JPS63136614A - 処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は処理技術、特に、半導体装置の製造におけるウ
ェハ処理工程において、低圧化学気相成長によって半導
体ウェハの表面に所定の物質からなる薄膜を形成する作
業に適用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

ウェハ処理工程で実施される低圧化学気相成長について
は、株式会社工業調査会、昭和５６年１１月ｌＯ日発行
、「電子材料Ｊ　１９８１年１１月号別冊、Ｐ７７〜Ｐ
８４に記載されている。

ところで、化学気相成長によって半導体ウェハの表面に
所定の物質からなる薄膜を形成する際の反応ガスとして
液体原料の蒸気を用いる場合、蒸気圧の比較的低い液体
原料においては、通常の反応ガスのようにマスフローコ
ントローラなどによって処理室に供給される蒸気の供給
量を精密に制御することが困難となる。

このため、気化器における液体原料の温度、液面の高さ
、さらには気化器と処理室とを接続する配管などにおけ
る流路抵抗、処理室の圧力などが一定となるように制御
することにより、間接的に、気化器から処理室に供給さ
れる液体原料の蒸気の供給量を制御することが考えられ
る。

そして、所定の回数だけ処理室における半導体ウェハの
膜形成処理が繰り返され、気化器における液体原料の液
面の高さが所定の限度以下となった時に、作業者が最初
の基準位置まで液体原料を補充するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、気化器における液体原料の液面高さは一回の
膜形成処理毎に徐々に低下するものであり、上記のよう
に所定の回数だけ膜形成処理を繰り返した後に作業者が
液体原料を補充する方式では、処理の開始時での気化器
における液体原料の液面の低下の影響を受けて、各々の
膜形成処理において所定の時間内に半導体ウェハに形成
される薄膜の厚さが徐々に低下し、膜形成処理における
再現性が損なわれるという問題があることを本発明者は
見い出した。

また、液体原料の液面の低下に起因する膜厚の減少を補
正すべく、処理室に形成される液体原料の蒸気雰囲気に
半導体ウェハが位置される時間を徐々に延長することが
考えられるが、調整作業が煩雑となって化学気相成長処
理の自動化の障害となるなどの新たな問題を生じるもの
である。

本発明の目的は、均一な処理結果を得ることが可能な処
理技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、処理の自動化を容易に実現するこ
とが可能な処理技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、処理室内に収容された被処理物に、気化器内
に貯溜された液体原料から発生される蒸気を供給して所
定の処理を施す処理で、気化器内における液体原料の液
面の変動を検出する液面検出手段と、気化器に補充され
る液体原料が内部に貯溜された補充容器とを設け、液面
検出手段によって検出される気化器における液体原料の
液面の変動に応じて補充容器から気化器に液体原料が自
動的に補充されるようにしたものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、たとえば処理室において繰り返
される所定の処理の各々の開始に先立って、気化器にお
ける液体原料の液面の高さが一定の値に一致するように
補充容器から気化器に液体原料を自動的に補充する操作
を行うことができ、処理の開始時における気化器での液
体原料の液面の高さのばらつきになどに起因して、処理
室に対する液体原料の蒸気の供給量が変動することが防
止され、均一な処理結果を得ることができる。

また、気化器に対する液体原料の補充操作に作業者など
が介在しないので、処理の自動化が容易となる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例である処理装置の要部を示
す説明図である。

本実施例にふける処理装置は、半導体ウェハに対して所
定の物質からなる薄膜の形成を行う低圧化学気相成長装
置として構成されている。

石英管などからなる処理室１の外周部には、加熱体２が
設けられ、該処理室１の内部が所定の温度に加熱可能に
されている。

処理室１の内部には、たとえば石英などからなる搬送治
具３に所定の間隔で平行に保持された複数の半導体ウェ
ハ４　（被処理物）が収容されている。

処理室ｌの一端には着脱自在な蓋体５が設けられており
、この蓋体５を開閉することにより、搬送治具３に保持
された複数の半導体ウェハ４の処理室１に対する搬入お
よび搬出が行われるものである。

処理室１の閉止された他端部には、排気管６が接続され
ており、図示しない真空ポンプなどによって処理室１の
内部が所定の真空度に排気されるように構成されている
。

また、処理室１において蓋体５が装着される側の端部に
は、反応ガス配管７を介して気化器８が接続されている
。

この気化器８の底部は恒温槽９に収容されており、内部
に所定の高さの液面をなして貯溜された、たとえばシリ
コンの有機化合物であるテトラエトキシシランなどの液
体原料ｌＯの温度が所定の値に維持されるように構成さ
れている。

気化器８に接続される反応ガス配管７は、該気化器８の
内部に貯溜される液体原料１０の液面の上部空間に開口
されており、所定の温度の液体原料１０から発生される
蒸気１０ａが反応ガス配管７を介して処理室１の内部に
導入されるものである。

反応ガス配管７の径路には、ニードル弁などからなり該
反応ガス配管７を通過する蒸気１０ａに対する流路抵抗
などを所定の値に調整する調整弁７ａｓおよび反応ガス
配管７を開閉することにより気化器８から処理室１への
蒸気１０ａの流入を制御する開閉弁７ｂが介設されてい
る。

また、反応ガス配管７には、処理室１の内部を不活性ガ
スなどによって置換したり、酸素ガスなどを補助的に供
給するための予備配管７Ｃが接続されている。

そして、処理室１と気化器８とを反応ガス配管７を介し
て連通させた状態で処理室１の内部を所定の真空度に排
気することにより、気化器８の内部に貯溜された液体原
料１０から発生される蒸気１０ａが処理室１の内部に供
給され、処理室１の内部における液体原料１０の蒸気ｔ
Ｏａの熱分解などによって発生される所定の物質が複数
の半導体ウェハ４の表面に堆積して薄膜の形成が行われ
るものである。

この場合、気化器８には、該気化器８の内部に貯溜され
ている液体原料１０の液面の変動を検知する液面センサ
１１（液面検出手段）が設けられており、液体原料１０
の液面の高さの変動に関する情報が液面センサ制御部１
２　（液面検出手段）に伝達されるように構成されてい
る。

この液面センサ１１は、先端部に対する液体原料ｌＯの
液面の接触の有無を検知することにより、該液体原料１
０の液面の所定の高さからの変動を検知するものである
。

液面センサ１１の近傍には、先端部が液体原料１０の液
面から所定の高さに位置される上限液面センサｌｌａ、
ｊｐよび先端部が液体原料１０の液面下の所定の深さに
浸漬される下限液面センサ１１ｂが隣接して配設されて
おり、液体原料１０の液面の高さの変動の上限および下
限が液面センサ制御部１２によって把握されるように構
成されている。

さらに、気化器８には、補充配管１３を介して補充容器
１４が接続されている。

この補充容器１４の内部には、気化器８に貯溜されてい
る液体原料１０と同じ液体原料１０が貯溜されている。

補充容器１４に接続される補充配管１３の端部は該補充
容器１４の内部に貯溜された液体原料１０の液面下に没
入されている。

補充配管１３には流量調整弁１３ａおよび補充制御弁１
３ｂがそれぞれ介設されている。

そして、気化器８の内部が負王の状態で補充制御弁１３
ｂを開放することにより、補充容器１４から気化器８に
液体原料１０が流入されるものである。

補充制御弁１３ｂの開閉はプロセス制御部１５によって
行われるように構成されている。

このプロセス制御部１５は、液面センサ制御部１２によ
って把握された気化器８の内部における液体原料１０の
液面の高さの変動に応じて補充制御弁１３ｂの開閉を適
宜制御することにより、液面センサ１１の先端部に液体
原料１０の液面が接するように補充容器１４から気化器
８に対して液体原料１０を補充する操作を行い、たとえ
ば、処理室１において繰り返される膜形成処理の各々の
開始に先立って、気化器８の内部における液体原料ｌＯ
の液面の高さを一定に設定する動作を行うものである。

以下、本実施例の作用について説明する。

まず、気化器８の内部に貯溜された液体原料ｌＯの液面
は、液面センサ１１の先端部に接する所定の高さに設定
されている。

次に、反応ガス配管７の開閉弁７ｂを開放するとともに
、排気管６を通じて処理室１の内部を所定の真空度に排
気することにより、処理室１の内部には、気化器８にお
ける液体原料１０の温度および液面の高さ１反応ガス配
管７における流路抵抗、処理室ｌの内部の真空度などに
応じた所定の流量の液体原料１０の蒸気１０ａが供給さ
れ、処理室ｌの内部において所定の温度に加熱されてい
る複数の半導体ウェハ４の表面における液体原料１０の
蒸気１０ａの熱分解などによって、半導体ウェハ４の表
面には所定の物質が堆積して薄膜が形成される。

所定の時間が経過した後、開閉弁７ｂが閉止され、処理
室１に対する蒸気１０ａの供給が停止されるとともに、
予備配管７Ｃを通じて不活性ガスを流入させることによ
り、処理室１の内部が不活性ガスに置換されて大気圧に
復帰される。

その後、蓋体５が開放され、表面に所定の物質からなる
薄膜が所定の厚さで形成された複数の半導体ウェハ４は
外部に取り出され、未処理の半導体ウェハ４が挿入され
る。

この時、気化器８の内部においては、前回の膜形成処理
における蒸気１０ａの消費によって、液体原料１０の液
面は液面センサ１１の先端部に接する所定の高さから低
下しているとともに、内部は処理室１に連通されていた
時の負圧の状態にある。

そして、気化器８における液体原料１０の液面の低下を
液面センサ制御部１２を介して検知したプロセス制御部
１５は、補充配管１３の補充制御弁１３ｂを開放し、補
充容器１４から負圧の気化器８に対して液体原料１０が
自動的に補充され、気化器８における液体原料１０の液
面が液面センサ１１の先端部に接する所定の高さまで復
帰した時点で補充制御弁１３ｂが閉止される。

その後、再び前記の一連の操作を繰り返すことにより、
処理室１の内部に収容された複数の半導体ウェハ４の表
面には、処理の開始時での気化器８における液体原料１
０の液面の高さの変動などの影響を受けることなく、良
好な再現性をもって所定の物からなる薄膜が均一に形成
される。

このように、本実施例においては以下の効果を得ること
ができる。

（１）、気化器８の内部における液体原料１０の液面の
変動を検出する液面センサ１１と、気化器８に補充され
る液体原料１０が内部に貯溜された補充容器１４とが設
けられ、液面センサ１１によって検出される気化器８に
おける液体原料ｌＯの液面の変動に応じて補充容器１４
から気化器８に液体原料ｌＯが自動的に補充されるよう
に構成されているため、処理室ｌの内部において繰り返
される半導体ウェハ４に対する薄膜の形成処理の各々の
開始に先立って、気化器８の内部における液体原料１０
の液面を所定の高さに一定に設定することができるので
、半導体ウェハ４に対する膜形成処理の間に気化器８か
ら処理室ｌに供給される液体原料１０の蒸気１０ａの量
を、気化器８における液体原料ｌＯの液面の高さの変動
などに影響されることなく一定にすることが可能となり
、繰り返し行われる薄膜の形成処理の相互間において、
複数の半導体ウェハ４に形成される薄膜の膜厚を均一に
することができる。

（２）、前記（１）の結果、気化器８に対する補充容器
１４からの液体原料１０の補充作業に作業者が介在しな
いので液体原料ｌＯの蒸気１０ａを反応ガスとして用い
る化学気相成長によって半導体ウェハ４の表面の薄膜を
形成する工程の自動化が容易となる。

（３）、処理室１の排気に伴う気化器８の内部の負圧を
利用して、補充容器１４から気化器８に液体原料１０が
補充されるので、ポンプなどの複雑な機構を設ける必要
がなく、処理装置の構造が簡単化される。

（４）、前記（１）〜（３）の結果、半導体装置の製造
におけるウェハ処理工程での生産性が向上される。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、補充容器１４から気化器８に対して液体原料
１０を補充する方式としては、気化器８の内部を負圧に
することによる圧力差を利用する方法に限らず、サイフ
オンの原理などを応用してもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体ウェハに対す
る低圧化学気相成長による薄膜形成処理に適用した場合
について説明したが、これに限定されるものではなく、
たとえば、液体原料の蒸気雰囲気に被処理物を位置させ
て処理を行う技術に広く適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、処理室内に収容された被処理物に、気化器内
に貯溜された液体原料から発生される蒸気を供給して所
定の処理を施す処理装置であって、前記気化器内におけ
る前記液体原料の液面の変動を検出する液面検出手段と
、前記気化器に補充される液体原料が内部に貯溜された
補充容器とを備え、前記液面検出手段によって検出され
る前記気化器における前記液体原料の液面の変動に応じ
て前記補充容器から前記気化器に前記液体原料が自動的
に補充されるので、たとえば処理室において繰り返され
る所定の処理の各々の開始に先立って、気化器における
液体原料の液面の高さが一定の値に一致するように補充
容器から気化器に液体原料を自動的に補充する操作を行
うことができ、処理の開始時における気化器での液体原
料の液面の高さのばらつきになどに起因して、処理室に
対する液体原料の蒸気の供給量が変動することが防止さ
れ、均一な処理結果を得ることができる。

また、気化器に対する液体原料の補充操作に作業者など
が介在しないので、処理の自動化が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である処理装置の要部を示す
説明図である。 ｌ・・・処理室。２・・・加熱体、３・・・搬送治具、
４・・・半導体ウェハ（被処理物）、５・・・蓋体、６
・・・排気管、７・・・半導体ガス配管、７ａ・・・調
整弁、７ｂ・・・開閉弁、７ｃ・・・予備配管、８・・
・気化器、９・・・恒温槽、１０・・・液体原料、１０
ａ・・・液体原料の蒸気、１１・・・液面センサ（液面
検出手段）、ｌｌａ・・・上限液面センサ（液面検出手
段）、ｌｌｂ・・・下限液面センサ（液面検出手段）、
１２・・・液面センサ制御部（液面検出手段）、１３・
・・補充配管、１３ａ・・・流量調整弁、１３ｂ・・・
補充制御弁、１４・・・補充容器、１５・・・プロセス
制御部。 代理人　弁理士　　小　川　勝　、１男　）〜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、処理室内に収容された被処理物に、気化器内に貯溜
   された液体原料から発生される蒸気を供給して所定の処
   理を施す処理装置であって、前記気化器内における前記
   液体原料の液面の変動を検出する液面検出手段と、前記
   気化器に補充される液体原料が内部に貯溜された補充容
   器とを備え、前記液面検出手段によって検出される前記
   気化器における前記液体原料の液面の変動に応じて前記
   補充容器から前記気化器に前記液体原料が自動的に補充
   されることを特徴とする処理装置。 ２、前記処理室において繰り返される所定の前記処理の
   各々の開始時に、前記気化器に貯溜された前記液体原料
   の液面が一定の高さになるように制御されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の処理装置。 ３、前記補充容器から前記気化器に対する前記液体原料
   の補充動作が、前記気化器の内部を負圧にすることによ
   る圧力差によって行われることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の処理装置。 ４、前記被処理物が半導体ウェハであり、該半導体ウェ
   ハの表面に所定の物質からなる薄膜を形成する低圧化学
   気相成長装置であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の処理装置。