(57)【要約】      （修正有）【課題】固体原料を使用する基板処理装置において、原料供給用タンクを装置から外すことなく原料供給用タンクに原料を補充することができる基板処理装置および原料補充方法を提供する。【解決手段】固体原料を保持する第１の原料容器２７０と、該第１の原料容器と第１の配管を介して接続され固体原料が補充される第２の原料容器２６０と、該第２の原料容器と処理室を接続する第２の配管２３０と、少なくとも第１の原料容器及び第１の配管を加熱可能な加熱手段２８３と、少なくとも第１の原料容器及び第２の原料容器の内部の圧力を調整可能な圧力調整手段とを設け、第１の原料容器から第２の原料容器へ固体原料を補充する際には、固体原料を気体原料へ変態させて補充するように加熱手段及び圧力調整手段を制御するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容可能な処理室と、
前記基板への処理に用いる気体原料を、固体原料を昇華させて生成し、前記処理室へ供給する原料供給システムと、
制御部と、
を有する基板処理装置であって、
前記原料供給システムは、
前記固体原料を保持する第１の原料容器と、
前記第１の原料容器と第１の配管を介して接続され、前記第１の原料容器から前記固体原料が補充される第２の原料容器と、
前記第２の原料容器と前記処理室を接続する第２の配管と、
少なくとも前記第１の原料容器及び前記第１の配管を加熱可能な加熱手段と、
少なくとも前記第１の原料容器及び前記第２の原料容器の内部の圧力を調整可能な圧力調整手段と、
を有し、
前記制御部は、前記第１の原料容器から前記第２の原料容器へ前記固体原料を補充する際には、前記固体原料を前記気体原料へ変態させて補充するように前記加熱手段及び前記圧力調整手段を制御する基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記制御部は、
前記第１の原料容器の内部の圧力を減圧し、前記第１の原料容器の内部を前記第２の原料容器より高い所定の温度に加熱することで、前記固体原料を昇華させて気体原料へ変態させるように前記加熱手段及び前記圧力調整手段を制御し、
前記第１の配管を所定の温度に加熱し、前記第２の原料容器の内部の圧力を減圧することで前記気体原料を前記第２の原料容器に捕集するように前記加熱手段及び前記圧力調整手段を制御する基板処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の基板処理装置であって、前記第１の原料容器は、内部に原料を捕集する構造を形成する隔壁を有する基板処理装置。
【請求項４】
基板を収容可能な処理室と、
前記処理室に所望の気体原料を供給する原料供給システムと、
制御部と、
を有する基板処理装置であって、
前記原料供給システムは、
固体原料を保持する第１の原料容器と、
前記第１の原料容器と第１の配管を介して接続され、前記第１の原料容器から前記固体原料が補充される第２の原料容器と、
前記第２の原料容器と前記処理室を接続する第２の配管と、
少なくとも前記基板、前記第１の原料容器、前記第２の原料容器、前記第１の配管及び前記第２の配管を加熱可能な加熱手段と、
少なくとも前記処理室、前記第１の原料容器及び前記第２の原料容器の内部の圧力を調整可能な圧力調整手段と、
を有し、
前記制御部は、前記第２の原料容器を加熱することで前記第２の原料容器内の前記固体原料を昇華して生成した気体原料を前記処理室へ供給し、前記基板に所望の処理を行うように前記加熱手段及び前記圧力調整手段を制御し、
所定の基板処理バッチ数ごとに、前記第１の原料容器内の前記固体原料を前記気体原料へ変態させて前記第２の原料容器内へ補充するように前記加熱手段及び前記圧力調整手段を制御する基板処理装置。
【請求項５】
固体原料を保持する第１の原料容器と、
前記第１の原料容器と第１の配管を介して接続され、前記第１の原料容器から前記固体原料が補充される第２の原料容器と、
少なくとも前記基板、前記第１の原料容器、前記第２の原料容器及び前記第１の配管を加熱可能な加熱手段と、
少なくとも前記第１の原料容器及び前記第２の原料容器の内部の圧力を調整可能な圧力調整手段と、を有する原料供給システムにおける原料補充方法であって、
固体原料を保持する第１の原料容器の内部の圧力を減圧する第１の工程と、
第１の原料容器の内部を所定の温度に加熱して前記固体原料を昇華させて気体原料へ変態させる第２の工程と、
前記第２の原料容器の内部の圧力を減圧することで前記第１の原料容器から前記第１の配管を介して移動された前記気体原料を第２の原料容器に捕集する第３の工程と、
前記第１の原料容器の内部を所定の温度に降温する第４の工程と、
を有し、所定回数だけ第１の工程〜第４の工程を繰り返すことで前記第１の原料容器から前記第２の原料容器へ原料を補充する原料補充方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板を処理するための基板処理装置および基板処理装置の原料タンクに原料を補充する原料補充方法に関し、例えば半導体ウエハに対して絶縁膜の形成、ドーパントの拡散、アニールあるいはＣＶＶなどの熱処理を行う基板処理装置に利用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの表面に薄膜を形成する場合、内部にウエハ載置部を備えた反応炉を有する基板処理装置が使用される。反応炉には原料ガス等を導入するパイプが結合されており、原料を収納した原料供給用タンクからパイプを経由して原料ガスが反応炉内に導入される。
【０００３】
従来、基板処理装置による薄膜形成でＡｌＣｌ3のような常温において固体である物質を原料として使用し外部より反応炉内へ供給する場合、固体原料を収納したタンクを設け、該タンク内で原料を昇華させ、パイプを通して反応炉へ原料ガスとして供給するようにしており、原料が固体の場合には、原料供給用タンクへ原料を補充する手段がなかった。
【０００４】
そのため、原料供給用タンク内の固体原料がなくなると、空になった原料供給用タンクを装置から外して固体原料が充分に充填されている原料供給用タンクと交換することが行なわれている。なお、原料ガスを外部より反応炉内に供給してウエハ表面に成膜を行なうことが可能な基板処理装置に関する発明としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。
【特許文献１】特開２００７−４２７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来技術にあっては、原料供給用タンクの交換のために空になった原料供給用タンクを基板処理装置から外した際に、供給用パイプ内に大気（空気）が入り込んで原料ガスが汚染され、成膜再開直後のカセットのウエハが不良となるおそれがある。また、交換の際に供給用パイプ内に残留する原料ガスが大気中へ漏れ出すため、原料物質が生物にとって有害な物質である場合には環境汚染が発生するおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、固体原料を使用する基板処理装置において、原料供給用タンクを装置から外すことなく原料供給用タンクに原料を補充することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するため、基板を収容可能な処理室と、前記基板への処理に用いる気体原料を、固体原料を昇華させて生成し、前記処理室へ供給する原料供給システムと、制御部と、を有する基板処理装置であって、前記原料供給システムは、前記固体原料を保持する第１の原料容器と、前記第１の原料容器と第１の配管を介して接続され、前記第１の原料容器から前記固体原料が補充される第２の原料容器と、前記第２の原料容器と前記処理室を接続する第２の配管と、少なくとも前記第１の原料容器及び前記第１の配管を加熱可能な加熱手段と、少なくとも前記第１の原料容器及び前記第２の原料容器の内部の圧力を調整可能な圧力調整手段と、を有し、前記制御部は、前記第１の原料容器から前記第２の原料容器へ前記固体原料を補充する際には、前記固体原料を前記気体原料へ変態させて補充するように前記加熱手段及び前記圧力調整手段を制御するようにしたものである。
【０００８】
ここで、前記固体原料を前記気体原料へ変態させる際の前記第１の原料容器の加熱温度と前記第１の配管の加熱温度は同一であって、前記固体原料の昇華温度以上とするのが望ましい。また、前記第１の原料容器と前記第２の原料容器とは、前記第１の配管の他に第３の配管によっても接続されるように構成すると良い。これにより、第２の原料容器での未捕集の原料を第１の原料容器へ回収することが可能となる。なお、前記第１の配管は前記第１の原料容器と前記第２の原料容器の上面に接続され、前記第３の配管は前記第１の原料容器と前記第２の原料容器の下面に接続された構成とすることができる。
【０００９】
さらに、望ましくは、前記第１の原料容器は、内部に第１の原料容器から第１の配管を介して供給される気体原料を捕集するための構造を形成する隔壁を有するように構成する。そして、その最適な構造はラビリンス構造である。また、第２の原料容器には１バッチのウエハの処理に必要な量の固体原料が保持され、１バッチのウエハの処理が終了するごとに第１の原料容器から第２の原料容器へ固体原料を補充するようにするのが望ましい。その他の望ましい実施の形態は、以下の説明で明らかにされる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、固体原料を使用する基板処理装置において、原料供給用タンクを装置から外すことなく原料供給用タンクに原料を補充することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態において、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。尚、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処理などを行なう縦型の装置（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。図１には、本発明が適用された基板処理装置の一実施形態が斜透視図として示されている。
【００１３】
図１に示されている基板処理装置１００は、単結晶シリコン等からなる被処理基板としてのウエハ（基板）２００を収納するウエハキャリアとしてのカセット１１０および反応炉としての処理炉２０２を有する筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの下方にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口を開閉する正面メンテナンス扉が建て付けられている。メンテナンス扉には、カセット搬入搬出口が筐体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は開閉機構であるフロントシャッタ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に対応して筐体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。ウエハを収納したカセット１１０は、図示しない工程内搬送装置によってカセットステージ１１４上に搬入され、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。
【００１４】
また、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。さらに、カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体後方へ右回り縦方向に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に構成されている。
【００１５】
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。
【００１６】
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（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。
【００１７】
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（基板移載装置昇降機構）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（基板保持体）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）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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
図１に簡略化して示されているように、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前記筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。
【００２２】
また、図１に簡略化して示されているように、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ァ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。
【００２３】
次に、本実施形態の基板処理装置の動作について説明する。
【００２４】
図１に示されているように、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がフロントシャッタ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くように、筐体後方へ右回り縦方向に９０°回転させられる。
【００２５】
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。
【００２６】
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のツイーザによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、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は移載棚１２３上のカセット１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
【００２７】
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。
【００２８】
ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に成膜など所定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がカセット１１０に戻されてから筐体１１１の外部へ搬出される。
【００２９】
図２〜図４は、本実施形態の基板処理装置で用いられる縦型の処理炉２０２の概略構成図であり、図２は処理炉の縦断面図、図３は処理炉の横断面図、図４は処理炉のノズルを説明するための図で、（Ａ）は概略図、（Ｂ）は部分拡大図である。
【００３０】
この実施例の処理炉２０２は、加熱装置（加熱手段）としてのヒータ２０７の内側に、被処理基板であるウエハ２００を収納する反応容器としての反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端には、例えばステンレス等よりなるマニホールド２０９が係合されている。さらに、反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞され、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。
【００３１】
マニホールド２０９は、保持部材としてのヒータベース２２１に固定されている。反応管２０３の下端部およびマニホールド２０９の上部開口端部には、それぞれ環状のフランジが設けられ、これらのフランジ間には気密部材（以下Ｏリング）２２０が配置され、両者の間は気密にシールされている。
【００３２】
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としてのボート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はボート支持台２１８に支持された状態で保持処理室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。
【００３３】
処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給経路としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられている。ガス供給管２３２ａ、２３２ｂの端部は、マニホールド２０９の下部を貫通するように設けられており、ガス供給管２３２ｂは、処理室２０１内でガス供給管２３２ａと合流して、２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが一本の多孔ノズル２３３の下端部に連通されている。ノズル２３３は、処理室２０１内にほぼ垂直に設けられ、その上端部は、ガス供給管２３２ｂから供給される原料ガスの分解温度以上の領域に延在するように配置されている。
【００３４】
一方、ガス供給管２３２ｂが処理室２０１内でガス供給管２３２ａと合流する箇所は、原料ガスの分解温度未満の領域であり、ウエハ２００およびウエハ付近の温度よりも低い温度の領域である。ここでは、第１のガス供給管２３２ａからは、流量制御手段としての第１のマスフローコントローラ２４１及び開閉弁である第１のバルブ２５１を介し、更に後述する処理室２０１内に設置された多孔ノズル２３３を通して、処理室２０１に反応ガスとして例えばオゾン（Ｏ3）が供給される。オゾンガスを供給しているのは、ＡｌＯ膜を成膜する場合を想定しているためであり、オゾンガスの代わりに、Ｈ2ＯやＨ2＋ＣＯ2ガス等を供給しても良い。
【００３５】
また、第２のガス供給管２３２ｂの他端には、固体原料を収納した原料供給用タンク２６０が接続されており、この原料供給用タンク２６０で昇華された原料ガスとして例えばＡｌＣｌ3ガスが第２のバルブ２５２、及び、先に述べた多孔ノズル２３３を介して処理室２０１上部に供給される。原料供給用タンク２６０からマニホールド２０９までのガス供給管２３２ｂには、再固化による管内壁への原料の付着を防止するため、ヒータ２８１が巻回され、ガス供給管２３２ｂを加熱可能に構成されている。ガス供給管２３２ｂの途中には、不活性ガスのライン２３２ｃが開閉バルブ２５３を介して第２のバルブ２５２の下流側に接続され、ガス供給管２３２ａの途中には、不活性ガスのライン２３２ｄが開閉バルブ２５４を介して第１のバルブ２５１の下流側に接続されている。
【００３６】
さらに、原料供給用タンク２６０には、原料補充用配管２３０を介して原料補充用タンク２７０が接続され、原料補充用配管２３０の途中には開閉バルブ２５０が設けられているとともに、原料供給用タンク２６０および原料補充用タンク２７０には加熱用のヒータ２８２，２８３が設けられている。また、原料補充用タンク２７０には、途中に開閉バルブ２５７を有する排気管２３６が接続され排気管２３６の他端は真空ポンプ２４６に接続されており、真空ポンプ２４６によって原料補充用タンク２７０内を減圧することができるように構成されている。
【００３７】
なお、原料供給用タンク２６０にも、途中に開閉バルブを有し他端が真空ポンプ２４６が接続された排気管を接続するように構成しても良い。また、原料供給用タンク２６０と原料補充用タンク２７０との間には１本の配管２３０のみ設けるようにしても良いが、原料供給用タンク２６０内に残留した原料を原料補充用タンク２７０に回収するための回収用配管２３５とバルブ２５６を別途設けるように構成しても良い。その場合、配管２３０は原料供給用タンク２６０と原料補充用タンク２７０の上面に接続し、配管２３５は原料供給用タンク２６０と原料補充用タンク２７０の下面に接続するとよい。さらに、これらの配管２３０，２３５の周囲にもヒータを設けるのが望ましい。
【００３８】
処理室２０１は、ガスを排気するガス排気管２３１により開閉バルブ２５５を介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気可能に構成されている。尚、このバルブ２５５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る上、弁開度を調節して圧力を調整することが可能な開閉弁である。
【００３９】
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、このノズル２３３には、図４に示すように、ガスを放出する複数のガス供給孔２３８ｂが設けられている。
【００４０】
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はボートエレベータ機構１１５（図１参照）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２２７が設けてあり、このボート回転機構２２７によってボート支持台２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００４１】
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２４１、第１，第２のバルブ２５１、２５２、開閉バルブ２５０、２５３、２５４、２５５、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２２７、図示省略のボート昇降機構に接続されており、マスフローコントローラ２４１の流量調整、第１，第２のバルブ２５１、２５２、開閉バルブ２５０、２５３、２５４の開閉動作、開閉バルブ２５５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２２７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御等が行われる。
【００４２】
ここで、上記原料供給用タンク２６０の好適な構造および材質について説明する。図５および図６に、原料供給用タンク２６０の構造の一例が示されている。このうち、図５はタンクの内部構造の概念を示す正面断面図、図６は一部分解斜視図である。
【００４３】
図５に示すように、この実施例の原料供給用タンク２６０は、密閉容器２６１内に隔壁２６２ａ，２６２ｂ，２６２ｃを設けたラビリンス構造を有し、容器２６１の周囲には恒温槽２６３が設けられている。尚、ラビリンス構造とすることで、捕集しやすく（表面積を増加させるため）且つ放出しやすくなるという効果が得られる。図示しないが恒温槽２６３はヒータおよび冷却パイプを備えている。密閉容器２６１の上蓋２６１ａには配管２３０と２３２ｂの端部が貫通するように接続されており、配管２３０より導入されたガスは隔壁２６２ａ，２６２ｂ，２６２ｃによって形成される迷路を蛇行しながら移動する間に再固化して容器内に捕集されるようになっている。上蓋２６１ａと側壁との間はＯリング２６４によってシールされている。図５のような隔壁２６２ａ，２６２ｂ，２６２ｃを容器内に設ける代わりに、図６のように径の異なる円筒状の隔壁２６２で段差を有する渦巻状の流路を形成した構造としても良い。
【００４４】
原料供給用タンク２６０の材質は収納する原料や使用温度、耐久性等によって異なる。例えば、原料としてＡｌＣｌ3（塩化アルミニウム）を収納し最大温度１６０℃まで保証すれば良い場合には、タンクの側壁及び底壁をアルミ製とし、蓋をＳＵＳ（ステンレス）製、Ｏリング２６４として樹脂製のものを使用して構成することができる。
【００４５】
側壁及び底壁をアルミ製としているのは、配管２３０より導入されたＡｌＣｌ3ガスが分解してＣｌが壁面に付着して反応しても生成されるのはＡｌＣｌ3となるためである。ただし、容器全体がアルミ製であると強度が不足するため、蓋はステンレス製とするのが望ましい。許容最大温度が１６０℃であるのは、ＯリングにＨ2Ｏが付着していた場合、ＡｌＣｌ3が分解してＨＣｌが生成され、ＯリングがＨＣｌによって腐食されてガス漏れが生じるおそれがあるためである。
【００４６】
アルミ製の側壁や樹脂製のＯリングを使用する代わりに、容器全体及びＯリングとしてすべてＳＵＳ（ステンレス）製のものを使用してタンクを構成することも可能である。その場合、最大使用温度は２２０℃となる。
【００４７】
次に、上記原料供給用タンク２６０が空になった場合の固体原料の補充の手順を、図７を用いて説明する。
【００４８】
原料供給用タンク２６０へ原料を補充する場合、バルブ２５０を開いた状態で、まず原料供給用タンク２６０および原料補充用タンク２７０内を常温にて減圧する（ステップＳ１）。減圧時の温度範囲は２０〜４０℃であって、最適値は３０℃である。また、減圧後のタンク内圧力の範囲は共に４〜６ｔｏｒｒであって、最適値は５ｔｏｒｒである。
【００４９】
続いて、原料補充用タンク２７０および配管２３０を加熱してタンク内温度を上昇させる（ステップＳ２）。タンク２７０の目標温度は１９０〜２００℃であって、最適値は１９０℃である。一方、原料供給用タンク２６０は加熱せずに、減圧時と同じ温度範囲は２０〜４０℃を保持する。タンク２６０の温度の最適値は３０℃である。また、加熱中のタンク内圧力範囲は共に４〜６ｔｏｒｒであって、最適値は５ｔｏｒｒである。
【００５０】
次に、上記ステップＳ２で昇温した状態を保持して、原料補充用タンク２７０内の原料（ＡｌＣｌ3）を昇華させる（ステップＳ３）。すると、原料の昇華によってタンク２７０内の圧力が上昇する。昇華中のタンク２７０の温度範囲は１９０〜２００℃であって、最適値は１９０℃である。また、昇華中のタンク内圧力の範囲は９００〜１０５０ｔｏｒｒであって、最適値は９５０ｔｏｒｒである。一方、原料補充用タンク２７０の加熱中の原料供給用タンク２６０は同じ温度範囲２０〜４０℃を保持する。タンク２６０の温度の最適値は３０℃である。また、タンク２７０の加熱中のタンク２６０内は減圧状態４〜６ｔｏｒｒを保持する。タンク２６０内の圧力の最適値は５ｔｏｒｒである。
【００５１】
上記状態を保持すると、原料補充用タンク２７０内で昇華して発生した原料ガスが配管２３０を通って原料供給用タンク２６０へ移動し、低温の原料供給用タンク２６０内で再固化して捕集される（ステップＳ４）。この間、タンク２６０内の圧力は当初４〜６ｔｏｒｒ、最適値５ｔｏｒｒであり、その後ガスの導入と共に高くなる。その後、原料補充用タンク２７０内の圧力と原料供給用タンク２６０内の圧力とが平衡状態となって、原料供給用タンク２６０への原料の捕集が一旦完了する（ステップＳ５）。
【００５２】
次に、バルブ２５０を開いたまま原料補充用タンク２７０の温度を降下させる（ステップＳ６）。降温中のタンク２７０の目標温度範囲は２０〜４０℃であって、最適値は３０℃である。この間、タンク２７０と２６０内の圧力は同一のまま徐々に低下する。そして、原料補充用タンク２７０の温度が目標の温度範囲２０〜４０℃、最適値３０℃に下がった時点で配管２３０の途中のバルブ２５０を閉じ、代わって回収用配管２３５の途中のバルブ２５６を開いてタンク２６０内の未捕集の原料ガスを原料補充用タンク２７０に回収する（ステップＳ７）。その後、原料供給用タンク２６０内が所望の充填量に達するまで上記ステップＳ２〜Ｓ７を繰り返し実行して終了する。
【００５３】
なお、上記回収用配管２３５を設けない設備では、ステップＳ２〜Ｓ６を繰り返してタンク２６０への原料の補充を行なうようにしても良い。原料供給用タンク２６０への原料の１回の補充は、最低限、１バッチのウエハに所望の成膜を行なえるだけの量の原料を充填できるようにするのが望ましい。従って、ステップＳ１〜Ｓ７の１回の実行で所望量の原料の充填が可能な場合にはステップＳ２〜Ｓ７を繰り返さなくてもよい。
【００５４】
原料としてのＡｌＣｌ3は常温、大気圧では固体状態であり、その昇華曲線（温度−蒸気圧特性）は図８に示すようになる。上記ステップＳ２，Ｓ３における原料補充用タンク２７０の加熱、減圧は、内部のＡｌＣｌ3が図８に示す昇華曲線よりも下側の状態になるように行なわれる。一方、上記ステップＳ４，Ｓ５における原料供給用タンク２６０の温度と圧力の制御は、内部のＡｌＣｌ3が図８に示す昇華曲線よりも上側の状態になるように行なわれる。このような各タンクの温度と圧力の制御によって、タンク２７０内で昇華したＡｌＣｌ3が配管２３０を介してタンク２６０へ移動し、そこで再固化して捕集されることとなる。
【００５５】
なお、原料供給用タンク２６０内へのＡｌＣｌ3の補充が終了すると、タンク２７０との配管のバルブがすべて閉じられて、原料供給用タンク２６０がヒータ２８２によって加熱され、昇華したＡｌＣｌ3が反応炉２０２へ供給されてウエハへの成膜が行なわれる。成膜の際の制御は本発明と直接関係しないので、詳しい説明は省略する。
【００５６】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記実施形態では、原料供給用タンク２６０と原料補充用タンク２７０とを１：１の関係で設けたものを説明したが、本発明はそれに限定されず、図９のように、複数の原料供給用タンク２６０に対して１つの原料補充用タンク２７０を共通に設け、各原料供給用タンク２６０をそれぞれ別個の配管を介して共通の原料補充用タンク２７０に接続するように構成しても良い。
【００５７】
また、前記実施形態では、原料補充用タンク２７０内で固体原料を昇華して気体の状態で配管を介して原料供給用タンク２６０へ補充するようにしたものを説明したが、原料補充用タンク２７０内で固体原料を融解させて液体の状態で原料供給用タンク２６０へ補充するように構成することも可能である。実施形態で使用したＡｌＣｌ3も圧力が高ければ液化するので可能である。
【００５８】
ただし、液体状態のＡｌＣｌ3は固化し易く取り扱いが難しいので、ＡｌＣｌ3を原料として使用する場合には実施形態のように固体から昇華させて原料供給用タンク２６０へ補充するようにすることで取り扱いが容易となる。他の原料の場合には液化して補充できる場合がある。従って、本発明は、固体原料を使用する場合に広く利用することができる。
［付記］
本出願は、以下のような発明を含んでいる。
（１）基板を収容する処理室と、
前記基板への処理に用いる気体原料を固体原料を昇華させて生成し、前記処理室に供給する原料供給システムと、
制御部と、
を有する基板処理装置であって、
前記原料供給システムは、
前記固体原料を保持する第１の原料容器と、
前記第１の原料容器と第１の配管を介して接続され、前記第１の原料容器から前記固体原料を補充される第２の原料容器と、
前記第２の原料容器と前記処理室を接続する第２の配管と、
少なくとも前記第１の原料容器及び前記第１の配管を加熱する加熱ユニットと、
少なくとも前記第１の原料容器及び前記第２の原料容器の内部の圧力を調整する圧力調整ユニットと、
を有し、
前記制御部は、前記第１の原料容器から前記第２の原料容器に前記固体原料を補充する際には前記固体原料を前記気体原料へ変態させて補充するように前記加熱ユニット及び前記圧力調整ユニットを制御する基板処理装置。
（２）（１）であって、前記制御部は、
前記第１の原料容器の内部の圧力を減圧し、前記第１の原料容器の内部を前記第２の原料容器より高い所定の温度に加熱することで、前記固体原料を昇華させて気体原料へ変態させるように前記加熱ユニット及び前記圧力調整ユニットを制御し、
前記第１の配管を所定の温度に加熱し、前記第２の原料容器の内部の圧力を減圧することで前記気体原料を前記第２の原料容器に捕集するように前記加熱ユニット及び前記圧力調整ユニットを制御する基板処理装置。
（３）（１）であって、前記固体原料を昇華させて前記気体原料へ変態させる際の前記第１の原料容器の加熱温度と前記第１の配管の加熱温度は同じであって、固体原料の昇華温度以上である基板処理装置。
（４）（１）であって、前記第１の原料容器及び前記第２の原料容器は、前記第１の配管に加えて、第３の配管によっても接続される基板処理装置。
（５）（４）であって、前記制御部は、前記第２の原料容器内に捕集されなかった前記気体原料を前記第３の配管を通って前記第１の原料容器に回収するように前記加熱ユニットと前記圧力調整ユニットを制御する基板処理装置。
（６）（４）であって、前記第１の配管は前記第１の原料容器及び前記第２の原料容器の上面に接続され、前記第３の配管は前記第１の原料容器及び前記第２の原料容器の下面に接続される基板処理装置。
（７）（１）であって、前記第１の原料容器は内部に原料捕集構造を有する基板処理装置。
（８）（１）であって、前記原料捕集構造は、ラビリンス構造である基板処理装置。
（９）（１）であって、前記固体原料はＡｌＣｌ3である基板処理装置。
（１０）（１）であって、前記制御部は、前記固体原料を昇華させて前記気体原料へ変態させる際に、前記第１の原料容器の加熱温度と前記第１の配管を１９０〜２００℃に加熱するように前記加熱ユニットを制御する基板処理装置。
（１１）（１）であって、前記第２の原料容器には１バッチの処理に必要な量の固体原料が保持される基板処理装置。
（１２）（１）であって、前記制御部は、所定のバッチ数ごとに前記第１の原料容器から前記第２の原料容器へ前記固体原料を補充する基板処理装置。
（１３）基板を収容する処理室と、
前記処理室に所望の気体原料を供給する原料供給システムと、
制御部と、
を有する基板処理装置であって、
前記原料供給システムは、
固体原料を保持する第１の原料容器と、
前記第１の原料容器と第１の配管を介して接続され、前記第１の原料容器から前記固体原料を補充される第２の原料容器と、
前記第２の原料容器と前記処理室を接続する第２の配管と、
少なくとも前記基板、前記第１の原料容器、前記第２の原料容器、前記第１の配管及び前記第２の配管を加熱する加熱ユニットと、
少なくとも前記処理室、前記第１の原料容器及び前記第２の原料容器の内部の圧力を調整する圧力調整ユニットと、
を有し、
前記制御部は、前記第２の原料容器を加熱することで前記第２の原料容器内の前記固体原料を昇華して生成した気体原料を前記処理室へ供給し、前記基板に所望の処理を行うように前記加熱ユニット及び前記圧力調整ユニットを制御し、
所定の基板処理バッチ数ごとに、前記第１の原料容器内の前記固体原料を前記気体原料へ変態させて前記第２の原料容器内に補充するように前記加熱ユニット及び前記圧力調整ユニットを制御する基板処理装置。
（１４）（１）又は（１３）に記載の基板処理装置を複数備える基板処理システムであって、
全ての基板処理装置は同じ１つの第１の原料容器に接続される基板処理システム。
（１５）固体原料を保持する第１の原料容器の内部の圧力を減圧する第１の工程と、
第１の原料容器の内部を所定の温度に加熱して前記固体原料を昇華させて気体原料へ変態させる第２の工程と、
前記第１の原料容器と配管を介して接続される第２の原料容器の内部の圧力をすることで前記気体原料を第２の原料容器に捕集する第３の工程と、
前記第１の原料容器の内部を所定の温度に降温する第４の工程と、
を有し、所定回数だけ第１の工程〜第４の工程を繰り返すことで第１の原料容器から第２の原料容器に原料を補充する原料補充方法。
（１６）（１５）であって、前記第２の工程〜前記第４の工程において、前記配管を前記第２の工程における前記第１の原料容器の内部の温度と同じ温度に加熱する原料補充方法。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に適用される基板処理装置の一実施形態を示す斜透視図である。
【図２】実施形態の基板処理装置で用いられる縦型の処理炉の一例の概略構成を示す縦断面図である。
【図３】図２の処理炉の内部構造を示す横断面図である。
【図４】図２の処理炉のノズルを説明するための図であり、（Ａ）は概略図、（Ｂ）は部分拡大図である。
【図５】原料供給用タンクの内部構造の概略を示す正面断面図である。
【図６】原料供給用タンク２６０の構造を示す一部分解斜視図である。
【図７】原料供給用タンクへの固体原料の補充の手順を示すフローチャートである。
【図８】ＡｌＣｌ3の昇華曲線を示す温度−蒸気圧特性図である。
【図９】本発明に適用される基板処理装置の一実施形態を示す斜透視図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００…基板処理装置
１１０…カセット
１１１…筐体
１１５…ボートエレベータ
１１８…カセット搬送装置
１１８ａ…カセットエレベータ
１２５…ウエハ移載機構
２００…ウエハ
２０１…処理室
２０２…処理炉
２０３…反応管
２０７…ヒータ
２０９…マニホールド
２１７…ボート
２１８…ボート支持台
２１９…シールキャップ
２２０…Ｏリング
２３０…原料補充用配管
２３１…ガス排気管
２３２ａ…第１のガス供給管
２３２ｂ…第２のガス供給管
２３２ｃ，２３２ｄ…不活性ガスライン
２３３…ノズル
２４１…マスフローコントローラ
２４６…真空ポンプ
２５０〜２５７…バルブ
２６０…原料供給用タンク
２６１…密閉容器
２６２…隔壁
２６３…恒温槽
２２７…ボート回転機構
２７０…原料補充用タンク
２８０…コントローラ（制御部）
２８１〜２８３…ヒータ
【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】
2010040695.tif 000009
【図８】
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【図９】
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