JP2005327864A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低蒸気圧の液体原料を気化して得た気化原料ガスを成膜装置に供給するにあたり、気化器と成膜装置を結ぶ供給路内での、気化原料ガスのミストの付着を防止してパーティクルの発生を抑えること。
【解決手段】 気化器３内に液体原料と、キャリアガスとを供給する。気化器３では、液体原料を気化して気化原料ガスを得、この処理ガス成分とミストを含む気化原料ガスが下流側のミスト分離部４に搬送される。ミスト分離部４では、前記処理ガス成分は、重力方向に対して屈曲する通気路を介して成膜処理部１００へ通気していき、前記ミストは、屈曲部にて重力により落下してミスト溜まり部４６に溜まるので、こうして前記処理ガスとミストとが分離される。これによりミスト分離部４と成膜処理部１００を結ぶ供給路５３内では、ミストの付着が防止され、パーティクルの発生を抑えることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば減圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置などの成膜装置に、液体原料を気化して得た処理ガスを供給する際に好適な成膜装置及び成膜方法に関する。

半導体製造プロセスの一つとして、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗの表面に所定の膜を形成する成膜工程があり、この工程は例えば減圧ＣＶＤ装置を用いて行われている。この減圧ＣＶＤ装置は、原料をガス状態で供給し、化学反応を進行させて、ウエハ表面に薄膜を堆積させるものであるが、液体原料を気化して得た処理ガスを成膜ガスとして装置内に導入する場合がある。

前記液体原料を気化して得た処理ガスを用いた成膜処理の例としては、処理ガスとしてＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ ｅｔｈｏｘｙ ｓｉｌａｎｅ）を気化して得た処理ガスと酸素（Ｏ2）ガスとを用いてＳｉＯ2膜を成膜する例や、処理ガスとしてＳｉ2Ｃｌ6を気化して得た処理ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを用いてシリコンナイトライド（Ｓｉ3Ｎ4）膜を成膜する例がある。

ここで液体原料の気化システムとしては、ベーキングタイプやＶＣ（Ｖａｐｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）タイプが知られている。前記ベーキングタイプは液体原料を加熱槽に導入し加温して気化させるものであり、前記ＶＣタイプはベーキングタイプの簡略タイプであって、液体原料を直接気化器に当てて気化させるものである。前記ベーキングタイプは、約８５℃での蒸気圧が５．６ｋＰａ（４２Ｔｏｒｒ）のＴＥＯＳや、約８５℃での蒸気圧が１４．４ｋＰａ（１０８Ｔｏｒｒ）のＨＣＤ（Ｓｉ2Ｃｌ6）等、前記ＶＣタイプは、前記ＴＥＯＳや約８５℃での蒸気圧が６．７ｋＰａ（５０Ｔｏｒｒ）のＢＴＢＡＳ（ＳｉＨ2〔ＮＨ（Ｃ4Ｈ9）〕2）等の気化に夫々適している。

ところで本発明者らは、約８５℃での蒸気圧が０．０２７ｋＰａ（０．２Ｔｏｒｒ）と、蒸気圧が低いＨＥＡＤ（ヘキサエチルアミノジシラン）を、液体原料として用いることを検討している。しかしながらベーキングタイプやＶＣタイプ等の気化システムは、例えばＴＥＯＳ、ＢＴＢＡＳ等の蒸気圧が高く、ガスの分解温度が高いものに適しているが、ＨＥＡＤのように低蒸気圧であって、分解温度が低い液体原料は、十分に気化することができず、処理ガスとして用いるために十分な供給量を確保できない。ベーキングタイプは、常時ある温度以上に液体原料を保持するため、加熱槽の温度よりも分解温度が低い液体原料の気化には用いることができず、ＶＣタイプはＶＣの温度が固定されているので、蒸気圧の低いものには使えないからである。またベーキングタイプでは、液体原料を長時間、高温で保持するため原料が変質する場合があり、ＶＣタイプでは液体原料が常に気化器の中で高温接触しているので、変質が起こりやすく、反応物がバルブに付着してバルブが閉まらなくなり、液体原料のリークが発生しやすいという問題もある。

このようなことから、本発明者らは、気化器とキャリアガスとを組み合わせた気化システムを用いることを検討している。このシステムは、図８に示すように、気化器１１の内部に液体原料貯留槽１２とキャリアガス源１３から液体原料とキャリアガスとを夫々導入し、液体原料をキャリアガス例えば窒素（Ｎ2）ガスに衝突させてミストを発生させ、霧吹きの原理で気化させて処理ガスを得、この処理ガスをキャリアガスにより減圧ＣＶＤ装置１４に搬送するものである。このシステムでは、減圧ＣＶＤ装置１４に処理ガスを供給するときには、気化器１１の下流側の配管１５のバルブＶ１を開き、前記処理ガスの供給を停止した後は、バルブＶ２を開いて排気ポンプにより液体原料の貯留槽１２、液体原料の流量計１６、気化器１１までを結ぶ経路の配管１７の内部を排気して、前記配管１７内の残留成分を除去している。図中１８はキャリアガスの流量計である。

このシステムは、例えばＴＥＯＳやＢＴＢＡＳ、約８５℃での蒸気圧が２６．６７Ｐａ（０．２Ｔｏｒｒ）の低蒸気圧液体原料の気化に適しており、キャリアガスを用いて処理ガスを搬送しているので、低蒸気圧の液体原料でも成膜処理に十分な量の処理ガスを減圧ＣＶＤ装置に供給することができる。

ここで気化器とキャリアガスとを組み合わせた気化システムを用いる技術として、特許文献１の技術が提案されている。

特開平８−１７７４９号公報

しかしながらこのシステムでは、気化器にて液体原料を気化したとしても、この液体原料の気化成分の中には液体原料の気体成分とミストとが混合した状態であるので、図８の例では気化器１１の下流側の、気化器１１と減圧ＣＶＤ装置１４とを結ぶ配管１５の内壁にミストが付着して再液化してしまう。このようにミストの再液化が起こると、時間の経過により変質し、固化して、パーティクルの発生原因となる。また気化器１１の前や気化器１１の中に液体原料が溜まり、これによりパーティクルが発生してしまうという問題もある。

本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、低蒸気圧の液体原料を気化して得た気化原料ガスを成膜装置に供給するにあたり、気化器と成膜装置を結ぶ供給路内における気化原料ガスのミストの付着を防止して、パーティクルの発生を抑えた、成膜装置及び成膜方法を提供することにある。

本発明の成膜装置は、液体原料を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽の下流側に、液体原料供給路を介して接続され、液体原料を気化して気化原料ガスを得る気化器と、
前記気化器の下流側に、気化原料ガス供給路を介して設けられ、前記気化原料ガスに含まれる処理ガスとミストとを分離し、分離されたミストを排出するためのミスト分離部と、
このミスト分離部の下流側に、処理ガス供給路を介して設けられ、ミスト分離部から送られた処理ガスを用いて基板に成膜処理を行う成膜処理部と、を備えたことを特徴とする。

前記ミスト分離部は、通気路を屈曲して構成され、屈曲部位よりも上流側を流れているミストが慣性力によりそのまま進もうとして当該屈曲部位にて気体から分離されるように構成されており、例えば上方側に気化原料ガス供給路が接続されると共に、下端部の側面に処理ガス供給路が接続された縦型の筒状体により構成されている。

さらにミスト分離部は、ミストを貯留するミスト溜まり部と、このミスト溜まり部に貯留するミストを除去する排出口と、を備えるように構成され、前記ミスト分離部の排出口に、ミスト溜まり部に貯留されるミストをミスト分離部から除去するための吸引路を設けるようにしてもよい。

また前記処理ガス供給路におけるミスト分離部の近傍に、この処理ガス供給路内の付着物を除去するためにパージガスを供給するパージガス供給路を接続するようにしてもよいし、このパージガス供給路にはパージガスを加熱するための加熱手段を設けるようにしてもよい。さらに前記ミスト分離部には、前記ミスト分離部の内部に付着した付着物を除去するための洗浄液を供給する供給路を接続するようにしてもよい。

このような成膜装置では、気化器にて液体原料を気化して気化原料ガスを得る工程と、次いで気化器の下流側に気化原料ガス供給路を介して設けられたミスト分離部にて、前記気化原料ガスに含まれる処理ガスとミストとを分離し、分離されたミストを排出口から排出する工程と、次いでミスト分離部の下流側に処理ガス供給路を介して設けられた成膜処理部にて、前記処理ガスを用いて基板に成膜処理を行う工程と、を含むことを特徴とする成膜方法が実施される。

この成膜方法では、成膜処理を行った後、前記処理ガス供給路におけるミスト分離部の近傍に、当該処理ガス供給路内の付着物を除去するためにパージガスを供給する工程を行ってもよいし、パージガスを供給する前に、このパージガスを加熱するようにしてもよい。さらに成膜処理を行った後、ミスト分離部にパージガスを供給し、このパージガスを処理ガス供給路以外から排出する工程を行ってもよいし、成膜処理を行った後、ミスト分離部に洗浄液を供給し、当該ミスト分離部内に付着した付着物を除去して、処理ガス供給路以外から排出する工程を行うようにしてもよい。

本発明によれば、液体原料を気化器にて気化して処理ガスとミストとを含む気化原料ガスを得、前記処理ガスを成膜装置に供給するにあたり、気化器の下流側のミスト分離部にて前記処理ガスとミストとを分離し、分離されたミストを排出しているので、気化器と成膜装置とを結ぶ処理ガス供給路には前記処理ガスのみが通気していき、前記処理ガス供給路へのミストの付着が防止されるので、パーティクルの発生を抑えることができる。

以下、本発明に係る成膜装置の実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る成膜装置の主な構成を示すブロック図であり、１００は基板例えばウエハＷに対して所定の成膜処理が行われる成膜装置、２００は前記成膜装置に、所定の処理ガスを供給するためのガス供給系である。前記成膜処理部１００は、この例では減圧ＣＶＤ装置であり、例えば反応容器（処理容器）である縦型の反応管１１０内に、ウエハＷを多数枚搭載したウエハボート１２０を搬入して、反応管１１０の外側に設けられた加熱手段１３０により加熱すると共に、反応管１１０内を真空排気手段である真空ポンプ１５０を介して所定の真空度に維持し、後述する処理ガス供給路から反応管１１０内に所定の処理ガスを導入して、基板に対して所定の成膜処理が行われる。

ガス供給系２００は、例えば８５℃での蒸気圧が２６．６７Ｐａ以下の低蒸気圧の液体原料例えば前記ＨＥＡＤを貯留するための貯留槽２と、貯留槽２からの液体原料をキャリアガスを用いて気化する気化器３と、気化器３により気化された液体原料の気化ガス（気化原料ガス）からミストを分離するためのミスト分離部４と、これらを結ぶ配管系により構成されている。

前記貯留槽２は、前記気化器３と第１の供給路（液体原料供給路）５１により接続されており、この供給路５１の貯留槽２側の端部は貯留槽２内の液体原料と接触するように設けられていて、この第１の供給路５１には、上流側（貯留槽２側）から順に、第１バルブＶ１、液体マスフローコントローラＭＣ、第２バルブＶ２が介設されている。またこの貯留槽２には、バルブＶａを介設した加圧気体供給路２１が接続されており、この加圧気体供給路２１の一端側は、貯留槽２の液体原料の液面の上方側に位置するように設けられている。この加圧気体供給路２１の他端側は、加圧気体例えばＮ2ガスの供給源２２と接続されており、貯留槽２から気化器３に液体原料を供給するときには、貯留槽２内に例えば１．０ｋｇ／ｃｍ2程度のＮ2ガスを供給して、これにより液体原料を加圧し、この加圧によって液体原料を貯留槽２から下流側の気化器３に送圧するようになっている。ここで加圧気体としては、Ｎ2ガスの他にヘリウム（Ｈｅ）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスを用いることができる。

前記気化器３は第２の供給路（気化原料ガス供給路）５２を介してミスト分離部４に接続されると共に、キャリアガス供給路２３を介してキャリアガス例えばＮ2ガスの供給源２４が接続されており、これにより前記気化器３にキャリアガスであるＮ2ガスが供給されるようになっている。このキャリアガス供給路２３には、キャリアガス供給源２４側から順に第１マスフローコントローラＭ１、バルブＶｂが介設されており、所定流量のキャリアガスが気化器３に供給されるようになっている。ここでキャリアガスとしては、Ｎ2ガスの他に例えばＨｅガスやアルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。

続いて気化器３の一例について図２を用いて説明すると、図中３１は気化器本体であり、この気化器本体３１は、内部を屈曲可能に構成された薄い円板状の金属板よりなる弁体３２により２分割され、下方側の空間が気化室３３として構成されている。図中３４は前記気化室３３へ液体原料を供給するための液体原料導入路であり、この液体原料導入路３４の他端側には前記第１の供給路５１が接続されていて、圧送されてくる液体原料を液体原料導入路３４の一端側に形成された弁口３４ａより吐出させるようになっている。

また図中３５は前記気化室３３へキャリアガスを供給するためのキャリアガス導入路であり、このキャリアガス導入路３５の他端側には前記キャリアガス供給路２３が接続されていて、キャリアガスをキャリアガス導入路３５の一端側に形成されたガス導入口３５ａより気化室３３に導入するようになっている。図中３６は液体原料を気化して得られた気化原料ガスを排出するガス排出路であり、この排出路３６の他端側は前記第２の供給路５２に接続されている。

前記弁体３２は、前記弁口３４ａを開閉し、流量制御を行うように機能するものであり、例えば電磁式のアクチュエータ手段３７により、駆動軸３８の先端で前記弁体３２を押圧することによって、前記弁口３４ａの開閉及び弁開度を制御できるようになっている。またこの気化器３全体は、図示しない加熱ヒータにより所定の温度に加熱されており、液体原料を加熱して気化し易くすると共に、気化状態の気化原料ガスの再液化を防止している。

この気化器３では、気化室３３内は、成膜装置（減圧ＣＶＤ装置）１００側の真空引きにより減圧雰囲気になされており、圧送されてきた液体原料は、弁口３４ａより流出して、減圧雰囲気の気化室３３内にて断熱膨張によりミスト化と気化が同時に生じて気化原料ガスが発生し、この気化原料ガスはキャリアガスにより運ばれてガス排出路３６、第２の供給路５２を介して排出され、次工程のミスト分離部４へ搬送される。従ってこの気化器３では、低蒸気圧、低分解温度の液体原料であっても、十分にミスト化と気化とが行われて気化原料ガスが得られ、キャリアガスによりスムーズに次工程へ搬送される。

前記ミスト分離部４は、第３バルブＶ３を備えた第３の供給路（処理ガス供給路）５３により前記成膜処理部１００をなす減圧ＣＶＤ装置に接続されている。ここで第１の供給路５１や第２の供給路５２、第３の供給路５３等の配管系は、例えば内径が１ｍｍ、外径が３ｍｍの、いわゆる１／８インチのステンレス製管より構成されており、また第２の供給路５２は、気化器３からの気化原料ガスを再液化がおこらないように安定した状態でミスト分離部４へ導入するために例えば３ｃｍ程度の長さに設定されている。

前記ミスト分離部４は、上下方向に伸びるように配置され、前記第１の供給路５１や第２の供給路５２よりも内径が大きい縦型の筒状体よりなる管路４１からなり、管路４１の上端部に前記第２の供給路５２が接続されると共に、管路４１の下端部の側面には第３の供給路５３がミスト分離部４に対して略９０度の角度で接続されている。これにより下方側に伸び、次いで略Ｌ字型に屈曲する通気路が形成されていると共に、底部にはミスト排出路４２が接続され、当該ミスト排出路４２と管路４１との接続領域がミスト排出口４３になる。またミスト排出路４２には管路４１の底部近傍にミスト排出用のミスト排出バルブＶｍが設けられており、これにより前記ミスト排出口４３が開閉されるようになっている。このミスト排出路４２の他端側には排気手段をなす排気ポンプ４４が接続され、これらミスト排出路４２と排気ポンプ４４とにより吸引路が構成されている。

前記ミスト分離部４を構成する管路４１は、例えば内径が８ｍｍ、外径が１０ｍｍの、いわゆる３／８インチのステンレス製管より構成され、管路の長さは例えば１２０ｍｍ程度に設定されている。また前記ミスト排出路４２は、例えば第１〜第３の供給路５１〜５３の配管系と同様のいわゆる３／８インチのステンレス製管より構成されている。このため前記管路４１はミスト分離部４に接続されている、第２の供給路５２、第３の供給路５３、排出路４２よりも内径が大きい。このようにミスト分離部４の管路４１の内径を配管系よりも大きくするのは、ガスの流速が遅くなり、また加熱配管の表面積が大きくなるため、ミストが気化しやすくなるという理由による。また前記排出路４２は、管路４１に対して重力方向（上下方向）に接続されているので、管路４１の底部には気化原料ガスが衝突する壁面部４５が形成され、この壁面部４５とミスト排出バルブＶｍとによりミスト溜まり部４６が形成される。

さらに管路４１に接続される前記第３の供給路５３は、ミスト溜まり部４６に貯留するミストＭを引き込まないように、前記ミストＭと接触しない位置に、管路４１に対して重力方向（上下方向）ではない方向、この例では管路４１に対して略９０度の角度で接続され、屈曲する処理ガスの通気路を形成するように接続されている。

またミスト分離部４には、前記管路４１内部をミスト溜まり部４６を含めて洗浄するために、前記管路４１に洗浄液を供給する洗浄液供給手段６が設けられている。この洗浄液供給手段６は、前記管路４１の上部に接続され、洗浄液供給バルブＶｃを備えた洗浄液供給路６１と、この洗浄液供給路６１に接続され、洗浄液を貯留するための洗浄液槽６２とにより構成されている。前記洗浄液としては、例えば液体原料や液体原料の固化物を溶解する溶剤例えばエタノールやヘキサン等のアルコール系の薬液が用いられる。洗浄液槽６２より洗浄液供給路６１を介して管路４１内に供給された洗浄液は、ミスト排出バルブＶｍを開くことによりミスト排出路４２を介して排出されるようになっている。

前記第３の供給路５３には、ミスト分離部４の近傍に第３バルブＶ３が設けられる共に、第２のマスフローコントローラＭ２が設けられ、気化原料ガスを、再液化を防いだ状態で成膜処理部１００に導くため、第３バルブＶ３から成膜処理部１００までの距離が例えば２０ｃｍ程度と短く設定されている。また実際には第３の供給路５３の第３バルブＶ３の上流側は極めて短く、ミスト分離部４の出口に第３バルブＶ３を連結するようになっている。このようにしないと、第３バルブＶ３の上流側がデッドゾーンとなり、当該領域にミストが溜まってしまうからである。

またこの第３の供給路５３のバルブＶ３の下流側から成膜処理部１００に至るまでの領域には、気化原料ガスを加熱して再液化を防ぐために、配管の周囲に加熱手段例えばテープヒータが巻回されており、これにより気化原料ガスは例えば１２０℃程度に加熱された状態で成膜処理部１００へ供給されるようになっている。

さらにまたこの成膜装置は、図１に示すように、パージガス供給手段７が設けられている。このパージガス供給手段は、一端側がキャリアガス供給路２３のバルブＶｂの上流側、他端側が第３の供給路５３の第３バルブＶ３の下流側近傍に接続されたパージガス供給路７１を備えており、このパージガス供給路７１には上流側から順に第３のマスフローコントローラＭ３，加熱部７２，バルブＶｄが介設されている。

前記加熱部７２は、例えば管状体の外部に抵抗発熱線よりなるヒータが巻き付けられると共に、管状体の内部には例えばセラミックス製の粒子が充填され、この管状体の内部にパージガスが通流するように構成されている。そして前記粒子をヒータにより所定温度に加熱しておき、ここにパージガスを通流させることにより、前記パージガスが所定温度に加熱されるようになっている。こうしてバルブＶｄの上流側１５０ｃｍ程度の領域は、パージガスが例えば１２０℃程度に加熱されるようになっており、加熱されたパージガスは配管内を通気していき、成膜処理部１００の真空引きにより排気される。

さらにガス供給系２００では、一端側が洗浄液供給路６１に接続され、他端側がキャリアガス供給路２３のバルブＶｂと気化器３との間に接続される、バルブＶｆを備えた洗浄分岐路６３を設けると共に、一端側が第１の供給路５１の第１バルブＶ１の下流側であって液体マスフローコントローラＭＣの上流側に接続され、他端側がミスト排出路４２のバルブＶｍの下流側に接続されるバルブＶｅを備えた分岐路５４を設けるようにしてもよい。

このような成膜装置にて行われる成膜方法について図３を参照して説明すると、先ずミスト排出路４２のミスト排出バルブＶｍ、洗浄液供給路６１のバルブＶｃ、パージガス供給路７１のバルブＶｄ、分岐路５４のバルブＶｅを閉じ、第１の供給路５１の第１バルブＶ１、第２バルブＶ２、第３の供給路５３の第３バルブＶ３、加圧気体供給路２１のバルブＶａ、キャリアガス供給路２３のバルブＶｂを開いて成膜処理を行う（ステップＳ１）。

つまりガス供給系２００では、加圧気体供給路２１を介して貯留槽２内へ加圧気体であるＮ2ガスを供給し、この加圧により貯留槽２内の液体原料例えばＨＥＡＤを、第１の供給路５１を介して、液体マスフローコントローラＭＣにより流量を調整した状態で気化器３に圧送する。このとき第１の供給路５１内を通流する液体原料の温度は例えば４０℃程度に設定されている。

一方、キャリアガス供給路２３よりキャリアガスであるＮ2ガスを、第１のマスフローコントローラＭ１により流量を調整した状態で気化器３に供給する。ここで成膜処理部１００では反応管１１０内が所定の真空度に真空排気されているので、ガス供給系２００のガスは、供給路に設けられた各バルブを開くことにより、下流側に通気していく。こうして気化器３には、液体原料とキャリアガスとが、例えばＨＥＡＤ：Ｎ2＝０．１ｓｃｃｍ：１００ｓｃｃｍの流量比で導入され、既述のように液体原料が気化されて、気化原料ガスが得られる。この際、気化室３３内の気化原料ガスの温度は例えば１００℃程度に設定されている。気化器３は既述のように、加熱減圧雰囲気の気化室３３により例えば８５℃での蒸気圧が２６．６７Ｐａ以下の低蒸気圧、低分解温度の液体原料であっても、十分にミスト化と気化とが行われて、処理ガス成分とミストとを含む気化原料ガスが得られる。

この気化原料ガスはキャリアガスにより第２の供給路５２を介してミスト分離部４へ搬送される。ミスト分離部４ではミスト排出バルブＶｍを閉じて、ミスト排出口４３を閉じた状態であるので、前記処理ガス成分とミストとを含む気化原料ガスをミスト分離部４に導入すると、ミスト分離部４内の屈曲する通気路を通気する際、処理ガスは屈曲する通気路を慣性力によりそのまま通気していくが、ミストは屈曲部位よりも上流側から流れていき、慣性力によりそのまま進もうとして、当該屈曲部位にて重力により落下し、気体から分離されてしまう。

こうして気化原料ガスの内のミストは管路４１内を落下してミスト溜まり部４６に溜まって行き、一方処理ガスは屈曲する第３の供給路５３を介して第２のマスフローコントローラＭ２により流量を調整された状態で成膜処理部１００へ搬送される。また気化原料ガスがミスト溜まり部４６を形成する管路４１の壁面部４５の内壁に衝突することによりミストが発生する場合があり、この場合もこのミスト溜まり部４６にミストが貯留される。ここでミスト分離部４内での気化原料ガスの温度は１０５℃程度に設定されている。この際第３の供給路５３は既述のように加熱されているので、気化原料ガスの処理ガス成分の再液化が防止される。

そして成膜処理部１００においては、先ずウエハＷを所定枚数保持具１２０に搭載し、例えば所定温度に維持された反応管１１０内に搬入し、反応管１１０内を所定の真空度に真空排気する。そして反応管１１０内を所定温度、所定圧力に安定させた後、第３の供給路５３から処理ガスとしてＨＥＡＤを気化して得た処理ガスと、ＮＨ3ガス（図示せず）とを供給して、ウエハＷ上にシリコンナイトライド膜を形成する成膜処理が行われる。

こうして成膜処理を終了した後、第３の供給路５３の第３バルブＶ３の下流側のパージ処理を行う（ステップＳ２）。つまり第１の供給路５１のバルブＶ１、Ｖ２、第３の供給路５３のバルブＶ３、加圧気体供給路２１のバルブＶａ、キャリアガス供給路２３のバルブＶｂを閉じ、パージガス供給路７１のバルブＶｄを開いて、反応管１１０を真空ポンプ１５０により排気すると共に、パージガス供給路７１、第３の供給路５３を夫々加熱して、キャリアガス供給源２４からパージガスであるＮ2ガスをパージガス供給路７１を介して第３の供給路５３に供給する。

これにより所定温度例えば１２０℃に加熱されたＮ2ガスが第３の供給路５３のバルブＶ３の下流側に通気していき、この加熱されたＮ2ガスにより、第３の供給路５３の内壁面に付着する処理ガスの残留物や、処理ガスが変質した固体成分等の付着物が成膜処理部１００側へ押し出され、除去される。ここでバルブＶ３はミスト分離部４の出口近傍に設けられているので、ミスト分離部４の下流側の供給路５３がこのＮ2ガスによるパージによりクリーニングされることになる。このパージ処理は、例えば成膜処理部１００における成膜処理を行う度に毎回行うようにしてもよいし、前記成膜処理を所定回数行なう毎に、定期的に行うようにしてもよい。

こうして第３の供給路５３がＮ2ガスによりパージされた後、ミスト分離部４へ洗浄液を供給し、洗浄を行うタイミングであるか否かが判断され（ステップＳ３）、洗浄を行わないタイミングであるときはステップＳ４に進み、行うタイミングであるときはステップＳ６に進む。ここでミスト分離部４の洗浄は、例えば成膜処理部１００における成膜処理を所定回数行った後、定期的に行われる。

ステップＳ４に進んだ場合は、さらにミスト分離部４をパージするタイミングであるか否かが判断され、パージを行うタイミングであるときはステップＳ５に進み、パージを行わないタイミングであるときはステップＳ１に戻る。ステップＳ５に進んだ場合には、バルブＶｄを閉じ、バルブＶｂ、バルブＶｍを開いて、排気ポンプ４４を作動させる。これによりキャリアガス供給源２４からパージガスであるＮ2ガスがキャリアガス供給路２３、気化器３を介してミスト分離部４に供給され、ミスト排出路４２を介して排出される。

このように気化器３、ミスト分離部４内にＮ2ガスをパージさせることにより、気化器３やミスト分離部４内に残留する液体原料を完全に除去することができて、処理の再現性を向上させると共に、よりパーティクルの発生を抑えることができる。このパージ処理は、例えば成膜処理部１００における成膜処理を行う度に毎回行うようにしてもよいし、前記成膜処理を所定回数行う毎に、定期的に行うようにしてもよい。

一方ステップＳ６に進んだ場合は、バルブＶｄを閉じ、バルブＶｃ、バルブＶｍを開き、排気ポンプ４４を動作させる。これによりミスト溜まり部４６に貯留するミストはミスト排出路４２を介して装置外部に排出され、さらに洗浄液供給路６１より洗浄液がミスト分離部４に供給される。ここで洗浄液は、液体原料や液体原料の固化物を溶解する溶剤であるので、これによりミスト分離部４の管路４１の内壁に付着するミストが洗い流されると共に、仮にミストが再液化し、一部が固体成分に変質したものであっても、洗浄液により溶解して除去される。

さらに洗浄処理では、第２バルブＶ２、バルブＶｅ、バルブＶｆを開き、排気ポンプ４４を作動させることにより、洗浄液を洗浄分岐路６３、気化器３、液体マスフローコントローラＭＣ、第１の供給路５１、分岐路５４、ミスト排出路４２に通流させ、これらの内壁に付着した液体原料や液体原料の固化成分等の付着物を除去するようにしてもよい。

このような成膜装置では、気化器３の下流側にミスト分離部４を設けているので、気化原料ガスからミストが分離でき、ミスト分離部４の下流側の第３の供給路５３内でのミストの付着が防止される。これによりミストの再液化が防止でき、結果としてパーティクルの発生が低減する。

この際、ミスト分離部４を上下方向に伸びる管路４１により構成し、管路４１に対して略Ｌ字型を形成するように第３の供給路５３を接続して、管路４１内に屈曲する処理ガスの通流路を形成し、重力方向にミスト溜まり部４６を設けることによって、ミストを屈曲部位における重力により気体と分離しているので、簡易な分離構造で確実にミストの分離を行うことができる。また構造が簡易であることから、プロセスを長期的に安定して行うことができ、安定した処理ガスの供給を行うことができる。さらに操作やメンテナンスが容易であるという利点がある。

さらにまた、貯留槽２、気化器３、ミスト分離部４、第３の供給路５３における夫々の工程の温度コントロールを、上流側から下流側に向けて、液体原料（気化原料ガス、処理ガス）の温度を上げていくように行っているので、より確実に液体原料の気化を行うことができる。この際第３の供給路５３はヒータにより加熱されており、この中を通流する処理ガスは例えば１２０℃に加熱されるので、再液化を抑えた状態で成膜処理部１００へ供給され、パーティクルの発生を防止することができる。

さらにまた、例えば成膜処理を行う毎または所定回数の成膜処理を行う毎に、パージガスを第３の供給路５３のバルブＶ３の下流側に通気させているので、第３の供給路５３のバルブＶ３の下流側に残存する処理ガスがパージガスにより押し出されて除去される。ここで加熱されたパージガスを通気させることにより、処理ガスのみならず、処理ガスが変質した付着物も除去することができる。これにより次の成膜処理を行うときには、常に第３の供給路５３のバルブＶ３の下流側は前記付着物が存在しない状態となっているので、パーティクルの発生をより抑えることができると共に、処理の再現性を向上させることができる。また加熱されたパージガスの通気により、供給路５３のバルブＶ３の下流側を速やかに乾燥することができ、再現性の向上を図ることができる。

この際パージガスは、気化器３からの供給経路とは別系統の供給経路により供給されるので、膜厚の均一性や再現性を高めることができる。気化器３からの供給経路にてＮ2ガスをパージした場合には、気化器３やミスト分離部４に液体原料が残留していた場合、この液体原料がＮ2ガスのパージにより、第３の供給路５３に付着する場合があり、これが次のラン時に処理ガスとして供給されてしまい、膜厚の均一性が悪くなったり、再現性が悪化したり、パーティクルの発生原因となるおそれがあるからである。

さらにまた、例えば成膜処理を行う毎に、または所定回数の成膜処理を行う毎に、パージガスをキャリアガス供給管２３を介して気化器３やミスト分離部４、これらを結ぶ供給路内に通気させることにより、これらの内部に残存する液体原料を除去することができる。これにより次のロットの処理を行うときには、常にこれらの内部は付着物が存在せず乾燥した状態となっているので、処理の再現性を向上させることができる。この場合成膜処理部１００への供給経路とは別系統の供給経路により気化器３、ミスト分離部４内にパージガスを供給しているので、パージする領域が当該気化器３、ミスト分離部４等に絞られ、これらのパージを効率的に行うことができ、これらの領域内の付着物を短時間で完全に除去することができる。

さらにまた、所定のタイミングでミスト分離部４からミストを吸引により排出した後、ミスト分離部４を洗浄しているので、ミストの排出後も管路４１内やミスト溜まり部４６近傍領域に付着しているミストやミストが変質した付着物が除去され、次のロットの処理を行うときには、常にミスト分離部４の内部は前記付着物が存在しない状態となっているので、パーティクルの発生をより抑えることができると共に、処理の再現性を向上させることができる。

続いてミスト分離部４の他の例について説明する。図４に示す例は、管路４１の上部側に第２の供給路５２と第３の供給路５３とを接続し、管路４１の底部にミスト排出路４２を接続したものであり、この例においても管路４１の底部の壁面部４５とミスト排出バルブＶｍとによりミスト溜まり部４６が形成される。このような構成では、気化原料ガスの内、処理ガス成分は、管路４１内に形成される、屈曲する通気路により第３の供給路５３を介して下流側に通気していき、ミストは前記通気路内を通気中、慣性力によりそのまま進もうとするが屈曲部位にて重力により気体から分離し、ミスト溜まり部４６に落下するので、これにより処理ガス成分とミストとが分離でき、処理ガス成分のみを成膜処理部１００へ供給することができる。

また図５に示す例は、ミスト分離部４を構成する管路４１を重力方向に対して斜めに配置した例であり、管路４１の上部側には第２の供給路５２が接続され、管路４１の重力方向の下方側にはミスト排出バルブＶｍを備えたミスト排出路４２が接続され、排出路４２の接続領域近傍とミスト排出バルブＶｍとによりミスト溜まり部４６が構成される。また管路４１の重力方向の上方側には第３の供給路５３が接続されて、これにより処理ガスが通気するための屈曲する通気路が形成される。

このような構成においても、気化原料ガスの内、処理ガス成分は屈曲する通気路により下流側に通気していき、ミストは通気路内を通気中、慣性力により進もうとするが、屈曲部位にて重力により気体から分離し、ミスト溜まり部４６に落下するので、これにより処理ガス成分とミストとが分離でき、処理ガス成分のみを成膜処理部１００へ供給することができる。

さらに図６に示す構成は、管路４１の底部に第２の供給路５２と、ミスト排出バルブＶｍを備えたミスト排出路４２とを接続すると共に、管路４１の上部側に第３の供給路５３を接続し、管路４１内にらせん状の通気路を構成するスパイラル部材８１を設けた例である。このようなミスト分離部４では、気化原料ガスが管路４１内に供給されると、この気化原料ガスはスパイラル部材８１に沿ってらせん状に通気していくが、このとき遠心力によりミストがスパイラル部材８１表面に付着する。そしてスパイラル部材８１に付着したミストは、重力によりスパイラル部材８１に沿って落下していき、管路４１の底部とミスト排出バルブＶｍの近傍領域に形成されたミスト溜まり部４６に貯留され、所定のタイミングで排出される。

続いて本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
（実施例１）
上述の成膜装置を用いて、液体原料としてＨＥＡＤ、キャリアガスとしてＮ2ガスを用い、成膜処理部１００に他の処理ガスとしてＮＨ3ガスを導入して、反応容器１１０内温度を３５０℃〜５００℃、反応容器１１０内圧力を２６．６Ｐａ〜１３３Ｐａ（０．２Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ）に調整し、ウエハＷ上にシリコンナイトライド膜を成膜し、膜中の粒径０．１３μｍ以上のパーティクル数と、膜厚とを各ラン（ラン１〜ラン１７）毎に測定した。パーティクル数は最大９７個カウントした。ここで各ランの間には、加熱されたＮ2ガスによる第３の供給路５３のパージ処理と、Ｎ2ガスにより気化器３とミスト分離部４とのパージ処理を行った。

この結果を図７（ａ）に示す。図中左縦軸はパーティクル数、右縦軸は膜厚を夫々示している。また横軸は、ラン１〜ラン１７を示し、各ラン毎に３つのデータがあるが、これは左側がウエハボート１２０の上側領域のデータ、中央がウエハボート１２０の中央領域のデータ、右側がウエハボート１２０の下側領域のデータを夫々示している。また図中実線は各ラン時のウエハＷ上の膜厚、点線は反応容器１１０やウエハボート１２０に付着する薄膜の膜厚を夫々示している。
（比較例１）
従来の図８に示す方式の気化システムを用いた成膜装置にて、液体原料としてＨＥＡＤ、キャリアガスとしてＮ2ガスを用い、成膜処理部１００に他の処理ガスとしてＮＨ3ガスを導入して、実施例１と同様の条件でウエハＷ上にシリコンナイトライド膜を成膜し、膜中の粒径０．１３μｍ以上のパーティクル数と、膜厚とを各ラン（ラン１〜ラン２１）毎に測定した。この結果を図７（ｂ）に示す。

実施例１と比較例１との結果により、本発明のガス供給系を備えた成膜装置では、粒径０．１３μｍ以上のパーティクルが１００個以内であり、従来の気化システムを用いた場合に比べてパーティクル数が激減することが認められた。

また各ラン毎の膜厚はほぼ一定であり、比較例１よりも実施例１の場合の方がよりばらつきが小さいことが認められ、本発明のガス供給系により、処理の再現性が向上し、ラン毎にほぼ一定の膜厚を確保し、安定した処理を行うことができることが認められた。

さらに上述の実施例１において、ラン５、ラン６、ラン７の膜厚の面内均一性を測定したところ、各ラン毎にほぼ同じ値であり、膜厚のみならず面内均一性も各ラン毎に再現性があることが認められた。

さらにまた上述の成膜装置において、液体原料としてＨＥＡＤ、キャリアガスとしてＮ2ガスを用いて、気化器３にＨＥＡＤ：Ｎ2＝０．１ｓｃｃｍ：１００ｓｃｃｍの流量比で供給し、成膜処理部１００に供給される処理ガスの流量を１００分間にわたり観察したが、処理ガスの流量は０．１ｓｃｃｍに安定していることが認められ、本発明のガス供給系により、液体原料を気化して得られる処理ガスを安定した流量で成膜処理部１００へ供給できることが認められた。

以上において本発明では、低蒸気圧液体原料としては、ＨＥＡＤ以外に、例えば１４０℃での蒸気圧が４０Ｐａ以下のＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5、１２０℃での蒸気圧が４０Ｐａ以下のＴＤＥＡＨ（ＨＦ｛Ｎ（Ｃ2Ｈ5）｝4）等を用いることができ、処理ガスとしてＨＥＡＤを気化して得た処理ガスとＮＨ3ガスとを用いてシリコンナイトライド膜を成膜する処理以外に、処理ガスとしてＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5を気化して得た処理ガスとＯ3ガスとを用いてＴａ2Ｏ5膜を成膜する処理に適用できる。またミスト分離部４は管路４１を加熱するための加熱部を備える構成であってもよく、この場合には気化原料ガスの再液化を抑えると共に、ミストの気化を促進し、ミストの量を低減して、処理ガス量を増やすことができる。さらに成膜処理部としては、バッチ式の減圧ＣＶＤ装置の他に、枚葉式の成膜装置を用いてもよい。

本発明に係る成膜装置の一例を示す縦断断面図である。 前記成膜装置に用いられる気化器とミスト分離部との一例を示す断面図である。 前記成膜装置にて行われる成膜方法を示すフローチャートである。 前記ミスト分離部の他の例を示す断面図である。 前記ミスト分離部のさらに他の例を示す断面図である。 前記ミスト分離部のさらに他の例を示す断面図である。 本発明の効果を確認するために行った実施例と比較例の結果を示す特性図である。 従来の気化システムを示す配管図である。

符号の説明

Ｗ 半導体ウエハ
１００ 成膜装置
１１０ 反応管
１２０ ウエハボート
１３０ 加熱手段
１５０ 真空ポンプ
２００ ガス供給系
２ 貯留槽
２１ 加圧気体供給路
３ 気化器
４ ミスト分離部
４２ ミスト排出路
４４ 排気ポンプ
５１ 第１の供給路（液体原料供給路）
５２ 第２の供給路（気化原料ガス供給路）
５３ 第３の供給路（処理ガス供給路）
６ 洗浄液供給手段
６１ 洗浄液供給路
７ パージガス供給手段
７１ パージガス供給路
Ｖ１〜Ｖ３ バルブ
Ｖｍ ミスト排出バルブ

Claims (13)

1. 液体原料を貯留する貯留槽と、
   前記貯留槽の下流側に、液体原料供給路を介して接続され、液体原料を気化して気化原料ガスを得る気化器と、
   前記気化器の下流側に、気化原料ガス供給路を介して設けられ、前記気化原料ガスに含まれる処理ガスとミストとを分離し、分離されたミストを排出するためのミスト分離部と、
   このミスト分離部の下流側に、処理ガス供給路を介して設けられ、ミスト分離部から送られた処理ガスを用いて基板に成膜処理を行う成膜処理部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
2. ミスト分離部は、通気路を屈曲して構成され、屈曲部位よりも上流側を流れているミストが慣性力によりそのまま進もうとして当該屈曲部位にて気体から分離されるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
3. 前記ミスト分離部は、上方側に気化原料ガス供給路が接続されると共に、下端部の側面に処理ガス供給路が接続された縦型の筒状部により構成されたことを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
4. 前記ミスト分離部は、ミストを貯留するミスト溜まり部と、
   このミスト溜まり部に貯留するミストを除去する排出口と、を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の成膜装置。
5. 前記ミスト分離部の排出口に、ミスト溜まり部に貯留されるミストをミスト分離部から除去するための吸引路を設けることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の成膜装置。
6. 前記処理ガス供給路におけるミスト分離部の近傍に、当該処理ガス供給路内の付着物を除去するためにパージガスを供給するパージガス供給路が接続されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一に記載の成膜装置。
7. 前記パージガス供給路には、パージガスを加熱するための加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項６記載の成膜装置。
8. 前記ミスト分離部には、このミスト分離部の内部を洗浄するための洗浄液を供給する供給路が接続されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一に記載の成膜装置。
9. 気化器にて液体原料を気化して気化原料ガスを得る工程と、
   次いで気化器の下流側に気化原料ガス供給路を介して設けられたミスト分離部にて、前記気化原料ガスに含まれる処理ガスとミストとを分離し、分離されたミストを排出口から排出する工程と、
   次いでミスト分離部の下流側に処理ガス供給路を介して設けられた成膜処理部にて、前記処理ガスを用いて基板に成膜処理を行う工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。
10. 成膜処理を行った後、前記処理ガス供給路におけるミスト分離部の近傍に、当該処理ガス供給路内の付着物を除去するために、パージガスを供給する工程を含むことを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
11. 前記パージガスを供給する前に、このパージガスを加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の成膜方法。
12. 成膜処理を行った後、ミスト分離部にパージガスを供給し、このパージガスを処理ガス供給路以外から排出する工程を含むことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか一に記載の成膜方法。
13. 成膜処理を行った後、ミスト分離部に洗浄液を供給し、この洗浄液を処理ガス供給路以外から排出する工程を含むことを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか一に記載の成膜方法。
    

Images