特許 6721693 基板処理装置、液体原料補充システム、半導体装置の製造方法、プログラム

(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】6721693

(24)【登録日】2020年6月22日

(45)【発行日】2020年7月15日

(54)【発明の名称】基板処理装置、液体原料補充システム、半導体装置の製造方法、プログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20200706BHJP

   C23C 16/448 20060101ALI20200706BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20200706BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 B

   C23C16/448

   H01L21/316 X

【請求項の数】6

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2018-540287(P2018-540287)

(86)(22)【出願日】2017年9月21日

(86)【国際出願番号】JP2017034050

(87)【国際公開番号】WO2018056346

(87)【国際公開日】20180329

【審査請求日】2018年9月21日

(31)【優先権主張番号】特願2016-184537(P2016-184537)

(32)【優先日】2016年9月21日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(72)【発明者】

【氏名】磯辺 紀之

(72)【発明者】

【氏名】寿崎 健一

(72)【発明者】

【氏名】葛西 健

(72)【発明者】

【氏名】河原 喜隆

(72)【発明者】

【氏名】島田 真一

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５２４４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５１５８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５０３１０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５、２１／３１−２１／３２、２１／３６５、

２１／４６９−２１／４７５、２１／８６、

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に基板を収容する処理室が形成されている処理部と、
凹状の凹部を有する底部と、前記底部の周縁から立ち上がる壁部とを含んで形成され、液体原料が貯留される貯留タンクと、
前記貯留タンクに貯留されている前記液体原料を気化して原料ガスを生成する気化部と、
前記気化部によって生成された前記原料ガスを前記処理室に供給する供給部と、
前記貯留タンクに貯留されている前記液体原料の液面レベルを連続的に検知すると共に前記凹部に配置されているセンサ素子を有するセンサと、
前記貯留タンクに前記液体原料を補充する補充部と、
前記供給部を制御して、前記処理室に前記原料ガスを供給させて前記基板を処理する基板処理を行わせると共に、前記基板処理を予め決められた回数行う毎に、前記センサが検知した前記液体原料の液面レベルに基づいて、前記補充部を制御し、前記貯留タンクに貯留されている前記液体原料の液面レベルが予め決められたレベルとなるように、前記貯留タンクに前記液体原料を補充させる制御部と、を有し
前記予め決められたレベルは、前記センサが前記液面レベルを検知するために要する最小の前記液体原料の量と、前記基板処理を予め決められた回数行うために要する前記液体原料の量と、の総量を前記貯留タンクに貯留した際の液面レベルである基板処理装置。

【請求項2】

前記貯留タンクの天井部を貫通し、一端が前記貯留タンクに貯留されている前記液体原料内に配設されるキャリアガスを供給するガス供給管を有し、
前記気化部は、前記ガス供給管から供給される前記キャリアガスが前記液体原料に作用して、前記液体原料を気化して原料ガスを生成する請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

凹状の凹部を有する底部と、前記底部の周縁から立ち上がる壁部とを含んで形成され、液体原料が貯留される貯留タンクと、
前記貯留タンクが貯留している前記液体原料を気化して原料ガスを生成する気化部と、
前記気化部によって生成された前記原料ガスを対象物に供給する供給部と、
前記貯留タンクに貯留されている前記液体原料の液面レベルを連続的に検知すると共に前記凹部に配置されているセンサ素子を有するセンサと、
前記貯留タンクに前記液体原料を補充する補充部と、
前記供給部を制御して、前記対象物に前記原料ガスを供給させると共に、前記対象物に前記原料ガスを予め決められた回数供給する毎に、前記センサが検知した前記液体原料の液面レベルに基づいて、前記補充部を制御し、前記貯留タンクに貯留されている前記液体原料の液面レベルが予め決められたレベルとなるように、前記貯留タンクに前記液体原料を補充させる制御部と、を有し、
前記予め決められたレベルは、前記センサが前記液面レベルを検知するために要する最小の前記液体原料の量と、基板処理を予め決められた回数行うために要する前記液体原料の量と、の総量を前記貯留タンクに貯留した際の液面レベルである液体原料補充システム。

【請求項4】

前記貯留タンクの天井部を貫通し、一端が前記貯留タンクに貯留されている前記液体原料内に配設されるキャリアガスを供給するガス供給管を有し、
前記気化部は、前記ガス供給管から供給される前記キャリアガスが前記液体原料に作用して、前記液体原料を気化して原料ガスを生成する請求項３に記載の液体原料補充システム。

【請求項5】

凹状の凹部を有する底部と、前記底部の周縁から立ち上がる壁部とを含んで形成されている貯留タンクに貯留されている液体原料の液面レベルが予め決められたレベルとなるように、前記貯留タンクに前記液体原料を貯留する貯留工程と、
前記貯留タンクに貯留されている前記液体原料を原料ガスに気化する気化工程と、
前記原料ガスを用いて基板を処理する処理工程と、
前記貯留タンクに貯留されている前記液体原料の液面レベルを連続的に検知すると共に前記凹部に配置されているセンサ素子を有するセンサが検知した前記液体原料の液面レベルに基づいて、前記処理工程を予め決められた回数行う毎に、前記貯留タンクに貯留されている前記液体原料の液面レベルが前記予め決められたレベルとなるように前記液体原料を前記貯留タンクに補充する補充工程と、を有し、
前記貯留工程での前記予め決められたレベルは、前記センサが前記液面レベルを検知するために要する最小の前記液体原料の量と、基板処理を予め決められた回数行うために要する前記液体原料の量と、の総量を前記貯留タンクに貯留した際の液面レベルである半導体装置の製造方法。

【請求項6】

基板処理装置に備えられ、凹状の凹部を有する底部と、前記底部の周縁から立ち上がる壁部とを含んで形成されている貯留タンクに貯留されている液体原料の液面レベルが予め決められたレベルとなるように、前記貯留タンクに前記液体原料を貯留する手順と、
前記貯留タンクに貯留されている前記液体原料を原料ガスに気化する手順と、
前記原料ガスを用いて前記基板を処理する手順と、
前記貯留タンクに貯留されている前記液体原料の液面レベルを連続的に検知すると共に前記凹部に配置されているセンサ素子を有するセンサが検知した前記液体原料の液面レベルに基づいて、前記原料ガスを用いて前記基板を処理する基板処理を予め決められた回数行う毎に、前記貯留タンクに貯留されている前記液体原料の液面レベルが前記予め決められたレベルとなるように前記液体原料を前記貯留タンクに補充する手順と、を有し、
前記貯留する手順では、前記予め決められたレベルを、前記センサが前記液面レベルを検知するために要する最小の前記液体原料の量と、前記基板処理を予め決められた回数行うために要する前記液体原料の量と、の総量を前記貯留タンクに貯留した際の液面レベルとすること、
をコンピュータにより前記基板処理装置に実行されるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理装置、液体原料補充システム、半導体装置の製造方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、処理室内に収容された基板に膜を形成する成膜処理について記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−６７８７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

成膜処理には、原料ガス（例えば、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ_３）_３） 略称：ＴＭＡ）が用いられる。そして、この原料ガスには、ｐｐｂ（ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｂｉｌｌｉｏｎ）レベルで、不純物が含まれている。この不純物の量に起因して、基板に形成される膜の面内均一性の値がばらついてしまう。

【0005】

本発明の課題は、基板に形成される膜の面内均一性の値がばらついてしまうことを抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、内部に基板を収容する処理室が形成されている処理部と、凹状の凹部を有する底部と、前記底部の周縁から立ち上がる壁部とを含んで形成され、液体原料が貯留される貯留タンクと、前記貯留タンクに貯留されている液体原料を気化して原料ガスを生成する気化部と、前記気化部によって生成された原料ガスを前記処理室に供給する供給部と、前記貯留タンクに貯留されている液体原料の液面レベルを連続的に検知すると共に前記凹部に配置されているセンサ素子を有するセンサと、前記貯留タンクに液体原料を補充する補充部と、前記供給部を制御して、前記処理室に原料ガスを供給させて前記基板を処理する基板処理を行わせると共に、前記基板処理を予め決められた回数行う毎に、前記センサが検知した液体原料の液面レベルに基づいて、前記補充部を制御し、前記貯留タンクに貯留されている液体原料の液面レベルが予め決められたレベルとなるように、前記貯留タンクに液体原料を補充させる制御部と、を備える技術が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、基板に形成される膜の面内均一性の値がばらついてしまうことを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る基板処理装置に備えられた貯留タンク等を示した構成図である。

【図2】本発明の実施形態に係る基板処理装置に備えられた処理室等を示した断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る基板処理装置を示した概略構成図である。

【図4】本発明の実施形態に係る基板処理装置に備えられたコントローラを説明するためのブロック図である。

【図5】本発明の実施形態に係る基板処理装置を用いてウエハに成膜処理を行う場合の成膜シーケンスを示した図面である。

【図6】（Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に係る基板処理装置の必要性を説明するために用いた図面であって、面内均一性と、貯留タンクに残留されている液体原料の量との関係をグラフで示した図面である。

【図7】本発明の実施形態に係る基板処理装置に対する比較形態に係る基板処理装置に備えられた貯留タンク等を示した構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明者等は、貯留タンクに貯留されている液体原料の量と、この液体原料を気化することで生成された原料ガスによって基板に形成される膜の面内均一性との関係について鋭意研究した。この結果、本発明者等は、以下の知見から本発明に至った。

【0010】

本発明者等は、貯留タンクに貯留されている液体原料の量（残量）に応じて気化された原料ガスに含まれる不純物濃度が変化することを見出した。これは、貯留タンクに貯留される液体原料（ＴＭＡ）の残量に応じて気化された原料ガス（ＴＭＡガス）に含まれる不純物濃度は変化するためである。つまり、どの残量においても液体原料に不純物が飽和はしているが濃度は微少に変化している。

【0011】

ここで、貯留タンクに貯留されている液体原料の量が小さくなると、基板に形成される膜の面内均一性の値が小さくなる。これに対して、貯留タンクに貯留されている液体原料の量が大きくなると、基板に形成される膜の面内均一性の値が大きくなる。つまり、貯留タンクに貯留されている液体原料の量に応じて、基板に形成される膜の面内均一性の値がばらついてしまう。

【0012】

なお、面内均一性とは、基板に形成されている膜において、面内の最大膜厚と、面内の最小膜厚と、面内の平均膜厚とを用いて、下記式（１）により算出される。

【0013】

面内均一性＝［（面内最大膜厚−面内最小膜厚）／（面内平均膜厚×２）］×１００（±％）・・・（１）

【0014】

この式から分かるように、面内均一性の値が小さい程、面内最大膜厚と面内最小膜厚との差が小さく、面内均一性の値が大きい場合と比して、面内均一性が向上している。

【0015】

以下グラフを用いて説明する。図６（Ａ）（Ｂ）には、面内均一性と、貯留タンクに貯留されている液体原料の量との関係がグラフで示されている。図６（Ａ）（Ｂ）の各グラフの縦軸は、面内均一性を示し、横軸は、貯留タンクに貯留されている液体原料の量を示している。

【0016】

図６（Ａ）は、ボート（詳細は後述）に積載された複数の基板の中で、最上位（ＴＯＰ）の基板に形成された膜ついて示し、図６（Ｂ）は、ボートに積載された複数の基板の中で、最下位（ＢＴＭ）の基板に形成された膜ついて示している。

【0017】

図６（Ａ）（Ｂ）に示されるように、貯留タンクに貯留されている液体原料の量が小さくなると、基板に形成される膜の面内均一性の値が小さくなり、貯留タンクに貯留されている液体原料の量が大きくなると、基板に形成される膜の面内均一性の値が大きくなる。

【0018】

これは、基板に膜を形成させるために、バッチ処理を終えると、貯留タンクの液体原料の量が小さくなり、液面レベルが低くなる。この状態で、液体原料を気化すると、気化された原料ガスの不純物濃度が低くなるためと考える。

【0019】

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。

【0020】

（全体構成） 本発明の実施形態に係る基板処理装置、液体原料補充システム、半導体装置の製造方法、及びプログラムの一例を図１〜図７に従って説明する。なお、図中に示す矢印Ｈは装置上下方向（鉛直方向）を示し、矢印Ｗは装置幅方向（水平方向）を示し、矢印Ｄは装置幅方向（水平方向）を示す。

【0021】

図３に示されるように、液体原料補充システム７８０を備えた基板処理装置１０は、基板としてのウエハ２００を処理する処理炉２０２を備えている。処理炉２０２は、装置上下方向に延びる円筒形状のヒータ２０７を有し、ヒータ２０７は、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されている。そして、ヒータ２０７は、後述する処理室２０１内を所定温度に加熱するようになっている。

【0022】

さらに、ヒータ２０７の内側には、図２、図３に示されるように、ヒータ２０７と同心の円筒形状とされる処理部としての処理管２０３が配設されている。処理管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料から形成され、上端が閉塞し下端が開口している。そして、処理管２０３の内部には、複数のウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。具体的には、基板支持具としてのボート２１７によって、複数（例えば２５〜２００枚）のウエハ２００が上下方向に積載され、このボート２１７によって積載された状態の複数のウエハ２００が、処理室２０１の内部に配設されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料から形成されている。ボート２１７の下部には、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料から形成されている円筒形状の断熱筒２１８が配設されている。この構成により、ヒータ２０７からの熱が後述するシールキャップ２１９側に伝わりにくくなっている。

【0023】

また、処理管２０３の下方には、図３に示されるように、処理管２０３と同心の円筒形状とされているマニホールド（インレットフランジ）２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属から形成され、上端および下端が開口されている。マニホールド２０９の上端は、処理管２０３の下端に対向しており、マニホールド２０９は、シール部材としてのＯリング２２０を介して処理管２０３を支持している。

【0024】

また、処理室２０１には、処理管２０３の壁面と、ボート２１７によって積載された複数のウエハ２００との間で、上下方向に延びるノズル４１０，４２０が、配設されている。さらに、ノズル４１０，４２０において、ウエハ２００と水平方向において対向する範囲には、ガスを供給する複数の供給孔４１０ａ，４２０ａがそれぞれ形成されている。これにより、供給孔４１０ａ，４２０ａから噴出したガスは、ウエハ２００に向けて流れるようになっている。

【0025】

さらに、ノズル４１０，４２０の下端側の部分は、屈曲して、マニホールド２０９の側壁を貫通し、ノズル４１０，４２０の下端側の端部は、マニホールド２０９の外部に突出している。そして、ノズル４１０，４２０の下端側の端部には、ガス供給ラインとしてのガス供給管３１０、３２０が、それぞれ接続されている。これにより、処理室２０１へ複数種類のガスが供給されるようになっている。

【0026】

ガス供給管３１０，３２０には、ガス供給管３１０，３２０を流れるガスの流れ方向（以下「ガス流れ方向」）の上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３１２，３２２および開閉弁であるバルブ３１４，３２４がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管３１０，３２０において、バルブ３１４，３２４に対してガス流れ方向の下流側の部分には、不活性ガスを供給するガス供給ラインとしてのガス供給管５１０，５２０の端部がそれぞれ接続されている。ガス供給管５１０，５２０には、ガス供給管５１０，５２０を流れるガスの流れ方向の上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ５１２，５２２および開閉弁であるバルブ５１４，５２４がそれぞれ設けられている。

【0027】

ガス供給管３１０からは、処理ガスとしての原料ガスが、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０を介して処理室２０１へ供給されようになっている。このように、原料ガスを処理室２０１に供給する供給部３０８は、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４、及びノズル４１０を含んで構成されている。

【0028】

また、原料ガスとしては、例えば、金属元素であるアルミニウム（Ａｌ）を含む金属含有ガスであるアルミニウム含有原料（Ａｌ含有原料ガス、Ａｌ含有ガス）としてのトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ_３）_３、略称：ＴＭＡ）が用いられる。ＴＭＡは有機系原料であり、アルミニウムにリガンドとしてアルキル基が結合したアルキルアルミニウムである。

【0029】

原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で気体状態である気体原料や、常温常圧下で液体状態である液体原料を気化することで得られるガス等のことである。

【0030】

ガス供給管３１０から所定温度で自己分解する原料ガスを供給する場合、主に、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１２、及びバルブ３１４により、原料ガス供給系が構成される。ノズル４１０を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。原料ガス供給系を原料供給系と称することもできる。ガス供給管３１０から金属含有ガスを供給する場合、原料ガス供給系を金属含有ガス供給系と称することもできる。

【0031】

金属含有ガスとしてアルミニウム含有原料（Ａｌ含有原料ガス、Ａｌ含有ガス）を用いる場合、金属含有ガス供給系をアルミニウム含有原料（Ａｌ含有原料ガス、Ａｌ含有ガス）供給系と称することもできる。アルミニウム含有原料としてＴＭＡを用いる場合、アルミニウム含有原料供給系をＴＭＡ供給系と称することもできる。

【0032】

これに対して、ガス供給管３２０からは、処理ガスとしての反応ガスが、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４、及びノズル４２０を介して処理室２０１へ供給されようになっている。反応ガスとして、例えば、酸素（Ｏ）を含み、Ａｌと反応する反応ガス（リアクタント）としての酸素含有ガス（酸化ガス、酸化剤）が用いられる。

【0033】

ガス供給管３２０から反応ガス（リアクタント）を供給する場合、主に、ガス供給管３２０、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４により、反応ガス供給系（リアクタント供給系）が構成される。ノズル４２０を反応ガス供給系に含めて考えてもよい。反応ガスとして酸素含有ガス（酸化ガス、酸化剤）を供給する場合、反応ガス供給系を、酸素含有ガス（酸化ガス、酸化剤）供給系と称することもできる。酸素含有ガスとしてＯ_３を用いる場合、酸素含有ガス供給系をＯ_３供給系と称することもできる。ノズル４２０から反応ガスを流す場合、ノズル４２０を反応ガスノズルと称してもよい。

【0034】

さらに、ガス供給管５１０，５２０からは、不活性ガスが、ＭＦＣ５１２，５２２、バルブ５１４，５２４、及びノズル４１０，４２０を介して処理室２０１へ供給されようになっている不活性ガスとして、例えば、Ｎ_２ガスが用いられる。

【0035】

主に、ガス供給管５１０，５２０、ＭＦＣ５１２，５２２、及びバルブ５１４，３２５により、不活性ガス供給系が構成される。

【0036】

一方、マニホールド２０９の壁面には、処理室２０１の雰囲気を排気する排気流路としての排気管２３１の一端が接続されている。排気管２３１には、処理室２０１の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および排気バルブ（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３が取り付けられ、排気管２３１の端部には、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が取り付けられている。

【0037】

ＡＰＣバルブ２４３は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１の真空排気および真空排気停止を行うことができ、さらに、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３、及び圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。排気管２３１は、処理管２０３に設ける場合に限らず、ノズル４１０，４２０と同様にマニホールド２０９に設けてもよい。

【0038】

マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、マニホールド２０９の下端に鉛直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属から形成され、円盤状とされている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。シールキャップ２１９に対して処理室２０１の反対側には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。

【0039】

シールキャップ２１９は、処理管２０３の外部に鉛直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって鉛直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。また、マニホールド２０９の下方には、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を降下させている間、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシャッタ２１９ｓが設けられている。シャッタ２１９ｓは、例えばＳＵＳ等の金属により形成され、円盤状とされている。シャッタ２１９ｓの上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｃが設けられている。シャッタ２１９ｓの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構１１５ｓにより制御される。

【0040】

また、処理室２０１には、図２に示されるように、温度検出器としての温度センサ２６３が配設されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１の温度が所望の温度分布となるようになっている。温度センサ２６３は、ノズル４１０，４２０と同様に処理管２０３の内壁に沿って設けられている。

【0041】

次に、基板処理装置１０に備えられた制御部としての制御部１２１について説明する。 制御部１２１は、図４に示されるように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。制御部１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

【0042】

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラム等が、読み出し可能に格納されている。

【0043】

ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

【0044】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、前述のＭＦＣ５１２，５２２，３１２，３２２、バルブ５１４，５２４，３１４，３２４、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６、温度センサ２６３、ヒータ２０７、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構１１５ｓ、後述の超音波センサ６５０、ＭＦＣ７０６、バルブ７５８等に接続されている。

【0045】

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからデータを読み出すように構成されている。

【0046】

ＣＰＵ１２１ａは、読み出したデータの内容に沿うように、ＭＦＣ５１２，５２２，３１２，３２２による各種ガスの流量調整動作、バルブ５１４，５２４，３１４，３２４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４３による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、シャッタ開閉機構１１５ｓによるシャッタ２１９ｓの開閉動作等を制御するように構成されている。

【0047】

制御部１２１は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）１２３に格納されたプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。

【0048】

記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

【0049】

また、制御部１２１による後述の超音波センサ６５０、ＭＦＣ７０６、バルブ７５８に対する制御については、後述する作用と共に説明する。

【0050】

（要部構成） 〔貯留タンク〕 次に、気化することで原料ガス（ＴＭＡガス）となる液体原料（ＴＭＡ）を貯留する貯留タンク６１０について説明する。

【0051】

貯留タンク６１０は、直方体状とされている。さらに、貯留タンク６１０の内部に形成された貯留空間６１２は、図１に示されるように、底部６２０と、底部６２０の周縁から立ち上がる複数の壁部６３０と、複数の壁部６３０によって囲まれた貯留空間６１２を上方側から閉止する天井部６４０とによって形成され、外部から密閉された空間とされている。そして、この貯留空間６１２は、予め決められた圧力とされている。さらに、前述したガス供給管３１０の下端側の部分が、天井部６４０を貫通して貯留空間６１２に配設されている。

【0052】

底部６２０は、上方を向く底面６２２を有し、底面６２２において装置幅方向、及び装置奥行方向の中央側の部分には、底面６２２の一部が凹む凹部６２４が形成されている。この凹部６２４は、上下方向に延び、断面矩形状とされている。

【0053】

そして、この貯留空間６１２に液体原料が貯留可能な下限値（Ｌｏｗリミット）に対して、本実施形態での液体原料に対する下限設定値（Ｌｏｗ Ｓｅｔｔｉｎｇ）は、高く（大きく）されている（図示参照）。また、この貯留空間６１２に液体原料が貯留可能な上限値（Ｈｉｇｈリミット）に対して、本実施形態での液体原料に対する上限設定値（Ｈｉｇｈ Ｓｅｔｔｉｎｇ）は、低く（小さく）されている（図示参照）。

【0054】

下限設定値を貯留可能な下限値より高くする理由は、超音波センサ６５０が精度よく液面を監視できる下限を達成しつつ、下限値から成膜を行った場合であっても原料不足となることを回避するためである。また、１回の成膜に要する使用量を上限設定値とするが、仮に上限設定値を超えたとしても装置に影響を及ぼさないようにするため貯留可能な上限値より上限設定値は低くされている。ここで、上限設定値を１回の成膜に要する使用量とする場合、毎バッチリフィルされることとなる。２回のリフィルが必要となる場合もある。

【0055】

〔超音波センサ〕 超音波センサ６５０は、貯留空間６１２に配設されて上下方向に延び、上端が天井部６４０に取り付けられている。超音波センサ６５０の断面形状は、凹部６２４の断面形状と比して、小さい矩形状とされている。そして、超音波センサ６５０の下方側の部分は、凹部６２４に配設され、超音波センサ６５０の下端部に、センサ素子６５２が取り付けられている。

【0056】

この構成において、センサ素子６５２によって発生した超音波が、液体原料の液面に反射し、この反射波を超音波センサ６５０の受波部（図示省略）が受信することで、超音波センサ６５０は、貯留タンク６１０に貯留されている液体原料の液面レベルを連続して検知するようになっている。このように、超音波センサ６５０は、連続センサ（連続式センサ、連続式レベルセンサ、連続液面センサとも称する）として機能している。

【0057】

〔気化部〕 気化部７００は、バブリング方式により、貯留タンク６１０に貯留されている液体原料を気化して原料ガスとする装置であって、キャリアガスが流れるガス供給管７０４と、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）７０６とを備えている。

【0058】

ガス供給管７０４は、天井部６４０を貫通し、ガス供給管７０４の一端は、貯留タンク６１０に貯留されている液体原料内に配設されている。また、ＭＦＣ７０６は、ガス供給管７０４において、貯留タンク６１０の外部に配設された部分に設けられている。

【0059】

この構成において、ＭＦＣ７０６によって流量が調整されたキャリアガスは、ガス供給管７０４の一端から液体原料に供給されるようになっている。そして、キャリアガスが液体原料に作用して、液体原料が気化するようになっている。

【0060】

なお、バブリング方式では、貯留タンク６１０（バブラ）へ供給するキャリアガス（例えばＮ_２ガス）の供給量を制御することができるが、実際の気化量は把握することができない。そこで、本実施形態では、前述した超音波センサ６５０を用いて液体原料の減少量を検知することで、気化量を把握している。

【0061】

〔補充部〕 補充部７５０は、所謂自動供給システム（ＡＲＳ：Ａｕｔｏ Ｒｅｆｉｌｌ Ｓｙｓｔｅｍ)により、貯留タンク６１０に液体原料を補充する装置であって、液体原料が流れる液体供給管７５４と、開閉弁であるバルブ７５８と、補充される液体原料が内部に貯留される補充タンク７６０とを備えている。

【0062】

液体供給管７５４は、天井部６４０を貫通し、一端が貯留空間６１２に配設されている。補充タンク７６０は、貯留タンク６１０の外部に配設され、液体供給管７５４の他端に接続されている。バルブ７５８は、液体供給管７５４において、貯留タンク６１０の外部に配設された部分に設けられている。

【0063】

この構成において、液体供給管７５４において補充タンク７６０とバルブ７５８との間の部分には、常時液体原料が溜まっている。そして、閉止されているバルブ７５８を開放することで、補充部７５０は、液体原料を貯留タンク６１０に補充するようになっている。

【0064】

（作用） 次に、基板処理装置１０を用いて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法について説明する。なお、基板処理装置１０を構成する各部の動作は制御部１２１によって制御される。

【0065】

先ず、基板処理装置１０を用いて、ウエハ２００に膜を形成するシーケンス例について、図５を用いて説明する。本実施形態では、複数のウエハ２００が積載された状態で収容された処理室２０１を所定温度で加熱する。そして、処理室２０１に、ノズル４１０の供給孔４１０ａから原料ガスとしてＴＭＡガスを供給する原料ガス供給工程と、ノズル４２０の供給孔４２０ａから反応ガスとしてＯ_３ガスを供給する反応ガス供給工程と、を所定回数（ｎ回）行う。これにより、ウエハ２００上に、ＡｌおよびＯを含む膜としてアルミニウム酸化膜（ＡｌＯ膜）を形成する。

【0066】

以下、半導体装置の製造方法について具体的に説明する。

【0067】

〔積載・搬入〕 先ず、複数のウエハ２００がボート２１７に積載（ウエハチャージ）される。シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓが移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される（シャッタオープン）。そして、図３に示すように、複数のウエハ２００が積載されたボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。

【0068】

〔圧力・温度調整〕 次に、処理室２０１が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空脱気される。この際、処理室２０１の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づき、ＡＰＣバルブ２４３がフィードバック制御される（圧力調整）。真空ポンプ２４６は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。

【0069】

また、処理室２０１が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３（図２参照）が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電量がフィードバック制御される（温度調整）。ヒータ２０７による処理室２０１の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。

【0070】

さらに、ボート２１７及びウエハ２００が、回転機構２６７により回転する。回転機構２６７によるボート２１７及びウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。

【0071】

〔液体原料量の調整（貯留工程の一例）〕 次に、図１に示す貯留タンク６１０に貯留されている液体原料の液面レベルが予め決められた初期液面レベルとなるように、貯留タンク６１０に液体原料を貯留する。ここで、本実施形態では、初期液面レベルとは、超音波センサ６５０が液面レベルを検知するために要する最小の液体原料の量と、後述する成膜処理を予め決められた回数（１バッチ）行うために要する液体原料の量と、の総量を貯留タンク６１０に貯留した際の液面レベルである。

【0072】

超音波センサ６５０が液面レベルを検知するために要する最小の液体原料の量とは、液面レベルが貯留タンク６１０の下限値（Ｌｏｗリミット）に位置した場合の量である。

【0073】

また、成膜処理を予め決められた回数行うために要する液体原料の量とは、後述する原料ガス供給工程、残留ガス除去工程、反応ガス供給工程、残留ガス除去工程を順に行うサイクルを予め決められた回数（１回以上）行ってウエハ２００にＡｌＯ膜を形成させるために要する量である。

【0074】

以下、具体的に液体原料量の調整について説明する。

【0075】

制御部１２１は、超音波センサ６５０によって液体原料の液面レベルを検知する。液体原料の液面レベルが初期液面レベルに達してしない場合には、制御部１２１は、閉止されているバルブ７５８を開放することで、補充部７５０によって液体原料を貯留タンク６１０に補充させる。そして、超音波センサ６５０によって検出された液体原料の液面レベルが初期液面レベルに達した場合には、制御部１２１が開放されているバルブ７５８を閉止することで、液体原料量の調整を終了させる。

【0076】

なお、補充部７５０によって初期液面レベルよりも高くなるように液体原料が貯留タンク６１０に補充されることはない。このため、最初に、超音波センサ６５０が液体原料の液面レベルを検知する際の液面レベルが、初期液面レベルよりも高いことはない。

【0077】

〔成膜処理（基板処理の一例）〕 ［気化工程］ 貯留タンク６１０に貯留されている液体原料を原料ガスに気化する。

【0078】

具体的には、制御部１２１には、後述する原料ガス供給工程で要する原料ガスの量が予め記憶されており、制御部１２１は、気化部７００のＭＦＣ７０６を制御し、貯留タンク６１０に貯留されている液体原料にキャリアガスを供給する。これにより、液体原料が原料ガスに気化される。

【0079】

［原料ガス供給工程（処理工程の一例）］ 次に、図３に示すバルブ３１４を開き、ガス供給管３１０へ原料ガス（ＴＭＡガス）を流す。原料ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整され、ノズル４１０の供給孔４１０ａから処理室２０１へ供給される。このとき同時に、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にキャリアガス（Ｎ_２ガス）を流す。キャリアガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、原料ガスと一緒にノズル４１０の供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。

【0080】

さらに、ノズル４２０への原料ガスの侵入を防止（逆流を防止）するため、バルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内へキャリアガスを流す。キャリアガスは、ガス供給管５２０、ノズル４２０を介して処理室２０１へ供給され、排気管２３１から排気される。

【0081】

このとき、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して、処理室２０１の圧力を、例えば１〜１０００Ｐａの範囲内の圧力とする。なお、本明細書では、数値の範囲として、例えば１〜１０００Ｐａと記載した場合は、１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下を意味する。すなわち、数値の範囲内には１Ｐａおよび１０００Ｐａが含まれる。圧力のみならず、流量、時間、温度等、本明細書に記載される全ての数値について同様である。

【0082】

ＭＦＣ３１２で制御する原料ガスの供給流量は、例えば、１０〜２０００ｓｃｃｍ、好ましくは５０〜１０００ｓｃｃｍ、より好ましくは１００〜５００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。

【0083】

流量を２０００ｓｃｃｍ以下とすることで、後述する残留ガス除去を好適に行うことができると共に、ノズル４１０内で原料ガスが自己分解してノズル４１０の内壁に堆積してしまうことを抑制することができる。流量を１０ｓｃｃｍ以上とすることで、ウエハ２００表面での原料ガスの反応速度を高めることができる、実用的な成膜速度を得ることが可能となる。

【0084】

ＭＦＣ５１２で制御するキャリアガスの供給流量は、例えば、１〜３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。

【0085】

原料ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば、１〜６０秒の範囲内とする。

【0086】

ヒータ２０７は、ウエハ２００の温度が、例えば、４００〜６００℃、好ましくは４００〜５５０℃、より好ましくは４５０〜５５０℃の範囲内となるように加熱する。

【0087】

温度を６００℃以下とすることで、原料ガスの過剰な熱分解を抑制しつつ成膜速度を適切に得ることができ、不純物が膜内に取り込まれて抵抗率が高くなることが抑制される。なお、原料ガスの熱分解は、当該処理に近い条件下においては４５０℃程度で開始するため、５５０℃以下の温度に加熱された処理室２０１内において本発明を用いるとより有効である。一方、温度が４００℃以上であることにより、反応性が高く、効率的な膜形成が可能である。

【0088】

前述の条件下で処理室２０１へ原料ガスを供給することにより、ウエハ２００の最表面上に、例えば、１原子層未満から数原子層程度の厚さのＣおよびＨを含むＡｌ含有層が形成される。ＣおよびＨを含むＡｌ含有層は、ＣおよびＨを含むＡｌ層であってもよいし、ＴＭＡの吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。

【0089】

ＴＭＡの吸着層は、ＴＭＡの物理吸着層であってもよいし、ＴＭＡの化学吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。ここで、１原子層未満の厚さの層とは不連続に形成される原子層のことを意味しており、１原子層の厚さの層とは連続的に形成される原子層のことを意味している。

【0090】

［残留ガス除去工程（処理工程の一例）］ Ａｌ含有層が形成された後、バルブ３１４を閉じ、原料ガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４３は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１を真空排気し、処理室２０１に残留する未反応又はＡｌ含有層形成に寄与した後の原料ガスを処理室２０１から排除する。バルブ５１４，５２４は開いた状態でキャリアガスの処理室２０１への供給を維持する。キャリアガスはパージガスとして作用し、処理室２０１に残留する未反応又はＡｌ含有層形成に寄与した後の原料ガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。なお、バルブ５１４，５２４からのキャリアガスは残留ガス除去工程の間、常に流し続けてもよいし、断続的（パルス的）に供給してもよい。

【0091】

［反応ガス供給工程（処理工程の一例）］ 処理室２０１の残留ガスを除去した後、バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内に反応ガス（Ｏ_３ガス）を流す。反応ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整され、ノズル４２０の供給孔４２０ａから処理室２０１内のウエハ２００に対して供給され、排気管２３１から排気される。すなわちウエハ２００は反応ガスに暴露される。

【0092】

このとき、バルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にキャリアガスを流す。キャリアガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整され、反応ガスと共に処理室２０１内に供給されて、排気管２３１から排気される。このとき、ノズル４１０内への反応ガスの侵入を防止（逆流を防止）するために、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内へキャリアガスを流す。キャリアガスは、ガス供給管５１０、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。

【0093】

このとき、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して、処理室２０１の圧力を、例えば１〜１０００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３２２で制御する反応ガスの供給流量は、例えば、５〜４０ｓｌｍ、好ましくは５〜３０ｓｌｍ、より好ましくは１０〜２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。反応ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば、１〜６０秒の範囲内とする。その他の処理条件は、前述の原料ガス供給工程と同様の処理条件とする。

【0094】

このとき処理室２０１に流しているガスは、反応ガスと不活性ガス（Ｎ_２ガス）のみである。反応ガスは、原料ガス供給工程でウエハ２００上に形成されたＡｌ含有層の少なくとも一部と反応する。Ａｌ含有層は酸化され、金属酸化層としてＡｌとＯとを含むアルミニウム酸化層（ＡｌＯ層）が形成される。すなわちＡｌ含有層はＡｌＯ層へと改質される。

【0095】

［残留ガス除去工程（処理工程の一例）］ ＡｌＯ層が形成された後、バルブ３２４を閉じて、反応ガスの供給を停止する。そして、原料ガス供給工程後の残留ガス除去工程と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＡｌＯ層の形成に寄与した後の反応ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。

【0096】

以上説明した気化工程、原料ガス供給工程、残留ガス除去工程、反応ガス供給工程、残留ガス除去工程を順に行うサイクルを予め決められた回数（１回以上）行う。このように、バッチ処理され（複数の工程が複数回行われ）ることで、ウエハ２００上にＡｌＯ膜が形成される。

【0097】

なお、バッチ処理とは、気化工程、原料ガス供給工程、残留ガス除去工程、反応ガス供給工程、残留ガス除去工程を順に行うサイクルを予め決められた回数行い、ウエハ２００上にＡｌＯ膜を形成させる処理である。そして、１バッチで、ウエハ２００上にＡｌＯ膜が形成させる。

【0098】

また、ＡｌＯ膜の厚さ（膜厚）は、例えば、１０〜１５０ｎｍ、好ましくは４０〜１００ｎｍ、より好ましくは６０〜８０ｎｍとする。１５０ｎｍ以下とすることで表面粗さを小さくすることができ、１０ｎｍ以上とすることで下地膜との応力差に起因する膜剥がれの発生を抑制することができる。

【0099】

［補充工程］ このように、ウエハ２００がバッチ処理されることで、ウエハ２００には、ＡｌＯ膜が形成される。そして、貯留タンク６１０に貯留されている液体原料が消費されているため、貯留タンク６１０の液体原料の液面レベルは、初期液面レベルより低くなっている。

【0100】

そこで、制御部１２１は、図１に示す超音波センサ６５０によって検出された液体原料の液面レベルを入手する。さらに、制御部１２１は、閉止されているバルブ７５８を開放することで、補充部７５０によって液体原料を貯留タンク６１０に補充させる。そして、超音波センサ６５０によって検出された液体原料の液面レベルが初期液面レベルに達した場合には、制御部１２１が開放されているバルブ７５８を閉止することで、補充工程を終了させる。

【0101】

〔排気・圧力調整〕 ＡｌＯ層が形成され、残留ガス除去工程が終了した後、図３に示すバルブ５１４，５２４を開き、ガス供給管３１０，３２０のそれぞれからキャリアガスを処理室２０１へ供給し、排気管２３１から排気する。キャリアガスはパージガスとして作用し、処理室２０１内に残留するガスや副生成物が処理室２０１内から除去される（アフターパージ）。その後、処理室２０１の雰囲気がキャリアガスに置換され（Ｎ_２ガス置換）、処理室２０１内の圧力は常圧に復帰される（大気圧復帰）。

【0102】

〔搬出・取出し〕 その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降され、マニホールド２０９の下端が開口され、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態でマニホールド２０９の下端から処理管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。

【0103】

搬出の後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールされる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ２００は、処理管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。

【0104】

以上説明したように、各処理（工程）を経て、ＡｌＯ膜が形成されたウエハ２００が取り出された後に、さらに、他のウエハ２００にＡｌＯ膜を形成する場合には、前述した「液体原料量の調整」を除いた「積載・搬入」、「圧力・温度調整」、「成膜処理」、「排気・圧力調整」、及び「搬出・取出し」が再度行われる。つまり、ウエハ２００に対するバッチ処理が再度行われる。

【0105】

〔その他〕 その後、ＡｌＯ膜が形成されたウエハ２００に対して、既知のパターン形成工程、ダイシング工程、ワイヤーボンディング工程、モールド工程、トリム工程等が行われ、半導体装置が製造される。

【0106】

（まとめ） 以上説明したように、ウエハ２００がバッチ処理される毎に、補充部７５０によって液体原料が貯留タンク６１０に補充させる（毎バッチリフィル）。これにより、貯留タンク６１０に貯留されている液体原料の量が、予め定められた範囲内に入る。換言すれば、減った分だけ液体原料を補充することで、ウエハ２００を成膜処理する際に貯留タンク６１０に貯留されている液体原料の量が一定となる（液面レベルが一定となる）。これにより、原料ガスに含まれる不純物濃度のばらつきが抑制されることで、ウエハ２００に形成される膜の面内均一性の値がばらついてしまうのを抑制することができる。

【0107】

また、上記実施形態では、超音波センサ６５０を用いて液面レベルを検知することで、貯留タンク６１０に貯留されている液体原料の量を求めた。従来は、ポイントセンサ（深さ方向に数点のポイントで検知、ポイント式センサとも称する）により、液体原料の量を検知していた。しかし、液体原料の使用量が異なる場合もあり、バッチ処理を開始する際に液体原料の量を常に一定とするためには、ポイント検知では不十分である。そこで、超音波センサ６５０（連続センサ）を用いることにより、液体原料の量を連続的に検知することができる。

【0108】

また、上記実施形態では、貯留空間６１２を形成する底面６２２に、一部が凹む凹部６２４が形成され、この凹部２４２に超音波センサ６５０のセンサ素子６５２が配設されている。このため、例えば、図７に示す比較形態に係る貯留タンク９１０のように、底面９２２に凹部が形成されていない場合の液面とセンサ素子６５２との距離（図７のＬ２）と比して、液面とセンサ素子６５２との距離（図１のＬ１）が長くなる。これにより、本実施形態では、液体原料の量が小さい場合であっても、比較形態と比して、液面レベルを精度良く検知できる。

【0109】

また、上記実施形態では、初期液面レベルは、超音波センサ６５０が液面レベルを検知するために要する最小の液体原料の量と、成膜処理を予め決められた回数行うために要する（ウエハ２００にＡｌＯ膜を形成するために要する）液体原料の量と、の総量を貯留タンク６１０に貯留した際の液面レベルとされている。換言すれば、貯留タンク６１０に貯留されている液体原料に含まれる不純物の絶対量が出来るだけ少なくなるように、液面レベルは、許容される最も低い位置でキープされている。そして、１バッチで使用する液体原料の量が変化しても、減った分だけ液体原料を補充（リフィル）し、常に補充後の液面レベルは一定の高さとなるようになっている。このため、初期液面レベルが、例えば、貯留タンク６１０の上限設定値に位置する場合と比して、原料ガスに含まれる不純物濃度が小さくなるため、面内均一性を向上させることができる。

【0110】

また、上記実施形態では、貯留タンク６１０を完全にカラにはしないようになっている。例えば、貯留タンク６１０に１バッチ分だけ液体原料を貯留させる場合には、ＡｌＯ膜の面内均一性に揺らぎが生じてしまうが、このような揺らぎが生じないようになっている。つまり、本実施形態では、１バッチ処理終了後に貯留タンク６１０が完全にカラになる場合と比して、ウエハ２００に形成されたＡｌＯ膜の面内均一性を向上させることができる。

【0111】

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、バブリング方式によって液体原料を原料ガスに気化したが、ベーキング方式、又は直接気化方式等を用いて液体原料を原料ガスに気化してもよい。

【0112】

また、上記実施形態では、超音波センサ６５０を用いて液体原料の液面レベルを検出したが、超音波センサ６５０と共にポイントセンサを用いてもよい。超音波センサ６５０が故障した場合の予備としてポイントセンサを用いることができる。ポイントセンサとしては、例えば、上限設定値（Ｈｉｇｈ Ｓｅｔｔｉｎｇ）のみを検知するものが用いられる。

【0113】

また、上記実施形態では、バブリング方式に用いるバブラとして貯留タンク６１０を用いたが、貯留タンク６１０とは別にバブラを用意してもよい。この場合には、貯留タンク６１０から液体原料がバブラに供給され、このバブラに供給された液体原料を気化することとなる。

【0114】

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、液体原料の温度を検出する温度センサを用いてもよい。温度センサを設けることで、成膜処理における品質管理を適切に行うことができる。また、液体原料の消費量に異常が生じた場合に値を参照することで原因究明に役立てることが可能となる。

【0115】

また、上記実施形態では、ウエハ２００にＡｌＯ膜を形成させるために液体原料としてＴＭＡを用いたが、例えば、ウエハ２００に、ＴａＯ膜（タンタル酸化膜）を形成させるために液体原料としてトリスエチルメチルアミノターシャリーブチルイミノタンタル（Ｔａ［ＮＣ（ＣＨ_３）_３］［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）ＣＨ_３］_３、略称ＴＢＴＥＭＴ）を用いてもよい。

【0116】

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、貯留タンク６１０に貯留されている液体原料の液面レベルが、下限値又は上限値のいずれかに達した場合に、アラームで報知したり、インターロックを作動させてもよい。

【0117】

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、初期液面レベルを、貯留タンク６１０に貯留可能な液体原料に対して半分の量を、貯留タンク６１０に貯留させた場合の液面レベルであってもよい。これにより、初期液面レベルが、例えば、貯留タンク６１０の上限設定値に位置する場合と比して、原料ガスに含まれる不純物濃度が小さくなるため、面内均一性を向上させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0118】

本発明によれば、基板に形成される膜の面内均一性の値がばらついてしまうことを抑制することができる。

【符号の説明】

【0119】

１０ 基板処理装置１２１ 制御部２００ ウエハ（基板の一例）２０１ 処理室２０３ 処理管（処理部の一例）３０８ 供給部６２０ 底部６２４ 凹部６３０ 壁部６５０ 超音波センサ６５２ センサ素子７００ 気化部７５０ 補充部７８０ 液体原料補充システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】