JP2004327753A - 基板処理装置および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パーティクルの発生が抑制されるとともに、優れた作業効率、製造効率、低コスト性を提供することのできる基板処理装置および半導体デバイスの製造方法を提供すること。
【解決手段】基板２９を処理する反応室１１と、原料ガスを反応室１１へ供給する原料ガス供給ライン１２と、原料ガス供給ライン１２から分岐するとともに原料ガスを排気するベントライン１３と、各ラインに非反応性ガスを供給する非反応性ガス供給ライン１４，１５と、基板２８を処理する際は原料ガスおよび非反応性ガスを各ラインに常に流し続けるとともに、原料ガスの原料ガス供給ライン１４もしくはベントライン１５への切替を、各ラインの圧力調整または各ラインに供給する非反応性ガスの流量調整により行う制御手段とを有する基板処理装置と、該装置を用いた半導体デバイスの製造方法。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置および半導体デバイスの製造方法に関するものであり、詳しくは、パーティクルの発生が抑制されるとともに、優れた作業効率、製造効率、低コスト性を提供することのできる基板処理装置および半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体プロセスの薄膜化が進められている。それによりＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のような膜厚均一性を向上させるのに有効な手法が積極的に研究・開発が行われている。ＡＬＤ法による薄膜成長は原子層堆積として知られ、レイヤー毎にセルフリミットがかかるように、反応ガスとその余剰反応ガスおよび気体反応物を一掃する保護ガスとの交互供給によって行われる。またＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）においても薄膜中の不純物除去や膜の組成を所望の品質に調整するために、反応ガスとプラズマや他の類似した活性手段との交互供給を行うことがある。上記のような成膜を行う場合、１サイクル当たりの成膜は数Åとなり、とくに１枚ずつ成膜する枚葉式の場合、スループットが問題となる。現状の量産現場におけるスループット１５〜２０枚／時相当を実現するには、各ガスの切替時間が数秒もしくは１秒以下であることが必要となる。
他方、液体原料または固体原料を用いる場合、気化器を使用して原料をガス化するため、気化器から反応室にかけては各原料が再液化しない温度以上に加熱する必要がある。そのためガス種によるが、一般に１５０〜２５０℃程度の配管加熱が必要なものが多い。したがって、気化器から反応室間の原料ガスの切替に使用するバルブは高温用のバルブでなければならない。一般に１００℃以上に耐えうるような高温用バルブは通常のバルブに比べ寿命が短く、使用条件により異なるが数万回程度と通常耐久能力の１／１０以下程度と予想される。加えて、高温用バルブは一般的にオールメタル製のバルブである場合が多く、シール部劣化により金属汚染の問題も生じ、パーティクル問題が懸念される。
【０００３】
図４は、従来の基板処理装置の一例を説明するための概略図である。
図４において、従来の基板処理装置４０は、液体原料を収容する原料タンク４１と、液体原料を気化し原料ガスを調製するための気化器４２と、この気化した原料ガスを反応室４３に供給するための原料ガス供給ライン４４と、原料ガス供給ライン４４から分岐するとともに原料ガスを反応室４３へ供給することなく排気するベントライン４５と、反応室４３およびベントライン４５に接続するとともに、原料ガスまたはその他のガスを吸引するためのポンプ４６と、原料ガスを反応室４３に流入させるためのキャリアガスライン４７と、２次原料ガス導入部４８とを備えてなる。なお、Ｖ６１およびＶ６２は高温用バルブであり、原料ガス供給ライン４４およびベントライン４５にそれぞれ設けられている。また、原料ガス供給ライン４４およびベントライン４５は、原料ガスの再液化を防止するためにヒータ（図示せず）によって加温されている。
【０００４】
基板処理時、原料タンク４１内の液体原料は、圧送Ｎ_２またはＨｅによって、液体マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４９を経由して気化器４２に導入される。これとは別に、キャリアガスライン４７からＭＦＣ５０、熱交換器５１を経由してキャリアガス（例えばＮ_２）が気化器４２に導入される。気化した原料ガスおよびキャリアガスは、原料ガス供給ライン４４を経て反応室４３内に供給され、基板５２が処理される。続いて、２次原料ガス導入部４８から反応室４３内への２次原料ガスの供給が必要な場合、バルブＶ６１を閉鎖し、バルブＶ６２を開放することにより、原料ガスの反応室４３内への供給を停止し、原料ガスが反応室４３を経由することなくベントライン４５から排気するようにする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高温用バルブであるＶ６１，６２を用いて原料ガスの流れ方向の切替を行うと、前記のように高温用バルブは耐久性に劣るため、頻繁にこれを交換する必要があり、スループットが悪化するという問題点がある。また、高温用バルブがオールメタル製のバルブである場合は、シール部劣化により金属汚染やパーティクル発生の恐れがある。
【０００６】
したがって本発明の目的は、パーティクルの発生が抑制されるとともに、優れた作業効率、製造効率、低コスト性を達成することのできる基板処理装置および半導体デバイスの製造方法の提供にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、下記の構成によって解決される。
（１）基板を処理する反応室と、原料ガスを前記反応室へ供給する原料ガス供給ラインと、前記原料ガス供給ラインから分岐するとともに前記原料ガスを前記反応室へ供給することなく排気するベントラインと、前記各ラインの途中にそれぞれ設けられ各ラインに非反応性ガスを供給する非反応性ガス供給ラインと、前記基板を処理する際は前記原料ガスおよび非反応性ガスを各ラインに常に流し続けるとともに、原料ガスの原料ガス供給ラインもしくはベントラインへの切替を、各ラインの圧力調整または各ラインに供給する非反応性ガスの流量調整により行う制御手段と、を有することを特徴とする基板処理装置。
この構成によれば、基板処理工程時、高温用バルブを原料ガスの流れ方向の切替のために使用する必要がないため、高温用バルブの交換の頻度が低減する。したがって、スループットも向上する。また、高温用バルブの劣化が防止されるため、シール部劣化による金属汚染やパーティクルの発生が抑制される。これにより、優れた作業効率、製造効率、低コスト性を達成することのできる基板処理装置が提供される。
【０００８】
（２）基板を反応室内に搬入する工程と、前記反応室内に原料ガスを導入して基板を処理する工程と、前記反応室内から基板を搬出する工程と、を有する半導体デバイスの製造方法において、前記基板処理工程は、前記原料ガスを反応室へ供給する原料ガス供給ラインと、原料ガス供給ラインから分岐するとともに原料ガスを反応室へ供給することなく排気するベントラインと、前記各ラインの途中にそれぞれ設けられ各ラインに非反応性ガスを供給する非反応性ガス供給ラインとを有する基板処理装置を用いて行われ、かつ前記基板を処理する際は前記原料ガスおよび非反応性ガスを各ラインに常に流し続けるとともに、原料ガスの原料ガス供給ラインもしくはベントラインへの切替を、各ラインの圧力調整または各ラインに供給する非反応性ガスの流量調整により行うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
この構成によれば、基板処理工程時、高温用バルブを原料ガスの流れ方向の切替のために使用する必要がないため、高温用バルブの交換の頻度が低減する。したがって、スループットも向上する。また、高温用バルブの劣化が防止されるため、シール部劣化による金属汚染やパーティクルの発生が抑制される。これにより、優れた作業効率、製造効率、低コスト性を達成することのできる半導体デバイスの製造方法が提供される。
【０００９】
また、次に示す態様も本発明に好ましいものである。
（３）前記（１）、（２）に記載の基板処理装置、半導体デバイスの製造方法において、原料ガスを反応室へ供給する場合は、原料ガス供給ライン内の圧力をベントライン内の圧力よりも小さくする、もしくは原料ガス供給ラインへの非反応性ガスの供給流量をベントラインへの非反応性ガスの供給流量よりも小さくし、原料ガスを反応室へ供給しない場合はその逆とするよう制御する制御手段を有する。
（４）前記（１）、（２）に記載の基板処理装置、半導体デバイスの製造方法において、非反応性ガス供給ラインにはそれぞれ流量制御手段が設けられる。
（５）前記（４）に記載の基板処理装置、半導体デバイスの製造方法において、非反応性ガス供給ラインの一部は加熱され、前記流量制御手段は非反応性ガス供給ラインの非加熱領域に設けられる。
（６）前記（４）に記載の基板処理装置、半導体デバイスの製造方法において、流量制御手段は、所定流量（微少流量）と全開の切替のできる２段階切替バルブである。
（７）前記（１）、（２）に記載の基板処理装置、半導体デバイスの製造方法において、各非反応性ガス供給ラインは一つの非反応性ガス源に接続される。
（８）前記（１）、（２）に記載の基板処理装置、半導体デバイスの製造方法において、原料ガスを原料ガス供給ラインからベントラインへ切り替える際は、原料ガス供給ラインに接続された非反応性ガス供給ラインへの非反応性ガス流量と、原料ガス供給ラインへの原料ガス流量とを同程度の流量とするよう制御する。
（９）前記（１）、（２）に記載の基板処理装置、半導体デバイスの製造方法において、原料ガス供給ラインとベントラインは加熱されるとともに、これらのラインにはバルブが設けられ、これらのバルブは基板処理中は全開状態とする。（１０）前記（１）、（２）に記載の基板処理装置、半導体デバイスの製造方法において、基板処理装置がさらに２次原料ガス導入部と、反応室への原料ガスの供給と２次原料ガスの供給を複数回繰り返すよう制御する制御手段とを有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明をさらに説明する。
図１は、本発明の基板処理装置の一例を説明するための概略図である。
図１において、本発明の基板処理装置１０は、基板２９を処理する反応室１１と、反応室１１内で基板２９を支持する支持台３５と、原料ガスを反応室１１へ供給する原料ガス供給ライン１２と、原料ガス供給ラインから分岐するとともに原料ガスを反応室１１へ供給することなく排気するベントライン１３と、各ライン１２，１３の途中にそれぞれ設けられ各ライン１２，１３に非反応性ガスを供給する非反応性ガス供給ライン１４，１５とを有している。非反応性ガス供給ライン１４，１５は、それらの上流側で一つの非反応性ガス供給ライン３１に接続され、非反応性ガス供給ライン３１は、さらにその接続点よりも上流側でＭＦＣ（マスフローコントローラ）１６を介して一つの非反応性ガス源に接続されている。非反応性ガス源より非反応性ガス供給ライン３１に供給された例えばＮ_２ガスのような非反応性ガスは、ＭＦＣ１６および各ライン１４，１５に設けられた熱交換器１７を経由して導入される。また、前記ＭＦＣ１６および各ライン１４，１５の熱交換器１７間には、それぞれ非反応性ガスの流量制御手段としてのバルブＴ１，Ｔ２が設けられている。このバルブＴ１，Ｔ２は、２段階にガスの流量を調節することができ、例えばバルブを締めてラインの径を狭めたり、バルブを全開したりして、微少流量や大流量の切替を行うことができる。
さらに本発明の基板処理装置１０は、液体原料を収容する原料タンク１８と、液体原料を気化し原料ガスを調製するための気化器１９と、原料タンク１８内に圧送用の不活性ガスを供給する圧送ガス供給ライン３２と、原料タンク１８内の液体原料を気化器１９へ供給する液体原料供給ライン３３と、液体原料供給ライン３３に設けられ気化器１９へ供給する液体原料の液体流量を制御する液体ＭＦＣ２６と、反応室１１内を排気する排気ライン３０と、排気ライン３０およびベントライン１３に連通するとともに、原料ガスまたはその他のガスを吸引するためのポンプ２０と、原料ガスを反応室１１に流入させるためのキャリアガスライン２１と、キャリアガスライン２１に設けられキャリアガスの流量を制御するＭＦＣ２７と２次原料ガス導入部２２とを備えてなる。また、本発明の基板処理装置１０には、原料ガスの流れを原料ガス供給ライン１２からベントライン１３へ切り替える際に、反応室１１に導入した原料ガスが原料ガス供給ライン１２内に逆拡散しないようにするための逆拡散防止ライン２３が設けられている。逆拡散防止ライン２３にはＭＦＣ２４および熱交換器２５を経由して例えばＮ_２ガスが数十ないし数百ｓｃｃｍ程度で導入される。なお、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３およびＶ４は高温用バルブであり、バルブＶ１およびＶ２は原料ガス供給ライン１２に、バルブＶ３はベントライン１３に、バルブＶ４は逆拡散防止ライン２３にそれぞれ設けられている。また、原料ガス供給ライン１２、ベントライン１３は、原料ガスの再液化を防止するためにヒータ（図示せず）によって例えば１５０〜２５０℃に加温されている。また、逆拡散防止ライン２３、非反応性ガス供給ライン１４，１５の一部、すなわち熱交換器１７よりも下流側も同様にヒータにより加熱されている。
【００１１】
基板処理時、高温用バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３およびＶ４をすべて全開状態とする。原料タンク１８内の液体原料は、圧送Ｎ_２またはＨｅによって、液体原料供給ライン３３内に押し出され、液体ＭＦＣ２６を経由して気化器１９に導入される。これとは別に、キャリアガスライン２１からＭＦＣ２７、熱交換器２８を経由してキャリアガス（例えばＮ_２）が気化器１９に導入される。気化した原料ガスおよびキャリアガスは、原料ガス供給ライン１２を経て反応室１１内に供給され、基板２９が処理されるのであるが、このとき、原料ガスおよび非反応性ガスを原料ガス供給ライン１２および非反応性ガス供給ライン１４，１５に常に流し続けるとともに、原料ガスの原料ガス供給ライン１２もしくはベントライン１３への切替を、各ライン１２，１３の圧力調整または各ライン１２，１３に非反応性ガス供給ライン１４，１５より供給する非反応性ガスの流量調整により行うことが、本発明の一つの特徴となっている。具体的には、原料ガスを反応室１１へ供給する際は、原料ガス供給ライン１２内の圧力をベントライン１３内の圧力よりも小さくする、もしくは原料ガス供給ライン１２への非反応性ガスの供給流量をベントライン１３への非反応性ガスの供給流量よりも小さくするよう制御すればよい。逆に、原料ガスを反応室１１へ供給しない場合はその逆、すなわち原料ガス供給ライン１２内の圧力をベントライン１３内の圧力よりも大きくする、もしくは原料ガス供給ライン１２への非反応性ガスの供給流量をベントライン１３への非反応性ガスの供給流量よりも大きくするよう制御すればよい。
【００１２】
反応室１１に原料ガスを供給する際、原料ガス供給ライン１２内の圧力をベントライン１３内の圧力よりも小さくするためには、高温用バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３およびＶ４はすべて全開状態としたままで、バルブＴ２を全開状態にし、バルブＴ１を微少流量にすればよい。これにより、図１におけるＰ１地点での圧力がＰ３地点での圧力よりも低くなるため、原料ガスが原料ガス供給ライン１２を通って反応室１１に供給される。原料ガスを反応室１１へ供給しない場合、すなわち原料ガスを反応室１１へ供給することなく排気する際、ベントライン１３内の圧力を原料ガス供給ライン１２内の圧力よりも小さくするためには、高温用バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３およびＶ４はすべて全開状態としたままで、バルブＴ１を全開状態にし、バルブＴ２を微少流量にすればよい。これにより、図１におけるＰ３地点での圧力がＰ１地点での圧力よりも低くなるため、原料ガスがベントライン１３を通ってポンプ２０から排気される。このように、高温用バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、基板処理時においてはすべて全開状態とし原料ガスの原料ガス供給ライン１２，ベントライン１３への流れ方向の切替のために使用する必要がなく、基板処理前後および装置のダウンタイム時のみ使用することとなるので、高温用バルブの長寿命化が図れ交換の頻度が低減する。したがって、バルブ交換のためのダウンタイムの間隔を長くすることができる。また、高温用バルブの劣化が防止されるため、シール部劣化による金属汚染やパーティクルの発生が抑制される。なお、原料ガスの流れ方向の切替時、バルブＴ１またはＴ２の一方を微少流量としているのは、原料ガスが非加熱領域に逆拡散するのを防止するためである。
【００１３】
図２は、反応室１１内に原料ガスを間欠的に供給する場合におけるバルブＴ１およびＴ２を流れる非反応性ガスの流量を説明するための図である。既述のようにバルブＴ１，Ｔ２は、微少流量と大流量（全開）の切り替えのできる２段階切り替えバルブとして構成されている。時間Ｔは区間によって分けられており、一区間に流れるガスの流量は、バルブ全開での大流量、もしくは微少流量のいずれかとなっており、各バルブにおいてはバルブ全開での大流量と微少流量を交互に繰り返している。一区間は数十ｍｓｅｃないし数ｓｅｃ程度である。バルブＴ１とＴ２は、同じ区間においては、それぞれ互いに異なる流量となるようにしている。例えば、区間１ではバルブＴ１は微少流量であり、逆にＴ２は大流量（全開状態）となっている。また、区間２ではバルブＴ１は大流量（全開状態）であり、逆にＴ２は微少流量となっている。このときの原料ガスの流れ方向を図３に示す。区間１の場合、Ｔ１は微少流量、Ｔ２は大流量（全開状態）となっており、Ｐ１地点での圧力がＰ３地点での圧力よりも低くなるため、気化器１９で気化された原料ガスがＰ２地点を経て原料ガス供給ライン１２から反応室１１に供給される。区間２の場合、バルブＴ１は大流量（全開状態）、バルブＴ２は微少流量となっており、Ｐ３地点での圧力がＰ１地点での圧力よりも低くなるため、気化器１９で気化された原料ガスがＰ２地点を経てベントライン１３を通ってポンプ２０から排気される。
【００１４】
次に、上述した図１のような構成で、図２，３のように動作する基板処理装置を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、基板上に薄膜を堆積するための手順を示す。ここでは、有機液体原料を気化した原料ガスと２次原料ガスとを交互に反応室１１内へ供給することによりＭＯＣＶＤ法により基板上に金属膜や金属酸化膜等の薄膜を形成する場合について説明する。
【００１５】
まず、図１に示す反応室１１内の支持台３５上に基板２９を載置し、基板２９を図示しない基板回転ユニットにより回転させながら、支持台３５内部に設けられた図示しないヒータにより基板２９の温度を例えば３００〜５００℃の間の所定の温度となるよう均一に加熱して昇温する（昇温工程）。なお、基板２９の搬送時や基板加熱時は、逆拡散防止ライン２３に設けたバルブＶ４を開けて、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２などの不活性ガスを常に流しておくとパーティクルや金属汚染物の基板２９への付着を防ぐことができる。
【００１６】
昇温工程終了後、基板処理工程に入る。基板処理工程は、成膜工程と、パージ工程と、ＲＰＯ工程とを有する。基板処理工程では、既述のように高温バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は全て全開状態とし、原料ガス供給ライン１２からは原料ガスを、非反応性ガス供給ライン１４，１５，逆拡散防止ライン２３からはＮ_２等の非反応性ガスを常に流し続ける。
【００１７】
成膜工程では、図２の区間１のように、バルブＴ１は微少流量、バルブＴ２は大流量（全開状態）に設定する。原料タンク１８内の有機液体原料は、圧送ガス供給ライン３２より原料タンク１８内に供給された圧送Ｎ_２またはＨｅによって液体原料供給ライン３３に押し出され、液体ＭＦＣ（流量制御装置）２６で流量制御されて気化器１９に導入される。またこのとき、キャリアガスライン２１からＭＦＣ２７、熱交換器２８を経由してＮ_２等のキャリアガスが気化器１９に導入される。このとき、バルブＴ１は微少流量、バルブＴ２は大流量（全開状態）に設定されており、原料ガス供給ライン１２に供給される非反応性ガスの方が、ベントライン１３に供給される非反応性ガスよりも小さくなり、原料ガス供給ライン１２内の圧力の方が、ベントライン１３内の圧力よりも小さくなるので、原料ガスはベントライン１３側には流れず、原料ガス供給ライン１２を通って反応室１１内の基板２９上へ供給される。
【００１８】
このときも、既述のようにバルブＶ４を開いたままにして、逆拡散防止ライン２３からＮ_２等の不活性ガスを常に流し、原料ガスを撹拌させるようにする。原料ガスは不活性ガスで希釈すると撹拌しやすくなる。原料ガス供給ライン１２から供給される原料ガスは逆拡散防止ライン２３から供給される不活性ガスと原料ガス供給ライン１２内で混合され、混合ガスとして支持台３５上の基板２９上へ供給される。
【００１９】
この混合ガスの供給を所定時間実施することにより、まず基板２９上に例えば０．５〜３０Å（１原子層未満（約１／６原子層）〜１０原子層）程度の薄膜を形成する。この間、基板２９は回転しながらヒータにより所定温度（成膜温度）に保たれているので、基板面内にわたり均一な膜を形成できる。
【００２０】
成膜工程終了後、パージ工程に入る。パージ工程では、反応室１１内を不活性ガスによりパージして残留ガスを除去する。成膜工程では既述の様にバルブＶ４は開いたままにしてあり、反応室１１内にはＮ_２等の不活性ガスが常に流れているので、原料ガスの基板２９への供給を停止すると同時にパージが行われることとなる。原料ガスの基板２９への供給を停止すると同時にパージ工程を行うには、図２の区間２のように、バルブＴ１を大流量（全開状態）、バルブＴ２を微少流量に設定する。これにより、原料ガス供給ライン１２に供給される非反応性ガスの方が、ベントライン１３に供給される非反応性ガスよりも大きくなり、原料ガス供給ライン１２内の圧力の方が、ベントライン１３内の圧力よりも大きくなるので、原料ガスの基板２９への供給が停止されるとともに、原料ガスは反応室１１へ供給されることなくベントライン１３を通って排気されることとなる。なお、気化器１９からの原料ガスの供給を停止させることなくベントライン１３を介して排気するようにしているのは、液体原料を気化し、気化した原料ガスを安定供給するまでには時間がかかるからであり、こうすることにより、次の成膜工程ではガスの流れをベントライン１３から原料ガス供給ラインに切り換えるだけで、直ちに原料ガスを安定な状態で、基板２９へ供給できる。
【００２１】
パージ工程終了後、ＲＰＯ（ｒｅｍｏｔｅ ｐｌａｓｍａ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）工程に入る。ここでＲＰＯ処理とは、酸素含有ガス（Ｏ_２，Ｎ_２Ｏ，ＮＯ等）をリモートプラズマユニットによって活性化させて発生させた酸素ラジカルを用いて、膜を酸化させるリモートプラズマ酸化処理のことである。ＲＰＯ工程では、２次原料導入ガス導入部２２より図示しないリモートプラズマユニットにより活性化した酸素ラジカルを含む酸素含有ガス（以下、活性化ガスという。）を反応室１１内の基板２９上へ供給する。この活性化ガスが２次原料に相当する。この間、基板２９は回転しながらヒータにより所定温度（成膜温度と同一温度）に保たれているので、成膜工程において基板２９上に形成された０．５〜３０Å（１原子層未満〜１０原子層）程度の薄膜よりＣ，Ｈ等の不純物を素早く均一に除去できる。なお、このＲＰＯ工程でも、パージ工程と同様、図２の区間２のように、バルブＴ１を大流量（全開状態）、バルブＴ２を微少流量に設定したままの状態とする。
【００２２】
なお、ＲＰＯ工程と成膜工程は、略同一温度で行うのが好ましい（ヒータ設定温度は変更せずに一定とするのが好ましい）。これは、温度変動を生じさせないことにより、支持台３５等の周辺部材の熱膨張によるパーティクルが発生しにくくなり、また、金属部品からの金属の飛び出し（金属汚染）を抑制できるからである。
【００２３】
ＲＰＯ工程終了後、再びパージ工程に入る。パージ工程では、反応室１１内を不活性ガスによりパージして残留ガスを除去する。なお、既述のようにＲＰＯ工程でもバルブＶ４は開いたままにしてあり、反応室１１内にはＮ_２等の不活性ガスが常に流れているので、活性化ガスの基板２９上への供給を停止すると同時にパージが行われることとなる。なお、この際、活性化ガス供給を、図示しないバイパス管で反応室１１をバイパスするよう排気し、リモートプラズマユニットからの活性化ガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。活性化ガスは、生成から安定供給するまでに時間がかかるので、リモートプラズマユニットからの活性化ガスの供給を停止させずに、反応室１１をバイパスするように流しておくと、次のＲＰＯ工程では、流れを切換えるだけで、直ちにラジカルを基板２９上へ供給できる。なお、このパージ工程でも、ＲＰＯ工程と同様、図２の区間２のように、バルブＴ１を大流量（全開状態）、バルブＴ２を微少流量に設定したままの状態とする。
【００２４】
パージ工程終了後、再び成膜工程に入り、図２の区間３のように、バルブＴ１を微少流量、バルブＴ２を大流量（全開状態）に設定することにより、前述の作用により、原料ガスを反応室１１内の基板２９上へ供給し、０．５〜３０Å（１原子層未満〜１０原子層）程度の薄膜を、前回の成膜工程で形成した薄膜上に堆積する。
【００２５】
以上のような、成膜工程（図２の区間１）→パージ工程（図２の区間２）→ＲＰＯ工程（図２の区間２）→パージ工程（図２の区間２）→成膜工程（図２の区間３）→パージ工程（図２の区間４）…を複数回繰り返すというサイクル処理により、ＣＨ，ＯＨの混入が極めて少ない所定膜厚の薄膜を形成することができる。
【００２６】
なお、本実施の形態の基板処理装置にて基板を処理する際の処理条件としては、例えば常温で液体である原料Ｈｆ［ＯＣ（ＣＨ_３）_２ＣＨ_２ＯＣＨ_３］_４を気化した原料ガスを用いてアモルファス状態のＨｆＯ_２膜を成膜する場合、処理温度範囲は３９０〜４５０℃、圧力範囲は１００Ｐａ程度以下が例示される。
【００２７】
所定膜厚の薄膜形成後、基板回転ユニットによる基板２９の回転を停止し、所定膜厚の薄膜が形成された基板２９を反応室１１から取り出す。
【００２８】
ここで、図１の本発明の装置の態様によれば、バルブＴ１およびＴ２は、非加熱領域に設けることができる。したがって、バルブＴ１およびＴ２は、常温用バルブであることができ、耐久性は高温用バルブの数倍〜数十倍もあるので、バルブ交換のための装置のダウンタイム間隔を長くすることができる。また、シート部をメタル構造にする必要がなく、金属汚染やパーティクルの課題も解決することができる。さらに常温用バルブは、コスト、交換時の作業効率に関しても優れている。
【００２９】
また、本発明によれば、非反応性ガスを熱交換器を介して加熱した状態で供給するとともに、非反応性ガス供給ライン１４，１５の一部と逆拡散防止ライン２３を加熱しているので、非反応性ガスが原料ガスと接触したときに、比較的低温（常温）である非反応ガスにより原料ガスが冷やされ、原料ガスが再液化するのを防止することができる。さらに各非反応性ガス供給ライン１４，１５を、一つの非反応性ガス源に接続するようにしているので、装置の小型化やコストダウンが可能であるとともに、装置のメンテナンス上も好ましい。
【００３０】
また、原料ガスの流れ方向を原料ガス供給ライン１２からベントライン１３へ切り替える際は、原料ガス供給ライン１２と非反応性ガス供給ライン１４の接続地点Ｐ１における非反応性ガス供給ライン１４から原料ガス供給ライン１２への非反応性ガス流量と、気化器１９から原料ガス供給ライン１２への原料ガス流量とを同程度の流量とするよう制御するのが好ましい。これにより、原料ガスの切替による反応室１１の圧力変化が抑制され、反応室１１内のパーティクルの発生を抑制することができる。
【００３１】
このような本発明の基板処理装置によれば、反応室１１へ原料ガスを供給した後気化器１９からの原料ガスの供給を停止することなくこれを排気し、２次原料ガス導入部２２から２次原料ガスを反応室１１内に供給し、この作業を複数回繰り返して基板を効率よく処理することが可能となる。本発明の基板処理装置は、とくに半導体デバイスの製造に好適に用いられ、またディスプレイユニットなどの薄膜形成が必要な装置にも用いられ得る。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、基板処理工程時、高温用バルブを原料ガスの流れ方向の切替のために使用する必要がないため、高温用バルブの交換の頻度が低減する。したがって、スループットも向上する。また、高温用バルブの劣化が防止されるため、シール部劣化による金属汚染やパーティクルの発生が抑制される。これにより、優れた作業効率、製造効率、低コスト性を達成することのできる基板処理装置および半導体デバイスの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板処理装置の一例を説明するための概略図である。
【図２】バルブＴ１およびＴ２を流れるガスの流量を説明するための図である。
【図３】図２における区間１および２の原料ガスの流れ方向を説明するための図である。
【図４】従来の基板処理装置の一例を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１０ 本発明の基板処理装置
１１ 反応室
１２ 原料ガス供給ライン
１３ ベントライン
１４，１５ 非反応性ガス供給ライン
１８ 原料タンク
１９ 気化器
２０ ポンプ
２１ キャリアガスライン
２２ ２次原料ガス導入部
２３ 逆拡散防止ライン
２９ 基板

Claims (2)

1. 基板を処理する反応室と、原料ガスを前記反応室へ供給する原料ガス供給ラインと、前記原料ガス供給ラインから分岐するとともに前記原料ガスを前記反応室へ供給することなく排気するベントラインと、前記各ラインの途中にそれぞれ設けられ各ラインに非反応性ガスを供給する非反応性ガス供給ラインと、前記基板を処理する際は前記原料ガスおよび非反応性ガスを各ラインに常に流し続けるとともに、原料ガスの原料ガス供給ラインもしくはベントラインへの切替を、各ラインの圧力調整または各ラインに供給する非反応性ガスの流量調整により行う制御手段と、を有することを特徴とする基板処理装置。
2. 基板を反応室内に搬入する工程と、前記反応室内に原料ガスを導入して基板を処理する工程と、前記反応室内から基板を搬出する工程と、を有する半導体デバイスの製造方法において、前記基板処理工程は、前記原料ガスを反応室へ供給する原料ガス供給ラインと、原料ガス供給ラインから分岐するとともに原料ガスを反応室へ供給することなく排気するベントラインと、前記各ラインの途中にそれぞれ設けられ各ラインに非反応性ガスを供給する非反応性ガス供給ラインとを有する基板処理装置を用いて行われ、かつ前記基板を処理する際は前記原料ガスおよび非反応性ガスを各ラインに常に流し続けるとともに、原料ガスの原料ガス供給ラインもしくはベントラインへの切替を、各ラインの圧力調整または各ラインに供給する非反応性ガスの流量調整により行うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

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