(57)【要約】      （修正有）【課題】原料ガスの蒸気圧に関係なく、所定の原料ガスをそのモル数を一定にして確実かつ可及的速やかに導入することができるガス導入装置を提供する。【解決手段】ガス供給源３１ｂからの上流側ガス導入管３２ｂに接続される単一の第１バッファ室３３ｂと、第１バッファ室に直列に接続され、第１バッファ室より小さい同一の所定容積を有する複数個の第２バッファ室３３ｃと、第１バッファ室及び各第２バッファ室のうち選択されたものから原料ガスを処理室に導入する下流側ガス導入管３４ｂとを備え、第１バッファ室から最上流側に位置する第２バッファ室までを接続する接続管３５ａを含めたこの最上流側の第２バッファ室の容積と、互いに連続する、上流側に位置する第２バッファ室から下流側に位置する第２バッファ室までを接続する接続管３５ｂを含めたこの下流側の第２バッファ室の容積とを同等とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室に所定の原料ガスをそのモル数を一定にして導入するガス導入装置であって、
ガス供給源からの上流側ガス導入管に接続される単一の第１バッファ室と、第１バッファ室に直列に接続され、第１バッファ室より小さい同一の所定容積を有する複数個の第２バッファ室と、第１バッファ室及び各第２バッファ室のうち選択されたものから原料ガスを処理室に導入する下流側ガス導入管とを備え、
第１バッファ室から最上流側に位置する第２バッファ室までを接続する接続管を含めたこの最上流側の第２バッファ室の容積と、互いに連続する、上流側に位置する第２バッファ室から下流側に位置する第２バッファ室までを接続する接続管を含めたこの下流側の第２バッファ室の容積とを同等としたことを特徴とするガス導入装置。
【請求項２】
第１バッファ室から処理室に通じる下流側ガス導入管に、開閉弁を介在させて分岐管を接続し、この分岐管に、容積が可変の第３バッファ室を接続したことを特徴とする請求項１記載のガス導入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理室に、所定の原料ガスをそのモル数を一定にして導入するガス導入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、原料分子がシリコンウエハ等の被処理基板の表面に集合して自律的に組みあがってなる自己組織化単分子膜（以下、「ＳＡＭ」という）が注目されている。ＳＡＭは、例えば、シリコン、チタン等のコア原子に、上記被処理基板に化学吸着した官能基とこの官能基と反対側の末端官能基とを有し、この末端官能基を適宜選択することで、表面の物理的または化学的な性質を制御したりすることができ、トランジスタ等の電子デバイス、ＭＥＭＳや画像表示デバイスなどの製造工程で広く利用されるようになっている。
【０００３】
従来、高膜密度及び高配向性を備えたＳＡＭを気相法にて形成する方法及び装置は例えば特許文献１で知られている。このものでは、成膜を行い得る処理室（成膜室）と、処理室内の温度を制御する雰囲気温度制御手段と、処理室内の湿度を制御する湿度制御手段と、処理室内に配置されたステージ上にセットされる被処理基板の温度を制御する基板温度調節手段とを備える。処理室の天井部には、原料ガスを処理室内に供給するガス導入装置のガス導入管と、処理室内のガスを排気するガス排気装置の排気管とが接続されている。そして、このガス導入装置により処理室内にＳＡＭ形成用の原料ガス（キャリアガスとの混合ガスを含む）を、湿度と温度とが適宜制御された処理室内に導入して成膜が行われる。この場合、湿度の調節は、例えば窒素等の主ガスに水蒸気ガスを混合して処理室内に導入することで行われる。
【０００４】
ここで、処理室内に原料ガスを導入するとき、成膜に必要不可欠な所定量の原料ガスのみを導入するようにしてＳＡＭ形成用の原料ガスの利用効率の向上を図ることが望ましい。このような場合、原料を固相または液相で収容したガス供給源から処理室に通じる原料ガスの導入管に所定容積のバッファ室を介設すると共に、このバッファ室の上流側及び下流側の導入管部分に開閉弁を夫々介設する。そして、ガス供給源の原料をガス化し、上流側の開閉弁を開弁してバッファ室内に所定量の原料ガスを一旦貯蔵し、成膜を行うに際しては下流側の開閉弁を開弁してこのバッファ室内の原料ガスのみを処理室内に導入する。
【０００５】
然しながら、上記のような原料ガスの導入方法では、原料ガスの蒸気圧が高いとき、その都度バッファ室に導入する原料ガスの圧力を上記蒸気圧より低い所定圧力に揃えてバッファ室に原料ガスを導入することは困難であるという問題がある。原料ガスの圧力が異なっていると、処理室に導入される原料ガスのモル数が一定にならず、被処理基板毎にＳＡＭの膜質（密度や配向性）が一定にならないという問題がある。この場合、バッファ室に通じる導入管にオリフィス等のガス流量を制御する部品を設け、バッファ室内の圧力を圧力計で監視しながら、開閉弁を制御して原料ガスをバッファ室内に導入することが考えられるが、これでは、バッファ室への原料ガスの導入の制御が面倒であると共に、原料ガス導入に時間がかかるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００６／１１２４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、原料ガスの蒸気圧に関係なく、所定の原料ガスをそのモル数を一定にして確実かつ可及的速やかに導入することができるガス導入装置を提供することをその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、処理室に所定の原料ガスをそのモル数を一定にして導入する本発明のガス導入装置は、ガス供給源からの上流側ガス導入管に接続される単一の第１バッファ室と、第１バッファ室に直列に接続され、第１バッファ室より小さい同一の所定容積を有する複数個の第２バッファ室と、第１バッファ室及び各第２バッファ室のうち選択されたものから原料ガスを処理室に導入する下流側ガス導入管とを備え、第１バッファ室から最上流側に位置する第２バッファ室までを接続する接続管を含めたこの最上流側の第２バッファ室の容積と、互いに連続する、上流側に位置する第２バッファ室から下流側に位置する第２バッファ室までを接続する接続管を含めたこの下流側の第２バッファ室の容積とを同等としたことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、ガス供給源でガス化した原料ガスをその蒸気圧のまま第１バッファ室に先ず導入する。次に、第１バッファ室に一旦貯蔵された原料ガスを第２バッファ室へと移送する。このとき、第１バッファ室から最上流側に位置する第２バッファ室までを接続する接続管を含めたこの最上流側の第２バッファ室の容積と、互いに連続する、上流側に位置する第２バッファ室から下流側に位置する第２バッファ室までを接続する接続管を含めたこの下流側の第２バッファ室の容積を同等としたため、第１バッファ室から各第２バッファ室に原料ガスが均等に分圧されて、第１バッファ室及び各第２バッファ室内の圧力が互いに同等となってその原料ガスのモル数も同等となる。つまり、第１バッファ室及び各第２バッファ室内の圧力は、原料ガスの蒸気圧を第１バッファ室と各第２バッファ室とを足した数で除した圧力になる。この場合、処理室に導入するときの原料ガスの圧力に応じて第２バッファ室の数や容積を適宜設定しておく。そして、第１バッファ室及び各第２バッファ室のうち選択されたものから、例えば真空排気されている成膜室に原料ガスが順次供給されて成膜が行われる。
【００１０】
このように本発明では、第１バッファ室に原料ガスをその蒸気圧のまま導入した後、第２バッファ室に分圧するだけであるため、複雑な制御なしに可及的速やかに開閉弁のみの開閉だけで原料ガスをそのモル数を一定にして処理室内に導入できることが実現できる。なお、本発明でいう「同等」とは、第１バッファ室と各第２バッファ室とに原料ガスが均等に分圧されていれば、厳密に一致している場合のみを意味するものではない。
【００１１】
本発明において、第１バッファ室から処理室に通じる下流側ガス導入管に、開閉弁を介在させて分岐管を接続し、この分岐管に、容積が可変の第３バッファ室を接続しておけば、第３バッファ室の容積に応じて第１及び第２のバッファ室内に導入される原料ガスの圧力を適宜変更することができてよい。この場合、例えば、第３バッファ室に真空排気装置を接続し、原料ガスを分圧した後、その内部を適宜真空引きされるようにしてもよく、また、第３バッファ室にも下流側ガス導入管を接続してこの第３バッファ室内の原料ガスも処理室に導入するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態のガス導入装置を備えた成膜装置の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、被処理基板をシリコン基板Ｗとし、シリコン基板Ｗに自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を成膜する成膜装置に本発明のガス導入装置を適用した実施形態について説明する。
【００１４】
図１を参照して、１は、成膜が行われる処理室１ａを画成する真空チャンバを示す。以下において、図１を基準に、真空チャンバ１内でステージ２が設けられる側を下とし、上、右、左といった方向を示す用語を用いるものとするが、配置はこれに限定されるものではない。真空チャンバ１には、その内部を真空引きする真空ポンプＰが設けられ、その下面中央にはシリコン基板Ｗが位置決め保持されるステージ２が設けられている。ステージ２には、図示省略のヒータや冷却手段が内蔵され、ステージ２上にセットされるシリコン基板Ｗを所定温度に制御できるようにしている。真空チャンバ１にもまた図示省略のヒータが設けられ、成膜時に処理室１ａ内の雰囲気温度を制御できるようにしている。そして、ステージ２に対向させて真空チャンバ１の上壁部には、第１及び第２の各ガス導入装置３１，３２が設けられている。
【００１５】
第１のガス導入装置３１はＳＡＭ形成用の原料ガスを導入するものであり、第２のガス導入装置３２は、成膜時に処理室１ａ内を所定湿度に調節するために水蒸気ガスを導入するものである。ＳＡＭ形成用の原料ガスとしては、表面の物理的または化学的な性質を制御するためにシリコン基板Ｗに成膜しようとするものに応じて適宜選択され、このような原料ガスは公知のものが利用できるため、ここでは省略する。ここで、原料ガスとして、コア原子がシリコンである化合物のものを用いるような場合、その蒸気圧は然程高くはない。このため、第１のガス導入装置３１は、原料を液相で貯蔵し、この原料をガス化するヒータ（図示せず）を有するガス供給源３１ａと、ガス供給源３１ａからの上流側ガス導入管３２ａが接続される単一のバッファ室３３ａと、バッファ室３３ａから原料ガスを処理室１ａに導入する下流側ガス導入管３４ａとで構成され、上流側ガス導入管３２ａ及び下流側ガス導入管３４ａには夫々開閉弁Ｖ１，Ｖ２が夫々介設されている。この場合、バッファ室３３ａの容積は、成膜に必要不可欠な原料ガスの量に応じて適宜設定されている。
【００１６】
他方、水蒸気ガスは、上記原料ガスに比較して蒸気圧が高く、第１のガス導入装置３１のような構成では、水蒸気ガスの圧力を蒸気圧より低い所定圧力に揃え、原料ガスのモル数を一定にしてバッファ室に原料ガスを導入することは困難である。そこで、本実施形態では、第２のガス導入装置３２を次のように構成することとした。即ち、第２のガス導入装置３２は、原料（Ｈ２Ｏ）を液相で貯蔵し、この原料をガス化するヒータ（図示せず）を有するガス供給源３１ｂと、ガス供給源３１ｂからの上流側ガス導入管３２ｂが接続される単一の第１バッファ室３３ｂと、第１バッファ室３３ｂから原料ガスを処理室１ａに導入する下流側ガス導入管３４ｂとを備える。そして、第１バッファ室３３ｂに、第１バッファ室３３ｂより小さい同一の所定容積を有する複数個の第２バッファ室３３ｃが、下流側ガス導入管３４ｂから分岐した接続管３５ａ〜３５ｄを介して直列に接続されている。この場合、第２バッファ室３３ｃの数は、原料ガスの蒸気圧や処理室１ａ内に導入するときの原料ガスの圧力等を考慮して適宜選択される。また、第１バッファ室３３ｂと最上流側に位置する第２バッファ室３３ｃとの間の接続管３５ａの配管径及び長さ、並びに、第２バッファ室３３ｃ相互の間を接続する接続管３５ｂ〜３５ｄの配管径及び長さを同等としている。各第２バッファ室３３ｃには、その内部に一旦貯蔵された原料ガスを処理室１ａに導入する他の下流側ガス導入管３４ｃが接続されている。更に、上流側ガス導入管３２ｂ、各接続管３５ａ〜３５ｄ及び下流側ガス導入管３４ｂ，３４ｃには、同一の形態の開閉弁Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５が夫々介設されている。なお、下流側ガス導入管３４ｂのうち第１バッファ室３３ｂから開閉弁Ｖ４までの長さは接続管３５ａの長さと同等することが好ましい。
【００１７】
また、第１バッファ室３３ｂから処理室１ａに通じる下流側ガス導入管３４ｂに、開閉弁Ｖ６を介在させて分岐管３６を接続し、この分岐管３６に、容積が可変の第３バッファ室３３ｄが接続されている。この場合、第３バッファ室３３ｄは、第１バッファ室３３ｂより小さい容積を有し、その内部にはピストンＰＳが設けられると共に、このピストンＰＳを駆動する直動モータＰＭが付設され、第３バッファ室３３ｄ内のピストンＰＳの相対位置を適宜制御してその内部の容積を可変するようにしている。なお、第３バッファ室３３ｄの形態は、これに限定されるものではなく、例えばベローズを用いたものであってもよい。
【００１８】
以上説明したように、上記実施形態によれば、開閉弁Ｖ３のみを開弁してガス供給源３１ｂでガス化した原料ガスをその蒸気圧のまま第１バッファ室３３ｂに先ず導入する。次に、開閉弁Ｖ３を閉弁した後、開閉弁Ｖ５を全て開弁し、第１バッファ室３３ｂに一旦貯蔵された原料ガスを第２バッファ室３３ｃへと移送する。このとき、接続管３５ａの配管径及び長さを揃えて、第１バッファ室３３ｂから最上流側に位置する第２バッファ室３３ｃまでを接続する接続管３５ａを含めたこの最上流側の第２バッファ室３３ｃの容積と、互いに連続する、上流側に位置する第２バッファ室３３ｃから下流側に位置する第２バッファ室３３ｃまでを接続する接続管３５ｂ〜３５ｄを含めたこの下流側の第２バッファ室３３ｃの各容積を同等としたため、第１バッファ室３３ｂから各第２バッファ室３３ｃに原料ガスが均等に分圧されて、第１バッファ室３３ｂ及び各第２バッファ室３３ｃ内の圧力が互いに同等となってその原料ガスのモル数も同等となる。つまり、第１バッファ室３３ｂ及び各第２バッファ室３３ｃ内の圧力は、原料ガスの蒸気圧を第１バッファ室３３ｂと各第２バッファ室３３ｃとを足した数で除した圧力になる。そして、開閉弁Ｖ５を閉弁した状態で開閉弁Ｖ４を順次開閉していくことで、第１バッファ室３３ｂ及び各第２バッファ室３３ｃのうち選択されたものから真空排気されている処理室１ａに原料ガスが順次供給される。最後に、第１バッファ室３３ｂ及び各第２バッファ室３３ｃ内の原料ガスが全て処理室１ａに導入されると、上記操作を繰り返して、再度第１バッファ室３３ｂ及び各第２バッファ室３３ｃに原料ガスが供給される。
【００１９】
このように本発明では、第１バッファ室３３ｂに原料ガスをその蒸気圧のまま導入した後、第２バッファ室３３ｃに分圧するだけであるため、複雑な制御なしに可及的速やかに開閉弁Ｖ３〜Ｖ５のみの開閉だけで原料ガスをそのモル数を一定にして処理室１ａ内に導入できることが実現できる。また、第３バッファ室３３ｄの容積に応じて第１及び第２のバッファ室３３ｂ，３３ｃ内に導入される原料ガスの圧力を適宜変更することができてよい。この場合、第３バッファ室３３ｄに図外の真空ポンプを接続し、原料ガスを分圧した後、その内部を適宜真空引きされるようにすればよい。
【００２０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、水蒸気ガスをそのモル数を一定にして処理室内に導入する場合を例に説明したが、原料ガスの蒸気圧が高く、可及的速やかにバッファ室にその圧力を一定にしてバッファ室に導入できないような場合には本発明を適用することができる。また、上記実施形態では、第２バッファ室３３ｃ内の容積、接続管３５ａ〜３５ｄの配管径及び長さを揃えて各容積を同等とするものを例に説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。例えば、第２バッファ室３３ｃ内の容積と接続管３５ａの配管径とを、その下流側に向かうに従い、大きくし、接続管３５ａ〜３５ｄの長さを下流側に向かうに従い、短くすることで、ガス導入装置の小型化を図るようにしてもよい。更に、上記実施形態では、ＳＡＭを気相法で成膜するものを例に説明したが、他の成膜処理装置やエッチング装置等において、ガスを一定の圧力、ひいてはモル数を一定に導入する必要があるような場合に本発明は広く適用することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１…真空チャンバ、１ａ…処理室、３２…ガス導入装置、３３ｂ…第１バッファ室、３３ｃ…第２バッファ室、３３ｄ…第３バッファ室、３１ｂ…ガス供給源、３２ｂ…上流側ガス導入管、３４ｂ…下流側ガス導入管、３５ａ〜３５ｄ…接続管、３６…分岐管、Ｖ１〜Ｖ５…開閉弁、Ｗ…シリコン基板（被処理基板）。
【図１】
2013227613.tif 000003