KR102613797B1 - 기화 장치, 기판 처리 장치, 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 및 프로그램 - Google Patents

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류이치 나카가와
겐이치 수자키
야스노리 에지리
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

액체 원료를 저류하는 원료 용기와, 상기 액체 원료에 침지되어, 액체 원료를 가열하는 제1 가열부와, 원료 용기를 가열하는 제2 가열부와, 상기 액체 원료에 침지되어, 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와, 액체 원료에 침지되어, 액체 원료의 온도를 측정하는 제2 온도 센서와, 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 제1 가열부를 제어함과 함께, 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 제2 가열부를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부를 갖는 기술이 제공된다.

Description

기화 장치, 기판 처리 장치, 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 및 프로그램{VAPORIZER, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, CLEANING METHOD, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND PROGRAM}
본 개시는, 기화 장치, 기판 처리 장치, 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 디바이스에 사용되는 박막을 형성하기 위해서, 기판 상에 원료 가스를 공급하는 경우가 있다. 또한, 박막의 형성에 수반하여 처리실 내 등에 퇴적된 막을 제거하기 위해서, 클리닝 가스를 처리실 내 등에 공급해서 가스 클리닝을 행하는 경우가 있다. 이러한 원료 가스나 클리닝 가스를 생성하기 위해서, 기화 장치에 의해 액체 원료(액체 가스원)를 기화시키는 것이 일반적으로 행하여지고 있다(예를 들어, 특허문헌 1).
국제 공개 제2009/037991호 팸플릿
액체 원료를 기화시켜서 원료 가스나 클리닝 가스 등의 가스를 생성할 경우, 액체 원료를 기화시킴으로써 액체 원료의 온도가 급격하게 저하되어, 가스의 유량 저하가 발생해버릴 가능성이 있다.
본 개시의 목적은, 액체 원료를 기화시켜서 생성하는 가스의 유량을 안정화시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 양태에 의하면,
액체 원료를 저류하는 원료 용기와,
상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료를 가열하는 제1 가열부와,
상기 원료 용기를 가열하는 제2 가열부와,
상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와,
상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제2 온도 센서와,
상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제1 가열부를 제어함과 함께, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제2 가열부를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
를 갖는 기술이 제공된다.
액체 원료를 기화시켜서 생성하는 가스의 유량을 안정화시키는 것이 가능한 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치에 구비된 기화 장치의 개략 구성을 연직 단면으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치에 구비된 기화 장치의 개략 구성을 수평 단면으로 도시하는 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 형태에서의 웨이퍼에 성막을 행하는 경우의 성막 시퀀스도이다.
도 7은 본 개시의 다른 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치에 구비된 기화 장치의 개략 구성을 연직 단면으로 도시하는 도면이다.
도 8은 본 개시의 다른 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치에 구비된 기화 장치의 개략 구성을 연직 단면으로 도시하는 도면이다.
도 9는 본 개시의 다른 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치에 구비된 기화 장치의 개략 구성을 연직 단면으로 도시하는 도면이다.
<본 개시의 일 실시 형태>
이하, 본 개시의 일 실시 형태에 대해서, 도 1 내지 5를 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 도면은, 모두 모식적인 것이며, 도면에 나타난, 각 요소의 치수의 관계, 각 요소의 비율 등은, 현실의 것과는 반드시 일치하지 않는다. 또한, 복수의 도면 상호간에 있어서도, 각 요소의 치수의 관계, 각 요소의 비율 등은 반드시 일치하지 않는다.
(1) 처리로의 구성
처리로(202)는, 가열 수단(가열 기구, 가열계)으로서의 히터(207)가 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 히터 베이스에 지지됨으로써 수직으로 거치되어 있다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 내열성 재료(예를 들어 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등)에 의해 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원상으로, 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스(SUS) 등의 금속에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부와, 반응관(203)의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 마련되어 있다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지됨으로써, 반응관(203)은 수직으로 거치된 상태가 된다. 처리 용기의 통 중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있다.
처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 연직 방향으로 다단으로 배열한 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 노즐(410, 420, 430)이 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(410, 420, 430)에는, 가스 공급관(310, 320, 330)이 각각 접속되어 있다.
가스 공급관(310, 320, 330)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(512, 522, 532) 및 개폐 밸브인 밸브(314, 324, 334)가 마련되어 있다. 가스 공급관(310, 320, 330)의 밸브(314, 324, 334)의 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520, 530)이 각각 접속되어 있다. 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 마련되어 있다.
노즐(410, 420, 430)은, L자형의 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(410, 420, 430)의 수직부는, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 형성되는 원환상의 공간에, 반응관(203)의 내벽을 따라 상방(웨이퍼(200)의 배열 방향 상방)을 향해서 직립되도록(즉 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해서 직립되도록) 마련되어 있다. 즉, 노즐(410, 420, 430)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 마련되어 있다.
노즐(410, 420, 430)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급구(410a, 420a, 430a)가 웨이퍼(200)의 배열 방향을 따라, 웨이퍼(200)가 배열된 기판 배열 영역에 대응하도록 마련되어 있다. 가스 공급구(410a, 420a, 430a)는, 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있다. 이 가스 공급구(410a, 420a, 430a)는, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되고, 각각 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 마련되어 있다. 단, 가스 공급구(410a, 420a, 430a)는, 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 반응관(203)의 하부로부터 상부를 향해서 개구 면적을 서서히 크게 해도 된다. 이에 의해, 가스 공급구(410a, 420a, 430a)로부터 공급되는 가스의 유량을 균일화하는 것이 가능하게 된다.
가스 공급관(310)으로부터는, 처리 가스로서 원료 가스(전구체)가, MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 통해서 처리실(201)에 공급된다. 원료 가스로서는, 예를 들어 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료(액체 가스원)를 기화함으로써 생성되는 가스이며, 금속 원소인 알루미늄(Al)을 포함하는 금속 함유 가스(Al 함유 원료 가스, Al 함유 가스)인 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, 약칭: TMA)이 사용된다. TMA는 유기계 원료이며, 알루미늄에 리간드로서 알킬기가 결합한 알킬알루미늄이다.
가스 공급관(310)으로부터 소정 온도에서 자기 분해하는 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 포함해서 생각해도 된다. 원료 가스 공급계를 원료 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(310)으로부터 금속 함유 가스를 공급하는 경우, 원료 가스 공급계를 금속 함유 가스 공급계라고 칭할 수도 있다.
금속 함유 가스로서 알루미늄 함유 원료를 사용하는 경우, 금속 함유 가스 공급계를 알루미늄 함유 원료 공급계라고 칭할 수도 있다. 알루미늄 함유 원료로서 TMA를 사용하는 경우, 알루미늄 함유 원료 공급계를 TMA 공급계라고 칭할 수도 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 포함해서 생각해도 된다. 반응 가스로서 산소 함유 가스(산화 가스, 산화제)를 공급하는 경우, 반응 가스 공급계를, 산소 함유 가스(산화 가스, 산화제) 공급계라고 칭할 수도 있다. 산소 함유 가스로서 O3를 사용하는 경우, 산소 함유 가스 공급계를 O3 공급계라고 칭할 수도 있다. 노즐(420)로부터 반응 가스를 흘리는 경우, 노즐(420)을 반응 가스 노즐이라고 칭해도 된다.
가스 공급관(330)으로부터는, 처리 가스로서, 클리닝 가스(에칭 가스)가, MFC(332), 밸브(334), 노즐(430)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 클리닝 가스로서는, 예를 들어 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료(액체 가스원)를 기화함으로써 생성되는 가스인, 염화수소(HCl), 사염화규소(SiCl4), 염화티오닐(SOCl2), 삼브롬화붕소(BBr3), 사브롬화규소(SiBr4) 및 브롬(Br2)의 군에서 선택되는 1종 이상의 가스가 사용된다.
주로, 가스 공급관(330), MFC(332), 밸브(334)에 의해, 클리닝 가스 공급계가 구성된다. 노즐(430)을 클리닝 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다.
또한, 가스 공급관(510, 520, 530)으로부터는, 불활성 가스가, MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534) 및 노즐(410, 420, 430)을 통해서 처리실(201)에 공급되도록 되어 있는 불활성 가스로서, 예를 들어 N2 가스가 사용된다.
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 접속되어 있다. 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 설치되어 있다.
APC 밸브(243)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201)의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201)의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있는 밸브이다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(243) 및 압력 센서(245)에 의해, 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함해서 생각해도 된다. 배기관(231)은, 반응관(203)에 마련하는 경우에 한하지 않고, 노즐(410, 420, 430)과 마찬가지로 매니폴드(209)에 마련해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속으로 형성되고, 원반상으로 되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)에 대하여 처리실(201)의 반대측에는, 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다.
시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 연직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 연직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를, 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉, 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)의 천정부에는, 천장판(215)이 마련되어 있다. 보트(217) 및 천장판(215)은, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 보트(217)의 하부인 단열 영역에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 단열판(218)이 수평 자세로 다단으로 지지되어 있다. 이 구성에 의해, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측에 전해지기 어렵게 되어 있다. 단, 본 실시 형태는 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 보트(217)의 하부에 단열판(218)을 마련하지 않고, 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 통상의 부재로서 구성된 단열 통을 마련해도 된다.
또한, 처리실(201)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 배치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 정도를 조정함으로써, 처리실(201)의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 되어 있다. 온도 센서(263)는, 노즐(410, 420)과 마찬가지로 반응관(203)의 내벽을 따라 마련되어 있다.
도 3에 도시된 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 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스를 통해서, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하게 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 액체 원료의 온도를 제어하는 제어 프로그램, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등의 적어도 어느 것이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법에서의 각 공정(각 스텝)을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여, 단순히 프로그램이라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 프로세스 레시피 단체만을 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 보유되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(312, 322, 332, 512, 522, 532), 밸브(314, 324, 334, 344, 514, 524, 534), 압력 센서(245), APC 밸브(243), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 후술하는 기화 장치(기화 가스 공급 시스템)에 마련되는 내부 히터(610), 외부 히터(620), 제1 온도 센서(630), 제2 온도 센서(640), 액면 검지 센서(660) 등의 적어도 어느 것에 접속되어 있다.
또한, 내부 히터(610)와 외부 히터(620)를 제어하는 제어부(도시하지 않음)와, 기판 처리 장치(10)를 제어하는 제어부(121)는 따로따로 구성해도 된다. 따로따로 구성하는 경우에는, 내부 히터(610)와 외부 히터(620)를 제어하는 제어부는 기화 장치를 구성한다. 또한, 따로따로 구성하는 경우에는, 내부 히터(610)와 외부 히터(620)를 제어하는 제어부는, 기판 처리 장치(10)를 제어하는 제어부(121)에 접속되도록 구성해도 된다.
내부 히터(610)와 외부 히터(620)를 제어하는 제어부에 대해서는, 적어도, 내부 히터(610), 외부 히터(620), 제1 온도 센서(630), 제2 온도 센서(640), 액면 검출 센서(660)의 적어도 어느 것이 접속되어 있으면 된다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피 등을 판독하도록 구성되어 있다. 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 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(예를 들어, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 단순히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 기화 장치(기화 가스 공급 시스템)의 구성
이어서, 액체 원료를 저류하여, 기화함으로써 클리닝 가스 등의 처리 가스를 생성하는 기화 장치에 대해서 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 원료 용기(600)에는, 처리실(201) 내에 처리 가스로서 클리닝 가스를 공급하는 가스 공급관(330)과, 원료 용기(600) 내에 클리닝 가스의 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급관(650)이 접속되어 있다.
원료 용기(600)에는, 클리닝 가스의 액체 원료로서, 예를 들어 SiCl4액이 저류되고, 기화한 클리닝 가스는, 가스 공급관(330)에 들어가서, 이 가스 공급관(330), MFC(332), 밸브(334)를 통해서 처리실(201)에 공급된다. 이에 의해, 처리실(201) 내 등에 부착된 막을 에칭해서 처리실(201) 내가 클리닝된다.
또한, 원료 용기(600) 내에는, 액체 원료에 침지해서 액체 원료를 가열하는 제1 가열 장치(제1 가열부)로서의 내부 히터(610)(예를 들어 저항 히터)와, 이 내부 히터(610)를 제어하기 위해서 액체 원료에 침지해서 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서(630)와, 후술하는 외부 히터(620)를 제어하기 위해서 액체 원료에 침지해서 액체 원료의 온도를 측정하는 제2 온도 센서(640)와, 액체 원료의 액면의 높이(레벨)를 검지하는 액면 검지 센서(660)가 마련되어 있다. 제1 온도 센서(630) 및 제2 온도 센서(640)는 각각, 예를 들어, 열전쌍(Themocoupe)에 의해 구성된다.
내부 히터(610)에는, 전원(도시하지 않음)이 접속되어 있어, 제1 온도 센서(630)에 의한 측정 온도에 기초하여 액체 온도가 소정의 온도로 되도록 내부 히터(610)의 온도가 조정된다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 제1 온도 센서(630)에 의해 측정된 온도가 소정의 제1 온도로 되도록, 전원으로부터 내부 히터(610)에 공급되는 전력의 크기가 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
원료 용기(600)는, 원료 용기(600) 및 그 내부의 액체 원료를 가열하는 제2 가열 장치(제2 가열부)로서의 외부 히터(예를 들어, 재킷 히터)(620)로 덮여 있다. 외부 히터(620)에는, 전원이 접속되어 있어, 제2 온도 센서(640)에 의한 측정 온도에 기초하여, 액체 온도가 소정의 온도로 되도록 외부 히터의 온도가 조정된다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 제2 온도 센서(640)에 의해 측정된 온도가 소정의 제2 온도로 되도록 외부 히터(620)에 공급되는 전력의 크기가 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
소정의 제1 온도와 제2 온도에는, 모두, 원하는 액체 원료의 온도와 동일한 동등한 값이 설정되는 것이 바람직하다. 단, 원료 용기(600) 내의 액체 원료의 온도 분포 등을 고려하여, 소정의 제1 온도와 제2 온도에 각각 다른 값을 설정해도 된다.
또한, 액면 검지 센서(660)는, 액체 원료의 액면의 높이를 검지하여, 검지되는 액면의 높이가 소정의 높이보다도 낮아진 경우에는, 내부 히터(610) 및 외부 히터(620)에의 전력 공급을 정지하도록, 혹은 액체 원료 공급관(650)으로부터 액체 원료를 공급하도록 컨트롤러(121)에 의한 제어가 행하여진다.
기화 장치의 동작의 일례를 설명한다. 원료 용기(600)로부터 클리닝 가스가 공급관(330), MFC(332), 밸브(334), 노즐(430)을 통해서 처리실(201)에 공급될 때, 원료 용기(600) 내의 액체 원료의 온도를, 제1 온도 센서(630) 및 제2 온도 센서(640)로 측정한다. 여기서, 기화 가스인 클리닝 가스의 공급이 개시되면, 원료 용기(600) 내의 액체 원료의 온도는, 기화열에 의해 급격하게 저하된다. 그래서, 제1 온도 센서(630)에 의해 측정된 액체 원료의 온도에 기초하여 액체 원료의 온도가 소정의 온도로 되도록 내부 히터(610)의 온도가 조정되고, 또한 제2 온도 센서(640)에 의해 측정된 액체 원료의 온도에 기초하여 액체 원료의 온도가 소정의 온도로 되도록 외부 히터(620)의 온도가 조정된다. 이와 같이, 클리닝 가스 공급 후에 급격하게 내려간 액체 원료의 온도를, 내부 히터(610)와 외부 히터(620)에 의해 가열함으로써 단시간에 소정의 온도까지 올리는 것이 가능하게 된다.
또한, 내부 히터(610)와 외부 히터(620)를 개별로 제어함으로써, 컨트롤러(121)에 의한 제어에 대한 액체 원료의 온도의 응답성이 좋아져서, 단시간에 액체 원료를 소정의 온도까지 올리는 것이 가능하게 된다. 또한, 단시간에 액체 원료를 소정의 온도까지 올리는 것이 가능하게 되기 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.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 온도 센서(630)(보다 구체적으로는 제1 온도 센서(630)의 온도 검출점) 및 제2 온도 센서(640)(보다 구체적으로는 제2 온도 센서(640)의 온도 검출점)는 각각, 원료 용기(600)의 저면의 근방에, 동일한 높이에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 각 온도 센서는, 내부 히터(610)보다도 낮은 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 이렇게 각 온도 센서를 배치함으로써, 어떠한 원인으로 액체 원료의 액면이 통상의 운용에서의 높이보다도 저하된 경우에도, 액체 원료의 온도를 계속해서 측정할 수 있다. 예를 들어, 내부 히터(610)에의 급전을 계속하고 있음에도 불구하고, 액체 원료의 온도가 급속하게 저하되는 것을 검지한 경우에는, 액체 원료의 액면이 내부 히터(610)보다도 하방까지 저하되어 있을 가능성이 있기 때문에, 내부 히터(610)에의 전력 공급을 정지하는 등의 제어를 행할 수도 있다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 온도 센서(630)는, 가열원인 내부 히터(610) 및 외부 히터(620)로부터 가능한 한 이격된 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 제1 온도 센서(630)를 가열원으로부터 이격된 위치에 배치함으로써, 원료 용기(600) 내의 액체 원료 중에서 온도가 상대적으로 낮아지는 부분의 온도를 측정하고, 그 측정한 온도에 기초하여 내부 히터(610)를 제어하게 되므로, 액체 원료의 전체를 원하는 온도 이상이 되도록 가열할 수 있다. 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 온도 센서(630)를, 수평 방향에 있어서, 내부 히터(610)와의 거리(예를 들어, 도면 중의 거리 D1)와 외부 히터(620)와의 거리(예를 들어, 도면 중의 거리 D2)가 동등해지는 위치(즉, 2개의 가열원 사이의 중간 위치)에 배치하고 있다. 또한, 제2 온도 센서(640)도 마찬가지로, 가열원인 내부 히터(610) 및 외부 히터(620)로부터 가능한 한 떨어진 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 온도 센서(640)를, 수평 방향에 있어서, 내부 히터(610)와의 거리(예를 들어, 도면 중의 거리 D3)와 외부 히터(620)와의 거리(예를 들어, 도면 중의 거리 D4)가 동등해지는 위치(즉, 2개의 가열원 사이의 중간 위치)에 배치하고 있다. 또한, 수평 방향 뿐만 아니라 수직 방향의 거리를 고려하여, 제1 온도 센서(630) 및/또는 제2 온도 센서(640)를, 내부 히터(610)와 외부 히터(620)와의 거리가 동등해지는 위치에 배치할 수있다. 또한 외부 히터(620)에 의해 가열된 원료 용기(600)의 내벽면과의 거리를, 원료 용기(600) 내에서 외부 히터(620)와의 거리로 간주할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 클리닝 가스를 생성하기 위해서 본 기화 장치를 사용하는 예에 대해서 설명했지만, 클리닝 가스 이외의 처리 가스로서의 원료 가스나 반응 가스를 생성하기 위한 기화 장치로서 본 기화 장치를 적용할 수도 있다.
(3) 기판 처리 공정
이어서, 본 실시 형태에 따른 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 상술한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 기판 상에 막을 형성해서 반도체 장치(디바이스)를 제조하는 방법의 일례에 대해서 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
또한, 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 「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 포함해서 웨이퍼라고 칭하는 경우)가 있다. 또한, 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면」을 의미하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
(A) 성막 공정
기판 처리 장치(10)를 사용하여, 웨이퍼(200)에 막을 형성하는 시퀀스도 6을 사용해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 복수의 웨이퍼(200)가 적재된 상태에서 수용된 처리실(201)을 소정 온도에서 가열한다. 그리고, 처리실(201)에, 노즐(410)의 공급 구멍(410a)으로부터 원료 가스로서 TMA 가스를 공급하는 원료 가스 공급 공정과, 노즐(420)의 공급 구멍(420a)으로부터 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 공정을 소정 횟수(n회) 행한다. 이에 의해, 웨이퍼(200) 상에, Al 및 O를 포함하는 막으로서 알루미늄 산화막(AlO막)을 형성한다.
(웨이퍼 반입)
복수매의 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 반입한다. 구체적으로는, 복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전되면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은, O링(220)을 개재해서 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 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다.
또한, 보트(217) 및 웨이퍼(200)가 회전 기구(267)에 의해 회전한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도, 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다.
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 순서대로 소정 횟수 행한다.
(원료 가스 공급 스텝)
밸브(314)를 개방하여, 가스 공급관(310)에 원료 가스(TMA 가스)를 흘린다. TMA 가스는, MFC(312)에 의해 유량 조정되어, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 이때 동시에, 밸브(514)를 개방하여, 가스 공급관(510) 내에 캐리어 가스(N2 가스)를 흘린다. 캐리어 가스는, MFC(512)에 의해 유량 조정되어, 원료 가스와 함께 노즐(410)의 공급 구멍(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 노즐(420)에의 원료 가스의 침입을 방지(역류를 방지)하기 위해서, 밸브(524)를 개방하여, 가스 공급관(520) 내에 캐리어 가스를 흘린다. 캐리어 가스는, 가스 공급관(520), 노즐(420)을 통해서 처리실(201)에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(243)를 적정하게 조정하여, 처리실(201)의 압력을, 예를 들어 1 내지 1000Pa, 바람직하게는 1 내지 100Pa, 보다 바람직하게는 10 내지 50Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 또한, 본 명세서에서는, 수치의 범위로서, 예를 들어 1 내지 1000Pa로 기재한 경우에는, 1Pa 이상 1000Pa 이하를 의미한다. 즉, 수치의 범위 내에는 1Pa 및 1000Pa이 포함된다. 압력뿐만 아니라, 유량, 시간, 온도 등, 본 명세서에 기재되는 모든 수치에 대해서 마찬가지이다.
MFC(312)로 제어하는 TMA 가스의 공급 유량은, 예를 들어 10 내지 2000sccm, 바람직하게는 50 내지 1000sccm, 보다 바람직하게는 100 내지 500sccm의 범위 내의 유량으로 한다.
MFC(512)로 제어하는 캐리어 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 30slm의 범위 내의 유량으로 한다. 원료 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은, 예를 들어 1 내지 60초, 바람직하게는 1 내지 20초, 보다 바람직하게는 2 내지 15초의 범위 내로 한다.
히터(207)는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 200 내지 600℃, 바람직하게는 350℃ 내지 550℃, 보다 바람직하게는 400 내지 550℃의 범위 내가 되도록 가열한다.
상술한 조건 하에서 처리실(201)에 TMA 가스를 공급함으로써, 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 열분해됨으로써 Al이 퇴적되거나 하는 것 등에 의해 형성된다. 즉, Al 함유층은, TMA나 TMA의 일부가 분해된 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 되고, Al 퇴적층(Al층)이어도 된다.
(잔류 가스 제거 스텝)
Al 함유층이 형성된 후, 밸브(314)를 닫아, TMA 가스의 공급을 정지한다. 이때, APC 밸브(243)는 개방한 채로 두어, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201)을 진공 배기하여, 처리실(201)에 잔류하는 미반응 또는 Al 함유층 형성에 기여한 후의 원료 가스를 처리실(201)로부터 배제한다. 밸브(514, 524)는, 개방한 상태에서 캐리어 가스의 처리실(201)에의 공급을 유지한다.
(반응 가스 공급 스텝)
처리실(201)의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(324)를 개방하여, 가스 공급관(320) 내에 반응 가스(O3 가스)를 흘린다. 반응 가스는, MFC(322)에 의해 유량 조정되어, 노즐(420)의 공급 구멍(420a)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 즉 웨이퍼(200)는 반응 가스에 폭로된다.
이때, 밸브(524)를 개방하여, 가스 공급관(520) 내에 캐리어 가스를 흘린다. 캐리어 가스는, MFC(522)에 의해 유량 조정되어, 반응 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(410) 내에의 반응 가스의 침입을 방지(역류를 방지)하기 위해서, 밸브(514)를 개방하여, 가스 공급관(510) 내에 캐리어 가스를 흘린다. 캐리어 가스는, 가스 공급관(510), 노즐(410)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(243)를 적정하게 조정하여, 처리실(201)의 압력을, 예를 들어 1 내지 1000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(322)로 제어하는 반응 가스의 공급 유량은, 예를 들어 5 내지 40slm, 바람직하게는 5 내지 30slm, 보다 바람직하게는 10 내지 20slm의 범위 내의 유량으로 한다. 반응 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은, 예를 들어 1 내지 60초의 범위 내로 한다. 그 밖의 처리 조건은, 상술한 원료 가스 공급 스텝과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
이때 처리실(201)에 흘리고 있는 가스는, 반응 가스와 불활성 가스(N2 가스)만이다. 반응 가스는, 원료 가스 공급 스텝에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Al 함유층의 적어도 일부와 반응한다. Al 함유층은 산화되어, 금속 산화층으로서 Al과 O를 포함하는 알루미늄 산화층(AlO층)이 형성된다. 즉 Al 함유층은 AlO층으로 개질된다.
(잔류 가스 제거 스텝)
AlO층이 형성된 후, 밸브(324)를 닫아, 반응 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 원료 가스 공급 공정 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 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 행하는 사이클을 미리 정해진 횟수(1회 이상) 행한다. 이와 같이, 뱃치 처리됨(복수의 스텝이 복수회 행해짐)으로써, 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 행하는 사이클을 미리 정해진 횟수 행하여, 웨이퍼(200) 상에 AlO막을 형성시키는 처리이다. 그리고, 1뱃치로, 웨이퍼(200) 상에 AlO막이 형성된다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
가스 공급관(510, 520, 530) 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하여, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하여, 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 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출된다. 그 후, 처리가 끝난 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다.
(B) 에칭(클리닝) 공정
이어서, 처리실(201) 내 등에 부착된 막을 에칭하는 공정에 대해서 설명한다.
(보트 반입)
웨이퍼(200)를 장전하지 않은 상태에서, 보트(217)를 처리실(201) 내에 반입한다. 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220)을 개재해서 매니폴드(209)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은, 압력 센서(245)로 측정되어, 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 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 에칭 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다.
(에칭(클리닝)스텝)
처리실(201) 내 등에 부착된 막을 에칭해서 처리실(201) 내를 클리닝하는 스텝을 실행한다.
본 스텝에서는, 원료 용기(600)에 있어서, 액체 원료의 SiCl4가 미리 소정의 온도(예를 들어 100℃)까지 가열되어 있다. 밸브(334)를 개방함으로써, 원료 용기(600) 내에 SiCl4의 기화 가스가 생성되고, 생성된 SiCl4 가스를 클리닝 가스(에칭 가스)로서 가스 공급관(330) 내에 흘린다. SiCl4 가스는, MFC(332)에 의해 유량 조정되어, 노즐(430)의 가스 공급 구멍(430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(534)를 개방하여, 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 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 이때, 노즐(410, 420) 내에의 SiCl4 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(514, 524)를 개방하여, 가스 공급관(510, 520) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(310, 320), 노즐(410, 420)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
SiCl4 가스의 공급에 의해, 처리실(201) 내에 부착된 AlO막의 적어도 일부와 SiCl4 가스가 반응하여, 처리실(201)로부터 제거된다.
이때, 컨트롤러(121)에 의해 히터(207)를 제어하여, 처리실(201) 내를 예를 들어, 200 내지 800℃이며, 바람직하게는 400 내지 650℃의 범위 내의 소정 온도로 가열하여, SiCl4 가스를 활성화시킨다. 또한, 이때, APC 밸브(243)를 닫거나, 처리에 영향을 미치지 않을 정도로 실질적으로 닫아, SiCl4 가스를 처리실(201) 내에 봉입한다. 그리고, 처리실(201) 내의 압력을 제1 압력이며, 예를 들어 1 내지 40000Pa이며, 바람직하게는 10000 내지 30000Pa, 보다 바람직하게는 20000 내지 30000Pa의 범위 내의 소정 압력으로 유지한다. MFC(332)로 제어하는 SiCl4 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.1 내지 10slm이며, 바람직하게는 3 내지 5slm의 범위 내의 유량으로 한다. SiCl4 가스를 처리실(201)에 공급하는 시간(SiCl4 가스 공급 시간)은 예를 들어 60 내지 600초간의 범위 내의 시간으로 한다.
(잔류 가스 제거 스텝)
소정 시간, SiCl4 가스를 처리실(201)에 공급한 후, 밸브(334)를 닫아, SiCl4 가스의 공급을 정지한다. APC 밸브(243)를 닫거나, 처리에 영향을 미치지 않을 정도로 실질적으로 닫고 있었을 경우에는, APC 밸브(243)를 개방한다. 그리고, TMA 가스 공급 스텝의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 AlO층의 제거에 기여한 후의 SiCl4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다.
(표면 산화 스텝)
밸브(324)를 개방하여, 가스 공급관(320) 내에 O3 가스를 흘린다. O3 가스는, MFC(322)에 의해 유량 조정되어, 노즐(420)의 가스 공급 구멍(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(524)를 개방하여, 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 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 이때, 노즐(410, 430) 내에의 O3 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(514, 534)를 개방하여, 가스 공급관(510, 530) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(310, 330), 노즐(410, 430)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
O3 가스를 흘릴 때는, APC 밸브(243)를 적정하게 조정해서 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 50 내지 1330Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(322)로 제어하는 O3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 5 내지 40slm의 범위 내의 유량으로 한다. O3 가스에 처리실(201) 내벽 등을 노출시키는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 10 내지 600초간의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는, 스텝 S101과 마찬가지의 온도로 한다.
O3 가스의 공급에 의해, 처리실(201) 내벽이나 보트(217) 등의 표면을 산화한다. 또한, 에칭 스텝에서 생성된 부생성물이 재산화된다. 예를 들어, AlClx의 Al-Cl 결합이 절단되어, Cl2로서 제거됨과 함께, AlO로 재산화된다. 또한, AlO막 중에 잔류하는 유기물이 O3 가스와 반응하여, 처리실(201)로부터 제거된다. 예를 들어, AlO막 중에 잔류하는 탄소(C)가 O3 가스와 반응하여, COx가 되어, 처리실(201)로부터 제거된다. 이때, 막의 최표면은, COx가 탈리한 후의 탄소 결함이 존재함과 함께, Al-O 및 Al-Al의 약한 결합 평형 상태가 존재한다. 이 상태는, 에칭에 적합한 표면 평형 상태라고 생각된다.
(잔류 가스 제거 스텝)
소정 시간, O3 가스를 공급한 후, 밸브(324)를 닫아, O3 가스의 공급을 정지한다. 그리고, TMA 가스 공급 스텝의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 AlO막과 반응한 후의 O3 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다.
(소정 횟수 실시)
상기한 스텝을 순서대로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수(m회)) 행함으로써, 처리실(201) 내에 부착된 AlO막을 제거한다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
상술한 실시 형태에서는, 에칭하고자 하는 고유전율 산화막으로서 AlO막을 예시하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들어 고유전율 산화물로서 ZrOy, HfOy, HfSixOy, HfAlxOy, ZrSiOy, ZrAlOy, TixOy, TaxOy(x 및 y는 0보다 큰 정수 또는 소수임)가 사용된 경우에도 마찬가지로 적용 가능하다. 즉, 지르코늄 산화막, 하프늄 산화막, 티타늄 산화막, 탄탈 산화막 및 그것들의 복합막에도 적용 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 원료 가스로서, 유기계 Al 원료인 TMA를 예시하고 있지만, 이에 한정하지 않고 그 밖의 액체 원료로부터 얻어지는 가스도 적용 가능하다. 예를 들어, 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, 펜타키스디메틸아미노탄탈럼(Ta(N(CH3)2)5, PDMAT) 등의 유기계 Ta 원료 등의 액체 원료로부터 얻어지는 가스도 적용 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 성막 공정에서, O3 가스를 사용하는 예를 나타내고 있지만, 이에 한정하지 않고, 산소 함유 가스라면, 그 밖의 원료도 적용 가능하다. 예를 들어, O2, O2 플라스마, H2O, H2O2, N2O 등도 적용 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 표면 산화 스텝에서 사용하는 산화 가스로서 O3를 예시하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 산소 함유 가스이며 또한 에칭 가스에 포함되는 할로겐 원소와 반응하는 원소를 포함하는 가스라면, 다른 가스를 사용해도 된다. 예를 들어, H2O, H2O2 등을 사용하는 것도 가능하다.
이들 각종 박막의 형성에 사용되는 프로세스 레시피(처리 수순이나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는, 기판 처리, 클리닝 처리 등의 내용(형성하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께, 처리 수순, 처리 조건 등)에 따라, 각각 개별로 준비하는(복수 준비하는) 것이 바람직하다. 그리고, 기판 처리, 클리닝 처리 등을 개시할 때, 기판 처리, 클리닝 처리 등의 내용에 따라, 복수의 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등 중에서 적정한 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 당해 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 기록한 기록 매체(외부 기억 장치(123))를 통해서, 기판 처리 장치가 구비하는 기억 장치(121c) 내에 미리 저장(인스톨)해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 기판 처리를 개시할 때, 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등 중에서, 기판 처리의 내용에 따라, 적정한 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이렇게 구성함으로써, 1대의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적이면서 또한 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 조작 부담(처리 수순이나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있어, 조작 미스를 회피하면서, 기판 처리를 신속하게 개시할 수 있게 된다.
또한, 본 개시는, 예를 들어 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 변경함으로써도 실현할 수 있다. 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 변경하는 경우에는, 본 개시에 관한 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 기록한 기록 매체를 통해서 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여, 그 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등 자체를 본 개시에 관한 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등으로 변경하거나 하는 것도 가능하다.
<본 개시의 다른 실시 형태 1>
상술한 실시 형태에 따른 기화 장치에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 온도 센서(630) 및 제2 온도 센서(640)가, 각각 원료 용기(600)의 저면의 근방에, 동일한 높이에 위치하도록 배치되어 있다. 그러나, 도 7에 도시하는 바와 같이, 제1 온도 센서(630') 및 제2 온도 센서(640')는, 각각 서로 다른 높이에 위치하도록 배치되어 있어도 된다. 구체적으로는, 제1 온도 센서(630')는, 액체 원료의 기화에 의해 열이 국소적으로 많이 빼앗기는 액면의 근방에 배치되고, 제2 온도 센서(640')는, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 원료 용기(600)의 저면의 근방에 배치할 수 있다. (따라서, 제1 온도 센서(630')는, 제2 온도 센서(640')보다도 상방에 배치됨)
제1 온도 센서(630')는, 가능한 한 액면에 가까운 위치에 배치되는 것이 바람직하지만, 액면은 기화 장치의 운용에 따라 변동하기 때문에, 적어도 내부 히터(610)보다도 상방에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 내부 히터(610)는 항상 액체 원료의 액면보다도 하방에 위치하도록(내부 히터(610)의 전체가 액체 원료에 침지하도록) 배치된다. 내부 히터(610)가 항상 액체 원료의 액면보다도 하방에 위치하도록, 컨트롤러(121)에 의해 액면의 높이가 제어되는 것이 바람직하다.
이렇게 제1 온도 센서(630')를 배치함으로써, 기화에 의해 국소적으로 온도가 저하된 액체 원료의 액면 부근의 온도를, 내부 히터(610)에 의해 빠르게(응답성 좋게) 원하는 온도까지 회복시킬 수 있다.
또한, 제1 온도 센서(630')는, 항상 액면 아래에 위치하고 있는(즉 항상 액체 원료에 침지되어 있는) 것이 바람직하다. 따라서, 액면은 액체 원료의 기화나 보충에 의해 변동하지만, 제1 온도 센서(630')는, 액면의 높이의 운용 범위보다도 하방에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어 컨트롤러(121)는, 액면 검지 센서(660)로 검지되는 액면 위치를 모니터하여, 액면의 높이가 제1 온도 센서(630')보다도 상방에 설정된 소정의 운용 범위 내로 되도록, 원료 용기(600) 내에의 액체 원료의 공급을 제어할 수 있다. 또한, 예를 들어 컨트롤러(121)는, 당해 소정의 운용 범위보다도 액면이 낮아진 것을 검지하면, 입출력 장치(122)를 제어하여, 오퍼레이터 등에 화면 표시나 알람 발보 등에 의해 통보를 행해도 되고, 또한 내부 히터(610) 및 외부 히터(620)에의 전력 공급을 정지해도 된다. 따라서, 적어도 제1 온도 센서(630')의 높이 위치는, 이 소정의 운용 범위보다도 항상 하방에 위치하도록 운용된다.
<본 개시의 다른 실시 형태 2>
상술한 실시 형태에 따른 기화 장치에서는, 내부 히터(610)를 제어하기 위해서 사용하는 제1 온도 센서(630)와, 외부 히터(620)를 제어하기 위해서 사용하는 제2 온도 센서(640)가 각각 개별로 마련되어 있다. 그러나, 도 8에 도시하는 바와 같이, 내부 히터(610)와 외부 히터(620)를 1개의 공통되는 온도 센서인 제3 온도 센서(670)로 측정된 온도에 기초하여 각각 제어해도 된다. 보다 구체적으로는, 컨트롤러(121)는, 제3 온도 센서(670)로 측정되는 온도가 소정의 온도로 되도록, 내부 히터(610)와 외부 히터(620) 양쪽을 제어해도 된다. 본 실시 형태에 따르면, 상술한 실시 형태에 비해서 간소한 구성에 의해, 액체 원료의 온도를 소정의 값이 되도록 제어할 수 있다.
또한, 또 다른 실시 형태로서, 도 9에 도시하는 바와 같이, 가열 이상을 검지하기 위한 제4 온도 센서(680)를 더 마련해도 된다. 컨트롤러(121)는, 제4 온도 센서(680)로 측정된 온도가 소정의 역치를 초과한 경우, 내부 히터(610)와 외부 히터(620)에의 전력 공급을 정지한다. 이렇게 제4 온도 센서(680)를 마련함으로써, 제3 온도 센서(670)에 이상이 생겨서 액체 원료가 내부 히터(610)와 외부 히터(620)에 의해 과잉으로 가열되는 사태가 발생했다고 해도, 내부 히터(610)와 외부 히터(620)를 안전하게 정지시킬 수 있다. 그 때문에, 액체 원료의 과도한 가열이나 히터의 파손 등의 발생을 방지할 수 있다.
10: 기판 처리 장치
121: 컨트롤러
200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실
600: 원료 용기
610: 내부 히터
620: 외부 히터
630: 제1 온도 센서
640: 제2 온도 센서

Claims (17)

  1. 액체 원료를 저류하는 원료 용기와,
    상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료를 가열하는 제1 가열부와,
    상기 원료 용기를 가열하는 제2 가열부와,
    상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와,
    상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제2 온도 센서와,
    상기 원료 용기 내의 액체 원료의 액면의 높이를 검지하는 액면 검지 센서와,
    상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제1 가열부를 제어함과 함께, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제2 가열부를 상기 제1 가열부와 별개로 제어하고,
    상기 액면 검지 센서로 검지되는 액면의 위치가, 상기 제1 온도 센서보다도 상방에 설정된 소정의 액면의 범위보다도 낮아진 것을 검지하면, 상기 제1 가열부 및 상기 제2 가열부에 의한 가열을 정지시키는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
    를 갖는 기화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 온도 센서로 측정된 온도가 소정의 제1 온도로 되도록 상기 제1 가열부를 제어함과 함께, 상기 제2 온도 센서로 측정된 온도가 소정의 제2 온도로 되도록 상기 제2 가열부를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는, 기화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 온도와 상기 제2 온도는 동등한, 기화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서는, 상기 원료 용기의 저면의 근방에, 동일한 높이에 위치하도록 배치되는, 기화 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서는, 상기 제1 가열부보다도 낮은 위치에 배치되는, 기화 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 온도 센서는, 상기 제1 가열부와의 거리와, 상기 제2 가열부와의 거리가 동등한 위치에 배치되는, 기화 장치.
  7. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 제2 온도 센서는, 상기 제1 가열부와의 거리와, 상기 제2 가열부와의 거리가 동등한 위치에 배치되는, 기화 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서는, 각각 서로 다른 높이에 배치되는, 기화 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 온도 센서는, 상기 제2 온도 센서보다도 높은 위치에 배치되는, 기화 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제1 온도 센서는, 상기 제1 가열부보다도 높은 위치에 배치되는, 기화 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 온도 센서는, 상기 제1 가열부보다도 낮은 위치에 배치되는, 기화 장치.
  12. 삭제
  13. 액체 원료를 저류하는 원료 용기와,
    상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료를 가열하는 제1 가열부와,
    상기 원료 용기를 가열하는 제2 가열부와,
    상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와,
    상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제2 온도 센서와,
    상기 원료 용기 내의 액체 원료의 액면의 높이를 검지하는 액면 검지 센서를 구비하고,
    상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제1 가열부를 제어함과 함께, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제2 가열부를 상기 제1 가열부와 별개로 제어하고, 상기 액면 검지 센서로 검지되는 액면의 위치가, 상기 제1 온도 센서보다도 상방에 설정된 소정의 액면의 범위보다도 낮아진 것을 검지하면, 입출력 장치를 제어해서 통보를 행하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부를 갖는, 기화 장치.
  14. 기판을 처리하는 처리실과,
    액체 원료를 저류하는 원료 용기와, 상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료를 가열하는 제1 가열부와, 상기 원료 용기를 가열하는 제2 가열부와, 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와, 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제2 온도 센서와, 상기 원료 용기 내의 액체 원료의 액면의 높이를 검지하는 액면 검지 센서를 구비한 기화 장치와,
    상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 의해 상기 제1 가열부를 제어하고, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제2 가열부를 상기 제1 가열부와 별개로 제어하고,
    상기 액면 검지 센서로 검지되는 액면의 위치가, 상기 제1 온도 센서보다도 상방에 설정된 소정의 액면의 범위보다도 낮아진 것을 검지하면, 상기 제1 가열부 및 상기 제2 가열부에 의한 가열을 정지시키는 것이 가능하도록 구성되는 제어부와,
    상기 기화 장치에서 상기 액체 원료를 기화함으로써 얻어진 가스를 상기 처리실에 공급하는 가스 공급계
    를 갖는 기판 처리 장치.
  15. 액체 원료를 저류하는 원료 용기와, 상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료를 가열하는 제1 가열부와, 상기 원료 용기를 가열하는 제2 가열부와, 상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와, 상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제2 온도 센서와, 상기 원료 용기 내의 액체 원료의 액면의 높이를 검지하는 액면 검지 센서를 구비하는 기화 장치를 사용하여,
    상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제1 가열부를 제어함과 함께, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제2 가열부를 상기 제1 가열부와 별개로 제어함으로써 상기 액체 원료를 기화하는 공정과,
    상기 액체 원료를 기화함으로써 얻은 가스를, 기판에 대한 처리가 행하여지는 처리실 내에 공급함으로써, 처리실 내를 클리닝하는 공정과,
    상기 액면 검지 센서로 검지되는 액면의 위치가, 상기 제1 온도 센서보다도 상방에 설정된 소정의 액면의 범위보다도 낮아진 것을 검지하면, 상기 제1 가열부 및 상기 제2 가열부에 의한 가열을 정지시키는 공정
    을 갖는 클리닝 방법.
  16. 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과,
    상기 기판을 상기 처리실 내에서 처리하는 공정과,
    액체 원료를 저류하는 원료 용기와, 상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료를 가열하는 제1 가열부와, 상기 원료 용기를 가열하는 제2 가열부와, 상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와, 상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제2 온도 센서와, 상기 원료 용기 내의 액체 원료의 액면의 높이를 검지하는 액면 검지 센서를 구비하는 기화 장치를 사용하여,
    상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제1 가열부를 제어함과 함께, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제2 가열부를 상기 제1 가열부와 별개로 제어함으로써 상기 액체 원료를 기화하는 공정과,
    상기 액체 원료를 기화함으로써 얻은 가스를, 상기 처리실 내에 공급함으로써, 처리실 내를 클리닝하는 공정과,
    상기 액면 검지 센서로 검지되는 액면의 위치가, 상기 제1 온도 센서보다도 상방에 설정된 소정의 액면의 범위보다도 낮아진 것을 검지하면, 상기 제1 가열부 및 상기 제2 가열부에 의한 가열을 정지시키는 공정
    을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 기판 처리 장치의 처리실 내에 기판을 반입하는 수순과,
    상기 기판을 상기 처리실 내에서 처리하는 수순과,
    액체 원료를 저류하는 원료 용기와, 상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료를 가열하는 제1 가열부와, 상기 원료 용기를 가열하는 제2 가열부와, 상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와, 상기 원료 용기에 저류된 상기 액체 원료에 침지되어, 상기 액체 원료의 온도를 측정하는 제2 온도 센서와, 상기 원료 용기 내의 액체 원료의 액면의 높이를 검지하는 액면 검지 센서를 구비하는 기화 장치를 사용하여,
    상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제1 가열부를 제어함과 함께, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 제2 가열부를 상기 제1 가열부와 별개로 제어함으로써 상기 액체 원료를 기화하는 수순과,
    상기 액체 원료를 기화함으로써 얻은 가스를, 상기 처리실 내에 공급함으로써, 처리실 내를 클리닝하는 수순과,
    상기 액면 검지 센서로 검지되는 액면의 위치가, 상기 제1 온도 센서보다도 상방에 설정된 소정의 액면의 범위보다도 낮아진 것을 검지하면, 상기 제1 가열부 및 상기 제2 가열부에 의한 가열을 정지시키는 수순
    을 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는, 기록 매체에 저장된 프로그램.
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