JP2016044342A - Substrate treatment apparatus and process gas generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板処理装置及び処理ガス生成器に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus and a processing gas generator.
従来より、処理ガス生成器で液体原料と反応ガスとを反応させることで生成した処理ガスを基板に供給することで、基板を処理する基板処理装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。 Conventionally, there has been proposed a substrate processing apparatus for processing a substrate by supplying a processing gas generated by reacting a liquid material and a reactive gas in a processing gas generator to the substrate (see, for example, Patent Document 1). .
上述の基板処理装置では、液体原料との反応に寄与することなく処理ガス生成器から排出されてしまう反応ガスの量が多くなり、処理ガスの生成効率が低くなってしまうことがある。 In the above-described substrate processing apparatus, the amount of the reaction gas that is discharged from the processing gas generator without contributing to the reaction with the liquid raw material increases, and the generation efficiency of the processing gas may be lowered.
本発明は、上記課題を解決し、液体原料と反応ガスとを反応させることによる処理ガスの生成効率を向上させることができる技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a technique capable of improving the generation efficiency of a processing gas by reacting a liquid raw material with a reactive gas.
本発明の一態様によれば、
液体原料と反応ガスとを反応させることで生成した処理ガスを用いて基板を処理する基板処理装置であって、
金属原料が溶融することで生成される液体原料を保持し、上流側から反応ガスが供給されて下流側から処理ガスが排出される容器と、
前記容器内に設けられ、前記容器内の液体原料の液面よりも上方の前記容器内の空間を、上流側から下流側に向かって順に配列する複数の生成空間に仕切る少なくとも１つの仕切部材と、を備え、
前記仕切部材には、隣接する２つの前記生成空間を連通させるとともに、ガスが通過する貫通孔が設けられており、
上流側の前記生成空間内のガスが前記貫通孔を通過して下流側の前記生成空間内に流れる際、前記貫通孔を通過するガスの流速が増加して噴流が発生し、この噴流により下流側の前記生成空間内でガスの対流が引き起こされるように構成されている基板処理装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A substrate processing apparatus for processing a substrate using a processing gas generated by reacting a liquid source and a reactive gas,
A container that holds a liquid raw material generated by melting a metal raw material, a reaction gas is supplied from the upstream side, and a processing gas is discharged from the downstream side;
At least one partition member provided in the container and partitioning the space in the container above the liquid level of the liquid raw material in the container into a plurality of generation spaces arranged in order from the upstream side toward the downstream side; With
The partition member is provided with a through-hole through which gas passes while allowing the two adjacent generation spaces to communicate with each other.
When the gas in the generation space on the upstream side passes through the through-hole and flows into the generation space on the downstream side, the flow velocity of the gas passing through the through-hole increases and a jet is generated. There is provided a substrate processing apparatus configured to cause gas convection in the production space on the side.
本発明の他の態様によれば、
液体原料と反応ガスとを反応させることで処理ガスを生成する処理ガス生成器であって、
金属原料が溶融することで生成される液体原料を保持し、上流側から反応ガスが供給されて下流側から処理ガスが排出される容器と、
前記容器内に設けられ、前記容器内の液体原料の液面よりも上方の前記容器内の空間を、上流側から下流側に向かって順に配列する複数の生成空間に仕切る少なくとも１つの仕切部材と、を備え、
前記仕切部材には、隣接する２つの前記生成空間を連通させるとともに、ガスが通過する貫通孔が設けられており、上流側の前記生成空間内のガスが前記貫通孔を通過して下流側の前記生成空間内に流れる際、前記貫通孔を通過するガスの流速が増加して噴流が発生し、この噴流により下流側の前記生成空間内でガスの対流が引き起こされるように構成されている処理ガス生成器が提供される。
According to another aspect of the invention,
A processing gas generator that generates a processing gas by reacting a liquid raw material with a reactive gas,
A container that holds a liquid raw material generated by melting a metal raw material, a reaction gas is supplied from the upstream side, and a processing gas is discharged from the downstream side;
At least one partition member provided in the container and partitioning the space in the container above the liquid level of the liquid raw material in the container into a plurality of generation spaces arranged in order from the upstream side toward the downstream side; With
The partition member is provided with a through-hole through which two adjacent generation spaces communicate with each other and through which gas passes. Gas in the upstream generation space passes through the through-hole and flows downstream. When flowing into the generation space, the flow velocity of the gas passing through the through hole is increased to generate a jet, and this jet is configured to cause gas convection in the downstream generation space. A gas generator is provided.
本発明によれば、液体原料と反応ガスとを反応させることによる処理ガスの生成効率を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the generation efficiency of the processing gas by reacting the liquid raw material with the reaction gas.
＜本発明の一実施形態＞
（１）基板処理装置及び処理ガス生成器の構成
以下に、本発明の一実施形態にかかる処理ガス生成器及びこの処理ガス生成器を備える基板処理装置について、主に図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態にかかる処理ガス生成器１０を備える基板処理装置２０の縦断面概略図である。なお、本実施形態では、基板処理装置２０がハイドライド気相成長装置（Hydride Vapor Phase Epitaxy（ＨＶＰＥ）装置）である場合を例に説明する。図２は、本実施形態にかかる処理ガス生成器１０の概略図である。
<One Embodiment of the Present Invention>
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus and Processing Gas Generator Hereinafter, a processing gas generator according to an embodiment of the present invention and a substrate processing apparatus including the processing gas generator will be described with reference mainly to FIG. 1 and FIG. While explaining. FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view of a substrate processing apparatus 20 including a processing gas generator 10 according to this embodiment. In the present embodiment, a case where the substrate processing apparatus 20 is a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) apparatus will be described as an example. FIG. 2 is a schematic view of the processing gas generator 10 according to the present embodiment.
図１に示すように、基板処理装置２０としてのＨＶＰＥ装置は、例えば石英（ＳｉＯ２）等の耐熱性材料により形成される反応容器２１を備えている。反応容器２１内の筒中空部には、処理室２２が形成されている。処理室２２内には、処理室２２内で基板１００を支持する基板支持部としてのサセプタ２３が設けられている。サセプタ２３には回転軸２３ａが設けられており、サセプタ２３は回転可能に構成されている。 As shown in FIG. 1, the HVPE apparatus as the substrate processing apparatus 20 includes a reaction vessel 21 formed of a heat resistant material such as quartz (SiO 2 ). A processing chamber 22 is formed in the cylindrical hollow portion in the reaction vessel 21. In the processing chamber 22, a susceptor 23 is provided as a substrate support unit that supports the substrate 100 in the processing chamber 22. The susceptor 23 is provided with a rotating shaft 23a, and the susceptor 23 is configured to be rotatable.
反応容器２１には、第１の処理ガス供給管２４と、反応ガス供給管２５と、がそれぞれ、反応容器２１の側部を貫通するように気密に設けられている。第１の処理ガス供給管２４、反応ガス供給管２５は、耐熱性、耐食性等を有する非金属材料（例えば石英）により形成されている。 The reaction vessel 21 is provided with a first process gas supply pipe 24 and a reaction gas supply pipe 25 in an airtight manner so as to penetrate the side portion of the reaction vessel 21. The first processing gas supply pipe 24 and the reaction gas supply pipe 25 are formed of a nonmetallic material (for example, quartz) having heat resistance, corrosion resistance, and the like.
第１の処理ガス供給管２４における反応容器２１の外側には、上流側から順に、第１の処理ガス供給源２４ａ、処理室２２内の基板１００に対して第１の処理ガスの供給・停止を行う弁としてのバルブ２４ｂが設けられている。第１の処理ガス供給管２４からは、第１の処理ガスとして例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスが、処理室２２内の基板１００に供給される。 On the outside of the reaction vessel 21 in the first processing gas supply pipe 24, supply and stop of the first processing gas to the first processing gas supply source 24a and the substrate 100 in the processing chamber 22 in order from the upstream side. A valve 24b is provided as a valve for performing the above. For example, ammonia (NH 3 ) gas is supplied from the first processing gas supply pipe 24 to the substrate 100 in the processing chamber 22 as the first processing gas.
反応ガス供給管２５における反応容器２１の外側には、上流側から順に、反応ガス供給源２５ａ、後述の処理ガス生成器１０への反応ガスの供給・停止を行う弁としてのバルブ２５ｂが設けられている。反応ガス供給管２５から反応ガスとして例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガスが処理ガス生成器１０内に供給される。処理ガス生成器１０には、処理ガス生成器１０内で生成された処理ガス（第２の処理ガス）を基板１００に供給する第２の処理ガス供給管２６が設けられている。第２の処理ガス供給管２６は、耐熱性、耐食性等を有する非金属材料（例えば石英）により形成されている。第２の処理ガス供給管２６から、第２の処理ガスとして例えば塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスが、処理室２２内の基板１００に供給される。 Outside the reaction vessel 21 in the reaction gas supply pipe 25, a reaction gas supply source 25 a and a valve 25 b as a valve for supplying and stopping the reaction gas to the processing gas generator 10 described later are provided in order from the upstream side. ing. For example, hydrogen chloride (HCl) gas is supplied as a reaction gas from the reaction gas supply pipe 25 into the process gas generator 10. The processing gas generator 10 is provided with a second processing gas supply pipe 26 that supplies the processing gas (second processing gas) generated in the processing gas generator 10 to the substrate 100. The second processing gas supply pipe 26 is formed of a nonmetallic material (for example, quartz) having heat resistance, corrosion resistance, and the like. For example, gallium chloride (GaCl) gas is supplied from the second processing gas supply pipe 26 to the substrate 100 in the processing chamber 22 as the second processing gas.
反応容器２１の外周には、加熱部として、第１のヒータ２７及び第２のヒータ２８が設けられている。主に第１のヒータ２７によって、処理ガス生成器１０内が所定温度（例えば６００℃〜９００℃）に加熱される。主に第２のヒータ２８によって、処理室２２内の基板１００が所定温度（例えば５００℃〜１２００℃）に加熱される。 A first heater 27 and a second heater 28 are provided on the outer periphery of the reaction vessel 21 as a heating unit. The inside of the processing gas generator 10 is heated to a predetermined temperature (for example, 600 ° C. to 900 ° C.) mainly by the first heater 27. The substrate 100 in the processing chamber 22 is heated to a predetermined temperature (for example, 500 ° C. to 1200 ° C.) mainly by the second heater 28.
反応容器２１には、処理室２２内の雰囲気を排気する排気管２９が設けられている。排気管２９には、排気装置としての真空ポンプ２９ａが設けられている。 The reaction vessel 21 is provided with an exhaust pipe 29 that exhausts the atmosphere in the processing chamber 22. The exhaust pipe 29 is provided with a vacuum pump 29a as an exhaust device.
処理ガス生成器１０は、液体原料１１と反応ガスとを反応させることで処理ガスを生成するように構成されている。処理ガス生成器１０は、主に第１のヒータ２７によって加熱される処理室２２内の領域に設けられている。 The processing gas generator 10 is configured to generate a processing gas by reacting the liquid raw material 11 and the reaction gas. The processing gas generator 10 is provided in a region in the processing chamber 22 that is mainly heated by the first heater 27.
図２に示すように、処理ガス生成器１０は、金属原料を収容し、金属原料が溶融することで生成される液体原料を保持する容器１２を備えている。容器１２は、例えば平面形状が矩形状に形成されている。容器１２は、耐熱性、耐食性を有する非金属材料で形成されている。例えば、容器１２は高純度の石英で形成されているとよい。容器１２は、上流側から反応ガスが供給されて下流側から処理ガスが排出されるように構成されている。容器１２には、上述の反応ガス供給管２５の下流端が気密に接続され、容器１２内に反応ガスを供給する供給口（インレット）１２ａと、上述の第２の処理ガス供給管２６の上流端が気密に接続され、容器１２内で生成された処理ガスを排出する排出口（アウトレット）１２ｂと、が設けられている。容器１２内に供給されたガスは、供給口１２ａから排出口１２ｂに向かって流れるように構成されている。 As shown in FIG. 2, the processing gas generator 10 includes a container 12 that holds a metal raw material and holds a liquid raw material generated by melting the metal raw material. For example, the container 12 is formed in a rectangular planar shape. The container 12 is formed of a nonmetallic material having heat resistance and corrosion resistance. For example, the container 12 may be made of high purity quartz. The container 12 is configured such that the reaction gas is supplied from the upstream side and the processing gas is discharged from the downstream side. A downstream end of the above-described reaction gas supply pipe 25 is connected to the container 12 in an airtight manner, and a supply port (inlet) 12a for supplying the reaction gas into the container 12 and an upstream of the above-described second processing gas supply pipe 26 are provided. An end is hermetically connected, and an outlet (outlet) 12 b for discharging the processing gas generated in the container 12 is provided. The gas supplied into the container 12 is configured to flow from the supply port 12a toward the discharge port 12b.
金属原料として、例えば常温で固体の原料が用いられる。例えば、金属原料として、III族原料であるガリウム（Ｇａ）の固体、インジウム（Ｉｎ）の固体、アルミニウム（Ａｌ）の固体が用いられる。つまり、液体原料１１として、例えばＧａ融液、Ｉｎ融液、Ａｌ融液が用いられる。 As the metal raw material, for example, a raw material that is solid at room temperature is used. For example, a gallium (Ga) solid, an indium (In) solid, or an aluminum (Al) solid, which is a group III raw material, is used as the metal raw material. That is, for example, a Ga melt, an In melt, or an Al melt is used as the liquid raw material 11.
容器１２内には、少なくとも１つ（本実施形態では３つ）の仕切部材１３が設けられている。仕切部材１３は、容器１２内の液体原料１１の液面よりも上方の容器１２内の空間を、上流側から下流側に向かって順に配列する複数の生成空間１４に仕切る（区画する）ように構成されている。仕切部材１３は、例えば容器１２を構成する天板に設けられている。仕切部材１３は、耐熱性、耐食性を有する非金属材料（例えば石英）で形成されているとよい。 In the container 12, at least one (three in this embodiment) partition member 13 is provided. The partition member 13 partitions (divides) the space in the container 12 above the liquid surface of the liquid raw material 11 in the container 12 into a plurality of generation spaces 14 arranged in order from the upstream side to the downstream side. It is configured. The partition member 13 is provided, for example, on a top plate that constitutes the container 12. The partition member 13 may be formed of a nonmetallic material (for example, quartz) having heat resistance and corrosion resistance.
仕切部材１３には、隣接する２つの生成空間１４を互いに連通させるとともに、ガス（反応ガス及び容器１２内で生成された処理ガス）が通過する貫通孔１３ａが設けられている。例えば、１つの仕切部材１３には１つの貫通孔１３ａが設けられている。貫通孔１３ａは、貫通孔１３ａを通過するガスの流速を増加させてガスの噴流（ジェット流）を発生させるように構成されている。 The partition member 13 is provided with a through hole 13a through which two adjacent generation spaces 14 communicate with each other and through which gas (reaction gas and process gas generated in the container 12) passes. For example, one partition member 13 is provided with one through hole 13a. The through-hole 13a is configured to increase the flow velocity of the gas passing through the through-hole 13a to generate a gas jet (jet flow).
容器１２の長手方向における長さは例えば１０ｃｍ以上１００ｃｍ以下が例示される。容器１２の幅方向における長さは例えば１０ｃｍ以上１００ｃｍ以下が例示される。容器１２の上下方向における長さ（高さ）は例えば５ｃｍ以上３０ｃｍ以下が例示される。仕切部材１３は、例えば５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の板状の部材が例示される。容器１２内に例えば３枚の仕切部材１３が設けられている場合、容器１２内に供給される反応ガスの流量は例えば１０ｓｃｃｍ以上１００００ｓｃｃｍ以下が例示される。貫通孔１３ａの平面形状は例えば円形や矩形が例示される。また、貫通孔１３ａの面積（開口面積）は例えば１ｍｍ２以上１００ｍｍ２以下が例示される。 The length in the longitudinal direction of the container 12 is, for example, 10 cm or more and 100 cm or less. The length of the container 12 in the width direction is, for example, 10 cm or more and 100 cm or less. The length (height) in the vertical direction of the container 12 is, for example, 5 cm or more and 30 cm or less. The partition member 13 is exemplified by a plate-like member having a size of 5 mm to 10 mm, for example. For example, when three partition members 13 are provided in the container 12, the flow rate of the reaction gas supplied into the container 12 is, for example, 10 sccm or more and 10,000 sccm or less. Examples of the planar shape of the through hole 13a include a circle and a rectangle. The area (opening area) of the through hole 13a is, for example, 1 mm 2 or more and 100 mm 2 or less.
反応ガスの供給量に対して貫通孔１３ａの面積が小さすぎると、貫通孔１３ａを通過するガスの流速を所定の速度まで増加させることはできるが、発生するガスの噴流の量が少なくなってしまうことがある。一方、反応ガスの供給量に対して貫通孔１３ａの面積が大きすぎると、貫通孔１３ａを通過して発生するガスの噴流の量は多くできるが、貫通孔１３ａを通過するガスの流速を充分に増加させることができないことがある。つまり、貫通孔１３ａの面積が小さすぎても、大きすぎても、ガスが貫通孔１３ａを流れることで発生する噴流の強さ（勢い）が不充分であることがある。その結果、後述するように下流側の生成空間１４内でガスの対流を充分に引き起こすことができないことがある。反応ガスの供給量に対して貫通孔１３ａの面積を所定の値にすることで、貫通孔１３ａを通過するガスの流速を所定の速度まで増加させることができる。その結果、充分な強さの噴流を発生させることができ、後述するように下流側の生成空間１４内でガスの対流を充分に引き起こすことができる。 If the area of the through hole 13a is too small with respect to the supply amount of the reaction gas, the flow rate of the gas passing through the through hole 13a can be increased to a predetermined speed, but the amount of generated gas jet is reduced. May end up. On the other hand, if the area of the through-hole 13a is too large relative to the supply amount of the reaction gas, the amount of gas jet generated through the through-hole 13a can be increased, but the flow rate of the gas passing through the through-hole 13a is sufficiently high. May not be increased. That is, even if the area of the through-hole 13a is too small or too large, the strength (momentum) of the jet generated by the gas flowing through the through-hole 13a may be insufficient. As a result, gas convection may not be sufficiently caused in the downstream generation space 14 as will be described later. By setting the area of the through hole 13a to a predetermined value with respect to the supply amount of the reaction gas, the flow rate of the gas passing through the through hole 13a can be increased to a predetermined speed. As a result, a sufficiently strong jet can be generated, and gas convection can be sufficiently caused in the downstream generation space 14 as will be described later.
処理ガス生成器１０が複数の仕切部材１３を備える場合、つまり容器１２内に複数の仕切部材１３が設けられる場合、少なくとも隣接する２つの仕切部材１３にそれぞれ設けられる貫通孔１３ａが、容器１２内を流れるガス流の上流側から見たとき、互いに重ならない位置に形成されているとよい。例えば、図２（ａ）に示すように、貫通孔１３ａは、容器１２内を流れるガス流の上流側から見たときに互いに重ならないように、水平方向（幅方向）にずらして設けられているとよい。 When the processing gas generator 10 includes a plurality of partition members 13, that is, when a plurality of partition members 13 are provided in the container 12, the through holes 13 a respectively provided in at least two adjacent partition members 13 are provided in the container 12. When viewed from the upstream side of the gas flow flowing through the gas, it is preferable that the gas flows not overlap each other. For example, as shown in FIG. 2 (a), the through holes 13a are provided so as to be shifted in the horizontal direction (width direction) so as not to overlap each other when viewed from the upstream side of the gas flow flowing in the container 12. It is good to be.
また、最上流に位置する仕切部材１３に設けられる貫通孔１３ａは、容器１２内を流れるガス流の上流側から見たとき、容器１２に設けられた供給口１２ａと重ならない位置に設けられているとよい。またさらに、最下流に位置する仕切部材１３に設けられる貫通孔１３ａは、容器１２内を流れるガスの上流側から見たとき、容器１２に設けられた排出口１２ｂと重ならない位置に設けられているとよい。 Further, the through hole 13 a provided in the partition member 13 located at the uppermost stream is provided at a position that does not overlap with the supply port 12 a provided in the container 12 when viewed from the upstream side of the gas flow flowing in the container 12. It is good to be. Furthermore, the through-hole 13a provided in the partition member 13 located on the most downstream side is provided at a position that does not overlap the discharge port 12b provided in the container 12 when viewed from the upstream side of the gas flowing in the container 12. It is good to be.
上述のように構成されることで、処理ガス生成器１０では、上流側の生成空間１４内のガスが貫通孔１３ａを通過して下流側の生成空間１４内に流れる際、貫通孔１３ａを通過するガスの流速が増加して噴流が発生する。そして、この噴流により下流側の生成空間１４内でガスの対流（循環流）が引き起こされる。例えば、各生成空間１４内でガスが上下方向に移動するような対流が引き起こされる。つまり、例えば図２（ａ）に矢印で示すような対流が引き起こされる。なお、最上流の生成空間１４内では、供給口１２ａから反応ガスが供給されることで、対流が引き起こされる。ここで、対流には、熱対流のみならず、強制対流も含まれる。また、対流を引き起こすとは、生成空間１４内で対流を新たに起こす（発生させる）場合だけでなく、例えば生成空間１４内で既に発生している対流を強くする場合も含む。 By being configured as described above, in the processing gas generator 10, when the gas in the upstream generation space 14 passes through the through hole 13a and flows into the downstream generation space 14, it passes through the through hole 13a. The flow velocity of the generated gas increases and a jet is generated. The jet flow causes gas convection (circulation flow) in the downstream generation space 14. For example, convection that causes the gas to move in the vertical direction in each generation space 14 is caused. In other words, for example, convection as shown by an arrow in FIG. In the most upstream generation space 14, the reaction gas is supplied from the supply port 12a, thereby causing convection. Here, the convection includes not only thermal convection but also forced convection. Further, causing convection includes not only the case where convection is newly generated (generated) in the generation space 14 but also the case where convection already generated in the generation space 14 is strengthened, for example.
なお、仕切部材１３の側端と容器１２の側壁との間の隙間からガスが移動することを抑制し、噴流を確実に発生させるために、仕切部材１３は、側端が容器１２を構成する側壁に接していることが好ましい。また、噴流をより確実に発生させるために、仕切部材１３は、仕切部材１３の下端と液体原料１１との間に隙間が形成されないように構成されていることが好ましい。特に、噴流を確実に発生させ続けるため、仕切部材１３は、容器１２内の液体原料１１の液面が降下した場合であっても、少なくとも仕切部材１３の下端が液体原料１１に接するように構成されていることが好ましい。例えば、仕切部材１３の一部分（下端部）が、容器１２内の液体原料１１中に浸漬していることが好ましい。 In addition, in order to suppress that gas moves from the clearance gap between the side end of the partition member 13 and the side wall of the container 12, and to generate a jet flow reliably, the partition member 13 comprises the container 12 in a side end. It is preferable to be in contact with the side wall. Moreover, in order to generate a jet flow more reliably, it is preferable that the partition member 13 is configured such that no gap is formed between the lower end of the partition member 13 and the liquid raw material 11. In particular, in order to reliably generate a jet, the partition member 13 is configured such that at least the lower end of the partition member 13 is in contact with the liquid material 11 even when the liquid level of the liquid material 11 in the container 12 is lowered. It is preferable that For example, it is preferable that a part (lower end) of the partition member 13 is immersed in the liquid raw material 11 in the container 12.
なお、仕切部材１３の下端が容器１２を構成する底板に接している場合、仕切部材１３は、液体原料１１が流通可能に構成されていることが好ましい。例えば、仕切部材１３の液体原料１１に浸漬する箇所には、液体原料１１を流通させる貫通孔や切り欠きが設けられているとよい。 In addition, when the lower end of the partition member 13 is in contact with the bottom plate constituting the container 12, the partition member 13 is preferably configured to allow the liquid raw material 11 to flow. For example, a through-hole or a notch through which the liquid material 11 is circulated may be provided at a location where the partition material 13 is immersed in the liquid material 11.
（２）基板処理工程
次に、本実施形態にかかる半導体製造工程の一工程として実施される基板処理工程について説明する。かかる工程は、上述の基板処理装置２０により実施される。ここでは、基板１００上に半導体膜として窒化ガリウム（ＧａＮ）膜を成膜する例について説明する。
(2) Substrate Processing Step Next, a substrate processing step that is performed as one step of the semiconductor manufacturing process according to the present embodiment will be described. Such a process is performed by the substrate processing apparatus 20 described above. Here, an example in which a gallium nitride (GaN) film is formed as a semiconductor film over the substrate 100 will be described.
まず、容器１２内に例えばＧａの固体を収容（補充）する。そして、基板１００としての例えばサファイア基板を処理室２２内に搬入し、サセプタ２３上に載置した後、サセプタ２３の回転を開始する。サセプタ２３の回転は、少なくとも後述のＧａＮ膜の成膜が終了するまで継続する。 First, for example, Ga solid is accommodated (replenished) in the container 12. Then, for example, a sapphire substrate as the substrate 100 is carried into the processing chamber 22 and placed on the susceptor 23, and then the susceptor 23 starts to rotate. The rotation of the susceptor 23 continues until at least the formation of a GaN film described later is completed.
真空ポンプ２９ａによって処理室２２内の大気を真空排気した後、例えば窒素（Ｎ２）ガスを処理室２２内に導入して処理室２２内を例えば大気圧にする。また、容器１２内が所定の温度（例えば６００℃〜９００℃）になるように、第１のヒータ２７によって加熱する。これにより、容器１２内のＧａの固体が溶融して液体原料１１であるＧａ融液が生成される。第１のヒータ２７による加熱と併行して、処理室２２内の基板１００が所定温度（例えば５００℃〜１２００℃）になるように、第２のヒータ２８によって加熱する。 After the atmosphere in the processing chamber 22 is evacuated by the vacuum pump 29a, for example, nitrogen (N 2 ) gas is introduced into the processing chamber 22 to bring the processing chamber 22 to atmospheric pressure, for example. Moreover, it heats with the 1st heater 27 so that the inside of the container 12 may become predetermined | prescribed temperature (for example, 600 to 900 degreeC). Thereby, the Ga solid in the container 12 is melted, and a Ga melt as the liquid raw material 11 is generated. Along with the heating by the first heater 27, the substrate 100 in the processing chamber 22 is heated by the second heater 28 so as to reach a predetermined temperature (for example, 500 ° C. to 1200 ° C.).
処理室２２内が大気圧となり、容器１２内でＧａ融液が生成されるとともに、基板１００が所定温度に達したら、バルブ２４ｂを開けて、第１の処理ガス供給管２４から、第１の処理ガス（例えばＮＨ３ガス）の処理室２２内の基板１００への供給を開始する。 When the inside of the processing chamber 22 is at atmospheric pressure and Ga melt is generated in the container 12 and the substrate 100 reaches a predetermined temperature, the valve 24b is opened and the first processing gas supply pipe 24 is used to Supply of the processing gas (for example, NH 3 gas) to the substrate 100 in the processing chamber 22 is started.
また、バルブ２５ｂを開けて、反応ガス供給管２５から、反応ガス（例えばＨＣｌガス）の容器１２内への供給を開始する。これにより、容器１２内で、Ｇａ融液と反応ガスとが反応して、第２の処理ガス（例えばＧａＣｌガス）が生成される。 Further, the valve 25b is opened, and supply of the reaction gas (for example, HCl gas) from the reaction gas supply pipe 25 into the container 12 is started. As a result, the Ga melt and the reaction gas react in the container 12 to generate a second processing gas (for example, GaCl gas).
このとき、反応ガス供給管２５から反応ガスが容器１２内（つまり最上流の生成空間１４内）に供給されることで、最上流の生成空間１４内でガス（反応ガス及び第２の処理ガスの混合ガス）の対流が引き起こされる。また、上流側の生成空間１４内のガスが貫通孔１３ａを通過して下流側の生成空間１４内に流れる際、貫通孔１３ａを通過するガスの流速が増加して噴流が発生する。この噴流により下流側の生成空間１４内でガスの対流が引き起こされる。 At this time, the reaction gas is supplied from the reaction gas supply pipe 25 into the container 12 (that is, in the uppermost production space 14), so that the gas (reaction gas and the second processing gas) is produced in the uppermost production space 14. Convection of the gas mixture). Further, when the gas in the upstream generation space 14 passes through the through-hole 13a and flows into the downstream generation space 14, the flow velocity of the gas passing through the through-hole 13a increases and a jet is generated. This jet flow causes gas convection in the downstream generation space 14.
そして、第２の処理ガス供給管２６から、容器１２内で生成された第２の処理ガスを処理室２２内の基板１００に供給する。そして、第１の処理ガスと第２の処理ガスとを反応させて基板１００上に所定の厚さのＧａＮ膜を成膜する。 Then, the second processing gas generated in the container 12 is supplied from the second processing gas supply pipe 26 to the substrate 100 in the processing chamber 22. Then, the first processing gas and the second processing gas are reacted to form a GaN film having a predetermined thickness on the substrate 100.
ＧａＮ膜の厚さが所定の厚さに達したら、基板１００への第１の処理ガスの供給、及び容器１２内への反応ガスの供給を停止する。また、第１のヒータ２７及び第２のヒータ２８による加熱を停止し、容器１２内、処理室２２内、基板１００を降温させる。また、真空ポンプ２９ａにより処理室２２内に残留する反応ガス、第１の処理ガス、第２の処理ガスを排気した後、処理室２２内に例えばＮ２ガスを導入して大気圧に復帰させる。そして、サセプタ２３から基板１００を取り外し、基板１００を処理室２２外へ搬出する。 When the thickness of the GaN film reaches a predetermined thickness, the supply of the first processing gas to the substrate 100 and the supply of the reaction gas into the container 12 are stopped. Further, the heating by the first heater 27 and the second heater 28 is stopped, and the temperature in the container 12, the processing chamber 22, and the substrate 100 is lowered. In addition, after the reaction gas, the first processing gas, and the second processing gas remaining in the processing chamber 22 are exhausted by the vacuum pump 29a, for example, N 2 gas is introduced into the processing chamber 22 to return to the atmospheric pressure. . Then, the substrate 100 is removed from the susceptor 23 and the substrate 100 is carried out of the processing chamber 22.
（３）本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つまたは複数の効果を奏する。
(3) Effects According to the Present Embodiment According to the present embodiment, one or a plurality of effects described below are exhibited.
（ａ）上流側の生成空間１４内のガスが貫通孔１３ａを通過して下流側の生成空間１４内に流れる際、貫通孔１３ａを通過するガスの流速が増加して噴流を発生させ、この噴流により下流側の生成空間１４内でガスの対流を引き起こすことで（つまり容器１２内に形成された各生成空間１４内でそれぞれガスの対流を引き起こすことで）、容器１２内での反応ガスの滞留時間を増加させることができる。その結果、液体原料１１と反応ガスとを反応させることで生成される処理ガス（第２の処理ガス）の生成効率を向上させることができる。つまり、容器１２内で生成される処理ガスの生成量を増加させ、容器１２から排出される処理ガスの濃度を高くすることができる。 (A) When the gas in the upstream generation space 14 passes through the through-hole 13a and flows into the downstream generation space 14, the flow velocity of the gas passing through the through-hole 13a increases to generate a jet, By causing gas convection in the downstream generation space 14 by the jet (that is, by causing gas convection in each generation space 14 formed in the container 12), the reaction gas in the container 12 Residence time can be increased. As a result, it is possible to improve the generation efficiency of the processing gas (second processing gas) generated by reacting the liquid raw material 11 with the reaction gas. That is, the amount of processing gas generated in the container 12 can be increased, and the concentration of the processing gas discharged from the container 12 can be increased.
（ｂ）各生成空間１４内でそれぞれ、ガスが上下方向に移動するような対流を引き起こすことで、各生成空間１４の液体原料１１の液面から離れた上方の反応ガスを液体原料１１の液面付近に移動させることができる。その結果、液体原料１１と反応ガスとが反応（接触）する機会（確率）を増やすことができる。従って、上記（ａ）の効果をより得ることができる。 (B) By causing convection such that the gas moves in the vertical direction in each generation space 14, the upper reaction gas away from the liquid surface of the liquid source 11 in each generation space 14 is converted into the liquid of the liquid source 11. It can be moved near the surface. As a result, the opportunity (probability) that the liquid raw material 11 and the reactive gas react (contact) can be increased. Therefore, the effect (a) can be further obtained.
図３に、容器１２の供給口１２ａからの距離と処理ガス（第２の処理ガスであるＧａＣｌガス）の濃度との関係の一例を表すグラフ図を示す。なお、図３のグラフ図に示すデータは、容器１２を構成する天板の近傍で測定した値である。図３から、貫通孔１３ａが形成された仕切部材１３が設けられると、各生成空間１４内では、供給口１２ａからの距離にかかわらず、処理ガスの濃度が概ね均一になることを確認した。これは、各生成空間１４内で引き起こされた対流によるものと考える。また、各生成空間１４内で対流が引き起こされると、仕切部材１３を設けずに容器１２内で対流が引き起こされなかった場合と比べて、容器１２から排出される最終的な処理ガスの濃度を高くすることができることを確認した。つまり、処理ガスの生成効率を向上させることができることを確認した。また、液体原料１１の液面の高さが異なる場合であっても（つまり、液体原料１１の液面がどのような高さであっても）、容器１２内で対流が引き起こされなかった場合と比べて、容器１２から排出される処理ガスの濃度を高くすることができることを確認した。さらにまた、液体原料１１の液面が降下するほど、容器１２内で生成される処理ガス（ＧａＣｌガス）の濃度は低下する傾向にあるものの、複数の仕切部材１３を設けることで、容器１２から排出される最終的な処理ガスの濃度の差を小さくすることが可能であることを確認した。つまり、複数（好ましくは２つ以上、より好ましくは３枚以上）の仕切部材１３を設けることで、液体原料１１の液面が降下した場合における処理ガス（ＧａＣｌガス）の濃度の低下を抑制できることを確認した。 FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the distance from the supply port 12a of the container 12 and the concentration of the processing gas (GaCl gas that is the second processing gas). The data shown in the graph of FIG. 3 is a value measured in the vicinity of the top plate constituting the container 12. From FIG. 3, it was confirmed that when the partition member 13 having the through hole 13 a was provided, the concentration of the processing gas became substantially uniform in each generation space 14 regardless of the distance from the supply port 12 a. This is considered to be due to convection caused in each generation space 14. In addition, when convection is caused in each generation space 14, the concentration of the final processing gas discharged from the container 12 is reduced compared to the case where convection is not caused in the container 12 without providing the partition member 13. Confirmed that it can be high. That is, it was confirmed that the generation efficiency of the processing gas can be improved. Further, even when the liquid level of the liquid raw material 11 is different (that is, whatever the liquid level of the liquid raw material 11 is), no convection is caused in the container 12 It was confirmed that the concentration of the processing gas discharged from the container 12 can be increased as compared with the above. Furthermore, although the concentration of the processing gas (GaCl gas) generated in the container 12 tends to decrease as the liquid level of the liquid raw material 11 falls, by providing a plurality of partition members 13, It was confirmed that it was possible to reduce the difference in the concentration of the final process gas discharged. That is, by providing a plurality of (preferably two or more, more preferably three or more) partition members 13, it is possible to suppress a decrease in the concentration of the processing gas (GaCl gas) when the liquid level of the liquid raw material 11 drops. It was confirmed.
ここで、参考までに、従来の処理ガス生成器を備える基板処理装置について説明する。従来の処理ガス生成器では、容器中に整流板を設け、容器内を上流側から下流側に向かって流れるガスの流路を水平方向で蛇行させている。これにより、容器内でのガスの流路を長くし、容器内でのガスの滞留時間を長くしている。しかしながら、従来の処理ガス生成器であっても、容器内でのガスの滞留時間が足りず、処理ガスの生成効率を十分に向上させることができないことがある。また、従来の処理ガス生成器では、液体原料の液面よりも上方の容器内の空間の上下方向での反応ガスの移動を促すように構成されていない。液体原料の液面の近くを通る反応ガスは液体原料と反応するが、液体原料の液面から離れた位置を通る反応ガスは液体原料と反応しにくいことがある。その結果、容器内のガスの流路を水平方向で蛇行させることで長くした場合であっても、処理ガスの生成効率を十分に高くすることができない場合がある。これに対し、本実施形態では、各生成空間１４内でガスを対流させている。このため、従来の処理ガス生成器が有する課題を効果的に解決できる。 Here, for reference, a substrate processing apparatus including a conventional processing gas generator will be described. In the conventional processing gas generator, a flow straightening plate is provided in the container, and the flow path of the gas flowing in the container from the upstream side to the downstream side is meandered in the horizontal direction. Thereby, the flow path of the gas in the container is lengthened, and the residence time of the gas in the container is lengthened. However, even with a conventional process gas generator, the residence time of the gas in the container is insufficient, and the process gas generation efficiency may not be sufficiently improved. Further, the conventional process gas generator is not configured to promote the movement of the reaction gas in the vertical direction of the space in the container above the liquid level of the liquid raw material. The reaction gas passing near the liquid surface of the liquid source reacts with the liquid source, but the reaction gas passing through a position away from the liquid surface of the liquid source may not easily react with the liquid source. As a result, even if the gas flow path in the container is lengthened by meandering in the horizontal direction, the generation efficiency of the processing gas may not be sufficiently increased. On the other hand, in this embodiment, gas is convected in each generation space 14. For this reason, the subject which the conventional process gas generator has can be solved effectively.
（ｃ）処理ガスの生成効率を向上させることで、基板１００に対して充分な量の処理ガスを供給できる。その結果、基板１００の処理速度（成膜速度）を向上させることができる。 (C) A sufficient amount of processing gas can be supplied to the substrate 100 by improving the generation efficiency of the processing gas. As a result, the processing speed (film formation speed) of the substrate 100 can be improved.
（ｄ）また、処理ガスの生成効率を向上させることで、処理ガスの生成に寄与することなく、未反応のまま処理ガス生成器１０が備える容器１２内から排出される反応ガスの量を低減できる。つまり、処理室２２内の基板１００に供給されてしまう反応ガスの量を低減できる。その結果、基板１００上に形成された膜（例えばＧａＮ膜）の反応ガスによるエッチングを抑制できる。これにより、基板の処理速度（成膜速度）をより向上させることができる。また、未反応のまま容器１２内から排出される反応ガスの量を低減することで、基板１００の製造コストを低減させることができる。 (D) Further, by improving the generation efficiency of the processing gas, the amount of the reaction gas discharged from the container 12 included in the processing gas generator 10 is reduced without contributing to the generation of the processing gas. it can. That is, the amount of reaction gas that is supplied to the substrate 100 in the processing chamber 22 can be reduced. As a result, etching of the film (eg, GaN film) formed on the substrate 100 by the reaction gas can be suppressed. Thereby, the processing speed (film formation speed) of the substrate can be further improved. Moreover, the manufacturing cost of the board | substrate 100 can be reduced by reducing the quantity of the reactive gas discharged | emitted from the inside of the container 12 with unreacted.
（ｅ）処理ガス生成器１０が複数の仕切部材１３を備える（つまり容器１２内に複数の仕切部材１３が設けられる）場合、少なくとも隣接する２つの仕切部材１３にそれぞれ設けられる貫通孔１３ａを、容器１２内を流れるガス流の上流側から見たとき、互いに重ならない位置に形成することで、貫通孔１３ａを通過して流速が増加したガスが、容器１２内を素通りしてしまうことを抑制できる。つまり、各生成空間１４内でガスの対流を引き起こすことなく、生成空間１４内を通過してしまうことを抑制できる。従って、上記（ａ）〜（ｄ）の効果をより得ることができる。 (E) When the processing gas generator 10 includes a plurality of partition members 13 (that is, a plurality of partition members 13 are provided in the container 12), the through holes 13a respectively provided in at least two adjacent partition members 13 When viewed from the upstream side of the gas flow flowing through the container 12, it is formed at a position that does not overlap with each other, thereby suppressing the passage of gas through the through-hole 13 a and increasing the flow velocity through the container 12. it can. That is, it can suppress passing in the production | generation space 14 without causing the convection of gas in each production | generation space 14. FIG. Therefore, the effects (a) to (d) can be further obtained.
（ｆ）最上流に位置する仕切部材１３に設けられる貫通孔１３ａを、容器１２内を流れるガス流の上流側から見たとき、容器１２に設けられた供給口１２ａと重ならない位置に設けることで、容器１２内に供給された反応ガスが貫通孔１３ａを素通りしてしまうことを抑制できる。また、最下流に位置する仕切部材１３に設けられる貫通孔１３ａを、容器１２内を流れるガスの上流側から見たとき、容器１２に設けられた排出口１２ｂと重ならない位置に設けることで、最下流に位置する生成空間１４内に流れたガスが、対流を引き起こすことなく素通りして、容器１２内から排出してしまうことを抑制できる。従って、上記（ａ）〜（ｄ）の効果をより得ることができる。 (F) When the through-hole 13a provided in the partition member 13 located in the uppermost stream is viewed from the upstream side of the gas flow flowing in the container 12, it is provided in a position that does not overlap with the supply port 12a provided in the container 12. Therefore, it can suppress that the reactive gas supplied in the container 12 passes along the through-hole 13a. Further, when the through hole 13a provided in the partition member 13 located at the most downstream side is viewed from the upstream side of the gas flowing in the container 12, it is provided at a position that does not overlap with the discharge port 12b provided in the container 12, It is possible to suppress the gas flowing in the generation space 14 located on the most downstream side from passing through without causing convection and being discharged from the container 12. Therefore, the effects (a) to (d) can be further obtained.
（ｇ）仕切部材１３の下端と液体原料１１との間に隙間が形成されないように構成することで、この隙間から生成空間１４内のガスが隣接する生成空間１４内に移動してしまうことを抑制できる。つまり、貫通孔１３ａを通過するガスの量が減少してしまうことを抑制できる。これにより、貫通孔１３ａを通過するガスの流速をより増加させることができ、噴流の勢いをより強くすることができる。その結果、下流側の生成空間１４内でより強いガスの対流を引き起こすことができる。従って、上記（ａ）〜（ｄ）の効果をより得ることができる。 (G) By configuring so that no gap is formed between the lower end of the partition member 13 and the liquid raw material 11, the gas in the generation space 14 moves into the adjacent generation space 14 from this gap. Can be suppressed. That is, it can suppress that the quantity of the gas which passes the through-hole 13a reduces. Thereby, the flow velocity of the gas passing through the through hole 13a can be further increased, and the momentum of the jet can be increased. As a result, stronger gas convection can be caused in the downstream generation space 14. Therefore, the effects (a) to (d) can be further obtained.
（ｈ）仕切部材１３の下端が容器１２を構成する底板に接している場合、液体原料１１が流通可能に仕切部材１３を構成することで、容器１２内で液体原料１１の液面の高さをほぼ均一にできる。つまり、生成空間１４のそれぞれの体積を均一にできる。 (H) When the lower end of the partition member 13 is in contact with the bottom plate constituting the container 12, the liquid surface of the liquid raw material 11 in the container 12 is formed by configuring the partition member 13 so that the liquid raw material 11 can flow. Can be made almost uniform. That is, each volume of the generation space 14 can be made uniform.
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施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変更可能である。
<Other embodiments>
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary.
上述の実施形態では、各生成空間１４内でそれぞれ、ガスが上下方向に移動するような対流が引き起こされる場合について説明したが、これに限定されない。例えば、各生成空間１４内でそれぞれ、ガスが水平方向に移動するような対流が引き起こされてもよい。これによっても、容器１２内での反応ガスの滞留時間を増やすことができる。従って、上記（ａ）〜（ｃ）の効果を得ることができる。 In the above-described embodiment, the case where the convection in which the gas moves in the vertical direction is caused in each generation space 14 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, convection in which the gas moves in the horizontal direction in each generation space 14 may be caused. Also by this, the residence time of the reactive gas in the container 12 can be increased. Therefore, the effects (a) to (c) can be obtained.
上述の実施形態では、１つの仕切部材１３に１つの貫通孔１３ａが設けられている場合について説明したが、これに限定されない。例えば、１つの仕切部材１３に複数の貫通孔１３ａが設けられていてもよい。例えば、図４に示す処理ガス生成器１０Ａのように、１つの仕切部材１３の水平方向に複数の貫通孔１３ａを設けてもよい。これにより、各生成空間１４内の水平方向でムラなく対流を引き起こすことができる。従って、上記（ａ）〜（ｄ）の効果をより得ることができる。この場合、引き起こされる対流の動きを阻害しないように、上下方向には１つの貫通孔１３ａのみが設けられているとよい。 In the above-described embodiment, the case where one through hole 13a is provided in one partition member 13 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, one partition member 13 may be provided with a plurality of through holes 13a. For example, a plurality of through holes 13a may be provided in the horizontal direction of one partition member 13 as in the processing gas generator 10A shown in FIG. Thereby, convection can be caused in the horizontal direction in each generation space 14 without unevenness. Therefore, the effects (a) to (d) can be further obtained. In this case, it is preferable that only one through hole 13a is provided in the vertical direction so as not to hinder the induced convection movement.
上述の実施形態では、容器１２内に形成された複数の生成空間１４でそれぞれ引き起こされる対流の方向が異なる場合について説明したが、これに限定されない。例えば図５に示す処理ガス生成器１０Ｂのように、各生成空間１４で引き起こされる対流の方向が同じであってもよい。これによっても、少なくとも上記（ａ）〜（ｄ）の効果を得ることができる。 In the above-described embodiment, the case where the directions of convection caused by the plurality of generation spaces 14 formed in the container 12 are different from each other has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, like the process gas generator 10B shown in FIG. 5, the direction of the convection caused in each generation space 14 may be the same. Also by this, at least the effects (a) to (d) can be obtained.
上述の実施形態では、容器１２内に３つの仕切部材１３が設けられる場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、容器１２内に１つ又は２つの仕切部材１３が設けられていてもよい。また、容器１２内に４つ以上の仕切部材１３が設けられていてもよい。 In the above-described embodiment, the case where the three partition members 13 are provided in the container 12 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, one or two partition members 13 may be provided in the container 12. Further, four or more partition members 13 may be provided in the container 12.
上述の実施形態では、液体原料１１として、例えば固体のＧａを高温で溶融させたＧａ融液を用いる場合について説明したが、これに限定されない。液体原料１１として、常温で液体である原料を用いてもよい。 In the above-described embodiment, the case of using, for example, a Ga melt obtained by melting solid Ga at a high temperature has been described as the liquid raw material 11. However, the present invention is not limited to this. As the liquid material 11, a material that is liquid at room temperature may be used.
上述の実施形態では、容器１２内に金属原料を収容し、容器１２内で金属原料を加熱して溶融させることで液体原料１１を生成したが、これに限定されない。例えば、容器１２外で金属原料を溶融させて生成した液体原料１１を容器１２内に供給してもよい。 In the above-described embodiment, the metal raw material is accommodated in the container 12, and the liquid raw material 11 is generated by heating and melting the metal raw material in the container 12. However, the present invention is not limited to this. For example, the liquid raw material 11 generated by melting the metal raw material outside the container 12 may be supplied into the container 12.
上述の実施形態では、供給口１２ａ及び排出口１２ｂが容器１２の側壁に設けられる場合について説明したが、これに限定されない。例えば、供給口１２ａ及び排出口１２ｂはそれぞれ、容器１２の天板に設けられていてもよい。 In the above-described embodiment, the case where the supply port 12a and the discharge port 12b are provided on the side wall of the container 12 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the supply port 12a and the discharge port 12b may be provided on the top plate of the container 12, respectively.
上述の実施形態では、処理ガス生成器１０が基板処理装置２０の処理室２２内に設けられる場合について説明したが、これに限定されない。例えば、処理ガス生成器１０は、基板処理装置２０の反応容器２１外に設けられていてもよい。この場合は、処理ガス生成器１０の外周に、処理ガス生成器１０が備える容器１２内を所定温度に加熱するヒータが設けられているとよい。 In the above-described embodiment, the case where the processing gas generator 10 is provided in the processing chamber 22 of the substrate processing apparatus 20 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the processing gas generator 10 may be provided outside the reaction vessel 21 of the substrate processing apparatus 20. In this case, a heater for heating the inside of the container 12 included in the processing gas generator 10 to a predetermined temperature may be provided on the outer periphery of the processing gas generator 10.
また、例えば、第１の処理ガス供給管２４、反応ガス供給管２５からそれぞれ、第１の処理ガス、反応ガスと併行して、例えばキャリアガスとしての窒素（Ｎ２）ガス、水素（Ｈ２）ガス、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを供給してもよい。 Further, for example, nitrogen (N 2 ) gas, hydrogen (H 2 ) as a carrier gas, for example, in parallel with the first processing gas and the reaction gas, respectively, from the first processing gas supply pipe 24 and the reaction gas supply pipe 25. ) A gas or a mixed gas of H 2 gas and N 2 gas may be supplied.
また、反応容器２１には、不活性ガス供給管やドーピングガス供給管等がさらに設けられていてもよい。 The reaction vessel 21 may further be provided with an inert gas supply pipe, a doping gas supply pipe, and the like.
上述の実施形態では、基板処理装置２０としてＨＶＰＥ装置を用いる場合について説明したが、これに限定されない。つまり、本発明は、液体原料１１と反応ガスとを反応させて生成した処理ガスを用いて基板を処理する基板処理装置であれば、種々の基板処理装置に適用できる。また、上述の実施形態では、基板処理として、ＧａＮ膜を成膜する処理について説明したが、これに限定されない。この他、例えば、基板処理として、酸化膜、金属膜等の種々の膜を成膜する成膜処理、エッチング処理等を行う基板処理装置や、上記の基板処理を行って、基板を製造する基板処理装置にも適用できる。 In the above-described embodiment, the case where an HVPE apparatus is used as the substrate processing apparatus 20 has been described. However, the present invention is not limited to this. That is, the present invention can be applied to various substrate processing apparatuses as long as the substrate processing apparatus processes a substrate using a processing gas generated by reacting the liquid raw material 11 and the reaction gas. In the above-described embodiment, the processing for forming a GaN film has been described as the substrate processing. However, the present invention is not limited to this. In addition to this, for example, as a substrate processing, a substrate processing apparatus for performing various film processing such as oxide film and metal film, etching processing, etc., and a substrate for manufacturing a substrate by performing the above substrate processing It can also be applied to a processing apparatus.
＜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.
［付記１］
本発明の一態様によれば、
液体原料と反応ガスとを反応させることで生成した処理ガスを用いて基板を処理する基板処理装置であって、
金属原料が溶融することで生成される液体原料を保持し、上流側から反応ガスが供給されて下流側から処理ガスが排出される容器と、
前記容器内に設けられ、前記容器内の液体原料の液面よりも上方の前記容器内の空間を、上流側から下流側に向かって順に配列する複数の生成空間に仕切る少なくとも１つの仕切部材と、を備え、
前記仕切部材には、隣接する２つの前記生成空間を連通させるとともに、ガスが通過する貫通孔が設けられており、
上流側の前記生成空間内のガスが前記貫通孔を通過して下流側の前記生成空間内に流れる際、前記貫通孔を通過するガスの流速が増加して噴流が発生し、この噴流により下流側の前記生成空間内でガスの対流が引き起こされるように構成されている基板処理装置が提供される。
[Appendix 1]
According to one aspect of the invention,
A substrate processing apparatus for processing a substrate using a processing gas generated by reacting a liquid source and a reactive gas,
A container that holds a liquid raw material generated by melting a metal raw material, a reaction gas is supplied from the upstream side, and a processing gas is discharged from the downstream side;
At least one partition member provided in the container and partitioning the space in the container above the liquid level of the liquid raw material in the container into a plurality of generation spaces arranged in order from the upstream side toward the downstream side; With
The partition member is provided with a through-hole through which gas passes while allowing the two adjacent generation spaces to communicate with each other.
When the gas in the generation space on the upstream side passes through the through-hole and flows into the generation space on the downstream side, the flow velocity of the gas passing through the through-hole increases and a jet is generated. There is provided a substrate processing apparatus configured to cause gas convection in the production space on the side.
［付記２］
付記１の基板処理装置であって、好ましくは、
前記生成空間内でガスが上下方向に移動するような対流を引き起こす。
[Appendix 2]
The substrate processing apparatus according to appendix 1, preferably,
This causes convection such that the gas moves in the vertical direction in the generation space.
［付記３］
付記１又は２の基板処理装置であって、好ましくは、
複数の前記仕切部材を備え、
少なくとも隣接する２つの前記仕切部材にそれぞれ設けられる貫通孔が、前記容器内を流れるガス流の上流側から見たとき、互いに重ならない位置に形成されている。
[Appendix 3]
The substrate processing apparatus according to appendix 1 or 2, preferably,
A plurality of the partition members;
Through holes provided in at least two adjacent partition members are formed at positions that do not overlap each other when viewed from the upstream side of the gas flow flowing in the container.
［付記４］
付記１ないし３のいずれかの基板処理装置であって、好ましくは、
前記仕切部材の下端と液体原料との間に隙間が形成されないように構成されている。
[Appendix 4]
The substrate processing apparatus according to any one of appendices 1 to 3, preferably,
A gap is not formed between the lower end of the partition member and the liquid raw material.
［付記５］
付記１ないし４のいずれかの基板処理装置であって、好ましくは、
前記仕切部材の下端が前記容器の底板に接するように構成されている場合、前記仕切部材の液体原料に浸漬する箇所は、液体原料が流通可能に構成されている。
[Appendix 5]
The substrate processing apparatus according to any one of appendices 1 to 4, preferably,
When it is comprised so that the lower end of the said partition member may contact the bottom plate of the said container, the location immersed in the liquid raw material of the said partition member is comprised so that a liquid raw material can distribute | circulate.
［付記６］
本発明の他の態様によれば、
液体原料と反応ガスとを反応させることで処理ガスを生成する処理ガス生成器であって、
金属原料が溶融することで生成される液体原料を保持し、上流側から反応ガスが供給されて下流側から処理ガスが排出される容器と、
前記容器内に設けられ、前記容器内の液体原料の液面よりも上方の前記容器内の空間を、上流側から下流側に向かって順に配列する複数の生成空間に仕切る少なくとも１つの仕切部材と、を備え、
前記仕切部材には、隣接する２つの前記生成空間を連通させるとともに、ガスが通過する貫通孔が設けられており、
上流側の前記生成空間内のガスが前記貫通孔を通過して下流側の前記生成空間内に流れる際、前記貫通孔を通過するガスの流速が増加して噴流が発生し、この噴流により下流側の前記生成空間内でガスの対流が引き起こされるように構成されている処理ガス生成器が提供される。
[Appendix 6]
According to another aspect of the invention,
A processing gas generator that generates a processing gas by reacting a liquid raw material with a reactive gas,
A container that holds a liquid raw material generated by melting a metal raw material, a reaction gas is supplied from the upstream side, and a processing gas is discharged from the downstream side;
At least one partition member provided in the container and partitioning the space in the container above the liquid level of the liquid raw material in the container into a plurality of generation spaces arranged in order from the upstream side toward the downstream side; With
The partition member is provided with a through-hole through which gas passes while allowing the two adjacent generation spaces to communicate with each other.
When the gas in the generation space on the upstream side passes through the through-hole and flows into the generation space on the downstream side, the flow velocity of the gas passing through the through-hole increases and a jet is generated. A process gas generator is provided that is configured to cause gas convection in the production space on the side.
［付記７］
本発明のさらに他の態様によれば、
液体原料と反応ガスとを反応させることで生成した処理ガスを用いて基板を処理する基板処理方法であって、
上流側から反応ガスが供給されて下流側から処理ガスが排出される容器内の液体原料の液面よりも上方の前記容器内の空間を、少なくとも１つの仕切部材によって、上流側から下流側に向かって順に配列する複数の生成空間に仕切った前記容器内に反応ガスを供給し、前記仕切部材に設けられた貫通孔を介して連接された隣接する２つの前記生成空間のうち、上流側の前記生成空間内のガスが前記貫通孔を通過して下流側の前記生成空間内に流れる際、前記貫通孔を通過するガスの流速が増加して噴流が発生し、この噴流により下流側の前記生成空間内でガスの対流を引き起こして、液体原料と反応ガスとを反応させて処理ガスを生成する工程を有する基板処理方法が提供される。
[Appendix 7]
According to yet another aspect of the invention,
A substrate processing method for processing a substrate using a processing gas generated by reacting a liquid source and a reactive gas,
The space in the container above the liquid surface of the liquid raw material in the container in which the reaction gas is supplied from the upstream side and the processing gas is discharged from the downstream side is moved from the upstream side to the downstream side by at least one partition member. A reactive gas is supplied into the container partitioned into a plurality of generation spaces arranged in order toward the upstream, and the upstream side of the two adjacent generation spaces connected via a through hole provided in the partition member. When the gas in the generation space passes through the through-hole and flows into the generation space on the downstream side, the flow velocity of the gas passing through the through-hole increases to generate a jet, and this jet causes the downstream side to There is provided a substrate processing method including a step of generating a processing gas by causing a convection of a gas in a generation space to react a liquid source and a reactive gas.
１０ 処理ガス生成器
１１ 液体原料
１２ 容器
１３ 仕切部材
１３ａ 貫通孔
１４ 生成空間
２０ 基板処理装置
１００ 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Process gas generator 11 Liquid raw material 12 Container 13 Partition member 13a Through-hole 14 Generation space 20 Substrate processing apparatus 100 Substrate
Claims (5)
金属原料が溶融することで生成される液体原料を保持し、上流側から反応ガスが供給されて下流側から処理ガスが排出される容器と、
前記容器内に設けられ、前記容器内の液体原料の液面よりも上方の前記容器内の空間を、上流側から下流側に向かって順に配列する複数の生成空間に仕切る少なくとも１つの仕切部材と、を備え、
前記仕切部材には、隣接する２つの前記生成空間を連通させるとともに、ガスが通過する貫通孔が設けられており、
上流側の前記生成空間内のガスが前記貫通孔を通過して下流側の前記生成空間内に流れる際、前記貫通孔を通過するガスの流速が増加して噴流が発生し、この噴流により下流側の前記生成空間内でガスの対流が引き起こされるように構成されている
基板処理装置。 A substrate processing apparatus for processing a substrate using a processing gas generated by reacting a liquid source and a reactive gas,
A container that holds a liquid raw material generated by melting a metal raw material, a reaction gas is supplied from the upstream side, and a processing gas is discharged from the downstream side;
At least one partition member provided in the container and partitioning the space in the container above the liquid level of the liquid raw material in the container into a plurality of generation spaces arranged in order from the upstream side toward the downstream side; With
The partition member is provided with a through-hole through which gas passes while allowing the two adjacent generation spaces to communicate with each other.
When the gas in the generation space on the upstream side passes through the through-hole and flows into the generation space on the downstream side, the flow velocity of the gas passing through the through-hole increases and a jet is generated. A substrate processing apparatus configured to cause convection of gas in the generation space on the side.
請求項１に記載の基板処理装置。 The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein convection is caused such that a gas moves in a vertical direction in the generation space.
少なくとも隣接する２つの前記仕切部材にそれぞれ設けられる貫通孔が、前記容器内を流れるガス流の上流側から見たとき、互いに重ならない位置に形成されている
請求項１又は２に記載の基板処理装置。 A plurality of the partition members;
The substrate processing according to claim 1, wherein the through holes provided in at least two adjacent partition members are formed at positions that do not overlap each other when viewed from the upstream side of the gas flow flowing in the container. apparatus.
請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。 The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein a gap is not formed between the lower end of the partition member and the liquid raw material.
金属原料が溶融することで生成される液体原料を保持し、上流側から反応ガスが供給されて下流側から処理ガスが排出される容器と、
前記容器内に設けられ、前記容器内の液体原料の液面よりも上方の前記容器内の空間を、上流側から下流側に向かって順に配列する複数の生成空間に仕切る少なくとも１つの仕切部材と、を備え、
前記仕切部材には、隣接する２つの前記生成空間を連通させるとともに、ガスが通過する貫通孔が設けられており、
上流側の前記生成空間内のガスが前記貫通孔を通過して下流側の前記生成空間内に流れる際、前記貫通孔を通過するガスの流速が増加して噴流が発生し、この噴流により下流側の前記生成空間内でガスの対流が引き起こされるように構成されている
処理ガス生成器。 A processing gas generator that generates a processing gas by reacting a liquid raw material with a reactive gas,
A container that holds a liquid raw material generated by melting a metal raw material, a reaction gas is supplied from the upstream side, and a processing gas is discharged from the downstream side;
At least one partition member provided in the container and partitioning the space in the container above the liquid level of the liquid raw material in the container into a plurality of generation spaces arranged in order from the upstream side toward the downstream side; With
The partition member is provided with a through-hole through which gas passes while allowing the two adjacent generation spaces to communicate with each other.
When the gas in the generation space on the upstream side passes through the through-hole and flows into the generation space on the downstream side, the flow velocity of the gas passing through the through-hole increases and a jet is generated. A process gas generator configured to cause gas convection in the production space on the side.
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