JP4684408B2

JP4684408B2 - 処理装置

Info

Publication number: JP4684408B2
Application number: JP2000367877A
Authority: JP
Inventors: 雅昭長谷井; 晃司下村; 洋克小林; 昭彦廣江; 宏一郎木村
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2020-12-04
Also published as: JP2001262350A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造においては、被処理体である例えば半導体ウエハに酸化、拡散、成膜、アニール等の処理を施すために、各種の処理装置（半導体製造装置）が使用されている。また、処理によっては、液体原料を気化させた処理ガスを用いる場合があり、その場合、液体原料を気化させる液体原料気化供給システムが用いられる。この液体原料気化供給システムは、液体原料容器と、この液体原料容器から圧送される液体原料の流量を計測する流量計と、この流量計を介して供給される液体原料を気化させてキャリアガスにより供給する気化器とから主に構成されている。すなわち、このシステムは、液体原料容器から圧送される液体原料を流量計に通過させて流量を確認し、その二次側に配置した気化器において液体原料に熱を加えて気化させるように構成されている。
【０００３】
図７は、従来の液体原料気化供給システムにおける気化器の構造を示している。この気化器は、気化器本体４０にキャリアガスを通すキャリアガス通路４１と、このキャリアガス通路４１に臨んで開口して液体原料を吐出する液体原料通路４２とを形成している。液体原料通路４２の途中には、液体原料の吐出量を制御するコントロールバルブ４３が設けられている。また、キャリアガス通路４１の一部が気化室４４になっており、この気化室４４を挟んで液体原料通路４２の開口４５と対向する位置には、その開口４５を開閉するシャットオフバルブ４６が設けられている。また、気化器本体４０には、液体原料を気化させるための図示しない加熱手段（ヒータ）が設けられている。
【０００４】
図８は、同システムにおける流量計の概略的構成を示している。この流量計は、液体原料を通す本ライン５０に微細管からなるバイパス５１を設け、このバイパス５１に流量センサ５２を設けて構成されている。この流量センサ５２は、バイパス５１に液体原料が流れた時の温度差を電気信号に変え、流量として検知するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の処理装置の液体原料気化供給システムにおいては、気化に起因する温度（熱）と圧力による蒸気圧曲線がベースとなっているが、気化器と流量計において不十分な部分があり、気化能力が低いという問題があった。例えば、気化器においては、液体原料通路４２におけるコントロールバルブ４３よりも下流側が液溜り４７となってしまうため、コントロールした液量を円滑に気化できず、また、液体原料通路４２の内径ｄが０．３ｍｍと小さいため、十分な液量を気化室に供給できないことが考えられる。
【０００６】
また、加熱手段による加熱温度がその取付位置との関係で不十分であることも考えられる。一方、流量計においては、液体原料の粘性や液体原料中に溶けている圧送ガスの気泡化により、本ライン５０やバイパスライン５１に流れの停滞部分や詰りが生じる場合があるが、その場合、正確な流量を確認できないことが考えられる。
【０００７】
更に、処理装置においては、処理後、配管内や処理室内に残存する残留ガスをきれいに排出するためにパージガスを流すガスパージが行われているが、このガスパージに起因してパーティクルが発生し、半導体ウエハの表面に付着する場合があった。これは、パージガスを気化器と処理室の間の配管から導入していたので、パージガスが気化器側に逆流して気化器部分の圧力が上昇し、これにより気化器部分の残留ガスが液化して霧状の核（パーティクルのもと）が発生するからであると考えられる。
【０００８】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、液体原料を気化させて供給する際の気化能力の向上が図れる処理装置を提供することを目的とする。また、本発明は、ガスパージに起因するパーティクルの発生を防止することができる処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１に係る発明は、処理室内に被処理体を収容して所定の処理ガス雰囲気下で所定の処理を施す処理装置において、前記処理室の処理ガス導入系に、液体原料容器から流量計を介して供給される液体原料を気化させてキャリアガスにより供給する気化器を有する液体原料供給システムを接続し、前記気化器は、キャリアガス通路と、このキャリアガス通路に臨んで開口して液体原料を吐出するノズルと、このノズルの開口を開閉可能に覆うダイヤフラム弁と、このダイヤフラム弁を開閉制御する駆動部と、前記ノズルの開口端とダイヤフラム弁との間に形成された気化室とを備え、前記ノズルの開口が気化室に向って皿状に拡開形成され、前記ノズルおよびダイヤフラム弁を取り囲む如く気化器本体にヒータを埋め込むと共に気化室の近傍の温度を検知する温度センサを設けて気化室内を所定の温度に加熱制御するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の処理装置において、前記ダイヤフラム弁が、周縁部を固定されており、その固定箇所よりも内側に断面波状の環状補強部を有していることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の処理装置において、前記流量計が、液体原料を通す本ラインに流量センサを設けていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１記載の処理装置において、前記気化器の上流にパージガスを供給するパージガス供給系が接続されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。
【００１４】
本発明を半導体製造装置である枚葉式熱処理装置に適用した実施の形態を示す図１において、１は所定の処理ガス雰囲気下で被処理体例えば半導体ウエハに所定の処理例えばＣＶＤによる成膜処理を施す枚葉式熱処理装置の処理室（チャンバ）であり、この処理室１の処理ガス導入系（導入管）２には液体原料気化供給システム３が接続されている。この液体原料気化供給システム３は、液体原料例えばＰＥＴ（ペンタエトキシタンタル）４を収容した液体原料容器（液体原料タンク）５と、この液体原料容器５から圧送される液体原料の流量を計測する流量計６例えばＬＭＦＭ（Liquid Mass Flow Meter）６と、この流量計６を介して供給される液体原料を気化させてキャリアガスにより供給する気化器７とを備えている。
【００１５】
前記液体原料容器５には、液体原料４を気化器７に圧送するために、圧送ガス例えば不活性ガス好ましくはヘリウムガス（Ｈｅ）を注入する圧送ガス注入管８と、液体原料圧送管９とが接続されており、圧送ガス注入管８と液体原料圧送管９には、それぞれ開閉弁１０，１１が設けられている。前記気化器７には、キャリアガス例えば不活性ガス好ましくはヘリウムガス（Ｈｅ）を供給するキャリアガス供給系（キャリアガス供給管）１２が開閉弁１３と流量制御装置（Mass Flow Controller）６０を介して設けられている。また、気化器７の上流、例えばキャリアガス供給管１２の流量制御装置６０と気化器７の間には、パージガス例えば不活性ガス好ましくは窒素ガス（Ｎ₂）を導入するためのパージガス供給系（パージガス供給管）６１が開閉弁６２と流量制御装置（Mass Flow Controller）６３を介して接続されている。気化器７と処理室１との間の配管（処理ガス導入系）２には、気化器７を通過したバージガスを処理室１を経由させずに排気管１７に直接導くことが可能なベントラインが接続されていてもよい。
【００１６】
前記処理室１は、図２に示すように、耐食性を有する材料例えばアルミニウムにより形成されており、内部には収容された半導体ウエハｗを載置して所定の処理温度に加熱するためのヒータを備えたサセプタ１４が設けられている。処理室１の一側には、図示しない搬送アーム機構により半導体ウエハｗを搬入搬出するための開口部１５が設けられていると共に、この開口部１５を開閉可能に閉塞するゲートバルブ１６が設けられている。
【００１７】
処理室１には、内部雰囲気を排気するための排気管１７が設けられ、この排気管１７には処理室１内を所定の圧力に減圧制御可能な図示しない減圧制御機構および減圧ポンプ６５が設けられている。処理室１内の上部には処理ガスを半導体ウエハｗに対してシャワー状に噴射供給するための多数の噴射孔１８を有するシャワーヘッド１９が設けられ、このシャワーヘッド１９には処理ガス導入管２が設けられている。この処理ガス導入管２に前記液体原料気化供給システム３における気化器７の二次側（出口）が接続されている。
【００１８】
前記気化器７は、図３〜図５に示すように、キャリアガス通路２０と、このキャリアガス通路２０に臨んで開口して液体原料を吐出するノズル２１と、このノズル２１の開口２２を開閉可能に覆うダイヤフラム弁２３と、このダイヤフラム弁２３を開閉制御する駆動部２４と、前記ノズル２１およびダイヤフラム弁２３の周囲に配置された加熱手段である棒状のヒータ２５とを備えている。気化器７の本体（気化器本体）２６は、上部体２６ａと下部体２６ｂに分割可能に構成され、上部体２６ａと下部体２６ｂはネジ止めにより結合されている。
【００１９】
気化器本体２６の下部体２６ｂには、一側にキャリアガスの入口２７が設けられ、他側に出口２８が設けられ、これら入口２７と出口２８を連通するようにキャリアガス通路２０が形成されている。入口２７にキャリアガス供給管１２が接続され、出口２８に処理室１の処理ガス導入管２が接続される。下部体２６ｂの中央部には、ノズル２１が縦貫通するように設けられ、ノズル２１の下端の液体原料導入口２９に流量計６の二次側（出口）が図示しない配管を介して接続される。
【００２０】
気化器本体２６の上部体２６ａには、下面中央部にダイヤフラム弁２３を収容する円形の凹部３０が形成され、ダイヤフラム弁２３の周縁部は上部体２６ａと下部体２６ｂとの間に挟まれて固定されている。ダイヤフラム弁２３は、円板状で中央が上方へ盛り上がった状態に形成されており、その中央上面部に当接された駆動部２４の駆動軸２４ａに追従して上下に変位してノズル２１の開口２２を開閉するようになっている。
【００２１】
前記ダイヤフラム弁２３には、その周縁部の固定箇所よりも内側に断面波状の環状補強部３１が形成（加工）されており、強度ないし耐久性の向上が図られている。前記駆動部２４は、例えばソレノイドアクチュエータ等からなり、その駆動軸２４ａを前記上部体２６ａに上下動可能に貫通させた状態で、上部体２６ａの上面部に取付固定されている。
【００２２】
ダイヤフラム弁２３は、駆動部２４の駆動軸２４ａの下動でノズル２１の上端（開口端）に押し付けられることにより開口２２を閉塞する状態（閉状態）となり、逆に駆動軸２４ａの上動に伴う自らの弾性復元力でノズル２１の開口端から離反して開口２２を開放する状態（開状態）となる。この場合の離反変位量によって弁開度が調整される。ダイヤフラム弁２３が開状態のときに、ノズル２１の開口端とダイヤフラム弁２３との間に気化室３２が形成され、この気化室３２がキャリヤガス通路２０と連通する。
【００２３】
前記キャリアガス通路２０の途中部分は、ノズル２１を挟んで下部体２６ｂの上面に入口側と出口側に分割されて開口しており、これら入口側開口２０ａと出口側開口２０ｂが前記気化室３２を介して連通することにより、気化室３２内で気化された液体原料の気化ガスがキャリアガスによって搬送されるうようになっている。なお、上部体２６ａの上面部には入口側開口２０ａと出口側開口２０ｂとを連通する環状通路３３が形成されているため、ダイヤフラム弁２３が閉状態でもキャリアガス通路２０自体は連通状態にある。
【００２４】
前記液体原料の気化を促進し、より多くの気化ガスをキャリアガスにより運ぶために、ノズル２１の口径ｄが例えば０．８ｍｍと大きく形成されていると共に、ノズル２１の開口２２が気化室３２に向って皿状に大きく拡開形成されている。
【００２５】
加熱手段である棒状のヒータ２５は、ノズル２１およびダイヤフラム弁２３を取り囲む如く気化器本体２６に複数例えば４本埋め込まれている。この場合、ヒータ２５は気化室３２での液体原料の気化を促進すべく、できるだけ気化室３２に近接して配設されていることが好ましい。液体原料を気化させるためには温度を上げる必要があるが、ＰＥＴの性質上、１４５〜１７５℃の範囲内での使用とされているため、気化器本体２６には、気化室３２の近傍に温度センサ３４が設けられ、この温度センサ３４により気化室３２近傍の温度を検知しつつヒータ２５の出力を制御することにより気化室内を所定の温度例えば１５０〜１５５℃に加熱制御するように構成されている。
【００２６】
一方、流量計６は、図６に示すように、両端に入口３５と出口３６を有する本ライン３７を備え、この本ライン３７に流量センサ３８が設けられている。すなわち、流量センサ６は、誤検知ないし誤作動を防止するために、液体原料を通す本ライン３７にバイパスが設けられておらず、本ライン３７に流量センサ３８が設けられている。この流量センサ３８は、本ライン３７に液体原料が流れた時の温度差を電気信号に変え、流量として検知するものである。
【００２７】
次に、前記実施の形態の作用を述べる。液体原料容器５内に圧送ガス例えばヘリウムガスを注入し、その圧力で液体原料容器５から液体原料４例えばＰＥＴを流量計６を介して気化器７に圧送する。また、気化器７にキャリアガス供給管１２によりキャリアガス例えばヘリウムガスを圧送する。液体原料は、気化器７のノズル２１に供給され、駆動部２４の駆動によりダイヤフラム弁２３を開けると、液体原料が予め棒状ヒータ２５により所定の温度に加熱されている気化室３２に導入され、気化室３２において液体原料が温度と圧力の蒸気圧曲線に従って気化する。
【００２８】
気化された液体原料の気化ガスは、キャリアガス通路２０を気化室３２と連通して流れるキャリアガスにより搬送され、処理ガス導入管２を介して処理室１に供給されることとなる。処理室１においては、半導体ウエハｗが所定の温度に加熱されており、この半導体ウエハｗに液体原料例えばＰＥＴの気化ガスが供給されることにより、半導体ウエハｗに所定の処理例えばＣＶＤによる酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）膜の成膜処理を施すことができる。
【００２９】
前記構成の液体原料気化供給システム３によれば、液体原料容器５と、この液体原料容器５から圧送される液体原料の流量を計測する流量計６と、この流量計６を介して供給される液体原料を気化させてキャリアガスにより供給する気化器７とを備え、この気化器７は、キャリアガス通路２０と、このキャリアガス通路２０に臨んで開口して液体原料を吐出するノズル２１と、このノズル２１の開口２２を開閉可能に覆うダイヤフラム弁２３と、このダイヤフラム弁２３を開閉制御する駆動部２４と、前記ノズル２１およびダイヤフラム弁２３の周囲に配置された加熱手段であるヒータ２５とを備えているため、液体原料を気化させて供給する際の気化能力の向上が図れる。
【００３０】
特に、ダイヤフラム弁２３がシャットオフバルブとコントロールバルブの機能を兼備えているため、従来の気化器のように液体原料の液溜りによる気化不良が生じることがなく、また、液体原料の気化を促進し、より多くの気化ガスをキャリアガスにより運ぶために、ノズル２１の口径ｄが例えば０．８ｍｍと大きく形成されていると共に、ノズル２１の開口２２が気化室３２に向って皿状に大きく拡開形成されているため、気化能力を十分に向上させることができる。
【００３１】
また、前記ダイヤフラム弁２３が、周縁部を固定されており、その固定箇所よりも内側に断面波状の環状補強部３１を有しているため、例えば沸点の低いエタノール等の洗浄液をキャリアガス通路２０やノズル２１に通して気化器本体２６の内部を洗浄する場合、洗浄液が気化室３２で急激に沸騰して膨張したとしても、ダイヤフラム弁２３の変形を防止することができ、耐久性および信頼性の向上が図れる。更に、前記流量計６が、液体原料を通す本ライン３７に流量センサ３８を設けているため、バイパスに流量センサを設けたものと異なり、バイパスや本ラインに液体原料が詰ることによる誤検知ないし誤作動を防止することができ、信頼性の向上が図れる。
【００３２】
また、熱処理装置（半導体製造装置）によれば、所定の処理ガス雰囲気下で被処理体例えば半導体ウエハｗに所定の処理を施す処理室１を備え、この処理室１の処理ガス導入系２に前述の液体原料供給システム３を接続してなるため、液体原料を気化させた処理ガスを処理室１に円滑に供給して被処理体例えば半導体ウエハｗを処理することが可能となり、処理能力の向上が図れる。
【００３３】
処理後、配管内や処理室内に残存する残留ガスをきれいに排出するためにパージガスを流してガスパージを行う。この場合、処理終了後、圧送ガス注入管８と液体原料圧送管９の開閉弁９，１０およびキャリアガス供給管１２の開閉弁１３を閉じ、処理室１内を減圧排気した状態でパージガス供給管６１の開閉弁６２を開く。これにより、パージガス例えば窒素ガスが気化器７を経由して処理室１へと流れ、気化器７や処理室１等のガス経路に残存する残留ガスをきれいに排出することができ、残留ガスによる不具合例えば半導体ウエハｗへの余分な成膜を防止することができる。
【００３４】
また、パージガスが気化器７の上流側に導入されるため、気化器７部分においてはパージガスがキャリアガスと同じ流れになり、気化器７および配管２部分の残留ガスを液化させることなく気化状態のまま押し流すことができる。従って、ガスパージに起因して従来の処理装置で生じていたパーティクルの発生を本実施の形態の処理装置では充分に抑制ないし防止することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。前記実施の形態では本発明を枚葉式処理装置に適用した一例が示されているが、本発明は、多数の被処理体を一度に処理可能なバッチ式処理装置にも適用可能である。また、被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばガラス基板等が適用可能である。更に、パージガスとしては、他の不活性ガスと比べて安価な窒素ガスが好ましいが、アルゴンガスやヘリウムガスであってもよい。パージガスとしてヘリウムガスを使用する場合には、キャリアガスとしてヘリウムガスを使用するキャリアガス供給系がパージガス供給系を兼用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００３７】
（１）請求項１に係る発明によれば、処理室内に被処理体を収容して所定の処理ガス雰囲気下で所定の処理を施す処理装置において、前記処理室の処理ガス導入系に、液体原料容器から流量計を介して供給される液体原料を気化させてキャリアガスにより供給する気化器を有する液体原料供給システムを接続し、前記気化器は、キャリアガス通路と、このキャリアガス通路に臨んで開口して液体原料を吐出するノズルと、このノズルの開口を開閉可能に覆うダイヤフラム弁と、このダイヤフラム弁を開閉制御する駆動部と、前記ノズルの開口端とダイヤフラム弁との間に形成された気化室とを備え、前記ノズルの開口が気化室に向って皿状に拡開形成され、前記ノズルおよびダイヤフラム弁を取り囲む如く気化器本体にヒータを埋め込むと共に気化室の近傍の温度を検知する温度センサを設けて気化室内を所定の温度に加熱制御するように構成しているため、液体原料を気化させた処理ガスを処理室に円滑に供給して被処理体を処理することが可能となり、処理能力の向上が図れる。
【００３８】
（２）請求項２に係る発明によれば、前記ダイヤフラム弁が、周縁部を固定されており、その固定箇所よりも内側に断面波状の環状補強部を有しているため、ダイヤフラム弁の変形を防止することができ、耐久性および信頼性の向上が図れる。
【００３９】
（３）請求項３に係る発明によれば、前記流量計が、液体原料を通す本ラインに流量センサを設けているため、バイパスに流量センサを設けたものと異なり、バイパスや本ラインに液体原料が詰ることによる誤検知を防止することができ、信頼性の向上が図れる。
【００４０】
（４）請求項４に係る発明によれば、前記気化器の上流にパージガスを供給するパージガス供給系が接続されているため、気化器や処理室等のガス経路に残存する残留ガスをきれいに排出することができると共に、ガスパージに起因するパーティクルの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す処理装置の構成図である。
【図２】処理室の構造の一例を示す断面図である。
【図３】気化器の断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３の要部拡大断面図である。
【図６】流量計の概略的構成図である。
【図７】従来の気化器の断面図である。
【図８】従来の流量計の概略的構成図である。
【符号の説明】
ｗ半導体ウエハ（被処理体）
１処理室
２処理ガス導入管（処理ガス導入系）
３液体原料気化供給システム
４液体原料
５液体原料容器
６流量計
７気化器
２０キャリアガス通路
２１ノズル
２２開口
２３ダイヤフラム弁
２４駆動部
２５ヒータ（加熱手段）
３１環状補強部
３７本ライン
３８流量センサ
６１パージガス供給系

Claims

処理室内に被処理体を収容して所定の処理ガス雰囲気下で所定の処理を施す処理装置において、前記処理室の処理ガス導入系に、液体原料容器から流量計を介して供給される液体原料を気化させてキャリアガスにより供給する気化器を有する液体原料供給システムを接続し、前記気化器は、キャリアガス通路と、このキャリアガス通路に臨んで開口して液体原料を吐出するノズルと、このノズルの開口を開閉可能に覆うダイヤフラム弁と、このダイヤフラム弁を開閉制御する駆動部と、前記ノズルの開口端とダイヤフラム弁との間に形成された気化室とを備え、前記ノズルの開口が気化室に向って皿状に拡開形成され、前記ノズルおよびダイヤフラム弁を取り囲む如く気化器本体にヒータを埋め込むと共に気化室の近傍の温度を検知する温度センサを設けて気化室内を所定の温度に加熱制御するように構成したことを特徴とする処理装置。
前記ダイヤフラム弁は、周縁部を固定されており、その固定箇所よりも内側に断面波状の環状補強部を有していることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
前記流量計は、液体原料を通す本ラインに流量センサを設けていることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
前記気化器の上流にパージガスを供給するパージガス供給系が接続されていることを特徴とする請求項１記載の処理装置。