的直徑的差在20mm以?xún)?nèi)。
10.如權(quán)利要求3至9中的任一項(xiàng)所述的薄膜制造裝置，其特征在于，進(jìn)一步具有可將上述成膜槽內(nèi)的溫度進(jìn)行溫度控制在室溫～250℃的范圍的裝置。
11.如權(quán)利要求3至10中的任一項(xiàng)所述的薄膜制造裝置，其特征在于，設(shè)置與上述噴淋板和成膜槽上蓋連通的貫通孔，在該孔上連結(jié)設(shè)置壓力測(cè)定器。
12.一種薄膜制造方法，其特征在于，通過(guò)組裝在可進(jìn)行真空控制的成膜槽的上蓋的噴頭構(gòu)造，將成膜氣體導(dǎo)入到由基板臺(tái)和噴頭及防粘板構(gòu)成的槽的上部空間，在載置于被成膜壓力控制的該上部空間內(nèi)的基板上成膜，通過(guò)排氣系統(tǒng)，將剩余的成膜氣體以及副生成物氣體作為排氣氣體，進(jìn)行排氣并成膜；另外，通過(guò)設(shè)置在該上蓋的熱交換裝置，對(duì)上蓋進(jìn)行溫度控制，在構(gòu)成該噴頭表面的圓盤(pán)狀的噴淋板與該上蓋的接觸面上進(jìn)行熱交換，根據(jù)成膜條件，控制噴淋板的溫度，進(jìn)行成膜。
13.如權(quán)利要求12所述的薄膜制造方法，其特征在于，上述薄膜制造方法使用如權(quán)利要求3至11中的任一項(xiàng)所述的裝置進(jìn)行。
全文摘要
提供一種可在生產(chǎn)性、批量生產(chǎn)性上優(yōu)異的薄膜制造裝置以及制造方法，該薄膜制造裝置再現(xiàn)根據(jù)成膜條件可進(jìn)行溫度控制的噴頭、良好的膜厚分布、組成分布、成膜速率，同時(shí)，可長(zhǎng)期穩(wěn)定地進(jìn)行粒子數(shù)少的連續(xù)成膜。其構(gòu)成為，將噴頭構(gòu)造組裝到成膜槽的上蓋，通過(guò)在上蓋上設(shè)置熱交換裝置，對(duì)上蓋進(jìn)行溫度控制，在構(gòu)成噴頭表面的噴淋板和上蓋的接觸面上進(jìn)行熱交換，根據(jù)成膜條件，可對(duì)噴頭進(jìn)行溫度控制。是在成膜槽上具有該噴頭的薄膜制造裝置，使用該裝置制造薄膜。
文檔編號(hào)C23C16/455GK1584109SQ200410056309
公開(kāi)日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月6日
發(fā)明者山田貴一, 增田健, 梶沼雅彥, 西岡浩, 植松正紀(jì), 鄒紅罡 申請(qǐng)人:愛(ài)發(fā)科股份有限公司