特許 5761067 ガス供給装置及び熱処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5761067

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月12日

(54)【発明の名称】ガス供給装置及び熱処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20150723BHJP

   H01L 21/314 20060101ALI20150723BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20150723BHJP

   C23C 16/448 20060101ALI20150723BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 B

   H01L21/314 A

   H01L21/316 X

   C23C16/448

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-28494(P2012-28494)

(22)【出願日】2012年2月13日

(65)【公開番号】特開2013-165222(P2013-165222A)

(43)【公開日】2013年8月22日

【審査請求日】2014年6月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090125

【弁理士】

【氏名又は名称】浅井 章弘

(72)【発明者】

【氏名】和村 有

(72)【発明者】

【氏名】立野 雄亮

(72)【発明者】

【氏名】島 裕巳

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００７−５０１５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４２８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１６１１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６７３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１０９７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２３６９３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５−２１／３２、２１／３６５、

２１／４６９−２１／４７５、２１／８６、

Ｂ０１Ｊ ４／００− ７／０２、

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機金属材料よりなる液状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、
前記液状の原料を貯留する原料貯留槽と、
前記原料貯留槽に設けられて前記キャリアガスを流すキャリアガス通路に接続されたガス供給部と、
前記原料貯留槽に設けられて前記原料ガスを流す原料ガス通路に接続されたガス流出部と、
前記ガス供給部のガス供給口から離間させて設置されて前記ガス供給口から噴射される前記キャリアガスが前記原料の液面に直接的に当たることを阻止するためのバッフル板と、
前記バッフル板と前記ガス供給部の前記ガス供給口との間を囲むようにして連結して設けられた通気性のあるメッシュ部材と、
を備えたことを特徴とするガス供給装置。

【請求項2】

前記ガス供給部は、前記原料貯留槽内へ挿入されるガスノズルを有することを特徴とする請求項１記載のガス供給装置。

【請求項3】

前記バッフル板は、前記ガス供給部からのガス噴射方向に設置されてい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。

【請求項4】

前記バッフル板の直径は、前記ガス供給口の直径の１／２〜２倍の範囲内になるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガス供給装置。

【請求項5】

前記バッフル板は、前記原料の液面と平行になるように設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガス供給装置。

【請求項6】

有機金属材料よりなる液状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、
前記液状の原料を貯留する原料貯留槽と、
前記原料貯留槽に設けられて前記キャリアガスを流すキャリアガス通路に接続されると共に前記原料貯留槽内へ挿入されて、その先端のガス供給口から噴射されるガスのガス噴射方向が前記原料の液面と平行になるように設けられたガスノズルを有するガス供給部と、
前記原料貯留槽に設けられて前記原料ガスを流す原料ガス通路に接続されたガス流出部と、
前記ガス供給口から噴射される前記キャリアガスが前記原料の液面に直接的に当たることを阻止するために前記ガス供給口より前方に向けてガス噴射方向の下面側に沿って前記原料の液面と平行になるように延在させて設けられたバッフル板と、
を備えたことを特徴とするガス供給装置。

【請求項7】

前記ガス供給口の前方と前記バッフル板の上方とを囲むようにしてメッシュ部材が設けられることを特徴とする請求項６記載のガス供給装置。

【請求項8】

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７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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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及びこれに用いるガス供給装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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状になされた有機金属材料が原料として用いられ、この原料を密閉容器である原料貯留槽内に閉じ込めてこれを加熱することにより原料ガスを発生させ、原料貯留槽内で飽和状態になっている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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平０６−２７５６０８号公報

【特許文献2】特表２００２−５２５４３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。例えば原料ガスの供給量が少ないと、成膜時に回転されているウエハ周辺部での原料ガスの消費量が多くてウエハ中心部では不足気味となり、膜厚の面内均一性が劣化する原因となってしまう。そして、原料ガスの流量を増加するには、キャリアガスを多量に流して原料貯留槽内で飽和状態になっている原料ガスの流量を増加させるようにしている。

【0007】

しかしながら、原料ガスの流量を増加させるために、キャリアガスの流量を増加させると、原料貯留槽内へ導入されるキャリアガスが、液状の原料の液面に強く打ち付けられることになり、このために原料の液面に大きな変動を誘発し、激しい場合には液面に気泡が混入してパーティクルの発生原因となっていた。

【0008】

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毎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。

【0009】

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、パーティクルの発生を抑制しつつ多量の原料ガスを供給することが可能なガス供給装置及び熱処理装置である。

【課題を解決するための手段】

【0010】

請求項１に係る発明は、有機金属材料よりなる液状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、前記液状の原料を貯留する原料貯留槽と、前記原料貯留槽に設けられて前記キャリアガスを流すキャリアガス通路に接続されたガス供給部と、前記原料貯留槽に設けられて前記原料ガスを流す原料ガス通路に接続されたガス流出部と、前記ガス供給部のガス供給口から離間させて設置されて前記ガス供給口から噴射される前記キャリアガスが前記原料の液面に直接的に当たることを阻止するためのバッフル板と、前記バッフル板と前記ガス供給部の前記ガス供給口との間を囲むようにして連結して設けられた通気性のあるメッシュ部材と、を備えたことを特徴とするガス供給装置である。
請求項６に係る発明は、有機金属材料よりなる液状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、前記液状の原料を貯留する原料貯留槽と、前記原料貯留槽に設けられて前記キャリアガスを流すキャリアガス通路に接続されると共に前記原料貯留槽内へ挿入されて、その先端のガス供給口から噴射されるガスのガス噴射方向が前記原料の液面と平行になるように設けられたガスノズルを有するガス供給部と、前記原料貯留槽に設けられて前記原料ガスを流す原料ガス通路に接続されたガス流出部と、前記ガス供給口から噴射される前記キャリアガスが前記原料の液面に直接的に当たることを阻止するために前記ガス供給口より前方に向けてガス噴射方向の下面側に沿って前記原料の液面と平行になるように延在させて設けられたバッフル板と、を備えたことを特徴とするガス供給装置である。

【0011】

このように、有機金属材料よりなる液状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、液状の原料を貯留する原料貯留槽のガス供給部に、このガス供給部から噴射されるキャリアガスが原料の液面に直接的に当たることを阻止するためのバッフル板を設けてキャリアガスが液面に強く当たることを阻止するようにしたので、原料の液面が大きく揺れたり、この液面に気泡が混入することを防止することが可能となる。

【0012】

請求項８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７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。

【0013】

本発明に係るガス供給装置及び熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
有機金属材料よりなる液状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、液状の原料を貯留する原料貯留槽のガス供給部に、このガス供給部から噴射されるキャリアガスが原料の液面に直接的に当たることを阻止するためのバッフル板を設けてキャリアガスが液面に強く当たることを阻止するようにしたので、原料の液面が大きく揺れたり、この液面に気泡が混入することを防止することができる。従って、パーティクルの発生が抑制されて被処理体の表面にパーティクルが付着することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】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。

【図2】熱処理装置を示す横断面構成図である。

【図3】原料ガス供給系の原料貯留槽の部分を示す拡大図である。

【図4】本発明のガス供給装置の評価結果を示すグラフである。

【図5】キャリアガスの流量及びバッフル板−液面間の距離と原料液面の状態との関係を示す図である。

【図6】本発明のガス供給装置の原料ガス供給系におけるガス供給部の変形実施例を示す部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、本発明に係るガス供給装置及び熱処理装置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、図３は原料ガス供給系の原料貯留槽の部分を示す拡大図であり、図３（Ａ）は全体の拡大断面図、図３（Ｂ）はガス供給部の拡大断面図である。

【0016】

図示するように、この熱処理装置２は、平板状の天井を有する筒体状の内筒４とその外側に同心円状に配置されたドーム状の天井を有する筒体状の外筒６とよりなる２重筒構造の処理容器８を有している。この内筒４と外筒６は共に耐熱性の材料、例えば石英により形成されている。上記処理容器８の下端は、Ｏリング等のシール部材９を介して例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド１０に連結されて、これに支持されている。上記内筒４の下端部は、上記マニホールド１０の内壁に取り付けた支持リング１１上に支持されている。尚、ステンレス製のマニホールド１０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。

【0017】

上記マニホールド１０は円筒体状に成形されており、このマニホールド１０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５０〜１５０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。

【0018】

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１０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１０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８内のシール性を保持している。

【0019】

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８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８には、ガス導入部２８が設けられる。

【0020】

具体的には、このガス導入部２８は、上記マニホールド１０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３本のガス分散ノズル３０、３２、３３を有している。各ガス分散ノズル３０、３２、３３には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔３０Ａ、３２Ａ、３３Ａ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、３３Ａ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。

【0021】

一方、上記処理容器８の内筒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（図２参照）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８の反対側には、この内部雰囲気を真空排気するために側壁を、例えば上下方向へ削り取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８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を内筒４の外壁に気密に溶接接合することにより形成されている。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、３３が並んで設けられている。

【0022】

また、上記マニホールド１０の支持リング１１の上方の側壁には、上記排気口３６に連通するガス出口４４が形成されており、上記内筒４内の雰囲気は、上記排気口３６を介して内筒４と外筒６との間の間隙内へ排出され、上記ガス出口４４に至るようになっている。そして、このガス出口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８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８の外周を囲むようにしてこの処理容器８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。

【0023】

そして、上記処理容器８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とパージガスを供給するパージガス供給系６５とが含まれている。具体的には、上記原料ガス供給系６２は、有機金属材料よりなる液状の原料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。

【0024】

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）ジルコニウムが用いられているが、その他に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、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、テトラキシ（ジメチルアミノ）ハフニウム等を用いることができる。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７０〜１００℃程度に加熱されている。

【0025】

また、この原料貯留槽６８には、原料ガスを搬送するキャリアガスを供給するガス供給部７４と、キャリアガスに伴って原料ガスを流出させるガス流出部７６とが設けられている。ここでは、上記ガス供給部７４とガス流出部７６は、共に原料貯留槽６８の天井に設けられている。

【0026】

そして、上記原料貯留槽６８のガス流出部７６と上記処理容器８に設けたガス導入部２８の３本のガス分散ノズル３０、３２、３３の内の１本のガス分散ノズル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の途中には開閉弁７２が介設されており、原料ガスの流れを制御するようになっている。

【0027】

そして、この原料ガス通路７０の上流側のガス流出口７７は、上記原料貯留槽６８内の上部空間部６８Ａを臨むように位置されており、ここで発生した原料ガスをキャリアガスと共に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７０〜１００℃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。

【0028】

また上記原料貯留槽６８のガス供給部７４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。そして、上記ガス供給部７４には、このガス供給部７４から噴射するキャリアガスを上記原料６６の液面に直接的に当たることを阻止するための本発明の特徴とするバッフル板８０が設けられている。

【0029】

具体的には、上記ガス供給部７４は、上記原料貯留槽６８の天井７１に設けた挿通孔８１に貫通して取り付けられたガスノズル８２を有している。このガスノズル８２には、フランジ部８３が設けられており、このフランジ部８３と天井７１との間にＯリング等よりなるシール部材８５を介在させて気密に着脱自在に取り付けられている。そして、このガスノズル８２の先端である下端部がガス供給口８４となっている。このガス供給口８４は、原料貯留槽６８の上部空間部６８Ａを臨むように位置されている。

【0030】

そして、上記バッフル板８０は、例えば円板状になされており、上記ガス供給口８４と上記バッフル板８０との間を囲むようにして連結して通気性のある網目状のメッシュ部材８６（図３参照）が設けられている。上記メッシュ部材８６は、環状に、或いは管状に成形されている。すなわち、このバッフル板８０は、上記メッシュ部材８６によりガス噴射方向に、ここではガス供給口８４の直下に設置されるように支持されている状態となっている。

【0031】

そして、このバッフル板８０は、ここでは上記ガス噴射方向に対して直交するように設置されており、原料６６の液面に対して平行になされている。従って、上記ガス供給口８４から真下へ噴射されたキャリアガスは、上記バッフル板８０に直接当たり、原料６６の液面に直接当たることなく、そのガスの流れ方向が変えられてメッシュ部材８６を通過して原料貯留槽６８内の上部空間部６８Ａへ供給されるようになっている。上記ガスノズル８２、バッフル板８０及びメッシュ部材８６は、共に耐腐食性材料、例えばステンレススチール等により形成されている。

【0032】

ここで上記ガス供給口８４の直径Ｄは、１〜５ｍｍ程度の範囲内で例えば３．２ｍｍ程度、バッフル板８０の直径Ｌは、１〜２５ｍｍ程度の範囲内で例えば３．２ｍｍ程度であり、両者の寸法関係は”Ｄ／２≦Ｌ≦２・Ｄ”である。ここで”Ｄ／２＞Ｌ”の場合には、バッフル板８０の直径が小さ過ぎてしまい、バッフル板８０を設けた効果が消失してしまう。また、”Ｌ＞２・Ｄ”の場合には、バッフル板８０を設けた効果が飽和するのでバッフル板８０の直径の上限は”２Ｄ”で十分である。また、”Ｄ／２≦Ｌ＜Ｄ”に設定すれば、バッフル板８０の直径は、ガス供給口８４（ガスノズル８２の径）よりも小さくなるので、このガスノズル８２と共にバッフル板８０を原料貯留槽６８の天井の取付口に対して着脱させることができ、メンテナンス作業を容易にすることができる。

【0033】

また、”Ｌ≧Ｄ”のように設定した場合には、その分、挿通孔８１及びフランジ部８３を大きく設定して、ガスノズル８２の着脱が可能となるようにしている。また、上記メッシュ部材８６の粗さは、０．１〜１．０μｍ程度の範囲内であり、例えば０．４μｍであって、キャリアガスの流れの勢いを十分に弱めることができるように設定されている。また、このメッシュ部材８６の上下方向の長さは、１０〜５０ｍｍ程度である。

【0034】

図１に戻って、上記キャリアガス通路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９０及び開閉弁９２が順次介設されている。このキャリアガスは、例えば２．５ｋｇ／ｃｍ^２ 程度の高い圧力で供給される。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。

【0035】

一方、上記反応ガス供給系６４は、残りの２本のガス分散ノズルの内の一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。

【0036】

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、上記パージガス供給系６５は、残りの１本のガス分散ノズル３３に接続されたパージガス通路１０８を有している。このパージガス通路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、必要に応じて上記パージガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。上記パージガスとしては、例えばＮ_２ ガス等の不活性ガスが用いられている。

【0037】

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。

【0038】

次に、以上のように構成された熱処理装置２を用いて行われる成膜方法について説明する。ここでは原料としてトリス（ジメチルアミノ）シクロペンタジエニルジルコニウム［Ｃ_１１Ｈ_２３Ｎ_３ Ｚｒ］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。

【0039】

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ている。

【0040】

上記原料ガスを供給する場合には、上記原料ガス供給系６２において、原料貯留槽６８内で加熱により原料６６が気化されて飽和状態になっており、この原料貯留槽６８内へガス供給部７４を介して流量制御されたキャリアガスを供給することにより、上記飽和状態の原料ガスはキャリアガスに伴われてガス流出部７６から原料ガス通路７０側へ流出する。そして、キャリアガスと共に搬送された原料ガスは、処理容器８内に設けたガス分散ノズル３０から噴射されて処理容器８内へ供給される。

【0041】

また、反応ガスを供給する場合には、上記反応ガス供給系６４において反応ガスが流量制御されつつ反応ガス通路１０２内を流され、この反応ガスがガス分散ノズル３２のガス噴射孔３２Ａから噴射されて処理容器８内へ供給される。更に、パージガスを供給する場合には、上記パージガス供給系６５においてパージガスが流量制御されつつパージガス通路１０８内を流され、このパージガスがガス分散ノズル３３のガス噴射孔３３Ａから噴射されて処理容器８内へ供給される。

【0042】

上記処理容器８内へ供給されたガスは、各ウエハＷと接触しつつウエハ間を横方向（水平方向）へ流れて排気口３６を介して内筒４と外筒６との間の間隙へ流入し、更にこのガスは上記間隙内を流下してガス出口４４より真空排気系４６により容器外へ排出されて行くことになる。

【0043】

実際の手順では、まず、常温の多数枚、例えば５０〜１５０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８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１０の下端開口部を閉じることにより容器内を密閉する。

【0044】

そして処理容器８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、例えば２５０℃程度を維持する。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８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飽和状態になっている。

【0045】

成膜処理（熱処理）を開始すると、まず、Ａｒよりなるキャリアガスを原料貯留槽６８内へ流し、上記原料貯留槽６８内の原料ガスをキャリアガスと共に処理容器８内へ流す原料ガス供給工程を行う。これにより、ウエハＷの表面に原料ガスを付着させる。

【0046】

この時の流量は、キャリアガスが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。

【0047】

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８内の残留ガスを排除するパージ工程を行う。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８内の残留ガスを排除したり、或いは不活性ガスよりなるパージガスであるＮ_２ を処理容器８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。

【0048】

上述のようにパージ工程が終了したならば、次に反応ガス供給工程を行う。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８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。

【0049】

この反応ガス供給工程が終了したならば、処理容器８内の残留ガスを排除するパージ工程を行う。このようにして、上記した各工程を所定の回数だけ繰り返し行なって酸化ジルコニウムの薄膜を積層することになる。

【0050】

上述したような成膜処理を行うに際して、上記原料ガス供給系６２においては、原料ガスを多量に処理容器８内へ導入する必要から、キャリアガスを上述のように多量に流して原料貯留槽６８内へ供給する必要がある。この場合、従来の原料ガス供給系（ガス供給装置）にあっては、原料貯留槽６８内へ例えば２．５ｋｇ／ｃｍ^２ 程度の高い圧力で供給したキャリアガスが原料６６の液面に激しく打ち付けられるので、液面に変動や気泡の混入を誘発し、パーティクルの発生の危惧が生じていた。

【0051】

しかしながら、本発明のガス供給装置６０の場合には、原料ガス供給系６２のガス供給部７４にバッフル板８０を設けているので、ガス供給口８４から噴射されるキャリアガスが原料６６の液面に直接的に当たることが阻止されることになり、結果的に液面変動や気泡の混入の誘発を阻止することができる。

【0052】

具体的には、ガス供給部７４に設けたガスノズル８２の下端のガス供給口８４から直下に向けて勢いよく噴射されたキャリアガスは、下方に位置するバッフル板８０に勢いよく打ち付けられてその勢いが弱められることになる。この勢いが弱められたキャリアガスは、このバッフル板８０とガス供給口８４との間を囲むようにして設けた微細な網目のメッシュ部材８６により更にその勢いが弱められながら、且つその進行方向を斜め下方、或いは水平方向へ変えながらこのメッシュ部材８６を通過して原料貯留槽６８内の上部空間部６８Ａに供給されることになる。従って、勢いの強いキャリアガスが原料６６の液面に直接的に当たることを阻止することができ、この結果、液面変動（揺動）や気泡の混入が阻止されてパーティクルの発生を防止することができる。

【0053】

以上のように、本発明によれば、有機金属材料よりなる液状の原料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８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、液状の原料６６を貯留する原料貯留槽６８のガス供給部７４に、このガス供給部７４から噴射されるキャリアガスが原料６６の液面に直接的に当たることを阻止するためのバッフル板８０を設けてキャリアガスが液面に強く当たることを阻止するようにしたので、原料６６の液面が大きく揺れたり、この液面に気泡が混入することを防止することができる。従って、パーティクルの発生が抑制されて被処理体の表面にパーティクルが付着することを防止することができる。

【0054】

＜バッフル板の評価＞
ここで、先に説明した本発明のガス供給装置６０の評価実験を行ったので、その評価結果について図４及び図５を参照して説明する。図４は本発明のガス供給装置の評価結果を示すグラフであり、横軸にキャリアガスの流量をとり、縦軸にウエハ上に付着したパーティクル量をとっている。ここでは、ガスノズル８２のガス供給口８４の直径Ｄを３．２ｍｍ、バッフル板８０の直径Ｌを２．０ｍｍ、ガス供給口８４とバッフル板８０との間の距離を３２ｍｍにそれぞれ設定した。またメッシュ部材８６としては、メッシュの大きさが０．４μｍのものを用いた。

【0055】

図４から明らかなように、バッフル板無しの従来のガス供給装置の場合には、キャリアガスを増加すると当初はパーティクルはほとんどゼロであったが、５リットル／ｍｉｎを越えてキャリアガス流量が多くなるとパーティクル量が次第に増加してきた。これに対して、バッフル板有りの本発明のガス供給装置では、キャリアガスの流量を増加してもパーティクルはほとんど発生せず、１８ｓｌｍを過ぎて２３ｓｌｍまでは、パーティクルはほとんどゼロであり、２３ｓｌｍを越えてキャリアガス流量が多くなるとパーティクル量が次第に増加してきた。そして、キャリアガスの流量が１８ｓｌｍ程度までは、バッフル板無しでキャリアガスの流量が２ｓｌｍ程度の時の液面状態と同様で有り、ほとんど揺れ無しの状態であった。このように、ガス供給部７４にバッフル板８０を設けることにより、パーティクルの発生を抑制できることが理解できる。

【0056】

図５はキャリアガスの流量及びバッフル板−液面間の距離と原料液面の状態との関係を示す図である。ここではキャリアガスの流量を増加しつつその時の原料液面の状態を視認により観察した。バッフル板と液面との間の距離は１〜６ｃｍまで変化させた。また、キャリアガスの流量は１〜１８リットル／ｍｉｎの範囲内で変化させた。ガス供給部７４及びバッフル板８０の各寸法等は図４において説明した場合と同じである。尚、バッフル板”無”は、従来のガス供給装置を示している。

【0057】

図５から明らかなように、バッフル板”無”の従来のガス供給装置にあっては、バッフル板−液面間の距離が１〜６ｃｍの全ての範囲で且つキャリアガスの流量が１ｓｌｍの時には液面の”揺れ有り”となっており、この状態でキャリアガスの流量を増加して行くと、液面の揺れは”小”から”中”及び”大”へ順に変化して行く。また、これと同時に、液面にキャリアガスの勢いに負けて”窪み有り”の状態が発生している。上記傾向は、バッフル板と液面間の距離が短くなる程、激しくなっている。特に、バッフル板と液面間の距離が１ｃｍ及び３ｃｍの場合であってキャリアガスの流量が１８ｓｌｍの場合には、液面に”気泡有り”の状態が見られ、パーティクルが多量に発生することが予想され、好ましくない状態となっていることが判る。

【0058】

これに対して、バッフル板”有り”の本発明のガス供給装置にあっては、バッフル板と液面間の距離が３ｃｍ及び６ｃｍで且つキャリアガスの流量が１８ｓｌｍの場合及びバッフル板と液面間の距離が１ｃｍで且つキャリアガスの流量が１８ｓｌｍの場合にのみ液面の”揺れ有り”が観察されるだけで、他の条件の場合には全て”揺れ無し”であり、パーティクルの発生抑制効果を十分に発揮できることが判った。

【0059】

＜変形実施例＞
次に、本発明のガス供給装置の変形実施例について図６を参照して説明する。図６は本発明のガス供給装置の原料ガス供給系におけるガス供給部の変形実施例を示す部分拡大図であり、図６（Ａ）は第１変形実施例を示し、図６（Ｂ）は第２変形実施例を示し、図６（Ｃ）は第３変形実施例を示す。尚、図１乃至図３に示す構成部分と同一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。

【0060】

［第１変形実施例］
先の実施例においては、バッフル板８０を支持するためにメッシュ部材８６を用いたが、これに限定されず、支持アームでバッフル板８０を支持するようにしてもよい。このような第１変形実施例は、図６（Ａ）に示されており、図示するようにここではメッシュ部材８６（図３参照）を設けておらず、これに替えて支持アーム１２０を設けている。すなわち、ガス供給部７４のガスノズル８２の先端のガス供給口８４とバッフル板８０との間を、１本或いは複数本の細い支持アーム１２０で連結してこれを支持するようになっている。図示例では２本の支持アーム１２０でバッフル板８０を支持するようになっている。この支持アーム１２０は、耐腐食性材料、例えばステンレススチールにより形成することができる。

【0061】

この第１変形実施例の場合には、メッシュ部材８６を設けていないので、メッシュ部材８６によるキャリアガスの勢いの抑制作用はなくなるが、それでもこの第１変形実施例の場合にも先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。尚、先に図１乃至図３を参照して説明した先の実施例の変形態様はここでも適用することができるのは勿論である。

【0062】

［第２変形実施例］
また、先の実施例では直線状のガスノズル８２を設けたが、これに替えて、図６（Ｂ）に示す第２変形実施例のように所定の角度、例えば直角にＬ字状に曲がったＬ字状のガスノズル８２を用いてもよい。この場合には、ガスノズル８２からのキャリアガスのガス噴射方向は水平方向、すなわち原料６６の液面と平行となるように設定されることになる。

【0063】

この場合には、ガスノズル８２のガス供給口８４から水平方向へ噴射されるキャリアガスが斜め下方向へ拡散して直接的に原料６６の液面に当たることを防止するために、バッフル板８０Ａを、ガス供給口８４より前方に向けてガス噴射方向の下面側に沿って原料６６の液面と平行になるように延在させて設けるようにする。

【0064】

この場合、このバッフル板８０Ａは方形状、例えば長方形状に成形されている。このバッフル板８０Ａの上方の空間は、開放状態としてもよいが、ここでは上記ガス供給口８４の前方とバッフル板８０Ａの上方を囲むようにしてメッシュ部材８６を設けている。この第２変形実施例の場合にも先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。

【0065】

［第３変形実施例］
上記第２変形実施例では、Ｌ字状に屈曲されたガスノズル８２を用いたが、これに替えて、図６（Ｃ）に示す第３変形実施例のように、ガスノズル８２は直線状に成形され、先端のガス供給口８４の近傍のバッフル板８０Ａやメッシュ部材８６の構造が第２変形実施例と同様に構成されたガスノズル８２を、原料貯留槽６８の側壁１２２に着脱可能に取り付けるようにしてもよい。この第３変形実施例の場合にも先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。

【0066】

尚、上記各実施例においては、ガス供給部７４にガスノズル８２を設けた構造となっているが、これに限定されず、ガスノズル８２自体を用いずに原料貯留槽６８の天井７１に直接的に孔を形成し、この孔をガス供給口８４として形成してもよい。また、ここではガス供給装置６０を、一度に複数枚の半導体ウエハＷを処理することができる、いわゆるバッチ式の熱処理装置２に適用した場合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できるのは勿論である。

【0067】

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。

【符号の説明】

【0068】

２ 熱処理装置
４ 内筒
６ 外筒
８ 処理容器
１２ ウエハボート（保持手段）
２８ ガス導入部
３０，３２，３３ 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
６５ パージガス供給系
６６ 原料
６８ 原料貯留槽
７０ 原料ガス通路
７４ ガス供給部
７６ ガス流出部
７８ キャリアガス通路
８０，８０Ａ バッフル板
８２ ガスノズル
８４ ガス供給口
８６ メッシュ部材
１２０ 支持アーム
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】