JP2006269511A - 基板処理方法および記録媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数の処理ガスが被処理基板上に交互に供給される基板処理において、当該処理ガスの消費量を抑制し、効率よい基板処理を可能とする。
【解決手段】 被処理基板を内部に保持する処理容器と、第１の処理ガスを前記処理容器に供給する、流量調整手段を含む第１のガス供給手段と、第２の処理ガスを前記処理容器に供給する第２のガス供給手段と、を有する基板処理装置による基板処理方法であって、前記第１の処理ガスを、前記流量調整手段により第１の流量に制御して前記第１の方向に供給する第１の工程と、前記処理容器より当該第１の処理ガスを排出する第２の工程と、前記処理容器に前記第２の処理ガスを供給する第３の工程と、前記処理容器より当該第２の処理ガスを排出する第４の工程と、を繰り返してなり、１の第１の工程と当該１の第１の工程の次に実施される２の第１の工程との間に処理ガス流量安定工程を設けたことを特徴とする基板処理方法。
【選択図】 図５

Description

本発明は被処理基板を処理する基板処理方法に係り、特には複数の処理ガスを交互に供給して基板処理を行う基板処理方法に関する。
従来、半導体装置製造技術の分野においては、被処理基板表面にＭＯＣＶＤ法により高品質の金属膜や絶縁膜、あるいは半導体膜を形成することが一般に行われている。
一方最近では、特に超微細化半導体素子のゲート絶縁膜の形成に関連して、被処理基板の表面に高誘電体膜（いわゆるhigh-K誘電体膜）を、一原子層ずつ積層することにより形成する、原子層堆積（ＡＬＤ）技術が研究されている。
ＡＬＤ法では被処理基板を含むプロセス空間に、high-K誘電体膜を構成する金属元素を含む金属化合物分子を、気相原料ガスの形で供給し、被処理基板表面に金属化合物分子を約１分子層化学吸着させる。さらに前記プロセス空間から気相原料ガスをパージした後、Ｈ2Ｏなどの酸化剤を供給することにより前記被処理基板表面に吸着していた金属化合物分子を分解し、約１分子層の金属酸化物膜を形成する。
さらに前記プロセス空間から酸化剤をパージした後、上記の工程を繰り返すことにより、所望の厚さの金属酸化膜、すなわちhigh-K誘電体膜を形成する。
ＡＬＤ法はこのように被処理基板表面への原料化合物分子の化学吸着を利用しており、特にステップカバレッジに優れている特徴を有している。また、２００〜３００℃、あるいはそれ以下の温度で良質な膜を形成することができる。このため、ＡＬＤ法は超高速トランジスタのゲート絶縁膜のみならず、複雑な形状の下地上に誘電体膜を形成することが要求されるＤＲＡＭのメモリセルキャパシタの製造においても有効な技術であると考えられる。
図１Ａ、図１Ｂは、上記のＡＬＤ法を行う基板処理装置と、ＡＬＤ法の概要の一例を、手順を追って示した図である。
図１Ａ、図１Ｂを参照するに、被処理基板２を保持する処理容器１には前記被処理基板２に対して第１の側に第１の処理ガス供給口３Ａが設けられており、また前記被処理基板２に対して第２の、前記第１の側に対向する側には第１の排気口４Ａが設けられている。さらに前記処理容器１には、前記第２の側に第２の処理ガス供給口３Ｂが設けられており、また前記第１の側には第２の排気口４Ｂが設けられている。前記第１の処理ガス供給口３Ａには第１の原料切替弁５Ａを介して第１の処理ガスＡが供給され、前記第２の処理ガス供給口３Ｂには第２の原料切替弁５Ｂを介して第２の処理ガスＢが供給される。さらに、前記第１の排気口４Ａは第１の排気量調整弁６Ａを介して排気され、前記第２の排気口４Ｂは第２の排気量調整弁６Ｂを介して排気される。
最初に図１Ａに示した工程において、前記第１の原料切替弁５Ａを介して前記第１の処理ガスＡを前記第１の処理ガス供給口３Ａに供給し、前記処理容器１中において前記第１の処理ガスＡを前記被処理基板表面に吸着させる。その際、前記第１の処理ガス供給口３Ａに対向する前記第１の排気口４Ａを駆動することで前記被処理基板表面に沿って前記第１の処理ガスは、前記第１の処理ガス供給口３Ａから前記第１の排気口４Ａまで第１の方向に流れる。
次に図１Ｂの工程において、前記第２の原料切替弁５Ｂを介して前記第２の処理ガスＢを前記第２の処理ガス供給口３Ｂに供給し、前記処理容器１中において前記第２の処理ガスＢを前記被処理基板２の表面に沿って流す。その結果、前記第２の処理ガスＢは先に前記被処理基板表面に吸着した前記第１の処理ガス分子に作用し、前記被処理基板表面に高誘電体分子層が形成される。その際、前記第２の処理ガス供給口３Ｂに対向する前記第２の排気口４Ｂを駆動することで前記被処理基板表面に沿って前記第２の処理ガスは、前記第２の処理ガス供給口３Ｂから前記第２の排気口４Ｂまで第２の方向に流れる。
さらに前記図１Ａおよび図１Ｂの工程を繰り返すことにより、前記被処理基板２上に所望の高誘電体膜が形成される。
また、必要に応じて、図１Ａの工程の後や、または図１Ｂの工程の後に、前記処理容器１内にパージガスを供給し、速やかに第１の処理ガスまたは第２の処理ガスが当該処理容器１内より排出されるようにすると処理時間を短縮することが可能となり、好適である。
特開２００２−１５１４８９号公報
上記のＡＬＤ法においては、第１の処理ガスを供給している時間と第２の処理ガスを供給している時間、すなわち図１Ａに示す工程、図１Ｂに示す工程が、例えば数秒程度と短い。そのため、前記処理容器１内へのガスの供給状態を速やかに変更することが必要とされる。
例えば、前記第１の処理ガスの流量を制御する場合、図１Ａ、図１Ｂには図示を省略している質量流量コントローラ（Mass Flow controller、ＭＦＣと表記する場合もある）を用いることが一般的である。しかし、例えば前記第１の処理ガスの流量を制御する場合、特に液体原料を気化して用いる場合には上記の数秒単位の工程に応じた急速な流量制御が困難である場合があった。
例えば、前記第１の処理ガスとして常温常圧で液体の原料を気化して用いる場合には、液体状態の原料の流量を制御する必要があり、液体質量流量コントローラを用いる必要がある。例えば、上記のＡＬＤ法で用いられる可能性がある原料としては、有機金属化合物原料があり、これらの中には常温常圧で液体であるものも多く存在する。
図２は、液体流量質量コントローラが液体原料の流量を制御する原理を模式的に示した図である。図２においては、液体質量流量コントローラの一例の内部の一部を拡大して模式的に示している。
図２を参照するに、本図に示す液体流量質量コントローラ７は、内部に液体原料の流路８Ａを有し、当該流路８Ａは流路８Ｂに分岐している。前記流路８Ｂには液体原料の流量検出手段８Ｃが設けられている。
当該流量検出手段８Ｃで検出された流量データは、図示を省略する制御手段に送られ、当該制御手段は、当該流量データに対応して後述する流量調整手段９を制御して液体原料の流量を制御する構成になっている。
前記流量調整手段９は、押圧手段９Ｂ、当該押圧手段９Ｂを上下に駆動する駆動手段９Ａ、ダイヤフラム９Ｃ、および当該押圧手段９Ｂによって当該ダイヤフラム９Ｃが押し付けられるシート部９Ｄとより構成される。
液体原料の流量が調整される場合には、前記制御手段によって前記駆動手段９Ａが制御され、前記押圧手段９Ｂの上下動が制御されて、前記ダイヤフラム９Ｃが前記シート部９Ｄに押し付けられる程度が調整される。そのため、前記シート部９Ｄと前記ダイヤフラム９Ｃとの間のコンダクタンスが調整され、液体原料の流量が制御される。
しかし、液体質量流量コントローラで液体の流量を制御する場合、前記流量調整手段９の前後で圧力差が取りにくく、前記コンダクタンスの可変範囲は気体の流量を制御する場合と比べて大きくせざるを得なくなる。したがって、前記駆動手段９Ａは大きな駆動力（駆動範囲）が必要となる。
上記のように、前記駆動手段９Ａが大きな駆動力（駆動範囲）を有するため、液体質量流量コントローラで流量を制御する場合に、設定値が０に近いか、または０とした場合には制御回路のゆらぎまたは温度などの環境変化による変動に伴い、前記ダイヤフラム９Ｃを前記シート部９Ｄに押し付けてしまう確率が大きくなる。
このように、一端前記ダイヤフラム９Ｃが前記シート部９Ｄに押し付けられてしまうと、当該ダイヤフラム９Ｃは前記シート部９Ｄに張り付いてしまうため、再び流量を増大させようと制御した場合であっても、所定流量に対応する位置に当該ダイヤフラム９Ｃを移動させるための時間が長くなってしまう。
このような液体質量流量コントローラの特性に起因する応答時間の遅延が、液体原料を気化して処理ガスとし、ＡＬＤ法のように速やかな原料供給、停止を多数繰り返す基板処理を行う上で問題となっていた。
例えば、このような問題を回避するために、例えば図１Ａ，１Ｂに示した前記処理容器１の直前供給方向切り替えバルブを設け、液体質量流量コントローラの設定流量を変更することなく当該切り替えバルブの切り替え動作にて前記処理容器１をバイパスして処理ガスを排気ラインに流したり、再び供給方向を切り替えて前記処理容器１に供給する方法も考えられる。
しかし、この場合には排気ラインより排気される処理ガスが無駄になり、原料の消費が多くなってコストを要する問題があった。例えば、上記の金属元素を含む液体原料は高価な原料が多く、これらの原料の消費は基板処理のコストからみて大きな損失となる場合があった。
そこで、本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な基板処理方法と、当該基板処理方法を記憶した記録媒体を提供することを目的としている。
本発明の具体的な課題は、複数の処理ガスが被処理基板上に交互に供給される基板処理において、当該処理ガスの消費量を抑制し、効率よい基板処理を可能とすることである。
本発明は上記の課題を、請求項１に記載したように、
被処理基板を内部に保持する処理容器と、
第１の処理ガスを前記処理容器に供給する、流量調整手段を含む第１のガス供給手段と、
前記処理容器と前記ガス供給手段との間に設けられ、前記第１の処理ガスが供給される供給方向を、前記処理容器に供給される第１の方向、または前記第１の処理ガスが排気されるガス排気ラインに供給される第２の方向のいずれかに切り替えるガス切り替え手段と、
第２の処理ガスを前記処理容器に供給する第２のガス供給手段と、を有する基板処理装置による基板処理方法であって、
前記第１の処理ガスを、前記流量調整手段により第１の流量に制御して前記第１の方向に供給する第１の工程と、
前記処理容器より当該第１の処理ガスを排出する第２の工程と、
前記処理容器に前記第２の処理ガスを供給する第３の工程と、
前記処理容器より当該第２の処理ガスを排出する第４の工程と、を繰り返してなり、
１の第１の工程と当該１の第１の工程の次に実施される２の第１の工程との間に処理ガス流量安定工程を設け、
当該処理ガス流量安定工程は、
１の第１の工程の後に前記ガス切り替え手段により、前記供給方向を前記第２の方向に切り替える工程（Ａ）と、
当該工程（Ａ）の後に前記流量調整手段により、前記第１の流量を第２の流量に減少させる工程（Ｂ）と、
当該工程（Ｂ）の後に前記流量調整手段により、前記第２の流量を前記第１の流量に増大させる工程（Ｃ）と、を有することを特徴とする基板処理方法により、また、
請求項２に記載したように、
前記第１の処理ガスは、液体原料が気化した気化ガスを含み、前記第１のガス供給手段は前記液体原料を気化する気化器を有し、当該気化器に供給される前記液体原料の流量が前記流量調整手段により制御されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法により、また、
請求項３に記載したように、
前記第２の流量に対応する前記液体原料の流量は、前記流量調整手段の最大設定流量の５％以上であることを特徴とする請求項２記載の基板処理方法により、また、
請求項４に記載したように、
前記第２の流量に対応する前記液体原料の流量は、前記流量調整手段の最大設定流量の１０％以上であることを特徴とする請求項３記載の基板処理方法により、また、
請求項５に記載したように、
前記ガス排気ラインは、前記処理容器に設置された当該処理容器を排気する処理容器排気ラインに接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項６に記載したように、
前記第３の工程が開始される前に、前記工程（Ｂ）が実施されることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項７に記載したように、
前記第３の工程が終了してから前記工程（Ｃ）が実施されることを特徴とする請求項６記載の基板処理方法により、また、
請求項８に記載したように、
前記液体原料は金属元素を含み、前記第２の処理ガスは当該金属元素を酸化する酸化ガスを含むことを特徴とする請求項２乃至７のうちいずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項９に記載したように、
前記第２の工程は、前記処理容器にパージガスを供給するパージ工程を含むことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項１０に記載したように、
前記第４の工程は、前記処理容器にパージガスを供給するパージ工程を含むことを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項１１に記載したように、
被処理基板を内部に保持する処理容器と、
第１の処理ガスを前記処理容器に供給する、流量調整手段を含む第１のガス供給手段と、
前記処理容器と前記ガス供給手段との間に設けられ、前記第１の処理ガスが供給される供給方向を、前記処理容器に供給される第１の方向、または前記第１の処理ガスが排気されるガス排気ラインに供給される第２の方向のいずれかに切り替えるガス切り替え手段と、
第２の処理ガスを前記処理容器に供給する第２のガス供給手段と、を有する基板処理装置による基板処理方法を、コンピュータによって動作させるプログラムを記憶した記録媒体であって、
前記基板処理方法は、
前記第１の処理ガスを、前記流量調整手段により第１の流量に制御して前記第１の方向に供給する第１の工程と、
前記処理容器より当該第１の処理ガスを排出する第２の工程と、
前記処理容器に前記第２の処理ガスを供給する第３の工程と、
前記処理容器より当該第２の処理ガスを排出する第４の工程と、を繰り返してなり、
１の第１の工程と当該１の第１の工程の次に実施される２の第１の工程との間に処理ガス流量安定工程を設け、
当該処理ガス流量安定工程は、
１の第１の工程の後に前記ガス切り替え手段により、前記供給方向を前記第２の方向に切り替える工程（Ａ）と、
当該工程（Ａ）の後に前記流量調整手段により、前記第１の流量を第２の流量に減少させる工程（Ｂ）と、
当該工程（Ｂ）の後に前記流量調整手段により、前記第２の流量を前記第１の流量に増大させる工程（Ｃ）と、を有することを特徴とする記録媒体により、また、
請求項１２に記載したように、
前記第１の処理ガスは、液体原料が気化した気化ガスを含み、前記第１のガス供給手段は前記液体原料を気化する気化器を有し、当該気化器に供給される前記液体原料の流量が前記流量調整手段により制御されることを特徴とする請求項１１記載の記録媒体により、また、
請求項１３に記載したように、
前記第２の流量に対応する前記液体原料の流量は、前記流量調整手段の最大設定流量の５％以上であることを特徴とする請求項１２記載の記録媒体により、また、
請求項１４に記載したように、
前記第２の流量に対応する前記液体原料の流量は、前記流量調整手段の最大設定流量の１０％以上であることを特徴とする請求項１３記載の記録媒体により、また、
請求項１５に記載したように、
前記ガス排気ラインは、前記処理容器に設置された当該処理容器を排気する処理容器排気ラインに接続されていることを特徴とする請求項１１乃至１４のうちいずれか１項記載の記録媒体により、また、
請求項１６に記載したように、
前記第３の工程が開始される前に、前記工程（Ｂ）が実施されることを特徴とする請求項１１乃至１５のうちいずれか１項記載の記録媒体により、また、
請求項１７に記載したように、
前記第３の工程が終了してから前記工程（Ｃ）が実施されることを特徴とする請求項１６記載の記録媒体により、また、
請求項１８に記載したように、
前記液体原料は金属元素を含み、前記第２の処理ガスは当該金属元素を酸化する酸化ガスを含むことを特徴とする請求項１２乃至１７のうちいずれか１項記載の記録媒体により、また、
請求項１９に記載したように、
前記第２の工程は、前記処理容器にパージガスを供給するパージ工程を含むことを特徴とする請求項１１乃至１７のうちいずれか１項記載の記録媒体により、また、
請求項２０に記載したように、
前記第４の工程は、前記処理容器にパージガスを供給するパージ工程を含むことを特徴とする請求項１１乃至１９のうちいずれか１項記載の記録媒体により、解決する。
本発明によれば、複数の処理ガスが被処理基板上に交互に供給される基板処理において、当該処理ガスの消費量が抑制され、効率よい基板処理が可能となる。
[原理]
まず、図３Ａ、図３Ｂに本発明の原理を示す。ただし図中、図１Ａ、図１Ｂにおいて先に説明した部分に相当する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
本図に示す基板処理装置では、前記第１の原料切替弁５Ａに相当する第１の原料切替弁５Ａ’が設けられ、さらに当該原料切替弁５Ａ’には、排気管４ｂが接続されており、当該排気管４ｂは前記排気口４Ｂと共に排気される構造になっている。
この場合、図３Ａの工程では図１Ａに示した工程と同様に、前記第１の原料切替弁５Ａ’を介して前記第１の処理ガスＡを前記第１の処理ガス供給口３Ａに供給し、当該第１の処理ガスは前記被処理基板表面に沿って前記第１の処理ガス供給口３Ａから前記第１の排気口４Ａまで第１の方向に流れる。
次に、図３Ｂに示す工程では、図１Ｂに示した工程と同様に前記第２の原料切替弁５Ｂを介して前記第２の処理ガスＢを前記第２の処理ガス供給口３Ｂに供給し、当該第２の処理ガスは、前記被処理基板表面に沿って前記第２の処理ガス供給口３Ｂから前記第２の排気口４Ｂまで第２の方向に流れる。
本発明では、上記の図３Ｂの工程において、前記原料切替弁５Ａ’により、前記第１の処理ガスが供給される方向を前記排気管４ｂの方向に切り替え、図３Ｂの工程においても前記第１の処理ガスの供給を停止する事無く継続している。このため、次に図３Ａの工程を再び実施する場合に速やかに前記第１の処理ガスの流量を安定させることができる。
しかし、この場合には、成膜に寄与する前記第１の処理ガスに対して前記排気管４ｂに排気される前記第１の処理ガスの割合が大きく、高価な原料の消費量が増大する問題がある。そこで、本発明では排気ラインに排気される流量を最小限に抑制している。
図４には、図３Ａ〜図３Ｂの工程にかけての前記第１の処理ガスの流量を模式的に示す。
図４を参照するに、前記第１の処理ガスの流量は、流量ｆ１と流量ｆ２に交互に変更されるように制御されていることがわかる。この場合、図３Ａに示す工程においては流量がｆ１、また図３Ｂに示す工程においては流量がｆ２となるように制御されている。このため、流量安定のために前記排気管４ｂから排気される第１の処理ガスの量が抑制される効果を奏する。
また、この場合に流量ｆ２は、流量の制御の応答性の遅れが抑制される程度に大きく、また前記第１の処理ガスの廃棄量が抑制される程度に小さくされることが好ましく、これらを満たす適宜な流量範囲とされることが好ましい。
また、上記の基板処理装置からは、基板処理において前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスが排出される。この場合、基板処理装置の外側、例えば基板処理装置が設置される設備側で前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスが混合し、副生成物が形成される可能性が考えられる。このため、設備側では第１の処理ガスと第２の処理ガスの排気管を分離する、または個々の排気設備を要するなどのコストがかかる問題が考えられる。
本発明による基板処理方法では、排出される第１の処理ガスの量が抑制されるため、このような副生成物の形成が抑制され、基板処理装置の設置や維持管理に係るコストを低減する効果を奏する。
さらに、第１の処理ガスの排出量が抑制されるため、基板処理装置の側の排気系統を単純化することが可能となる。また、これらの効果は、基板処理のシーケンスを最適化することでさらに良好となる。
次に、上記の詳細に関して説明するために、本発明の実施の形態の具体的な例に関して図面に基づき、以下に説明する。
図５は、本発明の実施例１による、ＡＬＤ法を用いた成膜を実施可能な基板処理装置の一例である、基板処理装置１０を模式的に示した断面図である。
図５を参照するに、基板処理装置１０は、アルミニウム合金よりなる外側容器１１Ｂと、当該外側容器１１Ｂの開口された部分を覆うように設置されたカバープレート１１Ａとを含む処理容器１１を有し、当該外側容器１１Ｂと前記カバープレート１１Ａとにより画成される空間には、例えば石英よりなる反応容器１２が設けられ、当該反応容器１２内部にプロセス空間Ａ１が画成される。また、前記反応容器１２は、上部容器１２Ａと、下部容器１２Ｂが組み合わされた構造を有している。
この場合、前記処理容器１１の内部の空間は、前記反応容器１２の内部に画成されるプロセス空間Ａ１と、当該プロセス空間Ａ１の周囲の空間であり、例えば当該反応容器１２と前記処理容器１１の内壁の間の隙間を含む空間である、外側空間Ａ２とに、実質的に分離されていている。
また、前記プロセス空間Ａ１の下端部は、被処理基板Ｗ１を保持する保持台１３により画成されており、当該保持台１３には、前記被処理基板Ｗ１を囲むように石英ガラスよりなるガードリング１４が設置されている。また、前記保持台１３は前記外側容器１１Ｂから下方に延在し、また図示を省略する基板搬送口が設けられた前記外側容器１１Ｂの内部を、上端位置と下端位置との間で上下に昇降可能に設けられている。
前記保持台１３は、上端位置において前記反応容器１２と共に、前記プロセス空間Ａ１を画成する。すなわち、前記反応容器１２の、前記下部容器１２Ｂには、略円形の開口部が形成されており、前記保持台１３が上端位置に移動した場合に、当該開口部が当該保持台１３によって覆われる位置となるように構成されている。この場合、前記下部容器１１Ｂの底面と、前記被処理基板Ｗ１の表面が、実質的に同一平面を形成する位置関係となる。
前記保持台１３は、軸受部２１中に磁気シール２２により保持された回動軸２０により回動自在に、また上下動自在に保持されており、前記回動軸２０が上下動する空間は、ベローズ１９等の隔壁により密閉されている。
図５に示す状態は、前記プロセス空間Ａ１が画成され、保持台１３上の被処理基板Ｗ１に成膜を行う場合の状態を示した図であるが、例えば図６に示す状態は、前記保持台１３が下端位置に下降した状態であり、被処理基板が、前記外側容器１１Ｂに形成された、図示を省略する基板搬送口に対応する高さに位置している。この状態で、例えば図示を省略するリフタピンなどの被処理基板を保持する機構を駆動することにより、被処理基板の出し入れが可能になる。
また、前記カバープレート１１Ａは中央部が肉厚の構成となっており、このため、前記外側容器１１Ｂとカバープレート１１Ａとにより画成される空間に対応して設置される前記反応容器１２内部に画成される前記プロセス空間Ａ１は、前記保持台１３が上端位置まで上昇した状態において被処理基板Ｗ１が位置している中央部において高さ、すなわち容積が減少し、また両端部において徐々に高さが増大する構成を有するのがわかる。
前記基板処理装置１０では、前記プロセス空間Ａ１の両端部に、被処理基板を挟んで対向するように、当該プロセス空間Ａ１内を排気するための、排気口１５Ａおよび排気口１５Ｂが設けられている。前記排気口１５Ａおよび１５Ｂには、排気管５６Ａおよび５６Ｂにそれぞれ連通した高速ロータリバルブ１７Ａおよび１７Ｂが設けられている。
また、前記プロセス空間Ａ１の両端部には、前記高速ロータリバルブ１７Ａあるいは１７Ｂへのガス流路を整流するようにバーズビーク状（鳥のくちばし状）に整形された処理ガスノズル１６Ａおよび１６Ｂが、それぞれ前記高速ロータリバルブ１７Ｂおよび１７Ａに対向するように、また当該処理ガスノズル１６Ａおよび１６Ｂが前記被処理基板を挟んで対向するように設けられている。
前記処理ガスノズル１６Ａは、切り替えバルブ５２Ａを介してガスライン５４Ａ、パージライン５５Ａ，およびガス排気ライン５３Ａに接続されており、同様に、前記処理ガスノズル１６Ｂは、切り替えバルブ５２Ｂを介してガスライン５４Ｂ、パージライン５５Ｂ，およびガス排気ライン５３Ｂに接続されている。
例えば、前記処理ガスノズル１６Ａからは、前記ガスライン５４Ａから供給される第１の処理ガスや前記パージライン５５Ａから供給されるパージガスが、前記切り替えバルブ５２Ａを介して前記プロセス空間Ａ１に導入される。また、前記ガスライン５４Ａから供給される第１の処理ガスや前記パージライン５５Ａから供給されるパージガスは、前記切り替えバルブ５２Ａを介して前記ガス排気ライン５３Ａより排気されるようにすることが可能に構成されている。
同様に、前記処理ガスノズル１６Ｂからは、前記ガスライン５４Ｂから供給される第２の処理ガスや前記パージライン５５Ｂから供給されるパージガスが、前記切り替えバルブ５２Ｂを介して前記プロセス空間Ａ１に導入される。また、前記ガスライン５４Ｂから供給される第２の処理ガスや前記パージライン５５Ｂから供給されるパージガスは、前記切り替えバルブ５２Ｂを介して前記ガス排気ライン５３Ｂより排気されるようにすることが可能に構成されている。
前記処理ガスノズル１６Ａから導入された第１の処理ガスは、前記反応容器１２内の前記プロセス空間Ａ１を、前記被処理基板Ｗ１の表面に沿って流れ、対向する排気口１５Ｂから前記高速ロータリバルブ１７Ｂを介して排気される。同様に前記処理ガスノズル１６Ｂから導入された第２の処理ガスは、前記反応容器１２内の前記プロセス空間Ａ１を、前記被処理基板Ｗ１の表面に沿って流れ、対向する排気口１５Ａから前記高速ロータリバルブ１７Ａを介して排気される。
このように第１および第２の処理ガスを交互に前記処理ガスノズル１６Ａから排気口１５Ｂへと、あるいは前記処理ガスノズル１６Ｂから排気口１５Ａへと流すことにより、原子層を基本単位とする膜形成が可能になる。この場合、前記プロセス空間Ａ１に第１の処理ガスを供給してから次に第２の処理ガスを供給するまでの間には、当該プロセス空間Ａ１内より第１の処理ガスを排出するための処理、例えばパージガスを導入するパージ工程や、または、当該プロセス空間を真空排気するための排気工程を有するようにすることが好ましい。同様に、前記プロセス空間Ａ１に第２の処理ガスを供給してから次に第１の処理ガスを供給するまでの間には、当該プロセス空間Ａ１内より第２の処理ガスを排出するための処理、例えばパージガスを導入するパージ工程や、または、当該プロセス空間を真空排気するための排気工程を有するようにすることが好ましい。
例えば、第１の処理ガスとして、ＨｆまたはＺｒなどの金属元素を有する有機金属化合物を含むガスを用いて、第２の処理ガスとしてＯ３，Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、など、有機金属化合物を酸化する酸化ガスを含むガスを用いることで、被処理基板上に、高誘電体である金属酸化物、またはこれらの化合物を形成することが可能となる。
次に、前記基板処理装置１０の全体の概略について、図７を用いて説明する。
図７は、図５〜図６に示した基板処理装置１０の全体の概略を模式的に示した図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また、本図においては、図５〜図６の記載を一部省略し、また一部簡素化して表示している。
図７を参照するに、前記処理ガスノズル１６Ａに接続された前記切り替えバルブ５２Ａには、前記ガスライン５４Ａが接続され、さらに前記ガスライン５４Ａには、バルブ７５Ａを介して、前記プロセス空間Ａ１に、第１の処理ガスを供給するための処理ガス供給手段１０ａが接続されている。また、前記切り替えバルブ５２Ａには、前記プロセス空間Ａ１にパージガスを供給するためのパージライン５５Ａが接続されている。前記切り替えバルブ５２Ａは、第１の処理ガスが前記プロセス空間Ａ１の側へ供給されるように、または前記切り替えバルブ５２Ａに接続された前記排気ライン５３Ａを介して排気されるように接続を切り替えることが可能であり、また、パージガスが前記プロセス空間Ａ１の側へ供給されるように、または前記排気ライン５３Ａを介して排気されるように接続を切り替えることが可能である。
一方、同様に、前記処理ガスノズル１６Ｂに接続された前記切り替えバルブ５２Ｂには、前記ガスライン５４Ｂが接続され、さらに前記ガスライン５４Ｂには、バルブ７５Ｂを介して、前記プロセス空間Ａ１に、第２の処理ガスを供給するための処理ガス供給手段１０ｂが接続されている。また、前記切り替えバルブ５２Ｂには、前記プロセス空間Ａ１にパージガスを供給するためのパージライン５５Ｂが接続されている。前記切り替えバルブ５２Ｂは、第２の処理ガスが前記プロセス空間Ａ１の側へ供給されるように、または前記切り替えバルブ５２Ｂに接続された前記排気ライン５３Ｂを介して排気されるように接続を切り替えることが可能であり、また、パージガスが前記プロセス空間Ａ１の側へ供給されるように、または前記排気ライン５３Ｂを介して排気されるように接続を切り替えることが可能である。
また、前記ガス排気ライン５３Ａ、５３Ｂは、トラップ７０に接続され、さらにトラップ７０には、前記処理容器内を排気する前記排気管５６Ａ、５６Ｂが接続されている。すなわち、処理ガスを排気するラインと処理容器を排気するラインはトラップを介して接続されており、当該トラップ７０は、例えば真空ポンプなどの排気手段７１によって排気される構造になっている。
次に、前記処理ガス供給手段１０ａについてみると、当該処理ガス供給手段１０ａは、前記バルブ７５Ａに接続された、液体原料を気化する気化器６２を有しており、当該気化器６２には、液体原料を供給する原料ライン５８Ａと、当該気化器６２にキャリアガスを供給するガスライン６４Ａが接続されている。
前記原料ライン５８Ａには、例えば常温で液体である原料６１ａが保持される原料容器６１Ａが接続され、バルブ６０Ａを開放することで、液体流量質量コントローラ５９Ａにより流量が制御された前記原料６１ａが、前記気化器６２に供給され、気化される構造になっている。この場合、前記原料容器６１Ａに接続されたガスライン６３より、たとえばＨｅなどの不活性ガスを供給して原料６１ａを押圧し、供給するようにしてもよい。
また、前記ガスライン６４Ａには、バルブ６６Ａと質量流量コントローラ６５Ａが付されており、前記バルブ６６Ａを開放することで、流量が制御されたキャリアガスが前記気化器６２に供給される。
前記気化器６２で気化され、第１の処理ガスとされる前記原料６１ａは、キャリアガスと共に前記バルブ７５Ａを開放することで前記ガスライン５４Ａに供給され、前記切り替えバルブ５２Ａによって、前記プロセス空間Ａ１に供給されるか、または前記ガス排気ライン５３Ａによって排気される。
また、必要に応じて、前記バルブ７５Ａと前記気化器６２の間に、バルブ６９Ａと質量流量コントローラ６８Ａを付したガスライン６７Ａが接続されるようにしてもよい。例えば、前記ガスライン６７Ａから供給されるガスによって、前記第１の処理ガスを希釈、または第１の処理ガスに所望のガスを添加するようにしてもよい。
また、前記切り替えバルブ５２Ａに接続された前記パージライン５５Ａには、バルブ７７Ａ、質量流量コントローラ７６Ａが付され、前記バルブ７７Ａを開放することで流量を制御しながらパージガスを前記プロセス空間Ａ１に供給し、当該プロセス空間Ａ１をパージすることが可能になっている。
一方、前記処理ガス供給手段１０ｂについてみると、当該処理ガス供給手段１０ｂは、前記バルブ７５Ｂに接続された、原料ライン５８Ｂと、ガスライン６４Ｂとを有している。前記原料ライン５８Ｂには、バルブ６０Ｂ、質量流量コントローラ５９Ｂが付され、さらに、例えば前記原料６１ａを酸化する酸化ガスなどよりなる原料６１ｂを保持する原料容器６１Ｂが接続されている。
また、例えば前記原料６１ｂとしてＯ３を用いる場合には、前記原料容器６１ｂに相当する部分には、オゾナイザーが設置される。このように、原料容器６１Ｂは、原料を保持する容器に限定されるものではなく、用いられる原料に応じて、例えば原料を合成する、または生成する手段や、原料を輸送する手段などであってもよい。
また、前記ガスライン６４Ｂにはバルブ６６Ｂ、質量流量コントローラ６５Ｂが付されている。この場合、前記バルブ６６Ｂ、６０Ｂ、および７５Ｂを開放することで、流量が制御された原料６１ｂを含む第２の処理ガスとキャリアガスとを、前記切り替えバルブ５２Ｂを介して前記プロセス空間Ａ１に供給することができる。また、前記切り替えバルブ５２Ｂを切り替えることで、当該第２の処理ガスを前記排気ライン５３Ｂを介して排気することも可能である。
また、前記切り替えバルブ５２Ｂに接続された前記パージライン５５Ｂには、バルブ７７Ｂ、質量流量コントローラ７６Ｂが付され、前記バルブ７７Ｂを開放することで流量を制御しながらパージガスを前記プロセス空間Ａ１に供給し、当該プロセス空間Ａ１をパージすることが可能になっている。
このようにして、前記プロセス空間Ａ１に供給された第１の処理ガス、第２の処理ガスまたはパージガスは、前記排気口１５Ａ、１５Ｂから前記高速ロータリバルブ１７Ａ、１７Ｂさらに前記排気管５６Ａ、５６Ｂを介して排気される構造になっている。
また、前記処理ガスノズル１６Ａ，１６Ｂには、それぞれバルブ８１Ａ，８１Ｂを付したベントライン８０Ａ，８０Ｂが接続されている。例えば前記ガスノズル１６Ａ，１６Ｂにパージガスを導入して、さらに前記バルブ８０Ａ、８０Ｂを開放することで、処理ガスノズル内をパージすることが可能な構造になっている。
例えば、処理ガスノズル１６Ａ、１６Ｂを介してパージガスをプロセス空間に導入してプロセス空間をパージする場合、処理ガスノズル１６Ａ、１６Ｂ内に残留する処理ガスを予めパージガスによりパージしておくと、プロセス空間のパージを速やかに行うことが可能となり、好適である。
また、図７では、第１の処理ガスに用いる原料として、常温で液体である原料を用いた場合を例にとって説明しているが、これに限定されず、常温で固体である原料や常温で気体である原料を用いることも可能である。
また、本実施例による基板処理装置１０は、当該基板処理装置１０の、成膜などの基板処理にかかる動作を制御する、コンピュータを内蔵した制御手段１０Ａを有している。前記制御手段１０Ａは、基板処理方法など、基板処理装置を動作させるための基板処理方法のプログラムを記憶する記録媒体を有しており、当該プログラムに基づいて、コンピュータが基板処理装置の動作を実行させる構造になっている。
例えば、前記制御装置１０Ａは、ＣＰＵ（コンピュータ）Ｃと、メモリＭ、例えばハードディスクなどの記憶媒体Ｈ、取り外し可能な記憶媒体である記憶媒体Ｒ、およびネットワーク接続手段Ｎを有し、さらにこれらが接続される、図示を省略するバスを有しており、当該バスは、例えば上記に示した基板処理装置のバルブや、排気手段、質量流量コントローラなどと接続される構造となっている。前記記憶媒体Ｈには、成膜装置を動作させるプログラムが記録されているが、当該プログラムは、例えば記憶媒体Ｒ，またはネットワーク接続手段Ｎを介して入力することも可能である。以下に示す基板処理の例は、当該制御手段に記憶されたプログラムに基づき、基板処理装置が制御されて動作するものである。
次に、前記基板処理装置を用いて成膜を行う場合の詳細の一例を図８、図９を用いて説明する。図８は、本実施例による基板処理方法を示すフローチャートである。図８に示すように、本実施例による基板処理方法は、大別して４つの工程（ステップ１〜ステップ４、図中にはＳ１〜Ｓ４と表記）よりなる。図９には、横軸に時間をとり、ステップ１からステップ４の実施のタイミングを模式的に示し、さらに前記第１の処理ガスの供給方向と、前記液体質量流量コントローラ５９Ａによって制御される原料６１ａの流量を模式的に示している。前記第１の処理ガスの供給方向は、図中にＩＮで表示された場合に、処理容器内へ供給される方向であることを示し、ＯＵＴで表示された場合に排気ライン５３Ａに供給（第１の処理ガスが廃棄）されている方向であることを示している。
図８、図９を参照するに、本実施例による基板処理方法は、主にステップ１〜ステップ４で構成されており、所定の回数ステップ１〜ステップ４の処理を繰り返す構成になっている。まず、ステップ１を開始する前に、前記第１の処理ガスの流量を安定させるための流量安定工程を開始する。当該流量安定工程のシーケンスの概要は、図９に示した、第１の処理ガスの供給方向、および第１の処理ガスの流量の制御の状態で示している。
当該流量安定工程においては、ステップ１が開始される前に、前記第１の処理ガスの供給を開始する。この場合、前記切り替えバルブ５２Ａによって、第１の処理ガスの供給方向（以下供給方向と記載する）は前記排気ライン５３Ａ（ＯＵＴ）とされ、前記バルブ７５Ａ，６０Ａ，６６Ａを開放し、前記液体質量流量コントローラ５９Ａによって流量を制御された、例えばＴＥＭＡＨ(Tetrakis EthylMethyl Amino Hafnium)よりなる前記原料６１ａと、前記質量流量コントローラ６５Ａによって流量を制御された、例えばＡｒよりなるキャリアガスが、前記気化器６２に供給される。
ここで、液体よりなる前記原料６１ａが気化されると共に、当該キャリアガスと混合される。この場合、さらに、前記ガスライン６７Ａより供給される、例えばＡｒよりなるアシストガスを加えてもよい。この場合、前記気化器６２に、液体よりなる前記原料６１ａは、例えば、１０ｍｇ／ｍｉｎ供給される。この流量は、図９の流量Ｆ２に該当する。また、当該流量Ｆ２は、気化した第１の処理ガスの流量と対応している。
次に、図９に示す時刻ｔ０において、前記液体質量流量コントローラ５９Ａによって、原料６１ａの流量が増大され、流量Ｆ１とされる。当該流量Ｆ１は、この後に開始されるステップ１における設定流量と同じである。この場合、流量Ｆ１は、例えば、１００ｍｇ／ｍｉｎとされる。また、当該流量Ｆ１は、気化した第１の処理ガスの流量に対応している。
次に、時刻ｔ０の直後の時刻ｔ１において、ステップ１が開始され、前記切り替えバルブ５２Ａによって前記供給方向が処理容器の方向（ＩＮ）に切り替えられ、前記第１の処理ガスやキャリアガスなど処理に必要なガスが前記プロセス空間Ａ１に供給される。この場合、前記気化器６２に供給される前記流量Ｆ１は維持される。この場合、前記液体質量流量コントローラ５９Ａの流量制御のために時間を要するが、ｔ０〜ｔ１の間の時間差Ｔ１は、約１秒から２秒以下にされると好適である。
供給された第１の処理ガスは、例えば層流となって被処理基板表面に沿って流れ、前記排気口１５Ｂから、前記高速ロータリバルブ１７Ｂを介して排気される。ここで、第１の処理ガスに含まれる原料６１ａが、例えば１分子（１原子）層程度、被処理基板に吸着される。
所定の時間、例えば数秒間、ステップ１を実施した後、時刻ｔ２でステップ１を終了する。ステップ１が終了すると同時に、前記切り替えバルブ５２Ａによって、前記供給方向がＯＵＴとされ、前記プロセス空間Ａ１への第１の処理ガスの第１の処理ガスの供給が停止される。
ステップ１が終了すると、時刻ｔ２の直後の時刻ｔ２Ａで、前記液体質量流量コントローラ５９Ａによって、前記流量Ｆ１が減じられて再び流量Ｆ２となるように制御される。この後、ステップ２からステップ４にかけては、前記供給方向はＯＵＴ（前記排気ライン５３Ａ方向）が維持され、また前記気化器６２に供給される前記原料６１ａの流量は、当該流量Ｆ２が維持される。
次に、時刻ｔ３でステップ２が開始される。この場合、時刻ｔ２と時刻ｔ３は同時刻であってもよい。すなわち、ステップ１の終了と同時にステップ２が開始されてもよい。この場合、ステップ２の開始後に、上記の流量Ｆ１から流量Ｆ２に変更する制御が実施されることになる。また、前記液体質量流量コントローラ５９Ａの流量制御のための時間を要するが、ｔ２〜ｔ２Ａの間の時間差Ｔ２は、約１秒から２秒以下にされると好適である。前記流量Ｆ２が前記液体質量流量コントローラ５９Ａの最大設定流量の２０％程度であれば、当該液体質量流量コントローラの流量制御のための駆動機構は最適動作となり、高速度の流量制御が可能となるため、前記時間差Ｔ１およびＴ２はさらに短縮することができる。
ステップ２が開始されると、前記プロセス空間Ａ１に残留する第１の処理ガスが当該プロセス空間Ａ１より排出される。この場合、例えば、まず前記処理ノズル１６Ａのパージを行い、当該処理ガスノズル１６Ａ内に残留する第１の処理ガスを排出した後、当該処理ガスノズル１６Ａよりパージガスを前記プロセス空間Ａ１に供給して当該プロセス空間Ａ１のパージを行うようにすると、前記プロセス空間Ａ１に残留した第１の処理ガスを速やかに排出することが可能となり、好適である。
また、パージガスの供給を停止した後、前記プロセス空間を真空排気する時間を設けてもよい。ステップ２は所定の時間、例えば数秒間実施される。時刻ｔ４でステップ２は終了する。
次に、時刻ｔ５でステップ３が開始される。この場合、時刻ｔ４と時刻ｔ５は同時刻であってもよい。
ステップ３が開始されると、前記プロセス空間Ａ１に、第２の処理ガスである前記原料６１ｂおよびキャリアガスが供給される。この場合、前記バルブ７５Ｂ，６０Ｂ，６６Ｂが開放され、前記質量流量コントローラ５９Ｂによって流量を制御された、前記原料６１ｂと、前記質量流量コントローラ６５Ｂによって流量を制御された、例えばＡｒよりなるキャリアガスが、前記切り替えバルブ５２Ｂを介して前記処理ガスノズル１６Ｂより、前記プロセス空間Ａ１に供給される。前記原料６１ｂがＯ３の場合には、前記原料容器６１Ｂに該当する部分にオゾナイザーを設置し、当該オゾナイザーにＯ２やＮ２が供給されるようにすればよい。例えば、濃度２００ｇ/Ｎｍ３のＯ３を、１０００ｓｃｃｍのＯ２と共に前記プロセス空間Ａ１に供給する。
供給された第２の処理ガスは、例えば層流となって被処理基板表面に沿って流れ、前記排気口１５Ａから、前記高速ロータリバルブ１７Ａを介して排気される。ここで、原料６１ｂが、被処理基板上に吸着されている前記原料６１ａと反応し、例えば１分子程度、または２〜３分子程度のＨｆＯ２層が被処理基板上に形成される。
所定の時間、例えば数秒間、ステップ３を実施した後、時刻ｔ６で前記第２の処理ガスの供給を停止し、ステップ３を終了する。
次に、時刻ｔ７でステップ４が開始される。この場合、時刻ｔ６と時刻ｔ７は同時刻であってもよい。すなわち、ステップ３の終了と同時にステップ４が開始されてもよい。
ステップ４が開始されると、前記プロセス空間Ａ１に残留する第２の処理ガスが当該プロセス空間Ａ１より排出される。この場合、例えば、まず前記処理ノズル１６Ｂのパージを行い、当該処理ガスノズル１６Ｂ内に残留する第１の処理ガスを排出した後、当該処理ガスノズル１６Ｂよりパージガスを前記プロセス空間Ａ１に供給して当該プロセス空間Ａ１のパージを行うようにすると、前記プロセス空間Ａ１に残留した第２の処理ガスを速やかに排出することが可能となり、好適である。
また、パージガスの供給を停止した後、前記プロセス空間を真空排気する時間を設けてもよい。ステップ４は所定の時間、例えば数秒間実施される。時刻ｔ８でステップ４は終了する。
次に、処理は再びステップ１に戻り、時刻ｔ９でステップ１が再び開始される。ここで、当該ステップ１の開始前に、最初のステップ１の場合と同様に、時刻ｔ９の直前の時刻ｔ８Ａにおいて、前記液体質量流量コントローラ５９Ａによって、原料６１ａの流量が増大され、再び流量Ｆ１とされる。当該流量Ｆ１は、この後に開始されるステップ１における設定流量と同じである。この場合、流量Ｆ１は、例えば１００ｍｇ／ｍｉｎとされる。また、当該流量Ｆ１は、気化した第１の処理ガスの流量に対応している。
次に、時刻ｔ８Ａの直後の時刻ｔ９において、ステップ１が開始され、前記切り替えバルブ５２Ａによって前記供給方向が処理容器の方向（ＩＮ）に切り替えられ、前記第１の処理ガスやキャリアガスなど処理に必要なガスが前記プロセス空間Ａ１に供給される。この場合、前記気化器６２に供給される前記流量Ｆ１は維持される。また、時刻ｔ８と時刻ｔ９は同時刻であってもよい。この場合には、ステップ４が終了する前に、すなわちステップ４の処理中に、上記の、前記原料６１ａの流量が増大されて、再び流量Ｆ１とされる制御が実施される。
この後は、以前のステップ１〜ステップ４と同様の処理を繰り返せばよい。すなわち、時刻ｔ１０でステップ１を終了し、この時に前記切り替えバルブ５２Ａによって、前記供給方向がＯＵＴとされ、前記プロセス空間Ａ１への第１の処理ガスの第１の処理ガスの供給が停止される。
ステップ１が終了すると、時刻ｔ１０の直後の時刻ｔ１０Ａで、前記液体質量流量コントローラ５９Ａによって、前記流量Ｆ１が減じられて再び流量Ｆ２となるように制御される。この後、ステップ２からステップ４にかけては、前記処理方向はＯＵＴ（前記排気ライン５３Ａ方向）が維持され、また前記気化器６２に供給される前記原料６１ａの流量は、当該流量Ｆ２が維持される。
このようにして同様の処理を繰り返し、ステップ１〜ステップ４までの処理を所定の回数繰り返し、被処理基板上に所望の厚さの高品質の薄膜を形成することができる。この場合、１分子または２〜３分子程度の成膜を繰り返して被処理基板の表面反応を用いた成膜を行うため、従来の気相中の反応を含むＣＶＤ法に比べて高品質の成膜を行うことが可能となっている。
このように、本実施例による基板処理方法では、被処理基板上に供給される第１の処理ガスの流量を速やかに所望の値に制御することが可能となると共に、廃棄される第１の処理ガスの量を抑制して、効率のよい基板処理が可能となっている。
上記の実施例では、前記液体流量質量コントローラ５９Ａの応答性を考慮して、ステップ１が終了した後においても、次のステップ１が開始されるまでに、継続的に、前記原料６１ａが前記流量Ｆ２で前記気化器６２に供給され、気化された第１の処理ガスが前記排気ライン５３Ａに供給されるようになっている。
このため、ステップ１の開始にあたって、前記質量流量コントローラ５９Ａが設定流量０の状態からの流量制御の開始となることを回避し、前記液体流量コントローラ前記原料６１ａの流量を速やかに前記流量Ｆ１に制御することが可能となっている。
また、前記流量Ｆ１に対して前記流量Ｆ２の値を小さくすることで、廃棄される第１の処理ガスの流量が抑制されている。例えば、図９に示した領域Ｌは、本実施例による第１の処理ガスの削減効果である。
この場合、前記流量Ｆ２は、当該液体質量流量コントローラ５９Ａの最大設定流量の５％以上に制御されていることが好ましい。すなわち、前記流量Ｆ２は、当該質量流量コントローラ５９Ａの最大設定流量値の５％以上とされることが好ましいが、この理由を前述の図２を用いて以下に説明する。
例えば、液体質量流量コントローラで液体の流量を制御する場合、気体の流量を制御する場合と比べて前記駆動手段９Ａが大きな駆動力（駆動範囲）を有している。そのため、液体質量流量コントローラで流量を制御する場合に、設定値が０に近いか、または０とした場合には制御回路のゆらぎまたは温度などの環境変化による変動に伴い、前記ダイヤフラム９Ｃを前記シート部９Ｄに押し付けてしまう確率が大きくなる。
このように、一端前記ダイヤフラム９Ｃが前記シート部９Ｄに押し付けられてしまうと、当該ダイヤフラム９Ｃは前記シート部９Ｄに張り付いてしまうため、再び流量を増大させようと制御した場合であっても、所定流量に対応する位置に当該ダイヤフラム９Ｃを移動させるための時間が長くなってしまう。
このような液体質量流量コントローラの特性に起因する応答時間の遅延が問題となっていた。
そこで、本実施例では、図２に示す前記ダイヤフラム９Ｂと前記シート部９Ｃが接触することが防止されるように液体質量流量コントローラを制御している。
図２に示した一般的な液体質量コントローラの場合、設定値に対して実際に制御される流量には所定の振れ幅が存在し、これはダイヤフラムの位置精度とみなしてよい。
一般的な質量流量コントローラの精度からみて、設定値に対する振れ幅は３％程度であり、さらに温度の影響による基準点のシフトの影響は０．４％程度である。これらを合計すると、流量の振れ幅は３．４％であると考えられる。
したがって３．４％程度は前記ダイヤフラム９Ｃの位置が下に振れる可能性がある。そこで、前記ダイヤフラム９Ｃが前記シート部９Ｄに接触しないようにするためには、すなわち流量制御の動作遅延を防止するためには、マージンを考慮して、Ｆ２の流量設定を最大設定流量の５％以上とすることが好ましい。
また、駆動手段には例えばピエゾ、ソレノイドなどが採用されるが、流量制御範囲の中心付近がインプットに対して線形動作となり最も高速動作をするよう設計されている。そのため、制御流量が小さい（最大設定流量の１０％未満）場合は流量制御動作が遅くなる。
そのため、流量Ｆ２から流量Ｆ１及び流量Ｆ１から流量Ｆ２への流量変更の制御をさらに高速度で行うためには、Ｆ２の流量設定を最大設定流量の１０％以上とすることがさらに好ましい。
また、同様に質量流量コントローラの設定流量が大きくなる場合にはインプットに対して非線形動作となり、流量制御動作が遅くなる場合があるため、Ｆ１の流量設定を最大設定流量の９０％以下とすることが好ましい。
また、流量Ｆ２の設定を大きくしすぎると、廃棄される原料の割合が大きくなってしまうため、第１の処理ガスを前記排気ライン５３Ａに供給する場合の設定流量、すなわち前記流量Ｆ２は、ガス消費量抑制によるコスト削減の観点から前記最大設定流量値の２０％程度以下とすることが好ましい。
また、流量Ｆ２は、液体質量流量コントローラの最大設定流量で規定されるため、ガス消費量の抑制のために、最大設定流量ができるだけ小さい液体質量コントローラを用いることが好ましい。
また、一方で基板処理の時間が短縮された場合、例えば前記ステップ１〜ステップ４のそれぞれの時間が短縮された場合を考えると、前記液体質量流量コントローラ５９Ａの流量制御を、さらに高速で行う必要が生じる。この場合には、流量Ｆ２と流量Ｆ１の差が大きいと、前記液体質量流量コントローラ５９Ａの流量制御の速度が不十分となる可能性が考えられる。この場合には、必要に応じて流量Ｆ２を大きくすればよい。また、流量Ｆ２を大きくした場合であっても、前記ステップ１〜ステップ４のそれぞれの時間が短縮されているため、ガス消費量が増大する効果は相殺される。
すなわち、流量Ｆ２は、前記ステップ１〜ステップ４のそれぞれの時間と、前記液体質量流量コントローラ５９Ａの流量制御の速度、およびガス消費量抑制効果を鑑みて決定すればよい。
さらに、上記の実施例では、排気される第１の処理ガスの量が抑制されているため、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスが排気側で混合し、副生成物が形成されることが抑制される効果を奏する。
例えば、基板処理装置が設置されている設備側では、前記第１の処理ガスの排出量が多い場合には、第１の処理ガスと第２の処理ガスの排気管を分離する、または個々の排気設備を要するなどのコストがかかる問題が考えられる。
本発明による基板処理方法では、排出される第１の処理ガスの量が抑制されるため、このような副生成物の形成が抑制され、基板処理装置の設置や維持管理に係るコストを低減する効果を奏する。
また、本実施例の場合、前記基板処理装置１０の側においても、前記第１の処理ガスと第２の処理ガスの混合が抑制され、副生成物の形成などが抑制される効果を奏する。その理由を以下に説明する。
例えば、前記第２の処理ガスにＯ３を含むガスを用いる場合には、Ｏ３の生成のためにオゾナイザーを用いる場合がある。オゾナイザーは、放電セルでの放電によりＯ３を生成するため、Ｏ３の濃度が安定するまでに時間を要する。このため、第２の処理ガスはできるだけ一定の流量で、継続して流し続けるシーケンスとされることが好ましい。このため、Ｏ３の生成は継続して行いながら、第２の処理ガスのプロセス空間への供給／停止は前記切り替えバルブ５２Ｂにより、行うことが好ましい。この場合、ステップ３以外の工程では、Ｏ３は前記排気ライン５３Ｂからトラップ７０を介して排気されることになる。この場合、トラップ７０に接続された前記排気ライン５３Ａから排気される第１の処理ガスと混合してしまい、副生成物が形成されることが考えられる。
しかし、本実施例の場合、上記のように排気される前記第１の処理ガスの流量が抑制されているため、前記第２の処理ガスと排気側で混合される前記第１の処理ガスの量が抑制され、そのために副生成物の形成が抑制される効果を奏する。
また、例えば、第２の処理ガスとして、Ｈ２Ｏ，Ｏ２，Ｎ２Ｏなどのガスを用いた場合、Ｏ３を用いた場合と異なり、流量を比較的高速度で制御することが可能である。このため、第２の処理ガスのプロセス空間への供給／停止はバルブ７５Ｂ、バルブ６０Ｂなどの開閉により、行う事が可能である。
しかし、少なくとも前記ステップ３では、前記プロセス空間Ａ１に第２の処理ガスが供給されるため、このステップにおいては当該第２の処理ガスは前記排気管５６Ｂから前記トラップ７０を介して排気される。この場合においても、本実施例による基板処理方法では、前記排気ライン５３Ａから排気される第１の処理ガスの量が抑制されているため、当該第１の処理ガスと前記第２の処理ガスの混合が抑制される。また、この場合においては、混合される第１の処理ガスの量を抑制するため、前記ステップ３が開始される前に、前記流量Ｆ１を前記流量Ｆ２に減少させる制御が実施されることが好ましい。同様の理由から、前記ステップ３が終了した後に、前記流量Ｆ２が前記流量Ｆ１に増大される制御が実施されることが好ましい。
また、このように前記第１の処理ガスの排気量が抑制されているため、例えば前記ガスライン５３Ａ、５３Ｂ、前記排気管５６Ａ，５６Ｂをトラップを介して接続し、これらをまとめて１つの排気手段７１で排気するという単純な排気構造とすることが可能となっている。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
本発明によれば、複数の処理ガスが被処理基板上に交互に供給される基板処理において、当該処理ガスの消費量が抑制され、効率よい基板処理が可能となる。
従来の基板処理方法を示す図（その１）である。 従来の基板処理方法を示す図（その２）である。 質量流量コントローラの概要を示す図である。 本発明の原理を示す図（その１）である。 本発明の原理を示す図（その２）である。 本発明の原理を示す図（その３）である。 実施例１による基板処理装置を模式的に示した図（その１）である。 実施例１による基板処理装置を模式的に示した図（その２）である。 実施例１による基板処理装置の全体の概略を示す図である。 実施例１による基板処理方法を示すフローチャートである。 実施例１による基板処理方法を示すタイムチャートである。
符号の説明
１０ 基板処理装置
１０Ａ 制御手段
１１ 処理容器
１１Ａ カバープレート
１１Ｂ 外側容器
１２ 反応容器
１２Ａ 上側容器
１２Ｂ 下側容器
１３ 保持台
１４ ガードリング
１５Ａ，１５Ｂ 排気口
１６Ａ，１６Ｂ 処理ガスノズル
１７Ａ，１７Ｂ 高速ロータリバルブ
１９ ベローズ
２０ 回動軸
２１ 軸受部
２２ 磁気シール
５２Ａ，５２Ｂ 切り替えバルブ
５４Ａ，５４Ｂ ガスライン
５９Ｂ，６５Ａ，６５Ｂ，６８Ａ 質量流量コントローラ
５９Ａ 液体質量流量コントローラ
６２ 気化器
６１Ａ，６１Ｂ 原料容器
６１ａ，６１ｂ 原料

Claims (20)

  1. 被処理基板を内部に保持する処理容器と、
    第１の処理ガスを前記処理容器に供給する、流量調整手段を含む第１のガス供給手段と、
    前記処理容器と前記ガス供給手段との間に設けられ、前記第１の処理ガスが供給される供給方向を、前記処理容器に供給される第１の方向、または前記第１の処理ガスが排気されるガス排気ラインに供給される第２の方向のいずれかに切り替えるガス切り替え手段と、
    第２の処理ガスを前記処理容器に供給する第２のガス供給手段と、を有する基板処理装置による基板処理方法であって、
    前記第１の処理ガスを、前記流量調整手段により第１の流量に制御して前記第１の方向に供給する第１の工程と、
    前記処理容器より当該第１の処理ガスを排出する第２の工程と、
    前記処理容器に前記第２の処理ガスを供給する第３の工程と、
    前記処理容器より当該第２の処理ガスを排出する第４の工程と、を繰り返してなり、
    １の第１の工程と当該１の第１の工程の次に実施される２の第１の工程との間に処理ガス流量安定工程を設け、
    当該処理ガス流量安定工程は、
    １の第１の工程の後に前記ガス切り替え手段により、前記供給方向を前記第２の方向に切り替える工程（Ａ）と、
    当該工程（Ａ）の後に前記流量調整手段により、前記第１の流量を第２の流量に減少させる工程（Ｂ）と、
    当該工程（Ｂ）の後に前記流量調整手段により、前記第２の流量を前記第１の流量に増大させる工程（Ｃ）と、を有することを特徴とする基板処理方法。
  2. 前記第１の処理ガスは、液体原料が気化した気化ガスを含み、前記第１のガス供給手段は前記液体原料を気化する気化器を有し、当該気化器に供給される前記液体原料の流量が前記流量調整手段により制御されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
  3. 前記第２の流量に対応する前記液体原料の流量は、前記流量調整手段の最大設定流量の５％以上であることを特徴とする請求項２記載の基板処理方法。
  4. 前記第２の流量に対応する前記液体原料の流量は、前記流量調整手段の最大設定流量の１０％以上であることを特徴とする請求項３記載の基板処理方法。
  5. 前記ガス排気ラインは、前記処理容器に設置された当該処理容器を排気する処理容器排気ラインに接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の基板処理方法。
  6. 前記第３の工程が開始される前に、前記工程（Ｂ）が実施されることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の基板処理方法。
  7. 前記第３の工程が終了してから前記工程（Ｃ）が実施されることを特徴とする請求項６記載の基板処理方法。
  8. 前記液体原料は金属元素を含み、前記第２の処理ガスは当該金属元素を酸化する酸化ガスを含むことを特徴とする請求項２乃至７のうちいずれか１項記載の基板処理方法。
  9. 前記第２の工程は、前記処理容器にパージガスを供給するパージ工程を含むことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項記載の基板処理方法。
  10. 前記第４の工程は、前記処理容器にパージガスを供給するパージ工程を含むことを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項記載の基板処理方法。
  11. 被処理基板を内部に保持する処理容器と、
    第１の処理ガスを前記処理容器に供給する、流量調整手段を含む第１のガス供給手段と、
    前記処理容器と前記ガス供給手段との間に設けられ、前記第１の処理ガスが供給される供給方向を、前記処理容器に供給される第１の方向、または前記第１の処理ガスが排気されるガス排気ラインに供給される第２の方向のいずれかに切り替えるガス切り替え手段と、
    第２の処理ガスを前記処理容器に供給する第２のガス供給手段と、を有する基板処理装置による基板処理方法を、コンピュータによって動作させるプログラムを記憶した記録媒体であって、
    前記基板処理方法は、
    前記第１の処理ガスを、前記流量調整手段により第１の流量に制御して前記第１の方向に供給する第１の工程と、
    前記処理容器より当該第１の処理ガスを排出する第２の工程と、
    前記処理容器に前記第２の処理ガスを供給する第３の工程と、
    前記処理容器より当該第２の処理ガスを排出する第４の工程と、を繰り返してなり、
    １の第１の工程と当該１の第１の工程の次に実施される２の第１の工程との間に処理ガス流量安定工程を設け、
    当該処理ガス流量安定工程は、
    １の第１の工程の後に前記ガス切り替え手段により、前記供給方向を前記第２の方向に切り替える工程（Ａ）と、
    当該工程（Ａ）の後に前記流量調整手段により、前記第１の流量を第２の流量に減少させる工程（Ｂ）と、
    当該工程（Ｂ）の後に前記流量調整手段により、前記第２の流量を前記第１の流量に増大させる工程（Ｃ）と、を有することを特徴とする記録媒体。
  12. 前記第１の処理ガスは、液体原料が気化した気化ガスを含み、前記第１のガス供給手段は前記液体原料を気化する気化器を有し、当該気化器に供給される前記液体原料の流量が前記流量調整手段により制御されることを特徴とする請求項１１記載の記録媒体。
  13. 前記第２の流量に対応する前記液体原料の流量は、前記流量調整手段の最大設定流量の５％以上であることを特徴とする請求項１２記載の記録媒体。
  14. 前記第２の流量に対応する前記液体原料の流量は、前記流量調整手段の最大設定流量の１０％以上であることを特徴とする請求項１３記載の記録媒体。
  15. 前記ガス排気ラインは、前記処理容器に設置された当該処理容器を排気する処理容器排気ラインに接続されていることを特徴とする請求項１１乃至１４のうちいずれか１項記載の記録媒体。
  16. 前記第３の工程が開始される前に、前記工程（Ｂ）が実施されることを特徴とする請求項１１乃至１５のうちいずれか１項記載の記録媒体。
  17. 前記第３の工程が終了してから前記工程（Ｃ）が実施されることを特徴とする請求項１６記載の記録媒体。
  18. 前記液体原料は金属元素を含み、前記第２の処理ガスは当該金属元素を酸化する酸化ガスを含むことを特徴とする請求項１２乃至１７のうちいずれか１項記載の記録媒体。
  19. 前記第２の工程は、前記処理容器にパージガスを供給するパージ工程を含むことを特徴とする請求項１１乃至１７のうちいずれか１項記載の記録媒体。
  20. 前記第４の工程は、前記処理容器にパージガスを供給するパージ工程を含むことを特徴とする請求項１１乃至１９のうちいずれか１項記載の記録媒体。

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