KR20080020561A - 기화 장치 및 반도체 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

액체 원료로부터 처리 가스를 얻기 위한 기화 장치는 상기 기화 장치의 기화 공간을 규정하는 기화 용기와, 상기 기화 공간 내에 상기 액체 원료를 안개 형상으로 분출하도록 상기 기화 용기에 설치된 인젝터와, 상기 기화 공간 내에 분출된 상기 액체 원료를 가열하도록 상기 기화 용기에 설치된 히터를 갖는다. 기화 장치는 또한 상기 액체 원료로부터 얻게 된 생성 가스를 상기 기화 공간으로부터 도출하도록 상기 기화 용기에 접속된 가스 도출로와, 상기 가스 도출로 내 또는 상기 가스 도출로와 상기 기화 공간 사이에 배치된 상기 생성 가스 중의 미스트를 포착하는 필터와, 상기 필터에 적외선을 조사하는 적외선 조사 기구를 갖는다.
기화 장치, 반도체 처리 시스템, 기화 용기, 인젝터, 히터

Description

기화 장치 및 반도체 처리 시스템{VAPORIZER AND SEMICONDUCTOR PROCESSING SYSTEM}
본 발명은 액체 원료로부터 처리 가스를 얻기 위한 기화 장치 및 반도체 처리 시스템에 관한 것이다. 여기서, 반도체 처리라 함은, 웨이퍼나 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 FPD(Flat ㎩nel Display)용 글래스 기판 등의 피처리 기판 상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써, 상기 피처리 기판 상에 반도체 디바이스나, 반도체 디바이스에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해 실시되는 다양한 처리를 의미한다.
반도체 제조 처리의 하나로서, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 소정의 막을 형성하는 성막 처리가 있다. 이 처리는, 예를 들어 감압 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치를 이용하여 행해진다. 이 감압 CVD 장치는 원료를 가스 상태에서 공급하여 화학 반응을 진행시키고, 웨이퍼 표면에 박막을 퇴적시킨다. 이러한 종류의 장치에 있어서, 액체 원료를 기화하여 얻은 처리 가스를 성막 가스로서 처리실 내로 도입하는 경우가 있다.
액체 원료를 기화하여 얻은 처리 가스를 이용한 성막 처리의 예로서는, 다음 과 같은 것이 있다. 즉, TEOS[Si(OC2HO5)4 : Tetra ethoxy silane)를 기화하여 얻은 처리 가스와 산소(O2) 가스를 이용하여 SiO2막을 성막한다. 헥사클로로실란(Si2ClO6)을 기화하여 얻은 처리 가스와 암모니아(NH3) 가스를 이용하여 실리콘나이트라이드(Si3N4)막을 성막한다.
또한, 금속의 유기 화합물(착체 화합물)을 이용하여 그 금속막을 성막하는 것도 행해지고 있다. 그 예로서는, 다음과 같은 것이 있다. 즉, 하프늄계 액체 원료를 기화하여 얻은 처리 가스와 산소 가스를 이용하여 하프늄 산화막을 성막한다. 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba)계 액체 원료를 각각 기화하여 얻은 처리 가스와 산소 가스를 이용하여 BST(바륨스트론튬티타늄) 산화막을 성막한다.
종래, TEOS 등의 증기압이 높은 액체 원료는 액체 원료 중에 포함되는 액중 파티클(약 3000개/1 ml)을 베이킹 방식으로 기화시킨다. 이로 인해, 증기만을 처리 챔버에 공급하고, 액중 파티클은 가열조에 저류되는 액체 원료에 남는다. 그러나, 하프늄계 액체 원료 등의 증기압이 낮은 액체 원료는 가스의 분해 온도가 낮기 때문에 베이킹 방식에서는 기화되기 어렵다. 또한, 고온의 탱크 내에 장시간 액체 원료를 보존하기 위해 액체 원료가 변질된다. 그래서 캐리어 가스를 이용하여 인젝터에 의해 안개화된 액체 원료를 소정의 온도로 가열된 기화실 내에 공급하는 스프레이 방식을 채용함으로써 액체 원료의 기화의 촉진을 도모한다. 그러나, 액중 파티클도 함께 인젝터에 주입되므로, 이를 트랩하는 필터가 기화실 내에 필요해진다.
또한, 반도체 디바이스의 설계의 다양화에 대응하기 위해, 액체 원료로서 다양한 금속 유기 화합물이 이용되도록 되고 있다. 예를 들어, Hf, Zr, St 등의 유기 화합물을 이용하면 증기압이 TEOS 등에 비해 1/10 이상이나 낮다. 이와 같은 저증기압 액체 원료의 경우에는 기화되기 어려워, 미기화 성분(미스트)의 잔류를 피할 수 없다. 미스트가 처리 가스 중에 포함되면 웨이퍼 상에 파티클로서 부착되는 요인에 되므로, 기화기의 출구측이나 가스 공급로에 필터를 설치하는 것이 필요해진다.
필터는 기화기의 기화실을 형성하는 용기에 고정 부재를 통해 고정된다. 필터는 용기 내에 매설된 히터에 의해 고정 부재를 통해 그 주연부로부터 가열된다. 특허문헌 1[일본 특허 공개 제2004-211183호 공보(단락 0012, 도2)]에는 챔버 본체의 측면에 형성된 배출구를 덮도록 필터가 배치된 기화기가 개시된다. 상기 필터는 이면측이 챔버 본체의 벽면에 밀착하도록 볼트로 고정되어, 챔버 본체의 필터 설치면 근방에 배치된 히터에 의해 가열된다.
본 발명의 목적은 장시간 안정된 기화를 행할 수 있는 기화 장치 및 이를 이용한 반도체 처리 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제1 관점에서는, 액체 원료로부터 처리 가스를 얻기 위한 기화 장치가 제공되고, 이는 상기 기화 장치의 기화 공간을 규정하는 기화 용기와, 상기 기화 공간 내에 상기 액체 원료를 안개 형상으로 분출하도록 상기 기화 용기에 설치된 인젝터와, 상기 기화 공간 내에 분출된 상기 액체 원료를 가열하도록 상기 기화 용기에 설치된 히터와, 상기 액체 원료로부터 얻게 된 생성 가스를 상기 기화 공간으로부터 도출하도록 상기 기화 용기에 접속된 가스 도출로와, 상기 가스 도출로 내 또는 상기 가스 도출로와 상기 기화 공간 사이에 배치된 상기 생성 가스 중의 미스트를 포착하는 필터와, 상기 필터에 적외선을 조사하는 적외선 조사 기구를 구비한다.
본 발명의 제2 관점에서는, 반도체 처리 시스템이 제공되고, 이는 피처리 기판을 수납하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 상기 피처리 기판을 지지하는 지지 부재와, 상기 처리실 내의 상기 피처리 기판을 가열하는 히터와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 액체 원료로부터 처리 가스를 얻기 위한 기화 장치를 구비하고, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계를 포함하고, 상기 기화 장치는 상기 기화 장치의 기화 공간을 규정하는 기화 용기와, 상기 기화 공간 내에 상기 액체 원료를 안개 형상으로 분출하도록 상기 기화 용기에 설치된 인젝터와, 상기 기화 공간 내에 분출된 상기 액체 원료를 가열하도록 상기 기화 용기에 설치된 히터와, 상기 액체 원료로부터 얻게 된 생성 가스를 상기 기화 공간으로부터 도출하도록 상기 기화 용기에 접속된 가스 도출로와, 상기 가스 도출로 내 또는 상기 가스 도출로와 상기 기화 공간 사이에 배치된 상기 생성 가스 중의 미스트를 포착하는 필터와, 상기 필터에 적외선을 조사하는 적외선 조사 기구를 구비한다.
본 발명에 따르면, 장시간 안정된 기화를 행할 수 있는 기화 장치 및 이를 이용한 반도체 처리 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명자들은 본 발명의 개발의 과정에서 종래의 기화기나 기화 시스템의 문제에 대해 연구하였다. 그 결과, 본 발명자들은 이하에 서술하는 바와 같은 지견을 얻었다.
특허문헌 1에 기재한 바와 같은 타입의 기화기에 있어서는, 필터 내를 처리 가스가 통과함으로써, 또한 필터에 부착된 미스트가 기화될 때의 증발열에 의해 필터의 열을 빼앗겨 필터의 온도가 저하된다. 필터는 히터에 의해 가열되지만, 그 재질로서 금속 소결체나 섬유 등이 이용되므로, 필터의 주연부로부터 중앙부로 열이 전해지기 어렵다. 그로 인해, 필터의 중앙부의 온도가 저하되어 상기 중앙부의 온도를 소정의 온도로 복귀시키는 것이 어렵다. 재기화되지 않은 미스트가 필터에 퇴적되면, 상기 필터가 빠르게 폐색되어 필터의 사용 수명이 짧아진다.
한편, 필터의 중앙부의 온도를 높게 하기 위해 히터의 출력을 올리면, 필터의 주연부의 온도가 지나치게 높아져 액체 원료가 변질된다. 예를 들어, 290 내지 300 ℃에서 기화되는 액체 원료이면, 이것보다도 5 내지 10 ℃ 승온시키면 상기 액체 원료는 변질된다. 히터의 출력을 올려 필터의 중앙부의 온도를, 예를 들어 290 내지 300 ℃로 하면, 필터 주연부의 온도는 중앙부의 온도보다도 꽤 높은 온도가 되어 주연부에 부착되는 미스트가 변질된다.
이하에, 이와 같은 지견을 기초로 하여 구성된 본 발명 실시 형태에 대해 도 면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 중복 설명은 필요할 경우에만 행한다.
도1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기화 장치를 갖는 반도체 처리 시스템(성막 시스템)을 도시하는 구성도이다. 이 시스템은 피처리 기판, 예를 들어 웨이퍼(W)에 대해 소정의 성막 처리를 행하는[웨이퍼(W) 상에 소정의 박막을 형성함] 성막 처리부(100)를 포함한다. 성막 처리부(100)에는 소정의 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급계(200)가 접속된다.
성막 처리부(100)는, 예를 들어 반응실(처리실)인 종형의 반응관(110)을 갖는 일괄식 감압 CVD 장치를 구비한다. 반응관(110) 내에 웨이퍼(W)를 다수매 탑재한 웨이퍼 보트(120)가 반출입 가능해진다. 웨이퍼(W)는 반응관(110)의 외측에 설치된 히터(130)에 의해 가열된다. 반응관(110) 내는 진공 배기 수단인 진공 펌프(150)를 통해 소정의 진공도로 유지된다. 반응관(110)에는 후술하는 처리 가스 공급 라인으로부터 소정의 처리 가스가 공급된다.
가스 공급계(200)는 저류조(1), 기화 장치(2) 및 이들에 접속된 배관계를 포함한다. 저류조(1)는, 예를 들어 85 ℃에서의 증기압이 0.55 ㎩ 이하의 저증기압의 액체 원료, 예를 들어 TEMAH[Tetrakis(N-ethyl-N-methylamino) hafnium]이나 HTB(hafnium tetra-t-butoxide) 등의 하프늄계 재료를 저류한다. 기화 장치(2)는 저류조(1)로부터 공급되는 액체 원료를 기화하여 처리 가스를 생성한다.
구체적으로는, 저류조(1)는 공급 라인(액체 원료 공급로)(51)을 통해 기화 장치(2)에 접속된다. 공급 라인(51)의 저류조(1)측의 단부는 저류조(1) 내의 액체 원료와 접촉하도록 배치된다. 공급 라인(51)에는 상류측[저류조(1)측]으로부터 차례로 제1 밸브(V1), 액체 매스플로우 미터(M), 제2 밸브(V2)가 개재 설치된다.
저류조(1)에는 밸브(Va)를 개재 설치한 가스 공급 라인(21)이 접속된다. 가스 공급 라인(21)의 일단부는 저류조(1)의 액체 원료의 액면의 상방측에 위치하도록 배치된다. 가스 공급 라인(21)의 타단부측은 가압 기체, 예를 들어 N2 가스의 공급원(22)과 접속된다. 저류조(1)로부터 기화 장치(2)로 액체 원료를 공급할 때에는, 저류조(1) 내에, 예를 들어 1.0 ㎏/㎠ 정도의 N2 가스를 공급한다. 이에 의해, 액체 원료를 가압하고, 이 가압에 의해 액체 원료를 저류조(1)로부터 기화 장치(2)로 소정 유량으로 압송할 수 있다. 여기서, 가압 기체로서는, N2 가스 이외에 헬륨(He) 가스나 아르곤(Ar) 가스 등의 불활성 가스를 이용할 수 있다.
기화 장치(2)에는, 또한 가스 공급 라인(23)을 통해, 퍼지 가스나 안개화용 가스로서 사용되는 보조 가스, 예를 들어 N2 가스의 공급원(24)이 접속된다. 가스 공급 라인(23)에는 가스 공급원(24)측으로부터 차례로 제1 매스플로우 컨트롤러(M1), 밸브(Vb)가 개재 설치된다. 이에 의해, 기화 장치(2)에 보조 가스인 N2 가스가 소정 유량으로 공급 가능해진다. 여기서 보조 가스로서는, N2 가스 이외에, 예를 들어 He 가스나 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 이용할 수 있다.
도2는 도1에 도시하는 시스템에서 사용되는 기화 장치(2)를 도시하는 종단면 도이다. 기화 장치(2)는 기화 공간을 규정하기 위해, 본체가 되는 기밀한 원통형의 기화 용기(40)와, 용기(40)의 외주면을 덮는 사각 형상의 커버(41)를 포함한다. 용기(40)는, 예를 들어 내경이 30 내지 40 ㎜, 길이가 250 ㎜인 스테인리스제의 종형 원통형체에 의해 구성된다. 용기(40)의 상단부에 있어서의 중심축 상에는 공급 라인(51)에 접속된 인젝터(30)가 배치된다. 인젝터(30)는 내관 및 외관을 갖는 이중관 구조의 스프레이식 인젝터로서 구성된다. 이 내관으로부터는 공급 라인(51)으로부터 이송되는 액체 원료가 공급되고, 외관으로부터는 공급 라인(23)으로부터 안개화용 가스로서 이송되는 질소 가스가 공급된다. 인젝터(30)의 선단부의 토출구(30a)(예를 들어, 구멍 직경 0.1 ㎜)로부터 액체 원료가 안개화되어(미스트가 됨) 용기(40) 내에 공급된다.
용기(40)의 하단부의 측벽에는 액체 원료가 기화되어 얻게 된 생성 가스를 횡방향으로 도출하기 위한 도출 포트(32)가 형성된다. 도출 포트(32)는 포트 접속 부재(52)를 통해 성막 장치로 처리 가스를 제공하기 위한 가스 공급 라인(53)에 접속된다. 포트 접속 부재(52)는 가스 공급 라인(53)과 함께 가스 공급로를 형성한다. 이 가스 공급로(도1에서는 부호 53의 부위에 상당)는 밸브(V3)를 통해 성막 처리부(100)에 접속된다.
용기(40)에는 도출 포트(32)를 덮도록 미스트를 포착하기 위한 원형의 필터(7)가 배치된다. 도3은 필터(7)를 도시하는 개략 사시도이다. 필터(7)는 링형의 고정 부재(71)의 중앙 개구부를 막도록 설치된다. 필터(7)를 설치한 고정 부재(71)는 커버(41)에 고정되고, 이는 고정 부재(71)의 주연부의 볼트 삽입 구 멍(72)에 볼트(도시하지 않음)를 삽입하여 커버(41)의 벽면측에 비틀어 넣음으로써 행해진다. 필터(7)는 금속 소결체나 섬유 등으로 이루어지고, 그 두께는, 예를 들어 2 ㎜ 정도이다.
기화 장치(2)의 하단부의 측벽에 있어서의 필터(7)에 대향하는 부위에는, 도2에 도시한 바와 같이 개구부(20)가 형성된다. 이 개구부(20)에 그 전방면부를 삽입하도록 적외선 조사 기구(8)가 배치된다. 이 적외선 조사 기구(8)는 내면이 경면이 된 통형의 리플렉터(80)를 갖는다. 리플렉터(80)의 기단부측에 적외선 조사원, 예를 들어 할로겐 램프(81)가 배치된다. 리플렉터(80)의 전방면부를 막도록, 예를 들어 석영제, 코바르 글래스제의 투과 창(83)이 배치된다.
적외선 조사 기구(8)는 할로겐 램프(81)의 광축이 필터(7)의 대략 중심부를 통하도록 위치 설정된다. 이로 인해, 적외선 조사 기구(8)는 필터(7)의 주연보다도 조금 내측의 원형 영역의 가열을 담당한다. 적외선 조사 기구(8)에는 플랜지(82a)를 구비한 고정 부재(82)가 배치되고, 이는 리플렉터(80)를 둘러싸는 동시에 리플렉터(80)의 기단부측과 일체화된다. 적외선 조사 기구(8)는 커버(41)에 기밀하게 설치되고, 이는 플랜지(82a)를 기화 장치(2)의 커버(41)에 볼트 등으로 고정함으로써 행해진다.
커버(41)의 내부에는, 예를 들어 용기(40)의 길이 방향을 따라서 연장되는 복수개의, 예를 들어 저항 발열체로 이루어지는 히터(48)가 용기(40)를 둘러싸도록 배치된다. 본 실시 형태에 있어서, 히터(48)는 가스 도출 포트(32)측으로 치우친 위치에 2개, 도출 포트(32)와 반대측으로 치우친 위치에 2개 배치된다. 또한, 용 기(40)의 도출 포트(32)를 가스 공급 라인(가스 도출로)(53)에 접속하기 위해 커버에 설치된 포트 접속 부재(52) 내에도, 예를 들어 저항 발열체 등으로 이루어지는 히터(49)가 배치된다.
기화 장치(2)의 히터(48, 49)는 제어부(60)에 의해 제어되는 전력 공급부(50a, 50b)에 각각 접속된다. 이에 의해, 기화 장치(2)의 내벽면의 온도 및 필터(7)의 주연 부근의 온도가 미리 설정한 온도가 되도록 제어된다. 또한, 적외선 조사 기구(8)의 할로겐 램프(81)도 제어부(60)에 의해 제어되는 전력 공급부(50c)에 접속된다. 이에 의해, 필터(7)의 중앙부의 온도가 미리 설정한 온도가 되도록 제어된다. 즉, 본 실시 형태에서는 필터(7)의 주연부 영역의 가열을 히터(48, 49)로부터의 전도 열에 의해 행하고, 중앙 영역의 가열을 적외선 조사 기구(8)로부터의 복사열에 의해 행한다. 히터(48, 49) 및 적외선 조사 기구(8)에 의한 필터(7)의 목표 온도는 액체 원료가 기화되고 또한 변질되지 않은 온도 범위로 설정된다.
용기(40)의 바닥면에는 기화되지 않았던 액체 원료를 배출하기 위한 드레인 포트(34)가 형성된다. 드레인 포트(34)에는 배출 라인(42)이 접속된다. 배출 라인(42)에는 용기(40)의 바닥부 근방에 미스트 배출용 밸브(Vm)가 배치된다. 밸브(Vm)가 폐쇄되었을 때에, 상기 드레인 포트(34) 근방에 미스트가 저류되고, 이곳이 미스트 저장부가 된다. 배출 라인(42)의 타단부측에는 미스트를 흡인 배출하기 위한 배출 펌프(44)가 접속되고, 배출 라인(42)과 배출 펌프(44)에 의해 흡인로가 구성된다.
다음에, 이와 같은 성막 장치에서 행해지는 성막 방법에 대해 설명한다. 도 4a는 도2에 도시하는 기화 장치에서 행해지는 액체 원료의 기화 방법의 이미지를 도시하는 도면이다. 도4b는 도2에 도시하는 기화 장치에 있어서의 필터와 적외선 조사 기구와의 관계를 나타내는 개략도이다.
우선, 성막 처리를 행하기 위해, 밸브(V1, V2, V3, Va)를 개방한다. 즉, 가스 공급계(200)에서는 가스 공급 라인(21)을 통해 저류조(1) 내로 가압 기체인 N2 가스를 공급한다. 이 가압 기체에 의해 저류조(1) 내의 저증기압의 액체 원료, 예를 들어 하프늄계 액체 원료를, 공급 라인(51)을 통해 액체 매스플로우 미터(M)에 의해 유량을 조정한 상태에서 기화 장치(2)로 압송한다. 이때 공급 라인(51) 내를 통류하는 액체 원료의 온도는 공급 라인(51)의 주위에 배치된 가열 히터(도시하지 않음)에 의해, 예를 들어 40 ℃ 정도로 설정된다.
여기서 성막 처리부(100)에서는 반응관(110) 내가 소정의 진공도로 진공 배기되므로, 가스 공급계(200)의 유체는 공급 라인에 설치된 각 밸브를 개방함으로써 하류측으로 통기해간다. 이와 같이 하여 기화 장치(2)에는, 예를 들어 5 sccm의 유량의 하프늄계 액체 원료가 도입된다. 또한, 이때, 도출 포트(32)의 밸브(V3)가 개방되는 한편, 드레인 포트(34)의 밸브(Vm)가 폐쇄되므로, 용기(40) 내에는 수직 방향으로부터 수평 방향으로 굴곡되는 유체류가 형성된다.
기화 장치(2)에서는 히터(48, 49)에 의해, 예를 들어 용기(40)의 내부가 140 ℃ 정도로 가열된다. 여기에 인젝터(30)로부터 하방을 향해 안개화된(미세한 입자로 함) 액체 원료가 토출된다. 이 안개화된 액체 원료는 용기(40)의 상부측 영역 을 원추형으로 넓히면서 균일하게 미립화되는 동시에 일부가 가열에 의해 기화된다. 그리고, 입상 물질인 미스트와 증기를 포함하는 원추형의 원료의 흐름은 용기(40)의 하부측 영역을 향해 흐르고, 그 동안에 열교환에 의해 기화된다.
용기(40) 내를 하방을 향해 흐르는 원료의 흐름 중, 가스는 성막 처리부(100)측으로 흡인되어 수직 방향으로부터 수평 방향으로 굴곡된다. 한편, 미스트는 중량이 크기 때문에 관성력에 의해 방향 변환할 수 없어, 그대로 하방으로 흐른다. 그 결과, 미스트는 가스로부터 분리되어 용기(40)의 바닥부의 미스트 저장부에 수취된다. 그러나, 그와 같이 해도 도출 포트(32)로부터 나오는 유체 중에는 여전히 분리되지 않았던 미스트가 일부 포함되어 있다. 이로 인해, 처리 가스가 필터(7)를 통과할 때에, 처리 가스에 포함되는 미스트가 필터(7)에 포착된다.
한편, 필터(7)는 히터(48, 49)에 의해 기화 장치(2)의 커버(41) 및 고정 부재(71)를 통해 전도열에 의해 주연부가 가열되고, 또한 주연부로부터 중앙부를 향해 열이 전도된다. 또한, 이미 서술한 바와 같이 필터(7) 내에서는 열의 전도성이 나쁘지만, 중앙 영역에는 적외선이 조사되기 때문에 복사열에 의해 직접적으로 가열된다. 따라서, 필터(7)는 전체면에 걸쳐서 대략 균일하게 미스트의 기화에 적합한 설정 온도로 유지된다. 이로 인해, 필터(7)에 포착된 미스트는 기화되고, 처리 가스가 되어 필터(7)를 통과하여 가스 공급 라인(53)으로 흘러간다. 필터(7) 내를 처리 가스가 통과함으로써, 또한 미스트가 기화될 때의 증발열에 의해 필터(7)의 열을 빼앗긴다. 그러나, 그 방열분이 적외선의 복사열에 의해 즉시 보충되고, 그 결과 필터(7)는 여전히 설정 온도로 유지되어 미스트의 포착 및 기화가 연속적으로 행해진다.
또한, 기화 장치(2)에서는 미스트 배출 밸브(Vm)를 폐쇄하고 있으므로, 상술한 바와 같이 드레인 포트(34)에는 기화되지 않았던 입상 물질이 저류된다. 그리고, 성막 처리 후에 소정의 타이밍으로 밸브(Vm)를 개방하여 배기 펌프(44)를 작동시킴으로써, 용기(40)에 저류되는 미스트가 미스트 배출관(42)을 통해 장치 밖으로 배출된다.
이와 같이, 기화 장치(2) 내에서 생성된 처리 가스는 가스 공급 라인(53)을 통해 성막 처리부(100)로 이송된다. 이때 가스 공급 라인(53) 내를 통류하는 처리 가스의 온도는 상기 가스 공급 라인(53)의 주위에 배치된(도시하지 않음) 가열 히터에 의해, 예를 들어 150 ℃ 정도로 설정된다.
한편, 성막 처리부(100)에 있어서는, 미리 소정 매수의 웨이퍼(W)를 보트(120)에 탑재하고, 예를 들어 소정 온도로 유지된 반응관(110) 내로 반입하여, 반응관(110) 내를 소정의 진공도로 진공 배기한다. 그리고, 반응관(110) 내를 소정 온도, 소정 압력으로 안정시킨 후, 공급 라인(53)으로부터 하프늄계 재료를 기화하여 얻은 처리 가스와, 산소 가스(도시하지 않음)를 반응관(110) 내에 공급한다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상에 하프늄 산화막을 형성하는 성막 처리를 행한다.
상술한 실시 형태에 따르면, 다음의 효과를 얻을 수 있다. 기화 장치(2)에서는, 필터(7)의 주연부는 히터(48, 49)의 전도열에 의해 가열되는 동시에 필터(7)의 중앙 영역은 적외선이 조사되어 가열된다. 이로 인해, 온도의 리커버리를 충분히 확보할 수 있고, 필터(7)는 전체면에 걸쳐서 미스트의 기화에 적합한 설정 온도 로 유지된다. 미스트가 효율적으로 기화되므로 미스트의 부착 퇴적에 의한 필터(7)의 폐색이 억제되어 필터의 사용 수명이 길어진다. 또한, 필터(7)의 폐색이 억제되므로, 용기(40) 내의 압력이 상승하지 않고 장기간에 걸쳐서 안정된 기화 작용을 유지할 수 있다. 또한 미스트의 기화 효율이 높기 때문에, 미스트의 통과에 기인하는 웨이퍼 상의 파티클의 부착을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 기화 작용이 안정되어 장기간에 걸쳐서 안정된 성막 처리를 행할 수 있다.
또한 필터(7)의 가열을 적외선의 복사열에 의해 행함으로써, 용기(40) 내가 감압 분위기 하라도, 필터(7)를 효과적으로 가열할 수 있다. 또한, 액체 원료가 기화되어 얻게 된 처리 가스가 통하는 부위는 통상 히터에 의해 가열된다. 필터(7)의 가열에 대해서는 적외선 조사 기구(8)의 조사 영역을 넓혀 필터 전체면의 가열을 적외선의 조사에 의해 행하는 구성으로 해도 좋다.
도5는 도2에 나타내는 기화 장치의 변형예를 나타내는 종단면도이다. 본 변형예에서는 적외선 조사 기구(8)의 투과 창(83)이 고정 부재(85)에 의해 커버(41)의 외측벽면에 배치된다. 또한, 리플렉터(80)가 고정 부재(86)에 의해 커버(41)의 외측벽면에 배치된다. 이에 의해, 필터(7)의 상류측 표면에 적외선을 조사하는 적외선 조사 기구(8)가 구성된다.
보다 구체적으로는, 기화 장치(2)의 하단부측면에 형성된 개구부(20)를 덮도록 기화 장치(2)의 외측으로부터 투과 창(83)이 배치된다. 투과 창(83)은 링형의 고정 부재(85)의 중앙 개구부를 막도록 형성된다. 고정 부재(85)는 그 주연부에 형성된 구멍(도시하지 않음)에 볼트(85a)를 삽입하여 커버(41)의 외측벽면에 비틀 어 넣음으로써 커버(41)에 고정된다. 커버(41)의 외측벽면에는 일단부측이 리플렉터(80)와 접속하는 L자형의 고정 부재(86)가 배치된다. 고정 부재(86)는 타단부측에 형성된 구멍(도시하지 않음)에 볼트(86a)를 비틀어 넣음으로써 커버(41)에 고정된다. 또한, 고정 부재(86)의 일단부측에 형성된 구멍(도시하지 않음)에 볼트(86b)를 비틀어 넣음으로써 리플렉터(80)가 고정된다.
이와 같은 구성의 적외선 조사 기구(8)라도 상술한 것과 마찬가지로 필터(7)를 효과적으로 가열할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 있어서의 적외선 조사 기구(8)의 구조는 상기의 것으로 한정되지 않는다.
도6은 본 발명의 다른 실시예에 관한 기화 장치를 갖는 반도체 처리 시스템(성막 시스템)을 도시하는 구성도이다. 본 실시 형태에서는, 기화 장치(2X)에서는 필터 유닛(9B)이 가스 공급 라인(53)을 통해 기화 유닛(9A)으로부터 이격되어 배치된다. 필터 유닛(9B)에는, 상술한 바와 같은 필터(7) 및 적외선 조사 기구(8)가 배치된다. 그 밖의 점에 있어서는, 본 실시 형태의 기화 장치(2X)는 전회의 실시 형태의 기화 장치(2)와 동일하다.
도6에 도시한 바와 같이, 기화 유닛(9A)으로부터 연장되는 가스 공급 라인(53) 상에는 필터 유닛(9B)이 배치된다. 도7은 필터 유닛(9B)을 도시하는 종단면도이다. 필터 유닛(9B)은 종형의 원통체인 필터 용기(90)를 구비하고, 필터 용기(90)의 상단부에 도입 포트(91)가 형성된다. 가스 공급 라인(53)(도7에는 도시하지 않음)으로부터 도입 포트(91)를 통해 처리 가스가 필터 용기(90) 내에 공급된다.
필터 용기(90)의 하단부의 측벽에는 처리 가스를 성막 처리부(100)에 공급하기 위한 도출 포트(92)가 형성된다. 필터 용기(90)에는 도출 포트(92)의 내측 개구부(92a)를 덮도록 상술한 필터(7)가 배치된다. 필터(7)의 고정 구조는 개략적으로 도시되지만, 예를 들어 도3에 도시한 고정 부재(71)를 통해 필터 용기(90)에 고정된다.
필터 용기(90)의 측벽에는 상술한 적외선 조사 기구(8)가 배치된다. 필터 용기(90)에 있어서의 필터(7)에 대향하는 측벽 부위에는 개구부(93)가 형성된다. 이 개구부(93)에 적외선 조사 기구(8)의 전방면부가 끼워 맞추어진다. 필터(7)와 필터 용기(90)의 고정 구조에 대해서는, 예를 들어 기화 장치(2)의 경우와 동일한 구조 등을 채용할 수 있다.
필터 유닛(9B)에는 필터 용기(90)도 포함하여 전체를 덮도록 가열 블럭(96)이 배치된다. 이 가열 블럭(96)은 도면의 번잡함을 피하기 위해 쇄선으로 개략적으로 도시되지만, 블럭체의 내부에 저항 발열체로 이루어지는 히터를 설치하여 구성된다. 필터 용기(90), 도입 포트(91)의 일부, 도출 포트(92)의 일부를 가열함으로써 처리 가스와 접촉하는 부위를 처리 가스가 액화되지 않고, 또한 변질되지 않을 정도의 적절한 온도로 유지한다. 필터(7)는 주연부가 이 가열 블럭(96)에 의해 가열되고, 중앙부가 적외선 조사 기구(8)로부터의 적외선에 의해 가열된다. 또한, 필터 용기(90)의 바닥면에는 기화되지 않았던 액체 원료를 배출하기 위한 드레인 포트(94)가 형성되고, 상기 드레인 포트(94)를 기밀하게 밀봉하기 위한 캡(95)이 배치된다.
다음에, 본 실시 형태에 있어서의 작용에 대해 설명한다. 본 예에서는, 기화 유닛(9A)에는 필터(7) 및 적외선 조사 기구(8)가 배치되어 있지 않으므로, 이 기화 유닛(9A)의 도출 포트로부터는 액체 원료의 증기와 기화되지 않았던 입상 물질(미스트)을 포함하는 처리 가스가 배출된다. 이 처리 가스는 가스 공급 라인(53) 및 도입 포트(91)를 통해 필터 용기(90) 내에 공급되고, 필터 용기(90) 내를 하방을 향해 흐른다.
처리 가스에 포함되는 미스트는 중력에 의해 필터 용기(90)의 바닥면으로 낙하되어 처리 가스로부터 분리된다. 처리 가스는 도출 포트(92)측으로부터의 흡인에 의해 도출 포트(92)를 향해 구부러진다. 이 처리 가스에는 중력에 의해 분리되지 않았던 미스트가 일부 포함되어 있지만, 처리 가스가 필터(7)를 통과할 때에 미스트는 필터(7)에 포착된다. 따라서, 전회의 실시 형태의 기화 장치(2)의 경우와 마찬가지로 하여 미스트는 기화되어 처리 가스와 함께 필터(7)를 통과하고, 도출 포트(92) 및 가스 공급 라인(53)을 통해 성막 처리부(100)로 이송된다.
본 실시 형태의 기화 장치(2X)에 따르면, 전회의 실시 형태의 기화 장치(2)에서 서술한 효과와 마찬가지로 장기간에 걸쳐서 양호한 필터 기능을 얻을 수 있다. 또한, 미스트는 필터(7)의 상류측 표면에 포착되는 경우가 많으므로, 가열 효율의 점에 있어서, 적외선 조사 기구(8)는 상류측 표면과 대향 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 적외선 조사 기구(8)를 필터(7)의 하류측 표면과 대향하도록 배치해도 좋다.
도8은 도7에 도시하는 필터 유닛(9B)의 변형예를 나타내는 종단면도이다. 본 변형예의 필터 유닛(9X)에서는 필터 용기(90)의 하단부 측벽에 도입 포트(91)가 형성되는 동시에, 필터 용기의 상단부에 도출 포트(92)가 형성된다. 필터 용기(90)에는 도입 포트(91)의 내측 개구부(91a)를 덮도록 상술한 필터(7)가 배치된다. 이 경우에 있어서도 필터(7)의 중앙부의 온도 저하를 억제할 수 있어, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 저증기압 액체 원료로서는, 하프늄계 재료나 HEAD 이외에, 예를 들어 140 ℃에서의 증기압이 40 ㎩ 이하인 Ta(OC2H5)5, 120 ℃에서의 증기압이 40 ㎩ 이하인 TDEAH[HF{N(C2H5)}4] 등을 이용할 수 있다. 또한, 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba)의 각 유기 물질(금속 유기 물질)을 테트라히드로푸란(THF) 용액에 용해하여 이루어지는 액체 원료 등을 이용할 수도 있다. 또한, HEAD를 기화하여 얻은 처리 가스와 NH3 가스를 이용하여 실리콘나이트라이드막을 성막하는 처리나, Ta(OC2H5)5를 기화하여 얻은 처리 가스와 O3 가스를 이용하여 Ta2O5막을 성막하는 처리에 적용할 수 있다. 또한, 성막 처리부로서는, 일괄식 감압 CVD 장치 이외에, 매엽식 성막 장치를 이용해도 좋다.
추가적인 이점 및 변경들은 해당 기술 분야의 숙련자들에게 용이하게 발생할 것이다. 따라서, 보다 넓은 관점에서의 본 발명은 본 명세서에 도시되고 설명된 특정 설명 및 대표적인 실시예로 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구범위 및 그와 균등한 것에 의해 한정된 바와 같은 일반적인 본 발명의 개념의 기술 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경들이 이루어질 수도 있다.
도1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기화 장치를 갖는 반도체 처리 시스템(성막 시스템)을 도시하는 구성도.
도2는 도1에 도시하는 시스템에서 사용되는 기화 장치를 도시하는 종단면도.
도3은 도2에 도시하는 기화 장치 내에 설치되는 필터를 도시하는 개략 사시도.
도4a는 도2에 도시하는 기화 장치에서 행해지는 액체 원료의 기화 방법의 이미지를 도시하는 도면.
도4b는 도2에 도시하는 기화 장치에 있어서의 필터와 적외선 조사 기구의 관계를 나타내는 개략도.
도5는 도2에 도시하는 기화 장치의 변형예를 나타내는 종단면도.
도6은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 기화 장치를 갖는 반도체 처리 시스템(성막 시스템)을 도시하는 구성도.
도7은 도6에 도시하는 시스템에서 사용되는 기화 장치의 필터 유닛을 도시하는 종단면도.
도8은 도7에 도시하는 필터 유닛의 변형예를 나타내는 종단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 저류조
2 : 기화 장치
23, 53 : 가스 공급 라인
24 : 가스 공급원
51 : 가스 공급원
100 : 성막 처리부
110 : 반응관
120 : 웨이퍼 보트
130 : 히터
150 : 진공 펌프
200 : 가스 공급계
W : 웨이퍼

Claims (20)

  1. 액체 원료로부터 처리 가스를 얻기 위한 기화 장치이며,
    상기 기화 장치의 기화 공간을 규정하는 기화 용기와,
    상기 기화 공간 내에 상기 액체 원료를 안개 형상으로 분출하도록 상기 기화 용기에 설치된 인젝터와,
    상기 기화 공간 내에 분출된 상기 액체 원료를 가열하도록 상기 기화 용기에 설치된 히터와,
    상기 액체 원료로부터 얻게 된 생성 가스를 상기 기화 공간으로부터 도출하도록 상기 기화 용기에 접속된 가스 도출로와,
    상기 가스 도출로 내 또는 상기 가스 도출로와 상기 기화 공간 사이에 배치된 상기 생성 가스 중의 미스트를 포착하는 필터와,
    상기 필터에 적외선을 조사하는 적외선 조사 기구를 구비하는 기화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적외선 조사 기구는 상기 필터의 상류측 표면에 적외선을 조사하도록 배치되는 기화 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적외선 조사 기구는 상기 필터에 대해 동심형으로 적외선을 조사하도록 구성되고, 상기 기화 장치는 상기 필터의 주연부를 가열하는 보조 히터를 더 구비하는 기화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 필터 및 상기 적외선 조사 기구는 상기 기화 용기에 제공되는 기화 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가스 도출로는 상기 기화 용기의 하부 측면에 접속되어, 상기 생성 가스를 횡방향으로 도출하는 기화 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 필터는 상기 가스 도출로에 대응하여 상기 기화 용기의 일측부에 형성된 도출 포트에 설치되고, 상기 적외선 조사 기구는 상기 도출 포트에 대향하는 상기 기화 용기의 타측부에 형성된 투과 창과, 상기 투과 창의 외측에 배치된 적외선 광원을 구비하는 기화 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 인젝터는 상기 기화 용기의 상부에 배치되고 또한 상기 기화 용기 내에 상기 액체 원료를 하방을 향해 분출하는 기화 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 인젝터는 내관 및 외관으로 이루어지는 이중관 구조를 갖고, 상기 내관으로부터 상기 액체 원료가 공급되고, 상기 외관으로부터 안개화용 가스가 공급되는 기화 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기화 장치는 상기 기화 용기로부터 이격되어 상기 가 스 도출로 상에 배치된 상기 생성 가스가 통과하는 필터 용기를 더 구비하고, 상기 필터 및 상기 적외선 조사 기구는 상기 필터 용기에 제공되는 기화 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 필터는 상기 필터 용기의 일측부에 형성된 상기 생성 가스의 출구에 설치되고, 상기 적외선 조사 기구는 상기 출구에 대향하는 상기 필터 용기의 타측부에 형성된 투과 창과, 상기 투과 창의 외측에 배치된 적외선 광원을 구비하는 기화 장치.
  11. 반도체 처리 시스템이며,
    피처리 기판을 수납하는 처리실과,
    상기 처리실 내에서 상기 피처리 기판을 지지하는 지지 부재와,
    상기 처리실 내의 상기 피처리 기판을 가열하는 히터와,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계와,
    액체 원료로부터 처리 가스를 얻기 위한 기화 장치를 구비하고, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계를 포함하고,
    상기 기화 장치는,
    상기 기화 장치의 기화 공간을 규정하는 기화 용기와,
    상기 기화 공간 내에 상기 액체 원료를 안개 형상으로 분출하도록 상기 기화 용기에 설치된 인젝터와,
    상기 기화 공간 내에 분출된 상기 액체 원료를 가열하도록 상기 기화 용기에 설치된 히터와,
    상기 액체 원료로부터 얻게 된 생성 가스를 상기 기화 공간으로부터 도출하도록 상기 기화 용기에 접속된 가스 도출로와,
    상기 가스 도출로 내 또는 상기 가스 도출로와 상기 기화 공간 사이에 배치된 상기 생성 가스 중의 미스트를 포착하는 필터와,
    상기 필터에 적외선을 조사하는 적외선 조사 기구를 구비하는 반도체 처리 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 적외선 조사 기구는 상기 필터의 상류측 표면에 적외선을 조사하도록 배치되는 반도체 처리 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 적외선 조사 기구는 상기 필터에 대해 동심형으로 적외선을 조사하도록 구성되고, 상기 기화 장치는 상기 필터의 주연부를 가열하는 보조 히터를 더 구비하는 반도체 처리 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 상기 필터 및 상기 적외선 조사 기구는 상기 기화 용기에 제공되는 반도체 처리 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가스 도출로는 상기 기화 용기의 하부 측면에 접속되어, 상기 생성 가스를 횡방향으로 도출하는 반도체 처리 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 필터는 상기 가스 도출로에 대응하여 상기 기화 용기의 일측부에 형성된 도출 포트에 설치되고, 상기 적외선 조사 기구는 상기 도출 포트에 대향하는 상기 기화 용기의 타측부에 형성된 투과 창과, 상기 투과 창의 외측에 배치된 적외선 광원을 구비하는 반도체 처리 시스템.
  17. 제14항에 있어서, 상기 인젝터는 상기 기화 용기의 상부에 배치되고 또한 상기 기화 용기 내에 상기 액체 원료를 하방을 향해 분출하는 반도체 처리 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 인젝터는 내관 및 외관으로 이루어지는 이중관 구조를 갖고, 상기 내관으로부터 상기 액체 원료가 공급되고, 상기 외관으로부터 안개화용 가스가 공급되는 반도체 처리 시스템.
  19. 제11항에 있어서, 상기 기화 장치는 상기 기화 용기로부터 이격되어 상기 가스 도출로 상에 배치된 상기 생성 가스가 통과하는 필터 용기를 더 구비하고, 상기 필터 및 상기 적외선 조사 기구는 상기 필터 용기에 제공되는 반도체 처리 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 필터는 상기 필터 용기의 일측부에 형성된 상기 생성 가스의 출구에 설치되고, 상기 적외선 조사 기구는 상기 출구에 대향하는 상기 필터 용기의 타측부에 형성된 투과 창과, 상기 투과 창의 외측에 배치된 적외선 광원 을 구비하는 반도체 처리 시스템.
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