JP2009272355A - 基板処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアガス供給管の出口圧力を緩和することにより、液面の激しい動揺を常時抑制する。
【解決手段】液体原料を収容するタンク２６０と、前記タンク２６０内の液体原料中にキャリアガスを吹き込んで液体原料を気体化するキャリアガス供給管３００と、前記キャリアガス供給管３００のガス吹込口に取り付けられ、多孔化且つ細分化された複数の出口流路によりキャリアガス供給管３００の出口圧力の上昇を緩和する圧力緩和機構と、前記タンク２６０に接続され、前記液体原料の気体と前記キャリアガスとの混合ガスを、基板を処理する処理室に供給する原料ガス供給管２３２ｂとを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板処理システムに関するものであり、特に、液体原料を気体化したガスを処理室に供給することにより基板を処理する基板処理システムに関するものである。

基板を処理する基板処理システムは、処理室に原料ガスを供給しながら処理室を排気することにより基板を処理するために、原料ガスを供給する原料ガス供給系と、処理室を排気する排気系とが設けられている。
基板を処理する原料は、性状によって二種類に分けられる。
一つは常温で気体の原料であり、他の一つは常温で液体の原料（以下、液体原料という）である。
このため、液体原料を用いる基板システムの原料ガス供給系には、液体原料を加熱により気体化する装置や液体原料をバブリングにより気体化する装置が取り付けられる。

図８は、液体原料をバブリングによって気体化し、気体となった原料ガスを処理室に供給する従来の基板処理システム（基板処理装置）の原料ガス供給系が示される。

図８に示すように、この原料ガス供給系では、バブリング容器であるタンク１内に液体原料が貯留される。
タンク１には、基板処理システムの処理室（図示せず）に原料ガスを供給する原料ガス供給管２と、キャリアガスをタンク１内の液体原料に吹き込んで原料ガスを生成するキャリアガス供給管３とが設けられる。貯留される液体原料は、例えば、ＴＭＡ（Ａｌ（ＣＨ_３）_３：トリメチルアルミニウム）である。

キャリアガス供給管３の上流端部は、キャリアガス供給源に接続され、キャリアガス供給管３の下流端であるガス吹込口は、液体原料液中に深く挿入される。また、原料ガス供給管２の導入口は、液体原料の液面より所定距離、離間される。

キャリアガス供給管には、液体原料の流量を制御するためマスフローコントローラ（ガス流量制御器）ＭＦＣが設けられており、開閉のためバルブＡＶ１，ＡＶ２，ＡＶ３が設けられる。バルブＡＶ２は、マスフローコントローラＭＦＣを挟んで上流側に、バルブＡＶ２は下流側に設けられる。
また、原料ガス供給管２には、処理室からのガスの逆流を防止するため上流側と下流側とにバルブＡＶ４、ＡＶ５が設けられている。
各バルブＡＶ１〜ＡＶ５は、例えば、作動エアによって開閉するようになっており、作動エアを切り換える電磁弁ユニット等のアクチュエータ（図示せず）により開閉が切り換えられる。

このような基板処理システムでは、基板処理の際に、全てのバルブＡＶ１〜ＡＶ５が各アクチュエータによって開とされる。
これにより、キャリアガス供給源のキャリアガス、例えば、Ａｒ、Ｎ_２等の不活性ガスがキャリアガス供給管３を通してタンク１内の液体原料、例えば、ＴＭＡ液中に吹き込まれるバブリングが行われる。
バブリングにより気体化した原料のガス（以下、原料ガスという）は、キャリアガスと混合した状態で原料ガス供給管２に入り、この原料ガス供給管２を通じて処理室へと供給される。これにより基板が、供給された原料ガスにより処理される。

なお、液体原料を用いる成膜プロセスとしては、例えば、Ａｌ原料として常温で液体であるＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を、酸化原料としてＯ_３を用い、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３膜）を成膜する成膜プロセスがある。

このように、従来の基板処理システムのガス供給系では、バブリングにより液体原料を気体化し、処理室に供給する。しかし、バルブやアクチュエータの動作不良に起因してタンク内の液状飛沫が処理室に供給され、処理室でパティキュレートとして検出されてしまい、半導体の歩留まりが低下することがある。

図９（ａ），（ｂ）は、このような液状飛沫の発生と搬送の様子を示す概念図である。
基板処理の際は、前記したように、各バルブＡＶ１〜ＡＶ５の全てが開とされ、キャリアガスのバブリングにより気体化された原料ガスとキャリアガスの混合ガスが処理室に供給される。
しかし、バルブやアクチュエータの誤動作、動作不良に起因して、例えば、原料ガス供給管の下流側のバルブＡＶ３に応答遅れが発生すると、応答遅れの間にキャリアガス供給管の圧力が上昇する。
そしてこの高圧のキャリアガスが液体原料中に一気に吹き込まれると、大型の泡、気泡が発生し、図９（ｂ）に示すように液体原料の液面に激しい動揺が発生する。
液状飛沫は原料ガス供給管３のバルブＡＶ４，ＡＶ５が閉となっているので、この液面の動揺によって液状飛沫が発生すると、キャリアガスにより原料ガス供給管３を通じて処理室に供給される。

このように、従来の原料ガス供給系には、バルブ、アクチュエータの誤動作等に起因してバブリングの際に大きな泡や気泡が発生し、液体原料に激しい動揺が発生すると、液状飛沫が処理室に供給されてしまい、パーティクルにより、歩留りが低下してしまうという問題がある。このため、バルブやアクチュエータのメンテナンスを定期的に実施することが想定されるが、メンテナンス間では液状飛沫の発生を防止することができない。

そこで、本発明は、キャリアガス供給管の出口圧力の上昇を緩和することにより、液面の激しい動揺を、常時、抑制することを目的とする。

本発明に係る好ましい態様は、液体原料を収容するタンクと、前記タンク内の液体原料中にキャリアガスを吹き込んで液体原料を気体化するキャリアガス供給管と、前記キャリアガス供給管のガス吹込口に取り付けられ、多孔化且つ細分化された複数の出口流路によりキャリアガス供給管の出口圧力の上昇を緩和する圧力緩和機構と、前記タンクに接続され、前記液体原料の気体と前記キャリアガスとの混合ガスを、基板を処理する処理室に供給する原料ガス供給管と、を備えた基板処理システムを提供するものである。

本発明によれば、多孔質化且つ細分化された複数の流路によりキャリアガス供給管の出口圧力の上昇が緩和され、液体原料中の動揺、液状飛沫の発生が抑制される。これにより、液状飛沫が処理室に供給されず、パーティクルに起因した半導体装置の歩留りの低下を防止することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
まず、本実施の形態に係る基板処理装置とその処理炉について説明する。
＜基板処理装置＞
本実施の形態において、基板処理システムとしての基板処理装置は、一例として、半導体装置（ＩＣ）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。なお、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行う縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。

参照する図面において、図１は本発明に係る処理装置１０１を示す概略構成図であり、斜透視図として表されている。

本発明に係る処理装置１０１ではシリコン等からなる基板（以下、ウエハという）２００のウエハキャリアとしてカセット１１０が用いられる。
処理装置１０１の筐体１１１の正面壁１１１ａ下方にはメンテナンス可能なように開口部としての正面メンテナンス口（図示せず）が開設され、正面メンテナンス口にはこれを開閉すべく正面メンテナンス扉１０４が建て付けられる。

正面メンテナンス扉１０４には、カセット搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が筐体１１１内外を連通するように開設されており、カセット搬入搬出口１１２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。カセット搬入搬出口１１２の筐体１１１内側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、カセットステージ１１４上から搬出されるようになっている。

カセットステージ１１４は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体後方を向くように動作可能となるよう構成されている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。
また、カセットステージ１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。
カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置される。

カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８ｂとで構成されており、カセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置される。
ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂとを備えて構成される。
ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、耐圧製の筐体１１１の右側端部に設置される。
これらウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ及びウエハ移載装置１２５ａの連続動作によ
り、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ（基板保持体）１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ボート（基板保持具）２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）及び脱装（ディスチャージング）するように構成されている。

筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。
処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。
処理炉２０２の下方にはボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構（図示せず））が設けられ、ボートエレベータの昇降台に連結された連結具としての昇降アーム１２８には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられている。シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。

ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。

カセット棚１０５の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するよう、供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４ａが設けられており、クリーンエア１３３を前記筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。
また、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ及びボートエレベータ側と反対側の筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するよう、供給フアン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４ｂが設置されている。
クリーンユニット１３４ｂから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ、ボート２１７を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。

次に、図１を参照して本発明の処理装置１０１の動作を説明する。
カセット１１０がカセットステージ１１４に供給されるに先立って、カセット搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放される。
その後、カセット１１０はカセット搬入搬出口１１２から搬入され、カセットステージ１１４の上にウエハ２００が垂直姿勢であって、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体後方を向くように、筐体後方に右周り縦方向９０°回転させられる。
次に、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置にカセット搬送装置１１８によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接、移載棚１２３に搬送される。

カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、移載室１２４の後方にあるボート２１７に装填（チャージング）される。
ウエハ移載装置１２５ａは、ボート２１７にウエハ２００を受け渡したこの後、カセット１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部（炉口）が、炉口シャッタ１４７によって、開放される。
続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７は、シールキャップ２１９がボートエ
レベータの昇降アーム１２８によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されていく。

ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００及びカセット１１０は筐体１１１の外部へ払い出される。
＜処理炉＞
図２は本実施の形態で好適に用いられる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面で示す。図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は本実施例の基板処理装置における縦型基板処理炉の多孔ノズルを説明するための図であり、図４（Ａ）は概略図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ部拡大図である。

図２及び図３に示すように、ウエハ（基板）２００を処理する反応容器としての反応管２０３が加熱装置（加熱手段）であるヒータ２０７の内側に配置される。
反応管２０３の下端部には、例えば、ステンレス等の耐食、耐熱金属から形成されたマニホールド２０９が気密部材であるＯリング２２０を介して気密に取り付けられる。
マニホールド２０９の下端部には、蓋体であるシールキャップ２１９がＯリング２２０を介して気密に接合されている。
このようにシールキャップ２１９がＯリング２２０を介して気密に接合されると、反応管２０３、マニホールド２０９及びシールキャップ２１９によって、ウエハ２００を処理するための処理室２０１が形成される。なお、前記マニホールド２０９は保持部材（以下、ヒータベースという）に固定され、ヒータベースに支持される。

シールキャップ２１９には基板保持部材（基板保持手段）であるボート２１７がボート支持台２１８を介して立設される。ボート支持台２１８はボート２１７を保持する保持体となっている。ボート２１７はボート支持台２１８に保持された状態で処理室２０１に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱するように形成されている。

処理室２０１には、複数種類、ここでは２種類の原料ガスを供給する供給経路として２本の原料ガス供給管２３２ａ、２３２ｂが取り付けられている。
原料ガス供給管２３２ａ、２３２ｂは、マニホールド２０９の下部を貫通しており、原料ガス供給管２３２ｂは、処理室２０１内で原料ガス供給管２３２ａと合流され、一本の多孔ノズル２３３に連通される。
原料ガス供給管２３２ａの上流端部は反応ガス（例えば、オゾン：Ｏ_３）の供給源に接続され、原料ガス供給管２３２ｂの上流端部はバブリング容器であるタンク２６０に接続されていている。

多孔ノズル２３３は、処理室２０１内に設けられており、原料ガス供給管２３２ｂから供給される原料ガス（例えば、ＴＭＡガス）の分解温度以上の領域にその上部が延在している。
しかし、原料ガス供給管２３２ｂと原料ガス供給管２３２ａとの合流部は、処理室２０１において原料の分解温度未満の領域に配置されている。この領域は、ウエハ２００およびウエハ２００付近の温度よりも低い温度の領域である。

タンク２６０よりマニホールド２０９までの原料ガス供給管２３２ｂにはヒータ２８１が巻き付けられており、ヒータ２８１の加熱によって原料ガス供給管２３２ｂが５０〜６０℃に保持される。原料ガス供給管２３２ｂが５０〜６０℃に保持されると、タンク２６０内から供給するガスの液化が防止される共に、ミスト分が気化される。

キャリアガス供給管３００は、タンク２６０に取り付けられている。
キャリアガス供給管３００には、流量制御装置（流量制御手段）としてマスフローコントローラ２４１ａが設けられると共に、マスフローコントローラ２４１ａを挟んで上流側にバルブＡＶ１が、下流側にバルブＡＶ２、バルブＡＶ３が設けられる。
原料ガス供給管２３２ｂには、上流側と下流側とにバルブＡＶ４、バルブＡＶ５が設けられる。各バルブＡＶ１〜ＡＶ５には、前記したように、電磁弁ユニット等のアクチュエータ（図示せず）が取り付けられる。

原料ガス供給管２３２ｂには、不活性ガスのライン２３２ｃが開閉バルブ２５３を介してバルブＡＶ５の下流側に接続され、原料ガス供給管２３２ａには、不活性ガスのライン２３２ｄが開閉バルブ２５４を介してバルブ２４３ａの下流側に接続される。

原料ガス供給管２３２ａからは開閉弁であるバルブ２４３ａ、マスフローコントローラ２４１ａを介して多孔ノズル２３３に反応ガス（例えば、オゾン：Ｏ_３）が供給され、原料ガス供給管２３２ｂからはバルブＡＶ４、ＡＶ５を介して多孔ノズル２３３に反応ガス（例えば、トリメチルアルミニウム：ＴＭＡ）が供給される。

処理室２０１はガスを排気するガス排気管２３１によりバルブ２４３ｄを介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続されており、真空ポンプ２４６により真空排気されるようになっている。なお、このバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。

多孔ノズル２３３は、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そして多孔ノズル２３３には複数のガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｂが設けられている。

反応管２０３内の中央部には複数枚のウエハ２００を同一間隔で多段に載置するボート２１７が設けられており、ボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また、処理の均一性を向上する為にボート２１７を回転するための回転装置（回転手段）であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、ボート支持台２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。

制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、バルブＡＶ１〜ＡＶ５、開閉バルブ２５３、２５４、バルブ２４３ｄ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構に接続されており、コントローラ２８０は、マスフローコントローラ２４１ａ、マスフローコントローラ（流体マスフローコントローラ）２４１ｂの流量調整、バルブＡＶ１〜ＡＶ５、開閉バルブ２５３、２５４の開閉動作、バルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御が行うように構成されている。

図５に示すように、タンク２６０には、液体原料として、例えば、ＴＭＡ液が貯留され、キャリアガス供給管３００には、キャリアガス供給源として、例えば、Ｎ_２又はＡｒガスボンベ（図示せず）が接続される。
キャリアガス供給管３００の下流端部であるガス吹込口には、圧力緩和機構３０１が取り付けられる。
圧力緩和機構３０１には、例えば、液体原料と反応することのないミクロンオーダのポーラスを持つフィルタの如き多孔体で、表面に多数のポーラスが開口し、内部で多数のポ
ーラスが互いに連通する多孔体３０１ａが用いられる。
多孔体３０１ａは、キャリアガス供給管３００のガス吹込口を閉じるようにキャリアガス導入管３００のガス吹込口部に取り付けられる。
このように多孔体３０１ａを取り付けると、複数のポーラス同士が連結された多数の流路がそれぞれ出口圧力の上昇を緩和する出口流路としてキャリアガス供給管３００のガス吹込口に接続される。

多孔体３０１ａを取り付け、キャリアガス導入管３００にキャリアガスを供給すると、キャリアガスは、ガス吹込口と直接、接続されている多数の出口流路に分散し、次に、各流路と連通する多数の出口流路へと分散する。
そして、多孔体３０１ａの表面に開口している多数の出口流路から液体原料中に吹き出される。
従って、ガス吹込口に多孔体３０１ａが取り付けられていると、多孔体３０１ａの複数の出口流路に圧力が逃げ出口圧力の上昇が緩和される。
また、各出口流路の圧力損失によってもキャリアガス供給管３００の出口圧力、すなわち、吹出圧力も緩和される。
また、多孔体３０１ａの流路断面がミクロンオーダであるので、バブリングの際の泡径も小さくなる。
これにより、液面の激しい動揺を抑制でき、パーティクルに起因した半導体装置の歩留りが改善される。

また、出口流路毎に気泡が細分化されると、気体（キャリアガス）と液体（液体原料）との接触面積が大きくなり、液体原料の蒸発速度を速めることができるので、飽和蒸気圧分だけの液体原料の蒸発量をタンク内２６０内に安定的に存在させることができ、原料となる液体原料のガスの供給流量を安定させることができるという二次的な効果がある。

多孔体３０１ａとしては、金属やセラミックスを焼結したセラミックス多孔体が好ましい。

図６は、多孔体をキャリアガス供給管３００のガス吹込口に取り付けるための保持部材の一例を示す。
この例では、保持部材３０５は、ステンレスの筒体３０６と、筒体３０６の後部に設けられ、筒体３０６とガス吹込口とを互いに螺合するねじによって連結するプラグ部３０７とから構成される。
多孔体３０１ａは筒体３０６内に挿入され、筒体３０６の内面に係合した状態で固定される。多孔体３０１ａの少なくとも先端部は、液体原料のバブリングに対して多孔体３０１ａ表面の流路が充分に確保されるよう、筒体３０６の先端面から所定長さ突出している。

図７は、図６で説明した筒体３０６の長さを短くし、筒体３０６の先端部に漏斗状（円錐状ないしコーン状）のハウジング３０９を連結した保持部材３１０の他の例を示す。
多孔体３０１ａの少なくとも後端部は、ハウジング３０９の内面と係合する円錐状に形成されており、ハウジング３０９の内面に固定される。多孔体３０１ａの先端部は液体原料に対する多孔体３０１ａ表面の流路が充分に確保されるようにするため、ハウジング３０９の先端面から所定長さ突出している。

図６及び図７に示すように、各多孔体３０１ａは、液体原料に対する多孔体３０１ａ表面の流路数が充分に確保されるので、液体原料にキャリアガスを吹き込んで気体化する際の圧力の緩和と気泡の微細化により、液体原料の液面の動揺を抑制することができる。また、パティキュレートの原因となる液状飛沫の発生を抑制するので、液状飛沫の搬送に起
因した半導体装置の歩留りの低下を防止できる。

なお、本実施の形態では、圧力緩和機構として、多孔体３０１ａ、好ましくは、セラミックス多孔体を用いる説明をしたが、多孔体３０１ａに代えて金属繊維を密に重ねた積層体を前記保持部材の筒体、ハウジングに充填するようにしてもよい。また、ニッケルブレンフィルタを筒体やハウジング内に装填して圧力緩和機構としてもよい。このようにしても、多孔体３０１ａと同様の作用、効果が発揮される。

次にＡＬＤ法による成膜例として、半導体装置の製造工程の一つである成膜について説明する。

ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の中の１つであるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給して１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
ＡＬＤ法を用い、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）膜を形成する場合は、ＴＭＡ（Ａｌ（ＣＨ_３）_３：トリメチルアルミニウム）とＯ_３（オゾン）とを交互に供給することにより２５０〜４５０℃の低温で高品質の成膜が可能である。
このように、ＡＬＤ法では、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給することによって成膜を行う。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、成膜処理を２０サイクル行う。

まず成膜しようとするウエハ（半導体シリコンウエハ）２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。

（ステップ１）
ステップ１では、Ｏ_３ガスを流す。まず原料ガス供給管２３２ａに設けられたバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けられたバルブ２４３ｄを共に開けて、原料ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４１ａによって流量調整されたＯ_３ガスを多孔ノズル２３３のガス供給孔２４８ｂから処理室２０１に供給しつつガス排気管２３１から排気する。
Ｏ_３ガスを流すときは、バルブ２４３ｄを適正に調節して処理室２０１内圧力を１０〜５００Ｐａの範囲であって、例えば１００Ｐａに維持する。
マスフローコントローラ２４１ａで制御するＯ_３ガスの供給流量は１〜２０ｓｌｍの範囲であって、例えば５ｓｌｍで供給される。
Ｏ_３ガスにウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。
このときのヒータ２０７温度はウエハ２００の温度が２５０〜４５０℃の範囲であって、例えば３８０℃になるよう設定してある。

この場合、同時に原料ガス供給管２３２ｂの途中につながっている不活性ガスのライン２３２ｃから開閉バルブ２５３を開けて不活性ガスを流すとＴＭＡ側にＯ_３ガスが回り込むことを防ぐことができる。

このとき、処理室２０１に内に流しているガスは、Ｏ_３ガスとＮ_２ガス、Ａｒガス等の不活性ガスのみであり、ＴＭＡガスは存在しない。したがって、Ｏ_３は気相反応を起こすことはなく、ウエハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。

（ステップ２）
ステップ２では、原料ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、Ｏ_３ガスの供給を止める。また、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄを開としたまま、真空ポンプ２４６の排気によって処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留Ｏ_３ガスを処理室２０１から排除する。このとき、Ｎ_２ガス等の不活性ガスを、Ｏ_３ガス供給ラインである原料ガス供給管２３２ａおよびＴＭＡ供給ラインである原料ガス供給管２３２ｂからそれぞれ処理室２０１に供給するようにしてもよい。このようにすると残留Ｏ_３の排除効果をより向上させることができる。

（ステップ３）
ステップ３では、ＴＭＡガスを処理室２０１に供給する。ＴＭＡは常温で液体である。
ＴＭＡガスを処理室２０１に供給する場合、窒素ガスや希ガスなどの不活性ガスをキャリアガスとしてこれをタンク２６０のＴＭＡ液に通すバブリングによって気化した分を原料ガス供給管２３２ｂ及び多孔ノズル２３３を通じて、キャリアガスと共に処理室２０１へと供給する。

このとき、キャリアガス供給管３００のバルブＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ３、原料ガス供給管２３２ｂのバルブＡＶ４、ＡＶ５、及びガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開とされ、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調節されたキャリアガスがキャリアガス供給管３００のガス吹込口へと供給され、多孔体３０１ａの複数の出口流路からそれぞれＴＭＡ液中に吹き込まれる。このとき、キャリアガス供給管２３２ｂが高圧となっても複数の流路の圧力損失によって吹出圧力の上昇が緩和され、液面の激しい動揺が防止される。

複数の流路からのキャリアガスの吹き出しによってタンク２６０内にＴＭＡガス（原料ガス）が生成されると、ＴＭＡガスとキャリアガスの混合ガスが、原料ガス供給管２３２ｂを通じて多孔ノズル２３３に供給され、多孔ノズル２３３のガス供給孔２４８ｂから処理室２０１に供給される。なお、この際もガス排気管２３１によって処理室２０１の雰囲気が排気する。

また、ＴＭＡガスとキャリアガスの混合ガスを多孔ノズル２３３に供給し、多孔ノズル２３３から処理室２０１に流すときは、バルブ２４３ｄの調整によって処理室２０１内圧力を１０〜９００Ｐａの範囲であって、例えば、５０Ｐａに維持する。

また、マスフローコントローラ２４１ａで制御するキャリアガスの供給流量は１０ｓｌｍ以下とする。ＴＭＡガスの供給時間は１〜４秒に設定するが、その後、さらに吸着させるため、上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を０〜４秒に設定してもよい。
このとき、ウエハ温度はＯ_３ガスの供給時と同じく、２５０〜４５０℃の範囲の所望の温度に維持する。ＴＭＡガスの処理室２０１への供給により、ウエハ２００の表面に吸着したＯ_３とＴＭＡとが表面反応して、ウエハ２００上にＡｌ_２Ｏ_３膜が成膜される。
この際、同時に原料ガス供給管２３２ａの途中につながっている不活性ガスのライン２３２ｄから開閉バルブ２５４を開けて不活性ガスを流すようにしてもよい。このようにするとＯ_３側にＴＭＡガスが回り込むことを防ぐことができる。

成膜後は、バルブＡＶ５を閉じ、バルブ２４３ｄを開けて処理室２０１を真空排気し、ＴＭＡガスの成膜に寄与した後の残留するガスを処理室２０１から排出する。この際、Ｎ_２ガス等の不活性ガスを、Ｏ_３供給ラインである原料ガス供給管２３２ａおよびＴＭＡ供給ラインである原料ガス供給管２３２ｂからそれぞれ処理室２０１に供給して残留ガスを処理室２０１から排除する効果を高めるとよい。

上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ２００上に所定膜厚のＡｌ_２Ｏ_３膜を成膜する。

処理室２０１内を排気し、Ｏ_３ガスを除去した後にＴＭＡガスを流すので、両者はウエハ２００に向かう途中で互いに反応することがない。供給されたＴＭＡは、ウエハ２００に吸着しているＯ_３とのみ有効に反応する。

また、Ｏ_３供給ラインである原料ガス供給管２３２ａおよびＴＭＡ供給ラインである原料ガス供給管２３２ｂを処理室２０１内で合流させることにより、ＴＭＡガスとＯ_３を多孔ノズル２３３内でも交互に吸着、反応させて堆積膜をＡｌ_２Ｏ_３とすることができ、ＴＭＡガスとＯ_３を別々のノズルで供給する場合にＴＭＡノズル内で異物発生源になる可能性があるＡｌ膜が生成されるという問題をなくすことができる。Ａｌ_２Ｏ_３膜は、Ａｌ膜よりも密着性が良く、剥がれにくいので、異物発生源になりにくい。

＜付記＞
次に、本発明の好ましい態様を付記する。

本発明の好ましい態様は、液体原料を収容するタンクと、タンク内の液体原料中にキャリアガスを吹き込んで液体原料を気体化するキャリアガス供給管と、キャリアガス供給管のガス吹込口に取り付けられ、多孔化且つ細分化された複数の出口流路によりキャリアガス供給管の出口圧力の上昇を緩和する圧力緩和機構と、タンクに接続され、液体原料の気体と前記キャリアガスとの混合ガスを、基板を処理する処理室に供給する原料ガス供給管と、を備える。圧力緩和機構は、タンク内に液体原料を充填した際に、液体原料の液面下に配置される。

圧力緩和機構は、複数のポーラスを有し、ポーラス同士が互いに連通することにより、微細化した出口流路を形成すると共に、流路同士が連通する多孔体を形成する多孔体が好ましい。好ましくは、圧力緩和機構は、焼結により形成できるセラミックス多孔体とするとよい。また、圧力緩和機構は、繊維、好ましくは、金属又はセラミックスの繊維を密に積層した積層体で構成してもよい。

また、多孔体又は積層体は、筒状ないし漏斗状の保持部材内に保持し、保持部材を介してキャリアガス供給管のガス吹出口に取り付けるとよい。
筒状とするとキャリアガスの圧力を有効に利用でき、漏斗状とすると、広い範囲で均等なバブリングが行える。

さらに、出口流路の断面は、泡ないし気泡微細化及び出口圧力の緩和のため、ミクロンオーダで形成するのが好ましい。

保持部材は、液体原料と非反応の材料、例えば、ステンレス、セラミックス、石英で構成するとよい。

キャリアガス供給管の圧力が増加すると、対応する数の出口流路に圧力が分散する。このため、キャリアガス供給管圧力が上昇しても出口圧力の上昇が緩和される。また、各出口流路が多孔化且つ細分化されているので、泡、気泡が微細化される。これにより、バブリングの際の液面の激しい動揺が抑制され、液状飛沫の生成が抑制される。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る縦型の基板処理炉の概略構成図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 本実施形態に係る基板処理装置における縦型基板処理炉の多孔ノズルを説明するための図であり、図４（Ａ）は概略図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ部拡大図である。 液体原料をバブリングにより気体化し、処理室に供給する原料ガス供給系の要部詳細図である。 本発明の実施の形態に係る圧力緩和機構と、保持部材の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る他の圧力緩和機構及び保持部材を示す概略構成図である。 バブリングにより液体原料を気体化し、原料ガスの処理室に供給する従来の原料ガス供給系を示す構成図である。 従来の原料ガス供給系における液状飛沫の発生のメカニズムを示す解説図である。

符号の説明

２３２ｂ 原料ガス供給管
２６０ タンク
３００ キャリアガス供給管
３０１ａ 多孔体（圧力緩和機構）

Claims (1)

1. 液体原料を収容するタンクと、
   前記タンク内の液体原料中にキャリアガスを吹き込んで液体原料を気体化するキャリアガス供給管と、
   前記キャリアガス供給管のガス吹込口に取り付けられ、多孔化且つ細分化された複数の出口流路によりキャリアガス供給管の出口圧力の上昇を緩和する圧力緩和機構と、
   前記タンクに接続され、前記液体原料の気体と前記キャリアガスとの混合ガスを、基板を処理する処理室に供給する原料ガス供給管と、
   を備えた基板処理システム。

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