KR101309442B1 - 가스 처리 장치, 가스 처리 방법 및 기억매체 - Google Patents

가스 처리 장치, 가스 처리 방법 및 기억매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기화기나 매스 플로미터 등의 고가의 설비를 이용하지 않고, 쓸모없어지는 액체의 양을 적게 할 수 있는 가스 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제어 기구(40)는, 원료 저장 용기(20)를 진공 배기하여 소정의 진공압으로 한 후, 배기를 정지하여 원료 저장 용기(20)를 밀폐 상태로 하고, 원료 저장 용기(20) 안의 진공압에 의해, 원료 저장 용기(20) 안을 액체 원료의 기화에 의해 형성된 처리 가스의 분위기로 하며, 챔버(2) 안에 피처리 기판(W)을 수용한 상태에서, 챔버(2)를 진공 배기하여 소정의 진공압으로 한 후, 배기를 정지하여 챔버(2) 안을 밀폐 상태로 하고, 계속해서 개폐 밸브(23)를 개방하여, 원료 저장 용기(20)로부터 처리 가스를 챔버(2)에 유입시켜, 챔버(2) 내부가 진공압보다 높고, 액체 원료의 증기압보다 낮은 처리압이 된 시점에서 개폐 밸브(23)를 폐쇄하여, 처리압의 처리 가스 분위기로 하도록 제어한다.

Description

가스 처리 장치, 가스 처리 방법 및 기억매체{GAS TREATMENT APPARATUS, GAS TREATMENT METHOD, AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 소정의 가스 분위기에서 기판에 대한 가스 처리를 실시하는 가스 처리 장치 및 가스 처리 방법과, 이러한 처리 방법을 실시하기 위한 프로그램을 기억한 기억매체에 관한 것이다.
최근에, 반도체 디바이스의 고속화, 배선 패턴의 미세화, 고집적화의 요구에 대응하여, 배선간의 용량의 저하, 배선의 도전성 향상 및 일렉트로마이그레이션 내성의 향상이 요구되고 있고, 이에 대응한 기술로서, 배선 재료로 알루미늄(Al)이나 텅스텐(W)보다 도전성이 높고 일렉트로마이그레이션 내성이 우수한 구리(Cu)를 이용하고, 층간 절연막으로서 저유전율막(Low-k막)을 이용한 Cu 다층 배선 기술이 주목받고 있다. 이러한 Cu 다층 배선 기술에서는, Low-k막으로서 메틸기 등의 알킬기를 말단기로서 갖는 것이 일반적으로 이용되고 있고, 또한 배선 홈 또는 접속 구멍의 형성에는 듀얼 다마신법(damascene method) 등의 다마신 프로세스가 많이 이용되고 있다.
다마신 프로세스에 있어서는, 에칭이나 레지스트막 제거 시에, Low-k 재료로 이루어지는 층간 절연막이 손상되어, 층간 절연막의 유전율의 상승을 초래하여, Low-k 재료를 이용하는 효과가 손상되기 때문에, 이러한 손상(damage)을 회복시키는 기술로서, 에칭이나 레지스트막 제거 후에, 실릴화 처리를 행하는 것이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 1).
이러한 실릴화 처리는, 상온에서 액상 실릴화제를 기화시켜 챔버 안에 공급하고, 챔버 안을 소정의 가스 분위기로 하는 실릴화 유닛에 의해 행해진다. 그리고, 이 실릴화 처리에 의해, 피처리 기판에 형성된 Low-k막의 손상된 부분을 개질하여 메틸기 등의 알킬기를 말단기로 한다.
이러한 실릴화 유닛에 있어서는, 액상 실릴화제를 매스 플로미터로 유량 제어하여 일정량으로 기화기에 공급하여 승온시키고, 기화기에서 가스화된 실릴화제를 진공 유지된 챔버 내에 공급한다. 챔버 내부는 진공압으로 유지되어 있기 때문에, 챔버 내에 공급된 실릴화제는 완전히 가스화되고, 배기 밸브를 폐쇄함으로써 챔버 내의 가스압이 서서히 상승한다. 그리고, 챔버 내의 압력이 처리압까지 상승한 시점에서 실릴화제를 공급하는 밸브를 폐쇄하고, 챔버 내부를 처리압으로 유지된 가스상의 실릴화제 분위기로 유지하며, 소정 시간 방치함으로써 실릴화 반응을 발생시킨다.
그러나, 종래의 실릴화 유닛에 있어서는, 결로 방지의 관점에서 기화기의 온도를 그다지 높게 할 수 없고, 배관 등에 액 잔여물이 존재하는 경우가 있다. 또한 실릴화제를 액체 상태로 유량 제어하고 있기 때문에 밸브 폐쇄 신호가 내려지고 실제로 밸브가 폐쇄될 때까지의 동안에 실릴화제가 과잉 공급되어 버린다. 이로 인하 여, 종래의 실릴화 유닛에 있어서는, 쓸모 없어지는 실릴화제가 상당량 존재한다고 하는 문제가 있다.
또한, 종래의 실릴화 유닛에서 이용되고 있는 기화기나 매스 플로미터는 고가이고, 장치 비용이 높다는 문제도 있다.
그리고, 이러한 문제는, 실릴화 유닛으로 한정되지 않고, 액체 원료를 기화기에 의해 가스화하여 챔버 내에 공급하고, 챔버 내부를 가스 분위기로 하여 피처리 기판을 가스 처리하는 장치 전반에 생길 가능성이 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2006-49798호 공보
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 기화기나 매스 플로미터 등의 고가의 설비를 이용하지 않고, 쓸모 없어지는 액체의 양을 적게 할 수 있는 가스 처리 장치 및 가스 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 이러한 가스 처리 방법을 실행하는 프로그램을 기억한 기억매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 관점에서는, 액체 원료를 기화시켜 생성한 처리 가스에 의해 피처리 기판에 가스 처리를 실시하는 가스 처리 장치로서, 상기 액체 원료를 저장하는 원료 저장 용기와, 피처리 기판이 수용되고, 상기 처리 가스의 분위기가 형성되는 챔버와, 상기 원료 저장 용기를 진공 배기하는 용기 배기 기구와, 상기 챔버를 진공 배기하는 챔버 배기 기구와, 상기 원료 저장 용기와 상기 챔버를 접속하는 접속 배관과, 상기 접속 배관에 설치된 개폐 밸브와, 상기 원료 저장 용기 내의 압력을 검출하는 용기 압력 센서와, 상기 챔버 내의 압력을 검출하는 챔버 압력 센서와, 상기 용기 배기 기구, 상기 챔버 배기 기구 및 상기 개폐 밸브를 제어하는 제어 기구를 포함하고, 상기 제어 기구는, 상기 용기 배기 기구에 의해 상기 원료 저장 용기를 진공 배기하여 소정의 진공압으로 한 후, 배기를 정지하여 상기 원료 저장 용기를 밀폐 상태로 하며, 상기 원료 저장 용기 내의 진공압에 의해, 상기 원료 저장 용기 내를 액체 원료의 기화에 의해 형성된 상기 처리 가스의 분위기로 하는 제1 조작과, 상기 챔버 내에 피처리 기판을 수용한 상태에서, 상기 챔버 배기 기구에 의해 상기 챔버를 진공 배기하여 소정의 진공압으로 한 후, 배기를 정지하여 상기 챔버 내를 밀폐 상태로 하는 제2 조작과, 상기 개폐 밸브를 개방하고, 상기 원료 저장 용기로부터 상기 처리 가스를 상기 챔버에 유입시키는 제3 조작과, 상기 챔버 내의 압력이 상기 진공압보다 높고, 상기 액체 원료의 증기압보다 낮은 처리압이 된 시점에서 상기 개폐 밸브를 폐쇄하여, 상기 처리압의 처리 가스 분위기로 하는 제4 조작을 포함하는 시퀀스로 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치를 제공한다.
상기 제1 관점의 가스 처리 장치에 있어서, 상기 용기 배기 기구는, 상기 원료 저장 용기에 접속된 용기 배기관과, 상기 용기 배기관에 설치된 개폐 밸브와, 상기 용기 배기관에 접속된 진공 펌프를 포함하고, 상기 챔버 배기 기구는, 상기 챔버에 접속된 챔버 배기관과, 상기 챔버 배기관에 설치된 개폐 밸브와, 상기 챔버 배기관에 접속된 진공 펌프를 포함하며, 상기 용기 배기 기구 및 상기 챔버 배기 기구는, 상기 진공 펌프를 작동시킨 상태에서, 상기 개폐 밸브를 개방함으로써 진공 배기를 행하고, 상기 개폐 밸브를 폐쇄함으로써 상기 원료 저장 용기 내부 및 상기 챔버 내부를 밀폐 상태로 하는 구성으로 할 수 있다. 이 경우에, 상기 용기 배기 기구와 상기 챔버 배기 기구는 공통의 진공 펌프를 포함하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 용기 배기관에는, 상기 개폐 밸브의 하류측에 니들 밸브가 설치되어도 좋다. 또한, 상기 챔버 배기 기구는, 상기 개폐 밸브를 바이패스하는 바이패스 배관을 포함하고, 상기 바이패스 배관에는, 개폐 밸브와, 그 하류측에 설치된 니들 밸브를 포함하는 구성으로 할 수도 있다.
또한, 상기 제1 관점의 가스 처리 장치에 있어서, 상기 원료 저장 용기는, 상기 처리 가스가 상기 챔버에 공급되고, 상기 접속 배관에 설치된 개폐 밸브가 폐쇄된 후, 저장된 액체 원료의 기화에 의해 그 내부의 압력이 상승한 상태가 되어, 다음 피처리 기판의 처리는, 상기 제어 기구가, 상기 제2 조작 내지 제4 조작으로 제어함으로써 행해지도록 할 수 있다. 그리고, 상기 제어 기구는, 상기 제2 조작 내지 제4 조작을 반복함으로써 연속적으로 복수의 피처리 기판에 대하여 가스 처리를 실시하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제1 관점의 가스 처리 장치에서, 상기 액체 원료는 실릴화제이고, 상기 가스 처리는 피처리체에 대한 실릴화 처리인 것이 전형적인 예로서 예시된다.
본 발명의 제2 관점에서는, 액체 원료를 저장하는 원료 저장 용기와, 피처리 기판이 수용되고, 처리 가스의 분위기가 형성되는 챔버와, 원료 저장 용기와 챔버를 접속하는 접속 배관과, 상기 접속 배관을 개폐하는 개폐 밸브를 포함하는 가스 처리 장치를 이용하여, 상기 액체 원료를 기화시켜 생성한 처리 가스에 의해 피처리 기판에 가스 처리를 실시하는 가스 처리 방법으로서, 상기 원료 저장 용기를 진공 배기하여 소정의 진공압으로 한 후, 배기를 정지하여 상기 원료 저장 용기를 밀폐 상태로 하고, 상기 원료 저장 용기 내의 진공압에 의해, 상기 원료 저장 용기 내를 액체 원료의 기화에 의해 형성된 상기 처리 가스의 분위기로 하는 제1 공정과, 상기 챔버 내에 피처리 기판을 수용한 상태에서, 상기 챔버를 진공 배기하여 소정의 진공압으로 한 후, 배기를 정지하여 상기 챔버 내를 밀폐 상태로 하는 제2 공정과, 상기 개폐 밸브를 개방하고, 상기 원료 저장 용기로부터 상기 처리 가스를 상기 챔버에 유입시키는 제3 공정과, 상기 챔버 내부가 상기 진공압보다 높고, 상기 액체 원료의 증기압보다 낮은 처리압이 된 시점에서 상기 개폐 밸브를 폐쇄하여, 상기 처리압의 처리 가스 분위기로 하는 제4 공정을 포함하며, 상기 처리압의 처리 가스 분위기의 상기 챔버 내에서 피처리 기판에 가스 처리가 실시되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 방법을 제공한다.
또한, 상기 제2 관점의 가스 처리 방법에 있어서, 상기 처리 가스가 상기 챔버에 공급되고, 상기 접속 배관에 설치된 개폐 밸브가 폐쇄된 후, 저장된 액체 원료의 기화에 의해 상기 원료 저장 용기 내의 압력이 상승한 상태가 되어, 다음 피처리 기판의 처리는, 상기 제2 공정 내지 제4 공정에 의해 행해지도록 할 수 있다. 그리고, 상기 제2 공정 내지 제4 공정을 반복함으로써 연속적으로 복수의 피처리 기판에 대하여 가스 처리를 실시하도록 할 수 있다.
또한, 상기 제2 관점의 가스 처리 방법에서, 상기 액체 원료는 실릴화제이고, 상기 가스 처리는 피처리체에 대한 실릴화 처리인 것이 전형적인 예로서 예시된다.
본 발명의 제3 관점에서는, 컴퓨터상에서 동작하고, 액체 원료를 저장하는 원료 저장 용기와, 피처리 기판이 수용되며, 처리 가스의 분위기가 형성되는 챔버와, 원료 저장 용기와 챔버를 접속하는 접속 배관과, 상기 접속 배관을 개폐하는 개폐 밸브를 포함하는 가스 처리 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억매체로서, 상기 프로그램은, 실행 시에, 상기 제2 관점의 가스 처리 방법이 행해지도록 컴퓨터에 처리 장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는 기억매체를 제공한다.
본 발명에 의하면, 상기 용기 배기 기구에 의해 상기 원료 저장 용기를 진공 배기하여 소정의 진공압으로 한 후, 배기를 정지하여 상기 원료 저장 용기를 밀폐 상태로 하고, 상기 원료 저장 용기 내의 진공압에 의해, 상기 원료 저장 용기 내를 액체 원료의 기화에 의해 형성된 상기 처리 가스의 분위기로 하며, 상기 챔버 내에 피처리 기판을 수용한 상태에서, 상기 챔버 배기 기구에 의해 상기 챔버를 진공 배기하여 소정의 진공압으로 한 후, 배기를 정지하여 상기 챔버 내를 밀폐 상태로 하고, 계속해서, 상기 개폐 밸브를 개방하여, 상기 원료 저장 용기로부터 상기 처리 가스를 상기 챔버에 유입시키고, 상기 챔버 내의 압력이 상기 진공압보다 높고, 상기 액체 원료의 증기압보다 낮은 처리압이 된 시점에서 상기 개폐 밸브를 폐쇄하여, 상기 처리압의 처리 가스 분위기로 하기 때문에, 원료 저장 용기에 있어서 진공압에 의해 기화된 처리 가스를 압력차를 이용하여 챔버 내에 공급하게 되며, 처리 가스는 원료 저장 용기 내에서 액체 원료가 기화된 분만큼 사용되고, 액 잔여물이나 액체 원료의 과잉 공급의 문제가 생기지 않아, 액체 원료의 사용량을 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 기화기나 매스 플로미터를 이용하지 않고, 압력 센서의 검출 정보에 기초하는 밸브 조작만으로 챔버 내를 소정의 처리압으로 하여 실릴화 처리를 행할 수 있기 때문에, 장치 비용을 낮게 억제할 수 있다.
또한, 원료 저장 용기를 일단 진공압으로 해 두면, 그 내부에서 액체 원료의 기화가 진행되고, 그 내부가 액체 원료의 증기압으로 유지되며, 기화된 처리 가스를 챔버에 공급함으로써 압력이 저하되어도, 증기압으로 되돌아가기 때문에, 복수의 피처리 기판에 대하여 연속적인 실릴화 처리가 가능하다.
또한, 본 발명의 실시에 있어서는, 상기 압력의 조정에 의해, 원료 저장 용기로부터 챔버 내부에 처리 가스가 공급되어 소정의 처리압으로 가스 처리가 행해지도록, 이들의 용적 및 처리압을 적절히 설정하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해서 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 실릴화 장치를 도시하는 개략 구성도이다.
이 실릴화 장치(1)는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(이하 단순히 웨이퍼라고 기재함)(W)를 수용하는 챔버(2)를 구비하고 있고, 챔버(2)는, 고정된 하부 용기(3)와, 하부 용기(3)의 위쪽을 덮는 덮개(4)로 구성되어 있다. 덮개(4)는 승강 기구(51)에 의해 승강 가능하게 되어 있으며, 덮개(4)를 하강시킴으로써 하부 용기(3)와 덮개(4)가 도시하지 않는 시일 부재에 의해 기밀하게 시일되어, 진공 유지 가능한 챔버(2)를 구성하고 있다. 또한, 챔버(2) 내부에 대한 웨이퍼(W)의 반입출시에는, 덮개(4)가 승강 장치(51)에 의해 상승된 상태가 된다.
하부 용기(3)에는 핫플레이트(5)가 구비되어 있고, 그 상면에는 웨이퍼(W)를 지지하는 복수의 핀(7)이 설치되어 있다. 또한, 핫플레이트(5) 내에는 히터(6)가 매설되어 있고, 이 히터(6)에 전류를 통하게 함으로써, 핀(7) 위에 놓여진 웨이퍼(W)를 예컨대 200℃ 이하의 소정 온도로 가열하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 핫플레이트(5)에는 도시하지 않는 승강핀이 돌출 함몰 가능하게 설치되어 있고, 이에 의해 웨이퍼(W)의 반입출시에 웨이퍼(W)를 승강하도록 되어 있다.
하부 용기(3)의 바닥부에서의 핫플레이트(5)의 외측 위치에는, 가스 도입구(8)가 마련되어 있고, 이 가스 도입구(8)에 챔버(2) 내로 실릴화제를 공급하기 위한 실릴화제 공급 배관(9)이 접속되어 있다.
덮개(4)의 대략 중앙에는 배기구(10)가 마련되어 있고, 이 배기구(10)에는 챔버(2) 내를 진공 배기하기 위한 챔버 배기관(11)이 접속되어 있다. 챔버 배기관(11)에는 진공 펌프(12)가 접속되어 있고, 진공 펌프(12)를 작동시킴으로써, 챔버(2) 내부를 소정의 진공압으로 유지하는 것이 가능하게 되어 있다. 챔버 배기관(11)에는, 상류측으로부터, 챔버(3) 내의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(13) 및 개폐 밸브(14)가 설치되어 있다. 또한, 챔버 배기관(11)에는 개폐 밸브(14)를 바이패스하도록 바이패스 배관(15)이 접속되어 있고, 바이패스 배관(15)에는 상류측으로부터 개폐 밸브(16) 및 니들 밸브(17)가 설치되어 있다. 그리고 개폐 밸브(14)를 개방하고, 개폐 밸브(16)를 폐쇄함으로써 챔버 배기관(11)을 통해 배기되는 한편, 개폐 밸브(14)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(16)를 개방함으로써, 바이패스 배관(15)을 통해 배기되지만, 바이패스 배관(15)에는 니들 밸브(17)가 설치되어 있기 때문에, 바이패스 배관(15)을 통해 저속으로 배기하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 챔버 배기관(11)이 고속 배기 라인으로서 기능하고, 바이패스 배관(15)이 저속 배기 라인으로서 기능한다.
챔버(2)의 외부에는 실릴화제 저장 탱크(20)가 배치되어 있고, 실릴화제 저장 탱크(20) 내에는, 실릴화제로서 예컨대 TMSDMA(Dimethylaminotrimethylsilane)가 액체 상태로 저장되어 있다. 실릴화제 저장 탱크(20)의 천정벽에는 실릴화제 공급 배관(9)의 타단이 접속되어 있다. 실릴화제 공급 배관(9)은, 실릴화제 저장 탱크(20)로부터 위쪽으로 연장되는 전단부(前段部)(9a)와, 전단부(9a)로부터 수평으로 연장되는 중단부(中段部)(9b)와, 중단부(9b)로부터 아래쪽으로 연장되고, 상기 가스 도입구(8)에 접속하는 후단부(後段部)(9c)로 이루어지고, 전단부(9a)에는, 상류측으로부터 릴리프 밸브(21)와 실릴화제 저장 탱크(20) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(22)가 설치되며, 중단부에는, 상류측으로부터 개폐 밸브(23) 및 니들 밸브(24)가 설치되어 있다. 또한, 중단부(9b)에서의 개폐 밸브(23)의 상류측 부분에는, 실릴화제 저장 탱크(20) 내부를 진공 배기하기 위한 탱크 배기관(25)이 접속되어 있고, 이 탱크 배기관(25)의 타단은 챔버 배기관(11)에 있어서 바이패스 배관(15)의 합류부보다 하류측에 접속되어 있다. 이 탱크 배기관(25)에는 상류측으로부터 개폐 밸브(26) 및 니들 밸브(27)가 설치되어 있다. 니들 밸브(27)가 설치되어 있기 때문에, 개폐 밸브(26)를 개방했을 때에 실릴화제 저장 탱크(20) 내부가 급격히 배기되는 것이 방지된다.
실릴화제 공급 배관(9)의 후단부(9c)에는, 챔버(2) 내부를 퍼지하기 위한 N2 가스 배관(28)이 접속되어 있다. N2 가스 배관(28)에는, 상류측으로부터 니들 밸 브(29) 및 개폐 밸브(30)가 설치되어 있다. 그리고, 실릴화제 공급 배관(9)의 개폐 밸브(23)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(30)를 개방함으로써, 챔버(2) 내에 N2 가스를 공급하여 챔버(2) 내부를 퍼지할 수 있다.
N2 가스 배관(28)으로부터는 실릴화제 저장 탱크(20) 내의 액체상의 실릴화제를 추출하기 위한 액 추출 배관(31)이 분기되어 있고, 이 액 추출 배관(31)은 실릴화제 공급 배관(9)의 전단부(9a)에 접속되어 있다. 이 액 추출 배관(31)에는 개폐 밸브(32)가 설치되어 있고, 이 개폐 밸브(32)를 개방함으로써, N2 가스 배관(28)으로부터 액 추출 배관(31) 및 실릴화제 공급 배관(9)의 전단부(9a)를 통해 실릴화제 저장 탱크(20) 내로 액 추출을 위한 압송 가스로서 N2 가스가 공급되도록 되어 있다.
실릴화제 저장 탱크(20)의 하부에는 배관(33)이 접속되어 있고, 배관(33)에는 실릴화제 공급 배관(34) 및 드레인 배관(35)이 접속되어 있다. 그리고, 실릴화제 공급 배관(34)에는 개폐 밸브(36)가 설치되고, 드레인 배관(35)에는 개폐 밸브(37)가 설치되어 있으며, 개폐 밸브(36)를 개방하고, 개폐 밸브(37)를 폐쇄함으로써, 실릴화제 공급 배관(34) 및 배관(33)을 경유하여 실릴화제 저장 탱크(20) 내에 실릴화제가 공급되며, 개폐 밸브(36)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(37)를 개방함으로써, 실릴화제 저장 탱크(20) 안의 실릴화제가 N2 압송에 의해 배관(33) 및 드레인 배관(35)을 통해 배액된다. 또한, 릴리프 밸브(21)가 가스 압송에 의한 배액 시의 안전 대책으로서 이용된다.
실릴화 장치(1)는 제어부(40)를 구비하고 있다. 이 제어부(40)는, 도 2의 블록도에 도시하는 바와 같이, 컨트롤러(41)와, 사용자 인터페이스(42)와, 기억부(43)를 구비하고 있다. 컨트롤러(41)는, 실릴화 장치(1)의 각 구성부, 예컨대 개폐 밸브(14, 16, 23, 26, 30, 32, 36, 37), 덮개(4)를 승강시키는 승강 기구(51), 진공 펌프(12) 등을 제어한다. 또한, 컨트롤러는, 개폐 밸브의 개폐 제어를 위한 정보로서, 압력 센서(13, 22)의 압력 검출값을 받아들인다. 사용자 인터페이스(42)가 컨트롤러(41)에 접속되고, 오퍼레이터가 실릴화 장치(1)를 관리하기 위해 커맨드 등의 입력 조작을 행하는 키보드나, 실릴화 장치(1)의 가동 상황을 시각적으로 표시하는 디스플레이 등으로 이루어진다. 기억부(43)도 컨트롤러(41)에 접속되고, 기억부에는 실릴화 장치(1)의 각 구성부의 제어 대상을 제어하기 위한 제어 프로그램이나, 실릴화 장치(1)에 소정의 처리를 행하게 하기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장되어 있다. 처리 레시피는 기억부(43) 내의 기억매체에 기억되어 있다. 기억매체는, 하드디스크와 같이 고정적인 것이어도 좋고, CDROM, DVD, 플래시메모리 등의 가반성(可搬性)의 것이어도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해 레시피를 적절하게 전송시키도록 하여도 좋다. 그리고, 컨트롤러(41)는, 필요에 따라서, 사용자 인터페이스(42)로부터의 지시 등에 의해 임의의 처리 레시피를 기억부(43)로부터 호출하여 실행시킴으로써 컨트롤러(41)의 제어 하에서, 소정의 처리를 행한다.
다음에, 이러한 실릴화 장치(1)에 의해 웨이퍼(W)의 실릴화 처리를 행할 때 의 처리 시퀀스에 대해서 도 3을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 처리 시퀀스는, 제어부(40)의 기억부(43)에서의 소정의 처리 레시피에 기초하여, 컨트롤러(41)가 장치의 각 구성부를 제어함으로써 행해진다.
우선, 실릴화제 저장 탱크(20)에 소정량의 실릴화제(TMSDMA)를 저장하고, 모든 개폐 밸브가 폐쇄된 상태에서, 챔버(2) 안에 1장째의 웨이퍼(W)를 반입한다. 웨이퍼(W)의 반입에 있어서는, 챔버(2)의 덮개(4)를 승강 기구(51)에 의해 상승시키고, 반송 아암(도시 생략)에 의해 웨이퍼(W)를 챔버(2) 내에 반송하며, 핫플레이트(5) 위에 돌출된 승강핀(도시 생략) 위에 올려 놓는다. 계속해서, 반송 아암을 챔버(2)로부터 후퇴시키고, 승강핀을 하강시켜 웨이퍼(W)를 핀(7) 위에 올려 놓은 상태로 한다. 그리고, 승강 기구(51)에 의해 덮개(4)를 하강시켜, 챔버(2) 내부를 기밀한 밀폐 공간으로 한다.
다음에, 실릴화제 저장 탱크(20) 내의 감압 처리를 행한다.
이 감압 처리에서는, 처음에 개폐 밸브(26)를 개방하고, 진공 펌프(12)에 의해 실릴화제 저장 탱크(20) 내부의 탈기를 시작한다(도 3의 t1). 이 때, 급격한 감압에 의한 액상 실릴화제의 튐을 방지하기 위해 니들 밸브(27)에 의해 배기 유속을 저속으로 하는 것이 바람직하다. 이 감압 처리에 의해 실릴화제 저장 탱크(20) 내의 압력이 저하되고, 탱크(20) 내부가 소정의 진공압, 예컨대 1 Torr(133.3 Pa)이 된 시점(도 3의 t2)에서, 개폐 밸브(26)를 폐쇄한다. 이 감압 처리에 의해, 실릴화제 저장 탱크(20) 내의 공기가 배기된다.
개폐 밸브(26)가 폐쇄된 상태에서는, 실릴화제 저장 탱크(20) 내부가 밀폐되어 있기 때문에, 실릴화제의 기화에 수반하여 그 내부의 압력이 상승해 가고, 실릴화제의 증기압으로 압력이 포화된다.
이와 같이 하여 실릴화제 저장 탱크(20) 내의 감압 처리가 종료된 후, 1장째의 웨이퍼(W)에 실릴화 처리를 실시한다.
우선, 소정의 타이밍, 예컨대 실릴화제 저장 탱크(20) 내부가 실릴화제의 증기압에 도달한 타이밍에서 밸브(14)를 개방하고, 진공 펌프(12)에 의해 챔버(2) 내부의 진공 배기를 시작한다(도 3의 t3). 이에 의해, 챔버(2) 안의 압력이 저하되고, 챔버(2) 내부가 소정의 진공압, 예컨대 1 Torr(133.3 Pa)가 된 시점(도 3의 t4)에서 개폐 밸브(14)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(23)를 개방한다.
이에 의해, 실릴화제 저장 탱크(20)의 내부와 챔버(2)의 내부가 이어지고, 실릴화제의 증기압으로 되어 있는 실릴화제 저장 탱크(20)로부터, 보다 낮은 압력의 챔버(2) 내로 실릴화제 증기가 공급되어, 실릴화제 저장 탱크(20) 내의 압력이 저하되고, 챔버(2) 내의 압력이 상승하여, 실릴화제 저장 탱크(20)와 챔버(2) 내의 압력이 동일한 값으로 되며, 실릴화제 저장 탱크(20) 내의 실릴화제가 기화되어 실릴화제 저장 탱크(20) 내부 및 챔버(2) 내부의 압력이 더욱 상승하게 된다. 그리고, 양자의 압력이 실릴화제의 증기압보다 낮은 처리압이 된 시점(도 3의 t5)에서 개폐 밸브(23)를 폐쇄한다. 이에 의해, 챔버(2) 안은 처리압으로 유지되어 1장째 웨이퍼(W)의 실릴화 처리가 시작된다. 이 때, 실릴화제 저장 탱크(20) 내의 압력은 더 상승하고, 실릴화제의 증기압까지 상승한 시점에서 포화되어 다음 웨이퍼의 실릴화 처리에 대비한다. 여기서, 실릴화 처리를 행할 때의 처리압은 이용하는 실릴화제의 증기압보다 낮으면 좋고, 실릴화제 공급 전의 챔버(2) 안의 진공압은 처리압보다 낮으면 좋다.
또한, 개폐 밸브(23)를 개방했을 때에 급격한 압력 변동을 방지하기 위해 니들 밸브(24)를 개재시키고 있지만, 이와 같은 우려가 없을 경우에는 니들 밸브(24)는 설치하지 않아도 좋다.
이와 같이 하여 소정 시간 실릴화 처리를 실시한 후, 후술하는 바와 같이 챔버(2) 내의 배기 및 N2 퍼지를 행하여, 챔버(2) 내에 실릴화제가 실질적으로 잔존하지 않는 상태로 하며, 챔버(2)의 내부를 대기압으로 복귀시킨 후, 챔버(2)의 덮개(4)를 승강 기구(51)에 의해 상승시켜 1장째의 웨이퍼(W)를 챔버(2)로부터 반출하고, 2장째의 웨이퍼를 챔버(2)에 반입한다. 이 때, 실릴화제 저장 탱크(20) 내의 압력은, 이미 실릴화제의 증기압으로 되어 있기 때문에, 실릴화제 저장 탱크의 감압 처리는 불필요하다. 따라서, 2장째의 웨이퍼(W)의 처리에서는, 개폐 밸브(14)를 개방하여 챔버(2) 내부를 진공 배기하는 것부터 시작할 수 있고, 그 후는 1장째의 웨이퍼(W)의 처리와 완전히 동일한 시퀀스로 처리를 행할 수 있다. 그리고, 3장째 이후의 웨이퍼(W)에 대해서는 2장째의 웨이퍼(W)와 완전히 동일한 시퀀스로 실릴화 처리를 행할 수 있다.
또한, 실릴화제로서 TMSDMA를 이용한 경우에는, 그 실온(20℃)에서의 증기압 은 78.8 Torr(10.5 kPa)이고, 처리압은 이보다 낮은, 예컨대 55 Torr(7331.5 Pa)로 설정된다.
다음에, 배기도 포함한 실릴화 처리 시퀀스의 예를 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 여기서는, 실릴화제로서 TMSDMA를 이용하고, 진공압: 1 Torr, 처리압: 55 Torr로 한 예를 도시한다.
처음에, 개폐 밸브(14)를 개방하여, 대기압(760 Torr)의 챔버(2)를 진공 배기하여, 1 Torr의 진공압에 도달한 시점에서, 전술한 바와 같이 개폐 밸브(14)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(23)를 개방하여 챔버(2) 내에 실릴화제인 TMSDMA를 공급한다. 그리고, 챔버(2) 내부가 처리압인 55 Torr에 도달한 시점에서 개폐 밸브(23)를 폐쇄하고, 챔버(2) 내부를 처리압으로 유지하여 실릴화 처리를 시작한다. 즉, 챔버(2) 내에 처리압인 55 Torr의 TMSDMA 분위기가 형성됨으로써, 챔버(2) 내의 웨이퍼(W)에 존재하는 손상된 Low-k막의 표면에서 실릴화 반응이 생기고, 손상되어 말단기가 OH기로 된 부분이 개질되어, 말단기가 메틸기 등으로 된다.
이 실릴화 처리를 소정 시간 행한 후, 개폐 밸브(14 또는 16)를 개방하여, 챔버(2) 내를 배기한 후, 배기를 계속하는 상태로 개폐 밸브(30)를 개방하여, 챔버(2) 내에 N2 가스를 공급하여 챔버(2) 내부를 퍼지한다. 그 후, 개폐 밸브(14 또는 16)를 폐쇄하고, N2 가스의 퍼지만을 행하는 것으로 전환하고 챔버(2) 내부의 압력을 상승시키며, 챔버(2) 내부가 대기압이 된 시점에서 개폐 밸브(30)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(14 또는 16)를 개방하여, 다시 챔버(2) 내부를 진공 배기한다. 그리 고, N2 가스에 의한 챔버(2) 내부의 퍼지 및 진공 배기를 한 번씩 더 행하고, 마지막으로 챔버(2) 내에 N2 가스를 공급하여 챔버(2) 내부를 대기압으로 하며, 이 상태에서 승강 기구(51)에 의해 덮개(4)를 상승시켜 대기 개방하여, 웨이퍼(W)를 교체한다.
또한, 이 때의 조건은 실릴화제나 Low-k막의 재료 및 패턴 등에 따라서도 상이하지만, 상기 압력 조건 외에 이하의 조건이 예시된다.
처리 시간: 150 sec
핫플레이트 온도: 120℃∼160℃
TMSDMA 공급 체적: 0.21 mL/웨이퍼
TMSDMA 온도: 실온
챔버 용적: 500 mL
N2 가스 유량: 6 L/min
또한, 챔버(2)의 진공 배기를 시작한 후 실릴화 처리를 시작할 때까지의 시간은 예시적으로 10 sec∼15 sec 정도이고, 실릴화 처리가 종료된 후 챔버(2)를 대기 개방할 때까지의 시간은 예시적으로 40 sec∼45 sec 정도이다.
이상의 실릴화 처리를 소정 매수의 웨이퍼(W)에 대해서 실시한 후, 처리를 종료한 경우에는, 실릴화제 저장 탱크(20) 내에 잔류하고 있는 실릴화제를 배출하여 실릴화제 저장 탱크(20)를 비운다. 이 경우에는, 개폐 밸브(32 및 37)를 개방하여, 탱크(20) 내의 실릴화제를 N2 가스 압송에 의해 배관(33) 및 드레인 배관(35)을 통해 회수한다.
또한, 실릴화제 저장 탱크(20) 내에 실릴화제를 공급할 때는, 개폐 밸브(37)는 폐쇄한 상태에서, 개폐 밸브(36)를 개방하고, 가스 압송 또는 펌프 등의 적절한 수단에 의해 실릴화제 공급 배관(34) 및 배관(33)을 통해 실릴화제 저장 탱크(20)에 실릴화제를 공급한다.
본 실시형태에서는, 이상과 같이, 실릴화제 저장 탱크(20) 내에 실릴화제를 저장한 상태에서, 그 내부를 실릴화제의 증기압 분위기로 한 후, 개폐 밸브(14 또는 16)를 개방하여 챔버(2) 내부를 진공압으로 하고, 그 후 개폐 밸브(14 또는 16)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(23)를 개방함으로써, 압력이 높은 실릴화제 저장 탱크(20)로부터 압력이 낮은 챔버(2) 내로 실릴화제 증기를 공급하고, 챔버(2)가 실릴화제의 증기압보다 낮은 처리압이 된 시점에서 개폐 밸브를 폐쇄하여 챔버(2) 내부를 처리압으로 유지한 상태로 웨이퍼(W)에 대하여 실릴화 처리를 행한다. 이 때문에, 실릴화제 저장 탱크(20) 내에서 진공압에 의해 기화된 실릴화제를 압력차를 이용하여 챔버(2) 내에 공급하게 되기 때문에, 실릴화제는 기화된 분만큼 사용되고, 액 잔여물이나 실릴화제의 과잉 공급 등의 문제가 생기지 않아, 실릴화제의 사용량을 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 기화기나 매스 플로미터를 이용하지 않고, 압력 센서(13 및 22)의 검출 정보에 기초하는 밸브 조작만으로 챔버(2) 내부를 소정의 처리압으로 하여 실릴화 처리를 행할 수 있기 때문에, 장치 비용을 낮게 억제할 수 있다.
또한, 실릴화제 저장 탱크(20)를 일단 진공압으로 해두면, 그 내부에서 액상 실릴화제의 기화가 진행되고, 그 내부가 실릴화제의 증기압으로 유지되어, 기화된 실릴화제를 챔버(2)에 공급함으로 인해 압력이 저하되어도, 증기압으로 다시 복귀되기 때문에, 복수의 웨이퍼(W)에 대하여 연속적인 실릴화 처리가 가능하다.
또한, 종래의 기화기를 이용한 실릴화 장치의 경우는 가열에 의해 실릴화제를 기화시키기 때문에, 배관에서 온도가 저하되면 결로가 생기는 문제점이 있어, 배관 온도를 엄밀히 제어해야 하지만, 상기 실시형태에서는, 진공압에 의해 실릴화제를 기화시켜, 보다 낮은 압력의 챔버(2) 내로 공급하기 때문에, 배관 등에서 결로가 발생할 우려는 없다.
또한, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되지 않고, 여러 가지 변형 가능하다. 예컨대 상기 실시형태에서는, 실릴화제 저장 탱크(20) 내부를 배기하는 탱크 배기관(25)을 바이패스 배관(15)의 합류부보다 하류측에 접속했지만, 도 5에 도시하는 바와 같이, 바이패스 배관(15)의 개폐 밸브(16)와 니들 밸브(17) 사이의 부분에 접속하여도 좋다. 이에 의해, 니들 밸브(27)를 생략할 수 있다. 또한, 챔버(2)의 배기 배관을 고속 배기용 및 저속 배기용의 2 종류로 하고, 상황에 따라서 고속 배기와 저속 배기를 구분하여 사용할 수 있게 했지만, 어느 것이라도 좋다. 또한 실릴화제 저장 탱크(20)의 배기와 챔버(2)의 배기를 공통의 진공 펌프(12)를 이용하여 행하도록 했지만, 각각의 진공 펌프를 이용하여도 좋다. 또한, 하나의 실릴화제 저장 탱크(20)로부터 복수의 챔버(2)에 대하여 공급하도록 하여도 좋다.
또한, 원료 저장 탱크에서 원료를 기화할 때의 기화열에 의한 원료 저장 탱크의 온도 저하가 우려되는 경우에는, 원료 저장 탱크에 적절한 온도 조절 기구를 설치하여 원료 저장 탱크 내의 온도를 조절하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 실릴화제로서 TMSDMA를 이용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 실릴화제로서는, DMSDMA(Dimethylsilyldimethylamine), TMDS(1, 1, 3, 3-Tetramethyldisilazane), TMSPyrole(1-Trimethylsilylpyrole), BSTFA(N, O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide), BDMADMS[Bis(dimethylamino) dimethylsilane] 등의 다른 것을 이용할 수도 있다.
또한, 본 발명은, 실릴화제에 의한 처리로 한정되지 않고, 액체 상태로부터 기화되어 가스 처리를 행하는 경우라면 적용 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 피처리 기판으로서 반도체 웨이퍼를 적용한 경우에 대해서 설명하였지만, 이로 한정되는 것이 아니라, 예컨대 액정 표시 장치용 유리 기판으로 대표되는 플랫 패널 표시 장치용 기판 등과 같은 다른 기판에도 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 실릴화 장치를 도시하는 개략 구성도.
도 2는 도 1의 가스 처리 장치의 제어부의 구성을 도시하는 블록도.
도 3은 도 1의 실릴화 장치에 의해 실릴화 처리를 행할 때의 처리 시퀀스를 도시하는 도면.
도 4는 배기도 포함한 실릴화 처리의 시퀀스의 예를 도시하는 도면.
도 5는 도 1의 가스 처리 장치의 변형예의 주요부를 도시하는 도면.
<부호의 설명>
1: 실릴화 장치(가스 처리 장치), 2: 챔버, 3; 하부 용기, 4: 덮개, 5: 핫플이트, 6: 히터, 9: 실릴화제 공급 배관(접속 배관), 11: 챔버 배기관, 12: 진공 펌프, 13: 압력 센서(챔버 압력 센서), 14, 16, 23, 26, 30: 개폐 밸브, 15: 바이패스 배관, 17, 24, 27, 29: 니들 밸브, 20: 실릴화제 저장 탱크(원료 저장 용기), 22: 압력 센서(용기 압력 센서), 25: 탱크 배기관, 28: 퍼지 가스 배관, 40: 제어부, 41: 컨트롤러, 42: 사용자 인터페이스, 43: 기억부(기억매체), W: 반도체 웨이퍼(피처리 기판)

Claims (13)

  1. 액체 원료를 기화시켜 생성한 처리 가스에 의해 피처리 기판에 가스 처리를 실시하는 가스 처리 장치로서,
    상기 액체 원료를 저장하는 원료 저장 용기와,
    피처리 기판이 수용되고, 상기 처리 가스의 분위기가 형성되는 챔버와,
    상기 원료 저장 용기를 진공 배기하는 용기 배기 기구로서, 상기 원료 저장 용기에 접속된 용기 배기관과, 상기 용기 배기관에 접속된 개폐 밸브를 포함하는 용기 배기 기구와,
    상기 챔버를 진공 배기하는 챔버 배기 기구로서, 상기 챔버에 접속된 챔버 배기관과, 상기 챔버 배기관에 접속된 개폐 밸브를 포함하는 챔버 배기 기구와,
    상기 원료 저장 용기와 상기 챔버를 접속하는 접속 배관과,
    상기 접속 배관에 접속된 개폐 밸브와,
    상기 원료 저장 용기 내의 압력을 검출하는 용기 압력 센서와,
    상기 챔버 내의 압력을 검출하는 챔버 압력 센서와,
    상기 용기 배기관에 접속된 개폐 밸브, 상기 챔버 배기관에 접속된 개폐 밸브, 및 상기 접속 배관에 접속된 개폐 밸브의 전체 동작을, 연속적으로 실행하도록 제어하는 제어 기구를 포함하고,
    상기 제어 기구는,
    상기 용기 압력 센서가 정해진 제1 압력을 검출할 때까지 상기 용기 배기관에 접속된 개폐 밸브가 개방되고, 상기 정해진 제1 압력을 검출한 후에는 상기 용기 배기관에 접속된 개폐 밸브가 폐쇄되는 제1 조작과,
    상기 챔버 내에 피처리 기판을 수용한 상태에서, 상기 챔버 압력 센서가 정해진 제2 압력을 검출할 때까지 상기 챔버 배기관에 접속된 개폐 밸브가 개방되고, 상기 정해진 제2 압력을 검출한 후에 상기 챔버 배기관에 접속된 개폐 밸브가 폐쇄되는 제2 조작과,
    상기 접속 배관에 접속된 개폐 밸브를 개방하는 제3 조작과,
    상기 챔버 압력 센서가, 상기 정해진 제2 압력보다 높고 상기 액체 원료의 증기압보다 낮은 처리 압력을 검출한 경우, 상기 접속 배관에 접속된 개폐 밸브를 폐쇄하는 제4 조작을 포함하는 시퀀스로 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 용기 배기 기구와 상기 챔버 배기 기구는 공통의 진공 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 용기 배기관에는, 상기 용기 배기관에 접속된 개폐 밸브의 하류측에 니들 밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 챔버 배기 기구는, 상기 챔버 배기관에 접속된 개폐 밸브를 바이패스하는 바이패스 배관을 포함하고, 상기 바이패스 배관은, 바이패스 밸브와, 그 바이패스 밸브의 하류측에 설치된 니들 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 원료 저장 용기는, 상기 처리 가스가 상기 챔버에 공급되고, 상기 접속 배관에 설치된 상기 접속 배관에 접속된 개폐 밸브가 폐쇄된 후, 저장된 액체 원료의 기화에 의해 그 내부의 압력이 상승한 상태가 되어, 다음 피처리 기판의 처리는, 상기 제어 기구가 상기 제2 조작 내지 제4 조작으로 제어함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어 기구는, 상기 제2 조작 내지 제4 조작을 반복함으로써 연속적으로 복수의 피처리 기판에 대하여 가스 처리를 실시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 액체 원료는 실릴화제이고, 상기 가스 처리는 피처리체에 대한 실릴화 처리인 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
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