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KR102248120B1 - 기화기, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

기화기, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR102248120B1
KR102248120B1 KR1020187025524A KR20187025524A KR102248120B1 KR 102248120 B1 KR102248120 B1 KR 102248120B1 KR 1020187025524 A KR1020187025524 A KR 1020187025524A KR 20187025524 A KR20187025524 A KR 20187025524A KR 102248120 B1 KR102248120 B1 KR 102248120B1
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아키노리 타나카
다이스케 하라
마사히사 오쿠노
타쿠야 조다
타카시 츠카모토
사다요시 호리이
토오루 카쿠다
Original Assignee
가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

본 출원에 개시되는 기술에 따르면, 석영 부재로 구성된 기화 용기; 및 불소 수지로 형성되고, 액체 원료를 캐리어 가스를 이용하여 무화(霧化)시켜서 상기 기화 용기 내에 공급하는 애터마이저(atomizer)를 구비하고, 상기 석영 부재의 외측에는 히터, 금속 블록 및 전열 페이스트가 상기 히터, 상기 금속 블록, 상기 전열 페이스트 및 상기 석영 부재의 순으로 외측으로부터 적층되도록 설치되는 기화기가 제공된다. 상기 기술에 따르면, 액체 원료를 기화시키는 기화기에서 액체 원료와, 액체 원료에 접촉하는 기화기의 구성 부재가 반응하는 것에 의해 발생하는 금속 오염의 발생을 방지할 수 있다.

Description

기화기, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{VAPORIZER, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 기화기, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
대규모 집적 회로(Large Scale Integrated Circuit: 이하, LSI)의 소자(素子) 간 분리의 기법으로서, 기판이 되는 실리콘의 분리하고자 하는 소자 사이에 홈[溝] 또는 공(孔) 등의 공극(空隙)을 형성하고, 그 공극에 절연물을 퇴적하는 방법이 이용된다. 절연물로서 예컨대 실리콘산화막(SiO막)이 이용된다. SiO막은 Si 기판 자체의 산화 또는 화학 기상(氣相) 성장법(Chemical Vapor Deposition: CVD), 절연물 도포법(Spin On Dielectric: SOD)에 의해 형성된다.
그중에서도 SOD에서는 최근 도포 절연 재료로서 폴리실라잔(SiH2NH)(또는 퍼히드로폴리실라잔: PHPS라고 부른다.)을 이용하는 것이 검토되고 있다. 폴리실라잔은 박막을 형성할 때에 예컨대 스핀코터를 이용하여 기판 상에 도포된다.
폴리실라잔은 제조 시의 과정에서 암모니아에 기인하는 질소 등의 불순물로서 포함한다. 그렇기 때문에 폴리실라잔을 이용하여 형성된 도포막으로부터 불순물을 제거하고 치밀한 SiO막을 얻기 위해서는 도포 후에 개질 처리를 수행할 필요가 있다. 폴리실라잔막으로부터 치밀한 SiO막을 얻는 방법으로서 예컨대 선행기술문헌 1에 개시된 기술과 같이 과산화수소(H2O2)를 포함하는 가스를 폴리실라잔막에 공급하여 폴리실라잔막을 개질하는 것이 알려져 있다.
또한 마찬가지로 종래의 CVD법에 의한 매립 방법을 대신하여 유동성CVD(Flowable CVD)법에 의해 공극에 절연 재료를 매립하는 기법도 검토되고 있으며, 마찬가지의 기법에 의해 치밀한 SiO막을 얻기 위한 개질 처리를 수행하는 것이 알려져 있다.
1. WO2013/077321
H2O2를 포함하는 가스를 생성하는 기법 중 하나로서 H2O2를 포함하는 액체 원료를 기화기에 의해 기화시켜서 H2O2를 포함하는 기화 가스를 얻는 것을 생각해볼 수 있다. 종래의 기화기는 기화 효율의 관점에서 일반적으로 열전도성이 양호한 금속제가 이용된다. 하지만 H2O2는 반응성이 높은 화합물이며, 대부분의 금속을 부식시키는 성질을 가지고 있다. 그렇기 때문에 H2O2를 포함하는 액체 원료를 종래의 기화기를 이용하여 기화시키는 경우, 액체 원료와 접촉하는 금속이 부식된다. 특히 액체 원료와 접촉하는 가열 부분은 고온이기 때문에 상기 부분에 이용되는 금속의 부식은 현저해진다. 따라서 종래의 기화기를 이용하는 경우, 금속의 부식에 따른 금속 오염(metal contamination)의 발생은 불가피하다. 특히 반도체 장치의 제조 과정에서는 금속 오염의 발생을 방지하는 것은 지극히 중요한 과제이다.
본 발명은 액체 원료를 기화시키는 기화기에서 금속 오염의 발생을 방지하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 석영 부재로 구성된 기화 용기; 및 불소 수지로 형성되고, 액체 원료를 캐리어 가스를 이용하여 무화(霧化)시켜서 상기 기화 용기 내에 공급하는 애터마이저(atomizer)를 구비하고, 상기 석영 부재의 외측에는 히터, 금속 블록 및 전열 페이스트가 상기 히터, 상기 금속 블록, 상기 전열 페이스트 및 상기 석영 부재의 순으로 외측으로부터 적층되도록 설치되는 기화기가 제공된다.
본 발명에 따르면, 액체 원료를 기화시키는 기화기에서 금속 오염의 발생을 방지할 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 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기화기를 구성하는 기화부의 상세 종단면 구조도.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기화기를 구성하는 무화부의 상세 종단면 구조도.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 컨트롤러의 개략 구성도.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에 대한 사전 처리 공정을 도시하는 흐름도.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 흐름도.
<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)를 가지는 웨이퍼(200)에 대한 처리에 이용하는 경우에 바람직하다. 본 실시 형태에서는 미세 구조의 홈에 실리콘 함유막인 폴리실라잔막이 충전되고, 상기 폴리실라잔막을 처리 가스로 처리하는 것에 의해 SiO막을 형성한다. 또한 본 실시 형태에서는 폴리실라잔막을 처리 가스로 처리하는 예를 제시하지만 폴리실라잔막에 한정되지 않고, 예컨대 실리콘 원소와 질소 원소와 수소 원소를 포함하는 막, 특히 실라잔 결합을 포함하는 막이나, 테트라실릴아민과 암모니아의 플라즈마 중합막 등을 처리하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는 H2O2를 기화 또는 미스트화한 것(즉 기체 상태의 H2O2)을 H2O2 가스라고 부르고, 적어도 H2O2 가스를 포함하는 가스를 처리 가스라고 부르고, H2O2를 포함하는 액체 상태의 수용액을 과산화수소수 또는 액체 원료라고 부른다.
(처리 용기)
도 1에 도시하는 바와 같이 처리로(202)는 처리 용기(반응관)(203)를 구비한다. 처리 용기(203)는 예컨대 석영 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 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. 씰 캡(219)은 원판 형상으로 형성된다. 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 복수 매의 웨이퍼(200)를 보지하는 복수 개의 지주(217a)를 구비한다. 지주(217a)는 예컨대 3개 구비된다. 복수 개의 지주(217a)는 각각 저판(底板)(217b)과 천판(天板)(217c) 사이에 가설(架設)된다. 복수 매의 웨이퍼(200)가 지주(217a)를 수평 자세로 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 정렬되어 관축(管軸) 방향에 다단으로 보지된다. 지주(217a), 저판(217b), 천판(217c)의 구성 재료로서 예컨대 탄화실리콘, 산화알루미늄(AlO), 질화알루미늄(AlN), 질화실리콘(SiN), 산화지르코늄(ZrO) 등의 열전도성이 좋은 비금속 재료가 이용된다.
보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 탄화실리콘 등의 내열 재료로 이루어지는 단열체(218)가 설치되고, 제1 가열부(207)로부터의 열이 씰 캡(219)측에 전달되기 어렵도록 구성된다. 단열체(218)는 단열 부재로서 기능하는 것과 함께 보트(217)를 보지하는 보지체로서도 기능한다.
(승강부)
처리 용기(203)의 하방(下方)에는 보트(217)를 승강시켜서 처리 용기(203)의 내외로 반송하는 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. 보트 회전 기구(267)의 회전축(261)은 씰 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속되고, 보트(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다.
(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. 제1 내지 제4 히터 유닛(207a 내지 207d)은 처리 용기(203) 내에서의 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라 각각 설치된다. 처리 용기(203) 내에는 가열부로서의 제1 내지 제4 히터 유닛(207a 내지 207d)에 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. 컨트롤러(121)는 처리 용기(203) 내의 웨이퍼(200)의 온도가 소정의 온도가 되도록, 제1 내지 제4 온도 센서(263a 내지 263d)에 의해 각각 검출된 온도 정보에 기초하여 제1 내지 제4 히터 유닛(207a 내지 207d)으로의 공급 전력을 소정의 타이밍에 각각 제어하고, 제1 내지 제4 히터 유닛(207a 내지 207d)에 개별로 온도 설정이나 온도 조정을 수행하도록 구성된다. 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. 이에 의해 제1 내지 제4 외부 온도 센서(264a 내지 264d)에 의해 각각 검출된 온도 정보에 기초하여 제1 내지 제4 히터 유닛(207a 내지 207d)의 각각의 온도가 소정의 온도로 가열되고 있는지를 감시할 수 있다.
[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)은 예컨대 열전도율이 낮은 석영 등에 의해 형성된다. 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. 공급공(501b)과 공급공(502b)은 처리 용기(203) 내에 공급되는 처리 가스 및 산소 함유 가스를 처리 용기(203) 내에 수용된 보트(217)의 상부에 설치된 천판(217c)을 향하여 공급하도록 구성된다.
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(NO) 가스 중 적어도 1개 이상을 포함하는 가스가 이용된다. 본 실시 형태에서는 산소 함유 가스로서 O2 가스를 이용한다. 산소 함유 가스 가열부(602e)는 산소 함유 가스를 가열하도록 설치된다. 산소 함유 가스를 가열하는 것에 의해 처리실(201) 내에 공급되는 처리 가스의 가열을 보조할 수 있다. 또한 처리 용기(203) 내의 처리 가스의 액화를 억제할 수 있다.
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 설치되고, 배관 히터(289c)에 의해 처리 가스 공급관(289a)이 가열되도록 구성된다.
기화기(100)에는 기화기(100)에 대하여 처리 가스의 액체 원료(본 실시 형태에서는 과산화수소수)를 공급하는 액체 원료 공급부(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)에 향하여 송출(送出)(배출)된다.
액체 원료 공급부(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 이상 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 또한 캐리어 가스로서 웨이퍼(200)나 웨이퍼(200)에 형성된 막에 대하여 반응성이 낮은 가스도 이용할 수 있다. 예컨대 N2 가스 또는 Ar 가스, He 가스, Ne 가스 등의 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 가열된 기화부(110) 내에 무화부(애터마이저)(150)에 의해 무화된 미세한 액체 원료의 액적(液滴)을 공급하는 것에 의해 액체 원료를 기화한다.
기화부(110)는 아우터 블록(110a)과 이너 블록(110b)의 2개의 블록에 의해 구성된다. 원통형의 아우터 블록(110a)의 내측에 이너 블록(110b)이 원통 형상의 간극(間隙)(112b)을 개재하여 삽입된다. 원통 형상의 간극(112b)은 원통 형상의 가스 유로로서 작용한다. 이너 블록(110b)의 상부에 형성되는 상부 공간(112a)과, 아우터 블록(110a)과 이너 블록(110b) 사이에 형성되는 간극(112b)은 기화 공간(112)을 구성한다. 기화 공간(112) 내에서 발생한 기화 가스는 캐리어 가스와 함께 처리 가스로서 배기구(114)를 통하여 처리 가스 공급관(289a)으로 배기(송출)된다. 또한 아우터 블록(110a)의 기화 공간(112)에 노출되는 면에 형성된 석영 부재(111a)와, 이너 블록(110b)의 기화 공간(112)에 노출하는 면에 형성된 석영 부재(111b)에 의해 기화 용기(111)가 구성된다. 즉 기화 용기(111)는 석영 부재(111a와 111b)에 의한 이중관 구조로 이루어진다.
무화부(150)는 하부 블록(제1 블록)(150a)과 상부 블록(제2 블록)(150b)의 2개의 블록에 의해 구성된다. 하부 블록(150a)은 기화부(110)의 아우터 블록(110a)의 상부에 설치되고, 상부 공간(112a)의 개구를 폐색하도록 구성된다. 상부 블록(150b)은 하부 블록(150a)의 상부에 설치된다. 무화부(150)는 불소 수지에 의해 구성된다. 본 실시 형태에서의 불소 수지란 예컨대 PFA, PTFE, PCTFE 등이다.
이하, 기화부(110)와 무화부(150)의 구조에 대해서 각각 상세히 서술한다.
(기화부)
도 4를 이용하여 기화부(110)의 상세 구조를 설명한다. 기화부(110)는 석영 부재(석영 유리)로 구성되는 기화 용기(111)와, 기화 용기(111)의 내부에 형성되는 기화 공간(112)과, 기화 용기(111)를 가열하는 가열부로서의 기화기 히터(113)와, 배기구(114)와, 기화 용기(111)의 온도를 측정하고 열전대로 구성된 온도 센서(115)를 구비한다. 또한 기화기 히터(113)는 이너 블록(110a)에 내장된 히터(113a)와, 아우터 블록(110b)에 내장된 히터(113b)에 의해 구성된다.
기화 용기(111)는 기화 공간(112)에 노출되는 면, 즉 액체 원료에 접촉하는 면이 모두 메탈 프리 재료인 석영으로 구성되기 때문에 기화 용기 재료와 액체 원료가 반응하는 것에 의해 발생하는 금속 오염(metal contamination)을 방지할 수 있다.
(히터와 그 주변부의 구성)
기화 용기(111)를 구성하는 석영 부재는 열전도성이 낮기 때문에 금속제의 기화 용기에 비해 히터로부터의 열을 효율적으로 액체 원료에 전해서 기화시키는 것이 어렵다. 따라서 본 실시 형태에서는 기화기 히터(113)와 기화 용기(111) 사이에는 기화기 히터(113)로부터 발생되는 열을 기화 용기(111)의 석영 부재에 전하기 위한 금속 블록(116)이 삽입된다. 본 실시 형태에서는 금속 블록(116)은 알루미늄에 의해 구성된다. 석영 부재는 금속에 비해 열전도성이 낮지만, 열전도성이 높은 금속의 블록을 삽입하는 것에 의해 기화기 히터(113)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 도포된다. 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) 사이에 간극이 있으면, 기화 용기(111)에서의 온도 편차가 발생하기 쉽기 때문에 상기 간극에 전열 페이스트(117)를 도포하는 것은 유효하다.
기화 용기(111)에 열이 균등하게 전해지지 않고 온도 편차가 발생하면, 국소적인 온도 저하에 의해 액체 원료가 기화되지 않는(또는 재액화되는) 기화 불량이 발생하는 경우가 있기 때문에 기화 용기(111)에 열을 균등하게 전하는 것은 중요하다. 본 실시 형태에서는 전술한 구조에 의해 기화기 히터(113)로부터의 열을 기화 용기(111)에 균등하게 전할 수 있기 때문에 기화 용기(111)에서의 온도 편차를 억제하여 액체 원료를 효율적으로 기화시킬 수 있다.
(기화 용기의 이중관 구조)
또한 본 실시 형태에서는 히터로부터의 열을 보다 효율적으로 액체 원료에 전하기 위해서 기화 용기(111)를 이중관 구조로 한다. 무화부(150)로부터 공급되는 액체 원료의 액적은 상부 공간(112a)과, 아우터 블록(110a)과 이너 블록(110b) 사이에 형성된 원통 형상의 간극(112b)을 통과하는 것에 의해 가열되고 기화된다. 간극(112b)의 폭은 예컨대 0.5mm 내지 2mm이다. 본 실시 형태에서는 1mm로 한다. 이와 같이 액체 원료의 액적이 통과하는 간극을 소정의 폭까지 좁히고, 액체 원료의 액적(또는 액적을 포함하는 캐리어 가스)이 기화 용기(111)에 접촉하는 단위 체적당의 표면적을 크게 하는 것에 의해 기화 용기(111)의 열을 효율적으로 액체 원료에 전할 수 있다. 기화 효율의 관점에서는 간극(112b)의 폭은 최대한 좁은 것이 바람직하지만, 실용 상에서는 기화 용기(111)의 작성 상의 치수 정밀도나, 필요한 기화 가스의 유량을 확보하는 데 필요한 최소한의 폭도 고려하여 상기 폭을 설정할 필요가 있다.
또한 이너 블록(110b)의 상부(선단부)는 돔 형상[구면 형상(球面狀)]으로 형성된다. 이러한 형상으로 하는 것에 의해 상부 공간(112a)에 공급된 액체 원료의 액적이 상기 부분의 표면에 부착되었을 때 액체 상태로 표면 상에 체류하지 않고 간극(112b)의 방향으로 흐르기 때문에 상기 부분의 표면의 온도가 국소적으로 저하하는 것을 방지하고 기화 효율을 향상시킬 수 있다.
온도 센서(115)에 의해 측정된 온도 데이터는 온도 제어 컨트롤러(106)에 출력되고, 온도 제어 컨트롤러(106)는 상기 온도 데이터에 기초하여 기화기 히터(113)의 온도를 제어한다. 본 실시 형태에서의 기화기(100)는 온도 센서(115)를 이너 블록(110b)의 선단(상단) 부근에 1개 구비하지만, 온도 센서를 다른 개소(箇所)에 복수 구비해도 좋다. 예컨대 이너 블록(110b)의 하단 부근이나 상단과 하단 사이의 부근, 아우터 블록(110a)의 상단 부근이나, 하단 부근, 상단과 하단 사이의 부근 등의 개소 중 적어도 어느 하나에 온도 센서를 설치해도 좋다. 또한 복수의 온도 센서에 의해 각각 측정된 온도 데이터에 기초하여 아우터 블록(110a)의 히터(113a)와 이너 블록(110b)의 히터(113b)의 온도를 각각 개별로 제어해도 좋다.
또한 아우터 블록(110a)의 금속 블록(116)과 석영 부재(111a) 사이에는 금속 블록(116)과 석영 부재(111a)가 직접 접촉하는 것에 의해 석영 부재(111a)가 파손되는 것을 방지하기 위해서 내열성을 가지는 O-링(118)이 설치된다. O-링(118)은 내열 고무로 구성될 수 있고, 스페이서로서 작용할 수 있다. O-링(118)을 설치하는 것에 의해 전열 페이스트(117)가 열로 변형된 경우에도 금속 블록(116)과 석영 부재(111a)의 접촉을 방지할 수 있다.
또한 배기구(114)는 기화 용기(111)와 마찬가지로 석영 부재에 의해 구성된다. 배기구(114)는 처리 가스 공급관(289a)과의 접속 인터페이스부를 NW 플랜지 구조로 하고, O-링을 개재하여 처리 가스 공급관(289a)과의 접속부를 밀봉한다. 이 접속 구조에 의해 상기 접속부에서 처리 가스나 액체 원료가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는 기화부(110)는 아우터 블록(110a)과 이너 블록(110b)으로 분할된 구조이지만, 이들을 일체적으로 형성해도 좋다. 또한 석영 부재(111a)와 석영 부재(111b)는 용접되는 것에 의해 일체가 된 기화 용기(111)로서 구성되어도 좋다.
[무화부(애터마이저)]
도 5를 이용하여 무화부(150)의 상세 구조를 설명한다. 무화부(150)는 불소 수지로 형성된 하부 블록(150a)과 상부 블록(150b)의 2개의 블록에 의해 구성된다.
[상부 블록(150b)]
상부 블록(150b)에는 LMFC(303)로부터 공급되는 액체 원료(과산화수소수)가 도입되는 액체 원료 도입구(151), 액체 원료 도입구(151)로부터 도입된 액체 원료를 기화 용기(111) 내에 토출(吐出)하는 토출 노즐(152) 및 캐리어 가스 공급관(601c)으로부터 공급되는 캐리어 가스가 도입되는 캐리어 가스 도입구(153)가 설치된다.
[하부 블록(150a)]
하부 블록(150a)에는 캐리어 가스 및 액체 원료를 기화 용기(111) 내의 상부 공간(112a)에 분출시키는 분출공(분출부)(155)이 설치된다.
[하부 블록(150a)과 상부 블록(150b)의 접속]
하부 블록(150a)과 상부 블록(150b)은 양자를 접속하는 것에 의해 양자 사이에 캐리어 가스의 버퍼 공간(154)을 형성하는 구조로 이루어진다. 캐리어 가스 도입구(153)에 도입된 캐리어 가스는 버퍼 공간(154)을 경유하여 분출공(155)으로부터 상부 공간(112a) 내에 분사된다. 토출 노즐(152)의 선단은 분출공(155)에 삽입되고, 이에 의해 분출공(155)에서의 캐리어 가스의 유로는 좁게 제한되는 구조로 이루어진다. 분출공(155)을 통과하는 캐리어 가스의 흐름은 상당히 고속이기 때문에 분출할 때 토출 노즐(152)의 선단으로부터 토출되는 액체 원료의 액적을 무화(애터마이징)한다. 이와 같이 토출 노즐(152)로부터 토출되는 액체 원료는 캐리어 가스와 함께 미세한 액적 상태에서 기화 용기(111) 내의 상부 공간(112a)에 분사된다.
하부 블록(150a)과 상부 블록(150b)의 접합부이며, 버퍼 공간(154)의 주위에는 캐리어 가스의 누설을 방지하기 위한 봉지 부재로서 O-링(156)이 설치된다. 본 실시 형태에서는 O-링(156)으로서 내열성의 불소 고무가 사용된다. 봉지 부재로서는 O-링에 한정되지 않고 개스킷 등도 이용할 수 있다.
[기화부(110)와 하부 블록(150a)의 접속]
기화 용기(111)[보다 구체적으로는 석영 부재(111a)]와 하부 블록(150a)이 접촉하는 접합부에는 기화 가스나 액체 원료의 누설을 방지하기 위한 O-링(157)이 설치된다. 본 실시 형태에서는 O-링(157)으로서 O-링(156)과 마찬가지로 내열성의 불소 고무가 사용된다. 봉지 부재로서는 O-링에 한정되지 않고 개스킷 등도 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 실시 형태에서의 무화부(150)는 액체 원료 및 캐리어 가스가 접촉하는 부분이 모두 불소 수지 또는 불소 고무와 같은 금속을 포함하지 않는 재료(메탈 프리 재료)에 의해 구성된다. 따라서 무화부(150)에서 액체 원료와 금속이 반응하여 금속 오염이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 특히 과산화수소수와 같은 반응성이 높은 액체 원료를 기화시킬 때에는 바람직하다. 또한 기화부(110)도 마찬가지로 액체 원료에 접촉하는 면이 모두 메탈 프리 재료인 석영으로 구성되기 때문에 기화 용기 재료와 액체 원료가 반응하는 것에 의해 발생하는 금속 오염을 방지할 수 있다. 따라서 본 실시 형태에서의 기화기(100)는 무화와 기화의 양방(兩方)의 공정에 걸쳐서 금속 오염을 완전히 배제할 수 있다.
(크리프 방지 기구)
일반적으로 불소 수지를 포함하는 합성 수지는 압부(押付)되면 크리프 현상을 일으켜 변형된다고 알려져 있으며, 고온 상태에서는 특히 변형이 현저해진다. 본 실시 형태의 경우, 불소 수지에 의해 구성되는 무화부(150)는 가열된 기화부(110)와 접속되기 때문에 시간과 함께 온도가 상승하므로 크리프 현상에 의한 변형이 발생한다. 따라서 가열 전 상태에서 기화 용기(111)와 하부 블록(150a)의 접합부나, 하부 블록(150a)과 상부 블록(150b)의 접합부 등에 이완이 없어도, 가열 시간이 경과하는 것과 함께, 이들의 접합부가 이완되어 극간이 발생하는 경우가 있다. 이 극간으로부터 기화 가스나 캐리어 가스의 가스 누설이나 액체 원료의 액 누설이 발생한다. 특히 본 실시 형태에서의 기화기(100)는 고온 상태에서도 불소 수지에 비해 거의 변형되지 않는 석영으로 형성된 기화 용기(111)와, 불소 수지로 형성된 하부 블록(150a)이 접합되는 구조를 가지기 때문에 크리프 현상에 의해 극간이 발생하기 쉽다.
이러한 과제를 해결하기 위해서 본 실시 형태에서는 기화부(110)에 무화부(150)를 상시 일정한 압부압(押付壓)으로 압부할 수 있는 크리프 방지 기구를 기화기(100)에 설치한다. 이에 의해 무화부(150)를 불소 수지로 구성하는 것에 의해 발생하는 크리프 현상이 원인의 가스 누설이나 액 누설을 해결할 수 있다.
크리프 방지 기구는 압압판(170), 탄성체로서의 스프링(171), 고정판(172) 및 누름나사(볼트)(173)를 포함한다. 압압판(170)은 상부 블록(150b)의 상면에 설치되고, 상부 블록(150b)을 상방(上方)으로부터 압압하는 판재이다. 스프링(171)은 압압판(170)의 상면에 설치되고, 고정판(172) 사이에서 압압판(170)을 압압하는 탄성체이다. 고정판(172)은 기화부(110) 사이의 상대적인 거리가 고정되도록 구성된다. 본 실시 형태에서는 누름나사(173)는 고정판(172), 스프링(171), 상부 블록(150b) 및 하부 블록(150a)을 관통하여 기화부(110)의 금속 블록(116)에 결합되도록 설치된다. 누름나사(173)가 금속 블록(116)에 결합되는 것에 의해 고정판(172)과 기화부(110)의 거리가 고정된다. 또한 누름나사(173)의 조임 정도를 조정하는 것에 의해 상기 거리를 조정할 수 있다.
누름나사(173)에 의해 고정되는 고정판(172)은 스프링(171)을 압압판(170)에 압부하도록 구성된다. 따라서 압압판(170)에는 스프링(171)의 탄성력에 의해 하부 블록(150a) 및 상부 블록(150b)에는 기화부(110)를 향하여 일정한 압부압이 걸리는 구조로 이루어진다.
또한 압압판(170)을 압압하는 탄성체는 스프링에 한정되지 않고, 겹판 스프링이나 고무 등의 적당한 탄성체를 적절히 선택할 수도 있다. 또한 누름나사(173)를 이용하지 않고, 클램프 기구 등의 고정 수단에 의해 기화부(110)와 고정판(172)의 거리를 고정 및 조정하는 구조로도 할 수 있다.
본 실시 형태에서는 기화부(110), 하부 블록(150a) 및 상부 블록(150b)이 크리프 방지 기구로 상시 서로 일정한 압부압으로 서로 압부하는 구조로 했기 때문에 크리프 현상에 의해 하부 블록(150a) 및 상부 블록(150b) 중 적어도 일방이 변형되어도 접합부가 이완되어 극간이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 특히 크리프 현상에 의해 극간이 발생하기 쉬운, 기화 용기(111)와 하부 블록(150a) 사이의 접합부로부터의 가스 누설이나 액 누설을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한 접합부의 극간의 발생을 방지하는 다른 기법으로서 스프링 등의 탄성체를 이용하지 않고, 나사나 클램프 등에 의해 기화부(110), 하부 블록(150a) 및 상부 블록(150b)을 압부하는 구조로 하는 것도 생각된다. 하지만 이들의 기법의 경우, 크리프 현상에 의한 변형량을 상정하고 가열 전부터 높은 압부압을 걸어둘 필요가 있기 때문에 반대로 크리프 현상을 촉진시킬 가능성이 있다. 또한 일정한 변형량을 초과하면 압부압을 걸 수 없기 때문에 접합부의 극간의 발생을 방지할 수 없다. 본 실시 형태에서의 크리프 방지 기구는 스프링 등의 탄성체를 이용하는 것에 의해 변형이 진행되어도 상시 일정한 압부압으로 압부할 수 있기 때문에 접합부의 극간의 발생을 방지하는 구조로서 바람직하다.
또한 본 실시 형태에서는 기화부(110)와 무화부(150)의 하부 블록(150a), 상부 블록(150b)이 각각 분할되고, 크리프 방지 기구로 서로 압부하도록 고정되는 구조로 이루어진다. 따라서 스프링(171)과 누름나사(173)를 제거하는 것만으로 기화기(100)를 용이하게 각각의 블록에 분해하는 것이 가능하며, 세정 시 등의 메인터넌스성에도 뛰어나다.
또한 본 실시 형태에서 개시한 구조에 한정되지 않고, 스프링 등의 탄성체가 가지는 탄성력을 이용하여 기화부(110), 무화부(150)의 하부 블록(150a) 및 상부 블록(150b)이 상시 서로 일정한 압부압으로 서로 압부하는 구조도 제공할 수 있다. 예컨대 기화부(110)를 고정하고, 기화기(100)의 외부에 고정된 스프링 등의 탄성체에 의해 상부 블록(150b)을 기화부(110)의 방향으로 압부하는 구조로도 할 수 있다. 또한 상부 블록(150b)을 고정하고, 기화부(110)를 하방으로부터 스프링 등의 탄성체에 의해 상부 블록(150b)의 방향으로 압부하는 구조로도 할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서는 하부 블록(150a)과 상부 블록(150b)이 분할된 구조이지만, 무화부(150)가 일체적으로 구성된 구조이어도, 전술한 크리프 방지 기구를 적용할 수 있다. 즉 크리프 방지 기구에 의해 무화부(150)와 기화부(110)가 상시 서로 일정한 압부압으로 서로 압부하는 구조로 할 수 있다.
(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)(배기 장치)에 접속된다. 처리실(201) 내는 진공 펌프(246)에 의해 발생되는 부압에 의해 배기된다. 또한 압력 검출기로서의 압력 센서(223)가 APC 밸브(255)의 상류측에 설치된다. 이와 같이 하여 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기하도록 구성된다. 압력 센서(223) 및 APC 밸브(255)에는 압력 제어 컨트롤러(224)(도 6 참조)가 전기적으로 접속되고, 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.
배기부는 가스 배기관(231), APC 밸브(255) 등으로 구성된다. 또한 배기부에는 압력 센서(223) 등을 포함시켜도 좋다. 또한 진공 펌프(246)를 배기부에 포함시켜도 좋다.
(제어부)
도 6에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 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 프로그램 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 프로그램 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)는 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), APC 밸브(255), 제1 가열부[207(207a, 207b, 207c, 207d)], 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), 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, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 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 7을 이용하여 설명한다. 도 7에 도시하는 바와 같이 사전 처리 공정에서는 웨이퍼(200)에 대하여 폴리실라잔 도포 공정(T20)과 프리베이크 공정(T30)이 수행된다. 폴리실라잔 도포 공정(T20)에서는 도포 장치(미도시)에 의해 폴리실라잔이 도포된다. 도포된 폴리실라잔의 두께는 폴리실라잔의 분자량, 폴리실라잔 용액의 점도, 코터의 회전 수에 의해 조정된다. 프리베이크 공정(T30)에서는 웨이퍼(200)에 도포된 폴리실라잔으로부터 용제가 제거된다. 구체적으로는 70℃ 내지 250℃ 정도로 가열되는 것에 의해 용제가 휘발됨으로써 수행된다. 가열은 바람직하게는 150℃ 정도로 수행된다.
또한 웨이퍼(200)는 미세 구조인 요철 구조를 가지고, 폴리실라잔을 적어도 요부(凹部)(홈)에 충전하도록 공급되고, 홈 내에 실리콘 함유막인 폴리실라잔 도포막이 형성된 기판이 이용된다. 이 웨이퍼(200)에 처리 가스로서 과산화수소수의 기화 가스인 H2O2를 포함하는 가스를 이용하는 예에 대해서 설명한다. 또한 실리콘 함유막에는 질소나 수소가 포함되고, 경우에 따라서는 탄소나 다른 불순물이 혼합될 가능성이 있다.
본 실시 형태에서의 사전 처리 공정에서는 전술한 기판 처리 장치(10)와는 다른 처리 장치(미도시)에 웨이퍼(200)를 반입하고[기판 반입 공정(T10)], 상기 처리 장치 내에서 전술한 폴리실라잔 도포 공정(T20)과 프리베이크 공정(T30)을 실시하고, 그 후 웨이퍼(200)를 반출한다[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 8을 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 처리 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 미리 지정된 매수의 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전(裝塡)한다. 복수 매의 웨이퍼(200)를 보지한 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 밀봉된 상태가 된다.
[압력·온도 조정 공정(S20)]
처리 용기(203) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)를 제어하여 처리 용기(203) 내의 분위기를 진공 배기한다. 또한 산소 함유 가스 공급부[공급공(502b)]로부터 산소 함유 가스를 처리 용기(203)에 공급한다. 바람직하게는 산소 함유 가스를 산소 함유 가스 가열부(602e)에서 100℃ 내지 120℃로 가열한 후에 공급한다. 이때 처리 용기(203) 내의 압력은 압력 센서(223)로 측정하고, 이 측정한 압력에 기초하여 APC 밸브(255)의 개도(開度)를 피드백 제어한다(압력 조정). 처리 용기(203) 내의 압력은 예컨대 미(微)감압 상태(약 700hPa 내지 1,000hPa)로 조정된다.
처리 용기(203) 내에 수용된 웨이퍼(200)가 원하는 제1 온도, 예컨대 40℃ 내지 100℃가 되도록 제1 가열부(207)에 의해 가열한다. 이때 처리 용기(203) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도가 되도록 제1 온도 센서(263a), 제2 온도 센서(263b), 제3 온도 센서(263c), 제4 온도 센서(263d)가 검출한 온도 정보에 기초하여 제1 가열부(207)가 구비하는 제1 히터 유닛(207a), 제2 히터 유닛(207b), 제3 히터 유닛(207c), 제4 히터 유닛(207d)으로의 공급 전력을 피드백 제어한다(온도 조정). 이때 제1 히터 유닛(207a), 제2 히터 유닛(207b), 제3 히터 유닛(207c), 제4 히터 유닛(207d)의 설정 온도는 모두 마찬가지의 온도가 되도록 제어한다.
또한 웨이퍼(200)를 가열하면서 보트 회전 기구(267)를 작동하여 보트(217)의 회전을 시작한다. 이때 보트(217)의 회전 속도를 컨트롤러(121)에 의해 제어한다. 또한 보트(217)는 적어도 후술하는 개질 처리 공정(S30)이 종료될 때까지 사이는 상시 회전시킨 상태로 한다.
[개질 처리 공정(S30)]
웨이퍼(200)가 소정의 제1 온도에 도달하고, 보트(217)가 원하는 회전 속도에 도달하면, 액체 원료 공급부(300)로부터 액체 원료(과산화수소수)를 기화기(100)에 공급한다. 즉 밸브(302)를 열고 LMFC(303)에 의해 유량 제어된 액체 원료를 액체 원료 도입구(151)를 개재하여 무화부(150)에 도입한다. 무화부(150)에 공급된 액체 원료는 토출 노즐(152)로부터 토출될 때 분출공(155)을 통과하는 캐리어 가스에 의해 무화(애토마이즈)되고, 미세한 액적의 상태(예컨대 미스트 상태)가 되어 기화 용기(111) 내의 상부 공간(112a)에 분무된다. 석영으로 구성된 기화 용기(111)는 기화기 히터(113)에 의해 금속 블록(116)을 개재하여 원하는 온도(예컨대 180℃ 내지 220℃)로 가열되고, 분무된 액체 원료(과산화수소수)의 액적은 기화 용기(101)의 표면이나 기화 공간(112) 중에서 가열되어 증발하고 기체가 된다. 본 실시 형태에서의 기화기(100)에서는 특히 액체 원료의 액적이 간극(112b)을 통과하는 것에 의해 효율적으로 기화된다. 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 상태(또는 미스트 상태)의 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 예컨대 기화기 히터(113)의 온도를 소정의 온도 이상 유지하도록 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 H2O2 가스는 반응 가스로서 웨이퍼(200)의 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 시간 경과 후, APC 밸브(255)를 닫고 처리 용기(203) 내의 배기를 정지한다.
또한 본 실시 형태에서는 액체 원료로서 과산화수소수를 기화기(100)에 공급하고, H2O2 가스를 포함하는 처리 가스를 처리 용기(203) 내에 공급하는 것을 기재했지만 이에 한정되지 않고, 액체 원료로서 예컨대 오존(O3)을 포함하는 액체나, 물 등도 이용할 수 있다. 단, 본 실시 형태에서 이용하는 H2O2와 같은 반응성이 높은 화합물을 포함하는 액체 원료를 기화시키는 경우에 금속 오염의 원인이 되는 금속과 액체 원료가 접촉하지 않도록 구성된 본 실시 형태에서의 기화기(100)의 사용은 특히 바람직하다.
[건조 처리 공정(S40)]
개질 처리 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. 예컨대 150℃로 승온시킨다. 승온 후, 온도를 보지하고 웨이퍼(200)와 처리 용기(203) 내를 완만하게 건조시킨다. 이와 같이 건조시키는 것에 의해 폴리실라잔막으로부터 이탈한 부생성물인 암모니아, 염화안몬, 탄소, 수소, 기타, 용매에 기인하는 아웃 가스 등의 불순물과 H2O2에 기인하는 불순물을 웨이퍼(200)로의 재부착을 억제하면서 웨이퍼(200)의 건조와 이물원(源)의 제거를 수행할 수 있다.
[포스트베이크 공정(S50)]
건조 처리 공정(S40)이 종료된 후, 건조 처리 공정보다 고온으로 승온하고, 질소와 산소와 아르곤 중 적어도 1개 이상을 포함하는 분위기로 처리하는 것에 의해 SiO막 중에 잔존하는 수소를 제거할 수 있고, 수소가 적은 양호한 SiO막으로 개질할 수 있다. 포스트베이크 공정(S50)을 수행하는 것에 의해 SiO막의 품질을 향상시킬 수 있지만, 고품질의 산화 막질이 요구되는 디바이스 공정(예컨대 STI 등) 이외에서는 제조 스루풋을 우선시키는 경우가 있으므로 수행하지 않아도 좋다.
[강온·대기압 복귀 공정(S60)]
건조 처리 공정(S40) 또는 포스트베이크 공정(S50)이 종료된 후, APC 밸브(255)를 열고 처리 용기(203) 내를 진공 배기하는 것에 의해 처리 용기(203) 내에 잔존하는 파티클이나 불순물을 제거할 수 있다. 진공 배기 후, APC 밸브(255)를 닫고 처리 용기(203) 내의 압력을 대기압으로 복귀시킨다. 대기압으로 복귀시키는 것에 의해 처리 용기(203) 내의 열용량을 증가시킬 수 있고, 웨이퍼(200)와 처리 용기(203)를 균일하게 가열할 수 있다. 웨이퍼(200)와 처리 용기(203)를 균일하게 가열하는 것에 의해 진공 배기로 제거하지 못했던 파티클, 불순물, 웨이퍼(200)로부터의 아웃 가스 및 과산화수소수에 포함되어 있었던 잔류 불순물을 제거할 수 있다. 처리 용기(203) 내의 압력이 대기압이 되고, 소정 시간 경과한 후 소정의 온도[예컨대 웨이퍼(200)를 반출할 수 있는 온도 정도]로 강온시킨다.
[기판 반출 공정(S70)]
그 후, 보트 엘리베이터에 의해 씰 캡(219)을 하강시켜 처리 용기(203)의 하단을 개구하는 것과 함께 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 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 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 본 발명을 적용할 수 있다.
또한 전술에서는 실라잔 결합을 포함하는 막이 스핀코트되고, 프리베이크된 웨이퍼(200)를 처리하는 예를 제시했지만 이에 한정되지 않고, CVD법으로 형성되고 프리베이크되지 않은 실리콘 함유막, 예컨대 모노실란(SiH4) 가스 또는 트리실릴아민(TSA) 가스 등의 실리콘 원료를 이용한 CVD법에 의해 실리콘 함유막이어도 마찬가지로 산화시킬 수 있다. CVD법에 의한 실리콘 함유막의 형성 방법으로서는 특히 유동성 CVD법을 이용할 수 있다. 유동성 CVD법에 의해 예컨대 애스펙트비가 큰 갭을 실리콘 함유막으로 충전하고, 충전된 실리콘 함유막에 대하여 본 발명에서의 산화 처리나 어닐링 처리를 수행할 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 본 발명을 적용해도 좋다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대해서 부기(付記)한다.
<부기 1>
본 발명의 일 형태에 따르면,
석영 부재로 구성된 기화 용기; 및
불소 수지로 형성되고, 액체 원료를 캐리어 가스(애터마이제이션 가스)를 이용하여 무화시켜서 상기 기화용기 내에 공급하는 무화부(애터마이저);
를 구비하는 기화기가 제공된다.
<부기 2>
본 발명의 다른 형태에 따르면,
피처리 기판이 재치되는 처리실과, 석영 부재로 구성된 기화 용기와, 불소 수지로 형성되고, 액체 원료를 캐리어 가스를 이용하여 무화시켜서 상기 기화 용기 내에 공급하는 애터마이저를 구비하는 기화기; 및
상기 기화기로부터 송출되는 기화 가스를 상기 처리실 내에 도입하는 기화 가스 배관;
을 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
<부기 3>
본 발명의 다른 형태에 따르면,
기판을 처리실 내에 재치하는 공정;
불소 수지로 형성된 애터마이저에서 액체 원료를 캐리어 가스를 이용하여 무화시키고, 무화된 상기 액체 원료를 기화용기 내에 공급하는 공정;
무화된 상기 액체 원료를 석영 부재로 구성된 기화 용기에서 기화시켜서 기화 가스를 생성하는 공정; 및
상기 기화 가스를 상기 처리실 내의 상기 기판에 공급하는 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법 또는 기판 처리 방법이 제공된다.
<부기 4>
본 발명의 다른 형태에 따르면,
석영 부재로 구성된 기화 용기와, 불소 수지로 형성되고, 액체 원료를 캐리어 가스를 이용하여 무화시켜서 상기 기화실 내에 공급하는 애터마이저를, 상기 애터마이저의 외부에 설치된 탄성 부재에 의해 상기 애터마이저를 상기 석영 부재의 단부를 향하여 압부하는 것에 의해 접속하는 기화기의 조립 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 액체 원료를 기화시키는 기화기에서 금속 오염의 발생을 방지하는 기술을 제공할 수 있다.
10: 기판 처리 장치 200: 웨이퍼(기판)
203: 처리 용기 100: 기화기
110: 기화부 150: 무화부
289a: 처리 가스 공급관 231: 가스 배기관
121: 컨트롤러

Claims (13)

  1. 석영 부재로 구성된 기화 용기; 및
    불소 수지로 형성되고, 액체 원료를 캐리어 가스를 이용하여 무화(霧化)시켜서 상기 기화 용기 내에 공급하는 애터마이저(atomizer)
    를 구비하고,
    상기 석영 부재의 외측에는 히터, 금속 블록 및 전열 페이스트가 상기 히터, 상기 금속 블록, 상기 전열 페이스트 및 상기 석영 부재의 순으로 외측으로부터 적층되도록 설치되는 기화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 애터마이저는 제1 블록과 제2 블록을 포함하고,
    상기 제1 블록은 상기 기화 용기의 단부(端部)를 봉지(封止)하도록 접촉하는 것과 함께 상기 기화 용기 내에 노출된 부분에 분출공이 설치되고,
    상기 제2 블록은 상기 제1 블록에 중첩되도록 설치되는 것과 함께 상기 액체 원료를 상기 제1 블록의 상기 분출공을 향하여 토출(吐出)하는 노즐부를 구비하고,
    상기 제1 블록과 제2 블록 사이에는 상기 분출공에 연통하여 상기 캐리어 가스가 도입되는 간극이 형성되고,
    상기 분출공 및 상기 노즐부는 상기 간극에 도입된 상기 캐리어 가스가 상기 노즐부로부터 토출된 액체 원료와 함께 상기 분출공으로부터 분출되도록 구성되는 기화기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기화 용기의 상기 석영 부재는 원통 형상으로 형성되고,
    상기 애터마이저는 상기 원통 형상의 상기 석영 부재의 단부를 봉지하도록 접촉하고, 상기 원통 형상의 개구부(開口部)를 폐색(閉塞)하도록 상기 기화 용기에 접속되도록 구성되는 기화기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 애터마이저에 설치되고, 상기 애터마이저를 상기 석영 부재의 단부를 향하여 압부(押付)하도록 구성되는 탄성 부재
    를 더 구비하는 기화기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 블록에 설치되고, 상기 제2 블록을 상기 제1 블록 및 상기 석영 부재의 단부의 방향으로 압부하도록 구성되는 탄성 부재
    를 더 구비하는 기화기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 애터마이저와의 상대적인 위치가 고정된 구조에 일단(一端)이 설치되고, 타단(他端)이 상기 애터마이저에 설치되는 기화기.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 석영 부재와 상기 금속 블록 사이에 설치되고 내열 고무로 구성된 스페이서
    를 더 구비하는 기화기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기화 용기는 2중관 구조를 구성하는 것인 이너 블록의 표면에 형성된 제1 석영 부재 및 아우터 블록의 표면에 형성된 제2 석영 부재를 포함하고,
    상기 이너 블록은 상기 제1 석영 부재와 상기 제2 석영 부재와의 사이에 원통 형상의 가스 유로(流路)를 형성하도록 구성되는 기화기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 액체 원료는 과산화수소를 함유하는 액체인 기화기.
  11. 피처리 기판이 재치되는 처리실;
    석영 부재로 구성된 기화 용기와, 불소 수지로 형성되고, 액체 원료를 캐리어 가스를 이용하여 무화시켜서 상기 기화 용기 내에 공급하는 애터마이저를 구비하는 기화기; 및
    상기 기화기로부터 송출(送出)되는 기화 가스를 상기 처리실 내에 도입하는 기화 가스 배관
    을 포함하고,
    상기 석영 부재의 외측에는 히터, 금속 블록 및 전열 페이스트가 상기 히터, 상기 금속 블록, 상기 전열 페이스트 및 상기 석영 부재의 순으로 외측으로부터 적층되도록 설치되는 기판 처리 장치.
  12. 기판을 처리실 내에 재치하는 공정;
    불소 수지로 형성된 애터마이저에서 액체 원료를 캐리어 가스를 이용하여 무화시키고, 무화된 상기 액체 원료를 기화실 내에 공급하는 공정;
    무화된 상기 액체 원료를 내면이 석영 부재로 구성된 기화실에서 기화시켜서 기화 가스를 생성하는 공정; 및
    상기 기화 가스를 상기 처리실 내의 상기 기판에 공급하는 공정
    을 포함하고,
    상기 석영 부재의 외측에는 히터, 금속 블록 및 전열 페이스트가 상기 히터, 상기 금속 블록, 상기 전열 페이스트 및 상기 석영 부재의 순으로 외측으로부터 적층되도록 설치되는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 삭제
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