(57)【要約】  基板の表面を処理するために必要な反応性物質やキャリアガスなどを効率的に利用するとともに、ガスの移送のための設備を簡略化し、省エネルギー化を図ることができる基板処理装置を提供する。反応性物質を含むプロセスガスを供給するガス供給源１２と、ガス供給源１２に接続されプロセスガスを貯留するリザーバタンク１４と、内部に配置された基板をプロセスガスに曝露する反応器１０と、反応器１０の内部のプロセスガスをリザーバタンク１４に導入する第１の循環配管３８と、リザーバタンク１４内のプロセスガスの少なくとも一部を反応器１０に導入する第２の循環配管４２と、第２の循環配管４２に設置され反応器１０に導入されるプロセスガスの量を調整する流量調整バルブ４４とを備えた。
2007519216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性物質を含むプロセスガスを供給するガス供給源と；
前記ガス供給源に接続され前記プロセスガスを貯留するリザーバタンクと；
内部に配置された基板を前記プロセスガスに曝露する反応器と；
前記反応器の内部のプロセスガスを前記リザーバタンクに導入する第１の循環配管と；
前記リザーバタンク内のプロセスガスの少なくとも一部を前記反応器に導入する第２の循環配管と；
前記第２の循環配管に設置され前記反応器に導入されるプロセスガスの量を調整する流量調整バルブとを備えた；
基板処理装置。
【請求項２】
前記反応器から前記プロセスガスを吸引し、該プロセスガスを前記第１の循環配管を介して前記リザーバタンクに導入するポンプを更に備えた；
請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記反応器に前記第１のプロセスガスとは別の反応物質を含む第２のプロセスガスを、前記リザーバを迂回して供給する第２のガス供給源を備えた；
請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に係り、特に基板の表面を反応性物質に曝露して基板の表面の処理を行う基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などのガスを用いた基板の表面処理方法においては、反応性物質を含むプロセスガスに基板の表面を比較的長時間曝露し、ドープなどの表面処理を行っている。
反応後もプロセスガスが変質しない場合や、変質の有無にかかわらずプロセスガスが再利用可能である場合には、プロセスガスを再利用する試みがなされている。このようなプロセスガスの再利用は、基板そのものや人体、環境への有害性を低減する上でも、コストを低減する上でも好ましいものである。
【０００３】
また、排出ガスを真空ポンプの軸シールのためのシールガスとして再利用する技術も知られている（例えば、特許文献１参照）が、この技術は、ガスに含まれる反応性物質の有効利用という点では十分なものではない。更に、真空チャンバから排気されたガスを真空チャンバに再循環させる半導体製造装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。この装置によれば、一定量のガスを流し続けるプロセスには対応できるが、断続的にガスを流す場合には対応できないという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−９０３７号公報
【特許文献２】特開平９−２５１９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、基板の表面を処理するために必要な反応性物質やキャリアガスなどを効率的に利用するとともに、ガスの移送のための設備を簡略化し、省エネルギー化を図ることができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の第１の態様は、反応性物質を含むプロセスガスを供給するガス供給源と、上記ガス供給源に接続され上記プロセスガスを貯留するリザーバタンクと、内部に配置された基板を上記プロセスガスに曝露する反応器と、上記反応器の内部のプロセスガスを上記リザーバタンクに導入する第１の循環配管と、上記リザーバタンク内のプロセスガスの少なくとも一部を上記反応器に導入する第２の循環配管と、上記第２の循環配管に設置され上記反応器に導入されるプロセスガスの量を調整する流量調整バルブとを備えたことを特徴とする基板処理装置である。ここで、「反応性」とは、化学的な反応だけでなく、物質の付着などにより基板の表面が元の状態と異なる状態になることも含んでいる。
【０００７】
このような構成により、基板の表面を処理するために必要な反応性物質を含むプロセスガスを循環させることができるので、プロセスガスを再利用して効率的に利用することができる。また、ガスの移送のための設備を簡略化し、省エネルギー化を図ることができる。更に、排気されたガスをリザーバタンクに一旦溜めておき、必要な量のガスを必要なときに再利用できるので、本発明に係る基板処理装置は断続的にガスを流す場合にも対応することができる。
【０００８】
本発明の好ましい一態様は、上記反応器から上記プロセスガスを吸引し、該プロセスガスを上記第１の循環配管を介して上記リザーバタンクに導入するポンプを更に備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上述したように、本発明によれば、基板の表面を処理するために必要な反応性物質を含むプロセスガスを循環させることができるので、プロセスガスを再利用して効率的に利用することができる。また、ガスの移送のための設備を簡略化し、省エネルギー化を図ることができる。
この出願は、日本国で２００３年７月４日に出願された特願２００３−１９１７５６号に基づいており、その内容は本出願の内容として、その一部を形成する。
また、本発明は以下の詳細な説明によりさらに完全に理解できるであろう。本発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明により明らかとなろう。しかしながら、詳細な説明及び特定の実例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、本発明の精神と範囲内で、当業者にとって明らかであるからである。
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る基板処理装置の実施形態について図１を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態における基板処理装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態における基板処理装置は、処理する基板を内部に配置する反応器１０と、反応性物質を含む第１のプロセスガスを反応器１０に供給する第１のガス供給源１２と、第１のガス供給源１２に接続されたリザーバタンク１４と、第２のプロセスガスを反応器１０に供給する第２のガス供給源１６と、バルブ１８を介して反応器１０に接続されたターボ分子ポンプ２０と、ターボ分子ポンプ２０の下流側に配置されたドライポンプ２２とを備えている。
【００１１】
リザーバタンク１４には、配管２４を介してドライポンプ２６が接続されており、このドライポンプ２６によってリザーバタンク１４の内部が減圧されるようになっている。リザーバタンク１４とドライポンプ２６とを接続する配管２４にはバルブ２８が配置されている。また、リザーバタンク１４と第１のガス供給源１２とを接続する配管３０にはバルブ３２が配置されている。
【００１２】
また、反応器１０には、バルブ３４を介して加圧ポンプ３６が接続されている。この加圧ポンプ３６は、（第１の）循環配管３８を介してリザーバタンク１４に接続されており、この循環配管３８にはバルブ４０が配置されている。また、リザーバタンク１４は、（第２の）循環配管４２を介して反応器１０に接続されており、この循環配管４２には、反応器１０に導入される第１のプロセスガスの量を調節する流量調整バルブ４４が配置されている。循環配管３８により反応器１０の内部のプロセスガスがリザーバタンク１４に導入され、循環配管４２によりリザーバタンク１４内のプロセスガスの少なくとも一部が反応器１０に導入されるようになっている。また、第２のガス供給源１６は、配管４６を介して反応器１０に接続されており、この配管４６には、反応器１０に導入される第２のプロセスガスの量を調節する流量調整バルブ４８が配置されている。
【００１３】
次に、上述の構成の基板処理装置を用いて基板を処理する工程について説明する。まず、第１のガス供給源１２とリザーバタンク１４との間のバルブ３２及びドライポンプ２６とリザーバタンク１４との間のバルブ２８を開き、リザーバタンク１４と反応器１０との間の流量調整バルブ４４及び加圧ポンプ３６とリザーバタンク１４との間のバルブ４０を閉じる。この状態で、ドライポンプ２６を駆動してリザーバタンク１４の内部を所定の圧力Ｐｒまで減圧し、第１のガス供給源１２から第１のプロセスガスをリザーバタンク１４内に導入し貯留する。
【００１４】
本実施形態では、リザーバタンク１４の内部を減圧するためにドライポンプ２６を用いているが、ドライポンプ２６を用いずに、バルブ１８及び流量調整バルブ４４、あるいはバルブ１８，３４，４０を開いた状態で、ターボ分子ポンプ２０及びドライポンプ２２を駆動してリザーバタンク１４の内部を減圧してもよい。また、第１のガス供給源（ボンベ）１２の内部が十分高圧であれば、ドライポンプ２２，２６やターボ分子ポンプ２０を用いなくても、リザーバタンク１４の内部に第１のプロセスガスを導入することができる。また、本実施形態では、第１のガス供給源１２から反応性物質を含むプロセスガスを供給しているが、第１のガス供給源１２からキャリアガスを供給し、このキャリアガスと反応性物質とを第１のガス供給源１２の下流側で混合して第１のプロセスガスとしてもよい。
【００１５】
その後、ターボ分子ポンプ２０の上流側のバルブ１８を開き、ターボ分子ポンプ２０及びドライポンプ２２を駆動して、反応器１０の内部をリザーバタンク１４の内部圧力Ｐｒ以下に減圧する。そして、バルブ１８を閉じることにより反応器１０の内部に密閉空間を形成する。
【００１６】
この状態で、加圧ポンプ３６の上流側のバルブ３４、加圧ポンプ３６とリザーバタンク１４との間のバルブ４０、及びリザーバタンク１４と反応器１０との間の流量調整バルブ４４を開き、その他のバルブを閉じることで、高圧側のリザーバタンク１４内の第１のプロセスガスが低圧側の反応器１０に流れ込み、反応器１０内に第１のプロセスガスが導入される。このとき、流量調整バルブ４４の開度を制御することにより、反応器１０内に導入されるプロセスガスの量を調整する。
【００１７】
反応器１０の内部に配置された基板は、反応器１０の内部に導入された第１のプロセスガスに曝露され、基板の表面には、第１のプロセスガスに含まれる反応性物質が付着する（付着工程）。ここで、反応器１０、加圧ポンプ３６、循環配管３８、リザーバタンク１４、循環配管４２によって第１のプロセスガスの循環系が形成されており、加圧ポンプ３６を駆動して反応器１０とリザーバタンク１４との間に圧力差を生じさせることにより、第１のプロセスガスを連続的に循環させることができる。このとき、バルブ４０の開閉を行うことで、第１のプロセスガスを断続的に循環させてもよい。
【００１８】
本実施形態では、加圧ポンプ３６を用いて第１のプロセスガスを循環させているが、ポンプ以外の循環機構を用いて第１のプロセスガスを循環させてもよい。また、プロセスガス中の好ましくない物質（凝集物など）を除去する除去装置（例えばフィルターなど）を循環配管３８又は４２に設けてもよい。
【００１９】
このように、本実施形態では、第１のガス供給源１２からの第１のプロセスガスが上述した循環系により再利用される。したがって、プロセスガスを再利用して効率的に利用することができ、また、ガスの移送のための設備を簡略化し、省エネルギー化を図ることができる。
【００２０】
第１のプロセスガスの再利用が限界に達したとき、あるいは何らかの原因で第１のプロセスガスが再利用に適しないものとなったときには、ドライポンプ２６とリザーバタンク１４との間のバルブ２８を開き、ドライポンプ２６を駆動してプロセスガスを外部に排出する。
【００２１】
一方、第２のプロセスガスを用いる場合には、第２のガス供給源１６から流量調整バルブ４８を介して第２のプロセスガスを反応器１０に導入し、反応器１０内で反応を行う。その後、流量調整バルブ４８を閉じ、ターボ分子ポンプ２０の上流側のバルブ１８を開いて、ターボ分子ポンプ２０及びドライポンプ２２を駆動することにより、反応後の第２のプロセスガスを除害装置（図示せず）を通過させた後、装置の外部に排出する。
【００２２】
一連の処理が終了した後、処理後の基板を反応器１０から取り出し、次の基板を反応器１０の内部に配置して、上述した処理が繰り返される。なお、反応器１０には、基板を１枚ずつ導入してもよいし、数枚の基板をセットにして導入してもよい。
【００２３】
本実施形態では、第１のガス供給源１２と第２のガス供給源１６とを設けた例を説明したが、第１のガス供給源１２だけを設けてもよく、あるいは多種類のガス供給源を設けてもよい。また、同様に、リザーバタンクや循環配管、ポンプの数は図示のものに限られるわけではない。更に、基板処理装置の運転に必要な種々の測定器や制御装置を必要に応じて付設することもできる。
【００２４】
本発明は、原子層堆積法（Atomic Layer Deposition）に応用するのに適する。この方法では、基板の表面を反応性物質に曝露して超薄層を形成する処理を繰り返して、基板の表面を処理する。この原子層堆積法によれば、原子数個の厚さ（ナノメートル）のレベルの超薄層を基板の表面上に数十〜数百層積層することができ、微妙な膜厚を自在に調整することができる。この原子層堆積法は、反応性物質を含むガスを大量に使用するが、１回の反応では、わずかな反応性物質が基板の目的領域に付着するだけで、ほとんどの反応物質は未反応のまま残ってしまう。本発明によれば、未反応の反応性物質を十分に含むガスそのまま外部に排出することなく利用することができる。このため、反応性物質やキャリアガスなどが無駄に使用されることがなく、ガスの移送に用いるポンプ装置などの設備が大型化することを避けることができ、消費されるエネルギーも抑制することができる。このような実施の形態では、第１のプロセスガスとして、複数の成膜生成用ガスが用いられる。例えば窒化ケイ素の膜を生成する場合は、シラン系ガスとアンモニア系ガスを同時に或いは交互に流す。交互に流す場合は、その分もう一つのリザーバータンクを設けるとよい。
【００２５】
第２のプロセスガスとしては、一方の成膜生成用ガスを反応器に入れた後、リザーバタンクで第１のプロセスガスと合流させて混合ガス濃度を調整してもよいし、循環を必要としない成膜後の反応器１０をクリーニングするためのハロゲン系クリーニングガスを流してもよい。特に、成膜生成用ガスとクリーニングガスとの反応で副生成物が発生してしまう場合は、第２のプロセスガス（クリーニングガス）をリザーバタンクを迂回して流すことは有効である。
【００２６】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態における基板処理装置の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０    反応器
１２    第１のガス供給源
１４    リザーバタンク
１６    第２のガス供給源
１８，２８，３２，３４，４０    バルブ
２０    ターボ分子ポンプ
２２，２６    ドライポンプ
２４，３０，４６    配管
３６    加圧ポンプ
３８    第１の循環配管
４２    第２の循環配管
４４，４８    流量調整バルブ
【図１】
2007519216.tif 000003
【国際調査報告】
2007519216.tif 000004