(57)【要約】【課題】原料蒸気の供給経路内での結露発生を有効に、かつ効率良く抑制することができる基板処理装置を提供する。【解決手段】原料を気化する気化器４から基板ｗを処理する処理チャンバ１に至るまでの供給経路の少なくとも一箇所に原料蒸気加熱用のヒータ９〜１１を設ける一方、各ヒータ９〜１１の設置箇所に対応した位置における原料蒸気の分圧を算出する分圧算出手段２１と、この分圧算出手段２１で算出された結果に基づいて原料蒸気の分圧が飽和蒸気圧以下となるように各ヒータ９〜１１の温度を制御する温度制御手段２２とを備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を気化する蒸気発生部で得られる原料蒸気をガス供給管を通じて処理チャンバ内に導いて基板を処理する基板処理装置において、上記蒸気発生部から処理チャンバに至るまでの供給経路の少なくとも一箇所に原料蒸気加熱用のヒータを設ける一方、上記ヒータの設置箇所に対応した位置における原料蒸気の分圧を算出する分圧算出手段と、この分圧算出手段で算出された結果に基づいて原料蒸気の分圧が飽和蒸気圧以下となるように上記ヒータの温度を制御する温度制御手段と、を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
上記ヒータの設置箇所に対応して、その箇所の内部圧力を計測する圧力計を付設する一方、上記分圧算出手段は、上記圧力計からの検出出力に基づいて原料蒸気の分圧を算出するものであることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
上記ヒータおよび圧力計を上記蒸気発生部、ガス供給管、および処理チャンバにそれぞれ個別に設ける一方、上記分圧算出手段は、各圧力計からの検出出力に基づいて各部における原料蒸気の分圧を個別に算出し、また、上記温度制御手段は、上記分圧算出手段で得られる各部における原料蒸気の分圧に基づいて各ヒータの温度を個別に制御するものであることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
【請求項４】
上記温度制御手段で制御されるヒータの目標加熱温度が、予め設定された温度許容範囲を越えた場合には警報を発する警報手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料を気化して得られる原料蒸気によって半導体ウェハなどの基板を処理する基板処理装置に係り、特には原料蒸気の結露防止のための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体ウェハなどの基板にＳｉ酸化膜を形成するような場合には、たとえば、ＴＥＯＳなどの液体原料を気化して原料蒸気を生成し、これを処理チャンバ内に導入してＯ３との反応で基板の処理が行われる。
【０００３】
このような基板の処理を行うための基板処理装置として、従来、たとえば図３に示す構成のものが提供されている。同図において、１は液体原料を気化して得られる原料蒸気によって基板ｗを処理する処理チャンバ、２は処理チャンバ１内において基板ｗが載置されるステージ、３は処理済みの原料蒸気を排気する排気口、４は液体原料を気化して原料蒸気を発生させる蒸気発生部としての気化器である。
【０００４】
５は液体原料の供給流量を制御するための液体マスフローコントローラ、６はキャリアガスの供給流量を制御するためのキャリアガスマスフローコントローラで、両コントローラ５，６は気化器４にそれぞれ接続されている。７は気化器４で発生した原料蒸気をキャリアガスとともに処理チャンバ１内に供給するガス供給管、８はガス供給管７を開閉する供給弁、９は気化器４に付設されたヒータ、１０はガス供給管７の途中に付設されたヒータ、１１は処理チャンバ１に付設されたヒータ、１２はステージ２に埋設されたヒータである。
【０００５】
上記構成の基板処理装置において、気化器４、ガス供給管７、および処理チャンバ１を含む原料蒸気の供給経路は、原料蒸気が結露しないように各ヒータ９，１０，１１によって予め所望の温度に加熱制御されている。
【０００６】
この状態で、気化器４に液体原料とキャリアガスとを導入して原料蒸気を発生させ、この原料蒸気をキャリアガスと共にガス供給管７および供給弁８を通じて処理チャンバ１内に供給する。そして、処理チャンバ１内のステージ２に埋設されたヒータ１２によって予め加熱された基板ｗの処理を行う。
【０００７】
なお、このような基板処理装置に関連する従来技術としては、液体原料の気化器への供給量に応じて気化器に設けたヒータの温度を制御して、気化器に供給される原料が過熱により熱分解されるのを防止したり、気化器内の圧力が略一定になるように保持しながら液体原料を気化することで、原料蒸気の組成比を一定に保つようにしたものが提案されている（たとえば、特許文献１，２等参照）。
【０００８】
さらに、他の従来技術として、処理チャンバ内に基板を投入した直後の温度が所望の処理温度よりも低いことに起因した結露を防止するために、基板がステージに載置されるまでの下降過程の初期段階においてキャリアガスの流量を一時的に変化させて原料蒸気とキャリアガスとの分圧比を調整することで結露発生を防止し、その後、基板がステージに載置されて所望の処理温度に到達した時点で分圧比を一定値に保持するようにした技術も提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２００７８１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２６９７４号公報
【特許文献３】
特開平１１−１２１３３８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した従来の基板処理装置においては、未だ次のような課題が残されている。
【００１１】
▲１▼  基板ｗの処理条件を変更するために、原料の流量が増加されたり処理チャンバ１内の圧力が上昇するなどして原料蒸気の分圧が増加すると、これに伴って気化器４から処理チャンバ１に至るまでの供給経路において原料蒸気の結露を生じ、その結果、原料蒸気の結露に起因して異物が発生したり、原料蒸気の供給量が変動するために処理された基板ｗの品質が低下するといった問題を生じる。
【００１２】
▲２▼  従来の場合、気化器４から処理チャンバ１に至るまでの供給経路の途中に付設されている各ヒータ９，１０，１１は、原料蒸気の分圧の影響を考慮して温度制御を行う構成にはなっていない。したがって、原料蒸気の結露を防ぐには、基板ｗの処理条件が変更されるたびに各ヒータ９，１０，１１の加熱温度の再設定が必要となる。このため、温度調整に余分な作業時間がとられて装置の稼働率が低下する。
【００１３】
▲３▼  供給経路における原料蒸気の結露を防ぐためには、予め想定される全ての基板の処理条件の下で結露が生じないように、加熱温度を高く設定して全ての処理条件をカバーできるようにすることが考えられるが、このようにすると、高温状態が長時間にわたって保持されるため、気化器４から処理チャンバ１に至るまでの供給経路の各構成部品の劣化や、原料の品質低下、ひいては処理される基板ｗの品質低下を招くという不具合を生じる。
【００１４】
また、引用文献１，２に開示されている従来技術の基板処理装置は、原料が過熱により熱分解されるのを防止したり、原料蒸気の組成比を一定に保つようにすることが可能であるが、基板ｗの処理条件の変更に伴って、原料の流量が増加したり処理チャンバ１内の圧力が上昇するなどして、原料蒸気の分圧が変化したときには、気化器４から処理チャンバ１に至るまでの供給経路における結露発生を有効に防止することができず、したがって、上記の課題を解決することができない。
【００１５】
さらに、引用文献３に開示されている従来技術においては、気化器４から処理チャンバ１に至るまでの供給経路の部分において原料蒸気の分圧の影響を考慮した温度制御を行う構成にはなっていない。しかも、基板ｗがステージ２に載置された後は原料蒸気とキャリアガスとの分圧比は一定値に保持されるので、その時点で供給経路の部分で結露が生じてしまうことがあり、依然として、上記▲１▼〜▲３▼と同様な不具合を生じ易い。また、結露を生じない状態になるまでの間、原料蒸気とキャリアガスとの流量比を変化させる方法では、原料蒸気が所望の分圧値に到達するまでに要する時間が長くかかり、基板処理のスループットが低下する。
【００１６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、原料蒸気の供給経路内での結露発生を有効に、かつ効率良く抑制す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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、原料を気化する蒸気発生部で得られる原料蒸気をガス供給管を通じて処理チャンバ内に導いて基板を処理する基板処理装置において、次の構成を採る。
【００１８】
すなわち、本発明に係る基板処理装置は、上記蒸気発生部から処理チャンバに至るまでの供給経路の少なくとも一箇所に原料蒸気加熱用のヒータを設ける一方、上記ヒータの設置箇所に対応した位置における原料蒸気の分圧を算出する分圧算出手段と、この分圧算出手段で算出された結果に基づいて原料蒸気の分圧が飽和蒸気圧以下となるように上記ヒータの温度を制御する温度制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
これにより、蒸気発生部から処理チャンバに至るまでの供給経路における原料蒸気の分圧に応じて加熱温度が自動的にフィードバック制御されるため、供給経路内での原料蒸気の結露発生を有効に抑制することができる。しかも、その際、キャリアガスの流量は変更せずに一定値に保った状態で温度制御を行うので、安定した品質で基板処理を効率良く行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る基板処理装置の構成図であり、図３に示した従来技術と対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００２１】
図１において、１は処理チャンバ、２はステージ、３は排気口、４は蒸気発生部としての気化器、５は液体マスフローコントローラ、６はキャリアガスマスフローコントローラ、７はガス供給管、８は供給弁、９，１０，１１は気化器４、ガス供給管７、処理チャンバ１に個別に付設されたヒータ、１２はステージ２に埋設されたヒータであり、これらの構成は図３に示した従来技術と基本的に同じである。
【００２２】
この実施の形態１における基板処理装置の特徴は、ガス供給管７の途中から分岐して排気管１３が設けられ、この排気管１３に排気弁１４が取り付けられる一方、上記の気化器４、ガス供給管７、および処理チャンバ１には、その内部圧力を検出する圧力計１５，１６，１７が個別に設けられており、さらに、装置制御用のコントローラ１８、および警報手段としての警報器１９を備えていることである。
【００２３】
上記のコントローラ１８は、たとえばコンピュータに所定の制御プログラムをインストールすることにより、装置全般の制御を行うとともに、分圧算出手段２１、および温度制御手段２２が構成されている。この場合の分圧算出手段２１は、各圧力計１５，１６，１７からの検出出力に基づいて気化器４、ガス供給管７、および処理チャンバ１の各部における原料蒸気の分圧を個別に算出するものである。また、温度制御手段２２は、分圧算出手段２１で得られる各部４，７，１における原料蒸気の分圧に基づいて各ヒータ９，１０，１１の温度を個別に制御するようになっている。
【００２４】
警報器１９は、温度制御手段２２で制御される各ヒータ９，１０，１１の加熱目標となる温度が予め設定された温度許容範囲（ここでは上限値Ｔｍａｘ）を越えた場合に警報を発するものである。なお、上限値Ｔｍａｘは、気化器４から処理チャンバ１に至るまでの供給経路で使用されている構成部品の耐熱性や液体原料の耐熱性などを考慮して適切な値に設定される。
【００２５】
次に、図１に示した構成を備えた基板処理装置における基板処理動作について説明する。
【００２６】
液体原料を気化器４で気化した後、基板ｗに供給して処理する手順は、従来の場合と基本的に同じであるが、基板ｗの処理条件を変更した場合（たとえば、液体原料の流量を増加させたり、処理チャンバ１内の圧力を増加させたような場合）には、これに伴って気化器４で発生する原料蒸気の分圧が増加するので、このときには気化器４からガス供給管７を経由して処理チャンバ１に至る供給経路の途中で原料蒸気の結露が生じるおそれがある。
【００２７】
そこで、この実施の形態１では、基板ｗの処理条件を変更する際には、予めダミーの基板を準備してこれを処理チャンバ１内にセットし、処理条件の変更後の流量比でもって原料蒸気をキャリアガスとともに処理チャンバ１内に供給する。そして、この状態で、コントローラ１は、各圧力計１５〜１７で得られる各部４，７，１の圧力情報を取り込むとともに、各マスフローコントローラ６，７で得られる液体原料の実流量およびキャリアガスの実流量の情報を取り込む。
【００２８】
続いて、コントローラ１の分圧算出手段２１は、これらの取り込んだ情報に基づいて気化器４、ガス供給管７、および処理チャンバ１内における原料蒸気の各分圧をそれぞれ算出する。続いて、温度制御手段２２は、この分圧算出手段２１で算出された各分圧が、各部４，７，１の温度によって一義的に決まる飽和蒸気圧以下になるように各ヒータ９〜１１の加熱温度を制御する。
【００２９】
この温度制御の内容について、図２に示す原料蒸気の温度と飽和蒸気圧との関係を示す特性図を参照して、さらに詳しく説明する。
【００３０】
気化器４からガス供給管７を経由して処理チャンバ１に至る供給経路の各部において原料蒸気が結露を生じないようにするためには、各部４，７，１における実際の原料蒸気の分圧が、各ヒータ９，１０，１１の加熱温度に対応する原料蒸気の飽和蒸気圧以下になっている必要がある。そのためには、逆に、各圧力計１５，１６，１７で検出される実際の原料蒸気の分圧よりも、原料蒸気の飽和蒸気圧が大きな値をとるように、その飽和蒸気圧に対応する加熱温度を設定する必要がある。
【００３１】
そこで、たとえば、各圧力計１５，１６，１７で検出される各部４，７，１における原料蒸気の分圧がＰａ，Ｐｂ，Ｐｃであったとすると、その場合に結露を生じさせないために必要となる原料蒸気の飽和蒸気圧Ｐａ’，Ｐｂ’，Ｐｃ’をそれぞれＰａ’＝ｋＰａ、Ｐｂ’＝ｋＰｂ、Ｐｃ’＝ｋＰｃ（ただし、ｋは増加係数で、たとえばｋ＝１．２５）として求め、続いて、図２によって各飽和蒸気圧Ｐａ’，Ｐｂ’，Ｐｃ’に対応する加熱温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃを決定する。なお、増加係数ｋは、必ずしも上記の１．２５の値に限定されるものではなく、装置の使用状況に応じて適切な値に設定することができる。
【００３２】
そして、図２の特性図によって各部４，７，１に対する加熱温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃが決定されると、コントローラ１８の温度制御手段２２は、各ヒータ９，１０，１１がこれらの各加熱温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃになるように温度制御を行う。
【００３３】
こうして、気化器４から処理チャンバ１に至る供給経路において原料蒸気が結露を生じない安定状態に達すると、コントローラ１８は、一旦、供給弁８を閉じるとともに、排気弁１４を開いて原料蒸気を排気管１４から排気し、この状態でダミーの基板を実際の処理対象となる基板ｗと交換する。基板ｗを交換した後は、排気弁１４を閉じるとともに、供給弁８を開いて原料蒸気を処理チャンバ１内に供給して所定の処理が行われる。
【００３４】
また、温度制御手段２２によって制御される各ヒータ９，１０，１１に対する加熱温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃが予め設定された上限値Ｔｍａｘを越える場合には、警報器１９が警報を発する。このため、各部４，７，１が過熱されないように迅速な対処ができ、各部の構成部品の劣化や液体原料の劣化を確実に回避することができる。
【００３５】
なお、上記の実施の形態１では、原料蒸気の供給経路となる各部４，７，１に圧力計１５，１６，１７を設けているので、原料蒸気の分圧を精度良く検出できる利点があるが、各マスフローコントローラ６，７で得られる液体原料の実流量とキャリアガスの実流量、および供給経路を構成する各構成部品の設計値などから、各部における原料蒸気の分圧をある程度算出することが可能なので、圧力計１５〜１７を省略することも可能である。
【００３６】
上記の実施の形態１では、加熱温度の上限値Ｔｍａｘを設定したが、さらに下限値を設定してもよい。また、この実施の形態１では液体原料を気化させて原料蒸気とする場合を例にとって説明したが、固体原料を気化させて原料蒸気とする場合にも本発明を適用することが可能である。さらに、本発明はこの実施の形態１で説明した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、原料蒸気の分圧が常に原料蒸気の飽和蒸気圧以下に保たれるようにヒータによって各部の加熱温度が制御されるため、供給経路内での原料蒸気の結露発生を有効に抑制することができる。しかも、結露防止に際しては、キャリアガスの流量は変更せずに一定値に保った状態で温度制御のみが行われるので、安定した品質で基板処理を効率良く行うことができる。
【００３８】
特に、原料蒸気の供給経路の各部にヒータおよび圧力計を付設してヒータを個別に温度制御するようにすれば、供給経路の各部において原料蒸気の分圧が異なる場合でも各分圧に応じた温度制御を適切に行えるため、広範囲にわたって結露を生じないようにすることができる。
【００３９】
さらに、警報手段を設けておけば、許容温度範囲を外れてヒータが加熱されるのを防止できるため、原料蒸気の供給経路を構成する各構成部品の劣化や原料の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における基板処理装置の構成図である。
【図２】原料蒸気の温度と飽和蒸気圧との関係を示す特性図である。
【図３】従来の基板処理装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
ｗ  基板、１  処理チャンバ、２  ステージ、３  排気口、４  気化器、５  液体マスフローコントローラ、６  キャリアガスマスフローコントローラ、７  ガス供給管、８  供給弁、９，１０，１１，１２  ヒータ、１３  排気管、１４排気弁、１５，１６，１７  圧力計、１８  コントローラ、１９  警報器、２１  分圧算出手段、２２  温度制御手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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