JP5273936B2 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に複数のガス供給系を備える基板処理装置および半導体装置の製造方法に関するものである。

この種の基板処理装置では、液体または固体原料を気化させた気化ガスを処理室に供給している最中に当該気化ガスがそれとは異なる他のガスの供給系（配管等）に回り込むのを防止する等の目的で、他のガスの供給系に対し常温の不活性ガスを流通させ、それをそのまま処理室に供給するような構成を採用している。

このため、温度の低い不活性ガスが処理室内に流入して気化ガス（特に蒸気圧の低い気化ガス）と合流し、気化ガスの液化が発生し、パーティクルが発生する原因となっている。

また、不活性ガスを処理室に供給するための供給管はテープヒータやジャケットヒータ等により加熱される構成を有しているに過ぎなかったため、いくら供給管を加熱しても、温度が低い不活性ガスが流れることで当該供給管の温度が部分的に低下することがあり、その温度の低下が原因で、処理室内から気化ガスが逆流して当該供給管内で液化し、パーティクルが発生する場合もある。

本発明の主な目的は、気化ガスの温度低下によるパーティクルの発生を防止又は抑制することができる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
基板を収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段であって、液体または固体原料を気化させた気化ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する第１のラインと、前記気化ガスと反応する反応ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する第２のラインと、を有するガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
前記第１のラインから気化ガスを前記処理室内に供給している際、前記第２のラインから加熱された不活性ガスを前記処理室内に供給するように前記ガス供給手段を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
液体または固体原料を気化させた気化ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する気化ガス供給管を有する気化ガス供給手段と、
前記気化ガスと反応する反応ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する反応ガス供給管を有する反応ガス供給手段と、
前記気化ガス供給手段および前記反応ガス供給手段に加熱された不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
前記気化ガスを前記処理室内に供給している際は、前記反応ガス供給管から加熱された不活性ガスを供給するように前記気化ガス供給手段、前記反応ガス供給手段および前記不活性ガス供給手段を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
さらに、本発明の他の一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
複数のガス供給管を介して、複数の成膜に寄与する処理ガスおよび不活性ガスを前記処理室内にそれぞれ供給するガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
前記複数の処理ガスを互いに混合しないよう交互に前記処理室内に混合し、前記処理室内に前記複数の処理ガスのうち少なくとも１種が供給されている際は、前記複数のガス供給管のうち処理ガスが供給されていないガス供給管から加熱された不活性ガスを前記処理室内に供給するように前記ガス供給手段を制御する基板処理装置が提供される。
さらに、本発明の他の一態様によれば、
基板を収容する処理室と
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内に複数のガスを供給する第１のガス供給管および第２のガス供給管を備えるガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
制御部と、
を有する基板処理装置を用いて基板に膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
基板が収容された処理室内に、第１のガス供給管から液体固体原料を気化させた気化ガスを供給しつつ、前記第１のガス供給管とは第２のガス供給管から加熱された不活性ガスを供給する気化ガス供給工程と、
前記第１のガス供給管からの前記気化ガスの供給を停止した状態で、前記第２のガス供給管から前記気化ガスと反応する反応ガスを供給して、前記基板に膜を形成する反応ガス供給工程と、
を行うことにより基板に膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、加熱された不活性ガスが処理室内に供給されるから、処理室内の気化ガスがその不活性ガスと混合されても液化することを防止又は抑制することができ、また、第２のラインからは加熱された不活性ガスが供給されるから、その第２のラインで部分的に温度が低下することが低減され、気化ガスが第２のラインに逆流した場合に液化することを防止又は抑制することができる。以上から、気化ガスの温度低下によるパーティクルの発生を防止又は抑制することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための好ましい形態について説明する。本発明に係る基板処理装置は、一例として、半導体装置（ＩＣ（Integrated Circuit））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。下記の説明では、基板処理装置の一例として、ウエハに対しＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法による成膜処理などを行なう縦型の装置を使用した場合について述べる。

図１は、本発明の好ましい実施形態で使用される基板処理装置の概略構成を示す斜透視図である。
図１に示されているように、基板処理装置１０１では、基板の一例となるウエハ２００を収納したカセット１１０が使用される。基板処理装置１０１は筐体１１１を備えており、筐体１１１内部にはカセットステージ１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に工場内搬送装置（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、工場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１１８が設置されている。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１１８ａと搬送機構としてのカセット搬送機構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１２５が設置されており、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１２５ａおよびウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとで構成されている。ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、耐圧筐体１１１の右側端部に設置されている。これら、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびウエハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ボート２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）および脱装（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１１５が設けられ、ボートエレベータ１１５の昇降台に連結された連結具としてのアーム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おり、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を筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。

ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側と反対側である筐体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および防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４ｂが設置されており、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、基板処理装置１０１の動作について説明する。
工場内搬送装置（図示せず）によってカセット１１０がカセットステージ１１４上に搬入されると、カセット１１０は、ウエハ２００がカセットステージ１１４の上で垂直姿勢を保持し、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１１０は、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けるように、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へカセット搬送装置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（図示せず）の後方にあるボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはカセット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１１５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）されて行く。

ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理（後述参照）が実施される。処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０は筐体１１１の外部へ払出される。

図２は、本発明の好ましい実施形態で使用される処理炉とそれに付属する部材との概略構成図である。図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図４は、本発明の好ましい実施形態で使用される処理炉への処理ガスの供給に際して、その処理ガスの供給源となるガス供給源とそれに関連する部材との概略構成を示す図面である。

図２及び図３に示されているように、ヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応管２０３が設けられている。反応管２０３の下端には、例えばステンレス等により構成されたマニホールド２０９が気密部材であるＯリング２２０を介して設けられている。マニホールド２０９の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９によりＯリング２２０を介して気密に閉塞されている。少なくとも、反応管２０３、マニホールド２０９及びシールキャップ２１９により処理室２０１が形成されている。

シールキャップ２１９にはボート支持台２１８を介して基板保持部材であるボート２１７が立設され、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。そして、ボート２１７は処理室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。

処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類の処理ガスを供給する２本のガス供給管（ガス供給管２３２ａ，ガス供給管２３２ｂ）が設けられている。

ガス供給管２３２ａの一方側には、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ノズル２３３ａが設けられ、ノズル２３３ａの側面にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ａが設けられている。このガス供給孔２４８ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。

ガス供給管２３２ｂの一方側にも、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ノズル２３３ｂが設けられ、ノズル２３３ｂの側面には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。このガス供給孔２４８ｂは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。

ガス供給管２３２ａとガス供給管２３２ｂとの他方側には、処理室２０１の内部に供給しようとする処理ガスの供給源となるガス供給源２５０が設けられている。

図４に示すように、ガス供給源２５０において、ガス供給管２３２ａには、上流方向から順に流量制御装置であるマスフローメータ２５１（液体用のマスフローメータ）、気化器２５２（コントロールバルブ付）、及び開閉弁であるバルブ２５３が設けられている。

ガス供給管２３２ｂには、上流方向から順に、開閉弁であるバルブ２５４、流量制御装置であるマスフローコントローラ２５５、及び開閉弁であるバルブ２５６が設けられている。ガス供給管２３２ｂはバルブ２５４より上流の位置で分岐しており、その分岐部から当該ガス供給管２３２ｂ中のガスを排気することができるようになっている。

ガス供給源２５０では、ガス供給管２３２ａとガス供給管２３２ｂとに対し不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２６０が設けられている。不活性ガス供給管２６０には開閉弁であるバルブ２６１が設けられており、不活性ガス供給管２６０はバルブ２６１より下流側で３本のガス供給管（パージガス供給管３１０，パージガス供給管３２０，キャリアガス供給管３３０）に分岐している。

パージガス供給管３１０には、上流側から順に、流量制御装置であるマスフローコントローラ３１１、開閉弁であるバルブ３１２、パージガスに熱を伝導する熱交換器３１３、及び開閉弁であるバルブ３１４が設けられている。パージガス供給管３１０はバルブ３１４より下流側でガス供給管２３２ａと連結している。

パージガス供給管３２０もパージガス供給管３１０と略同様の構成を有しており、パージガス供給管３２０には、上流側から順に、流量制御装置であるマスフローコントローラ３２１、開閉弁であるバルブ３２２、パージガスに熱を伝導する熱交換器３２３、及び開閉弁であるバルブ３２４が設けられている。パージガス供給管３２０はバルブ３２４より下流側でガス供給管２３２ｂと連結している。

キャリアガス供給管３３０には、上流側から順に、流量制御装置であるマスフローコントローラ３３１、及び開閉弁であるバルブ３３２が設けられている。キャリアガス供給管３３０はバルブ３３２より下流側でガス供給管２３２ａの気化器２５２に連結している。

パージガス供給管３１０とガス供給管２３２ａとには、熱交換器３１３とバルブ２５３とから反応炉２０２に至るまでの部位を加熱するテープヒータ３４０が配されている。これと略同様に、パージガス供給管３２０とガス供給管２３２ｂとには、熱交換器３２３とバルブ２５６とから反応炉２０２に至るまでの部位を加熱するテープヒータ３５０が設けられている。テープヒータ３４０，３５０に代えてテープジャケットを使用してもよい。テープヒータ３４０，３５０には電力供給源３６０が接続されており、テープヒータ３４０，３５０は電力供給源３６０から電力の供給を受けて発熱するようになっている。

基板処理装置１０１では、例えば当該ガス供給管２３２ａから供給される原料が液体の場合、その液体原料は液体用のマスフローメータ２５１と気化器２５２（コントロールバルブ付）で流量調整されながら気化され、その気化ガスがガス供給管２３２ａを流通し、最終的にノズル２３３ａを介して処理室２０１内に供給される。

ガス供給管２３２ａから供給される原料が気体の場合には、液体用のマスフローメータ２５１を気体用のマスフローコントローラに交換し、気化器２５２、キャリアガス供給管３３０、マスフローコントローラ３３１及びバルブ３３２は不要となる。この場合、その気体原料は当該マスフローコントローラで流量調整されながらガス供給管２３２ａを流通し、最終的にノズル２３３ａを介して処理室２０１内に供給される。

また、ガス供給管２３２ｂから供給される処理ガスは、マスフローコントローラ２５５で流量調整されながらガス供給管２３２ｂを流通し、最終的にノズル２３３ｂを介して処理室２０１に供給される。

図２に示すように、処理室２０１は、ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１によりバルブ２４３ｅを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。なお、このバルブ２４３ｅ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となっている開閉弁である。

反応管２０３内の中央部には、複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は、図示しない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ためにボート２１７を回転するためのボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を駆動させることにより、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転するようになっている。

制御部としてのコントローラ２８０は、ガス供給源２５０（マスフローメータ２５１、マスフローコントローラ２５５、バルブ２５３，２５４，２５６、気化器２５２、マスフローコントローラ３１１，３２１，３３１、バルブ２６１，３１２，３１４，３２２，３２４，３３２、熱交換器３１３，３２３、電力供給源３６０）、ヒータ２０７、バルブ２４３ｅ、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図示しないボート昇降機構とに接続されている。

コントローラ２８０は、ガス供給源２５０に対しては、マスフローメータ２５１と気化器（コントロールバルブ付）２５２の流量調整と、マスフローコントローラ２５５の流量調整と、バルブ２５３，２５４，２５６の開閉動作と、気化器２５２の温度調整と、マスフローコントローラ３１１，３２１，３３１の流量調整と、バルブ２６１，３１２，３１４，３２２，３２４，３３２の開閉動作と、熱交換器３１３，３２３の温度調整と、電力供給源３６０の電力調整とを、制御するようになっている。

他方、コントローラ２８０は、ガス供給源２５０以外の部材に対しては、ヒータ２０７の温度調整と、バルブ２４３ｅの開閉及び圧力調整動作と、真空ポンプ２４６の起動・停止と、ボート回転機構２６７の回転速度調節と、ボート昇降機構の昇降動作とを、制御するようになっている。

次に、ＡＬＤ法を用いた成膜処理例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＴＥＭＡＨ及びＯ_３を用いてＨｆＯ_２膜を成膜する例を基に説明する。

ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法の一つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる少なくとも２種類の原料となる処理ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。このとき、膜厚の制御は、処理ガスを供給するサイクル数で行う（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、２０サイクル行う）。

ＡＬＤ法では、例えばＨｆＯ_２膜形成の場合、ＴＥＭＡＨ（Ｈｆ［ＮＣＨ_３Ｃ_２Ｈ_５］_４、テトラキスメチルエチルアミノハフニウム）とそれとは異なるＯ_３（オゾン）との２種類の処理ガスを用いて、１８０〜２５０℃の低温で高品質の成膜が可能である。

まず、上述したようにウエハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。ボート２１７を処理室２０１に搬入後、後述する３つのステップを順次実行する。

なお、下記では、パージガスやキャリアガスの一例としてＮ_２等の不活性ガスを使用している。また下記では、不活性ガス供給管２６０のバルブ２６１を開けたものとして各ステップの説明をしている。

（ステップ１）
ガス供給管２３２ａのバルブ２５３と、パージガス供給管３２０のバルブ３２２と，３２４と、キャリアガス供給管３３０のバルブ３３２と、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅとを共に開けて、真空ポンプ２４６を作動させる。

この状態において、不活性ガスが、不活性ガス供給管２６０から２本の不活性ガス供給管（パージガス供給管３２０，キャリアガス供給管３３０）に流入し、マスフローコントローラ３２１，３３１で流量調整されながら、パージガス供給管３２０とキャリアガス供給管３３０とを流通する。

パージガス供給管３２０を流通する不活性ガスは、熱交換器３２３から熱の伝導を受けるとともにテープヒータ３５０の熱も受けて加熱された状態でガス供給管２３２ｂに流入し、処理室２０１に供給される。キャリアガス供給管３３０を流通するキャリアガスは気化器２５２に流入する。

これと同時に、ＴＥＭＡＨが、マスフローメータ２５１と気化器（コントロールバルブ付）２５２で流量調整されながら気化される。ＴＥＭＡＨの気化ガスは、キャリアガス供給管３３０から流入したキャリアガスと混合され、テープヒータ３４０の熱を受けながらガス供給管２３２ａを流通し、ノズル２３３ａのガス供給孔２４８ａから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。

ステップ１では、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を一定範囲内の最適な値に維持する。液体用のマスフローメータ２５１と気化器（コントロールバルブ付）２５２で制御するＴＥＭＡＨの供給量は０．０１〜０．１ｇ／ｍｉｎである。ＴＥＭＡＨガスにウエハ２００を晒す時間は３０〜１８０秒間である。このとき、ヒータ２０７の温度はウエハ２００の温度が１８０〜２５０℃の範囲内の最適な温度になるよう設定してある。

ＴＥＭＡＨの気化ガスを処理室２０１内に供給することで、当該ＴＥＭＡＨはウエハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。

以上のステップ１の処理では、ガス供給管２３２ａから処理室２０１にＴＥＭＡＨの気化ガスを供給している際に、熱交換器３２３とテープヒータ３５０とで加熱したパージガスも、パージガス供給管３２０からガス供給管２３２ｂを経て処理室２０１に供給されている。

（ステップ２）
ガス供給管２３２ａのバルブ２５３と、パージガス供給管３２０のバルブ３２２，３２４と、キャリアガス供給管３３０のバルブ３３２とを閉め、ＴＥＭＡＨの気化ガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅは開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留したＴＥＭＡＨの気化ガスを処理室２０１内から排除する。

なお、このとき、パージガス供給管３２０のバルブ３２２，３２４とパージガス供給管３１０のバルブ３１２，３１４を開いたままとし、不活性ガスであるパージガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留したＴＥＭＡＨの気化ガスを排除する効果が高まる。

（ステップ３）
ガス供給管２３２ｂのバルブ２５４，２５６と、パージガス供給管３１０のバルブ３１２，３１４とを開ける。

この状態において、不活性ガスが、不活性ガス供給管２６０からパージガス供給管３１０に流入し、マスフローコントローラ３１１で流量調整されながら、パージガス供給管３１０を流通する。パージガス供給管３１０を流通する不活性ガスは、熱交換器３１３から熱の伝導を受けるとともにテープヒータ３４０の熱も受けて加熱された状態でガス供給管２３２ａに流入し、処理室２０１に供給される。

これと同時に、Ｏ_３がマスフローコントローラ２５５で流量調整されながらガス供給管２３２ｂを流通し、テープヒータ３５０の熱を受けて加熱され、ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。

ステップ３では、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を一定範囲内の最適な値に維持する。Ｏ_３にウエハ２００を晒す時間は１０〜１２０秒間である。このときのウエハ２００の温度が、ステップ１のＴＥＭＡＨの気化ガスの供給時と同じく１８０〜２５０℃の範囲内の最適な温度となるようヒータ２０７を設定する。Ｏ_３の供給により、ウエハ２００の表面に化学吸着したＴＥＭＡＨとＯ_３とが反応して、ウエハ２００上にＨｆＯ_２膜が成膜される。

成膜後、ガス供給管２３２ｂのバルブ２５４，２５６と、パージガス供給管３１０のバルブ３１２，３１４とを閉じ、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、残留するＯ_３の成膜に寄与した後のガスを排除する。このとき、パージガス供給管３１０のバルブ３１２，３１４とパージガス供給管３２０のバブル３２２，３２４を開いたままとし、不活性ガスであるパージガスを反応管２０３内に供給すると、更に残留するＯ_３の成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。

以上のステップ３の処理では、ガス供給管２３２ｂから処理室２０１にＯ_３を供給している際に、熱交換器３１３とテープヒータ３４０とで加熱した不活性ガスが、パージガス供給管３１０からガス供給管２３２ａを経て処理室２０１に供給されている。

上述したステップ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上に所定の膜厚のＨｆＯ_２膜を成膜することができる。

以上の本発明の好ましい実施形態では、パージガス供給管３２０に熱交換器３２３が設置され、ガス供給管２３２ａからＴＥＭＡＨの気化ガスを処理室２０１に供給している最中に、不活性ガス自体を熱交換器３２３で加熱してそれを処理室２０１に供給するから、気化ガスの液化が発生するのを防止又は抑制することができる。

すなわち、パージガス供給管３２０に熱交換器３２３が設置されていない場合を想定すると、ガス供給源２５０は図５に示すような構成を有する。

当該構成では、不活性ガス自体が加熱されない状態でパージガス供給管３２０からガス供給管２３２ｂに流入するから、その不活性ガスが低温のまま処理室２０１に供給される可能性があり、処理室２０１内の気化ガスが当該不活性ガスと混合されて液化する可能性がある。
またガス供給管２３２ｂ中では不活性ガスは低温のまま流通する可能性もあるから、ガス供給管２３２ｂで部分的に温度が低下する可能性があり、処理室２０１内の気化ガスがガス供給管２３２ｂに逆流した場合に液化する可能性がある。

これに対し、本発明の好ましい実施形態では、不活性ガス自体が熱交換器３２３で加熱された状態でパージガス供給管３２０からガス供給管２３２ｂに流入するから、不活性ガスが高温のまま処理室２０１に供給され、処理室２０１内の気化ガスが当該不活性ガスと混合されても液化することを防止又は抑制することができる。
またガス供給管２３２ｂ中では不活性ガスは高温のまま流通するから、ガス供給管２３２ｂで部分的に温度が低下し難く、気化ガスがガス供給管２３２ｂに逆流した場合でも液化することを防止又は抑制することができる。以上から、気化ガスの温度低下によるパーティクルの発生を防止又は抑制することができる。

更に、本発明の好ましい実施形態では、パージガス供給管３１０に熱交換器３１３が設置され、ガス供給管２３２ｂからＯ_３を処理室２０１に供給している最中にも、不活性ガス自体を熱交換器３１３で加熱してそれをガス供給管２３２ａに流通させるから、Ｏ_３の処理室２０１への供給後においてＴＥＭＡＨの気化ガスをガス供給管２３２ａに流通させる際に、その気化ガスが当該ガス供給管２３２ａ中で液化するのを防止又は抑制することもできる。

本発明の好ましい実施形態で使用される基板処理装置の概略構成を示す斜透視図である。 本発明の好ましい実施形態で使用される処理炉とそれに付属する部材との概略構成図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の好ましい実施形態で使用される処理炉への処理ガスの供給に際して、その処理ガスの供給源となるガス供給源とそれに関連する部材との概略構成を示す図面である。 図４の比較例を示す図面である。

符号の説明

１０１ 基板処理装置
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０７ ヒータ
２３１ ガス排気管
２４３ｅ バルブ
２４６ 真空ポンプ
２５０ ガス供給源
２３２ａ，２３２ｂ ガス供給管
２８０ コントローラ
２６０ 不活性ガス供給管
３１０，３２０ パージガス供給管
３３０ キャリアガス供給管
３１３，３２３ 熱交換器

Claims (3)

1. 基板を収容する処理室と、
   前記基板を加熱する加熱手段と、
   前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段であって、液体または固体原料を気化させた気化ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する第１のラインと、前記気化ガスと反応する反応ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する第２のラインと、を有するガス供給手段と、
   前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
   前記第１のラインから気化ガスを前記処理室内に供給している際、前記第２のラインから反応ガスを供給しない状態で、前記処理室内で前記気化ガスと混合しても前記気化ガスが液化しない温度以上に加熱された不活性ガスを前記第２のラインから前記処理室内に供給する工程と、
   前記第２のラインから反応ガスを前記処理室内に供給している際、前記第１のラインから気化ガスを供給しない状態で、前記第１のラインで前記気化ガスが液化しない温度以上に加熱された不活性ガスを前記第１のラインから前記処理室内に供給する工程とを、
   複数回行うように前記ガス供給手段を制御する制御部と、
   を有する基板処理装置。
2. 基板を収容する処理室と、
   前記基板を加熱する加熱手段と、
   液体または固体原料を気化させた気化ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する気化ガス供給管を有する気化ガス供給手段と、
   前記気化ガスと反応する反応ガスおよび不活性ガスを前記処理室内に供給する反応ガス供給管を有する反応ガス供給手段と、
   前記気化ガス供給手段および前記反応ガス供給手段に加熱された不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
   前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
   前記気化ガスを前記処理室内に供給している際は、前記反応ガス供給手段から反応ガスを供給しない状態で、前記処理室内で前記気化ガスと混合しても前記気化ガスが液化しない温度以上に加熱された不活性ガスを前記反応ガス供給管から前記処理室内に供給する工程と、
   前記反応ガス供給手段から反応ガスを前記処理室内に供給している際は、前記気化ガス供給管から気化ガスを供給しない状態で、前記気化ガス供給管で前記気化ガスが液化しない温度以上に加熱された不活性ガスを前記気化ガス供給管から前記処理室内に供給する工程とを、
   複数回行うように前記気化ガス供給手段、前記反応ガス供給手段および前記不活性ガス供給手段を制御する制御部と、
   を有する基板処理装置。
3. 基板を収容する処理室と
   前記基板を加熱する加熱手段と、
   前記処理室内に複数のガスを供給する第１のガス供給管および第２のガス供給管を備えるガス供給手段と、
   前記処理室内の雰囲気を排出する排出手段と、
   制御部と、
   を有する基板処理装置を用いて基板に膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
   基板が収容された処理室内に、第１のガス供給管から液体固体原料を気化させた気化ガスを供給しつつ、前記第１のガス供給管とは異なる第２のガス供給管からの反応ガスの供給を停止した状態で、前記処理室内で前記気化ガスと混合しても前記気化ガスが液化しない温度以上に加熱された不活性ガスを前記第２のガス供給管から前記処理室内に供給する気化ガス供給工程と、
   前記第２のガス供給管から前記気化ガスと反応する反応ガスを供給しつつ、前記第１のガス供給管からの前記気化ガスの供給を停止した状態で、前記第１のガス供給管で前記気化ガスが液化しない温度以上に加熱された不活性ガスを前記第１のガス供給管から前記処理室内に供給し、前記基板に膜を形成する反応ガス供給工程と、
   を複数回行うことにより基板に膜を形成する半導体装置の製造方法。
   

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