JP6364278B2

JP6364278B2 - 基板処理装置及び処理ガス生成器

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Publication number: JP6364278B2
Application number: JP2014170630A
Authority: JP
Inventors: 岳宏野中; 藤倉　序章; 序章藤倉
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2034-08-25
Also published as: JP2016044341A

Description

本発明は、基板処理装置及び処理ガス生成器に関する。

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）。

特開２０１３−５８７４１号公報

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。

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。

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、
前記仕切部材は、隣接する２つの前記生成空間を互いに連通させる連通口を形成するように構成されており、
前記生成空間内にはそれぞれ、ガスを液体原料の液面に向かって流す整流機構が設けられている基板処理装置が提供される。

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、
前記仕切部材は、隣接する２つの前記生成空間を互いに連通させる連通口を形成するように構成されており、
前記生成空間内にはそれぞれ、ガスを液体原料の液面に向かって流す整流機構が設けられている処理ガス生成器が提供される。

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。

本発明の一実施形態にかかる処理ガス生成器を備える基板処理装置の縦断面概略図である。本発明の一実施形態にかかる処理ガス生成器の概略図であり、（ａ）は縦断面図を示し、（ｂ）は横断面図を示す。本発明の一実施例にかかる処理ガス生成器が備える容器に設けられた供給口からの距離と処理ガスの濃度との関係を示すグラフ図である。本発明の他の実施形態にかかる処理ガス生成器の縦断面概略図である。本発明のさらに他の実施形態にかかる処理ガス生成器の縦断面概略図である。本発明の一実施例にかかる処理ガス生成器が備える容器に設けられた供給口からの距離と処理ガスの濃度との関係を示すグラフ図である。

＜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。

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（ＳｉＯ_２）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。

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。

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（ＮＨ_３）ガスが、処理室２２内の基板１００に供給される。

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。

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。

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。

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。

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１１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。

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。

容器１２内には、少なくとも１つ、好ましくは複数（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、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。

仕切部材１３は、隣接する２つの生成空間１４を互いに連通させる連通口１５を形成するように構成されている。連通口１５は、例えば生成空間１４の上端部のみに設けられている。連通口１５は、例えば仕切部材１３の上端と容器１２の天板と容器１２の側壁とにより形成されていることが好ましい。つまり、仕切部材１３は、仕切部材１３の上端と容器１２の天板との間に隙間を形成するように構成されていることが好ましい。これにより、連通口１５を通過するガスの流量を容器１２の幅方向にわたり均一化させることができる。なお、連通口１５は、例えば仕切部材１３の上端に切り欠きを形成したり、仕切部材１３の上端部に開口（貫通孔）を形成することで設けられていてもよい。

下流側の生成空間１４内であって、連通口１５と対向する位置には、整流板１６が設けられている。つまり、整流板１６は、連通口１５を通過したガスが衝突する位置に設けられている。なお、最上流の生成空間１４内に設けられる整流板１６は、容器１２に設けられた供給口１２ａと対向する位置に設けられている。整流板１６は、例えば液体原料１１の液面に対して略垂直に設けられている。整流板１６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。

整流板１６は、仕切部材１３と整流板１６との間を通過するガスの流速を増加させて、下向きのガスの噴流を発生させるような位置に設けられることが好ましい。例えば、整流板１６は、ガスが液体原料１１の液面に到達するような強さの噴流（つまり、ガスが液体原料１１の液面に吹き付けられるような強さの噴流）を発生させるように設けられていることが好ましい。仕切部材１３と整流板１６との間隔が広すぎると、噴流の強さが弱くなり、ガスが液体原料１１の液面に到達しにくくなり、後述の効果が得にくくなる場合がある。なお、下向きのガスの噴流とは、容器の上下方向における下方向に進むガスの噴流である。

整流板１６は、生成空間１４内を流れるガスの流路を確保するため、容器１２内に最大限の液体原料１１が保持され、液体原料１１の液面の高さが最大限に高くなっている場合であっても、整流板１６の下端と液体原料１１の液面との間に隙間が形成されるように構成されていることが好ましい。

また、整流板１６は、容器１２内を流れるガスの上流側から見たとき、連通口１５（供給口１２ａ）の全域が整流板１６によって塞がれるように構成されていることが好ましい。つまり、整流板１６は、連通口１５を通過した全てのガスが整流板１６に衝突するように構成されていることが好ましい。

上述のように生成空間１４の上端部に設けられた連通口１５と、整流板１６と、により整流機構１７が構成されている。これにより、例えば図２（ａ）に矢印で示すように、連通口１５を通過したガス（又は供給口１２ａから供給されたガス）が、整流板１６に衝突することで向きを変え、液体原料１１の液面に向かって流れるようになる。

なお、整流板１６として、厚さが例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、高さ方向における長さが例えば１００ｍｍ以下である板状の部材が例示される。また、仕切部材１３として、生成空間１４の上下方向における長さが例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の板状の部材が例示される。また、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。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。また、連通口１５の面積（開口面積）は例えば１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２以下が例示される。また、仕切部材１３に連通口１５としての開口を設ける場合、開口の平面形状は例えば円形や矩形が例示される。また、仕切部材１３と整流板１６との間隔は例えば５０ｍｍ以下が例示される。

なお、仕切部材１３及び整流板１６の側端と容器１２の側壁との間の隙間からガスが逃げてしまう（移動する）ことを抑制し、ガスを確実に連通口１５を介して流すために、仕切部材１３及び整流板１６はそれぞれ、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、連通口１５を通過して仕切部材１３と整流板１６との間を通過するガスの流量を増やすことで噴流を確実に発生させ、ガスを液体原料１１の液面に向かってより確実に流すために、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、仕切部材１３が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。

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。

（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。

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。

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（Ｎ_２）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。

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ＮＨ_３ガス）の処理室２２内の基板１００への供給を開始する。

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。このとき、供給口１２ａを介して反応ガス供給管２５から容器１２内に供給されたガスを、生成空間１４内に設けられた整流機構１７によって液体原料１１（Ｇａ融液）の液面に向かって流す。具体的には、最上流の生成空間１４内に供給された反応ガスは、最上流の生成空間１４内に設けられた整流板１６に衝突する。これにより、ガスが向き（進行方向）を変えて液体原料１１の液面に向かって流れる。また、上流側の生成空間１４内のガスが、連通口１５を通過して下流側の生成空間１４内に流れ、下流側の生成空間１４内に設けられた整流板１６に衝突することで向きを変え、液体原料１１の液面に向かって流れる。各生成空間１４内に供給されたガスが液体原料１１の液面に向かって流れ、液体原料１１に接触することで、液体原料１１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。

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。

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Ｎ_２ガスを導入して処理室２２内を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。

（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。

（ａ）整流機構１７を、連通口１５を生成空間１４の上端部に設けるとともに、下流側の生成空間１４内であって、連通口１５と対向する位置に整流板１６を設けて構成することで、連通口１５を通過したガスが整流板１６に衝突して向き（進行方向）を変える。これにより、液体原料１１の液面に向かってガス（反応ガス、又は反応ガスと処理ガスとの混合ガス）を流すことができる。例えば、各生成空間１４内でそれぞれ、ガスを下方向に移動させることができる。つまり、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、容器１２内で反応ガスと液体原料１１とが反応（接触）する確率（機会）を増やすことができる。これにより、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。

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、各生成空間１４内に整流機構１７が設けられると、整流機構１７が設けら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の液面の高さが一番低い場合（例えば図３においてＧａ融液の液面の高さが２５ｍｍである場合）であっても、容器１２内に整流機構１７が設けら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、複数の整流機構１７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つ以上）の整流機構１７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。具体的には、図３に示すようにΔＤ_１＞ΔＤ_２＞ΔＤ_３＞ΔＤ_４にできることを確認した。なお、ΔＤ_１とは、１つ目の整流機構１７を通過したときのＧａ融液の液面の高さが４５ｍｍである場合のＧａＣｌガスの濃度と、Ｇａ融液の液面の高さが２５ｍｍである場合のＧａＣｌガスの濃度との差である。同様に、ΔＤ_２とは、２つ目の整流機構１７を通過したときのＧａ融液の液面の高さが４５ｍｍである場合のＧａＣｌガスの濃度と、Ｇａ融液の液面の高さが２５ｍｍである場合のＧａＣｌガスの濃度との差である。ΔＤ_３、ΔＤ_４についても同様である。

（ｂ）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）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）整流板１６を、仕切部材１３と整流板１６との間を通過するガスの流速を増加させることができる位置に設けることで、下向きのガスの噴流を発生させることができる。例えば、液体原料１１の液面に到達するような強さ（勢い）の噴流を発生させることができる。これにより、ガスを液体原料１１の液面に吹き付けることができ、ガスを液体原料１１の液面により確実に到達させることができる。また、噴流を発生させることで、液体原料１１の液面が降下した場合であっても、ガスを液体原料１１の液面に確実に到達させることができる。つまり、液体原料１１の液面に到達する前に、下流側の方向に方向転換してしまうガスの量を低減できる。その結果、上記（ａ）〜（ｃ）の効果をより得ることができる。

（ｅ）整流板１６を、容器１２内を流れるガスの上流側から見たとき、連通口１５（供給口１２ａも含む）の全域が整流板１６によって塞がれるように構成することで、ガスを整流板１６に確実に衝突させることができる。例えば、連通口１５を通過した全てのガスを整流板１６に衝突させることができる。その結果、連通口１５を通過した全てのガスの進行方向を下向きに変更することができる。従って、液体原料１１の液面に向かうガスの量を増やすことができる。その結果、上記（ａ）〜（ｃ）の効果をより得ることができる。

（ｆ）連通口１５を生成空間１４の上端部のみに設けることで、仕切部材１３と整流板１６との間を通過するガスの量をより増やすことができる。つまり、生成空間１４内のガスが連通口１５以外の場所から隣接する生成空間１４内に逃げてしまうことを抑制できる。これにより、仕切部材１３と整流板１６との間を通過するガスの流速をより増加させることができ、ガスの噴流の勢いをより強くすることができる。その結果、上記（ｄ）の効果をより得ることができる。

（ｇ）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、仕切部材１３の下端と液体原料１１の液面との間に隙間が形成されないように仕切部材１３を構成することで、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内に逃げてしまうことを抑制できる。つまり、生成空間１４内のガスが連通口１５以外の場所から隣接する生成空間１４内に逃げてしまうことをより抑制できる。これにより、連通口１５を通過するガスの量をより増加させて、仕切部材１３と整流板１６との間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、上記（ｄ）（ｆ）の効果をより得ることができる。

（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。

＜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。

上述の実施形態では、整流板１６が液体原料１１の液面に対して略垂直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。つまり、整流板１６は液体原料１１の液面に対して斜めになるように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、整流板１６は、各生成空間１４内の上流側から下流側に向かって液体原料１１の液面と整流板１６との間の距離が徐々に短くなるように構成されていてもよい。また、整流板１６は、各生成空間１４の天井を低くすることで形成してもよい。この場合、整流板１６によって下向きのガスの噴流を発生させることは、やや難しくなるものの、各生成空間１４内でそれぞれ、ガスを液体原料１１の液面に向かって誘導することができる。つまり、ガスを液体原料１１の液面に向かって流すことができる。その結果、上記（ａ）〜（ｃ）の効果を得ることができる。

また、例えば、連通口１５にはノズルが接続されていてもよい。ノズルは、ノズルから噴出されるガスを整流板１６に吹き付けることができるように取付けられていることが好ましい。また、ノズルは、液体原料１１の液面に向かってガスが噴出されるように取付けられていてもよい。

上述の実施形態では、整流機構１７が、連通口１５を生成空間１４の上端部に設けるとともに、下流側の生成空間１４内であって、連通口１５と対向する位置に整流板１６を設けることで構成される場合について説明したが、これに限定されない。例えば図５に示す処理ガス生成器１０Ｂのように、整流機構１７が、連通口１５を生成空間１４の下端部に設けることで構成されていてもよい。つまり、連通口１５は、生成空間１４の下端部のみに設けられていてもよい。この場合、連通口１５は、例えば仕切部材１３の下端と液体原料１１の液面と容器１２の側壁とにより形成されているとよい。つまり、仕切部材１３は、仕切部材１３の下端と液体原料１１の液面との間に隙間が形成されるように構成されているとよい。また、例えば仕切部材１３の下端に切り欠きを形成したり、仕切部材１３の下端部に開口（貫通孔）を形成することで、生成空間１４の下端部に連通口１５を設けてもよい。なお、処理ガス生成器１０Ｂでは、連通口１５は、生成空間１４内を流れるガスの流路を確保するため、容器１２内に最大限の液体原料１１が保持されている場合であっても、連通口１５の全てが液体原料１１に浸漬しないように設けられている。また、処理ガス生成器１０Ｂでは、上述の整流板１６を設けなくてもよい。

このように構成された処理ガス生成器１０Ｂであっても、生成空間１４内のガスを液体原料１１の液面に向かって流すことができる。具体的には、処理ガス生成器１０Ｂでは、生成空間１４内を流れるガスが、連通口１５に向かう際に液体原料１１の液面に向かって流れる。そして、ガスが連通口１５を通過する際に液体原料１１の液面に沿って液面付近を流れる。これによっても、容器１２内で反応ガスと液体原料１１とが反応する確率を増やすことができる。その結果、上記（ａ）〜（ｃ）の効果を得ることができる。また、処理ガス生成器１０Ｂの構造を簡素化でき、装置コストを低減することができる。

図６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６のグラフ図に示すデータは、液体原料１１であるＧａ融液の液面の高さが４５ｍｍである場合に容器１２を構成する天板の近傍で測定した値である。図６から、整流機構１７が連通口１５を生成空間１４の下端部に設けることで構成されている場合は、整流機構１７ｗ設けなかった場合、つまり仕切部材１３を設け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、容器１２内に設けられる整流機構１７の数（つまり生成空間１４の下端部に設けられる連通口１５の数）が多くなるほど、容器１２から排出される最終的な処理ガスの濃度をより高くすることができることを確認した。

上述の実施形態では、連通口１５が生成空間１４の上端部のみに設けられる場合（例えば処理ガス生成器１０，１０Ａ）、連通口１５が生成空間１４の下端部のみに設けられる場合（処理ガス生成器１０Ｂ）についてそれぞれ説明したが、これに限定されない。例えば、連通口１５は、生成空間１４の上端部及び下端部の両方に設けられていてもよい。つまり、整流機構１７は、連通口１５を生成空間１４の上端部及び下端部の両方に設けるとともに、下流側の生成空間内であって、生成空間１４の上端部に設けられた連通口１５と対向する位置に整流板１６を設けることで構成されていてもよい。このように構成された処理ガス生成器であっても、生成空間１４内のガスを液体原料１１の液面に向かって流すことができる。その結果、上記（ａ）〜（ｃ）の効果を得ることができる。

上述の実施形態では、容器１２内に４つの整流機構１７が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。つまり、容器１２内には、少なくとも１つの整流機構１７が設けられていればよい。

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。

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。

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。

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。

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（Ｎ_２）ガス、水素（Ｈ_２）ガス、Ｈ_２ガスとＮ_２ガスとの混合ガスを供給してもよい。

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。

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。

＜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。

［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、
前記仕切部材は、隣接する２つの前記生成空間を互いに連通させる連通口を形成するように構成されており、
前記生成空間内にはそれぞれ、ガスを液体原料の液面に向かって流す整流機構が設けられている基板処理装置が提供される。

［付記２］
付記１の基板処理装置であって、好ましくは、
前記整流機構は、前記連通口を前記生成空間の上端部に設けるとともに、下流側の前記生成空間内であって、前記連通口と対向する位置に整流板を設けることで構成されており、
前記連通口を通過したガスが、前記整流板に衝突することで向きを変え、前記液体原料の液面に向かって流れるように構成されている。

［付記３］
付記２の基板処理装置であって、好ましくは、
前記整流板は、前記液体原料の液面に対して略垂直に設けられている。

［付記４］
付記２又は３の基板処理装置であって、好ましくは、
前記整流板は、前記仕切部材と前記整流板との間を通過するガスの流速を増加させて、下向きのガスの噴流を発生させるような位置に設けられている。

［付記５］
付記２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、
前記容器内に最大限の前記液体原料が保持されている場合であっても、前記整流板は、前記整流板の下端と液体原料の液面との間に隙間が形成されるように構成されている。

［付記６］
付記２ないし５のいずれかの基板処理装置であって、好ましくは、
前記整流板は、前記容器内を流れるガスの上流側から見たとき、前記連通口の全域が前記整流板によって塞がれるように構成されている。

［付記７］
付記２ないし６のいずれかの基板処理装置であって、好ましくは、
前記容器内の前記液体原料の液面が降下した場合であっても、前記仕切部材の下端と前記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。

［付記８］
付記１ないし７のいずれかの基板処理装置であって、好ましくは、
前記整流機構は、前記連通口を前記生成空間の下端部に設けることで構成されており、
前記生成空間内を流れるガスが、前記連通口を通過する際に前記液体原料の液面に沿って流れるように構成されている。

［付記９］
付記８の基板処理装置であって、好ましくは、
前記容器内には、前記仕切部材が複数設けられている。

［付記１０］
付記１ないし９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、前記仕切部材の前記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。

［付記１１］
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、
前記仕切部材は、隣接する２つの前記生成空間を互いに連通させる連通口を形成するように構成されており、
前記生成空間内にはそれぞれ、ガスを液体原料の液面に向かって流す整流機構が設けられている処理ガス生成器が提供される。

［付記１２］
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に収容された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、前記生成空間内にそれぞれ設けられた整流機構により、ガスを液体原料の液面に向かって流して、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。

１０処理ガス生成器
１１液体原料
１２容器
１３仕切部材
１４生成空間
１７整流機構
２０基板処理装置
１００基板

Claims

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、
前記仕切部材は、隣接する２つの前記生成空間を互いに連通させる連通口を形成するように構成されており、
前記生成空間内にはそれぞれ、ガスを液体原料の液面に向かって流す整流機構が設けられており、
前記整流機構は、前記連通口を前記生成空間の上端部に設けるとともに、下流側の前記生成空間内であって、前記連通口と対向する位置に整流板を設けることで構成されており、
前記連通口を通過したガスが、前記整流板に衝突することで向きを変え、前記液体原料の液面に向かって流れるように構成されている
基板処理装置。
前記整流機構は、隣接する２つの前記生成空間を互いに連通させる連通口が前記生成空間の下端部にも形成されるように構成されており、
前記生成空間内を流れるガスは、前記生成空間の下端部に形成された前記連通口を通過する際は前記液体原料の液面に沿って流れる
請求項１に記載の基板処理装置。
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、
前記仕切部材は、隣接する２つの前記生成空間を互いに連通させる連通口を形成するように構成されており、
前記生成空間内にはそれぞれ、ガスを液体原料の液面に向かって流す整流機構が設けられており、
前記整流機構は、前記連通口を前記生成空間の上端部に設けるとともに、下流側の前記生成空間内であって、前記連通口と対向する位置に整流板を設けることで構成されており、
前記連通口を通過したガスが、前記整流板に衝突することで向きを変え、前記液体原料の液面に向かって流れるように構成されている
処理ガス生成器。