KR101514159B1 - 박막 제조 방법 및 박막 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

재현성이 좋은 박막을 자원 절약 및 저비용으로 제조할 수 있는 박막 제조 방법 및 박막 제조 장치를 제공하기 위해서, 챔버(51) 내에 더미 기판 S2를 반입하고, 더미 기판 S2에 더미 처리용 가스를 공급하고, 챔버(51) 내에 제품 기판 S3을 반입하고, 제품 기판 S3에 더미 처리용 가스와 다른 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 법에 의해 박막을 제조하기 위한 금속 원료를 포함하는 원료 가스를 공급한다. 더미 처리용 가스로서 원료 가스가 이용되지 않기 때문에, 각 금속 원료의 소비량을 억제할 수 있어 재현성이 좋은 박막을 자원 절약 및 저비용으로 제조할 수 있다.

Description

박막 제조 방법 및 박막 제조 장치{THIN FILM MANUFACTURING METHOD AND THIN FILM MANUFACTURING APPARATUS}
본 발명은 유기 금속 화학 기상 성장(Metal Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD)법에 의해 박막을 제조하는 박막 제조 방법 및 박막 제조 장치에 관한 것이다.
종래, 유기 금속 원료의 가스와 반응 가스를 고온 중에서 반응시킴으로써 박막을 제조하는 MOCVD법이 알려져 있다. 예를 들면 특허문헌 1에는, MOCVD법에 의해 PZT(티탄산 지르콘산 납) 박막을 제조하는 성막 방법 및 성막 장치가 기재되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 성막 방법에서는, 성막 장치의 아이들링 후에 성막 처리가 개시되는 경우에, 우선 제품용이 아닌 더미 웨이퍼(Dummy Wafer)에 PZT 박막이 성막된다. 이 더미 웨이퍼를 이용한 더미 성막 처리가 적어도 3회 행해진 후에, 제품용 웨이퍼에 PZT 박막이 성막된다. 이것에 의해 제품용 웨이퍼에 성막되는 PZT 박막의 성막 재현성이 향상되고 있다(특허문헌 1의 단락［0019］,［0020］등 참조).
일본 특허공개 2006-222318호 공보
그렇지만 특허문헌 1에 기재된 성막 방법에서는, 제품용이 아닌 더미 웨이퍼에 PZT 박막이 성막된다. 따라서 PZT 박막의 원료가 되는 Pb, Zr 및 Ti의 각 금속 원료의 소비량이 많아져, 자원의 절약을 도모하는 것이 어렵다. 또 각 금속 원료에 소요되는 비용도 높아져 버린다.
이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 재현성이 좋은 박막을 자원 절약 및 저비용으로 제조할 수 있는 박막 제조 방법 및 박막 제조 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 형태와 관련되는 박막 제조 방법은, 챔버 내에 더미 기판을 반입하고, 상기 더미 기판에 더미 처리용 가스를 공급하는 것을 포함한다.
상기 챔버 내에 제품 기판이 반입된 상기 제품 기판에 상기 더미 처리용 가스와 다른 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법에 의해 박막을 제조하기 위한 금속 원료를 포함하는 원료 가스가 공급된다.
본 발명의 한 형태와 관련되는 박막 제조 장치는 챔버와, 공급 기구와, 제어 수단을 구비한다.
상기 챔버에는 더미 기판과 제품 기판으로 각각 반입된다.
상기 공급 장치는 더미 처리용 가스와, 더미 처리용 가스와 다른 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 법에 의해 박막을 제조하기 위한 금속 원료를 포함하는 원료 가스를, 상기 챔버 내에 각각 공급하기 위한 것이다.
상기 제어 수단은, 상기 챔버 내에 상기 더미 기판이 반입된 경우, 상기 더미 처리용 가스를 상기 챔버 내에 공급시켜, 상기 챔버 내에 상기 더미 기판을 대신하여 상기 제품 기판이 반입되었을 때 상기 원료 가스를 상기 챔버 내에 공급한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 박막 제조 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 박막 제조 장치를 포함하는 다실형 성막 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 나타낸 박막 제조 장치 및 다실형 성막 장치의 동작을 나타내는 플로우 차트(flow chart)이다.
도 4는 제1의 비교예로서 드는 박막 제조 방법에 의해 형성된 PZT 박막 중 Pb 조성비, 및 Zr 조성비를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제1의 비교예로서 드는 박막 제조 방법의 성막 레이트를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 4 및 도 5에 나타내는 Pb 조성비, Zr 조성비 및 성막 레이트의 재현성을 나타내는 표이다.
도 7은 제2의 비교예로서 드는 박막 제조 방법에 의해 형성된 PZT 박막 중 Pb 조성비, 및 Zr 조성비를 나타내는 그래프이다.
도 8은 제2의 비교예로서 드는 박막 제조 방법의 성막 레이트를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 7 및 도 8에 나타내는 Pb 조성비, Zr 조성비 및 성막 레이트의 재현성을 나타내는 표이다.
도 10은 본 실시형태와 관련되는 박막 제조 방법에 의해 형성된 PZT 박막 중 Pb 조성비, 및 Zr 조성비를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 실시형태와 관련되는 박막 제조 방법의 성막 레이트를 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 10 및 도 11에 나타내는 Pb 조성비, Zr 조성비 및 성막 레이트의 재현성을 나타내는 표이다.
도 13은 도 1에 나타내는 박막 제조 장치의 변형예를 나타내는 모식도이다.
본 발명의 일 실시형태와 관련되는 박막 제조 방법은, 상기 챔버 내에 더미 기판을 반입해, 상기 더미 기판에 더미 처리용 가스를 공급하는 것을 포함한다.
상기 챔버 내에 제품 기판이 반입되어 상기 제품 기판에, 상기 더미 처리용 가스와 다른 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법에 의해 박막을 제조하기 위한 금속 원료를 포함하는 원료 가스가 공급된다.
이 박막 제조 방법에서는, 제품 기판에 금속 원료를 포함하는 원료 가스가 공급되기 전에, 더미 기판에 원료 가스와 다른 더미 처리용 가스가 공급된다. 이것에 의해 챔버 내의 환경을 성막 조건을 만족시키는 환경으로 하는 것이 가능해진다. 이 결과, 재현성이 좋은 박막을 자원 절약 및 저비용으로 제조할 수 있다.
상기 챔버 내에 더미 기판을 반입해, 상기 더미 기판에 더미 처리용 가스를 공급하기 전에, 챔버 내에 아이들링용 기판이 배치된 상태로, 상기 챔버 내가, 성막 처리를 하지 않는 아이들링 상태로 되어도 좋다.
또한 원료 가스에는, 예를 들면 금속 원료를 실온 상압 시에 용해하는데 이용되는 용매의 가스나, 캐리어 가스로서 이용되는 불활성 가스 등이 포함된다.
상기 원료 가스를 공급하는 공정은, 상기 원료 가스에, 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스와 불활성 가스를 혼합한 혼합 가스를, 상기 제품 기판에 공급해도 좋다.
상기 더미 처리용 가스는 상기 금속 원료를 용해하는데 이용되는 용매의 가스에, 상기 반응 가스와, 상기 불활성 가스를 혼합해 얻어지는 가스이어도 좋다.
이 박막 제조 방법에서는, 더미 처리용 가스로서 예를 들면 금속 원료를 실온 상압 시에 용해하는데 이용되는 용매의 가스와, 성막 처리로 이용되어 반응 가스 및 불활성 가스가 혼합된 가스가 이용된다. 즉 더미 처리용 가스로서 금속 원료를 포함하는 원료 가스가 이용되지 않기 때문에, 재현성이 좋은 박막을 자원 절약 및 저비용으로 제조할 수 있다. 또한, 상기 혼합 가스에, 캐리어 가스로서 이용되는 불활성 가스가 포함되어도 좋다.
상기 더미 처리용 가스는, 상기 금속 원료를 용해하는데 이용되는 용매의 가스를, 상기 불활성 가스와 혼합해 얻어지는 가스이어도 좋다.
이와 같이 더미 처리용 가스로서 예를 들면 금속 원료를 실온 상압 시에 용해하는데 이용되는 용매의 가스와 불활성 가스가 혼합된 가스가 이용되어도 좋다. 이 혼합 가스에, 캐리어 가스로서 이용되는 불활성 가스가 포함되어도 좋다.
상기 더미 처리용 가스는, 상기 불활성 가스이어도 좋다.
이와 같이 더미 처리용 가스로서, 불활성 가스만이 이용되어도 좋다.
상기 원료 가스를 공급하는 공정은, 상기 원료 가스와 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 포함한 혼합 가스를, 상기 제품 기판에 공급해도 좋다.
상기 더미 처리용 가스는, 상기 금속 원료를 용해하는데 이용되는 용매의 가스와 상기 반응 가스가 혼합된 가스이어도 좋다.
상기 더미 처리용 가스는, 상기 반응 가스이어도 좋다.
이와 같이 더미 처리용 가스로서, 반응 가스만이 이용되어도 좋다.
본 발명의 일 실시형태와 관련되는 박막 제조 장치는, 챔버와 공급 기구와 제어 수단을 구비한다.
상기 챔버에는, 더미 기판과 제품 기판이 각각 반입된다.
상기 공급 기구는, 더미 처리용 가스와, 상기 더미 처리용 가스와 다른 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법에 의해 박막을 제조하기 위한 금속 원료를 포함하는 원료 가스를, 상기 챔버 내에 각각 공급하기 위한 것이다.
상기 제어 수단은, 상기 챔버 내에 상기 더미 기판이 반입되었을 때에 상기 더미 처리용 가스를 상기 챔버 내에 공급시켜, 상기 챔버 내에 상기 더미 기판을 대신해 상기 제품 기판이 반입되었을 때에 상기 원료 가스를 상기 챔버 내에 공급시킨다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 설명한다.
［박막 제조 장치］
도 1은, 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 박막 제조 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다. 본 실시형태의 박막 제조 장치에 의해, MOCVD법을 이용한 강유전체 PZT의 박막의 제조가 가능해진다.
박막 제조 장치(100)는, 유기 금속의 유기 용매 용액을 공급하는 원료 공급부(10)와, 그 용액을 기화해 원료 가스를 생성하는 기화기(20)를 가진다. 또 박막 제조 장치(100)는, 원료 가스, 원료 가스와 반응하는 반응 가스로서의 산화 가스, 및 불활성 가스를 혼합시켜 혼합 가스를 생성하는 혼합기(30)와, 혼합기(30)와 공급 라인(33)을 통해 접속되는 성막실(50)을 가진다. 본 실시형태에서는, 원료 공급부(10), 기화기(20), 혼합기(30), 및 이들에 형성된 각 라인 및 각 밸브에 의해 공급 기구가 구성된다.
원료 공급부(10)는, 유기 금속의 원료 용액 및 용매가 충전되는 탱크 A, B, C 및 D와 각 탱크 A~D에 공급되는 He(헬륨)의 공급 라인(11)을 가진다. 또 원료 공급부(10)는, 각 탱크 A~D에 공급되는 He의 압력에 의해 압출된 금속 원료 용액 및 용매를 운반하기 위한 캐리어 가스의 공급 라인(12)을 가진다. 본 실시형태에서는 캐리어 가스로서 N2(질소)가 이용되지만, 이것에 한정되지 않고 다른 불활성 가스가 이용되어도 좋다. 마찬가지로, 각 탱크 A~D에 공급되는 가스도 He로 한정되지 않고, 다른 불활성 가스가 이용되어도 좋다.
본 실시형태에서는, 탱크 A~D에, Pb의 원료 용액, Zr의 원료 용액, Ti의 원료 용액, 및 유기계의 용매가 각각 충전된다. Pb, Zr 및 Ti의 원료 용액으로서는, 아세트산 n 부틸 용액 중에, 각 금속 원료가 0.25mol/L의 밀도로 용해된 용액이 이용된다. 본 실시형태에서는, 각 금속 원료는, 실온 상압 시에 용매에 용해된다.
Pb 원료로서는 Pb(dpm)2(비스디피발로일메타네이트) 납이 이용되고, Zr 원료로서는 Zr(dmhd)4(테트라키스(2,6)디메틸(3,5)헵탄디오네이트) 지르코늄이 이용된다. 또 Ti 원료로서는 Ti(iPrO)2(dpm)2((비스 이소프로폭시드)(비스디피발로일메타네이트)) 티탄이 이용된다. 탱크 D에 충전되는 용매로서는 아세트산 n 부틸이 이용된다. 또한, Pb(dpm)2는 Pb(thd)2(비스(2,2,6,6)테트라메틸(3,5)헵탄디오네이트) 납이라고도 한다.
용매에 용해되는 각 금속 원료는, 상기 것에 한정되지 않는다. 예를 들면 Pb 원료로서 Pb(dibm)2(비스디이소부틸메타네이트)납 등이나, Pb(dpm)2, 및 Pb(dibm)2 양쪽 모두 혹은 적어도 한쪽을 일부 가지는 재료가 이용되어도 좋다. 또 Zr 원료로서 Zr(thd)4(테트라키스(2,2,6,6)테트라메틸(3,5)헵탄디오네이트) 지르코늄 등이나, 이들을 일부 가지는 재료가 이용되어도 좋다. 그리고 Ti의 원료로서 Ti(MMP)4(테트라키스(1)메톡시(2)메틸(2)프로폭시) 티탄 등이나, 이들을 일부 포함한 재료가 이용되어도 좋다.
각 금속 원료를 녹이는 용매 및 탱크 D에 충전되는 용매도, 상기 아세트산 n 부틸을 대신하여, 예를 들면 톨루엔, 테트라히드로푸란(THF), 시클로헥산, 에틸시클로헥산, 또는 메틸시클로헥산 등이 이용되어도 좋다.
기화기(20)는, 공급 라인(12)을 통해 원료 공급부(10)에 접속되고 있어 원료 공급부(10)로부터 기화기(20)에, 금속 원료 용액 및 용매의 액적이 반입된다. 기화기(20)는 도시하지 않은 가열 수단을 가지고 있어, 반입된 금속 원료 용액 및 용매가 가열에 의해 기화된다. 이것에 의해 금속 원료를 포함하는 원료 가스가 생성된다. 또한 기화 효율을 향상시키기 위해서, 금속 원료 용액 및 용매의 액적에 가스나 초음파 등을 쏘이는 방법이나, 미세 노즐을 통해 미리 미세화된 액적을 도입하는 방법 등이 병용되어도 좋다. 또한 원료 가스에는, 용매의 가스나, 캐리어 가스로서 이용되는 불활성 가스 등도 포함되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 기화기(20)에는, 혼합기(30)에 접속되는 Run 라인(21)과, 진공 배기 시스템(40)에 접속되는 Vent 라인(22)이 설치된다. Run 라인(21)에는 밸브 V1가 설치되고, Vent 라인(22)에는 밸브 V2가 설치된다.
혼합기(30)는, 기화기(20)에 의해 생성된 원료 가스와, 산화 가스 및 불활성 가스와의 혼합 가스를 생성하는 것이다. 그 때문에, 혼합기(30)에는 산화 가스 공급부(31) 및 불활성 가스 공급부(32)가 접속되고 있다. 본 실시형태에서는, 산화 가스 공급부(31)에 의해 O2(산소)가 공급되고, 불활성 가스 공급부(32)에 의해 N2가 공급된다. 그렇지만, 산화 가스로서 예를 들면 일산화 이질소나 오존 등이 공급되어도 좋다. 또 불활성 가스로서 아르곤 등이 공급되어도 좋다.
성막실(50)은, 공급 라인(33)에 접속되는 챔버(51)와, 챔버(51) 내에 배치되는 스테이지(52)를 가진다. 챔버(51)의 천정면에는 샤워 노즐(53)이 설치되고 있고, 이 샤워 노즐(53)에 공급 라인(33)이 접속되고 있다. 스테이지(52) 및 샤워 노즐(53)은, 서로 대향하는 위치에 각각 배치된다. 또 챔버(51) 내에는, 도시하지 않은 방착판 등의 부품이 세정 끝난 상태로 배치된다.
도 1에 나타낸 바와 같이 스테이지(52) 상에는, 아이들링용 기판 S1, 더미 기판 S2, 및 제품 기판 S3이 각각 배치된다. 스테이지(52)는, 도시하지 않은 히터나 열전대 등의 온도 센서를 가지고 있어, 재치된 각 기판 S1~S3를 각각 가열하는 것이 가능하다. 각 기판 S1~S3를 가열하기 위한 가열 수단은, 히터에 한정되지 않고 여러 가지의 가열 수단이 채용 가능하다.
후술한 바와 같이, 아이들링용 기판 S1은 아이들링 시에 이용되는 기판이고, 더미 기판 S2는 더미 처리시에 이용되는 기판이다. 제품 기판 S3은 성막 처리에 의해 PZT 박막이 형성되는 기판이다. 본 실시형태에서는, 아이들링용 기판 S1, 더미 기판 S2, 및 제품 기판 S3으로서 동일한 기판이 이용된다. 구체적으로는, 100 nm의 SiO2 산화막이 형성된 8 인치의 Si 기판 위에, 스퍼터링법으로 Ir가 70 nm 성막된 기판이 이용된다. 그렇지만 기판의 크기나 재료 등은 한정되지 않는다.
챔버(51)는, 압력 조정 밸브(41)를 통하여, 예를 들면 드라이 펌프나 터보 분자 펌프 등을 갖춘 진공 배기 시스템(40)에 접속된다. 압력 조정 밸브(41)에 의해 챔버(51) 내의 압력을 적당히 설정함으로써, 여러가지 성막 압력 조건에 용이하게 대응하는 것이 가능하다.
기화기(20)로부터 성막실(50)까지의 각 라인, 각 밸브나 샤워 노즐(53) 및 혼합기(30)를 포함한 각 장치는, 기화한 원료 가스가 액화 등 되지 않게, 도시하지 않은 가열 수단에 의해 예를 들면 200℃ 이상의 고온 상태로 유지된다.
본 실시형태와 관련되는 박막 제조 장치(100)는, 상기 설명한 각 밸브나 각 장치를 제어하는 제어 수단으로서의 도시하지 않은 제어 유닛을 가지고 있다. 제어 유닛은, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit)나, ROM(Read Only Memory) 또는 RAM(Random Access Memory) 등으로 이루어진 메인 메모리 등을 가진다. 제어 유닛으로부터 각 장치 등에, 예를 들면 유선 혹은 무선을 통해 제어 신호가 출력됨으로써, 예를 들면 챔버(51) 내에의 가스 플로우나 스테이지(52)에 재치된 각 기판 S1~S3의 가열 등이 제어된다.
［다실형(멀티 챔버형) 성막 장치］
도 2는, 본 실시형태와 관련되는 박막 제조 장치(100)를 포함한 다실형 성막 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다. 다실형 성막 장치(200)는, 아이들링용 기판 S1, 더미 기판 S2, 및 제품 기판 S3를 각각 반입하는 것이 가능한 도시하지 않은 반입 로봇이 설치되는 반입실(201)과, 1로트 25매의 기판을 각각 탑재할 수 있는 2개의 스토커실(202)을 가진다. 또 다실형 성막 장치(200)는 2개의 상기 박막 제조 장치(100)를 가지고 있어, 반입실(201)의 주위에 2개의 상기 성막실(50)이 각각 배치된다. 성막실(50) 및 스토커실(202)은, 구획 밸브(203)를 통헤 반입실(201)에 각각 접속된다. 또한 스토커실(202)의 수는 2개에 한정되지 않고, 보다 많은 스토커실 혹은 1개의 스토커실이 반입실(201)의 주위에 배치되어도 좋다.
성막실(50)에 진공 배기 시스템(40)이 각각 접속되고 있는 것과 마찬가지로, 반입실(201) 및 스토커실(202)에도 진공 배기 시스템(204)이 각각 접속되고 있다. 이것에 의해 각 실은, 독립적으로 내부를 진공 분위기로 배기하는 것이 가능하다. 그렇지만, 예를 들면 1개 진공 배기 시스템이 병용되고, 반입실(201), 성막실(50)및 스토커실(202)의 내부가 배기되어도 좋다. 이 경우, 그 진공 배기 시스템이, 도 1에 나타내는 진공 배기 시스템(40)으로서 기능한다.
또 반입실(201)에는 가스원(205)이 접속되고 있어, 이 가스원(205)으로부터 도입되는 불활성 가스 등의 조압 가스에 의해서, 반입실(201) 내를 소정의 압력으로 조정할 수 있게 되어 있다. 반입실(201)의 내부 압력의 조정은, 반입실(201)에 설치된 도시하지 않은 자동 압력 조정 밸브에 의해 행해진다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 스토커실(202)은, 구획 밸브(203)를 통해 대기 기판 반입 시스템(206)에 접속된다. 대기 기판 반입 시스템(206)에는, 복수의 웨이퍼 카세트(207)와 스토커실(202)의 사이로, 예를 들면 성막 미처리 또는 성막 처리필의 제품 기판 S3 등을 반입하는, 도시하지 않은 반입 로봇이 설치된다.
본 실시형태와 관련되는 다실형 성막 장치(200)에는, 스토커실(202)이 2개 배치되므로, 한쪽의 스토커실(202)에 기판이 모두 들어가면, 한쪽의 스토커실(202)에 기판을 탑재할 수 있다. 2실째의 스토커실(202)에 기판이 탑재되고 있는 경우, 1실째의 스토커실(202)에 탑재된 기판의 성막 프로세스가 종료되면, 2실째의 스토커실(202)이 진공 흡입되어, 다시 기판이 성막실(50)에 옮겨져 간다.
［박막 제조 장치 및 다실형 성막 장치의 동작］
도 3은, 본 실시형태와 관련되는 박막 제조 장치(100) 및 다실형 성막 장치(200)의 동작을 나타내는 플로우 차트(flow chart)이다. 도 3에서는, 챔버(51) 내가 아이들링 상태로 될 때의 동작으로부터, 성막 처리가 재개되어 제품 기판 S3에 PZT 박막이 형성될 때까지의 동작이 도시되고 있다. 아이들링 상태란, 성막 처리가 중단된 상태이며, 챔버(51) 내에서 성막 처리를 하지 않는 상태이다.
다실형 성막 장치(200)의 반입실(201)로부터 아이들링용 기판 S1가 챔버(51) 내에 반입된다(스텝(101)). 아이들링용 기판 S1는, 예를 들면 중단되기 전의 성막 처리에서 스토커실(202)에 탑재된 복수의 기판으로부터 선택되어도 좋다. 혹은 아이들링용 기판 S1가 별도로 준비되어 있어, 그것이 챔버(51) 내에 반입되어도 좋다.
챔버(51) 내에 아이들링용 기판 S1가 배치된 상태로, 챔버(51) 내가 아이들링 상태로 되었다(스텝(102)). 아이들링 상태에서는 챔버(51) 내의 환경이, 후에 재개되는 성막 처리에 있어서의 성막 조건을 만족시키는 환경에 가까워지도록 조정된다.
본 실시형태에서는, 아이들링 상태의 챔버(51) 내의 내부 압력이, 성막 압력 조건인 약 2 Torr로 조정된다. 챔버(51) 내의 내부 압력은, 도 1에 나타내는 불활성 가스 공급부(32)에 의해 공급되는 N2에 의해 조정된다.
성막 공정에서는, 챔버(51) 내의 스테이지(52)가 가지는 히터에 의해, 제품 기판 S3가 600℃ 이상으로 가열된다. 히터로부터의 열은, 챔버(51) 내의 샤워 노즐(53)이나 다른 부품에도 전해진다. 상술한 바와 같이, 제품 기판 S3에는, 금속인 Ir가 성막되고 있으므로, 히터로부터의 열의 일부가 Ir에 의해 반사된다. 즉 히터로부터 다른 부재에의 방열의 상황은, 스테이지(52)에 재치된 제품 기판 S3에 의해 영향을 받는다.
이것을 고려하여, 본 실시형태에서는 챔버(51) 내에 제품 기판 S3과 동일한 기판인 아이들링용 기판 S1이 스테이지(52)에 재치되어 아이들링용 기판 S1이 600℃ 이상으로 가열된다. 이것에 의해 아이들링 상태의 챔버(51) 내의 온도 환경을 성막 조건을 만족시키는 온도 환경 정도로 잘 접근할 수 있다.
본 실시형태에서는, 아이들링용 기판 S1로서 제품 기판 S3과 동일한 기판이 이용되었다. 그렇지만, 예를 들면 금속이 성막되고 있어 아이들링 상태의 챔버(51) 내의 온도 환경을 상술한 바와 같이 조정 가능하다면, 제품 기판 S3와 다른 기판이, 아이들링용 기판 S1로서 이용되어도 좋다. 또 상기 성막 압력 조건이나, 제품 기판 S3 및 아이들링용 기판 S1의 가열 온도는 적당히 설정되어도 좋다.
박막 제조 장치(100)의 챔버(51) 내가 아이들링 상태로 설정되어 있는 상태로, 성막 처리가 재개된다. 그렇다면 25매들이 웨이퍼 카세트(207)로부터, 대기 기판 반입 시스템(206)에 설치된 반입 로봇에 의해, 소정의 매수의 기판이 스토커실(202)에 반입된다. 이들 복수의 기판 중, 챔버(51)에 반입되는 최초의 2매의 기판은 더미 기판 S2로서 이용되어, 이하에 나타내는 더미 처리를 한다. 그 외의 기판은 제품 기판 S3로서 이용되어, 더미 처리 후의 성막 처리에 의해 PZT 박막이 형성된다. 기판이 반입된 스토커실(202) 내는 진공 배기된다.
진공 배기된 스토커실(202)과 반입실(201)의 사이에 있는 구획 밸브(203)가 열려, 반입실(201) 및 스토커실(202)의 양쪽 모두가 진공 배기되는 상태가 된다. 가스원(205)에 의해 반입실(201)에 N2 등의 조정 가스가, 예를 들면 1200 sccm 공급되어 반입실(201)의 내부 압력이 조정된다. 반입실(201)의 내부 압력은, 설정된 챔버(51)의 내부 압력인 약 2 Torr와 동일한 압력, 혹은 그것보다 5% 정도 높은 압력으로 조정된다. 반입실(201)의 조압이 거의 종료하면 스토커실(202)의 1매째의 더미 기판 S2가 반입실(201)을 통해 챔버(51)에 옮겨진다(스텝(103)).
도 1에 나타내는 원료 공급부(10)에서는, He의 공급 라인(11)으로부터 각 탱크 A~D에 He가 공급된다. 이것에 의해 각 탱크 A~D의 내부 압력이 상승해, 각 탱크 A~D에 충전되고 있던 유기 금속의 원료 용액 및 용매가 캐리어 가스의 공급 라인(12)에 압출된다. 압출된 금속 원료 용액 및 용매의 액적은, 각각의 유량이 액체 유량 제어기 등으로 제어되고, 캐리어 가스에 의해 기화기(20)에 운반된다.
본 실시형태에서는, 액체 유량 제어기 등에 의해, 탱크 A~C로부터 압출된 Pb, Zr 및 Ti의 각 원료 용액의 유량이 약 0으로 규제되어, 아세트산 n 부틸인 용매만이 기화기(20)에 운반된다. 용매의 유량은, 성막 공정에서 각 금속 원료 용액 및 용매의 전체의 유량과 동일해지도록 제어된다.
기화기(20)에서는, 성막 공정이 재개하면, 탱크 D로부터 압출된 용매에 의한 기화기(20)의 노즐 플래시가 시작되어, 3분 정도로 용매 및 후에 운반되어 오는 금속 원료 용액을 기화할 수 있는 상태가 된다. 이 때, Vent 라인(22)의 밸브 V2가 열려, 용매의 기화 가스 및 캐리어 가스는 Vent 라인(22)에 버려진다.
1매째의 더미 기판 S2가 챔버(51) 내에 옮겨져 스테이지(52) 상에 재치되면, 스테이지(52)에 설치된 히터에 의해 더미 기판 S2가 600℃ 이상으로 가열된다. 더미 기판 S2의 온도는 3분 정도로 소정의 온도에 침착하다.
성막실(50)에서의 더미 기판 S2나 샤워 노즐(53) 등의 부품의 온도가 소정의 온도에서 포화하면, Vent 라인(22)의 밸브 V2가 닫혀져 Run 라인(21)의 밸브 V1가 열린다. 그리고 기화기(20)에 의해 기화된 용매 가스가 혼합기(30)에 공급된다.
혼합기(30)에서는, 기화기(20)로부터 공급된 용매 가스와, 산화 가스인 O2 및 불활성 가스인 N2가 소정의 혼합비(mol비)로 혼합된다. 이것에 의해 더미 처리용 가스가 생성된다. 혼합비는, 예를 들면 성막 공정으로 혼합되는 원료 가스, 산화 가스 및 불활성 가스의 혼합비와 동일해지도록 설정된다. 또한, 더미 처리용 가스에, 캐리어 가스로서 이용되는 불활성 가스가 포함되어도 좋다.
혼합기(30)에 의해 생성된 더미 처리용 가스는, 공급 라인(33)을 통해 성막실(50)의 챔버(51) 내에 공급된다. 그리고 가열된 더미 기판 S2에 더미 처리용 가스가 공급된다(스텝(104)). 더미 처리용 가스는, 성막 공정에서의 성막 시간과 동일한 시간, 더미 기판 S2에 공급된다. 본 실시형태에서는, 약 15 nm/min의 성막 레이트로 약 70 nm의 PZT 박막이 형성된다. 따라서 성막 시간은 약 300초 정도이다. 그렇지만 성막되는 PZT 박막의 두께, 성막 레이트, 및 성막에 소비되는 시간이 이들로 한정되는 것은 아니다.
더미 처리용 가스의 공급이 종료하면, Run 라인(21)의 밸브 V1가 닫혀져 Vent 라인(22)의 밸브 V2가 열린다. 따라서 용매 가스는 Vent 라인(22)에 버려진다. 그 후 본 실시형태에서는, 혼합기(30)에 접속된 불활성 가스 공급부(32)로부터 N2가 챔버(51) 내에 공급되어, 챔버(51) 내의 내부 압력이 성막 압력 조건을 만족시키는 압력(약 2 Torr)이 되도록 설정된다. 그리고 1매째의 더미 기판 S2가 언로드되어 2매째의 더미 기판 S2가 챔버(51) 내에 반입된다. 2매째의 더미 기판 S2에 대해서도, 상기 설명한 바와 같은 더미 처리를 한다.
본 실시형태와 관련되는 성막 처리에서는, 스테이지(52)에 재치된 제품 기판 S3의 온도를 안정시키기 위한 시간(약 3분), 성막 시간(약 300초), 및 성막 후에 제품 기판 S3가 언로드될 때까지의 시간(약 60초) 등이 필요하다. 이러한 시간을 합하면 1매의 제품 기판 S3에 대한 성막 처리에 약 10 분의 시간이 소비된다. 따라서 1매의 더미 기판 S2에 대한 더미 처리에 소비되는 시간도 약 10분이 된다. 그렇지만 성막 처리 및 더미 처리에 소비되는 시간은 적당히 설정되어도 좋다.
2매째의 더미 기판 S2에 대한 더미 처리가 종료하면, 챔버(51) 내에 제품 기판 S3이 반입된다(스텝(105)). 이에 맞추어, 도 1에 나타내는 캐리어 가스의 공급 라인(12)에서 압출된 각 금속 원료 용액 및 용매의 액적이 각각의 유량이 제어되어 기화기(20)에 운반된다.
기화기(20)에 의해, 금속 원료 용액 주체의 기화 가스가 생성되어 혼합기(30)에 운반된다. 혼합기(30)에 의해, 원료 가스, 산화 가스 및 불활성 가스가 소정의 혼합비로 혼합된다. 혼합비는, 예를 들면 성막되는 PZT 박막의 결정 배향을 소기의 것으로 하기 위해서 적당히 설정된다.
혼합기(30)에 의해 생성된 혼합 가스는, 공급 라인(33)을 통과해 챔버(51) 내에 배치된 제품 기판 S3에 공급된다(스텝(106)). 이것에 의해 PZT 박막이 제품 기판 S3 상에 형성된다. 성막이 종료하면, Vent 라인(22)의 밸브 V2가 열려 금속 원료 용액의 기화 가스는 Vent 라인(22)에 버려진다.
PZT 박막이 형성된 제품 기판 S3는, 반입실(201)에 언로드되어 2매째의 제품 기판 S3가 챔버(51) 내에 반입된다. 2매째의 제품 기판 S3에 상기와 동일한 성막 처리를 한다. 이후, 제품 기판 S3가 챔버(51) 내에 반입되어 PZT 박막의 성막 처리가 차례로 진행된다.
본 실시형태와 관련되는 박막 제조 장치(100)에 의해 제조된 PZT 박막의 성막 재현성에 대해서 설명한다. 이를 위해 본 실시형태와 관련되는 박막 제조 방법에 의해 제조된 PZT 박막과, 비교예로서 드는 2의 박막 제조 방법에 의해 각각 제조된 PZT 박막을 비교한다.
도 4~도 6은, 제1의 비교예로서 드는 박막 제조 방법에 대한 그래프 및 표이다. 도 4는, 형성된 PZT 박막 중 Pb 조성비(Pb/(Zr＋Ti)), 및 Zr 조성비(Zr/(Zr＋Ti))를 나타내는 그래프이다. 도 5는, 제1의 비교예와 관련되는 박막 제조 방법의 성막 레이트(nm/min)를 나타내는 그래프이다. 도 6은, 도 4 및 도 5에 나타내는 Pb 조성비, Zr 조성비 및 성막 레이트의 재현성을 나타내는 표이다.
제1의 비교예와 관련되는 박막 제조 방법은, 챔버 내에 아이들링용 기판이 배치되지 않는 상태로 챔버 내가 아이들링 상태로 되었다. 그리고 성막 처리가 재개되면 우선 2매의 더미 기판에 대해서 더미 처리를 한다. 제1의 비교예와 관련되는 더미 처리에서는, 제품 기판에 공급되는 원료 가스가 더미 기판에도 공급되어 더미 기판에 PZT 박막이 형성된다.
제1의 비교예와 관련되는 박막 제조 방법에서는, 우선 연속해 200매의 제품 기판에 성막 처리를 한다. 그리고 약 6시간의 아이들링 상태 후에, 성막 처리가 재개된다. 도 4 및 도 5에서는, 아이들링 전의 50매(그래프에 나타내는 150매~200매)의 제품 기판과 성막 처리의 재개 후의 50매(그래프에 나타내는 201매~250매) 중 더미 기판(201매~203매)을 제외하는 제품 기판(재개 후 3매째부터의 기판)을 측정 범위로 하고 있다. 이 범위로부터 선택된 소정의 매수의 제품 기판의 각 측정치가 도시되고 있다. 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 더미 처리 직후의 제품 기판이 많이 선택되고 있다.
도 6에 나타내는 재현성은, 도 4 및 도 5에 나타내는 각 측정치의 격차를 나타내는 것이다. 구체적으로는, 각 측정치에 대해서, 최대치와 최소치와의 차이를, 최대치와 최소치와의 합계로 제거한 결과를, ±의 %로 표시한 것이다.
도 7~도 9는, 제2의 비교예로서 드는 박막 제조 방법에 대한 그래프 및 표이다. 도 7은, PZT 박막 중 Pb 조성비 및 Zr 조성비를 나타내는 그래프이며, 도 8은, 막 레이트를 나타내는 그래프이다. 도 9는, 도 7 및 도 8에 나타내는 Pb 조성비, Zr 조성비 및 성막 레이트의 재현성을 나타내는 표이다.
제2의 비교예와 관련되는 박막 제조 방법은, 챔버 내에 아이들링용 기판이 배치된 상태로 챔버 내가 아이들링 상태로 되었다. 그리고 성막 처리가 재개되면 우선 2매의 더미 기판에, 원료 가스를 이용한 더미 처리를 한다. 즉 제2의 비교예와 관련되는 더미 처리에서는, 제1의 비교예와 관련되는 더미 처리와 마찬가지로, 더미 기판에 PZT 박막이 형성된다.
제2의 비교예와 관련되는 박막 제조 방법에서는, 우선 연속해 150매의 제품 기판에 성막 처리를 한다. 그리고 아이들링용 기판을 이용한 약 6시간의 아이들링 상태 후에, 성막 처리가 재개된다. 도 7 및 도 8에서는, 아이들링 전후의 각 50매 중 더미 기판을 제외한 제품 기판이 측정 범위가 되고 있어, 이 범위로부터 선택된 소정의 매수의 제품 기판의 각 측정치가 도시된다. 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 더미 처리 직후에 연속해 성막되는 5매의 제품 기판의 측정치가 도시되고 있다.
도 4~도 6에 나타내는 제1의 비교예와 관련되는 박막 제조 방법과 도 7~도 9에 나타내는 제2의 비교예와 관련되는 박막 제조 방법을 비교하면, 제2의 비교예와 관련되는 박막 제조 방법이 각 측정치의 재현성이 좋다는 것을 알 수 있다. 상술한 바와 같이 제2의 비교예와 관련되는 박막 제조 방법에서는, 챔버 내에 아이들링용 기판이 배치된 상태로 챔버 내가 아이들링 상태로 되었다. 이것에 의해, 아이들링 상태에서의 챔버 내의 온도 환경이 성막 조건을 만족시키는 온도 환경에 접근할 수 있으므로, 각 측정치의 재현성이 향상한 것이라고 생각할 수 있다.
도 10~도 12는, 본 실시형태와 관련되는 박막 제조 방법에 대한 그래프 및 표이다. 도 10은, PZT 박막 중 Pb 조성비 및 Zr 조성비를 나타내는 그래프이며, 도 11은, 성막 레이트를 나타내는 그래프이다. 도 12는, 도 10 및 도 11에 나타내는 Pb 조성비, Zr 조성비 및 성막 레이트의 재현성을 나타내는 표이다.
여기에서는, 우선 연속해 150매의 제품 기판 S3에 성막 처리를 한다. 그리고 아이들링용 기판 S1을 이용한 약 6시간의 아이들링 상태 후에, 성막 처리가 재개되어 우선 더미 처리를 한다. 상술한 바와 같이 본 실시형태와 관련되는 더미 처리는, 더미 기판 S2에 금속 원료를 포함하지 않는 더미 처리용 가스가 공급된다.
도 10 및 도 11에서는, 아이들링 전후의 각 50매 중 더미 기판 S2를 제외한 제품 기판 S3가 측정 범위가 되고 있어 이 범위로부터 선택된 소정의 매수의 제품 기판 S3의 각 측정치가 도시된다. 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 더미 처리 직후에 연속해 성막되는 5매의 제품 기판 S3의 측정치가 도시되고 있다.
도 7~도 9에 나타내는 제2의 비교예와 관련되는 박막 제조 방법과 도 10~도 12에 나타내는 본 실시형태와 관련되는 박막 제조 방법을 비교하면, 각 측정치와 그러한 재현성은 동일하다. 즉 더미 처리에 대해 더미 기판 S2에 PZT 박막을 형성하지 않아도, Pb 조성비, Zr 조성비 및 성막 레이트의 재현성이 좋은 것을 알 수 있다.
본 출원과 관련되는 발명자는 아이들링 후에 재개되는 성막 처리에 대한 성막 재현성에 대해서 이하와 같이 고찰했다. 우선 아이들링용 기판 S1를 배치한 상태로 챔버(51) 내를 아이들링 상태로 한다. 이것에 의해 아이들링 상태로의 챔버(51) 내의 온도 환경이 성막 조건을 만족시키는 온도 환경으로 접근하는 것이 가능하다.
다음으로, 아이들링 상태로부터 성막 처리가 재개되었을 때에, 챔버(51) 내의 환경이 어떻게 변화할까에 대해서 고찰했다. 상술한 바와 같이 성막 처리에서는 약 10 분의 간격으로 챔버(51)에 대해 제품 기판 S3가 반입된다. 본 발명자는 이 반입 동작에 의한 챔버(51) 내의 온도 환경의 변화에 주목했다. 그리고 챔버(51) 내의 온도 환경을 성막 조건을 만족시키는 온도 환경으로 하기 위한 더미 처리에 대해 고찰했다. 이 결과, 챔버(51) 내에 반입되는 더미 기판 S2에 공급되는 더미 처리용 가스가, 금속 원료를 포함하지 않는 가스이어도, 챔버(51) 내의 온도 환경을 조정하는 것이 가능하다는 것을 알았다. 도 10~도 12에 나타낸 바와 같이, 금속 원료를 포함하지 않는 더미 처리용 가스에 의한 더미 처리에서도, 아이들링 후의 성막 처리에 대한 성막 재현성이 좋은 것을 알 수 있다.
이상, 본 실시형태와 관련되는 박막 제조 장치(100), 및 해당 장치(100)에 의한 박막 제조 방법에서는, 챔버(51) 내에 아이들링용 기판 S1가 배치된 상태로, 챔버(51) 내가 아이들링 상태가 된다. 이것에 의해 챔버(51) 내의 환경이 성막 조건을 만족시키는 환경에 접근할 수 있다. 그리고 제품 기판 S3에 금속 원료를 포함하는 원료 가스가 공급되기 전에, 더미 기판 S2에 원료 가스와 다른 더미 처리용 가스가 공급된다. 이것에 의해 챔버(51) 내의 환경을 성막 조건을 만족시키는 환경으로 하는 것이 가능해진다.
본 실시형태에서는, 더미 처리용 가스로서 용매의 가스와 성막 처리로 이용되는 반응 가스 및 불활성 가스가 혼합된 가스가 이용된다. 즉 더미 처리용 가스로서 금속 원료가 이용되지 않기 때문에, 각 금속 원료의 소비량을 억제할 수 있어 재현성이 좋은 PZT 박막을 자원 절약 및 저비용으로 제조할 수 있다.
예를 들면 아이들링 후에 100매의 기판에 연속해 성막 처리를 실시하는 경우, 최초의 2매를 더미 기판 S2로 하면, 제1및 제2의 비교예와 관련되는 박막 제조 방법과 비교해서 금속 원료에 소요되는 비용을 2% 삭감할 수 있다. 실제로는 조건 확인이나 매일의 장치 관리 등을 위해서, 100매보다 적은 매수로 성막 처리를 하는 것도 많아, 그 경우 금속 원료에 소요되는 비용의 삭감 효과는 더욱 커진다.
본 발명은 상술한 실시형태에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경될 수 있다.
상기 실시형태에서는, 더미 처리용 가스로서 용매의 가스와 성막 처리로 이용되는 반응 가스 및 불활성 가스가 혼합된 가스가 이용된다. 그렇지만, 더미 처리용 가스로서 용매의 가스와 불활성 가스가 혼합된 가스, 용매의 가스와 산화 가스가 혼합된 가스, 또는 산화 가스와 불활성 가스가 혼합된 가스가 이용되어도 좋다. 혹은, 더미 처리시에 있어 혼합기(30)에 용매의 가스가 공급되지 않고, 더미 처리용 가스로서는, 혼합기(30)에 접속된 불활성 가스 공급부(32)로부터의 불활성 가스만이 이용되어도 좋다. 또는 혼합기(30)에 접속된 산화 가스 공급부(31)로부터의 산화 가스만이 이용되어도 좋다. 게다가 혼합기(30)에 공급된 용매 가스가 산화 가스 또는 불활성 가스와 혼합되지 않고, 단독으로 더미 처리용 가스로서 이용되어도 좋다.
도 13은, 도 1에 나타내는 박막 제조 장치(100)의 변형예를 나타내는 모식도이다. 이 박막 제조 장치(300)에서는, 불활성 가스 공급부(332)가 혼합기(330)에 접속되지 않고, 별도 챔버(351)의 샤워 노즐(353)에 접속된다. 성막 공정에 대해서는, 혼합기(330)에 의해 원료 가스와 산화 가스가 혼합되어 그 혼합 가스가 제품 기판 S3에 공급된다. 이것에 의해 제품 기판 S3 상에 PZT 박막이 형성된다. 이러한 구성의 박막 제조 장치(300)에 대하여, 더미 처리용 가스로서 용매 가스, 산화 가스 및 불활성 가스 중 한쪽이 혼합된 가스가 이용되어도 좋고, 각 가스가 단독으로 더미 처리용 가스로서 이용되어도 좋다. 또한 불활성 가스가 혼합되는 경우는, 챔버(351) 내에서 혼합되게 된다.
또 혼합기가 설치되지 않고, 원료 가스, 산화 가스 공급부, 및 불활성 가스 공급부가 각각 별개의 챔버에 접속되어도 좋다. 이 경우, 성막 공정에서는 챔버 내에서 원료 가스, 산화 가스, 및 불활성 가스의 혼합 가스가 생성되게 된다. 이러한 구성에 있어서, 상기 복수 예시한 혼합 가스 등이 더미 처리용 가스로서 각각 이용되어도 좋다.
상기 실시형태에서는, 더미 처리시에 있어서, 2매의 더미 기판 S2가 이용되었다. 그렇지만, 1매의 더미 기판 S2가 2회 챔버 내에 반입되어도 좋다. 본 실시형태에서는, 더미 기판 S2에 PZT 박막이 형성되지 않기 때문에, 1매의 더미 기판 S2를 몇번이나 사용하는 것이 유리하다. 또 더미 기판 S2와 제품 기판 S3이 동일한 기판이 아니어도 좋다. 예를 들면 더미 기판 전용의 기판이 준비되어 더미 처리시에는 그 기판이 반복 사용되어도 좋다.
사용되는 더미 기판의 수나 회수는, 2매 혹은 2회에 한정되지 않고, 적당히 설정 가능하다. 챔버 내의 온도 환경이나 성막 조건을 만족시키는 환경이 된다면, 1매의 더미 기판이 1회 사용되는 더미 처리라도 좋다.
아이들링용 기판이 더미 기판으로서 이용되어도 좋다. 예를 들면 아이들링 상태의 챔버 내에서부터 아이들링용 기판이 한 번 반출되어 재차 챔버 내에 반입된다. 그리고 아이들링용 기판에 더미 처리용 가스가 공급되어도 좋다.
상기 실시형태에서는, 박막 제조 장치(100)에 의해 PZT 박막이 제조되었다. 그렇지만 PZT 박막 이외의 박막이 MOCVD법에 의해 제조되는 경우에서도, 본 발명은 적용 가능하다. 그러한 박막으로서 예를 들면 란타늄 도프 티탄산 지르콘산 납((Pb, La)(Zr, Ti) O3；PLZT)이나, 탄탈산 비스머스산 스트론튬(SrBi2, Ta2, O9；SBT) 등의 박막이 있다. 또 갈륨 나이트라이드(GaN), 인듐 갈륨 나이트라이드 (InGaN) 혹은 황화아연(ZnS) 등의 박막이 있다.
MOCVD법에 따르는 성막 처리에 이용되는 반응 가스로서 암모니아(NH3) 등의 환원 가스가 이용되는 경우이다. 이 경우, 더미 처리용 가스로서 용매 가스, 환원 가스 및 불활성 가스 중 한쪽이 혼합된 가스가 이용되어도 좋고, 각 가스가 단독으로 더미 처리용 가스로서 이용되어도 좋다.
상기에서는 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시형태와 관련되는 박막 제조 장치(100)를 포함한 장치로서 다실형 성막 장치(200)가 예시되고 있다. 그렇지만 예를 들면 에칭 처리 장치나 세정 처리 장치 등의 복수의 처리 장치를 포함한 기판 처리 장치에, 본 실시형태의 박막 제조 장치(100)가 설치되어도 좋다. 그러한 기판 처리 장치로서 예를 들면 클러스터 툴형 또는 인 라인형의 기판 처리 장치가 있다.
상기 실시형태에서는, 챔버에 더미 기판 S2가 반입되어 더미 처리용 가스가 공급되기 전에, 챔버 내가 아이들링 상태로 되었다. 그러나, 본 기술은, 챔버를 아이들링 상태로 하는 공정을 필요로 하지 않아도 좋다.
S1: 아이들링용 기판
S2: 더미 기판
S3: 제품 기판
51, 351: 챔버
100, 300: 박막 제조 장치
200: 다실형 성막 장치

Claims (9)

  1. 챔버 내에 더미 기판(Dummy substrate)을 반입하고, 상기 더미 기판에, 유기 금속 원료를 용해하는데 이용되는 유기 용매의 가스를 포함하고 상기 유기 금속 원료를 포함하는 원료 가스를 포함하지 않는 더미 처리용 가스를 공급한 후, 언로드되고,
    상기 챔버 내에 제품 기판을 반입하고, 상기 제품 기판에 상기 더미 처리용 가스와 다른 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법에 의해 박막을 제조하기 위한 금속 원료를 포함하는 원료 가스를 공급하는, 박막 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정은, 상기 원료 가스에 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스와, 불활성 가스를 혼합한 혼합 가스를 상기 제품 기판에 공급하는, 박막 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 더미 처리용 가스는, 상기 유기 금속 원료를 용해하는데 이용되는 용매의 가스에 상기 반응 가스와 상기 불활성 가스를 혼합해 얻어지는 가스인, 박막 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 더미 처리용 가스는, 상기 유기 금속 원료를 용해하는데 이용되는 용매의 가스를 상기 불활성 가스와 혼합해 얻어지는 가스인, 박막 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정은, 상기 제품 기판에 상기 원료 가스와, 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 포함한 혼합 가스를 공급하는 박막 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 더미 처리용 가스는, 상기 유기 금속 원료를 용해하는데 이용되는 용매의 가스와 상기 반응 가스가 혼합된 가스인, 박막 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022150635A1 (en) * 2021-01-08 2022-07-14 Applied Materials, Inc. Process fluid path switching in recipe operations

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014061451A1 (ja) * 2012-10-19 2014-04-24 株式会社ニコン 薄膜形成装置及び薄膜形成方法
JP6363929B2 (ja) * 2014-10-10 2018-07-25 東京エレクトロン株式会社 処理装置および処理方法
KR102556277B1 (ko) 2018-04-23 2023-07-17 삼성디스플레이 주식회사 성막 장치 및 성막 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004193396A (ja) * 2002-12-12 2004-07-08 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体デバイスの製造方法
US20040166598A1 (en) 2003-01-29 2004-08-26 Go Miya processing method
US20080171142A1 (en) 2005-02-10 2008-07-17 Kenji Matsumoto Film Deposition Method And Film Deposition System

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4411729A (en) * 1979-09-29 1983-10-25 Fujitsu Limited Method for a vapor phase growth of a compound semiconductor
JP4137407B2 (ja) * 2001-05-21 2008-08-20 日本オプネクスト株式会社 光半導体装置の製造方法
JP3982402B2 (ja) * 2002-02-28 2007-09-26 東京エレクトロン株式会社 処理装置及び処理方法
JP2003309077A (ja) * 2002-04-17 2003-10-31 Seiko Epson Corp 縦型炉の温度測定方法及び熱処理方法並びにそれに用いるボート
TW200508413A (en) * 2003-08-06 2005-03-01 Ulvac Inc Device and method for manufacturing thin films
JP2005054253A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Ulvac Japan Ltd 薄膜製造装置及び製造方法
US7556839B2 (en) * 2004-03-29 2009-07-07 Hitachi Kokusai Electric Inc. Method of manufacturing semiconductor device and apparatus for processing substrate
US7217670B2 (en) * 2004-11-22 2007-05-15 Asm International N.V. Dummy substrate for thermal reactor
JP4720266B2 (ja) 2005-04-08 2011-07-13 東京エレクトロン株式会社 成膜方法、成膜装置及びコンピュータプログラム
US20070160756A1 (en) * 2006-01-07 2007-07-12 Helmuth Treichel Apparatus and method for the deposition of ruthenium containing films
JP5078444B2 (ja) * 2007-05-31 2012-11-21 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、クリーニング方法及び基板処理装置
JP2010040867A (ja) * 2008-08-06 2010-02-18 Showa Denko Kk Ｉｉｉ族窒化物半導体積層構造体およびその製造方法
US20130005118A1 (en) * 2011-07-01 2013-01-03 Sung Won Jun Formation of iii-v materials using mocvd with chlorine cleans operations

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004193396A (ja) * 2002-12-12 2004-07-08 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体デバイスの製造方法
US20040166598A1 (en) 2003-01-29 2004-08-26 Go Miya processing method
US20080171142A1 (en) 2005-02-10 2008-07-17 Kenji Matsumoto Film Deposition Method And Film Deposition System
KR100876474B1 (ko) * 2005-02-10 2008-12-31 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 성막 방법 및 성막 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022150635A1 (en) * 2021-01-08 2022-07-14 Applied Materials, Inc. Process fluid path switching in recipe operations
US11487304B2 (en) 2021-01-08 2022-11-01 Applied Materials, Inc. Process fluid path switching in recipe operations
US11714430B2 (en) 2021-01-08 2023-08-01 Applied Materials, Inc. Process fluid path switching in recipe operations

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