(57)【要約】      （修正有）【課題】液体原料の種類・蒸気圧に応じて基板処理装置への原料ガス供給方式を選択可能なバブラを提供する。【解決手段】基板処理装置１０は、液体原料をバブリングするためのキャリアガスを供給するキャリアガス供給ライン１０３に設けられたキャリアガス用ＭＦＣ１０６、第１バルブ１０７及び第２バルブ１０８と、液体原料を気化して得た原料ガスを処理容器２００内に供給する原料ガス供給ライン１０９に設けられた低差圧ＭＦＣ１１２、第４バルブ１１１及び第５バルブ１１３と、原料ガス供給ライン１０９から分岐して前記低差圧ＭＦＣ１１２、前記第４バルブ１１１及び前記第５バルブ１１３をバイパスするように設けられたバイパスライン１１５及び第６バルブ１１６と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容して処理する処理室と、
常温常圧の条件下で液体状態である液体原料を収容する液体原料収容部と、
前記液体原料収容部内に収容された液体原料を加熱するヒータと、
前記液体原料収容部内に収容された液体原料をバブリングするためのキャリアガスを供給するキャリアガス供給ラインと、
前記キャリアガス供給ラインに設けられた第１のバルブと、
前記キャリアガス供給ラインに設けられた第１の流量制御器と、
前記液体原料収容部内に収容された液体原料を気化して得た原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給ラインと、
前記原料ガス供給ラインに設けられた第２のバルブと、
前記原料ガス供給ラインに設けられた第２の流量制御器と、
前記原料ガス供給ラインから分岐して、前記第２のバルブと前記第２の流量制御器とをバイパスするように設けられたバイパスラインと、
前記バイパスラインに設けられた第３のバルブと
を有することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体原料を使用する基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体原料を気化した状態で反応容器内に流して、ウェハを加熱して成膜する基板処理装置が知られている。この種の基板処理装置において、例えば蒸気圧の低い液体原料に対してバブリング方式の原料供給装置を採用している装置がある。また、例えば蒸気圧の高い液体原料に対して低差圧ＭＦＣ（Mass Flow Controller：ガス流量制御器）方式の原料供給装置を採用している装置がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、本願発明者の知るところによれば、バブリング方式の原料供給装置を採用していた場合、原料供給装置を低差圧ＭＦＣ方式に容易に変更することができない。逆に、低差圧ＭＦＣ方式の原料供給装置を採用していた場合、原料供給装置をバブリング方式に容易に変更することができない。即ち、従来の基板処理装置の原料供給装置では、いずれか一方の原料供給方式が採用されているため、液体原料の種類に応じて原料供給方式を容易に変更できない技術的な問題点がある。
【０００４】
本発明の目的は、液体原料の種類に応じて原料供給方式を選択できる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る基板処理装置は、基板を収容して処理する処理室と、常温常圧の条件下で液体状態である液体原料を収容する液体原料収容部と、前記液体原料収容部内に収容された液体原料を加熱するヒータと、前記液体原料収容部内に収容された液体原料をバブリングするためのキャリアガスを供給するキャリアガス供給ラインと、前記キャリアガス供給ラインに設けられた第１のバルブと、前記キャリアガス供給ラインに設けられた第１の流量制御器と、前記液体原料収容部内に収容された液体原料を気化して得た原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給ラインと、前記原料ガス供給ラインに設けられた第２のバルブと、前記原料ガス供給ラインに設けられた第２の流量制御器と、前記原料ガス供給ラインから分岐して、前記第２のバルブと前記第２の流量制御器とをバイパスするように設けられたバイパスラインと、前記バイパスラインに設けられた第３のバルブとを有する。従って、液体原料の種類に応じて、第１、第２及び第３のバルブの開閉を制御することにより、基板処理装置の原料供給方式を容易に選択することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、液体原料の種類に応じて基板処理装置の原料供給方式を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る低差圧ＭＦＣ方式を選択する時における原料供給装置の拡大詳細図である。
【図３】本発明の実施形態に係るバブリング方式を選択する時における原料供給装置の拡大詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
始めに、図１を参照して、本発明の実施形態に係る基板処理装置１０の構成を説明する。ここに、図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置１０の構成図である。
【００１０】
図１において、基板処理装置１０は、半導体基板やガラス基板等を処理する基板処理装置であり、原料供給装置１００、処理容器２００、排気管３０１、ＡＰＣバルブ３０２、ポンプ３０３、ベントライン３０４及びベントラインバルブ３０５を備えている。
【００１１】
処理容器２００は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２００は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料により構成されている。処理容器２００内には、基板としてのシリコンウェハ等のウェハ２０２を収容して処理する処理室２０１が形成されている。
【００１２】
処理室２０１内には、ウェハ２０２を支持する支持台２０３が設けられている。ウェハ２０２が直接触れる支持台２０３の上面には、例えば、石英（ＳｉＯ2）、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等から構成された支持板としてのサセプタ（図示省略）が設けられている。また、支持台２０３には、ウェハ２０２を加熱する加熱手段としての基板加熱部２０４が内蔵されている。なお、支持台２０３の下端部は、処理容器２００の底部を貫通している。
【００１３】
処理室２０１の外部には、支持台２０３を昇降させる昇降機構（図示省略）が設けられている。この昇降機構を作動させて支持台２０３を昇降させることにより、サセプタ上に支持されるウェハ２０２を昇降させることが可能となっている。なお、支持台２０３下端部の周囲は、ベローズ（図示省略）により覆われており、処理室２０１内は気密に保持されている。
【００１４】
処理室２０１の内壁側面には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口２０５ａが設けられている。排気口２０５ａには排気室２０５を介して排気管３０１が接続されており、排気管３０１には、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ３０２等の圧力調整器、原料回収トラップ（図示省略）及びポンプ３０３が順に直列に接続されている。排気口２０５ａ、排気室２０５、排気管３０１、ＡＰＣバルブ３０２、原料回収トラップ、ポンプ３０３により排気系が構成されている。
【００１５】
処理室２０１の上部に設けられるシャワーヘッド２０６の上面（天井壁）には、処理室２０１内に各種ガスを供給するためのガス導入口２０７が設けられている。なお、ガス導入口２０７には、原料供給装置１００が接続されている。
【００１６】
本発明の実施形態に係る原料供給装置１００は、液体原料タンク１０１、ヒータ１０２、キャリアガスライン１０３、キャリアガス供給源１０４、キャリアガス制御弁１０５、キャリアガス用ＭＦＣ１０６、第１バルブ１０７、第２バルブ１０８、原料ガス供給ライン１０９、第３バルブ１１０、第４バルブ１１１、低差圧ＭＦＣ１１２、第５バルブ１１３、原料ガス制御弁１１４、バイパスライン１１５及び第６バルブ１１６を備え、液体原料タンク１０１にて液体原料を気化させて得た原料ガスを処理室２０１内に供給することが可能に構成されている。
【００１７】
処理室２０１の外部には、液体原料を収容する液体原料収容部としての液体原料タンク１０１が設けられている。液体原料タンク１０１は、内部に液体原料を収容（充填）可能な密閉容器として構成されており、また、液体原料を加熱やバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる気化部としても構成されている。
【００１８】
液体原料タンク１０１の周りには、液体原料タンク１０１および内部の液体原料を加熱するヒータ１０２が設けられている。ヒータ１０２は、原料供給方式として、後述する低差圧ＭＦＣ方式を選択する場合に、加熱により液体原料タンク１０１内部に収容された液体原料の蒸気圧を制御することで、液体原料を気化させて原料ガスを生成させることが可能となるように構成されている。なお、本発明の実施形態では、液体原料タンク１０１の周りのみにヒータ１０２が設けられているが、原料ガスの再液化を防止することが可能である限りにおいて、各種の態様を有してよい。例えば、処理容器２００、シャワーヘッド２０６、後述するキャリアガスライン１０３、原料ガス供給ライン１０９、バイパスライン１１５、排気管３０１及びベントライン３０４等の周囲にもヒータ１０２が設けられてもよい。ヒータ１０２はこれらの部材を、所定の温度に加熱することで、これらの部材内部での原料ガスの再液化を防止するように構成されている。
【００１９】
液体原料タンク１０１には、キャリアガスライン１０３が接続されている。キャリアガスライン１０３の上流側端部には、キャリアガス供給源１０４が接続されている。また、キャリアガスライン１０３の下流側端部は液体原料タンク１０１内に収容した液体原料内に浸されている。キャリアガスライン１０３には、キャリアガスの供給を制御するキャリアガス制御弁１０５、キャリアガスの供給流量を制御する流量制御器としてのキャリアガス用ＭＦＣ１０６、第１バルブ１０７及び第２バルブ１０８が順に直列に設けられている。なお、キャリアガスとしては、液体原料とは反応しないガスを用いることが好ましく、例えばＮ2ガスやＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスが好適に用いられる。キャリアガスライン１０３、キャリアガス制御弁１０５、キャリアガス用ＭＦＣ１０６、第１バルブ１０７及び第２バルブ１０８により、キャリアガス供給系が構成されている。
【００２０】
上述したキャリアガス供給系の構成により、原料供給方式として後述するバブリング方式を選択する場合に、キャリアガス制御弁１０５、第１バルブ１０７及び第２バルブ１０８を開き、キャリアガスライン１０３からキャリアガス用ＭＦＣ１０６で流量制御されたキャリアガスを液体原料タンク１０１内に供給することにより、液体原料タンク１０１内部に収容された液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させることが可能となる。
【００２１】
液体原料タンク１０１には、液体原料タンク１０１内で生成された原料ガスを処理室２０１内に供給する原料ガス供給ライン１０９が接続されている。原料ガス供給ライン１０９の上流側端部は、液体原料タンク１０１の上部に存在する空間に連通している。原料ガス供給ライン１０９の下流側端部は、処理室２０１のガス導入口２０７に接続されている。原料ガス供給ライン１０９には上流側から順に第３バルブ１１０、第４バルブ１１１、低差圧ＭＦＣ１１２、第５バルブ１１３及び原料ガス制御弁１１４が設けられている。
【００２２】
第３バルブ１１０は液体原料タンク１０１から原料ガス供給ライン１０９内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、液体原料タンク１０１の近傍に設けられている。原料ガス制御弁１１４は、原料ガス供給ライン１０９から処理室２０１内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、ガス導入口２０７の近傍に設けられている。原料ガス制御弁１１４は高耐久高速ガスバルブとして構成されている。高耐久高速ガスバルブは、短時間で素早くガス供給の切り替えおよびガス排気ができるように構成された集積バルブである。
【００２３】
原料ガス供給ライン１０９には、第４バルブ１１１の上流側及び第５バルブ１１３の下流側を連通させるバイパスライン１１５が形成されている。バイパスライン１１５は、第４バルブ１１１、低差圧ＭＦＣ１１２及び第５バルブ１１３をバイパスするように設けられている。バイパスライン１１５には、第６バルブ１１６が設けられている。
【００２４】
原料ガス供給ライン１０９、第３バルブ１１０、第４バルブ１１１、低差圧ＭＦＣ１１２、第５バルブ１１３、原料ガス制御弁１１４、バイパスライン１１５及び第６バルブ１１６により原料ガス供給系が構成される。また、キャリアガス供給系、液体原料タンク１０１及び原料ガス供給系により、原料供給系が構成されている。
【００２５】
上述した原料供給系の構成により、液体原料タンク１０１にて液体原料を気化させて原料ガスを発生させるとともに、原料ガス供給ライン１０９から処理室２０１内へ原料ガスを供給することが可能となる。
【００２６】
上述した第１バルブ１０７、第２バルブ１０８、第３バルブ１１０、第４バルブ１１１、第５バルブ１１３、第６バルブ１１６、キャリアガス制御弁１０５、原料ガス制御弁１１４及びベントラインバルブ３０５は電磁開閉弁であり、後述するコントローラ２１０と電気的に接続されており、その開閉動作は、然るべき駆動系を介してコントローラ２１０により上位に制御されるように構成されている。
【００２７】
本発明の実施形態に係る原料供給装置１００は、第１バルブ１０７、第２バルブ１０８、第３バルブ１１０、第４バルブ１１１、第５バルブ１１３及び第６バルブ１１６の開閉動作を制御することによって、液体原料の種類に応じて原料供給装置１００の原料供給方式を選択することが可能となる。
【００２８】
また、本発明の実施形態に係る原料供給装置１００は、液体原料タンク１０１からの原料ガスを処理室２０１内に供給することなく処理容器２００をバイパスするよう排気するベント系を有している。原料ガス供給ライン１０９の原料ガス制御弁１１４よりも上流側には、ベントライン３０４の上流側端部が接続されている。ベントライン３０４の下流側端部は排気管３０１のＡＰＣバルブ３０２よりも下流側に接続されている。ベントライン３０４には、ガスの流通を制御するためのベントラインバルブ３０５が設けられている。ベントライン３０４及びベントラインバルブ３０５によりベント系が構成されている。
【００２９】
上述したベント系の構成により、原料ガス制御弁１１４を閉じ、ベントラインバルブ３０５を開くことで、原料ガス供給ライン１０９内を流れるガスを、処理室２０１内に供給することなく、ベントライン３０４を介して処理容器２００をバイパスさせ、排気管３０１より排気することが可能となる。
【００３０】
本発明の実施形態に係る基板処理装置１０は、基板処理装置の各部の動作を制御する制御部としてのコントローラ２１０を有している。コントローラ２１０は、基板加熱部２０４、ヒータ１０２、キャリアガス制御弁１０５、キャリアガス用ＭＦＣ１０６、第１バルブ１０７、第２バルブ１０８、第３バルブ１１０、第４バルブ１１１、低差圧ＭＦＣ１１２、第５バルブ１１３、原料ガス制御弁１１４、第６バルブ１１６、ＡＰＣバルブ３０２、ポンプ３０３、ベントラインバルブ３０５等の動作を制御する。
【００３１】
次に、図２及び図３を参照しながら、液体原料の種類に応じて基板処理装置１０の原料供給方式を選択する制御の詳細について説明する。ここに、図２は、本発明の実施形態に係る低差圧ＭＦＣ方式を選択する時における原料供給装置１００の拡大詳細図であり、図３は、本発明の実施形態に係るバブリング方式を選択する時における原料供給装置１００の拡大詳細図である。なお、図２及び図３において、図１と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００３２】
本発明の実施形態に係る基板処理装置１０は、処理室２０１内に蒸気圧の高い液体原料が供給される場合に、原料供給方式として低差圧ＭＦＣ方式を選択するように構成されている。即ち、図２に示されるように、キャリアガス制御弁１０５、第１バルブ１０７、第２バルブ１０８、第６バルブ１１６を閉じ、第３バルブ１１０、第４バルブ１１１、第５バルブ１１３を開いて、ヒータ１０２により液体原料の蒸気圧を制御することで、液体原料を気化させて得た原料ガスの流量を低差圧ＭＦＣ１１２にて流量制御してウェハ２０２を収容した処理室２０１内に供給する。この時、ウェハ２０２の温度や処理室２０１内の圧力や原料ガスの流量等の処理条件を所定の処理条件とすることで、ウェハ２０２上に所定の薄膜を成膜する処理が行われる。
【００３３】
また、本発明の実施形態に係る基板処理装置１０は、処理室２０１内に蒸気圧の低い液体原料が供給される場合に、原料供給方式としてバブリング方式を選択するように構成されている。即ち、図３に示されるように、第４バルブ１１１、第５バルブ１１３を閉じ、キャリアガス制御弁１０５、第１バルブ１０７、第２バルブ１０８、第３バルブ１１０、第６バルブ１１６を開いて、Ｎ2等のバブリング用ガスをキャリアガス用ＭＦＣ１０６で流量制御して液体原料に対して供給しバブリングさせ、バブリングにより気化して得た原料ガスをウェハ２０２を収容した処理室２０１内に供給する。この時、ウェハ２０２の温度や処理室２０１内の圧力やキャリアガスの流量等の処理条件を所定の処理条件とすることで、ウェハ２０２上に所定の薄膜を成膜する処理が行われる。
【００３４】
以上のように、本発明の実施形態に係る基板処理装置１０において、物性の異なる液体原料の評価、実験又は物性の異なる液体原料を用いた生産を行う場合には、一つのハード構成でバブリング方式と低差圧ＭＦＣ方式との両方式をバルブの開閉制御だけで実現可能となる。よって、設備コストを大幅に抑えることが可能となる。
【００３５】
なお、バブリング方式に適した蒸気圧の低い液体原料としては、例えばＨｆ（ＭＭＰ）4、Ｚｒ（ＭＭＰ）4、Ａｌ（ＭＭＰ）3等が挙げられる。また、低差圧ＭＦＣ方式に適した蒸気圧の高い液体原料としては、例えばＴｉＣｌ4、Ｎｉ（ＰＦ3）4、ＴＭＡ等が挙げられる。なお、Ｈｆ（ＭＭＰ）4は、ＨｆＯ2等のＨｆを含む膜を形成する場合に用いる原料であり、Ｚｒ（ＭＭＰ）4は、Ｚｒ０2等のＺｒを含む膜を形成する場合に用いる原料であり、Ａｌ（ＭＭＰ）3やＴＭＡは、ＡｌやＡｌ2Ｏ3等のＡｌを含む膜を形成する場合に用いる原料である。また、ＴｉＣｌ4は、ＴｉＮやＴｉＯ2等のＴｉを含む膜を形成する場合に用いる原料であり、Ｎｉ（ＰＦ3）4は、ＮｉやＮｉＳｉ等のＮｉを含む膜を形成する場合に用いる原料である。
【００３６】
＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【００３７】
本発明の一態様によれば、
基板を収容して処理する処理室と、
常温常圧の条件下で液体状態である液体原料を収容する液体原料収容部と、
前記液体原料収容部内に収容された液体原料を加熱するヒータと、
前記液体原料収容部内に収容された液体原料をバブリングするためのキャリアガスを供給するキャリアガス供給ラインと、
前記キャリアガス供給ラインに設けられた第１のバルブと、
前記キャリアガス供給ラインに設けられた第１の流量制御器と、
前記液体原料収容部内に収容された液体原料を気化して得た原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給ラインと、
前記原料ガス供給ラインに設けられた第２のバルブと、
前記原料ガス供給ラインに設けられた第２の流量制御器と、
前記原料ガス供給ラインから分岐して、前記第２のバルブと前記第２の流量制御器とをバイパスするように設けられたバイパスラインと、
前記バイパスラインに設けられた第３のバルブと
を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。
【００３８】
好ましくは、前記各バルブは、バブリングにより液体原料を気化する際は、前記第２のバルブが閉じて、前記第１のバルブと前記第３のバルブが開き、前記ヒータにより液体原料を加熱してその蒸気圧を制御することにより液体原料を気化する際は、前記第１のバルブと前記第３のバルブが閉じて、前記第２のバルブが開くように構成されている。
【００３９】
また好ましくは、バブリングにより液体原料を気化する際は、前記第２のバルブを閉じて、前記第１のバルブと前記第３のバルブを開き、前記ヒータにより液体原料を加熱してその蒸気圧を制御することにより液体原料を気化する際は、前記第１のバルブと前記第３のバルブを閉じて、前記第２のバルブを開くように制御する制御部を更に有する。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る基板処理装置は、液体原料を使用する基板処理装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０    基板処理装置
１００  原料供給装置
１０１  液体原料タンク
１０２  ヒータ
１０３  キャリアガスライン
１０４  キャリアガス供給源
１０５  キャリアガス制御弁
１０６  キャリアガス用ＭＦＣ
１０７  第１バルブ
１０８  第２バルブ
１０９  原料ガス供給ライン
１１０  第３バルブ
１１１  第４バルブ
１１２  低差圧ＭＦＣ
１１３  第５バルブ
１１４  原料ガス制御弁
１１５  バイパスライン
１１６  第６バルブ
２００  チャンバ
２０１  処理室
２０２  ウェハ
２０３  支持台
２０４  基板加熱部
２０５  排気室
２０５ａ  排気口
２０６  シャワーヘッド
２０７  ガス導入口
２１０  コントローラ
３０１  排気管
３０２  ＡＰＣバルブ
３０３  ポンプ
３０４  ベントライン
３０５  ベントラインバルブ
【図１】
2011199005.tif 000003
【図２】
2011199005.tif 000004
【図３】
2011199005.tif 000005