JP2010040845A

JP2010040845A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2010040845A
Application number: JP2008203164A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ono; 健治大野
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2010-02-18

Abstract

【課題】休止の長期化や配管汚染の危惧を防止しつつ液体原料を補給可能とする基板処理装置を提供する。
【解決手段】液体原料８０を供給するためのタンク８１と、液体原料８０を気化させる気化器８３とを具備し、気化器８３が液体原料８０を気化させた気化ガスを処理室内に供給しウエハ上に成膜する基板処理装置において、タンク８１に、液体原料８０を補給するための補給容器９１と、タンク８１内を減圧する排気管９３とを接続し、補給容器９１内の圧力をタンク８１内の圧力よりも高くすることにより、液体原料８０を補給容器９１内からタンク８１内へ補給する。補給容器９１には洗浄液９５を貯蔵した洗浄液容器９６を接続する。交換作業は補給容器９１について実施すれば済むため、基板処理装置の休止の長期化や配管汚染の危惧を防止しつつ、液体原料を補給することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板処理装置に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、ＩＣが作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に所望の薄膜をＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）法によって形成するのに利用して有効な基板処理装置に関する。

ＩＣの製造方法において、ウエハに薄膜を形成する基板処理装置として、バッチ式縦形ホットウオール形ＡＬＤ装置（以下、ＡＬＤ装置という。）が使用されることがある。

従来のこの種のＡＬＤ装置として、液体原料を封入供給するためのタンクと、液体原料を気化させる気化器と、を具備し、気化器が液体原料を気化させた気化ガスを処理室内に供給し、ウエハ上に成膜するものがある。

液体原料を使用するＡＬＤ装置においては、液体原料は消費されるので、液体原料を補充する必要がある。
液体原料を補充する方法としては、液体原料が予め充填された別のタンクに交換する方法が、一般的に考えられる。
しかしながら、タンクを交換する方法においては、ＡＬＤ装置の休止期間が長くなるばかりでなく、配管汚染の危惧があるという問題点がある。

本発明の目的は、休止の長期化や配管汚染の危惧を防止しつつ、液体原料を補給することができる基板処理装置を提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）液体原料を供給するためのタンクと、前記液体原料を気化させる気化器と、を具備し、前記気化器が前記液体原料を気化させた気化ガスを処理室内に供給し、基板上に成膜する基板処理装置において、
前記タンクに、前記液体原料を補給するための補給容器と、前記タンク内を減圧する排気管とを接続し、前記補給容器内の圧力を前記タンク内の圧力よりも高くすることにより、前記液体原料を前記補給容器内から前記タンク内へ補給することを特徴とする基板処理装置。
（２）排気管が前記補給容器に接続されていることを特徴とする前記（１）に記載の基板処理装置。
（３）洗浄液を貯蔵した洗浄液容器が前記補給容器に接続されていることを特徴とする前記（１）（２）に記載の基板処理装置。
（４）前記補給容器と前記洗浄液容器とがユニット化されていることを特徴とする前記（３）に記載の基板処理装置。

前記手段によれば、休止の長期化や配管汚染の危惧を防止しつつ、液体原料を補給することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ＩＣの製造方法に使用される基板処理装置として構成されている。
本実施の形態に係る基板処理装置は、基板としてのウエハに薄膜を形成する成膜工程に使用されるものとして構成されている。

図１に示されているように、基板としてのウエハ１はシリコン等の半導体材料が使用されて薄い円板形状に形成されており、キャリアとしてのオープンカセット（以下、カセットという。）２に収納された状態で基板処理装置１０に供給される。

図１および図２に示されているように、基板処理装置１０は筐体１１を備えている。
筐体１１はステンレス鋼材やステンレス鋼板等が使用されて略直方体の箱形状に構築されている。
筐体１１の正面壁１１ａにはメンテナンス可能なように設けられた正面メンテナンス口１２が開設され、正面メンテナンス口１２には正面メンテナンス扉１３がこれを開閉するように建て付けられている。
正面メンテナンス扉１３にはカセット搬入搬出口１４が筐体１１の内外を連通するように開設されており、カセット搬入搬出口１４はフロントシャッタ１５によって開閉されるようになっている。

カセット搬入搬出口１４の筐体１１内側にはカセットステージ１６が設置されている。カセット２はカセットステージ１６の上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、カセットステージ１６の上から搬出される。
カセットステージ１６にはカセット２が工程内搬送装置によって、カセット２内のウエハ１が垂直姿勢となりカセット２のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１６はカセット２を筐体後方に右回り縦方向９０度回転させるように構成されており、カセット２内のウエハ１が水平姿勢となり、カセット２のウエハ出し入れ口が筐体後方を向くように動作させるようになっている。

筐体１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚１７が設置されており、カセット棚１７は複数段複数列にて複数個のカセット２を保管するように構成されている。カセット棚１７にはカセット２が収納される移載棚１８が設けられている。
また、カセットステージ１６の上方には予備カセット棚１９が設けられており、予備カセット棚１９はカセット２を予備的に保管するように構成されている。
カセットステージ１６とカセット棚１７との間には、カセット搬送装置２０が設置されている。カセット搬送装置２０はカセットエレベータ２０ａとカセット搬送機構２０ｂとを備えている。カセットエレベータ２０ａはカセット搬送機構２０ｂを昇降可能に構成されており、カセット搬送機構２０ｂはカセット２を保持して搬送可能なように構成されている。
カセット搬送装置２０はカセットエレベータ２０ａとカセット搬送機構２０ｂとの連続動作により、カセットステージ１６、カセット棚１７、予備カセット棚１９との間で、カセット２を搬送するように構成されている。

カセット棚１７の後方にはウエハ移載機構２１が設置されている。
ウエハ移載機構２１はウエハ移載装置エレベータ２１ａおよびウエハ移載装置２１ｂとを備えており、ウエハ移載装置エレベータ２１ａは筐体１１の右側端部に設置されている。ウエハ移載装置エレベータ２１ａはウエハ移載装置２１ｂを昇降させるように構成されている。ウエハ移載装置２１ｂはツィーザ２１ｃによってウエハ１を保持して、ウエハ１を水平方向に回転ないし直動可能なように構成されている。
ウエハ移載機構２１はウエハ移載装置エレベータ２１ａおよびウエハ移載装置２１ｂの連続動作により、ウエハ移載装置２１ｂのツィーザ２１ｃによってウエハ１を掬い取り、所定の位置に搬送した後に、ウエハ１を所定の位置に受け渡す。

筐体１１内における後端部の片側にはボートエレベータ２２が設置されている。
ボートエレベータ２２の昇降台に連結された連結具としてのアーム２３には、蓋体としてのシールキャップ２４が水平に据え付けられている。シールキャップ２４は後記する炉口を開閉するように構成されているとともに、後記するボートを垂直に支持するように構成されている。

カセット棚１７の上方には前側クリーンユニット２５が設置されている。
前側クリーンユニット２５は供給ファンや防塵フィルタ等によって構築されており、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体１１内の前側エリアに流通させる。
また、図１に便宜的に想像線で示されているように、ウエハ移載装置エレベータ２１ａおよびボートエレベータ２２側と反対側である筐体１１の左側端部には、後側クリーンユニット２６が設置されている。
後側クリーンユニット２６は供給ファンや防塵フィルタ等によって構築されており、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体１１内の後側エリアに流通させた後に、排気装置によって筐体１１の外部に排気させる。

ここで、以上の構成に係る基板処理装置１０のウエハ１の搬送作動を説明する。
図１および図２に示されているように、カセット２がカセットステージ１６に供給されるに先立って、カセット搬入搬出口１４がフロントシャッタ１５によって開放される。
その後、カセット２はカセット搬入搬出口１４から搬入され、カセットステージ１６の上にウエハ１が垂直姿勢であって、カセット２のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。
その後、カセット２はカセットステージ１６によって、カセット２内のウエハ１が水平姿勢となり、カセット２のウエハ出し入れ口が筐体１１の後方を向くように、筐体１１の後方に右周り縦方向９０度回転させられる。
次に、カセット２はカセット棚１７ないし予備カセット棚１９の指定された棚位置へカセット搬送装置２０によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管される。
その後、カセット２はカセット棚１７ないし予備カセット棚１９からカセット搬送装置２０によって移載棚１８に移載される。
なお、カセット２はカセット搬送装置２０によって移載棚１８に直接的に搬送されることもある。
カセット２が移載棚１８に移載されると、ウエハ１はウエハ移載装置２１ｂのツィーザ２１ｃによってカセット２からウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、後記するボートに装填（チャージング）される。ウエハ１を受け渡したウエハ移載装置２１ｂはカセット２に戻り、次のウエハ１をボートに装填する。

図１および図２に示されているように、筐体１１の後端部の上にはＡＬＤ法を実施する処理炉（以下、ＡＬＤ装置という。）３０が設置されている。
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ順次に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う方法、である。
そして、ＡＬＤ法においては、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給することによって成膜を行う。また、膜厚の制御は、反応性ガス供給のサイクル数によって実行することができる。例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合には、複数種類のガスの供給は２０サイクル実行される。

図２、図３および図４に示されているように、ＡＬＤ装置３０は反応管３１を備えている。反応管３１は基板であるウエハ１を処理する反応容器を構成している。反応管３１は石英（ＳｉＯ₂ ）が用いられて一体的に形成されている。反応管３１は一端が開口し他端が閉塞した円筒形状に形成されており、反応管３１は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。

反応管３１はマニホールド３３の上にシールリング３３Ａを挟まれて載置されており、反応管３１はマニホールド３３が筐体１１に据え付けられることにより、筐体１１に水平に支持されている。反応管３１およびマニホールド３３の筒中空部は、複数枚のウエハ１を収容して処理する処理室３２を形成している。
マニホールド３３はステンレス鋼等によって上下両端が開口した円筒形状に形成されており、マニホールド３３の下端には炉口３４が形成されている。
炉口３４は図１に示されたシャッタ２７によって開閉される。

図３に示されているように、シールキャップ２４は炉口３４の内径よりも大きい径の外径を有する円盤形状に形成されている。シールキャップ２４はシールリング２４ａによって炉口３４を気密シールするように構成されている。
シールキャップ２４の中心線上には、回転駆動装置６３によって回転駆動される回転軸６４が挿通されており、回転軸６４はシールキャップ２４と共に昇降するように構成されている。回転軸６４の上端には支持台６５が垂直に設置されており、支持台６５の上には保持具としてのボート７０が垂直に立脚されて支持されている。

ボート７０は上下で一対の端板７１、７２と、両端板７１と７２との間に架設されて垂直に配設された複数本の保持柱７３とを備えている。複数本の保持柱７３には多数条の保持溝７４が長手方向に等間隔に配されて、同一平面内で互いに対向して開口するように没設されている。
そして、ウエハ１の外周縁辺が各保持柱７３の多数条の保持溝７４間にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ１がボート７０に水平にかつ互いに中心を揃えられた状態で整列されて保持されるようになっている。

図２に示されているように、ＡＬＤ装置３０は加熱装置（加熱手段）であるヒータ６２を備えており、ヒータ６２は反応管３１の外部に反応管３１の周囲を包囲するように同心円に設備されている。ヒータ６２は処理室３２を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するように構成されている。

マニホールド３３の側壁の一部には、処理室３２を排気する排気管３５の一端が接続されている。図４に示されているように、排気管３５の他端は真空ポンプ３６にＡＰＣバルブ（メインバルブ）３７を介して接続されている。
なお、ＡＰＣバルブ３７は、弁体を開閉することによって処理室３２の排気および排気停止を実行し、かつ、弁体の開度を調節して排気量を調整することによって処理室３２の圧力を制御する。

図４に示されているように、処理室３２内には第一ノズル４０および第二ノズル５０が設けられている。第一ノズル４０および第二ノズル５０は複数種類、ここでは２種類の処理ガスを処理室３２内へ供給する供給経路を構成している。
第一ノズル４０および第二ノズル５０はエルボ管形状に形成されており、エルボ管の下腕部分が反応管３１側壁を貫通し、上腕部分が垂直に立脚した状態で、反応管３１に支持されている。
第一ノズル４０の上腕部は反応管３１内壁とウエハ１との間における円弧状の空間に配置されており、反応管３１下部から上部内壁にウエハ１の積載方向に沿って延在している。第一ノズル４０の側面には、ガスを供給する供給孔４１が複数個開設されている。複数個のガス供給孔４１は下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、かつ、同じ開口ピッチで設けられている。
第二ノズル５０の上腕部も反応管３１内壁とウエハ１との間における円弧状の空間に配置されており、反応管３１下部から上部内壁にウエハ１の積載方向に沿って延在している。第二ノズル５０の側面には、ガスを供給する供給孔５１が複数個開設されている。複数個のガス供給孔５１は下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、かつ、同じ開口ピッチで設けられている。

図４に示されているように、第二ノズル５０の外側端には第二ガス供給管５２の下流側端が接続されており、第二ガス供給管５２の上流側端には第二ガス供給装置５３が接続されている。第二ガス供給管５２には上流方向から順に、流量制御装置（流量制御手段）である第一マスフローコントローラ５４、開閉弁である第二バルブ５５がそれぞれ設けられている。
第二ガス供給管５２にはキャリアガスを供給する第二キャリアガス供給管５６が合流されている。第二キャリアガス供給管５６には上流方向から順に、流量制御装置（流量制御手段）であるマスフローコントローラ（以下、第二キャリアガスＭＦＣという。）５７および開閉弁であるバルブ（以下、第二キャリアガスバルブという。）５８が設けられている。

図４に示されているように、第一ノズル４０の外側端には第一ガス供給管４２の下流側端が接続されており、第一ガス供給管４２の上流側端には、図５に示された気化ガス供給装置４３が接続されている。第一ガス供給管４２の途中には開閉弁である第一バルブ４５が設けられている。
第一ガス供給管４２にはキャリアガスを供給する第一キャリアガス供給管４６が合流されている。第一キャリアガス供給管４６には上流方向から順に、流量制御装置（流量制御手段）であるマスフローコントローラ（以下、第一キャリアガスＭＦＣという。）４７および開閉弁であるバルブ（以下、第一キャリアガスバルブという。）４８が設けられている。

本実施の形態においては、気化ガス供給装置４３は図５に示されているように構成されている。
気化ガス供給装置４３は液体原料８０を供給するためのタンク８１を備えており、タンク８１内には液体原料８０が貯留されている。
タンク８１には液体原料を供給するための液体原料供給管８２の一端が接続されており、液体原料供給管８２の一端は液体原料８０中に浸漬されている。液体原料供給管８２の他端には液体原料８０を気化させる気化器８３が接続されている。気化器８３の送出口には第一ガス供給管４２の上流側端が接続されており、気化器８３は気化させたガスを第一ガス供給管４２に送出して供給する。
液体原料供給管８２にはタンク８１側から順に、第一バルブ（開閉弁）Ｖ１、第一セルフシール継手Ｃ１、流量制御装置（流量制御手段）であるマスフローコントローラ８４が設けられている。
タンク８１には不活性ガスを供給するための不活性ガス供給管８５の一端が接続されている。不活性ガス供給管８５にはタンク８１側から順に、第二バルブ（開閉弁）Ｖ２、第二セルフシール継手Ｃ２、第一圧力計Ｇ１、第一レギュレータＲ１が設けられている。
タンク８１にはタンク内圧を計測する第二圧力計Ｇ２が設けられている。

気化ガス供給装置４３は液体原料８０を補給するための補給容器９１を備えており、補給容器９１内には液体原料８０が貯留されている。
補給容器９１には液体原料８０を補給するための補給管９２の一端が接続されており、補給管９２の他端はタンク８１に接続されている。補給管９２は補給容器９１内の液体原料８０をタンク８１内に圧送することができるようになっている。
補給管９２には補給容器９１側から順に、第三バルブ（開閉弁）Ｖ３、第三セルフシール継手Ｃ３、第四バルブ（開閉弁）Ｖ４、第五バルブ（開閉弁）Ｖ５、第四セルフシール継手Ｃ４、第六バルブ（開閉弁）Ｖ６が設けられている。
補給管９２の第四バルブＶ４と第四セルフシール継手Ｃ４との間には、排気管９３の一端が接続されており、排気管９３の他端は排気ポンプに第七バルブ（開閉弁）Ｖ７を介して接続されている。
補給容器９１には不活性ガスを供給するための不活性ガス供給管（以下、第二不活性ガス供給管という。）９４の一端が接続されている。第二不活性ガス供給管９４には補給容器９１側から順に、第八バルブ（開閉弁）Ｖ８、第五セルフシール継手Ｃ５、第九バルブ（開閉弁）Ｖ９、第十バルブ（開閉弁）Ｖ１０、第三圧力計Ｇ３、第二レギュレータＲ２が設けられている。

気化ガス供給装置４３は洗浄液９５を供給するための洗浄液容器９６を備えており、洗浄液容器９６内には洗浄液９５が貯留されている。
洗浄液容器９６には洗浄液９５を供給するための洗浄液供給管９７の一端が接続されており、洗浄液供給管９７の他端は補給管９２の第四バルブＶ４と第五バルブＶ５との間に接続されている。洗浄液供給管９７には洗浄液容器９６側から順に、第十一バルブ（開閉弁）Ｖ１１、第十二バルブ（開閉弁）Ｖ１２が設けられている。
洗浄液供給管９７の第十一バルブＶ１１と第十二バルブＶ１２との間には分岐管９８の一端が接続されており、分岐管９８の他端は第二不活性ガス供給管９４の第九バルブＶ９と第十バルブＶ１０との間に第十三バルブ（開閉弁）Ｖ１３を介して接続されている。
洗浄液供給管９７は洗浄液容器９６内の洗浄液９５を補給管９２および第二不活性ガス供給管９４に圧送することができるようになっている。
洗浄液容器９６には不活性ガスを供給するための不活性ガス供給管（以下、第三不活性ガス供給管という。）９９の一端が接続されている。第三不活性ガス供給管９９には洗浄液容器９６側から順に、第十四バルブ（開閉弁）Ｖ１４、第四圧力計Ｇ４、第三レギュレータＲ３が設けられている。

ＡＬＤ装置３０はコントローラ６１（図４参照）を備えており、コントローラ６１はパネルコンピュータやパーソナルコンピュータ等によって構築されている。
便宜上、一部の図示は省略するが、図４に示されているように、コントローラ６１は、真空ポンプ３６、ＡＰＣバルブ３７、気化ガス供給装置４３、第二ガス供給装置５３、マスフローコントローラ４７、５４、５７、バルブ４５、４８、５５、５８等に接続され、これらを制御する。

次に、以上の構成に係るＡＬＤ装置３０を使用したＩＣの製造方法における成膜工程を、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂ ）膜をウエハ１上に成膜する場合について説明する。
酸化ハフニウム膜をウエハ１上にＡＬＤ装置によって形成する場合には、ＴＥＭＡＨ（Ｈｆ［ＮＣＨ₃Ｃ₂ Ｈ₅］₄、テトラキスメチルエチルアミノハフニウム）と、オゾン（Ｏ₃）とが使用される。これにより、１８０〜２５０℃の低温で、高品質の酸化ハフニウムを成膜することができる。

ボート７０を処理室３２に搬入後、以下の３つのステップを順次実行する。
（ステップ１）
第一ガス供給管４２にはＴＥＭＡＨガスを流し、第一キャリアガス供給管４６にはキャリアガス（窒素ガス）を流す。すなわち、第一ガス供給管４２の第一バルブ４５、第一キャリアガスバルブ４８および排気管３５のＡＰＣバルブ３７を共に開ける。
キャリアガスは第一キャリアガス供給管４６から流れ、第一キャリアガスＭＦＣ４７により流量調整される。
気化ガス供給装置４３において、液体原料８０であるＴＥＭＡＨは液体原料供給管８２から流れ、マスフローコントローラ８４により流量調整され、気化器８３により気化され、第一ガス供給管４２に送出される。
第一ガス供給管４２に送出された気化ガスは、流量調整されたキャリアガスを混合し、第一ノズル４０のガス供給孔４１から処理室３２内に供給されつつ、排気管３５から排気される。
この時、ＡＰＣバルブ３７を適正に調整し処理室３２内の圧力を所定値に維持する。
気化ガス供給装置４３で制御するＴＥＭＡＨの供給量は、０．０１〜０．１ｇ／ｍｉｎである。ＴＥＭＡＨガスにウエハ１を晒す時間は３０〜１８０秒間である。
このとき、ヒータ６２の温度はウエハの温度が１８０〜２５０℃の範囲内の所定値になるよう設定してある。
ＴＥＭＡＨを処理室３２内に供給することで、ウエハ１上の下地膜等の表面部分と表面反応（化学吸着）する。

（ステップ２）
第一ガス供給管４２の第一バルブ４５を閉め、ＴＥＭＡＨの供給を停止する。
このとき、排気管３５のＡＰＣバルブ３７は開いたままとし、処理室３２内を２０Ｐａ以下となるまで真空ポンプ３６によって排気し、残留ＴＥＭＡＨガスを処理室３２内から排除する。このとき、窒素等の不活性ガスを処理室３２内へ供給すると、さらに、残留ＴＥＭＡＨガスを排除する効果が高まる。

（ステップ３）
第二ガス供給管５２にオゾンを流し、第二キャリアガス供給管５６にキャリアガス（窒素ガス）を流す。すなわち、第二ガス供給管５２の第二バルブ５５および第二キャリアガス供給管５６の第二キャリアガスバルブ５８を共に開く。
キャリアガスは第二キャリアガス供給管５６から流れ、第二キャリアガスＭＦＣ５７により流量調整される。オゾンは第二ガス供給管５２から流れ、第一マスフローコントローラ５４により流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、第二ノズル５０のガス供給孔５１から処理室３２内に供給されつつガス排気管３５から排気される。
この時、ＡＰＣバルブ３７を適正に調整して処理室３２内の圧力を所定圧力値に維持する。
オゾンにウエハ１を晒す時間は１０〜１２０秒間である。
ウエハの温度は、ステップ１のＴＥＭＡＨガスの供給時と同じく、１８０〜２５０℃の範囲内の所定値となるようヒータ６２を設定する。
オゾンの供給により、ウエハ１の表面に化学吸着したＴＥＭＡＨとオゾンとが表面反応して、ウエハ１上に酸化ハフニウム膜が成膜される。
成膜後、第二ガス供給管５２の第二バルブ５５および第二キャリアガス供給管５６の第二キャリアガスバルブ５８を閉じ、真空ポンプ３６により処理室３２内を排気し、残留するオゾンの成膜に寄与した後のガスを排除する。
このとき、窒素等の不活性ガスを反応管３１内に供給すると、さらに、残留するオゾンの成膜に寄与した後のガスを処理室３２から排除する効果が高まる。

また、前述したステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ１上に所定の膜厚の酸化ハフニウム膜を成膜することができる。

以上の成膜工程が繰り返し実施されることにより、気化ガス供給装置４３のタンク８１内の液体原料８０であるＴＥＭＡＨは消費されるので、液体原料８０であるＴＥＭＡＨを補充する必要がある。
液体原料を補充する方法としては、液体原料が予め充填された別のタンクに交換する方法が、一般的に考えられる。
しかしながら、タンクを交換する方法においては、ＡＬＤ装置の休止期間が長くなるばかりでなく、配管汚染の危惧があるという問題点がある。
そこで、休止の長期化や配管汚染の危惧を防止しつつ液体原料を補給するために、本実施形態に係る気化ガス供給装置４３では、以下の補給方法を実施する。

補給方法を説明する前に、気化ガス供給装置４３の成膜時の作用を説明する。
成膜工程実施前に、タンク８１内を排気ポンプにより減圧し、圧力をＰ１にする。
次に、排気ポンプに接続された排気管９３の第七バルブＶ７を閉め、かつ、第一不活性ガス供給管８５の第二バルブＶ２を開く。
この時、タンク８１内の圧力をＰ１、第一不活性ガス供給管８５の導入圧力をＰ２とすると、Ｐ１＜Ｐ２、となるので、タンク８１内に不活性ガスが導入され、タンク８１内の圧力は不括性ガスの導入圧力Ｐ２に至る。
この状態で、成膜工程実施の準備が完了する。
成膜工程実施時には処理室３２内は減圧されており、それに連通した気化ガス供給装置４３も減圧されている。この時の気化ガス供給装置４３内の圧力はＰ０とし、不活性ガス導入圧力Ｐ２未満とする。
この状態で、タンク８１内に不活性ガスを導入しつつ、液体原料供給管８２の第一バルブＶ１を開く。この時、圧力には、Ｐ０＜Ｐ２、の関係があるため、液体原料８０はタンク８１内から気化器８３に流れ出す。液体原料８０の流れを検知し、マスフローコントローラ８４は流路断面を操作し、所定の流量に調節する。
気化器８３に導入された液体原料は、気化器８３内で気化され、前述した通り、処理室３２に導入される。

以上の運用が繰り返されることにより、液体原料８０が消費され、補給が必要な状態になる。
液体原料８０のタンク８１内への補給に際しては、その前に、補給容器９１内の圧力を排気ポンプにより減圧する。この時の補給容器９１内の圧力をＰ３とする。
次に、排気ポンプに接続された排気管９３の第七バルブＶ７を閉め、かつ、第二不活性ガス供給管９４の第八バルブＶ８、第九バルブＶ９、第十バルブＶ１０を開く。
この時、補給容器９１内の圧力をＰ３、第二不活性ガス供給管９４の導入圧力をＰ４とすると、Ｐ３＜Ｐ４、となるので、補給容器９１内に不活性ガスが導入されることになり、補給容器９１内の圧力は不括性ガスの導入圧力Ｐ４に至る。
次に、排気管９３の第七バルブＶ７を開き、タンク８１内の圧力を排気ポンプにより減圧する。この時の圧力はＰ１とする。
補給容器９１に第二不活性ガス供給管９４から不活性ガスを導入しつつ、補給管９２の第三バルブＶ３、第四バルブＶ４、第五バルブＶ５、第六バルブＶ６を開く。
この時、タンク８１内の圧力Ｐ１と補給容器９１内の圧力Ｐ４とには、Ｐｌ＜Ｐ４、の関係があるため、補給容器９１内の液体原料８０がタンク８１内に補給される。
補給容器９１内からタンク８１内への液体原料８０の補給が終えた後に、補給管９２の第三バルブＶ３、第四バルブＶ４、第五バルブＶ５、第六バルブＶ６を閉じ、補給を完了する。

成膜工程実施前に、排気管９３の第七バルブＶ７を開き、タンク８１内を排気ポンプにより減圧し、所定の圧力Ｐ１にする。
次に、排気管９３の第七バルブＶ７を閉じ、かつ、第一不活性ガス供給管８５の第二バルブＶ２を開く。
この時に、タンク８１内の圧力Ｐ１と第一不活性ガス供給管８５の不活性ガス導入圧力Ｐ２は、Ｐ１＜Ｐ２、の関係にあるため、タンク８１内に不活性ガスが導入され、タンク８１内の圧力は、不活性ガスの導入圧に至る。
この状態で、成膜工程実施のための準備が再び整う。

以上の操作により、タンク８１への液体原料８０の補給を実現することができる。
繰り返し、液体原料８０を補給する際は、補給容器９１の交換を行う。
補給容器９１を交換する際には、補給容器９１の切り離し範囲を含め、補給管９２および第二不活性ガス供給管９４を洗浄液容器９６の洗浄液９５によって洗浄する。
洗浄作業に際しては、補給容器９１を第三セルフシール継手Ｃ３、第五セルフシール継手Ｃ５において切り離す。
その後、洗浄液受け容器を補給管９２および第二不活性ガス供給管９４の真下に設置した状態で、補給管９２の第四バルブＶ４、洗浄液供給管９７の第十一バルブＶ１１、第十二バルブＶ１２、分岐管９８の第十三バルブＶ１３、第二不活性ガス供給管９４の第九バルブＶ９、第三不活性ガス供給管９９の第十四バルブＶ１４を開く。
これにより、洗浄液容器９６の洗浄液９５が洗浄液供給管９７、分岐管９８を経由して、補給管９２および第二不活性ガス供給管９４に流れ、これらを洗浄する。

図６は比較例として、液体原料が予め充填された別のタンクに交換する液体原料補充方法を示している。
図６において、タンク８１を交換する際には、タンク８１の切り離し範囲を含め、液体原料供給管８２、第一不活性ガス供給管８５、排気管９３が洗浄液容器９６の洗浄液９５によって洗浄される。
洗浄作業に際しては、タンク８１を第一セルフシール継手Ｃ１、第二セルフシール継手Ｃ２、第四セルフシール継手Ｃ４において切り離す。
その後に、洗浄液受け容器を液体原料供給管８２、第一不活性ガス供給管８５、排気管９３の真下に設置した状態で、洗浄液容器９６の洗浄液９５が液体原料供給管８２、第一不活性ガス供給管８５、排気管９３に流され、これらが洗浄される。

しかしながら、比較例においては、次のような問題点がある。
タンク交換に際しては、タンクを液体原料供給管、不活性ガス供給管、排気管から切離すので、液体原料供給管、不活性ガス供給管、排気管が部分的に大気開放されることになる。
この時に、外気と液体原料との反応による汚染を防ぐため、予め、大気開放される範囲を含む管内の残留液体原料の除去作業が実施される。
この残留液体原料の除去作業として、不活性ガスによるパージおよび洗浄液によるウェット洗浄が、液体原料の材質等に応じて実施される。
しかし、この洗浄作業中は基板処理装置が休止するために、生産性が低下する。
また、残留液体原料の除去不足が発生した場合には、液体原料供給管、不活性ガス供給管、排気管等の汚染による基板処理装置の運用不能等を引き起こしてしまう。

これに対して、前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

（１）洗浄液による洗浄作業を成膜工程実施と並行して実施することにより、基板処理装置の休止を抑止または抑制することができるため、生産性の低下を抑止または抑制することができる。

（２）補給容器の交換時に、補給容器を切り離し洗浄作業を実施する際に、万一、残留液体原料の除去不足が発生し、補給容器に通じる管内汚染が発生しても、成膜工程実施と並行して当該汚染の修復作業を実施することができるので、基板処理装置の休止せずに済み、生産性の低下を防止することができる。

（３）成膜工程実施前に、タンク内の圧力を不活性ガス導入圧にすることにより、タンク内の圧力と液体原料供給管内の圧力との関係は、成膜工程実施中、液体原料不足に至らない限り、常に安定しているため、マスフローコントローラの制御挙動にも再現性が得られ易く、安定した液体原料の供給が可能となる。つまり、所望の成膜を再現性良く実現することができ、基板処理装置として高い生産性を実現することができる。

図７は気化ガス供給装置の第二実施形態を示す回路図である。
本実施形態が第一実施形態と異なる点は、排気管９３を補給管９２から切り離し、タンク８１に接続した点である。
第一実施形態においては、補給管９２に排気管９３を兼ねた配管部分が存在するため、この部分に残っている液体原料が補給後の排気時に捨てられてしまう短所があり、また、液体原料と不括性ガスが接触することで、不活性ガス中の不純物と反応して副生成物を生成し、パーティクルを発生させてしまう短所がある。
第二実施形態においては、補給管９２と排気管９３とが互いに独立しているので、第一実施形態のこの短所を回避することができる。
一方で、第二実施形態においては、タンク８１の構造が大きくなってしまう短所があるので、第一実施形態と第二実施形態とを場合に応じて、選定することが望ましい。

図８は気化ガス供給装置の第三実施形態を示す回路図である。
本実施形態が第一実施形態と異なる点は、補給容器系統と洗浄容器系統とをタンク系統から切り離して別置きにユニット化し、液体原料補給装置１００として構成した点である。
第三実施形態によれば、成膜工程実施上の個々の独立性を高め、補給容器９１の交換時の基板処理装置への影響をさらに抑制することができるとともに、基板処理装置を小型化することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、各管の接続手段としては、セルフシール継手を使用するに限らず、他の管継手を使用することができる。

前記実施の形態では、気化させたＴＥＭＡＨガスとオゾンガスとを交互に供給して酸化ハフニウム膜を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、液体原料を補給する必要がある基板処理装置全般に適用することができる。

前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。

本発明の一実施の形態である基板処理装置を示す一部省略斜視図である。その主要部を示す正面断面図である。主要部の側面断面図である。回路図付き一部省略平面断面図である。気化ガス供給装置の第一実施形態を示す回路図である。気化ガス供給装置の比較例を示す回路図である。気化ガス供給装置の第二実施形態を示す回路図である。気化ガス供給装置の第三実施形態を示す回路図である。

符号の説明

１…ウエハ（基板）、２…カセット、
１０…基板処理装置、１１…筐体、１２…正面メンテナンス口、１３…正面メンテナンス扉、１４…カセット搬入搬出口、１５…フロントシャッタ、１６…カセットステージ、１７…カセット棚、１８…移載棚、１９…予備カセット棚、
２０…カセット搬送装置、２０ａ…カセットエレベータ、２０ｂ…カセット搬送機構、２１…ウエハ移載機構、２１ａ…ウエハ移載装置エレベータ、２１ｂ…ウエハ移載装置、２１ｃ…ツィーザ、
２２…ボートエレベータ、２３…アーム、２４…シールキャップ、２５…前側クリーンユニット、２６…後側クリーンユニット、２７…シャッタ、
３０…ＡＬＤ装置（処理炉）、３１…反応管、３２…処理室、３３…マニホールド、３３Ａ…シールリング、３４…炉口、
３５…排気管、３６…真空ポンプ、３７…ＡＰＣバルブ、
３８…排気管、３９…ＡＰＣバルブ、
４０…第一ノズル（ガスノズル）、４１…第一ガス供給孔、４２…第一ガス供給管、４３…気化ガス供給装置、４５…第一バルブ、４６…第一キャリアガス供給管、４７…第一キャリアガスＭＦＣ、４８…第一キャリアガスバルブ、
５０…第二ノズル（ガスノズル）、５１…第二ガス供給孔、５２…第二ガス供給管、５３…第二ガス供給装置、５４…第一マスフローコントローラ、５５…第二バルブ、５６…第二キャリアガス供給管、５７…第二キャリアガスＭＦＣ、５８…第二キャリアガスバルブ、
６１…コントローラ、６２…ヒータ、
６３…回転駆動装置、６４…回転軸、６５…支持台、
７０…ボート（保持具）、７１、７２…端板、７３…保持柱、７４…保持溝、
８０…液体原料、８１…タンク、８２…液体原料供給管、８３…気化器、８４…マスフローコントローラ、８５…不活性ガス供給管、
９１…補給容器、９２…補給管、９３…排気管、９４…第二不活性ガス供給管、９５…洗浄液、９６…洗浄液容器、９７…洗浄液供給管、９８…分岐管、９９…第三不活性ガス供給管、
１００…液体原料補給装置、
Ｖ１〜Ｖ１４…バルブ（開閉弁）、Ｃ１〜Ｃ５…セルフシール継手、Ｇ１〜Ｇ４…圧力計、Ｒ１〜Ｒ３…三レギュレータ。

Claims

液体原料を供給するためのタンクと、前記液体原料を気化させる気化器と、を具備し、前記気化器が前記液体原料を気化させた気化ガスを処理室内に供給し、基板上に成膜する基板処理装置において、
前記タンクに、前記液体原料を補給するための補給容器と、前記タンク内を減圧する排気管とを接続し、前記補給容器内の圧力を前記タンク内の圧力よりも高くすることにより、前記液体原料を前記補給容器内から前記タンク内へ補給することを特徴とする基板処理装置。