(57)【要約】【課題】ガス供給の際の流量安定までの時間を短縮して、高いスループットで運転可能な基板処理装置を提供する。【解決手段】被処理基板１２を処理する基板処理装置４０において、ガス供給の際に通常用いられる質量流量コントローラに換えて流量安定までの制御時間が短いガス供給系を具備することで、基板処理速度を向上させた。また、供給ガスの流用安定までに廃棄していたガス量を減らすことで、基板処理のコストを削減した。【選択図】　　　　　図６
2004063902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を処理する処理容器と、
前記処理容器を排気する排気系と、
前記処理容器に原料ガスを供給するためのガス供給系とを具備し、
前記ガス供給系は、原料容器と、前記処理容器の間で供給ガスを保持するためのバッファータンクと、前記バッファータンクと処理容器の間にあるコンダクタンス可変オリフィスとを有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記バッファータンクには圧力計が設けられ、前記バッファータンクには前記供給ガスが所定の圧力で蓄積され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】
前記原料容器と前記バッファータンクの間に圧力調整バルブが設置され、制御装置によって前記バッファータンクの圧力が所定の圧力に保たれる機構を有することを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
【請求項４】
被処理基板を処理する処理容器と、
前記処理容器中、前記被処理基板の第１の側に形成され、前記被処理基板表面に第１の処理ガスを、前記第１の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第１の側に対向する第２の側に向かって流れるように供給する第１の処理ガス供給部と、
前記処理容器中、前記処理容器内の前記第２の側に形成された第１の排気口と、
前記処理容器中、前記被処理基板の第２の側に形成され、前記被処理基板表面に第２の処理ガスを、前記第２の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第１の側に向かって流れるように供給する第２の処理ガス供給部と、
前記処理容器中、前記被処理基板の第１の側に形成された第２の排気口を備え、
前記第１および第２の処理ガス供給部には、第１および第２のガス供給系がそれぞれ接続されており、
前記第１および第２のガス供給系の各々は、原料容器から供給される原料ガスを保持するバッファータンクと、
前記バッファータンクの下流側に設けられたコンダクタンス可変オリフィスとを有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
前記バッファータンクには圧力計が設けられ、前記バッファータンクには前記供給ガスが所定の圧力で蓄積されることを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記原料容器と前記バッファータンクの間に圧力調整バルブが設置され、制御装置によって前記バッファータンクの圧力が所定の圧力に保たれる機構を有することを特徴とする請求項４または５記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記第１の処理ガス供給部は前記第１の処理ガスを第１の原料容器から第１の原料切替弁を介して供給され、前記第２の処理ガス供給部は前記第２の処理ガスを第２の原料容器から第２の原料切替弁を介して供給され、前記第１の排気口および前記第２の排気口はそれぞれ第１および第２の排気量調整弁を介して排気装置に接続されることを特徴とする請求項４〜６のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記基板処理装置は、前記第１、第２の原料切替弁を制御する制御装置を備え、前記制御装置は前記第１、第２の原料切替弁を、前記第１の処理ガス供給部が前記第１の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第２の処理ガス供給部による前記第２の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように、また前記第２の処理ガス供給部が前記第２の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第１の処理ガス供給部による前記第１の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように制御することを特徴とする請求項４〜７のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記第１および第２のガス供給系は、前記処理容器へ接続される第１のガスラインと、前記排気系へ接続される第２のガスラインとをさらに有することを特徴とする請求項４〜８のうち、いずれか一項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、薄膜形成や薄膜表面処理および基板表面処理に応用される基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日の超高速半導体装置では、微細化プロセスの進歩とともに、０．１μｍ以下のゲート長が可能になりつつある。一般に微細化とともに半導体装置の動作速度は向上するが、このように非常に微細化された半導体装置では、ゲート絶縁膜の膜厚を、微細化によるゲート長の短縮に伴って、スケーリング則に従って減少させる必要がある。
【０００３】
しかしゲート長が０．１μｍ以下になると、ゲート絶縁膜の厚さも、ＳｉＯ２を使った場合、１〜２ｎｍ、あるいはそれ以下に設定する必要があるが、このように非常に薄いゲート絶縁膜ではトンネル電流が増大し、その結果ゲートリーク電流が増大する問題を回避することができない。
【０００４】
このような事情で従来より、比誘電率がＳｉＯ２膜のものよりもはるかに大きく、このため実際の膜厚が大きくてもＳｉＯ２膜に換算した場合の膜厚が小さいＴａ２Ｏ５，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，ＺｒＳｉＯ４，ＨｆＳｉＯ４のような高誘電体材料をゲート絶縁膜に対して適用することが提案されている。このような高誘電体材料を使うことにより、ゲート長が０．１μｍ以下と、非常に微細な超高速半導体装置においても１〜２ｎｍあるいはそれ以下の膜厚のゲート絶縁膜を使うことができ、トンネル効果によるゲートリーク電流を抑制することができる。
【０００５】
このような高誘電体ゲート絶縁膜をＳｉ基板上に形成する際には、高誘電体ゲート絶縁膜を構成する金属元素がＳｉ基板中に拡散するのを抑制するために、厚さが１ｎｍ以下、典型的には０．８ｎｍ以下のＳｉＯ２膜を前記Ｓｉ基板上にベース酸化膜として形成し、かかる非常に薄いＳｉＯ２ベース酸化膜上に前記高誘電体ゲート絶縁膜を形成する必要がある。その際、前記高誘電体ゲート絶縁膜を、膜中に界面準位などの欠陥が形成されないように形成しなければならない。また、かかる高誘電体ゲート絶縁膜を前記ベース酸化膜上に形成する際に、組成を前記ベース酸化膜に接する側から高誘電体ゲート絶縁膜上主面に向かって、ＳｉＯ２を主とする組成から高誘電体を主とする組成に徐々に変化させるのが好ましい。
【０００６】
高誘電体ゲート絶縁膜を欠陥を含まないように形成しようとすると、荷電粒子が関与するプラズマプロセスを使うことはできない。例えばかかる高誘電体ゲート絶縁膜をプラズマＣＶＤ法で形成すると、膜中にホットキャリアのトラップとして作用する欠陥がプラズマダメージの結果として形成されてしまう。
【０００７】
一方、かかる高誘電体ゲート絶縁膜を熱ＣＶＤ法により形成しようとすると、下地となるベース絶縁膜の性質により、膜厚が大きく変動することが、先に本発明の発明者により見出された。換言すると、かかる高誘電体ゲート絶縁膜を従来のＣＶＤ法で形成しようとすると膜表面が不規則になり、かかる表面が不規則なゲート絶縁膜上にゲート電極を形成した場合、半導体装置の動作特性が劣化してしまう。
【０００８】
そこで本発明の発明者は先に、上記の課題を解決すべく、以下に説明する基板処理方法および処理装置を提案した。
【０００９】
図１は、本発明の発明者が先に提案した処理ガスを交互に供給して成膜プロセスを行う基板処理装置１０の構成を示す。このような成膜プロセスは、原子層堆積プロセスあるいはＡＬＤプロセスと呼ばれる場合がある。このプロセスでは、被処理基板上に第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互に、被処理基板表面に沿った流れの形で供給し、第１の原料ガス中の原料ガス分子を被処理基板表面に吸着させ、これを第２の原料ガス中の原料ガス分子と反応させることにより１分子層分の厚さの膜を形成する。このプロセスを繰り返すことにより、被処理基板表面にゲート絶縁膜として使用可能な高品質な誘電体膜、特に高誘電体膜が形成される。
【００１０】
図１を参照するに、前記基板処理装置１０は被処理基板１２を隔てて互いに対向する供給ガス導入口１３Ａおよび１３Ｂと、前記被処理基板１２を隔てて前記供給ガス導入口１３Ａおよび１３Ｂにそれぞれ対向する細長いスリット状の排気口１４Ａ，１４Ｂとを備えた処理容器１１を含み、前記排気口１４Ａおよび１４Ｂはそれぞれコンダクタンスバルブ１５Ａおよび１５Ｂを介してトラップ１００に接続され、前記処理容器１１は前記トラップ１００を介して排気される。
【００１１】
さらに、前記処理容器１１には、前記供給ガス導入口１３Ａに隣接して、別の供給ガス導入口１３Ｃが、前記排気口１４Ａに対向するように形成されている。
【００１２】
前記供給ガス導入口１３Ａは切替バルブ１６Ａの第１の出口に接続され、前記切替バルブ１６Ａはバルブ１７Ａ，質量流量コントローラ１８Ａ，および別のバルブ１９Ａを含む第１の原料供給ライン１６ａを介してＺｒＣｌ２を保持する原料容器２０Ａに接続される。
【００１３】
さらに、前記切替バルブ１６Ａの第２の出口は、供給ガス排気ライン１００ａを介して前記トラップ１００に接続される。
【００１４】
同様に、前記供給ガス導入口１３Ｂは切替バルブ１６Ｂの第１の出口に接続され、前記切替バルブ１６Ｂはバルブ１７Ｂ，質量流量コントローラ１８Ｂ，および別のバルブ１９Ｂを含む第２の原料供給ライン１６ｂを介して、例えばＨ２Ｏ，Ｏ３，Ｏ２などを保持する原料容器２０Ｂに接続される。
【００１５】
さらに、前記切替バルブ１６Ｂの第２の出口は供給ガス排気ライン１００ｂを介して前記トラップ１００に接続される。
【００１６】
さらに前記供給ガス導入口１３Ｃは切替バルブ１６Ｃの第１の出口に接続され、前記切替バルブ１６Ｃはバルブ１７Ｃ，質量流量コントローラ１８Ｃ，および別のバルブ１９Ｃを含む第３の原料供給ライン１６ｃを介して、例えばＴＥＯＳ，ＴＤＭＡＳ，ＴＤＥＡＳなどを保持する原料容器２０Ｃに接続される。
【００１７】
さらに、前記切替バルブ１６Ｃの第２の出口は供給ガス排気ライン１００ｃを介して前記トラップ１００に接続される。
【００１８】
前記切替バルブ１６Ａは、以下の３つの状態を切り替えて使用することができる。
【００１９】
Ａ）前記切替バルブ１６Ａは閉状態となり、バルブ前後のガスの出入りがない第１の状態
Ｂ）前記原料容器２０Ａから供給される原料ガスを、前記１６Ａの前記第１の出口より、前記１００ａの供給ガス排気ラインを通して前記トラップ１００に排気する第２の状態
Ｃ）原料ガスを前記供給ガス導入口１３Ａから前記処理容器１１に導入する第３の状態
処理容器１１内では、ガスノズル１３Ａおよび１３Ｂが、それぞれ排気口１４Ａおよび１４Ｂに、前記被処理基板１２を隔てて対抗するように設けられている。そこで前記ガスノズル１３Ａから導入された第１の処理ガスは、前記被処理基板１２の表面に沿って流れ、対向する前記排気口１４Ａから前記コンダクタンスバルブ１５Ａを介して排気される。同様に前記ガスノズル１３Ｂから導入された第２の処理ガスは、前記被処理基板１２の表面に沿って流れ、対向する前記排気口１４Ｂから前記コンダクタンスバルブ１５Ｂを介して排気される。このように第１および第２の処理ガスを交互に前記ガスノズル１３Ａから排気口１４Ａへと、あるいは前記ガスノズル１３Ｂから排気口１４Ｂへと流すことにより、先に説明した分子層を基本単位とする膜形成が可能になる。
【００２０】
また、前記コンダクタンスバルブ１５Ａ，１５Ｂおよび１５Ｃは、信頼性の高い開閉状態を実現するために、閉状態といえども完全に閉鎖するのではなく３％程度の弁開度を残しておく。
【００２１】
また、図１の基板処理装置１０には成膜プロセスを制御する制御装置１０Ａが設けられ、前記制御装置１０Ａは後ほど図２で説明するように、前記切替バルブ１６Ａ〜１６Ｃおよびコンダクタンスバルブ１５Ａおよび１５Ｂを制御する。
【００２２】
図２は、図１の基板処理装置１０において被処理基板１２上にＺｒＯ２膜を１分子層ずつ形成する際に、前記制御装置１０Ａの制御の下に実行される成膜プロセスシーケンスを示すフローチャートである。
【００２３】
図２を参照するに、最初の工程１において、前記コンダクタンスバルブ１５Ａ、１５Ｂは開放される。前記切り替えバルブ１６Ａ，１６Ｂは前記第１の状態である閉状態となり、処理容器内は前記トラップ１００へと排気される。
【００２４】
次に工程２において前記コンダクタンスバルブ１５Ａの開度は大となり、前記コンダクタンスバルブ１５Ｂは略閉となる。また、前記切替バルブ１６Ａは前記第２の状態となり、前記原料容器２０Ａから供給されたＺｒＣｌ４を前記供給ガス排気ライン１００ａを通して排気する。このように、この前記第２の工程を設けて供給ガスを排気している理由を以下に説明する。
【００２５】
これは、質量流量コントローラの特性上、流量制御には応答時間を要するために流量制御開始から流量が安定するまでに時間がかかり、流量制御開始直後の流量が不安定で、所望の分子層の膜成長に使用できないため、前記供給ガス排気ライン１００ａを通して排気しなければならないためである。この質量流量コントローラの特性に関しては後ほど図３で説明する。
【００２６】
この前記工程２の期間、流量の安定を待って次に示す工程３の供給ガスの処理容器への導入工程に進む。記切替バルブ１６Ｂは略閉のままである。
【００２７】
次に工程３において、前記コンダクタンスバルブ１５Ａ、１５Ｂの状態は、前記工程２の状態を維持したまま、前記切替バルブ１６Ａが前記第３の状態に切り替わってＺｒＣｌ４が前記導入口１３Ａから処理容器内に導入される。導入されたＺｒＣｌ４は、前記被処理基板１２の表面に沿って流れ、前記コンダクタンスバルブ１５Ａを介して排気される。かかる工程により、前記被処理基板１２の表面にはＺｒＣｌ４が１分子層程度吸着される。
【００２８】
次に工程４において、前記コンダクタンスバルブ１５Ａ、１５Ｂは開となり、前記切替バルブ１６Ａ、１６Ｂとも前記第１の状態である閉となって処理容器内は前記トラップ１００に排気される。
【００２９】
次に工程５において、前記コンダクタンスバルブ１５Ａは略閉となり、前記コンダクタンスバルブ１５Ｂの開度は大となる。また、前記切替バルブ１６Ｂは前記第２の状態となり、前記原料容器２０Ｂから供給されたＨ２Ｏを前記供給ガス排気ライン１００ｂを通して排気する。これは前記工程２の場合と同様に質量流量コントローラの特性によるものである。
【００３０】
この前記工程５の期間、流量の安定を待って次に示す工程６の供給ガスの処理容器への導入工程に進む。前記切替バルブ１６Ａは略閉のままである。
【００３１】
次に工程６において、前記コンダクタンスバルブ１５Ａ、１５Ｂの状態は、前記工程５の状態を維持したまま、前記切替バルブ１６Ｂが前記第３の状態に切り替わってＨ２Ｏガスが前記導入口１３Ｂから処理容器内に導入される。導入されたＨ２Ｏは、前記被処理基板１２の表面に沿って流れ、前記コンダクタンスバルブ１５Ｂを介して排気される。かかる工程により、前記被処理基板１２の表面において、先に吸着していたＺｒＣｌ４が加水分解され、約１分子層厚さのＺｒＯ２膜が形成される。
【００３２】
これらの前記工程１〜６までを繰り返すことによって、前記被処理基板上にＺｒＯ２膜が成長する。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記処理容器に原料ガスを供給する際に質量流量コントローラを使用しているが、前記図２の前記工程２および前記工程５の説明で示したように、質量流量コントローラの特性上、流量制御開始までの応答時間が掛かり、流量設定開始直後の流量が不安定である。その理由を図３にＭＦＣの内部を示して説明する。
【００３４】
図３を参照するに、ＭＦＣ内部の配管１８Ａａを供給ガスが流れるが、一部供給ガスは１８Ａｂのバイパスラインに分流する。前記１８Ａｂには抵抗体１８Ａｃおよび１８Ａｄが巻きつけてあり、電源部１８Ａｆから１８Ａｅを介して供給される電流によって前記１８Ａｃおよびｂ１８Ａｄは発熱する。ここで前記バイパスライン１８Ａｂから流入する供給ガスによって前記１８Ａｃと１８Ａｄの間に温度差が生じ、これを前記電源部１８Ａｆに内蔵するブリッジ回路（図示せず）で電流差として捉えて流量出力信号とする。これが制御装置１８Ａｇに送られ、そこから所定の流量になるように前記制御装置１８Ａｇによって上下機構１８Ａｈがコントロールされて、ニードルバルブ１８Ａｉの開度が調節され、所望の流量になるように制御される。このため、前記１８Ａｃと１８Ａｄによる温度差検出、前記制御装置１８Ａｇによる前記１８Ａｈを使っての前記１８Ａｉのコントロールというクローズドループ制御を行うため、制御開始から流量安定まで時間を要する。
【００３５】
このように質量流量コントローラの制御開始から安定までには時間を要するため、前記図２の従来例においても前記工程２および前記工程５を設けて、供給開始直後の供給ガスを排気している。この供給ガスの流量安定時間が必要なために基板処理速度が落ち、スループットが低下してしまう。また、供給ガスが供給ガス排気ラインを通して排気されるため、供給ガスの利用効率が下がり、廃棄されるガスの量が増えて基板処理のコストが増加してしまう問題があった。
【００３６】
そこで本発明では質量流量コントローラに換わる流量安定までの時間が短いガス供給系を備えた基板処理装置を提供することを概括的課題とする。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を、
被処理基板を処理する処理容器と、
前記処理容器を排気する排気系と、
前記処理容器に原料ガスを供給するためのガス供給系とを具備し、
前記ガス供給系は、原料容器と、前記処理容器の間で供給ガスを保持するためのバッファータンクと、前記バッファータンクと処理容器の間にあるコンダクタンス可変オリフィスとを有することを特徴とする基板処理装置によってまたは、請求項２に記載したように、前記バッファータンクには圧力計が設けられ、前記バッファータンクには前記供給ガスが所定の圧力で蓄積されることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置によって、または、
請求項３に記載したように、前記原料容器と前記バッファータンクの間に圧力調整バルブが設置され、制御装置によって前記バッファータンクの圧力が所定の圧力に保たれる機構を有することを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置によって、または
請求項４に記載したように、被処理基板を処理する処理容器と、
前記処理容器中、前記被処理基板の第１の側に形成され、前記被処理基板表面に第１の処理ガスを、前記第１の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第１の側に対向する第２の側に向かって流れるように供給する第１の処理ガス供給部と、
前記処理容器中、前記処理容器内の前記第２の側に形成された第１の排気口と、
前記処理容器中、前記被処理基板の第２の側に形成され、前記被処理基板表面に第２の処理ガスを、前記第２の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第１の側に向かって流れるように供給する第２の処理ガス供給部と、
前記処理容器中、前記被処理基板の第１の側に形成された第２の排気口を備え、
前記第１および第２の処理ガス供給部には、第１および第２のガス供給系がそれぞれ接続されており、
前記第１および第２のガス供給系の各々は、原料容器から供給される原料ガスを保持するバッファータンクと、
前記バッファータンクの下流側に設けられたコンダクタンス可変オリフィスとを有することを特徴とする基板処理装置によって、または、
請求項５に記載したように、前記バッファータンクには圧力計が設けられ、前記バッファータンクには前記供給ガスが所定の圧力で蓄積されることを特徴とする請求項４記載の基板処理装置によって、または、
請求項６に記載したように、前記原料容器と前記バッファータンクの間に圧力調整バルブが設置され、制御装置によって前記バッファータンクの圧力が所定の圧力に保たれる機構を有することを特徴とする請求項４または５記載の基板処理装置によって、または、
請求項７に記載したように、前記第１の処理ガス供給部は前記第１の処理ガスを第１の原料容器から第１の原料切替弁を介して供給され、前記第２の処理ガス供給部は前記第２の処理ガスを第２の原料容器から第２の原料切替弁を介して供給され、前記第１の排気口および前記第２の排気口はそれぞれ第１および第２の排気量調整弁を介して排気装置に接続されることを特徴とする請求項４〜６のうち、いずれか一項記載の基板処理装置によって、または、
請求項８に記載したように、前記基板処理装置は、前記第１、第２の原料切替弁を制御する制御装置を備え、前記制御装置は前記第１、第２の原料切替弁を、前記第１の処理ガス供給部が前記第１の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第２の処理ガス供給部による前記第２の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように、また前記第２の処理ガス供給部が前記第２の処理ガスを前記処理容器中に導入する場合に前記第１の処理ガス供給部による前記第１の処理ガスの前記処理容器中への導入が遮断されるように制御することを特徴とする請求項４〜７のうち、いずれか一項記載の基板処理装置によって、または、
請求項９に記載したように、前記第１および第２のガス供給系は、前記処理容器へ接続される第１のガスラインと、前記排気系へ接続される第２のガスラインとをさらに有することを特徴とする請求項４〜８のうち、いずれか一項記載の基板処理装置によって、解決する。
１〜７のうち、いずれか一項記載の基板処理装置によって解決する。
［作用］
以下、本発明の原料供給系の原理を図４を参照しながら説明する。
【００３８】
図４を参照するに、ガス供給ライン１にはガスの流れ方向に沿って圧力制御バルブ２、バッファータンク３およびコンダクタンス可変弁オリフィスなどのコンダクタンス可変弁４が設置され、前記バッファータンク３には圧力センサ５が設けられている。さらに前記圧力センサ５の出力信号は制御装置６に供給され、前記制御装置６は前記圧力センサ５の出力信号に基づいて、前記圧力制御バルブ２を、前記バッファータンク３内の圧力が一定に維持されるように制御する。
【００３９】
このように前記バッファータンク３内部の圧力が一定であれば、前記原料供給ライン１から導入される原料ガスの流量は、前記コンダクタンス可変弁５の開度のみで規定される。すなわち、前記圧力センサ５、制御装置６、および圧力制御バルブ２を用いたフィードバック制御により前記バッファータンク３の圧力を一定に維持し、かつ前記コンダクタンス可変弁４の開度を、前記バッファータンク３内の圧力に合わせて所定の開度にあらかじめ調整しておくことにより、原料ガスを所望の流量で処理容器に導入することが可能となる。特に前記バッファータンク３の容量を十分大きくすることにより、バッファータンク３の圧力変化は小さくなるため、供給ガスの流量の変化は小さなものになり、流量制御が安定する。
【００４０】
本発明によれば、従来のように流量を検出して流量０の状態から所望の流量となるようフィードバック制御する動作ではなく、圧力一定のもとで単純にバルブを開閉する動作になること、バルブの開いた時点で所望の流量が得られるため、フィードバック制御による安定時間が不要となること、更に前記バッファータンク３Ａの圧力変化以外には流量が変動する要素がないため、流量制御を非常に高速、かつ安定に行うことが可能となる。
【００４１】
図５（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図３の従来の原料ガス供給系および図４の本発明の原料ガス供給系において、原料ガスの供給を遮断状態から始めて流量が安定するまでの様子を示す。
【００４２】
図５（Ａ）を参照するに、図３の従来の原料ガス供給系では原料ガス供給開始直後に流量の増減がしばらく続き、安定するまでにある程度の時間がかかるのがわかる。
【００４３】
これに対し図５（Ｂ）に示すように本発明の場合には、原料ガスの流量は時間と共に単調に増大し、所定値において安定する。このように、本発明では原料ガスの流量の増減が生じることがなく、短時間に所望のガス流量を実現することができる。この効果は、１回の成膜に必要とされる時間が短くなればなるほど顕著に現れる。
【００４４】
本発明では、基板処理装置において、質量流量コントローラに換わる短時間で流量が安定するガス供給系を設置してガス安定時間を短縮したため、基板処理速度が向上した。また、ガス利用効率も上げることが可能となったため、生産コストを低く抑えることが可能となった。
【００４５】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
図６は、図４のガス供給系を前記図１の基板処理装置に装備した本発明の第１実施例による基板処理装置４０の構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図１の例では、前記被処理基板１２表面にＡｌ２Ｏ３膜を形成している。
【００４６】
図６を参照するに、基板処理装置４０はガス供給ライン１６ａおよびガス供給ライン１６ｂの各々に、先に図４で説明したバッファータンクを備えたガス供給系を設けている。すなわち前記ガス供給ライン１６ａにおいては、バルブ１７Ａの下流側、バルブ１９Ａの上流側に圧力制御バルブ２Ａとバッファータンク３Ａ、およびコンダクタンス可変オリフィス４Ａを直列に接続して設け、さらに前記バッファータンク３Ａの圧力を圧力測定ゲージ５Ａで測定し、制御装置６Ａにより、前記圧力測定ゲージ５Ａの出力に応じて前記圧力制御バルブ２Ａを操作し、前記バッファータンク３Ａ中の圧力を一定に維持している。その結果、前記コンダクタンス可変弁オリフィス４Ａの操作により、前記原料容器２０Ａから供給されるＴＭＡガスの高速でかつ安定な制御が可能となる。
【００４７】
同様に、前記ガス供給ライン１６ｂにおいては、前記１６ａと同様に圧力制御バルブ２Ｂ、バッファータンク３Ｂ、コンダクタンス可変オリフィス４Ｂ、圧力測定ゲージ５Ｂ、制御装置６Ｂを有し、前記原料容器２０Ｂから供給されるＨ２Ｏガスの高速かつ安定な供給が可能となる。
【００４８】
図６の例では前記原料容器２０ＡにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を有し、前記１６ｂからＨ２Ｏガス，前記１６ａからＴＭＡガスと、双方の供給が可能となっている。
【００４９】
なお、図６の基板処理装置では原料容器２０Ｃを含む原料供給系は使われないため、図示を省略している。
【００５０】
次に前記基板処理装置４０を使って行われる成膜プロセスのフローチャートを示す。
【００５１】
図７は前記図６の基板処理装置４０使って行われる、前記被処理基板１２表面にＡｌ２Ｏ３を成膜するプロセスを示すフローチャートである。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５２】
図７を参照するに、最初の工程１０において、前記コンダクタンスバルブ１５Ａ、１５Ｂは開放される。前記切り替えバルブ１６Ａ，１６Ｂは前記第１の状態である閉状態となり、処理容器内は前記トラップ１００へと排気される。
【００５３】
次に工程２０において前記コンダクタンスバルブ１５Ａの開度は大となり、前記コンダクタンスバルブ１５Ｂは略閉となる。また、前記切替バルブ１６Ａは前記第２の状態となり、前記原料容器２０Ｂから供給されたＴＭＡガスを前記供給ガス排気ライン１００ａを通して排気する。このとき、供給される流量は前記バッファータンク３Ａの圧力と前記コンダクタンス可変オリフィス２Ａの開度のみで規定されるため、所望の流量まで非常に高速で到達する。そのため、従来例と比較して、この供給ガスを排気して流量安定を待つ時間を短縮することが可能となり、廃棄される供給ガスの量を減らすことが可能となる。また、前記バッファータンク３Ａは排気される供給ガスに対して十分容量が大きいため、前記バッファータンク３Ａの圧力変化は非常に小さなものになり、さらに安定前記圧力測定ゲージ５Ａと前記圧力制御バルブおよび制御装置６Ａによって前記バッファータンク３Ａの圧力は一定に保たれるため、供給ガスの流量は変動が少なく、安定に保たれる。
【００５４】
次に工程３０において、前記コンダクタンスバルブ１５Ａ、１５Ｂの状態は、前記工程２０の状態を維持したまま、前記切替バルブ１６Ａが前記第３の状態に切り替わってＴＭＡガスが前記導入口１３Ａから処理容器内に導入される。導入されたＴＭＡガスは、前記被処理基板１２の表面に沿って流れ、前記コンダクタンスバルブ１５Ａを介して排気される。これに伴い、前記被処理基板１２の表面にはＴＭＡ分子が１分子層程度吸着される。前記工程３０においても、前記工程２０と同様に前記バッファータンク３Ａの圧力は一定に維持され、供給ガスの流量は安定に保たれる。
【００５５】
次に工程４０において、前記コンダクタンスバルブ１５Ａ、１５Ｂは開となり、前記切替バルブ１６Ａ、１６Ｂとも前記第１の状態である閉となって処理容器内は前記トラップ１００に排気される。
【００５６】
次に工程５０において、前記コンダクタンスバルブ１５Ｂの開度は大となり、前記コンダクタンスバルブ１５Ａは略閉となる。また、前記切替バルブ１６Ｂは前記第２の状態となり、前記原料容器２０Ｂから供給されたＨ２Ｏを前記供給ガス排気ライン１００ｂを通して排気する。このとき、供給される流量は前記バッファータンク３Ｂの圧力と前記コンダクタンス可変オリフィス２Ｂの開度のみで規定されるため、所望の流量まで非常に高速で到達する。そのため、従来例と比較して、この供給ガスを排気して流量安定を待つ時間を短縮することが可能となり、廃棄される供給ガスの量を減らすことが可能となる。また、前記バッファータンク３Ｂは排気される供給ガスに対して十分容量が大きいため、前記バッファータンク３Ｂの圧力変化は非常に小さなものになり、さらに安定前記圧力測定ゲージ５Ｂと前記圧力制御バルブおよび制御装置６Ｂによって前記バッファータンク３Ｂの圧力は一定に保たれるため、供給ガスの流量は変動が少なく、安定に保たれる。
【００５７】
次に工程６０において、前記コンダクタンスバルブ１５Ａ、１５Ｂの状態は、前記工程５０の状態を維持したまま、前記切替バルブ１６Ａが前記第３の状態に切り替わってＨ２Ｏが前記導入口１３Ｂから処理容器内に導入される。導入されたＨ２Ｏは、前記被処理基板１２の表面に沿って流れ、前記コンダクタンスバルブ１５Ｂを介して排気される。その結果、前記被処理基板１２の表面において、約１分子層厚さのＴＭＡ膜が形成される。
【００５８】
これらの前記工程１０〜６０までを繰り返すことによって、前記被処理基板上に約１分子層ずつＡｌ２Ｏ３膜が成長する。
［第２実施例］
次に図８に第２の実施例である基板処理装置５０を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図８で示すように前記図６における基板処理装置４０において、ガス供給ライン１６ａおよび１６ｂに、Ａｒなどの不活性ガスによるパージライン２３ａおよび２３ｂを設置している。
【００５９】
図８を参照するに、前記パージライン２３ａはバルブ２４Ａおよび質量流量コントローラ２３Ａを含み、前記切替バルブ１６Ａに接続されている。前記切替バルブが前記第２の状態、すなわち供給ガスがバイパスライン１００ａから排気されている状態のときに、前記パージライン２３ａは前記切替バルブ１６Ａによって前記ガス供給口１３Ａに接続され、処理容器内はＡｒなどの不活性ガスによってパージされる。
【００６０】
同様に前記パージライン２３ｂはバルブ２４Ｂおよび質量流量コントローラ２３Ｂを含み、前記切替バルブ１６Ｂに接続されている。前記切替バルブが前記第２の状態、すなわち供給ガスがバイパスライン１００ｂから排気されている状態のときに、前記パージライン２３ｂは前記切替バルブ１６Ｂによって前記ガス供給口１３Ｂに接続され、処理容器内はＡｒなどの不活性ガスによってパージされる。
【００６１】
本実施例のその他の特徴は先に説明した実施例と同様であり、説明を省略する。
［第３実施例］
次に第３の実施例の基板処理装置６０を図９に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図９に示すように、基板処理装置６０では、前記図６の基板処理装置４０から供給ガスライン１６ｂを撤去し、必要に応じて供給ガスラインの数を変更している。また前記スリット状の排気ポート２６Ａ、２６Ｂを排気ポート２７一箇所にし、前記コンダクタンスバルブ１５Ａ、１５Ｂを撤去するなど排気ラインを変更している。図９の装置は通常のＣＶＤ処理を行うことができる。
［第４実施例］
図１０に第４の実施例を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図１０を参照するに、基板処理装置７０においては、原料供給容器２０ＡＡとバルブ１７ＡＡ、圧力制御バルブ２ＡＡ、バッファータンク３ＡＡ、コンダクタンス可変オリフィス４ＡＡ、圧力測定ゲージ５ＡＡ、バルブ１９ＡＡ、制御装置６ＡＡを含むガス供給ライン１６ａａが前記原料ガス供給ライン１６ａに接続されている。そこで本実施例では、原料供給容器２０Ａおよび２０ＡＡから異なった原料ガスを供給することにより、基板上に異なった組成のＣＶＤ膜を成長させることができる。このように供給される原料ガスを切り替えて使用する必要がある場合前記バッファータンク３Ａおよび３ＡＡ、コンダクタンス可変オリフィス４Ａおよび４ＡＡを含むガス供給系は有効である。［第５実施例］
次に第５実施例を図１１に示す。図１１で示されるように、前記図９の実施例３の場合において、前記切替バルブ１６Ａおよび前記供給ガス排気ライン１００ａを撤去してもよい。この場合、成膜プロセスにおいて、供給ガスを供給ガス排気ラインより排気する工程を省略する。
［第６実施例］
また、前記図１１の実施例５の場合において、供給ガスの導入方法を以下図１２に示すように変更してもよい。
【００６２】
図１２を参照するに処理容器９１に設置された基板保持台２８の上に前記被処理基板１２が設置される。処理容器９１の上部には、前記処理容器９１に供給ガスを導入するためのシャワーヘッド２９が設置され、前記シャワーヘッド２９は、少なくとも一つ以上のガス供給穴２９ａを有する。供給ガスは前記ガス供給ライン１６ａから前記シャワーヘッド２９を通して前記ガス供給穴２９ａから前記処理容器８１に導入され、前記処理容器下部に設置された排気口２７から前記トラップ１００に排気される。
［第７実施例］
また、本発明の第７実施例として前記図４において本発明の異なる使用方法を説明する。ガスを処理容器に供給する際に、まず前記バルブ１７Ａ、前記圧力制御バルブ２Ａを開放してあらかじめバッファータンク３Ａに所望の体積のガスを充填しておく。その後、前記圧力制御バルブ２Ａを閉じて、前記バルブ１９Ａを開放することにより、所望の体積の供給ガスが処理容器に供給される。この場合コンダクタンス可変オリフィス４Ａは、あらかじめ所望の流量になるように調整しておく。
【００６３】
本実施例によれば、図４において前期制御装置６および圧力測定ゲージ５が不要となり、ガス供給系のコストを削減することができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明では基板処理装置において、質量流量コントローラに換わる短時間で流量が安定するガス供給系を設置してガス安定時間を短縮したため、基板処理速度が向上した。また、ガス利用効率も上げることが可能となったため、生産コストを低く抑えることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の成膜装置の概要を示す図である。
【図２】図１装置を使って実行される成膜プロセスの例を示すフローチャートである。
【図３】質量流量コントローラの動作原理を示す図である。
【図４】本発明のガス供給系の概要を示す図である。
【図５】本発明のガス供給系の動作特性を示す図である。
【図６】本発明の第１実施例による成膜装置の概要を示す図である。
【図７】図６の成膜装置を使った本発明の第１実施例による成膜プロセスを示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施例による成膜装置の概要を示す図である。
【図９】本発明の第３実施例による成膜装置の概要を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施例による成膜装置の概要を示す図である。
【図１１】本発明の第５実施例による成膜装置の概要を示す図である。
【図１２】本発明の第６実施例による成膜装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
１０，４０，５０，６０，７０，８０，９０　基板処理装置
１２　被処理基板
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ　処理ガス導入口
１４Ａ，１４Ｂ，２７　排気口
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ　切替バルブ
１５Ａ，１５Ｂ，　コンダクタンスバルブ
１０Ａ，４０Ａ，６Ａ，６Ｂ，５０Ａ　制御装置
１１，６１，９１　処理容器
１６ａ　第１の処理ガス供給ライン
１６ｂ　第２の処理ガス供給ライン
１６ｃ　第３の処理ガス供給ライン
１６ａａ　第４の処理ガス供給ライン
１７Ａ，１７ＡＡ，１７Ｂ，１７Ｃ，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１９Ａ，１９ＡＡ，１９Ｂ，１９Ｃ，２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ　バルブ
１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，２３Ａ，２３Ｂ　質量流量コントローラ
２３ａ，２３ｂ，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ　パージライン
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０ＡＡ　原料容器
１００　トラップ
２８　基板保持台
２９　シャワーヘッド
２９ａ　ガス供給穴
１８Ａａ　質量流量コントローラ内部配管
１８Ａｂ　分流配管
１８Ａｃ，１８Ａｄ　抵抗体
１８Ａｅ　配線
１８Ａｆ　電源部
１８Ａｇ　制御装置
１８Ａｈ　上下機構
１８Ａｉ　ニードルバルブ
１　原料供給ライン
２，２Ａ，２ＡＡ，２Ｂ　圧力制御バルブ
３，３Ａ，３ＡＡ，３Ｂ　バッファータンク
４，４Ａ，４ＡＡ，４Ｂ　コンダクタンス可変オリフィス
５，５Ａ，５ＡＡ，５Ｂ　圧力測定ゲージ
６　制御装置
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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