KR20210117950A - 기화 장치, 기판 처리 장치, 클리닝 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

기화 장치, 기판 처리 장치, 클리닝 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20210117950A
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히로히사 야마자키
켄이치 스자키
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

기화 가스의 공급 유량을 안정화시키는 것이 가능한 기술을 제공한다.
액체 원료를 저류하는 액체 용기; 액체 용기에 저류된 액체 원료에 침지되고, 액체 원료를 가열하는 제1 가열부; 액체 용기를 가열하는 제2 가열부; 액체 용기에 저류된 액체 원료 내에 침지되고, 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서; 액체 용기의 온도를 측정하는 제2 온도 센서; 및 제1 온도 센서에 의해 측정된 액체 원료의 온도에 기초하여 제1 가열부를 제어하는 것과 함께, 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 제2 가열부를 제어하도록 구성되는 제어부를 포함하는 기술이 제공된다.

Description

기화 장치, 기판 처리 장치, 클리닝 방법 및 반도체 장치의 제조 방법{VAPORIZER, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, CLEANING METHOD AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 개시(開示)는 기화 장치, 기판 처리 장치, 클리닝 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 디바이스의 미세화, 고밀도화에 따라 게이트 절연막으로서 고유전율(High-k) 산화막이 이용되고 있다. 또한, DRAM 패시터의 용량을 증대시키기 위해서 커패시터 절연막으로 고유전율 산화막의 적용도 진행되고 있다. 이들 고유전율 산화막에는 저온에서의 성막이 요구되고, 또한 표면의 평탄성, 요부(凹部) 매립성, 스텝 커버리지성이 뛰어나고, 또한 이물(異物)이 적은 성막 방법이 요구되고 있다. 이물의 제어에 관해서는, 최근에는 반응관을 제거하지 않고, 가스 클리닝에 의해 반응관 내벽(처리실 내)에 퇴적한 막을 제거하는 방법이 일반적으로 수행되고 있다(예컨대 특허문헌 1).
1. 국제공개 제2009/037991호
가스 클리닝 처리 또는 성막 처리와 같은 처리를 수행하는 경우, 액체 원료를 저장하는 용기를 가열해서 액체 원료를 기화시켜 얻은 가스를 이용하는 경우가 있고, 그 경우, 반응관 내로의 공급 밸브를 개방하여 가스 공급을 시작하면 기화량이 증대하고 액체 원료로부터 기화열이 뺏겨 액체 온도가 저하되고, 그 결과, 기화량이 저하된다. 즉 가스 공급을 시작하면 기화열로 액체 원료의 온도가 떨어지고 기화량이 변동되어 반응관 내에 안정적으로 공급하지 못하는 경우가 있다.
본 개시의 목적은 기화 가스의 공급 유량을 안정화시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 형태에 따르면, 액체 원료를 저류하는 액체 용기; 상기 액체 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지(浸漬)되고, 상기 액체 원료를 가열하는 제1 가열부; 상기 액체 용기를 가열하는 제2 가열부; 상기 액체 용기에 저류된 상기 액체 원료 내에 침지되고, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서; 상기 액체 용기의 온도를 측정하는 제2 온도 센서; 및 상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 상기 액체 원료의 온도에 기초하여 상기 제1 가열부를 제어하는 것과 함께 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제2 가열부를 제어하도록 구성되는 제어부를 포함하는 기술이 제공된다.
기화 가스의 공급 유량을 안정화시키는 것이 가능한 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형(縱型) 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도(縱斷面圖)로 도시하는 도면.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치에 구비된 기화 장치의 개략 구성도.
도 5는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기화 장치의 히터의 설정 온도예를 도시하는 도면.
도 6은 본 개시의 일 실시 형태에서의 액체 용기의 액체 온도의 안정성을 도시하는 도면.
도 7은 본 개시의 일 실시 형태에서의 웨이퍼에 성막을 수행하는 경우의 성막 시퀀스도.
도 8은 변형예에서의 기화 장치의 개략 구성도.
<본 개시의 일 실시 형태>
이하, 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하면서 설명한다.
(1) 처리로의 구성
기판 처리 장치(10)에 포함되는 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구, 가열계)으로서의 히터(207)가 포함한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 히터 베이스로 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다.
히터(207)의 내측에는 히터(207)와 동심원 형상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(203)이 배설(配設)된다. 반응관(203)은 내열성 재료[예컨대 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등]에 의해 구성되고, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다. 반응관(203)의 하방(下方)에는 반응관(203)과 동심원 형상으로 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배설된다. 매니폴드(209)는 예컨대 스텐레스(SUS) 등의 금속에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 매니폴드(209)의 상단부와 반응관(203) 사이에는 씰 부재로서의 O링(220a)이 설치된다. 매니폴드(209)가 히터 베이스로 지지되는 것에 의해 반응관(203)은 수직으로 설치된 상태가 된다. 처리 용기의 통중공부(筒中空部)에는 기판을 처리하는 처리실(201)이 형성된다.
처리실(201)은 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 연직 방향에 다단으로 배열한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다.
처리실(201) 내에는 노즐(410, 420, 430)이 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420, 430)에는 가스 공급관(310, 320, 330)이 각각 접속된다.
가스 공급관(310, 320, 330)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(312, 322, 332) 및 개폐 밸브인 밸브(314, 324, 334)가 설치된다. 가스 공급관(310, 320, 330)의 밸브(314, 324, 334)의 하류측에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520, 530)이 각각 접속된다. 가스 공급관(510, 520, 530)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(512, 522, 532) 및 개폐 밸브인 밸브(514, 524, 534)가 각각 설치된다.
노즐(410, 420, 430)은 L자형의 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420, 430)의 수직부는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 형성되는 원환(圓環) 형상의 공간에 반응관(203)의 내벽을 따라 상방[웨이퍼(200)의 배열 방향 상방]을 향해서 상승[立上]하도록[즉 웨이퍼 배열 영역의 일단측(一端側)으로부터 타단측(他端側)을 향해서 상승하도록] 설치된다. 즉 노즐(410, 420, 430)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역의 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치된다.
노즐(410, 420, 430)의 측면에는 원료 가스, 반응 가스 및 클리닝 가스와 같은 가스를 공급하는 가스 공급구(410a, 420a, 430a)가 웨이퍼(200)의 배열 방향을 따라, 웨이퍼(200)가 배열된 기판 배열 영역에 대응하게 설치된다. 가스 공급구(410a, 420a, 430a)는 반응관(203)의 중심 향하도록 개구된다. 이 가스 공급구(410a, 420a, 430a)는 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다. 단, 가스 공급구(410a, 420a, 430a)는 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 반응관(203)의 하부로부터 상부를 향해서 개구 면적을 서서히 크게 해도 좋다. 이에 의해 가스 공급구(410a, 420a, 430a)로부터 공급되는 가스의 유량을 균일화하는 것이 가능해진다.
가스 공급관(310)으로부터는 처리 가스로서 원료 가스가 MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201)에 공급된다. 원료 가스로서는 예컨대 금속 원소인 알루미늄(Al)을 포함하는 금속 함유 가스인 알루미늄 함유 원료(Al 함유 원료 가스, Al 함유 가스)로서의 트리메틸알루미늄[Al(CH3)3, 약칭:TMA]이 이용된다. TMA는 유기계 원료이며, Al에 리간드로서 알킬기(基)가 결합된 알킬알루미늄이다.
원료 가스란 기체 상태의 원료, 예컨대 상온 상압 하에서 기체 상태인 기체 원료나, 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 기화하는 것에 의해 얻어지는 가스 등을 말한다.
가스 공급관(310)으로부터 소정 온도로 자기분해(自己分解)하는 원료 가스를 공급하는 경우, 주로 가스 공급관(310), MFC(312) 및 밸브(314)에 의해 원료 가스 공급계가 구성된다. 노즐(410)을 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 원료 가스 공급계를 원료 공급계라고도 부를 수 있다. 가스 공급관(310)으로부터 금속 함유 가스를 공급하는 경우, 원료 가스 공급계를 금속 함유 가스 공급계라고도 부를 수 있다.
금속 함유 가스로서 Al 함유 원료(Al 함유 원료 가스, Al 함유 가스)를 이용하는 경우, 금속 함유 가스 공급계를 Al 함유 원료(Al 함유 원료 가스, Al 함유 가스) 공급계라고도 부를 수 있다. Al 함유 원료로서 TMA를 이용하는 경우, Al 함유 원료 공급계를 TMA 공급계라고도 부를 수 있다.
가스 공급관(320)으로부터 반응 가스(리액턴트)를 공급하는 경우, 주로 가스 공급관(320), MFC(322), 밸브(324)에 의해 반응 가스 공급계(리액턴트 공급계)가 구성된다. 노즐(420)을 반응 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 반응 가스로서 산소 함유 가스(산화 가스, 산화제)를 공급하는 경우, 반응 가스 공급계를 산소 함유 가스(산화 가스, 산화제) 공급계라고도 부를 수 있다. 산소 함유 가스로서 O3을 이용하는 경우, 산소 함유 가스 공급계를 O3 공급계라고도 부를 수 있다. 노즐(420)로부터 반응 가스를 흘리는 경우, 노즐(420)을 반응 가스 노즐이라고 불러도 좋다.
가스 공급관(330)으로부터는 처리 가스로서 클리닝 가스(에칭 가스)가 MFC(332), 밸브(334), 노즐(430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 클리닝 가스로서는 예컨대 염화수소(HCl), 4염화규소(SiCl4), 염화티오닐(SOCl2), 3브롬화붕소(BBr3), 4브롬화규소(SiBr4) 및 브롬(Br2)의 군(群)으로부터 선택되는 일종 이상의 가스가 이용된다.
또한 가스 공급관(510, 520, 530)으로부터는 불활성 가스가 MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534) 및 노즐(410, 420, 430)을 개재하여 처리실(201)에 공급되도록 이루어진 불활성 가스로서 예컨대 N2 가스가 이용된다.
주로 가스 공급관(510, 520, 530), MFC(512, 522, 532) 및 밸브(514, 524, 534)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다.
한편, 매니폴드(209)의 벽면에는 처리실(201)의 분위기를 배기하는 배기 유로로서의 배기관(231)의 일단이 접속된다. 배기관(231)에는 처리실(201)의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 배기 밸브(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(243)가 설치되고, 배기관(231)의 단부에는 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 설치된다.
APC 밸브(243)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(201)의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201)의 압력을 조정할 수 있도록 구성되는 밸브다. 주로 배기관(231), APC 밸브(243) 및 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 배기관(231)은 매니폴드(209)에 설치하는 경우에 한정되지 않고, 반응관(203)에 설치해도 좋다. 노즐(410, 420, 430)도 마찬가지로 반응관(203)의 측벽을 관통하도록 설치되도 좋다.
매니폴드(209)의 하방에는 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구(爐口) 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 예컨대 SUS 등의 금속으로 형성되고, 원반 형상으로 이루어진다. 씰 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접(當接)하는 씰 부재로서의 O링(220b)이 설치된다. 씰 캡(219)에 대하여 처리실(201)의 반대측에는 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속된다.
씰 캡(219)은 반응관(203)의 외부에 연직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 연직 방향으로 승강되도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 씰 캡(219)을 승강시키는 것에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는 복수 매, 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉 간격을 두고 배열시키도록 구성된다. 보트(217)의 천정부에는 천판(215)이 설치된다. 보트(217) 및 천판(215)은 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 보트(217)의 하부인 단열 영역에는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 단열판(218)이 수평 자세로 다단으로 지지된다.
또한 처리실(201)에는 도 2에 도시되는 바와 같이 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 배설된다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태를 조정하는 것에 의해 처리실(201)의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 이루어진다. 온도 센서(263)는 노즐(410, 420)과 마찬가지로 반응관(203)의 내벽을 따라 설치된다.
도 3에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스를 개재하여 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 액체 원료의 온도를 제어하는 제어 프로그램, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법의 순서나 조건 (즉, 성막 처리 및 에칭 처리(클리닝 처리)와 같은 처리) 등이 기재된 프로세스 레시피 등의 적어도 어느 하나가 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 반도체 장치의 제조 방법에서의 각 공정(각 스텝)을 컨트롤러(121)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 프로세스 레시피 및 제어 프로그램의 조합을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(121d)는 전술한 MFC(312, 322, 332, 512, 522, 532), 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534), 압력 센서(245), APC 밸브(243), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 내부 히터(610), 외부 히터(620), 제1 온도 센서(630), 제2 온도 센서(640) 등의 적어도 어느 하나에 접속된다.
또한 후술하는 기화 장치(60)의 액체 용기(600)에 설치된 내부 히터(610)와 외부 히터(620)를 제어하는 제어부(미도시)와, 기판 처리 장치(10)를 제어하는 컨트롤러(121)는 따로따로 구성해도 좋다. 따로따로 구성하는 경우는 내부 히터(610)와 외부 히터(620)를 제어하는 제어부(미도시)가 기판 처리 장치(10)를 제어하는 컨트롤러(121)에 접속되도록 구성해도 좋다.
내부 히터(610)와 외부 히터(620)를 제어하는 제어부(미도시)에 대해서는 적어도 제1 온도 센서(630), 제2 온도 센서(640), 내부 히터(610), 외부 히터(620) 중 적어도 어느 하나가 접속되면 된다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 레시피 등을 판독하도록 구성된다. CPU(121a)는 판독한 레시피의 내용을 따르도록 MFC(312, 322, 332, 512, 522, 532)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534)의 개폐 동작, APC 밸브(243)의 개폐 동작 및 APC 밸브(243)에 의한 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 보트(217)에의 웨이퍼(200)의 수용 동작, 제1 온도 센서(630)에 기초하는 내부 히터(610) 및 제2 온도 센서(640)에 기초하는 외부 히터(620)의 액체 원료의 온도 조정 동작 등을 제어하는 것이 가능하도록 구성된다.
컨트롤러(121)는 외부 기억 장치[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리](123)에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그것들 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(123)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
(2) 기화 장치의 구성
다음으로 액체 원료를 저류하고 기화하는 것에 의해 처리 가스를 생성하는 기화 장치에 대해서 도 4를 이용하여 설명한다.
도 4에 도시하는 바와 같이 액체 용기(600)에는 처리실(201) 내에 처리 가스로서 예컨대 클리닝 가스를 공급하는 가스 공급관(330)과, 액체 용기(600) 내에 클리닝 가스의 액체 원료를 공급하는 가스 공급관(650)이 설치된다. 액체 용기(600)에는 클리닝 가스의 액체 원료로서 예컨대 SiCl4 액이 저류되고, 베퍼 드로우(Vapor Draw)식에 의해 기화한 클리닝 가스는 가스 공급관(330)에 들어가 가스 공급관(330), MFC(332), 밸브(334)를 개재하여 처리실(201)에 공급된다. 이에 의해 처리실(201) 내 등에 부착된 막을 에칭해서 처리실(201) 내가 클리닝된다. 액체 용기(600)는 원통 형상으로 용기 내의 단면적이 일양(一樣)이며, 그 재질은 SUS 등의 금속 재료이다.
또한 액체 용기(600) 내에는 액체 원료에 침지해서 액체 원료를 가열하는 제1 가열 장치(제1 가열부)로서의 내부 히터(610)와, 이 내부 히터(610)를 제어하기 위해서 액체 원료에 침지해서 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서(630)[예컨대 열전대(Thermocouple)]와, 후술하는 외부 히터(620)를 제어하기 위해서 액체 용기(600)의 외벽의 온도를 측정하는 제2 온도 센서(640)(예컨대 열전대)가 설치된다. 내부 히터(610)에는 전원 등(미도시)이 접속되고, 제1 온도 센서(630)에 의한 측정 온도에 기초하여 PID 등의 피드백 제어에 의해 제1 온도 센서(630)에 의한 측정 온도(즉 측정된 액체 원료의 온도)가 소정의 온도가 되도록 내부 히터(610)의 온도가 조정된다. 또한 제2 온도 센서(640)는 외부 히터(620)의 단열 크로스 내에 설치되어도 좋고, 액체 용기(600) 외벽에 직접 접촉하도록 설치되어도 좋다.
액체 용기(600)는 액체 용기(600) 및 그 내부의 액체 원료를 가열하는 제2 가열 장치(제2 가열부)로서의 외부 히터(예컨대 자켓 히터)(620)로 피복된다. 외부 히터(620)에는 전원 등(미도시)이 접속되고, 제2 온도 센서(640)에 의한 측정 온도에 기초하여 제2 온도 센서(640)에 의한 측정 온도[즉 측정된 액체 용기(600)의 외벽의 온도]가 소정의 온도가 되도록 외부 히터(620)의 온도가 조정된다. 외부 히터(620)는 외부 히터(620)의 단열 크로스(미도시) 등 및 액체 용기(600)를 개재하여 액체를 가열하기 때문에, 도 5에 도시하는 바와 같이 내부 히터(610)의 온도(제1 온도)에 비해 높은 편의 온도(제2 온도)가 되도록 온도를 제어하는 것에 의해 안정적인 액체 온도 제어를 할 수 있다. 여기서 도 5에서 「R.T.」란 실온이다. 예컨대 제1 온도 센서(630)의 측정 온도(TCin)가 100℃가 되도록 내부 히터(610)로의 전력량의 제어를 수행하는 경우, 제2 온도 센서(640)의 측정 온도(J/H TC)는 102℃ 정도가 되도록 외부 히터(620)로의 전력량의 제어를 수행하면 좋다.
기화 장치(60)의 동작의 일례를 설명한다. 액체 용기(600)로부터 클리닝 가스가 공급관(330), MFC(332), 밸브(334), 노즐(430)을 개재하여 처리실(201)에 공급되면, 액체 용기(600) 내의 액체 원료의 온도를 제1 온도 센서(630)로 측정하는 것과 함께, 외부 히터(620)에 의해 가열되는 액체 용기(600)의 외벽의 온도를 제2 온도 센서(640)로 측정한다. 또한 이때의 액체 원료는 기화열에 의해 급격하게 온도가 떨어지는 상태이다. 제1 온도 센서(630)에 의해 측정된 액체 원료의 온도에 기초하여 액체 원료의 온도가 소정의 온도가 되도록 내부 히터(610)의 온도(공급 전력)가 조정되고, 또한 제2 온도 센서(640)에 의해 측정된 액체 용기(600)의 외벽의 온도에 기초하여 액체 용기(600)의 외벽의 온도가 소정의 온도가 되도록 외부 히터(620)의 온도(공급 전력)가 조정된다. 따라서 클리닝 가스 공급 시작 후에 급격하게 떨어지는 액체 원료의 온도를 내부 히터(610)와 외부 히터(620)에 의해 가열하는 것에 의해 액체 원료의 온도의 강하량을 억제할 수 있고, 단시간에 소정의 온도까지 올리는 것이 가능해진다. 또한 액체 원료의 온도의 강하량을 억제하는 것에 의해 가열에 의한 액체 원료의 온도의 오버슈트량을 억제하는 것이 가능해진다. 예컨대 도 6에 도시하는 바와 같은 액체 기화 제공 시작(A)으로부터 액체 온도 안정 회복(설정 온도 ±1%)까지(B)의 시간(t)을 종래의 60분에서 5분 이내로 단축하는 것이 가능하다.
이러한 구성으로 하는 것에 의해 내부 히터(610)와 외부 히터(620)를 개별로 제어하는 것에 의해 액체 원료의 액체 온도의 응답성과 안정성이 좋아지고, 단시간에 액체 원료를 소정의 온도의 범위 내에 회복시키는 것이 가능해진다. 또한 단시간에 액체 원료를 소정의 온도까지 올리는 것이 가능해지기 때문에 클리닝 가스의 공급 시에 기화열에 의한 액체 원료의 온도 저하에 의한 포화 증기압의 저하를 방지할 수 있고, 액체 원료에 필요한 증기압을 확보할 수 있기 때문에 클리닝 가스의 유량 저하를 방지할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 기화 장치에 따르면, 액체 용기(600)의 단면적을 A(cm2), 발생 가스 유량(공급 가스 유량)을 Q(slm)로서 예컨대 A=250(cm2)에서 액체 원료의 온도를 100℃에 가열한 경우, 6(slm) 이상의 가스 유량을 안정적으로 공급할 수 있다. 즉 Q/A
Figure pat00001
2.4(%)가 되고, Q/A>2(%)의 영역과 같이, 기화 시작 시에서의 액체 원료의 온도 강하량이 큰 조건 하에서도 기화 가스의 안정 공급이 가능하다. 구체적으로는 제1 온도 및 제2 온도가 Q/A>2(%)이 되는 소정의 값으로 설정된 경우에서도 기화 가스의 안정 공급이 가능하다. Q/A
Figure pat00002
2(%)의 영역에서도 본 실시 형태에 따른 기화 장치는 적용 가능하지만, 기화 시작 시에서의 액체 원료의 온도 강하량이 작기 때문에 본 실시 형태에 따른 기화 장치는 Q/A>2(%)의 영역에서의 적용이 바람직하다.
기화 온도는 원하는 기화량에 따라 결정된다. 기화 온도가 높을수록 기화량이 크다. 단, 기화 온도가 너무 높으면 원료의 열분해가 발생하기 때문에 기화 온도는 원료 열분해가 발생하는 온도 미만이 바람직하다. 성막 원료 가스의 경우에는 통상적으로 이 정도의 유량(5slm 이상)은 필요로 되지 않지만, 클리닝 원료 가스의 경우 노(爐) 내 압력 상승 속도를 높이기 위해서, 즉 클리닝 원료 가스의 농도를 올려서 사이클 당 에칭량을 높이기 위해서 대유량으로 공급하는 것이 요구된다. 그렇기 때문에 5slm 이상의 대유량의 기화 가스를 공급 가능한 본 개시의 기화 장치는 클리닝 원료 가스 공급에 대하여 보다 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 기화 장치를 클리닝 가스의 기화 장치로서 설명했지만, 클리닝 가스이외의 처리 가스로서의 원료 가스나 반응 가스의 기화 장치로서도 적용할 수 있다.
(3) 기판 처리 공정
다음으로 본 실시 형태에 따른 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 전술한 기판 처리 장치(10)를 이용하여, 기판 상에 막을 형성해서 반도체 장치(디바이스)를 제조하는 방법의 일례에 대해서 설명한다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
또한 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우(즉 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함시켜서 웨이퍼라고 부르는 경우)가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면(最表面)」을 의미하는 경우가 있다. 또한 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 같은 의미이다.
기판 처리 장치(10)를 이용하여 웨이퍼(200)에 막을 형성하는 시퀀스를 도 7을 이용하여 설명한다. 본 실시 형태에서는 복수의 웨이퍼(200)가 적재된 상태에서 수용된 처리실(201)을 소정 온도로 가열한다. 그리고 처리실(201)에 노즐(410)의 가스 공급구(410a)로부터 원료 가스로서 TMA 가스를 공급하는 원료 가스 공급 공정과, 노즐(420)의 가스 공급구(420a)로부터 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 공정을 소정 횟수(n회) 수행한다. 이에 의해 웨이퍼(200) 상에 Al 및 O를 포함하는 막으로서 알루미늄 산화막(AlO막)을 형성한다.
(웨이퍼 반입)
복수 매의 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)한다. 구체적으로는 복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시되는 바와 같이 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어올려져 처리실(201) 내에 반입된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(243)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한 처리실(201) 내가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
또한 보트(217) 및 웨이퍼(200)가 회전 기구(267)에 의해 회전된다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
(성막 공정)
그 후, 원료 가스 공급 스텝(제1 가스 공급 스텝), 잔류 가스 제거 스텝, 반응 가스 공급 스텝(제2 가스 공급 스텝), 잔류 가스 제거 스텝을 이 순서로 소정 횟수 수행한다.
(원료 가스 공급 스텝)
밸브(314)를 열고 가스 공급관(310)에 원료 가스(TMA 가스)를 흘린다. TMA 가스는 MFC(312)에 의해 유량 조정되어 노즐(410)의 가스 공급구(410a)로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 이때 동시에 밸브(514)를 열고 가스 공급관(510) 내에 불활성 가스인 캐리어 가스(N2 가스)를 흘린다. 캐리어 가스는 MFC(512)에 의해 유량 조정되어 원료 가스와 함께 노즐(410)의 가스 공급구(410a)로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 노즐(420)로의 원료 가스의 침입을 방지(역류를 방지)하기 위해서 밸브(524)를 열고 가스 공급관(520) 내에 캐리어 가스를 흘린다. 캐리어 가스는 가스 공급관(520), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201)에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 적절히 조정하여 처리실(201)의 압력을 예컨대 1Pa 내지 1,000Pa, 바람직하게는 1Pa 내지 100Pa, 보다 바람직하게는 10Pa 내지 50Pa의 범위 내의 압력으로 한다.
MFC(312)로 제어하는 TMA 가스의 공급 유량은 예컨대 10sccm 내지 2,000sccm, 바람직하게는 50sccm 내지 1,000sccm, 보다 바람직하게는 100sccm 내지 500sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 또한 본 명세서에서는 수치의 범상에서 예컨대 10sccm 내지 2,000sccm라고 기재한 경우는 10sccm 이상 2,000sccm 이하를 의미한다. 즉 수치의 범위 내에는 10sccm 및 2,000sccm이 포함된다. 유량뿐만 아니라, 압력, 시간, 온도 등 본 명세서에 기재되는 모든 수치에 대해서 마찬가지이다.
MFC(512)로 제어하는 캐리어 가스의 공급 유량은 예컨대 1slm 내지 30slm의 범위 내의 유량으로 한다. 원료 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 1초 내지 60초, 바람직하게는 1초 내지 20초, 보다 바람직하게는 2초 내지 15초의 범위 내로 한다.
히터(207)는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 200℃ 내지 600℃, 바람직하게는 350℃ 내지 550℃, 보다 바람직하게는 400℃ 내지 550℃의 범위 내가 되도록 가열한다.
전술의 조건 하에서 처리실(201)에 TMA 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 최표면 상에 Al 함유층이 형성된다. Al 함유층은 Al 외에 C 및 H를 포함할 수 있다. Al 함유층은 웨이퍼(200)의 최표면에 TMA가 물리 흡착되거나, TMA의 일부가 분해된 물질이 화학 흡착되거나, TMA가 열분해하는 것에 의해 Al이 퇴적하거나 하는 것 등에 의해 형성된다. 즉 Al 함유층은 TMA나 TMA의 일부가 분해된 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 좋고, Al 퇴적층(Al층)이어도 좋다.
(잔류 가스 제거 스텝)
Al 함유층이 형성된 후, 밸브(314)를 닫고 TMA 가스의 공급을 정지한다. 이때 APC 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201)을 진공 배기하고, 처리실(201)에 잔류하는 미반응 또는 Al 함유층 형성에 기여한 후의 원료 가스를 처리실(201)로부터 배제한다. 밸브(514, 524)는 연 상태에서 캐리어 가스의 처리실(201)로의 공급을 유지한다.
(반응 가스 공급 스텝)
처리실(201)의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(324)를 열고 가스 공급관(320) 내에 반응 가스(O3 가스)를 흘린다. 반응 가스는 MFC(322)에 의해 유량 조정되어 노즐(420)의 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 즉 웨이퍼(200)는 반응 가스에 폭로된다.
이때 밸브(524)를 열고 가스 공급관(520) 내에 캐리어 가스를 흘린다. 캐리어 가스는 MFC(522)에 의해 유량 조정되어 반응 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어서 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 노즐(410) 내로의 반응 가스의 침입을 방지(역류를 방지)하기 위해서 밸브(514)를 열고 가스 공급관(510) 내에 캐리어 가스를 흘린다. 캐리어 가스는 가스 공급관(510), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 적절히 조정하여 처리실(201)의 압력을 예컨대 1Pa 내지 1,000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(322)로 제어하는 반응 가스의 공급 유량은 예컨대 5slm 내지 40slm, 바람직하게는 5slm 내지 30slm, 보다 바람직하게는 10slm 내지 20slm의 범위 내의 유량으로 한다. 반응 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 1초 내지 60초의 범위 내로 한다. 그 외의 처리 조건은 전술한 원료 가스 공급 스텝과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
이때 처리실(201)에 흘리는 가스는 반응 가스와 불활성 가스(N2 가스)만이다. 반응 가스는 원료 가스 공급 공정에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Al 함유층의 적어도 일부와 반응한다. Al 함유층은 산화되고, 금속산화층으로서 Al과 O를 포함하는 알루미늄산화층(AlO층)이 형성된다. 즉 Al 함유층은 AlO층으로 개질된다.
(잔류 가스 제거 스텝)
AlO층이 형성된 후, 밸브(324)를 닫고 반응 가스의 공급을 정지한다. 그리고 원료 가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 AlO층의 형성에 기여한 후의 반응 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
이상 설명한 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 반응 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 미리 결정된 횟수(1회 이상) 수행한다. 이와 같이 뱃치(batch) 처리되는(복수의 공정이 복수 회 수행되는) 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 AlO막이 형성된다.
또한 뱃치 처리란 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 반응 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 미리 결정된 횟수 수행하여 웨이퍼(200) 상에 AlO막을 형성하는 처리다. 그리고 1뱃치로 웨이퍼(200) 상에 AlO막이 형성시킨다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
가스 공급관(510, 520, 530)의 각각으로부터 N2 가스 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 퍼지). 그 후 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(웨이퍼 반출)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부에 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지).
다음으로 처리실(201) 내 등에 부착된 막을 에칭하는 공정(클리닝 공정)에 대해서 설명한다.
(보트 반입)
웨이퍼(200)를 장전하지 않는 상태에서 보트(217)를 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)한다. 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에서 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(243)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는 적어도 에칭 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한 처리실(201) 내가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 에칭 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
(에칭(클리닝)공정)
처리실(201) 내 등에 부착된 막을 에칭해서 처리실(201) 내를 클리닝하는 스텝을 실행한다.
(에칭 스텝)
예컨대 용적이 4L(단면적250cm2)의 액체 용기(600)에서 액체 원료의 SiCl4을 100℃로 가열하는 것에 의해 SiCl4의 기화 가스를 얻는다. 밸브(334)를 열고 액체 용기(600)로부터 가스 공급관(330) 내에 기화하는 것에 의해 얻어진 클리닝 가스(에칭 가스)로서 SiCl4 가스를 흘린다. SiCl4 가스는 MFC(332)에 의해 유량 조정되어 노즐(430)의 가스 공급구(430a)로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(534)를 열고 가스 공급관(530) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(530) 내를 흐른 N2 가스는 MFC(532)에 의해 유량 조정되어 SiCl4 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이때 노즐(410, 420) 내로의 SiCl4 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514, 524)를 열고 가스 공급관(510, 520) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 가스 공급관(310, 320), 노즐(410, 420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
SiCl4 가스의 공급에 의해 처리실(201) 내에 부착된 AlO막의 적어도 일부와 SiCl4 가스가 반응하고, 처리실(201)로부터 제거된다.
이때 컨트롤러(121)에 의해 히터(207)를 제어하여 처리실(201) 내를 예컨대 200℃ 내지 800℃이며, 바람직하게는 400℃ 내지 650℃의 범위 내의 소정 온도로 가열하여 SiCl4 가스를 활성화시킨다. 이때 APC 밸브(243)를 닫거나 처리에 영향을 미치지 않을 정도로 실질적으로 닫고 SiCl4 가스를 처리실(201) 내에 봉입한다. SiCl4 가스를 봉입하는 것에 의해 전술한 반응 지연에 의한 에칭에 대한 영향을 적게 할 수 있다. 그리고 처리실(201) 내의 압력을 제1 압력로서 예컨대 1Pa 내지 40,000Pa이며, 바람직하게는 10,000Pa 내지 30,000Pa, 보다 바람직하게는 20,000Pa 내지 30,000Pa의 범위 내의 소정 압력으로 유지한다. MFC(332)로 제어하는 SiCl4 가스의 공급 유량은 예컨대 1slm 내지 10slm이며, 바람직하게는 3slm 내지 8slm의 범위 내의 유량으로 한다. SiCl4 가스를 처리실(201)에 공급하는 시간(SiCl4 가스 공급 시간)은 예컨대 60초 내지 600초 간의 범위 내의 시간으로 한다.
(잔류 가스 제거 스텝)
소정 시간 SiCl4 가스를 처리실(201)에 공급한 후, 밸브(334)를 닫고 SiCl4 가스의 공급을 정지한다. APC 밸브(243)를 닫거나 처리에 영향을 미치지 않을 정도로 실질적으로 닫은 경우에는 APC 밸브(243)를 연다. 그리고 TMA 가스 공급 스텝의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 AlO층의 제거에 기여한 후의 SiCl4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다.
(표면 산화 스텝)
밸브(324)를 열고 가스 공급관(320) 내에 O3 가스를 흘린다. O3 가스는 MFC(322)에 의해 유량 조정되어 노즐(420)의 가스 공급구(420a)로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(524)를 열고 가스 공급관(520) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(520) 내를 흐른 N2 가스는 MFC(522)에 의해 유량 조정되어 O3 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이때 노즐(410, 430) 내로의 O3 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514, 534)를 열고 가스 공급관(510, 530) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 가스 공급관(310, 330), 노즐(410, 430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
O3 가스를 흘릴 때는 APC 밸브(243)를 적절히 조정해서 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 50Pa 내지 1,330Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(322)로 제어하는 O3 가스의 공급 유량은 예컨대 5slm 내지 40slm의 범위 내의 유량으로 한다. O3 가스의 공급 시간[조사(照射) 시간]은 예컨대 10초 내지 600초 간의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는 원료 가스 공급 스텝과 마찬가지의 온도로 한다.
O3 가스의 공급에 의해 처리실(201) 내벽이나 보트(217) 등의 표면을 산화한다(트리트먼트 한다). 또한 에칭 스텝에서 생성된 부생성물이 재산화된다. 예컨대 AlClx의 Al-Cl 결합이 절단되어, Cl2로서 제거되는 것과 함께 AlO로 재산화된다. 또한 AlO막 중에 잔류하는 유기물이 O3 가스와 반응하여 처리실(201)로부터 제거된다. 예컨대 AlO막 중에 잔류하는 탄소(C)가 O3 가스와 반응하여 COx가 되고, 처리실(201)로부터 제거된다. 이때 막의 최표면은 COx가 탈리된 후의 탄소 결함이 존재하는 것과 함께, Al-O 및 Al-Al의 약한 결합 평형 상태가 존재한다. 이 상태는 에칭에 적합한 표면 평형 상태인 것으로 생각된다.
(잔류 가스 제거 스텝)
소정 시간 O3 가스를 공급한 후, 밸브(324)를 닫고 O3 가스의 공급을 정지한다. 그리고 TMA 가스 공급 스텝의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 AlO막과 반응 후의 O3 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다.
(소정 횟수 실시)
전술한 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 1회 이상[소정 횟수(m회)] 수행하는 것에 의해 처리실(201) 내에 부착된 AlO막을 제거한다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 에칭(클리닝)공정은 클리닝 가스에 의한 에칭 스텝과 O3 가스에 의한 표면 산화 스텝을 포함하는 스텝 사이클을 복수 회 반복한다. 사이클마다 기화 시작 및 정지를 반복하므로 액체 원료의 액체 온도 변동이 빈번하게 일어나기 쉽기 때문에 온도 회복 속도가 높은 본 개시의 온도 제어는 보다 바람직하다.
본 실시 형태에 따르면, 이하의 하나 또는 복수의 효과를 포함한다.
(a) 액체 원료의 온도(액체 온도)에 기초하여 제어되는 내부 히터와, 액체 용기의 온도에 기초하여 제어되는 외부 히터의 2개를 구비하는 것에 의해 기화 발생에 따른 액체 온도 변동이 발생했을 때, 액체 온도가 소정의 온도 또는 소정의 온도 범위 내에 안정될 때까지의 회복 시간을 단축할 수 있다.
(b) 내부 히터는 제1 온도 센서로 측정된 온도가 소정의 제1 온도가 되도록 제어되고, 외부 히터는 제2 온도 센서로 측정된 온도가 소정의 제2 온도가 되도록 제어된다. 제2 온도는 제1 온도에 대응해서 미리 정해진 값이 설정된다. 이에 의해 제1 온도와 제2 온도를 동일값으로 하는 것보다 한층 더 안정적으로 액체 온도를 제어할 수 있다.
[변형예]
변형예의 기화 장치에 대해서 도 8을 이용하여 설명한다.
변형예에서의 액체 용기(600) 내에는 액체 원료에 침지해서 액체 원료를 가열하는 제1 가열 장치(제1 가열부)로서의 내부 히터(610)와, 이 내부 히터(610)를 제어하기 위해서 액체 원료에 침지해서 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서(630)와, 외부 히터(620)를 제어하기 위해서 액체 용기(600)의 외벽의 온도를 측정하는 제2 온도 센서(640)가 설치된다. 내부 히터(610)는 제1 내부 히터(610a)와 제2 내부 히터(610b)에 의해 구성된다. 제1 온도 센서(630)는 제1 내부 센서(630a)와 제2 내부 센서(630b)에 의해 구성된다. 내부 히터(610) 및 제1 온도 센서(630)는 각각의 개수가 2개로 한정되지 않고, 각각 3개 이상 있어도 좋다. 제1 내부 히터(610a)는 제1 내부 센서(630a)로 측정된 온도에 기초하여, 제1 내부 센서(630a)로 측정된 온도가 소정의 제1 온도가 되도록 제2 내부 히터(610b)와는 독립해서 제어된다. 또한 제2 내부 히터(610b)는 제2 내부 센서(630b)로 측정된 온도에 기초하여 제2 내부 센서(630b)로 측정된 온도가 소정의 제1 온도가 되도록 제1 내부 히터(610a)와는 독립해서 제어된다.
제1 내부 센서(630a) 및 제2 내부 센서(630b)의 적어도 일방(一方)에서 측정된 온도가 소정의 제3 온도(상한 온도)를 초과한 경우, 컨트롤러(121)는 제1 내부 히터(610a) 및 제2 내부 히터(610b)로의 전력 공급을 정지시킨다. 이에 의해 상한값을 초과하는 듯한 이상값이 측정된 경우, 가열을 정지하는 것에 의해 이상 가열을 방지할 수 있다. 센서 이상 또는 히터 이상 발생 시에도 온도 안정성이나 안전성을 확보할 수 있다.
전술한 실시 형태에서는 에칭하고자 하는 고유전율 산화막으로서 AlO막을 예시하지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 고유전율 산화물로서 ZrOy, HfOy, HfSixOy, HfAlxOy, ZrSiOy, ZrAlOy, TixOy, TaxOy(x 및 y는 0보다 큰 정수 또는 소수이다.)가 이용된 경우에도 마찬가지로 적용 가능하다. 즉 지르코늄산화막, 하프늄산화막, 티타늄산화막, 탄탈산화막 및 그것들의 복합 막에도 적용 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 유기계 원료로서 TMA를 예시하지만 이에 한정되지 않고, 유기 화합물이라면 그 외의 원료도 적용 가능하다. 예컨대 테트라키스에틸메틸아미노하프늄{Hf[N(CH3)CH2CH3]4, TEMAH} 등의 유기계 Hf 원료, 트리스디메틸아미노실란{SiH[N(CH3)2]3, TDMAS} 등의 유기계 Si 원료, 테트라키스디메틸아미노티타늄{Ti[N(CH3)2]4, TDMAT} 등의 유기계 Ti 원료, 펜타키스디메틸아미노탄탈{Ta[N(CH3)2]5, PDMAT} 등의 유기계 Ta 원료 등도 적용 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 성막 공정에서 O3 가스를 사용하는 예를 제시하지만 이에 한정되지 않고, 산소 함유 가스라면 그 외의 원료도 적용 가능하다. 예컨대O2, O2 플라즈마, H2O, H2O2, N2O 등도 적용 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 액체 용기(600)에는 클리닝 가스의 액체 원료가 저류되고, 캐리어 가스를 사용하지 않는 베퍼 드로우(Vapor Draw) 식에 의해 기화하는 예를 제시하지만, 캐리어 가스를 사용하는 배블링 식에도 적용 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 표면 산화 스텝에서 사용하는 산화 가스로서 O3을 예시하지만 이에 한정되지 않고, 산소 함유 가스이며, 또한 에칭 가스에 포함되는 할로겐 원소와 반응하는 원소를 포함하는 가스라면 그 외의 가스도 적용 가능하다. 예컨대 H2O, H2O2 등도 적용 가능하다.
이들 각종 박막의 형성에 이용되는 프로세스 레시피(처리 순서나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는 기판 처리, 클리닝 처리 등의 내용(형성하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께, 처리 순서, 처리 조건 등)에 따라 각각 개별로 준비하는(복수 준비하는) 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리, 클리닝 처리 등을 시작할 때, 기판 처리, 클리닝 처리 등의 내용에 따라 복수의 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등 중에서 적절한 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 기판 처리, 클리닝 처리 등의 내용에 따라 개별로 준비된 복수의 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 기록한 기록 매체[외부 기억 장치(123)]를 개재하여, 기판 처리 장치가 구비하는 기억 장치(121c) 내에 미리 격납(인스톨)해두는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(121a)가 기억 장치(121c) 내에 격납된 복수의 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등 중에서 기판 처리의 내용에 따라 적절한 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하는 것에 의해 1대(臺)의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적으로 또한 재현성 좋게 형성할 수 있다. 또한 오퍼레이터의 조작 부담(처리 순서나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있고, 조작 미스를 회피하면서 기판 처리를 신속하게 시작 할 수 있게 된다.
또한 본 개시는 예컨대 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 변경하는 것으로도 실현된다. 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 변경하는 경우에는 본 개시에 따른 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 기록한 기록 매체를 개재하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여 그 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등 자체를 본 개시에 따른 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등으로 변경하는 것도 가능하다.
10: 기판 처리 장치 60: 기화 장치
121: 컨트롤러(제어부) 200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실 600: 액체 용기
610: 내부 히터(제1 가열부) 620: 외부 히터(제2 가열부)
630: 제1 온도 센서 640: 제2 온도 센서

Claims (16)

  1. 액체 원료를 저류하는 액체 용기;
    상기 액체 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지(浸漬)되고, 상기 액체 원료를 가열하는 제1 가열부;
    상기 액체 용기를 가열하는 제2 가열부;
    상기 액체 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되고, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서;
    상기 액체 용기의 온도를 측정하는 제2 온도 센서; 및
    상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제1 가열부를 제어하는 것과 함께, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제2 가열부를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
    를 포함하는 기화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 온도 센서로 측정된 온도가 소정의 제1 온도가 되도록 상기 제1 가열부를 제어하는 것과 함께, 상기 제2 온도 센서로 측정된 온도가 소정의 제2 온도가 되도록 상기 제2 가열부를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 기화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 온도는 상기 제1 온도에 대응하는 미리 정해진 값이 설정되는 기화 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높은 값이 설정되는 기화 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 액체 용기의 단면적을 Acm2, 발생 가스 유량을 Qslm으로서 Q/A>2%가 되도록 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도가 설정되는 기화 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가열부는 적어도 제1 내부 히터와 제2 내부 히터에 의해 구성되고, 상기 제1 온도 센서는 적어도 제1 내부 센서와 제2 내부 센서에 의해 구성되는 기화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 내부 센서로 측정된 온도에 기초하여 상기 제1 내부 히터를 제어하는 것과 함께, 상기 제2 내부 센서로 측정된 온도에 기초하여 상기 제2 내부 히터를 제어하도록 구성되는 기화 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 내부 센서 및 상기 제2 내부 센서로 측정된 온도가 소정의 제1 온도가 되도록 상기 제1 내부 히터 및 상기 제2 내부 히터를 제어하도록 구성되는 기화 장치.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 내부 센서 및 상기 제2 내부 센서의 적어도 일방(一方)으로 측정된 온도가 소정의 제3 온도를 초과한 경우, 상기 제1 내부 히터 및 상기 제2 내부 히터로의 전력 공급을 정지하도록 구성되는 기화 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 액체 용기에 저류되는 액체는 클리닝 가스의 액체 원료인 기화 장치.
  11. 기판을 처리하는 처리실;
    액체 원료를 저류하는 액체 용기;
    상기 액체 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되고, 상기 액체 원료를 가열하는 제1 가열부;
    상기 액체 용기를 가열하는 제2 가열부;
    상기 액체 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되고, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와, 상기 액체 용기의 온도를 측정하는 제2 온도 센서를 구비한 기화 장치;
    상기 기화 장치로 상기 액체 원료를 기화하는 것에 의해 얻어진 가스를 상기 처리실에 공급하는 가스 공급계; 및
    상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제1 가열부를 제어하는 것과 함께, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제2 가열부를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기화 장치로 상기 액체 원료를 기화하는 것에 의해 얻어진 가스의 공급과 정지의 사이클을 복수 회 실행하도록 상기 가스 공급계를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  13. 액체 원료를 저류하는 액체 용기와, 상기 액체 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되고, 상기 액체 원료를 가열하는 제1 가열부와, 상기 액체 용기를 가열하는 제2 가열부와, 상기 액체 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되고, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와, 상기 액체 용기의 온도를 측정하는 제2 온도 센서를 구비하는 기화 장치를 이용하여,
    상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제1 가열부를 제어하는 것과 함께, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제2 가열부를 제어하는 것에 의해 상기 액체 원료를 기화하는 공정; 및
    상기 액체 원료를 기화하는 것으로 얻은 가스를 기판에 대한 처리가 수행되는 처리실 내에 공급하는 것에 의해 상기 처리실 내를 클리닝하는 공정
    을 포함하는 클리닝 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 클리닝하는 공정에서는 기화 가스의 공급과 정지 사이클을 복수 회 실행하는 클리닝 방법.
  15. 처리실 내에 기판을 반입하는 공정;
    상기 기판을 상기 처리실 내에서 처리하는 공정;
    액체 원료를 저류하는 액체 용기와, 상기 액체 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되고, 상기 액체 원료를 가열하는 제1 가열부와, 상기 액체 용기를 가열하는 제2 가열부와, 상기 액체 용기에 저류된 상기 액체 원료 내에 침지되고, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와, 상기 액체 용기의 온도를 측정하는 제2 온도 센서를 구비하는 기화 장치를 이용하여, 상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 상기 액체 원료의 온도에 기초하여 상기 제1 가열부를 제어하는 것과 함께, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제2 가열부를 제어하는 것에 의해 상기 액체 원료를 기화하는 공정; 및
    상기 액체 원료를 기화하는 것으로 얻은 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 것에 의해 상기 처리실 내를 클리닝하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 클리닝하는 공정에서는 기화 가스의 공급과 정지의 사이클을 복수 회 실행하는 반도체 장치의 제조 방법.
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