KR20230142659A - 기화기, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 형태에 따르면, 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급부; 상기 액체 원료 공급부에 의해 공급된 액체 원료가 내부에서 기화되는 기화실을 구성하는 기화 용기; 상기 기화 용기를 가열하는 제1 히터; 상기 기화 용기의 온도를 측정하는 제1 온도 센서; 상기 액체 원료 공급부의 온도를 측정하는 제2 온도 센서; 및 상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 각각의 상기 온도에 기초하여 상기 제1 히터의 온도를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 기화기가 제공된다.
Description
본 발명은 기화기, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
절연물 도포법이나 화학 기상(氣相) 성장법 등에 의해 형성된 막으로부터 더 치밀한 막을 얻는 방법으로서 개질 가스를 막에 공급하는 것에 의해 막을 개질하는 것이 수행된다. 예컨대 특허문헌 1에 개시된 기술과 같이 절연 재료의 막으로부터 더 치밀한 SiO막 등의 산화막을 얻는 방법으로서 과산화수소(H2O2)를 포함하는 가스를 절연 재료의 막에 공급하여 그 막을 개질하는 것이 알려져 있다.
H2O2를 포함하는 가스와 같은 원하는 처리 가스를 생성하는 기법 중 하나로서 액체 원료를 기화기에 의해 기화시켜서 원하는 가스를 얻는 것을 생각해볼 수 있다. 하지만 종래의 기화기에서는 기화기 내에 도입된 액체 원료의 온도를 정밀하게 관리하거나 제어하는 것이 곤란하였다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급부; 상기 액체 원료 공급부에 의해 공급된 액체 원료가 내부에서 기화되는 기화실을 구성하는 기화 용기; 상기 기화 용기를 가열하는 제1 히터; 상기 기화 용기의 온도를 측정하는 제1 온도 센서; 상기 액체 원료 공급부의 온도를 측정하는 제2 온도 센서; 및 상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 각각의 상기 온도에 기초하여 상기 제1 히터의 온도를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 기화기가 제공된다.
본 발명에 따르면, 액체 원료를 기화시키는 기화기에서 기화기 내에 도입된 액체 원료의 온도를 정밀하게 관리하거나 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성을 도시하는 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 처리로의 구성을 도시하는 종단면(縱斷面) 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 기화기의 개략을 도시하는 종단면 구조도.
도 4의 (A)는 본 실시 형태에서의 기화기의 개략을 도시하는 종단면 구성도, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)에 도시되는 기화기 간극(間隙)의 모식도.
도 5의 (A)는 1.0mm의 평행 평판 간을 흐르는 가스의 온도의 계산 결과를 도시하는 도면, 도 5의 (B)는 0.8mm의 평행 평판 간을 흐르는 가스의 온도의 계산 결과를 도시하는 도면.
도 6은 수증기를 25slm으로 간극에 흘렸을 경우의 압력 상승량의 계산 결과를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 컨트롤러의 개략 구성도.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에 대한 사전 처리 공정을 도시하는 흐름도.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 흐름도.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기화기의 개략을 도시하는 종단면 구조도.
도 11의 (A)는 본 실시예에 따른 기화기의 개략을 도시하는 종단면 구조도, 도11의 (B)는 비교예에 따른 기화기의 개략을 도시하는 종단면 구조도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 처리로의 구성을 도시하는 종단면(縱斷面) 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 기화기의 개략을 도시하는 종단면 구조도.
도 4의 (A)는 본 실시 형태에서의 기화기의 개략을 도시하는 종단면 구성도, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)에 도시되는 기화기 간극(間隙)의 모식도.
도 5의 (A)는 1.0mm의 평행 평판 간을 흐르는 가스의 온도의 계산 결과를 도시하는 도면, 도 5의 (B)는 0.8mm의 평행 평판 간을 흐르는 가스의 온도의 계산 결과를 도시하는 도면.
도 6은 수증기를 25slm으로 간극에 흘렸을 경우의 압력 상승량의 계산 결과를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 컨트롤러의 개략 구성도.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에 대한 사전 처리 공정을 도시하는 흐름도.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 흐름도.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기화기의 개략을 도시하는 종단면 구조도.
도 11의 (A)는 본 실시예에 따른 기화기의 개략을 도시하는 종단면 구조도, 도11의 (B)는 비교예에 따른 기화기의 개략을 도시하는 종단면 구조도.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
우선 본 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 실시하는 기판 처리 장치(10)의 구성예에 대해서 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다. 본 기판 처리 장치(10)는 과산화수소(H2O2)를 함유하는 액체 원료, 즉 과산화수소수를 기화시켜서 생성되는 처리 가스를 이용하여 기판을 처리하는 장치다. 예컨대 실리콘 등으로 이루어지는 기판으로서의 웨이퍼(200)를 처리하는 장치다. 본 기판 처리 장치(10)는 미세 구조인 요철(凹凸) 구조[공극(空隙)]를 가지는 웨이퍼(200)에 대한 처리에 이용하는 경우에 바람직하다. 본 실시 형태에서는 미세 구조의 홈[溝]에 실리콘 함유막인 폴리실라잔(SiH2NH)의 막이 충전되고, 상기 폴리실라잔막을 처리 가스에 의해 처리하는 것에 의해 SiO막을 형성한다.
또한 본 실시 형태에서는 H2O2를 기화 또는 미스트화한 것(즉 기체 상태의 H2O2)을 H2O2가스라고 부르고, 적어도 H2O2가스를 포함하는 가스를 처리 가스라고 부르고, H2O2를 포함하는 액체 상태의 수용액을 과산화수소수 또는 액체 원료라고 부른다.
(처리 용기)
도 1에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(10)를 구성하는 처리로(202)는 처리 용기(반응관)(203)를 구비한다. 처리 용기(203)는 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다. 처리 용기(203)의 통중공부(筒中空部)에는 처리실(201)이 형성되고, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향에 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다.
처리 용기(203)의 하부에는 처리 용기(203)의 하단 개구[노구(爐口)]를 기밀하게 봉지[폐색(閉塞)] 가능한 노구 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 처리 용기(203)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 구성된다. 기판의 처리 공간이 되는 처리실(201)은 처리 용기(203)와 씰 캡(219)으로 구성된다.
(기판 보지부)
기판 보지부(保持部)로서의 보트(217)는 복수 매의 웨이퍼(200)를 다단으로 보지할 수 있도록 구성된다. 보트(217)는 저판(底板)(217b)과 천판(天板)(217c) 사이에 가설(架設)된 복수 개의 지주(217a)를 구비한다. 복수 매의 웨이퍼(200)는 지주(217a)에 수평 자세로 정렬되어 관축(管軸) 방향에 다단으로 보지된다.
보트(217)의 하부에는 단열체(218)가 설치되고, 제1 가열부(207)로부터의 열이 씰 캡(219) 측에 전해지기 어렵도록 구성된다.
(승강부)
처리 용기(203)의 하방(下方)에는 보트(217)를 승강시키는 승강부로서의 보트 엘리베이터가 설치된다. 보트 엘리베이터에는 보트 엘리베이터에 의해 보트(217)가 상승되었을 때 노구를 봉지하는 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는 보트(217)를 회전시키는 보트 회전 기구(267)가 설치된다.
(제1 가열부)
처리 용기(203)의 외측에는 처리 용기(203)의 측벽면을 둘러싸는 동심원 형상으로 처리 용기(203) 내의 웨이퍼(200)를 가열하는 제1 가열부(207)가 설치된다. 제1 가열부(207)는 히터 베이스(206)에 의해 지지되어 설치된다. 도 2에 도시하는 바와 같이 제1 가열부(207)는 제1 내지 제4 히터 유닛(207a 내지 207d)을 구비한다. 처리 용기(203) 내에는 가열부로서의 제1 내지 제4 히터 유닛(207a 내지 207d)마다 웨이퍼(200) 또는 주변 온도를 검출하는 온도 검출기로서 예컨대 열전대 등의 제1 내지 제4 온도 센서(263a 내지 263d)가 처리 용기(203)와 보트(217) 사이에 각각 설치된다.
제1 가열부(207), 제1 내지 제4 온도 센서(263a 내지 263d)에는 각각 후술하는 컨트롤러(121)가 전기적으로 접속된다. 또한 제1 내지 제4 히터 유닛(207a 내지 207d)의 각각의 온도를 검출하는 온도 검출기로서 열전대로 구성되는 제1 외부 온도 센서(264a), 제2 외부 온도 센서(264b), 제3 외부 온도 센서(264c), 제4 외부 온도 센서(264d)가 각각 설치되어도 좋다. 제1 내지 제4 외부 온도 센서(264a 내지 264d)는 각각 컨트롤러(121)에 접속된다.
[가스 공급부(가스 공급계)]
도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이 처리 용기(203)와 제1 가열부(207) 사이에는 처리 용기(203)의 외벽의 측부를 따라 처리 가스 공급 노즐(501a)과 산소 함유 가스 공급 노즐(502a)이 설치된다. 처리 가스 공급 노즐(501a)과 산소 함유 가스 공급 노즐(502a)의 선단(先端)(하류단)은 각각 처리 용기(203)의 정부(頂部)로부터 처리 용기(203)의 내부에 기밀하게 삽입된다. 처리 용기(203)의 내부에 위치하는 처리 가스 공급 노즐(501a)과 산소 함유 가스 공급 노즐(502a)의 선단에는 각각 공급공(501b)과 공급공(502b)이 설치된다.
산소 함유 가스 공급 노즐(502a)의 상류단에는 가스 공급관(602c)이 접속된다. 또한 가스 공급관(602c)에는 상류측부터 순서대로 밸브(602a), 가스 유량 제어부를 구성하는 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(602b), 밸브(602d), 산소 함유 가스 가열부(602e)가 설치된다. 산소 함유 가스는 예컨대 산소(O2) 가스, 오존(O3) 가스, 아산화질소(N2O) 가스 중 적어도 1개 이상을 포함하는 가스가 이용된다. 본 실시 형태에서는 산소 함유 가스로서 O2가스를 이용한다. 산소 함유 가스 가열부(602e)는 산소 함유 가스를 가열하도록 설치된다.
처리 가스 공급 노즐(501a)의 상류단에는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급관(289a)의 하류단이 접속된다. 또한 처리 가스 공급관(289a)에는 상류측부터 액체 원료를 기화시켜서 처리 가스를 생성하는 처리 가스 생성부로서의 기화기(100), 밸브(289b)가 설치된다. 본 실시 형태에서는 처리 가스로서 H2O2를 적어도 포함하는 가스를 이용한다. 또한 처리 가스 공급관(289a)의 주위에는 자켓 히터 등에 의해 구성되는 배관 히터(289c)가 설치된다. 처리 가스 공급관(289a)과 처리 가스 공급 노즐(501a)은 기화기(100)에서 생성된 기화 가스를 처리실(201) 내에 공급하는 기화 가스 배관을 구성한다.
기화기(100)에는 기화기(100)에 대하여 처리 가스의 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급계(300)와, 기화기(100)에 대하여 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급부(캐리어 가스 공급계)가 접속된다. 기화기(100)에서 생성된 액체 원료의 기화 가스는 캐리어 가스와 함께 처리 가스로서 처리 가스 공급관(289a)을 향하여 송출(送出)(배출)된다.
액체 원료 공급계(300)는 상류측부터 액체 원료 공급원(301)과, 밸브(302)와, 기화기(100)에 공급되는 액체 원료의 유량을 제어하는 액체 유량 컨트롤러(LMFC)(303)를 구비한다. 캐리어 가스 공급부는 캐리어 가스 공급관(601c), 캐리어 가스 밸브(601a), 캐리어 가스 유량 제어부로서의 MFC(601b), 캐리어 가스 밸브(601d) 등에 의해 구성된다. 본 실시 형태에서는 캐리어 가스로서 산소 함유 가스인 O2 가스가 이용된다. 단, 캐리어 가스로서는 산소 함유 가스(O2 가스 외에 예컨대 O3 가스, NO 가스 등)를 적어도 1개 이상을 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 또한 캐리어 가스로서 웨이퍼(200)나 웨이퍼(200)에 형성된 막에 대하여 반응성이 낮은 가스를 이용할 수도 있다. 예컨대 N2가스 또는 희가스를 이용할 수 있다.
여기서 적어도 처리 가스 공급 노즐(501a)과 공급공(501b)에 의해 처리 가스 공급부가 구성된다. 처리 가스 공급부에는 처리 가스 공급관(289a), 밸브(289b), 기화기(100) 등을 더 포함시켜도 좋다. 또한 적어도 산소 함유 가스 공급 노즐(502a)과 공급공(502b)에 의해 산소 함유 가스 공급부가 구성된다. 산소 함유 가스 공급부에는 가스 공급관(602c), 산소 함유 가스 가열부(602e), 밸브(602d), MFC(602b), 밸브(602a) 등을 더 포함시켜도 좋다. 또한 처리 가스 공급부와 산소 함유 가스 공급부에 의해 가스 공급부(가스 공급계)가 구성된다.
(기화기)
계속해서 도 3을 이용하여 기화기(100)의 구조의 개략을 설명한다. 기화기(100)는 기화 용기(111) 내에 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급부(150)[무화부(霧化部), 애터마이저부]와, 기화 용기(111) 내에 공급된 액체 원료를 기화기 히터(113)로 가열하여 기화하는 기화부(108)로 구성된다. 기화기(100)는 기화기 히터(113)로 가열된 기화 용기(111) 내에 액체 원료 공급부(150)에 의해 무화된 미세한 액체 원료의 액적을 공급하는 것에 의해 액체 원료를 기화한다. 또한 기화부(108)를 구성하는 기화 용기(111)와 액체 원료 공급부(150)는 일체적으로 형성된다. 또한 기화 용기(111)와 액체 원료 공급부(150)는 함께 석영 부재(석영 유리)로 구성된다.
(기화부)
기화부(108)의 상세한 구조를 설명한다. 기화부(108)는 주로 기화 용기(111)와, 기화 용기(111)의 내부에 형성되는 기화실(112)과, 기화 용기(111)를 가열하는 제1 히터로서의 기화기 히터(113)와, 기화기 히터(113)로부터 방출되는 열을 기화 용기(111)에 전하는 금속 블록(116)과, 배기구(114)와, 기화 용기(111)의 온도를 측정하는 열전대로 구성된 온도 센서(115)를 구비한다.
또한 기화부(108)는 아우터 블록(110a)과 이너 블록(110b)의 2개의 블록으로 구분할 수 있다. 아우터 블록(110a)은 원통 형상이며, 원주 형상인 이너 블록(110b)이 그 원통 형상의 내측에 삽입되도록 구성된다. 이너 블록(110b)은 그 상부(선단부)가 돔 형상[구면 형상(球面狀)]으로 형성된다. 또한 아우터 블록(110a)의 원통 형상의 내주의 벽면과 아우터 블록(110a)의 외주의 벽면 사이에는 간극(112b)이 설치된다. 아우터 블록(110a)은 후술하는 아우터 히터(113a), 금속 블록(116)의 일부, 기화 용기(111)의 일부[후술하는 석영 부재(111a)], 단열 부재(160)의 일부를 포함한다. 이너 블록(110b)은 후술하는 이너 히터(113b), 금속 블록(116)의 일부, 기화 용기(111)의 일부[후술하는 석영 부재(111b)], 단열 부재(160)의 일부, 온도 센서(115)를 포함한다.
기화기 히터(113)는 아우터 블록(110a)에 내장된 아우터 히터(113a)와, 이너 블록(110b)에 내장된 이너 히터(113b)에 의해 구성된다. 온도 센서(115)에 의해 측정된 온도 데이터에 기초하여 아우터 히터(113a)와 이너 히터(113b)는 각각 제어된다.
액체 원료 공급부(150)가 접속되는 기화 용기(111)의 천장벽(161)의 하면과 이너 블록(110b)의 상부 사이에 형성되는 상부 공간(112a)과 간극(112b)은 기화실(112)을 구성한다. 또한 아우터 블록(110a)의 기화실(112)에 노출되는 면에 형성된 외측 용기부로서의 석영 부재(111a)와, 이너 블록(110b)의 기화실(112)에 노출되는 면에 형성된 내측 용기부로서의 석영 부재(111b)와, 천장벽(161)에 의해 기화 용기(111)가 구성된다. 즉 기화 용기(111)는 석영 부재(111a)와 석영 부재(111b)에 의한 이중관 구조로 이루어진다.
즉 기화 용기(111)는 액체 원료 공급부(150)에 의해 공급된 액체 원료를 기화하기 위한 기화실(112)을 구성하고, 기화실(112) 내에서 발생한 기화 가스는 캐리어 가스와 함께 처리 가스로서 배기구(114)로부터 처리 가스 공급관(289a)에 배기(송출)된다.
기화 용기(111)는 기화실(112)에 노출되는 면, 즉 액체 원료 또는 기화 가스에 접촉하는 면이 모두 메탈 프리 재료인 석영으로 구성된다. 따라서, 기화 용기의 재료가 금속과의 반응성이 높은 H2O2와 반응하는 것에 의해 발생하는 금속 오염을 방지할 수 있다.
[액체 원료 공급부(무화부, 애터마이저부)]
액체 원료 공급부(150)는 기화 용기(111)의 상부에 설치된다. 또한 액체 원료 공급부(150)는 금속 블록(116)의 상단보다 상방이며, 기화실(112)의 상방에 설치된다. 또한 본 실시 형태에서는 기화 용기(111)와 액체 원료 공급부(150)가 일체적으로 형성되고, 양자는 천장벽(161)에 의해 구획되지만, 양자는 각각 분리 가능한 유닛으로서 구성할 수도 있다.
액체 원료 공급부(150)는 LMFC(303)로부터 공급되는 액체 원료가 도입되는 액체 원료 도입구(151)와, 액체 원료 도입구(151)로부터 도입된 액체 원료를 기화 용기(111) 내에 토출(吐出)하는 토출구(152)와, 액체 원료 도입구(151)로부터 토출구(152)까지 액체 원료를 도입하는 액체 원료 도입관(158)과, 캐리어 가스 공급관(601c)으로부터 공급되는 캐리어 가스가 도입되는 캐리어 가스 도입구(153)와, 캐리어 가스 도입구(153)로부터 도입된 캐리어 가스를 기화 용기(111) 내에 분출시키는 캐리어 가스 분출구(155)로부터 구성된다.
또한 캐리어 가스 도입구(153)와 캐리어 가스 분출구(155) 사이에는 버퍼 공간(154)이 형성된다. 캐리어 가스 분출구(155)는 천장벽(161)에 형성된 개구의 가장자리와, 이 개구에 삽입된 액체 원료 도입관(158) 사이에 형성되는 협소한 극간에 의해 구성된다. 캐리어 가스 분출구(155)는 액체 원료 도입관(158)의 선단의 토출구(152)의 근방에 형성된다.
즉 캐리어 가스 도입구(153)에 도입된 캐리어 가스는 버퍼 공간(154)을 경유하여 액체 원료 도입관(158)의 토출구(152)의 주위에 형성된 캐리어 가스 분출구(155)로부터 상부 공간(112a) 내에 분사된다. 유로가 좁게 제한된 구조로 이루어져 있는 캐리어 가스 분출구(155)를 통과하는 캐리어 가스의 흐름은 상당히 고속이기 때문에, 분출할 때 토출구(152)의 선단으로부터 토출되는 액체 원료의 액적을 무화 (애터마이징)한다. 이와 같이 토출구(152)로부터 토출되는 액체 원료는 캐리어 가스와 함께 미세한 액적 상태에서 기화 용기(111) 내의 상부 공간(112a)에 분사된다.
(히터와 그 주변부의 구성)
기화 용기(111)를 구성하는 석영 부재는 열전도성이 낮기 때문에 금속제의 기화 용기에 비해 히터로부터의 열을 균일하게 액체 원료에 전해서 기화시키는 것이 어렵다. 따라서 본 실시 형태에서는 아우터 히터(113a)와 기화 용기(111) 사이에는 아우터 히터(113a)에 의해 가열되고 기화 용기(111)의 석영 부재에 간접적으로 열을 전하도록 구성된 제1 금속 블록으로서의 금속 블록(116)이 삽입된다. 금속 블록(116)은 석영 부재(111a)의 외측면을 피복하도록 하방으로부터 천장벽(161)과 같은 높이 위치까지 혹은 하방으로부터 천장벽(161)보다 낮은 높이 위치까지 설치된다. 석영 부재(111a)를 균일하게 가열한다는 관점에서는 석영 부재(111a)의 전면을 피복하도록[즉 천장벽(161)과 같은 높이까지 금속 블록(116)이 연장하도록] 설치되는 것이 바람직하다. 단, 본 실시 형태에서는 금속 블록(116)과 액체 원료 공급부(150) 사이에 후술하는 단열 부재(160)를 설치하기 때문에, 충분한 단열 작용을 얻기 위해 필요한 단열 부재(160)의 두께 분량만큼 금속 블록(116)의 상단부의 높이는 천장벽(161)보다 낮은 위치에 설정된다.
본 실시 형태에서는 금속 블록(116)은 알루미늄에 의해 구성된다. 석영 부재는 금속에 비해 열전도성이 낮지만, 열전도성이 높은 금속의 블록을 삽입하는 것에 의해 아우터 히터(113a)로부터의 열을 기화 용기(111)에 균등하게 전할 수 있다.
또한 기화기 히터(113)와 금속 블록(116) 사이 및 금속 블록(116)과 기화 용기(111) 사이에는 전열(傳熱) 페이스트(117)가 충전된다. 이들 사이에 발생하는 간극에 전열 페이스트(117)가 충전되는 것에 의해 간극을 없애고 보다 균일하게 열을 전할 수 있다. 특히 금속 블록(116)과 기화 용기(111)의 사이에 간극이 있으면, 기화 용기(111)에서의 온도 편차가 발생하기 쉽기 때문에 상기 간극에 전열 페이스트(117)를 충전하는 것은 유효하다.
(단열 구조)
기화부(108)의 주위는 단열 크로스로 구성되는 단열 부재(160)로 피복된다. 구체적으로는 단열 부재(160)는 금속 블록(116)의 표면의 적어도 일부, 구체적으로는 상면, 하면 및 외주면을 피복하도록 설치된다. 특히 금속 블록(116)의 상면을 피복하도록 설치된 단열 부재(160)의 부분은 아우터 히터(113a)와 액체 원료 공급부(150) 사이[보다 구체적으로는 아우터 블록(110a) 내의 금속 블록(116)과 액체 원료 공급부(150) 사이]에 설치되고, 아우터 히터(113a)로부터 방출되는 열을 액체 원료 공급부(150)에 대하여 차단(차폐)하도록 구성된다. 즉 기화기 히터(113)[특히 액체 원료 공급부(150)에 근접하는 아우터 히터(113a)]에 대하여 액체 원료 공급부(150)가 열적으로 충분히 격리되도록 단열 부재(160)는 설치된다.
또한 본 명세서에서의 「열의 방출」이란, 열의 방사 또는 전도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 의미다. 보다 구체적으로는 단열 부재(160)에 의해 차단되는 아우터 히터(113a)로부터 방출되는 열이란, a) 아우터 히터(113a)에 의해 가열된 금속 블록(116)으로부터 간접적으로 방사되는 열 외에, b) 금속 블록(116)을 개재하여 간접적으로 전도하는 열이나, c) 아우터 히터(113a)로부터 직접 방사되는 열[아우터 히터(113a)가 금속 블록(116)으로부터 노출된 경우) 등을 생각해 볼 수 있다. 본 실시 형태에서는 단열 부재(160)를 설치하는 것에 의해 적어도 a)와 b)의 열이 액체 원료 공급부(150)에 대하여 차단된다.
여기서 단열 부재(160)가 설치되지 않은 기화기에서는 기화 용기(111)[기화실(112)]의 온도가 원하는 온도가 되도록 제어되는 한편, 액체 원료 공급부(150)에서의 액체 원료의 온도가 기화실(112)을 가열하는 기화기 히터(113)로부터의 열 간섭을 받는다. 그렇기 때문에 액체 원료 공급부(150)에서의 액체 원료의 온도를 기화 용기(111)의 온도로부터 독립한 원하는 온도가 되도록 관리나 제어하는 것은 곤란하였다. 특히 H2O2와 같이 온도 상승과 함께 급속히 분해가 진행되는 성질을 가지는 화합물을 포함하는 액체 원료를 이용하는 경우, 액체 원료의 온도가 관리나 제어가 되지 않으면 기화실(112) 내에서 기화되기 전의 액체 원료 중의 화합물의 농도가 관리나 제어가 되지 않은 채 변동하고, 결과적으로 기화실(112) 내에서 생성된 기화 가스 중의 화합물의 농도에 의도하지 않은 편차가 발생해버린다.
따라서 본 실시 형태에서는 단열 부재(160)를 설치하는 것에 의해 액체 원료 공급부(150)에 대한 기화기 히터(113)로부터의 열 간섭을 억제하고, 액체 원료 공급부(150)에서의 액체 원료 온도의 관리나 제어를 용이하게 한다. 본 실시 형태에서는 기화 용기(111)가 180℃ 내지 210℃로 가열되도록 기화기 히터(113)가 제어된다. 한편 단열 부재(160)가 설치되는 것에 의해 기화기 히터(113)로부터의 열 간섭은 억제되고, 액체 원료 공급부(150)에서의 액체 원료의 온도가 100℃이하가 되도록 관리된다. 또한 본 실시 형태에 따르면, 냉각 수단을 설치하지 않고 액체 원료 공급부(150)에서의 액체 원료의 온도를 소정의 온도(예컨대 100℃) 이하로 억제할 수 있다. 발명자에 의한 검증에 따르면, H2O2를 포함하는 액체 원료의 온도가 100℃이하라면, 액중의 H2O2의 농도는 안정되고, 얻을 수 있는 기화 가스의 농도도 안정되는 것을 알 수 있다. 또한 본 명세서에서의 「180℃ 내지 210℃」와 같은 수치 범위의 표기는 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서 예컨대 「180℃ 내지 210℃」란 「180℃ 이상 210℃ 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다.
기화기 히터(113)에 의한 가열에 대하여, 액체 원료 공급부(150)에서의 액체 원료의 온도가 100℃이하가 되도록 단열 부재(160)의 재질이나 두께, 구조 등은 선택된다. 본 실시 형태에서는 열전도율이 0.1 내지 0.3W/mk인 단열 크로스를 단열 부재(160)로서 이용한다. 또한 보다 구체적인 실시 형태로서는, 액체 원료 공급부(150)에서의 액체 원료의 온도가 100℃이하가 되도록 하기 위해 후술하는 온도 센서(119)로 측정되는 액체 원료 공급부(150)의 온도가 100℃이하가 되도록 단열 부재(160)를 구성하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서 금속 블록(116)의 상면에 설치된 단열 부재(160)의 부분을 다른 단열재로 치환할 수도 있다. 예컨대 단열 크로스와 동등한 열전도율을 가지는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 폴리벤조이미다졸(PBI), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등의 수지의 판재와 단열 부재(160)의 일부를 치환해도 좋다. 또한 금속 블록(116)의 일부를 다공 구조로 하여 단열 기능을 주는 것에 의해 단열 부재(160)로 바꿀 수도 있다.
버퍼 공간(154) 내의 액체 원료 도입관(158)의 외면에는 열전대로 구성된 온도 센서(119)가 장착된다. 온도 센서(119)는 액체 원료 공급부(150)의 온도, 보다 구체적으로는 액체 원료 도입관(158)의 온도를 측정한다. 액체 원료 도입관(158)의 외면의 온도를 측정하도록 온도 센서(119)를 설치하는 것에 의해, 액체 원료 도입관(158)을 통과하는 액체 원료의 온도를 간접적으로 측정할 수 있다. 본 실시 형태에서는 온도 센서(119)는 컨트롤러(121)에 접속되고, 컨트롤러(121)에 의해 액체 원료의 온도가 모니터 된다.
본 실시 형태에서의 기화기(100)는 온도 센서(119)를 액체 원료 도입관(158)의 외면에 1개 구비하지만, 다른 개소(箇所)에 구비해도 좋으며 복수 구비해도 좋다. 예컨대 액체 원료 도입관(158)의 내면이나 버퍼 공간(154)의 측면 등에 설치해도 좋다. 온도 센서(119)를 액체 원료 도입관(158)의 외면에 설치하는 경우, 본 실시 형태와 같이 버퍼 공간(154)의 내측에 설치해도 좋고, 또한 버퍼 공간(154)의 내측에 설치하는 것이 곤란하다면 그 외측[특히 액체 원료 도입관(158)의 상류측]에 설치해도 좋다.
또한 기화기 히터(113)로부터 방출되는 열의 간섭에 의해, 온도 센서(119)에 의해 측정된 온도가 원하는 온도를 초과하는 경우에는, 온도 센서(115, 119)에 의해 측정된 온도 데이터에 기초하여 기화기 히터(113)의 온도를 제어해도 좋다. 이 경우 온도 센서(115, 119)에 의해 측정된 온도 데이터는 각각 온도 제어 컨트롤러(106)에 출력되고, 온도 제어 컨트롤러(106)는 상기 온도 데이터에 기초하여 기화기 히터(113)의 온도를 제어한다. 단, 단열 부재(160)에 의해 액체 원료 공급부(150)에 대한 기화기 히터(113)로부터 공급되는 열의 간섭이 충분히 억제된 경우[즉 기화기 히터(113)에 대하여 액체 원료 공급부(150)가 열적으로 실질적으로 격리된 경우], 온도 센서(119)에 의해 측정된 온도 데이터에 기초한 기화기 히터(113)의 제어는 수행하지 않는다.
또한 후술하는 본 발명의 제2 실시 형태와 같이 액체 원료 공급부(150)를 가열하는 히터를 기화기 히터(113)와는 별도로 설치하는 것에 의해, 100℃이하의 원하는 온도로 유지되도록 액체 원료의 온도를 제어할 수도 있다.
(기화 용기의 이중관 구조)
또한 본 실시 형태에서는 히터로부터의 열을 보다 효율적으로 액체 원료에 전하기 위해서 기화 용기(111)를 이중관 구조로 한다. 액체 원료 공급부(150)로부터 공급되는 액체 원료의 액적은 상부 공간(112a)과 통 형상의 기체 유로를 구성하는 원통 형상의 간극(112b)을 통하는 것에 의해 가열되고 기화된다.
아우터 블록(110a)의 금속 블록(116)과 기화 용기(111)의 사이에는 금속 블록(116)과 기화 용기(111)가 직접 접촉하는 것에 의해 기화 용기(111)가 파손되는 것을 방지하기 위해서 내열성을 가지는 O-링(118)이 설치된다.
배기구(114)는 기화 용기(111)와 같이 석영 부재에 의해 구성된다. 배기구(114)는 처리 가스 공급관(289a)과의 접속 인터페이스부를 플랜지 구조로 하고, O-링을 개재하여 처리 가스 공급관(289a)과의 접속부를 밀봉한다.
여기서 간극(112b)의 폭(통 형상의 기체 유로의 폭)은 0.6mm이상 0.8mm이하로 한다. 이하, 그 근거에 대해서 도 4 내지 도 6에 기초하여 설명한다.
도 4의 (A)에 도시하는 간극(112b)을 흐르는 가스 온도의 해석을, 도 4의 (B)에 도시되는 바와 같은 가열된 평행 평판 간을 흐르는 가스의 대류의 열 전달 문제라고 가정하고, 가열한 평행 평판 간을 흐르는 가스 온도를 다음의 차분식으로 계산했다.
[수1]
여기서 x는 유로의 길이 방향의 좌표를 도시하고, y는 유로의 폭 방향의 좌표를 도시한다. 또한 T는 가스 온도, u는 속도 성분, α은 온도 전도율을 각각 도시한다.
도 5의 (A)는 평행 평판 간의 거리가 1.0mm인 경우의 계산 결과를 도시하는 도면이며, 도 5의 (B)는 평행 평판 간의 거리가 0.8mm인 경우의 계산 결과를 도시하는 도면이다. 양자에서 유로의 길이(L)를 0.15m로 하고, 평행 평판을 각각 200℃로 가열하는 것으로서 계산했다. 또한 평행 평판 간의 거리 이외의 다른 처리 조건은 동일한 것으로 했다. 도 5의 종축은 가스 온도를, 횡축은 유로의 폭 방향의 좌표(y)를 각각 도시한다.
도 5의 (A) 및 도 5의 (B)에 도시되는 바와 같이 유로의 입구 부근(x=0.05m)에서 평행 평판 간의 거리가 1.0mm인 경우와 비교하여, 평행 평판 간의 거리가 0.8mm인 경우 쪽이 유로의 중심(y=0.4mm)에서의 가스 온도를 높게 할 수 있는 것이 확인되었다. 또한 유로의 출구 부근(x=0.10m)에서도 평행 평판 간의 거리가 1.0mm인 경우와 비교하여, 평행 평판 간의 거리가 0.8mm인 경우 쪽이 유로의 중심(y=0.4mm)에서의 가스 온도를 높게 할 수 있는 것이 확인되었다. 즉 평행 평판 간의 거리가 좁은 만큼 열 전달 효율이 높아지고 기화 효율이 향상된다고 생각된다. 특히 평행 평판 간의 거리를 0.8mm이하로 하는 것에 의해 유로의 중심에서도 가스 온도를 충분히 높게 하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.
도 6은 수증기를 25slm으로 간극(112b)에 흘렸을 경우에서의 기화실(112)의 압력 상승량의 계산 결과를 도시하는 도면이다. 도 6의 종축은 압력 상승량을, 횡축은 유로의 폭을 각각 도시한다.
도 5에 도시되는 바와 같이 기화실(112)의 유로의 폭[간극(112b)의 폭]을 좁게 하면 열 전달 효율이 양호해지고, 도입되는 액적(미스트)의 기화가 안정화되는 경향이 있다. 한편 도 6에 도시되는 바와 같이 유로의 폭을 지나치게 좁게 하면, 기화실(112)의 압력이 급격하게 상승하고 액적이 기화되기 어려운 상태가 되기 때문에 기화 불량이 일어난다. 구체적으로는 유로의 폭이 0.5mm이하가 되면 급격하게 압력이 상승하여 기화 불량이 되는 것을 예상할 수 있다. 이는 H2O2 함유 가스에 대해서도 같은 경향이라 생각된다. 이 결과로부터 기화 불량을 방지하기 위해서는 유로의 폭을 0.6mm이상으로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다.
즉 도 5 및 도 6에 도시되는 계산 결과를 고려하면, 유로의 폭인 간극(112b)의 폭이 유로의 중심에서의 가스 온도를 충분히 높게 할 수 있는 0.8mm이하이며, 또한 압력 상승에 의한 기화 불량을 방지할 수 있는 0.6mm이상인 경우에 열 전달 효율을 높여 기화 효율을 향상시키면서 압력 상승량을 작게 하여 기화 불량을 억제할 수 있다고 생각된다.
(배기부)
처리 용기(203)의 하방에는 처리실(201) 내의 가스를 배기하는 가스 배기관(231)의 일단(一端)이 접속된다. 가스 배기관(231)의 타단(他端)은 압력 조정기로서의 APC(Auto Pressure Controller)밸브(255)를 개재하여 진공 펌프(246)에 접속된다. 또한 압력 검출기로서의 압력 센서(223)가 APC 밸브(255)의 상류측에 설치된다. 압력 센서(223) 및 APC 밸브(255)에는 압력 제어 컨트롤러(224)가 전기적으로 접속된다. 압력 제어 컨트롤러(224)는 압력 센서(223)에 의해 검출된 압력에 기초하여 처리실(201) 내의 압력이 원하는 압력이 되도록 APC 밸브(255)를 원하는 타이밍에 제어하도록 구성된다.
(제어부)
도 7에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(121a), RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 개재하여 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널이나 디스플레이 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(121)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 프로세스 레시피를 단순히 레시피라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 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 LMFC(303), MFC(601b, 602b), 밸브(601a, 601d, 602a, 602d, 302, 289b), APC 밸브(255), 제1 가열부(207), 제1 내지 제4 온도 센서(263a 내지 263d), 보트 회전 기구(267), 압력 센서(223), 압력 제어 컨트롤러(224), 온도 제어 컨트롤러(106), 기화기 히터(113), 온도 센서(115, 119), 배관 히터(289c) 등에 접속된다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터의 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하도록 구성된다. CPU(121a)는 판독된 레시피의 내용을 따르도록 LMFC(303)에 의한 액체 원료의 유량 조정 동작, MFC(601b, 602b)에 의한 가스의 유량 조정 동작, 밸브(601a, 601d, 602a, 602d, 302, 289b)의 개폐 동작, APC 밸브(255)의 개폐 조정 동작 및 제1 내지 제4 온도 센서(263a 내지 263d)에 기초하는 제1 가열부(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 보트 회전 기구(267)의 회전 속도 조절 동작, 온도 제어 컨트롤러(106)를 개재한 기화기 히터(113), 배관 히터(289c)의 온도 조정 동작 등을 제어하도록 구성된다.
컨트롤러(121)는 외부 기억 장치(123)[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, 플래시 메모리 등의 반도체 메모리]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 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(123)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
(2) 사전 처리 공정
여기서 기판으로서의 웨이퍼(200)에 후술하는 개질 처리가 수행되기 전에 수행되는 사전 처리 공정에 대해서 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8에 도시하는 바와 같이 사전 처리 공정에서는 도포 장치(미도시)에 웨이퍼(200)를 반입하고[기판 반입 공정(T10)], 도포 장치 내에서 웨이퍼(200)에 대하여 폴리실라잔 도포 공정(T20)과 프리베이크 공정(T30)이 수행된다. 폴리실라잔 도포 공정(T20)에서는 도포 장치에 의해 웨이퍼(200)에 폴리실라잔이 도포된다. 프리베이크 공정(T30)에서는 웨이퍼(200)를 가열하는 것에 의해 도포된 폴리실라잔으로부터 용제가 제거되고 실리콘 함유막인 폴리실라잔 도포막이 형성된다. 그 후 웨이퍼(200)가 도포 장치로부터 반출된다[기판 반출 공정(T40)].
(3) 기판 처리 공정
계속해서 본 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서 실시되는 기판 처리 공정에 대해서 도 9를 이용하여 설명한다. 이러한 공정은 전술한 기판 처리 장치(10)에 의해 실시된다. 본 실시 형태에서는 이러한 기판 처리 공정의 일례로서, 처리 가스로서 H2O2를 포함하는 가스를 이용하여 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 형성된 실리콘 함유막을 SiO막으로 개질(산화)하는 공정(개질 공정)을 수행하는 경우에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
[기판 반입 공정(S10)]
우선 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전(裝塡)하고, 보트(217)를 보트 엘리베이터에 의해 들어 올려서 처리 용기(203) 내에 반입한다. 이 상태에서 처리로(202)의 개구부인 노구는 씰 캡(219)에 의해 밀봉된다.
[압력·온도 조정 공정(S20)]
처리 용기(203) 내가 원하는 압력이 되도록 진공 펌프(246)를 제어하여 처리 용기(203) 내의 분위기를 진공 배기한다. 또한 공급공(502b)으로부터 산소 함유 가스를 처리 용기(203)에 공급한다. 이 때 처리 용기(203) 내의 압력은 압력 센서(223)로 측정하고, 이 측정한 압력에 기초하여 APC 밸브(255)의 개도(開度)를 제어한다. 처리 용기(203) 내의 압력은 예컨대 미(微)감압 상태(약 700hPa 내지 1,000hPa)로 조정된다. 또한 처리 용기(203) 내에 수용된 웨이퍼(200)가 원하는 제1 온도, 예컨대 40℃로부터 100℃가 되도록 제1 가열부(207)에 의해 가열한다.
또한 웨이퍼(200)를 가열하면서 보트 회전 기구(267)를 작동시키고 보트(217)의 회전을 시작한다. 또한 보트(217)는 적어도 후술하는 개질 공정(S30)이 종료될 때까지 사이는 상시 회전시킨 상태로 한다.
[개질 공정(S30)]
웨이퍼(200)가 소정의 제1 온도에 도달하고, 보트(217)가 원하는 회전 속도에 도달하면, 액체 원료 공급계(300)로부터 액체 원료를 기화기(100)에 공급한다. 즉 밸브(302)를 열고 LMFC(303)에 의해 유량 제어된 액체 원료를 액체 원료 도입구(151)를 개재하여 액체 원료 공급부(150)에 도입한다. 액체 원료 공급부(150)에 공급된 액체 원료는 온도 센서(119)에 의해 100℃이하 (예컨대 80℃ 내지 100℃)가 되어 있는지 여부가 감시된다. 액체 원료는 토출구(152)로부터 토출될 때 캐리어 가스에 의해 무화되고, 미세한 액적 상태(예컨대 미스트 상태)가 되어 기화 용기(111) 내의 상부 공간(112a)에 분무된다. 기화 용기(111)는 기화기 히터(113)에 의해 금속 블록(116)을 개재하여 원하는 온도(예컨대 180℃ 내지 210℃)로 가열되고, 분무된 액체 원료의 액적은 기화 용기(111)의 표면이나 기화실(112) 중에서 가열되고 증발하여 기체가 된다. 기화된 액체 원료는 캐리어 가스와 함께 처리 가스(기화 가스)로서 배기구(114)로부터 처리 가스 공급관(289a)에 송출된다.
기화기 히터(113)의 온도는 온도 센서(115)에 의해 측정된 온도 데이터에 기초하여 기화 불량이 일어나지 않도록 제어한다. 기화 불량에 의해 처리실(201) 내에 공급되는 처리 가스 중에 액적 상태의 액체 원료가 포함되면, 개질 처리 중에 파티클이 발생하는 등 하여 SiO막의 품질 저하로 이어지기 때문이다. 구체적으로는 기화 용기(111)의 일부 또는 전부의 온도 저하에 의해 액적이 완전히 기화되지 않도록, 또는 재액화되지 않도록 기화실(112)의 온도를 소정의 온도 이상으로 유지하도록 기화기 히터(113)를 제어한다.
또한 밸브(289b)를 열고 기화기(100)로부터 송출된 처리 가스를 처리 가스 공급관(289a), 밸브(289b), 처리 가스 공급 노즐(501a), 공급공(501b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급한다. 공급공(501b)으로부터 처리실(201) 내에 도입된 처리 가스는 웨이퍼(200)에 공급된다. 처리 가스에 포함되는 H2O2가스는 반응 가스로서 웨이퍼(200) 표면의 실리콘 함유막과 산화 반응하는 것에 의해 상기 실리콘 함유막을 SiO막으로 개질한다.
또한 처리 용기(203) 내에 처리 가스를 공급하면서 처리 용기(203) 내를 진공 펌프(246)에 의해 배기한다. 즉 APC 밸브(255)를 열고 가스 배기관(231)을 개재하여 처리 용기(203) 내로부터 배기된 배기 가스를 진공 펌프(246)에 의해 배기한다. 그리고 소정 시간 경과 후, 밸브(289b)를 닫고 처리 용기(203) 내로의 처리 가스의 공급을 정지한다. 또한 소정 시간이 더 경과한 후, APC 밸브(255)를 닫고 처리 용기(203) 내의 배기를 정지한다.
본 실시 형태에서는 액체 원료로서 과산화수소수를 이용하지만 이에 한정되지 않고, 액체 원료로서 예컨대 오존(O3)을 포함하는 액체나 물 등을 이용할 수도 있다. 단, 본 실시 형태에서 이용하는 H2O2와 같은 온도 상승에 의해 급속히 분해가 진행되는 특성을 가지는 화합물을 포함하는 액체 원료를 기화시키는 경우에서, 본 실시 형태에서의 기화기(100)의 사용은 특히 바람직하다.
[건조 공정(S40)]
개질 공정(S30)이 종료된 후, 웨이퍼(200)를 프리베이크 공정(T30)에서 처리된 온도 이하의 소정의 제2 온도로 승온시킨다. 제2 온도는 전술한 제1 온도보다 높은 온도이며, 전술한 프리베이크 공정(T30)의 온도 이하의 온도로 설정된다. 승온 후, 온도를 보지하고 웨이퍼(200)와 처리 용기(203) 내를 건조시킨다.
[강온·대기압 복귀 공정(S50)]
건조 공정(S40)이 종료된 후, APC 밸브(255)를 열고 처리 용기(203) 내를 진공 배기하는 것에 의해 처리 용기(203) 내에 잔존하는 파티클이나 불순물을 제거한다. 진공 배기 후, APC 밸브(255)를 닫고 처리 용기(203) 내의 압력을 대기압으로 복귀시킨다. 처리 용기(203) 내의 압력이 대기압이 되고, 소정 시간 경과한 후 예컨대 웨이퍼(200)의 삽입 온도 정도로 강온시킨다.
[기판 반출 공정(S60)]
그 후, 보트 엘리베이터에 의해 처리 완료된 웨이퍼(200)를 보트(217)에 보지한 상태에서 처리 용기(203)의 하단으로부터 처리 용기(203)의 외부로 반출한다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)되고, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 종료한다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
계속해서 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 도 10에 기초하여 설명한다. 이하에서 전술한 실시 형태와 마찬가지의 구성 및 공정에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 기판 처리 장치에서는 기화기(100) 대신 기화기(400)를 이용한다. 본 실시 형태에 따른 기화기(400)는 액체 원료 공급부(150)의 주위에 액체 원료 공급부(150)를 가열하는 제2 히터로서의 애터마이즈 히터(162)가 설치된다.
기화기(400)는 애터마이즈 히터(162)와 액체 원료 공급부(150) 사이에 애터마이즈 히터(162)로부터 방출되는 열을 액체 원료 공급부(150)의 석영 부재에 전도시키도록 설치된 금속 블록(163)(제2 금속 블록)이 삽입된다. 즉 금속 블록(163)은 액체 공급부(150)의 측면에 따라 액체 원료 공급부(150)의 주위를 피복하도록 설치된다. 금속 블록(163)은 애터마이즈 히터(162)에 의해 가열되고 버퍼실(154)에 열을 전도하도록 구성된다.
또한 버퍼 공간(154) 내의 액체 원료 도입관(158)의 외면에는 열전대로 구성된 온도 센서(119)가 장착되고, 온도 센서(119)에 의해 측정된 온도 데이터에 기초하여 금속 블록(163)은 애터마이즈 히터(162)에 의해 가열된다.
온도 제어 컨트롤러(106)는 제1 히터인 기화기 히터(113)와 제2 히터인 애터마이즈 히터(162)를 각각 개별로 제어한다. 구체적으로는 온도 제어 컨트롤러(106)는 온도 센서(119)에 의해 측정된 온도 데이터에 기초하여 액체 원료 공급부(150)의 온도가 80℃이상 100℃이하의 소정의 온도(예컨대 90℃)로 보지되도록 애터마이즈 히터(162)의 온도를 제어한다. 또한 온도 제어 컨트롤러(106)는 온도 센서(115)에 의해 측정된 온도 데이터에 기초하여 기화 용기(111)의 온도가 180℃이상 210℃이하가 되도록 기화기 히터(113)의 온도를 제어한다.
본 실시 형태에서는 후술하는 단열 부재(165)가 설치되는 것에 의해 액체 원료 공급부(150), 금속 블록(163) 및 애터마이즈 히터(162)가 아우터 히터(113a)로부터 방출되는 열의 간섭을 받는 것을 방지한다. 따라서 기화기 히터(113)와 애터마이즈 히터(162)는 서로 열 간섭을 하지 않고, 액체 원료 공급부(150)의 온도와 기화 용기(111)의 온도를 각각 간이하게 제어할 수 있다. 즉 기화기 히터(113)는 온도 센서(115)로 측정된 온도 데이터에 기초하여 제어하고, 애터마이즈 히터(162)는 온도 센서(119)로 측정된 온도 데이터에 기초하여 제어할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는 애터마이즈 히터(162)를 제어하여 액체 원료 공급부(150)의 온도를 소정의 온도로 유지하므로, 액체 원료 공급부(150)에서의 액체 원료 중의 H2O2의 분해 속도가 일정해지도록 관리할 수 있다. 즉 기화실(112)에 공급되는 액체 원료 중의 H2O2의 농도를 일정하게 관리할 수 있으므로, 기화기(400)에서 생성되는 가스 중의 H2O2의 농도를 이론값에 기초하여 관리하는 것이 보다 용이해진다.
또한 기화실(112)에 공급되는 액체 원료의 온도가 너무 낮으면 기화될 때까지의 시간이 길어져 기화 불량이 발생할 가능성이 있다. 본 실시 형태에서는 액체 원료 공급부(150)를 80℃이상 100℃이하로 예비 가열하는 것에 의해, 액체 원료 공급부(150)에서의 H2O2의 분해가 급속히 진행되지 않도록 억제하면서 기화실(112) 내에서의 기화를 촉진시킬 수 있다.
또한 기화기(400)는 일체가 된 단열 부재(160)로 피복되고, 금속 블록 (116)과 금속 블록(163) 사이에는 단열 부재(160)와는 별도로 단열 부재(165)가 설치된다. 즉 단열 부재(165)는 제1 히터를 구성하는 아우터 히터(113a)와 제2 히터를 구성하는 애터마이즈 히터(162) 사이에 설치된다. 또한 단열 부재(165)는 액체 원료 공급부(150)와 접속되는 기화 용기(111)의 천장벽(161)과 금속 블록(116)의 상면 사이에 설치된다.
이와 같이 단열 부재(165)는 액체 원료 공급부(150)의 하방에 설치되고, 기화기 히터(113)로부터 금속 블록(116)을 개재하여 방출되는 열이 금속 블록(163)이나 액체 원료 공급부(150)에 대하여 차단되도록 구성된다. 바꿔 말하면 액체 원료 공급부(150)와 기화실(112)을 분리 독립 구조로 하여 액체 원료 공급부(150)와 기화실(112) 내의 온도 간섭이 저감된다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
전술한 실시 형태에서는 폴리실라잔막이 형성된 웨이퍼(200)를 처리하는 예를 제시했지만 이에 한정되지 않는다. 예컨대 실리콘 원소와 질소 원소와 수소 원소를 포함하는 막, 특히 실라잔 결합(-Si-N-)을 포함하는 막이 형성된 웨이퍼(200)를 처리하는 경우에도 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있다. 예컨대 헥사메틸디실라잔(HMDS), 헥사메틸시클로트리실라잔(HMCTS), 폴리카르보실라잔, 폴리오르가노실라잔을 이용한 도포막에 대한 처리에도 전술한 기화기를 이용할 수 있다.
또한 테트라실릴아민과 암모니아의 플라즈마 중합막 등에 대한 처리에도 전술한 기화기를 이용할 수 있다. 또한 CVD법으로 형성된 실리콘 함유막, 예컨대 모노실란 가스 또는 트리실릴아민(TSA) 가스 등의 실리콘 원료를 이용한 CVD법에 의해 형성된 실리콘 함유막에 대한 처리에도 전술한 기화기를 이용할 수 있다. CVD법에 의한 실리콘 함유막의 형성 방법으로서는 특히 유동성 CVD법을 이용할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 종형 처리로를 구비하는 기판 처리 장치에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 매엽식(枚葉式), Hot Wall형, Cold Wall형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치나, 처리 가스를 여기(勵起)시켜서 웨이퍼(200)를 처리하는 기판 처리 장치에 전술한 기화기를 적용해도 좋다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.
본 실시예로서 도 10 및 도 11의 (A)에 도시하는 전술한 기화기(400)를 이용하고, 비교예로서 도 11의 (B)에 도시하는 기화기(500)를 이용하고, 각각 액체 원료로서의 물(H2O)을 액체 원료 공급부(150)에 공급하여 기화하는 실험을 수행하였다. 기화기(500)에는 기화기(400)에서의 단열 부재(165)가 없고, 액체 원료 공급부(150)와 기화 용기(111)가 열적으로 분리 독립된 구조가 아니다. 또한 처리 조건은 동일한 것으로 하였다.
도 11의 (B)에 도시하는 기화기(500)에서는 액부 온도[액체 원료 공급부(150)에서의 온도]가 143℃인 경우, 최대 20g/만큼의 액체 원료를 기화하는 능력이 있는 것이 확인되었다. 한편 도 11의 (A)에 도시하는 기화기(400)에서는 액부 온도가 89℃인 경우, 마찬가지로 최대 20g/만큼의 액체 원료를 기화하는 능력이 있는 것이 확인되었다.
즉 본 실시예에서는 액체 원료 공급부(150)를 가열하는 애터마이즈 히터와 기화실(112)을 가열하는 기화기 히터(113) 사이에 단열 부재(165)를 설치하는 것에 의해 액부 온도를 100℃이하로 보지할 수 있고, 액부 온도가 100℃이하이더라도 100℃ 초과일 때와 동등량의 액체 원료를 기화할 수 있는 것이 확인되었다.
10: 기판 처리 장치
100, 400: 기화기
150: 액체 원료 가스 공급부
108: 기화부
111: 기화 용기
112: 기화실
160, 165: 단열 부재
200: 웨이퍼(기판)
100, 400: 기화기
150: 액체 원료 가스 공급부
108: 기화부
111: 기화 용기
112: 기화실
160, 165: 단열 부재
200: 웨이퍼(기판)
Claims (19)
- 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급부;
상기 액체 원료 공급부에 의해 공급된 액체 원료가 내부에서 기화되는 기화실을 구성하는 기화 용기;
상기 기화 용기를 가열하는 제1 히터;
상기 기화 용기의 온도를 측정하는 제1 온도 센서;
상기 액체 원료 공급부의 온도를 측정하는 제2 온도 센서; 및
상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 각각의 상기 온도에 기초하여 상기 제1 히터의 온도를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 기화기. - 제1항에 있어서,
제2 온도 센서로 측정된 상기 온도가 소정의 온도를 초과하지 않을 경우에는, 상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 상기 온도로만 상기 제1 히터의 제어를 수행하는 기화기. - 제1항에 있어서,
상기 액체 원료 공급부를 가열하는 제2 히터; 및
상기 제1 히터와 상기 제2 히터의 온도를 각각 개별로 제어하는 것이 가능한 제어부
를 구비하는 기화기. - 제3항에 있어서,
상기 제1 히터로부터 방출되는 열을 상기 액체 원료 공급부에 대하여 차단하도록 설치된 단열 부재를 더 포함하고, 상기 단열 부재는 상기 제1 히터와 상기 제2 히터 사이에 설치되는 기화기. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기화 용기는,
통 형상의 외측 용기부; 및
상기 외측 용기부의 내측에 설치되는 기둥 형상의 내측 용기부
를 포함하고,
상기 내측 용기부의 외측벽은 상기 외측 용기부의 내측벽 사이에 소정의 간극을 두어서 설치되는 것에 의해 상기 간극에 상기 액체 원료가 기화되는 통 형상의 기체 유로를 형성하도록 구성되고,
상기 통 형상의 기체 유로의 폭은 0.6mm이상 0.8mm이하인 기화기. - 제4항에 있어서,
상기 단열 부재는 상기 액체 원료 공급부의 온도가 100℃ 이하가 되도록 구성되는 기화기. - 제6항에 있어서,
상기 단열 부재는 상기 제2 온도 센서에 의해 측정되는 온도가 소정의 온도 이하가 되도록 구성이 선택되는 기화기. - 제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제2 온도 센서에 의해 측정되는 온도에 기초하여 상기 제2 히터의 온도를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 기화기. - 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 액체 원료 공급부의 온도가 80℃ 이상 100℃ 이하가 되도록 상기 제2 히터의 온도를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 기화기. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 원료 공급부는, 상기 액체 원료를 상기 기화실 내에 토출(吐出)하는 토출구와, 상기 토출구까지 상기 액체 원료를 도입하는 액체 원료 공급관을 구비하는 기화기. - 제10항에 있어서,
상기 액체 원료 공급부는, 상기 토출구의 근방에 설치되고 캐리어 가스를 상기 기화실 내에 분출시키도록 구성된 캐리어 가스 분출구와, 상기 캐리어 가스 분출구까지 캐리어 가스를 도입하는 캐리어 가스 공급관을 구비하는 기화기. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기화 용기 및 상기 액체 원료 공급부는 석영으로 구성되고, 양자는 일체로서 형성되는 기화기. - 제4항에 있어서,
상기 제1 히터와 상기 기화 용기 사이에는 상기 제1 히터에 의해 가열되고 상기 기화 용기에 열을 전도시키도록 설치된 제1 금속 블록이 설치되고,
상기 단열 부재는 상기 제1 금속 블록으로부터 방출되는 열을 상기 액체 원료 공급부에 대하여 차단하도록 상기 제1 금속 블록의 표면의 적어도 일부를 피복하는 기화기. - 제13항에 있어서,
상기 기화 용기는 통 형상의 외측 용기부를 포함하고, 상기 제1 금속 블록은 상기 외측 용기부의 외측면을 피복하도록 하방으로부터 상기 액체 원료 공급부가 접속되는 상기 기화 용기의 천장벽과 같은 높이 위치까지 또는 하방으로부터 상기 천장벽보다 낮은 위치까지 설치되는 기화기. - 제13항에 있어서,
상기 제2 히터와 상기 액체 원료 공급부 사이에는 상기 제2 히터에 의해 가열되고 상기 액체 원료 공급부에 열을 전도시키도록 설치된 제2 금속 블록이 설치되고,
상기 단열 부재는 상기 제1 금속 블록과 상기 제2 금속 블록 사이에 설치되는 기화기. - 제13항에 있어서,
상기 제1 금속 블록과 상기 기화 용기 사이에는 전열 페이스트가 충전되는 기화기. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 원료는 과산화수소를 포함하는 기화기. - 기판을 수용하는 처리실;
액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급부와, 상기 액체 원료 공급부에 의해 공급된 액체 원료가 내부에서 기화되는 기화실을 구성하는 기화 용기와, 상기 기화 용기를 가열하는 제1 히터와, 상기 기화 용기의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와, 상기 액체 원료 공급부의 온도를 측정하는 제2 온도 센서와, 상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 각각의 상기 온도에 기초하여 상기 제1 히터의 온도를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 기화기; 및
상기 기화기에서 생성된 기화 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 기화 가스 배관
을 구비하는 기판 처리 장치. - 제18항에 있어서,
상기 제1 히터와 상기 기화 용기 사이에는 상기 제1 히터에 의해 가열되고 상기 기화 용기에 열을 전도시키도록 설치된 제1 금속 블록이 설치되고,
상기 제1 금속 블록과 상기 기화 용기 사이에는 전열 페이스트가 충전되는 기판 처리 장치.
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