(57)【要約】【課題】装置を簡単かつ安価に構成するとともに、ベントラインからの逆拡散及びベントラインへの原料の付着を防止する。【解決手段】基板処理装置は、ウェハ１を処理するための液体原料４を気化して液体原料供給ライン６から処理炉２に供給し、液体原料用の高真空ポンプ１３とその下流側の粗引き用の低真空ポンプ１４とにより排気ライン７を介して排気するようになっている。このような装置において、液体原料供給ライン６から液体原料ベントライン２０を分岐して、液体原料用高真空ポンプ１３と粗引き用低真空ポンプ１４との間に接続する。また、所定温度以上に保つ必要のある液体原料ベントライン２０を始めとしたラインに、これを保温するためのヒータ１５を設ける。【選択図】      図１
2005056931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するための原料を原料供給ラインから処理炉に供給し、原料用の高真空ポンプとその下流側の粗引き用の低真空ポンプとにより排気ラインを介して排気する基板処理装置において、
前記原料供給ラインから原料ベントラインを分岐して、前記原料用高真空ポンプと前記粗引き用低真空ポンプとの間に接続し、
前記原料ベントラインに加熱保持手段を設けた
ことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板処理装置に係り、特に原料を排流するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体原料を気化して処理炉に供給し、気化したガスにより基板を処理する基板処理装置が知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
図３に、そのような従来の基板処理装置を示す。基板処理装置は、ウェハ１を処理する処理炉２と、液体原料４を収容する原料タンク３と、液体原料４を気化して原料ガスｅを吐出する気化バルブ５と、原料ガスｅを処理炉２に供給する液体原料供給ライン６と、処理炉２を排気する排気ライン７と、液体原料供給ライン６から分岐接続した液体原料ベントライン８とを備える。
【０００４】
排気ライン７にはバルブ１１を介して原料を回収するための回収タンク１２を接続する。排気ライン７の本管７ａには真空ポンプ１３と粗引きポンプ１４を接続して、処理炉２を排気するようになっている。液体原料ベントライン８には、原料を排流（ベント）するための真空ポンプ９が接続される。すなわち、排気ライン７と液体原料ベントライン８とは別系統に分離されていて、各々に真空ポンプ１３、９が接続されている。
【０００５】
液体原料供給ライン６、液体原料ベントライン８、及び排気ライン７には各ラインを構成する配管を保温するヒータ１５が設けてある。また、液体原料供給ライン６、液体原料ベントライン８及び排気ライン７に、それぞれバルブ１６、バルブ１７、及びバルブ１８が設けられている。
なお、ａはクリーニングガス、ｂは反応ガス、ｃは不活性ガス（キャリアガス）、ｄは圧力ガスである。
【０００６】
上述したような基板処理装置において、液体原料４を気化した原料ガスｅとキャリアガスｃ、及び反応ガスｂを処理炉２に供給し、加熱されたウェハ１上で反応させて成膜させる。このとき、処理炉２内はポンプ１３、１４により真空引きされ所定の圧力を保持している。成膜時、処理炉２は排気ライン７の本管７ａを介して排気される。また、処理炉２のドライクリーニング時、処理炉２に導入されたクリーニングガスａも排気ライン７の本管７ａを介して排気される。
【０００７】
ところで、液体原料を気化した原料ガスｅは残留ガスとして排気ライン７を流れ、温度が低い場合や圧力が高い場合に再液化する。また、原料ガスｅはメンテナンス時に大気開放した場合に大気中の水分と反応し、固化して配管に付着し、配管を閉塞させたりする。そのため、上述したように各ラインを構成する配管にヒータ１５を設けて、そのような不具合が発生しないようにしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００３−１００６６２号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、原料ベントラインと排気ラインとは別系統で分離されているため、原料ベントラインと排気ラインとにそれぞれ別個に真空ポンプが必要となり、装置の構造が複雑化するという問題があった。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、簡単かつ安価に構成するとともに、原料ベントラインへの原料付着を防止することが可能な基板処理装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、基板を処理するための原料を原料供給ラインから処理炉に供給し、原料用の高真空ポンプとその下流側の粗引き用の低真空ポンプとにより排気ラインを介して排気する基板処理装置において、前記原料供給ラインから原料ベントラインを分岐して、前記原料用高真空ポンプと前記粗引き用低真空ポンプとの間に接続し、前記原料ベントラインに加熱保持手段を設けたことを特徴とする基板処理装置である。
【００１１】
原料ベントラインに接続するポンプを、原料の排気ラインの粗引き用低真空ポンプと共用するようにしたので、装置を簡単かつ安価に構成することができる。また、原料ベントラインを原料用高真空ポンプと粗引き用低真空ポンプとの間に接続することにより、処理炉と原料ベントラインとの間に原料用高真空ポンプを介在させるようにしたので、原料ベントラインを流れる原料の処理炉への逆拡散を低減できる。また、原料用高真空ポンプと粗引き用低真空ポンプとの間に接続する原料ベントラインに加熱保持手段を設けたので、原料ベントラインで原料が再液化したり、ラインを構成する配管に付着したりするのを防止できる。
【００１２】
第２の発明は、基板を処理するための原料を原料供給ラインから処理炉に供給し、原料用の高真空ポンプとその下流側の粗引き用の低真空ポンプとにより排気ラインを介して排気する基板処理装置において、前記原料供給ラインから原料ベントラインを分岐して、前記原料用高真空ポンプと前記粗引き用低真空ポンプとの間に接続し、前記原料ベントラインに加熱保持手段を設け、さらに処理炉と原料用高真空ポンプとの間の排気ラインにクリーニングガス用真空ポンプによりクリーニングガスを処理炉から排気する分岐管を設け、排気ラインの本管と分岐管とに選択的に閉止可能な切替弁を設けたことを特徴とする基板処理装置である。
【００１３】
排気ラインの本管からは原料を排気させ、分岐管からはクリーニングガスを排気するように排気ラインを分離したので、原料とクリーニングガスとの混入が防止できるので、原料がクリーニングガスと反応して有害ガスを発生する場合であっても、安全で反応副生成物が排気ラインに残らないようにすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１に本発明の基板処理装置の実施の形態を説明する。
基板処理装置は、処理炉２、供給系（原料供給ライン）としての液体原料供給ライン６、排気系としての排気ライン７、原料用の高真空ポンプとしての液体原料用高真空ポンプ１３、粗引き用の低真空ポンプとしての粗引きポンプ１４、原料ベントラインとしての液体原料ベントライン２０、加熱保持手段としてのヒータ１５とを主に備えている。
処理炉２は、常温で液体である液体原料を気化した原料ガスと、反応ガス（酸化剤ガス）とを処理炉２内へ供給してウェハ１上に成膜するＭＯＣＶＤ法を用いており、気密のチャンバを有し、チャンバ内部に基板（ウェハ１）を収容して所定の成膜等の処理を行うように構成される。
液体原料供給ライン６は、成膜するための原料ガスｅを原料タンク３から処理炉２に供給する。原料タンク３には液体原料４が収容され、圧力ガスｄを導入することにより原料タンク３から気化バルブ５へ液体原料４を圧送するようになっている。
【００１６】
排気ライン７は処理炉２内の雰囲気を排気する。排気ライン７の途中であって、液体原料用高真空ポンプ１３より上流側に分岐管２２を接続する。分岐管２２にはドライクリーニングガスを流すようにし、本管７ａには液体原料を気化した原料ガスを流すようにして、排気ライン７を２系統にしている。
分岐管２２には、ドライガスクリーニング用真空ポンプ２１を接続して、クリーニングガスを処理炉２から排気するようにしている。上記液体原料用高真空ポンプ１３は、分岐部より下流側の本管７ａに設けて、処理炉２を排気するようになっている。
【００１７】
粗引きポンプ１４は、液体原料用高真空ポンプ１３の下流側の本管７ａに設けて、液体原料用高真空ポンプ１３を補助して、処理炉２を排気するようになっている。粗引きポンプ１４の下流の本管７ａには、バルブ１１を介して再液化した液体原料を溜める回収タンク１２を分岐接続して、回収タンク１２で液体原料を回収できるようになっている。
液体原料ベントライン２０は、液体原料供給ライン６から分岐されて排気系の液体原料用高真空ポンプ１３と前記粗引き用低真空ポンプ１４との間の排気ライン７の本管７ａに接続される。液体原料ベントライン２０は、原料タンク３から圧送される液体原料４を処理炉２に供給しないときは、その液体原料を気化した原料ガスｅを粗引きポンプ１４を介してその下流側の本管７ａに排流するようになっている。そして排流されて再液化した液体原料は回収タンク１２で回収されるようになっている。
【００１８】
上述した供給系の液体原料ベントライン２０の分岐部を境にして、液体原料供給ライン６の上流側に気化バルブ５、下流側に切替えバルブ１６をそれぞれ設ける。また分岐部近傍の液体原料ベントライン２０に１つの切替えバルブ１７を設ける。液体原料供給ライン６に設けた２つのバルブ５、１６のうち、原料タンク３側に通じる上流側の気化バルブ５は、液体原料の流量を制御することが可能な弁体を一体的に有する気化器で構成され、流量制御された液体原料４を気化するように構成される。また気化バルブ５の弁体は、液体原料用のキャリアガスとして、又はパージガスとしての不活性ガスｃを液体原料供給ライン６に注入できるようにもなっている。
【００１９】
また、上述した排気系の分岐管２２の分岐部を境にして、排気ライン７の上流側と下流側とに２つのバルブ１８、２３を設ける。また分岐部近傍の分岐管２２に１つのバルブ２４を設ける。これらの３つのバルブ１８、２３、２４のうち、バルブ２３と２４は切替えバルブ（以下、切替えバルブ２３、２４）で構成され、排気ライン７の下流側の本管７ａと、分岐管２２とを選択的に閉止できるようになっている。なお、上述したバルブ１８、切替えバルブ２３、切替えバルブ２４は、１台で代用できる三方弁で構成してもよい。
【００２０】
上述したヒータ１５は、気化バルブ５から処理炉２までの液体原料供給ライン６、液体原料ベントライン２０の全長、処理炉２から切替えバルブ２３までの排気ライン７、及び排気ライン７の分岐部から切替えバルブ２４までの分岐管２２に設けられ、必要に応じてラインを構成する配管を保温し、内部を搬送される液体原料の温度が低下しないように加熱できるようになっている。この場合、再液化した液体原料を溜める回収タンク１２は、ヒータ１５が設けられている箇所よりも下流側の本管７ａに設ける。図示例では、回収タンク１２を１台で共用するために、排気ライン７と液体原料ベントライン２０との接続部よりも下流側であって、粗引きポンプ１４の下流側の排気ライン本管７ａに、回収タンク１２を設けている。
【００２１】
上述した液体原料用高真空ポンプ１３は、例えばメカニカルブースタポンプで構成する。ある程度流量を流し、処理炉２内の圧力を数１０Ｐａに保持する。排気速度は１５０００〜４００００（ｌ／ｍ）である。粗引きポンプ１４の性能は、大気圧から１Ｐａの圧力領域である。粗引きポンプ１４は、この圧力領域で液体原料用真空ポンプの補助排気を行う。
【００２２】
処理炉２には、液体原料４を気化した原料ガスｅの外に、クリーニングガスａ、液体原料４と反応させる反応ガスｂ、不活性ガス（キャリアガス）ｃが供給されるようになっている。このうち不活性ガスｃは、気化バルブ５を介して供給されるようになっている。また、原料タンク３に圧力ガスｄが供給されるようになっている。
【００２３】
次に上述した基板処理装置を用いた成膜プロセスとクリーニングプロセスを説明する。図２に示すように、所定回数成膜プロセスを繰り返した後、クリーニングプロセスを行うようになっている。
【００２４】
（１）ベント（Ａ）
供給系の気化バルブ５を開いて液体原料４の気化を可能にする。また、バルブ１７を開いて液体原料ベントライン２０による原料ガスｅの排流を可能とする。原料ガスｅを排流中は、ヒータ１５をオンしてラインを構成する配管加熱をする。また、排気系のバルブ１８、切替えバルブ２３を開いて排気ライン７の本管７ａからの排出を可能にする。また、バルブ１１も開いて、液体原料の回収を可能とする。
原料タンク３に圧力ガスを圧送して、原料タンク３から気化バルブ５に不活性ガスとともに液体原料４を押し出す。液体原料４は、気化バルブ５によって気化されて原料ガスｅとして吐出され後、粗引きポンプ１４によって液体原料供給ライン６から液体原料ベントライン２０に分岐して流れ、排気ライン７の本管７ａを経由して、その途中で冷却され再液化して回収タンク１２により回収される（Ｃ）。
【００２５】
（２）成膜プロセス（Ｂ）
バルブ１７を閉止して液体原料ベントライン２０への流路を断ち、代りにバルブ１６を開放して処理炉２への原料ガスｅの供給を可能にする。原料ガスｅを処理炉２に供給中は、ヒータ１５をオンしてラインを構成する配管加熱をし、ドライガスクリーニング用真空ポンプ２１側の切替えバルブ２４は閉じたままとする。気化バルブ５で原料ガスｅは液体原料供給ライン６を通って処理炉２に供給されつつ、液体原料用高真空ポンプ１３及びこれを補助する粗引きポンプ１４によって排気ライン７より排気され、処理炉２内は所定の圧力を保持している。また、原料ガスｅとともに反応ガスｂも処理炉２に供給されて、気化された液体原料とともに成膜プロセスを行う。ここでは、原料ガスｅと反応ガスｂとが供給される成膜プロセスとなる。成膜中、排気ライン７から排気される原料ガスｅは、ヒータ１５が設けられている切替えバルブ２３を通過後、冷却され再液化して液体原料となって回収タンク１２で回収される（Ｃ）。
【００２６】
ここで、原料ガスｅを処理炉２に供給するまでのベント区間、液体原料ベントライン２０に原料ガスｅを排流することで、成膜時に原料タンク３から安定した液体原料の流量が得られ、成膜時のバルブ１７からバルブ１６への切り替わりに対しても、設定した流量を瞬時に処理炉２のチャンバに供給することが可能である。
【００２７】
（３）上記（１）〜（２）のサイクルを所定数繰り返し、所定枚数のウェハ１に成膜を施す。
（４）クリーニングプロセス（Ｄ）
前述したサイクルを所定回数終了後、供給系の気化バルブ５、バルブ１７を開いて液体原料ベントライン２０への原料ガスｅの排流を可能とする。また、排気系のバルブ１８、切替えバルブ２４を開いて排気ライン７の分岐管２２からの排出を可能にする。ドライクリーニングガスを処理炉２に供給中は、配管加熱ヒータ１５をオフにして、液体原料用高真空ポンプ１３側の切替えバルブ２３は閉じたままとする。
不活性ガス、例えばＮ２を気化バルブ５から液体原料供給ライン６に導入して、粗引きポンプ１４によって液体原料ベントライン２０をＮ２パージする。また、クリーニングガスａを処理炉２に供給しつつ、ドライガスクリーニング用真空ポンプ２１によって排気ライン７の分岐管２２から排気する。これにより処理炉２をクリーニングして、処理炉２内に堆積した膜や反応副生成物を除去する。
【００２８】
（５）タンク交換（Ｅ）
回収タンク１２に規定量の液体原料がたまったら、全てのバルブ５、１６、１７、１８、２３、２４を閉止して、回収タンク１２を新しい回収タンクと交換する。回収済みの回収タンク１２から回収した液体原料は、所定の処理を施して原料タンク３へ補給する。
【００２９】
実施の形態による基板処理装置の成膜プロセスとクリーニングプロセスの具体例を上げれば次の通りである。
（１）処理プロセス
成膜方法  ＭＯＣＶＤ法
膜種      ＨｆＯ２薄膜
温度      ３００〜５００℃
Ｈｆ（ＭＭＰ）４  ０．０１〜０．１ｇ／ｍｉｎ
ただし、ＭＭＰはメチルメトキシプロポキシの略称である。
希釈Ｎ２    ０．１〜１ｓｌｍ
酸素        ０．１〜１ｓｌｍ
圧力        ５０〜２００Ｐａ
【００３０】
（２）クリーニングプロセス
温度        ２５０〜４５０℃
Ｎ２        １〜２ｓｌｍ
クリーニングガスＣｌＦ３（Ｃｌ２）  ０．２〜０．５ｓｌｍ
圧力        １００〜４０００Ｐａ
【００３１】
また、反応ガスとしては酸化剤となるＯ２、Ｏ３、又はＨ２Ｏを用いる。圧送ガスポートから供給する圧送ガスとしてはＮ２、Ｈｅ、又はＡｒを用いる。また、不活性ガス又はパージガスとしてはＮ２を用いる。
【００３２】
上述した実施の形態によれば、これまで別々に設けていた排気ライン７の真空ポンプと、液体原料ベントライン２０の真空ポンプとを、排気ライン７の粗引きポンプ１４で共通化して１台で済ますことができるようにしたので、ポンプの共通化により装置の簡便化及びコスト低減化をはかることができる。
【００３３】
また、実施の形態では、液体原料ベントライン２０を液体原料用高真空ポンプ１３と粗引きポンプ１４との間に接続している。したがって、ベント時、原料ガスｅは、粗引きポンプ１４によって液体原料供給ライン６から液体原料ベントライン２０に分岐して流れ、排気ライン７を経由して回収タンク１２で回収される。
この場合において、液体原料ベントライン２０を液体原料用高真空ポンプ１３の上流側に接続することも考えられるが、そうすると、液体原料ベントライン２０から逃がした原料ガスｅが排気ライン７を逆流して処理炉２に逆拡散し、処理炉２のウェハ１上に予定外の成膜がされてしまうことになる。逆拡散するのは、処理炉２が真空であるため、液体原料の分子が処理炉２に移動するからである。処理炉２と液体原料用高真空ポンプ１３との距離が長いほど、圧力差がつきやすく、逆拡散しにくくなるが、それでは、ラインを構成する配管長がながくなって装置が大型化する。
【００３４】
そこで、実施の形態では、液体原料ベントライン２０を液体原料用高真空ポンプ１３と粗引きポンプ１４との間に接続しているのである。これにより液体原料ベントライン２０と処理炉２とをつなぐ排気ライン７の途中に、液体原料用高真空ポンプ１３という抵抗が存在することになる。従って、液体原料用高真空ポンプ１３による排出（抵抗）が、液体原料分子の移動（逆拡散）を抑制することになる。その結果、気化された液体原料が処理炉２へ逆拡散するのを有効に防止でき、ウェハ１には所望の成膜を施すことができる。また、排気ライン７の配管長も短くてすむ。
【００３５】
また、実施の形態では、液体原料供給ライン６及び液体原料ベントライン２０に設けたヒータ１５によりラインを構成する配管を保温し、内部を搬送される液体原料を温度が低下しないように加熱している。したがって、配管内を搬送される原料ガスｅが液化して内部に原料が付着したり、固化することが有効に防止される。
また、液体原料は処理炉２内で、全て反応が行われるものではなく、反応せずに残留するガスが存在する。残留ガスは排気ライン７を流れ、温度が低い場合や圧力が高い場合に再液化し、メンテナンス時に大気開放した場合に大気中に水分と反応し、固化してラインを構成する配管に付着し、配管を閉塞させたりする。
この点で、実施の形態では、処理炉２と切替えバルブ２３、２４との間及び切替えバルブ２３、２４に、ヒータ１５を設けて、ヒータ１５によりラインを構成する配管を保温し、内部を搬送される液体原料の温度が低下しないように加熱している。これにより配管内を搬送される原料ガスが液化して内部に原料が付着したり、固化することが有効に防止される。また、排気ライン７に排気ガス中の混入物が付着することも有効に防止することができる。
また、従来のように排気ラインが１系統であると、クリーニング時に、クリーニングガスにＣｌ、Ｆ系のガス、例えばＣｌＦ３などのガスを流した場合、有害ガスを発生するため、反応副生成物の除去不可能になるという問題がある。
この点でも、実施の形態では、排気ライン７をクリーニングガス排気用と液体原料排気用とに分岐して２系統にしてあり、しかも、液体原料ベントライン２０も、分岐したクリーニングガスを排気する分岐管２２ではなく、液体原料を排気する排気ライン７の本管７ａの方に接続している。したがって、処理炉２から排気される液体原料のみならず、液体原料ベントライン２０から排流される液体原料も、Ｃｌ、Ｆ系のクリーニングガスと混入するのを防止でき、有害ガスの発生をなくして安全を確保できる。また、有害ガスが発生しないので、排気ライン７から反応副生成物を有効に除去することができる
【００３６】
なお、上述した実施の形態では、原料として特に意義のある液体原料の場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば固体原料でもよい。固体原料としてはＺｒＣｌ４、ＨｆＣｌ４等がある。これらは所定の気化器により気化して原料供給ラインまたは原料ベントラインに供給される。固体原料の場合も、付着や固化を防ぐために、実施の形態と同様にヒータにより必要に応じて加熱保温してやるとよい。さらに原料は、所定温度以上に保つ必要があれば、ガス原料であってもよい。
また、実施の形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いた成膜プロセスの場合について説明したが、本発明は、液体原料を気化した原料ガスと反応ガスとを交互に供給するＡＬＤ法を用いた成膜プロセスについても適用できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、原料ベントラインの真空ポンプに排気ラインの粗引き用真空ポンプを利用して、これまで別個に設けていた排気ラインと原料ベントラインとの粗引き用真空ポンプを共通化したので、装置を簡単かつ安価に構成できる。また、原料ベントラインを原料用高真空ポンプと粗引き用低真空ポンプとの間に接続して、処理炉と原料ベントラインとの間に抵抗となる原料用高真空ポンプが介在するようにしたので、原料ベントラインからの処理炉への原料の逆拡散を低減できる。また、原料ベントラインに加熱保持手段を設けたので、原料の原料ライン内への付着を有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態による基板処理装置の構成図である。
【図２】実施の形態によるバルブの開閉とプロセスとの説明図である。
【図３】従来例による基板処理装置の構成図である。
【符号の説明】
１    ウェハ（基板）
２    処理炉
４    液体原料
６    液体原料供給ライン（原料供給ライン）
７    排気ライン
１３    液体原料用高真空ポンプ（原料用高真空ポンプ）
１４    粗引きポンプ（粗引き用低真空ポンプ）
１５    ヒータ（加熱保持手段）
２０    原料ベントライン
【図１】
2005056931.tif 000003
【図２】
2005056931.tif 000004
【図３】
2005056931.tif 000005