JP2009212307A - 超臨界成膜装置およびこれを用いた超臨界成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロードロック室を隔離するための隔壁の開閉を容易に行うことができ、成膜室からの熱や物質の拡散を防止できる超臨界成膜装置および超臨界成膜方法を提供する。
【解決手段】耐圧容器４０にロードロック室５ａ、５ｂが備えられ、ロードロック室５ａ、５ｂ内の圧力を調整するための圧力調整手段と、基板４１を耐圧容器４０外から搬入するとともに耐圧容器４０外に搬出するための外部出入口４５と、基板４１を成膜室６ａ、６ｂに搬入するとともに成膜室６ａ、６ｂから搬出するための内部出入口４３とが設けられ、内部出入口４３に、ロードロック室５ａ、５ｂを内部出入口４３の外部と隔離するための開閉可能な隔壁１０ａ、１０ｂが設けられている超臨界成膜装置とする。また、耐圧容器４０の搬送室７に純粋な超臨界流体を供給する導入配管１ａ、１ｂを有し、成膜室６ａ、６ｂには超臨界流体を排出する導出配管４が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、超臨界流体雰囲気中で基板上に成膜材料を供給して成膜を行う超臨界成膜装置およびこれを用いた超臨界成膜方法に関する。

近年、半導体デバイスの微細化に伴って、超臨界状態の流体を成膜原料の媒体として用いた超臨界成膜方法および超臨界成膜方法に使用する超臨界成膜装置の開発が行われている（例えば、特許文献１〜特許文献４参照）。超臨界状態とは、物質に加える圧力と温度とがその物質固有の値（臨界点）以上となり、その物質が気体と液体の特徴を併せ持っている状態のことをいう。

また、従来から、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏn）法等の既存の成膜方法に対する超臨界成膜方法の有利な点として、しばしば成膜反応速度の速さが挙げられている。しかしながら、超臨界成膜プロセス全体を通してのスループットを評価した場合、超臨界成膜方法では、既存の真空を用いる成膜方法と比較して、成膜工程の前後に必要な予備的作業（例えば、臨界圧力以上への加圧、大気圧への減圧、成膜温度への加熱など）にかかる時間が著しく長いという問題がある。

また、真空を用いる成膜方法では、スループットを向上させるために、一般的に、ロードロック機構を用いてウエハ交換を行っている。超臨界成膜方法においても、スループットを向上させるために、高圧下でのウエハ交換にロードロック機構を用いる超臨界成膜装置の開発が進められている。
特開２００３−２１３４２５号公報 特開２００７−９５８６３号公報 特開２００７−１６２０８１号公報 特開２００７−２５０５８９号公報

しかしながら、高圧の超臨界流体を使用する超臨界成膜装置において、ロードロック機構を用いるためのロードロック室を設けると、以下に示すような問題点があった。
図９は、ロードロック室を備えた超臨界成膜装置の一例を示した水平方向の断面図である。図９において、符号３２は成膜室、符号３１は搬送室、符号３０はロードロック室を示している。図９に示すように、搬送室３１と成膜室３２とは、半導体ウエハを通過させるための開口部３１ａによって連結されている。また、搬送室３１とロードロック室３０との間には、搬送室３１および成膜室３２をロードロック室３０と隔離するための隔壁３３が設けられている。隔壁３３は、ロードロック室３０の開口部３０ａの内周よりも大きい外周を有するものであり、搬送室３１側から開口部３０ａを覆うように設置されている。また、隔壁３３は、隔壁３３を支持する開閉機構３４によって、搬送室３１側に向かって開閉可能に可動するようになっている。図９に示すように、隔壁３３が、開閉機構３４によって閉じられた状態では、ロードロック室３０は搬送室３１と完全に遮断される。

図９に示す超臨界成膜装置では、高圧の超臨界流体雰囲気下でロードロック機構を用いてウエハ交換を行う場合に隔壁３３の開閉を行うことが困難であった。例えば、図９に示す超臨界成膜装置において、ロードロック室３０の圧力が搬送室３１の圧力よりも低い場合、搬送室３１内の圧力によってロードロック室３０の開口部３０ａに隔壁３３が押し付けられるため、隔壁３３が動かしにくくなる。また、ロードロック室３０の圧力が搬送室３１の圧力よりも高い場合には、ロードロック室３０内の圧力によって隔壁３３が搬送室３１方向に押されるため、隔壁３３の可動が不安定になりやすい。このため、図９に示す超臨界成膜装置では、隔壁３３を安全かつ容易に開閉することが困難であった。また、隔壁３３を安全かつ容易に開閉することが困難であるため、隔壁３３を支持しつつ開閉させる開閉機構３４の機械部分に余計な負荷がかかりやすく、隔壁３３および開閉機構３４の耐久性が不十分となる場合があった。

また、図９に示す超臨界成膜装置では、ウエハを加熱するための熱源によって加熱される成膜室３２からの熱拡散によって、成膜室３２内における成膜環境が変化してしまうという問題や、装置全体の温度変化が経時的に起きて、各部品の消耗、破損を引き起こしてしまうという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、ロードロック室を隔離するための隔壁の開閉を容易に行うことができ、成膜室からの熱拡散を防止できる超臨界成膜装置およびこれを用いた超臨界成膜方法を提供することを目的とする。

本発明の超臨界成膜装置は、超臨界流体雰囲気中で基板上に成膜材料を供給して成膜を行う成膜室を有する耐圧容器を備えた超臨界成膜装置であって、前記耐圧容器には、成膜前の前記基板および成膜後の前記基板が搬入されるロードロック室が備えられ、前記ロードロック室には、前記ロードロック室内の圧力を調整するための圧力調整手段と、前記基板を前記耐圧容器外から搬入するとともに前記耐圧容器外に搬出するための外部出入口と、前記基板を前記成膜室に搬入するとともに前記成膜室から搬出するための内部出入口とが設けられ、前記内部出入口に、前記ロードロック室を前記内部出入口の外部と隔離するための開閉可能な隔壁が設けられているものであることを特徴とする。

上記の超臨界成膜装置においては、前記隔壁が、外周の少なくとも一部が前記内部出入口の内周よりも大きい形状を有し、前記成膜室側に向かって可動するものであり、前記ロードロック室から前記成膜室側への一方向のみ前記超臨界流体の流入が可能である逆止弁を有しているものとすることができる。

また、上記の超臨界成膜装置においては、前記圧力調整手段が、前記ロードロック室に超臨界流体を導入するロードロック室導入配管と、前記ロードロック室から超臨界流体を排出するロードロック室導出配管とに設けられているものとすることができる。

また、上記の超臨界成膜装置においては、前記高圧容器の外壁に温水ジャケットが設置されているものとすることができる。

また、上記の超臨界成膜装置においては、前記成膜室と前記ロードロック室との間に搬送室が設けられ、前記搬送室には超臨界流体を導入する導入配管が設けられ、前記成膜室には超臨界流体を排出する導出配管が設けられ、前記搬送室から前記成膜室に超臨界流体が流入しているものとすることができる。
この流れによって、成膜室から搬送室への熱や物質の拡散を抑制することができる。また、前記導入配管および前記導出配管に設けられた圧力調整手段によって、成膜室と搬送室の圧力を一括で調整することができる。

また、上記の超臨界成膜装置においては、前記ロードロック室が複数設けられ、複数の前記ロードロック室にそれぞれ設けられた前記内部出入口が１つの搬送室に接続されているものとすることができる。

また、上記の超臨界成膜装置においては、前記圧力調整手段が、各ロードロック室内の圧力を個別に調整するものであるものとすることができる。

本発明の超臨界成膜方法は、上記のいずれかに記載の超臨界成膜装置を用いて基板上に成膜する超臨界成膜方法であって、前記圧力調整手段によって前記ロードロック室内の圧力を調整することを特徴とする。

上記の超臨界成膜方法においては、前記隔壁の開閉時における前記ロードロック室内の圧力を、前記隔壁の前記成膜室側の圧力と同じ圧力、または前記隔壁の前記成膜室側の圧力を超える圧力とすることを特徴とする方法とすることができる。

本発明の超臨界成膜装置においては、ロードロック室には、前記ロードロック室内の圧力を調整するための圧力調整手段と、前記基板を前記耐圧容器外から搬入するとともに前記耐圧容器外に搬出するための外部出入口と、前記基板を前記成膜室に搬入するとともに前記成膜室から搬出するための内部出入口とが設けられ、前記内部出入口に、前記ロードロック室を前記内部出入口の外部と隔離するための開閉可能な隔壁が設けられているので、圧力調整手段によって、ロードロック室内の圧力を隔壁の開閉を容易に行うことができる圧力に調整することができ、隔壁の開閉を容易に行うことができる。よって、隔壁や、隔壁を支持するための部材、隔壁を開閉させるための部材に余計な負荷がかかりにくく、隔壁や、隔壁を支持するための部材、隔壁を開閉させるための部材の耐久性を向上させることができる。

また、本発明の超臨界成膜装置において、成膜室とロードロック室との間に搬送室が設けられ、搬送室には超臨界流体を導入する導入配管が設けられ、成膜室には超臨界流体を排出する導出配管が設けられ、搬送室から成膜室に超臨界流体が流入しているものととした場合には、この流れによって成膜室から搬送室への熱や物質の拡散を抑制することができる。このようにして、装置全体の経時的な温度変化を抑制できるので、経時的な温度変化に起因する各部品の消耗や破損を防止できる。

また、本発明の超臨界成膜方法においては、本発明の超臨界成膜装置を用いて基板上に成膜する超臨界成膜方法であって、前記圧力調整手段によって前記ロードロック室内の圧力を調整するので、ロードロック室内の圧力を制御して、隔壁の開閉を容易に行うことができる。

以下、本発明の超臨界成膜装置および超臨界成膜方法について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては、具体的な超臨界流体として二酸化炭素を用いて説明を行うが、それ以外の超臨界流体を用いることも可能である。また、以下の説明で用いる図面は、見やすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１は、本発明の超臨界成膜装置の一例を示した水平方向の断面図である。図２は、図１に示す超臨界成膜装置を構成する成膜室の鉛直方向の断面図である。また、図３および図４は、図１に示す超臨界成膜装置を構成する配管を説明するための概略図である。図５は、図１に示す超臨界成膜装置を構成するロードロック室および搬送室の鉛直方向の断面図である。図６は、図１に示す超臨界成膜装置を構成する隔壁を説明するための拡大斜視図である。

図１に示す超臨界成膜装置は、２つの成膜室６ａ、６ｂと、２つのロードロック室５ａ、５ｂと、１つの搬送室７とを有する耐圧容器４０を備えている。成膜室６ａ、６ｂ、ロードロック室５ａ、５ｂ、搬送室７の各部屋は、超臨界成膜を行う高い圧力に耐えうる十分な強度を有している。

また、図１に示す超臨界成膜装置では、耐圧容器４０外からロードロック室５ａ、５ｂに搬入されるウエハ４１（基板）は、ＦＯＵＰ２８（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）に収納されて搬入される。ＦＯＵＰ２８は、図５に示すように、複数枚のウエハ４１を収納するための容器であり、密封可能な本体内に設けられた複数枚の棚板２８ａのそれぞれにウエハ４１を挿脱自在に収納できるものである。図５に示すように、ＦＯＵＰ２８に収納されたウエハ４１は、ＦＯＵＰ２８をロードロック室５ａ、５ｂ内に配置したままの状態で、ロボットアーム８によって個別に取り出したり収納したりすることができる。

また、図１に示す超臨界成膜装置においては、耐圧容器４０の外壁を覆うように温水ジャケット２９が設置されている。温水ジャケット２９は、成膜室６ａ、６ｂ、ロードロック室５ａ、５ｂ、搬送室７の各部屋の温度が所望の温度となるように制御するためのものであり、図１、図２、図５に示すように、上記の各部屋を構成している外壁部分に接触するように設置されている。図１に示す超臨界成膜装置においては、温水ジャケット２９によって上記の各部屋の温度を制御することで、上記の各部屋の温度が臨界温度以上の温度となるようにされている。また、温水ジャケット２９によって上記の各部屋の温度を制御することで、成膜室６ａ、６ｂ内における成膜環境の変化を効果的に抑制できるし、耐圧容器４０全体の経時的な温度変化を効果的に抑制できるので、耐圧容器４０の外壁に熱履歴が残らないようにすることができる。

搬送室７は、成膜室６ａ、６ｂとロードロック室５ａ、５ｂとの間に設けられている。搬送室７は、成膜室６ａ、６ｂとロードロック室５ａ、５ｂとの間でウエハ４１の搬送を行うための部屋である。図１および図５に示すように、搬送室７には、ウエハ４１を搬送するためのロボットアーム８が配置されている。図１に示す超臨界成膜装置では、ロボットアーム８によって、高圧下の成膜室６ａ、６ｂとロードロック室５ａ、５ｂとの間をウエハ４１が移動される。また、図１に示すように、搬送室７には超臨界流体を導入するための導入配管１ａ、１ｂが設けられている。

成膜室６ａ、６ｂは、超臨界流体雰囲気中でウエハ４１上に成膜材料を供給して成膜を行うものである。図２（ａ）は成膜室６ｂ内において成膜処理を行っている時の状態を示した模式図であり、図２（ｂ）はウエハ４１交換時の成膜室６ｂ内の状態を示した模式図である。なお、図２（ａ）および図２（ｂ）においては、一方の成膜室６ｂを示しているが、もう一方の成膜室６ａにおいても成膜室６ｂと同様の構成となっている。

図１および図２に示すように、成膜室６ａ、６ｂには、ロボットアーム８によってウエハ４１を成膜室６ａ、６ｂ外（搬送室７）から搬入するとともに成膜室６ａ、６ｂ外（搬送室７）に搬出するための通路４２が設けられている。通路４２は、搬送室７と成膜室６ａ、６ｂを連結するように形成されたものであり、ロボットアーム８によってウエハ４１を搬送しうる範囲で、できるだけ幅および高さの小さいものであることが好ましい。通路４２の幅および高さを小さくすることで、搬送室７から成膜室６ａ、６ｂへの超臨界流体の流れが対流せずに一方向になるため、成膜室６ａ、６ｂから成膜室６ａ、６ｂ外（搬送室７）への成膜原料の流出や熱拡散を防止できる。

また、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、成膜室６ａ、６ｂには、ウエハ４１を所定の成膜温度まで加熱できるヒーティングテーブル１５（図１においては図示略）が設置されている。また、図１および図２に示すように、成膜室６ａ、６ｂには、超臨界二酸化炭素に溶解した成膜原料を導入する配管系３が設けられているとともに、超臨界二酸化炭素に溶解した成膜原料を排出する導出配管４が設けられている。配管系３によって導入された成膜原料は、図２（ａ）に示すように、シャワーヘッド１４を介して噴入させることによってウエハ４１面上に供給される。

また、図１に示す超臨界成膜装置においては、搬送室７に超臨界流体を導入する導入配管１ａ、１ｂが設けられ、成膜室６ａ、６ｂには超臨界流体を排出する導出配管４が設けられていることにより、搬送室７から成膜室６ａ、６ｂに超臨界流体が流入するようにされている。このことにより、搬送室７と成膜室６ａ、６ｂとの間に隔壁を設けることなく、成膜室６ａ、６ｂから搬送室７への成膜原料の流出や熱拡散を効果的に防止できる。なお、成膜室６ａ、６ｂから搬送室７への成膜原料の流出や熱拡散をより効果的に防止するために、搬送室７から成膜室６ａ、６ｂへ流入される超臨界流体は、高純度で５０〜８０℃程度の低温であることが好ましい。

ロードロック室５ａ、５ｂは、成膜前のウエハ４１および成膜後のウエハ４１が搬入・搬出されるものである。図１に示す超臨界成膜装置では、ロードロック室５ａ、５ｂにおいて、成膜前のウエハ４１の収納されたＦＯＵＰ２８と、成膜後のウエハ４１の収納されたＦＯＵＰ２８との交換が行われる。ロードロック室５ａ、５ｂ内では、耐圧容器４０外から搬入された成膜前のウエハ４１は、超臨界状態に達する圧力、温度以上の雰囲気（超臨界流体中）に保持される。

また、図１および図５に示すように、ロードロック室５ａ、５ｂには、外部出入口４５と内部出入口４３とが設けられている。外部出入口４５は、ウエハ４１を耐圧容器４０外から搬入するとともに耐圧容器４０外に搬出するためのものである。外部出入口４５には、ロードロック室５ａ、５ｂを外部出入口４５の外部と隔離するための外部隔壁４５ａが設けられている。図１に示すように、外部隔壁４５ａが閉じられた状態では、ロードロック室５ａ、５ｂは、耐圧容器４０の外部と遮断されている。外部隔壁４５ａは、耐圧容器４０の外側に向かって開閉可能に可動するようになっている。図１および図５に示すように、外部隔壁４５ａは、断面視略Ｔ字型であり、ロードロック室５ａ、５ｂ内に配置される部分の外周が外部出入口４５の内周に沿う形状とされ、耐圧容器４０外に接する部分の外周が外部出入口４５の内周よりも大きいものとされている。

また、内部出入口４３は、ウエハ４１を成膜室６ａ、６ｂに搬入するとともに成膜室６ａ、６ｂから搬出するためのものである。図１および図５に示すように、２つのロードロック室５ａ、５ｂの内部出入口４３は、いずれも搬送室７に接続されている。内部出入口４３には、ロードロック室５ａ、５ｂを内部出入口４３の外部と隔離するための開閉可能な隔壁１０ａ、１０ｂが設けられている。図１に示すように、隔壁１０ａ、１０ｂが閉じられた状態では、ロードロック室５ａ、５ｂは、内部出入口４３の外部と遮断されている。隔壁１０ａ、１０ｂは、外部隔壁４５ａを可動させてロードロック室５ａ、５ｂを開放した時に生じる場合のある大きな差圧（例えば、２０ＭＰａ程度）に耐えることができる強度を有している。

隔壁１０ａ、１０ｂは、図１、図５、図６に示すように、断面視略Ｔ字型であり、ロードロック室５ａ、５ｂ内に配置される内部４３ｃの外周が内部出入口４３の内周に沿う形状とされ、ロードロック室５ａ、５ｂ外に接する外部４３ｄの外周が内部出入口４３の内周よりも大きいものとされている。なお、図６においては、一方のロードロック室５ａに備えられた隔壁１０ａを示しているが、もう一方のロードロック室５ｂに備えられた隔壁１０ｂも同様の構成となっている。

図６に示すように、隔壁１０ａ、１０ｂは、平面視円形であり、隔壁１０ａ、１０ｂの縁部に沿って、等間隔に円環状に配置された８本の円柱状の固定冶具１１の一端が貫通している。また、図５および図６に示すように、固定冶具１１の他端が、内部出入口４３の周囲１３に設けられた凹部にはめ込まれている。このことにより、隔壁１０ａ、１０ｂが内部出入口４３を覆う位置に位置合わせされるとともに、閉じられた隔壁１０ａ、１０ｂが固定されるようになっている。また、図６に示すように、隔壁１０ａ、１０ｂの内部４３ｃの外周には、Ｏリングなどからなるシール材１２が設けられており、隔壁１０ａ、１０ｂによって、内部出入口４３が密閉されるようになっている。

また、隔壁１０ａ、１０ｂには、図１および図６に示すように、逆止弁９ａ、９ｂが設けられている。逆止弁９ａ、９ｂは、図１に示す矢印のように、ロードロック室５ａ、５ｂから搬送室７側への一方向のみ超臨界流体の流入が可能とされたものである。また、図６に示すように、逆止弁９ａ、９ｂは、隔壁１０ａ、１０ｂと同心円環状に６箇所設けられている。なお、隔壁１０ａ、１０ｂに設けられる逆止弁９ａ、９ｂの数は限定されるものではなく、１つでもよいし複数でもよい。

また、隔壁１０ａ、１０ｂは、図５に示すように、ロードロック室５ａ、５ｂに対して成膜室６ａ、６ｂ側に配置された搬送室７に向かって可動するようになっている。また、隔壁１０ａ、１０ｂは、ロードロック室５ａ、５ｂを耐圧容器４０内に開放する際には、図５に矢印で示したように、搬送室７側（水平方向）に移動された後に、上下方向に延在するガイドレール４６に支持されてガイドレール４６に沿って下方向に移動されるようになっている。このことにより、ロードロック室５ａ、５ｂ内にウエハ４１が出し入れされる際に、ウエハ４１やロボットアーム８に隔壁１０ａ、１０ｂが接触することを防止できる。

また、ロードロック室５ａ、５ｂには、ロードロック室５ａ、５ｂ内の圧力を個別に調整するための圧力調整手段が設けられている。図１に示す超臨界成膜装置においては、ロードロック室５ａ、５ｂに超臨界流体を導入するロードロック室導入配管１ｃ、１ｄと、ロードロック室５ａ、５ｂから超臨界流体を排出するロードロック室導出配管２ａ、２ｂとに圧力調整手段が設けられている。また、逆止弁９ａ、９ｂも圧力調整手段として機能する。

次に、図３および図４を用いて、図１に示す超臨界成膜装置を構成する配管について説明する。
図３（ａ）は、搬送室７に超臨界流体を導入する導入配管１ａを説明するための概略構成図である。なお、搬送室７に超臨界流体を導入する導入配管１ａと、搬送室７に超臨界流体を導入する導入配管１ｂと、ロードロック室５ａ、５ｂに超臨界流体を導入するロードロック室導入配管１ｃ、１ｄとは、同じ構成であり、設置位置が異なっているだけであるので、代表して搬送室７に超臨界流体を導入する導入配管１ａの構成を説明し、搬送室７に超臨界流体を導入する導入配管１ｂと、ロードロック室５ａ、５ｂに超臨界流体を導入するロードロック室導入配管１ｃ、１ｄについての説明を省略する。

搬送室７に超臨界流体を導入する導入配管１ａは、図３（ａ）に示すように、二酸化炭素ボンベ２０ａから供給された二酸化炭素を、高圧バルブ１６ａと、圧力調整手段である二酸化炭素用ポンプ１９ａと、ヒータなどを備えた温度調節部１８ａ内に配置された高圧バルブ１６ｂとを介して所定の温度および圧力の超臨界流体として供給するものである。

また、図３（ｂ）は、ロードロック室５ａから超臨界流体を排出するロードロック室導出配管２ａを説明するための概略構成図である。なお、ロードロック室５ａから超臨界流体を排出するロードロック室導出配管２ａと、ロードロック室５ｂから超臨界流体を排出するロードロック室導出配管２ｂとは、同じ構成であり、設置位置が異なっているだけであるので、代表してロードロック室５ａから超臨界流体を排出するロードロック室導出配管２ａの構成を説明し、ロードロック室５ｂから超臨界流体を排出するロードロック室導出配管２ｂについての説明を省略する。

ロードロック室５ａから超臨界流体を排出するロードロック室導出配管２ａは、図３（ｂ）に示すように、ロードロック室５ａから排出された超臨界流体を、ヒータなどを備えた温度調節部１８ｂ内に配置された高圧バルブ１６ｃと、背圧調整装置１７ａとを介して所定の温度および圧力で排出するものである。

また、図４（ａ）は、超臨界二酸化炭素に溶解した成膜原料を導入する配管系３を説明するための概略構成図である。
配管系３は、図４（ａ）に示すように、二酸化炭素ボンベ２０ｂから供給された二酸化炭素を、高圧バルブ１６ｄと、二酸化炭素用ポンプ１９ｂと、ヒータなどを備えた温度調節部１８ｃ内に配置された高圧バルブ１６ｅおよび逆止弁２２ａとを介して供給される所定の温度および圧力の超臨界流体と、反応ガス（酸素、水素など）ボンベ６２から高圧バルブ１６ｆと、高圧ガス用マスフロー２４と、逆止弁２２ｂとを介して供給される所定の量の反応試薬と、温度調節部１８ｄ内に配置された液体試薬（原料）貯蔵容器２６から高圧バルブ１６ｇ、１６ｈと、液体試薬用ポンプ２５と、逆止弁２２ｃとを介して供給される所定の温度および圧力の原料試薬とを混合して、超臨界二酸化炭素に溶解した反応試薬および成膜原料として供給するものである。
なお、配管系３は、必要に応じて各種ポンプおよびマスフローコントローラーを操作することにより、任意の組成の成膜原料および反応試薬を含む超臨界溶液を供給することができるものである。

また、図４（ｂ）は、超臨界二酸化炭素に溶解した成膜原料を排出する導出配管４を説明するための概略構成図である。
導出配管４は、成膜室６ａ、６ｂから排出された超臨界二酸化炭素に溶解した成膜原料を、図４（ｂ）に示すように、ヒータなどを備えた温度調節部１８ｃで加熱し、背圧調整装置１７ｂを介して分離回収容器２１内に排出し、回収するものである。

次に、図１に示す超臨界成膜装置を用いてウエハ４１上に成膜する超臨界成膜方法について図７を用いて説明する。
まず、外部隔壁４５ａが開けられて隔壁１０ｂが閉じられたロードロック室５ｂ内に、処理前のウエハ４１を複数枚収納したＦＯＵＰ２８を搬入し、外部隔壁４５ａを閉じて密閉する。
次に、２つの成膜室６ａ、６ｂに配管系３を介して二酸化炭素を導入して加圧し、搬送室７に導入配管１ａ、１ｂを介して二酸化炭素を導入して加圧し、２つのうち一方のロードロック室５ｂにロードロック室導入配管１ｄを介して二酸化炭素を導入して加圧するとともに、それらの各部屋内の温度を温水ジャケット２９によって調整し、各部屋内の雰囲気を超臨界状態（例えば、１０ＭＰａ，５０℃）にする。

次に、導出配管４に設けられた背圧調整装置１７ｂによって、成膜室６ａ、６ｂ内および搬送室７内の圧力を制御し、成膜室６ａ、６ｂ内および搬送室７内の圧力を均一にするとともに、隔壁１０ｂを開けやすくするために、導出配管４とロードロック室導出配管２ｂとにそれぞれ設けられた背圧調整装置１７ａ、１７ｂと、ロードロック室導入配管１ｄと、逆止弁９ｂとを用いて、隔壁１０ｂの成膜室６ａ、６ｂ側（搬送室７）側の圧力とロードロック室５ｂ内の圧力とを調整する。

その後、図７に示すように、隔壁１０ｂを開けて内部出入口４３を開け、ロードロック室５ｂを耐圧容器４０内に開放する。図７は、図１に示す超臨界成膜装置において、隔壁１０ｂを開放した状態の水平方向の断面図である。
隔壁１０ｂは、隔壁１０ｂの搬送室７側の圧力とロードロック室５ｂ内の圧力とが同じであるときに開けることが好ましい。
また、隔壁１０ｂは、ロードロック室導出配管２ｂの背圧調整装置１７ａの設定圧力を導出配管４の背圧調整装置１７ｂの設定圧力よりも若干高め（差圧＜０．２ＭＰａ）にすることなどにより、ロードロック室５ｂ内の圧力を隔壁１０ｂの搬送室７側の圧力をよりも若干高めとし、ロードロック室５ｂから搬送室７に逆止弁９ｂを介して流体が流入しているときに開けてもよい。なお、隔壁１０ｂには、逆止弁９ｂが設けられているので、ロードロック室５ｂから搬送室７に逆止弁９ｂを介して流体が流入している状態であるときに、隔壁１０ｂの搬送室７側の圧力とロードロック室５ｂ内の圧力との差圧が、隔壁１０ｂの開閉に支障をきたすほどに大きくなることはない。

次いで、図７に示すように、内部出入口４３を開けて開放されたロードロック室５ｂ内のＦＯＵＰ２８からロボットアーム８によってウエハ４１を一枚ずつ取り出し、成膜室６ａまたは成膜室６ｂ内に搬送し、予め成膜温度に加熱されたヒーティングテーブル１５上に設置する。
続いて、配管系３から超臨界二酸化炭素に溶解した成膜原料および反応試薬を、ヒーティングテーブル１５上に設置されたウエハ４１に、同時に、あるいは連続的に導入して、成膜を開始する。本実施形態においては、成膜中は、成膜室６ａ、６ｂ、ロードロック室５ｂ、搬送室７のすべてが超臨界流体雰囲気とされている。また、成膜中には、搬送室７に導入配管１ａ、１ｂから例えば５０℃程度の高純度の超臨界流体が導入され、導出配管４から成膜室６ａ、６ｂ内の超臨界流体が排出されるので、成膜室６ａ、６ｂ内の成膜原料およびヒーティングテーブル１５からの熱の搬送室７側への拡散が抑制される。

このようにしてウエハ４１上に所望の膜を成膜した後、配管系３からの成膜原料の供給を停止する。その後、成膜後のウエハ４１とロードロック室５ｂ内の未処理（成膜前）のウエハ４１とをロボットアーム８によって交換する。

本実施形態においては、配管系３からの成膜原料の供給を停止している間も常に、導入配管１ａ、１ｂおよび配管系３から高純度の純粋な超臨界二酸化炭素を供給するとともに、導出配管４から排出して、成膜室６ａ、６ｂ内のパージングを行うことが好ましい。

また、本実施形態においては、一方のロードロック室５ｂ内のウエハ４１を順次成膜している間に、他方のロードロック室５ａにおいて以下に示す工程を行うことが好ましい。
すなわち、他方のロードロック室５ａ内を大気圧とし、図７に示すように、他方のロードロック室５ａの外部隔壁４５ａを開け、外部出入口４５を開けてロードロック室５ａを耐圧容器４０外に開放（大気開放）する。大気開放時には、他方のロードロック５ａの隔壁１０ａは、大気と耐圧容器４０内との差圧によって、内部出入口４３の周囲１３に密着する。このため、耐圧容器４０内とロードロック室５ａとの圧力シーリングは容易に高精度で達成される。

続いて、大気開放された他方のロードロック室５ａ内に、処理前のウエハ４１を複数枚収納したＦＯＵＰ２８を搬入する。その後、ロードロック５ａの外部隔壁４５ａを閉じて、ロードロック室５ａを密閉する。次いで、ロードロック室５ａ内の温度を温水ジャケット２９によって調整するとともに、ロードロック室５ａにロードロック室導入配管１ｃを介して二酸化炭素を導入してロードロック５ａの大気を排出し、加圧することで、ロードロック室５ｂ、成膜室６ａ、６ｂ、搬送室７と同様に超臨界状態にする。

その後、一方のロードロック室５ｂ内の全てのウエハ４１の成膜が終了したら、隔壁１０ｂと同様にして隔壁１０ａを開けてロードロック室５ａを耐圧容器４０内に開放し、ロードロック室５ｂ内のウエハ４１と同様にして、ロードロック室５ａ内のウエハ４１の成膜を行う。

次に、成膜後のウエハ４１の搬入されたロードロック室５ｂの隔壁１０ｂを閉じ、内部出入口４３を閉じる。このとき、隔壁１０ｂの搬送室７側の圧力とロードロック室５ｂ内の圧力とは同じとすることが好ましい。

このようにして、ロードロック室５ｂの隔壁１０ｂを閉じた後、ロードロック室５ｂ内の二酸化炭素を排出することによって大気圧まで減圧し、ロードロック室５ｂの外部隔壁４５ａを開け、外部出入口４５を開けてロードロック室５ｂを耐圧容器４０外に開放（大気開放）する。そして、ロードロック室５ｂから、処理後のウエハ４１を収納したＦＯＵＰ２８を取り出し、処理前のウエハ４１を複数枚収納したＦＯＵＰ２８を搬入する。
以下、同様にしてロードロック室５ａ、５ｂのいずれか一方のロードロック室の外部隔壁４５ａを開けて外部出入口４５を開け、耐圧容器４０外に開放（大気開放）し、他方のロードロック室の隔壁１０ｂを開けて内部出入口４３を開け、耐圧容器４０内に開放する。そして、一方のロードロック室内での処理後のウエハ４１と処理前のウエハ４１との交換と、他方のロードロック室内に収納された処理前のウエハ４１の成膜とを同時に行うことにより、全ての処理前のウエハ４１の成膜を行う。

図１に示す超臨界成膜装置においては、ロードロック室５ａ、５ｂの内部出入口４３には、ロードロック室５ａ、５ｂを内部出入口４３の外部と隔離するための開閉可能な隔壁１０ａ、１０ｂが設けられている。ロードロック室５ａ、５ｂでは、ロードロック室導入配管１ｃ、１ｄとロードロック室導出配管２ａ、２ｂと逆止弁９ａ、９ｂとが圧力調整機能を有しているので、それら圧力調整手段によって、ロードロック室５ａ、５ｂ内の圧力を、隔壁１０ａ、１０ｂの開閉を容易に行うことができる圧力に調整することができる。
例えば、隔壁１０ａ、１０ｂの搬送室７側の圧力とロードロック室５ａ、５ｂ内の圧力とが同じとなる圧力や、ロードロック室５ｂから搬送室７に逆止弁９ａ、９ｂを介して流体が流入している圧力に調整することで、隔壁１０ａ、１０ｂの開閉を容易に行うことができる。よって、隔壁１０ａ、１０ｂや、隔壁１０ａ、１０ｂを支持するためのガイドレール４６などの部材、隔壁１０ａ、１０ｂを開閉させるための固定冶具１１などの部材に余計な負荷がかかりにくく、超臨界成膜装置の耐久性を向上させることができる。

また、図１に示す超臨界成膜装置には、隔壁１０ａ、１０ｂに加え、ロードロック室５ａ、５ｂ内の圧力を調整するための圧力調整手段とが設けられているので、成膜室６ａ、６ｂおよび搬送室７が高圧力状態にある場合でも、隔壁１０ａ、１０ｂを閉じてロードロック室５ａ、５ｂのみを大気圧状態にして、ロードロック室５ａ、５ｂ内のウエハ４１の出し入れを行うことが可能である。
よって、図１に示す超臨界成膜装置によれば、超臨界成膜プロセスで律速となる成膜室６ａ、６ｂの昇圧、減圧時間やウエハ４１の加熱時間を各ウエハ４１ごとにかける必要がなく、成膜室６ａ、６ｂ内の成膜後のウエハ４１を順次交換してウエハ４１の成膜を行うことができる。したがって、図１に示す超臨界成膜装置によれば、超臨界成膜方法におけるスループットを飛躍的に改善できる。
また、図１に示す超臨界成膜装置によれば、１枚のウエハ４１の成膜を終了するごとに成膜室６ａ、６ｂを大気開放する必要がないので、１枚のウエハ４１の成膜を終了するごとに成膜室６ａ、６ｂを大気開放する場合と比較して、空気中の汚染物質に成膜室６ａ、６ｂがさらされる機会を格段に減らすことができる。したがって、良質の膜を再現性良く成膜することができる。

また、図１に示す超臨界成膜装置においては、成膜室６ａ、６ｂとロードロック室５ａ、５ｂとの間に搬送室７が設けられ、搬送室７には超臨界流体を導入する導入配管１ａ、１ｂが設けられ、成膜室６ａ、６ｂには超臨界流体を排出する導出配管４が設けられ、搬送室７から成膜室６ａ、６ｂに超臨界流体が流入しているので、成膜室６ａ、６ｂからの熱や物質の拡散をより効果的に防止でき、成膜室６ａ、６ｂ内における成膜環境の変化をより効果的に抑制できる。また、装置全体の経時的な温度変化をより効果的に抑制できる。

また、図１に示す超臨界成膜装置によれば、２つのロードロック室５ａ、５ｂの内部出入口４３が１つの搬送室７に接続されており、一方のロードロック室の外部出入口４５が開いているときに、他方のロードロック室の内部出入口４３が開いているので、一方のロードロック室内での処理後のウエハ４１と処理前のウエハ４１との交換と、他方のロードロック室内のウエハ４１の成膜とを同時に行うことができる。この場合、成膜時間以外の時間的なロス（例えば、耐圧容器４０内の臨界圧力以上への加圧、ロードロック室の大気圧への減圧、耐圧容器４０内の成膜温度への加熱など）を最小限にして連続的にウエハ４１上に効率よく成膜できる。

また、図１に示す超臨界成膜装置においては、２つのロードロック室５ａ、５ｂ内の圧力を個別に調整する圧力調整手段が設けられているので、一方のロードロック室内での処理後のウエハ４１と処理前のウエハ４１との交換と、他方のロードロック室内のウエハ４１の成膜とを同時に行う場合に、各ロードロック室５ａ、５ｂ内の圧力を容易に個別に制御でき、安全かつ定常的にロードロック機構を利用しながら成膜処理を行うことができる。

また、本実施形態の超臨界成膜方法においては、圧力調整手段によってロードロック室５ａ、５ｂ内の圧力を調整するので、ロードロック室５ａ、５ｂ内の圧力を、隔壁１０ａ、１０ｂの搬送室７側の圧力とロードロック室５ａ、５ｂ内の圧力とが同じとなる圧力や、ロードロック室５ａ、５ｂから搬送室７に逆止弁９ａ、９ｂを介して流体が流入している圧力に制御して、隔壁１０ａ、１０ｂの開閉を容易に行うことができる。

次に、本発明の超臨界成膜装置および超臨界成膜方法の他の例について、図面を参照して詳細に説明する。図８は、本発明の超臨界成膜装置の他の一例を示した鉛直方向の断面図である。図８に示す本実施形態の超臨界成膜装置は、図１に示す超臨界成膜装置と、成膜室が異なっており、それ以外の構成については同一となっている。したがって、図８に示す本実施形態の超臨界成膜装置において、図１に示す超臨界成膜装置と同一の構成については、その説明について省略若しくは簡略化する。

図１に示す超臨界成膜装置を構成する成膜室６ａ、６ｂは、所謂、枚葉式であったが、図８に示す超臨界成膜装置を構成する成膜室６１は、複数枚のウエハ４１に対して同時に成膜するバッチ式とされている。図８に示すように、バッチ式の成膜室６１では、複数のヒーティングテーブル３０が互いに離間して上下方向に複数段（例えば２５段）配置されている。なお、図８に示す成膜室６１では、ヒーティングテーブル３０の裏面への不要な成膜（デポ）を抑制するために、ヒーティングテーブル３０の裏面に断熱材からなる断熱層を設けることができる。各ウエハ４１は、各ヒーティングテーブル３０の加熱領域に載置されて成膜される。

次に、図８に示す超臨界成膜装置を用いてウエハ４１上に成膜する超臨界成膜方法について説明する。
図８に示す超臨界成膜装置を用いる場合も図１に示す超臨界成膜装置を用いる場合と同様にロードロック室５ｂを開放して、ロードロック室５ｂ内のＦＯＵＰ２８からロボットアーム８によってウエハ４１を一枚ずつ取り出し、成膜室６１内に搬送して、予め成膜温度に加熱されたヒーティングテーブル３０上に設置して成膜する。図８に示す超臨界成膜装置を用いる場合、図１に示す超臨界成膜装置を用いる場合と異なり、複数枚のウエハ４１上に同時に成膜することができる。成膜後のウエハ４１は、ロードロック室５ｂ内の未処理（成膜前）のウエハ４１と、ロボットアーム８によって交換する。

このようなバッチ式の成膜室６１を備えた超臨界成膜装置は、成膜室６１内で複数枚のウエハ４１上に同時に成膜することができるので、図１に示す枚葉式の成膜室６ａ、６ｂを備えた超臨界成膜装置よりも、スループットを向上させることができ好ましい。しかし、枚葉式の成膜室６ａ、６ｂは、バッチ式の成膜室６１と比較して、膜の面内均一性やロット内の均一性が優れている。したがって、成膜する膜に所望する特性やスループットを考慮して、枚葉式の成膜室６ａ、６ｂを用いるか、バッチ式の成膜室６１を用いるかを決定すればよい。

図８に示す超臨界成膜装置においても、ロードロック室５ａ、５ｂの内部出入口４３には、ロードロック室５ａ、５ｂを内部出入口４３の外部と隔離するための開閉可能な隔壁１０ａ、１０ｂが設けられ、ロードロック室５ａ、５ｂには、ロードロック室導入配管１ｃ、１ｄとロードロック室導出配管２ａ、２ｂと逆止弁９ａ、９ｂとを有する圧力調整手段が設けられているので、圧力調整手段によって、ロードロック室５ａ、５ｂ内の圧力を、隔壁１０ａ、１０ｂの開閉を容易に行うことができる圧力に調整することができ、隔壁１０ａ、１０ｂの開閉を容易に行うことができる。

なお、本発明は、上述した実施例のみに限定されるものではない。例えば、成膜室およびロードロック室の数は、２つに限定されるものではなく、１つでもよいし３つ以上であってもよく、生産性や成膜条件などによって決定できる。
また、ロードロック室導入配管、ロードロック室導出配管、逆止弁の全てが圧力調整機能を有し、相互作用していることがロードロック室内の圧力を容易に精度よく調整できるため好ましいが、ロードロック室内の圧力を調整できればいかなるものであってもよく、例えば、ロードロック室導入配管のみであってもよいし、ロードロック室導入配管と逆止弁とからなるものであってもよい。

図１は、本発明の超臨界成膜装置の一例を示した水平方向の断面図である。 図２は、図１に示す超臨界成膜装置を構成する成膜室の鉛直方向の断面図である。 図３は、図１に示す超臨界成膜装置を構成する配管を説明するための概略図である。 図４は、図１に示す超臨界成膜装置を構成する配管を説明するための概略図である。 図５は、図１に示す超臨界成膜装置を構成するロードロック室および搬送室の鉛直方向の断面図である。 図６は、図１に示す超臨界成膜装置を構成する隔壁を説明するための拡大斜視図である。 図７は、図１に示す超臨界成膜装置において、隔壁を開放した状態の水平方向の断面図である。 図８は、本発明の超臨界成膜装置の他の一例を示した鉛直方向の断面図である。 図９は、ロードロック室を備えた超臨界成膜装置の一例を示した水平方向の断面図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ…導入配管、１ｃ、１ｄ…ロードロック室導入配管、２ａ、２ｂ…ロードロック室導出配管、３…配管系、４…導出配管、５ａ、５ｂ…ロードロック室、６ａ、６ｂ、６１…成膜室、７…搬送室、８…ロボットアーム、９、９ａ、９ｂ…逆止弁、１０ａ、１０ｂ……隔壁、１１…固定冶具、１２…シール材、１３…周囲、１４…シャワーヘッド、１５、３０…ヒーティングテーブル、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ…高圧バルブ、１７ａ、１７ｂ…背圧調整装置、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ…温度調節部、１９ａ、１９ｂ…二酸化炭素用ポンプ、２０ａ、２０ｂ…二酸化炭素ボンベ、２１…分離回収容器、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…逆止弁、２４…高圧ガス用マスフロー、２５…液体試薬用ポンプ、２６…液体試薬（原料）貯蔵容器、２８…ＦＯＵＰ、２８ａ…棚板、２９…温水ジャケット、４０…耐圧容器、４１…ウエハ（基板）、４２…通路、４３…内部出入口、４３ｃ…内部、４３ｄ…外部、４５…外部出入口、４５ａ…外部隔壁、４６…ガイドレール、６２…反応ガス（酸素、水素など）ボンベ。

Claims (9)

1. 超臨界流体雰囲気中で基板上に成膜材料を供給して成膜を行う成膜室を有する耐圧容器を備えた超臨界成膜装置であって、
   前記耐圧容器には、成膜前の前記基板および成膜後の前記基板が搬入されるロードロック室が備えられ、前記ロードロック室には、前記ロードロック室内の圧力を調整するための圧力調整手段と、前記基板を前記耐圧容器外から搬入するとともに前記耐圧容器外に搬出するための外部出入口と、前記基板を前記成膜室に搬入するとともに前記成膜室から搬出するための内部出入口とが設けられ、
   前記内部出入口に、前記ロードロック室を前記内部出入口の外部と隔離するための開閉可能な隔壁が設けられていることを特徴とする超臨界成膜装置。
2. 前記隔壁が、外周の少なくとも一部が前記内部出入口の内周よりも大きい形状を有し、前記成膜室側に向かって可動するものであり、
   前記ロードロック室から前記成膜室側への一方向のみ前記超臨界流体の流入が可能である逆止弁を有していることを特徴とする請求項１に記載の超臨界成膜装置。
3. 前記圧力調整手段が、前記ロードロック室に超臨界流体を導入するロードロック室導入配管と、前記ロードロック室から超臨界流体を排出するロードロック室導出配管とに設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超臨界成膜装置。
4. 前記高圧容器の外壁に温水ジャケットが設置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の超臨界成膜装置。
5. 前記成膜室と前記ロードロック室との間に搬送室が設けられ、
   前記搬送室には超臨界流体を導入する導入配管が設けられ、
   前記成膜室には超臨界流体を排出する導出配管が設けられ、
   前記搬送室から前記成膜室に超臨界流体が流入していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の超臨界成膜装置。
6. 前記ロードロック室が複数設けられ、複数の前記ロードロック室にそれぞれ設けられた前記内部出入口が１つの搬送室に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の超臨界成膜装置。
7. 前記圧力調整手段が、各ロードロック室内の圧力を個別に調整するものであることを特徴とする請求項６に記載の超臨界成膜装置。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の超臨界成膜装置を用いて基板上に成膜する超臨界成膜方法であって、
   前記圧力調整手段によって前記ロードロック室内の圧力を調整することを特徴とする超臨界成膜方法。
9. 前記隔壁の開閉時における前記ロードロック室内の圧力を、前記隔壁の前記成膜室側の圧力と同じ圧力、または前記隔壁の前記成膜室側の圧力を超える圧力とすることを特徴とする請求項８に記載の超臨界成膜方法。

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