JP2004124193A - 処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の原料ガスを交互に供給して成膜を行う処理装置において、排気配管中で原料ガスが反応することを防止して反応生成物による排気配管詰まりを防止することを課題とする。
【解決手段】処理容器２１へのガス供給をＴｉＣｌ４供給系統とＮＨ３供給系統との間で切り替える。また処理容器２１からのガス排気をＴｉＣｌ４排気系統とＮＨ３排気系統との間で切り替える。ガス供給がＴｉＣｌ４供給系統に切り替えられたときにガス排気をＴｉＣｌ４排気系統に切り替え、且つ、ガス供給がＮＨ３供給系統に切り替えられたときにガス排気をＮＨ３排気系統に切り替える。切り替えは供給系統及び排気系統の各々に設けられた開閉弁Ｖ１〜Ｖ５により行う。
【選択図】 図２
【解決手段】処理容器２１へのガス供給をＴｉＣｌ４供給系統とＮＨ３供給系統との間で切り替える。また処理容器２１からのガス排気をＴｉＣｌ４排気系統とＮＨ３排気系統との間で切り替える。ガス供給がＴｉＣｌ４供給系統に切り替えられたときにガス排気をＴｉＣｌ４排気系統に切り替え、且つ、ガス供給がＮＨ３供給系統に切り替えられたときにガス排気をＮＨ３排気系統に切り替える。切り替えは供給系統及び排気系統の各々に設けられた開閉弁Ｖ１〜Ｖ５により行う。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は処理装置に係り、特に半導体ウェハ等の被処理基板に複数種類の原料ガスを交代に供給しながら処理を行う処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加熱した基板に処理ガスを供給して基板上に高品質な薄膜を形成する方法として、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が近年注目されている。
【０００３】
ＡＬＤによる成膜工程では、複数種類の原料ガスを基板に対して供給し、原料ガスを基板上で反応させて反応生成物の非常に薄い膜を形成する。この際、原料ガスが基板上に到達する前に反応してしまわないように、複数種類の原料ガスを切り替えながら一種類毎に供給する。すなわち、一つの種類の原料ガスだけを基板に供給して吸着させた後、吸着しなかったガスを完全に排気し、続いて異なる種類の原料ガスを供給して基板上で反応させる。この処理を例えば数百回繰り返してある程度の厚さの薄膜に成長させる。
【０００４】
１回の原料ガスの供給工程では、原料ガスは、基板の表面に接触する僅かな部分しか反応に寄与せず、原料ガスの大部分は未反応のまま処理容器から排気される。そして、一種類の原料ガスが排気されると、直ちに次の種類の原料ガスが処理容器内に供給される。
【０００５】
例えば、２種類の原料ガスを交互に供給するＡＬＤでは、以下のような工程となる。
【０００６】
▲１▼ 第１の原料ガスを処理容器内に供給して基板上に吸着させる。
【０００７】
▲２▼ 処理容器内に残留している第１の原料ガスを排気する。
【０００８】
▲３▼ 第２の原料ガスを処理容器内に供給して基板上に吸着している第１のガスと反応させる。
【０００９】
▲４▼ 処理容器内に残留している第２の原料ガスと、反応による副生成物とを排気する。
【００１０】
以上の工程▲１▼〜▲４▼を繰り返して所定の膜厚の薄膜を基板上に形成する。上述の工程において、基板上に吸着されずに反応に寄与しなかった原料ガスはそのまま処理容器から排気される。したがって、ＡＬＤによる成膜工程は、通常のＣＶＤによる成膜工程よりも、未反応のまま排気される原料ガスの量が多い。
【００１１】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【００１２】
【特許文献１】
特開平３−２８３７７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１４２７２号公報
【特許文献３】
国際公開第０２／１５２４３号パンフレット。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のＡＬＤによる成膜工程において、蒸気圧の低い原料ガスが未反応のまま処理容器から排出されると、ガスは排気配管の中で液化又は固化して排気配管の内壁に付着することがある。したがって、長時間の使用により排気配管の内壁に付着した物質の量が増え、最終的に排気配管が詰まってしまうおそれがある。
【００１４】
また、原料ガスを交互に供給しているため、排気配管の内壁に付着した原料ガスが、次の工程で処理容器から排気されて流れてくる原料ガスと反応することがある。これにより、排気配管の中で原料ガス同士が反応して排気配管の内壁に反応生成物が付着したり、また反応の副生成物が排気配管の内壁に付着したりして、長時間の使用により排気配管が詰まってしまうおそれがある。
【００１５】
図１は従来の処理装置の原料ガス供給及び排気系を示す概略構成図である。 図１に示す処理装置は、例えば、ＴｉＣｌ４とＮＨ３の２種類の原料ガスを基板Ｗ上で反応させてＴｉＮ膜を生成する成膜処理を行う装置として構成されている。この場合、原料ガスであるＴｉＣｌ４とＮＨ３とを処理容器１に別々に供給するため、ＴｉＣｌ４用の供給配管２とＮＨ３用の供給配管３が別個に設けられる。また、キャリアガス及び排気パージ用ガスとしてＮ２ガスを処理容器に供給するための供給配管４が別個に設けられる。供給配管２，３，４には夫々ガス流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５，６，７及び開閉弁８，９，１０が設けられる。開閉弁８，９，１０の開閉を適宜制御することにより、原料ガスを交互に処理容器１に供給する。
【００１６】
処理容器１に供給された原料ガスは、排気配管１２を通じて真空排気装置１１により排気される。処理容器１と真空排気システム１１との間にはトラップ１３が設けられ、反応生成物や副生成物及び未反応の原料ガスを捕集する。
【００１７】
ＴｉＣｌ４とＮＨ３の２種類の原料ガスを基板上で反応させてＴｉＮ膜を生成する成膜処理の場合、処理容器内は４００℃程度の温度となっており、以下の化学式で示すように反応副生成物であるＮＨ４Ｃｌが生成される。
【００１８】
６ＴｉＣｌ４＋８ＮＨ３ → ６ＴｉＮ＋２４ＨＣｌ＋Ｎ２
ＨＣｌ＋ＮＨ３ → ＮＨ４Ｃｌ
生成されるＮＨ４Ｃｌは白い粉末状の物質である。
【００１９】
しかし、排気される原料ガスが通過する排気配管中の温度は１５０℃以下であり、このような温度では以下の化学式に示すような反応が生じるものと考えられる。
【００２０】
ＴｉＣｌ４＋ＮＨ３ → ＴｉＣｌ４・ｎＮＨ３（ｎ＝２，４）
この反応生成物ＴｉＣｌ４・ｎＮＨ３（ｎ＝２，４）は黄色い粉末状の物質であることが知られている。
【００２１】
本発明者が図１に示すような処理装置を用いて行った実験では、排気配管１２の途中及びコールドトラップ１３に黄色い粉末状の物質がかなりの量堆積することが確認された。この黄色い粉末状の物質は、上述のＴｉＣｌ４・ｎＮＨ３（ｎ＝２，４）であると推測される。
【００２２】
以上のように、複数種類の原料ガスを交互に供給して成膜処理を行う処理装置において、原料ガス同士が排気配管内で反応して排気配管の内壁に反応生成物が付着堆積し、排気配管が詰まるという問題があった。
【００２３】
また、上述のように未反応の原料ガスを排気する工程を繰り返す処理では、反応に寄与しない原料ガスが多量に排気されることとなり、原料ガスの消費量が多いという問題もあった。
【００２４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、複数の原料ガスを交互に供給して成膜を行う処理装置において、排気配管中で原料ガスが反応することを防止して反応生成物による排気配管詰まりを防止することのできる処理装置を提供することを目的とする。また、本発明は、未反応のまま排気される原料ガスを再利用可能に回収することのできる処理装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１記載の発明は、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを被処理基板に対して交互に供給して処理を行う処理装置であって、内部に該被処理基板が配置される処理容器と、該処理容器内に前記第１の原料ガスを供給するための第１の供給系統と、前記処理容器内に前記第２の原料ガスを供給するための第２の供給系統と、前記処理容器内から前記第１の原料ガスを排気するための第１の排気系統と、前記処理容器内から前記第２の原料ガスを排気するための第２の排気系統と、前記処理容器へのガス供給系統を前記第１の供給系統と前記第２の供給系統との間で切り替える供給系統切り替え手段と、前記処理容器からのガス排気系統を前記第１の排気系統と前記第２の排気系統との間で切り替える排気系統切り替え手段と、ガス供給系統が前記第１の供給系統に切り替えられたときにガス排気系統を前記第１の排気系統に切り替え、且つ、ガス供給系統が前記第２の供給系統に切り替えられたときにガス排気系統を前記第２の排気系統に切り替えるように、前記供給系統切り替え手段と前記排気系統切り替え手段とを制御する制御手段とを有することを特徴とするものである。
【００２７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の処理装置であって、前記第１の排気系統に設けられ、前記第１の原料ガスを捕集するトラップと、該トラップにより捕集した前記第１の原料ガスを前記第１の供給系統に戻すための回収配管とを更に有することを特徴とするものである。
【００２８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の処理装置であって、前記第２の排気系統に設けられ、前記第１の原料ガスと前記第２の原料ガスの反応による反応副生成物を捕集するトラップを更に有することを特徴とするものである。
【００２９】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の処理装置であって、前記処理容器に不活性ガスを供給するための第３の供給系統を更に有することを特徴とするものである。
【００３０】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の処理装置であって、前記供給系統切り替え手段は、前記第１の供給系統に設けられた第１の供給系開閉弁と、前記第２の供給系統に設けられた第２の供給系開閉弁とを有し、該第１の供給系開閉弁と該第２の供給系開閉弁の開閉は前記制御手段により制御されることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の処理装置であって、前記排気系統切り替え手段は、前記第１の排気系統に設けられた第１の排気系開閉弁と、前記第２の供給系統に設けられた第２の排気系開閉弁とを有し、該第１の排気系開閉弁と該第２の排気系開閉弁の開閉は前記制御手段により制御されることを特徴とするものである。
【００３２】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の処理装置であって、前記供給系統切り替え手段は、前記第１の供給系統と前記第２の供給系統とのいずれか一方に接続される供給系三方弁を有し、前記排気系統切り替え手段は、前記第１の排気系統と前記第２の排気系統とのいずれか一方に接続される排気系三方弁を有し、前記供給系三方弁と前記排気系三方弁とは、前記制御手段により制御されることを特徴とするものである。
【００３３】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の処理装置であって、前記供給系三方弁及び前記排気系三方弁は空気作動弁よりなり、空気作動弁に供給される圧縮空気は空気切り替え弁により前記供給系三方弁及び前記排気系三方弁のいずれか一方に供給されることを特徴とするものである。
【００３４】
請求項９記載の発明は、請求項１乃至８記載の処理装置であって、前記第１の原料ガスはＴｉＣｌ４，ＴｉＦ４，ＴｉＢｒ４，ＴｉＩ４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］４，Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４，ＴａＦ５，ＴａＣｌ５，ＴａＢｒ５，ＴａＩ５，Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３のいずれかであり、前記第２の原料ガスはＮＨ３，Ｎ２Ｈ４，ＮＨ（ＣＨ３）２，Ｎ２Ｈ３（ＣＨ３）のいずれかであり、ＴｉＮ膜もしくはＴａＮ膜を前記被処理基体上に生成することを特徴とするものである。
【００３５】
請求項１０記載の発明は、請求項４記載の処理装置であって、前記第１の原料ガスはＴｉＣｌ４，ＴｉＦ４，ＴｉＢｒ４，ＴｉＩ４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］４，Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４，ＴａＦ５，ＴａＣｌ５，ＴａＢｒ５，ＴａＩ５，Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３のいずれかであり、前記第２の原料ガスはＮＨ３，Ｎ２Ｈ４，ＮＨ（ＣＨ３）２，Ｎ２Ｈ３（ＣＨ３）のいずれかであり、前記不活性ガスはＮ２，Ａｒ，Ｈｅのいずれかであり、ＴｉＮ膜もしくはＴａＮ膜を前記被処理基体上に生成することを特徴とするものである。
【００３６】
上述の発明によれば、第１の原料ガスと第２の原料ガスを交互に供給して成膜を行う処理装置において、第１の供給系統と第２の供給系統を切り替えると同時に、第１の排気系統と第２の排気系統と切り替えることにより、第１の排気系統には第１の原料ガスのみが流れ、第２の排気系統には第２の原料ガスのみが流れる。したがって、排気配管中で原料ガス同士が混合され反応することが防止され、反応生成物による排気配管詰まりを防止することができる。また、未反応のまま排気される原料ガスを純度が高い状態で捕集することができるため、捕集した原料ガスを供給系統に戻して再利用することができ、原料ガスの消費量を低減することができる。
【発明の実施の形態】
図２は本発明による処理装置の全体構成を示すの概略構成図である。図２に示す処理装置は、ＴｉＣｌ４とＮＨ３の２種類の原料ガスを被処理基板（ウェハ）Ｗ上で反応させてＴｉＮ膜を生成する成膜処理を行う装置として構成されている。この場合、原料ガスであるＴｉＣｌ４とＮＨ３とを処理容器２１に別々に供給するため、ＴｉＣｌ４用の供給配管２２とＮＨ３用の供給配管２３とが別個に設けられる。また、キャリアガス及び排気パージ用ガスとしてＮ２ガスを処理容器２１に供給するための供給配管２４が別個に設けられる。供給配管２２，２３，２４には夫々ガス流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２５，２６，２７及び開閉弁Ｖ１，Ｖ３，Ｖ２が設けられる。開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉を適宜制御することにより、原料ガスを交互に処理容器２１に供給する。以上のように、本発明による処理装置には、ＴｉＣｌ４（第１の原料ガス）を供給する第１の供給系統と、ＮＨ３（第２の原料ガス）を供給する第２の供給系統と、Ｎ２（不活性ガス）を供給する第３の供給系統が設けられる。
【００３７】
また、本発明による処理装置には、２系統の排気系が設けられる。すなわち、処理容器２１に供給されたＴｉＣｌ４は、排気配管２８を通じて真空排気装置２９により吸引され、除害装置３０を介して外部に排気される（第１の排気系統）。一方、処理容器２１に供給されたＮＨ３は、排気配管２８とは別の排気配管３１を通じて真空排気装置３２に吸引され、除害装置３３を介して外部に排気される（第２の排気系統）。
【００３８】
ＴｉＣｌ４用の排気配管２８には開閉弁Ｖ４が設けられ、ＮＨ３用の排気配管３１には開閉弁Ｖ５が設けられる。また、開閉弁Ｖ４，Ｖ５は、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉に連動して制御される。排気配管３１上で開閉弁Ｖ５と真空排気装置３２との間には、処理容器２１内で生成された反応副生成物ＮＨ４Ｃｌを捕集する捕集部として、トラップ３４が設けられる。
【００３９】
図２に示す処理装置は、以下の工程を行うことにより基板Ｗ上にＴｉＮ膜を生成する。
【００４０】
▲１▼ 処理容器２１内を排気してウェハＷを処理容器２１内に搬入し、ウェハＷを４００℃程度に加熱する。
【００４１】
▲２▼ ＴｉＣｌ４を処理容器２１内に供給する。
【００４２】
▲３▼ 処理容器２１内のＴｉＣｌ４を排気配管２８を通じて排気する。
【００４３】
▲４▼ ＮＨ３を処理容器２１内供給する。
【００４４】
▲５▼ 処理容器２１内のＮＨ３を排気配管３１を通じて排気する。
【００４５】
▲６▼ ウェハＷ上のＴｉＮ膜が所定の厚さとなるまで▲２▼〜▲５▼の工程を繰り返す。
【００４６】
▲７▼ ＴｉＮ膜が所定の厚さとなったら成膜処理を終了し、処理容器２１からウェハＷを搬出する。
【００４７】
以上の工程を行うには、開閉弁Ｖ１〜Ｖ５の開閉を以下のように制御する。
【００４８】
まず、工程▲１▼では、開閉弁Ｖ１〜Ｖ３を閉じ、且つ開閉弁Ｖ４，Ｖ５を開いて真空排気装置２９，３２を作動し、排気処理容器２１内を排気する。
【００４９】
続いて、工程▲２▼では、開閉弁Ｖ１を開いてＴｉＣｌ４を処理容器２１内に供給すると共に、開閉弁Ｖ４を開いて処理容器２１内の未反応のＴｉＣｌ４を排気通路２８を通じて真空排気装置２９により排気する。工程▲２▼の間、開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ５は閉じている。
【００５０】
次に、工程▲３▼では、開閉弁Ｖ１を閉じ、代わりに開閉弁Ｖ２を開く。これにより、Ｎ２ガスが処理容器２１内に供給されて処理容器２１内のＴｉＣｌ４がパージされ、真空排気装置２９により排気される。
【００５１】
工程▲４▼では、開閉弁Ｖ２を閉じ、代わりに開閉弁Ｖ３を開く。これによりＮＨ３が処理容器２１内に供給される。このとき、ＴｉＣｌ４排気用の開閉弁Ｖ４が閉じられ、代わりにＮＨ３排気用の開閉弁Ｖ５が開かれる。したがって、未反応のＮＨ３及び反応副生成物であるＮＨ４Ｃｌは、ＴｉＣｌ４排気用の排気配管２８に流れ込むことなく、ＮＨ３排気用の排気配管３１を流れてトラップ３４に流入する。反応副生成物であるＮＨ４Ｃｌは、トラップ３４により捕集され、ＮＨ３は真空排気装置３２により吸引されて除害装置３３を介して外部に放出される。
【００５２】
次に、工程▲５▼では、開閉弁Ｖ３を閉じ、代わりに開閉弁Ｖ２を開く。これにより、Ｎ２ガスが処理容器２１内に供給されて処理容器２１内のＮＨ３がパージされ、真空排気装置３２により排気される。
【００５３】
以上の工程▲２▼〜▲５▼における開閉弁Ｖ１〜Ｖ５の操作を繰り返して、所望の厚さのＴｉＮ膜をウェハＷ上に生成した後、供給側の開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を全て閉じ、排気側の開閉弁Ｖ４，Ｖ５を開いて処理容器２１内を排気し、ウェハＷを処理容器Ｗから取り出す。
【００５４】
上述の開閉弁の動作を以下の表に示す。なお、○は開閉弁が開いた状態を示し、×は開閉弁が閉じた状態を示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
以上のように、本発明による処理装置は、複数種類の原料ガスの各々に対して個別に排気系統を有しており、原料ガスの各々に対して専用の排気配管が設けられるため、排気配管内で原料ガス同士が反応することが防止される。これにより、排気配管の内壁に堆積する物質の量が低減され、排気配管の詰まりを防止することができる。開閉弁Ｖ１〜Ｖ３は供給系統切り替え手段を構成し、開閉弁Ｖ４，Ｖ５は排気系統切り替え手段を構成する。
【００５７】
また、図２に示す本発明による処理装置において、ＴｉＣｌ４の排気系統にＴｉＣｌ４を捕集する捕集部としてトラップを設けることとしてもよい。図３はＴｉＣｌ４のトラップが設けられた処理装置の概略構成図である。図３において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００５８】
図３に示す処理装置において、ＴｉＣｌ４の排気配管２８上の開閉弁Ｖ４と真空排気装置２９との間にトラップ３５が設けられている。トラップ３５はコールドトラップよりなり、蒸気圧の低いＴｉＣｌ４を排気配管２８の途中で液化して捕集する。トラップ３５により捕集したＴｉＣｌ４は供給側に戻され、原料ガスとして再利用される。
【００５９】
このように、図３に示す処理装置では、ＴｉＣｌ４専用の排気系統が設けられているため、コールドトラップにより容易にＴｉＣｌ４のみを捕集することができる。そして、捕集したＴｉＣｌ４を原料ガスとして再利用するので、原料ガスの消費量を低減することができる。
【００６０】
次に、本発明の第１実施例による処理装置について説明する。図４は本発明の第１実施例による処理装置４０の構成を示す図である。処理装置４０は、ＴｉＣｌ４とＮＨ３の２種類の原料ガスを基板（ウェハ）Ｗ上で反応させてＴｉＮ膜を生成する成膜処理を行う装置として構成されている。
【００６１】
処理装置４０は、アルミニウム又はステンレススチール製の処理容器４１を有する。処理容器４１がアルミニウム製の場合は表面に陽極酸化被膜処理（アルマイト処理）が施されてもよい。処理容器４１内には、ヒータが内臓されたサセプタ（載置台）４２が配置される。被処理基板であるウェハＷはサセプタ４２上に載置されて成膜処理が施される。処理容器４１は気密な構造を有しており、成膜処理中は処理容器４１の内部は所定の減圧環境に維持される。
【００６２】
本実施例では、原料ガス（ＴｉＣｌ４，ＮＨ３）及びパージガス（Ｎ２）の供給配管は、処理容器４１に接続される部分で一つの共通供給配管４３にまとめられている。共通供給配管の先端はノズルとなっており、ノズルを介して処理容器４１内に原料ガスが供給される。ノズルの代わりにシャワーヘッドを設けることとしてもよい。
【００６３】
ＴｉＣｌ４の供給源４４は供給配管４５により共通供給配管４３に接続される。供給配管４５には、開閉弁ＳＶ１とマスフローコントローラ４６が設けられる。また、パージガスとしてのＮ２の供給源４７は、供給配管４８により共通供給配管４３に接続される。供給配管４８には、開閉弁ＳＶ２とマスフローコントローラ４９が設けられる。また、ＮＨ３の供給源５０は、供給配管５１により共通供給配管４３に接続される。供給配管５１には、開閉弁ＳＶ３とマスフローコントローラ５１が設けられる。さらに、パージガスとしてのＮ２の供給源５３は、供給配管５４により共通供給配管４３に接続される。供給配管５４には、開閉弁ＳＶ４とマスフローコントローラ５５が設けられる。
【００６４】
処理容器４１には、ＴｉＣｌ４用の排気配管５６とＮＨ３用の排気配管５７とが接続される。排気配管５６は、開閉弁ＥＶ５とトラップ５８を介して、真空ポンプ５９に接続される。また、排気配管５７は、開閉弁ＥＶ６とトラップ６０を介して、真空ポンプ６１に接続される。真空ポンプ５９，６１としては、ドライポンプが用いられるが、トラップ５８，６０の前段部にターボモレキュラポンプを設けてもよい。
【００６５】
トラップ５８はＴｉＣｌ４を捕集するために設けられ、捕集されたＴｉＣｌ４は回収配管６２を通じてＴｉＣｌ４の供給源４４に戻されて再び使用される。回収配管６２には気体状態のＴｉＣｌ４を流すため、ＴｉＣｌ４が回収配管６２内で液化しないように、回収配管６２にヒータ等を巻いて５０℃〜１００℃程度に加熱しておく。一方、トラップ６０は反応副生成物ＮＨ４Ｃｌを捕集するために設けられる。
【００６６】
上述の開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４及び開閉弁ＥＶ５，ＥＶ６は制御装置６３に接続され、その開閉が制御手段としての制御装置６３により制御される。また、マスフローコントローラ４６，４９，５２，５５も制御装置６３により制御され、各ガスの流量が制御される。
【００６７】
次に、上述の構成の処理装置４０における処理動作について、図５乃至図８を参照しながら説明する。図５はＴｉＣｌ４を供給する工程における処理装置４０の各開閉弁の状態を示す図であり、図６はＴｉＣｌ４を排気する工程における処理装置４０の各開閉弁の状態を示す図である。図７はＮＨ３を供給する工程における処理装置４０の各開閉弁の状態を示す図であり、図８はＮＨ３を排気する工程における処理装置４０の各開閉弁の状態を示す図である。なお、図６及び図８に示す排気工程では、Ｎ２によるパージで原料ガスを置換している。
【００６８】
まず、図５に示すＴｉＣｌ４供給工程では、ＴｉＣｌ４供給用の開閉弁ＳＶ１と、Ｎ２供給用の開閉弁ＳＶ２，ＳＶ４とが開かれ、ＮＨ３供給用の開閉弁ＳＶ３が閉じられる。同時に、ＴｉＣｌ４排気用の開閉弁ＥＶ５が開かれ、ＮＨ３排気用の開閉弁ＥＶ６は閉じられる。
【００６９】
したがって、原料ガスＴｉＣｌ４とキャリアガスＮ２が各々の供給源４４，４７，５３から処理容器４１内へと供給される。ＴｉＣｌ４の流量は、３０ｓｃｃｍとなるようにマスフローコントローラ４６により制御される。また、Ｎ２供給源４７，５３からのＮ２の流量は、それぞれ１００ｓｃｃｍとなるようにマスフローコントローラ４９，５５により制御される。ＮＨ３供給用の開閉弁ＳＶ３は閉じられているので、ＮＨ３は処理容器に供給されない。
【００７０】
処理容器４１内に供給されたＴｉＣｌ４はその一部がウェハＷの表面に吸着されるが、大部分はキャリアガスＮ２と共にＴｉＣｌ４排気用の排気配管５６に流入する。ＮＨ３排気用の排気配管５７に設けられた開閉弁ＥＶ６は閉じられているので、ＴｉＣｌ４はＮＨ３排気用の排気配管５７には流入しない。
【００７１】
排気配管５６に流入したＴｉＣｌ４はトラップ５８により捕集され、回収配管６２を通ってＴｉＣｌ４供給源４４に戻される。排気配管５６に流入したＮ２は真空ポンプ５９により外部に排気される。このように、本実施例では、排気配管５６にはＴｉＣｌ４とＮ２だけが流入するので、にＴｉＣｌ４を純度の高い状態で容易に捕集することができ、ＴｉＣｌ４供給源４４に戻して再利用することができる。これにより、ＴｉＣｌ４の消費量を低減することができる。
【００７２】
このように、本実施例では、排気配管５６にはＴｉＣｌ４とＮ２だけが流入するので、にＴｉＣｌ４を純度の高い状態で容易に捕集することができ、ＴｉＣｌ４供給源４４に戻して再利用することができる。これにより、ＴｉＣｌ４の消費量を低減することができる。
【００７３】
ＴｉＣｌ４の供給工程が終了すると、次に図６に示すＴｉＣｌ４の排気工程が行われる。本実施例の場合、ＴｉＣｌ４の排気は、Ｎ２のみを処理容器４１内に供給することによりＴｉＣｌ４をパージすることで行われる。すなわち、ＴｉＣｌ４の排気工程では、ＴｉＣｌ４の供給用の開閉弁ＳＶ１が閉じられ、他の開閉弁はそのままの状態に維持される。したがって、Ｎ２のみが処理容器４１内に供給され、処理容器４１内に残留しているＴｉＣｌ４はＮ２により処理容器４１内から排気通路５６へと追い出される。
【００７４】
ＴｉＣｌ４の排気工程が終了すると、次に図７に示すＮＨ３の供給工程が行われる。ＮＨ３の供給工程では、ＮＨ３供給用の開閉弁ＳＶ３と、Ｎ２供給用の開閉弁ＳＶ２，ＳＶ４とが開かれ、ＴｉＣｌ４供給用の開閉弁ＳＶ１が閉じられる。同時に、ＴｉＣｌ４排気用の開閉弁ＥＶ５が閉じられ、ＮＨ３排気用の開閉弁ＥＶ６が開かれる。
【００７５】
したがって、原料ガスＮＨ３とキャリアガスＮ２が各々の供給源５０，４７，５３から処理容器４１内へと供給される。ＮＨ３の流量は、１００ｓｃｃｍとなるようにマスフローコントローラ５２により制御される。また、Ｎ２供給源４７，５３からのＮ２の流量は、それぞれ１００ｓｃｃｍとなるようにマスフローコントローラ４９，５５により制御される。ＴｉＣｌ４供給用の開閉弁ＳＶ１は閉じられているので、ＴｉＣｌ４は処理容器４１に供給されない。
【００７６】
処理容器４１内に供給されたＮＨ３はその一部がウェハＷの表面に吸着されているＴｉＣｌ４と反応するが、大部分はキャリアガスＮ２と共にＮＨ３排気用の排気配管５７に流入する。ＴｉＣｌ４排気用の排気配管５６に設けられた開閉弁ＥＶ５は閉じられているので、ＮＨ３はＴｉＣｌ４排気用の排気配管５６には流入しない。
【００７７】
排気配管５７に流入したＮＨ３及びＮ２は真空ポンプ６１により外部に排気される。また、ＮＨ３の供給工程ではＮＨ３とＴｉＣｌ４とが反応した際の反応副生成物ＮＨ４Ｃｌが処理容器４１内で生成される。したがって、排気配管ＥＶ６には反応副生成物ＮＨ４Ｃｌも流入する。そこで、本実施例では、トラップ６０によりＮＨ４Ｃｌを捕集して、ＮＨ４Ｃｌが真空ポンプ６１に流れ込むことを防止している。
【００７８】
ＮＨ３の供給工程が終了すると、次に図８に示すＮＨ３の排気工程が行われる。本実施例の場合、ＮＨ３の排気は、Ｎ２のみを処理容器４１内に供給することによりＮＨ３をパージすることで行われる。すなわち、ＮＨ３の排気工程では、ＮＨ３の供給用の開閉弁ＳＶ３が閉じられ、他の開閉弁はそのままの状態に維持される。したがって、Ｎ２のみが処理容器４１内に供給され、処理容器４１内に残留しているＮＨ３はＮ２により処理容器４１内から排気通路５７へと追い出される。
【００７９】
処理容器４１内のウェハＷ上に生成されるＴｉＮの膜が所定の厚さとなるまで、以上の図５乃至図８に示す工程を繰り返す。上述のように、開閉弁のＳＶ１〜ＳＶ４及びＥＶ６，ＥＶ７の開閉動作は、制御装置６３により制御される。
【００８０】
なお、上述のＴｉＣｌ４の排気工程及びＮＨ３の排気工程では、Ｎ２パージにより原料ガスをＮ２に置換しているが、原料ガスの排気を真空引きにより行うこともできる。この場合、ＴｉＣｌ４の供給工程及びＮＨ３の供給工程は図５及び図７に示す工程と同じであり、同じ開閉弁の動作となるが、ＴｉＣｌ４の排気工程及びＮＨ３の排気工程は図６及び図８に示す工程とは異なる。すなわち、真空引きにより原料ガスの排気を行うには、ＴｉＣｌ４の排気工程及びＮＨ３の排気工程において、Ｎ２供給用開閉弁ＳＶ２，ＳＶ４の閉じて、処理容器４１へのガスの供給を全て停止する。これにより、真空ポンプ５９又は６１により処理容器４１内が所定の真空度となるまで排気することで、原料ガスを処理容器４１内から排気する。
【００８１】
次に、本発明の第２実施例による処理装置について、図９を参照しながら説明する。図９は本発明の第２実施例による処理装置７０の全体構成を示す概略構成図である。図９において、図４に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８２】
図９に示す処理装置７０は、図４に示す処理装置４０と基本的な構造は同じであるが、共通供給配管４３に三方弁ＳＶ５が設けられ、且つ排気側に共通排気配管７１と三方弁ＥＶ７とが設けられた点が異なる。すなわち、本実施例では、供給側と排気側の両方に三方弁が設けられており、供給系統と排気系統を同時に切り替える。
【００８３】
供給側の三方弁ＳＶ５は、共通供給配管４３からノズル４３ａが延在する分岐部に設けられる。三方弁ＳＶ５は、処理容器４１に接続される原料ガス供給系統を、ＴｉＣｌ４の供給系統とＮＨ３の供給系統との間で切り替える機能を果たす。一方、排気側の三方弁ＥＶ７は、共通排気配管７１へ接続される排気系統を、ＴｉＣｌ４の排気系統とＮＨ３の排気系統との間で切り替える機能を果たす。
【００８４】
供給側の開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４と三方弁ＳＶ５及び排気側の三方弁ＥＶ６の動作は、制御装置３０により制御される。
【００８５】
図１０に示すＴｉＣｌ４の供給工程では、ＴｉＣｌ４側の開閉弁ＳＶ１，ＳＶ２が開かれ、ＮＨ３側の開閉弁ＳＶ３，ＳＶ４は閉じられる。そして、三方弁ＳＶ５は、ＴｉＣｌ４側の供給系統がノズル４３ａに接続されるように切り替えられる。同時に、排気側の三方弁ＥＶ７は、ＴｉＣｌ４用排気配管５６に接続されるように切り替えられる。これにより、処理容器４１内に供給されるのＴｉＣｌ４及びＮ２は、ＴｉＣｌ４用の排気配管５６だけに流れ込み、ＮＨ３用の排気配管５７には流れない。
【００８６】
図１１に示すＴｉＣｌ４の排気工程では、ＴｉＣｌ４側の開閉弁ＳＶ１が閉じられ，開閉弁ＳＶ２が開かれたままとされる。ＮＨ３側の開閉弁ＳＶ３，ＳＶ４は閉じられたままである。また、三方弁ＳＶ５も、ＴｉＣｌ４側の供給系統側に切り替えられたままである。また、排気側の三方弁ＥＶ７も、ＴｉＣｌ４用排気配管５６に接続されるように切り替えられたままである。これにより、処理容器４１にはＮ２のみが供給され、処理容器４１内に残留しているＴｉＣｌ４は、ＴｉＣｌ４用の排気配管５６に流れ込み、排出される。
【００８７】
続いて、図１２に示すＮＨ３の供給工程では、ＴｉＣｌ４側の開閉弁ＳＶ１，ＳＶ２が閉じられ、ＮＨ３側の開閉弁ＳＶ３，ＳＶ４が開かれる。そして、三方弁ＳＶ５は、ＮＨ３側の供給系統がノズル４３ａに接続されるように切り替えられる。同時に、排気側の三方弁ＥＶ７は、ＮＨ３用の排気配管５７に接続されるように切り替えられる。これにより、処理容器４１内に供給されるのＮＨ３及びＮ２は、ＮＨ３用の排気配管５７だけに流れ込み、ＴｉＣｌ４用の排気配管５６には流れない。
【００８８】
図１３に示すＮＨ３の排気工程では、ＮＨ３側の開閉弁ＳＶ３が閉じられ，開閉弁ＳＶ４が開かれたままとされる。ＴｉＣｌ４側の開閉弁ＳＶ１，ＳＶ２は閉じられたままである。また、三方弁ＳＶ５も、ＮＨ３側の供給系統側に切り替えられたままである。また、排気側の三方弁ＥＶ７も、ＮＨ３用排気配管５７に接続されるように切り替えられたままである。これにより、処理容器４１にはＮ２のみが供給され、処理容器４１内に残留しているＮＨ３は、ＮＨ３用の排気配管５７に流れ込み、排出される。
【００８９】
以上のように、本実施例では、三方弁ＳＶ５を供給側の処理容器４１に近い部分に配置し、三方弁ＥＶ７を排気側の処理容器４１に近い部分に配置したため、原料ガスであるＴｉＣｌ４とＮＨ３とが接触して反応する可能性のある部分が処理容器４１内とノズル４３ａと共通排気配管７１だけとなる。これにより、処理容器４１以外での原料ガスの反応を効果的に防止することができる。
【００９０】
なお、本実施例においても、上述の第１実施例のように排気工程をＮ２パージではなく、真空引きとすることもできる。
【００９１】
図１４は図９に示す処理装置７０において、三方弁ＳＶ５及び三方弁ＥＶ７の切り替え動作を空気圧により行う構成を示す図である。図１４において、三方弁ＳＶ５及び三方弁ＥＶ７を空気作動弁とし、空気切り替え弁７２から空気圧を供給することにより三方弁ＳＶ５及び三方弁ＥＶ７を同期して作動させる。
【００９２】
図１５は図１４に示す空気切り替え弁７２の構成を示す図である。空気切り替え弁７２には空圧源から圧縮空気が供給される。空気切り替え弁７２内で圧縮空気の通路７２ａは二つの通路７２ｂ及び７２ｃに分岐し、一方は供給系の三方弁ＳＶ５に接続される空気通路７３に接続され、他方は排気系の三方弁ＥＶ７に接続される空気通路７４に接続される。
【００９３】
空気切り替え弁７２内の通路７２ｂの途中にはダイアフラム７５が設けられており、ダイアフラム７５を駆動することにより通路７２ｂを開放及び閉鎖することができる。ダイアフラム７５は、制御装置６３から供給される電気信号により作動するソレノイド７６により駆動される。同様に、空気切り替え弁７２内の通路７２ｃの途中にはダイアフラム７７が設けられており、ダイアフラム７７を駆動することにより通路７２ｃを開放及び閉鎖することができる。ダイアフラム７７は、制御装置６３から供給される電気信号により作動するソレノイド７８により駆動される。
【００９４】
空気切り替え弁７２は、ソレノイド７６，７８に同一の電気信号が入力されたときに、ダイアフラム７５が通路７２ｂを閉鎖する方向に駆動され、且つダイアフラム７７が通路７２ｃを開放するように駆動されるように構成される。
【００９５】
ここで、供給系の三方弁ＳＶ５は、圧縮空気が供給されていないときにはＴｉＣｌ４供給系統に切り替えられ、圧縮空気が供給されたときにＮＨ３供給系統に切り替えられる空気作動弁とする。また、排気系の三方弁ＥＶ７は、圧縮空気が供給されていないときにはＮＨ３排気系統に切り替えられ、圧縮空気が供給されたときにＴｉＣｌ４供給系統に切り替えられる空気作動弁とする。
【００９６】
上述の構成において、空気切り替え弁７２により圧縮空気が空気通路７４側に供給された場合（図１４の矢印Ａ方向）、供給系の三方弁ＳＶ５はＴｉＣｌ４供給系統に切り替えられ、且つ排気系の三方弁ＥＶ７はＴｉＣｌ４排気系統に切り替えられる。これは、図１０及び図１１に示す工程に相当する。また、空気切り替え弁７２により圧縮空気が空気通路７３側に供給された場合（図１４の矢印Ｂ方向）、供給系の三方弁ＳＶ５はＮＨ３供給系統に切り替えられ、且つ排気系の三方弁ＥＶ７はＮＨ３排気系統に切り替えられる。これは、図１２及び図１３に示す工程に相当する。
【００９７】
以上のように、空気切り替え弁７２を用いることにより、供給系と排気系の三方弁を同期して作動することができる。
【００９８】
上述の実施例では、ＴｉＣｌ４とＮＨ３によりＴｉＮ膜を生成しているが、他の例として、ＴｉＦ４とＮＨ３によるＴｉＮ膜の生成、ＴｉＢｒ４とＮＨ３によるＴｉＮ膜の生成、ＴｉＩ４とＮＨ３によるＴｉＮ膜の生成、Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］４とＮＨ３によるＴｉＮ膜の生成、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４とＮＨ３によるＴｉＮ膜の生成、Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４とＮＨ３によるＴｉＮ膜の生成、ＴａＦ５とＮＨ３によるＴａＮ膜の生成、ＴａＣｌ５とＮＨ３によるＴａＮ膜の生成、ＴａＢｒ５とＮＨ３によるＴａＮ膜の生成、ＴａＩ５とＮＨ３によるＴａＮ膜の生成、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３とＮＨ３によるＴａＮ膜の生成、ＷＦ６をＮＨ３によるＷＮ膜の生成、Ａｌ（ＣＨ３）３とＨ２ＯによるＡｌ２Ｏ３膜の生成、Ａｌ（ＣＨ３）３とＨ２Ｏ２によるＡｌ２Ｏ３膜の生成、Ｚｒ（Ｏ−ｔ（Ｃ４Ｈ４））４とＨ２ＯによるＺｒＯ２膜の生成、Ｚｒ（Ｏ−ｔ（Ｃ４Ｈ４））４とＨ２Ｏ２によるＺｒＯ２膜の生成、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５とＨ２ＯによるＴａ２Ｏ５膜の生成、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５とＨ２Ｏ２によるＴａ２Ｏ５膜の生成、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５とＯ２によるＴａ２Ｏ５膜の生成、等本実施例による処理装置を用いることにより、効率的に成膜処理を行うことができる。
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、複数の原料ガスを交互に供給して成膜を行う処理装置において、排気配管中で原料ガス同士が反応することを防止して反応生成物による排気配管詰まりを防止することができる。また、未反応のまま排気される原料ガスを捕集して供給系統に戻して再利用することができ、原料ガスの消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明による処理装置の概略構成図である。
【図３】本発明による処理装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第１実施例による処理装置の構成図である。
【図５】ＴｉＣｌ４供給工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図６】ＴｉＣｌ４排気工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図７】ＮＨ３供給工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図８】ＮＨ３排気工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図９】本発明の第２実施例による処理装置の構成図である。
【図１０】ＴｉＣｌ４供給工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図１１】ＴｉＣｌ４排気工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図１２】ＮＨ３供給工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図１３】ＮＨ３排気工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図１４】空気圧により三方弁を駆動する構成を示す図である。
【図１５】空気切り替え弁の構成図である。
【符号の説明】
２１，４１ 処理容器
２２，２３，２４，４５，４８，５１，５４ 供給配管
２５，２６，２７，４６，４９，５２，５５ マスフローコントローラ
２８，３１ 排気配管
２９，３２ 真空排気装置
３０，３３ 除害装置
３４，３５ トラップ
４０，７０ 処理装置
４２ サセプタ
４３ 共通供給配管
４３ａ ノズル
４４ ＴｉＣｌ４供給源
４７，５３ Ｎ２供給源
５０ ＮＨ３供給源
５６，５７ 排気配管
５８，６０ トラップ
５９，６１ 真空ポンプ
６２ 回収配管
６３ 制御装置
７１ 共通排気配管
７２ 空気切り替え弁
７２ａ，７２ｂ，７２ｃ 通路
７３，７４ 空気通路
７５，７７ ダイアフラム
７６，７８ ソレノイド
Ｖ１，Ｖ２、Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５ 開閉弁
ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４，ＥＶ６，ＥＶ７ 開閉弁
ＳＶ５、ＥＶ７ 三方弁
【発明の属する技術分野】
本発明は処理装置に係り、特に半導体ウェハ等の被処理基板に複数種類の原料ガスを交代に供給しながら処理を行う処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加熱した基板に処理ガスを供給して基板上に高品質な薄膜を形成する方法として、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が近年注目されている。
【０００３】
ＡＬＤによる成膜工程では、複数種類の原料ガスを基板に対して供給し、原料ガスを基板上で反応させて反応生成物の非常に薄い膜を形成する。この際、原料ガスが基板上に到達する前に反応してしまわないように、複数種類の原料ガスを切り替えながら一種類毎に供給する。すなわち、一つの種類の原料ガスだけを基板に供給して吸着させた後、吸着しなかったガスを完全に排気し、続いて異なる種類の原料ガスを供給して基板上で反応させる。この処理を例えば数百回繰り返してある程度の厚さの薄膜に成長させる。
【０００４】
１回の原料ガスの供給工程では、原料ガスは、基板の表面に接触する僅かな部分しか反応に寄与せず、原料ガスの大部分は未反応のまま処理容器から排気される。そして、一種類の原料ガスが排気されると、直ちに次の種類の原料ガスが処理容器内に供給される。
【０００５】
例えば、２種類の原料ガスを交互に供給するＡＬＤでは、以下のような工程となる。
【０００６】
▲１▼ 第１の原料ガスを処理容器内に供給して基板上に吸着させる。
【０００７】
▲２▼ 処理容器内に残留している第１の原料ガスを排気する。
【０００８】
▲３▼ 第２の原料ガスを処理容器内に供給して基板上に吸着している第１のガスと反応させる。
【０００９】
▲４▼ 処理容器内に残留している第２の原料ガスと、反応による副生成物とを排気する。
【００１０】
以上の工程▲１▼〜▲４▼を繰り返して所定の膜厚の薄膜を基板上に形成する。上述の工程において、基板上に吸着されずに反応に寄与しなかった原料ガスはそのまま処理容器から排気される。したがって、ＡＬＤによる成膜工程は、通常のＣＶＤによる成膜工程よりも、未反応のまま排気される原料ガスの量が多い。
【００１１】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【００１２】
【特許文献１】
特開平３−２８３７７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１４２７２号公報
【特許文献３】
国際公開第０２／１５２４３号パンフレット。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のＡＬＤによる成膜工程において、蒸気圧の低い原料ガスが未反応のまま処理容器から排出されると、ガスは排気配管の中で液化又は固化して排気配管の内壁に付着することがある。したがって、長時間の使用により排気配管の内壁に付着した物質の量が増え、最終的に排気配管が詰まってしまうおそれがある。
【００１４】
また、原料ガスを交互に供給しているため、排気配管の内壁に付着した原料ガスが、次の工程で処理容器から排気されて流れてくる原料ガスと反応することがある。これにより、排気配管の中で原料ガス同士が反応して排気配管の内壁に反応生成物が付着したり、また反応の副生成物が排気配管の内壁に付着したりして、長時間の使用により排気配管が詰まってしまうおそれがある。
【００１５】
図１は従来の処理装置の原料ガス供給及び排気系を示す概略構成図である。 図１に示す処理装置は、例えば、ＴｉＣｌ４とＮＨ３の２種類の原料ガスを基板Ｗ上で反応させてＴｉＮ膜を生成する成膜処理を行う装置として構成されている。この場合、原料ガスであるＴｉＣｌ４とＮＨ３とを処理容器１に別々に供給するため、ＴｉＣｌ４用の供給配管２とＮＨ３用の供給配管３が別個に設けられる。また、キャリアガス及び排気パージ用ガスとしてＮ２ガスを処理容器に供給するための供給配管４が別個に設けられる。供給配管２，３，４には夫々ガス流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５，６，７及び開閉弁８，９，１０が設けられる。開閉弁８，９，１０の開閉を適宜制御することにより、原料ガスを交互に処理容器１に供給する。
【００１６】
処理容器１に供給された原料ガスは、排気配管１２を通じて真空排気装置１１により排気される。処理容器１と真空排気システム１１との間にはトラップ１３が設けられ、反応生成物や副生成物及び未反応の原料ガスを捕集する。
【００１７】
ＴｉＣｌ４とＮＨ３の２種類の原料ガスを基板上で反応させてＴｉＮ膜を生成する成膜処理の場合、処理容器内は４００℃程度の温度となっており、以下の化学式で示すように反応副生成物であるＮＨ４Ｃｌが生成される。
【００１８】
６ＴｉＣｌ４＋８ＮＨ３ → ６ＴｉＮ＋２４ＨＣｌ＋Ｎ２
ＨＣｌ＋ＮＨ３ → ＮＨ４Ｃｌ
生成されるＮＨ４Ｃｌは白い粉末状の物質である。
【００１９】
しかし、排気される原料ガスが通過する排気配管中の温度は１５０℃以下であり、このような温度では以下の化学式に示すような反応が生じるものと考えられる。
【００２０】
ＴｉＣｌ４＋ＮＨ３ → ＴｉＣｌ４・ｎＮＨ３（ｎ＝２，４）
この反応生成物ＴｉＣｌ４・ｎＮＨ３（ｎ＝２，４）は黄色い粉末状の物質であることが知られている。
【００２１】
本発明者が図１に示すような処理装置を用いて行った実験では、排気配管１２の途中及びコールドトラップ１３に黄色い粉末状の物質がかなりの量堆積することが確認された。この黄色い粉末状の物質は、上述のＴｉＣｌ４・ｎＮＨ３（ｎ＝２，４）であると推測される。
【００２２】
以上のように、複数種類の原料ガスを交互に供給して成膜処理を行う処理装置において、原料ガス同士が排気配管内で反応して排気配管の内壁に反応生成物が付着堆積し、排気配管が詰まるという問題があった。
【００２３】
また、上述のように未反応の原料ガスを排気する工程を繰り返す処理では、反応に寄与しない原料ガスが多量に排気されることとなり、原料ガスの消費量が多いという問題もあった。
【００２４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、複数の原料ガスを交互に供給して成膜を行う処理装置において、排気配管中で原料ガスが反応することを防止して反応生成物による排気配管詰まりを防止することのできる処理装置を提供することを目的とする。また、本発明は、未反応のまま排気される原料ガスを再利用可能に回収することのできる処理装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１記載の発明は、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを被処理基板に対して交互に供給して処理を行う処理装置であって、内部に該被処理基板が配置される処理容器と、該処理容器内に前記第１の原料ガスを供給するための第１の供給系統と、前記処理容器内に前記第２の原料ガスを供給するための第２の供給系統と、前記処理容器内から前記第１の原料ガスを排気するための第１の排気系統と、前記処理容器内から前記第２の原料ガスを排気するための第２の排気系統と、前記処理容器へのガス供給系統を前記第１の供給系統と前記第２の供給系統との間で切り替える供給系統切り替え手段と、前記処理容器からのガス排気系統を前記第１の排気系統と前記第２の排気系統との間で切り替える排気系統切り替え手段と、ガス供給系統が前記第１の供給系統に切り替えられたときにガス排気系統を前記第１の排気系統に切り替え、且つ、ガス供給系統が前記第２の供給系統に切り替えられたときにガス排気系統を前記第２の排気系統に切り替えるように、前記供給系統切り替え手段と前記排気系統切り替え手段とを制御する制御手段とを有することを特徴とするものである。
【００２７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の処理装置であって、前記第１の排気系統に設けられ、前記第１の原料ガスを捕集するトラップと、該トラップにより捕集した前記第１の原料ガスを前記第１の供給系統に戻すための回収配管とを更に有することを特徴とするものである。
【００２８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の処理装置であって、前記第２の排気系統に設けられ、前記第１の原料ガスと前記第２の原料ガスの反応による反応副生成物を捕集するトラップを更に有することを特徴とするものである。
【００２９】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の処理装置であって、前記処理容器に不活性ガスを供給するための第３の供給系統を更に有することを特徴とするものである。
【００３０】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の処理装置であって、前記供給系統切り替え手段は、前記第１の供給系統に設けられた第１の供給系開閉弁と、前記第２の供給系統に設けられた第２の供給系開閉弁とを有し、該第１の供給系開閉弁と該第２の供給系開閉弁の開閉は前記制御手段により制御されることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の処理装置であって、前記排気系統切り替え手段は、前記第１の排気系統に設けられた第１の排気系開閉弁と、前記第２の供給系統に設けられた第２の排気系開閉弁とを有し、該第１の排気系開閉弁と該第２の排気系開閉弁の開閉は前記制御手段により制御されることを特徴とするものである。
【００３２】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の処理装置であって、前記供給系統切り替え手段は、前記第１の供給系統と前記第２の供給系統とのいずれか一方に接続される供給系三方弁を有し、前記排気系統切り替え手段は、前記第１の排気系統と前記第２の排気系統とのいずれか一方に接続される排気系三方弁を有し、前記供給系三方弁と前記排気系三方弁とは、前記制御手段により制御されることを特徴とするものである。
【００３３】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の処理装置であって、前記供給系三方弁及び前記排気系三方弁は空気作動弁よりなり、空気作動弁に供給される圧縮空気は空気切り替え弁により前記供給系三方弁及び前記排気系三方弁のいずれか一方に供給されることを特徴とするものである。
【００３４】
請求項９記載の発明は、請求項１乃至８記載の処理装置であって、前記第１の原料ガスはＴｉＣｌ４，ＴｉＦ４，ＴｉＢｒ４，ＴｉＩ４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］４，Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４，ＴａＦ５，ＴａＣｌ５，ＴａＢｒ５，ＴａＩ５，Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３のいずれかであり、前記第２の原料ガスはＮＨ３，Ｎ２Ｈ４，ＮＨ（ＣＨ３）２，Ｎ２Ｈ３（ＣＨ３）のいずれかであり、ＴｉＮ膜もしくはＴａＮ膜を前記被処理基体上に生成することを特徴とするものである。
【００３５】
請求項１０記載の発明は、請求項４記載の処理装置であって、前記第１の原料ガスはＴｉＣｌ４，ＴｉＦ４，ＴｉＢｒ４，ＴｉＩ４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］４，Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４，ＴａＦ５，ＴａＣｌ５，ＴａＢｒ５，ＴａＩ５，Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３のいずれかであり、前記第２の原料ガスはＮＨ３，Ｎ２Ｈ４，ＮＨ（ＣＨ３）２，Ｎ２Ｈ３（ＣＨ３）のいずれかであり、前記不活性ガスはＮ２，Ａｒ，Ｈｅのいずれかであり、ＴｉＮ膜もしくはＴａＮ膜を前記被処理基体上に生成することを特徴とするものである。
【００３６】
上述の発明によれば、第１の原料ガスと第２の原料ガスを交互に供給して成膜を行う処理装置において、第１の供給系統と第２の供給系統を切り替えると同時に、第１の排気系統と第２の排気系統と切り替えることにより、第１の排気系統には第１の原料ガスのみが流れ、第２の排気系統には第２の原料ガスのみが流れる。したがって、排気配管中で原料ガス同士が混合され反応することが防止され、反応生成物による排気配管詰まりを防止することができる。また、未反応のまま排気される原料ガスを純度が高い状態で捕集することができるため、捕集した原料ガスを供給系統に戻して再利用することができ、原料ガスの消費量を低減することができる。
【発明の実施の形態】
図２は本発明による処理装置の全体構成を示すの概略構成図である。図２に示す処理装置は、ＴｉＣｌ４とＮＨ３の２種類の原料ガスを被処理基板（ウェハ）Ｗ上で反応させてＴｉＮ膜を生成する成膜処理を行う装置として構成されている。この場合、原料ガスであるＴｉＣｌ４とＮＨ３とを処理容器２１に別々に供給するため、ＴｉＣｌ４用の供給配管２２とＮＨ３用の供給配管２３とが別個に設けられる。また、キャリアガス及び排気パージ用ガスとしてＮ２ガスを処理容器２１に供給するための供給配管２４が別個に設けられる。供給配管２２，２３，２４には夫々ガス流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２５，２６，２７及び開閉弁Ｖ１，Ｖ３，Ｖ２が設けられる。開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉を適宜制御することにより、原料ガスを交互に処理容器２１に供給する。以上のように、本発明による処理装置には、ＴｉＣｌ４（第１の原料ガス）を供給する第１の供給系統と、ＮＨ３（第２の原料ガス）を供給する第２の供給系統と、Ｎ２（不活性ガス）を供給する第３の供給系統が設けられる。
【００３７】
また、本発明による処理装置には、２系統の排気系が設けられる。すなわち、処理容器２１に供給されたＴｉＣｌ４は、排気配管２８を通じて真空排気装置２９により吸引され、除害装置３０を介して外部に排気される（第１の排気系統）。一方、処理容器２１に供給されたＮＨ３は、排気配管２８とは別の排気配管３１を通じて真空排気装置３２に吸引され、除害装置３３を介して外部に排気される（第２の排気系統）。
【００３８】
ＴｉＣｌ４用の排気配管２８には開閉弁Ｖ４が設けられ、ＮＨ３用の排気配管３１には開閉弁Ｖ５が設けられる。また、開閉弁Ｖ４，Ｖ５は、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉に連動して制御される。排気配管３１上で開閉弁Ｖ５と真空排気装置３２との間には、処理容器２１内で生成された反応副生成物ＮＨ４Ｃｌを捕集する捕集部として、トラップ３４が設けられる。
【００３９】
図２に示す処理装置は、以下の工程を行うことにより基板Ｗ上にＴｉＮ膜を生成する。
【００４０】
▲１▼ 処理容器２１内を排気してウェハＷを処理容器２１内に搬入し、ウェハＷを４００℃程度に加熱する。
【００４１】
▲２▼ ＴｉＣｌ４を処理容器２１内に供給する。
【００４２】
▲３▼ 処理容器２１内のＴｉＣｌ４を排気配管２８を通じて排気する。
【００４３】
▲４▼ ＮＨ３を処理容器２１内供給する。
【００４４】
▲５▼ 処理容器２１内のＮＨ３を排気配管３１を通じて排気する。
【００４５】
▲６▼ ウェハＷ上のＴｉＮ膜が所定の厚さとなるまで▲２▼〜▲５▼の工程を繰り返す。
【００４６】
▲７▼ ＴｉＮ膜が所定の厚さとなったら成膜処理を終了し、処理容器２１からウェハＷを搬出する。
【００４７】
以上の工程を行うには、開閉弁Ｖ１〜Ｖ５の開閉を以下のように制御する。
【００４８】
まず、工程▲１▼では、開閉弁Ｖ１〜Ｖ３を閉じ、且つ開閉弁Ｖ４，Ｖ５を開いて真空排気装置２９，３２を作動し、排気処理容器２１内を排気する。
【００４９】
続いて、工程▲２▼では、開閉弁Ｖ１を開いてＴｉＣｌ４を処理容器２１内に供給すると共に、開閉弁Ｖ４を開いて処理容器２１内の未反応のＴｉＣｌ４を排気通路２８を通じて真空排気装置２９により排気する。工程▲２▼の間、開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ５は閉じている。
【００５０】
次に、工程▲３▼では、開閉弁Ｖ１を閉じ、代わりに開閉弁Ｖ２を開く。これにより、Ｎ２ガスが処理容器２１内に供給されて処理容器２１内のＴｉＣｌ４がパージされ、真空排気装置２９により排気される。
【００５１】
工程▲４▼では、開閉弁Ｖ２を閉じ、代わりに開閉弁Ｖ３を開く。これによりＮＨ３が処理容器２１内に供給される。このとき、ＴｉＣｌ４排気用の開閉弁Ｖ４が閉じられ、代わりにＮＨ３排気用の開閉弁Ｖ５が開かれる。したがって、未反応のＮＨ３及び反応副生成物であるＮＨ４Ｃｌは、ＴｉＣｌ４排気用の排気配管２８に流れ込むことなく、ＮＨ３排気用の排気配管３１を流れてトラップ３４に流入する。反応副生成物であるＮＨ４Ｃｌは、トラップ３４により捕集され、ＮＨ３は真空排気装置３２により吸引されて除害装置３３を介して外部に放出される。
【００５２】
次に、工程▲５▼では、開閉弁Ｖ３を閉じ、代わりに開閉弁Ｖ２を開く。これにより、Ｎ２ガスが処理容器２１内に供給されて処理容器２１内のＮＨ３がパージされ、真空排気装置３２により排気される。
【００５３】
以上の工程▲２▼〜▲５▼における開閉弁Ｖ１〜Ｖ５の操作を繰り返して、所望の厚さのＴｉＮ膜をウェハＷ上に生成した後、供給側の開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を全て閉じ、排気側の開閉弁Ｖ４，Ｖ５を開いて処理容器２１内を排気し、ウェハＷを処理容器Ｗから取り出す。
【００５４】
上述の開閉弁の動作を以下の表に示す。なお、○は開閉弁が開いた状態を示し、×は開閉弁が閉じた状態を示す。
【００５５】
【表１】
以上のように、本発明による処理装置は、複数種類の原料ガスの各々に対して個別に排気系統を有しており、原料ガスの各々に対して専用の排気配管が設けられるため、排気配管内で原料ガス同士が反応することが防止される。これにより、排気配管の内壁に堆積する物質の量が低減され、排気配管の詰まりを防止することができる。開閉弁Ｖ１〜Ｖ３は供給系統切り替え手段を構成し、開閉弁Ｖ４，Ｖ５は排気系統切り替え手段を構成する。
【００５７】
また、図２に示す本発明による処理装置において、ＴｉＣｌ４の排気系統にＴｉＣｌ４を捕集する捕集部としてトラップを設けることとしてもよい。図３はＴｉＣｌ４のトラップが設けられた処理装置の概略構成図である。図３において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００５８】
図３に示す処理装置において、ＴｉＣｌ４の排気配管２８上の開閉弁Ｖ４と真空排気装置２９との間にトラップ３５が設けられている。トラップ３５はコールドトラップよりなり、蒸気圧の低いＴｉＣｌ４を排気配管２８の途中で液化して捕集する。トラップ３５により捕集したＴｉＣｌ４は供給側に戻され、原料ガスとして再利用される。
【００５９】
このように、図３に示す処理装置では、ＴｉＣｌ４専用の排気系統が設けられているため、コールドトラップにより容易にＴｉＣｌ４のみを捕集することができる。そして、捕集したＴｉＣｌ４を原料ガスとして再利用するので、原料ガスの消費量を低減することができる。
【００６０】
次に、本発明の第１実施例による処理装置について説明する。図４は本発明の第１実施例による処理装置４０の構成を示す図である。処理装置４０は、ＴｉＣｌ４とＮＨ３の２種類の原料ガスを基板（ウェハ）Ｗ上で反応させてＴｉＮ膜を生成する成膜処理を行う装置として構成されている。
【００６１】
処理装置４０は、アルミニウム又はステンレススチール製の処理容器４１を有する。処理容器４１がアルミニウム製の場合は表面に陽極酸化被膜処理（アルマイト処理）が施されてもよい。処理容器４１内には、ヒータが内臓されたサセプタ（載置台）４２が配置される。被処理基板であるウェハＷはサセプタ４２上に載置されて成膜処理が施される。処理容器４１は気密な構造を有しており、成膜処理中は処理容器４１の内部は所定の減圧環境に維持される。
【００６２】
本実施例では、原料ガス（ＴｉＣｌ４，ＮＨ３）及びパージガス（Ｎ２）の供給配管は、処理容器４１に接続される部分で一つの共通供給配管４３にまとめられている。共通供給配管の先端はノズルとなっており、ノズルを介して処理容器４１内に原料ガスが供給される。ノズルの代わりにシャワーヘッドを設けることとしてもよい。
【００６３】
ＴｉＣｌ４の供給源４４は供給配管４５により共通供給配管４３に接続される。供給配管４５には、開閉弁ＳＶ１とマスフローコントローラ４６が設けられる。また、パージガスとしてのＮ２の供給源４７は、供給配管４８により共通供給配管４３に接続される。供給配管４８には、開閉弁ＳＶ２とマスフローコントローラ４９が設けられる。また、ＮＨ３の供給源５０は、供給配管５１により共通供給配管４３に接続される。供給配管５１には、開閉弁ＳＶ３とマスフローコントローラ５１が設けられる。さらに、パージガスとしてのＮ２の供給源５３は、供給配管５４により共通供給配管４３に接続される。供給配管５４には、開閉弁ＳＶ４とマスフローコントローラ５５が設けられる。
【００６４】
処理容器４１には、ＴｉＣｌ４用の排気配管５６とＮＨ３用の排気配管５７とが接続される。排気配管５６は、開閉弁ＥＶ５とトラップ５８を介して、真空ポンプ５９に接続される。また、排気配管５７は、開閉弁ＥＶ６とトラップ６０を介して、真空ポンプ６１に接続される。真空ポンプ５９，６１としては、ドライポンプが用いられるが、トラップ５８，６０の前段部にターボモレキュラポンプを設けてもよい。
【００６５】
トラップ５８はＴｉＣｌ４を捕集するために設けられ、捕集されたＴｉＣｌ４は回収配管６２を通じてＴｉＣｌ４の供給源４４に戻されて再び使用される。回収配管６２には気体状態のＴｉＣｌ４を流すため、ＴｉＣｌ４が回収配管６２内で液化しないように、回収配管６２にヒータ等を巻いて５０℃〜１００℃程度に加熱しておく。一方、トラップ６０は反応副生成物ＮＨ４Ｃｌを捕集するために設けられる。
【００６６】
上述の開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４及び開閉弁ＥＶ５，ＥＶ６は制御装置６３に接続され、その開閉が制御手段としての制御装置６３により制御される。また、マスフローコントローラ４６，４９，５２，５５も制御装置６３により制御され、各ガスの流量が制御される。
【００６７】
次に、上述の構成の処理装置４０における処理動作について、図５乃至図８を参照しながら説明する。図５はＴｉＣｌ４を供給する工程における処理装置４０の各開閉弁の状態を示す図であり、図６はＴｉＣｌ４を排気する工程における処理装置４０の各開閉弁の状態を示す図である。図７はＮＨ３を供給する工程における処理装置４０の各開閉弁の状態を示す図であり、図８はＮＨ３を排気する工程における処理装置４０の各開閉弁の状態を示す図である。なお、図６及び図８に示す排気工程では、Ｎ２によるパージで原料ガスを置換している。
【００６８】
まず、図５に示すＴｉＣｌ４供給工程では、ＴｉＣｌ４供給用の開閉弁ＳＶ１と、Ｎ２供給用の開閉弁ＳＶ２，ＳＶ４とが開かれ、ＮＨ３供給用の開閉弁ＳＶ３が閉じられる。同時に、ＴｉＣｌ４排気用の開閉弁ＥＶ５が開かれ、ＮＨ３排気用の開閉弁ＥＶ６は閉じられる。
【００６９】
したがって、原料ガスＴｉＣｌ４とキャリアガスＮ２が各々の供給源４４，４７，５３から処理容器４１内へと供給される。ＴｉＣｌ４の流量は、３０ｓｃｃｍとなるようにマスフローコントローラ４６により制御される。また、Ｎ２供給源４７，５３からのＮ２の流量は、それぞれ１００ｓｃｃｍとなるようにマスフローコントローラ４９，５５により制御される。ＮＨ３供給用の開閉弁ＳＶ３は閉じられているので、ＮＨ３は処理容器に供給されない。
【００７０】
処理容器４１内に供給されたＴｉＣｌ４はその一部がウェハＷの表面に吸着されるが、大部分はキャリアガスＮ２と共にＴｉＣｌ４排気用の排気配管５６に流入する。ＮＨ３排気用の排気配管５７に設けられた開閉弁ＥＶ６は閉じられているので、ＴｉＣｌ４はＮＨ３排気用の排気配管５７には流入しない。
【００７１】
排気配管５６に流入したＴｉＣｌ４はトラップ５８により捕集され、回収配管６２を通ってＴｉＣｌ４供給源４４に戻される。排気配管５６に流入したＮ２は真空ポンプ５９により外部に排気される。このように、本実施例では、排気配管５６にはＴｉＣｌ４とＮ２だけが流入するので、にＴｉＣｌ４を純度の高い状態で容易に捕集することができ、ＴｉＣｌ４供給源４４に戻して再利用することができる。これにより、ＴｉＣｌ４の消費量を低減することができる。
【００７２】
このように、本実施例では、排気配管５６にはＴｉＣｌ４とＮ２だけが流入するので、にＴｉＣｌ４を純度の高い状態で容易に捕集することができ、ＴｉＣｌ４供給源４４に戻して再利用することができる。これにより、ＴｉＣｌ４の消費量を低減することができる。
【００７３】
ＴｉＣｌ４の供給工程が終了すると、次に図６に示すＴｉＣｌ４の排気工程が行われる。本実施例の場合、ＴｉＣｌ４の排気は、Ｎ２のみを処理容器４１内に供給することによりＴｉＣｌ４をパージすることで行われる。すなわち、ＴｉＣｌ４の排気工程では、ＴｉＣｌ４の供給用の開閉弁ＳＶ１が閉じられ、他の開閉弁はそのままの状態に維持される。したがって、Ｎ２のみが処理容器４１内に供給され、処理容器４１内に残留しているＴｉＣｌ４はＮ２により処理容器４１内から排気通路５６へと追い出される。
【００７４】
ＴｉＣｌ４の排気工程が終了すると、次に図７に示すＮＨ３の供給工程が行われる。ＮＨ３の供給工程では、ＮＨ３供給用の開閉弁ＳＶ３と、Ｎ２供給用の開閉弁ＳＶ２，ＳＶ４とが開かれ、ＴｉＣｌ４供給用の開閉弁ＳＶ１が閉じられる。同時に、ＴｉＣｌ４排気用の開閉弁ＥＶ５が閉じられ、ＮＨ３排気用の開閉弁ＥＶ６が開かれる。
【００７５】
したがって、原料ガスＮＨ３とキャリアガスＮ２が各々の供給源５０，４７，５３から処理容器４１内へと供給される。ＮＨ３の流量は、１００ｓｃｃｍとなるようにマスフローコントローラ５２により制御される。また、Ｎ２供給源４７，５３からのＮ２の流量は、それぞれ１００ｓｃｃｍとなるようにマスフローコントローラ４９，５５により制御される。ＴｉＣｌ４供給用の開閉弁ＳＶ１は閉じられているので、ＴｉＣｌ４は処理容器４１に供給されない。
【００７６】
処理容器４１内に供給されたＮＨ３はその一部がウェハＷの表面に吸着されているＴｉＣｌ４と反応するが、大部分はキャリアガスＮ２と共にＮＨ３排気用の排気配管５７に流入する。ＴｉＣｌ４排気用の排気配管５６に設けられた開閉弁ＥＶ５は閉じられているので、ＮＨ３はＴｉＣｌ４排気用の排気配管５６には流入しない。
【００７７】
排気配管５７に流入したＮＨ３及びＮ２は真空ポンプ６１により外部に排気される。また、ＮＨ３の供給工程ではＮＨ３とＴｉＣｌ４とが反応した際の反応副生成物ＮＨ４Ｃｌが処理容器４１内で生成される。したがって、排気配管ＥＶ６には反応副生成物ＮＨ４Ｃｌも流入する。そこで、本実施例では、トラップ６０によりＮＨ４Ｃｌを捕集して、ＮＨ４Ｃｌが真空ポンプ６１に流れ込むことを防止している。
【００７８】
ＮＨ３の供給工程が終了すると、次に図８に示すＮＨ３の排気工程が行われる。本実施例の場合、ＮＨ３の排気は、Ｎ２のみを処理容器４１内に供給することによりＮＨ３をパージすることで行われる。すなわち、ＮＨ３の排気工程では、ＮＨ３の供給用の開閉弁ＳＶ３が閉じられ、他の開閉弁はそのままの状態に維持される。したがって、Ｎ２のみが処理容器４１内に供給され、処理容器４１内に残留しているＮＨ３はＮ２により処理容器４１内から排気通路５７へと追い出される。
【００７９】
処理容器４１内のウェハＷ上に生成されるＴｉＮの膜が所定の厚さとなるまで、以上の図５乃至図８に示す工程を繰り返す。上述のように、開閉弁のＳＶ１〜ＳＶ４及びＥＶ６，ＥＶ７の開閉動作は、制御装置６３により制御される。
【００８０】
なお、上述のＴｉＣｌ４の排気工程及びＮＨ３の排気工程では、Ｎ２パージにより原料ガスをＮ２に置換しているが、原料ガスの排気を真空引きにより行うこともできる。この場合、ＴｉＣｌ４の供給工程及びＮＨ３の供給工程は図５及び図７に示す工程と同じであり、同じ開閉弁の動作となるが、ＴｉＣｌ４の排気工程及びＮＨ３の排気工程は図６及び図８に示す工程とは異なる。すなわち、真空引きにより原料ガスの排気を行うには、ＴｉＣｌ４の排気工程及びＮＨ３の排気工程において、Ｎ２供給用開閉弁ＳＶ２，ＳＶ４の閉じて、処理容器４１へのガスの供給を全て停止する。これにより、真空ポンプ５９又は６１により処理容器４１内が所定の真空度となるまで排気することで、原料ガスを処理容器４１内から排気する。
【００８１】
次に、本発明の第２実施例による処理装置について、図９を参照しながら説明する。図９は本発明の第２実施例による処理装置７０の全体構成を示す概略構成図である。図９において、図４に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８２】
図９に示す処理装置７０は、図４に示す処理装置４０と基本的な構造は同じであるが、共通供給配管４３に三方弁ＳＶ５が設けられ、且つ排気側に共通排気配管７１と三方弁ＥＶ７とが設けられた点が異なる。すなわち、本実施例では、供給側と排気側の両方に三方弁が設けられており、供給系統と排気系統を同時に切り替える。
【００８３】
供給側の三方弁ＳＶ５は、共通供給配管４３からノズル４３ａが延在する分岐部に設けられる。三方弁ＳＶ５は、処理容器４１に接続される原料ガス供給系統を、ＴｉＣｌ４の供給系統とＮＨ３の供給系統との間で切り替える機能を果たす。一方、排気側の三方弁ＥＶ７は、共通排気配管７１へ接続される排気系統を、ＴｉＣｌ４の排気系統とＮＨ３の排気系統との間で切り替える機能を果たす。
【００８４】
供給側の開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ４と三方弁ＳＶ５及び排気側の三方弁ＥＶ６の動作は、制御装置３０により制御される。
【００８５】
図１０に示すＴｉＣｌ４の供給工程では、ＴｉＣｌ４側の開閉弁ＳＶ１，ＳＶ２が開かれ、ＮＨ３側の開閉弁ＳＶ３，ＳＶ４は閉じられる。そして、三方弁ＳＶ５は、ＴｉＣｌ４側の供給系統がノズル４３ａに接続されるように切り替えられる。同時に、排気側の三方弁ＥＶ７は、ＴｉＣｌ４用排気配管５６に接続されるように切り替えられる。これにより、処理容器４１内に供給されるのＴｉＣｌ４及びＮ２は、ＴｉＣｌ４用の排気配管５６だけに流れ込み、ＮＨ３用の排気配管５７には流れない。
【００８６】
図１１に示すＴｉＣｌ４の排気工程では、ＴｉＣｌ４側の開閉弁ＳＶ１が閉じられ，開閉弁ＳＶ２が開かれたままとされる。ＮＨ３側の開閉弁ＳＶ３，ＳＶ４は閉じられたままである。また、三方弁ＳＶ５も、ＴｉＣｌ４側の供給系統側に切り替えられたままである。また、排気側の三方弁ＥＶ７も、ＴｉＣｌ４用排気配管５６に接続されるように切り替えられたままである。これにより、処理容器４１にはＮ２のみが供給され、処理容器４１内に残留しているＴｉＣｌ４は、ＴｉＣｌ４用の排気配管５６に流れ込み、排出される。
【００８７】
続いて、図１２に示すＮＨ３の供給工程では、ＴｉＣｌ４側の開閉弁ＳＶ１，ＳＶ２が閉じられ、ＮＨ３側の開閉弁ＳＶ３，ＳＶ４が開かれる。そして、三方弁ＳＶ５は、ＮＨ３側の供給系統がノズル４３ａに接続されるように切り替えられる。同時に、排気側の三方弁ＥＶ７は、ＮＨ３用の排気配管５７に接続されるように切り替えられる。これにより、処理容器４１内に供給されるのＮＨ３及びＮ２は、ＮＨ３用の排気配管５７だけに流れ込み、ＴｉＣｌ４用の排気配管５６には流れない。
【００８８】
図１３に示すＮＨ３の排気工程では、ＮＨ３側の開閉弁ＳＶ３が閉じられ，開閉弁ＳＶ４が開かれたままとされる。ＴｉＣｌ４側の開閉弁ＳＶ１，ＳＶ２は閉じられたままである。また、三方弁ＳＶ５も、ＮＨ３側の供給系統側に切り替えられたままである。また、排気側の三方弁ＥＶ７も、ＮＨ３用排気配管５７に接続されるように切り替えられたままである。これにより、処理容器４１にはＮ２のみが供給され、処理容器４１内に残留しているＮＨ３は、ＮＨ３用の排気配管５７に流れ込み、排出される。
【００８９】
以上のように、本実施例では、三方弁ＳＶ５を供給側の処理容器４１に近い部分に配置し、三方弁ＥＶ７を排気側の処理容器４１に近い部分に配置したため、原料ガスであるＴｉＣｌ４とＮＨ３とが接触して反応する可能性のある部分が処理容器４１内とノズル４３ａと共通排気配管７１だけとなる。これにより、処理容器４１以外での原料ガスの反応を効果的に防止することができる。
【００９０】
なお、本実施例においても、上述の第１実施例のように排気工程をＮ２パージではなく、真空引きとすることもできる。
【００９１】
図１４は図９に示す処理装置７０において、三方弁ＳＶ５及び三方弁ＥＶ７の切り替え動作を空気圧により行う構成を示す図である。図１４において、三方弁ＳＶ５及び三方弁ＥＶ７を空気作動弁とし、空気切り替え弁７２から空気圧を供給することにより三方弁ＳＶ５及び三方弁ＥＶ７を同期して作動させる。
【００９２】
図１５は図１４に示す空気切り替え弁７２の構成を示す図である。空気切り替え弁７２には空圧源から圧縮空気が供給される。空気切り替え弁７２内で圧縮空気の通路７２ａは二つの通路７２ｂ及び７２ｃに分岐し、一方は供給系の三方弁ＳＶ５に接続される空気通路７３に接続され、他方は排気系の三方弁ＥＶ７に接続される空気通路７４に接続される。
【００９３】
空気切り替え弁７２内の通路７２ｂの途中にはダイアフラム７５が設けられており、ダイアフラム７５を駆動することにより通路７２ｂを開放及び閉鎖することができる。ダイアフラム７５は、制御装置６３から供給される電気信号により作動するソレノイド７６により駆動される。同様に、空気切り替え弁７２内の通路７２ｃの途中にはダイアフラム７７が設けられており、ダイアフラム７７を駆動することにより通路７２ｃを開放及び閉鎖することができる。ダイアフラム７７は、制御装置６３から供給される電気信号により作動するソレノイド７８により駆動される。
【００９４】
空気切り替え弁７２は、ソレノイド７６，７８に同一の電気信号が入力されたときに、ダイアフラム７５が通路７２ｂを閉鎖する方向に駆動され、且つダイアフラム７７が通路７２ｃを開放するように駆動されるように構成される。
【００９５】
ここで、供給系の三方弁ＳＶ５は、圧縮空気が供給されていないときにはＴｉＣｌ４供給系統に切り替えられ、圧縮空気が供給されたときにＮＨ３供給系統に切り替えられる空気作動弁とする。また、排気系の三方弁ＥＶ７は、圧縮空気が供給されていないときにはＮＨ３排気系統に切り替えられ、圧縮空気が供給されたときにＴｉＣｌ４供給系統に切り替えられる空気作動弁とする。
【００９６】
上述の構成において、空気切り替え弁７２により圧縮空気が空気通路７４側に供給された場合（図１４の矢印Ａ方向）、供給系の三方弁ＳＶ５はＴｉＣｌ４供給系統に切り替えられ、且つ排気系の三方弁ＥＶ７はＴｉＣｌ４排気系統に切り替えられる。これは、図１０及び図１１に示す工程に相当する。また、空気切り替え弁７２により圧縮空気が空気通路７３側に供給された場合（図１４の矢印Ｂ方向）、供給系の三方弁ＳＶ５はＮＨ３供給系統に切り替えられ、且つ排気系の三方弁ＥＶ７はＮＨ３排気系統に切り替えられる。これは、図１２及び図１３に示す工程に相当する。
【００９７】
以上のように、空気切り替え弁７２を用いることにより、供給系と排気系の三方弁を同期して作動することができる。
【００９８】
上述の実施例では、ＴｉＣｌ４とＮＨ３によりＴｉＮ膜を生成しているが、他の例として、ＴｉＦ４とＮＨ３によるＴｉＮ膜の生成、ＴｉＢｒ４とＮＨ３によるＴｉＮ膜の生成、ＴｉＩ４とＮＨ３によるＴｉＮ膜の生成、Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］４とＮＨ３によるＴｉＮ膜の生成、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４とＮＨ３によるＴｉＮ膜の生成、Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４とＮＨ３によるＴｉＮ膜の生成、ＴａＦ５とＮＨ３によるＴａＮ膜の生成、ＴａＣｌ５とＮＨ３によるＴａＮ膜の生成、ＴａＢｒ５とＮＨ３によるＴａＮ膜の生成、ＴａＩ５とＮＨ３によるＴａＮ膜の生成、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３とＮＨ３によるＴａＮ膜の生成、ＷＦ６をＮＨ３によるＷＮ膜の生成、Ａｌ（ＣＨ３）３とＨ２ＯによるＡｌ２Ｏ３膜の生成、Ａｌ（ＣＨ３）３とＨ２Ｏ２によるＡｌ２Ｏ３膜の生成、Ｚｒ（Ｏ−ｔ（Ｃ４Ｈ４））４とＨ２ＯによるＺｒＯ２膜の生成、Ｚｒ（Ｏ−ｔ（Ｃ４Ｈ４））４とＨ２Ｏ２によるＺｒＯ２膜の生成、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５とＨ２ＯによるＴａ２Ｏ５膜の生成、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５とＨ２Ｏ２によるＴａ２Ｏ５膜の生成、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５とＯ２によるＴａ２Ｏ５膜の生成、等本実施例による処理装置を用いることにより、効率的に成膜処理を行うことができる。
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、複数の原料ガスを交互に供給して成膜を行う処理装置において、排気配管中で原料ガス同士が反応することを防止して反応生成物による排気配管詰まりを防止することができる。また、未反応のまま排気される原料ガスを捕集して供給系統に戻して再利用することができ、原料ガスの消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明による処理装置の概略構成図である。
【図３】本発明による処理装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第１実施例による処理装置の構成図である。
【図５】ＴｉＣｌ４供給工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図６】ＴｉＣｌ４排気工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図７】ＮＨ３供給工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図８】ＮＨ３排気工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図９】本発明の第２実施例による処理装置の構成図である。
【図１０】ＴｉＣｌ４供給工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図１１】ＴｉＣｌ４排気工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図１２】ＮＨ３供給工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図１３】ＮＨ３排気工程における処理装置の各開閉弁の状態を示す図である。
【図１４】空気圧により三方弁を駆動する構成を示す図である。
【図１５】空気切り替え弁の構成図である。
【符号の説明】
２１，４１ 処理容器
２２，２３，２４，４５，４８，５１，５４ 供給配管
２５，２６，２７，４６，４９，５２，５５ マスフローコントローラ
２８，３１ 排気配管
２９，３２ 真空排気装置
３０，３３ 除害装置
３４，３５ トラップ
４０，７０ 処理装置
４２ サセプタ
４３ 共通供給配管
４３ａ ノズル
４４ ＴｉＣｌ４供給源
４７，５３ Ｎ２供給源
５０ ＮＨ３供給源
５６，５７ 排気配管
５８，６０ トラップ
５９，６１ 真空ポンプ
６２ 回収配管
６３ 制御装置
７１ 共通排気配管
７２ 空気切り替え弁
７２ａ，７２ｂ，７２ｃ 通路
７３，７４ 空気通路
７５，７７ ダイアフラム
７６，７８ ソレノイド
Ｖ１，Ｖ２、Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５ 開閉弁
ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４，ＥＶ６，ＥＶ７ 開閉弁
ＳＶ５、ＥＶ７ 三方弁
Claims (10)
- 第１の原料ガスと第２の原料ガスとを被処理基板に対して交互に供給して処理を行う処理装置であって、
内部に該被処理基板が配置される処理容器と、
該処理容器内に前記第１の原料ガスを供給するための第１の供給系統と、
前記処理容器内に前記第２の原料ガスを供給するための第２の供給系統と、
前記処理容器内から前記第１の原料ガスを排気するための第１の排気系統と、
前記処理容器内から前記第２の原料ガスを排気するための第２の排気系統と、
前記処理容器へのガス供給系統を前記第１の供給系統と前記第２の供給系統との間で切り替える供給系統切り替え手段と、
前記処理容器からのガス排気系統を前記第１の排気系統と前記第２の排気系統との間で切り替える排気系統切り替え手段と、
ガス供給系統が前記第１の供給系統に切り替えられたときにガス排気系統を前記第１の排気系統に切り替え、且つ、ガス供給系統が前記第２の供給系統に切り替えられたときにガス排気系統を前記第２の排気系統に切り替えるように、前記供給系統切り替え手段と前記排気系統切り替え手段とを制御する制御手段と
を有することを特徴とする処理装置。 - 請求項１記載の処理装置であって、
前記第１の排気系統に設けられ、前記第１の原料ガスを捕集するトラップと、
該トラップにより捕集した前記第１の原料ガスを前記第１の供給系統に戻すための回収配管と
を更に有することを特徴とする処理装置。 - 請求項１又は２記載の処理装置であって、
前記第２の排気系統に設けられ、前記第１の原料ガスと前記第２の原料ガスの反応による反応副生成物を捕集するトラップを更に有することを特徴とする処理装置。 - 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の処理装置であって、
前記処理容器に不活性ガスを供給するための第３の供給系統を更に有することを特徴とする処理装置。 - 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の処理装置であって、
前記供給系統切り替え手段は、前記第１の供給系統に設けられた第１の供給系開閉弁と、前記第２の供給系統に設けられた第２の供給系開閉弁とを有し、該第１の供給系開閉弁と該第２の供給系開閉弁の開閉は前記制御手段により制御されることを特徴とする処理装置。 - 請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の処理装置であって、
前記排気系統切り替え手段は、前記第１の排気系統に設けられた第１の排気系開閉弁と、前記第２の供給系統に設けられた第２の排気系開閉弁とを有し、該第１の排気系開閉弁と該第２の排気系開閉弁の開閉は前記制御手段により制御されることを特徴とする処理装置。 - 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の処理装置であって、
前記供給系統切り替え手段は、前記第１の供給系統と前記第２の供給系統とのいずれか一方に接続される供給系三方弁を有し、
前記排気系統切り替え手段は、前記第１の排気系統と前記第２の排気系統とのいずれか一方に接続される排気系三方弁を有し、
前記供給系三方弁と前記排気系三方弁とは、前記制御手段により制御されることを特徴とする処理装置。 - 請求項７記載の処理装置であって、
前記供給系三方弁及び前記排気系三方弁は空気作動弁よりなり、空気作動弁に供給される圧縮空気は空気切り替え弁により前記供給系三方弁及び前記排気系三方弁のいずれか一方に供給されることを特徴とする処理装置。 - 請求項１乃至８記載の処理装置であって、
前記第１の原料ガスはＴｉＣｌ４，ＴｉＦ４，ＴｉＢｒ４，ＴｉＩ４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］４，Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４，ＴａＦ５，ＴａＣｌ５，ＴａＢｒ５，ＴａＩ５，Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３のいずれかであり、前記第２の原料ガスはＮＨ３，Ｎ２Ｈ４，ＮＨ（ＣＨ３）２，Ｎ２Ｈ３（ＣＨ３）のいずれかであり、ＴｉＮ膜もしくはＴａＮ膜を前記被処理基体上に生成することを特徴とする処理装置。 - 請求項４記載の処理装置であって、
前記第１の原料ガスはＴｉＣｌ４，ＴｉＦ４，ＴｉＢｒ４，ＴｉＩ４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］４，Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４，ＴａＦ５，ＴａＣｌ５，ＴａＢｒ５，ＴａＩ５，Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３のいずれかであり、前記第２の原料ガスはＮＨ３，Ｎ２Ｈ４，ＮＨ（ＣＨ３）２，Ｎ２Ｈ３（ＣＨ３）のいずれかであり、前記不活性ガスはＮ２，Ａｒ，Ｈｅのいずれかであり、ＴｉＮ膜もしくはＴａＮ膜を前記被処理基体上に生成することを特徴とする処理装置。
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