KR101232688B1 - 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 및 액체 유량 제어 장치의 동작 확인 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 및 액체 유량 제어 장치의 동작 확인 방법 Download PDF

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Abstract

액체 유량 제어 장치의 초기 조정 시에 증기압 및 휘발성이 높은 용매로 동작 확인을 수행하는 것으로서, 불량이 발견되었을 경우의 작업을 경감하는 동시에, 액체 원료가 잔류함에 따른 오염을 방지할 수 있는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 및 액체 유량 제어 장치의 동작 확인 방법을 제공한다. 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실에 상온 상압에서 액체인 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급계와, 상기 처리실에 액체 원료보다도 증기압이 높은 용매를 공급하는 용매 공급계와, 상기 액체 원료 및 상기 용매의 유량을 제어하는 액체 유량 제어 장치와, 상기 액체 원료 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 액체 원료 공급계가 상기 액체 유량 제어 장치를 개재하여 상기 처리실에 액체 원료를 공급하기 전에, 상기 용매 공급계로부터 용매를 상기 액체 유량 제어 장치에 공급하는 것으로 상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인을 수행하도록, 상기 액체 원료 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어한다.

Description

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 및 액체 유량 제어 장치의 동작 확인 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND METHOD OF CONFIRMING OPERATION OF LIQUID FLOWRATE CONTROL DEVICE}
본 발명은, 실리콘 웨이퍼 등의 기판에 박막의 생성, 산화 처리, 불순물의 확산, 어닐링 처리, 에칭 등의 처리를 수행하고, 반도체 장치를 제조하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 및 액체 유량 제어 장치의 동작 확인 방법에 관한 것이다.
기판 처리 중에는, 액체 매스 플로우 컨트롤러와 기화기(氣化器)를 이용해서 액체 원료를 기화하면서 공급하고, 기판에 성막(成膜)을 수행하는 성막 프로세스가 있다. 예컨대, 지르코늄 산화막(ZrO2)을 성막하는 경우는, Zr 원료로서 TEMAZ(테트라키스에틸메틸아미노지르코늄), 산소 재료로서 O3(오존)을 사용하지만, TEMAZ는 일상적인 온도(상온) 및 압력에서 액체이며, TEMAZ를 액체 매스 플로우 컨트롤러로 제어해서 기화기에 보내고, 기화기 내부의 기화실에서 기화시켜서 캐리어의 불활성 가스와 함께 반응실에 가스로서 공급한다.
기판 처리 장치 중에서도, 한번에 50∼150장의 기판을 처리하는 뱃치(batch)식 장치에서는, TEMAZ를 비교적 대량으로 공급할 필요가 있다. 대량으로 가스를 공급하는 수단으로서, 원료 탱크 자체를 가열해서 증기압을 올리는 것이 있지만, TEMAZ가 열분해되기 쉬운 원료이기 때문에, 원료 탱크를 장시간 가열할 수 없다. 한편, TEMAZ는 증기압이 낮은 액체이므로, 가열하지 않고 증기압만으로는 충분한 유량을 얻을 수 없었다.
상기의 이유로, TEMAZ는 원료 탱크 내에서는 상온의 액체인 상태로 하고, 기화기 중에서만 가열해서 기화시키는, 기화기를 이용한 방법을 이용하고 있다.
이 TEMAZ 공급계에는, 용매의 공급계도 구비되어 있다. TEMAZ 액체가 지나는 라인의 부품을 교환하는 경우, TEMAZ의 증기압이 낮기 때문에, 진공 배기와 N2 퍼지만으로는 원료 제거가 현실적으로 불가능하고, 상온에서는 액체이지만 TEMAZ에 비해서 증기압이 높은 용매, 예컨대 노멀헥산(n-Hexane) 등을 흘리는 것으로 TEMAZ를 세류(洗流)하여 라인 세정을 수행하고 있다. 노멀헥산은 TEMAZ와는 반응하지 않고, TEMAZ를 녹일 수 있는 동시에, 증발하기 쉽게 대기 중의 성분과 반응하지 않는 성질을 가진다.
도 6은 TEMAZ와 노멀헥산의 포화 증기압 곡선을 도시하고 있다. TEMAZ는 30℃에서 0.004Torr, 노멀헥산은 30℃에서 180Torr로 4자리 이상의 증기압 차이가 있는 것을 알 수 있다.
종래의 기판 처리 장치에서는, 액체 매스 플로우 컨트롤러를 처음 사용할 때(교환해서 처음으로 사용할 때도 포함), 액체 매스 플로우 컨트롤러를 뱃치식 장치에 설치한 상태에서 동작 확인을 할 필요가 있지만, 동작 확인을 위하여 실제로 원료 TEMAZ를 흘렸을 때, 액체 매스 플로우 컨트롤러에 수복 불가능한 불량이 있었던 경우, 액체 매스 플로우 컨트롤러의 교환이 필요하게 되고, 액 제거→퍼지→용매에 의한 세정→퍼지와 같은 작업이 필요하게 되기 때문에, 작업에 시간도 걸린다.
또한, 세정 순서에는 충분한 시간과 주도(周到)한 순서를 밟고 있지만, 조금씩 액이 남을 가능성이 발생하기 때문에, 교환 시에 대기와 잔류 원료와의 반응에 의한 배관 등의 부재가 오염될 우려가 있었다.
본 발명은 이러한 실정에 비추어서, 액체 유량 제어 장치의 초기 조정 시에 증기압 및 휘발성이 높은 용매로 동작 확인을 수행하는 것으로서, 불량이 발견되었을 경우의 작업을 경감하는 동시에, 액체 원료가 잔류함에 따른 오염을 방지할 수 있는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 및 액체 유량 제어 장치의 동작 확인 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 기판을 수용하는 처리실; 상기 처리실에 상온 상압에서 액체인 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급계; 상기 처리실에, 상기 액체 원료보다도 증기압이 높은 용매를 공급하는 용매 공급계; 상기 액체 원료 및 상기 용매의 유량을 제어하는 액체 유량 제어 장치; 및 상기 액체 원료 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 액체 원료 공급계가 상기 액체 유량 제어 장치를 개재하여 상기 처리실에 상기 액체 원료를 공급하기 전에, 상기 용매 공급계로부터 상기 용매를 상기 액체 유량 제어 장치에 공급하는 것으로 상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인을 수행하도록 상기 액체 원료 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치를 제공한다.
또 본 발명은, 상기 처리실에 상기 액체 원료를 공급하는 것에 의해 기판에 막을 형성하는 기판 처리 장치로서, 상기 제어부는 상기 액체 유량 제어 장치를 감시해서 상기 액체 유량 제어 장치를 흐르는 용매의 유량을 계측하고, 계측한 상기 용매의 유량과 소정의 역치의 크기를 비교하여, 상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위 내일 때에, 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하고, 상기 액체 원료의 공급을 하는 것으로, 기판에 막을 형성하는 기판 처리 장치를 제공한다.
또 본 발명은, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실에 상온 상압에서 액체인 액체 원료를 기화기에서 기화한 기화 가스를 공급하는 원료 공급계와, 상기 처리실에 상기 기화 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계와, 상기 처리실에 상기 기화 가스보다도 증기압이 높은 용매를 공급하는 용매 공급계와, 상기 액체 원료 및 상기 용매의 유량을 제어하는 액체 유량 제어 장치와, 상기 원료 공급계, 상기 반응 가스 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 원료 공급계가 상기 액체 유량 제어 장치를 개재하여 상기 기화기에 액체 원료를 공급하기 전에, 상기 용매 공급계로부터 용매를 상기 액체 유량 제어 장치에 공급하는 것으로 상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인을 하도록 상기 원료 공급계, 상기 반응 가스 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하는 동시에, 상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인 후에 상기 기화 가스와 상기 반응 가스를 교호적으로 공급해서 기판에 막을 형성하는 기판 처리 장치를 제공한다.
또 본 발명은, 처리실에 접속되며 액체 원료 및 용매의 유량을 제어하는 액체 유량 제어 장치에 용매를 공급하는 공정; 상기 액체 유량 제어 장치를 감시하여 상기 액체 유량 제어 장치를 흐르는 상기 용매의 유량을 계측하는 공정; 상기 계측한 용매의 유량과 소정의 역치의 크기를 비교하는 공정; 상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위 내일 때에, 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하는 공정; 상기 액체 유량 제어 장치에 상기 액체 원료를 공급하는 공정; 및 상기 처리실에, 상기 액체 유량 제어 장치를 개재하여 공급되는 상기 액체 원료를 기화한 기화 가스 및 상기 기화 가스와 반응하는 반응 가스를 교호적(交互的)으로 공급하여, 상기 처리실에 재치(裁置)된 기판의 표면에 소정의 막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 처리실에 접속되며 액체 원료 및 용매의 유량을 제어하는 액체 유량 제어 장치에 용매를 공급하는 공정; 상기 액체 유량 제어 장치를 감시해서 상기 액체 유량 제어 장치를 흐르는 상기 용매의 유량을 계측하는 공정; 상기 계측한 용매의 유량과 소정의 역치의 크기를 비교하는 공정; 및 상기 용매의 유량이 상기 소정의 역치의 범위 내일 때에, 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하는 공정을 포함하는 액체 유량 제어 장치의 동작 확인 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실에 상온 상압에서 액체인 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급계와, 상기 처리실에 액체 원료보다도 증기압이 높은 용매를 공급하는 용매 공급계와, 상기 액체 원료 및 상기 용매의 유량을 제어하는 액체 유량 제어 장치와, 상기 액체 원료 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 액체 원료 공급계가 상기 액체 유량 제어 장치를 개재하여 상기 처리실에 액체 원료를 공급하기 전에, 상기 용매 공급계보다 용매를 상기 액체 유량 제어 장치에 공급하는 것으로 상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인을 하도록 상기 액체 원료 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하므로, 상기 액체 유량 제어 장치에 불량이 발견되거나, 상기 액체 유량 제어 장치를 교환할 때에 필요한 작업을 대폭 경감할 수 있는 동시에, 교환 시의 잔류 액체 원료와 대기의 반응에 의한 오염을 방지할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 상기 처리실에 상기 액체 원료를 공급하는 것에 의해 기판에 막을 형성하는 기판 처리 장치로서, 상기 제어부는 상기 액체 유량 제어 장치를 감시해서 상기 액체 유량 제어 장치를 흐르는 용매의 유량을 계측하고, 계측한 상기 용매의 유량과 소정의 역치의 크기를 비교하여, 상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위 내일 때에, 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하고, 상기 액체 원료의 공급을 수행하는 것으로, 기판에 막을 형성하므로, 상기 액체 유량 제어 장치에 불량이 생긴 상태로 액체 원료가 흐르고, 교환에 요하는 시간이나 노동력이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실에 상온 상압에서 액체인 액체 원료를 기화기에서 기화한 기화 가스를 공급하는 원료 공급계와, 상기 처리실에 상기 기화 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계와, 상기 처리실에 상기 기화 가스보다도 증기압이 높은 용매를 공급하는 용매 공급계와, 상기 액체 원료 및 상기 용매의 유량을 제어하는 액체 유량 제어 장치와, 상기 원료 공급계, 상기 반응 가스 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 원료 공급계가 상기 액체 유량 제어 장치를 개재하여 상기 기화기에 액체 원료를 공급하기 전에, 상기 용매 공급계보다 용매를 상기 액체 유량 제어 장치에 공급하는 것으로 상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인을 하도록 상기 원료 공급계, 상기 반응 가스 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하는 동시에, 상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인 후에 상기 기화 가스와 상기 반응 가스를 교호적(交互的)으로 공급해서 기판에 막을 형성하므로, 상기 액체 유량 제어 장치를 교환할 때에 필요한 작업을 대폭 경감할 수 있는 동시에, 상기 액체 유량 제어 장치에 불량을 발생시킨 상태에서 액체 원료가 흘러서, 교환에 요하는 시간이나 노동력이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 처리실에 접속된 액체 유량 제어 장치에 용매를 공급하는 공정과, 상기 액체 유량 제어 장치를 감시해서 상기 액체 유량 제어 장치를 흐르는 용매의 유량을 계측하는 공정과, 계측한 상기 용매의 유량과 소정의 역치의 크기를 비교하는 공정과, 상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위 내일 때에 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하는 공정과, 상기 처리실에 상기 액체 유량 제어 장치를 개재하여 공급되는 액체 원료를 기화한 기화 가스와, 상기 기화 가스와 반응하는 반응 가스를 교호적으로 공급해서 상기 처리실 내에 수용된 기판의 표면에 소정의 막을 형성하는 공정을 포함하므로, 액체 유량 제어 장치에 불량을 발생시킨상태에서 액체 원료가 흘려져서, 상기 액체 유량 제어 장치를 교환할 때에 필요한 작업을 대폭 경감할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 처리실에 접속된 액체 유량 제어 장치에 용매를 공급하는 공정과, 상기 액체 유량 제어 장치를 감시해서 상기 액체 유량 제어 장치를 흐르는 용매의 유량을 계측하는 공정과, 계측한 상기 용매의 유량과 소정의 역치의 크기를 비교하는 공정과, 상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위 내일 때에 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하는 공정을 포함하므로, 상기 액체 유량 제어 장치의 불량의 발견이 용이하고, 상기 액체 유량 제어 장치를 교환할 때에 필요한 작업을 대폭 경감할 수 있는 동시에, 교환 시의 잔류 액체 원료와 대기의 반응에 의한 오염을 방지할 수 있다는 뛰어난 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명에 있어서의 기판 처리 장치의 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명에 있어서의 처리로(處理爐)의 종단면도(縱斷面圖)이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면도이다.
도 4는 본 발명에 있어서의 액체 원료 및 용매의 공급 배기계를 도시하는 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명에 있어서의 액체 유량 제어 장치의 동작 확인의 공정을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 TEMAZ와 노멀헥산의 포화 증기압 곡선을 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 있어서의 기판 처리 공정을 설명하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 있어서의 기판의 성막 공정의 사이클을 도시하는 시퀀스 다이어그램이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 설명한다.
우선, 도 1에 있어서, 본 발명에 있어서의 기판 처리 장치(1)에 대해서 설명한다.
실리콘 등으로부터 이루어지는 웨이퍼(기판, 2)를 수납한 웨이퍼 캐리어로서의 카세트(3)가 사용되고 있는 본 발명의 상기 기판 처리 장치(1)는, 광체(筐體, 4)를 구비하고 있다. 상기 광체(4)의 정면벽(5)의 하방(下方)에는, 메인터넌스(maintenance) 가능하도록 설치된 개구부(開口部)로서의 정면 메인터넌스 구(口)(미도시)가 개설(開設)되고, 상기 정면 메인터넌스 구를 개폐하는 정면 메인터넌스 문(미도시)이 세워져 설치되어 있다. 상기 정면 메인터넌스 문에는 미도시의 카세트 반입 반출구(기판 수용 용기 반입 반출구)가 상기 광체(4) 내외를 연통(連通)하도록 개설되어 있고, 상기 카세트 반입 반출구의 상기 광체(4) 내측에는 카세트 스테이지[기판 수용기 수도대(受渡臺), 6)]가 설치되어 있다. 상기 카세트(3)는 상기 카세트 스테이지(6) 상에 공정 내 반송 장치(미도시)에 의해 반입되고, 또 상기 카세트 스테이지(6) 상으로부터 반출되도록 되어 있다.
상기 카세트 스테이지(6)는, 공정 내 반송 장치에 의해, 상기 카세트(3) 내의 웨이퍼(2)가 수직 자세가 되고, 상기 카세트(3)의 웨이퍼 출입구가 상방향(上方向)을 향하도록 재치(載置)된다. 상기 카세트 스테이지(6)는, 상기 카세트(3)를 상기 광체(4)의 후방을 향해서 오른쪽 세로 방향으로 90°회전하고, 상기 카세트(3) 내의 웨이퍼(2)가 수평 자세가 되고, 상기 카세트(3)의 웨이퍼 출입구가 상기 광체(4) 후방을 향하도록 동작 가능하게 되어 있다.
상기 광체(4)의 전후 방향의 대략 중앙부에는, 카세트 선반(기판 수용기 재치 선반, 7)이 설치되고, 상기 카세트 선반(7)에는 복수단 복수열로 복수개의 상기 카세트(3)를 보관하도록 구성되어 있다. 상기 카세트 선반(7)에는, 후술하는 웨이퍼 이재(移載) 기구(8)의 반송 대상이 되는, 상기 카세트(3)가 수납되는 이재 선반(9)이 설치되어 있다. 또한, 상기 카세트 스테이지(6)의 상방에는 예비 카세트 선반(11)이 설치되어, 예비적으로 상기 카세트(3)를 보관하도록 되어 있다.
상기 카세트 스테이지(6)와 상기 카세트 선반(7)과의 사이에는, 카세트 반송 장치(기판 수용기 반송 장치, 12)가 설치되어 있다. 상기 카세트 반송 장치(12)는, 상기 카세트(3)를 보지(保持)한 채 승강 가능한 카세트 엘리베이터(기판 수용기 승강 기구, 13)와 반송 기구로서의 카세트 반송 기구(기판 수용기 반송 기구, 14)로 구성되어 있고, 상기 카세트 엘리베이터(13)와 카세트 반송 기구(14)와의 연속 동작에 의해서, 상기 카세트 스테이지(6), 상기 카세트 선반(7), 상기 예비 카세트 선반(11)과의 사이에 상기 카세트(3)를 반송하도록 구성되어 있다.
상기 카세트 선반(7)의 후방에는, 상기 웨이퍼 이재 기구(기판 이재 기구, 8)가 설치되어 있고, 상기 웨이퍼 이재 기구(8)는 웨이퍼(2)를 수평 방향으로 회전 또는 직동(直動) 가능한 웨이퍼 이재 장치(기판 이재 장치, 15) 및 상기 웨이퍼 이재 장치(15)를 승강시키기 위한 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(기판 이재 장치 승강 기구, 16)로 구성되어 있다. 상기 웨이퍼 이재 장치(15) 및 상기 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(16)의 연속 동작에 의해서, 상기 웨이퍼 이재 장치(15)의 트위저(기판 보지체, 17)를 웨이퍼(2)의 재치부로 하여서, 보트(기판 보지구, 18)에 대하여 웨이퍼(2)를 장전(차징) 및 장탈(裝脫, 디스차징)하도록 구성되어 있다.
상기 광체(4)의 후부(後部) 상방에는, 처리로(19)가 설치되어 있다.
상기 처리로(19)의 하단부는 노구(爐口) 셔터(노구 개폐 기구, 21)에 의해 개폐되도록 구성되어 있다.
상기 처리로(19)의 하방에는, 상기 보트(18)를 상기 처리로(19)로 승강시키는 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(기판 보지구 승강 기구, 22)가 설치되고, 상기 보트 엘리베이터(22)의 승강대에 연결된 연결구(連結具)로서의 암(23)에는 덮개로서의 씰 캡(24)이 수평으로 설치되어 있고, 상기 씰 캡(24)은 상기 보트(18)를 수직하게 지지하고, 상기 처리로(19)의 하단부를 폐색(閉塞) 가능하도록 구성되어 있다.
상기 보트(18)는 복수 개의 보지 부재를 포함하고 있고, 복수 매(예컨대, 50매∼150매 정도)의 웨이퍼(2)를 그 중심을 맞추어서 수직 방향으로 정렬시킨 상태에서, 각각 수평으로 보지하도록 구성되어 있다.
상기 카세트 선반(7)의 상방에는, 청정화한 분위기인 클린 에어를 공급하도록, 공급 팬 및 방진 필터로 구성된 클린 유닛(25)이 설치되어 있고, 클린 에어를 상기 광체(4)의 내부에 유통시키도록 구성되고 있다.
또한, 상기 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(16) 및 상기 보트 엘리베이터(22) 측과 반대측인 상기 광체(4)의 좌측 단부에는, 클린 에어를 공급하도록 공급 팬 및 방진 필터로 구성된 클린 유닛(미도시)이 설치되어 있고, 미도시의 상기 클린 유닛으로부터 분사된 클린 에어는, 상기 웨이퍼 이재 장치(15), 상기 보트(18)를 유통한 후에, 미도시의 배기 장치에 흡입되어서 상기 광체(4)의 외부로 배기되도록 되어 있다.
그 다음에, 상기 기판 처리 장치(1)의 동작에 대해서 설명한다.
상기 카세트(3)는 카세트 반입 반출구(미도시)로부터 반입되어, 상기 카세트 스테이지(6) 상에 웨이퍼(2)가 수직 자세로 상기 카세트(3)의 웨이퍼 출입구가 상방향을 향하도록 재치된다. 그 후, 상기 카세트(3)는, 상기 카세트 스테이지(6)에 의해서 상기 카세트(3) 내의 웨이퍼(2)가 수평 자세가 되고, 상기 카세트(3)의 웨이퍼(2) 출입구가 상기 광체(4)의 후방을 향하도록, 광체(4) 후방에 오른쪽 세로 방향으로 90°회전된다.
그 다음에, 상기 카세트(3)는, 상기 카세트 선반(7) 또는 상기 예비 카세트 선반(11)의 지정된 선반 위치에 상기 카세트 반송 장치(12)에 의해서 자동적으로 반송되어서 수도(受渡)되고, 일시적으로 보관된 후, 상기 카세트 선반(7) 또는 상기 예비 카세트 선반(11)으로부터 상기 카세트 반송 장치(12)에 의해서 상기 이재 선반(9)으로 반송되거나, 또는 직접 상기 이재 선반(9)으로 반송된다.
상기 카세트(3)가 상기 이재 선반(9)에 이재되면, 웨이퍼(2)는 상기 카세트(3)로부터 상기 웨이퍼 이재 장치(15)의 상기 트위저(17)에 의해 웨이퍼 출입구를 통하여 픽업되고, 상기 이재 선반(9)의 후방에 있는 상기 보트(18)에 장전된다. 상기 보트(18)에 웨이퍼(2)를 수도한 상기 웨이퍼 이재 장치(15)는 상기 카세트(3)로 돌아가고, 다음 웨이퍼(2)를 상기 보트(18)에 장전한다.
미리 지정된 매수의 웨이퍼(2)가 상기 보트(18)에 장전되면, 상기 노구 셔터(21)에 의해서 닫혀있던 상기 처리로(19)의 하단부가, 상기 노구 셔터(21)에 의해 개방된다. 계속해서, 웨이퍼(2) 군(群)을 보지한 상기 보트(18)는, 상기 씰 캡(24)이 상기 보트 엘리베이터(22)에 의해 상승되는 것에 의해서, 상기 처리로(19) 내에 반입(로딩)된다. 로딩 후는, 상기 처리로(19)에서 웨이퍼(2)에 임의의 처리가 실시된다. 처리 후는, 상술한 것과는 반대의 순서로 웨이퍼(2) 및 상기 카세트(3)가 상기 광체(4)의 외부로 반출된다.
그 다음에, 도 2 및 도 3에 있어서, 상기 기판 처리 장치(1)에 적용되는 상기 처리로(19)에 대해서 설명한다. 또한, 도 2, 도 3 중에서, 도 1 중에서와 동등한 것에는 동일한 부호를 첨부하고, 그 설명을 생략한다.
가열 장치(가열 수단)인 히터(26)의 내측에는, 기판인 웨이퍼(2)를 처리하는 반응 용기로서의 반응관(27)이 설치되고, 상기 반응관(27)의 하단에는, 예컨대 스텐레스 등으로 이루어지는 매니폴드(28)가 설치되고, 상기 매니폴드(28)의 하단에는 노구 덮개로서의 상기 씰 캡(24)이 설치되어 있다. 상기 씰 캡(24)은 예컨대 스텐레스 등의 금속으로 이루어지는 원반 형상의 부재이며, 상면에는 상기 매니폴드(28)의 하단의 당접(當接)하는 기밀 부재로서의 O링(29)이 설치되어 있고, 상기 씰 캡(24)은 상기 O링(29)을 개재하여 상기 매니폴드(28)의 하단 개구를 기밀하게 폐색하도록 되어 있다. 또한, 적어도 상기 반응관(27), 상기 매니폴드(28) 및 상기 씰 캡(24)에 의해서 처리실(31)이 구성된다.
상기 씰 캡(24)에는 보트 지지대(32)를 개재하여 상기 보트(18)가 입설(立設)되어, 상기 보트 지지대(32)는 보트를 보지하는 보지체로 되어 있다. 그리고, 상기 보트(18)는 상기 처리실(31)에 삽입되어, 상기 보트(18)에는 뱃치 처리되는 복수의 웨이퍼(2)가 수평 자세에서 수직 방향으로 다단으로 적재된다. 또한, 상기 히터(26)는 상기 처리실(31)에 삽입된 웨이퍼(2)를 소정의 온도로 가열하도록 되어 있다.
상기 처리실(31)에는 복수 종류, 여기서는 2종류의 처리 가스를 공급하는 공급 경로로서, 제1 가스 공급관(33), 제2 가스 공급관(34)이 설치되어 있다. 상기 제1 가스 공급관(33)에는 상류방향으로부터 순서대로 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 액체 매스 플로우 컨트롤러(35), 기화기(36) 및 개폐 밸브인 제1 밸브(37)를 개재하고, 캐리어 가스를 공급하는 제1 캐리어 가스 공급관(38)이 합류되어 있다. 상기 제1 캐리어 가스 공급관(38)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 제2 매스 플로우 컨트롤러(39) 및 개폐 밸브인 제3 밸브(41)가 설치되어 있다.
또한, 상기 제1 가스 공급관(33)의 선단부(先端部)에는, 상기 처리실(31)을 구성하고 있는 상기 반응관(27)의 내벽과 웨이퍼(2)의 사이에 있어서의 원호(圓弧) 형상의 공간에, 상기 반응관(27)의 하부로부터 상부의 내벽에 웨이퍼(2)의 적재 방향을 따라서, 제1 노즐(43)이 설치되고, 상기 제1 노즐(43)의 측면에는 가스를 공급하는 공급공(供給孔)인 제1 가스 공급공(44)이 설치되어 있다. 상기 제1 가스 공급공(44)은, 하부로부터 상부에 걸쳐서 각각 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치되어 있다. 주로, 상기 제1 가스 공급관(33), 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35), 상기 기화기(36), 상기 제1 밸브(37), 상기 제1 노즐(43)에 의해, 제1 가스 공급계[상기 제1 가스 공급관(33)으로부터 공급되는 원료가 액체인 경우, 액체 원료 공급계]가 구성된다.
상기 제2 가스 공급관(34)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어 장치(유량제어 수단)인 제1 매스 플로우 컨트롤러(45), 개폐 밸브인 제2 밸브(46)를 개재하고, 캐리어 가스를 공급하는 제2 캐리어 가스 공급관(47)이 합류되어 있다. 상기 제2 캐리어 가스 공급관(47)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 제3 매스 플로우 컨트롤러(48) 및 개폐 밸브인 제4 밸브(49)가 설치되어 있다.
또한, 상기 제2 가스 공급관(34)의 선단부에는, 상기 처리실(31)을 구성하고 있는 상기 반응관(27)의 내벽과 웨이퍼(2)와의 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에, 상기 반응관(27)의 하부에서 상부의 내벽에 웨이퍼(2)의 적재 방향을 따라서, 제2 노즐(51)이 설치되고, 상기 제2 노즐(51)의 측면에는 가스를 공급하는 공급공인 제2 가스 공급공(52)이 설치되어 있다. 상기 제2 가스 공급공(52)은, 하부에서 상부에 걸쳐서 각각 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치되어있다. 주로, 상기 제2 가스 공급관(34), 상기 제1 매스 플로우 컨트롤러(45), 상기 제2 밸브(46), 상기 제2 노즐(51)에 의해서, 제2 가스 공급계(원료와 반응하는 반응 가스를 공급할 경우, 반응 가스 공급계)가 구성된다.
예컨대 상기 제1 가스 공급관(33)으로부터 공급되는 원료가 액체인 경우, 상기 제1 가스 공급관(33)으로부터는, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35), 상기 기화기(36) 및 상기 제1 밸브(37)를 개재하고, 상기 제1 캐리어 가스 공급관(38)과 합류하고, 또한 상기 제1 노즐(43)을 개재하여 상기 처리실(31) 내에 원료 가스가 공급된다. 예컨대 상기 제1 가스 공급관(33)으로부터 공급되는 원료가 기체의 경우에는, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)를 기체용 매스 플로우 컨트롤러로 교환하고, 상기 기화기(36)는 불필요하게 된다. 또한, 상기 제2 가스 공급관(34)으로부터는 상기 제1 매스 플로우 컨트롤러(45), 상기 제2 밸브(46)를 개재하여, 상기 제2 캐리어 가스 공급관(47)과 합류하고, 상기 제2 노즐(51)을 개재하여 상기 처리실(31)에 상기 제1 가스 공급관(33)으로부터 공급되는 원료와 반응하는 반응 가스가 공급된다.
또한, 상기 처리실(31)에는 상기 처리실(31) 내의 분위기를 배기하는 가스 배기관(53)이 설치되어 있다. 상기 가스 배기관(53)에는 상기 처리실(31) 내의 압력을 조정하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(62)가 설치되는 동시에, 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller)밸브(제5 밸브, 54)를 개재하여 배기 장치(배기 수단)인 진공 펌프(55)에 접속되고, 상기 처리실 (31) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기되게 되고 있다. 한편, 상기 APC 밸브(54)는 밸브를 개폐해서 상기 처리실(31)의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 할 수 있고, 밸브 개도(開度)를 조절해서 압력 조정 가능하게 되어 있는 개폐 밸브이다. 주로, 상기 가스 배기관(53), 상기 APC 밸브(54), 상기 진공 펌프(55), 상기 압력 센서(62)에 의해서 배기계가 구성된다.
또한, 상기 처리실(31) 내의 상기 반응관(27)의 내벽과 웨이퍼(2)와의 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에는, 상기 반응관(27)의 하방으로부터 상기 반응관(27)의 내벽을 따라 연출(延出)하는 온도 검출기로서의 L자 형상의 온도 센서(63)가 설치되고, 상기 온도 센서(63)에 의해서 검출되는 온도 정보에 기초하여 상기 히터(26)로의 통전 상태를 조정하는 것으로, 상기 처리실(31) 내의 온도가 소망하는 온도 분포가 되도록 되어 있다.
상기 반응관(27) 내의 중앙부에는, 복수 매의 웨이퍼(2)를 다단으로 동일 간격으로 재치하는 보트(18)가 설치되어 있고, 상기 보트(18)는 상기 보트 엘리베이터(22)에 의해 반응관(27)에 출입할 수 있도록 되어 있다. 또한, 처리의 균일성이 향상되도록, 상기 씰 캡(24)의 하방으로는 상기 보트(18)를 회전하기 위한 보트 회전 기구(56)가 설치되어 있다. 상기 보트 회전 기구(56)의 회전축(64)은, 상기 씰 캡(24)을 관통하고, 보트 지지대(32)의 하단과 접속되어 있고, 상기 보트 회전 기구(56)를 구동하는 것에 의해서, 상기 회전축(64)을 개재하여 상기 보트 지지대(32)에 지지된 상기 보트(18)가 회전하도록 되어 있다.
제어부(제어 수단)인 컨트롤러(57)는, 액체 매스 플로우 컨트롤러(35), 제1∼제3 매스 플로우 컨트롤러(45, 39, 48), 제1∼제4 밸브(37, 46, 41, 49), 상기 APC 밸브(54), 상기 히터(26), 상기 진공 펌프(55), 상기 보트 회전 기구(56), 상기 보트 엘리베이터(22), 상기 압력 센서(62) 및 상기 온도 센서(63)와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 상기 컨트롤러(57)에 의해서, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35) 및 제1∼제3 매스 플로우 컨트롤러(45, 39, 48)의 유량 조정, 제1∼제4 밸브(37, 46, 41, 49)의 개폐 동작, APC 밸브(54)의 개폐 및 압력 조정 동작, 상기 히터(26)의 온도 조정, 상기 진공 펌프(55)의 기동 및 정지, 상기 보트 회전 기구(56)의 회전 속도 조절, 상기 보트 엘리베이터(22)의 승강 동작 제어가 수행되는 동시에, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35) 및 제1∼제3 매스 플로우 컨트롤러(45, 39, 48)에 의해서 검출된 유량, 상기 압력 센서(62)에 의해서 검출된 상기 처리실 (31) 내의 압력 및 상기 온도 센서(63)에 의해 검출된 상기 처리실(31) 내의 온도가 상시 피드백되도록 되어 있다.
한편, 도시하지 않지만, 상기 컨트롤러(57)는, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)에 의해 검출되어 피드백된 유량을 계측하는 계측부와, 미리 설정된 역치가 격납된 기억부와, 상기 계측부에 의해서 계측된 유량의 계측값과 상기 기억부에 격납된 역치를 비교하는 비교부를 포함하고 있다.
본 실시예의 상기 처리로(19)에서는, ZrO2이나 하프늄(hafnium) 산화막(HfO2)과 같은 고(高) 유전율막이 성막된다. 그 재료로서, ZrO2의 재료로서는, TEMAZ[테트라키스에틸메틸아미노지르코늄, Zr(NEtME)4 ], Zr(O-tBu)4, TDMAZ[테트라키스디메틸아미노지르코늄, Zr(NMe2)4 ], TDEAZ[테트라키스디에틸아미노지르코늄, Zr(NEt2)4 ] 등이 있고, HfO2의 재료로서는, TEMAH[Hf(NEtME)4], Hf(O-tBu)4, Hf(NMe2)4, Hf(NEt2)4, Hf(MMP)4 등을 이용할 수 있다. 한편, Me은 메틸기(CH3), Et는 에틸기(C2H5)를 나타내고, Zr(O-tBu)4는 Zr(OC(CH3)3)4를 각각 나타내고 있다.
또한, 상기 이외의 재료로서, Xn(NR1R2)m의 화학식에서 나타내는 아민계의 재료도 사용가능하다(단, III∼V족의 원소, R1 및 R2은 Me 또는 Et, n 및 m은 자연수를 나타내고 있다).
이하에서는, CVD법의 하나인 ALD 법을 이용한 성막 처리예에 대해서, 반도체 디바이스의 제조 공정의 하나인, TEMAZ 및 O3을 이용해서 ZrO2막을 성막하는 예를 기초로 설명한다.
CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나 ALD(Atomic Layer Deposition)법에서는, 예컨대 CVD법의 경우, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소를 포함하는 복수 종류의 가스를 동시에 공급하고, 또한 ALD법의 경우, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소를 포함하는 복수 종류의 가스를 교호적으로 공급하도록 되어 있다. 또한, 가스 공급시의 가스 공급 유량, 가스 공급 시간, 플라즈마 파워 등의 공급 조건을 제어하는 것에 의해서, 실리콘 질화막(SiN막)이나 실리콘 산화막(SiO막)이 형성된다. 예컨대, SiN막을 형성하는 경우, 막의 조성비가 화학량론(化學量論) 조성인 N/Si≒ 1.33이 되도록, 또 SiO막을 형성하는 경우, 막의 조성비가 화학량론 조성인 O/Si≒2가 되도록 가스의 공급 조건이 제어된다.
한편, 형성하는 막의 조성비가 화학량론 조성과 다른 소정의 조성비가 되도록 가스의 공급 조건을 제어하는, 즉 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소 가운데, 적어도 1개의 원소가 다른 원소보다도 화학량론 조성에 대하여 과잉이 되도록 가스의 공급 조건을 제어하는 것도 가능하다. 이와 같이, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소의 비율, 즉 막의 조성비를 제어하면서 성막을 수행할 수 있다. 이하에서는, 도 7의 흐름도(flow chart) 및 도 8의 시퀀스 다이어그램을 이용하여, ALD법에 의한 ZrO2막의 성막 공정에 대해서 설명한다.
ALD법에서는, 예컨대 ZrO2막 형성의 경우, TEMAZ와 O3을 이용해서 150∼250℃의 저온에서 고품질의 성막이 가능하다.
우선, 상술한 바와 같이, 웨이퍼(2)가 상기 보트(18)에 장전(웨이퍼 차징)되면, 도 2에 도시되는 바와 같이, 웨이퍼(2)를 보지한 상기 보트(18)는, 상기 보트 엘리베이터(22)에 의해 상승되어, 상기 처리실(31) 내에 반입(보트 로딩)된다. 이 상태에서, 상기 씰 캡(24)은 상기 O링(29)을 개재하여 상기 매니폴드(28)의 하단 개구를 씰링(sealing)한 상태가 된다.
다음으로, 상기 처리실(31)이 원하는 압력(진공도)이 되도록 상기 진공 펌프(55)에 의해서 진공 배기된다. 이 때, 상기 처리실(31) 내의 압력은, 상기 압력 센서(62)에 의해서 측정되고, 측정된 압력에 기초하여 상기 APC 밸브(54)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 상기 처리실(31) 내가 원하는 온도 분포가 되도록, 상기 히터(26)에 의해서 가열된다. 이 때, 상기 온도 센서(63)가 검출한 온도 정보에 기초하여 상기 히터(26)로의 통전 상태가 피드백 제어된다. 계속해서, 상기 보트 회전 기구(56)에 의해서 상기 보트(18)가 회전되는 것으로 웨이퍼(2)가 회전되고, 그 상태로 TEMAZ 가스와 O3가스가 상기 처리실(31) 내로 공급되는 것으로, ZrO2막이 성막된다. 상기 성막 공정에서는, 도 8의 시퀀스 다이어그램에 도시되는 4개의 스텝이 순차적으로 실행된다.
STEP:01
상기 컨트롤러(57)로부터의 명령에 따라서, 상기 제1 가스 공급관(33)에 TEMAZ, 상기 제1 캐리어 가스 공급관(38)에 캐리어 가스(N2)를 흘려보낸다. 이 때, 상기 가스 배기관(53)의 상기 APC 밸브(54)는 열려 있다.
다음으로, 상기 제1 밸브(37)와 상기 제3 밸브(41)를 함께 여는 것으로, 캐리어 가스가 상기 제1 캐리어 가스 공급관(38)으로부터 흘러, 상기 제2 매스 플로우 컨트롤러(39)에 의해서 상기 컨트롤러(57)로 설정된 설정값대로 유량 조정된다. TEMAZ는, 상기 제1 가스 공급관(33)으로부터 흘러, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)에 의해서 상기 컨트롤러(57)에서 설정된 설정값대로 유량 조정되고, 상기 기화기(36)에 의해서 기화되어, 동일하게 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하여 상기 제1 가스 공급공(44)으로부터 상기 처리실(31)에 공급되고, 상기 배기관(53)으로부터 배기된다.
이 때, 상기 APC 밸브(54)를 적정하게 조정하여 상기 처리실(31) 내의 압력을 10∼900Pa의 범위, 예컨대 30Pa로 한다. 또한, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)에서 제어되는 TEMAZ의 공급량은 0.1∼0.5g/min이며, TEMAZ가스에 웨이퍼(2)를 노출하는 시간은 1∼300초간이다. 또한 이 때, 상기 히터(26)의 온도는 웨이퍼(2)의 온도가 150∼250℃의 범위이며, 예컨대 220℃가 되도록 설정되어 있고, TEMAZ를 상기 처리실(31) 내에 공급하는 것으로, 상기 웨이퍼(2) 상의 하지막(下地膜) 등의 표면 부분과 표면 반응(화학 흡착)한다.
STEP:02
다음으로, 상기 제1 밸브(37)를 닫고, TEMAZ의 공급을 정지한다.
한편, 상기 APC 밸브(54)는 연 상태로 하여 상기 진공 펌프(55)에 의해서 상기 처리실(31) 내를 20Pa이하가 될 때까지 배기하고, 잔류 TEMAZ가스를 상기 처리실(31) 내로부터 배제한다. 이 때, N2등의 불활성 가스를 상기 처리실(31) 내로 공급하는 것으로, 잔류 TEMAZ가스를 보다 효과적으로 배제할 수 있다.
STEP:03
다음으로, 상기 제2 밸브(46)와 상기 제4 밸브(49)를 함께 열고, 상기 제2 캐리어 가스 공급관(47)에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 캐리어 가스는, 상기 제2 캐리어 가스 공급관(47)으로부터 흘러, 제3 매스 플로우 컨트롤러(48)에 의해서 상기 컨트롤러(57)에서 설정된 설정값대로 유량 조정된다. 또한, O3은 상기 제2 가스 공급관 (34)으로부터 흘러서, 상기 제3 매스 플로우 컨트롤러(48)에 의해서 유량 조정되고, 마찬가지로 유량 조정된 캐리어 가스와 혼합되어, 상기 제2 가스 공급공(52)으로부터 상기 처리실(31) 내에 공급되고, 상기 배기관(53)으로부터 배기된다.
이 때, 상기 APC 밸브(54)를 적정하게 조정해서 상기 처리실(31) 내의 압력을 10∼900Pa의 범위, 예컨대 66Pa로 유지하고, 1∼300초간, 웨이퍼(2)가 O3에 노출된다. 또한, 웨이퍼(2)의 온도는, STEP:01의 TEMAZ가스의 공급시와 같이 150∼250℃의 범위, 예컨대 220℃가 되도록 상기 히터(26)를 설정한다. O3의 공급에 의해서, 웨이퍼(2)의 표면에 화학 흡착한 TEMAZ와 O3이 표면 반응하고, 웨이퍼(2) 상에 ZrO2막이 성막된다.
STEP:04
ZrO2막의 성막 후, 상기 제2 밸브(46) 및 상기 제4 밸브(49)를 닫고, 상기 진공 펌프(55)에 의해서 상기 처리실(31) 내를 진공 배기하고, 잔류하는 O3의 성막에 기여한 후의 가스를 배제(排除)한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 상기 반응관(27) 내에 공급하는 것으로, 잔류하는 O3의 성막에 기여한 후의 가스를 상기 처리실(31)로부터 보다 효과적으로 배제할 수 있다.
상술한 STEP:01∼STEP:04를 1사이클로 하여 이 사이클을 복수 회 반복하는 것에 의해서, 웨이퍼(2) 상으로 소정의 막 두께의 ZrO2막을 성막할 수 있다.
소정 막 두께의 ZrO2막이 형성되는 성막 처리가 수행되면, N2가스 등의 불활성 가스가 상기 처리실(31) 내에 공급되면서 배기되는 것으로, 상기 처리실(31) 내가 불활성 가스로 퍼지된다(가스 퍼지). 그 후, 상기 처리실(31) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
상기 처리실(31) 내의 압력을 상압으로 복귀시킨 후, 상기 보트 엘리베이터(22)에 의해서 상기 씰 캡(24)이 하강되어, 상기 매니폴드(28)의 하단이 개구되는 동시에, 처리 완료된 웨이퍼(2)가 상기 보트(18)에 장전된 상태로 상기 처리실(31) 내로부터 반출되어(보트 언로딩), 최후에 처리 완료된 웨이퍼(2)가 상기 보트(18)로부터 꺼내져(웨이퍼 디스차징), 일련의 처리가 완료된다.
다음으로, 도 4에 있어서, 본 발명의 상기 기판 처리 장치(1)에 있어서의 액체 원료 및 용매의 공급 배기계에 관한 개략 구성을 설명한다.
상기 공급 배기계는 TEMAZ가 수용된 액체 원료 탱크(59)와, TEMAZ에 비해서증기압이 높고 TEMAZ와는 반응하지 않는 노멀헥산 등의 용매가 수용된 용매 탱크(61)와, TEMAZ나 용매의 유량을 조정하는 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)와, TEMAZ를 기화시키는 상기 기화기(36)와, 잔류한 TEMAZ를 배기하는 진공 펌프(55)를 포함하고, 상기 액체 원료 탱크(59)와 상기 용매 탱크(61)와 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)와 상기 기화기(36)와 진공 펌프(55)는 각각 배관에 의해 접속되어 있다.
또한, 상기 기화기(36)가 배관을 개재하여 미도시의 처리실(31)과 접속되는 동시에, 상기 액체 원료 탱크(59)와 상기 용매 탱크(61)는, 각각 도시하지 않은 N2등의 압송용 불활성 가스를 공급하는 압송용 불활성 가스 공급계와 배관을 개재하여 접속되고 있어, 상기 액체 원료 탱크(59)와 압송용 불활성 가스 공급계로 액체 원료 공급계를 구성하고, 상기 용매 탱크(61)와 압송용 불활성 가스 공급계로 용매 공급계를 구성하고 있다.
또한, 상기 배관에는 소정의 부분에 밸브(a~j)가 설치되고, 상기 밸브(a∼j)는 상기 컨트롤러(57)와 전기적으로 접속되어 있어서 상기 컨트롤러(57)의 명령에 따라서 배관 내를 흐르는 액체 원료나 용매의 유로(流路)를 바꿀 수 있도록 되어 있다.
한편, 액체 원료 및 용매의 유량의 제어는, 미도시의 압송용 불활성 가스 공급계로부터 공급되는 압송용 불활성 가스에 의해서 수행되고, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)를 유량만을 검지(檢知)하는 액체 유량계로 하여도 좋다.
본 실시예에서는, 장치의 교환 등에 의해서 처음으로 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)를 사용할 경우에는, 실제로 성막 처리를 수행하기 전에 동작 확인을 수행하는 것으로, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)에 불량이 있는지 아닌지를 확인하는 공정이 실행된다.
이하, 도 5에 도시되는 흐름도를 이용하여, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)의 동작 확인을 하는 공정에 대해서 설명한다.
STEP:11
상기 컨트롤러(57)로부터의 명령에 의해서 동작 확인 처리가 개시되면, 상기 컨트롤러(57)가 우선 상기 진공 펌프(55)를 작동시키고, 상기 밸브(c, e)를 개방하고, 상기 밸브(b, d, f, j) 및 상기 진공 펌프(55)로 둘러싸이는 영역의 배관 내의 압력을 내린다.
STEP:12
배관 내의 감압이 완료되면, 상기 밸브(c, e)를 폐색하고, 상기 밸브(a)를 개방하는 것으로, 상기 용매 탱크(61) 내에 압송용 불활성 가스를 공급하고, 상기 용매 탱크(61) 내의 압력을 승압시킨다.
STEP:13
상기 용매 탱크(61) 내의 승압이 완료된 후, 상기 밸브(b, c, e)를 개방하고, 상기 컨트롤러(57)로부터 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)의 유량의 설정값(역치)을 입력하는 것으로, 상기 용매 탱크(61)로부터 상기 밸브(b, c)를 개재하여 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)에 용매가 공급되고, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)에 공급된 용매가 상기 밸브(e), 상기 진공 펌프(55)를 개재하여 상기 기판 처리 장치(1) 밖으로 배기된다.
STEP:14
이 때, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)에서 제어된 용매의 유량이 상기 컨트롤러(57)에 피드백되고, 상기 컨트롤러(57)는 피드백된 계측값과 미리 입력된 설정값(예컨대 0.5g)을 비교하여, 설정값대로 용매가 흐르고 있는 것인지 아닌지를 판단한다. 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)에 실제로 용매가 흐르고 있는 지, 또한 용매의 유량을 컨트롤 할 수 있는지를 확인하고, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)가 문제없이 작동하고 있다고 판단된 경우에는, 용매를 제거해서 N2 등의 불활성 가스의 공급 및 진공 배기를 적절히 수행하는 것에 의해서 상기 처리실(31) 내를 퍼지하고, 액체 원료를 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)에 공급하는 것으로 웨이퍼(2)의 성막 처리가 수행된다.
또한, 용매가 설정값대로 흐르고 있지 않고, 또 용매의 유량을 컨트롤 할 수 없고, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)에 불량이 있다고 판단되었을 경우에는, 처리가 중단되어, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)의 교환이나 수리 등의 작업이 수행된다.
또한, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)의 동작 확인은, 상기 컨트롤러(57)의 화면을 보고 작업자가 직접 확인해도 좋고, 상기 컨트롤러(57)에 확인시켜도 좋다. 또한, 상기 컨트롤러(57)에 알림부(미도시)를 부가하여, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)가 정상적으로 동작하지 않고 있는 경우에는, 상기 알림부에 의해 소리를 울리고, 화면에 표시하고, 또는 패트라이트(경광등)를 표시시키는 등의 알람을 알려줌에 따라 작업자에게 그 취지를 통지해도 좋다.
웨이퍼(2)의 성막을 수행할 때는, 상기 액체 원료 탱크(59) 내의 액체 원료가, 압송용 불활성 가스에 의해서 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)를 경유하여 상기 기화기(36)에 보내지고, 액체 원료는 상기 기화기(36)에서 기화된 후, 상기 밸브(h)를 개재하여 상기 처리실(31)로 공급되어, 웨이퍼(2)의 성막에 기여한다. 웨이퍼(2)의 성막 후에는, 상기 진공 펌프(55)를 개재하여 상기 가스 배기관(53)으로부터 배기된다.
한편, 일정 시간 성막을 수행하면, 상기 기화기(36) 내에 부생성물이 발생하지만, 상기 용매 탱크(61) 내의 용매를 상기 기화기(36) 내를 세정하는 세정액으로서 이용해도 좋다.
세정을 할 경우에는, 상기 컨트롤러(57)로부터의 명령에 따라서, 우선 상기 밸브(a∼j) 모두를 폐색한 후에 상기 밸브(e, f)를 개방하고, 상기 밸브(c, d, g, h, j)에 둘러싸이는 영역의 배관 내에 잔류한 액체 원료를 상기 진공 펌프(55)를 개재하여 배기하고, 배관 내를 진공 상태로 한다.
다음으로, 상기 밸브(j)를 개방하는 것으로 압송용 불활성 가스에 의해서 배관 내를 퍼지하고, 퍼지가 종료되면, 다시 상기 밸브(j)를 폐색하고, 배관 내를 진공 상태로 한다.
그 다음에, 상기 밸브(a, b)를 개방하고, 상기 압송용 불활성 가스의 작용에 의해서 상기 기화기(36) 내에 용매를 도입한다. 소정 시간 경과 후, 상기 밸브(a, b)를 폐색하고, 상기 밸브(g, j)를 개방하는 것으로 상기 기화기(36) 내의 부생성물을 제거할 수 있다. 마지막으로, 상기 밸브(g, j)를 폐색하고, 상기 밸브(e, f)를 개방하는 것으로 배관 내의 압력을 내리고, 배관 내에 잔류한 용매도 제거할 수 있다. 이 때, 배관 내에 잔류하고 있는 것은, 노멀헥산 등의 휘발성이 높은 용매이므로, 압송용 불활성 가스에 의한 퍼지나 상기 진공 펌프(55)에 의한 감압만으로는 모두 제거할 수 없었던 경우라도, 증발하여 배관 내에 잔류하지 않는다.
상술한 바와 같이, 휘발성이 높고, 배관 내에 잔류하지 않는 용매를 이용하여, 성막 처리 전에 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35) 또는 액체 유량계의 동작 확인을 수행하므로, 성막 처리시에 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)나 액체 유량계의 불량이 발견되었을 때에 필요한, 액 제거→퍼지→용매에 의한 세정→퍼지와 같은 작업이 불필요가 되고, 작업 시간을 대폭 단축할 수 있는 동시에, 교환 시의 잔류 액체 원료와 대기의 반응에 의한 배관 등의 부재의 오염을 방지할 수 있다.
또한, 용매를 이용해서 배관이나 상기 기화기(36)의 세정을 수행 할 수 있으므로, 새로이 세정액의 공급계를 설치할 필요가 없고, 비용의 삭감을 도모할 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서의 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)의 동작 확인은, 주로 초기 조정 시에 수행되고, 특히 High-k막과 같이 일단 액체 원료를 흘려보내기 시작하면 멈출 수 없는 성막 공정에 있어서는 초기 조정시 이외의 타이밍에서는 동작 확인이 수행되지 않는다. 성막 공정에 있어서는, 액체 원료의 공급이 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)의 동작 확인에 상당(相當)하고 있고, 불량이 발생한 단계에서 처리가 정지되어, 상기 액체 매스 플로우 컨트롤러(35)의 교환이 수행된다.
또한, 본 발명은 ZrO2막의 성막에 한정되는 것이 아니고, 증기압이 낮은 액체 원료를 이용하는 막종(膜種)으로서, 기화기와 매스 플로우 컨트롤러를 사용하는 다른 막종에 대하여도 적용 가능한 것은 물론이다.
적용 가능한 용매의 조건으로서는, 액체 원료보다도 증기압이 높은 유기 용매이며, 휘발성이 높게 잔존하지 않는 것이 바람직하고, 액체 원료의 종류에 의해 조합시키는 용매가 변경된다. 예컨대, TEMAZ, TEMAH에 관해서는, 옥탄(octane) 등 탄소의 원자수가 다른 것이어도 되고, 탄소 원자가 6개인 헥산, 탄소 원자가 7개인 헥탄, 탄소 원자가 8개인 옥탄 등이 적용 가능하다.
[부기(付記)]
또한, 본 발명은 이하의 실시의 형태를 포함한다.
(부기 1)
기판을 수용하는 처리실과,
상기 처리실에 상온 상압에서 액체인 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급계와,
상기 처리실에, 액체 원료보다도 증기압이 높은 용매를 공급하는 용매 공급계와,
상기 액체 원료 및 상기 용매의 유량을 제어하는 액체 유량 제어 장치와,
상기 액체 원료 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하는 제어부
를 포함하고,
상기 제어부는 상기 액체 원료 공급계가 상기 액체 유량 제어 장치를 개재하여 상기 처리실에 액체 원료를 공급하기 전에, 상기 용매 공급계보다 용매를 상기 액체 유량 제어 장치에 공급하는 것으로 상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인을 수행하도록 상기 액체 원료 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
(부기 2)
상기 처리실에 상기 액체 원료를 공급하는 것에 의해서 상기 기판에 막을 형성하는 기판 처리 장치로서,
상기 제어부는,
상기 액체 유량 제어 장치를 감시해서 상기 액체 유량 제어 장치를 흐르는 용매의 유량을 계측하는 계측부와,
상기 계측한 용매의 유량과 소정의 역치의 크기를 비교하는 비교부와,
를 포함하고,
상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위 내일 때에, 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하고, 상기 액체 원료를 공급하는 것에 의해서, 부기 1의 기판에 막을 형성하는 기판 처리 장치.
(부기 3)
상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위 밖일 때에, 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하고, 상기 유량 제어 장치의 메인터넌스를 수행하는 부기 2의 기판 처리 장치.
(부기 4)
상기 제어부는, 알림부를 포함하고, 상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위밖일 때에, 경고를 알리는 부기 2의 기판 처리 장치.
(부기 5)
상기 경고는, 소리에 의한 알림, 화면에서의 표시, 패트라이트(경광등) 점등 중 어느 하나인 부기 4의 기판 처리 장치.
(부기 6)
상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인은, 초기 조정시 또는 액체 유량 제어 장치의 교환시에 수행하는 부기 1의 기판 처리 장치.
(부기 7)
처리실에 접속된 액체 유량 제어 장치에 용매를 공급하는 공정과,
상기 액체 유량 제어 장치를 감시해서 상기 액체 유량 제어 장치를 흐르는 용매의 유량을 계측하는 공정과,
상기 계측한 용매의 유량과 소정의 역치의 크기를 비교하는 공정과,
상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위 내일 때에, 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하는 공정과,
상기 처리실에, 상기 액체 유량 제어 장치를 개재하여 공급되는 액체 원료를 기화한 기화 가스와, 상기 기화 가스와 반응하는 반응 가스를 교호적으로 공급하고, 상기 처리실에 재치된 기판의 표면에 소정의 막을 형성하는 공정
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
(부기 8)
처리실에 접속된 액체 유량 제어 장치에 용매를 공급하는 공정과,
상기 액체 유량 제어 장치를 감시해서 상기 액체 유량 제어 장치를 흐르는 용매의 유량을 계측하는 공정과,
상기 계측한 용매의 유량과 소정의 역치의 크기를 비교하는 공정과,
상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위 내일 때에, 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하는 공정
을 포함하는 액체 유량 제어 장치의 동작 확인 방법.
1: 기판 처리 장치 2: 웨이퍼
19: 처리로 27: 반응관
31: 처리실 35: 액체 매스 플로우 컨트롤러
36: 기화기 53: 가스 배기관
55: 진공 펌프 57: 컨트롤러
59: 액체 원료 탱크 61: 용매 탱크
62: 압력 센서 63: 온도 센서

Claims (8)

  1. 기판을 수용하는 처리실;
    상기 처리실에 상온 상압에서 액체인 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급계;
    상기 처리실에, 상기 액체 원료보다도 증기압이 높은 용매를 공급하는 용매 공급계;
    상기 액체 원료 및 상기 용매의 유량을 제어하는 액체 유량 제어 장치; 및
    상기 액체 원료 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 액체 원료 공급계가 상기 액체 유량 제어 장치를 개재하여 상기 처리실에 상기 액체 원료를 공급하기 전에, 상기 용매 공급계로부터 상기 용매를 상기 액체 유량 제어 장치에 공급하는 것으로 상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인을 수행하도록 상기 액체 원료 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하고, 상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인은, 초기 조정 시 또는 액체 유량 제어 장치의 교환 시에 수행하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는,
    상기 처리실에 상기 액체 원료를 공급하는 것에 의해서 상기 기판에 막을 형성하는 것으로,
    상기 제어부는,
    상기 액체 유량 제어 장치를 감시하여 상기 액체 유량 제어 장치를 흐르는 용매의 유량을 계측하는 계측부; 및
    상기 계측한 용매의 유량과 소정의 역치의 크기를 비교하는 비교부를 포함하고,
    상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위 내일 때에, 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하고, 상기 액체 원료를 공급하는 것인 기판 처리 장치.
  3. 기판을 수용하는 처리실;
    상기 처리실에 상온 상압에서 액체인 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급계;
    상기 처리실에, 상기 액체 원료보다도 증기압이 높은 용매를 공급하는 용매 공급계;
    상기 액체 원료 및 상기 용매의 유량을 제어하는 액체 유량 제어 장치; 및
    상기 액체 원료 공급계가 상기 액체 유량 제어 장치를 개재하여 상기 처리실에 상기 액체 원료를 공급하기 전에, 상기 용매 공급계로부터 상기 용매를 상기 액체 유량 제어 장치에 공급하는 것으로 상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인을 수행하도록 상기 액체 원료 공급계, 상기 용매 공급계 및 상기 액체 유량 제어 장치를 제어하는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치로서,
    상기 기판 처리 장치는, 상기 처리실에 상기 액체 원료를 공급하는 것에 의해서 상기 기판에 막을 형성하는 것이고,
    상기 제어부는,
    상기 액체 유량 제어 장치를 감시하여 상기 액체 유량 제어 장치를 흐르는 용매의 유량을 계측하는 계측부; 및
    상기 계측한 용매의 유량과 소정의 역치의 크기를 비교하는 비교부를 포함하고,
    상기 용매의 유량이 소정의 역치(threshold value)의 범위 내일 때에, 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하고, 상기 액체 원료를 공급하고, 상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위 밖일 때, 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하고, 상기 유량 제어 장치의 메인터넌스를 수행하는 기판 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 알림부를 포함하며, 상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위 밖일 때에 경고를 알리는 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 경고는, 소리에 의한 알림, 화면에서의 표시, 경광등의 점등 중 어느 하나인 기판 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 처리실에 접속되며 액체 원료 및 용매의 유량을 제어하는 액체 유량 제어 장치에 용매를 공급하는 공정;
    상기 액체 유량 제어 장치를 감시하여 상기 액체 유량 제어 장치를 흐르는 상기 용매의 유량을 계측하는 공정;
    상기 계측한 용매의 유량과 소정의 역치의 크기를 비교하는 공정;
    상기 용매의 유량이 소정의 역치의 범위 내일 때에, 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하는 공정;
    상기 액체 유량 제어 장치에 상기 액체 원료를 공급하는 공정; 및
    상기 처리실에, 상기 액체 유량 제어 장치를 개재하여 공급되는 상기 액체 원료를 기화한 기화 가스 및 상기 기화 가스와 반응하는 반응 가스를 교호적(交互的)으로 공급하여, 상기 처리실에 재치(裁置)된 기판의 표면에 소정의 막을 형성하는 공정
    을 포함하고,
    상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인은, 초기 조정 시 또는 액체 유량 제어 장치의 교환 시에 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 처리실에 접속되며 액체 원료 및 용매의 유량을 제어하는 액체 유량 제어 장치에 용매를 공급하는 공정;
    상기 액체 유량 제어 장치를 감시해서 상기 액체 유량 제어 장치를 흐르는 상기 용매의 유량을 계측하는 공정;
    상기 계측한 용매의 유량과 소정의 역치의 크기를 비교하는 공정; 및
    상기 용매의 유량이 상기 소정의 역치의 범위 내일 때에, 상기 처리실로부터 상기 용매를 제거하는 공정
    을 포함하고,
    상기 액체 유량 제어 장치의 동작 확인은, 초기 조정 시 또는 액체 유량 제어 장치의 교환 시에 수행하는 액체 유량 제어 장치의 동작 확인 방법.
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