JP2010219421A - Vaporizer, substrate treatment device, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体原料を気化させる気化器、特にALD成膜装置用の気化器、液体原料を気化器で気化させた原料ガスにより基板を処理する基板処理装置、及び、液体原料を気化器で気化させた原料ガスにより基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a vaporizer for vaporizing a liquid raw material, particularly a vaporizer for an ALD film forming apparatus, a substrate processing apparatus for processing a substrate with a raw material gas obtained by vaporizing the liquid raw material in the vaporizer, and a liquid raw material in the vaporizer The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of processing a substrate with vaporized source gas.
ウェハ等の基板上に原子層単位で薄膜を形成する方法に、ALD(Atomic Layer Deposition)法がある。ALD法は、例えば、(1)基板を収容した処理室内に第1の処理ガスを供給して基板表面に吸着させる工程と、(2)処理室内に残留している第1の処理ガスを除去するために処理室内に不活性ガスを導入してパージする工程と、(3)第2の処理ガスを処理室内に供給して基板表面に吸着している第1の処理ガスと反応させて薄膜を形成する工程と、(4)処理室内に残留している第2の処理ガスや反応副生成物を除去するために処理室内に不活性ガスを導入してパージする工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを繰り返す工程を有している。 As a method for forming a thin film in units of atomic layers on a substrate such as a wafer, there is an ALD (Atomic Layer Deposition) method. In the ALD method, for example, (1) a process of supplying a first processing gas into a processing chamber containing a substrate and adsorbing it on the surface of the substrate, and (2) removing the first processing gas remaining in the processing chamber. A process of introducing and purging an inert gas into the processing chamber, and (3) supplying a second processing gas into the processing chamber and reacting with the first processing gas adsorbed on the substrate surface to form a thin film And (4) introducing and purging an inert gas into the processing chamber to remove the second processing gas and reaction byproducts remaining in the processing chamber as one cycle. It has the process of repeating this cycle.
ここで、上述した第1の処理ガスとしては、例えば、常温で液体である液体原料を気化させて得られるガスが用いられる場合がある。また、粘性の高い液体原料や固体原料を溶媒で希釈して液体化した溶液原料(液体化原料)を気化させて得られるガスが用いられる場合もある。例えば、溶液原料としては、蒸気圧が低く粘性の高いSr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)、La(ランタン)などの元素を含む有機金属液体原料を、ECH(エチルシクロヘキサン)やTHF(テトラヒドロフラン)などの溶媒(ソルベント)により希釈したものがある。本明細書では、液体原料や溶液原料を総称して、単に液体原料という場合もある。液体原料を気化させる装置として、気化器がある。気化器は、例えば、液体原料を気化させてガスを発生させる気化室(気化管)と、この気化室内へ液体原料を運ぶ原料流路と、この気化室内へ液体原料を噴霧させる噴霧ノズルと、を有している。 Here, as the first processing gas described above, for example, a gas obtained by vaporizing a liquid raw material that is liquid at room temperature may be used. In addition, a gas obtained by vaporizing a solution raw material (liquefied raw material) obtained by diluting a highly viscous liquid raw material or solid raw material with a solvent to be liquefied may be used. For example, as a solution raw material, an organometallic liquid raw material containing elements such as Sr (strontium), Ba (barium), and La (lanthanum) having a low vapor pressure and high viscosity, ECH (ethylcyclohexane), THF (tetrahydrofuran), etc. Diluted with a solvent (solvent). In this specification, liquid raw materials and solution raw materials may be collectively referred to simply as liquid raw materials. There is a vaporizer as an apparatus for vaporizing a liquid raw material. The vaporizer includes, for example, a vaporization chamber (vaporization tube) that vaporizes the liquid raw material to generate gas, a raw material flow path that carries the liquid raw material into the vaporization chamber, a spray nozzle that sprays the liquid raw material into the vaporization chamber, have.
常温で液体である液体原料、および粘性の高い液体原料や固体原料を溶媒で希釈した溶液原料を気化させる気化器において、気化速度を上げる為には原料の粒径をできる限り小さくして気化室内に噴霧させる必要がある。液体原料の粒径を小さくする為にはキャリアガスと原料とを混合させて気化室内に噴霧する二流体ノズルが有効であることは知られている。二流体ノズルを噴霧機構に応用した気化器については、気化室内への原料流路の上流側でキャリアガスと原料とを混合させたあと噴霧する内部混合式と(特許文献1参照)、気化室内に供給する際にキャリアガスと原料とを混合させる外部混合式と(特許文献2参照)がある。一般的に外部混合方式のほうが液体原料の粒径を小さくできる。 In a vaporizer that vaporizes liquid raw materials that are liquid at room temperature and solution raw materials obtained by diluting highly viscous liquid raw materials or solid raw materials with a solvent, in order to increase the vaporization speed, the particle size of the raw materials should be as small as possible Need to be sprayed on. In order to reduce the particle size of the liquid raw material, it is known that a two-fluid nozzle that mixes the carrier gas and the raw material and sprays them in the vaporizing chamber is effective. As for the vaporizer in which the two-fluid nozzle is applied to the spray mechanism, an internal mixing type in which the carrier gas and the raw material are mixed on the upstream side of the raw material flow path into the vaporizing chamber and then sprayed (see Patent Document 1), There is an external mixing type in which a carrier gas and a raw material are mixed when being supplied to (see Patent Document 2). In general, the external mixing method can reduce the particle size of the liquid raw material.
上述の外部混合方式では、噴霧ノズルの噴霧口の周囲を囲うようにリング状(円環状、ドーナツ状)のキャリアガス噴出部を設け、噴霧ノズルの噴霧口から噴霧された原料と、キャリアガス噴出部から噴出されたキャリアガスとを混合させることで原料の粒径を小さくし、原料の気化を促進する。原料の粒径を小さくする効果をキャリアガス噴出部の全周
に渡って発揮させるには、キャリアガス噴出部の幅(流路幅)をキャリアガス噴出部全周に渡り均等に構成し、キャリアガス噴出部から噴出されるキャリアガスの流量をキャリアガス噴出部全周に渡って均等とすることが好ましい。
In the above-described external mixing method, a ring-shaped (annular, donut-shaped) carrier gas jetting portion is provided so as to surround the spray nozzle, and the raw material sprayed from the spray nozzle spray port and the carrier gas jet The particle size of the raw material is reduced by mixing with the carrier gas ejected from the part, and the vaporization of the raw material is promoted. In order to exert the effect of reducing the particle size of the raw material over the entire circumference of the carrier gas ejection part, the carrier gas ejection part width (flow channel width) is configured uniformly over the entire circumference of the carrier gas ejection part, and the carrier It is preferable that the flow rate of the carrier gas ejected from the gas ejection part is made uniform over the entire circumference of the carrier gas ejection part.
しかしながら、噴霧ノズルやその周辺を構成する部材の嵌め合い公差により、噴霧ノズルの噴霧口に対するキャリアガス噴出部の相対位置が偏ってしまい、キャリアガス噴出部の流路幅をキャリアガス噴出部全周に渡り均等に構成出来ない場合があった。そして、キャリアガス噴出部から供給されるキャリアガスの流量が、キャリアガス噴出部全周に渡って均一ではなくなってしまい、原料の粒径をより小さくする上述の効果がキャリアガス噴出部全周に渡って漏れなく発揮されない場合があった。そして、粒径が大きな原料が噴霧されてしまい、原料の気化不良が生じて気化不良に起因するパーティクルが発生したり、噴霧口付近の詰まりが発生したりする場合があった。 However, the relative position of the carrier gas ejection part with respect to the spray port of the spray nozzle is biased due to the fitting tolerance of the members constituting the spray nozzle and its surroundings, and the channel width of the carrier gas ejection part is set to the entire circumference of the carrier gas ejection part. In some cases, it could not be configured evenly. Then, the flow rate of the carrier gas supplied from the carrier gas ejection part is not uniform over the entire circumference of the carrier gas ejection part, and the above-described effect of reducing the particle size of the raw material is applied to the entire circumference of the carrier gas ejection part. There was a case where it was not exhibited without leaking across. In some cases, the raw material having a large particle size is sprayed, resulting in poor vaporization of the raw material, generating particles due to poor vaporization, or clogging in the vicinity of the spray port.
本発明の目的は、キャリアガス噴出部の流路幅をキャリアガス噴出部全周に渡り均等に構成することが容易であり、原料の粒径を小さくする効果をキャリアガス噴出部全周に渡り十分に発揮させることが可能な気化器を提供することにある。また、本発明の目的は、その気化器で液体原料を気化させた原料ガスにより基板を処理する基板処理装置、及び、その気化器で液体原料を気化させた原料ガスにより基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to easily configure the flow path width of the carrier gas ejection part over the entire circumference of the carrier gas ejection part, and to reduce the particle size of the raw material over the entire circumference of the carrier gas ejection part. An object of the present invention is to provide a vaporizer that can be sufficiently exerted. Another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus for processing a substrate with a raw material gas obtained by vaporizing a liquid raw material with the vaporizer, and a process for processing the substrate with a raw material gas obtained by vaporizing the liquid raw material with the vaporizer. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device having the same.
本発明の一態様によれば、液体原料を気化する気化室と、前記気化室内を加熱するヒータと、液体原料を前記気化室内に噴霧させる噴霧ノズルと、前記噴霧ノズルの先端部分の表面の一部を覆うと共に、前記噴霧ノズルの前記先端部分の周辺から前記気化室内にキャリアガスを噴出させるキャリアガス噴出部を形成するキャリアガス噴出部形成部材と、を有し、前記キャリアガス噴出部形成部材には、前記噴霧ノズルの前記先端部分が収容される貫通孔が設けられており、その貫通孔の内壁面の複数箇所には前記噴霧ノズルの前記先端部分と接触する複数の突起部が設けられている気化器が提供される。 According to one aspect of the present invention, a vaporizing chamber for vaporizing a liquid raw material, a heater for heating the vaporizing chamber, a spray nozzle for spraying the liquid raw material into the vaporizing chamber, and a surface of a tip portion of the spray nozzle. A carrier gas ejection part forming member that covers a part and forms a carrier gas ejection part for ejecting a carrier gas from the periphery of the tip part of the spray nozzle into the vaporization chamber, and the carrier gas ejection part forming member Is provided with a through-hole for accommodating the tip portion of the spray nozzle, and a plurality of protrusions that are in contact with the tip portion of the spray nozzle are provided at a plurality of locations on the inner wall surface of the through-hole. A vaporizer is provided.
本発明の他の態様によれば、基板を処理する処理室と、液体原料を気化する気化器と、前記気化器に液体原料を供給する液体原料供給系と、前記気化器にキャリアガスを供給するキャリアガス供給系と、前記気化器で前記液体原料を気化させた原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給系と、前記原料ガスとは異なる反応ガスを前記処理室内に供給する反応ガス供給系と、を有し、前記気化器は、液体原料を気化する気化室と、前記気化室内を加熱するヒータと、液体原料を前記気化室内に噴霧させる噴霧ノズルと、前記噴霧ノズルの先端部分の表面の一部を覆うと共に、前記噴霧ノズルの前記先端部分の周辺から前記気化室内にキャリアガスを噴出させるキャリアガス噴出部を形成するキャリアガス噴出部形成部材と、を有しており、前記キャリアガス噴出部形成部材には、前記噴霧ノズルの前記先端部分が収容される貫通孔が設けられており、その貫通孔の内壁面の複数箇所には前記噴霧ノズルの前記先端部分と接触する複数の突起部が設けられている基板処理装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a processing chamber for processing a substrate, a vaporizer that vaporizes a liquid raw material, a liquid raw material supply system that supplies the liquid raw material to the vaporizer, and a carrier gas that is supplied to the vaporizer A carrier gas supply system, a raw material gas supply system for supplying a raw material gas obtained by vaporizing the liquid raw material in the vaporizer into the processing chamber, and a reactive gas for supplying a reactive gas different from the raw material gas into the processing chamber A vaporizing chamber for vaporizing a liquid raw material, a heater for heating the vaporizing chamber, a spray nozzle for spraying the liquid raw material into the vaporizing chamber, and a tip portion of the spray nozzle. And a carrier gas ejection part forming member that forms a carrier gas ejection part for ejecting a carrier gas from the periphery of the tip part of the spray nozzle into the vaporization chamber. The carrier gas ejection portion forming member is provided with a through hole in which the tip portion of the spray nozzle is accommodated, and contacts the tip portion of the spray nozzle at a plurality of locations on the inner wall surface of the through hole. A substrate processing apparatus provided with a plurality of protrusions is provided.
本発明の更に他の態様によれば、処理室内に基板を搬入する工程と、液体原料を気化する気化室と、前記気化室内を加熱するヒータと、液体原料を前記気化室内に噴霧させる噴霧ノズルと、前記噴霧ノズルの先端部分の表面の一部を覆うと共に、前記噴霧ノズルの前記先端部分の周辺から前記気化室内にキャリアガスを噴出させるキャリアガス噴出部を形成するキャリアガス噴出部形成部材と、を有しており、前記キャリアガス噴出部形成部材には、前記噴霧ノズルの前記先端部分が収容される貫通孔が設けられており、その貫通孔の内壁面の複数箇所には前記噴霧ノズルの前記先端部分と接触する複数の突起部が設けられている気化器を用い、前記気化室内に前記噴霧ノズルの前記先端部分の周辺からキャリ
アガスを噴出させつつ前記噴霧ノズルより液体原料を噴霧させ、前記気化室内で液体原料を気化させる工程と、前記処理室内に前記気化器で液体原料を気化させた原料ガスを供給して基板を処理する工程と、処理済基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
According to still another aspect of the present invention, a step of carrying a substrate into the processing chamber, a vaporizing chamber for vaporizing the liquid source, a heater for heating the vaporizing chamber, and a spray nozzle for spraying the liquid source into the vaporizing chamber. And a carrier gas ejection part forming member that covers a part of the surface of the tip part of the spray nozzle and forms a carrier gas ejection part that ejects a carrier gas from the periphery of the tip part of the spray nozzle into the vaporization chamber; The carrier gas ejection portion forming member is provided with a through hole that accommodates the tip portion of the spray nozzle, and the spray nozzle is provided at a plurality of locations on the inner wall surface of the through hole. The sprayer is used while ejecting a carrier gas from the periphery of the tip portion of the spray nozzle into the vaporization chamber using a vaporizer provided with a plurality of protrusions that come into contact with the tip portion of the spray nozzle. A step of spraying a liquid raw material from the nozzle and vaporizing the liquid raw material in the vaporizing chamber; a step of supplying a raw material gas obtained by vaporizing the liquid raw material in the vaporizer into the processing chamber; And a step of unloading the semiconductor device from the processing chamber.
本発明によれば、キャリアガス噴出部の流路幅をキャリアガス噴出部全周に渡り均等に構成することが容易であり、原料の粒径を小さくする効果をキャリアガス噴出部全周に渡り十分に発揮させることが可能な気化器を提供することができる。また、その気化器で液体原料を気化させた原料ガスにより基板を処理する基板処理装置、及び、その気化器で液体原料を気化させた原料ガスにより基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is easy to uniformly configure the channel width of the carrier gas ejection section over the entire circumference of the carrier gas ejection section, and the effect of reducing the particle size of the raw material is achieved over the entire circumference of the carrier gas ejection section. It is possible to provide a vaporizer that can be sufficiently exerted. Also, a substrate processing apparatus for processing a substrate with a raw material gas obtained by vaporizing a liquid raw material with the vaporizer, and a method for manufacturing a semiconductor device comprising a step of processing the substrate with a raw material gas obtained by vaporizing the liquid raw material with the vaporizer Can be provided.
(第1実施形態)
(1)基板処理装置の構成
まず、本実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図3,4を参照しながら説明する。図4は、本発明の第1実施形態にかかる基板処理装置のウェハ搬送時における断面構成図であり、図3は、本発明の第1実施形態にかかる基板処理装置のウェハ処理時における断面構成図である。
(First embodiment)
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus First, the configuration of the substrate processing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram of the substrate processing apparatus according to the first embodiment of the present invention during wafer transfer, and FIG. 3 is a cross-sectional configuration of the substrate processing apparatus according to the first embodiment of the present invention during wafer processing. FIG.
<処理室>
図3,4に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置は、処理容器202を備えている。処理容器202は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器202は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス(SUS)など金属材料により構成されている。処理容器202内には、基板としてのウェハ200を処理する処理室201が構成されている。
<Processing chamber>
As shown in FIGS. 3 and 4, the substrate processing apparatus according to this embodiment includes a
処理室201内には、ウェハ200を支持する支持台203が設けられている。ウェハ200が直接触れる支持台203の上面には、例えば、石英(SiO2)、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素(SiC)、酸化アルミニウム(Al2O3)、又は窒化アルミニウム(AlN)などから構成された支持板としてのサセプタ217が設けられている。また、支持台203には、ウェハ200を加熱する加熱手段としてのヒータ206が内蔵されている。なお、支持台203の下端部は、処理容器202の底部を貫通している。
A support table 203 that supports the
処理室201の外部には、昇降機構207bが設けられている。この昇降機構207bを作動させることにより、サセプタ217上に支持されるウェハ200を昇降させることが可能となっている。支持台203は、ウェハ200の搬送時には図4で示される位置(ウェハ搬送位置)まで下降し、ウェハ200の処理時には図3で示される位置(ウェハ処理位置)まで上昇する。なお、支持台203の下端部、及び昇降機構207bの周囲は、ベローズ203aにより覆われており、処理室201内は気密に保持されている。
An elevating
また、処理室201の底面(床面)には、例えば3本のリフトピン208bが鉛直方向に設けられている。また、支持台203には、かかるリフトピン208bを貫通させるための貫通孔208aが、リフトピン208bに対応する位置にそれぞれ設けられている。そして、支持台203をウェハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン208bの上端部が支持台203の上面から突出して、リフトピン208bがウェハ200を下方から支持するように構成されている。また、支持台203をウェハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン208bは支持台203の上面から埋没して、支持台203上面に設けられたサセプタ217がウェハ200を下方から支持するように構成される。なお、リフトピン208bは、ウェハ200と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
Further, for example, three
<ウェハ搬送口>
処理室201の内壁側面には、処理室201の内外にウェハ200を搬送するためのウェハ搬送口250が設けられている。ウェハ搬送口250にはゲートバルブ251が設けられており、ゲートバルブ251を開けることにより、処理室201内と搬送室(予備室)271内とが連通するように構成されている。搬送室271は密閉容器272内に形成されており、搬送室271内にはウェハ200を搬送する搬送ロボット273が設けられている。搬送ロボット273には、ウェハ200を搬送する際にウェハ200を支持する搬送アーム273aが備えられている。支持台203をウェハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ251を開くことにより、搬送ロボット273により処理室201内と搬送室271内との間でウェハ200を搬送することが可能なように構成されている。処理室201内に搬送されたウェハ200は、上述したようにリフトピン208b上に一時的に載置される。
<Wafer transfer port>
A
<排気系>
処理室201の内壁側面であって、ウェハ搬送口250の反対側には、処理室201内の雰囲気を排気する排気口260が設けられている。排気口260には排気管261が接続されており、排気管261には、処理室201内を所定の圧力に制御するAPC(Au
to Pressure Controller)等の圧力調整器262、原料回収トラップ263、及び真空ポンプ264が順に直列に接続されている。主に、排気口260、排気管261、圧力調整器262、原料回収トラップ263、真空ポンプ264により排気系(排気ライン)が構成される。
<Exhaust system>
An
<ガス導入口>
処理室201の上部に設けられる後述のシャワーヘッド240の上面(天井壁)には、処理室201内に各種ガスを供給するためのガス導入口210が設けられている。なお、ガス導入口210に接続されるガス供給系の構成については後述する。
<Gas inlet>
A
<シャワーヘッド>
ガス導入口210と、ウェハ処理位置におけるウェハ200との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド240が設けられている。シャワーヘッド240は、ガス導入口210から導入されるガスを分散させるための分散板240aと、分散板240aを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台203上のウェハ200の表面に供給するためのシャワー板240bと、を備えている。分散板240aおよびシャワー板240bには、複数の通気孔が設けられている。分散板240aは、シャワーヘッド240の上面及びシャワー板240bと対向するように配置されており、シャワー板240bは、支持台203上のウェハ200と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド240の上面と分散板240aとの間、および分散板240aとシャワー板240bとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口210から供給されるガスを分散させるための分散室(第1バッファ空間)240c、および分散板240aを通過したガスを拡散させるための第2バッファ空間240dとしてそれぞれ機能する。
<Shower head>
A
<排気ダクト>
処理室201の内壁側面には、段差部201aが設けられている。そして、この段差部201aは、コンダクタンスプレート204をウェハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート204は、内周部にウェハ200を収容する穴が設けられた1枚のドーナツ状(リング状)をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート204の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口204aが設けられている。排出口204aは、コンダクタンスプレート204の外周部がコンダクタンスプレート204の内周部を支えることができるよう、不連続に形成される。
<Exhaust duct>
On the inner wall side surface of the
一方、支持台203の外周部には、ロワープレート205が係止している。ロワープレート205は、リング状の凹部205bと、凹部205bの内側上部に一体的に設けられたフランジ部205aとを備えている。凹部205bは、支持台203の外周部と、処理室201の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられる。凹部205bの底部のうち排気口260付近の一部には、凹部205b内から排気口260側へガスを排出(流通)させるためのプレート排気口205cが設けられている。フランジ部205aは、支持台203の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部205aが支持台203の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート205が、支持台203の昇降に伴い、支持台203と共に昇降されるようになっている。
On the other hand, a
支持台203がウェハ処理位置まで上昇したとき、ロワープレート205もウェハ処理位置まで上昇する。その結果、ウェハ処理位置近傍に保持されているコンダクタンスプレート204が、ロワープレート205の凹部205bの上面部分を塞ぎ、凹部205bの内部をガス流路領域とする排気ダクト259が形成されることとなる。なお、このとき、排気ダクト259(コンダクタンスプレート204及びロワープレート205)及び支持台203によって、処理室201内が、排気ダクト259よりも上方の処理室上部と、排気ダクト259よりも下方の処理室下部と、に仕切られることとなる。なお、コンダクタ
ンスプレート204およびロワープレート205は、排気ダクト259の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合を考慮して、高温保持が可能な材料、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することが好ましい。
When the support table 203 is raised to the wafer processing position, the
ここで、ウェハ処理時における処理室201内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口210からシャワーヘッド240の上部へと供給されたガスは、分散室(第1バッファ空間)240cを経て分散板240aの多数の孔から第2バッファ空間240dへと入り、さらにシャワー板240bの多数の孔を通過して処理室201内に供給され、ウェハ200上に均一に供給される。そして、ウェハ200上に供給されたガスは、ウェハ200の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウェハ200に接触した後の余剰なガスは、支持台203の外周に設けられた排気ダクト259上(すなわちコンダクタンスプレート204上)を、ウェハ200の径方向外側に向かって放射状に流れ、排気ダクト259上に設けられた排出口204aから、排気ダクト259内のガス流路領域内(凹部205b内)へと排出される。その後、ガスは排気ダクト259内を流れ、プレート排気口205cを経由して排気口260へと排気される。以上の通り、処理室201の下部への、すなわち支持台203の裏面や処理室201の底面側へのガスの回り込みが抑制される。
Here, the flow of gas in the
続いて、上述したガス導入口210に接続されるガス供給系の構成について、主に、図1,6〜11を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系(ガス供給ライン)の構成図である。また、図6は、本発明の第1実施形態にかかる気化器の概略構成図であり、図7は、図6の気化器の噴霧ノズルの噴霧口周辺の部分拡大図であり、図8は、図6の気化器の噴霧ノズル周辺の断面斜視図であり、図9は、図6の気化器の噴霧ノズル周辺の断面斜視拡大図であり、図10(a)は、図6の気化器のノズルカバーの上面図であり、図10(b)は、図6の気化器のノズルカバーの断面図であり、図11(a)は、図6の気化器のノズルカバーの斜視図であり、図11(b)は、図6の気化器のノズルカバーの貫通孔周辺の斜視拡大図である。
Next, the configuration of the gas supply system connected to the above-described
本発明の第1実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系は、液体原料を気化する気化部と、気化部に液体原料を供給する液体原料供給系と、気化部にキャリアガスを供給するキャリアガス供給系と、気化部にパージガスを供給するパージガス供給系(気化部用)と、気化部に洗浄液(溶媒)を供給する洗浄液供給系(溶媒供給系)と、気化部にて液体原料を気化させた原料ガスを処理室201内に供給する原料ガス供給系と、原料ガスとは異なる反応ガスを処理室201内に供給する反応ガス供給系と、を有している。さらに、本発明の第1実施形態にかかる基板処理装置は、パージガス供給系(配管、処理室用)と、ベント(バイパス)系とを有している。以下に、各部の構成について説明する。
The gas supply system of the substrate processing apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a vaporization unit that vaporizes a liquid material, a liquid material supply system that supplies the liquid material to the vaporization unit, and a carrier gas that is supplied to the vaporization unit. A carrier gas supply system, a purge gas supply system for supplying a purge gas to the vaporization section (for the vaporization section), a cleaning liquid supply system for supplying a cleaning liquid (solvent) to the vaporization section (solvent supply system), and a liquid source in the vaporization section A source gas supply system that supplies the vaporized source gas into the
<液体原料供給系>
処理室201の外部には、液体原料としてのSr(ストロンチウム)元素を含む有機金属液体原料(以下第1液体原料という)を供給する第1液体原料供給源220s、Ba(バリウム)元素を含む有機金属液体原料(以下第2液体原料という)を供給する第2液体原料供給源220b、及びTi(チタニウム)元素を含む有機金属液体原料(以下第3液体原料という)を供給する第3液体原料供給源220tが設けられている。第1液体原料供給源220s、第2液体原料供給源220b、及び第3液体原料供給源220tは、内部に液体原料を収容(充填)可能なタンク(密閉容器)としてそれぞれ構成されている。なお、Sr,Ba,Ti元素を含む各有機金属液体原料は、例えば、ECH(エチルシクロヘキサン)やTHF(テトラヒドロフラン)などの溶媒(ソルベント)により0.05mol/L〜0.2mol/Lに希釈されてから、タンク内にそれぞれ収容される。
<Liquid material supply system>
Outside the
ここで、第1液体原料供給源220s、第2液体原料供給源220b、及び第3液体原
料供給源220tには、第1圧送ガス供給管237s、第2圧送ガス供給管237b、及び第3圧送ガス供給管237tがそれぞれ接続されている。第1圧送ガス供給管237s、第2圧送ガス供給管237b、及び第3圧送ガス供給管237tの上流側端部には、図示しない圧送ガス供給源が接続されている。また、第1圧送ガス供給管237s、第2圧送ガス供給管237b、及び第3圧送ガス供給管237tの下流側端部は、それぞれ第1液体原料供給源220s、第2液体原料供給源220b、及び第3液体原料供給源220t内の上部に存在する空間に連通しており、この空間内に圧送ガスを供給するように構成されている。なお、圧送ガスとしては、液体原料とは反応しないガスを用いることが好ましく、例えばArガスやN2ガス等の不活性ガスが好適に用いられる。
Here, the first liquid
また、第1液体原料供給源220s、第2液体原料供給源220b、及び第3液体原料供給源220tには、第1液体原料供給管211s、第2液体原料供給管211b、及び第3液体原料供給管211tがそれぞれ接続されている。ここで、第1液体原料供給管211s、第2液体原料供給管211b、及び第3液体原料供給管211tの上流側端部は、それぞれ第1液体原料供給源220s、第2液体原料供給源220b、及び第3液体原料供給源220t内に収容した液体原料内に浸されている。また、第1液体原料供給管211s、第2液体原料供給管211b、及び第3液体原料供給管211tの下流側端部は、液体原料を気化させる気化部としての気化器229s,229b,229tにそれぞれ接続されている。なお、第1液体原料供給管211s、第2液体原料供給管211b、及び第3液体原料供給管211tには、液体原料の供給流量を制御する流量制御手段としての液体流量コントローラ(LMFC)221s,221b,221tと、液体原料の供給を制御する開閉バルブvs1,vb1,vt1と、がそれぞれ設けられている。
In addition, the first liquid raw
上記構成により、開閉バルブvs1,vb1,vt1を開けるとともに、第1圧送ガス供給管237s、第2圧送ガス供給管237b、及び第3圧送ガス供給管237tから圧送ガスを供給することにより、第1液体原料供給源220s、第2液体原料供給源220b、及び第3液体原料供給源220tから気化器229s,229b,229tへと液体原料を圧送(供給)することが可能となる。主に、第1液体原料供給源220s、第2液体原料供給源220b、第3液体原料供給源220t、第1圧送ガス供給管237s、第2圧送ガス供給管237b、第3圧送ガス供給管237t、第1液体原料供給管211s、第2液体原料供給管211b、第3液体原料供給管211t、液体流量コントローラ221s,221b,221t、開閉バルブvs1,vb1,vt1により液体原料供給系(液体原料供給ライン)が構成される。
With the above configuration, the first and second pressure-feeding gas supply pipes 237s, the second pressure-feeding
<キャリアガス供給系>
処理室201の外部には、キャリアガスとしてのN2ガスを供給するためのN2ガス供給源230nが設けられている。N2ガス供給源230nには、キャリアガス供給管218の上流側端部が接続されている。キャリアガス供給管218の下流側は、3本のライン、すなわち、第1キャリアガス供給管218s、第2キャリアガス供給管218b、第3キャリアガス供給管218tに分岐している。第1キャリアガス供給管218s、第2キャリアガス供給管218b、第3キャリアガス供給管218tの下流側端部は、気化器229s,229b,229tにそれぞれ接続されている。なお、第1キャリアガス供給管218s、第2キャリアガス供給管218b、第3キャリアガス供給管218tには、N2ガスの供給流量を制御する流量制御手段としての流量コントローラ(MFC)225s,225b,225tと、N2ガスの供給を制御する開閉バルブvs7,vb7,vt7とが、それぞれ設けられている。主に、N2ガス供給源230n、キャリアガス供給管218、第1キャリアガス供給管218s、第2キャリアガス供給管218b、第3キャリアガス供給管218t、流量コントローラ225s,225b,225t、開閉バルブvs7,vb7,vt7によりキャリアガス供給系(キャリアガス供給ライン)が構成される。なお、キャリアガスとしてはN2ガス以外にArガス等の不活性ガスを用いるように
してもよい。
<Carrier gas supply system>
Outside the
<パージガス供給系(気化部用)>
処理室201の外部に設けられたN2ガス供給源230nは、気化部としての気化器の構成部品をパージするパージガスの供給源も兼ねている。N2ガス供給源230nには、キャリアガス供給管218を介してパージガス供給管219が接続されている。パージガス供給管219の下流側は、3本のライン、すなわち、第1パージガス供給管219s、第2パージガス供給管219b、第3パージガス供給管219tに分岐している。第1パージガス供給管219s、第2パージガス供給管219b、第3パージガス供給管219tの下流側端部は、気化器229s,229b,229tにそれぞれ接続されている。なお、第1パージガス供給管219s、第2パージガス供給管219b、第3パージガス供給管219tには、N2ガスの供給流量を制御する流量制御手段としての流量コントローラ(MFC)226s,226b,226tと、N2ガスの供給を制御する開閉バルブvs8,vb8,vt8とが、それぞれ設けられている。主に、N2ガス供給源230n、パージガス供給管219、第1パージガス供給管219s、第2パージガス供給管219b、第3パージガス供給管219t、流量コントローラ226s,226b,226t、開閉バルブvs8,vb8,vt8によりパージガス供給系(パージガス供給ライン)が構成される。なお、パージガスとしてはN2ガス以外にArガス等の不活性ガスを用いるようにしてもよい。
<Purge gas supply system (for vaporization section)>
The N 2
<気化部>
液体原料を気化する気化部としての気化器229s,229b,229tは、図6にその内部構造を示すように、主に、気化室51s,51b,51tと、ヒータ61s,61b,61tと、噴霧ノズル31s,31b,31tと、混合配管部21s,21b,21tと、ノズルカバー41s,41b,41tと、を有している。
<Vaporization part>
The
気化室51s,51b,51tは、液体原料を加熱し気化させて原料ガスを発生させる室であり、気化容器としての気化管52s,52b,52t内に形成される。気化管52s,52b,52tの周囲には、加熱手段(加熱機構)としてのヒータ61s,61b,61tが設けられている。ヒータ61s,61b,61tは、気化室51s,51b,51t内に噴霧された液体原料を加熱し気化させるように構成されている。気化室51s,51b,51t内の上部には、気化室51s,51b,51t内に液体原料やキャリアガスやパージガスを導入するインレット53s,53b,53tが設けられている。気化室51s,51b,51t内の下部には、気化室51s,51b,51t内で発生させた原料ガスを原料ガス供給管213s,213b,213t内へ排出するアウトレット54s,54b,54tが設けられている。なお、気化室51s,51b,51tは、インレット53s,53b,53tから噴霧された液体原料の液滴が気化室51s,51b,51t内壁に到着する前に気化されるよう、十分な容積が確保されている。すなわち、気化室51s,51b,51tの高さL、気化室51s,51b,51tの幅Wがそれぞれ十分確保されている。
The
気化室51s,51b,51tのインレット53s,53b,53tには、噴霧部としての噴霧ノズル31s,31b,31tが設けられている。噴霧ノズル31s,31b,31tは、混合配管部21s,21b,21tの下面に設けられ、混合配管25s,25b,25tから供給される液体原料とキャリアガスとが混合した流体を気化室51s,51b,51t内に噴霧させるように構成されている。
Spray
図7,図9に示すように、噴霧ノズル31s,31b,31tは、本体部32s,32b,32tと、先端部33s,33b,33tと、最先端部34s,34b,34tとを有している。先端部33s,33b,33tと最先端部34s,34b,34tとにより
噴霧ノズル31s,31b,31tの先端部分が構成されている。噴霧ノズル31s,31b,31tの先端部分は、噴霧ノズル31s,31b,31t(本体部32s,32b,32t)の先端中央部に設けられた突起部(凸部)として構成されている。本体部32s,32b,32tは、噴霧ノズル31s,31b,31tの根元部分(混合配管部21s,21b,21tの下面に接合する部分)から噴霧ノズル31s,31b,31tの先端部分に至るまでの部分である。本体部32s,32b,32t及び先端部33s,33b,33tの外形は、それぞれ円柱形状に形成されている。すなわち、本体部32s,32b,32t及び先端部33s,33b,33tは、それぞれ外径が一定となるように構成されている。なお、先端部33s,33b,33tの外径は、本体部32s,32b,32tの外径よりも遥かに小さい。また、最先端部34s,34b,34tはテーパ面をなしている。すなわち、最先端部34s,34b,34tの外形は略円錐形状に形成され、最先端部34s,34b,34tは先端側に行くほど外径が小さくなるように構成されている。
As shown in FIGS. 7 and 9, the
噴霧ノズル31s,31b,31t内には、液体原料とキャリアガスとを混合した流体を流す流体流路35s,35b,35tが設けられている。流体流路35s,35b,35tの内径は先端側で絞られている。本実施形態では、流体流路35s,35b,35tの先端側に、流体流路35s,35b,35tの内径よりも内径の小さい細管部36s,36b,36tが設けられている。細管部36s,36b,36tの先端は、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの先端面中央に開口しており、液体原料とキャリアガスとを混合した流体を噴霧する噴霧口37s,37b,37tを構成している。噴霧口37s,37b,37tの内径は例えば0.5〜1.0mmである。流体流路35s,35b,35tの内径が先端側で絞られていることで、流体流路35s,35b,35t内と気化室51s,51b,51t内との間に所定の圧力差が生じ、溶媒の優先蒸発(いわゆる溶媒先飛び現象)による噴霧ノズル31s,31b,31tの閉塞が抑制されるように構成されている。この圧力差は、細管部36s,36b,36tの長さ、径を変えることで調整できる。なお、流体流路35s,35b,35tと細管部36s,36b,36tとは、図7,図9に示すように段階的に内径が小さくなるように接合される場合に限らず、先端側に行くにつれて連続的に内径が小さくなるように接合されていてもよい。流体流路35s,35b,35t及び細管部36s,36b,36tは、本体部32s,32b,32t、先端部33s,33b,33t、最先端部34s,34b,34tの中心軸上に鉛直方向に設けられている。細管部36s,36b,36t、流体流路35s,35b,35t、最先端部34s,34b,34t、先端部33s,33b,33t、本体部32s,32b,32tは、互いに同心円状になるように構成されている。
In the
噴霧ノズル31s,31b,31tの上部には、混合部としての混合配管部21s,21b,21tが設けられている。混合配管部21s,21b,21tは、液体原料とキャリアガスとを混合して、混合した流体を噴霧ノズル31s,31b,31t内(流体流路35s,35b,35t内)に導入するように構成されている。混合配管部21s,21b,21tには、液体原料を供給する液体原料配管22s,22b,22tと、キャリアガスを供給するキャリアガス配管23s,23b,23tと、液体原料配管22s,22b,22tとキャリアガス配管23s,23b,23tとが合流してなる混合配管25s,25b,25tと、が設けられている。液体原料配管22s,22b,22tには、液体原料供給管211s,211b,211tが接続されている。キャリアガス配管23s,23b,23tには、キャリアガス供給管218s,218b,218tが接続されている。また、混合配管25s,25b,25tには、噴霧ノズル31s,31b,31tの流体流路35s,35b,35tが接続されている。液体原料は、液体原料供給管211s,211b,211tから液体原料配管22s,22b,22tを経由して混合配管25s,25b,25t内に供給される。キャリアガスは、キャリアガス供給管218s
,218b,218tからキャリアガス配管23s,23b,23tを経由して混合配管25s,25b,25t内に供給される。液体原料とキャリアガスとは、第1混合部24s,24b,24tで混合されて混合配管25s,25b,25t内に供給され、噴霧ノズル31s,31b,31tの流体流路35s,35b,35t内に導入される。
Above the
, 218b and 218t are supplied into the mixing
混合配管部21s,21b,21tの下方、かつ気化室51s,51b,51tおよびヒータ61s,61b,61tの上方であって、噴霧ノズル31s,31b,31tの周囲には、カバー(被覆部材)であり、キャリアガス噴出部形成部材でもあるノズルカバー41s,41b,41tが設けられている。
A cover (covering member) is provided below the mixing
ノズルカバー41s,41b,41tは、噴霧ノズル31s,31b,31tの表面の一部を覆うように構成されている。具体的には、ノズルカバー41s,41b,41tは、噴霧ノズル31s,31b,31tの本体部32s,32b,32tの側面及び先端面、先端部33s,33b,33tの側面及び先端面、最先端部34s,34b,34tの側面を、それぞれ覆うように設けられている。
The nozzle covers 41s, 41b, 41t are configured to cover part of the surface of the
図10,図11に示すように、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの先端面に対応するノズルカバー41s,41b,41tの部位(ノズルカバー41s,41b,41tの中央部)には、貫通孔44s,44b,44tが設けられている。貫通孔44s,44b,44tの上部及び下部は、それぞれテーパ面(円錐形状)に形成されている。貫通孔44s,44b,44tの上部内壁面は、貫通孔44s,44b,44tの上部から中間部側(下方側)に行くほど段階的或いは連続的に内径が小さくなるようなテーパ面(円錐形状)に形成されている。貫通孔44s,44b,44tの下部内壁面は、貫通孔44s,44b,44tの先端から中間部側(上方側)に行くほど段階的或いは連続的に内径が小さくなるようなテーパ面(円錐形状)に形成されている。図7〜図9に示すように、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tは、貫通孔44s,44b,44t内の上部に収容されるよう構成されている。すなわち、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tは、貫通孔44s,44b,44t内に収まり、気化室51s,51b,51t内に突出しないように構成されている。
As shown in FIGS. 10 and 11, the portions of the nozzle covers 41s, 41b, and 41t (the nozzle covers 41s, 41b, and 41t of the nozzle covers 41s, 41b, and 41t correspond to the tip surfaces of the most
このように、ノズルカバー41s,41b,41tは、噴霧ノズル31s,31b,31tの先端部分の表面形状に沿うように構成されている。ノズルカバー41s,41b,41tは、噴霧ノズル31s,31b,31tの表面を被覆して気化室51s,51b,51tから隔離すると共に、気化室51s,51b,51tに露出される噴霧ノズル31s,31b,31tの面積を最小限に抑えるように構成されている。
Thus, the nozzle covers 41s, 41b, and 41t are configured so as to follow the surface shape of the tip portions of the
また、図7〜図9に示すように、ノズルカバー41s,41b,41tは、噴霧ノズル31s,31b,31tの先端部分の周辺から気化室51s,51b,51t内にパージガスを噴出させるキャリアガス噴出部43s,43b,43tを形成するように構成されている。なお、後述するように、本実施形態における気化器229s,229b,229tでは、液体原料の粒径を2段階で小さくしており、キャリアガス噴出部43s,43b,43tから噴出されるパージガスは、二段目キャリアガス(外部混合キャリアガス)として作用する。
As shown in FIGS. 7 to 9, the nozzle covers 41s, 41b, and 41t are carrier gas jets that jet purge gas into the
具体的には、ノズルカバー41s,41b,41tは、噴霧ノズル31s,31b,31tの本体部32s,32b,32t及び先端部分の周辺にパージガスを流し、そのパージガスを気化室51s,51b,51t内へ吐出するパージガス流路42s,42b,42tを形成するように構成されている。パージガス流路42s,42b,42tの一部は、噴霧ノズル31s,31b,31tの本体部32s,32b,32tの一部の周囲にバ
ッファ空間47s,47b,47tを形成するように構成されている。バッファ空間47s,47b,47tには、パージガス供給管219s,219b,219tが接続されている。また、パージガス流路42s,42b,42tの他の一部は、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの形状に沿うキャリアガス噴出部43s,43b,43tを形成するように構成されている。
Specifically, the nozzle covers 41 s, 41 b, 41 t flow purge gas around the
キャリアガス噴出部43s,43b,43tは、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tと、ノズルカバー41s,41b,41tの貫通孔44s,44b,44t内の上部内壁との間に挟まれる空間(ガス流路)であって、その水平断面形状がリング状(円環状、ドーナツ状)になるように形成されている。キャリアガス噴出部43s,43b,43tの下端は、噴霧ノズル31s,31b,31tの噴霧口37s,37b,37t周辺から気化室51s,51b,51t内にパージガス(キャリアガス)を吐出するキャリアガス噴出口として構成されている。キャリアガス噴出口は、噴霧ノズル31s,31b,31tの噴霧口37s,37b,37tと略同一平面上に設けられている。
The carrier
噴霧ノズル31s,31b,31tの先端部33s,33b,33t及び最先端部34s,34b,34tと、ノズルカバー41s,41b,41tの貫通孔44s,44b,44tとは、同心円状になるように構成されている。すなわち、キャリアガス噴出部43s,43b,43tの流路幅は、キャリアガス噴出部43s,43b,43t全周に渡り均等になるように構成されている。また、噴霧ノズル31s,31b,31tの噴霧口37s,37b,37tは、キャリアガス噴出部43s,43b,43tの中心に配置されている。すなわち、噴霧ノズル31s,31b,31tの噴霧口37s,37b,37tとキャリアガス噴出部43s,43b,43tとの間の距離は、キャリアガス噴出部43s,43b,43t全周に渡り均等になるように構成されている。キャリアガス噴出部43s,43b,43tの流路幅や、キャリアガス噴出部43s,43b,43tと噴霧口37s,37b,37tとの位置関係を、再現性よく上述のように構成する仕組みについては後述する。
The
ここで、パージガス流路42s,42b,42tにパージガスを流す作用について説明する。パージガス流路42s,42b,42tに流すパージガスには、気化器構成部品の熱遮断とパージの役割がある。
Here, the action of flowing the purge gas through the
気化室51s,51b,51t、ヒータ61s,61b,61t、ノズルカバー41s,41b,41tは、原料を十分に気化させるために必要な高温度に保持されている。原料の気化温度にもよるが、これらの部材は、例えば100〜350℃の温度に保持される。一方、噴霧ノズル31s,31b,31t、混合配管部21s,21b,21tは、配管内、流路内での原料の熱分解や溶媒の先飛び現象による閉塞を抑制するため、上述のような原料を気化させるために必要な高温とはならない温度に保持されることが好ましい。これらの部材は、例えば20〜250℃の温度に保持されることが好ましい。すなわち、噴霧ノズル31s,31b,31t、混合配管部21s,21b,21tの温度は、気化室51s,51b,51t、ヒータ61s,61b,61t、ノズルカバー41s,41b,41tの温度よりも低い温度に保持されることが好ましい。ここで、高温部材と低温部材との間にパージガス流路42s,42b,42tを設けないこととすると、高温部材(気化室51s,51b,51t、ヒータ61s,61b,61t、ノズルカバー41s,41b,41t)から低温部材(噴霧ノズル31s,31b,31t、混合配管部21s,21b,21t)へと熱が移動しやすくなる。これに対して、本実施形態のように高温部材と低温部材との間にパージガス流路42s,42b,42tを設け、このパージガス流路42s,42b,42tにパージガスを流通させることとすれば、高温部材から低温部材へと移動する熱を遮断することが可能となる。そして、噴霧ノズル31s,31b
,31t、混合配管部21s,21b,21tの温度を、気化室51s,51b,51t、ヒータ61s,61b,61t、ノズルカバー41s,41b,41tの温度よりも低い温度に保持し、配管内、流路内での原料の熱分解や溶媒の先飛び現象による閉塞を抑制することが可能となる。
The
31t, the temperature of the mixing
また、噴霧ノズル31s,31b,31tは気化管52s,52b,52tの温度よりも低い温度とされている。そのため、気化して気化管52s,52b,52t内に拡散している原料が噴霧ノズル31s,31b,31tに向けて逆流すると、噴霧ノズル31s,31b,31tの表面に接触して原料の再液化が生じることとなる。これに対して、本実施形態のようにキャリアガス噴出部43s,43b,43tの下端(キャリアガス噴出口)よりパージガスを噴出するようにすれば、気化した原料の逆流を抑制でき、噴霧ノズル31s,31b,31tへの気化した原料の接触、接触による原料の再液化や析出を防止することが可能となる。なお、ノズルカバー41s,41b,41tにより、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの先端面に対応する部分以外の部分を完全に覆っている。これにより、気化室51s,51b,51tに露出される噴霧ノズル31s,31b,31tの面積を最小限に抑え、パージガスによるパージ効果を有効に活用するようにしている。また、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tは、貫通孔44s,44b,44t内に収まり、気化管52s,52b,52t内に突出しないように構成されている。これにより、パージガスによるパージ効果を損ねないようにしている。このパージガスによる噴霧ノズルのパージ機能と、上述のパージガスによる熱遮断機能により噴霧ノズルの目詰まりを防ぐことができる。
The
上述のように、パージガスには気化器構成部品の熱遮断とパージによる噴霧ノズルの目詰まり防止の役割がある。これらに加え、パージガスには、原料の気化管内への噴霧時に原料の粒径をより小さくする働き(原料にエネルギーを与えるキャリアガスとしての働き)がある。以下、この作用について、気化器229s,229b,229tにおける気化動作とともに説明する。
As described above, the purge gas has a role of blocking the heat of the vaporizer components and preventing clogging of the spray nozzle due to the purge. In addition to these, the purge gas has a function of reducing the particle size of the raw material when the raw material is sprayed into the vaporization pipe (a function as a carrier gas that gives energy to the raw material). Hereinafter, this effect will be described together with the vaporizing operation in the
液体原料(または溶液原料)が液体原料供給管211s,211b,211tから液体原料配管22s,22b,22t内に供給され、キャリアガスがキャリアガス供給管218s,218b,218tからキャリアガス配管23s,23b,23t内に供給されると、液体原料とキャリアガスとは、第1混合部24s,24b,24tにおいて混合される。このとき、液体原料はキャリアガスに衝突し、これにより液が引きちぎられ、粒径が10μm〜200μm程度の二相流となる。二相流となった原料は、混合配管25s,25b,25tを経由して、噴霧ノズル31s,31b,31t内に運ばれ、噴霧ノズル31s,31b,31t内の流体流路35s,35b,35t、細管部36s,36b,36tを通って、気化室51s,51b,51t内に吐出(噴霧)される。同時に、パージガスが、パージガス供給管219s,219b,219tからパージガス流路42s,42b,42t、キャリアガス噴出部43s,43b,43tを通って、気化室51s,51b,51t内に噴出される。二相流となった原料とパージガスとは、貫通孔44s,44b,44t内下部(噴霧口37s,37b,37t下方)付近の第2混合部46s,46b,46tにおいて混合される。このとき、二相流となった原料は、パージガスと衝突することで更に粒径を小さくされ(粒径が10μm〜100μm程度となり)、真空高温下の気化室51s,51b,51t内に噴霧される。噴霧された原料は、ヒータ61s,61b,61tによって高温に保たれている気化管52s,52b,52t内壁への衝突や、気化管52s,52b,52t内壁からの放射熱を得て、気化される。
The liquid source (or solution source) is supplied from the liquid
このように、パージガスには、液体原料とキャリアガスを混合させることで粒径を小さくした原料の粒径を更に小さくする働きがある。すなわち、本実施形態における気化器229s,229b,229tでは、液体原料の粒径を2段階で小さくしており、キャリア
ガス、パージガスは、それぞれ一段目キャリアガス(内部混合キャリアガス)、二段目キャリアガス(外部混合キャリアガス)として作用する。このように、液体原料の粒径を2段階で小さくして気化することにより、液体原料の粒径を1段階で小さくする場合に比べ、原料の粒径を微細にすることができ、気化不良を防ぎ、気化速度、気化効率を上げることができる。
Thus, the purge gas has a function of further reducing the particle diameter of the raw material whose particle diameter is reduced by mixing the liquid raw material and the carrier gas. That is, in the
なお、原料の粒径をより小さくする上述の効果を、噴霧ノズル31s,31b,31t全周に渡って十分に発揮させるには、キャリアガス噴出部43s,43b,43tを通って気化室51s,51b,51t内に供給されるパージガス(二段目キャリアガス)の流量を、キャリアガス噴出部43s,43b,43t全周に渡って均等とすることが好ましい。また、噴霧ノズル31s,31b,31tの噴霧口から噴霧される原料に混合(衝突)するパージガス(キャリアガス)の量を、キャリアガス噴出部43s,43b,43t全周に渡り均等とすることが好ましい。すなわち、リング形状のキャリアガス噴出部43s,43b,43tの流路幅を、キャリアガス噴出部43s,43b,43t全周に渡り均等になるように構成することが好ましい。また、噴霧ノズル31s,31b,31tの噴霧口37s,37b,37tを、キャリアガス噴出部43s,43b,43tの中心に位置させることが好ましい。
In order to sufficiently exhibit the above-described effect of reducing the particle size of the raw material over the entire circumference of the
また、二段目キャリアガスとして作用するパージガスの流速を高め、より効率的に原料の粒径を小さくするには、キャリアガス噴出部43s,43b,43tの流路幅を、キャリアガス噴出口に向かうにつれて絞り、キャリアガス噴出口における流路幅が最も狭くなるように構成することが好ましい。例えば、パージガスとしてのArガスの流量が200〜1500sccm程度の場合には、キャリアガス噴出口における流路幅を0.02〜0.15mm程度とすることが好ましい。キャリアガス噴出口における流路幅をこのように狭く構成しない場合には、パージガス(二段目キャリアガス)の流量を大幅に増大させる必要が生じてしまう。
Further, in order to increase the flow rate of the purge gas acting as the second-stage carrier gas and reduce the particle size of the raw material more efficiently, the channel widths of the carrier
しかしながら、キャリアガス噴出口における流路幅を狭く構成しつつ、キャリアガス噴出部43s,43b,43t(キャリアガス噴出口)における流路幅を全周に渡って均等に構成することは従来困難であった。キャリアガス噴出部43s,43b,43tは、例えば噴霧ノズル31s,31b,31tとノズルカバー41s,41b,41tとを嵌め合わせることで構成できるが、貫通孔44s,44b,44tに対する噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの相対位置は、嵌め合い公差によって偏ってしまい易いからである。例えば、キャリアガス噴出口における流路幅を全周に渡り均一に0.02〜0.15mm程度に構成しようとする際、0.01〜0.05mm程度の嵌め合い公差が生じると、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの側面(テーパ面)と貫通孔44s,44b,44tの上部内壁面とが極端に近づいたり、接触したりしてしまう。係る場合、キャリアガス噴出部43s,43b,43tを通って気化室51s,51b,51t内に供給されるパージガス(二段目キャリアガス)の流量が、キャリアガス噴出口全周に渡って均一でなくなってしまう(流量に偏差が生じてしまう)。そして、原料の粒径をより小さくする上述の効果が、噴霧ノズル31s,31b,31t全周に渡って漏れなく発揮されなくなってしまう。そして、原料の気化不良が生じ、原料(液滴)が気化室51s,51b,51tの内壁等に付着してパーティクルを発生させてしまう。また、粒径が大きな原料(液滴)は、パージガス(二段目キャリアガス)によって吹き飛ばし難く、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの先端や貫通孔44s,44b,44tの内壁等に滞留し易いため、噴霧口37s,37b,37t付近に原料の詰まりを生じさせたり、これに起因してパーティクルを発生させたりする場合がある。
However, it has been difficult in the past to configure the channel widths at the carrier
これに対して本実施形態では、貫通孔44s,44b,44tの内壁面の複数箇所に複
数の突起部45s,45b,45tを設けることにより、上述の課題を解決している。
In contrast, in the present embodiment, the above-described problems are solved by providing a plurality of
すなわち、本実施形態では、貫通孔44s,44b,44tの内壁面の複数箇所に、噴霧ノズル31s,31b,31tの先端部分に接触する複数の突起部45s,45b,45tを設けることとしている。複数の突起部45s,45b,45tは、互いに等間隔になるように設けられている。具体的には、複数の突起部45s,45b,45tは、貫通孔44s,44b,44tの上部内壁面に設けられた3つの突起部からなり、それぞれが貫通孔44s,44b,44tの中心に対して中心角が略120°で等間隔になるよう設けられている。また、複数の突起部45s,45b,45tの高さはそれぞれ同一になるように構成されている。そして、噴霧ノズル31s,31b,31tとノズルカバー41s,41b,41tとを、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの側面(テーパ面)と、ノズルカバー41s,41b,41tの複数の突起部45s,45b,45tとが互いに接触するように(互いに押し当てられるように)組み合わせる(嵌め合わせる)ことで、キャリアガス噴出部43s,43b,43tを構成することとしている。
That is, in the present embodiment, a plurality of
このように構成されることで、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tと貫通孔44s,44b,44tとの相対位置が、最先端部34s,34b,34tの側面(テーパ面)の外径や角度、貫通孔44s,44b,44tの内径、複数の突起部45s,45b,45tの高さ、間隔等に応じて一意に定まることとなる。
With this configuration, the relative positions of the most
そして、噴霧ノズル31s,31b,31tと、ノズルカバー41s,41b,41tとを組み合わせる(嵌め合わせる)度に、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの側面と、貫通孔44s,44b,44tとを、再現性よく同心円状に構成することが可能となる。すなわち、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの側面(テーパ面)と貫通孔44s,44b,44tの上部内壁面との距離を、再現性よく全周に渡って均等とすることが可能となる。
Each time the
また、噴霧ノズル31s,31b,31tの噴霧口37s,37b,37tを、キャリアガス噴出部43s,43b,43tの中心に、再現性よく配置させることが可能となる。すなわち、噴霧ノズル31s,31b,31tの噴霧口37s,37b,37tとキャリアガス噴出部43s,43b,43tとの間の距離を、キャリアガス噴出部43s,43b,43t全周に渡り再現性よく均等に構成することが可能となる。
Further, the
そして、キャリアガス噴出部43s,43b,43tを通って気化室51s,51b,51t内に供給されるパージガス(二段目キャリアガス)の流量を、キャリアガス噴出口全周に渡って均等とすることが可能となる。また、噴霧ノズル31s,31b,31tの噴霧口から噴霧される原料に混合(衝突)するパージガス(キャリアガス)の量を、キャリアガス噴出部43s,43b,43t全周に渡り均等とすることが可能となる。その結果、原料の粒径をより小さくする上述の効果を、キャリアガス噴出口全周に渡って十分かつ均等に発揮させることが可能となる。そして、原料(液滴)の気化を促進させ、パーティクルの発生や噴霧口37s,37b,37t付近の詰まりを抑制することが可能となる。
Then, the flow rate of the purge gas (second stage carrier gas) supplied into the
なお、キャリアガス噴出部43s,43b,43tの寸法は、最先端部34s,34b,34tの側面(テーパ面)の外径や角度、貫通孔44s,44b,44tの内径、複数の突起部45s,45b,45tの高さ、間隔等に応じて任意に調整可能である。そして、キャリアガス噴出部43s,43b,43tの寸法を調整することにより、キャリアガス噴出部43s,43b,43tから供給されるパージガス(二段目キャリアガス)の流量や流速を自在に調整することが可能である。
The dimensions of the carrier
<原料ガス供給系>
上記の気化器229s,229b,229tの気化管52s,52b,52tのアウトレット54s,54b,54tには、処理室201内に原料ガスを供給する第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、及び第3原料ガス供給管213tの上流側端部がそれぞれ接続されている。第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、及び第3原料ガス供給管213tの下流側端部は、合流するように一本化して原料ガス供給管213となり、一本化した原料ガス供給管213は、ガス導入口210に接続されている。なお、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、及び第3原料ガス供給管213tには、処理室201内への原料ガスの供給を制御する開閉バルブvs3,vb3,vt3がそれぞれ設けられている。
<Raw gas supply system>
A first source
上記構成により、気化器229s,229b,229tにて液体原料を気化させて原料ガスを発生させるとともに、開閉バルブvs3,vb3,vt3を開けることにより、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、及び第3原料ガス供給管213tから原料ガス供給管213を介して処理室201内へと原料ガスを供給することが可能となる。主に、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、第3原料ガス供給管213t、原料ガス供給管213、開閉バルブvs3,vb3,vt3により、原料ガス供給系(原料ガス供給ライン)が構成される。
With the above configuration, the liquid source is vaporized by the
<洗浄液供給系(溶媒供給系)>
また、処理室201の外部には、洗浄液としての溶媒(ソルベント)であるECH(エチルシクロヘキサン)を供給する洗浄液供給源(溶媒供給源)220eが設けられている。洗浄液供給源220eは、内部に洗浄液を収容(充填)可能なタンク(密閉容器)として構成されている。なお、洗浄液としては、ECHに限定されず、THF(テトラヒドロフラン)などの溶媒を用いることが出来る。
<Cleaning liquid supply system (solvent supply system)>
In addition, a cleaning liquid supply source (solvent supply source) 220 e that supplies ECH (ethylcyclohexane) that is a solvent (solvent) as a cleaning liquid is provided outside the
ここで、洗浄液供給源220eには、洗浄液圧送ガス供給管237eが接続されている。洗浄液圧送ガス供給管237eの上流側端部には、図示しない圧送ガス供給源が接続されている。また、洗浄液圧送ガス供給管237eの下流側端部は、洗浄液供給源220e内の上部に存在する空間に連通しており、この空間内に圧送ガスを供給するように構成されている。なお、圧送ガスとしては、ArガスやN2ガス等の不活性ガスが好適に用いられる。
Here, a cleaning liquid supply
また、洗浄液供給源220eには洗浄液供給管(溶媒供給管)212が接続されている。洗浄液供給管212の上流側端部は洗浄液供給源220e内に収容した洗浄液内に浸されている。洗浄液供給管212の下流側端部は、3本のライン、すなわち、第1洗浄液供給管212s、第2洗浄液供給管212b、及び第3洗浄液供給管212tに分岐するように接続されている。第1洗浄液供給管212s、第2洗浄液供給管212b、及び第3洗浄液供給管212tの下流側端部は、気化器229s,229b,229t手前の第1液体原料供給管211s、第2液体原料供給管211b、及び第3液体原料供給管211tにそれぞれ接続されている。なお、第1洗浄液供給管212s、第2洗浄液供給管212b、及び第3洗浄液供給管212tには、洗浄液の供給流量を制御する流量制御手段としての液体流量コントローラ(LMFC)222s,222b,222tと、洗浄液の供給を制御する開閉バルブvs2,vb2,vt2とが、それぞれ設けられている。
A cleaning liquid supply pipe (solvent supply pipe) 212 is connected to the cleaning
上記構成により、洗浄液圧送ガス供給管237eから圧送ガスを供給するとともに、開閉バルブvs1,vb1,vt1を閉じ、開閉バルブvs2,vb2,vt2を開けることにより、気化器229s,229b,229t内の液体原料流路、すなわち液体原料配管22s,22b,22t、混合配管25s,25b,25t、噴霧ノズル31s,31
b,31t内の流体流路35s,35b,35t、細管部36s,36b,36t内に洗浄液を圧送(供給)して、これら液体原料流路内を洗浄することが可能となる。主に、洗浄液供給源220e、洗浄液圧送ガス供給管237e、洗浄液供給管212、第1洗浄液供給管212s、第2洗浄液供給管212b、第3洗浄液供給管212t、液体流量コントローラ222s,222b,222t、開閉バルブvs2,vb2,vt2により、洗浄液供給系(溶媒供給系)、すなわち洗浄液供給ライン(溶媒供給ライン)が構成される。
With the above configuration, the liquid in the
It is possible to wash (inject) the cleaning liquid into the
<反応ガス供給系>
また、処理室201の外部には、酸素(O2)ガスを供給する酸素ガス供給源230oが設けられている。酸素ガス供給源230oには、第1酸素ガス供給管211oの上流側端部が接続されている。第1酸素ガス供給管211oの下流側端部には、プラズマにより酸素ガスから反応ガス(反応物)すなわち酸化剤としてのオゾンガスを生成させるオゾナイザ229oが接続されている。なお、第1酸素ガス供給管211oには、酸素ガスの供給流量を制御する流量制御手段としての流量コントローラ(MFC)221oが設けられている。
<Reactive gas supply system>
Further, an oxygen gas supply source 230o for supplying oxygen (O 2 ) gas is provided outside the
オゾナイザ229oのアウトレット22oには、反応ガス供給管としてのオゾンガス供給管213oの上流側端部が接続されている。また、オゾンガス供給管213oの下流側端部は、原料ガス供給管213に合流するように接続されている。すなわち、オゾンガス供給管213oは、反応ガスとしてのオゾンガスを処理室201内に供給するように構成されている。なお、オゾンガス供給管213oには、処理室201内へのオゾンガスの供給を制御する開閉バルブvo3が設けられている。
An upstream end of an ozone gas supply pipe 213o as a reaction gas supply pipe is connected to the outlet 22o of the ozonizer 229o. The downstream end of the ozone gas supply pipe 213o is connected so as to join the source
なお、第1酸素ガス供給管211oの流量コントローラ221oよりも上流側には、第2酸素ガス供給管212oの上流側端部が接続されている。また、第2酸素ガス供給管212oの下流側端部は、オゾンガス供給管213oの開閉バルブvo3よりも上流側に接続されている。なお、第2酸素ガス供給管212oには、酸素ガスの供給流量を制御する流量制御手段としての流量コントローラ(MFC)222oが設けられている。 An upstream end of the second oxygen gas supply pipe 212o is connected to the upstream side of the flow rate controller 221o of the first oxygen gas supply pipe 211o. The downstream end of the second oxygen gas supply pipe 212o is connected to the upstream side of the open / close valve vo3 of the ozone gas supply pipe 213o. The second oxygen gas supply pipe 212o is provided with a flow rate controller (MFC) 222o as flow rate control means for controlling the supply flow rate of oxygen gas.
上記構成により、オゾナイザ229oに酸素ガスを供給してオゾンガスを発生させるとともに、開閉バルブvo3を開けることにより、処理室201内へオゾンガスを供給することが可能となる。なお、処理室201内へのオゾンガスの供給中に、第2酸素ガス供給管212oから酸素ガスを供給するようにすれば、処理室201内へ供給するオゾンガスを酸素ガスにより希釈して、オゾンガス濃度を調整することが可能となる。主に、酸素ガス供給源230o、第1酸素ガス供給管211o、オゾナイザ229o、流量コントローラ221o、オゾンガス供給管213o、開閉バルブvo3、第2酸素ガス供給管212o、流量コントローラ222oにより反応ガス供給系(反応ガス供給ライン)が構成される。
With the above configuration, oxygen gas is supplied to the ozonizer 229o to generate ozone gas, and ozone gas can be supplied into the
<パージガス供給系>
また、処理室201の外部には、パージガスとしてのArガスを供給するためのArガス供給源230aが設けられている。Arガス供給源230aには、パージガス供給管214の上流側端部が接続されている。パージガス供給管214の下流側端部は、4本のライン、すなわち、第1パージガス供給管214s、第2パージガス供給管214b、第3パージガス供給管214t、及び第4パージガス供給管214oに分岐するように接続されている。第1パージガス供給管214s、第2パージガス供給管214b、第3パージガス供給管214t、及び第4パージガス供給管214oの下流側端部は、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、第3原料ガス供給管213t、及びオゾンガス供給管213oの開閉バルブvs3,vb3,vt3,vo3の下流側にそれぞれ
接続されている。なお、第1パージガス供給管214s、第2パージガス供給管214b、第3パージガス供給管214t、及び第4パージガス供給管214oには、Arガスの供給流量を制御する流量制御手段としての流量コントローラ(MFC)224s,224b,224t,224oと、Arガスの供給を制御する開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4とが、それぞれ設けられている。主に、Arガス供給源230a、パージガス供給管214、第1パージガス供給管214s、第2パージガス供給管214b、第3パージガス供給管214t、及び第4パージガス供給管214o、流量コントローラ224s,224b,224t,224o、開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4によりパージガス供給系(パージガス供給ライン)が構成される。なお、パージガスとしてはN2ガスを用いるようにしてもよい。
<Purge gas supply system>
In addition, an Ar
<ベント(バイパス)系>
また、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、第3原料ガス供給管213t、及びオゾンガス供給管213oの開閉バルブvs3,vb3,vt3,vo3の上流側には、第1ベント管215s、第2ベント管215b、第3ベント管215t、第4ベント管215oの上流側端部がそれぞれ接続されている。また、第1ベント管215s、第2ベント管215b、第3ベント管215t、第4ベント管215oの下流側端部は合流するように一本化してベント管215となり、ベント管215は排気管261の原料回収トラップ263よりも上流側に接続されている。第1ベント管215s、第2ベント管215b、第3ベント管215t、第4ベント管215oには、ガスの供給を制御するための開閉バルブvs5,vb5,vt5,vo5がそれぞれ設けられている。
<Vent (bypass) system>
Further, the first vent on the upstream side of the open / close valves vs3, vb3, vt3, vo3 of the first source
上記構成により、開閉バルブvs3,vb3,vt3,vo3を閉め、開閉バルブvs5,vb5,vt5,vo5を開けることで、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、第3原料ガス供給管213t、及びオゾンガス供給管213o内を流れるガスを、処理室201内に供給することなく処理室201をバイパスさせ、処理室201外へとそれぞれ排気することが可能となる。
With the above configuration, the first and second source
また、第1パージガス供給管214s、第2パージガス供給管214b、第3パージガス供給管214t、及び第4パージガス供給管214oの開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4よりも上流側であって流量コントローラ224s,224b,224t,224oよりも下流側には、第5ベント管216s、第6ベント管216b、第7ベント管216t、第8ベント管216oがそれぞれ接続されている。また、第5ベント管216s、第6ベント管216b、第7ベント管216t、第8ベント管216oの下流側端部は合流するように一本化してベント管216となり、ベント管216は排気管261の原料回収トラップ263よりも下流側であって真空ポンプ264よりも上流側に接続されている。第5ベント管216s、第6ベント管216b、第7ベント管216t、第8ベント管216oには、ガスの供給を制御するための開閉バルブvs6,vb6,vt6,vo6がそれぞれ設けられている。
The flow rate controller 224s is upstream of the opening / closing valves vs4, vb4, vt4, and vo4 of the first purge
上記構成により、開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4を閉め、開閉バルブvs6,vb6,vt6,vo6を開けることで、第1パージガス供給管214s、第2パージガス供給管214b、第3パージガス供給管214t、及び第4パージガス供給管214o内を流れるArガスを、処理室201内に供給することなく処理室201をバイパスさせ、処理室201外へとそれぞれ排気することが可能となる。なお、開閉バルブvs3,vb3,vt3,vo3を閉め、開閉バルブvs5,vb5,vt5,vo5を開けることで、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、第3原料ガス供給管213t、及びオゾンガス供給管213o内を流れるガスを、処理室201内に供給することなく処理室201をバイパスさせ、処理室201外へとそれぞれ排気する場合には、開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4を開けることにより、第1原料ガス供給管
213s、第2原料ガス供給管213b、第3原料ガス供給管213t、及びオゾンガス供給管213o内にArガスを導入して、各原料ガス供給管内をパージするように設定されている。また、開閉バルブvs6,vb6,vt6,vo6は、開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4と逆動作を行うように設定されており、Arガスを各原料ガス供給管内に供給しない場合には、処理室201をバイパスしてArガスを排気するようになっている。主に、第1ベント管215s、第2ベント管215b、第3ベント管215t、第4ベント管215o、ベント管215、第5ベント管216s、第6ベント管216b、第7ベント管216t、第8ベント管216o、ベント管216、開閉バルブvs5,vb5,vt5,vo5、開閉バルブvs6,vb6,vt6,vo6によりベント系(バイパス系)、すなわちベントライン(バイパスライン)が構成される。
With the above configuration, the first and second purge
<コントローラ>
なお、本実施形態にかかる基板処理装置は、基板処理装置の各部の動作を制御するコントローラ280を有している。コントローラ280は、ゲートバルブ251、昇降機構207b、搬送ロボット273、ヒータ206、圧力調整器(APC)262、気化器229s,229b,229t、オゾナイザ229o、真空ポンプ264、開閉バルブvs1〜vs8,vb1〜vb8,vt1〜vt8,vo3〜vo6、液体流量コントローラ221s,221b,221t、222s、222b、222t、流量コントローラ224s,224b,224t,225s,225b,225t,226s,226b,226t,221o,222o,224o等の動作を制御する。
<Controller>
Note that the substrate processing apparatus according to the present embodiment includes a
(2)基板処理工程
続いて、本発明の第1実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程として、上述の基板処理装置を用いてALD法によりウェハ上に薄膜を形成する基板処理工程について、図5及び図2を参照しながら説明する。図5は、本発明の第1実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。また、図2は、本発明の第1実施形態にかかる基板処理装置が有する各バルブの開閉タイミングを示すタイミングチャートとしてのシーケンス図である。このタイミングチャートにおいて、Highレベルはバルブ開を、Lowレベルはバルブ閉を示している。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ280によって制御される。
(2) Substrate Processing Step Subsequently, as a step of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, a substrate processing step of forming a thin film on the wafer by the ALD method using the substrate processing apparatus described above. This will be described with reference to FIGS. 5 and 2. FIG. 5 is a flowchart of the substrate processing process according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sequence diagram as a timing chart showing the opening / closing timing of each valve included in the substrate processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. In this timing chart, the High level indicates that the valve is open, and the Low level indicates that the valve is closed. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the
<基板搬入工程(S1)、基板載置工程(S2)>
まず、昇降機構207bを作動させ、支持台203を、図4に示すウェハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ251を開き、処理室201と搬送室271とを連通させる。そして、搬送ロボット273により搬送室271内から処理室201内へ処理対象のウェハ200を搬送アーム273aで支持した状態で搬入する(S1)。処理室201内に搬入したウェハ200は、支持台203の上面から突出しているリフトピン208b上に一時的に載置される。搬送ロボット273の搬送アーム273aが処理室201内から搬送室271内へ戻ると、ゲートバルブ251が閉じられる。
<Substrate Loading Step (S1), Substrate Placement Step (S2)>
First, the elevating
続いて、昇降機構207bを作動させ、支持台203を、図3に示すウェハ処理位置まで上昇させる。その結果、リフトピン208bは支持台203の上面から埋没し、ウェハ200は、支持台203上面のサセプタ217上に載置される(S2)。
Subsequently, the elevating
<圧力調整工程(S3)、昇温工程(S4)>
続いて、圧力調整器(APC)262により、処理室201内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する(S3)。また、ヒータ206に供給する電力を調整し、ウェハ200の表面温度が所定の処理温度となるように制御する(S4)。
<Pressure adjusting step (S3), temperature raising step (S4)>
Subsequently, the pressure regulator (APC) 262 controls the pressure in the
なお、基板搬入工程(S1)、基板載置工程(S2)、圧力調整工程(S3)、及び昇
温工程(S4)においては、真空ポンプ264を作動させつつ、開閉バルブvs3,vb3,vt3,vo3を閉じ、開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4を開けることで、処理室201内にArガスを常に流しておく(idle)。これにより、ウェハ200上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。
In the substrate carrying-in process (S1), the substrate placing process (S2), the pressure adjusting process (S3), and the temperature raising process (S4), the open / close valves vs3, vb3, vt3 are operated while operating the
工程S1〜S4と並行して、第1液体原料(Sr元素を含む有機金属液体原料)を気化させた原料ガス(以下、第1原料ガスという)を生成(予備気化)させておく(Set up)。すなわち、開閉バルブvs2を閉めたまま、開閉バルブvs1を開けるとともに、第1圧送ガス供給管237sから圧送ガスを供給して、第1液体原料供給源220sから気化器229sに対して第1液体原料を圧送(供給)する。このとき、開閉バルブvs7を開けてN2ガス供給源230nから気化器229sに対してキャリアガス(N2ガス)を供給し、さらに開閉バルブvs8を開けてN2ガス供給源230nから気化器229sに対してパージガス(N2ガス)を供給する。キャリアガスの供給とパージガスの供給は、第1液体原料の供給よりも先行して行うことが好ましい。このようにして気化器229sにて第1液体原料を気化させて第1原料ガスを生成させておく。なお、開閉バルブvs7、開閉バルブvs8は、この後、気化器229sでの気化動作や洗浄動作に関わらず、常に開いた状態とし、キャリアガスとパージガスは、常に気化器229sに対して供給した状態とする。この予備気化工程では、真空ポンプ264を作動させつつ、開閉バルブvs3を閉めたまま、開閉バルブvs5を開けることにより、第1原料ガスを処理室201内に供給することなく処理室201をバイパスして排気しておく。
In parallel with the steps S1 to S4, a raw material gas (hereinafter referred to as a first raw material gas) obtained by vaporizing the first liquid raw material (organic metal liquid raw material containing Sr element) is generated (preliminary vaporization) (Set up). ). That is, while the on-off valve vs2 is closed, the on-off valve vs1 is opened, and the pressurized gas is supplied from the first pressurized gas supply pipe 237s, and the first liquid source is supplied from the first liquid
また、工程S1〜S4と並行して、反応物としてのオゾンガスを生成させておく(Set up)ことが好ましい。すなわち、酸素ガス供給源230oからオゾナイザ229oへと酸素ガスを供給して、オゾナイザ229oにてオゾンガスを生成させておく。この際、真空ポンプ264を作動させつつ、開閉バルブvo3を閉めたまま、開閉バルブvo5を開けることにより、オゾンガスを処理室201内に供給することなく処理室201をバイパスして排気しておく。
In parallel with the steps S1 to S4, it is preferable to generate ozone gas as a reactant (Set up). That is, oxygen gas is supplied from the oxygen gas supply source 230o to the ozonizer 229o, and ozone gas is generated in the ozonizer 229o. At this time, while the
気化器229sにて第1原料ガスを安定して生成させたり、あるいはオゾナイザ229oにてオゾンガスを安定して生成させたりするには所定の時間を要する。このため、本実施形態では、第1原料ガスあるいはオゾンガスを予め生成させておき、開閉バルブvs3,vs5,vo3,vo5の開閉を切り替えることにより、第1原料ガスやオゾンガスの流路を切り替える。その結果、開閉バルブの切り替えにより、処理室201内への第1原料ガスやオゾンガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止できるようになり、好ましい。
A predetermined time is required to stably generate the first source gas in the
この予備気化工程の実施と同時に、開閉バルブvb2,vt2を開き、気化器229b,229tの液体原料流路内に洗浄液(溶媒)を供給して、気化器229b,229t内の洗浄を開始する。このとき、開閉バルブvb7,vt7を開けてN2ガス供給源230nから気化器229b,229tに対してキャリアガス(N2ガス)を供給し、さらに開閉バルブvb8,vt8を開けてN2ガス供給源230nから気化器229b,229tに対してパージガス(N2ガス)を供給する。キャリアガスの供給とパージガスの供給は、洗浄液の供給よりも先行して行うことが好ましい。なお、開閉バルブvb7,vt7、開閉バルブvb8,vt8は、この後、気化器229b,229tでの気化動作や洗浄動作に関わらず、常に開いた状態とし、キャリアガスとパージガスは、常に気化器229b,229tに対して供給した状態とする。なお、洗浄方法の詳細については後述する。
Simultaneously with the execution of the preliminary vaporization step, the on-off valves vb2 and vt2 are opened, the cleaning liquid (solvent) is supplied into the liquid raw material flow paths of the
<第1原料ガスを用いたALD工程(S6)>
続いて、真空ポンプ264を作動させたまま、開閉バルブvs4,vs5を閉じ、開閉バルブvs3を開けて、処理室201内への第1原料ガスの供給を開始する(Sr)。第
1原料ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウェハ200上に均一に供給されて、ウェハ200表面に第1原料ガスのガス分子が吸着する。余剰な第1原料ガスは、排気ダクト259内を流れ、排気口260へと排気される。なお、処理室201内への第1原料ガスの供給時には、第2原料ガス供給管213b、第3原料ガス供給管213t、オゾンガス供給管213o内への第1原料ガスの侵入を防止するように、また、処理室201内における第1原料ガスの拡散を促すように、開閉バルブvb4,vt4,vo4は開けたままとし、処理室201内にArガスを常に流しておくことが好ましい。
<ALD process using first source gas (S6)>
Subsequently, the open / close valves vs4 and vs5 are closed and the open / close valve vs3 is opened while the
開閉バルブvs3を開け、第1原料ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、開閉バルブvs3を閉じ、開閉バルブvs4,vs5を開けて、処理室201内への第1原料ガスの供給を停止する。また、同時に、開閉バルブvs1を閉めて、気化器229sへの第1液体原料の供給も停止する。なお、開閉バルブvs7、開閉バルブvs8は、閉じることなく開いた状態とし、キャリアガスとパージガスの気化器229sへの供給は継続させる。
After a predetermined time has elapsed after opening the on-off valve vs3 and starting the supply of the first source gas, the on-off valve vs3 is closed and the on-off valves vs4 and vs5 are opened to supply the first source gas into the
ここで、開閉バルブvs3を閉め、第1原料ガスの供給を停止した後は、開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4は開けたままとし、処理室201内にArガスを常に流しておく。これにより、処理室201内に残留している第1原料ガスを除去し、処理室201内をArガスによりパージする(PS1)。
Here, after the on-off valve vs3 is closed and the supply of the first source gas is stopped, the on-off valves vs4, vb4, vt4, and vo4 are kept open, and the Ar gas is always allowed to flow into the
また、開閉バルブvs1を閉め、第1液体原料の供給を停止した後は、気化器229s内の洗浄を開始する(PS1〜)。すなわち、洗浄液圧送ガス供給管237eから圧送ガスを供給するとともに、開閉バルブvs1を閉じたまま、開閉バルブvs2を開け、気化器229sの液体原料流路内に対して洗浄液を供給して、気化器の液体原料流路内を洗浄する。このとき開閉バルブvs1,vs3は閉、開閉バルブvs2,vs5は開とされるので、液体原料流路内に供給された洗浄液は、液体原料流路内を洗浄した後、気化室51s内へ供給されて気化される。このとき、液体原料流路内に残留していた第1液体原料及び溶媒も一緒に気化室51s内へ供給されて気化される。そして、気化された洗浄液、第1液体原料、及び溶媒は、第1原料ガス供給管213sを通り、処理室201内へ供給されることなく、ベント管215sより処理室201をバイパスして排気される。このときも、開閉バルブvs7、開閉バルブvs8は、閉じることなく開いた状態とし、キャリアガスとパージガスの気化器229sへの供給は継続させる。なお、気化器229sの洗浄は、例えば、次回の気化器229sへの第1液体原料の供給開始時まで(S9のTiまで)継続させる。
In addition, after closing the opening / closing valve vs1 and stopping the supply of the first liquid raw material, cleaning of the
処理室201内のパージが完了したら、開閉バルブvo4,vo5を閉じ、開閉バルブvo3を開けて、処理室201内へのオゾンガスの供給を開始する(OxS)。オゾンガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウェハ200上に均一に供給され、ウェハ200表面に吸着している第1原料ガスのガス分子と反応して、ウェハ200上にSr元素を含む薄膜としてSrO膜を生成する。余剰なオゾンガスや反応副生成物は、排気ダクト259内を流れ、排気口260へと排気される。なお、処理室201内へのオゾンガスの供給時には、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、第3原料ガス供給管213t内へのオゾンガスの侵入を防止するように、また、処理室201内におけるオゾンガスの拡散を促すように、開閉バルブvs4,vb4,vt4は開けたままとし、処理室201内にArガスを常に流しておくことが好ましい。
When the purge in the
開閉バルブvo3を開け、オゾンガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、開閉バルブvo3を閉じ、開閉バルブvo4,vo5を開けて、処理室201内へのオゾンガスの供給を停止する。
After a predetermined time has elapsed after opening the opening / closing valve vo3 and starting the supply of ozone gas, the opening / closing valve vo3 is closed and the opening / closing valves vo4, vo5 are opened to stop the supply of ozone gas into the
開閉バルブvo3を閉め、オゾンガスの供給を停止した後は、開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4は開けたままとし、処理室201内にArガスを常に流しておく。これにより、処理室201内に残留しているオゾンガスや反応副生成物を除去し、処理室201内をArガスによりパージする(PS2)。
After the opening / closing valve vo3 is closed and the supply of ozone gas is stopped, the opening / closing valves vs4, vb4, vt4, vo4 are kept open, and Ar gas is always allowed to flow into the
なお、第1原料ガスを用いたALD工程(S6)においては、第3液体原料(Ti元素を含む有機金属液体原料)を気化させた原料ガス(以下、第3原料ガスという)を予め生成(予備気化)させておく(PS1〜)。すなわち、開閉バルブvt7、開閉バルブvt8を開いたままとし、キャリアガスとパージガスの気化器229tへの供給を継続した状態で、開閉バルブvt2を閉じ、開閉バルブvt1を開けるとともに、第3圧送ガス供給管237tから圧送ガスを供給して、第3液体原料供給源220tから気化器229tへと第3液体原料を供給して、気化器229tにて第3液体原料を気化させて、第3原料ガスを生成させておく。第1原料ガスを用いたALD工程(S6)では、真空ポンプ264を作動させつつ、開閉バルブvt3を閉めたまま、開閉バルブvt5を開けることにより、第3原料ガスを処理室201内に供給することなく処理室201をバイパスして排気しておく。このように、第3原料ガスを予め生成させておき、後述の第3原料ガスを用いたALD工程(S7)において開閉バルブvt3,vt5の開閉を切り替えることで、第3原料ガスの流路を切り替える。これにより、第3原料ガスを用いたALD工程(S7)において処理室201内への第3原料ガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止できるようになり、好ましい。
In the ALD process (S6) using the first source gas, a source gas (hereinafter referred to as a third source gas) obtained by vaporizing the third liquid source (organometallic liquid source containing Ti element) is generated in advance ( Pre-vaporization) (PS1). That is, with the on-off valve vt7 and the on-off valve vt8 kept open, the supply of the carrier gas and the purge gas to the
<第3原料ガスを用いたALD工程(S7)>
続いて、真空ポンプ264を作動させたまま、開閉バルブvt4,vt5を閉じ、開閉バルブvt3を開けて、処理室201内への第3原料ガスの供給を開始する(Ti)。第3原料ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウェハ200上に均一に供給されて、ウェハ200表面に第3原料ガスのガス分子が吸着する。余剰な第3原料ガスは、排気ダクト259内を流れ、排気口260へと排気される。なお、処理室201内への第3原料ガスの供給時には、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、オゾンガス供給管213o内への第3原料ガスの侵入を防止するように、また、処理室201内における第3原料ガスの拡散を促すように、開閉バルブvs4,vb4,vo4は開けたままとし、処理室201内にArガスを常に流しておくことが好ましい。
<ALD process using third source gas (S7)>
Subsequently, the open / close valves vt4 and vt5 are closed and the open / close valve vt3 is opened while the
開閉バルブvt3を開け、第3原料ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、開閉バルブvt3を閉じ、開閉バルブvt4,vt5を開けて、処理室201内への第3原料ガスの供給を停止する。また、同時に、開閉バルブvt1を閉めて、気化器229tへの第3液体原料の供給も停止する。なお、開閉バルブvt7、開閉バルブvt8は、閉じることなく開いた状態とし、キャリアガスとパージガスの気化器229tへの供給は継続させる。
After a predetermined time has elapsed after opening the on-off valve vt3 and starting the supply of the third source gas, the on-off valve vt3 is closed and the on-off valves vt4, vt5 are opened to supply the third source gas into the
ここで、開閉バルブvt3を閉め、第3原料ガスの供給を停止した後は、開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4は開けたままとし、処理室201内にArガスを常に流しておく。これにより、処理室201内に残留している第3原料ガスを除去し、処理室201内をArガスによりパージする(PT1)。
Here, after the on-off valve vt3 is closed and the supply of the third source gas is stopped, the on-off valves vs4, vb4, vt4, and vo4 are kept open, and the Ar gas is always allowed to flow into the
また、開閉バルブvt1を閉め、第3液体原料の供給を停止した後は、気化器229t内の洗浄を開始する(PT1〜)。すなわち、洗浄液圧送ガス供給管237eから圧送ガスを供給するとともに、開閉バルブvt1を閉じたまま、開閉バルブvt2を開け、気化器229tの液体原料流路内に洗浄液を供給して、液体原料流路内を洗浄する。このとき
開閉バルブvt1,vt3は閉、開閉バルブvt2,vt5は開とされるので、液体原料流路内に供給された洗浄液は、液体原料流路内を洗浄した後、気化室51t内へ供給されて気化される。このとき、液体原料流路内に残留していた第3液体原料及び溶媒も一緒に気化室51t内へ供給されて気化される。そして、気化された洗浄液、第3液体原料、及び溶媒は、第3原料ガス供給管213tを通り、処理室201内へ供給されることなく、ベント管215tより処理室201をバイパスして排気される。このときも、開閉バルブvt7、開閉バルブvt8は、閉じることなく開いた状態とし、キャリアガスとパージガスの気化器229tへの供給は継続させる。なお、気化器229tの洗浄は、例えば、次回の気化器229tへの第3液体原料の供給開始時まで(S8のBaまで)継続させる。
In addition, after closing the opening / closing valve vt1 and stopping the supply of the third liquid raw material, cleaning of the
処理室201内のパージが完了したら、開閉バルブvo4,vo5を閉じ、開閉バルブvo3を開けて、処理室201内へのオゾンガスの供給を開始する(OxT)。オゾンガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウェハ200上に均一に供給され、ウェハ200表面に吸着している第3原料ガスのガス分子と反応して、ウェハ200上にTi元素を含む薄膜としてTiO2膜を生成する。余剰なオゾンガスや反応副生成物は、排気ダクト259内を流れ、排気口260へと排気される。なお、処理室201内へのオゾンガスの供給時には、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、第3原料ガス供給管213t内へのオゾンガスの侵入を防止するように、また、処理室201内におけるオゾンガスの拡散を促すように、開閉バルブvs4,vb4,vt4は開けたままとし、処理室201内にArガスを常に流しておくことが好ましい。
When the purge in the
開閉バルブvo3を開け、オゾンガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、開閉バルブvo3を閉じ、開閉バルブvo4,vo5を開けて、処理室201内へのオゾンガスの供給を停止する。
After a predetermined time has elapsed after opening the opening / closing valve vo3 and starting the supply of ozone gas, the opening / closing valve vo3 is closed and the opening / closing valves vo4, vo5 are opened to stop the supply of ozone gas into the
開閉バルブvo3を閉め、オゾンガスの供給を停止した後は、開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4は開けたままとし、処理室201内にArガスを常に流しておく。これにより、処理室201内に残留しているオゾンガスや反応副生成物を除去し、処理室201内をArガスによりパージする(PT2)。
After the opening / closing valve vo3 is closed and the supply of ozone gas is stopped, the opening / closing valves vs4, vb4, vt4, vo4 are kept open, and Ar gas is always allowed to flow into the
なお、第3原料ガスを用いたALD工程(S7)においては、第2液体原料(Ba元素を含む有機金属液体原料)を気化させた原料ガス(以下、第2原料ガスという)を予め生成(予備気化)させておく(PT1〜)。すなわち、開閉バルブvb7、開閉バルブvb8を開いたままとし、キャリアガスとパージガスの気化器229bへの供給を継続した状態で、開閉バルブvb2を閉じ、開閉バルブvb1を開けるとともに、第2圧送ガス供給管237bから圧送ガスを供給して、第2液体原料供給源220bから気化器229bへと第2液体原料を供給させ、気化器229bにて第2液体原料を気化させて、第2原料ガスを生成させておく。第3原料ガスを用いたALD工程(S7)では、真空ポンプ264を作動させつつ、開閉バルブvb3を閉めたまま、開閉バルブvb5を開けることにより、第2原料ガスを処理室201内に供給することなく処理室201をバイパスして排気しておく。このように、第2原料ガスを予め生成させておき、後述の第2原料ガスを用いたALD工程(S8)において開閉バルブvb3,vb5の開閉を切り替えることにより、第2原料ガスの流路を切り替える。これにより、第2原料ガスを用いたALD工程(S8)において処理室201内への第2原料ガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止できるようになり、好ましい。
In the ALD process (S7) using the third source gas, a source gas (hereinafter referred to as a second source gas) obtained by vaporizing the second liquid source (organic metal liquid source containing Ba element) is generated in advance ( Pre-vaporization) (PT1-). That is, with the opening / closing valve vb7 and the opening / closing valve vb8 kept open, the supply of the carrier gas and the purge gas to the
<第2原料ガスを用いたALD工程(S8)>
続いて、真空ポンプ264を作動させたまま、開閉バルブvb4,vb5を閉じ、開閉バルブvb3を開けて、処理室201内への第2原料ガスの供給を開始する(Ba)。第2原料ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウェハ200上
に均一に供給されて、ウェハ200表面に第2原料ガスのガス分子が吸着する。余剰な第2原料ガスは、排気ダクト259内を流れ、排気口260へと排気される。なお、処理室201内への第2原料ガスの供給時には、第1原料ガス供給管213s、第3原料ガス供給管213t、オゾンガス供給管213oへの第2原料ガスの侵入を防止するように、また、処理室201内における第2原料ガスの拡散を促すように、開閉バルブvs4,vt4,vo4は開けたままとし、処理室201内にArガスを常に流しておくことが好ましい。
<ALD process using second source gas (S8)>
Subsequently, the open / close valves vb4 and vb5 are closed and the open / close valve vb3 is opened while the
開閉バルブvb3を開け、第2原料ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、開閉バルブvb3を閉じ、開閉バルブvb4,vb5を開けて、処理室201内への第2原料ガスの供給を停止する。また、同時に、開閉バルブvb1を閉めて、気化器229bへの第2液体原料の供給も停止する。なお、開閉バルブvb7、開閉バルブvb8は、閉じることなく開いた状態とし、キャリアガスとパージガスの気化器229bへの供給は継続させる。
After a predetermined time has elapsed after opening the on-off valve vb3 and starting the supply of the second source gas, the on-off valve vb3 is closed and the on-off valves vb4, vb5 are opened to supply the second source gas into the
ここで、開閉バルブvb3を閉め、第2原料ガスの供給を停止した後は、開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4は開けたままとし、処理室201内にArガスを常に流しておく。これにより、処理室201内に残留している第2原料ガスを除去し、処理室201内をArガスによりパージする(PB1)。
Here, after the on-off valve vb3 is closed and the supply of the second source gas is stopped, the on-off valves vs4, vb4, vt4, and vo4 are kept open, and Ar gas is always allowed to flow into the
また、開閉バルブvb1を閉め、第2液体原料の供給を停止した後は、気化器229b内の洗浄を開始する(PB1〜)。すなわち、洗浄液圧送ガス供給管237eから圧送ガスを供給するとともに、開閉バルブvb1を閉じたまま、開閉バルブvb2を開け、気化器229bの液体原料流路内に洗浄液を供給して、液体原料流路内を洗浄する。このとき開閉バルブvb1,vb3は閉、開閉バルブvb2,vb5は開とされるので、液体原料流路内に供給された洗浄液は、液体原料流路内を洗浄した後、気化室51b内へ供給されて気化される。このとき、液体原料流路内に残留していた第2液体原料及び溶媒も一緒に気化室51b内へ供給されて気化される。そして、気化された洗浄液、第2液体原料、及び溶媒は、第2原料ガス供給管213bを通り、処理室201内へ供給されることなく、ベント管215bより処理室201をバイパスして排気される。このときも、開閉バルブvb7、開閉バルブvb8は、閉じることなく開いた状態とし、キャリアガスとパージガスの気化器229bへの供給は継続させる。なお、気化器229bの洗浄は、例えば、次回の気化器229bへの第2液体原料の供給開始時まで(次回のS7のTiまで)継続させる。
Moreover, after closing the opening / closing valve vb1 and stopping the supply of the second liquid raw material, cleaning of the
処理室201内のパージが完了したら、開閉バルブvo4,vo5を閉じ、開閉バルブvo3を開けて、処理室201内へのオゾンガスの供給を開始する(OxB)。オゾンガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウェハ200上に均一に供給され、ウェハ200表面に吸着している第2原料ガスのガス分子と反応して、ウェハ200上にBa元素を含む薄膜としてBaO膜を生成する。余剰なオゾンガスや反応副生成物は、排気ダクト259内を流れ、排気口260へと排気される。なお、処理室201内へのオゾンガスの供給時には、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、第3原料ガス供給管213t内へのオゾンガスの侵入を防止するように、また、処理室201内におけるオゾンガスの拡散を促すように、開閉バルブvs4,vb4,vt4は開けたままとし、処理室201内にArガスを常に流しておくことが好ましい。
When the purge in the
開閉バルブvo3を開け、オゾンガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、開閉バルブvo3を閉じ、開閉バルブvo4,vo5を開けて、処理室201内へのオゾンガスの供給を停止する。
After a predetermined time has elapsed after opening the opening / closing valve vo3 and starting the supply of ozone gas, the opening / closing valve vo3 is closed and the opening / closing valves vo4, vo5 are opened to stop the supply of ozone gas into the
開閉バルブvo3を閉め、オゾンガスの供給を停止した後は、開閉バルブvs4,vb4,vt4,vo4は開けたままとし、処理室201内にArガスを常に流しておく。これにより、処理室201内に残留しているオゾンガスや反応副生成物を除去し、処理室201内をArガスによりパージする(PB2)。
After the opening / closing valve vo3 is closed and the supply of ozone gas is stopped, the opening / closing valves vs4, vb4, vt4, vo4 are kept open, and Ar gas is always allowed to flow into the
なお、第2原料ガスを用いたALD工程(S8)においては、第3液体原料(Ti元素を含む有機金属液体原料)を気化させた原料ガス(以下、第3原料ガスという)を予め生成(予備気化)させておく(PB1〜)。すなわち、開閉バルブvt7、開閉バルブvt8を開いたままとし、キャリアガスとパージガスの気化器229tへの供給を継続した状態で、開閉バルブvt2を閉じ、開閉バルブvt1を開けるとともに、第3圧送ガス供給管237tから圧送ガスを供給して、第3液体原料供給源220tから気化器229tへと第3液体原料を供給させ、気化器229tにて第3液体原料を気化させて、第3原料ガスを生成させておく。第2原料ガスを用いたALD工程(S8)では、真空ポンプ264を作動させつつ、開閉バルブvt3を閉めたまま、開閉バルブvt5を開けることにより、第3原料ガスを処理室201内に供給することなく処理室201をバイパスして排気しておく。このように、第3原料ガスを予め生成させておき、後述の第3原料ガスを用いたALD工程(S9)において開閉バルブvt3,vt5の開閉を切り替えることにより、第3原料ガスの流路を切り替える。これにより、第3原料ガスを用いたALD工程(S9)において処理室201内への第3原料ガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止できるようになり、好ましい。
In the ALD process (S8) using the second source gas, a source gas (hereinafter referred to as a third source gas) obtained by vaporizing the third liquid source (organometallic liquid source containing Ti element) is generated in advance ( Pre-vaporization) (PB1 ~). That is, with the on-off valve vt7 and the on-off valve vt8 kept open, the supply of the carrier gas and the purge gas to the
<第3原料ガスを用いたALD工程(S9)>
続いて、上述した第3原料ガスを用いたALD工程(S7)と同様の工程を再度実施して、ウェハ200上にTi元素を含む薄膜としてTiO2膜を生成する。
<ALD process using third source gas (S9)>
Subsequently, the same process as the ALD process (S7) using the third source gas described above is performed again to generate a TiO 2 film as a thin film containing Ti element on the
<繰り返し工程(S10)>
第3原料ガスを用いたALD工程(S9)の後、工程S6〜S9までを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返すことにより、ウェハ200上に所望の膜厚のBST(チタン酸バリウムストロンチウム)薄膜、すなわち(Ba,Sr)TiO3薄膜を形成する。
<Repetition step (S10)>
After the ALD step (S9) using the third source gas, steps S6 to S9 are defined as one cycle, and this cycle is repeated a predetermined number of times, whereby a BST (barium strontium titanate) thin film having a desired thickness is formed on the
<基板搬出工程(S11)>
その後、上述した基板搬入工程(S1)、基板載置工程(S2)に示した手順とは逆の手順により、所望膜厚の薄膜を形成した後のウェハ200を処理室201内から搬送室271内へ搬出して、本実施形態にかかる基板処理工程を完了する。
<Substrate unloading step (S11)>
Thereafter, the
なお、薄膜形成工程をALD法により行う場合、処理温度を原料ガスが自己分解しない程度の温度帯となるように制御する。この場合、各原料ガスを用いたALD工程(S6〜S9)において各原料ガスを供給する際には、原料ガスはウェハ200上に吸着する。また、オゾンガスを供給する際には、ウェハ200上に吸着している原料ガス分子とオゾンガスとが反応することにより、ウェハ200上に1原子層未満(1Å未満)程度の薄膜が形成される。なお、このとき、オゾンガスにより薄膜中に混入するC,H等の不純物を脱離させることが出来る。
Note that when the thin film forming process is performed by the ALD method, the processing temperature is controlled so as to be a temperature range in which the source gas is not self-decomposed. In this case, when supplying each source gas in the ALD process (
なお、本実施の形態におけるウェハ200の処理条件としては、例えば(Ba,Sr)TiO3の薄膜を形成する場合、
処理温度:250〜450℃、
処理圧力:10〜200Pa、
第1液体原料(Sr(C14O4H25)2(略称;Sr(METHD)2) 0.1mol/L ECH希釈)供給流量:0.01〜0.5cc/min、
第2液体原料(Ba(C14O4H25)2(略称;Ba(METHD)2) 0.1mol/L ECH希釈)供給流量:0.01〜0.5cc/min、
第3液体原料(Ti(C6O2H11)(C11O2H19)2(略称;Ti(MPD)(THD)2) 0.1mol/L ECH希釈)供給流量:0.01〜0.5cc/min、
反応物(オゾンガス)供給流量:500〜2000sccm(オゾン濃度20〜200g/Nm3)、
洗浄液(ECH)供給流量:0.05〜0.5cc/min、
気化器の高温部材温度:100〜350℃、
気化器の低温部材温度:20〜250℃、
気化室内圧力:数〜10Torr、
が例示される。なお、本実施形態では、各液体原料を希釈する溶媒、および洗浄液として、同一の物質(ECH)を用いている。
As a processing condition of the
Processing temperature: 250-450 ° C.
Processing pressure: 10 to 200 Pa,
First liquid raw material (Sr (C 14 O 4 H 25 ) 2 (abbreviation; Sr (METHD) 2 ) 0.1 mol / L ECH dilution) supply flow rate: 0.01 to 0.5 cc / min,
Second liquid raw material (Ba (C 14 O 4 H 25 ) 2 (abbreviation: Ba (METHD) 2 ) 0.1 mol / L ECH dilution) Supply flow rate: 0.01 to 0.5 cc / min,
Third liquid raw material (Ti (C 6 O 2 H 11 ) (C 11 O 2 H 19 ) 2 (abbreviation: Ti (MPD) (THD) 2 ) 0.1 mol / L ECH dilution) Supply flow rate: 0.01 to 0.5cc / min,
Reactant (ozone gas) supply flow rate: 500 to 2000 sccm (ozone concentration 20 to 200 g / Nm 3 ),
Cleaning liquid (ECH) supply flow rate: 0.05 to 0.5 cc / min,
High temperature member temperature of vaporizer: 100-350 ° C.
Low temperature temperature of vaporizer: 20-250 ° C,
Vaporization chamber pressure: several to 10 Torr
Is exemplified. In the present embodiment, the same substance (ECH) is used as a solvent for diluting each liquid raw material and a cleaning liquid.
(3)第1実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
(3) Effect concerning 1st Embodiment According to this embodiment, there exists one or several effect shown below.
(a)本実施形態によれば、貫通孔44s,44b,44tの内壁面の複数箇所に、噴霧ノズル31s,31b,31tの先端部分に接触する複数の突起部45s,45b,45tを設けることとしている。複数の突起部45s,45b,45tは、互いに等間隔になるように設けられている。そして、噴霧ノズル31s,31b,31tとノズルカバー41s,41b,41tとを、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの側面(テーパ面)と、ノズルカバー41s,41b,41tの複数の突起部45s,45b,45tとが互いに接触するように(互いに押し当てられるように)組み合わせる(嵌め合わせる)ことで、キャリアガス噴出部43s,43b,43tを構成することとしている。
(A) According to the present embodiment, a plurality of
このように構成されることで、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tと貫通孔44s,44b,44tとの相対位置が、最先端部34s,34b,34tの側面(テーパ面)の外径や角度、貫通孔44s,44b,44tの内径、複数の突起部45s,45b,45tの高さ、間隔等に応じて一意に定まることとなる。そして、噴霧ノズル31s,31b,31tと、ノズルカバー41s,41b,41tとを組み合わせる(嵌め合わせる)度に、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの側面と、貫通孔44s,44b,44tとを、再現性よく同心円状に構成することが可能となる。すなわち、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの側面(テーパ面)と貫通孔44s,44b,44tの上部内壁面との距離を、再現性よく全周に渡って均等とすることが可能となる。また、噴霧ノズル31s,31b,31tの噴霧口37s,37b,37tを、キャリアガス噴出部43s,43b,43tの中心に、再現性よく配置させることが可能となる。すなわち、噴霧ノズル31s,31b,31tの噴霧口37s,37b,37tとキャリアガス噴出部43s,43b,43tとの間の距離を、キャリアガス噴出部43s,43b,43t全周に渡り再現性よく均等に構成することが可能となる。そして、キャリアガス噴出部43s,43b,43tを通って気化室51s,51b,51t内に供給されるパージガス(二段目キャリアガス)の流量を、キャリアガス噴出口全周に渡って均等とすることが可能となる。また、噴霧ノズル31s,31b,31tの噴霧口から噴霧される原料に混合(衝突)するパージガス(キャリアガス)の量を、キャリアガス噴出部43s,43b,43t全周に渡り均等とすることが可能となる。その結果、原料の粒径をより小さくする上述の効果を、キャリアガス噴出口全周に渡って十分かつ均等に発揮させることが可能となる。そして、原料(液滴)の気化を促進させ、パーティクルの発生や噴霧口37s,37b,37t付近の詰まりを抑制することが可能となる。
With this configuration, the relative positions of the most
参考までに、従来の気化器529の構成について、図12〜図14を参照しながら説明する。図12は、従来の気化器529の概略構成図である。図13は、従来の気化器529の噴霧ノズル531の噴霧口537周辺の部分拡大図である。図14は、図12の符号Bで示す方向から見た矢視図であり、(a)は噴霧ノズル531が中心にある状態を、(b)は噴霧ノズル531が中心から偏った位置にある状態をそれぞれ示している。図12、図13に示すように、従来の気化器529では、貫通孔544の内壁面には、噴霧ノズル531の先端部分に接触する突起部が設けられていない。そのため、噴霧ノズル531とノズルカバー541とを嵌め合わせてキャリアガス噴出部543を構成しようとした場合、図14(b)に示すように、貫通孔544に対する噴霧ノズル531の先端部533や最先端部534の相対位置が一意に定まらず、嵌め合い公差によって偏ってしまう場合があった。その結果、キャリアガス噴出部543から供給されるパージガス(キャリアガス)の流量が、キャリアガス噴出部543全周に渡って均一ではなくなってしまい(流量に偏差が生じてしまい)、原料の粒径をより小さくする上述の効果がキャリアガス噴出部543全周に渡って漏れなく発揮されなくなってしまう。そして、粒径の大きな原料(液滴)が噴霧されてしまい、原料の気化不良が生じ、気化不良に起因するパーティクルが発生したり、噴霧口537付近の詰まりが発生したりする場合があった。
For reference, the configuration of the
(b)本実施形態によれば、キャリアガス噴出部43s,43b,43tの寸法を、最先端部34s,34b,34tの側面(テーパ面)の外径や角度、貫通孔44s,44b,44tの内径、複数の突起部45s,45b,45tの高さ、間隔等に応じて任意に調整可能である。そして、キャリアガス噴出部43s,43b,43tの寸法を調整することにより、キャリアガス噴出部43s,43b,43tから供給されるパージガス(二段目キャリアガス)の流量や流速を自在に調整可能である。
(B) According to the present embodiment, the dimensions of the carrier
(c)本実施形態によれば、気化器229s,229b,229tの高温部材と低温部材との間にパージガス流路42s,42b,42tを設け、このパージガス流路42s,42b,42tにパージガスを流通させているので、高温部材から、低温部材へ向かう熱を遮断することができる。
(C) According to the present embodiment, the purge
(d)本実施形態によれば、気化器229s,229b,229tの噴霧ノズル31s,31b,31tの先端部分をノズルカバー41s,41b,41tで覆い、噴霧ノズル31s,31b,31tの周囲に設けられたパージガス流路42s,42b,42tにパージガスを流通させ、キャリアガス噴出部43s,43b,43tから気化管52s,52b,52t内に吐出するようにしているので、気化した原料の逆流による噴霧ノズル31s,31b,31tへの接触、および、それによる原料の再液化、原料の析出を防止することができる。なお、ノズルカバー41s,41b,41tにより、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tの先端面に対応する部分以外の部分を完全に覆い、気化室51s,51b,51tに露出される噴霧ノズル31s,31b,31tの面積を最小限に抑えているので、パージガスによるパージ効果を有効に活用することができる。また、噴霧ノズル31s,31b,31tの最先端部34s,34b,34tを気化管52s,52b,52t内に突出させないようにしているので、パージガスによるパージ効果を有効に活用することができる。
(D) According to the present embodiment, the tip portions of the
(e)本実施形態によれば、上述のパージガスによる熱遮断効果と噴霧ノズルのパージ効果により、噴霧ノズル31s,31b,31tの目詰まりを防ぐことができる。
(E) According to the present embodiment, clogging of the
(f)本実施形態によれば、気化器229s,229b,229tにおいて、一段目キャリアガスとして作用するキャリアガスと、二段目キャリアガスとして作用するパージガスにより、液体原料の粒径を2段階で小さくして気化することにより、原料の粒径をより微
細にすることができ、気化不良を防ぎ、気化速度、気化効率を上げることができる。
(F) According to the present embodiment, in the
(g)本実施形態によれば、二段目キャリアガスとして作用するパージガスを流すキャリアガス噴出部43s,43b,43tは、キャリアガス噴出口に向かうにつれて絞られており、キャリアガス噴出口における流路が最も狭くなるようにしている。そのため、二段目キャリアガスとして作用するパージガスの流速を高めることができ、原料に与えるエネルギーを高めることができる。これにより、より効率的に原料の粒径を小さくすることができ、気化不良を防ぎ、気化速度、気化効率を上げることができる。
(G) According to the present embodiment, the carrier
(g)本実施形態によれば、気化器229s,229b,229tへの液体原料の供給停止時に気化器229s,229b,229tの液体原料流路内に液体原料を希釈する溶媒(ECH等)を供給して気化器229s,229b,229t内を洗浄しているので、液体原料流路内からの有機金属液体原料の除去が促進され、有機金属液体原料による液体原料流路内の閉塞が抑制される。なお、気化器229s,229b,229tの洗浄は、成膜中であって気化動作時以外の時に行うのでスループットに影響を与えることはない。また、洗浄に用いる溶媒の量は必要最小限としているので、溶媒を大量消費することもない。
(G) According to the present embodiment, the solvent (ECH or the like) that dilutes the liquid source into the liquid source flow path of the
<本発明の他の実施態様>
上述の実施形態では、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、及び第3原料ガス供給管213tの下流側端部は、合流するように一本化して原料ガス供給管213となり、一本化した原料ガス供給管213が、ガス導入口210に接続されているが、本発明は上述の実施形態に限定されない。すなわち、第1原料ガス供給管213s、第2原料ガス供給管213b、及び第3原料ガス供給管213tの下流側端部が、シャワーヘッド240の上面(天井壁)にそれぞれ直接に接続されていても良い。
<Other embodiments of the present invention>
In the above-described embodiment, the downstream end portions of the first source
また、上述の実施形態では、オゾンガス供給管213oの下流側端部は、原料ガス供給管213に合流するように接続されているが、本発明は上述の実施形態に限定されない。すなわち、オゾンガス供給管213oの下流側端部が、シャワーヘッド240の上面(天井壁)に直接に接続されていても良い。
In the above-described embodiment, the downstream end of the ozone gas supply pipe 213o is connected so as to join the source
また、上述の実施形態では、ウェハ200上にBST(チタン酸バリウムストロンチウム)薄膜、すなわち(Ba,Sr)TiO3薄膜を形成する例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。すなわち、ウェハ200上にSTO(チタン酸ストロンチウム)薄膜、すなわちSrTiO3薄膜を形成するようにしてもよく、更には他の膜を形成するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, an example in which a BST (barium strontium titanate) thin film, that is, a (Ba, Sr) TiO 3 thin film, is formed on the
また、上述の実施形態では、各原料ガスの処理室201への1回の供給動作毎に(気化器229s,229b,229tへの各液体原料の1回の吐出動作毎に)、各気化器229s,229b,229t内を洗浄する場合について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。すなわち、気化器229s,229b,229t内の洗浄は、各原料ガスの複数回の供給動作(気化動作)毎に、例えば、2回の供給動作(気化動作)毎に行うこととしても良い。ただし、上述の実施形態のように1回の供給動作(気化動作)毎に洗浄を行う方が、各気化器229s,229b,229t内の洗浄が促され、液体原料の気化動作がより安定するため好ましい。
In the above-described embodiment, each vaporizer is supplied for each supply operation to the processing chamber 201 (for each discharge operation of each liquid material to the
また、上述の実施形態では、各気化器229s,229b,229t内の洗浄動作を、気化動作を行う時以外の時は常に行うようにしているが、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、各気化器229s,229b,229t内の洗浄動作は、液体原料流路内の有機金属液体原料が除去されれば、気化動作を行う時以外の時であっても停止して
よい。
In the above-described embodiment, the cleaning operation in each of the
また、逆に、各気化器229s,229b,229t内の洗浄動作は、液体原料の気化動作を行う時以外の時だけでなく、液体原料の気化動作を行う時にも行うようにしてもよい。すなわち、液体原料の気化動作を行う時やそれ以外の時にかかわらず、常時、各気化器229s,229b,229t内に洗浄液を供給し続けるようにしてもよい。その場合、液体原料の気化動作を行う時に、液体原料流路内に供給する洗浄液は、液体原料を希釈する溶媒の一部としても機能することとなる。この場合、上述の実施形態のように、液体原料を希釈する溶媒と洗浄液とは同一の物質とするのが好ましい。なお、液体原料の気化動作中に洗浄液を供給する場合には、処理室201内へ供給される原料ガスの供給流量や濃度が所望の値になるように、液体原料、希釈溶媒、洗浄液の分量比率を適宜調整することが好ましい。その場合、例えば、液体原料の気化動作時に供給する洗浄液の流量よりも、液体原料の気化動作時以外の時に供給する洗浄液の流量の方が多くなるようにし、液体原料の気化動作時以外の時に積極的に洗浄を行うようにしてもよい。また、液体原料の気化動作時に供給する洗浄液の流量と液体原料の気化動作時以外の時に供給する洗浄液の流量を一定とし、液体原料の気化動作時以外の時であって、液体原料の気化動作を所定回数行う毎に、洗浄液の流量を液体原料の気化動作時に供給する洗浄液の流量よりも大流量とするフラッシング動作を行うようにしてもよい。
Conversely, the cleaning operation in each of the
(第2実施形態)
次に本発明の第2実施形態について説明する。上述の第1実施形態では、基板処理装置として1度に1枚の基板を処理する枚葉式のALD装置を用いて成膜する例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、基板処理装置として1度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型ALD装置を用いて成膜するようにしてもよい。以下、この縦型ALD装置について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, an example of forming a film using a single-wafer type ALD apparatus that processes one substrate at a time as a substrate processing apparatus has been described, but the present invention is not limited to the above-described embodiment. . For example, the film may be formed using a batch type vertical ALD apparatus that processes a plurality of substrates at a time as a substrate processing apparatus. The vertical ALD apparatus will be described below.
図15は、第2実施形態で好適に用いられる縦型ALD装置の縦型処理炉の概略構成図であり、(a)は、処理炉302部分を縦断面で示し、(b)は、処理炉302部分を図11(a)のA−A線断面図で示す。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a vertical ALD apparatus suitably used in the second embodiment. FIG. 15A is a vertical cross section of the
図15(a)に示されるように、処理炉302は加熱手段(加熱機構)としてのヒータ307を有する。ヒータ307は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)に支持されることにより垂直に据え付けられている。
As shown in FIG. 15A, the
ヒータ307の内側には、ヒータ307と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ303が配設されている。プロセスチューブ303は、例えば石英(SiO2)や炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ303の筒中空部には処理室301が形成されており、基板としてのウェハ200を、後述するボート317によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
Inside the
プロセスチューブ303の下方には、プロセスチューブ303と同心円状にマニホールド309が配設されている。マニホールド309は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド309は、プロセスチューブ303に係合しており、プロセスチューブ303を支持するように設けられている。なお、マニホールド309とプロセスチューブ303との間には、シール部材としてのOリング320aが設けられている。マニホールド309がヒータベースに支持されることにより、プロセスチューブ303は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ303とマニホールド309とにより反応容器が形成される。
A manifold 309 is disposed below the
マニホールド309には、第1ガス導入部としての第1ノズル333aと、第2ガス導入部としての第2ノズル333bとが、マニホールド309の側壁を貫通するように、また、その一部が処理室301内に連通するように接続されている。第1ノズル333aと第2ノズル333bは、それぞれ水平部と垂直部とを有するL字形状であり、水平部がマニホールド309に接続され、垂直部が処理室301を構成している反応管303の内壁とウェハ200との間における円弧状の空間に、反応管303の下部より上部の内壁にウェハ200の積載方向に沿って設けられている。第1ノズル333a、第2ノズル333bの垂直部の側面には、ガスを供給する供給孔である第1ガス供給孔348a、第2ガス供給孔348bがそれぞれ設けられている。この第1ガス供給孔348a、第2ガス供給孔348bは、それぞれ下部から上部にわたって同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
In the manifold 309, a
第1ノズル333a、第2ノズル333bに接続されるガス供給系は、上述の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、第1ノズル333aに原料ガス供給管213が接続され、第2ノズル333bにオゾンガス供給管213oが接続される点が、上述の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、原料ガス(第1原料ガス、第2原料ガス、第3原料ガス)と、オゾンガスとを、別々のノズルにより供給する。なお、さらに各原料ガスを別々のノズルにより供給するようにしてもよい。
The gas supply system connected to the
マニホールド309には、処理室301内の雰囲気を排気する排気管331が設けられている。排気管331のマニホールド309との接続側と反対側である下流側には、圧力検出器としての圧力センサ345及び圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ342を介して、真空排気装置としての真空ポンプ346が接続されており、処理室301内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、APCバルブ342は弁を開閉して処理室301の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調整して処理室301内の圧力を調整することができるよう構成されている開閉弁である。
The manifold 309 is provided with an
マニホールド309の下方には、マニホールド309の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ319が設けられている。シールキャップ319は、マニホールド309の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ319は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ319の上面には、マニホールド309の下端と当接するシール部材としてのOリング320bが設けられる。シールキャップ319の処理室301と反対側には、後述するボート317を回転させる回転機構367が設置されている。回転機構367の回転軸355は、シールキャップ319を貫通して、ボート317に接続されており、ボート317を回転させることでウェハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ319は、プロセスチューブ303の外部に垂直に配置された昇降機構としてのボートエレベータ315によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート317を処理室301に対し搬入搬出することが可能となっている。
Below the manifold 309, a
基板保持具としてのボート317は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなり、複数枚のウェハ200を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート317の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなる断熱部材318が設けられており、ヒータ307からの熱がシールキャップ319側に伝わりにくくなるよう構成されている。なお、断熱部材318は、石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる複数枚の断熱板と、これら断熱板を水平姿勢で多段に保持する断熱板ホルダとにより構成してもよい。プロセスチューブ303内には、温度検出器としての温度センサ363が設置されており、温度センサ363により検出された温度情報に基づきヒータ307への通電具合を調整することにより、処理室301内の温度が所
定の温度分布となるように構成されている。温度センサ363は、第1ノズル333a及び第2ノズル333bと同様に、プロセスチューブ303の内壁に沿って設けられている。
The
制御部(制御手段)であるコントローラ380は、APCバルブ342、ヒータ307、温度センサ363、真空ポンプ346、ボート回転機構367、ボートエレベータ315、気化器229s,229b,229t、オゾナイザ229o、開閉バルブvs1〜vs8、vb1〜vb8、vt1〜vt8、vo3〜vo6、液体流量コントローラ221s,221b,221t,222s,222b,222t、流量コントローラ224s,224b,224t,225s,225b,225t,226s,226b,226t,221o,222o,224o等の動作を制御する。
The
次に、上記構成にかかる縦型ALD装置の処理炉302を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として、ALD法によりウェハ200上に薄膜を形成する基板処理工程について説明する。なお、以下の説明において、縦型ALD装置を構成する各部の動作は、コントローラ380により制御される。
Next, a substrate processing step of forming a thin film on the
複数枚のウェハ200をボート317に装填(ウェハチャージ)する。そして、図15(a)に示すように、複数枚のウェハ200を保持したボート317を、ボートエレベータ315によって持ち上げて処理室301内に搬入(ボートロード)する。この状態で、シールキャップ319はOリング320bを介してマニホールド309の下端をシールした状態となる。
A plurality of
処理室301内が所望の圧力(真空度)となるように、真空排気装置346によって真空排気する。この際、処理室301内の圧力を圧力センサ345で測定して、この測定された圧力に基づき、圧力調節器342をフィードバック制御する。また、処理室301内が所望の温度となるように、ヒータ307によって加熱する。この際、処理室301内が所望の温度分布となるように、温度センサ363が検出した温度情報に基づきヒータ307への通電具合をフィードバック制御する。続いて、回転機構367によりボート317を回転させることで、ウェハ200を回転させる。
The
その後、上述の第1実施形態と同様に、第1原料ガスを用いたALD工程(S6)、第3原料ガスを用いたALD工程(S7)、第2原料ガスを用いたALD工程(S8)、第3原料ガスを用いたALD工程(S9)を1サイクルとして、このサイクルを所定回数繰り返すことにより(S10)、ウェハ200上に所望の膜厚の(Ba,Sr)TiO3薄膜を形成する。
Thereafter, as in the first embodiment, the ALD process (S6) using the first source gas, the ALD process (S7) using the third source gas, and the ALD process (S8) using the second source gas. The ALD process (S9) using the third source gas is set as one cycle, and this cycle is repeated a predetermined number of times (S10), thereby forming a (Ba, Sr) TiO 3 thin film having a desired film thickness on the
その後、ボートエレベータ315によりシールキャップ319を下降させて、マニホールド309の下端を開口させるとともに、所望膜厚の薄膜が形成された後のウェハ200を、ボート317に保持させた状態でマニホールド309の下端からプロセスチューブ303の外部に搬出(ボートアンロード)する。その後、処理済ウェハ200をボート317より取り出す(ウエハディスチャージ)。
Thereafter, the
(本発明の他の実施形態)
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態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変更可能である。例えば、本発明は、ウェハを処理する半導体製造装置に限らず、フォトマスク、プリント配線基板、LCD装置のようなガラス基板、コンパクトディスク、磁気ディスクを処理する装置に対しても好適に適用可能である。また、プロセスチャンバの構成も上述の実施形態に限定されない。
(Other embodiments of the present invention)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Various changes are possible in the range which does not deviate from the summary. For example, the present invention can be suitably applied not only to a semiconductor manufacturing apparatus that processes a wafer but also to an apparatus that processes a photomask, a printed wiring board, a glass substrate such as an LCD device, a compact disk, and a magnetic disk. is there. Further, the configuration of the process chamber is not limited to the above-described embodiment.
<本発明の好ましい態様>
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
本発明の一態様によれば、液体原料を気化する気化室と、前記気化室内を加熱するヒータと、液体原料を前記気化室内に噴霧させる噴霧ノズルと、前記噴霧ノズルの先端部分の表面の一部を覆うと共に、前記噴霧ノズルの前記先端部分の周辺から前記気化室内にキャリアガスを噴出させるキャリアガス噴出部を形成するキャリアガス噴出部形成部材と、を有し、前記キャリアガス噴出部形成部材には、前記噴霧ノズルの前記先端部分が収容される貫通孔が設けられており、その貫通孔の内壁面の複数箇所には前記噴霧ノズルの前記先端部分と接触する複数の突起部が設けられている気化器が提供される。 According to one aspect of the present invention, a vaporizing chamber for vaporizing a liquid raw material, a heater for heating the vaporizing chamber, a spray nozzle for spraying the liquid raw material into the vaporizing chamber, and a surface of a tip portion of the spray nozzle. A carrier gas ejection part forming member that covers a part and forms a carrier gas ejection part for ejecting a carrier gas from the periphery of the tip part of the spray nozzle into the vaporization chamber, and the carrier gas ejection part forming member Is provided with a through-hole for accommodating the tip portion of the spray nozzle, and a plurality of protrusions that are in contact with the tip portion of the spray nozzle are provided at a plurality of locations on the inner wall surface of the through-hole. A vaporizer is provided.
好ましくは前記噴霧ノズルの前記先端部分はテーパ面をなしており、前記複数の突起部は、前記テーパ面と接触する。
また好ましくは、前記複数の突起部は、等間隔に設けられる。
また好ましくは、前記複数の突起部は、3つの突起部からなり、それぞれが等間隔に設けられる。
Preferably, the tip portion of the spray nozzle has a tapered surface, and the plurality of protrusions are in contact with the tapered surface.
Preferably, the plurality of protrusions are provided at equal intervals.
Preferably, the plurality of protrusions include three protrusions, which are provided at equal intervals.
本発明の他の態様によれば、基板を処理する処理室と、液体原料を気化する気化器と、前記気化器に液体原料を供給する液体原料供給系と、前記気化器にキャリアガスを供給するキャリアガス供給系と、前記気化器で前記液体原料を気化させた原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給系と、前記原料ガスとは異なる反応ガスを前記処理室内に供給する反応ガス供給系と、を有し、前記気化器は、液体原料を気化する気化室と、前記気化室内を加熱するヒータと、液体原料を前記気化室内に噴霧させる噴霧ノズルと、前記噴霧ノズルの先端部分の表面の一部を覆うと共に、前記噴霧ノズルの前記先端部分の周辺から前記気化室内にキャリアガスを噴出させるキャリアガス噴出部を形成するキャリアガス噴出部形成部材と、を有しており、前記キャリアガス噴出部形成部材には、前記噴霧ノズルの前記先端部分が収容される貫通孔が設けられており、その貫通孔の内壁面の複数箇所には前記噴霧ノズルの前記先端部分と接触する複数の突起部が設けられている基板処理装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a processing chamber for processing a substrate, a vaporizer that vaporizes a liquid raw material, a liquid raw material supply system that supplies the liquid raw material to the vaporizer, and a carrier gas that is supplied to the vaporizer A carrier gas supply system, a raw material gas supply system for supplying a raw material gas obtained by vaporizing the liquid raw material in the vaporizer into the processing chamber, and a reactive gas for supplying a reactive gas different from the raw material gas into the processing chamber A vaporizing chamber for vaporizing a liquid raw material, a heater for heating the vaporizing chamber, a spray nozzle for spraying the liquid raw material into the vaporizing chamber, and a tip portion of the spray nozzle. And a carrier gas ejection part forming member that forms a carrier gas ejection part for ejecting a carrier gas from the periphery of the tip part of the spray nozzle into the vaporization chamber. The carrier gas ejection portion forming member is provided with a through hole in which the tip portion of the spray nozzle is accommodated, and contacts the tip portion of the spray nozzle at a plurality of locations on the inner wall surface of the through hole. A substrate processing apparatus provided with a plurality of protrusions is provided.
本発明の更に他の態様によれば、処理室内に基板を搬入する工程と、液体原料を気化する気化室と、前記気化室内を加熱するヒータと、液体原料を前記気化室内に噴霧させる噴霧ノズルと、前記噴霧ノズルの先端部分の表面の一部を覆うと共に、前記噴霧ノズルの前記先端部分の周辺から前記気化室内にキャリアガスを噴出させるキャリアガス噴出部を形成するキャリアガス噴出部形成部材と、を有しており、前記キャリアガス噴出部形成部材には、前記噴霧ノズルの前記先端部分が収容される貫通孔が設けられており、その貫通孔の内壁面の複数箇所には前記噴霧ノズルの前記先端部分と接触する複数の突起部が設けられている気化器を用い、前記気化室内に前記噴霧ノズルの前記先端部分の周辺からキャリアガスを噴出させつつ前記噴霧ノズルより液体原料を噴霧させ、前記気化室内で液体原料を気化させる工程と、前記処理室内に前記気化器で液体原料を気化させた原料ガスを供給して基板を処理する工程と、処理済基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。 According to still another aspect of the present invention, a step of carrying a substrate into the processing chamber, a vaporizing chamber for vaporizing the liquid source, a heater for heating the vaporizing chamber, and a spray nozzle for spraying the liquid source into the vaporizing chamber. And a carrier gas ejection part forming member that covers a part of the surface of the tip part of the spray nozzle and forms a carrier gas ejection part that ejects a carrier gas from the periphery of the tip part of the spray nozzle into the vaporization chamber; The carrier gas ejection portion forming member is provided with a through hole that accommodates the tip portion of the spray nozzle, and the spray nozzle is provided at a plurality of locations on the inner wall surface of the through hole. The sprayer is used while ejecting a carrier gas from the periphery of the tip portion of the spray nozzle into the vaporization chamber using a vaporizer provided with a plurality of protrusions that come into contact with the tip portion of the spray nozzle. A step of spraying a liquid raw material from the nozzle and vaporizing the liquid raw material in the vaporizing chamber; a step of supplying a raw material gas obtained by vaporizing the liquid raw material in the vaporizer into the processing chamber; And a step of unloading the semiconductor device from the processing chamber.
21s,21b,21t 混合部
31s,31b,31t 噴霧ノズル
32s,32b,32t 本体部
33s,33b,33t 先端部
34s,34b,34t 最先端部
35s,35b,35t 流体流路
36s,36b,36t 細管部
41s,41b,41t ノズルカバー(キャリアガス噴出部形成部材)
43s,43b,43t キャリアガス噴出部
44s,44b,44t 貫通孔
45s,45b,45t 突起部
51s,51b,51t 気化室
61s,61b,61t ヒータ
229s,229b,229t 気化器
21s, 21b,
43s, 43b, 43t Carrier
Claims (3)
前記気化室内を加熱するヒータと、
液体原料を前記気化室内に噴霧させる噴霧ノズルと、
前記噴霧ノズルの先端部分の表面の一部を覆うと共に、前記噴霧ノズルの前記先端部分の周辺から前記気化室内にキャリアガスを噴出させるキャリアガス噴出部を形成するキャリアガス噴出部形成部材と、を有し、
前記キャリアガス噴出部形成部材には、前記噴霧ノズルの前記先端部分が収容される貫通孔が設けられており、その貫通孔の内壁面の複数箇所には前記噴霧ノズルの前記先端部分と接触する複数の突起部が設けられている
ことを特徴とする気化器。 A vaporization chamber for vaporizing the liquid raw material;
A heater for heating the vaporization chamber;
A spray nozzle for spraying a liquid raw material into the vaporization chamber;
A carrier gas ejection part forming member for covering a part of the surface of the tip part of the spray nozzle and forming a carrier gas ejection part for ejecting a carrier gas from the periphery of the tip part of the spray nozzle into the vaporization chamber; Have
The carrier gas ejection portion forming member is provided with a through hole in which the tip portion of the spray nozzle is accommodated, and contacts the tip portion of the spray nozzle at a plurality of locations on the inner wall surface of the through hole. A vaporizer comprising a plurality of protrusions.
液体原料を気化する気化器と、
前記気化器に液体原料を供給する液体原料供給系と、
前記気化器にキャリアガスを供給するキャリアガス供給系と、
前記気化器で前記液体原料を気化させた原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給系と、
前記原料ガスとは異なる反応ガスを前記処理室内に供給する反応ガス供給系と、を有し、
前記気化器は、液体原料を気化する気化室と、前記気化室内を加熱するヒータと、液体原料を前記気化室内に噴霧させる噴霧ノズルと、前記噴霧ノズルの先端部分の表面の一部を覆うと共に、前記噴霧ノズルの前記先端部分の周辺から前記気化室内にキャリアガスを噴出させるキャリアガス噴出部を形成するキャリアガス噴出部形成部材と、を有しており、前記キャリアガス噴出部形成部材には、前記噴霧ノズルの前記先端部分が収容される貫通孔が設けられており、その貫通孔の内壁面の複数箇所には前記噴霧ノズルの前記先端部分と接触する複数の突起部が設けられている
ことを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for processing the substrate;
A vaporizer for vaporizing the liquid raw material;
A liquid source supply system for supplying a liquid source to the vaporizer;
A carrier gas supply system for supplying a carrier gas to the vaporizer;
A raw material gas supply system for supplying a raw material gas obtained by vaporizing the liquid raw material in the vaporizer into the processing chamber;
A reaction gas supply system for supplying a reaction gas different from the source gas into the processing chamber,
The vaporizer covers a part of the surface of the vaporization chamber for vaporizing the liquid raw material, a heater for heating the vaporization chamber, a spray nozzle for spraying the liquid raw material into the vaporization chamber, and a tip portion of the spray nozzle. A carrier gas ejection portion forming member that forms a carrier gas ejection portion for ejecting a carrier gas from the periphery of the tip portion of the spray nozzle into the vaporization chamber, and the carrier gas ejection portion forming member includes A through hole for receiving the tip portion of the spray nozzle is provided, and a plurality of protrusions that come into contact with the tip portion of the spray nozzle are provided at a plurality of locations on the inner wall surface of the through hole. A substrate processing apparatus.
液体原料を気化する気化室と、前記気化室内を加熱するヒータと、液体原料を前記気化室内に噴霧させる噴霧ノズルと、前記噴霧ノズルの先端部分の表面の一部を覆うと共に、前記噴霧ノズルの前記先端部分の周辺から前記気化室内にキャリアガスを噴出させるキャリアガス噴出部を形成するキャリアガス噴出部形成部材と、を有しており、前記キャリアガス噴出部形成部材には、前記噴霧ノズルの前記先端部分が収容される貫通孔が設けられており、その貫通孔の内壁面の複数箇所には前記噴霧ノズルの前記先端部分と接触する複数の突起部が設けられている気化器を用い、前記気化室内に前記噴霧ノズルの前記先端部分の周辺からキャリアガスを噴出させつつ前記噴霧ノズルより液体原料を噴霧させ、前記気化室内で液体原料を気化させる工程と、
前記処理室内に前記気化器で液体原料を気化させた原料ガスを供給して基板を処理する工程と、
処理済基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of carrying the substrate into the processing chamber;
A vaporizing chamber for vaporizing the liquid source, a heater for heating the vaporizing chamber, a spray nozzle for spraying the liquid source into the vaporizing chamber, a portion of the surface of the tip portion of the spray nozzle, A carrier gas ejection portion forming member that forms a carrier gas ejection portion for ejecting a carrier gas from the periphery of the tip portion into the vaporization chamber, and the carrier gas ejection portion forming member includes: Using a vaporizer provided with a plurality of protrusions that are in contact with the tip portion of the spray nozzle at a plurality of locations on the inner wall surface of the through-hole in which the tip portion is accommodated. The liquid material is sprayed from the spray nozzle while jetting a carrier gas from the periphery of the tip portion of the spray nozzle into the vaporization chamber, and the liquid material is vaporized in the vaporization chamber. And a step,
Supplying a source gas obtained by vaporizing a liquid source with the vaporizer into the processing chamber and processing the substrate;
And a step of unloading the processed substrate from the processing chamber.
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JP2012162754A (en) * | 2011-02-03 | 2012-08-30 | Ulvac Japan Ltd | Vaporization method and vaporizer of liquid material |
KR20200006089A (en) | 2017-07-20 | 2020-01-17 | 네오 가부시키가이샤 | heat exchanger |
WO2020039886A1 (en) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | 株式会社堀場エステック | Vaporizer, liquid material vaporization device, and vaporization method |
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