KR20080048974A - Substrate processing apparatus and substrate processing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 특히 성막용 액체 원료를 사용하는 종형 ALD(Atomic Layer Deposition) 장치 및 그것을 이용한 기판 처리 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a substrate processing apparatus and a substrate processing method, and more particularly, to a vertical ALD (Atomic Layer Deposition) apparatus using a liquid raw material for film formation and a substrate processing method using the same.
종래의 종형 ALD 장치는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 처리실(201)에 성막용 액체 원료를 공급하는 방법으로서 1대의 기화기(242)에 대해 1개의 다공 노즐(233a)을 사용하였다.In the conventional vertical ALD apparatus, as shown in FIG. 5, one
이 방법에서는 액체 재료의 특성에 따라서는 충분한 기화량을 확보하기 위해서 기화 온도를 올릴 필요가 있고, 그것이 원인으로 기화기(242) 내의 기화부에 액체 원료의 열분해에 의한 잔사가 발생하고, 파티클 발생이나 노즐부의 막힘의 원인이 되었다.In this method, depending on the characteristics of the liquid material, it is necessary to raise the vaporization temperature in order to secure a sufficient amount of vaporization, and as a result, residues due to thermal decomposition of the liquid raw material are generated in the vaporization portion in the
또, 1대의 기화기(242)에 의해 제어된 기화 가스를, 1개의 다공 노즐(233a)의 각 구멍으로부터 균일하게 공급하는 것이 어렵고 웨이퍼간 균일성의 향상이 제한되었다.Moreover, it is difficult to uniformly supply the vaporization gas controlled by one
따라서, 본 발명의 주된 목적은, 기화 유닛을 안정 가동할 수 있음과 동시에 기판 처리에 있어서의 양호한 기판간 균일성을 실현할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것에 있다.Therefore, the main object of this invention is to provide the substrate processing apparatus and substrate processing method which can operate a vaporization unit stably, and can realize the favorable board | substrate uniformity in substrate processing.
본 발명의 일형태에 의하면,According to one embodiment of the present invention,
기판을 수용하는 처리실과,A processing chamber accommodating a substrate,
상기 기판을 가열하는 가열 수단과,Heating means for heating the substrate;
상기 처리실 내에 원하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와,A gas supply system for supplying a desired processing gas into the processing chamber;
상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와,An exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
제어부를 구비하고,With a control unit,
상기 가스 공급계는,The gas supply system,
상온 상압에서 액체인 1개의 원료를 기화시킨 가스를 상기 처리실의 각각에 다른 위치에 공급하는 복수의 가스 노즐과,A plurality of gas nozzles for supplying a gas obtained by vaporizing one raw material as a liquid at normal temperature and normal pressure to different positions in the processing chambers,
상기 복수의 가스 노즐의 각각에 연통되는, 상기 원료 가스를 기화하는 복수의 기화 유닛을 포함하고, A plurality of vaporization units for vaporizing the source gas, which are in communication with each of the plurality of gas nozzles,
상기 복수의 기화 유닛은 상기 제어부에 의해 각각 개별적으로 기화량이 제어되는 기판 처리 장치가 제공된다.The plurality of vaporization units are provided with a substrate processing apparatus in which the vaporization amount is individually controlled by the control unit.
본 발명의 다른 형태에 의하면,According to another aspect of the present invention,
기판을 수용하는 처리실과,A processing chamber accommodating a substrate,
상기 기판을 가열하는 가열 수단과,Heating means for heating the substrate;
상기 처리실 내에 원하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와,A gas supply system for supplying a desired processing gas into the processing chamber;
상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와,An exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
제어부를 구비하고,With a control unit,
상기 가스 공급계는,The gas supply system,
상온 상압에서 액체인 1개의 원료를 기화시킨 가스를 상기 처리실의 각각에 다른 위치에 공급하는 복수의 가스 노즐과,A plurality of gas nozzles for supplying a gas obtained by vaporizing one raw material as a liquid at normal temperature and normal pressure to different positions in the processing chambers,
상기 복수의 가스 노즐의 각각에 연통되는, 상기 원료를 기화하는 복수의 기화 유닛을 포함하고, A plurality of vaporization units for vaporizing the raw material, which communicate with each of the plurality of gas nozzles,
상기 복수의 기화 유닛은 상기 제어부에 의해 각각 개별적으로 기화량이 제어되는 기판 처리 장치를 이용해 상기 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서,The plurality of vaporization units are substrate processing methods for processing the substrate using a substrate processing apparatus in which the vaporization amount is individually controlled by the control unit,
상기 복수의 기화 유닛에 의한 상기 원료의 기화량을 상기 제어부에 의해 각 각 개별적으로 제어하면서, 상기 복수의 가스 노즐로부터 상기 원료의 기화 가스를 상기 처리실의 각각에 다른 위치에 공급하고, 상기 기판을 처리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.The vaporization gas of the raw material is supplied to the processing chamber at different positions from the plurality of gas nozzles while the vaporization amount of the raw material by the plurality of vaporizing units is individually controlled by the controller. A substrate processing method having a step of treating is provided.
본 발명의 일형태에 의하면, 기화 유닛을 안정 가동할 수 있음과 동시에 기판 처리에 있어서의 양호한 기판간 균일성을 실현할 수 있는 기판 처리 장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention, a substrate processing apparatus capable of stably operating a vaporization unit and realizing good inter-substrate uniformity in substrate processing is provided.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 기화 유닛을 안정 가동할 수 있음과 동시에 기판 처리에 있어서의 양호한 기판간 균일성을 실현할 수 있는 기판 처리 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a substrate processing method capable of stably operating the vaporization unit and realizing good inter-substrate uniformity in substrate processing.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 처리실 내에 설치하는 노즐을 1개의 다공 노즐로부터 복수 개(구체적으로는 3개)의 일혈(一穴) 노즐로 했다. 그리고, 이들 복수 개의 각 노즐에 대해서 각각에 기화기를 설치하고, 각 노즐로부터 공급하는 기화 가스를 독립적으로 개별 제어하는 것으로 했다.In a preferred embodiment of the present invention, a plurality of nozzles (specifically three) of single nozzles are provided from one porous nozzle. In addition, a vaporizer | carburetor was provided in each of these some nozzles, and it was assumed that the vaporization gas supplied from each nozzle is independently controlled.
이와 같이, 기화기를 복수 설치하는 것으로 처리실에 공급하는 기화 가스의 총량에 대해 1대의 기화기에 의한 기화량을 줄이는 것이 가능하기 때문에, 액체 재료가 열분해하지 않고 잔사가 남지 않는 여유가 있는 기화 온도 범위에서 기화기를 사용할 수 있게 된다. 이로 인해 잔사가 원인인 파티클 막힘에 의한 장치 가동률 저하를 방지할 수 있게 된다. Thus, by providing a plurality of vaporizers, it is possible to reduce the amount of vaporization by one vaporizer relative to the total amount of vaporization gas supplied to the process chamber, so that the liquid material does not pyrolyze and residues remain in the vaporization temperature range in which there is no residue. The carburetor can be used. As a result, it is possible to prevent a decrease in device operation rate due to particle clogging caused by residue.
또, 처리실 내에 설치한 복수 개의 노즐 각각으로부터 공급되는 기화 가스량을 각 노즐 전용의 기화기에 의한 독립 제어에 의해 컨트롤함으로써, 웨이퍼 간에 있어서의 기판 처리의 균일성을 각 노즐의 공급량 조정에 의해 향상시키는 것이 가능해진다. 또 노즐을 복수 개 갖고, 각 노즐로부터의 공급량을 줄이는 것에 의해서, 노즐의 내압 저하에 의해 기화 가스가 안정된 상태에서의 웨이퍼에의 공급이 가능해진다. 그 결과, 웨이퍼면 내 균일성도 향상한다.In addition, by controlling the amount of vaporized gas supplied from each of the plurality of nozzles provided in the processing chamber by independent control by a vaporizer dedicated to each nozzle, it is possible to improve the uniformity of substrate processing between wafers by adjusting the supply amount of each nozzle. It becomes possible. In addition, by having a plurality of nozzles and reducing the supply amount from each nozzle, supply to the wafer in a state where the vaporization gas is stabilized is possible due to the decrease in the internal pressure of the nozzle. As a result, the uniformity in the wafer surface is also improved.
본 발명의 바람직한 실시예의 종형 ALD 장치는, 성막용 원료 공급을 위한 유량 제어를 가능하게 하는 유닛을 포함하는 가스 BOX, 성막용 원료를 웨이퍼 상에 증착 가능한 감압 처리실, 그 처리실의 배기 시스템을 갖고 있다.The vertical type ALD device according to the preferred embodiment of the present invention has a gas box including a unit that enables flow rate control for supplying the raw material for film formation, a reduced pressure processing chamber capable of depositing the raw material for film formation on a wafer, and an exhaust system of the processing room. .
또, 성막용 원료 공급을 위한 매스 플로우 컨트롤러나 에어벨브의 제어계를 갖고, 상온 상압에서 액체인 복수의 성막용 원료를 처리실에 공급 가능한 구성으로 되어 있다. 상온 상압이란, 15~30℃, 대기압(760 Torr)이며, 바람직하게는 20℃, 대기압(760 Torr)이다.Moreover, it has a structure which has the mass flow controller or air valve control system for supplying film-forming raw material, and can supply a some film-forming raw material which is liquid at normal temperature and normal pressure to a process chamber. Normal temperature and normal pressure are 15-30 degreeC and atmospheric pressure (760 Torr), Preferably it is 20 degreeC and atmospheric pressure (760 Torr).
또, 성막용 액체 원료의 일례로서 아민계 액체 재료(TEMAH(tetrakis-ethylmethylamino Hafnium), TEMAZ(tetrakis-ethylmethylamino Zirconium), TDMAT(tetrakis-dimethylamino Titanium) 등)가 사용 가능하고, 이 아민계 액체 재료를 가열하고, 기화·버블링에 의해 성막용 원료로서 처리실에 공급 가능한 구조로 되어 있다. 또한, 이 성막용 원료의 공급에 관해서는, 내압 상승에 의한 기상 상태의 변화를 일어나기 어렵게 하고, 또한 처리실에의 기화 가스 공급 개소를 조 절함으로써 기화 가스 농도를 균일하게 유지하는 것으로 웨이퍼 간의 막두께 균일성 향상을 실현 가능하게 하기 위해서, 단혈(單穴)의 노즐을 복수 개 반응실 내에 설치하고 있다.In addition, as an example of a liquid raw material for film formation, an amine liquid material (TEMAH (tetrakis-ethylmethylamino Hafnium), TEMAZ (tetrakis-ethylmethylamino Zirconium), TDMAT (tetrakis-dimethylamino Titanium), etc.) can be used. It heats and becomes a structure which can be supplied to a process chamber as a raw material for film-forming by vaporization and bubbling. In addition, regarding the supply of the film-forming raw material, the film thickness between wafers is made difficult by changing the gaseous state due to the increase in the internal pressure, and by maintaining the vaporization gas concentration uniformly by adjusting the gaseous gas supply point to the processing chamber. In order to realize a uniformity improvement, a plurality of single blood nozzles are provided in a plurality of reaction chambers.
본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 상기 아민계 액체 재료는, 증기압이 낮고 저온에서 열분해 하기 쉽다고 하는 특성을 갖고 있다. 이 액체 재료를 기상 상태인 채 열분해되지 않는 상태로 웨이퍼 표면까지 도달시키기 위해서는, 노즐 내에서 상태 변화를 방지 또는 억제할 필요가 있다. 이것을 달성하기 위해서는, 노즐 내를 저압으로 하는 것이 보다 유리하다. 노즐 내압은 다공 노즐보다 단혈 노즐 쪽이 낮아지므로, 상기 아민계 액체 재료를 사용하는 경우에는 노즐로서 단혈 노즐을 사용하는 것이 유효하다.The amine liquid material used in the preferred embodiment of the present invention has a property of low vapor pressure and easy thermal decomposition at low temperatures. In order for this liquid material to reach the wafer surface without thermal decomposition in a gaseous state, it is necessary to prevent or suppress the change of state in the nozzle. In order to achieve this, it is more advantageous to make the inside of a nozzle low pressure. Since the internal pressure of the nozzle is lower than that of the porous nozzle, it is effective to use the single blood nozzle as the nozzle when the amine liquid material is used.
단일의 다공 노즐을 반응실 내에 설치한 경우에는, 반응실 내의 압력이나 온도, 반응실에의 가스 공급량에 의해, 각 구멍끼리에서 가스의 유출량이 변화하여 각 구멍으로부터 공급되는 가스 공급량을 예상하는 것이 어렵다. 만일, 각 구멍의 가스 공급량을 예상할 수 있었다고 해도, 구멍 지름이 다른 몇 개 종류의 다공 노즐을 이용해 가스 공급량을 조정할 필요가 있으며, 가스 공급량의 제어가 어렵다. 이에 대해, 본 발명의 바람직한 실시예와 같이, 단혈의 노즐을 복수 개 반응실 내에 설치하면, 그러한 문제는 없고, 반응실에의 가스 공급량 제어의 면에 있어서 유효하다.In the case where a single porous nozzle is installed in the reaction chamber, the outflow amount of gas varies between the holes depending on the pressure, the temperature in the reaction chamber, and the gas supply amount to the reaction chamber, so that the gas supply amount supplied from each hole is estimated. it's difficult. Even if the gas supply amount of each hole can be expected, it is necessary to adjust the gas supply amount using several kinds of porous nozzles having different hole diameters, and it is difficult to control the gas supply amount. On the other hand, as in the preferred embodiment of the present invention, when a single blood nozzle is provided in a plurality of reaction chambers, there is no such problem and it is effective in terms of gas supply amount control to the reaction chambers.
또, 액체 재료를 포함한 복수의 성막용 원료를 교대로 처리실에 공급하고, 또한 그 사이에 불활성 가스에 의한 퍼지가 가능한 구조로 되어 있다. 이 경우, 단일의 다공 노즐에 비해 복수의 단혈 노즐을 이용함으로써 기화 가스 공급량을 분산하는 것으로 내압 저하를 실현하고, 액체 재료를 가열하고, 기화 버블링에 의해 성막용 원료로 한 재료를 안정된 상태로 처리실 내에 공급 가능한 구조로 되어 있다.Moreover, it is set as the structure which can supply several film-forming raw materials containing a liquid material to a process chamber alternately, and purge by an inert gas in the meantime. In this case, by using a plurality of single-blood nozzles compared to a single porous nozzle, by dispersing the amount of vaporized gas supplied, the internal pressure can be lowered, the liquid material is heated, and the material used as the raw material for film formation by vaporizing bubbling is stabilized. It has a structure that can be supplied into the processing chamber.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조해 상세하게 설명한다.Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
우선, 도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예의 기판 처리 장치를 설명한다. 도 1은, 본 발명의 바람직한 실시예의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 사시도이다.First, referring to FIG. 1, a substrate processing apparatus of a preferred embodiment of the present invention will be described. 1 is a schematic perspective view for explaining a substrate processing apparatus of a preferred embodiment of the present invention.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 실리콘 등으로 이루어진 웨이퍼(기판)(200)를 수납한 웨이퍼 캐리어로서의 카세트(110)가 사용되고 있는 본 발명의 처리 장치(101)는, 케이스(111)를 구비하고 있다. 케이스(111)의 정면벽(111a)의 하부에는 메인테넌스 가능하게 설치된 개구부로서의 정면 메인테넌스구(103)가 개설되고, 이 정면 메인테넌스구(103)를 개폐하는 정면 메인테넌스 도어(104)가 세워져 있다. 메인테넌스 도어(104)에는, 카세트 반입 반출구(기판 수용기 반입 반출구)(112)가 케이스(111) 내외를 연통하도록 개설되어 있고, 카세트 반입 반출구(112)는 프런트 셔터(기판 수용기 반입 반출구 개폐 기구)(113)에 의해서 개폐되도록 되어 있다. 카세트 반입 반출구(112)의 케이스(111) 안쪽에는 카세트 스테이지(기판 수용기 수수대)(114)가 설치되어 있다. 카세트(110)는 카세트 스테이지(114) 상에 공정내 반송 장치(도시 생략)에 의해서 반입되고, 또한 카세트 스테이지(114) 상으로부터 반출되도록 되어 있다.As shown in FIG. 1, the
카세트 스테이지(114)는, 공정내 반송 장치에 의해서,카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수직 자세가 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출납구가 상방향을 향하도록 탑재된다. 카세트 스테이지(114)는 카세트(110)를 케이스 후방으로 우회전 종방향 90°회전하고, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세가 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출납구가 케이스 후방을 향하도록 동작 가능해지도록 구성되어 있다.The
케이스(111) 내의 전후방향의 대략 중앙부에는, 카세트 선반(기판 수용기 탑재 선반)(105)이 설치되어 있고, 카세트 선반(105)은 복수단 복수열로 복수 개의 카세트(110)를 보관하도록 구성되어 있다. 카세트 선반(105)에는 웨이퍼 이동 탑재 기구(125)의 반송 대상이 되는 카세트(110)가 수납되는 이동 탑재 선반(123)이 설치되어 있다.A cassette shelf (substrate container mounting shelf) 105 is provided at an approximately center portion in the front and rear direction in the
또, 카세트 스테이지(114)의 상방에는 예비 카세트 선반(107)이 설치되고, 예비적으로 카세트(110)를 보관하도록 구성되어 있다.Moreover, the
카세트 스테이지(114)와 카세트 선반(105)과의 사이에는, 카세트 반송 장치(기판 수용기 반송 장치)(118)가 설치되어 있다. 카세트 반송 장치(118)는, 카세트(110)를 유지한 채로 승강 가능한 카세트 엘리베이터(기판 수용기 승강기구)(118a)와 반송 기구로서의 카세트 반송 기구(기판 수용기 반송 기구)(118b)로 구성되어 있고, 카세트 엘리베이터(118a)와 카세트 반송 기구(118b)와의 연속 동작에 의해, 카세트 스테이지(114), 카세트 선반(105), 예비 카세트 선반(107)과의 사이에서, 카세트(110)를 반송하도록 구성되어 있다.The cassette conveyance apparatus (substrate container conveyance apparatus) 118 is provided between the
카세트 선반(105)의 후방에는, 웨이퍼 이동 탑재 기구(기판 이동 탑재 기 구)(125)가 설치되어 있고, 웨이퍼 이동 탑재 기구(125)는, 웨이퍼(200)를 수평 방향으로 회전 내지 직동 가능한 웨이퍼 이동 탑재 장치(기판 이동 탑재 장치)(125a) 및 웨이퍼 이동 탑재 장치(125a)를 승강시키기 위한 웨이퍼 이동 탑재 장치 엘리베이터(기판 이동 탑재 장치 승강 기구)(125b)로 구성되어 있다. 웨이퍼 이동 탑재 장치 엘리베이터(125b)는, 내압 케이스(111)의 우측 단부에 설치되어 있다. 이들 웨이퍼 이동 탑재 장치 엘리베이터(125b) 및 웨이퍼 이동 탑재 장치(125a)의 연속 동작에 의해, 웨이퍼 이동 탑재 장치(125a)의 트위저(기판 유지체)(125c)를 웨이퍼(200)의 탑재부로서, 보트(기판 유지구)(217)에 대해서 웨이퍼(200)를 장전(챠징) 및 탈장(디스챠징)하도록 구성되어 있다.Behind the cassette shelf 105, a wafer movement mounting mechanism (substrate movement mounting mechanism) 125 is provided, and the wafer
케이스(111)의 후부 상방에는, 처리로(202)가 설치되어 있다. 처리로(202)의 하단부는, 노구(爐口) 셔터(노구 개폐 기구)(147)에 의해 개폐되도록 구성되어 있다.The
처리로(202)의 하방에는 보트(217)를 처리로(202)에 승강시키는 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(기판 유지구 승강 기구)(115)가 설치되고, 보트 엘리베이터(115)의 승강대에 연결된 연결 도구로서의 암(128)에는 덮개로서의 씰 캡(219)이 수평하게 고정되어 있고, 씰 캡(219)은 보트(217)를 수직으로 지지하고, 처리로(202)의 하단부가 폐색 가능하도록 구성되어 있다.Below the
보트(217)는 복수 개의 유지 부재를 구비하고 있고, 복수 매(예를 들면, 50매~150매 정도)의 웨이퍼(200)를 그 중심을 가지런히 하여 수직 방향으로 정렬시킨 상태로, 각각 수평하게 유지하도록 구성되어 있다.The
카세트 선반(105)의 상방에는, 청정화한 분위기인 클린 에어를 공급하도록 공급 팬 및 방진 필터로 구성된 클린 유닛(134a)이 설치되어 있고, 클린 에어(133)를 상기 케이스(111)의 내부에 유통시키도록 구성되어 있다.Above the cassette shelf 105, a clean unit 134a composed of a supply fan and a dustproof filter is provided to supply clean air that is a clean atmosphere, and the clean air 133 is distributed inside the
또, 웨이퍼 이동 탑재 장치 엘리베이터(125b) 및 보트 엘리베이터(115)측과 반대측인 케이스(111)의 좌측 단부에는, 클린 에어를 공급하도록 공급 팬 및 방진 필터로 구성된 클린 유닛(134b)이 설치되어 있고, 클린 유닛(134b)으로부터 불어 나온 클린 에어는, 웨이퍼 이동 탑재 장치(125a), 보트(217)를 유통한 후에, 도시하지 않은 배기 장치에 흡입되고, 케이스(111)의 외부에 배기되도록 되어 있다.Moreover, at the left end of the
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예의 기판 처리 장치의 동작에 대해 설명한다.Next, the operation of the substrate processing apparatus of the preferred embodiment of the present invention will be described.
카세트(110)가 카세트 스테이지(114)에 공급되기에 앞서, 카세트 반입 반출구(112)가 프런트 셔터(113)에 의해서 개방된다. 그 후, 카세트(110)는 카세트 반입 반출구(112)로부터 반입되고, 카세트 스테이지(114) 위에 웨이퍼(200)가 수직 자세로서, 카세트(110)의 웨이퍼 출납구가 상방향을 향하도록 탑재된다. 그 후, 카세트(110)는 카세트 스테이지(114)에 의해서, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세가 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출납구가 케이스 후방을 향하도록, 케이스 후방으로 우회전 종방향 90°회전된다.Before the
다음에, 카세트(110)는, 카세트 선반(105) 내지 예비 카세트 선반(107)의 지정된 선반 위치에 카세트 반송 장치(118)에 의해서 자동적으로 반송되어 주고 받게 되고, 일시적으로 보관된 후, 카세트 선반(105) 내지 예비 카세트 선반(107)으로부 터 카세트 반송 장치(118)에 의해서 이동 탑재 선반(123)에 이동 탑재되거나, 혹은 직접 이동 탑재 선반(123)에 반송된다.Next, the
카세트(110)가 이동 탑재 선반(123)에 이동 탑재되면, 웨이퍼(200)는 카세트(110)로부터 웨이퍼 이동 탑재 장치(125a)의 트위저(125c)에 의해서 웨이퍼 출납구를 통해서 픽업되고, 이동 탑재실(124)의 후방에 있는 보트(217)에 장전(챠징) 된다. 보트(217)에 웨이퍼(200)를 주고 받은 웨이퍼 이동 탑재 장치(125a)는 카세트(110)로 돌아오고, 다음의 웨이퍼(110)를 보트(217)에 장전한다.When the
미리 지정된 매수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전되면, 노구 셔터(147)에 의해서 닫혀져 있던 처리로(202)의 하단부가, 노구 셔터(147)에 의해서 개방된다. 계속해서, 웨이퍼(200)군을 유지한 보트(217)는 씰 캡(219)이 보트 엘리베이터(115)에 의해서 상승됨으로써, 처리로(202) 내에 반입(로딩)되어 간다.When the predetermined number of
로딩 후는, 처리로(202)에서 웨이퍼(200)에 임의의 처리가 실시된다.After loading, an arbitrary process is performed on the
처리 후에는, 상술의 반대의 순서로, 웨이퍼(200) 및 카세트(110)는 케이스(111)의 외부로 반출된다. After the processing, the
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예의 기판 처리 장치의 기판 처리로에 대해서 설명한다.Next, the substrate processing furnace of the substrate processing apparatus of the preferred embodiment of the present invention will be described.
도 2는, 본 발명의 바람직한 실시예에서 적합하게 이용되는 종형의 기판 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 종단면으로 나타내고, 도 3은 본 실시 형태에서 적합하게 이용되는 종형의 기판 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 도 2의 A-A선 단면도로 나타낸다. 도 4는, 본 발명의 바람직한 실 시예의 기판 처리 장치의 처리실 내 노즐과 공급계(기화기)를 설명하기 위한 구성도이다.FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a vertical substrate processing furnace suitably used in a preferred embodiment of the present invention, showing a portion of the
가열 장치(가열 수단)인 히터(207)의 안쪽에, 기판인 웨이퍼(200)를 처리하는 반응 용기로서의 반응관(203)이 설치되어 있다. 이 반응관(203)의 하단에는, 예를 들면 스테인리스 등에 의해 형성된 매니폴드(209)가 기밀 부재인 O링(220)을 통해 설치되고, 매니폴드(209)의 하단 개구는 덮개인 씰 캡(219)에 의해 O링(220)을 통해 기밀로 폐색되고, 적어도 반응관(203), 매니폴드(209) 및 씰 캡(219)에 의해 처리실(201)을 형성하고 있다. 씰 캡(219)에는 보트 지지대(218)를 통해 기판 유지 부재(기판 유지 수단)인 보트(217)가 세워 설치되고, 보트 지지대(218)는 보트를 유지하는 유지체로 되어 있다. 그리고, 보트(217)는 처리실(201)에 삽입된다. 보트(217)에는 배치(batch) 처리되는 복수의 웨이퍼(200)가 수평 자세로 관축 방향으로 다단으로 적재된다. 히터(207)는 처리실(201)에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열한다.Inside the
처리실(201)에는 복수 종류, 여기에서는 2종류의 처리 가스를 공급하는 공급 경로로서의 2계열의 가스 공급관(제1 계열의 가스 공급관(232a1~232a3), 제2 계열의 가스 공급관(232b)이 설치되어 있다. 제1 계열의 가스 공급관(232a1~232a3)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어장치(유량 제어 수단)인 액체 매스 플로우 컨트롤러(2401~2403), 기화기(2421~2423), 및 개폐 밸브인 밸브(243a1~243a3)를 각각 통하여, 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관(234a1, 234a2, 234a3)이 각각 합류되어 있다. 이 캐리어 가스 공급관(234a1, 234a2, 234a3)에는 상류 방향 으로부터 순서대로 유량 제어장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(241b1~241b3), 및 개폐 밸브인 밸브(243c1~243c3)가 각각 설치되어 있다.Two types of gas supply pipes (first series gas supply pipes 232a1 to 232a3 and second series
가스 공급관(232a1~232a3)의 선단부에는, 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에 있어서의 원호상의 공간에, 반응관(203)의 하부보다 상부의 내벽에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서, 노즐(233a1~233a3)이 각각 설치되어 있다. 노즐(233a1~233a3)의 선단에는 처리실(201)에 개구한 가스 공급 구멍(248a1~248a3)이 각각 1개씩 설치되어 있다.At the tip end of the gas supply pipes 232a1 to 232a3, an arc-shaped space between the inner wall of the
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 처리실(201) 내에 설치하는 노즐을 도 5에 나타내는 1개의 다공 노즐(233a)로부터 복수 개(구체적으로는 3개)의 일혈 노즐(233a1~233a3)로 했다.In a preferred embodiment of the present invention, the nozzles provided in the
가스 공급관(232b)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(241a), 개폐 밸브인 밸브(243b)를 통해, 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관(234b)이 합류되어 있다. 이 캐리어 가스 공급관(234b)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(241c), 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치되어 있다. 또, 가스 공급관(232b)의 선단부에는, 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에 있어서의 원호상의 공간에, 반응관(203)의 하부보다 상부의 내벽에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서, 노즐(233b)이 설치되고, 노즐(233b)의 측면에는 가스를 공급하는 공급 구멍인 가스 공급 구멍(248b)이 설치되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248b)은, 하부에서 상부에 걸쳐서 각각 동일한 개구 면적을 가지며, 또한 같은 개구 피치로 설치되어 있다.The
예를 들면 가스 공급관(232a1~232a3)으로부터 공급되는 원료가 액체인 경우, 가스 공급관(232a1~232a3)으로부터는, 액체 매스 플로우 컨트롤러(2401, 2402, 2403), 기화기(2421, 2422, 2423), 및 밸브(243a1, 243a2, 243a3)를 각각 통해서, 캐리어 가스 공급관(234a1, 234a2, 234a3)과 각각 합류하고, 또한 노즐(233a1, 233a2, 233a3)을 각각 통해 처리실(201) 내에 반응 가스가 공급된다. 예를 들면 가스 공급관(232a1~232a3)으로부터 공급되는 원료가 기체인 경우에는, 액체 매스 플로우 컨트롤러(2401, 2402, 2403)를 기체용의 매스 플로우 컨트롤러로 교환하고, 기화기(2421, 2422, 2423)는 불필요해진다. 또, 가스 공급관(232b)으로부터는 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243b)를 통해, 캐리어 가스 공급관(234b)과 합류하고, 또한 노즐(233b)을 통해 처리실(201)에 반응 가스가 공급된다.For example, when the raw material supplied from the gas supply pipes 232a1 to 232a3 is a liquid, from the gas supply pipes 232a1 to 232a3, the liquid
또한, 가스 공급관(232a1~232a3)과 캐리어 가스 공급관(234a1~234a3)과의 접속부 부근의 구조는, 도 6의 구성을 가지고 있어도 된다. 도 6의 구성에서는, 가스 공급관(232a1~232a3)과 캐리어 가스 공급관(234a1~234a3)과의 접속부에는 혼합부(300a1~300a3)가 각각 1개씩 설치되어 있다. 혼합부(300a1~300a3)에는 유량 제어부(310a1~310a3)가 각각 1개씩 설치되어 있다. 혼합부(300a1~300a3)에서는, 가스 공급관(232a1~232a3)으로부터 공급되는 액체 원료와, 캐리어 가스 공급관(234a1~234a3)으로부터 공급되는 캐리어 가스가 서로 혼합된다. 그 혼합물은, 유량 제어부(310a1~310a3)에 의해 유량 제어되면서, 기화기(2421~2423)에 각각 공급된다.In addition, the structure of the vicinity of the connection part of the gas supply pipes 232a1-232a3 and the carrier gas supply pipes 234a1-234a3 may have the structure of FIG. In the structure of FIG. 6, one mixing part 300a1-300a3 is provided in the connection part of gas supply pipe 232a1-232a3 and carrier gas supply pipe 234a1-234a3, respectively. One flow control part 310a1-310a3 is provided in the mixing part 300a1-300a3, respectively. In the mixing parts 300a1 to 300a3, the liquid raw material supplied from the gas supply pipes 232a1 to 232a3 and the carrier gas supplied from the carrier gas supply pipes 234a1 to 234a3 are mixed with each other. The mixture is supplied to the
기화기(2421~2423)에는 유로(2421a~2423a)가 각각 1개씩 형성되어 있다. 유로(2421a~2423a)의 중도부에는 오리피스 구조가 각각 형성되어 있고, 또 그 대경부에는 히터(2421b~2423b)가 설치되어 있다. 기화기(2421~2423)에 공급된 혼합물은, 유로(2421a~2423a)를 유통하고, 그 도중의 오리스피스에서 압력이 강하하여 소경부로부터 대경부를 향해서 분무된다. 분무된 혼합물은, 히터(2421b~2423b)에 의해 가열되고, 기화 가스로서 기화기(2421~2423)로부터 유출되고, 그 후 노즐(233a1~233a3)을 각각 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.In the vaporizer | carburetor 2421-2423, one
또, 처리실(201)은, 가스를 배기하는 배기관인 가스 배기관(231)에 의해 밸브(243e)를 통해 배기 장치(배기 수단)인 진공 펌프(246)에 접속되고, 진공 배기되도록 되어 있다. 또한, 이 밸브(243e)는 밸브를 개폐하여 처리실(201)의 진공 배기·진공 배기 정지가 가능하며, 또한 밸브 개방도를 조절하여 압력 조정 가능하게 되어 있는 개폐 밸브이다.In addition, the
반응관(203) 내의 중앙부에는, 복수 매의 웨이퍼(200)를 다단으로 동일 간격으로 탑재하는 보트(217)가 설치되어 있고, 이 보트(217)는, 도시하지 않은 보트 엘리베이터 기구에 의해 반응관(203)에 출입할 수 있게 되어 있다. 또, 처리의 균일성을 향상하기 위해서 보트(217)를 회전하기 위한 보트 회전 기구(267)가 설치되어 있고, 보트 회전 기구(267)를 구동함으로써, 보트 지지대(218)에 지지된 보트(217)를 회전하도록 되어 있다.In the center part of the
제어부(제어 수단)인 컨트롤러(280)는, 액체 매스 플로우 컨트롤러(2401, 2402, 2403), 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b1, 241b2, 241b3, 241c), 밸 브(243a1, 243a2, 243a3, 243b, 243c1, 243c2, 243c3, 243d, 243e), 히터(207), 진공 펌프(246), 보트 회전 기구(267), 도시하지 않은 보트 승강기구에 접속되어 있고, 액체 매스 플로우 컨트롤러(2401, 2402, 2403), 및 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b1, 241b2, 241b3, 241c)의 유량 조정, 밸브(243a1, 243a2, 243a3, 243b, 243c1, 243c2, 243c3, 243d)의 개폐 동작, 243e의 개폐 및 압력 조정 동작, 히터(207)의 온도 조정, 진공 펌프(246)의 기동·정지, 보트 회전 기구(267)의 회전 속도 조절, 보트 승강 기구의 승강 동작 제어가 행해진다.The
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 복수 개의 노즐(233a1~233a3)에 대해서 기화기(2421~2423)을 각각 설치하고, 노즐(233a1~233a3)로부터 공급하는 기화 가스를 독립적으로 개별 제어하는 것으로 했다.In the preferred embodiment of the present invention,
이와 같이, 기화기(2421~2423)를 복수 설치함으로써 처리실(201)에 공급하는 기화 가스의 총량에 대해 1대의 기화기에 의한 기화량을 줄이는 것이 가능하기 때문에, 액체 재료가 열분해하지 않고 잔사가 남지 않는 여유가 있는 기화 온도 범위에서 기화기를 사용할 수 있게 된다. 이로 인해 잔사가 원인인 파티클 막힘에 의한 장치 가동률 저하를 방지할 수 있게 된다. Thus, since the vaporization amount by one vaporizer can be reduced with respect to the total amount of vaporization gas supplied to the
또, 처리실(201) 내에 설치한 복수 개의 노즐(233a1~233a3)의 각각으로부터 공급되는 기화 가스량을 각 노즐 전용의 기화기에 의한 독립 제어에 의해 컨트롤함으로써, 웨이퍼(200)간에 있어서의 웨이퍼 기판 처리의 균일성을 각 노즐의 공급량 조정에 의해 향상시키는 것이 가능해진다. 또 노즐을 복수 개 가지며, 각 노즐로부터의 공급량을 줄임으로써, 노즐의 내압 저하에 의해 기화 가스의 안정된 상태에 서의 웨이퍼(200)에의 공급이 가능해진다. 그 결과, 웨이퍼면 내 균일성도 향상된다.In addition, by controlling the amount of vaporized gas supplied from each of the plurality of nozzles 233a1 to 233a3 provided in the
또, 액체 원료의 일례로서 아민계 액체 재료(TEMAH(tetrakis-ethylmethylamino Hafnium), TEMAZ(tetrakis-ethylmethylamino Zirconium), TDMAT(tetrakis-dimethylamino Titanium) 등)가 사용 가능하며, 이 아민계 액체 재료를 가열하고, 기화·버블링에 의해 성막용 원료로서 처리실(201)에 공급 가능한 구조로 되어 있다. 또한, 이 성막용 원료의 공급에 관해서는, 내압 상승에 의한 기상 상태의 변화가 일어나기 어렵게 하고, 또한 처리실(201)에의 기화 가스 공급 개소를 조절함으로써 기화 가스 농도를 균일하게 유지하는 것으로 웨이퍼(200)간의 막두께 균일성 향상을 실현 가능하게 하기 위해서, 단혈의 노즐(233a1~233a3)을 복수 개 처리실(201) 내에 설치하고 있다.As an example of the liquid raw material, an amine liquid material (tetrakis-ethylmethylamino Hafnium (TEMAH), tetrakis-ethylmethylamino Zirconium (TEMAZ), tetrakis-dimethylamino Titanium (TDMAZ, etc.)) can be used, and the amine liquid material is heated. The structure can be supplied to the
본 실시예에서 사용되는 상기 아민계 액체 재료는, 증기압이 낮고 저온으로 열분해하기 쉽다는 특성을 가지고 있다. 그 액체 재료를 기상 상태인 채 열분해하지 않는 상태로 웨이퍼(200) 표면까지 도달시키기 위해서는, 노즐 내에서 상태 변화를 방지 또는 억제할 필요가 있다. 이것을 달성하기 위해서는, 노즐 내를 저압으로 하는 것이 보다 유리하다. 노즐 내압은 다공 노즐보다 단혈 노즐 쪽이 낮아지므로, 상기 아민계 액체 재료를 사용하는 경우에는 노즐로서 단혈 노즐(233a1~233a3)을 사용하는 것이 유효하다.The amine liquid material used in this embodiment has a property of low vapor pressure and easy thermal decomposition at low temperatures. In order to make the liquid material reach the surface of the
단일의 다공 노즐을 처리실(201) 내에 설치한 경우에는, 처리실(201) 내의 압력이나 온도, 처리실(201)에의 가스 공급량에 의해, 각 구멍끼리에서 가스의 유 출량이 변화하여, 각 구멍으로부터 공급되는 가스 공급량을 예상하는 것이 어렵다. 만일, 각 구멍의 가스 공급량을 예상할 수 있었다고 해도, 구멍 지름이 다른 몇 개 종류의 다공 노즐을 이용해 가스 공급량을 조정할 필요가 있고, 가스 공급량의 제어가 어렵다. 이에 대해, 본 실시예와 같이 단혈의 노즐(233a1~233a3)을 복수 개 처리실(201) 내에 설치하면 그런 문제는 없으며, 처리실(201)에의 가스 공급량 제어의 면에 있어서 유효하다.When a single porous nozzle is provided in the
또, 액체 재료를 포함하는 복수의 성막용 원료를 교대로 처리실(201)에 공급하고, 또한 그 사이에 불활성 가스에 의한 퍼지가 가능한 구조로 되어 있다. 이 경우, 단일의 다공 노즐에 비해 복수의 단혈 노즐(233a1~233a3)을 이용함으로써 기화 가스 공급량을 분산하는 것으로 내압 저하를 실현하고, 액체 재료를 가열하고, 기화·버블링에 의해 성막용 원료로 한 재료를 안정된 상태로 처리실(201) 내에 공급 가능한 구조로 되어 있다.Moreover, it is set as the structure which can supply several film-forming raw materials containing a liquid material to the
다음에, ALD법을 이용한 성막 처리예에 대해서, 반도체 디바이스의 제조 공정의 하나인, TEMAH 및 O3를 이용해 HfO2막을 성막하는 예를 기본으로 설명한다. 또한, 이하의 성막 처리예는 기판 처리 방법의 일례이다.Next, the film-forming process, for example using the ALD method, which is one of manufacturing processes of a semiconductor device, using the TEMAH and O 3 will be described an example in which film formation HfO 2 film as the default. In addition, the following film forming processes are examples of substrate processing methods.
CVD(Chemical Vapor Deposition)법의 하나인 ALD(Atomic Layer Deposition)법은, 어느 성막 조건(온도, 시간 등)하에서, 성막에 이용하는 적어도 2종류의 원료가 되는 반응성 가스를 1종류씩 교대로 기판상에 공급하고, 1원자 단위로 기판상에 흡착시키고, 표면 반응을 이용해 성막을 행하는 수법이다. 이때, 막두께의 제 어는 반응성 가스를 공급하는 사이클 수로 행한다(예를 들면, 성막 속도가 1Å/사이클로 하면, 20Å의 막을 형성하는 경우, 20사이클 행한다).The ALD (Atomic Layer Deposition) method, which is one of CVD (Chemical Vapor Deposition) methods, alternately forms at least one reactive gas serving as a raw material for at least two kinds of raw materials used for film formation under a certain film forming condition (temperature, time, etc.). It is a method of supplying to and adsorbing on a board | substrate by 1 atomic unit, and forming into a film using surface reaction. At this time, the film thickness is controlled by the number of cycles for supplying the reactive gas (for example, when the film formation rate is 1 s / cycle, 20 cycles are performed when the film is 20 Å).
ALD법에서는, 예를 들면 HfO2막 형성의 경우, TEMAH(Hf[NCH3C2H5]4, 테트라키스 메틸 에틸 아미노 하프늄)와 O3(오존)를 이용해 180~250℃의 저온으로 고품질의 성막이 가능하다.In the ALD method, for example, in the case of HfO 2 film formation, TEMAH (Hf [NCH 3 C 2 H 5] 4 , tetrakis methyl ethyl amino hafnium) and O 3 (ozone) have high quality at a low temperature of 180 to 250 ° C. Film formation is possible.
우선, 상술한 바와 같이 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전하고, 처리실(201)에 반입한다. 보트(217)를 처리실(201)에 반입 후, 후술하는 3개의 스텝을 차례차례 실행한다.First, as described above, the
(스텝 1)(Step 1)
가스 공급관(232a1, 232a2, 232a3)에 TEMAH, 캐리어 가스 공급관(234a)에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 가스 공급관(232a1, 232a2, 232a3)의 밸브(243a1, 243a2, 243a3), 캐리어 가스 공급관(234a1, 234a2, 234a3)의 밸브(243c1, 243c2, 243c3), 및 가스 배기관(231)의 밸브(243e)를 모두 연다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(234a1, 234a2, 234a3)으로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(241b1, 241b2, 241b3)에 의해 유량 조정된다. TEMAH는, 가스 공급관(232a1, 232a2, 232a3)으로부터 흘러, 액체 매스 플로우 컨트롤러(2401, 2402, 2403)에 의해 유량 조정되고, 기화기(2421, 2422, 2423)에 의해 기화되고, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하고, 노즐(233a1, 233a2, 233a3)의 가스 공급 구멍(248a1, 248a2, 248a3)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 가스 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 밸브(243e) 를 적정하게 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지한다. 액체 매스 플로우 컨트롤러(240)로 제어하는 TEMAH의 공급량은 0.01~0.1g/min이다. TEMAH 가스에 웨이퍼(200)를 쬐는 시간은 30~180초간이다. 이때 히터(207) 온도는 웨이퍼의 온도가 180~250℃의 범위 내의 소정의 값이 되도록 설정해 둔다.The carrier gas N 2 flows into the TEMAH and the carrier gas supply pipe 234a through the gas supply pipes 232a1, 232a2, and 232a3. Valves 243a1, 243a2, 243a3 of the gas supply pipes 232a1, 232a2, 232a3, valves 243c1, 243c2, 243c3 of the carrier gas supply pipes 234a1, 234a2, 234a3, and
TEMAH를 처리실(201) 내에 공급하는 것으로, 웨이퍼(200) 상의 하지막 등의 표면 부분과 표면 반응(화학 흡착)한다.By supplying TEMAH into the
(스텝 2)(Step 2)
가스 공급관(232a1, 232a2, 232a3)의 밸브(243a1, 243a2, 243a3a)를 닫고, TEMAH의 공급을 정지한다. 이때 가스 배기관(231)의 밸브(243e)는 개방으로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류 TEMAH 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때 N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 잔류 TEMAH 가스를 배제하는 효과가 더 높아진다.The valves 243a1, 243a2, and 243a3a of the gas supply pipes 232a1, 232a2, and 232a3 are closed, and the supply of TEMAH is stopped. At this time, the
(스텝 3)(Step 3)
가스 공급관(232b)에 O3, 캐리어 가스 공급관(234b)에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 가스 공급관(232b)의 밸브(243b), 캐리어 가스 공급관(234b)의 밸브(243d)를 모두 연다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(234b)으로부터 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러(241b)에 의해 유량 조정된다. O3는 가스 공급관(232b)으로부터 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러에 의해 유량 조정되고, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하고, 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 가스 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 밸브(243e)를 적정하게 조정해 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지한다. O3에 웨이퍼(200)를 쬐는 시간은 10~120초간이다. 이때의 웨이퍼의 온도가, 스텝 1의 TEMAH 가스의 공급시와 같이 180~250℃의 범위 내의 소정의 온도가 되도록 히터(207)를 설정한다. O3의 공급에 의해, 웨이퍼(200)의 표면에 화학 흡착된 TEMAH와 O3가 표면 반응하여, 웨이퍼(200) 상에 HfO2막이 성막된다.Carrier gas (N 2 ) flows into the gas supply pipe (232b) O 3 and the carrier gas supply pipe (234b). The
성막 후, 가스 공급관(232b)의 밸브(243b) 및, 캐리어 가스 공급관(234b)의 제4 밸브(243d)를 닫고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 잔류하는 O3의 성막에 기여한 후의 가스를 배제한다. 이때, N2 등의 불활성 가스를 반응관(203) 내에 공급하면, 잔류하는 O3의 성막에 기여한 후의 가스를 처리실(201)로부터 배제하는 효과가 더 높아진다. After the film formation, the
또, 상술한 스텝 1~3을 1사이클로 하고, 이 사이클을 여러 차례 반복함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정의 막두께의 HfO2막을 성막할 수 있다.In addition, by performing the above-described
이상의 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 복수 대의 기화기(2421~2423)를 설치하고 있기 때문에, 1대의 기화기를 설치하는 경우와 비교하여, 처리실(201)에 공급하는 기화 가스의 총량에 대한 기화기 1대 당의 기화량이 감소한다. 그때문에 기화기(2421~2423)의 기화 온도를 강하시키는 것이 가능해지고, 액체 원료의 기화 온도를 열분해 온도보다 낮게 할 수 있다. 이 경우, 액체 원료의 열분해에 의한 잔사의 발생과 이것에 기인하는 파티클 발생이나 노즐부 막힘을 미연에 회피할 수 있어, 결과적으로 기화기(2421~2423)를 안정되게 가동시킬 수 있다.According to the above preferred embodiment of the present invention, since a plurality of
즉, 본 실시예의 비교예로서 1대의 기화기를 설치한 경우, 액체 원료의 기화량을 증가시킬 때는 기화 온도를 상승시키면 되지만, 그때 액체 원료가 열에 의해 자기 분해하고, 기화기 내에 잔사가 발생한다. 그리고 잔사가 기화기 내에 부착하면, 그 영향으로 기화 스페이스의 온도가 내려가고, 액체 원료의 기화량이 불충분하게 된다. 이에 대해, 본 실시예에서는, 액체 원료의 기화 온도를 열분해 온도보다 낮게 하는 것이 가능하므로, 잔사의 발생이나 액체 원료의 기화량이 불충분하게 되는 사태를 회피할 수 있다.That is, in the case where one vaporizer is provided as a comparative example of the present embodiment, the vaporization temperature may be increased when the vaporization amount of the liquid raw material is increased. At that time, the liquid raw material is self-decomposed by heat, and residues are generated in the vaporizer. If the residue adheres to the vaporizer, the temperature of the vaporization space decreases due to the effect, and the vaporization amount of the liquid raw material becomes insufficient. On the other hand, in this embodiment, since the vaporization temperature of the liquid raw material can be made lower than the thermal decomposition temperature, it is possible to avoid the occurrence of residues and the situation of insufficient vaporization of the liquid raw material.
또한, 상기 비교예에서는, 액체 원료의 기화량을 증가시키는 수법으로서, 액체 원료의 기화 온도의 상승 대신, 기화 가스의 공급 시간을 연장시키는 것도 가능하지만, 스루풋의 저하를 초래할 가능성이 있고, 액체 원료의 기화량을 증가시키는데 있어서는, 액체 원료의 기화 온도를 상승시키는 편이 유효하다.Moreover, in the said comparative example, as a method of increasing the vaporization amount of a liquid raw material, it is also possible to prolong the supply time of a vaporization gas instead of raising the vaporization temperature of a liquid raw material, but there exists a possibility of causing a fall of a throughput, and a liquid raw material In order to increase the vaporization amount of, it is more effective to increase the vaporization temperature of the liquid raw material.
또, 본 실시예의 다른 비교예로서, 기화기에의 액체 원료의 공급량을 증가시키면, 액체 원료의 기화가 불충분하게 되어 바람직하지 않다. 또한 다른 비교예로서, 액체 원료의 기화량을 증가시키기 위해 기화기 내의 기화 스페이스를 확대(기화기를 대형화)하면, 기화 스페이스 자체를 기화 온도 이상으로 할 필요가 있어 바람직하지 않다. 예를 들면, 기화 스페이스의 내부를 원하는 온도(예를 들면, 기화 온도보다 높고 열분해 온도보다 낮은 온도)로 하면, 기화 스페이스의 외부를 열분해 온도 이상으로 할 필요가 있고, 이 경우에 액체 원료의 열분해를 초래할 가능성 이 있으므로, 기화기를 대형화하는 것은 바람직하지 않다.In addition, as another comparative example of the present embodiment, increasing the supply amount of the liquid raw material to the vaporizer results in insufficient vaporization of the liquid raw material, which is not preferable. As another comparative example, if the vaporization space in the vaporizer is enlarged (large vaporizer) in order to increase the vaporization amount of the liquid raw material, the vaporization space itself needs to be above the vaporization temperature, which is not preferable. For example, when the inside of the vaporization space is set to a desired temperature (for example, a temperature higher than the vaporization temperature and lower than the pyrolysis temperature), it is necessary to make the outside of the vaporization space above the pyrolysis temperature, in which case pyrolysis of the liquid raw material. It is not desirable to increase the size of the carburetor, as this may lead to
이상의 내용을 가미하면, 본 실시예는, 온도를 상승시키면 열분해하기 쉬운 액체 원료를 사용하는 경우에 유효하고, 특히 기화 온도와 열분해 온도가 유사한(기화 온도와 열분해 온도와의 온도차가 작은) 액체 원료를 사용하는 경우에 유효하다.In light of the above, the present embodiment is effective in the case of using a liquid raw material which is easy to thermally decompose when the temperature is increased. Valid when using.
여기에서, 액체 원료의 구체예로서 TEMAH, TEMAZ를 사용한 경우의 본 실시예의 유효성에 대해 설명한다. TEMAH, TEMAZ의 증기압 곡선은 개략적으로 도 7에서 나타난다. TEMAH(도 7 중 실선부), TEMAZ(도 7 중 일점 쇄선부)의 열분해 온도는 약 140℃이며, 기본적으로는 압력에 의존하지 않는다. TEMAH, TEMAZ를 기화시킬 때, 기화기의 설정 온도(1대의 기화기로 액체 원료의 기화량을 증가시키려고 했을 때의 기화 스페이스(도 6 중 확대도 참조) 내의 설정 온도)는 약 150℃가 된다.Here, the effectiveness of this Example at the time of using TEMAH and TEMAZ as a specific example of a liquid raw material is demonstrated. The vapor pressure curves of TEMAH, TEMAZ are schematically shown in FIG. The thermal decomposition temperature of TEMAH (solid line in FIG. 7) and TEMAZ (dotted chain line in FIG. 7) is about 140 ° C, and basically does not depend on pressure. When vaporizing TEMAH and TEMAZ, the set temperature of the vaporizer (the set temperature in the vaporization space (refer to the enlarged view in FIG. 6) when trying to increase the vaporization amount of a liquid raw material with one vaporizer) becomes about 150 degreeC.
이러한 상황에 있어서, 1대의 기화기를 설치해 액체 원료를 기화시킨 경우에는, 기화기의 설정 온도가 액체 원료의 열분해 온도보다 높기 때문에, 액체 원료가 열분해할 가능성이 있다. 이에 대해, 본 실시예와 같이, 복수 대의 기화기(2421~2423)를 설치해 액체 원료를 기화시키는 경우에는, 기화기 1대 당의 기화량이 감소하기 때문에, 기화기의 설정 온도를 약 150℃로부터 약 130℃까지 강하시키는 것이 가능하고, 기화기(2421~2423)의 설정 온도를 액체 원료의 열분해 온도보다 낮게 할 수 있다. 그 결과, 액체 원료의 열분해에 의한 잔사의 발생을 미연에 회피할 수 있어 기화기(2421~2423)를 안정되게 가동시킬 수 있다.In such a situation, when one vaporizer is provided and the liquid raw material is vaporized, the liquid raw material may thermally decompose because the set temperature of the vaporizer is higher than the thermal decomposition temperature of the liquid raw material. On the other hand, in the case where a plurality of
또, 처리실(201) 내의 압력이 50~100Pa(≒0.4~0.8 Torr)일 때(웨이퍼(200)의 처리 중 등), 기화기의 가스 유출구측(하류측)의 압력은 10~20 Torr 정도가 되지만, 기화기(2421~2423)의 설정 온도를 약 130℃까지 강하시키는 것이 가능하면, TEMAH, TEMAZ는 도 7에 나타내는 바와 같이 기상 상태가 유지되고, 액체 원료의 재액화도 미연에 회피할 수 있다.When the pressure in the
이상의 TEMAH, TEMAZ에 대해, 그 비교예로서, TDMAS(Tris(dimethylamino) silane)를 사용한 경우에 대해 설명하면, TDMAS의 증기압 곡선은 개략적으로 도 8에서 나타난다. TDMAS의 열분해 온도는 약 500℃인데 반해, 액체 원료의 기화 온도는 약 30℃이다(기화기의 하류측의 압력이 10 Torr인 경우). 이 경우, 액체 원료의 분해 온도와 기화 온도가 크게 차이 나고, 액체 원료의 기화 온도가 분해 온도를 웃돌아 잔사가 발생한다는 상황은 생각할 수 없다. 따라서, 본 실시예는 액체 원료로서 기화 온도와 열분해 온도의 온도 차가 작은 원료를 이용했을 때에 유효하고, 그러한 액체 원료는, 바람직하게는, 기화 온도가 열분해 온도보다 낮고, 기화기(2421~2423)의 가스 유출구측(하류측)의 압력이 20 Torr 이하일 때에 기화 온도와 열분해 온도의 차이가 50℃ 이내이다.For the above-described TEMAH and TEMAZ, as a comparative example, a case in which TDMAS (dimethylamino) silane (TDMAS) is used, the vapor pressure curve of TDMAS is schematically shown in FIG. 8. The thermal decomposition temperature of TDMAS is about 500 ° C., whereas the vaporization temperature of the liquid raw material is about 30 ° C. (when the downstream pressure of the vaporizer is 10 Torr). In this case, the situation in which the decomposition temperature and the vaporization temperature of the liquid raw material differ greatly, and the vaporization temperature of the liquid raw material exceeds the decomposition temperature and a residue occurs cannot be considered. Therefore, the present embodiment is effective when a raw material having a small temperature difference between the vaporization temperature and the pyrolysis temperature is used as the liquid raw material. The liquid raw material preferably has a vaporization temperature lower than that of the pyrolysis temperature, When the pressure at the gas outlet side (downstream side) is 20 Torr or less, the difference between the vaporization temperature and the pyrolysis temperature is within 50 ° C.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 기화기(2421~2423)마다 기화 가스의 공급량을 개별 제어하고 있기 때문에, 처리실(201)에 공급하는 기화 가스 전체의 공급량을 용이하게 조정할 수 있고, 결과적으로 웨이퍼(200) 간의 면내 균일성을 실현할 수 있다. 또, 단일의 다공 노즐 대신에 복수 개의 단혈 노즐(233a1~233a3)을 설치하고 있기 때문에, 처리실(201)에 공급하는 기화 가스의 공급량을 분산시키는 것이 가능(노즐 1개 당의 기화 가스의 공급량을 감소시키는 것 이 가능)하며, 노즐 1개 당의 내압을 저하시킬 수 있다. 이 경우, 기화 가스를 기상 상태인 채 안정된 상태로 처리실(201)의 웨이퍼(200)에 공급할 수 있고, 결과적으로 웨이퍼(200) 간의 면내 균일성을 실현할 수 있다.Further, according to the preferred embodiment of the present invention, since the supply amount of the vaporized gas is individually controlled for each of the
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명했지만, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면, As mentioned above, although the preferable Example of this invention was described, According to the preferable embodiment of this invention,
기판을 수용하는 처리실과,A processing chamber accommodating a substrate,
상기 기판을 가열하는 가열 수단과,Heating means for heating the substrate;
상기 처리실 내에 원하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와,A gas supply system for supplying a desired processing gas into the processing chamber;
상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와,An exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
제어부를 구비하고,With a control unit,
상기 가스 공급계는,The gas supply system,
상온 상압에서 액체인 1개의 원료를 기화시킨 가스를 상기 처리실의 각각에 다른 위치에 공급하는 복수의 가스 노즐과,A plurality of gas nozzles for supplying a gas obtained by vaporizing one raw material as a liquid at normal temperature and normal pressure to different positions in the processing chambers,
상기 복수의 가스 노즐의 각각에 연통되는, 상기 원료를 기화하는 복수의 기화 유닛을 포함하고, A plurality of vaporization units for vaporizing the raw material, which communicate with each of the plurality of gas nozzles,
상기 복수의 기화 유닛은 상기 제어부에 의해 각각 개별적으로 기화량이 제어되는 기판 처리 장치가 제공된다.The plurality of vaporization units are provided with a substrate processing apparatus in which the vaporization amount is individually controlled by the control unit.
바람직하게는, 상기 원료는, 기화 온도가 열분해 온도보다 낮고, 압력이 20 Torr 이하일 때에 상기 기화 온도와 상기 열분해 온도의 차이가 50℃ 이내이다. Preferably, in the said raw material, when the vaporization temperature is lower than the pyrolysis temperature and the pressure is 20 Torr or less, the difference between the said vaporization temperature and the said pyrolysis temperature is 50 degrees C or less.
더 바람직하게는, 상기 원료는 TEMAH이거나, TEMAZ이다.More preferably, the raw material is TEMAH or TEMAZ.
또, 바람직하게는, 상기 가스 노즐에는 상기 처리실에 개구한 구멍이 1개 설치되어 있다.Preferably, the gas nozzle is provided with one hole opened in the processing chamber.
본 발명의 다른 바람직한 실시 형태에 의하면,According to another preferred embodiment of the present invention,
기판을 수용하는 처리실과,A processing chamber accommodating a substrate,
상기 기판을 가열하는 가열 수단과,Heating means for heating the substrate;
상기 처리실 내에 원하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와,A gas supply system for supplying a desired processing gas into the processing chamber;
상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와,An exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
제어부를 구비하고,With a control unit,
상기 가스 공급계는,The gas supply system,
상온 상압에서 액체인 1개의 원료를 기화시킨 가스를 상기 처리실의 각각에 다른 위치에 공급하는 복수의 가스 노즐과,A plurality of gas nozzles for supplying a gas obtained by vaporizing one raw material as a liquid at normal temperature and normal pressure to different positions in the processing chambers,
상기 복수의 가스 노즐의 각각에 연통되는, 상기 원료를 기화하는 복수의 기화 유닛을 포함하고, A plurality of vaporization units for vaporizing the raw material, which communicate with each of the plurality of gas nozzles,
상기 복수의 기화 유닛은 상기 제어부에 의해 각각 개별적으로 기화량이 제어되는 기판 처리 장치를 이용해 상기 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서,The plurality of vaporization units are substrate processing methods for processing the substrate using a substrate processing apparatus in which the vaporization amount is individually controlled by the control unit,
상기 복수의 기화 유닛에 의한 상기 원료의 기화량을 상기 제어부에 의해 각각 개별적으로 제어하면서, 상기 복수의 가스 노즐로부터 상기 원료의 기화 가스를 상기 처리실의 각각에 다른 위치에 공급하고, 상기 기판을 처리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.The vaporization gas of the raw material is supplied to the processing chamber at different positions from the plurality of gas nozzles while the vaporization amount of the raw material by the plurality of vaporizing units is individually controlled by the controller, respectively, and the substrate is processed. There is provided a substrate processing method having a step of performing the same.
이상, 여러 가지의 전형적인 실시 형태를 나타내고 또한 설명하였지만, 본 발명은 그러한 실시예 및 실시 형태에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위는, 청구의 범위에 의해서만 한정된다.As mentioned above, although various typical embodiment was shown and demonstrated, this invention is not limited to such an Example and embodiment. Therefore, the scope of the present invention is limited only by the claims.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 사시도이다.1 is a schematic perspective view illustrating a substrate processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예의 기판 처리 장치의 반응로를 설명하기 위한 개략 종단면도.2 is a schematic longitudinal cross-sectional view for explaining a reactor of a substrate processing apparatus of a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 A-A선 확대 단면도.3 is an enlarged sectional view taken along the line AA of FIG.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예의 기판 처리 장치의 처리실 내 노즐과 공급계(기화기)를 설명하기 위한 구성도.4 is a configuration diagram for explaining a nozzle and a supply system (vaporizer) in the processing chamber of the substrate processing apparatus of the preferred embodiment of the present invention.
도 5는 종래의 기판 처리 장치의 처리실 내 노즐과 공급계(기화기)를 설명하기 위한 구성도.5 is a configuration diagram illustrating a nozzle and a supply system (vaporizer) in a processing chamber of a conventional substrate processing apparatus.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 기화기와 거기에 부수하는 부재의 구조를 설명하기 위한 개략도.6 is a schematic view for explaining the structure of a vaporizer and a member accompanying the vaporizer used in the preferred embodiment of the present invention.
도 7은 TEMAH, TEMAZ의 증기압 곡선을 개략적으로 나타내는 도면.FIG. 7 schematically shows vapor pressure curves of TEMAH, TEMAZ. FIG.
도 8은 TDMAS의 증기압 곡선을 개략적으로 나타내는 도면.8 schematically shows the vapor pressure curve of TDMAS.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
200 웨이퍼 201 처리실200
202 처리로 203 반응관202 reactor with 203 treatment tube
207, 2421b, 2422b, 2423b 히터 209 매니폴드207, 2421b, 2422b,
217 보트 218 보트 지지대217
219 씰 캡 220 O링219 seal cap 220 O ring
231 가스 배기관 232a 제1 가스 공급관231
232a1, 232a2, 232a3, 232b 가스 공급관 232a1, 232a2, 232a3, 232b gas supply pipe
233a, 233a1, 233a2, 233a3, 233b 노즐233a, 233a1, 233a2, 233a3, 233b nozzles
234a1, 234a2, 234a3, 234b 캐리어 가스 공급관234a1, 234a2, 234a3, 234b carrier gas supply pipe
240, 2401, 2402, 2403 액체 매스 플로우 컨트롤러240, 2401, 2402, 2403 Liquid Mass Flow Controllers
241a, 241b, 241c 매스 플로우 컨트롤러241a, 241b, 241c mass flow controller
242, 2421, 2422, 2423 기화기 2421a, 2422a, 2423a 유로242, 2421, 2422, 2423
243a, 243a1, 243a2, 243a3, 243b, 243c, 243d, 243e 밸브243a, 243a1, 243a2, 243a3, 243b, 243c, 243d, 243e Valve
246 진공 펌프 246 vacuum pump
248a1, 248a2, 248a3, 248b 가스 공급 구멍248a1, 248a2, 248a3, 248b gas supply hole
267 보트 회전 기구 300a1, 300a2, 300a3 혼합부267 Boat Swivel Mechanism 300a1, 300a2, 300a3 Mixing Unit
310a1, 310a2, 310a3 유량 제어부310a1, 310a2, 310a3 flow control
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