KR20090079819A - 기화기를 포함하는 반도체 처리 시스템 및 그 사용 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 처리 장치와 상기 반도체 처리 장치에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 포함하는 반도체 처리 시스템은 기화실 내의 압력을 조정하기 위한 압력 조정 기구의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다. 제어부는 압력 검출부의 압력 검출값을 기초로 하여 기화실 내의 압력이 소정의 압력 범위 내에 들어가도록 미리 설정된다. 소정의 압력 범위는 압력의 상승에 의해 액체 원료의 기화가 저해되는 제1 한계값보다 낮게 설정된 상한값과, 압력의 하강에 의해 액체 원료의 기화가 불안정해져 기화실 내의 압력이 맥동을 억제하는 제2 한계값보다 높게 설정된 하한값에 의해 규정된다.
Figure P1020090003550
성막 처리 장치, 가스 공급 장치, 진공 펌프, 접속 배관, 집합 배관, 기화기

Description

기화기를 포함하는 반도체 처리 시스템 및 그 사용 방법 {SEMICONDUCTOR PROCESSING SYSTEM HAVING VAPORIZER AND METHOD FOR USING THE SAME}
본 발명은 액체 원료로부터 처리 가스를 얻기 위한 기화기를 포함하는 반도체 처리 시스템에 관한 것으로, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition), MLD(Molecule Layer Deposition), 혹은 감압 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등을 행하는 성막 처리 장치를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 여기서, 반도체 처리라 함은, 웨이퍼나 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 FPD(Flat Panel 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 디바이스의 제조에 있어서, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 소정의 막을 형성하는 성막 처리가 행해진다. 이 처리는 예를 들어 감압 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치를 사용하여 행해진다. 이 감압 CVD 장치는 원료를 가스 상태에서 공급하고, 화학 반응을 진행시켜 웨이퍼 표면에 박막을 퇴적시킨다. 이러한 종 류의 장치에 있어서, 액체 원료를 기화하여 얻은 처리 가스를 성막 가스로서 처리실 내에 도입하는 경우가 있다. 이 액체 원료의 기화 방식으로서는, 예를 들어 액체 원료 공급로를 동심원 형상으로 둘러싸도록 캐리어 가스 공급로를 설치한 구조가 알려져 있다. 이들 공급로의 하단부에 배치된 노즐로부터 액체 원료 및 캐리어 가스를 토출시켜, 말하자면 분무 작용에 의해 미스트화된 액체 원료를 가열하여 기화한다.
이와 같은 스프레이 노즐 방식에서는, 기화실 내부의 압력을 액체 원료가 기화하는 압력의 한계값보다 낮게 할 필요가 있고, 종래부터 기화실 내부의 압력은 낮을수록 좋다고 되어 있다. 한편, 반도체 디바이스는 고유전체 박막이 사용되게 되고, Sr(THD)2[스트론튬비스테트라메틸헵탄디오나토], Ti(MPD)(THD)2[티타늄메틸헵탄디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토] 등의 고체 재료나 Sr(METHD)2[스트론튬비스메톡시에톡시테트라메틸헵탄디오나토] 등의 고점도 액체 소스를 용제에 용해시켜 얻은 액체 원료를 기화시키는 것이 검토되고 있다. 이와 같은 액체 원료를 기화하는 경우, 액체 원료의 공급량이 적으면, 기회실 내부의 압력이 지나치게 적어지는 것에 기인하여, 노즐 선단부에서 용매인 용제만이 선행하여 비등할 가능성이 있다. 이러한 경우, 액체 원료의 용질이 노즐 선단부에서 석출되어 노즐의 폐색이나 스프레이 이상이 발생하여 기화 효율의 악화에 의해 잔사가 증가하여 웨이퍼 파티클 오염의 요인이 된다.
종래, 이러한 종류의 기화기를 사용하는 가스 공급 장치를 포함하는 반도체 처리 시스템에서는, 가스 공급 장치의 구조나 사용 조건이 액체 원료에 맞게 미리 설정되어 있고, 기화기가 반도체 처리 장치로부터 독립적으로 압력 제어되는 구성으로는 되어 있지 않다. 그러나, 상술한 바와 같은 새로운 액체 원료의 채용에 수반하여 발생하는 문제에 대처하기 위해, 기화실 내부의 압력을 압력 센서에 의해 감시하는 구조가 제안되어 있다[일본 특허 출원 공개 제2002-324794호 공보(인용문헌 1 : 5 페이지 단락 2, 도1)]. 인용문헌 1에 기재된 발명에 따르면, 기화실 내부의 압력을 압력 센서에 의해 감시하고, 노즐의 선단부 내의 막힘의 진행에 의해 기화실 내부의 압력이 저하된 것을 검출하면, 액체 원료의 공급을 정지하여 성막 처리를 중단한다. 그리고, 액체 원료의 용매보다도 기화 온도가 높은 용매를 도입관에 유입시킴으로써 도입관 내부의 건조를 억제하는 동시에 기화실 내부의 압력 저하에 의해 석출된 액체 원료의 유기 금속을 용해하여 도입관의 내부를 청정화한다. 이에 의해, 도입관의 선단부가 완전히 막히는 것을 미연에 방지하는 것이 가능해지고, 도입관을 교환할 때에 필요하게 된 약 2일간이라는 작업 시간을 불필요로 하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 인용문헌 1에 기재된 발명에서는, 기화실 내부의 압력 저하가 성막 프로세스 중에 발생하면, 그때까지 성막 처리를 행하고 있던 기판은 성막 처리가 완료되어 있지 않다. 또한 기화실 내부의 압력 저하에 의해 석출된 유기 금속 등에 의해 파티클 오염의 우려가 있으므로, 이 기판은 폐기된다. 따라서, 인용문헌 1에 기재된 발명에서는, 기화실 내부의 압력이 저하되었을 때에 도입관이 완전히 막히지 않도록 안전하게 장치를 정지시키는 것은 가능하지만, 그 후, 성막 처리 중 의 기판의 폐기, 및 새롭게 기판을 세트하는 공정을 행할 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 기화기의 노즐 폐색을 방지함으로써, 성막 처리 등의 반도체 처리를 정지시키지 않고 안정되게 행할 수 있는, 액체 원료로부터 처리 가스를 얻기 위한 기화기를 포함하는 반도체 처리 시스템 및 그 사용 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제1 시점은, 반도체 처리 장치와 상기 반도체 처리 장치에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 포함하는 반도체 처리 시스템이며, 상기 반도체 처리 장치는, 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 배기계를 구비하고, 상기 가스 공급 장치는, 액체 원료를 기화하기 위한 기화실을 형성하는 용기와, 상기 액체 원료를 캐리어 가스에 의해 안개화하여 상기 기화실 내에 공급하는 노즐과, 상기 액체 원료를 상기 노즐에 공급하는 액체 원료 공급로와, 상기 캐리어 가스를 상기 노즐에 공급하는 캐리어 가스 공급로와, 상기 안개화된 액체 원료를 기화하여 상기 처리 가스를 생성하기 위해 상기 기화실 내를 가열하는 히터와, 상기 처리 가스를 상기 기화실 내로부터 상기 처리실에 공급하기 위한 기체 공급로와, 상기 기화실 내의 압력을 검출하기 위한 압력 검출부와, 상기 기화실 내의 압력을 조정하기 위한 압력 조정 기구와, 상기 압력 조정 기구의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 압력 검출부의 압력 검출값을 기초로 하여 상기 기화실 내의 압력이 소정의 압력 범위 내에 들어가도록 상기 압력 조정 기구의 동작을 제어하도록 미리 설정되고, 상기 소정의 압력 범위는 상기 압력의 상승에 의해 상기 액체 원료의 기화가 저해되는 제1 한계값보다 낮게 설정된 상한치와, 상기 압력의 하강에 의해 상기 액체 원료의 기화가 불안정해져 상기 기화실 내의 압력이 맥동을 개시하는 제2 한계값보다 높게 설정된 한계값에 의해 규정된다.
본 발명의 제2 시점은, 반도체 처리 장치와 상기 반도체 처리 장치에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 포함하는 반도체 처리 시스템의 사용 방법이며, 상기 반도체 처리 장치는, 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 배기계를 구비하고, 상기 가스 공급 장치는, 액체 원료를 기화하기 위한 기화실을 형성하는 용기와, 상기 액체 원료를 캐리어 가스에 의해 안개화하여 상기 기화실 내에 공급하는 노즐과, 상기 액체 원료를 상기 노즐에 공급하는 액체 원료 공급로와, 상기 캐리어 가스를 상기 노즐에 공급하는 캐리어 가스 공급로와, 상기 안개화된 액체 원료를 기화하여 상기 처리 가스를 생성하기 위해 상기 기화실 내를 가열하는 히터와, 상기 처리 가스를 상기 기화실 내로부터 상기 처리실에 공급하기 위한 기체 공급로와, 상기 기화실 내의 압력을 검출하기 위한 압력 검출부와, 상기 기화실 내의 압력을 조정하기 위한 압력 조정 기구를 구비하고, 상기 방법은, 상기 기화실 내의 압력의 상승에 의해 상기 액체 원료의 기화가 저해되는 제1 한계값을 구하는 공정과, 상기 압력의 하강에 의해 상기 액체 원료의 기화가 불안정해져 상기 기화실 내의 압력이 맥동을 개시하는 제2 한계값을 구하는 공정과, 상기 제1 한계값보다 낮게 설정된 상한값과 상기 제2 한계값보다 높게 설정된 하한값에 의해 규정되는 소정의 압력 범위를 결정하는 공정과, 상기 압력 검출부의 압력 검출값을 기초로 하여 상기 기화실 내의 압력이 상기 소정의 압력 범위 내에 들어가도록 상기 압력 조정 기구의 동작을 제어하는 공정을 구비한다.
본 발명의 추가 목적 및 이점들은 다음의 상세한 설명에 개시될 것이며, 일부는 상세한 설명으로부터 명백할 것이고 또는 본 발명의 실시에 의해 학습될 수도 있다. 본 발명의 목적 및 이점들은 특별히 이후에 개시되는 수단들 및 조합들에 의해 인식되고 얻어질 수도 있다.
본 명세서에 합체되고 일부로 구성되는 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들을 나타내고 있고, 상기한 일반적인 설명과 함께 하기되는 실시예들의 상세한 설명은 본 발명의 원리들을 설명하는 것으로 제공된다.
본 발명에 따르면, 기화기의 노즐 폐색을 방지함으로써, 성막 처리 등의 반도체 처리를 정지시키지 않고 안정되게 행할 수 있는, 액체 원료로 처리 가스를 얻기 위한 기화기를 포함하는 반도체 처리 시스템 및 그 사용 방법을 제공할 수 있다.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이 하의 설명에 있어서, 대략 동일 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 부여하고, 중복 설명은 필요한 경우에만 행한다.
<제1 실시 형태>
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 반도체 처리 시스템(성막 시스템)을 개략적으로 도시하는 구성도이다. 도2는 도1에 도시하는 시스템의 가스 공급 장치에서 사용되는 기화기를 도시하는 종단면도이다. 도1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 성막 시스템(1)은, 예를 들어 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고도 함) 등의 피처리 기판에 대해 소정의 성막 처리를 행하기 위한 성막 처리 장치(반도체 처리 장치)(10)와, 성막 처리 장치(10)에 소정의 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급 장치(20)를 구비한다.
성막 처리 장치(10)는, 예를 들어 반응실(처리실)인 종형의 반응관(11)을 갖는 뱃치(batch)식의 감압 CVD 장치를 구비한다. 반응관(11) 내에 웨이퍼(W)를 다수매 탑재한 웨이퍼 보트(12)가 반출입 가능해진다. 웨이퍼(W)는 반응관(11)의 외측에 설치된 히터(13)에 의해 가열된다. 반응관(11) 내부는 진공 배기 수단인 진공 펌프(15)를 통해 소정의 진공도로 유지된다. 반응관(11)에는 웨이퍼에 대해 소정의 성막 처리를 행하기 위해 후술하는 처리 가스 공급관(30)으로부터 소정의 처리 가스가 공급된다.
가스 공급 장치(20)는 액체 원료나 액체 원료에 사용되는 용제를 저류하는 저류부(21)와, 저류부(21)로부터 공급되는 액체 원료를 기화하기 위한 기화기(200) 및 이들을 연결하는 배관계를 포함한다.
저류부(21)는 서로 다른 액체 원료를 저류하기 위한 제1 저류조(21a) 및 제2 저류조(21b)와, 액체 원료에 사용되는 용제를 저류하는 제3 저류조(21c)를 포함한다. 제1 저류조(21a) 내의 액체 원료는 예를 들어 고체 재료인 Sr(THD)2를 THF(테테라하이드로퓨란) 용제에 의해 용해한 것이다. 제2 저류조(21b) 내의 액체 원료는 예를 들어 Ti(MPD)(THD)2를 용제에 의해 용해한 것이다. 이들 액체 원료는, 본 실시 형태에서는 같은 성막 프로세스에 있어서 양 액체 원료를 교대로 기화 공급하여 사용된다. 그러나, 같은 성막 프로세스에 있어서 양 액체 원료를 혼합하여 사용되는 경우도 있고, 또한 각각의 프로세스에서 사용되는 경우도 있다.
제1 저류조(21a)는 제1 원료 공급관(22a), 제2 저류조(21b)는 제2 원료 공급관(22b), 제3 저류조(21c)는 용제 공급관(22c)에 의해 집합 배관(23)에 접속된다. 집합 배관(23)과 밸브(V12)를 통해 기화기(200)에 액체 원료를 공급하고, 또한 기화기(200)의 세정시에 용제를 공급한다. 이들 공급관(22a, 22b, 22c)에는 밸브(V1 내지 V6)나 유량 조정부(M1 내지 M3)가 배치된다.
용제 공급관(22c)과, 제1, 제2 원료 공급관(22a, 22b)은 밸브(V7, V8)를 각각 갖는 접속 배관(24)에 의해 접속된다. 또한, 각 공급관(22a, 22b, 22c)의 주위에 온도 조절 기구 등을 설치하여 액체 원료와 용제가 일정 온도, 예를 들어 40 ℃ 정도가 되도록 설정해도 좋다. 또한, 제1 저류조(21a), 제2 저류조(21b) 및 제3 저류조(21c)에는 가압 기체 공급관(25)이 밸브(V9 내지 V11)를 통해 분기되어 접속된다. 가압 기체 공급관(25)의 타단부측은 가압 기체 예를 들어 헬륨(He) 가스를 공급하기 위한 가압 기체 공급원(도시하지 않음)에 접속된다.
집합 배관(23)은, 성막 프로세스시에는 액체 원료를 공급하기 위한 것이므로, 집합 배관(23)을 액체 원료 공급관(23)이라고도 부른다. 액체 원료 공급관(23)은 냉각 블록(40)을 통해 기화기(200)에 접속된다. 냉각 블록(40)은 액체 원료를 용제의 비점 이하, 예를 들어 10 ℃로 냉각하고, 액체 원료만을 냉각하여 노즐(50)에 공급하는 것이 가능해진다. 냉각 블록(40)을 통해 캐리어 가스 공급관(26)(캐리어 가스 유로)도 배치된다. 캐리어 가스 공급관(26)은 캐리어 가스 공급부(60)에 접속되는 동시에, 유량 조정부(M4)와 밸브(V13)를 구비한다. 기화기(200)는 기화실을 형성하는 용기(201)와 노즐(50)을 구비하고 있고, 노즐(50)은 용기(201)의 상면의 개구부에 기밀하게 장착된다.
액체 원료 공급관(23) 및 캐리어 가스 공급관(26)은 노즐(50)에 접속된다. 노즐(50)은 내관 및 외관을 갖는 이중관 구조의 스프레이식 노즐로서 구성된다. 이 내관으로부터는 액체 원료 공급관(23)으로부터 보내지는 액체 원료가 공급되고, 외관으로부터는 캐리어 가스 공급관(26)으로부터 안개화용 가스로서 보내지는 질소 가스(혹은 Ar, He 등의 불활성 가스)가 공급된다. 노즐(50)의 선단부의 토출구(50a)(예를 들어 구멍 직경 0.25 ㎜)로부터 액체 원료가 안개화되어(미스트가 되어) 용기(201) 내에 공급된다.
용기(201)의 측면 하방 및 저면에는, 액체 원료를 기화하여 얻은 처리 가스를 취출하기 위한 취출구(202) 및 미기화의 액체 원료를 배출하기 위한 드레인 포트(203)가 형성된다. 용기(201)의 벽부에는, 기화실 내부를 가열하는 예를 들어 저항 발열체 등으로 이루어지는 히터(204)가 매립 설치된다. 또한 용기(201)의 하부에는 히터를 구비한 원기둥 형상의 하부 열교환부(205)가 배치된다.
취출구(202)에는 처리 가스 공급관(기체 공급로)(30)이 기밀 상태로 접속된다. 드레인 포트(203)에는 밸브(V14)가 개재 설치된 미스트 배출관(27)을 통해 배출 펌프(80)가 접속된다. 기화기(200)의 용기(201)(기화실) 내부의 온도 및 압력을 각각 검출하기 위해, 온도 검출부(206) 및 압력 검출부(70)가 배치된다. 히터(204) 및 하부 열교환부(205)에 대한 전원부(207)로부터의 공급 전력을 온도 검출부(206)의 검출 신호에 의해 후술하는 제어부(90)를 통해 컨트롤한다.
처리 가스 공급관(30)에는 밸브(V15)와, 조정 밸브(압력 조정부)(VT1)가 배치된다. 조정 밸브(VT1)는 처리 가스 공급관(30)에 의해 공급되는 처리 가스의 유량을 조정하기 위한 밸브이다. 조정 밸브(VT1)는 가스 공급 장치(20)에 배치된 예를 들어 컴퓨터로 이루어지는 제어부(90)에 의해 제어된다. 처리 가스 공급관(30)에는, 밸브(V16)가 개재 설치된 배출관(28)을 통해 배출 펌프(80)가 접속된다.
성막 시스템(1)은 시스템 전체의 동작을 제어하는 컴퓨터 등으로 이루어지는 주 제어부(92)를 구비한다. 주 제어부(92)는 이에 부수된 기억부에 미리 기억된 프로세스 레시피에 따라서, 예를 들어 형성되는 막의 막 두께나 조성 등의 조건에 따라서 후술하는 성막 처리를 행한다. 이 기억부에는 또한 처리 가스 유량과 막의 막 두께나 조성과의 관계가 미리 제어 데이터로서 기억된다. 따라서, 주 제어부(92)는 이들의 기억된 처리 레시피나 제어 데이터를 기초로 하여 성막 처리 장치(10) 및 가스 공급 장치(20)의 각 부를 제어할 수 있다. 또한, 기억 매체는 예 를 들어 자기 디스크[플렉시블 디스크, 하드 디스크(일례는 기억부에 포함되는 하드 디스크 등], 광 디스크(CD, DVD 등), 마그넷 옵티컬 디스크(M0 등), 반도체 메모리 등이다.
다음에, 조정 밸브(압력 조정부)(VT1)에 의한 용기(201) 내부의 압력 조정의 형태에 대해 설명한다. 도3은 조정 밸브(VT1)의 작용ㆍ효과에 대해 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로는, 캐리어 가스로서 아르곤(Ar) 가스를 0.5 slm, 혹은 0.3 slm 공급한 상태에서 Sr(THD)2를 THF 용제로 용해시킨 액체 원료의 공급량을 변화시키면서 공급하였다. 그때, 기화기에 있어서의 기화실 내부의 압력이 어떻게 변화하는지를 계측하였다. 또한, 도3에 있어서, 선 La는 기화실 내부의 압력을, 파선 Lb는 액체 원료의 설정 공급량을 각각 나타낸다.
또한, 본 실시 형태와 같은 기화기에서는, 기화실 내부의 압력은 액체 원료가 기화하는 압력에 대응하는 상한값보다도 낮을 필요가 있다. 따라서, 이 점을 고려하여 상기한 이 계측을 행하였다. 도3에 도시한 바와 같이, 아르곤 가스를 0.5 slm 공급한 상태에서, 파선 Lb로 나타낸 바와 같이 액체 원료의 공급량을 1.0 sccm 전후로 하였다. 이 경우, 기화실 내부의 압력은 선 La가 심하게 맥동하는 것으로부터 알 수 있는 바와 같이 불안정한 상태가 되었다. 또한, 아르곤 가스를 0.5 slm 공급한 상태에서, 파선 Lb로 나타낸 바와 같이 액체 원료의 공급량을 3.0 sccm 이상으로 하였다. 이 경우, 기화실 내부의 압력은 선 La가 대략 변동 없는 상태가 되므로 안정되었다. 도3의 일점 쇄선 A로 나타내는, 계측을 시작하여 대략 50초의 지점에서 아르곤 가스의 공급량을 0.3 slm으로 낮추고, 액체 원료를 약 1.0 sccm 공급으로 하였다. 이 경우, 기화실 내부의 압력은 선 La가 심하게 맥동하는 것으로부터 알 수 있는 바와 같이 불안정한 상태가 되었다. 그 정도는, 아르곤 가스를 0.5 slm 공급하는 상태에서 액체 원료를 약 0.5 sccm 공급하는 경우와 비교하여 더욱 심하고, 더 불안정한 것이었다.
즉 본 실시 형태와 같은 기화기에서는, 기화실 내부에 공급되는 액체 원료나 캐리어 가스의 공급량이 저하되어 기화실 내부의 압력이 낮은 상태가 되면, 기화실 내부의 압력이 심하게 변동하는 불안정한 상태가 된다. 기화실 내부의 압력이 불안정해지면 노즐 선단부 내에서 액체 원료의 용제가 비등하여 이미 서술한 바와 같이 노즐의 폐색이나 스프레이 이상이 일어난다. 그래서 본 실시 형태의 성막 시스템(1)에서는, 압력 검출부(70)에 의해 기화실 내부의 압력을 감시하여 압력의 저하를 검출한다. 그리고, 조정 밸브(VT1)를 통해 기화실 내부의 압력을 조정하여 압력이 크게 변동하는 불안정한 상태가 되는 것을 방지한다. 또한, 소정의 압력 범위는, 예를 들어 프로세스 레시피에 기입하고, 주 제어부(92)가 프로세스 레시피를 선택하였을 때에 판독될 수 있다.
기화실 내부의 압력이 소정의 압력 범위의 하한값까지 낮아져, 조정 밸브(VT1)를 통해 압력을 상승시키는 경우, 그 압력이 액체 원료가 기화할 수 있는 한계값을 고려하여 설정된 소정의 압력 범위의 상한값을 초과하지 않도록 하는 것이 필요하다. 도3을 일례로 하면, 기화실 내부의 소정의 압력 범위는 액체 원료가 기화하는 압력의 한계값보다 낮은 상한값 약 4 ㎪(30 Torr)로부터, 내부 압력이 크 게 변동하기 시작하는 압력의 한계값보다 높은 하한값 약 2 ㎪(15 Torr)까지의 범위가 된다.
제어부(90)는 예를 들어 선택된 레시피로부터 소정의 압력 범위를 판독하고, 성막 처리 중에는 압력 검출부(70)의 압력 검출값과 소정의 압력 범위를 비교한다. 기화실 내부의 압력이 소정의 압력 범위의 하한값까지 내려간 경우에는, 조정 밸브(VT1)의 개방도를 작게 함으로써 처리 가스 공급관(30)을 통하여 공급되는 처리 가스의 유량을 감소시킨다. 이에 의해, 기화실에 공급되는 액체 원료와 캐리어 가스의 양은 변함없고, 기화실로부터 유출되는 처리 가스의 양만이 감소한다. 이로 인해, 기화실 내부에 처리 가스가 정체되는 시간이 길어지고, 기화실 내부에 처리 가스가 모여 기화실 내부의 압력이 상승한다. 이와 같이 처리 가스의 유량을 줄이도록 조정한 후, 기화실 내부의 압력이 소정의 압력 범위의 상한값까지 상승한 경우에는, 미리 설정한 양만큼 조정 밸브(VT1)의 개방도를 크게 한다. 이에 의해, 기화실 내부에 있어서의 처리 가스의 정체량이 적어지므로, 기화실 내의 압력을 저하시켜 액체 원료가 기화되기 위한 압력 한계값을 초과하지 않도록 할 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에 따르면, 이하와 같은 순서로 기화실 내부의 압력을 제어한다. 우선, 소정의 액체 원료에 관하여, 기화실 내의 압력의 상승에 의해 액체 원료의 기화가 저해되는 제1 한계값을 구한다. 제1 한계값은 실험 데이터 혹은 문헌 데이터로부터 얻을 수 있다. 또한, 압력의 하강에 의해 액체 원료의 기화가 불안정해져 기화실 내의 압력이 맥동(헌팅으로서 알 수 있는 진동)을 개시하는 제2 한계값을 구한다. 제2 한계값은 실험 데이터로부터 얻는 것이 바람직하다. 그리 고, 제1 한계값보다 낮게 설정된 상한값과 제2 한계값보다 높게 설정된 하한값에 의해 규정되는 소정의 압력 범위를 결정한다.
상술한 바와 같이, 소정의 압력 범위의 하한값은 노즐 선단부 내에서 액체 원료의 용제가 비등하여 노즐의 폐색이나 스프레이 이상이 발생하는 것을 의도하고 있다. 따라서, 환언하면, 제2 한계값은 압력의 하강에 의해 노즐의 선단부 내에서 액체 원료의 용제가 비등하기 시작하는 압력이라 할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 냉각 블록(40)에 의해 노즐(50) 직전에 액체 원료를 소정 온도로 냉각하므로, 소정의 압력 범위의 하한값은 액체 원료로 사용되는 용제가 이 소정 온도에서 비등을 개시하는 압력을 목표로 설정할 수 있다.
상기 소정의 압력 범위는 처리 가스의 공급에 악영향을 주지 않는 범위에서 가능한 한 넓게 취하는 것이 바람직하다. 또한, 고유전체 박막을 형성하기 위한 고체 원료에 대해, 다양한 용제에 녹여 조사한 결과, 다양한 타입의 액체 원료에 공통되어, 하한값은 상한값의 40 % 내지 60 %로 하면, 헌팅을 확실하게 방지하는 동시에 효율적인 기화 처리를 행할 수 있는 압력 범위를 얻을 수 있는 것이 판명되었다.
다음에, 이 소정의 압력 범위를 주 제어부(92)가 데이터를 판독할 수 있는 기억부에 기억하고, 예를 들어 프로세스 레시피의 일부로서 기입한다. 그리고, 성막 처리 장치(10)에서 성막 처리를 행하기 위해 처리 가스를 공급할 때에, 제어부(90)의 제어 하에서, 압력 검출부(70)의 압력 검출값을 기초로 하여 기화실 내의 압력이 소정의 압력 범위 내에 들어가도록 압력 조정 기구[제1 실시 형태에서는 조 정 밸브(VT1))의 동작을 제어한다.
다음에 본 실시 형태의 성막 시스템(1)에 있어서의 성막 방법에 대해 설명한다. 우선, 성막 처리 장치(10)에 있어서, 소정 매수의 웨이퍼를 웨이퍼 보트(12)에 탑재하여 반응관(11) 내에 반입한다. 그리고, 당해 반응관(11) 내를 소정의 온도 및 소정의 압력으로 안정된 상태를 유지한다. 다음에 처리 가스를 성막 처리 장치(10)에 공급한다. 우선, 가압 기체 공급원(도시하지 않음)으로부터 가압 기체인 헬륨(He)을 제1 저류조(21a)에 공급하고, 유량 조정부(M1)에 의해 유량을 조정하면서 액체 원료를 액체 원료 공급관(23)을 통해 냉각 블록(40)에 공급한다. 냉각 블록(40)에 공급된 액체 원료는 냉각된 상태에서 노즐(50)로 공급된다. 또한, 노즐(50)에는 캐리어 가스 공급부(60)로부터 냉각 블록(40)을 통해 예를 들어 아르곤(Ar) 가스 등의 캐리어 가스가 공급된다. 이에 의해 기화실 내부에는, 노즐(50)로부터 액체 원료가 스프레이되도록 예를 들어 5 sccm의 유량의 액체 원료가 미스트상이 되어 도입된다.
기화실 내부는, 히터(204)와 하부 열교환부(205)에 의해 예를 들어 150 ℃가 되도록 가열된다. 노즐(50)로부터 미스트상으로 도입된 액체 원료는 균등하게 미세화된 상태에서 하부 열교환부(205)와 용기(201)의 내벽에 의해 형성되는 기화 공간에 도달한다. 그리고, 용기(201) 내부에서 열교환이 행해져 기화하여 처리 가스가 되고, 취출구(202)를 통해 처리 가스 공급관(30)으로 유입한다.
한편, 처리 가스 중에 포함되는 미스트는 중량이 크기 때문에 관성력에 의해 방향 변환할 수 없어 그대로 하방으로 흐른다. 그 결과, 미스트는 처리 가스로부 터 분리되어 용기(201)의 저부에 충돌한다. 용기(201)의 저면에 미스트가 모이면 그것들이 서로 부착하여 액상이 되고, 결국은 고상화되어 용기(201)의 저면에 쌓인다. 이와 같이 하여 용기(201)의 저면에 쌓인 고상 부산물은 임의의 유지 보수의 사이클로, 기화기(200)의 온도를 낮추어 용제를 용기(201) 내에 충전함으로써 용해하여 드레인 포트(203)로부터 배출한다. 드레인 포트(203)는 취출 포트(202)보다도 낮은 위치에 있으므로, 드레인이 취출 포트(202)로 유입하는 일은 없다.
이렇게 하여, 기화기(200)로부터 처리 가스 공급관(30)을 통해 처리 가스가 성막 처리 장치(10)에 공급된다. 또한, 반응관(11)에는 오존의 가스 공급 장치(도시하지 않음)도 접속된다. 성막 처리에 있어서, 우선 기화기(200)로부터의 Sr의 증기를 공급하여 웨이퍼 상에 Sr의 가스 분자를 흡착시킨다. 다음에, Sr의 액체 원료를 정지하여 기화기(200)의 불활성 가스에 의한 퍼지 공정을 행한다. 또한, 여기서, 성막 처리 장치(10)의 반응관(11)을 진공 배기하는 경우도 있다. 다음에, 오존의 가스 공급 장치로부터 O3(오존)을 공급하여 웨이퍼(W) 상의 Sr의 가스 분자를 산화하여 SrO의 분자층을 형성한다. 다음에, 기화기(200)에 대한 공급용 접속을 제1 저류조(21a)로부터 제2 저류조(21b)로 절환하여 기화기(200)로부터 Ti의 증기를 공급하여 웨이퍼 상에 Ti의 가스 분자를 흡착시킨다. 다음에, Ti의 액체 원료를 정지하여, 기화기(200)의 불활성 가스에 의한 퍼지 공정을 행한다. 다음에, 오존의 가스 공급 장치로부터 O3(오존)을 공급하여 웨이퍼(W) 상의 Ti의 가스 분자를 산화하여 TiO의 분자층을 형성한다. 이와 같은 ALD 처리에 의해 SrO와 TiO의 분자층을 적층함으로써, 소정의 두께의 STO[티탄산스트론튬]막을 형성한다. 또한, SrO와 TiO의 성막 사이클수를 조정함으로써, 예를 들어 SrO : TiO = 3 : 11 내지 5 : 9와 같이, STO막의 조성비를 제어할 수 있다.
이 성막 처리에 있어서, 압력 검출부(70)에 의해 기화실 내부의 압력이 감시된다. 압력 검출값이 소정의 압력 범위의 하한값까지 낮아지면, 제어부(90)를 통해 조정 밸브(VT1)의 개방도를 초기값보다 작게 하고, 기화실 내부의 압력을 상승시킨다. 또한 반대로 압력 검출값이 소정의 압력 범위의 상한값까지 높아지면, 제어부(90)를 통해 조정 밸브(VT1)의 개방도를 미리 설정한 양만큼 예를 들어 초기값에 이르는 혹은 이르지 않을 정도로 크게 한다. 이에 의해 성막 처리 중에 기화실 내부의 압력이 저하되었다 해도 이 압력을 액체 원료의 기화가 안정되는 압력 범위에 있도록 할 수 있어, 성막 처리를 안정되게 계속하는 것이 가능해진다.
또한 성막 처리의 후, 기화기(200) 내나, 처리 가스 공급관(30)에 예를 들어 질소 가스 등의 가스를 퍼지함으로써 기화기(200) 내에 잔류하는 액체 원료를 완전히 제거한다. 또한, 정기적으로, 기화기(200)나 공급관 내의 세정을 행할 수 있다. 구체적으로는 제3 저류조(21c)에 저류되는 용제를 용제 공급관(22c)으로부터 접속 배관(24)을 통해 제1 원료 공급관(22a), 제2 원료 공급관(22b)에 공급하고, 액체 원료 공급관(23), 노즐(50)을 통해 기화기(200)에 공급한다. 그리고, 각 배관 내 및 용기(201)의 내벽에 부착된 액체 원료나 액체 원료의 고화물을 용제에 의해 용해하여 씻어내고, 드레인 포트(203)를 통해 미스트 배출관(27)으로부터 시스템 외부로 세정을 위해 사용한 용제를 배출한다.
제1 실시 형태에 따르면, 압력 검출부(70)를 통해 기화기(200)에 있어서의 기화실 내부의 압력을 감시한다. 압력 검출값이 소정의 압력 범위의 하한값까지 낮아졌을 때에 처리 가스 공급관(30)에 배치된 조정 밸브(VT1)를 조정함으로써, 용기(201) 내부의 압력을 높게 하여 액체 원료의 기화가 불안정해지는 것을 회피한다. 이에 의해 성막 시스템(1)에서는, 액체 원료의 유량이 소량이라도 노즐(50)의 선단부의 폐색이나 스프레이 이상에 의한 기화 효율의 악화를 억지하여, 잔사물의 증가를 억제하여 파티클 오염을 저감시킬 수 있다. 따라서 액체 원료의 기화를 안정되게 행할 수 있어, 성막 처리를 중단시키지 않고 안정되게 행할 수 있다. 또한, 조정 밸브(VT1)에 의한 기화실 내부의 압력 조정법으로서는, 프로세스 레시피에 따라서 기화실 내부의 압력이 불안정해지는 하측 압력과 액체 원료의 기화가 가능한 상측 압력 사이에 소정의 압력 범위를 설정하고, 압력 검출값이 이 소정의 압력 범위가 되도록 피드백 제어할 수 있다.
<제2 실시 형태>
도4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 반도체 처리 시스템을 개략적으로 도시하는 구성도이다. 제2 실시 형태의 성막 시스템(101)은 용제 공급관(22c)에 배치된 유량 조정부(압력 조정부)(M3)를 이용하여 액체 원료 공급관(23)에의 용제의 유량 조정을 행함으로써, 기화실의 압력 제어를 행한다. 즉, 이 기구는 제1 실시 형태의 처리 가스 공급관(30)에 배치되어 있던 조정 밸브(VT1)를 사용하여 압력 제어하는 대체 구조이다. 또한, 성막 시스템(101)은 통상의 처리를 행할 때에는, 제1 실시 형태의 성막 시스템(1)과 같은 역할을 한다.
성막 처리의 개시시에는, 유량 조정부(M3)의 개방도를 제로로 하여 용제 공급관(22c)으로부터 액체 원료 공급관(23)에 용제를 공급하지 않는 상태로 해 둔다. 한편, 제어부(190)는 예를 들어 선택된 레시피로부터 소정의 압력 범위를 판독하고, 성막 처리 중에는 압력 검출부(70)의 압력 검출값과 소정의 압력 범위를 비교한다. 기화실 내부의 압력이 소정의 압력 범위의 하한값까지 내려간 경우에는, 제어부(190)는 유량 조정부(M3)에 의해 용제의 공급량을 증가시키도록 조정하면서 기화실 내로의 용제의 공급을 개시한다. 이에 의해, 기화실 내부로부터 유출되는 처리 가스의 양이 변함없고, 기화실 내부에 공급되는 용제의 공급량이 증가한다. 이로 인해, 기화실 내부에 기화된 용제가 정체하는 시간이 길어져, 기화실 내부에 기화된 용제가 모여 기화실 내부의 압력이 상승한다. 그리고, 용제의 유량을 늘리도록 조정한 후, 기화실 내부의 압력이 소정의 압력 범위의 상한값까지 상승한 경우에는, 유량 조정부(M3)의 개방도를 소정량만큼 작게 하여, 예를 들어 유량 조정부(M3)를 완전히 폐쇄하거나 혹은 완전히 폐쇄되지 않도록 한다. 즉 유량 조정부(M3)를 사용하여 용제의 공급의 증가를 멈춘다. 이에 의해, 기화실 내부에 기화된 용제의 정체량이 적어지므로, 기화실 내의 압력을 저하시켜, 액체 원료가 기화하기 위한 압력 한계값을 초과하지 않도록 할 수 있다.
제2 실시 형태에 있어서는, 기화실 내부의 압력이 소정의 압력 범위의 하한값까지 낮아졌을 때에 용제 공급관(22c)에 배치된 유량 조정부(M3)를 조정한다. 이에 의해, 기화실 내부의 압력을 높게 하여 액체 원료의 기화가 불안정해지는 것을 회피하기 위해, 제1 실시 형태와 같은 작용ㆍ효과를 얻을 수 있다.
<제3 실시 형태>
도5는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 반도체 처리 시스템을 개략적으로 도시하는 구성도이다. 제3 실시 형태의 성막 시스템(1001)은, 캐리어 가스 공급관(26)에 배치된 유량 조정부(압력 조정부)(M4)를 사용하여 기화실에의 캐리어 가스의 유량 조정을 행함으로써, 기화실의 압력 제어를 행한다. 즉, 이 기구는 제1의 실시 형태의 처리 가스 공급관(30)에 배치되어 있던 조정 밸브(VT1)를 사용하여 압력 제어하는 대체 구조이다. 또한, 성막 시스템(101)은, 통상의 처리를 행할 때는, 제1 실시 형태의 성막 시스템(1)과 같은 역할을 한다.
성막 처리의 개시시는, 유량 조정부(M4)의 개방도를 5할로 하여 캐리어 가스 공급관(26)으로부터 캐리어 가스를 소유량으로 공급하는 상태로 해 둔다. 한편, 제어부(1090)는 예를 들어 선택된 레시피로부터 소정의 압력 범위를 판독하고, 성막 처리 중에는 압력 검출부(70)의 압력 검출값과 소정의 압력 범위를 비교한다. 기화실 내부의 압력이 소정의 압력 범위의 하한값까지 내려간 경우에는, 제어부(1090)는 유량 조정부(M4)에 의해 기화실 내로의 캐리어 가스의 공급량이 증가하도록 조정한다. 이에 의해, 기화실 내부로부터 유출되는 처리 가스의 양이 변함없고, 기화실 내부에 공급되는 캐리어 가스의 공급량이 증가한다. 이로 인해, 기화실 내부에 캐리어 가스가 정체하는 시간이 길어져, 기화실 내부에 캐리어 가스가 모여 기화실 내부의 압력이 상승한다. 그리고, 캐리어 가스의 유량을 증가하도록 조정한 후, 기화실 내부의 압력이 소정의 압력 범위의 상한값까지 상승한 경우에는, 유량 조정부(M4)의 개방도를 미리 설정한 양만큼 예를 들어 초기값에 이르거나 혹은 이르지 않을 정도로 작게 한다. 즉 유량 조정부(M4)를 이용하여 캐리어 가스의 공급의 증가를 멈춘다. 이에 의해, 기화실 내부에 캐리어 가스의 정체량이 적어지므로, 기화실 내의 압력을 저하시켜, 액체 원료가 기화하기 위한 압력 한계값을 초과하지 않도록 할 수 있다.
제3 실시 형태에 있어서는, 기화실 내부의 압력이 소정의 압력 범위의 하한값까지 낮아졌을 때에 캐리어 가스 공급관(26)에 배치된 유량 조정부(M4)를 조정한다. 이에 의해, 기화실 내부의 압력을 높게 하여 액체 원료의 기화가 불안정해지는 것을 회피하기 위해, 제1 실시 형태와 같은 작용ㆍ효과를 얻을 수 있다.
<귀결 및 변경예>
본 발명의 실시 형태에 관한 성막 시스템(1, 101, 1001)에서는, 용기(201) 내부의 압력을 조정하기 위한 조정 밸브(VT1), 혹은 유량 조정부(M3, M4)가 배치된다. 제어부(90, 190, 1090)는 용기(201) 내부의 압력이 액체 원료가 안정적으로 기화하는 소정의 압력 범위로부터 벗어나려고 하면, 조정 밸브(VT1), 혹은 유량 조정부(M3, M4)에 의해 유량 제어를 행함으로써, 용기(201) 내부의 압력을 소정의 압력 범위 중에 들어가도록 조정한다.
이에 의해 실시 형태의 성막 시스템(1, 101, 1001)에서는, 성막 처리를 정지시키지 않고, 용기(201) 내부의 압력이 과잉으로 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 노즐(50)의 선단부의 폐색이나 스프레이 이상에 의한 기화 효율의 악화를 억지하고, 잔사물의 증가를 억제하여 파티클 오염을 저감시킬 수 있다. 이로 인해, 액체 원료의 기화를 안정되게 행할 수 있어, 성막 처리를 중단시키지 않고 안정되 게 행할 수 있다.
성막 시스템(1, 101, 1001)에서는 압력 검출부(70)로부터 송신하는 압력의 정보를 기초로, 용기(201) 내부의 압력 이상이 해소된 것을 판정한다. 이에 대신하여, 이와 같은 이상의 해소는 기화실의 내부의 압력을 조정하기 위해 사용되는 용제 혹은 캐리어 가스의 공급량 등의 매개 변수에 미리 설정된 소정값을 사용하여 판단할 수 있다. 이 경우, 이상의 해소에 대응하는 매개 변수의 소정값을 제어부가 판독할 수 있는 표에 기입하여, 기화실 내부의 압력에 이상이 발생하였을 때에, 용제 혹은 캐리어 가스의 공급량 등의 매개 변수를, 이것이 상기 소정값에 도달할 때까지 조정하면 된다.
또한, 성막 시스템(1, 101, 1001)에서는 ALD 처리에 의해 성막을 행한다. 이에 대신하여, 예를 들어 프로세스마다 단일의 액체 원료를 사용하여 성막을 행해도 좋고, 또한 복수의 액체 원료를 혼합하여 처리 가스로 하고, 그 처리 가스를 사용하여 성막 처리를 행해도 좋다.
성막 시스템(1, 101, 1001)에서는, 조정 밸브(VT1), 유량 조정부(M3) 및 유량 조정부(M4)의 개방도는 제어부(90)에 의해 1단계에서 조정된다. 이에 대신하여, 예를 들어 조정 밸브나 유량 조정부의 개방도를 단계적으로 조정하여 처리 가스, 용제, 혹은 캐리어 가스의 공급량을 단계적으로 변화시키는 형태로 할 수 있다. 이 경우, 1단계마다의 개방도의 변화량을 미리 정해 두고, 이 정해진 변화량에 따라서 공급량을 조정해 간다. 그리고, 개방도를 조정하고 나서 일정 시간을 둔 후 압력 검출값과 소정의 압력 범위를 비교한다. 기화실 내부의 압력이 여전히 소정의 압력 범위로부터 벗어나는 경우에는, 또한 1단계분, 조정 밸브나 유량 조정부의 개방도를 조정하여 처리 가스, 용제, 혹은 캐리어 가스 공급량을 조정한다.
성막 시스템(1)에서는, 조정 밸브(VT1)는 용기(201) 내부의 압력이 소정의 압력 범위 내로 복귀한 후에도, 조정 밸브(VT1)에 의해 처리 가스의 유량을 감소시킨 생태를 유지할 수 있다. 이에 대신하여, 용기(201) 내부의 압력이 소정의 압력 범위 내로 복귀한 후는 조정 밸브를 개방하여 처리 가스의 유량을 통상 상태로 복귀시켜도 좋다.
성막 시스템(101, 1001)에서는, 유량 조정부(M3, M4)는 용기(201) 내부의 압력이 소정의 압력 범위 내로 복귀한 후에도 유량 조정부(M3, M4)에 의해 용제, 혹은 캐리어 가스의 공급량을 증가시킨 상태를 유지할 수 있다. 이에 대신하여, 예를 들어 용기(201) 내부의 압력이 소정의 압력 범위 내로 복귀한 후에는, 유량 조정부(M3, M4)의 상태를 복귀시켜 용제, 혹은 캐리어 가스의 공급량을 통상 상태로 복귀시켜도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 압력 검출부(70)는 기화기(200)에 접속된다. 이에 대신하여 압력 검출부는 용기(201) 내부의 압력이 검출 가능하면 처리 가스 공급관(30)의 밸브(V15)의 상류측에 설치해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 가압 기체로서 헬륨(He) 가스를 공급한다. 이에 대신하여, 예를 들어 헬륨 가스의 다른 질소(N2) 가스나 아르곤(Ar) 가스 등의 불활성 가스를 사용해도 좋다.
성막 시스템(1, 101, 1001)에서는, 히터(204)가 취출구(202)측으로 치우친 위치에 2개, 취출구(202)와 반대측으로 치우친 위치에 2개 배치되고, 이들 히터(204)는 각각 전원부(207)에 접속된다. 히터의 갯수는 기화실의 내벽을 균등하게 가열 가능하면, 3개 이상이든 5개 이상이든 상관없다. 또한 히터의 제어 형태로서는, 예를 들어 1개의 온도 컨트롤러로 히터를 가열해도 좋다. 취출구측의 2개를 1세트, 그 이외의 2개를 1세트로 하여 각 세트마다 각각 독립하여 가열 제어해도 좋다. 혹은 4개를 서로 독립하여 가열 제어해도 좋다.
추가적인 이점 및 변경들은 당 업계의 숙련자들에게 용이하게 발생할 것이다. 따라서, 보다 넓은 관점에서의 본 발명은 본 명세서에 도시되고 설명된 특정 설명 및 대표적인 실시예들에 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구항들 및 그와 균등한 것에 의해 정의된 바와 같은 일반적인 본 발명의 개념의 사상 또는 범주를 벗어나지 않는 한 다양한 변경들이 이루어질 수도 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 반도체 처리 장치와 가스 공급 장치를 포함하는 반도체 처리 시스템(성막 시스템)을 개략적으로 도시하는 구성도.
도2는 도1에 도시하는 시스템의 가스 공급 장치에서 사용되는 기화기를 도시하는 종단면도.
도3은 도2에 도시하는 기화기의 기화실 내의 압력의 변화를 나타내는 도면.
도4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 반도체 처리 시스템을 개략적으로 도시하는 구성도.
도5는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 반도체 처리 시스템을 개략적으로 도시하는 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 성막 시스템
10 : 성막 처리 장치
11 : 반응관
12 : 웨이퍼 보트
13 : 히터
15 : 진공 펌프
20 : 가스 공급 장치
21 : 저류부
23 : 집합 배관
24 : 접속 배관
25 : 가압 기체 공급관
30 : 처리 가스 공급관
200 : 기화기

Claims (20)

  1. 반도체 처리 장치와 상기 반도체 처리 장치에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 포함하는 반도체 처리 시스템이며,
    상기 반도체 처리 장치는,
    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 배기계를 구비하고,
    상기 가스 공급 장치는,
    액체 원료를 기화하기 위한 기화실을 형성하는 용기와,
    상기 액체 원료를 캐리어 가스에 의해 안개화하여 상기 기화실 내에 공급하는 노즐과,
    상기 액체 원료를 상기 노즐에 공급하는 액체 원료 공급로와,
    상기 캐리어 가스를 상기 노즐에 공급하는 캐리어 가스 공급로와,
    상기 안개화된 액체 원료를 기화하여 상기 처리 가스를 생성하기 위해 상기 기화실 내를 가열하는 히터와,
    상기 처리 가스를 상기 기화실 내로부터 상기 처리실에 공급하기 위한 기체 공급로와,
    상기 기화실 내의 압력을 검출하기 위한 압력 검출부와,
    상기 기화실 내의 압력을 조정하기 위한 압력 조정 기구와,
    상기 압력 조정 기구의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는 상기 압력 검출부의 압력 검출값을 기초로 하여 상기 기화실 내의 압력이 소정의 압력 범위 내에 들어가도록 상기 압력 조정 기구의 동작을 제어하도록 미리 설정되고, 상기 소정의 압력 범위는 상기 압력의 상승에 의해 상기 액체 원료의 기화가 저해되는 제1 한계값보다 낮게 설정된 상한값과, 상기 압력의 하강에 의해 상기 액체 원료의 기화가 불안정해져 상기 기화실 내의 압력이 맥동을 개시하는 제2 한계값보다 높게 설정된 하한값에 의해 규정되는 반도체 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하한값은 상기 압력의 하강에 의해 상기 노즐의 선단부 내에서 상기 액체 원료의 용제가 비등하기 시작하는 압력의 한계값보다 높은 반도체 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하한값은 상기 상한값의 40 % 내지 60 %로 설정되는 반도체 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압력 조정기는 상기 기체 공급로에 배치된 상기 처리 가스의 유량을 조정하기 위한 유량 조정부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 압력 검출값을 기초로 하여 상기 유량 조정부의 동작을 제어하는 반도체 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 장치는 상기 액체 원료 공급로에 접속된 상기 액체 원료에 용제를 첨가하는 용제 공급로를 더 구비하고, 상기 압력 조정 기구는 상기 용제 공급로에 배치된 상기 용제의 유량을 조정하기 위한 유량 조정부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 압력 검출값을 기초로 하여 상기 유량 조정부의 동작을 제어하는 반도체 처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 압력 조정 기구는 상기 캐리어 가스 공급로에 배치된 상기 캐리어 가스의 유량을 조정하기 위한 유량 조정부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 압력 검출값을 기초로 하여 상기 유량 조정부의 동작을 제어하는 반도체 처리 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 장치는 상기 액체 원료로서 고체 재료를 용제에 용해한 재료를 사용하도록 구성되는 반도체 처리 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 반도체 처리 장치는 상기 피처리 기판 상에 박막을 형성하도록 구성되고, 상기 가스 공급 장치는 상기 처리 가스로서 상기 박막의 성분을 제공하는 가스를 공급하도록 구성되는 반도체 처리 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 노즐은 내관 및 외관으로 이루어지는 이중관 구조를 갖고, 상기 내관으로부터 상기 액체 원료가 공급되고, 상기 외관으로부터 상기 캐리어 가스가 공급되는 반도체 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 노즐은 상기 액체 원료를 냉각하기 위한 냉각 블록에 설치되고, 상기 액체 원료 공급로는 상기 냉각 블록을 통해 상기 노즐에 접속되는 반도체 처리 시스템.
  11. 반도체 처리 장치와 상기 반도체 처리 장치에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 포함하는 반도체 처리 시스템의 사용 방법이며,
    상기 반도체 처리 장치는,
    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 배기계를 구비하고,
    상기 가스 공급 장치는,
    액체 원료를 기화하기 위한 기화실을 형성하는 용기와,
    상기 액체 원료를 캐리어 가스에 의해 안개화하여 상기 기화실 내에 공급하는 노즐과,
    상기 액체 원료를 상기 노즐에 공급하는 액체 원료 공급로와,
    상기 캐리어 가스를 상기 노즐에 공급하는 캐리어 가스 공급로와,
    상기 안개화된 액체 원료를 기화하여 상기 처리 가스를 생성하기 위해 상기 기화실 내를 가열하는 히터와,
    상기 처리 가스를 상기 기화실 내로부터 상기 처리실에 공급하기 위한 기체 공급로와,
    상기 기화실 내의 압력을 검출하기 위한 압력 검출부와,
    상기 기화실 내의 압력을 조정하기 위한 압력 조정 기구를 구비하고,
    상기 방법은,
    상기 기화실 내의 압력의 상승에 의해 상기 액체 원료의 기화가 저해되는 제1 한계값을 구하는 공정과,
    상기 압력의 하강에 의해 상기 액체 원료의 기화가 불안정해져 상기 기화실 내의 압력이 맥동을 개시하는 제2 한계값을 구하는 공정과,
    상기 제1 한계값보다 낮게 설정된 상한값과 상기 제2 한계값보다 높게 설정된 하한값에 의해 규정되는 소정의 압력 범위를 결정하는 공정과,
    상기 압력 검출부의 압력 검출값을 기초로 하여 상기 기화실 내의 압력이 상기 소정의 압력 범위 내에 들어가도록 상기 압력 조정 기구의 동작을 제어하는 공정을 구비하는 반도체 처리 시스템의 사용 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 하한값은 상기 압력의 하강에 의해 상기 노즐의 선단부 내에서 상기 액체 원료의 용제가 비등하기 시작하는 압력의 한계값보다 높은 반도체 처리 시스템의 사용 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 하한값은 상기 상한값의 40 % 내지 60 %로 설정되는 반도체 처리 시스템의 사용 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 압력 조정 기구는 상기 기체 공급로에 배치된 상기 처리 가스의 유량을 조정하기 위한 유량 조정부를 구비하고, 상기 방법은 상기 압력 검출값을 기초로 하여 상기 유량 조정부의 동작을 제어하는 반도체 처리 시스템의 사용 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 가스 공급 장치는 상기 액체 원료 공급로에 접속된 상기 액체 원료에 용제를 첨가하는 용제 공급로를 더 구비하고, 상기 압력 조정 기구는 상기 용제 공급로에 배치되고, 상기 용제의 유량을 조정하기 위한 유량 조정부를 구비하고, 상기 방법은 상기 압력 검출값을 기초로 하여 상기 유량 조정부의 동작을 제어하는 반도체 처리 시스템의 사용 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 압력 조정 기구는 상기 캐리어 가스 공급로에 배치된 상기 캐리어 가스의 유량을 조정하기 위한 유량 조정부를 구비하고, 상기 방법은 상기 압력 검출값을 기초로 하여 상기 유량 조정부의 동작을 제어하는 반도체 처리 시스템의 사용 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 가스 공급 장치는 상기 액체 원료로서 고체 재료를 용제에 용해한 재료를 사용하도록 구성되는 반도체 처리 시스템의 사용 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 반도체 처리 장치는 상기 피처리 기판 상에 박막을 형성하도록 구성되고, 상기 가스 공급 장치는 상기 처리 가스로서 상기 박막의 성분을 제공하는 가스를 공급하도록 구성되는 반도체 처리 시스템의 사용 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 노즐은 내관 및 외관으로 이루어지는 이중관 구조를 갖고, 상기 내관으로부터 상기 액체 원료가 공급되고, 상기 외관으로부터 상기 캐리어 가스가 공급되는 반도체 처리 시스템의 사용 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 노즐은 상기 액체 원료를 냉각하기 위한 냉각 블록에 설치되고, 상기 액체 원료 공급로는 상기 냉각 블록을 통해 상기 노즐에 접속되는 반도체 처리 시스템의 사용 방법.
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