JP5720406B2 - ガス供給装置、熱処理装置、ガス供給方法及び熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に熱処理を施す熱処理装置、これに用いるガス供給装置、熱処理方法及びガス供給方法に関する。

一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。これらの処理は、ウエハを１枚ずつ処理する枚葉式の処理装置や複数枚のウエハを一度に処理するバッチ式の処理装置で行われる。例えばこれらの処理を特許文献１等に開示されている縦型の、いわゆるバッチ式の処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば２５枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。

このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが３０〜１５０枚程度のウエハを載置できる。このウエハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入（ロード）された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。

そして、例えば成膜処理を例にとると、最近にあっては半導体集積回路の特性向上の上から、種々の金属材料を用いる傾向にあり、例えばジルコニウム（Ｚｒ）やルテニウム（Ｒｕ）等の従来の半導体集積回路の製造方法では用いられていなかった金属が用いられるようになっている。このような金属は、一般的には、有機材料と化合されて液体や固体の有機金属材料の原料として用いられ、この原料を密閉容器内に閉じ込めてこれを加熱等することにより原料ガスを発生させ、この原料ガスを希ガスなどよりなるキャリアガスにより搬送して成膜処理等に使用するようになっている（特許文献２等）。

特開平０６−２７５６０８号公報特表２００２−５２５４３０号公報

ところで、最近にあっては、半導体ウエハＷの直径が益々大きくなっており、例えば直径が３００ｍｍから将来的には直径が４５０ｍｍのウエハまで予定されており、更にデバイスの微細化に伴って高アスペクト構造のＤＲＡＭのキャパシタ絶縁膜をステップカバレジ良く成膜する必要や成膜処理のスループットの向上の点から多量の原料ガスを流すことが求められている。そして、原料ガスの流量を増加するには、原料の加熱量を増加したり、キャリアガスを多量に流すようにして流量を増加させている。

しかしながら、原料ガスを増加させるために、キャリアガスの流量を増加させたプロセス条件で成膜を行うと、成膜開始時には処理容器内を真空引きした状態で多量のキャリアガス及び原料ガスの供給を行うので、処理容器側とキャリアガスの供給系側との間で大きな差圧が瞬間的に生じ、この大きな差圧が原因で原料ガスがミスト状になってガス流路の内壁に付着したり、或いはウエハ表面に付着したりして、パーティクルとなっていた。

特に、原料ガスの供給と停止を断続的に繰り返し行う、いわゆるＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）成膜を行う場合には、原料ガスの供給を開始する都度に上記したようなパーティクルの発生を余儀なくされており、早期の解決が望まれている。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、原料ガスの供給開始時にキャリアガスの供給側と処理容器側との差圧を小さくすることによりパーティクルの発生を抑制することが可能なガス供給装置、熱処理装置、ガス供給方法及び熱処理方法である。

請求項１に係る発明は、原料貯留槽内の原料から発生した原料ガスをキャリアガスを用いて被処理体に熱処理を施す処理容器へ供給する原料ガス供給系を有するガス供給装置において、途中に開閉弁が介設されて前記原料貯留槽内へ前記キャリアガスを導入するキャリアガス通路と、前記原料貯留槽と前記処理容器とを連結すると共に途中に開閉弁が介設されて前記キャリアガスと共に原料ガスを流す原料ガス通路と、途中に開閉弁が介設されると共に前記原料ガス通路に接続されて圧力調整ガスを供給する圧力調整ガス通路と、前記圧力調整ガスの前記処理容器への供給を始めると同時に前記キャリアガスを用いて前記原料貯留槽から前記原料ガスを前記処理容器内へ供給することを始める第１の工程を開始し、その後、前記圧力調整ガスの供給を停止する第２の工程を行うように前記各開閉弁を制御する弁制御部と、を備えたことを特徴とするガス供給装置である。

このように、原料貯留槽内の原料から発生した原料ガスをキャリアガスを用いて被処理体に熱処理を施す処理容器へ供給する原料ガス供給系を有するガス供給装置において、圧力調整ガスの処理容器への供給を始めると同時にキャリアガスを用いて原料貯留槽から原料ガスを処理容器内へ供給することを始める第１の工程を開始し、その後、圧力調整ガスの供給を停止する第２の工程を行うようにしたので、原料ガスの供給開始時にキャリアガスの供給側と処理容器側との差圧を小さくすることが可能となり、パーティクルの発生を抑制することができる。

請求項９に係る発明は、被処理体に対して熱処理を施すための熱処理装置において、前記被処理体を収容する処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のガス供給装置とを備えたことを特徴とする熱処理装置である。

請求項１０に係る発明は、原料を貯留する原料貯留槽と、前記原料貯留槽へキャリアガスを導入するキャリアガス通路と、前記原料貯留槽と前記被処理体に熱処理を施す処理容器とを連結する原料ガス通路と、前記原料ガス通路に接続されて圧力調整ガスを供給する圧力調整ガス通路とを有する原料ガス供給系を備えたガス供給装置におけるガス供給方法において、前記圧力調整ガスの前記処理容器への供給を始めると同時に前記キャリアガスを用いて前記原料貯留槽から前記原料ガスを前記処理容器内へ供給することを始める第１の工程と、前記第１の工程の後に行われて、前記圧力調整ガスの供給を停止する第２の工程とを有することを特徴とするガス供給方法である。

請求項１８に係る発明は、請求項１０乃至１７のいずれか一項に記載のガス供給方法を用いて被処理体に熱処理を施すようにしたことを特徴とする熱処理方法である。

本発明に係るガス供給装置、熱処理装置、ガス供給方法及び熱処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
原料貯留槽内の原料から発生した原料ガスをキャリアガスを用いて被処理体に熱処理を施す処理容器へ供給する原料ガス供給系を有するガス供給装置において、圧力調整ガスの処理容器への供給を始めると同時にキャリアガスを用いて原料貯留槽から原料ガスを処理容器内へ供給することを始める第１の工程を開始し、その後、圧力調整ガスの供給を停止する第２の工程を行うようにしたので、原料ガスの供給開始時にキャリアガスの供給側と処理容器側との差圧を小さくすることが可能となり、パーティクルの発生を抑制することができる。

本発明の係る熱処理装置の一例を示す縦断面構成図である。熱処理装置（加熱手段は省略）を示す横断面構成図である。本発明のガス供給方法の第１実施例を含む熱処理方法を説明するためのフローチャートである。本発明のガス供給方法の第１実施例におけるガスの流れを説明する模式図である。本発明のガス供給方法の第２実施例を含む熱処理方法を説明するためのフローチャートである。本発明のガス供給方法の第２実施例におけるガスの流れを説明する模式図である。本発明のガス供給方法の第３実施例における直前工程のガスの流れを説明する模式図である。

以下に、本発明に係るガス供給装置、熱処理装置、ガス供給方法及び熱処理方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明の係る熱処理装置の一例を示す縦断面構成図、図２は熱処理装置（加熱手段は省略）を示す横断面構成図である。

図示するように、この熱処理装置２は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器４を有している。この処理容器４の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器４内の天井には、石英製の天井板６が設けられて封止されている。また、この処理容器４の下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド８がＯリング等のシール部材１０を介して連結されている。尚、ステンレス製のマニホールド８を設けないで、全体を円筒体状の石英製の処理容器で構成した装置もある。

上記処理容器４の下端は、上記マニホールド８によって支持されており、このマニホールド８の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に載置した保持手段としての石英製のウエハボート１２が昇降可能に挿脱自在になされている。本実施例の場合において、このウエハボート１２の支柱１２Ａには、例えば５０〜１００枚程度の直径が３００ｍｍのウエハＷを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。

このウエハボート１２は、石英製の保温筒１４を介してテーブル１６上に載置されており、このテーブル１６は、マニホールド８の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部１８を貫通する回転軸２０上に支持される。そして、この回転軸２０の貫通部には、例えば磁性流体シール２２が介設され、この回転軸２０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部１８の周辺部とマニホールド８の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材２４が介設されており、処理容器４内のシール性を保持している。

上記した回転軸２０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム２６の先端に取り付けられており、ウエハボート１２及び蓋部１８等を一体的に昇降して処理容器４内へ挿脱できるようになされている。尚、上記テーブル１６を上記蓋部１８側へ固定して設け、ウエハボート１２を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。この処理容器４には、ガス導入部２８が設けられる。

具体的には、このガス導入部２８は、上記マニホールド８の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて延びる石英管よりなる複数、ここでは２本のガス分散ノズル３０、３２を有している。各ガス分散ノズル３０、３２には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔３０Ａ、３２Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔３０Ａ、３２Ａから水平方向に向けてほぼ均一にガスを噴射できるようになっている。

一方、上記処理容器４の側壁の一部には、その高さ方向に沿ってノズル収容凹部３４が形成されると共に、このノズル収容凹部３４に対向する処理容器４の反対側には、この内部雰囲気を真空排気するために処理容器４の側壁を、例えば上下方向へ削りとることによって形成した細長い排気口３６が設けられている。具体的には、上記ノズル収容凹部３４は、上記処理容器４の側壁を上下方向に沿って所定の幅で削りとることによって上下に細長い開口３８を形成し、この開口３８をその外側より覆うようにして断面凹部状になされた上下に細長い例えば石英製の区画壁４０を容器外壁に気密に溶接接合することにより形成されている。

これにより、この処理容器４の側壁の一部を凹部状に外側へ窪ませることにより一側が処理容器４内へ開口されて連通された上記ノズル収容凹部３４が一体的に形成されることになる。すなわち区画壁４０の内部空間は、上記処理容器４内に一体的に連通された状態となっている。そして、図２に示すように、上記ノズル収容凹部３４内に上記各ガス分散ノズル３０、３２が並んで設けられている。

一方、上記開口３８に対向させて設けた排気口３６には、これを覆うようにして石英よりなる断面コ字状に成形された排気口カバー部材４２が溶接により取り付けられている。この排気口カバー部材４２は、上記処理容器４の側壁に沿って上方に延びており、処理容器４の上方のガス出口４４には、真空排気系４６が設けられている。この真空排気系４６は、上記ガス出口４４に接続された排気通路４８を有しており、この排気通路４８には、圧力調整弁５０や真空ポンプ５２が介設されて、処理容器４内を所定の圧力に維持しつつ真空引きするようになっている。そして、この処理容器４の外周を囲むようにしてこの処理容器４及びこの内部のウエハＷを加熱する筒体状の加熱手段５４が設けられている。

そして、上記処理容器４に対して熱処理に必要なガスを供給するために本発明に係るガス供給装置６０が設けられる。ここではガス供給装置６０として原料ガスを供給するための本発明の特徴とする原料ガス供給系６２と、その他に上記原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給系６４とが含まれている。具体的には、上記原料ガス供給系６２は、液体又は固体の原料６６を貯留する原料貯留槽６８を有している。この原料貯留槽６８は、アンプル或いはリザーバとも称される。上記原料６６としては、ここではジルコニウムの有機化合物である液体状のＺｒＣｐ（ＮＭｅ_２ ）_３ ［シクロペンタジエニル・トリス（ジメチルアミノ）ジルコニウム又はＺｒ（ＭｅＣｐ）（ＮＭｅ_２ ）_３ ［メチルシクロペンタジエニル・トリス（ジメチルアミノ）ジルコニウム又はＴｉ（ＭｅＣｐ）（ＮＭｅ_２ ）_３ ［メチルシクロペンタジエニル・トリス（ジメチルアミノ）チタニウムが用いられている。この原料貯留槽６８には、上記原料６６を熱分解しない範囲で加熱して気化させることにより原料ガスを形成する原料加熱ヒータ６９が設けられており、ここでは例えば８０〜１２０℃程度に加熱されている。

そして、上記原料貯留槽６８と上記処理容器４に設けたガス導入部２８の一方のガス分散ノズル３０とを連結して原料ガス通路７０が設けられている。そして、この原料ガス通路７０の途中には第１及び第２の２つの開閉弁７２、７４がその上流側から下流側に向けて順次介設されており、原料ガスの流れを制御するようになっている。

そして、この原料ガス通路７０の上流側のガス入口７６は、上記原料貯留槽６８内の上部空間部６８Ａに位置されており、ここで発生した原料ガスを流出させることができるようになっている。この原料ガス通路７０には、これに沿って例えばテープヒータ等の通路ヒータ（図示せず）が設けられており、原料ガス通路７０を例えば１２０〜１５０℃程度に加熱して原料ガスが液化することを防止している。

また上記原料貯留槽６８には、上記原料貯留槽６８内へキャリアガスを導入するためのキャリアガス通路７８が接続されている。このキャリアガス通路７８の先端のガス出口８０は、上記原料貯留槽７８の上部空間部６８Ａに位置されている。尚、このガス出口８０を液体の原料６６中に漬浸させてキャリアガスをバブリングさせるようにしてもよい。そして、このキャリアガス通路７８の途中には、その上流側から下流側に向けてガス流量を制御するためのマスフローコントローラのような流量制御器８２、第１の開閉弁８４及び第２の開閉弁８６が順次介設されている。

ここでは上記キャリアガスとしては、アルゴンガスが用いられているが、これに限定されず、他の希ガス、例えばＨｅ等を用いてもよい。そして、上記第１の開閉弁８４と第２の開閉弁８６との間のキャリアガス通路７８と、上記第１の開閉弁７２と第２の開閉弁７４との間の原料ガス通路７０とを連結するようにしてバイパス通路８８が設けられており、このバイパス通路８８の途中にはバイパス開閉弁９０が介設されている。

また、上記原料ガス通路７０の第２の開閉弁７４の直ぐ下流側には、圧力調整ガスを供給するための圧力調整ガス通路９２が接続されている。この圧力調整ガス通路９２には、その上流側より下流側に向けてマスフローコントローラのような流量制御器９４及び開閉弁９６が順次介設されている。ここでは圧力調整ガスとしては不活性ガス、例えばＮ_２ ガスが用いられている。この圧力調整ガスとして、Ｎ_２ ガスに代えてＡｒ等の希ガスを用いるようにしてもよい。

更に、上記原料ガス通路７０の第２の開閉弁７４と上記バイパス通路８８の上記原料ガス通路７０に対する接続点との間の原料ガス通路７０にはベント通路９８が接続されている。このベント通路９８の下流側は、上記真空排気系７６の圧力調整弁５０と真空ポンプ５２との間の排気通路４８に接続されており、このベント通路９８内を真空引き可能になっている。そして、このベント通路９８の途中にはベント開閉弁１００が介設されている。

一方、上記反応ガス供給系６４は、上記他方のガス分散ノズル３２に接続された反応ガス通路１０２を有している。この反応ガス通路１０２の途中には、マスフローコントローラのような流量制御器１０４及び開閉弁１０６が順次介設されており、必要に応じて上記反応ガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。そして、この反応ガス通路１０２の途中からは分岐路１０８が分岐させて設けられている。この分岐路１０８の途中には、マスフローコントローラのような流量制御器１１０及び開閉弁１１２が順次介設されており、パージガスを流量制御しつつ必要に応じて供給できるようになっている。

ここで上記反応ガスとしては、酸化ガス、例えばオゾン（Ｏ_３ ）が用いられ、Ｚｒを含む原料を酸化して酸化ジルコニウムを成膜できるようになっている。また、上記パージガスとしては、例えばＮ_２ ガスが用いられている。そして、このガス供給装置６０における各開閉弁の開閉動作は、弁制御部１１４によって制御されるようになっている。

以上のように構成された熱処理装置２の全体の動作は、例えばコンピュータ等よりなる装置制御部１１６により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体１１８に記憶されている。この記憶媒体１１８は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。具体的には、この装置制御部１１６及びこの支配下にある弁制御部１１４からの指令により、各ガスの供給の開始、停止や流量制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。上記弁制御部１１４は、上述のように装置制御部１１６の支配下になっている。

次に、以上のように構成された熱処理装置２を用いて行われる本発明方法について図３及び図４も参照して説明する。
＜第１実施例＞
まず、本発明のガス供給方法の第１実施例を含む熱処理方法について説明する。図３は本発明のガス供給方法の第１実施例を含む熱処理方法を説明するためのフローチャート、図４は本発明のガス供給方法の第１実施例におけるガスの流れを説明する模式図である。図４中ではガスの流れを点線の矢印で示している。ここでは原料としてＺｒＣｐ（ＮＭｅ_２ ）_３ を用い、反応ガスとして酸化ガスであるオゾンを用いて酸化ジルコニウムの薄膜を形成する場合を例にとって説明する。

具体的には、上記原料ガスと反応ガス（オゾン）とをそれぞれ一定の供給期間で交互にパルス状に供給する供給工程と供給を停止する停止工程とよりなる１サイクルを複数回繰り返し実行して上記薄膜を形成するようにしたものである。特に、本発明方法では原料ガスの供給開始時にガス通路内の差圧をできるだけ抑制するようにしている。

まず、常温の多数枚、例えば５０〜１００枚の３００ｍｍサイズのウエハＷが載置された状態のウエハボート１２を予め所定の温度になされた処理容器４内にその下方より上昇させてロードし、蓋部１８でマニホールド８の下端開口部を閉じることにより容器内を密閉する。

そして処理容器４内を真空引きして０．１〜３ｔｏｒｒ程度に維持すると共に、加熱手段５４への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度を維持する。そして、ガス供給装置６０の原料ガス供給系６２及び反応ガス供給系６４を駆動することにより、前述したように原料ガスとオゾンとを交互に処理容器４内へ供給し、ウエハＷの表面に酸化ジルコニウムの薄膜を積層することになる。具体的には、原料ガス供給系６２の原料貯留槽６８では、原料加熱ヒータ６９により原料６６が加熱されて、この原料貯留槽６８内の原料ガスが発生している状態になっている。

成膜処理（熱処理）を開始すると、まず、図３中の第１の工程（Ｓ１）を行う。すなわち、圧力調整ガス通路９２の開閉弁９６を開状態にしてＮ_２ よりなる圧力調整ガスを矢印１２０（（図４（Ａ）参照）に示すように処理容器４内へ流して、原料ガス通路７０の下流側の圧力を予め高めておく。これと同時に、キャリアガス通路７８の第１及び第２の開閉弁８４、８６を共に開状態にして、Ａｒよりなるキャリアガスを原料貯留槽６８内へ流し、且つ原料ガス通路７０の第１及び第２の開閉弁７２、７４を共に開状態にして、上記原料貯留槽６８内の原料ガスをキャリアガスと共に矢印１２２に示すように処理容器４内へ流す（Ｓ１）。

このように、圧力調整ガスと原料ガスを伴ったキャリアガスとを同時に処理容器４内へ供給する。この時の流量は、圧力調整ガスが１〜１０ｓｌｍの範囲内であり、例えば５ｓｌｍ、キャリアガスが上記圧力調整ガスよりもかなり多い２〜１５ｓｌｍの範囲内であり、例えば７ｓｌｍであり、ガスを流す時間は、例えば１〜１０秒の範囲内のほんの僅かな時間である。ここでは例えば５秒程度である。キャリアガスを上記のように７ｓｌｍと多量に流すことにより原料ガスも多量に供給することができる。

このように、圧力調整ガスとキャリアガスとを同時に流すことにより、処理容器４側である原料ガス通路７０の下流側とキャリアガス通路７８内との差圧、具体的には原料貯留槽６８のガス入口７６とガス分散ノズル３０の入口との間の差圧を圧力調整ガスを流した分だけ抑制することが可能となり、その結果、原料ガスがミスト化してパーティクルが発生することを防止することができる。ここで第１の工程の時間が１秒よりも短い場合には差圧抑制効果が著しく減少し、また１０秒よりも長い場合にはスループットを必要以上に低下させる原因となってしまう。

このように、上記第１の工程を５秒程度行ったならば、図３中の第２の工程（Ｓ２）を行う。すなわち、上記第１の工程を５秒程度行ったならば、直ちに上記圧力調整ガス通路９２の開閉弁９６を閉状態にし、図４（Ｂ）に示すように圧力調整ガスの供給を停止する。そして、キャリアガスを伴った原料ガスの処理容器４内への供給は継続して行い、これにより、ウエハＷの表面には原料ガスが多量に付着することになる。このプロセス時間は、例えば５０〜２００秒の範囲内であり、ここでは例えば１００秒である。

このようにして第２の工程を終了したならば、次に、キャリアガス及び原料ガスの供給を停止した状態で処理容器４内の残留ガスを排除するパージ工程（Ｓ３）を行う。このパージ工程では全てのガスの供給を停止して処理容器４内の残留ガスを排除したり、或いは圧力調整ガス通路９２から不活性ガスのＮ_２ を処理容器４内へ供給して残留ガスと置換したりしてもよく、更には両者を組み合わせてもよい。この時のＮ_２ ガスの流量は０．５〜１５ｓｌｍの範囲内であり、ここでは１０ｓｌｍである。このパージ工程は４〜１２０秒の範囲内であり、ここでは６０秒程度行っている。

また、このパージ工程Ｓ３では、原料ガス通路７０内に残留する原料ガスを排除するために、原料ガス通路７０の第１及び第２の開閉弁７２、７４を共に閉状態とし、キャリアガス通路７８の第１の開閉弁８４は開状態、第２の開閉弁８６は閉状態とすると共に、バイパス開閉弁９０及びベント開閉弁１００を共に開状態にする。これにより、キャリアガスを原料貯留槽６８内へは導入しないで、バイパス通路８８、原料ガス通路７０の一部を介してベント通路９８へ流し、真空排気系４６側へ排気するようになっている。このキャリアガスの流量は２〜１５ｓｌｍの範囲内で、例えば１０ｓｌｍ程度である。

上述のようにパージ工程Ｓ３が終了したならば、次に反応ガス供給工程Ｓ４を行う。ここでは反応ガス供給系６４を用いてオゾンよりなる反応ガスを処理容器４内へ供給する。これにより、ウエハＷの表面に付着していた原料ガスとオゾンとが反応して酸化ジルコニアの薄膜が形成されることになる。この成膜を行う反応ガス供給工程のプロセス時間は、５０〜２００秒の範囲内、ここでは例えば１００秒程度である。

この反応ガス供給工程Ｓ４が終了したならば、処理容器４内の残留ガスを排除するパージ工程Ｓ５を行う。このパージ工程のやり方は、先のパージ工程Ｓ３と同様であり、ここで不活性ガスを使用する場合には、反応ガス供給系６４の分岐路１０８からＮ_２ ガスを流すようにすればよい。

上記パージ工程Ｓ５が終了したならば、上記したステップＳ１〜Ｓ５までの工程を何回行ったかを判断し（Ｓ６）、これを所定の回数だけまだ繰り返していない場合（ＮＯ）には、上記各ステップＳ１〜Ｓ５を繰り返し行なって酸化ジルコニウムの薄膜を積層し、所定の回数だけ繰り返し行った場合（ＹＥＳ）には、成膜の熱処理を終了することになる。

上述のように、ステップＳ１を開始する直前の処理容器内の圧力は０．１〜３ｔｏｒｒ程度と低いが、ステップＳ１にてキャリアガスを多量に流して原料ガスも多量に供給し、この原料ガスの供給開始と同時に、原料ガス供給通路７０の上流側へ圧力調整ガスを一時的に流すようにしたので、この圧力調整ガスの圧力分だけ原料ガス通路７０内と原料貯留槽６８内との差圧を減少させて小さくすることが可能となる。

すなわち、処理容器４側である原料ガス通路７０の下流側とキャリアガス通路７８内との差圧、具体的には原料貯留槽６８のガス入口７６とガス分散ノズル３０の入口との間の差圧を圧力調整ガスを流した分だけ抑制することが可能となり、その結果、原料ガスがミスト化してパーティクルが発生することを防止することができる。このように大流量の原料ガスを流したにもかかわらず、原料ガスのミストの発生及びパーティクルの発生を抑制することが可能となる。

以上のように、本発明では原料貯留槽６８内の原料６６から発生した原料ガスをキャリアガスを用いて被処理体Ｗに熱処理を施す処理容器４へ供給する原料ガス供給系６２を有するガス供給装置において、圧力調整ガスの処理容器４への供給を始めると同時にキャリアガスを用いて原料貯留槽６８から原料ガスを処理容器４内へ供給することを始める第１の工程を開始し、その後、圧力調整ガスの供給を停止する第２の工程を行うようにしたので、原料ガスの供給開始時にキャリアガスの供給側と処理容器４側との差圧を小さくすることが可能となり、パーティクルの発生を抑制することができる。

＜第２実施例＞
次に、本発明のガス供給方法の第２実施例を含む熱処理方法について説明する。先に図３及び図４を参照して説明した第１実施例では、最初のステップＳ１で圧力調整ガスとキャリアガスに搬送された原料ガスとを処理容器４に向けて同時に流すようにして原料ガス通路７０内における差圧を抑制するようにしたが、これに限定されず、原料ガスを流す前に原料ガス通路７０内に多量のキャリアガスを予め流すようにしておき、原料ガスの供給を開始する時に発生する差圧を更に抑制するようにしてもよい。

図５はこのような本発明のガス供給方法の第２実施例を含む熱処理方法を説明するためのフローチャート、図６は本発明のガス供給方法の第２実施例におけるガスの流れを説明する模式図である。図６中ではガスの流れを点線の矢印で示している。また図３及び図４に示す各図と同様な構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。

図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）は、先の図４（Ａ）及び図４（Ｂ）とそれぞれ全く同じである。この第２実施例では、図５及び図６に示すように、先のステップＳ１の前に、すなわち直前にキャリアガスを上記バイパス通路８８を介してベント通路９８側へ流すと共に、圧力調整ガスを処理容器４内へ流す直前工程（Ｓ０）を行っている。

すなわち、成膜処理（熱処理）を開始すると、まず、直前工程Ｓ０を行うために、図６（Ａ）に示すように圧力調整ガス通路９２の開閉弁９６を開状態にしてＮ_２ よりなる圧力調整ガスを矢印１２０に示すように処理容器４内へ流す。ただし、この場合、この圧力調整ガスの流量は、この直後に行うことになる第１の工程の圧力調整ガスよりも大きく設定しておく。これと同時に、キャリアガス通路７８の第１の開閉弁８４、バイパス通路８８のバイパス開閉弁９０及びベント通路９８のベント開閉弁１００を全て開状態にして多量のキャリアガスを矢印１２４に示すように真空排気系４６側へ流す。

この場合、キャリアガス通路７８の第２の開閉弁８６、原料ガス通路７０の第１及び第２の開閉弁７２、７４は共に閉状態にして原料ガスは流さないようにし、且つキャリアガスは原料ガス通路７０内の途中の一部だけに流れて処理容器４内へは流さないようにしている。

この時の圧力調整ガスの流量は、これに引き続いて行われる第１の工程の場合よりも多い１〜１５ｓｌｍの範囲内であり、例えば３ｓｌｍ、キャリアガスはこれに引き続いて行われる第１の工程と同じ２〜１５ｓｌｍの範囲内であり、例えば７ｓｌｍである。ガスを流す時間は、１〜１０秒の範囲内の時間である。ここでは例えば５秒程度である。ここで直前工程の時間が１秒よりも短い場合にはこの直前工程を行った効果がなくなり、また１０秒よりも長い場合にはスループットを必要以上に低下させる原因となってしまう。

このように、上記直前工程を５秒程度行ったならば、これ以降の工程は、先に説明したステップＳ１〜Ｓ６までの同じ工程を行うことになる。例えば次に、先に説明したような第１の工程（Ｓ１）へ移行してこれを４秒程度行うことになる。すなわち、バイパス開閉弁９０及びベント開閉弁１００を共に閉状態に切り替えると同時に、キャリアガス通路７８の第２の開閉弁８６、原料ガス通路７０の第１及び第２の開閉弁７２、７４を共に開状態に切り替えることにより、矢印１２２に示すように原料貯留槽６８内の原料ガスをキャリアガスと共に処理容器４内へ流す（Ｓ１）。

この際、３ｓｌｍの流量で流していた圧力調整ガスの流量を１ｓｌｍまで減少させて、処理容器４内へ流入するガスの総量が急激に過度に増加しないようにする。そして、熱処理が完了するまでステップＳ０〜Ｓ６を所定の回数だけ繰り返し行うことになる。

この第２実施例の場合には、第１の工程（Ｓ１）の直前に、直前工程（Ｓ０）を行って、原料ガス通路７０内の大部分の領域に圧力調整ガスを予め短時間だけ流しておき（キャリアガスはベント通路９８を介して排出）、この状態で原料ガスを含むキャリアガスを処理容器４内へ流すようにしたので、原料ガス通路７０内の上流側と下流側との間で発生する差圧は、上記第１実施例の場合よりも更に抑制することができる。従って、先の第１実施例の場合と同様な作用効果を発揮できるのみならず、ミスト或いはパーティクルの発生抑制効果を一層向上させることができる。

実際に上記第２実施例のガス供給方法を用いて２０サイクルのＡＬＤ法の成膜処理を行ったところ、従来のガス供給方法の場合には、ウエハ上の０．０８μｍ以上のパーティクル数は２８個であったが、本発明の場合には５個まで減少しており、良好な結果が得られることが判った。

他方、従来の成膜方法でキャリアガスの流量が少なかった場合、例えば１ｓｌｍ程度の場合にはパーティクル数は１０個程度であったが、一度に処理する処理ウエハの増大、デバイスの微細化、高アスペクト化に対応する十分な流量の原料ガスを供給できずに、膜厚の均一性、ステップカバレジは不十分なものであった。これに対して、本願発明では、上記一度の処理する処理ウエハの増大、デバイスの微細化、高アスペクト化に対応する十分な流量の原料ガスをパーティクルを発生させることなく供給でき、膜厚の均一性、ステップカバレジは十分に良好であった。

＜第３実施例＞
次に、本発明のガス供給方法の第３実施例を含む熱処理方法について説明する。先に図５及び図６を参照して説明した第２実施例の直前工程では、圧力調整ガスとキャリアガスとを流すようにしていたが、これに代えてキャリアガスの流れは停止させた状態にして圧力調整ガスのみを流すようにしておくようにし、原料ガスの供給を開始する時に発生する差圧を更に抑制するようにしてもよい。

図７は本発明のガス供給方法の第３実施例における直前工程のガスの流れを説明する模式図である。図７中ではガスの流れを点線の矢印で示している。また図３乃至図６に示す各図と同様な構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。この第３実施例では、図７に示すように、先のステップＳ１の前に、すなわち直前に圧力調整ガスのみを処理容器４内へ流す直前工程Ｓ０を行っている。

すなわち、成膜処理（熱処理）を開始すると、まず、直前工程Ｓ０を行うために、図７に示すように圧力調整ガス通路９２の開閉弁９６を開状態にしてＮ_２ よりなる圧力調整ガスを矢印１２０に示すように処理容器４内へ流す。ただし、この場合、この圧力調整ガスの流量は、この直後に行うことになる第１の工程の圧力調整ガスよりも大きく設定しておく。この際、ここでは先の第２実施例とは異なって、キャリアガス通路７８の第１の開閉弁８４、バイパス通路８８のバイパス開閉弁９０及びベント通路９８のベント開閉弁１００を全て閉状態にしてキャリアガスは流さないようにしておく。

この時の種々のプロセス条件は、先の第２実施例の直前工程の場合と同じである。この直前工程を行ったならば、第２実施例と同様に先に説明したステップＳ１〜Ｓ６までの同じ工程を行なうことになる。この場合にも、先の第２実施例と同様な作用効果を発揮することができる。

尚、上記図３及び図５に示す各実施例では、２つのパージ工程Ｓ３、Ｓ５が組み込まれているが、これらのパージ工程Ｓ３、Ｓ５の内の一方又は両方を省略するようにしてもよい。

また、図１に示す装置例では、ガス供給装置６０に多くの開閉弁を設けたが、２つの通路が分岐される部分に設けられる２つの開閉弁を１つの三方弁で代用するようにしてもよく、具体的には例えば原料ガス通路７０の第２の開閉弁７４とベント通路９８のベント開閉弁１００とを１つの三方弁で置き換えるようにしてもよい。

また、図１に示す装置例では、２重管構造の熱処理装置を例にとって説明したが、装置構成はこれに限定されるものではなく、例えば単管構造の熱処理装置にも本発明を適用できるのは勿論である。更に、ここでは熱処理としてステップＳ１〜Ｓ６或いはＳ０〜Ｓ６を繰り返し行う、いわゆるＡＬＤ成膜処理を例にとって説明したが、これに限定されず、ステップＳ１〜Ｓ６或いはＳ０〜Ｓ６（ステップＳ３、Ｓ５は省略可能）を１回だけ行う成膜処理にも本発明を適用することができる。

また、ここでは一度に複数枚の半導体ウエハＷを処理する、いわゆるバッチ式の熱処理装置を例にとって説明したが、これに限定されず、半導体ウエハＷを１枚ずつ処理する枚葉式の熱処理装置にも本発明を適用することができる。また更に、ここでは原料としてジルコニウムを含む有機金属材料を用いる場合を例にとって説明したが、これに限定されず、原料として、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｓｒよりなる群から選択される１又は複数の金属材料を含む有機金属材料も用いることができる。

また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。

２ 熱処理装置
４ 処理容器
１２ ウエハボート（保持手段）
２８ ガス導入部
３０，３２ ガス分散ノズル
４６ 真空排気系
５４ 加熱手段
６０ ガス供給装置
６２ 原料ガス供給系
６４ 反応ガス供給系
６６ 原料
６８ 原料貯留槽
７０ 原料ガス通路
７２，７４，８２，８４，８６，９６ 開閉弁
７８ キャリアガス通路
８８ バイパス通路
９０ バイパス開閉弁
９２ 圧力調整ガス通路
９８ ベント通路
１００ ベント開閉弁
１１４ 弁制御部
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (18)

1. 原料貯留槽内の原料から発生した原料ガスをキャリアガスを用いて被処理体に熱処理を施す処理容器へ供給する原料ガス供給系を有するガス供給装置において、
   途中に開閉弁が介設されて前記原料貯留槽内へ前記キャリアガスを導入するキャリアガス通路と、
   前記原料貯留槽と前記処理容器とを連結すると共に途中に開閉弁が介設されて前記キャリアガスと共に原料ガスを流す原料ガス通路と、
   途中に開閉弁が介設されると共に前記原料ガス通路に接続されて圧力調整ガスを供給する圧力調整ガス通路と、
   前記圧力調整ガスの前記処理容器への供給を始めると同時に前記キャリアガスを用いて前記原料貯留槽から前記原料ガスを前記処理容器内へ供給することを始める第１の工程を開始し、その後、前記圧力調整ガスの供給を停止する第２の工程を行うように前記各開閉弁を制御する弁制御部と、
   を備えたことを特徴とするガス供給装置。
2. 前記第２の工程では、前記キャリアガスを用いた前記原料ガスの供給が継続して行われているようになされていることを特徴とする請求項１記載のガス供給装置。
3. 前記原料貯留槽をバイパスするように前記キャリアガス通路と前記原料ガス通路とを連結すると共に途中に開閉弁が介設されたバイパス通路と、前記原料ガス通路に接続されて途中に開閉弁が介設されると共に内部が真空引きされているベント通路とを有し、
   前記弁制御部は、前記第１の工程を行う前に、前記キャリアガスを前記バイパス通路を介して前記ベント通路側へ流すと共に、前記圧力調整ガスを前記処理容器内へ流すようにする直前工程を行うように前記各制御弁を制御することを特徴とする請求項１又は２記載のガス供給装置。
4. 前記弁制御部は、前記第１の工程を行う前に、前記圧力調整ガスのみを前記処理容器内へ流すようにする直前工程を行うように前記各制御弁を制御することを特徴とする請求項１又は２記載のガス供給装置。
5. 前記直前工程の圧力調整ガスの流量は、前記第１の工程の圧力調整ガスの流量よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項３又は４記載のガス供給装置。
6. 前記処理容器に前記原料ガスと反応する反応ガスを供給するために途中に開閉弁が介設された反応ガス供給系を有しており、
   前記弁制御部は、前記第２の工程の後に前記処理容器内へ前記反応ガスを供給する反応ガス供給工程を行うように前記各開閉弁を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガス供給装置。
7. 前記弁制御部は、前記第２の工程及び前記反応ガス供給工程の内の少なくともいずれか一方の工程の直後に前記処理容器の残留雰囲気を排除するパージ工程を行うように前記各開閉弁を制御することを特徴とする請求項６記載のガス供給装置。
8. 前記弁制御部は、前記各工程を順次繰り返し行うように前記各開閉弁を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のガス供給装置。
9. 被処理体に対して熱処理を施すための熱処理装置において、
   前記被処理体を収容する処理容器と、
   前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
   前記被処理体を加熱する加熱手段と、
   前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載のガス供給装置とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
10. 原料を貯留する原料貯留槽と、
    前記原料貯留槽へキャリアガスを導入するキャリアガス通路と、
    前記原料貯留槽と前記被処理体に熱処理を施す処理容器とを連結する原料ガス通路と、
    前記原料ガス通路に接続されて圧力調整ガスを供給する圧力調整ガス通路とを有する原料ガス供給系を備えたガス供給装置におけるガス供給方法において、
    前記圧力調整ガスの前記処理容器への供給を始めると同時に前記キャリアガスを用いて前記原料貯留槽から前記原料ガスを前記処理容器内へ供給することを始める第１の工程と、
    前記第１の工程の後に行われて、前記圧力調整ガスの供給を停止する第２の工程とを有することを特徴とするガス供給方法。
11. 前記第２の工程では、前記キャリアガスを用いた前記原料ガスの供給が継続して行われていることを特徴とする請求項１０記載のガス供給装置。
12. 前記原料貯留槽をバイパスするように前記キャリアガス通路と前記原料ガス通路とを連結するバイパス通路と、前記原料ガス通路に接続されて内部が真空引きされているベント通路とを有し、
    前記第１の工程を行う前に、前記キャリアガスを前記バイパス通路を介して前記ベント通路側へ流すと共に、前記圧力調整ガスを前記処理容器内へ流すようにする直前工程を行うことを特徴とする請求項１０又は１１記載のガス供給方法。
13. 前記第１の工程を行う前に、前記圧力調整ガスのみを前記処理容器内へ流すようにする直前工程を行うことを特徴とする請求項１０又は１１記載のガス供給方法。
14. 前記直前工程の圧力調整ガスの流量は、前記第１の工程の圧力調整ガスの流量よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１２又は１３記載のガス供給方法。
15. 前記処理容器に前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給系を有し、
    前記第２の工程の後に、前記処理容器内へ前記反応ガスを供給する反応ガス供給工程を行うことを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載のガス供給方法。
16. 前記第２の工程及び前記反応ガス供給工程の内の少なくともいずれか一方の工程の直後に前記処理容器の残留雰囲気を排除するパージ工程を行うことを特徴とする請求項１５記載のガス供給方法。
17. 前記各工程を順次繰り返し行うようにしたことを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれか一項に記載のガス供給方法。
18. 請求項１０乃至１７のいずれか一項に記載のガス供給方法を用いて被処理体に熱処理を施すようにしたことを特徴とする熱処理方法。

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