(57)【要約】      （修正有）【課題】金属を含む原料ガスの供給量及び供給速度を向上させて効率的に且つ迅速に成膜処理を行ってスループットを向上させることが可能な処理ガス供給系を提供する。【解決手段】金属を含む原料ガスを用いて被処理体Ｗに成膜処理を施すための処理容器１４に向けて原料ガスを供給するための原料ガス供給手段７０を有する処理ガス供給系５６において、原料ガス供給手段７０は、処理容器１４に向けて原料ガスを流すための原料ガス通路８８と、原料ガス通路の途中に設けられてピストン運動によって原料ガスを昇圧する昇圧器９０と、昇圧器９０よりも下流側に設けられた供給用開閉弁９２とを備える。これにより、原料ガスの供給量及び供給速度を向上させて効率的に且つ迅速に成膜処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を含む原料ガスを用いて被処理体に成膜処理を施すための処理容器に向けて前記原料ガスを供給するための原料ガス供給手段を有する処理ガス供給系において、
前記原料ガス供給手段は、
前記処理容器に向けて前記原料ガスを流すための原料ガス通路と、
前記原料ガス通路の途中に設けられてピストン運動によって原料ガスを昇圧する昇圧器と、
前記昇圧器よりも下流側に設けられた供給用開閉弁と、
を備えたことを特徴とする処理ガス供給系。
【請求項２】
前記昇圧器は、
ガス入口とガス出口とが設けられて前記原料ガス通路の途中に介設された昇圧用シリンダ部と、
前記昇圧用シリンダ部内で、その長さ方向へ非接触状態で往復移動可能に設けられたピストン部と、
前記ピストン部を、前記昇圧用シリンダ部内で非接触状態を維持しつつ前記長さ方向へ往復移動させるピストン駆動機構と、
前記ピストン駆動機構を制御するピストン制御部と、
前記ピストン制御部と前記開閉弁を制御する弁制御部と、
を有することを特徴とする請求項１記載の処理ガス供給系。
【請求項３】
前記ピストン駆動機構は、リニアモータよりなることを特徴とする請求項２記載の処理ガス供給系。
【請求項４】
前記昇圧用シリンダ部は、非磁性の金属材料よりなることを特徴とする請求項３記載の処理ガス供給系。
【請求項５】
前記ピストン部は、着磁された強磁性体よりなることを特徴とする請求項３又は４記載の処理ガス供給系。
【請求項６】
前記ピストン部は、電磁誘導コイルが巻回されていることを特徴とする請求項３又は４記載の処理ガス供給系。
【請求項７】
前記昇圧用シリンダ部の一端部に前記ガス入口が設けられ、他端部に前記ガス出口が設けられることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の処理ガス供給系。
【請求項８】
前記ガス出口は、前記昇圧用シリンダ部の両端部にそれぞれ設けられると共に、前記ガス入口は前記昇圧用シリンダ部の長さ方向の中央部に設けられ、前記２つのガス出口間を連結して選択切替流路を設けると共に、前記選択切替流路の途中に選択的に開閉される２つの前記供給用開閉弁が介設されて、前記２つの供給用開閉弁間の選択切替流路の部分が前記原料ガス通路の下流側に向けて接続されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の処理ガス供給系。
【請求項９】
前記昇圧用シリンダ部の上流側の前記原料ガス通路には、前記昇圧用ピストン部が移動する時に閉じられる逆流防止用開閉弁が設けられていることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか一項に記載の処理ガス供給系。
【請求項１０】
更に、前記処理容器内へ不活性ガスを流量制御しつつ供給するために供給用開閉弁を有する不活性ガス供給手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の処理ガス供給系。
【請求項１１】
更に、前記処理容器内へ前記原料ガスと反応する反応ガスを流量制御しつつ供給するために、供給用開閉弁を有する反応ガス供給手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の処理ガス供給系。
【請求項１２】
更に、前記各開閉弁の開閉動作を行って、前記原料ガスと前記反応ガスとをそれぞれ間欠的に供給するように制御する弁制御部を有することを特徴とする請求項１１記載の処理ガス供給系。
【請求項１３】
前記原料ガスは、蒸気圧の低い有機金属化合物よりなることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の処理ガス供給系。
【請求項１４】
原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置において、
内部に前記被処理体を収容する処理容器と、
前記被処理体を載置する載置台と、
前記処理容器内に設けられて必要なガスを導入するためのガス導入手段と、
前記ガス導入手段に接続された請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の処理ガス供給系と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、
装置全体の動作を制御する装置制御部と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項１５】
更に、前記被処理体を加熱するための加熱手段を有することを特徴とする請求項１４記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気圧の低い有機金属化合物を用いて半導体ウエハ等の被処理体に対して薄膜を形成する成膜装置及びこれに用いられる処理ガス供給系に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＩＣ（集積回路）等の半導体装置を製造するためには、半導体ウエハ等の被処理体に、成膜処理、エッチング処理、熱処理、改質処理等の各種の処理を繰り返し行って目的とする回路装置等を製造するようになっている。
【０００３】
例えば半導体ウエハに対して１枚毎に熱処理を施す枚葉式の処理装置を例にとれば、真空引き可能になされた処理容器内に、例えば抵抗加熱ヒータや静電チャックを内蔵した載置台構造を設置し、この上面に半導体ウエハを載置した状態で所定の処理ガスを流し、所定のプロセス条件下にてウエハに各種の熱処理を施すようになっている（特許文献１）。
【０００４】
ここで半導体ウエハの表面に薄膜を形成する従来の成膜装置を例にとって説明する。図８は従来の一般的な枚葉式の成膜装置を示す概略構成図である。図８において、この成膜装置は筒体状になされた処理容器２を有しており、この処理容器２内には、半導体ウエハＷを上面に載置するための載置台４が設けられている。この処理容器２の天井部には、ガス導入手段としてシャワーヘッド部６が設けられ、この下面のガス噴射孔６ａから必要なガスを噴射するようになっている。
【０００５】
また処理容器２の底部には排気口８が設けられており、処理容器２内の雰囲気を排気できるようになっている。そして、上記載置台４は、容器底部より支柱１０により起立されている。この載置台４は例えば耐熱性及び耐腐食性のあるＡｌＮ等のセラミックよりなり、この内部には加熱手段として例えばカーボンワイヤヒータやタングステンヒータ等よりなる加熱ヒータ１２が埋め込まれており、ウエハＷを加熱するようになっている。
【０００６】
このような成膜装置を用いて薄膜の成膜処理を行う場合には、載置台４上のウエハＷを加熱ヒータ１２により所定のプロセス温度に加熱すると共に、処理容器２内を所定のプロセス圧力に維持した状態において、処理容器２の天井部に設けたシャワーヘッド部６から処理容器２内へ成膜用の原料ガスや反応ガスを同時に供給する。これにより、上記原料ガスと反応ガスとが載置台４とシャワーヘッド部６とで囲まれた反応空間Ｓにて反応する。そして、この反応によって生成した物質がウエハＷの表面に薄膜として堆積することになる。このような成膜方法を熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と称す。
【０００７】
また、この熱ＣＶＤによる成膜方法の他に、原料ガスと反応ガスとを交互に処理容器内へ供給し、原子レベル、或いは分子レベルの非常に薄い厚さで薄膜を一層ずつ形成するＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法も知られている（例えば特許文献２）。このＡＬＤ法は、膜質特性が良好で、しかも膜の厚さが精度よく制御できることから膜厚の均一性、ステップカバレッジに優れた成膜が可能である、という利点を有している。
【０００８】
具体的には、例えばＴｉＮの薄膜を形成する場合には、処理容器２内へ、まず原料ガスとして例えばＴｉＣｌ４ ガスを供給してこのガスをウエハ表面に付着させ、次に、処理容器内をＮ２ ガスにてパージすることにより残留した原料ガスを排除する。その後に反応ガスとして例えばＮＨ３ ガスを供給してウエハ表面に付着していた上記ＴｉＣｌ４ ガスと反応させて薄い一層のＴｉＮ膜を形成する。次に、処理容器２内をＮ２ ガスにてパージすることによって残留ガスを排除する。そして、上記した一連の工程を繰り返し行うことによって薄膜を積層させて行く。そして、最近にあっては、ドーパントとしての特性が良好であったり、膜質特性が良好であることから、成膜処理の原料ガスとしてＲｕ等の貴金属を含む原料を用いたり、錯体よりなる原料を用いたりする場合もある（例えば特許文献３）。
【０００９】
【特許文献１】特開平０７−０７８７６６号公報
【特許文献２】特開２００７−０３９８０６号公報
【特許文献３】特開２００８−１３１０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述したような貴金属を含む原料や錯体よりなる原料は、一般的に有機金属化合物として存在しており、この有機金属化合物は常温で液体、若しくは固体状のものが多い。そのような原料を成膜処理に用いる場合には、例えば気化器やバブリング機構等を用いて原料を気化させて原料ガスとして供給する必要があるが、これらは比較的蒸気圧の低い材料であるために気化効率が悪く、中には成膜時に流量が十分に得られずに、非常にスループットが低下してしまう、といった問題があった。
【００１１】
特に、前述したようなＡＬＤ法を採用する場合には、原料ガスの供給を間欠的に繰り返し行って多数サイクルに亘って成膜を行わなければならないが、この際の１サイクル毎の原料ガスの流量が非常に少なく、スループットが大幅に低下してしまう、といった問題があった。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、金属を含む原料ガスの供給量及び供給速度を向上させて効率的に且つ迅速に成膜処理を行ってスループットを向上させることが可能な処理ガス供給系及び成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明は、金属を含む原料ガスを用いて被処理体に成膜処理を施すための処理容器に向けて前記原料ガスを供給するための原料ガス供給手段を有する処理ガス供給系において、前記原料ガス供給手段は、前記処理容器に向けて前記原料ガスを流すための原料ガス通路と、前記原料ガス通路の途中に設けられてピストン運動によって原料ガスを昇圧する昇圧器と、前記昇圧器よりも下流側に設けられた供給用開閉弁と、を備えたことを特徴とする処理ガス供給系である。
【００１４】
これにより、例えば蒸気圧の低い有機金属化合物よりなる金属を含む原料ガスを処理容器に供給するに際して、金属を含む原料ガスの供給量及び供給速度を向上させて効率的に且つ迅速に成膜処理を行ってスループットを向上させることができる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記昇圧器は、ガス入口とガス出口とが設けられて前記原料ガス通路の途中に介設された昇圧用シリンダ部と、前記昇圧用シリンダ部内で、その長さ方向へ非接触状態で往復移動可能に設けられたピストン部と、前記ピストン部を、前記昇圧用シリンダ部内で非接触状態を維持しつつ前記長さ方向へ往復移動させるピストン駆動機構と、前記ピストン駆動機構を制御するピストン制御部と、前記ピストン制御部と前記開閉弁を制御する弁制御部と、を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記ピストン駆動機構は、リニアモータよりなることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記昇圧用シリンダ部は、非磁性の金属材料よりなることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記ピストン部は、着磁された強磁性体よりなることを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項３又は４の発明において、前記ピストン部は、電磁誘導コイルが巻回されていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の発明において、前記昇圧用シリンダ部の一端部に前記ガス入口が設けられ、他端部に前記ガス出口が設けられることを特徴とする。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の発明において、前記ガス出口は、前記昇圧用シリンダ部の両端部にそれぞれ設けられると共に、前記ガス入口は前記昇圧用シリンダ部の長さ方向の中央部に設けられ、前記２つのガス出口間を連結して選択切替流路を設けると共に、前記選択切替流路の途中に選択的に開閉される２つの前記供給用開閉弁が介設されて、前記２つの供給用開閉弁間の選択切替流路の部分が前記原料ガス通路の下流側に向けて接続されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項２乃至８のいずれか一項に記載の発明において、前記昇圧用シリンダ部の上流側の前記原料ガス通路には、前記昇圧用ピストン部が移動する時に閉じられる逆流防止用開閉弁が設けられていることを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発明において、更に、前記処理容器内へ不活性ガスを流量制御しつつ供給するために供給用開閉弁を有する不活性ガス供給手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項１１の発明は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発明において、更に、前記処理容器内へ前記原料ガスと反応する反応ガスを流量制御しつつ供給するために、供給用開閉弁を有する反応ガス供給手段を備えたことを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項１１記載の発明において、更に、前記各開閉弁の開閉動作を行って、前記原料ガスと前記反応ガスとをそれぞれ間欠的に供給するように制御する弁制御部を有することを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の発明において、前記原料ガスは、蒸気圧の低い有機金属化合物よりなることを特徴とする。
【００２１】
請求項１４の発明は、原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置において、内部に前記被処理体を収容する処理容器と、前記被処理体を載置する載置台と、前記処理容器内に設けられて必要なガスを導入するためのガス導入手段と、前記ガス導入手段に接続された請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の処理ガス供給系と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、装置全体の動作を制御する装置制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
請求項１５の発明は、請求項１４の発明において、更に、前記被処理体を加熱するための加熱手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の処理ガス供給系及び成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
例えば蒸気圧の低い有機金属化合物よりなる金属を含む原料ガスを処理容器に供給するに際して、金属を含む原料ガスの供給量及び供給速度を向上させて効率的に且つ迅速に成膜処理を行ってスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る処理ガス供給系及び成膜装置の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る処理ガス供給系を備えた成膜装置を示す断面構成図、図２は原料ガス供給手段の昇圧用シリンダ部を中心として示す拡大縦断面図、図３は昇圧用シリンダ部を示す横断面図、図４は昇圧用シリンダ部内のピストン部の動作を説明する説明図である。
【００２４】
図１に示すように、この成膜装置１２は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等により筒体状に成形された処理容器１４を有している。この処理容器１４内には、支持手段として容器底部より支柱１６により起立させて支持された例えば窒化アルミ等のセラミックよりなる円形の載置台１８が設けられており、この上面側に被処理体としての半導体ウエハ（以下「ウエハ」とも称す）Ｗを載置できるようになっている。このウエハＷの直径は、例えば３００ｍｍである。
【００２５】
この載置台１８内には、加熱手段として例えばカーボンワイヤヒータ２０が埋め込んで設けられており、上記ウエハＷを所定の温度に加熱できるようになっている。このカーボンワイヤヒータ２０には、給電線２２を介してヒータ電源２４が接続されており、所望の温度にウエハＷを温度制御できるようになっている。尚、プロセス温度が低い場合には、この加熱手段２０を設けない場合もある。上記載置台１８の下方には、ウエハＷの搬出入時に、これを下から突き上げて支持する昇降ピン機構２６が設けられる。この昇降ピン機構２６は、載置台１８の周方向に沿って等間隔で配置された例えば３本（図示例では２本のみ記す）の昇降ピン２８を有しており、各昇降ピン２８の下端部は例えば円弧状のベース板３０により支持されている。
【００２６】
このベース板３０は、容器底部を貫通する昇降ロッド３２に連結されており、この昇降ロッド３２の下端部は、アクチュエータ３４に接続されて上下動可能になされている。また昇降ロッド３２の容器底部の貫通部には容器内の気密性を維持しつつ昇降ロッド３２の上下動を許容するために伸縮可能になされたベローズ３６が設けられる。
【００２７】
また上記載置台１８には、上記各昇降ピン２８に対応させてピン挿通孔３８が設けられており、上記昇降ロッド３２を上下動させることにより、上記ピン挿通孔３８内を挿通された昇降ピン２８が、載置面上に出没してウエハＷを突き上げて持ち上げたり、持ち下げたりできるようになっている。
【００２８】
また、この処理容器１４の底部には排気口４０が形成されると共に、この排気口４０には真空ポンプ４２や圧力調整弁４４等を含む真空排気系４６が接続されており、上記処理容器１４内の雰囲気を真空引きして所定の圧力に維持できるようになっている。尚、上記排気口４０を処理容器１４の側壁の下部に設ける場合もある。
【００２９】
また処理容器１４の側壁には、ウエハＷを搬出入できる大きさの開口４８が形成されており、この開口４８に開閉可能になされたゲートバルブ５０が設けられている。更に、処理容器１４の天井部は開口されており、この開口部分に各種の必要なガスを処理容器１４内へ導入するガス導入手段５２が設けられている。
【００３０】
このガス導入手段５２は、具体的にはここではシャワーヘッド部５４により構成されており、このシャワーヘッド部５４に上記各種の必要なガスを供給する本発明の特徴とする処理ガス供給系５６が接続されている。上記シャワーヘッド部５４は、例えばアルミニウム合金等よりなり、このシャワーヘッド部５４がＯリング等のシール部材５８を介して天井部の開口に気密に設けられている。
【００３１】
このシャワーヘッド部５４の上部には、第１のガス導入口６０と第２のガス導入口６２が設けられると共に、このシャワーヘッド部５４内には、上記第１のガス導入口６０に連通される第１の拡散室６４と上記第２のガス導入口６２に連通される第２の拡散室６６とがそれぞれ区画分離されて設けられている。ここで第１の拡散室６４同士は連通されており、また第２の拡散室６６同士も連通されている。
【００３２】
そして、上記シャワーヘッド部５４の下面のガス噴射面６８には、上記第１の拡散室６４に連通された複数の第１のガス噴射孔６４Ａと、上記第２の拡散室６６に連通された複数の第２のガス噴射孔６６Ａとがそれぞれ設けられており、上記第１及び第２のガス噴射孔６４Ａ、６６Ａから噴射された各ガスを、載置台１８とシャワーヘッド部５４との間で挟まれる反応空間Ｓ内で初めて混合するようになっている。
【００３３】
このようなガスの混合方式を、いわゆるポストミックスと称す。従って、ガス噴射面６８には、第１及び第２のガス噴射孔６４Ａ、６６Ａが、シャワーヘッド部５４のガス噴射面６８の略全面に亘って例えば交互にマトリクス状に形成されている。尚、ガス導入手段としてこのシャワーヘッド部５４に替えて、ガスノズルを設けるようにしてもよく、その形状は問わない。
【００３４】
そして、このシャワーヘッド部５４に接続される本発明の特徴とする上記処理ガス供給系５６は、処理容器１４内へ金属を含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段７０と、反応ガスを供給する反応ガス供給手段７２と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段７４とを有している。ここで上記原料ガスとしては蒸気圧の低い有機金属材料である貴金属のルテニウムを含むＲｕ錯体が用いられ、反応ガスとしてはＯ２ ガスが用いられ、不活性ガスとしてはＡｒガスが用いられる。また、上記原料ガスは例えばキャリアガスとしてＡｒガスと共に供給される。
【００３５】
この原料ガスの発生の態様は原料の状態によって種々適用され、液体の場合には、流量制御されたキャリアガスにより液体原料を気化器で蒸気化したり、或いは流量制御されたバブリングガスで気化させたりして原料ガスを形成でき、また、原料が固体の場合にはキャリアガスの存在下で加熱により昇華させて原料ガスを形成でき、その原料ガスの発生形態は種々採用することができる。
【００３６】
そして、上記第２のガス導入口６２には、反応ガス供給手段７２のガス流路７６が接続されると共に、このガス流路７６の上流側からは１つの分岐路が形成されて、この分岐路が不活性ガス供給手段７４のガス流路７８となっている。そして。上記反応ガス供給手段７２のガス流路７６の途中には、マスフローコントローラのような流量制御器８０及び開閉弁８２が順次介設されており、反応ガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。また上記不活性ガス供給手段７４のガス流路７８の途中には、マスフローコントローラのような流量制御器８４及び開閉弁８６が順次介設されており、希釈ガスやパージガスとして例えばＡｒガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。
【００３７】
そして、上記シャワーヘッド部５４の第１のガス導入口６０には、上記原料ガス供給手段７０の原料ガス通路８８が接続されている。この原料ガス通路８８の途中には、流れてくる原料ガスの圧力をピストン運動によって昇圧乃至加圧するための本発明の特徴とする昇圧器９０が設けられており、この昇圧器９０の下流側には供給用開閉弁９２が設けられ、昇圧器９０の上流側には逆流防止用開閉弁９４が設けられている。尚、この逆流防止用開閉弁９４は、必要に応じて設ければよい。
【００３８】
具体的には、上記昇圧器９０は、図２及び図３にも示すように、ガス入口９６とガス出口９８とが設けられて上記原料ガス通路８８の途中に介設された昇圧用シリンダ部１００と、この昇圧用シリンダ部１００内でその長さ方向へ非接触状態で移動可能に設けられたピストン部１０２と、このピストン部１０２を上記昇圧用シリンダ部１００内で非接触状態を維持しつつ上記長さ方向へ往復移動させるピストン駆動機構１０４と、このピストン駆動機構１０４を制御するピストン制御部１０６とにより主に構成されている。
【００３９】
上記昇圧用シリンダ部１００は、非磁性の金属材料、例えばアルミニウムやアルミニウム合金により円筒体状に成形されており、その一端部側に上記ガス入口９６が設けられ、他端部側に上記ガス出口９８が設けられている。ここでは上記昇圧用シリンダ部１００は重力方向に起立させて設けられており、その最上端に上記ガス出口９８を設けて、ここに下流側に向かう原料ガス通路８８を接続している。
【００４０】
また上記ガス入口９６は、上記昇圧用シリンダ部１００の一端である最下端よりも上記ピストン部１０２の長さＬ１だけ上方へ離間させた位置の側壁に設けられており、上記ピストン部１０２が最下端に位置した時に上記ガス入口９８を開状態に維持できるようになっている。ここで上記昇圧用シリンダ部１００の長さは１００ｍｍ程度であり、その内径Ｌ２は２０ｍｍ程度である。
【００４１】
また上記ピストン部１０２は、例えばフェライト等の強磁性体により円柱状に形成されており、その長さ方向に着磁されている。図２中では、ピストン部１０２の上部が”Ｎ極”、下部が”Ｓ極”となっている。このピストン部１０２の直径Ｄ１は、上記昇圧用シリンダ部１００の内径Ｌ２よりも僅かに小さい例えば１９ｍｍ程度に設定されており、図３にも示すように上記昇圧用シリンダ部１００の内壁面に対して僅かな幅Ｌ３の隙間１０８を形成して非接触状態を実現できるように設定されている。この僅かな幅Ｌ３は、例えば０．１〜０．５ｍｍ程度の範囲内である。
【００４２】
また、上記ピストン部１０２の移動を制御する上記ピストン駆動機構１０４は、ここではリニアモータ１１０によって形成されている。具体的には、このリニアモータ１１０は、上記昇圧用シリンダ部１００の外周に沿って配置された複数の推進用コイル１１２を有している。この推進用コイル１１２は、上記昇圧用シリンダ部１００の長さ方向に沿って所定のピッチＰ１で配置されていると共に、図３に示すように昇圧用シリンダ部１００の周方向へも等間隔で複数個配置されている。また上記各推進用コイル１１２は昇圧用シリンダ部１００の半径方向に向けて設置される。図示例では、昇圧用シリンダ部１００の周方向へ９０度間隔で４個配列されているが、この個数に限定されない。
【００４３】
図中の推進コイル１１２中の”Ｎ”及び”Ｓ”は、ある瞬間における極性を示しており、長さ方向に沿って配列される推進用コイル１１２は、隣同士の極性（昇圧用シリンダ部１００に取り付けられる部分の極性）が例えば”Ｎ”、”Ｓ”、”Ｎ”、”Ｓ”、”Ｎ”…のように交互に異なる極性になるように配列されており、その極性はピストン制御部１０６からの制御により切り替わるようになっている。
【００４４】
この場合、昇圧用シリンダ部１００の周方向に配列される４つの各推進用コイル１１２の極性（昇圧用シリンダ部１００に取り付けられる部分の極性）は同じ極性（図３中ではＳ極）となっている。そして、上記ピストン部１０２の長さＬ１は、上記推進用コイル１１２のピッチＰ１の２倍の長さに設定されており、”Ｌ１＝２・Ｐ１”の関係になっている。
【００４５】
このような構造において、上記各推進用コイル１１２の極性を所定の周波数で順に切り替えて行くことにより、上記昇圧用シリンダ部１００内で上記ピストン部１０２を非接触状態で往復移動できるようになっている（図４参照）。この場合、図３に示すように、昇圧用シリンダ部１００の周方向に沿って複数の推進用コイル１１２が配置してあるので、これらが同時に浮上用のコイルとして機能して上述したように非接触状態を維持するように作用することになる。
【００４６】
そして、上記昇圧用シリンダ部１００の側壁の外周面に沿って例えばホール素子のような磁気センサ１１４が上記推進用コイル１１２に対応させて複数個設けられており、上記ピストン部１０２の位置を検出し得るようになっている。尚、上記磁気センサ１１４の検出感度を高めるために、これを昇圧用シリンダ部１００の側壁の内壁面に沿って設けるようにしてもよい。
【００４７】
上記各磁気センサ１１４の検出値は上記ピストン制御部１０６に入力されており、このピストン制御部１０６は、上記磁気センサ１１４からの検出値に基づいて上記推進用コイル１１２に向けて所定の周波数の駆動電流を流してＮ極とＳ極とを順に切り替えてピストン部１０２の動作を制御するようになっている。そして、このピストン制御部１０６も含めて、上記各開閉弁８２、８６、９２、９４は弁制御部１１６によってその開閉動作及びピストン部１０２の往復移動が制御されるようになっている。
【００４８】
そして、この装置全体の動作、例えばウエハ温度、容器内の圧力、各ガスの供給の開始、終了、各ガスの供給量等の各制御は、コンピュータよりなる装置制御部１２０によって行われる。また上記弁制御部１１６は上記装置制御部１２０の支配下で動作する。そして、この制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは記憶媒体１２２に予め記憶されている。この記憶媒体１２２は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。
【００４９】
次に、以上のように構成された成膜装置１２の動作について、図５も参照して説明する。図５は各ガスの供給態様とピストン部の動作及び各開閉弁の開閉状態を示すタイミングチャートである。まず、この処理容器１４内へ半導体ウエハＷを搬入する場合には、開放されたゲートバルブ５０から開口４８を介して真空雰囲気下の図示しない搬送室から搬送アームで半導体ウエハＷを処理容器１４内へ搬入し、この状態で昇降ピン機構２６のアクチュエータ３４を駆動して昇降ロッド３２を上方へ延ばし、これにより昇降ピン２８を上昇させる。
【００５０】
これにより、搬送アーム（図示せず）によって処理容器１４内へ搬入されているウエハＷが下方より上昇してくる昇降ピン２８により突き上げられ、これにより搬送アームより昇降ピン２８側へウエハＷが受け渡されて保持される。
【００５１】
次に、搬送アームを処理容器１４内から抜き出して、上述のようにウエハＷを昇降ピン２８で保持した状態で、上記昇降ロッド３２を降下させることにより、図１に示すようにウエハＷは載置台１８上に載置されることになる。そして、ゲートバルブ５０を閉じて処理容器１４内を密閉し、加熱手段のカーボンワイヤヒータ２０によりウエハＷを所定のプロセス温度に維持する。
【００５２】
そして、原料ガス供給手段７０、反応ガス供給手段７２及び不活性ガス供給手段７４を有する処理ガス供給系５６から必要なガス、すなわちＲｕを含む原料ガス、反応ガスであるＯ２ ガス、不活性ガスとしてＡｒガスをそれぞれ流量制御しつつ流してこれらの各ガスをシャワーヘッド部５４から処理容器１４内へ供給し、更に、真空排気系４６を駆動して処理容器１４内を真空引きして所定の圧力雰囲気に維持する。この真空排気系４６は、処理中は連続的に駆動して処理容器１４内を真空引きしている。上記原料ガスはキャリアガスであるＡｒガスと共に原料ガス通路８８から第１のガス導入口６０を介してシャワーヘッド部５４内に導入され、このガスは第１の拡散室６４内で拡散した後に各第１のガス噴射孔６４Ａより反応空間Ｓへ供給される。
【００５３】
また反応ガスであるＯ２ ガスはガス流路７６から第２のガス導入口６２を介してシャワーヘッド部５４内に導入され、このガスは第２の拡散室６６内で拡散した後に各第２のガス噴射孔６６Ａより反応空間Ｓへ供給される。また不活性ガスであるＡｒガスはガス流路７８を介してガス流路７６内へ流れ込み、パージガスとして供給される。
【００５４】
ここで具体的に各ガスの供給態様について説明する。図５に示すように、ＡＬＤ法による成膜処理では、Ｒｕを含む原料ガスと反応ガスであるＯ２ ガスとを間に間欠期間１３０を挟んで交互に噴射させる。また、上記間欠期間１３０では処理容器１４内に残留するガスの排除を効率的に行うためにパージガスとしてＡｒガスを流す。原料ガスを１回供給してから次に供給するまでの間が１サイクルであり、このサイクルを所望する膜厚に応じて複数回繰り返してＲｕ膜の成膜が行われる。
【００５５】
まず、図５（Ａ）に示すように、吸着工程ではシャワーヘッド部５４からＲｕを含む原料ガスを各第１のガス噴射孔６４Ａより反応空間Ｓへ導入する。これにより、原料ガスがウエハＷの表面に吸着されることになる。この場合、原料ガス通路８８にあっては蒸気圧の低いＲｕを含む原料ガスが低い蒸気圧の状態で上流側から下流側に向けて常時流れてきて昇圧器９０内には原料ガスが十分に貯め込まれており、上記吸着工程の時に、昇圧器９０の上流側に位置する逆流防止用開閉弁９４（図５（Ｆ））を閉状態とし、昇圧器９０の下流側に位置する供給用開閉弁９２（図５（Ｅ））を開状態とする。
【００５６】
この状態を維持して、ピストン制御部１０６は、昇圧器９０のリニアモータ１１０の推進用コイル１１２に駆動用の電流を流して、昇圧用シリンダ部１００内のピストン部１０２をガス入口９６側からガス出口９８側へ上方向に向けて移動させる。すなわち、ピストン部１０２を図４（Ａ）に示す状態から図４（Ｂ）に示す状態へ移動させる。
【００５７】
これにより、この昇圧用シリンダ部１００内に流れ込んで貯め込まれていた原料ガスが圧縮されて昇圧して原料ガス通路８８内を多量に流下し、下流側の処理容器１４に多量に供給されることになる。この際、供給用開閉弁９２は期間Ｔ１だけ開状態が維持されて原料ガスを流す。また、ピストン部１０２が移動する直前に逆流防止用開閉弁９４を閉状態にしたので、ピストン部１０２が圧縮のために移動する時に、昇圧用シリンダ部１００内の原料ガスが上流側へ逆流することを防止することができる。
【００５８】
この逆流防止用開閉弁９４の閉状態は、次にピストン部１０２が戻ってくるまで維持されて、この間は昇圧用シリンダ部１００内へは上流側から原料ガスが流入しないようにしておく。また、昇圧用シリンダ部１００とピストン部１０２とは非接触状態であることから、摩擦によりパーティクルが発生することを防止することができる。
【００５９】
またこの際、昇圧用シリンダ部１００とピストン部１０２とは非接触状態であって両者間には幅Ｌ３が僅かな隙間１０８（図３参照）が発生して圧縮された原料ガスの一部がこの隙間１０８を介して逃げることになるが、それでも原料ガスの圧力を十分に高めることができ、この吸着工程で多量の原料ガスを処理容器１４内に向けて供給することができる。
【００６０】
この場合、ピストン部１０２が昇圧用シリンダ部１００の一端から他端へ移動するに要する時間は、例えば数１０ｍｓｅｃ〜数１００ｍｓｅｃ程度である。また、ピストン部１０２が他端まで到着した時には、その時点で各推進用コイル１１２に供給している電流と推進用の電流から吸着用の電流に切り替えて上記ピストン部１０２に制動用の磁力を加えてピストン部１０２の移動を停止させる。これにより、ピストン部１０２が他端に到着したときに、昇圧用シリンダ部１００内の端面に接する直前にピストン部１０２を停止させる。
【００６１】
上記供給用開閉弁９２を閉状態として上記吸着工程が完了したならば、次にパージ工程（間欠期間１３０）に入る。このパージ工程では、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すように上記原料ガスとＯ２ ガスの供給を停止すると共に、各第２のガス噴射孔６６ＡよりパージガスとしてＡｒガスを噴射する。これにより、反応空間Ｓに滞留していた原料ガスを効率的に排気側へ流して処理容器１４の外へ排出させる。これと同時に、昇圧用シリンダ部１００内のピストン部１０２を下方へ、すなわちガス入口９６側へ戻し、且つ戻し終わったならば、逆流防止用開閉弁９４を開状態にし、上流側から流れてくる原料ガスの昇圧用シリンダ部１００内への貯め込みを開始する。この貯め込みは、次の吸着工程の開始まで行われることになる。
【００６２】
上記パージ工程が完了したならば、次に反応工程に入る。この反応工程では、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すように、上記Ａｒガスの供給を停止して、これに切り替えて反応ガスであるＯ２ ガスを各第２のガス噴射孔６６Ａより反応空間Ｓへ導入する。これにより、上記導入されたＯ２ ガスがウエハＷの表面に多量に吸着している原料ガスと反応してＲｕ膜が形成されることになる。
【００６３】
上記反応工程が完了したならば、次にパージ工程（間欠期間１３０）に入る。このパージ工程では、上記原料ガスと反応ガス（Ｏ２ ガス）の供給を停止すると共に、各第２のガス噴射孔６６ＡよりパージガスとしてＡｒガスを噴射する。これにより、反応空間Ｓに滞留していた反応ガスを効率的に排気側へ流して処理容器１４の外へ排出させる。
【００６４】
ここで上記各工程の時間は、吸着工程Ｔ１が２秒程度、パージ工程（間欠期間）Ｔ２が４秒程度、反応工程Ｔ３が２秒程度、パージ工程（間欠期間）Ｔ４が４秒程度である。これらの時間は単に一例を示しただけであり、これに限定されない。上記間欠期間１３０では、パージガスを供給して処理容器１４内に残留するガスを高速で置換して排気するようにしたが、このパージガスを流さないで高速で真空排気するようにしてもよい。
【００６５】
ここで上記パージ工程Ｔ２、Ｔ４の間、及び反応工程Ｔ３の間は連続的に上記昇圧用シリンダ部１００内へは原料ガスが貯め込まれている状態となっており、従って、この貯め込まれた原料ガスは次の吸着工程の時に前述したように上記ピストン部１０２がガス出口９８側へ移動することにより圧縮して昇圧されて処理容器１４内へ多量に供給させることができる。以後、上述したようなプロセスのサイクルが繰り返し行われることになる。
【００６６】
この時のプロセス条件は、例えば原料ガスの流量が０〜３００ｓｃｃｍの範囲内、Ｏ２ ガスの流量が０〜２０００ｓｃｃｍの範囲内、Ａｒガスの流量が０〜５０００ｓｃｃｍの範囲内である。またプロセス温度は１００〜６００℃程度の範囲内、プロセス圧力は  １．３３〜１３３０Ｐａ程度の範囲内である。
【００６７】
このように、本発明によれば、例えば蒸気圧の低い有機金属化合物よりなる金属を含む原料ガスを処理容器１４に供給するに際して、金属を含む原料ガスの供給量及び供給速度を向上させて効率的に且つ迅速に成膜処理を行ってスループットを向上させることができる。
【００６８】
＜変形実施形態＞
次に本発明の処理ガス供給系の変形実施形態について説明する。図６は本発明の処理ガス供給系の変形実施形態における原料ガス供給手段の昇圧用シリンダ部を中心として示す拡大断面図、図７は変形実施形態における各ガスの供給態様とピストン部の動作及び各開閉弁の開閉状態を示すタイミングチャートである。尚、図中、図１〜図５に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００６９】
先に説明した図２に示す実施形態では、昇圧用シリンダ部１００の一端部にガス入口９６を設け、他端部にガス出口９８を設けたが、ここでは図６に示すように、ガス出口９８を昇圧用シリンダ部１００の両端部、すなわち上端と下端とにそれぞれ設けて第１のガス出口９８Ａと第２のガス出口９８Ｂを形成している。そして、この昇圧用シリンダ部１００の長さ方向の中央部にガス入口９６を設けている。上記第１と第２の２つのガス出口９８Ａ、９８Ｂ間を連結するようにして選択切替流路１４０を設けており、この選択切替流路１４０の途中に交互に選択的に開閉される第１と第２の２つの供給用開閉弁９２Ａ、９２Ｂが介設されている。
【００７０】
そして、この第１と第２の２つの供給用開閉弁９２Ａ、９２Ｂ間の上記選択切替流路１４０の部分が上記原料ガス通路８８の下流側（処理容器１４側）に向けて接続されている。すなわち、この場合には、ピストン部１０２が昇圧用シリンダ部１００内の一端から他端へ移動する時にそれぞれ原料ガスを昇圧して供給し得るようになっている。
【００７１】
具体的には図７に示すように、各ガスが供給される。図７中の図７（Ａ）に示す原料ガス、図７（Ｂ）に示すＯ２ ガス、図７（Ｃ）に示すＡｒガスの各供給態様は図５中の図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）とそれぞれ同じである。また逆流防止用開閉弁９４の開閉動作は、図５に示す場合と異なり、ピストン部１０２が一端から他端へ移動する時のみ一時的に閉状態になされて原料ガスの逆流を防止するようになっている。
【００７２】
例えば図６に示すような状態から原料ガスを供給する場合には、まず、昇圧用シリンダ部１００の中央部に設けたガス入口９６より導入された原料ガスが昇圧用シリンダ部１００内に貯め込まれており、この状態でリニアモータ１１０を駆動して昇圧用シリンダ部１００内のピストン部１０２を第２のガス出口９８Ｂ側より第１のガス出口９６Ａ側へ移動させる。
【００７３】
このピストン部１０２を移動させる時に、上記逆流防止用開閉弁９４を一時的に閉状態として原料ガスの逆流を防止すると同時に、第１の供給用開閉弁９２Ａを期間Ｔ１だけ開状態に維持する。これにより、前述したと同様にピストン部１０２により圧縮して昇圧された多量の原料ガスが選択切替流路１４０の第１の供給用開閉弁９２Ａを介設した部分及び原料ガス通路８８を順次流れて処理容器１４内へ供給されることになる。この際、他方の第２の供給用開閉弁９２Ｂは閉状態が維持されている。
【００７４】
このようにして、期間Ｔ１の吸着工程、期間Ｔ２のパージ工程、期間Ｔ３の反応工程及び期間Ｔ４のパージ工程を前述したように順次行う。この期間Ｔ１〜Ｔ４の間は、一時的に逆流防止開閉弁９４を閉状態とした期間を除いて昇圧用シリンダ部１００内には原料ガスが流れ込んで貯め込まれている。そして、１サイクルが終了して次の吸着工程になると、今度は第１のガス出口９８Ａ側に位置していたピストン部１０２を第２のガス出口９８Ｂ側へ移動させる。
【００７５】
この際も、前述したように逆流防止開閉弁９４を一時的に閉状態にして原料ガスの逆流を防止すると同時に、今度は第２の供給用開閉弁９２Ｂを期間Ｔ１だけ開状態として圧縮して昇圧された多量の原料ガスが選択切替流路１４０の第２の供給用開閉弁９２Ｂを介設した部分及び原料ガス通路８８を順次流れて処理容器１４内へ供給されることになる。この際、他方の第１の供給用開閉弁９２Ａは閉状態に維持されている。
【００７６】
以後同様に、１サイクル毎に上記動作が繰り返されることになる。従って、ピストン部１０２は、１サイクル毎に第１のガス出口９８Ａ側と第２のガス出口９８Ｂ側とに切り替えて位置され、また、第１及び第２の供給用開閉弁９２Ａ、９２Ｂはそれぞれ異なるタイミングで２サイクルに１回の割合で期間Ｔ１だけ開状態になされることになる。
【００７７】
この変動実施形態の場合にも先に図２を参照して説明した実施形態と同様な作用効果を発揮することができるのみならず、この変形実施形態の場合には、１サイクル当たりにおいて逆流防止用開閉弁９４を開状態にして昇圧用シリンダ部１００内に原料ガスを貯め込む時間が長いので、その分、より多くの原料ガスを処理容器１４内へ供給することができる。
【００７８】
尚、図５（Ｆ）及び図７（Ｇ）において逆流防止用開閉弁９４を閉状態に維持するタイミングは、ピストン部１０２が移動する直前であれば、その閉状態の期間は特に限定されないが、多量の原料ガスを流すためには閉状態の期間をできるだけ短くすることが望ましい。
【００７９】
また、ここではピストン部１０２として着磁された強磁性体を用いたが、これに限定されず、着磁されていない強磁性体に電磁誘導コイルを巻回した構成としてもよい。
また、ここでは反応ガスとしてＯ２ ガスを用いたが、原料ガスに応じて反応ガスとして還元ガス、或いは酸化ガス等の種々のガスを用いることができる。
【００８０】
また、ここではパージガス、希釈ガス、或いはキャリアガスとしてＡｒガスを用いたが、これに限定されず、Ｈｅ、Ｎｅ等の他の希ガスやＮ２ 等の不活性ガスを用いてもよい。また上記の各実施形態では昇圧用シリンダ部１００を重力方向に起立させて設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、この昇圧用シリンダ部１００を水平方向に沿って設けてもよいし、或いは斜め方向に傾斜させて設けるようにしてもよく、その設置方向の角度は特に問わない。
【００８１】
また、上記の各実施形態では低蒸気圧の原料ガスとしてＲｕ錯体を用いたが、他の原料ガスとして例えばＴＥＭＡＴ（テトラキスエチルメチルアミノチタニウム）、ＴＡＩＭＡＴＡ、Ｃｕ（ＥＤＭＤＤ）２ 、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２、Ｗ（ＣＯ）６ 、ＴａＣｌ５ 、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ（ヘキサフルオロアセチルアセトナト−トリメチルビニルシリル銅）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＢＴＤＥＴ（ターシャリーブチルイミド−トリ−ジエチルアミドタンタル）、ＰＥＴ（ペンタエトキシタンタル）、ＴＭＳ（テトラメチルシラン）、ＴＥＨ（テトラキスエトキシハフニウム）等を用いることができる。
【００８２】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係る処理ガス供給系を備えた成膜装置を示す断面構成図である。
【図２】原料ガス供給手段の昇圧用シリンダ部を中心として示す拡大縦断面図である。
【図３】昇圧用シリンダ部を示す横断面図である。
【図４】昇圧用シリンダ部内のピストン部の動作を説明する説明図である。
【図５】各ガスの供給態様とピストン部の動作及び各開閉弁の開閉状態を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の処理ガス供給系の変形実施形態における原料ガス供給手段の昇圧用シリンダ部を中心として示す拡大断面図である。
【図７】変形実施形態における各ガスの供給態様とピストン部の動作及び各開閉弁の開閉状態を示すタイミングチャートである。
【図８】従来の一般的な枚葉式の成膜装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００８４】
１２  成膜装置
１４  処理容器
１８  載置台
２０  カーボンワイヤヒータ（加熱手段）
４６  真空排気系
５２  ガス導入手段
５４  シャワーヘッド部
５６  処理ガス供給系
７０  原料ガス供給手段
７２  反応ガス供給手段
７４  不活性ガス供給手段
８８  原料ガス通路
９０  昇圧器
９２  供給用開閉弁
９２Ａ  第１の供給用開閉弁
９２Ｂ  第２の供給用開閉弁
９４  逆流防止用開閉弁
９６  ガス入口
９８  ガス出口
９８Ａ  第１のガス出口
９８Ｂ  第２のガス出口
１００  昇圧用シリンダ部
１０２  ピストン部
１０４  ピストン駆動機構
１０６  ピストン制御部
１１０  リニアモータ
１１２  推進用コイル
１１４  磁気センサ
１１６  弁制御部
１２０  装置制御部
１２２  記憶媒体
１４０  選択切替流路
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010084156.tif 000009
【図８】
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