JP7012613B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

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Description

本開示は、成膜方法及び成膜装置に関する。
処理容器内の基板に対して互いに反応する複数種類の反応ガスを順番に供給し成膜処理を行う成膜装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、成膜処理を行った後、反応ガスの圧力よりも高い圧力に昇圧したパージガスを処理容器内に供給することで、反応ガスに接触する部位に付着したパーティクルを除去している。
特開２０１４－１９８８７２号公報
本開示は、基板に付着するパーティクルを低減することができる技術を提供する。
本開示の一態様による成膜方法は、真空雰囲気である処理容器内の基板に対して互いに反応する複数種類の反応ガスを、反応ガスの種類ごとに設けられた反応ガス供給路とは別に設けられたカウンターガス供給路からカウンターガスを連続的に供給しながら、前記反応ガス供給路を介して順番に供給し、反応生成物を積層して薄膜を形成する成膜方法であって、前記カウンターガスを連続的に供給しながら、複数種類の反応ガスの各々について、前記反応ガス供給路に設けられた貯留部に反応ガスを貯留して昇圧した後、前記貯留部から前記処理容器内に吐出する動作を順番に行う成膜工程と、前記反応ガス供給路に設けられた前記貯留部にパージガスを貯留して前記成膜工程における対応する前記貯留部の昇圧時の圧力よりも高い圧力に昇圧し、前記貯留部から前記処理容器内に吐出する動作を複数回繰り返すパージ工程と、を有し、前記パージ工程において前記処理容器内に供給する前記カウンターガスの流量は、前記成膜工程において前記処理容器内に供給する前記カウンターガスの流量よりも小さい。
本開示によれば、基板に付着するパーティクルを低減することができる。
成膜装置の構成例を示す概略図 図１の成膜装置のガス供給系を示す図 第１の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャート 図３の成膜方法におけるカウンターガスの供給シーケンスを示す図 第２の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャート 図５の成膜方法におけるカウンターガスの供給シーケンスを示す図 ウエハの処理枚数とパーティクルの数との関係を示す図
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔成膜装置〕
本開示の一実施形態に係る成膜装置について説明する。成膜装置は、基板の一例である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という。）上に、互いに反応する塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを交互に供給し、ＡＬＤ法により反応生成物である窒化チタン（ＴｉＮ）の薄膜を成膜する装置である。
図１は、成膜装置の構成例を示す概略図である。図１に示されるように、成膜装置は、処理容器１、載置台２、天板部材３、排気機構４、ガス供給系５、制御部６を有する。
処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有する。処理容器１の側壁にはウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成されている。搬入出口１１は、ゲートバルブ１２により開閉される。処理容器１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３１が形成されている。また、排気ダクト１３の外壁には排気口１３２が形成されている。排気ダクト１３の上面には、処理容器１の上部開口を塞ぐように蓋体３１が設けられている。蓋体３１と排気ダクト１３との間はシールリング（図示せず）で気密にシールされている。
載置台２は、処理容器１内でウエハＷを水平に支持する。載置台２は、ウエハＷに対応した大きさの円板状をなし、支持部材２３に支持されている。載置台２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル基合金等の金属材料で構成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ２１が埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、載置台２の上面のウエハ載置面近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２１の出力を制御することにより、ウエハＷを所定の温度に制御するようになっている。
載置台２には、ウエハ載置面の外周領域、及び載置台２の側面を覆うようにアルミナ等のセラミックス材料からなるカバー部材２２が設けられている。
支持部材２３は、載置台２の底面中央から処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、下端が昇降機構２４に接続されている。昇降機構２４は、載置台２を搬送機構（図示せず）との間でウエハＷを受け渡す受け渡し位置と、受け渡し位置の上方であって、ウエハＷへの成膜が行われる処理位置（図１に示す位置）との間で昇降させる。支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２３１が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部２３１の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、載置台２の昇降動作に伴って伸縮するベローズ２３２が設けられている。
処理容器１の底面近傍には、昇降板２５ａから上方に突出する例えば３本（２本のみ図示）の支持ピン２５が設けられている。支持ピン２５は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２６により昇降板２５ａを介して昇降可能になっており、搬送位置にある載置台２に設けられた貫通孔２０１に挿通されて載置台２の上面に対して突出可能となっている。支持ピン２５を昇降させることにより、搬送機構と載置台２との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
天板部材３は、例えば金属製であり、載置台２と対向するように蓋体３１の下面に設けられている。天板部材３は、処理空間３０に反応ガスやパージガス等を供給する。天板部材３の下面には凹部３２が形成されており、凹部３２の中央側から外周側へ向けて末広がりの傾斜面が形成されている。傾斜面の外側には、環状で平坦な先端部３３が形成されている。
載置台２を処理位置まで上昇させた状態では、天板部材３の先端部３３の下面は、カバー部材２２の上面と互いに対向するように配置され、天板部材３の凹部３２と載置台２の上面とによって囲まれた空間は、ウエハＷに対する成膜が行われる処理空間３０となる。また、天板部材３の先端部３３の下面と、カバー部材２２の上面との間には隙間３４が形成されるように処理位置の高さ位置が設定されている。排気ダクト１３のスリット１３１は、隙間３４に向けて開口している。
天板部材３の凹部３２の中央には、処理空間３０内へ反応ガスを供給するためのガス供給路３５が形成されている。ガス供給路３５は天板部材３を上下方向に貫通し、下端が載置台２側へ向けて下方に開口している。また、ガス供給路３５は、接続部材３６及びバルブ機構３７を介してガス供給系５に接続されている。接続部材３６は例えばステンレスやハステロイにより形成され、内部にはガスの流路が形成されている。図１の例では、ガス供給路３５は２本の流路３５１，３５２に分岐し、バルブ機構３７に接続されている。バルブ機構３７は、例えば４個のバルブＶ１～Ｖ４を備えている。
排気機構４は、処理容器１の内部を排気する。排気機構４は、排気ダクト１３の排気口１３２に接続された排気配管４１と、排気配管４１に接続された排気装置４２と、排気配管の途中に設けられた圧力調整弁４３と、を有する。処理に際しては、処理容器１内のガスはスリット１３１を介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気機構４の排気装置４２により排気配管４１を通って排気される。
ガス供給系５について、図２を参照して説明する。図２は、図１の成膜装置のガス供給系５を示す図である。図２に示されるように、ガス供給系５は、カウンターガス供給路５１、塩化チタン供給路５２、アンモニア供給路５３、及びカウンターガス供給路５４を有する。
カウンターガス供給路５１は、塩化チタン供給路５２及びアンモニア供給路５３とは別に設けられ、カウンターガスである窒素（Ｎ２）ガスの供給源５１１に接続されている。カウンターガス供給路５１には、供給源５１１側から順に、バルブＶ１１、流量調整部ＭＦ１、及びバルブＶ１が設けられている。また、カウンターガス供給路５１は、流量調整部ＭＦ１とバルブＶ１１との間から分岐し、バルブＶ１２を備えた分岐路５１２によりクリーニング用流体であるフッ化塩素（ＣｌＦ３）ガスの供給源５１３に接続されている。なお、バルブはガスの給断、流量調整部はガス流量の調整を行うものであり、以降のバルブ及び流量調整部についても同様である。
塩化チタン供給路５２は、反応ガス供給路であり、反応ガスである塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスの供給源５２１に接続されている。塩化チタン供給路５２には、供給源５２１側から順に、バルブＶ２２、流量調整部ＭＦ２、バルブＶ２１、貯留タンク６１、及びバルブＶ２が設けられている。また、塩化チタン供給路５２は、流量調整部ＭＦ２とバルブＶ２２との間から分岐し、バルブＶ２３を備えた分岐路５２２を介してパージガスである窒素（Ｎ２）ガスの供給源５２３に接続されている。供給源５２３、分岐路５２２、及びバルブＶ２３は、パージガス供給部の一例である。さらに、バルブＶ２１と流量調整部ＭＦ２との間には排気路５２４が接続されており、排気路５２４はバルブＶ２４を介して排気装置４２に接続されている。貯留タンク６１は、貯留部の一例であり、塩化チタン供給路５２を流れるガスを一時的に貯留し、短時間で必要なガスを供給する。貯留タンク６１と処理容器１との間のバルブＶ２を閉じ、貯留タンク６１にガスを供給したときに、貯留タンク６１内にガスが貯留されるようになっている。また、貯留タンク６１へのガスの供給を続けることにより貯留タンク６１内が昇圧されるように構成されている。貯留タンク６１には、タンク内の圧力を検出するための圧力計６３が設けられている。
アンモニア供給路５３は、反応ガス供給路であり、反応ガスであるアンモニア（ＮＨ３）ガスの供給源５３１に接続されている。アンモニア供給路５３には、供給源５３１側から順に、バルブＶ３２、流量調整部ＭＦ３、バルブＶ３１、貯留タンク６２、及びバルブＶ３が設けられている。また、アンモニア供給路５３は、流量調整部ＭＦ３とバルブＶ３２との間から分岐し、バルブＶ３３を備えた分岐路５３２を介してパージガスである窒素（Ｎ２）ガスの供給源５３３に接続されている。供給源５３３、分岐路５３２、及びバルブＶ３３は、パージガス供給部の一例である。さらに、バルブＶ３１と流量調整部ＭＦ３との間には排気路５３４が接続されており、排気路５３４はバルブＶ３４を介して排気装置４２に接続されている。貯留タンク６２は、貯留部の一例であり、アンモニア供給路５３を流れるガスを一時的に貯留し、短時間で必要なガスを供給する。貯留タンク６２と処理容器１との間のバルブＶ３を閉じ、貯留タンク６２にガスを供給したときに、貯留タンク６２内にガスが貯留されるようになっている。また、貯留タンク６２へのガスの供給を続けることにより貯留タンク６２内が昇圧されるように構成されている。貯留タンク６２には、タンク内の圧力を検出するための圧力計６４が設けられている。
カウンターガス供給路５４は、塩化チタン供給路５２及びアンモニア供給路５３とは別に設けられ、カウンターガスである窒素（Ｎ２）ガスの供給源５４１に接続されている。カウンターガス供給路５４は、供給源５４１側から順に、バルブＶ４１、流量調整部ＭＦ４、及びバルブＶ４が設けられている。また、カウンターガス供給路５４は、流量調整部ＭＦ４とバルブＶ４１との間から分岐し、バルブＶ４２を備えた分岐路５４２によりクリーニング用流体であるフッ化塩素（ＣｌＦ３）ガスの供給源であるクリーニングガス供給源５４３に接続されている。
制御部６は、成膜装置の各部の動作を制御する。制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＣＰＵは、ＲＡＭ等の記憶領域に格納されたレシピに従って、所望の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報が設定されている。制御情報は、例えばガス流量、圧力、温度、プロセス時間であってよい。なお、レシピ及び制御部６が使用するプログラムは、例えばハードディスク、半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピ等は、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定の位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
〔成膜方法〕
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る成膜方法について説明する。以下で説明する成膜方法は、制御部６が成膜装置の各部の動作を制御することにより実行される。図３は、第１の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。図４は、図３の成膜方法におけるカウンターガスの供給シーケンスを示す図である。
図３に示されるように、一実施形態に係る成膜方法は、成膜工程Ｓ１、判定工程Ｓ２、及びパージ工程Ｓ３を有する。成膜工程Ｓ１、判定工程Ｓ２、及びパージ工程Ｓ３は、例えばウエハＷの処理枚数が所定枚数（例えば、１０００枚）に到達するまで繰り返し行われる。以下、それぞれの工程について説明する。
＜成膜工程Ｓ１＞
成膜工程Ｓ１は、処理容器１内にカウンターガスを連続的に供給しながら、複数種類の反応ガスの各々について、反応ガス供給路に設けられた貯留タンクに反応ガスを貯留して昇圧した後、貯留タンクから処理容器１内に吐出する動作を順番に行う工程である。
まず、処理容器１内を真空雰囲気に減圧した後、搬送機構（図示せず）によりウエハＷを処理容器１に搬入する。続いて、所定の温度に加熱された載置台２を受け渡し位置に移動させ、搬送機構と支持ピン２５との協働作業によりウエハＷを受け渡す。
続いて、載置台２を処理位置まで上昇させると共に、処理容器１内の圧力を調整した後、塩化チタン供給路５２を介して塩化チタンガスを供給する。塩化チタンガスの供給では、バルブＶ２を閉じ、バルブＶ２１，Ｖ２２を開く。これにより、塩化チタンガスを、塩化チタン供給路５２を介して貯留タンク６１に所定の流量例えば５０ｓｃｃｍで供給して貯留タンク６１内に塩化チタンガスを充填する。また、バルブＶ１，Ｖ１１，Ｖ４，Ｖ４１を開き、カウンターガス供給路５１，５４を介して、窒素ガスをそれぞれ第１の流量Ｑ１、例えば３０００ｓｃｃｍで処理容器１に導入する。このとき、その他のバルブについては、閉じておく。
塩化チタンガスの供給により、貯留タンク６１では徐々に圧力が高まってくる。そして貯留タンク６１内の圧力が第１の圧力、例えば１２．８０ｋＰａ（９６Ｔｏｒｒ）以上に昇圧すると、バルブＶ２を開いて、処理容器１内に所定量の塩化チタンガスを供給する。第１の圧力とは、例えば空の貯留タンク６１に塩化チタンガスの供給を開始したときの貯留タンク６１の圧力よりも高い圧力であり、例えば１２．４０ｋＰａ（９３Ｔｏｒｒ）～１３．０７ｋＰａ（９８Ｔｏｒｒ）に設定される。この工程では、バルブＶ２を開く以外、バルブの開閉の状態は貯留タンク６１に塩化チタンガスを充填する場合と同様である。
塩化チタンガス及び窒素ガスは、接続部材３６及び天板部材３内の流路３５１，３５２及びガス供給路３５を介して処理空間３０内に供給され、処理空間３０の天井部の傾斜面に案内され、天板部材３の中央側から外周側へ向け広がり、ウエハＷに到達する。また、先端部３３とカバー部材２２との間の隙間３４に到達した塩化チタンガス及び窒素ガスは、隙間３４から処理容器１内に流れ出た後、排気ダクト１３を介して外部へ排出される。
バルブＶ２を開いて処理容器１へ塩化チタンガスを供給すると、貯留タンク６１内の圧力が下がってくるので、例えば１２．４０ｋＰａ（９３Ｔｏｒｒ）以下になると、バルブＶ２を閉じて塩化チタンガスの供給を停止する。一方、バルブＶ１，Ｖ４は開いた状態を維持し、処理容器１内に、カウンターガス供給路５１，５４から窒素ガスをそれぞれ第１の流量Ｑ１、例えば３０００ｓｃｃｍで供給し続ける。窒素ガスは、ガスの流路３５１，３５２及びガス供給路３５を介して処理空間３０内に供給され、処理容器１内に流出して、排気ダクト１３から排気される。これにより、塩化チタン供給路５２及び処理空間３０内の塩化チタンガスが窒素ガスと置換される。
窒素ガスの供給によりガスを置換した後、アンモニア供給路５３を介して処理容器１にアンモニアガスを供給する。アンモニアガスの供給では、バルブＶ３を閉じ、バルブＶ３１，Ｖ３２を開く。これにより、アンモニアガスを、アンモニア供給路５３を介して貯留タンク６２に所定の流量、例えば２７００ｓｃｃｍで供給して貯留タンク６２内にアンモニアガスを充填する。また、バルブＶ１，Ｖ４は開いた状態を維持し、処理容器１内に、カウンターガス供給路５１，５４から窒素ガスをそれぞれ第１の流量Ｑ１、例えば３０００ｓｃｃｍで供給し続ける。このとき、その他のバルブについては、閉じておく。
アンモニアガスの供給により、貯留タンク６２では徐々に圧力が高まっていく。そして、貯留タンク６２内の圧力が第２の圧力、例えば２１．７３ｋＰａ（１６３Ｔｏｒｒ）以上に昇圧すると、バルブＶ３を開いて、処理容器１内に所定量のアンモニアガスを供給する。第２の圧力とは、例えば空の貯留タンク６２にアンモニアガスの供給を開始したときの貯留タンク６２の圧力よりも高い圧力であり、例えば１９．２０ｋＰａ（１４４Ｔｏｒｒ）～２４．９３ｋＰａ（１８７Ｔｏｒｒ）に設定される。この工程では、バルブＶ３を開く以外、バルブの開閉は貯留タンク６２にアンモニアガスを充填する場合と同様である。
処理容器１に供給されたアンモニアガスは、塩化チタンガスの場合と同様の流れを形成して処理空間３０内に供給される。処理空間３０内を流れるアンモニアガスがウエハＷの表面に到達すると、先にウエハＷに吸着している塩化チタンガスの成分を窒化して窒化チタンが形成される。
バルブＶ３を開いて処理容器１へアンモニアガスを供給すると、貯留タンク６２内の圧力が下がってくるので、例えば１９．３３ｋＰａ（１４５Ｔｏｒｒ）以下になると、バルブＶ３を閉じてアンモニアガスの供給を停止する。一方、バルブＶ１，Ｖ４は開いた状態を維持し、処理容器１内に、カウンターガス供給路５１，５４から窒素ガスをそれぞれ第１の流量Ｑ１、例えば３０００ｓｃｃｍで供給し続ける。これにより、アンモニア供給路５３及び処理空間３０内のアンモニアガスが窒素ガスと置換される。
このように塩化チタンガス、窒素ガス、アンモニアガス、及び窒素ガスの順番で反応ガス（塩化チタンガス、アンモニアガス）と置換用のガス（窒素ガス）とを供給することにより、ウエハＷの表面に窒化チタンの分子層が積層され、窒化チタンの薄膜が成膜される。そして、塩化チタンガスの供給とアンモニアガスの供給とを所定の回数行うことで、所望の膜厚の窒化チタンの薄膜が成膜される。一実施形態では、塩化チタンガス、窒素ガス、アンモニアガス、及び窒素ガスの供給時間は、それぞれ０．０５秒、０．２秒、０．３秒、及び０．３秒である。
このようにして置換用の窒素ガスを供給して最後のアンモニアガスを排出した後、載置台２を受け渡し位置まで降下させる。そして搬入時とは逆の手順で成膜後のウエハＷを搬出させた後、次のウエハＷの搬入を待つ。
なお、成膜工程Ｓ１においては、塩化チタンガス、窒素ガス、アンモニアガス、及び窒素ガスの順番でガスを切り換えて処理容器１に供給すればよく、例えば貯留タンク６１，６２への塩化チタンガス及びアンモニアガスの充填はそれぞれ並行して行われる。また例えば塩化チタンガス及びアンモニアガスの一方の処理容器１への供給と、塩化チタンガス及びアンモニアガスの他方の貯留タンク６１，６２への充填は並行して行われる。
＜判定工程Ｓ２＞
判定工程Ｓ２は、成膜工程Ｓ１が予め定められた回数（所定の回数）行われたか否かを判定する工程である。判定工程Ｓ２において成膜工程Ｓ１が所定の回数行われたと判定されると、成膜工程Ｓ１を終了してパージ工程Ｓ３を行う。一方、判定工程Ｓ２において成膜工程Ｓ１が所定の回数行われていないと判定されると、再び成膜工程Ｓ１を行う。なお、所定の回数は、成膜工程Ｓ１において成膜する膜の厚さ等に応じて定められ、例えば２５回であってよい。
＜パージ工程Ｓ３＞
パージ工程Ｓ３は、反応ガス供給路に設けられた貯留タンクにパージガスを貯留して成膜工程Ｓ１１における対応する貯留タンクの昇圧時の圧力よりも高い圧力に昇圧し、貯留タンクから処理容器１内に吐出する動作を複数回繰り返す工程である。
まず、アンモニア供給路５３の実ガス抜きを行う。この工程は、バルブＶ１，Ｖ１１，Ｖ４，Ｖ４１，Ｖ３１，Ｖ３４を開き、これら以外のバルブを閉じ、排気装置４２により排気することにより行う。これにより、アンモニア供給路５３はバルブＶ３の上流側が排気され、アンモニア供給路５３内に残存するガスが除去される。
続いて、塩化チタン供給路５２の実ガス抜きを行う。この工程は、バルブＶ１，Ｖ１１，Ｖ４，Ｖ４１，Ｖ２１，Ｖ２４を開き、これら以外のバルブを閉じ、排気装置４２により排気することにより行う。これにより、塩化チタン供給路５２はバルブＶ２の上流側が排気され、塩化チタン供給路５２内に残存するガスが除去される。
続いて、貯留タンク６１，６２にパージガスである窒素ガスを充填する。即ち、バルブＶ１，Ｖ１１，Ｖ４，Ｖ４１，Ｖ２１，Ｖ２３，Ｖ３１，Ｖ３３を開き、これら以外のバルブを閉じる。バルブＶ２，Ｖ３は閉じられているので、塩化チタン供給路５２及びアンモニア供給路５３を介してそれぞれ流れてくる窒素ガスは、それぞれ貯留タンク６１，６２に貯留される。こうして塩化チタン供給路５２を介して貯留タンク６１に窒素ガスを所定の流量、例えば１９０ｓｃｃｍで供給して、貯留タンク６１内に窒素ガスを充填する。また、アンモニア供給路５３を介して貯留タンク６２に窒素ガスを所定の流量、例えば９００ｓｃｃｍで供給して、貯留タンク６２内に窒素ガスを充填する。また、カウンターガス供給路５１，５４を介して窒素ガスをそれぞれ第１の流量Ｑ１よりも小さい第２の流量Ｑ２（例えば、５００ｓｃｃｍ～２０００ｓｃｃｍ）で処理容器１に導入する。
貯留タンク６１，６２では、それぞれ窒素ガスの供給により、貯留タンク６１，６２内の圧力が徐々に圧力が高まってくる。貯留タンク６１内の圧力が第１の圧力よりも高い第３の圧力、例えば５６．００ｋＰａ（４２０Ｔｏｒｒ）になると、バルブＶ２を開く。これにより、貯留タンク６１から塩化チタン供給路５２を介して処理容器１に窒素ガスを供給してパージを行う。この状態で開いているバルブは、バルブＶ１，Ｖ１１，Ｖ４，Ｖ４１，Ｖ２，Ｖ２１，Ｖ２３，Ｖ３１，Ｖ３３である。
処理容器１内に貯留タンク６１内で加圧された窒素ガス（パージガス）が供給されると、窒素ガスは圧力差により急激に処理空間３０内を拡散し、隙間３４を介して処理容器１内に広がる。また、貯留タンク６１にて加圧されてから処理容器１へ供給されるので、窒素ガスは強い圧力で処理容器１へ供給される。従って貯留タンク６１の下流側における窒素ガスの流路では、窒素ガスの強い流れが発生し、この流れと共に前記流路に存在するパーティクルが除去される。また、パージ工程Ｓ３において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量は、成膜工程Ｓ１１において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量よりも小さい。これにより、パージガスが処理容器１内に向かう流れの勢いがカウンターガスによって弱まることを抑制できる。但し、カウンターガスの流量が小さすぎるとパージガスがカウンターガス供給路５１，５４に逆流してパージガスが処理容器１内に向かう流れの勢いが弱まる場合もあるため、第２の流量Ｑ２は５００ｓｃｃｍ～２０００ｓｃｃｍであることが好ましい。
このように貯留タンク６１から処理容器１にパージガスを供給すると、貯留タンク６１内の圧力が下がってくる。そこで、貯留タンク６１内の圧力が、例えば第３の圧力の８０％以上９０％以下、例えば４６．６６ｋＰａ（３５０Ｔｏｒｒ）になると、バルブＶ２を閉じて処理容器１への窒素ガスの供給を停止する。これにより、塩化チタン供給路５２では窒素ガスの充填工程が再び行われ、貯留タンク６１への窒素ガスの供給により、次第に貯留タンク６１の圧力が高まっていく。こうして再び貯留タンク６１内の圧力が第３の圧力、例えば５６．００ｋＰａ（４２０Ｔｏｒｒ）になるとバルブＶ２を開き、窒素ガスを処理容器１に供給してパージを行う。このように塩化チタン供給路５２では、貯留タンク６１内への窒素ガスの充填と、処理容器１への窒素ガスのパージが例えば１００回繰り返される。このとき、処理容器１への窒素ガスのパージは例えば０．１秒行われ、貯留タンク６１への窒素ガスの充填は例えば３秒行われる。
同様にアンモニア供給路５３においても、窒素ガスの供給により貯留タンク６２内の圧力が第２の圧力よりも高い第４の圧力、例えば５６．００ｋＰａ（４２０Ｔｏｒｒ）になると、バルブＶ３を開く。これにより、貯留タンク６２からアンモニア供給路５３を介して処理容器１内に窒素ガスを供給してパージを行う。この状態で開いている開閉バルブは、バルブＶ１，Ｖ１１，Ｖ４，Ｖ４１，Ｖ２１，Ｖ２３，Ｖ３，Ｖ３１，Ｖ３３である。これにより、貯留タンク６２の下流側における窒素ガスの流路では、窒素ガスの強い流れが発生し、この流れと共に前記流路に存在するパーティクルが除去される。また、パージ工程Ｓ３において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量は、成膜工程Ｓ１１において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量よりも小さい。これにより、パージガスが処理容器１内に向かう流れの勢いがカウンターガスによって弱まることを抑制できる。
このように貯留タンク６２から処理容器１に窒素ガスを供給し、貯留タンク６２内の圧力が例えば第４の圧力の８０％以上９０％以下、例えば４６．６６ｋＰａ（３５０Ｔｏｒｒ）になると、バルブＶ３を閉じて処理容器１への窒素ガスの供給を停止する。これにより、アンモニア供給路５３では、窒素ガスの充填工程が再び行われ、貯留タンク６２への窒素ガスの供給により、次第に貯留タンク６２の圧力が高まっていく。こうして再び貯留タンク６２内の圧力が第４の圧力、５６．００ｋＰａ（４２０Ｔｏｒｒ）になると、バルブＶ３を開き、窒素ガスを処理容器１に供給し、アンモニア供給路５３のパージを行う。このようにアンモニア供給路５３では、貯留タンク６２内への窒素ガスの充填と、処理容器１への窒素ガスのパージが例えば１００回繰り返される。このとき、処理容器１への窒素ガスのパージは例えば０．１秒行われ、貯留タンク６２への窒素ガスの充填は例えば２秒行われる。
こうして塩化チタン供給路５２を介してのパージ処理と、アンモニア供給路５３を介してのパージ処理を行った後、塩化チタン供給路５２の窒素ガス抜きと、アンモニア供給路５３の窒素ガス抜きを行ってパージ処理を終了する。塩化チタン供給路５２の窒素ガス抜きは、バルブＶ１，Ｖ１１，Ｖ４，Ｖ４１，Ｖ２１，Ｖ２４を開き、これら以外の開閉バルブを閉じ、排気装置４２により排気することにより行う。これにより、塩化チタン供給路５２は、バルブＶ２の上流側が排気され、塩化チタン供給路５２内に残存する窒素ガスが除去される。また、アンモニア供給路５３の窒素ガス抜きは、バルブＶ１，Ｖ１１，Ｖ４，Ｖ４１，Ｖ３１，Ｖ３４を開き、これら以外の開閉バルブを閉じ、排気装置４２により排気することにより行う。これにより、アンモニア供給路５３は、バルブＶ３の上流側が排気され、アンモニア供給路５３内に残存する窒素ガスが除去される。なお、一連のパージ処理の間、カウンターガス供給路５１，５４を介して窒素ガスを第１の流量Ｑ１よりも小さい第２の流量Ｑ２、例えば１０００ｓｃｃｍで処理容器１内に導入しておく。
第１の実施形態によれば、処理容器１内に貯留タンク６１，６２内で加圧された窒素ガス（パージガス）を供給するパージ工程Ｓ３を有する。これにより、窒素ガスは圧力差により急激に処理空間３０内を拡散し、隙間３４を介して処理容器１内に広まっていく。また、貯留タンク６１，６２にて加圧されてから処理容器１へ供給されるので、窒素ガスは強い圧力で処理容器１へ供給される。従って、貯留タンク６１，６２の下流側における窒素ガスの流路では、窒素ガスの強い流れが発生し、この流れと共に前記流路に存在するパーティクルが除去される。
また、パージ工程Ｓ３において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量は、成膜工程Ｓ１において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量よりも小さい。これにより、パージガスが処理容器１内に向かう流れの勢いがカウンターガスによって弱まることが抑制される。その結果、成膜工程Ｓ１においてカウンターガスにより反応ガスを置換する際に残存し得る処理容器１内の部品の隙間等に堆積した生成物を除去できるので、ウエハＷの処理枚数が多くなっても、パーティクルが発生しにくい。
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る成膜方法について説明する。以下で説明する成膜方法は、制御部６が成膜装置の各部の動作を制御することにより実行される。図５は、第２の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。図６は、図５の成膜方法におけるカウンターガスの供給シーケンスを示す図である。
図５に示されるように、一実施形態に係る成膜方法は、成膜工程Ｓ１１、判定工程Ｓ１２、クリーニング工程Ｓ１３、パージ工程Ｓ１４、及びコンディショニング工程Ｓ１５を有する。以下、それぞれ工程について説明する。
＜成膜工程Ｓ１１＞
成膜工程Ｓ１１は、第１の実施形態において説明した成膜工程Ｓ１と同様とすることができる。
＜判定工程Ｓ１２＞
判定工程Ｓ１２は、成膜工程Ｓ１１が予め定められた回数（所定の回数）行われたか否かを判定する工程である。判定工程Ｓ１２において成膜工程Ｓ１１が所定の回数行われたと判定されると、成膜工程Ｓ１１を終了してクリーニング工程Ｓ１３を行う。一方、判定工程Ｓ１２において成膜工程Ｓ１１が所定の回数行われていないと判定されると、再び成膜工程Ｓ１１を行う。なお、所定の回数は、成膜工程Ｓ１において成膜する膜の厚さ等に応じて定められ、例えば１０００回であってよい。
＜クリーニング工程Ｓ１３＞
クリーニング工程Ｓ１３は、処理容器１内にクリーニング用流体を供給し、処理容器１内のクリーニングを行う工程である。
まず、処理容器１内を引き切り状態（圧力調整弁４３が全開の状態）にて排気する。その後、バルブＶ１，Ｖ１２を開き、カウンターガス供給路５１を介して所定の流量のフッ化塩素ガスを所定の時間供給する。このとき、バルブＶ４，Ｖ４１を開き、カウンターガス供給路５４を介して所定の流量の窒素ガスを供給する。所定の時間が経過した後に、バルブＶ１，Ｖ４，Ｖ１２，Ｖ４１を閉じる。続いて、バルブＶ４，Ｖ４２を開き、カウンターガス供給路５４を介して所定の流量のフッ化塩素ガスを所定の時間供給する。このとき、バルブＶ１，Ｖ１１を開きカウンターガス供給路５１を介して所定の流量の窒素ガスを供給する。
フッ化塩素ガスは、ガスの流路３５１，３５２、ガス供給路３５を介して処理空間３０内に供給され、反応ガスと同様の経路で流れていく。そして隙間３４から処理容器１内に流出し、排気ダクト１３を介して外部へ排出される。このように反応ガスの到達する領域にフッ化塩素ガスが供給されるため、処理容器１内に堆積した膜が除去される。
フッ化塩素ガスを所定の時間供給してクリーニングを行った後、処理容器１を真空排気しながら、バルブＶ１２，Ｖ４２を閉じ、バルブＶ１，Ｖ１１，Ｖ４，Ｖ４１を開いてカウンターガス供給路５１，５４を介して窒素ガスを処理容器１に導入する。この処理を所定の時間行った後、処理容器１の排気を停止すると共に、バルブＶ１，Ｖ１１，Ｖ４，Ｖ４１を閉じてクリーニングを終了する。
＜パージ工程Ｓ１４＞
パージ工程Ｓ１４は、第１の実施形態において説明したパージ工程Ｓ３と同様とすることができる。
＜コンディショニング工程Ｓ１５＞
コンディショニング工程Ｓ１５は、成膜工程Ｓ１１を行うための調整（コンディショニング）を行う工程であり、例えば処理容器１内に成膜工程Ｓ１１で使用する反応ガスと同じガスを供給し、処理容器１内にプリコート膜を形成する工程である。
コンディショニング工程Ｓ１５では、例えば処理容器１内の載置台２にウエハＷが載置されていない状態で、成膜工程Ｓ１１と同様の方法で成膜を行う。
以上に説明したように、第２の実施形態によれば、処理容器１内に貯留タンク６１，６２内で加圧された窒素ガス（パージガス）を供給するパージ工程Ｓ１４を有する。これにより、窒素ガスは圧力差により急激に処理空間３０内を拡散し、隙間３４を介して処理容器１内に広がる。また、貯留タンク６１，６２にて加圧されてから処理容器１へ供給されるので、窒素ガスは強い圧力で処理容器１へ供給される。従って、貯留タンク６１，６２の下流側における窒素ガスの流路では、窒素ガスの強い流れが発生し、この流れと共に前記流路に存在するパーティクルが除去される。
また、パージ工程Ｓ１４において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量は、成膜工程Ｓ１１において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量よりも小さい。これにより、パージガスが処理容器１内に向かう流れの勢いがカウンターガスによって弱まることが抑制される。そのため、クリーニング工程Ｓ１３において除去されにくい処理容器１内の部品の隙間等に堆積した生成物を除去できる。その結果、コンディショニング工程Ｓ１５において処理容器１の内部表面に成膜されるプリコート膜の密着性が向上するので、プリコート膜の剥離に起因するパーティクルの発生を抑制できる。
また、クリーニング工程Ｓ１３を行った後には、処理容器１の内壁等のクリーニングガスの流路において、クリーニングの残留物が排気されずにパーティクルとして残っている場合がある。従ってクリーニング工程Ｓ１３後にパージ工程Ｓ１４を行うと、クリーニングの残留物が処理容器１の内壁等に付着していたとしても、パージガスにより強い衝撃力が与えられて堆積物が内壁から剥離され、パージガスの強い流れと共に処理容器１の外へ排出される。
このパージ工程Ｓ１４を行った後には、反応ガスを処理容器１に供給して成膜工程Ｓ１１が行われるが、このときに処理容器１に供給される反応ガスは、パージガスよりも供給圧力が小さい。そのため、仮に処理容器１の内壁等の反応ガスの流路に、クリーニング工程Ｓ１３の後に残留物が付着していたとしても、その残留物はパージ工程Ｓ１４におけるパージガスの大きな供給圧力によりパージガスと共に移動せずに除去されなかったものである。従って反応ガスの供給の際に残留物が反応ガスの通流と共に移動し、パーティクルとなってウエハＷに付着することは考えにくい。このようにクリーニング工程Ｓ１３の後にパージ工程Ｓ１４を行うことによって、ウエハＷのパーティクル汚染をより低減できる。
〔実施例〕
（実施例１）
実施例１では、図１に示される成膜装置を用いて、前述の成膜工程Ｓ１、判定工程Ｓ２、及びパージ工程Ｓ３を繰り返し行った。即ち、実施例１では、パージ工程Ｓ３において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量が、成膜工程Ｓ１において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量よりも小さい処理条件を用いた。また、判定工程Ｓ２における所定の回数を２５回とした。
そして、ウエハＷを数十枚～数百枚処理するごとにウエハＷに付着したパーティクルの数を測定した。なお、粒径が８０ｎｍ以上のパーティクルを測定対象とした。
（比較例１）
比較例１では、パージ工程Ｓ３において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量を、成膜工程Ｓ１において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量と同一とした。なお、その他の点については、実施例１と同様の処理条件を用いた。
そして、ウエハＷを数十枚～数百枚処理するごとにウエハＷに付着したパーティクルの数を測定した。なお、粒径が８０ｎｍ以上のパーティクルを測定対象とした。
（比較例２）
比較例２では、判定工程Ｓ２及びパージ工程Ｓ３を行うことなく成膜工程Ｓ１を連続して行った。なお、その他の点については、実施例１と同様の処理条件を用いた。
そして、ウエハＷを数十枚～数百枚処理するごとにウエハＷに付着したパーティクルの数を測定した。なお、粒径が８０ｎｍ以上のパーティクルを測定対象とした。
（評価結果）
図７は、ウエハの処理枚数とパーティクルの数との関係を示す図である。図７中、横軸は成膜工程、ウエハの処理枚数（枚）、縦軸はパーティクルの数（個）である。図７では、実施例１の結果を「●」で示し、比較例１の結果を「○」で示し、比較例２の結果を「△」で示す。
図７に示されるように、実施例１では、ウエハＷを処理枚数が１０００枚に到達してもウエハＷにはほとんどパーティクルが付着していなかった。一方、比較例１，２では、ウエハＷの処理枚数が１０００枚に到達する前に、多数のパーティクルが付着したウエハＷが確認された。
以上の結果から、パージ工程Ｓ３において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量を、成膜工程Ｓ１において処理容器１内に供給するカウンターガスの流量よりも小さくすることで、ウエハＷに付着するパーティクルを低減できると言える。これは、貯留タンク６１，６２で昇圧された高圧のパージガスを処理容器１内に供給する際、パージガスが処理容器１内に向かう流れの勢いがカウンターガスによって弱まってパージ効率が低下するのを抑制できたからであると推察される。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
上記の実施形態では、カウンターガス及びパージガスとして窒素ガスを例示したが、これに限定されない。カウンターガス及びパージガスは、例えばアルゴンガス等の不活性ガスであってもよい。また、カウンターガスとパージガスとは、同一の種類のガスであってもよく、異なる種類のガスであってもよい。
１ 処理容器
５１ カウンターガス供給路
５２ 塩化チタン供給路
５３ アンモニア供給路
５４ カウンターガス供給路
６１ 貯留タンク
６２ 貯留タンク
Ｗ ウエハ

Claims (7)

  1. 真空雰囲気である処理容器内の基板に対して互いに反応する複数種類の反応ガスを、反応ガスの種類ごとに設けられた反応ガス供給路とは別に設けられたカウンターガス供給路からカウンターガスを連続的に供給しながら、前記反応ガス供給路を介して順番に供給し、反応生成物を積層して薄膜を形成する成膜方法であって、
    前記カウンターガスを連続的に供給しながら、複数種類の反応ガスの各々について、前記反応ガス供給路に設けられた貯留部に反応ガスを貯留して昇圧した後、前記貯留部から前記処理容器内に吐出する動作を順番に行う成膜工程と、
    前記反応ガス供給路に設けられた前記貯留部にパージガスを貯留して前記成膜工程における対応する前記貯留部の昇圧時の圧力よりも高い圧力に昇圧し、前記貯留部から前記処理容器内に吐出する動作を複数回繰り返すパージ工程と、
    を有し、
    前記パージ工程において前記処理容器内に供給する前記カウンターガスの流量は、前記成膜工程において前記処理容器内に供給する前記カウンターガスの流量よりも小さい、
    成膜方法。
  2. 前記パージ工程は、前記成膜工程が所定の回数行われるごとに行われる、
    請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記処理容器内にクリーニング用流体を供給し、前記処理容器内のクリーニングを行うクリーニング工程と、
    前記処理容器内に前記成膜工程で使用する前記反応ガスと同じガスを供給し、前記処理容器内にプリコート膜を形成するコンディショニング工程と、
    を更に有し、
    前記パージ工程は、前記クリーニング工程の後であって、前記コンディショニング工程の前に行われる、
    請求項１又は２に記載の成膜方法。
  4. 前記パージガスにより昇圧された貯留部から、前記パージガスを前記処理容器内に吐出した後、前記パージガスによる前記貯留部内の次の昇圧のために前記貯留部の下流側のバルブを閉じるときの前記貯留部内の圧力は、前記パージガスによる前記貯留部内の昇圧時の圧力の８０％以上９０％以下に設定されている、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。
  5. 前記カウンターガスは、前記パージガスと同じガスである、
    請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
  6. 前記カウンターガスは、アルゴンガス又は窒素ガスである、
    請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
  7. 真空雰囲気である処理容器内の基板に対して互いに反応する複数種類の反応ガスを順番に供給し、反応生成物を積層して薄膜を形成する成膜装置であって、
    前記反応ガスの種類ごとに設けられたガス供給路と、
    前記ガス供給路に設けられ、ガスの貯留によりその内部を昇圧する貯留部と、
    前記ガス供給路における前記貯留部の上流側及び下流側の各々に設けられたバルブと、
    前記貯留部にパージガスを供給するパージガス供給部と、
    前記ガス供給路とは別に設けられ、前記反応ガスの種類ごとに設けられ、カウンターガスを供給するカウンターガス供給路と、
    制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、
    前記処理容器内に前記カウンターガス供給路から前記カウンターガスを連続的に供給しながら、複数種類の反応ガスの各々について、前記貯留部に反応ガスを貯留して昇圧した後、前記貯留部から前記処理容器内に吐出する動作を順番に行う成膜工程と、
    前記処理容器内に、前記成膜工程において前記処理容器内に供給する流量よりも小さい前記カウンターガスを供給しながら、前記貯留部に前記パージガスを貯留して前記成膜工程における対応する前記貯留部の昇圧時の圧力よりも高い圧力に昇圧し、前記貯留部から前記処理容器内に吐出する動作を複数回繰り返すパージ工程と、
    を実行する、
    成膜装置。
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