CN109314057B - 基板处理装置、液体原料补充系统、半导体装置的制造方法、存储介质 - Google Patents

基板处理装置、液体原料补充系统、半导体装置的制造方法、存储介质 Download PDF

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Abstract

抑制形成于基板的膜的面内均匀性的值发生偏差。具备：包含处理室的处理部；形成为包括具有凹部的底部和壁部，且储存液体原料的储存罐；将液体原料气化而生成原料气体的气化部；向处理室供给原料气体的供给部；探测储存于储存罐的液体原料的液面水平，并且具有配置于凹部的传感器元件的连续传感器；向储存罐补充液体原料的补充部；以及控制部，该控制部控制供给部，向处理室供给原料气体而进行处理基板的基板处理，并且每次进行预先决定的次数的基板处理时，基于连续传感器探测到的液体原料的液面水平，控制补充部，以储存于储存罐的液体原料的液面水平成为预先决定的水平的方式向储存罐补充液体原料。

Description

基板处理装置、液体原料补充系统、半导体装置的制造方法、 存储介质
技术领域
本发明涉及基板处理装置、液体原料补充系统、半导体装置的制造方法、以及存储介质。
背景技术
在专利文献1中，作为半导体装置(设备)的制造工序的一工序，记载了在容纳于处理室内的基板形成膜的成膜处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014－67877号公报
发明内容
发明所要解决的课题
成膜处理使用原料气体(例如，三甲基铝(Al(CH3)3)简称：TMA)。而且，在该原料气体中，以ppb(parts per billion：十亿分率)等级，含有杂质。起因于该杂质的量，形成于基板的膜的面内均匀性的值产生偏差。
本发明的课题在于抑制形成于基板的膜的面内均匀性的值产生偏差。
用于解决课题的方案
根据本发明，提供一种技术，其具备：处理部，其在内部形成有容纳基板的处理室；储存罐，其形成为包含具有凹状的凹部的底部和从上述底部的周缘立起的壁部，且储存液体原料；气化部，其将储存于上述储存罐的液体原料气化而生成原料气体；供给部，其向上述处理室供给由上述气化部生成的原料气体；传感器，其连续地探测储存于上述储存罐的液体原料的液面水平，并且具有配置于上述凹部的传感器元件；补充部，其向上述储存罐补充液体原料；以及控制部，其控制上述供给部，向上述处理室供给原料气体，从而进行处理上述基板的基板处理，并且每次进行预先决定的次数的上述基板处理时，基于上述传感器探测到的液体原料的液面水平来控制上述补充部，以储存于上述储存罐的液体原料的液面水平成为预先决定的水平的方式向上述储存罐补充液体原料。
发明效果
根据本发明，能够抑制形成于基板的膜的面内均匀性的值产生偏差。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的基板处理装置具备的储存罐等的结构图。
图2是表示本发明的实施方式的基板处理装置具备的处理室等的剖视图。
图3是表示本发明的实施方式的基板处理装置的概略结构图。
图4是用于说明本发明的实施方式的基板处理装置具备的控制器的块图。
图5是表示使用本发明的实施方式的基板处理装置对晶圆进行成膜处理的情况的成膜顺序的图。
图6(A)(B)是为了说明本发明的实施方式的基板处理装置的必要性而使用的图，是用图表表示出面内均匀性与残留于储存罐的液体原料的量的关系的图。
图7是表示相对于本发明的实施方式的基板处理装置的比较方式的基板处理装置具备的储存罐等的结构图。
具体实施方式
本发明者等潜心研究了储存于储存罐的液体原料的量与利用通过将该液体原料气化而生成的原料气体形成于基板的膜的面内均匀性的关系。其结果，本发明者等根据以下的见解得到本发明。
本发明者等发现，与储存于储存罐的液体原料的量(余量)对应地，气化得到的原料气体含有的杂质浓度发生变化。这是因为，与储存于储存罐的液体原料(TMA)的余量对应地，气化得到的原料气体(TMA气体)含有的杂质浓度发生变化。也就是，不管余量多少，液体原料中杂质趋于饱和，浓度变化微小。
在此，若储存于储存罐的液体原料的量变小，则形成于基板的膜的面内均匀性的值变小。与之相对，若储存于储存罐的液体原料的量变大，则形成于基板的膜的面内均匀性的值变大。也就是，与储存于储存罐的液体原料的量对应地，形成于基板的膜的面内均匀性的值产生偏差。
此外，面内均匀性是在形成于基板的膜中，使用面内的最大膜厚、面内的最小膜厚、以及面内的平均膜厚，通过下述式(1)计算。
面内均匀性＝[(面内最大膜厚－面内最小膜厚)/(面内平均膜厚×2)]×100(±％)…(1)
根据该式可知，面内均匀性的值越小，面内最大膜厚与面内最小膜厚的差越小，相比面内均匀性的值大的情况，面内均匀性提高。
使用以下图表进行说明。图6(A)(B)用图表表示出了面内均匀性与储存于储存罐的液体原料的量的关系。图6(A)(B)的各图表的纵轴表示面内均匀性，横轴表示储存于储存罐的液体原料的量。
图6(A)表示在装载于晶舟(详情后述)的多个基板中形成于最上位(TOP)的基板的膜，图6(B)表示在装载于晶舟的多个基板中形成于最下位(BTM)的基板的膜。
如图6(A)(B)所示，若储存于储存罐的液体原料的量变小，则形成于基板的膜的面内均匀性的值变小，若储存于储存罐的液体原料的量变大，则形成于基板的膜的面内均匀性的值变大。
认为这是因为，由于在基板形成膜，因此当结束批量处理时，储存罐的液体原料的量变小，液面水平变低。在该状态下，若将液体原料气化，则气化而成的原料气体的杂质浓度变低。
以下，对本发明的优选的实施方式进行说明。
(整体结构)
按照图1～图7，对本发明的实施方式的基板处理装置、液体原料补充系统、半导体装置的制造方法、以及程序的一例进行说明。此外，图中所示的箭头H表示装置上下方向(铅垂方向)，箭头W表示装置宽度方向(水平方向)，箭头D表示装置宽度方向(水平方向)。
如图3所示，具备液体原料补充系统780的基板处理装置10具备对作为基板的晶圆200进行处理的处理炉202。处理炉202具有沿装置上下方向延伸的圆筒形状的加热器207，加热器207支撑于作为保持板的加热器基座(未图示)。而且，加热器207将后述的处理室201内加热至预定温度。
另外，如图2、图3所示，在加热器207的内侧配设有做成与加热器207同心的圆筒形状的作为处理部的处理管203。处理管203由例如石英(SiO2)或碳化硅(SiC)等耐热性材料形成，且上端堵塞而下端开口。而且，在处理管203的内部形成有处理多个晶圆200的处理室201。具体而言，通过作为基板支撑件的晶舟217，将多个(例如，25～200张)晶圆200沿上下方向装载，由该晶舟217装载的状态的多个晶圆200配置于处理室201的内部。晶舟217由例如石英、SiC等耐热性材料形成。在晶舟217的下部配设有由石英、SiC等耐热性材料形成的圆筒形状的隔热筒218。通过该结构，来自加热器207的热难以向后述的密封帽219侧传递。
另外，如图3所示，在处理管203的下方配设有形成为与处理管203同心的圆筒形状的歧管(入口凸缘)209。歧管209由例如不锈钢(SUS)等金属形成，且上端及下端均开口。歧管209的上端与处理管203的下端对置，歧管209经由作为密封部件的O形环220支撑处理管203。
另外，在处理室201中，在处理管203的壁面与由晶舟217装载的多个晶圆200之间配设有沿上下方向延伸的喷嘴410、420。而且，在喷嘴410、420，在与晶圆200在水平方向上对置的范围内分别形成有供给气体的多个供给孔410a、420a。由此，从供给孔410a、420a喷出的气体流向晶圆200。
而且，喷嘴410、420的下端侧的部分折曲，贯通歧管209的侧壁，喷嘴410、420的下端侧的端部突出至歧管209的外部。而且，在喷嘴410、420的下端侧的端部分别连接有作为气体供给线的气体供给管310、320。由此，向处理室201供给多种气体。
在气体供给管310、320，自流动于气体供给管310、320的气体的流向(以下“气体流向”)的上游侧起，依次分别设置作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)312、322以及作为开关阀的阀314、324。另外，在气体供给管310、320，相对于阀314、324，在气体流向的下游侧的部分分别连接有供给惰性气体的作为气体供给线的气体供给管510、520的端部。在气体供给管510、520，自流动于气体供给管510、520的气体的流向的上游侧起，依次分别设有作为流量控制器(流量控制部)的MFC512、522及作为开关阀的阀514、524。
从气体供给管310经由MFC312、阀314、喷嘴410向处理室201供给作为处理气体的原料气体。这样，向处理室201供给原料气体的供给部308构成为包含气体供给管310、MFC312、阀314、以及喷嘴410。
另外，作为原料气体，例如，使用含有作为金属元素的铝(Al)的含金属气体，即作为含铝原料(含Al原料气体、含Al气体)的三甲基铝(Al(CH3)3、简称：TMA)。TMA是有机类原料，是在铝作为配体结合烷基而得到的烷基铝。
原料气体是气体状态的原料、例如常温常压下为气体状态的气体原料、通过将常温常压下为液体状体的液体原料气化而得到的气体等。
在从气体供给管310供给在预定温度自分解的原料气体的情况下，主要由气体供给管310、MFC312、以及阀314构成原料气体供给系统。也可以考虑将喷嘴410包含于原料气体供给系统。也能够将原料气体供给系统称为原料供给系统。在从气体供给管310供给含金属气体的情况下，也能够将原料气体供给系统称为含金属气体供给系统。
在作为含金属气体使用含铝原料(含Al原料气体、含Al气体)的情况下，也能够将含金属气体供给系统称为含铝原料(含Al原料气体、含Al气体)供给系统。在作为含铝原料使用TMA的情况下，也能够将含铝原料供给系统称为TMA供给系统。
与之相对，从气体供给管320经由MFC322、阀324、以及喷嘴420向处理室201供给作为处理气体的反应气体。作为反应气体，例如，可以使用含氧(O)且与Al反应的作为反应气体(反应物)的含氧气体(氧化气体、氧化剂)。
在从气体供给管320供给反应气体(反应物)的情况下，主要由气体供给管320、MFC322、阀324构成反应气体供给系统(反应物供给系统)。也可以考虑将喷嘴420包含于反应气体供给系统。在作为反应气体供给含氧气体(氧化气体、氧化剂)的情况下，也能够将反应气体供给系统称为含氧气体(氧化气体、氧化剂)供给系统。在作为含氧气体使用O3的情况下，也能够将含氧气体供给系统称为O3供给系统。在从喷嘴420流动反应气体的情况下，也能够将喷嘴420称为反应气体喷嘴。
另外，从气体供给管510、520经由MFC512、522、阀514、524、以及喷嘴410、420向处理室201供给惰性气体，作为惰性气体，例如使用N2气体。
主要由气体供给管510、520、MFC512、522、以及阀514、325构成惰性气体供给系统。
另一方面，在歧管209的壁面连接有排出处理室201的环境气体的作为排气流路的排气管231的一端。在排气管231安装有检测处理室201的压力的作为压力检测器(压力检测部)的压力传感器245及作为排气阀(压力调整部)的APC(Auto Pressure Controller：自动压力控制器)阀243，在排气管231的端部安装有作为真空排气装置的真空泵246。
APC阀243是如下构成的阀：在使真空泵246工作的状态下对阀进行开闭，从而能够进行处理室201的真空排气及真空排气停止，而且在使真空泵246工作的状态下，基于由压力传感器245检测出的压力信息调节阀开度，从而能够调整处理室201的压力。主要由排气管231、APC阀243、以及压力传感器245构成排气系统。也可以考虑将真空泵246包含于排气系统。排气管231不限于设于处理管203的情况，也可以与喷嘴410、420同样地设于歧管209。
在歧管209的下方设有能够将歧管209的下端开口气密地堵塞的作为炉口盖体的密封帽219。密封帽219构成为与歧管209的下端从铅垂方向下侧抵接。密封帽219例如由SUS等金属形成，形成为圆盘状。在密封帽219的上表面设有与歧管209的下端抵接的作为密封部件的O形环220。相对于密封帽219，在处理室201的相反侧设置有使后述的晶舟217旋转的旋转机构267。旋转机构267的旋转轴255贯通密封帽219而连接于晶舟217。旋转机构267构成为，通过使晶舟217旋转而使晶圆200旋转。
密封帽219构成为，通过铅垂地设置于处理管203的外部的作为升降机构的晶舟升降机115而在铅垂方向上升降。晶舟升降机115构成为，通过使密封帽219升降，能够将晶舟217在处理室201内外搬入及搬出。晶舟升降机115构成为将晶舟217即晶圆200在处理室201内外搬送的搬送装置(搬送机构)。另外，在歧管209的下方设有在通过晶舟升降机115使密封帽219下降的期间能够将歧管209的下端开口气密地堵塞的作为炉口盖体的闸门219s。闸门219s由例如SUS等金属形成，且形成为圆盘状。在闸门219s的上表面设有与歧管209的下端抵接的作为密封部件的O形环220c。闸门219s的开闭动作(升降动作、转动动作等)通过闸门开闭机构115s进行控制。
另外，如图2所示，在处理室201配设有作为温度检测器的温度传感器263。基于由温度传感器263检测出的温度信息，调整向加热器207的通电状态，从而使处理室201的温度成为期望的温度分布。温度传感器263与喷嘴410、420同样地沿处理管203的内壁设置。
接下来，对基板处理装置10具备的作为控制部的控制部121进行说明。如图4所示，控制部121构成为具备CPU(Central Processing Unit：中央处理器)121a、RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)121b、存储装置121c以及I/O端口121d的计算机。RAM121b、存储装置121c以及I/O端口121d构成为经由内部总线121e而能够与CPU121a进行数据交换。在控制部121连接有例如作为触控面板等而构成的输入输出装置122。
存储装置121c由例如闪存、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等构成。在存储装置121c内能够读取地存储有控制基板处理装置的动作的控制程序等。
RAM121b构成为临时保持CPU121a读出的程序、数据等的存储区域(工作区)。
I/O端口121d连接于上述的MFC512、522、312、322、阀514、524、314、324、压力传感器245、APC阀243、真空泵246、温度传感器263、加热器207、旋转机构267、晶舟升降机115、闸门开闭机构115s、后述的超声波传感器650、MFC706、阀758等。
CPU121a构成为，从存储装置121c读取并执行控制程序，并且根据来自输入输出装置122的操作指令的输入等从存储装置121c读出数据。
CPU121a构成为，根据读出的数据的内容，控制MFC512、522、312、322对各种气体的流量调整动作、阀514、524、314、324的开闭动作、APC阀243的开闭动作以及基于压力传感器245的APC阀243的压力调整动作、真空泵246的启动及停止、基于温度传感器263的加热器207的温度调整动作、旋转机构267对晶舟217的旋转及转速调节动作、晶舟升降机115对晶舟217的升降动作、闸门开闭机构115s对闸门219s的开闭动作等。
控制部121能够通过将存储于外部存储装置(例如，磁带、软盘、硬盘等磁盘、CD、DVD等光盘、MO等光磁盘、USB存储器、存储卡等半导体存储器)123的程序安装于计算机而构成。
存储装置121c、外部存储装置123构成为计算机能够读取的存储介质。以下，将它们总称地简称为存储介质。本说明书中使用称为存储介质的术语的情况下，有时仅包含存储装置121c单体，有时仅包含外部存储装置123单体，另外，有时包含它们双方。此外，向计算机提供程序也可以不使用外部存储装置123，而使用网络、专用线路等通信单元。
另外，对于控制部121对后述的超声波传感器650、MFC706、阀758的控制，与后述的作用一同进行说明。
(主要部分结构)
〔储存罐〕
接下来，对存储通过气化而成为原料气体(TMA气体)的液体原料(TMA)的储存罐610进行说明。
储存罐610为长方体状。而且，如图1所示，形成于储存罐610的内部的储存空间612为由底部620、从底部620的周缘立起的多个壁部630、以及将被多个壁部630围住的储存空间612从上方侧封闭的顶棚部640形成，且从外部密封的空间。而且，该储存空间612设为预先决定的压力。进一步地，上述的气体供给管310的下端侧的部分贯通顶棚部640而配设于储存空间612。
底部620具有朝向上方的底面622，在底面622，在装置宽度方向、以及装置进深方向的中央侧的部分形成有底面622的一部凹陷的凹部624。该凹部624沿上下方向延伸，且形成为截面矩形状。
而且，相对于在该储存空间612能够存储液体原料的下限值(Low极限)，本实施方式的对液体原料的下限设定值(Low Setting)设定得高(大)(参照图示)。另外，相对于在该储存空间612能够存储液体原料的上限值(High极限)，本实施方式的对液体原料的上限设定值(High Setting)设定的低(小)(参照图示)。
使下限设定值比能够储存的下限值高的理由是为了实现超声波传感器650能够高精度地监视液面的下限，并且即使在从下限值进行成膜的情况下，也能够避免原料不足。另外，将一次成膜所需的使用量设为上限设定值，但是，为了假设即使超过了上限设定值，也不会对装置产生影响，因此，相比能够储存的上限值，上限设定值设定得较低。在此，在将上限设定值设为一次成膜所需的使用量的情况下，需要每批次进行再填充。也存在需要进行两次再填充的情况。
〔超声波传感器〕
超声波传感器650配设于储存空间612而沿上下方向延伸，且上端安装于顶棚部640。超声波传感器650的截面形状为比凹部624的截面形状小的矩形状。而且，超声波传感器650的下方侧的部分配设于凹部624，在超声波传感器650的下端部安装有传感器元件652。
在该结构中，由传感器元件652产生的超声波在液体原料的液面反射，超声波传感器650的受波部(省略图示)接收该反射波，从而超声波传感器650连续地探测储存于储存罐610的液体原料的液面水平。因此，超声波传感器650作为连续传感器(也称为连续式传感器、连续式水平传感器、连续液面传感器)发挥功能。
〔气化部〕
气化部700是通过起泡方式将储存于储存罐610的液体原料气化而形成原料气体的装置，其具备供载气流动的气体供给管704和质量流量控制器(MFC)706。
气体供给管704贯通顶棚部640，气体供给管704的一端配设于储存在储存罐610的液体原料内。另外，MFC706在气体供给管704设于配设在储存罐610的外部的部分。
该结构中，通过MFC706对流量进行了调整的载气从气体供给管704的一端向液体原料供给。于是，载气作用于液体原料，使液体原料气化。
此外，就起泡方式而言，能够控制向储存罐610(起泡器)供给的载气(例如N2气体)的供给量，但实际的气化量无法掌握。因此，在本实施方式中，使用上述的超声波传感器650探测液体原料的减少量，从而掌握气化量。
〔补充部〕
补充部750是通过所谓自动供给系统(ARS：Auto Refill System)向储存罐610补充液体原料的装置，其具备供液体原料流动的液体供给管754、作为开关阀的阀758、以及内部储存所补充的液体原料的补充罐760。
液体供给管754贯通顶棚部640，且一端配设于储存空间612。补充罐760配设于储存罐610的外部，与液体供给管754的另一端连接。阀758在液体供给管754设于配设在储存罐610的外部的部分。
该结构中，在液体供给管754，在补充罐760与阀758之间的部分始终滞留有液体原料。于是，通过开放关闭的阀758，补充部750向储存罐610补充液体原料。
(作用)
接下来，对使用基板处理装置10制造半导体装置的半导体装置的制造方法进行说明。此外，构成基板处理装置10的各部的动作由控制部121控制。
首先，使用图5，对使用基板处理装置10在晶圆200形成膜的顺序例进行说明。本实施方式中，对将多个晶圆200以装载的状态进行容纳的处理室201以预定温度进行加热。然后，对处理室201进行预定次数(n次)的从喷嘴410的供给孔410a作为原料气体供给TMA气体的原料气体供给工序、和从喷嘴420的供给孔420a作为反应气体供给O3气体的反应气体供给工序。由此，在晶圆200上作为含有Al及O的膜形成铝氧化膜(AlO膜)。
以下，对半导体装置的制造方法具体地进行说明。
〔装载、搬入〕
首先，将多个晶圆200装载于晶舟217(晶圆装载)。通过闸门开闭机构115s使闸门219s移动，歧管209的下端开口开放(闸门打开)。然后，如图3所示地，装载有多个晶圆200的晶舟217被晶舟升降机115举起而搬入处理室201(晶舟载入)。该状态下，密封帽219成为经由O形环220b密封歧管209的下端的状态。
〔压力、温度调整〕
然后，以使处理室201成为期望的压力(真空度)的方式通过真空泵246进行真空脱气。此时，处理室201的压力由压力传感器245测量，基于该测量到的压力信息，对APC阀243进行反馈控制(压力调整)。真空泵246至少在对晶圆200的处理完成前的期间始终维持工作状态。
另外，以使处理室201成为期望的温度的方式通过加热器207加热。此时，以使处理室201成为期望的温度分布的方式，基于温度传感器263(参照图2)检测出的温度信息对向加热器207的通电量进行反馈控制(温度调整)。加热器207对处理室201的加热至少在对晶圆200的处理完成前的期间持续进行。
而且，晶舟217及晶圆200通过旋转机构267进行旋转。旋转机构267对晶舟217及晶圆200的旋转至少在对晶圆200的处理完成前的期间持续进行。
〔液体原料量的调整(储存工序的一例)〕
接下来，以贮存于图1所示的储存罐610的液体原料的液面水平成为预先决定的初始液面水平的方式向储存罐610储存液体原料。在此，在本实施方式中，初始液面水平是在储存罐610储存有为了超声波传感器650探测液面水平而所需的最小的液体原料的量和为了执行预先决定的次数(一批)的后述的成膜处理而所需的液体原料的量的总量时的液面水平。
为了超声波传感器650探测液面水平而所需的最小的液体原料的量是液面水平位于储存罐610的下限值(Low极限)的情况的量。
另外，为了进行预先决定的次数的成膜处理而所需的液体原料的量是为了进行预先决定的次数(一次以上)的循环来在晶圆200形成AlO膜而所需的量，上述循环依次进行后述的原料气体供给工序、残留气体去除工序、反应气体供给工序、残留气体去除工序。
以下，具体说明液体原料量的调整。
控制部121通过超声波传感器650探测液体原料的液面水平。在液体原料的液面水平未达到初始液面水平的情况下，控制部121通过将关闭着的阀758打开而通过补充部750向储存罐610补充液体原料。然后，在通过超声波传感器650检测出的液体原料的液面水平达到初始液面水平的情况下，控制部121将打开着的阀758关闭，从而结束液体原料量的调整。
此外，不会通过补充部750以比初始液面水平高的方式向储存罐610补充液体原料。因此，最初超声波传感器650探测液体原料的液面水平时的液面水平不会比初始液面水平高。
〔成膜处理(基板处理的一例)〕
[气化工序]
将储存于储存罐610的液体原料气化成原料气体。
具体而言，控制部121预先存储有后述的原料气体供给工序所需的原料气体的量，控制部121控制气化部700的MFC706，向储存于储存罐610的液体原料供给载气。由此，液体原料气化成原料气体。
[原料气体供给工序(处理工序的一例)]
接下来，打开图3所示的阀314，向气体供给管310流动原料气体(TMA气体)。原料气体通过MFC312进行流量调整，且从喷嘴410的供给孔410a供给至处理室201。与此同时，打开阀514，在气体供给管510内流动载气(N2气体)。载气通过MFC512进行流量调整，且与原料气体一同从喷嘴410的供给孔410a供给至处理室201内，并从排气管231排出。
进一步地，为了防止原料气体侵入喷嘴420(防止逆流)，打开阀524，向气体供给管520内流动载气。载气经由气体供给管520、喷嘴420向处理室201供给，且从排气管231排出。
此时，适当地调整APC阀243，将处理室201的压力设为例如1～1000Pa的范围内的压力。此外，在本说明书中，作为数值的范围，在记载为例如1～1000Pa的情况下，是指1Pa以上且1000Pa以下。即，数值的范围内包括1Pa及1000Pa。不仅压力，对于流量、时间、温度等记载于本说明书的全部的数值都同样。
通过MFC312控制的原料气体的供给流量例如设为10～2000sccm，优选为50～1000sccm，更优选为100～500sccm的范围内的流量。
通过将流量设为2000sccm以下，能够合适地进行后述的残留气体去除，并且能够抑制在喷嘴410内原料气体自分解而堆积于喷嘴410的内壁。通过将流量设为10sccm以上，能够提高晶圆200表面的原料气体的反应速度，能够得到实用的成膜速度。
通过MFC512控制的载气的供给流量例如设为1～30slm的范围内的流量。
对晶圆200供给原料气体的时间例如设为1～60秒的范围内。
加热器207以晶圆200的温度例如成为400～600℃、优选400～550℃、更优选450～550℃的范围内的方式加热。
通过将温度设为600℃以下，能够抑制原料气体的过度的热分解，并且合适地得到成膜速度，而且抑制杂质混入膜内而使电阻率变高。此外，原料气体的热分解在接近该处理的条件下在450℃左右开始，因此，若在加热至550℃以下的温度的处理室201内采用本发明，则更有效。另一方面，通过使温度为400℃以上，反应性高，且能够有效地成膜。
在上述的条件下向处理室201供给原料气体，从而在晶圆200的最表面上例如形成从小于1原子层到数原子层左右的厚度的含有C及H的含Al层。含有C及H的含Al层可以是含有C及H的Al层，也可以是TMA的吸附层，也可以含有它们双方。
TMA的吸附层可以是TMA的物理吸附层，也可以是TMA的化学吸附层，也可以含有它们双方。在此，小于1原子层的厚度的层是指不连续地形成的原子层，1原子层的厚度的层是指连续地形成的原子层。
[残留气体去除工序(处理工序的一例)]
形成含Al层后，关闭阀314，停止原料气体的供给。此时，保持APC阀243打开的状态，通过真空泵246对处理室201进行真空排气，将残留于处理室201的未反应或参与含Al层形成后的原料气体从处理室201排除。在阀514、524打开的状态下，维持向处理室201供给载气。载气作为净化气体发挥作用，能够提高从处理室201内排除残留于处理室201的未反应或参与含Al层形成后的原料气体的效果。此外，来自阀514、524的载气在残留气体去除工序期间也可以始终继续流动，也可以间歇地(脉冲性地)供给。
[反应气体供给工序(处理工序的一例)]
去除处理室201的残留气体后，打开阀324，在气体供给管320内流动反应气体(O3气体)。反应气体通过MFC322进行流量调整，从喷嘴420的供给孔420a对处理室201内的晶圆200进行供给，且从排气管231排出。即，晶圆200暴露于反应气体。
此时，打开阀524，在气体供给管520内流动载气。载气通过MFC522进行流量调整，与反应气体一同供给至处理室201内，且从排气管231排出。此时，为了防止反应气体侵入喷嘴410内(防止逆流)，打开阀514，向气体供给管510内流动载气。载气经由气体供给管510、喷嘴410供给至处理室201内，且从排气管231排出。
此时，适当地调整APC阀243，将处理室201的压力设为例如1～1000Pa的范围内的压力。通过MFC322控制的反应气体的供给流量例如设为5～40slm、优选5～30slm、更优选10～20slm的范围内的流量。对晶圆200供给反应气体的时间例如设为1～60秒的范围内。其它的处理条件设为与上述的原料气体供给工序同样的处理条件。
此时在处理室201流动的气体仅为反应气体和惰性气体(N2气体)。反应气体与在原料气体供给工序形成于晶圆200上的含Al层的至少一部分反应。含Al层被氧化，作为金属氧化层，形成包含Al和O的铝氧化层(AlO层)。即，含Al层被改性成AlO层。
[残留气体去除工序(处理工序的一例)]
形成AlO层后，关闭阀324，停止反应气体的供给。然后，按照与原料气体供给工序后的残留气体去除工序同样的处理顺序，从处理室201内排除残留于处理室201内的未反应或者参与AlO层的形成后的反应气体、反应副生成物。
进行预先决定的次数(一次以上)的循环，该循环依次进行以上说明的气化工序、原料气体供给工序、残留气体去除工序、反应气体供给工序、残留气体去除工序。这样，通过批量处理(多次进行多个工序)，在晶圆200上形成AlO膜。
此外，批量处理是进行预先决定的次数的循环，在晶圆200上形成AlO膜的处理，上述循环依次进行气化工序、原料气体供给工序、残留气体去除工序、反应气体供给工序、残留气体去除工序。于是，以一批的方式在晶圆200上形成AlO膜。
另外，AlO膜的厚度(膜厚)例如设为10～150nm，优选40～100nm，更优选60～80nm。通过设为150nm以下，能够缩小表面粗糙度，通过设为10nm以上，能够抑制因与基膜的应力差而引起的膜剥离的发生。
[补充工序]
这样，通过批量处理晶圆200，在晶圆200形成AlO膜。而且，储存于储存罐610的液体原料被消耗，因此储存罐610的液体原料的液面水平变得比初始液面水平低。
于是，控制部121获取由图1所示的超声波传感器650检测出的液体原料的液面水平。进一步地，控制部121通过将关闭着的阀758打开，通过补充部750向储存罐610补充液体原料。然后，在通过超声波传感器650检测出的液体原料的液面水平达到了初始液面水平的情况下，控制部121通过将打开着的阀758关闭，从而结束补充工序。
〔排气、压力调整〕
形成AlO层，且残留气体去除工序结束后，打开图3所示的阀514、524，从气体供给管310、320的每一个向处理室201供给载气，且从排气管231排气。载气作为净化气体发挥作用，将残留于处理室201内的气体、副生成物从处理室201内去除(后净化)。然后，处理室201的环境气体被置换成载气(N2气体置换)，处理室201内的压力恢复到常压(大气压恢复)。
〔搬出、取出〕
然后，通过晶舟升降机115使密封帽219下降，歧管209的下端开口，处理完毕的晶圆200以支撑于晶舟217的状态从歧管209的下端搬出至处理管203的外部(晶舟导出)。
搬出后，使闸门219s移动，歧管209的下端开口经由O形环220c被闸门219s密封(闸门关闭)。处理完毕的晶圆200在搬出至处理管203的外部后，从晶舟217取出(晶圆卸载)。
如以上所说明地，经过各处理(工序)，取出形成有AlO膜的晶圆200，然后，进一步地，在对其它晶圆200形成AlO膜的情况下，再次执行上述的除了“液体原料量的调整”外的“装载、搬入”、“压力、温度调整”、“成膜处理”、“排气、压力调整”、以及“搬出、取出”。也就是，再次执行对晶圆200的批量处理。
〔其它〕
之后，对形成有AlO膜的晶圆200执行已知的图案形成工序、切割工序、引线键合工序、塑模工序、切边工序等，制造半导体装置。
(总结)
如以上说明地，每次批量处理晶圆200，通过补充部750向储存罐610补充液体原料(每批再填充)。由此，储存于储存罐610的液体原料的量处于预先决定的范围内。换言之，通过补充减少的量的液体原料，从而对晶圆200进行成膜处理时储存于储存罐610的液体原料的量固定(液面水平固定)。由此，通过抑制原料气体含有的杂质浓度的偏差，能够抑制在晶圆200形成的膜的面内均匀性的值产生偏差。
另外，在上述实施方式中，使用超声波传感器650探测液面水平，从而求出储存于储存罐610的液体原料的量。因此，通过点传感器(在深度方向上在多个点探测，也称为点式传感器)探测到液体原料的量。但是，也存在液体原料的使用量不同的情况，因为在开始批量处理时液体原料的量始终固定，因此点探测不充分。因此，通过使用超声波传感器650(连续传感器)，能够连续地探测液体原料的量。
另外，在上述实施方式中，在形成储存空间612的底面622形成有一部分凹陷的凹部624，在该凹部242配设有超声波传感器650的传感器元件652。因此，与例如图7所示的比较方式的储存罐910那样在底面922未形成凹部的情况下的液面和传感器元件652的距离(图7的L2)相比，液面和传感器元件652的距离(图1的L1)变长。由此，在本实施方式中，即使在液体原料的量小的情况下，与比较方式相比，也能够高精度地探测液面水平。
另外，在上述实施方式中，初始液面水平设为在储存罐610储存有为了超声波传感器650探测液面水平而所需的最小的液体原料的量和为了进行预先决定的次数的成膜处理而所需的(为了在晶圆200形成AlO膜而所需的)液体原料的量的总量时的液面水平。换言之，以储存于储存罐610的液体原料含有的杂质的绝对量尽可能变少的方式将液面水平保持在允许的最低的位置。而且，即使一批所使用的液体原料的量的发生变化，也补充(再填充)减少的量的液体原料，补充后的液面水平始终为固定的高度。因此，与初始液面水平例如位于储存罐610的上限设定值的情况相比，原料气体含有的杂质浓度变小，因此，能够提高面内均匀性。
另外，上述实施方式中，使储存罐610不完全变空。例如，虽然在储存罐610储存与一批相应的液体原料的情况下，AlO膜的面内均匀性会产生偏差，但是不会产生这样的偏差。也就是，在本实施方式中，与一批处理结束后储存罐610完全变空的情况相比，能够提高形成于晶圆200的AlO膜的面内均匀性。
此外，对于特定本发明的实施方式详细地进行了说明，但本发明不限于该实施方式，本领域技术人员应当明白，在本发明的范围内，可以得到其它多种实施方式。例如，在上述实施方式中，通过起泡方式将液体原料气化成原料气体，但是也可以使用烘烤方式、或者直接气化方式等将液体原料气化成原料气体。
另外，在上述实施方式中，使用超声波传感器650检测液体原料的液面水平，但是也可以与超声波传感器650一同使用点传感器。能够作为超声波传感器650发生故障的情况下的预备来使用点传感器。作为点传感器，例如仅用于探测上限设定值(High Setting)。
另外，在上述实施方式中，作为用于起泡方式的起泡器，使用储存罐610，但是，也可以与储存罐610独立地准备起泡器。该情况下，从储存罐610向起泡器供给液体原料，将供给至该起泡器的液体原料气化。
另外，在上述实施方式中，虽未特别说明，但也可以使用检测液体原料的温度的温度传感器。通过设置温度传感器，能够合适地进行成膜处理的品质管理。另外，在液体原料的消耗量产生异常的情况下，能够通过参照其值而用于原因探明。
另外，在上述实施方式中，为了在晶圆200形成AlO膜，作为液体原料使用TMA，但是例如，为了在晶圆200形成TaO膜(钽氧化膜)，作为液体原料，也可以使用三乙基甲基叔丁基亚氨基钽(Ta[NC(CH3)3][N(C2H5)CH3]3、简称TBTEMT)。
另外，在上述实施方式中，虽未特别说明，但储存于储存罐610的液体原料的液面水平在到达下限值或上限值的任一个的情况下，也可以通过警告器通知、使联锁工作。
另外，在上述实施方式中，虽未特别说明，但是也可以将初始液面水平设为相对于能够储存于储存罐610的液体原料，将一半的量储存于储存罐610的情况的液面水平。由此，相比于初始液面水平例如位于储存罐610的上限设定值的情况，原料气体含有的杂质浓度变小，因此能够提高面内均匀性。
生产上的可利用性
根据本发明，能够抑制形成于基板的膜的面内均匀性的值产生偏差。
符号说明
10—基板处理装置，121—控制部，200—晶圆(基板的一例)，201—处理室，203—处理管(处理部的一例)，308—供给部，620—底部，624—凹部，630—壁部，650—超声波传感器，652—传感器元件，700—气化部，750—补充部，780—液体原料补充系统。

Claims (10)

1.一种基板处理装置，其特征在于，具备：
处理部，其在内部形成有容纳基板的处理室；
储存罐，其形成为包含具有凹状的凹部的底部和从上述底部的周缘立起的壁部，且储存液体原料；
气化部，其将储存于上述储存罐的液体原料气化而生成原料气体；
供给部，其向上述处理室供给由上述气化部生成的原料气体；
传感器，其探测储存于上述储存罐的液体原料的液面水平，并且具有配置于上述凹部的传感器元件；
补充部，其向上述储存罐补充液体原料；以及
控制部，其控制上述供给部，向上述处理室供给原料气体，从而进行处理上述基板的基板处理，并且每次进行预先决定的次数的上述基板处理时，基于上述传感器探测到的液体原料的液面水平来控制上述补充部，以储存于上述储存罐的液体原料的液面水平成为预先决定的水平的方式向上述储存罐补充液体原料，其中该预先决定的水平是在上述储存罐储存有为了上述传感器探测上述液面水平所需的最小的上述液体原料的量和为了进行预先决定的次数的上述基板处理所需的上述液体原料的量的总量时的液面水平。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述传感器是超声波传感器。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
为了上述传感器探测上述液面水平所需的最小的液体原料的量是上述液面水平为上述储存罐的下限值的量。
4.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
为了进行预先决定的次数的上述基板处理所需的液体原料的量是为了进行预先决定的次数的循环而在上述基板形成预定的膜所需的液体原料的量，上述循环依次进行向上述处理室内供给上述原料气体的工序、去除上述处理室内的上述原料气体的工序、向上述处理室内供给反应气体的工序、以及去除上述处理室内的上述反应气体的工序。
5.一种液体原料补充系统，其特征在于，具备：
储存罐，其形成为包含具有凹状的凹部的底部和从上述底部的周缘立起的壁部，且储存液体原料；
气化部，其将储存于上述储存罐的液体原料气化而生成原料气体；
供给部，其向处理室供给由上述气化部生成的原料气体；
传感器，其探测储存于上述储存罐的液体原料的液面水平，并且具有配置于上述凹部的传感器元件；
补充部，其向上述储存罐补充液体原料；以及
控制部，其控制上述供给部，向上述处理室供给原料气体，并且每次对上述处理室供给预先决定的次数的原料气体时，基于上述传感器探测到的液体原料的液面水平来控制上述补充部，以储存于上述储存罐的液体原料的液面水平成为预先决定的水平的方式向上述储存罐补充液体原料，其中该预先决定的水平是在上述储存罐储存有为了上述传感器探测上述液面水平所需的最小的上述液体原料的量和为了进行预先决定的次数的基板处理所需的上述液体原料的量的总量时的液面水平。
6.根据权利要求5所述的液体原料补充系统，其特征在于，
上述传感器是超声波传感器。
7.根据权利要求5所述的液体原料补充系统，其特征在于，
为了上述传感器探测上述液面水平所需的最小的液体原料的量是上述液面水平为上述储存罐的下限值的量。
8.根据权利要求5所述的液体原料补充系统，其特征在于，
为了进行预先决定的次数的上述基板处理所需的液体原料的量是为了进行预先决定的次数的循环而在上述基板形成预定的膜所需的上述液体原料的量，上述循环依次进行向上述处理室内供给上述原料气体的工序、去除上述处理室内的上述原料气体的工序、向上述处理室内供给反应气体的工序、以及去除上述处理室内的上述反应气体的工序。
9.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有：
储存工序，以储存于储存罐的液体原料的液面水平成为预先决定的水平的方式向上述储存罐储存液体原料，上述储存罐形成为包含具有凹状的凹部的底部和从上述底部的周缘立起的壁部，其中该预先决定的水平是在上述储存罐储存有为了传感器探测上述液面水平所需的最小的上述液体原料的量和为了进行预先决定的次数的基板处理所需的上述液体原料的量的总量时的液面水平；
气化工序，将储存于上述储存罐的液体原料气化成原料气体；
处理工序，使用原料气体来处理基板；以及
补充工序，基于上述传感器探测到的液体原料的液面水平，在每次进行预先决定的次数的上述处理工序时，以储存于上述储存罐的液体原料的液面水平成为上述预先决定的水平的方式向上述储存罐补充液体原料，上述传感器探测储存于上述储存罐的液体原料的液面水平，并且具有配置于上述凹部的传感器元件。
10.一种存储介质，其存储有能够由计算机读取的程序，
上述存储介质的特征在于，通过计算机使基板处理装置执行以下步骤：
以储存于储存罐的液体原料的液面水平成为预先决定的水平的方式向上述储存罐储存液体原料的步骤，上述储存罐配备于上述基板处理装置，且形成为包含具有凹状的凹部的底部和从上述底部的周缘立起的壁部，其中该预先决定的水平是在上述储存罐储存有为了传感器探测上述液面水平所需的最小的上述液体原料的量和为了进行预先决定的次数的基板处理所需的上述液体原料的量的总量时的液面水平；
将储存于上述储存罐的液体原料气化成原料气体的步骤；
使用原料气体来处理基板的步骤；以及
基于上述传感器探测到的液体原料的液面水平，在每次进行预先决定的次数的使用原料气体来处理上述基板的基板处理时，以储存于上述储存罐的液体原料的液面水平成为上述预先决定的水平的方式向上述储存罐补充液体原料的步骤，上述传感器探测储存于上述储存罐的液体原料的液面水平，并且具有配置于上述凹部的传感器元件。
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