JP7033622B2 - 気化装置、基板処理装置、クリーニング方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
液体原料を貯留する液体容器と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料を加熱する第1の加熱部と、
前記液体容器を加熱する第2の加熱部と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料内に浸漬され、前記液体原料の温度を測定する第1の温度センサと、
前記液体容器の温度を測定する第2の温度センサと、
前記第1の温度センサにより測定された前記液体原料の温度に基づき前記第1の加熱部を制御すると共に、前記第2の温度センサにより測定された温度に基づき前記第2の加熱部を制御するように構成される制御部と、
を有する技術が提供される。
以下、本開示の一実施形態における基板処理装置について、図1~図6を参照しながら説明する。
基板処理装置10に含まれる処理炉202は、加熱手段(加熱機構、加熱系)としてのヒータ207が有する。ヒータ207は円筒形状であり、ヒータベースに支持されることにより垂直に据え付けられている。
次に、液体原料を貯留し、気化することで処理ガスを生成する気化装置について図4を用いて説明する。
次に、本実施形態に係る半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、上述の基板処理装置10を用い、基板上に膜を形成して半導体装置(デバイス)を製造する方法の一例について説明する。以下の説明において、基板処理装置10を構成する各部の動作はコントローラ121により制御される。
複数枚のウエハ200を処理室201内に搬入(ボートロード)する。具体的には、複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、図1に示されているように、複数枚のウエハ200を支持したボート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内に搬入される。この状態で、シールキャップ219はOリング220を介してマニホールド209の下端開口を閉塞した状態となる。
処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、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。また、処理室201内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内が所望の温度分布となるように、温度センサ263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内の加熱は、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。
その後、原料ガス供給ステップ(第1ガス供給ステップ)、残留ガス除去ステップ、反応ガス供給ステップ(第2ガス供給ステップ)、残留ガス除去ステップをこの順で所定回数行う。
バルブ314を開き、ガス供給管310へ原料ガス(TMAガス)を流す。TMAガスは、MFC312により流量調整され、ノズル410のガス供給口410aから処理室201内へ供給される。このとき同時に、バルブ514を開き、ガス供給管510内に不活性ガスであるキャリアガス(N2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の供給口410aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。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。
Al含有層が形成された後、バルブ314を閉じ、TMA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。
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(O3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。
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、原料ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップ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。
ガス供給管510,520,530のそれぞれからN2ガス等の不活性ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより処理室201内が不活性ガスでパージされ、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内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、マニホールド209の下端が開口される。そして、処理済ウエハ200がボート217に支持された状態で反応管203の下端から反応管203の外部に搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済のウエハ200は、ボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。
ウエハ200を装填しない状態で、ボート217を処理室201内に搬入(ボートロード)する。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内に搬入される。この状態で、シールキャップ219はOリング220を介してマニホールド209の下端開口を閉塞した状態となる。
処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、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。また、処理室201内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内が所望の温度分布となるように、温度センサ263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内の加熱は、少なくともエッチング処理が完了するまでの間は継続して行われる。
処理室201内等に付着した膜をエッチングして処理室201内をクリーニングするステップを実行する。
例えば、容積が4L(断面積250cm2)の液体容器600において、液体原料のSiCl4を100℃に加熱することによりSiCl4の気化ガスを得る。バルブ334を開き、液体容器600からガス供給管330内に気化することで得られたクリーニングガス(エッチングガス)としてSiCl4ガスを流す。SiCl4ガスは、MFC332により流量調整され、ノズル430のガス供給口430aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき同時にバルブ534を開き、ガス供給管530内にN2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管530内を流れたN2ガスは、MFC532により流量調整され、SiCl4ガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。なお、このとき、ノズル410,420内へのSiCl4ガスの侵入を防止するために、バルブ514,524を開き、ガス供給管510,520内にN2ガスを流す。N2ガスは、ガス供給管310,320、ノズル410,420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。
所定時間、SiCl4ガスを処理室201に供給した後、バルブ334を閉じて、SiCl4ガスの供給を停止する。APCバルブ243を閉じるか、処理に影響を及ぼさない程度に実質的に閉じていた場合は、APCバルブ243を開ける。そして、TMAガス供給ステップの残留ガス除去ステップ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層の除去に寄与した後のSiCl4ガスを処理室201内から排除する。
バルブ324を開き、ガス供給管320内にO3ガスを流す。O3ガスは、MFC322により流量調整され、ノズル420のガス供給口420aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき同時にバルブ524を開き、ガス供給管520内にN2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管520内を流れたN2ガスは、MFC522により流量調整され、O3ガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。なお、このとき、ノズル410,430内へのO3ガスの侵入を防止するために、バルブ514,534を開き、ガス供給管510,530内にN2ガスを流す。N2ガスは、ガス供給管310,330、ノズル410,430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。
所定時間、O3ガスを供給した後、バルブ324を閉じ、O3ガスの供給を停止する。そして、TMAガス供給ステップの残留ガス除去ステップ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膜と反応した後のO3ガスを処理室201内から排除する。
上記したステップを順に行うサイクルを1回以上(所定回数(m回)行うことにより、処理室201内に付着したAlO膜を除去する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
変形例の気化装置について図8を用いて説明する。
液体原料を貯留する液体容器と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料を加熱する第1の加熱部と、
前記液体容器を加熱する第2の加熱部と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料の温度を測定する第1の温度センサと、
前記液体容器(外壁面)の温度を測定する第2の温度センサと、
前記第1の温度センサにより測定された温度に基づき前記第1の加熱部(へ供給する電力量)を制御すると共に、前記第2の温度センサにより測定された温度に基づき前記第2の加熱部(へ供給する電力量)を制御するように構成される制御部と、
を有する気化装置が提供される。
付記1の気化装置において、好ましくは、
前記制御部は、
前記第1の温度センサで測定された温度が所定の第1温度となるように前記第1の加熱部を制御すると共に、前記第2の温度センサで測定された温度が所定の第2温度となるように前記第2の加熱部を制御するよう構成される。
付記2の気化装置において、好ましくは、
前記第2温度は、前記第1温度に対応する予め定められた値が設定される。
付記2の気化装置において、好ましくは、
前記第2温度は前記第1温度よりも高い値が設定される。
付記1の気化装置において、好ましくは、
前記第1の加熱部(内部ヒータ)は、少なくとも第1内部ヒータと第2内部ヒータにより構成され、前記第1の温度センサは、少なくとも第1内部センサと第2内部センサにより構成される。
付記5の気化装置において、好ましくは、
前記制御部は、前記第1内部センサで測定された温度に基づいて前記第1内部ヒータを制御すると共に、前記第2内部センサで測定された温度に基づいて前記第2内部ヒータを制御するように構成される。
付記5又は6の気化装置において、好ましくは、
前記制御部は、前記第1内部センサ及び前記第2内部センサで測定された温度が、所定の第1温度となるように前記第1内部ヒータ及び前記第2内部ヒータを制御するように構成される。
付記5又は6の気化装置において、好ましくは、
前記制御部は、前記第1内部センサ及び前記第2内部センサの少なくとも一方で測定された温度が、所定の第3温度(上限温度)を超えた場合、前記第1内部ヒータ及び前記第2内部ヒータ(への電力供給)を停止させるように構成される。
付記1の気化装置において、好ましくは、
前記液体容器に貯留される液体はクリーニングガスの液体原料である。
基板を処理する処理室と、
液体原料を貯留する液体容器と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料を加熱する第1の加熱部と、
前記液体容器を加熱する第2の加熱部と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料の温度を測定する第1の温度センサと、
前記液体容器(外壁面)の温度を測定する第2の温度センサと、
前記第1の温度センサにより測定された温度に基づき前記第1の加熱部(へ供給する電力量)を制御すると共に、前記第2の温度センサにより測定された温度に基づき前記第2の加熱部(へ供給する電力量)を制御するように構成される制御部と、
を備えた気化装置と、
前記気化装置で前記液体原料を気化することで得られたガスを前記処理室へ供給するガス供給系と、
を有する基板処理装置が提供される。
液体原料を貯留する液体容器と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料を加熱する第1の加熱部と、
前記液体容器を加熱する第2の加熱部と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料の温度を測定する第1の温度センサと、
前記液体容器(外壁面)の温度を測定する第2の温度センサと、を備える気化装置を用いて、
前記第1の温度センサにより測定された温度に基づき前記第1の加熱部(へ供給する電力量)を制御すると共に、前記第2の温度センサにより測定された温度に基づき前記第2の加熱部(へ供給する電力量)を制御することで前記液体原料を気化する工程と、
前記液体原料を気化することで得たガスを、基板に対する処理が行われる処理室内へ供給することで、前記処理室内をクリーニングする工程と、
を有するクリーニング方法が提供される。
処理室内へ基板を搬入する工程と、
前記基板を前記処理室内で処理する工程と、
液体原料を貯留する液体容器と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料を加熱する第1の加熱部と、
前記液体容器を加熱する第2の加熱部と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料内に浸漬され、前記液体原料の温度を測定する第1の温度センサと、
前記液体容器(外壁面)の温度を測定する第2の温度センサと、を備える気化装置を用いて、
前記第1の温度センサにより測定された前記液体原料の温度に基づき前記第1の加熱部(へ供給する電力量)を制御すると共に、前記第2の温度センサにより測定された温度に基づき前記第2の加熱部(へ供給する電力量)を制御することにより前記液体原料を気化する工程と、
前記液体原料を気化することで得たガスを前記処理室内へ供給することで、前記処理室内をクリーニングする工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
付記11のクリーニング方法または12の半導体装置の製造方法において、好ましくは、
前記クリーニングする工程では、気化ガスの供給と停止のサイクルを複数回実行する。
60…気化装置
121…コントローラ(制御部)
200…ウエハ(基板)
201…処理室
600…液体容器
610…内部ヒータ(第1の加熱部)
620…外部ヒータ(第2の加熱部)
630…第1の温度センサ
640…第2の温度センサ
Claims (16)
- 液体原料を貯留する液体容器と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料を加熱する第1の加熱部と、
前記液体容器を加熱する第2の加熱部と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料の温度を測定する第1の温度センサと、
前記液体容器の温度を測定する第2の温度センサと、
前記第1の温度センサにより測定された温度に基づき前記第1の加熱部を制御すると共に、前記第2の温度センサにより測定された温度に基づき前記第2の加熱部を制御することが可能なように構成される制御部と、
を有する気化装置。 - 前記制御部は、
前記第1の温度センサで測定された温度が所定の第1温度となるように前記第1の加熱部を制御すると共に、前記第2の温度センサで測定された温度が所定の第2温度となるように前記第2の加熱部を制御することが可能なよう構成される、請求項1に記載の気化装置。 - 前記第2温度は、前記第1温度に対応する予め定められた値が設定される、請求項2に記載の気化装置。
- 前記第2温度は前記第1温度よりも高い値が設定される、請求項2又は3に記載の気化装置。
- 前記液体容器の断面積をAcm 2 、発生ガス流量をQslmとして、Q/A>2%となるように前記第1温度及び前記第2温度が設定される、請求項2に記載の気化装置。
- 前記第1の加熱部は、少なくとも第1内部ヒータと第2内部ヒータにより構成され、前記第1の温度センサは、少なくとも第1内部センサと第2内部センサにより構成される、請求項1に記載の気化装置。
- 前記制御部は、前記第1内部センサで測定された温度に基づいて前記第1内部ヒータを制御すると共に、前記第2内部センサで測定された温度に基づいて前記第2内部ヒータを制御するように構成される、請求項6に記載の気化装置。
- 前記制御部は、前記第1内部センサ及び前記第2内部センサで測定された温度が、所定の第1温度となるように前記第1内部ヒータ及び前記第2内部ヒータを制御するように構成される、請求項6又は7に記載の気化装置。
- 前記制御部は、前記第1内部センサ及び前記第2内部センサの少なくとも一方で測定された温度が、所定の第3温度を超えた場合、前記第1内部ヒータ及び前記第2内部ヒータへの電力供給を停止するように構成される、請求項6又は7に記載の気化装置。
- 前記液体容器に貯留される液体はクリーニングガスの液体原料である、請求項1~9のいずれか1項に記載の気化装置。
- 基板を処理する処理室と、
液体原料を貯留する液体容器と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料を加熱する第1の加熱部と、
前記液体容器を加熱する第2の加熱部と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料の温度を測定する第1の温度センサと、
前記液体容器の温度を測定する第2の温度センサと、
を備えた気化装置と、
前記気化装置で前記液体原料を気化することで得られたガスを前記処理室へ供給するガス供給系と、
前記第1の温度センサにより測定された温度に基づき前記第1の加熱部を制御すると共に、前記第2の温度センサにより測定された温度に基づき前記第2の加熱部を制御することが可能なように構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - 前記制御部は、前記気化装置で前記液体原料を気化することで得られたガスの供給と停止のサイクルを複数回実行するように、前記ガス供給系を制御することが可能なように構成される、請求項11に記載の基板処理装置。
- 液体原料を貯留する液体容器と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料を加熱する第1の加熱部と、
前記液体容器を加熱する第2の加熱部と、
前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料の温度を測定する第1の温度センサと、
前記液体容器の温度を測定する第2の温度センサと、を備える気化装置を用いて、
前記第1の温度センサにより測定された温度に基づき前記第1の加熱部を制御すると共に、前記第2の温度センサにより測定された温度に基づき前記第2の加熱部を制御することにより前記液体原料を気化する工程と、
前記液体原料を気化することで得たガスを、基板に対する処理が行われる処理室内へ供給することで、前記処理室内をクリーニングする工程と、
を有するクリーニング方法。 - 前記クリーニングする工程では、気化ガスの供給と停止のサイクルを複数回実行する、請求項13に記載のクリーニング方法。
- 処理室内へ基板を搬入する工程と、
前記基板を前記処理室内で処理する工程と、
液体原料を貯留する液体容器と、前記液体容器に貯留された前記液体原料に浸漬され、前記液体原料を加熱する第1の加熱部と、前記液体容器を加熱する第2の加熱部と、前記液体容器に貯留された前記液体原料内に浸漬され、前記液体原料の温度を測定する第1の温度センサと、前記液体容器の温度を測定する第2の温度センサと、を備える気化装置を用いて、前記第1の温度センサにより測定された前記液体原料の温度に基づき前記第1の加熱部を制御すると共に、前記第2の温度センサにより測定された温度に基づき前記第2の加熱部を制御することにより前記液体原料を気化する工程と、
前記液体原料を気化することで得たガスを前記処理室内へ供給することで、前記処理室内をクリーニングする工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記クリーニングする工程では、気化ガスの供給と停止のサイクルを複数回実行する、請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
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