JP2007109865A - Substrate processing apparatus and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】液体原料供給配管を洗浄する洗浄溶媒の使用量を減らし、液体原料供給配管の洗浄能力を高めることが可能な基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置は、基板を処理する処理容器4と、液体原料を気化する気化器3と、液体原料を気化器3に供給する液体原料供給配管13と、液体原料を気化したガスを処理容器4内に供給する原料ガス供給配管17と、液体原料供給配管13に設けられ液体原料供給配管13内の流体を排出する少なくとも1つの排出配管と、排出配管に設けられ排出配管のコンダクタンスを調整するコンダクタンス調整機構と、液体原料供給配管13内に洗浄用溶媒を供給する溶媒供給機構29とを有する。
【選択図】図1A substrate processing apparatus capable of reducing the amount of a cleaning solvent used for cleaning a liquid source supply pipe and increasing the cleaning capability of the liquid source supply pipe.
A substrate processing apparatus includes a processing container for processing a substrate, a vaporizer for vaporizing a liquid material, a liquid material supply pipe for supplying the liquid material to the vaporizer, and a gas obtained by vaporizing the liquid material. Is supplied to the processing vessel 4, at least one discharge pipe for discharging the fluid in the liquid source supply pipe 13 provided in the liquid source supply pipe 13, and conductance of the discharge pipe provided in the discharge pipe And a solvent supply mechanism 29 for supplying a cleaning solvent into the liquid raw material supply pipe 13.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、液体原料を用いて基板を処理する基板処理装置及び半導体装置の製造方法に係り、特に液体原料供給機構のメンテナンス性を改善したものに関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for processing a substrate using a liquid source and a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an improved maintenance of a liquid source supply mechanism.
近年、半導体の高集積化により、高アスペクト比の孔や溝に、ステップカバレッジよく成膜する技術の必要に迫られる。そこで、基板処理装置で用いる成膜法に化学気相成長(CVD)による成膜法を選択することが多くなってきている。一般的に、CVDは蒸着やスパッタリングなどの物理気相成長(PVD)に比べ、ステップカバレッジがよい。また、原料は、通常固体の元素を化学的に合成して気体として使用することも、ガス化しやすい液体・固体に合成してからガス化させて使用することもできる。原料としては固体よりは液体の方がより扱いやすいため、液体の原料が使用されるようになっている。 In recent years, with the high integration of semiconductors, there is a need for a technique for forming a film with high step coverage in holes and grooves having a high aspect ratio. Therefore, a film forming method using chemical vapor deposition (CVD) is increasingly selected as a film forming method used in the substrate processing apparatus. In general, CVD has better step coverage than physical vapor deposition (PVD) such as vapor deposition and sputtering. In addition, the raw material can be used as a gas by chemically synthesizing a normal solid element, or it can be used after being synthesized into a liquid / solid which is easily gasified and then gasified. As the raw material, liquid is easier to handle than solid, so that liquid raw material is used.
図3は、そのような液体原料を使用した従来の枚葉式CVD装置を示す概略図である。 FIG. 3 is a schematic view showing a conventional single wafer CVD apparatus using such a liquid material.
処理容器4には、原料ガスを供給する原料ガス供給配管17が接続されている。また、処理容器4には、不活性ガスを供給する不活性ガス供給配管12、酸化ガスを供給する酸化ガス供給配管16が接続されている。
A raw material
また、原料ガス供給配管17にはベント配管11が設けられている。このベント配管11には排気装置5bが接続されている。また、原料ガス供給配管17には、液体原料を気化する気化器3が接続されている。この気化器3には液体原料供給配管13が接続され、この液体原料供給配管13は、液体マスフローコントローラ(MFC)2を介して原料容器1に接続されている。
上記原料ガス供給配管17及び液体原料供給配管13等から原料供給ラインが構成される。
In addition, the source
The raw material
原料容器1には、原料容器内の液体原料を、液体原料供給配管13に押し出すための圧送ガスを供給する圧送ガス供給配管15aが接続されている。液体原料供給配管13には溶媒供給配管18が接続されている。この溶媒供給配管18には溶媒容器19が接続されている。溶媒容器19には、溶媒容器19内の洗浄用溶媒を、溶媒供給配管18に押し出すための圧送ガスを供給する圧送ガス供給配管15bが接続されている。
The
また、ベント配管11には排出配管25が接続されている。この排出配管25は液体原料供給配管13に接続されている。
Further, a
このような構成において、基板上に成膜する際は、原料容器1にN2等の圧送ガスを供給し、液体原料を液体原料供給配管13に押し出し、押し出された液体原料を気化器3で気化させ、原料ガス供給配管17を介して原料ガスとして処理容器4内に供給する。酸化ガスは活性化した後、酸化ガス供給配管16を介して処理容器4へ供給する。
In such a configuration, when a film is formed on the substrate, a pressurized gas such as N 2 is supplied to the
ところで、原料として液体の原料を使用する場合、原料交換・変更、供給配管の一部、もしくは部品(液体MFCや気化器など)、あるいは配管全体の交換、取り外し前(取り付け後)などの際に、液体原料供給配管を洗浄するなどのメンテナンスが必要となる場合が多い。これは液体原料が、酸化に弱い、水分に触れると劣化するなどの物性をもつからである。液体原料供給配管の洗浄は、液体原料供給配管の清掃の際のみならず、原料容器の交換などの際にも必要となる。 By the way, when liquid raw material is used as raw material, it is necessary to replace or change the raw material, to replace part of the supply pipe or parts (liquid MFC, vaporizer, etc.), or to replace the entire pipe, before removing (after installation), etc. In many cases, maintenance such as cleaning the liquid material supply pipe is required. This is because the liquid raw material has physical properties such as weakness against oxidation and deterioration when exposed to moisture. Cleaning of the liquid raw material supply pipe is required not only when cleaning the liquid raw material supply pipe but also when exchanging the raw material container.
液体原料供給配管の洗浄には洗浄用溶媒を用いるが、この洗浄用溶媒が原料の溶媒と異なる場合、または原料に溶媒を用いない場合は、洗浄用溶媒は原料供給の際には不要であるから、洗浄後、再び原料を液体原料供給配管に供給して使用するためには、洗浄用溶媒は液体原料供給配管に残留しないように除去されていなくてはならない。原料が劣化・変質して凝固した場合には液体原料供給配管の洗浄にとどまらず、液体原料供給配管の交換にいたることもあり、液体原料供給配管のメンテナンスは重要である。 A cleaning solvent is used for cleaning the liquid raw material supply pipe, but if this cleaning solvent is different from the raw material solvent, or if no solvent is used for the raw material, the cleaning solvent is not required when supplying the raw material. Therefore, in order to supply the raw material to the liquid raw material supply pipe again after cleaning, the cleaning solvent must be removed so as not to remain in the liquid raw material supply pipe. When the raw material deteriorates and deteriorates and solidifies, not only the liquid raw material supply pipe is washed, but also the liquid raw material supply pipe may be replaced, and maintenance of the liquid raw material supply pipe is important.
従来、液体原料供給配管の洗浄は、溶媒容器19にN2等の圧送ガスを供給し、溶媒容器19内の洗浄用溶媒を溶媒供給配管18に押し出し、押し出された洗浄用溶媒を液体原料供給配管13内に供給しつつ液体原料供給配管13に接続された排出配管25から排出して、液体原料供給配管13内を洗浄している。そして、洗浄後、液体原料供給配管13内への洗浄用溶媒の供給を停止して、液体原料供給配管13内から排出配管25を通して洗浄用溶媒を排出している。
Conventionally, cleaning of the liquid raw material supply pipe is performed by supplying a pressure gas such as N 2 to the
しかしながら、上述した従来の基板処理装置では、次のような問題があった。
液体原料供給配管に押し出された洗浄用溶媒を、コンダクタンスの調整が困難な通常の排出配管から排出しているため、洗浄用溶媒の使用量が多かった。
また、液体原料供給配管に押し出された洗浄用溶媒を、コンダクタンスの調整の困難な通常の排出配管から排出しているため、液体原料供給配管内を流れる洗浄用溶媒の流速を制御できず、液体原料供給配管内に残留した原料の洗浄が効果的に行えない。
However, the conventional substrate processing apparatus described above has the following problems.
Since the cleaning solvent pushed out to the liquid source supply pipe is discharged from the normal discharge pipe where it is difficult to adjust the conductance, the amount of the cleaning solvent used is large.
In addition, since the cleaning solvent pushed out to the liquid source supply pipe is discharged from the normal discharge pipe whose conductance is difficult to adjust, the flow rate of the cleaning solvent flowing in the liquid source supply pipe cannot be controlled, and the liquid The raw material remaining in the raw material supply pipe cannot be cleaned effectively.
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、液体原料供給配管を洗浄する洗浄溶媒の使用量を減らすことが可能で、しかも液体原料供給配管の洗浄能力を高めることが可能な基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, reduce the amount of cleaning solvent used for cleaning the liquid source supply pipe, and increase the cleaning capability of the liquid source supply pipe Another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device.
第1の発明は、基板を処理する処理容器と、液体原料を気化する気化器と、前記液体原料を前記気化器に供給する液体原料供給配管と、前記液体原料を気化したガスを前記処理容器内に供給する原料ガス供給配管と、前記液体原料供給配管に設けられ前記液体原料供給配管内の流体を排出する少なくとも1つの排出配管と、前記排出配管に設けられ排出配管のコンダクタンスを調整するコンダクタンス調整機構と、前記液体原料供給配管内に洗浄用溶媒を供給する溶媒供給機構と、を有することを特徴とする基板処理装置である。
本発明によれば、コンダクタンス調整機構により排出配管のコンダクタンスを調整できるので、洗浄用溶媒を用いて液体原料供給配管内を洗浄するときに、排出配管のコンダクタンスが小さくなるように調整することにより、コンダクタンスの調整の困難な通常の排気配管から排出する従来のものと比べて、洗浄用溶媒の使用量を減らすことができる。また、排出配管のコンダクタンスが小さくなるように調整することにより、洗浄用溶媒の流速を遅くすることができるので、液体原料供給配管内の洗浄がより効果的に行える。
The first invention includes a processing vessel for processing a substrate, a vaporizer for vaporizing a liquid raw material, a liquid raw material supply pipe for supplying the liquid raw material to the vaporizer, and a gas for vaporizing the liquid raw material in the processing vessel. A raw material gas supply pipe supplied into the liquid source supply pipe, at least one discharge pipe provided in the liquid raw material supply pipe for discharging a fluid in the liquid raw material supply pipe, and a conductance provided in the discharge pipe for adjusting a conductance of the discharge pipe. A substrate processing apparatus comprising: an adjustment mechanism; and a solvent supply mechanism that supplies a cleaning solvent into the liquid source supply pipe.
According to the present invention, since the conductance of the discharge pipe can be adjusted by the conductance adjustment mechanism, when cleaning the liquid raw material supply pipe using the cleaning solvent, by adjusting the conductance of the discharge pipe to be small, The amount of the cleaning solvent used can be reduced as compared with a conventional exhaust pipe that is discharged from a normal exhaust pipe in which conductance adjustment is difficult. Moreover, since the flow rate of the solvent for cleaning can be reduced by adjusting the conductance of the discharge pipe to be small, the liquid source supply pipe can be cleaned more effectively.
第2の発明は、基板を処理容器内に搬入する工程と、液体原料を液体原料供給配管より気化器に供給して気化したガスを前記処理容器内に供給して基板を処理する工程と、処理後の基板を前記処理容器内から搬出する工程と、前記液体原料供給配管内に洗浄用溶媒を供給しつつ前記液体原料供給配管に設けられた排出配管より排出して前記液体原料供給配管内を洗浄する工程と、前記液体原料供給配管内への前記洗浄用溶媒の供給を停止して前記液体原料供給配管内から前記排出配管を通して前記洗浄用溶媒を排出する工程と、を有する半導体装置の製造方法において、前記液体原料供給配管内を洗浄する工程における前記排出配管のコンダクタンスの方が、前記液体原料供給配管内から前記洗浄用溶媒を排出する工程における前記排出配管のコンダクタンスよりも小さくなるようにすることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
本発明によれば、コンダクタンス調整機構により排出配管のコンダクタンスを調整できるので、洗浄用溶媒を用いて液体原料供給配管内を洗浄するときに、排出配管のコンダクタンスが小さくなるように調整することにより、コンダクタンスの調整の困難な通常の排気配管から排出する従来のものと比べて、洗浄用溶媒の使用量を減らすことができる。また、排出配管のコンダクタンスが小さくなるように調整することにより、洗浄用溶媒の流速を遅くすることができるので、液体原料供給配管内の洗浄がより効果的に行える。
The second invention includes a step of carrying a substrate into a processing container, a step of supplying a liquid source from a liquid source supply pipe to a vaporizer and supplying the vaporized gas into the processing vessel to process the substrate, A step of unloading the processed substrate from the processing container; and supplying the cleaning solvent into the liquid source supply pipe while discharging from the discharge pipe provided in the liquid source supply pipe. And a step of stopping supply of the cleaning solvent into the liquid source supply pipe and discharging the cleaning solvent from the liquid source supply pipe through the discharge pipe. In the manufacturing method, the discharge pipe in the step of discharging the cleaning solvent from the liquid source supply pipe has a conductance of the discharge pipe in the step of cleaning the inside of the liquid source supply pipe A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that to be smaller than conductance.
According to the present invention, since the conductance of the discharge pipe can be adjusted by the conductance adjusting mechanism, when cleaning the liquid raw material supply pipe using the cleaning solvent, by adjusting the conductance of the discharge pipe to be small, The amount of the cleaning solvent used can be reduced as compared with a conventional exhaust pipe that is discharged from a normal exhaust pipe in which conductance adjustment is difficult. Moreover, since the flow rate of the solvent for cleaning can be reduced by adjusting the conductance of the discharge pipe to be small, the liquid source supply pipe can be cleaned more effectively.
第3の発明は、第1の発明において、前記排出配管は少なくとも2つの排出配管を有し、前記コンダクタンス調整機構は前記少なくとも2つの排出配管のうち何れか1つの排出配管に設けられていることを特徴とする基板処理装置である。
このような装置では、特にコンダクタンス調整機構の応答性に問題が生じやすいが、本発明によれば、何れか1つの排出配管に設けられているコンダクタンス調整機構のコンダクタンスを予め調整しておくことができるので、このような問題を解決できる。
According to a third invention, in the first invention, the discharge pipe has at least two discharge pipes, and the conductance adjusting mechanism is provided in any one of the at least two discharge pipes. Is a substrate processing apparatus.
In such an apparatus, a problem tends to occur particularly in the responsiveness of the conductance adjustment mechanism. However, according to the present invention, the conductance of the conductance adjustment mechanism provided in any one discharge pipe can be adjusted in advance. So you can solve these problems.
第4の発明は、第3の発明において、さらに、前記液体原料供給配管内に前記洗浄用溶媒を供給しつつ前記コンダクタンス調整機構が設けられコンダクタンスを他の排出配管よりも小さくした排出配管より排出して前記液体原料供給配管内を洗浄し、その後、前記液体原料供給配管内への前記洗浄用溶媒の供給を停止して前記液体原料供給配管内から前記コンダクタンス調整機構が設けられていない排出配管を通して前記洗浄用溶媒を排出するように制御するコントローラを有することを特徴とする基板処理装置である。
洗浄用溶媒の排出の際に、液体原料供給配管内を洗浄した時に用いたコンダクタンス調整機構が設けられている排出配管を通して洗浄用溶媒を排出すると、その排出配管のコンダクタンスを小さくしてあるため、液体原料供給配管内に残存している洗浄用溶媒を液体原料供給配管内から速やかに排出することが困難になるが、コントローラによって、コンダクタンス調整機構が設けられていない他の排出配管を通して洗浄用溶媒を排出するように制御すると、液体原料供給配管内に残存している洗浄用溶媒を液体原料供給配管内から速やかに排出することができる。
According to a fourth invention, in the third invention, further, the conductance adjusting mechanism is provided while supplying the cleaning solvent in the liquid raw material supply pipe, and the conductance is discharged from a discharge pipe having a smaller conductance than other discharge pipes. Then, the inside of the liquid source supply pipe is cleaned, and then the supply of the cleaning solvent into the liquid source supply pipe is stopped, and the conductance adjusting mechanism is not provided from the inside of the liquid source supply pipe And a controller for controlling the cleaning solvent to be discharged through the substrate processing apparatus.
When discharging the cleaning solvent through the discharge pipe provided with the conductance adjustment mechanism used when cleaning the liquid raw material supply pipe when discharging the cleaning solvent, the conductance of the discharge pipe is reduced, Although it becomes difficult to quickly discharge the cleaning solvent remaining in the liquid raw material supply pipe from the liquid raw material supply pipe, the cleaning solvent passes through another discharge pipe not provided with a conductance adjustment mechanism by the controller. If the control is performed to discharge the cleaning solvent, the cleaning solvent remaining in the liquid source supply pipe can be quickly discharged from the liquid source supply pipe.
本発明によれば、液体原料供給配管を洗浄する洗浄用溶媒の使用量を減らすことができ、しかも液体原料供給配管の洗浄能力を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the usage-amount of the solvent for washing | cleaning liquid raw material supply piping can be reduced, and also the washing | cleaning capability of liquid raw material supply piping can be improved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図2に、半導体装置の製造方法を実施するための基板処理装置を制御する制御システムの概略構成図を示す。
制御対象となる基板処理装置は、液体供給装置110を有する処理装置109を構成単位として構成され、これが1台あるいは複数台制御される。なお、図2では制御部の構成のみを示しており、実体となる装置、例えば処理装置109、液体供給装置110等はそれぞれの制御部に対応して構成されるものとし、ここでは一点鎖線や破線などで示している。
FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of a control system for controlling the substrate processing apparatus for carrying out the semiconductor device manufacturing method.
The substrate processing apparatus to be controlled is configured with the
処理装置109は、処理容器内の基板に対して成膜などの処理をする。例えば、CVD法、より具体的にはMOCVD法を使って、RuまたはRuO2膜を形成する。液体供給装置110は、後述する原料供給機構と溶媒供給機構とから構成される。
The
制御システムは、中央制御部101と、処理装置制御部102と、液体供給装置制御部103とから構成される。
The control system includes a
中央制御部101は、1台または複数台の処理装置109を統括制御する。処理装置109が複数台ある場合には、1台の液体供給装置110から複数台の処理装置109に液体原料等の流体を供給する構成にもできる。
The
処理装置制御部102は、処理装置109を構成する処理炉、基板移載機、カセットエレベータなどの各種機構部を制御する。また、処理装置制御部102は、基板処理時に処理炉内に供給される原料ガスを供給しつつ排出するよう排気装置を制御し、メンテナンス時に液体原料供給配管内に残留した原料や洗浄に使用した洗浄用溶媒を排出するよう排気装置を制御する。
The processing
液体供給装置制御部103は、液体供給装置110を制御し、複数台の液体供給装置110を統括制御することも可能である。複数種類の液体を1台の処理装置109で使用する場合は、液体供給装置110内の配管を増やして対応することが可能である。この液体供給装置制御部103は、温度制御部104、圧力制御部105、シーケンサ106を備える。
The liquid supply
温度制御部104は、液体原料供給時及び液体供給装置110のメンテナンス時に配管内を最適な温度に制御するために設けられる。圧力制御部105は、メンテナンス時における配管内の液体原料や洗浄用溶媒の残留具合を監視するために設ける。シーケンサ106は、基板処理時やメンテナンス時に、液体供給装置制御部103から与えられる順序にしたがって配管に設けられたバルブを開閉操作する。
The
液体供給装置制御部103は、シーケンサ106によって各種バルブを操作して、基板処理時には液体原料供給配管内に液体原料を供給し、メンテナンス時には液体原料供給配管内に洗浄用溶媒を供給するよう制御する。その際、液体供給装置制御部103は、温度制御部104の検出値に基づいて配管を所望する温度に制御し、圧力制御部105の検出値に基づいて配管内を所望する圧力に制御する。また、液体供給装置制御部103は、温度制御部104や圧力制御部105の検出値に基づいて最短でメンテナンスするための判断機能を有するとともに、原料容器の交換時には、メンテナンス時間を最短にするための最適な交換時期の見極めもする。
上記の液体供給装置制御部103は、洗浄と洗浄後の洗浄用溶媒の排出を制御するコントローラを構成する。
The liquid supply
The liquid supply
図1は、上述した制御システムによって制御される液体供給装置110を有する基板処理装置109の一例である枚葉式CVD装置を示す概略図である。
シリコンウェハ等の基板30を処理する処理容器4は、基板30を支持する基板支持台42を具備している。基板支持台42には基板30を加熱するためのヒータ43が埋め込まれている。
FIG. 1 is a schematic view showing a single-wafer CVD apparatus which is an example of a
The
処理容器4には、金属原子を含む液体原料を供給する供給口として液体原料を気化したガスを供給する原料ガス供給配管17がバルブ31を介して接続されている。また、処理容器4には、N2等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給配管12、酸化ガスを供給する酸化ガス供給配管16が接続されている。酸化ガス供給配管16にはリモートプラズマユニット45が接続されている。
A raw material
また、処理容器4には処理容器4内を排気する排気配管14が接続されており、排気配管14には真空ポンプ等の排気装置5aが接続されている。処理容器4内に導入された各ガスは、排気配管14、排気装置5aを経て除害装置(図示せず)などの後段設備へ至ることとなる。なお、図中の配管には、図示しない加熱装置が設けられている。
An
処理容器4には図示しない搬送室がゲートバルブを介して隣接し、搬送室には冷却室やロードロック室が接続されている。搬送室には基板移載機が具備されており、基板は搬送室から処理容器4へ導入されて処理容器4内で成膜等の処理をした後、搬送室を経て冷却室へと搬送される。
A transfer chamber (not shown) is adjacent to the
また、原料ガス供給配管17にはバルブ32を介してベント配管11が設けられている。このベント配管11には排気装置5bが接続されている。また、原料ガス供給配管17には、液体原料を気化する気化器3が接続されている。この気化器3には液体原料供給配管13が接続され、この液体原料供給配管13は、バルブ33、液体マスフローコントローラ(MFC)2、バルブ34、バルブ35を介して原料容器1に接続されている。
The source
原料容器1には、原料容器1内の液体原料を、液体原料供給配管13に押し出すための圧送ガスを供給する圧送ガス供給配管15aがバルブ36を介して接続されている。液体原料供給配管13のバルブ34とバルブ35との間には溶媒供給配管18が接続されている。この溶媒供給配管18にはバルブ37、バルブ38を介して溶媒容器19が接続されている。溶媒容器19には、溶媒容器19内の洗浄用溶媒を、溶媒供給配管18に押し出すための圧送ガスを供給する圧送ガス供給配管15bがバルブ39を介して接続されている。
上述した原料容器1、液体原料供給配管13、圧送ガス供給配管15a、バルブ34〜バルブ36等から原料供給機構28が構成される。また、上述した溶媒容器19、溶媒供給配管18、圧送ガス供給配管15b、バルブ37〜バルブ39等から溶媒供給機構29が構成される。
A pressure
The
また、液体原料供給配管13には、液体原料供給配管13内の液体を排出する排出配管26が接続されている。この排出配管26はベント配管11に接続されている。排出配管26は、液体原料供給配管13の上流側に設けられた上流側排出配管26Aと、液体原料供給配管13の下流側に設けられた下流側排出配管26Bとを有する。
In addition, a discharge pipe 26 for discharging the liquid in the liquid
上流側排出配管26Aは、コンダクタンス調整機構が設けられていない通常の第1の排出配管25aと、コンダクタンス調整機構、例えば、第1のニードルバルブ20aが設けられている第2の排出配管24aとの2つの排出配管を有する。この第1の排出配管25aと第2の排出配管24aとは並列に設けられている。すなわち、第1の排出配管25aは、液体原料供給配管13のバルブ34とバルブ35との間からバルブ21a、バルブ22aを介してベント配管11に接続されている。また、第2の排出配管24aは、第1の排出配管25aのバルブ21aとバルブ22aとの間から、バルブ23aと第1ニードルバルブ20aとを介して、第1の排出配管25aのバルブ22aの下流側に接続されている。
The upstream discharge pipe 26A includes a normal
下流側排出配管26Bは、コンダクタンス調整機構が設けられていない通常の第1の排出配管25bと、コンダクタンス調整機構、例えば、第2のニードルバルブ20bが設けられている第2の排出配管24bとの2つの排出配管を有する。この第1の排出配管25bと第2の排出配管24bとは並列に設けられている。すなわち、第1の排出配管25bは、液体原料供給配管13のMFC2とバルブ33との間から、バルブ21b、バルブ22bを介してベント配管11に接続されている。また、第2の排出配管24bは、第1の排出配管25bのバルブ21bとバルブ22bとの間から、バルブ23bと第2ニードルバルブ20bとを介して、第1の排出配管25bのバルブ22bの下流側に接続されている。上記第1ニードルバルブ20a及び第2ニードルバルブ20bは、流体の流量を手動式で調整できるようになっている。
The
次に上述した図1のような構成の枚葉式CVD装置を用いて、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程としてサイクル手法を適用したMOCVDにより基板上に薄膜を形成する基板処理と、基板処理後に液体原料供給配管を洗浄するメンテナンスとを行うための手順を説明する。 Next, using the single-wafer CVD apparatus having the configuration as shown in FIG. 1 described above, a substrate process for forming a thin film on the substrate by MOCVD applying a cycle method as one step of a semiconductor device (device) manufacturing process; A procedure for performing maintenance for cleaning the liquid source supply pipe after the substrate processing will be described.
ここでは、薄膜としてRuまたはRuO2膜を形成する一例を説明し、その液体原料としては、例えば、Ru(C2H5C5H4)2;Ru(EtCp)2,Ru[CH3COCHCO(CH2)3CH3]3;Ru(OD)3をCH3COOC4H9(酢酸ブチル)で希釈したもの、Ru(EtCp)2をTHF(テトラヒドロフラン);C4H8Oで希釈したもの、またはアルコールで希釈したもの等、飽和蒸気圧が室温で10Paより高いもの(メンテナンス時に使用する排気装置の到達圧力より十分高い)を用いる。また、改質工程で用いる活性化される酸化ガスは、酸素を含むガスまたは窒素を含むガスであり、例えばO2、N2O、NO、N2、NH3などを用いる。また、不活性ガスとして窒素(N2)・アルゴン(Ar)を用いる。 Here, an example in which a Ru or RuO 2 film is formed as a thin film will be described. Examples of the liquid material include Ru (C 2 H 5 C 5 H 4 ) 2 ; Ru (EtCp) 2 , Ru [CH 3 COCHCO (CH 2 ) 3 CH 3 ] 3 ; Ru (OD) 3 diluted with CH 3 COOC 4 H 9 (butyl acetate), Ru (EtCp) 2 diluted with THF (tetrahydrofuran); C 4 H 8 O Those having a saturated vapor pressure higher than 10 Pa at room temperature (sufficiently higher than the ultimate pressure of the exhaust device used during maintenance) such as those diluted with alcohol or the like. The oxidizing gas used in the reforming step is a gas containing oxygen or a gas containing nitrogen, and for example, O 2 , N 2 O, NO, N 2 , NH 3 or the like is used. Further, nitrogen (N 2 ) / argon (Ar) is used as an inert gas.
洗浄工程で用いる洗浄溶媒としては、揮発性が高く、残存しないものが良く、例えば、シクロヘキサン、ノルマルヘキサン、エチルシクロヘキサン、THFなどの有機原料が溶けやすいものを使用する。 As the cleaning solvent used in the cleaning step, a solvent that is highly volatile and does not remain is preferable. For example, a solvent that easily dissolves organic raw materials such as cyclohexane, normal hexane, ethylcyclohexane, and THF is used.
ここで、基板処理とメンテナンスとの手順の全工程(搬入工程、処理工程、搬出工程、洗浄工程、排出工程)において、コントローラである処理装置制御部102は、気化器3、リモートプラズマユニット45、排気装置5a、5bの起動・停止、基板支持台42に埋め込まれたヒータ43へ供給する電力、あるいはMFC2の流量を制御する。特に処理工程、洗浄工程、排出工程においては、液体供給装置制御部103は、液体供給装置制御部103からシーケンサ106に与える順序にしたがって上記各配管に設けられたバルブ21a〜23a、21b〜23b、およびバルブ31〜39の開閉を操作する。第2の排出配管24a及び24bに設けたコンダクタンスを調整する第1、第2ニードルバルブ20a、20bは、予め流路面積を狭くしてコンダクタンスを小さくしておく。
Here, in all steps of the substrate processing and maintenance procedures (carrying-in process, processing process, carrying-out process, cleaning process, discharging process), the processing
(1)搬入工程
基板30は基板移載機により搬送室から処理容器4内に搬入される。
(1) Carry-in process The
(2)処理工程
つぎに、処理装置制御部102(図2参照)によりヒータ43が制御されて基板温度を処理温度まで上昇させ、処理容器4内の圧力を処理圧力となるよう調整する。液体原料を液体原料供給配管13内に供給するためにバルブ36、35、34、33、31を開く。これにより液体原料が収容されている原料容器1に、N2等の圧送ガスが供給されると、液体原料が液体原料供給配管13内に押し出され、押し出された液体原料はMFC2で流量制御されて気化器3で気化され、原料ガス供給配管17を介して原料ガスとして処理容器4内に供給されて、基板30上にRuまたはRuO2膜を形成する(成膜ステップ)。酸化ガスはリモートプラズマユニット45を経由して活性化された後、処理容器4内に供給されて基板30上に形成されたRuまたはRuO2膜を改質する(改質ステップ)。この成膜ステップと改質ステップとが、処理装置制御部102により交互に複数回繰り返されて所望の厚さのRuまたはRuO2膜が形成される。
なお、原料ガス供給による成膜ステップと、酸化ガス供給による改質ステップとの間に、N2によるパージ(N2パージ)を行う。すなわち、成膜→N2パージ→改質→N2パージ、という手順を1単位(1サイクル)として、これを任意の回数繰り返して所望の膜厚を得る。
(2) Processing Step Next, the processing apparatus controller 102 (see FIG. 2) controls the
Note that performing the film deposition step with the raw material gas supply, between the reforming step by oxidizing gas supply, purging with N 2 the (N 2 purge). That is, a procedure of film formation → N 2 purge → reformation → N 2 purge is set as one unit (one cycle), and this is repeated any number of times to obtain a desired film thickness.
処理工程の終わりで、バルブ36、35およびバルブ31を閉じて液体原料供給配管13内への液体原料の供給を停止し、ベント配管11のバルブ32を開ける。液体原料供給配管13および原料ガス供給配管17に残存した液体原料および原料ガスなどの流体をベント配管11を介して排気装置5bにより排出する。
At the end of the processing step, the
(3)搬出工程
処理容器4で成膜処理が終了した基板30は、搬送室を経て冷却室へと搬出される。
(3) Unloading process The
(4)洗浄工程
搬出工程で基板30を処理容器4から搬出したら、バルブ33を閉じて、残存した液体原料の排出された液体原料供給配管13を原料ガス供給配管17から遮断する。液体原料供給配管13を原料ガス供給配管17から遮断した後、洗浄用溶媒を液体原料供給配管13内に供給するためにバルブ39、38、37、21a、23a、21b、23bを開ける。これにより溶媒容器19にN2等の圧送ガスを供給すると、洗浄用溶媒が溶媒供給配管18内に押し出され、押し出された洗浄用溶媒は液体原料供給配管13内に供給される。
(4) Cleaning Step When the
液体原料供給配管13内に供給された洗浄用溶媒は、液体原料供給配管13の上流側に設けられた上流側排出配管26Aと、液体原料供給配管13の下流側に設けられた下流側排出配管26Bとに分岐してベント配管11に流れ込み、排気装置5bを経由して排出される。これにより液体原料供給配管13内を洗浄する。
The cleaning solvent supplied into the liquid raw
上流側排出配管26Aに分岐した洗浄用溶媒は、第1の排出配管25aから第2の排出配管24aを通ってベント配管11に排出され、ベント配管11に排出された洗浄用溶媒は排気装置5bにより排出される。また、下流側排出配管26Bに分岐した洗浄用溶媒は、MFC2を通り、第1の排出配管25bから第2の排出配管24bを通ってベント配管11に排出され、ベント配管11に排出された洗浄用溶媒は排気装置5bにより排出される。
The cleaning solvent branched to the upstream discharge pipe 26A is discharged from the
この際、上記洗浄用溶媒が経由する第2の排出配管24a及び24bに設けたコンダクタンスを調整するニードルバルブ20a、20bは、予め流路面積を狭くしてコンダクタンスが小さくなるよう調整されている。これにより第2の排出配管24a及び24bを経由する洗浄用溶媒の使用量が抑制できるため、従来のようにコンダクタンスの調整が困難な通常の排出配管から排出するよりも溶媒の使用量を削減できる。なお、溶媒の使用量を削減するために、上流側排出配管26Aと下流側排出配管26Bとの2本の排出配管に分岐して排出する洗浄用溶媒の使用量の総和は、コンダクタンスの調整が困難な通常の1本の排出配管から排出するときの溶媒の使用量よりも少なくする。
また、ニードルバルブ20a、20bのコンダクタンスが小さくなるよう調整されているので、液体原料供給配管13内を流れる洗浄用溶媒の流速が遅くなることにより、液体原料供給配管13に残留した液体原料の洗浄がより効果的に行える。
At this time, the
In addition, since the conductance of the
また、液体原料供給配管13内に供給された洗浄用溶媒を、液体原料供給配管13の上流側に設けられた上流側排出配管26Aと、液体原料供給配管13の下流側に設けられた下流側排出配管26Bとに分岐して排出するようにしたので、液体原料供給配管13の上流側にのみ設けられた1本の排出配管から排出するようにした場合と比べて、液体原料供給配管13に残留した液体原料の洗浄がより一層効果的に行える。
In addition, the cleaning solvent supplied into the liquid
なお、上記ニードルバルブ20a、20bは手動式のものに限らず、マスフローコントローラのように自動制御、自動可変可能なものを用いてもよいが、精密な制御を必要としない場合が多いと考えられるので、手動式のもので十分である。
The
(5)排出工程
次に、液体原料供給配管13内への洗浄溶媒の供給を停止する。それと同時に上流側排出配管26Aと下流側排出配管26Bとの流路を、流路面積を狭くしてコンダクタンスを小さくした第2の排出配管24a、24bから、これらと並列に設けられた流路面積の広いコンダクタンスの大きい第1の排出配管25a、25bに切替え、第1の排出配管25a、25bから洗浄用溶媒の排出をする。
(5) Discharge process Next, the supply of the cleaning solvent into the liquid raw
洗浄用溶媒の排出を促すために、排出時には第1の排出配管25a、25b及びベント配管11を図示しない配管ヒータで加熱しても良い。このときの加熱温度は、20〜100℃、もしくは20〜30℃程度でも良い。温度が高い方が蒸気圧が大きくなるため洗浄用溶液は排出されやすいが、洗浄後は、液体原料を再び充填して定常状態に戻す必要があるので、温度は、装置全体、及び洗浄に必要な時間全体に応じて適切に設定する。
In order to promote the discharge of the cleaning solvent, the
また、洗浄用溶媒の排出を促すために、液体原料供給配管13内を窒素N2などの不活性ガスでパージするようにしてもよい。パージは、気化した洗浄用溶媒を希釈するために、つぎの2つのステップを交互に繰り返して行うサイクルパージがよい。
(1)不活性ガスを流路面積の狭い第2の排出配管24a、24bを経由して流してパージする。
(2)不活性ガスの供給を停止し、流路の広い第1の排出配管25a、25bを経由して残留ガスを排出する。
このようにサイクルパージするのは、洗浄用溶媒が温度によっては再液化する可能性があるため、気化したものは速やかに排出した方が、洗浄用溶媒の排出を早めるのに効果があるからである。
Further, in order to promote the discharge of the cleaning solvent, the inside of the liquid
(1) Purge by flowing an inert gas through the
(2) The supply of the inert gas is stopped, and the residual gas is discharged via the
The reason for this cycle purge is that the cleaning solvent may be reliquefied depending on the temperature, so it is more effective to expedite the vaporization of the cleaning solvent sooner. is there.
洗浄用溶媒の排出も含め、液体原料供給配管の洗浄が完了したら、必要に応じて原料容器1の交換、原料供給ラインの配管・部品の交換などの保守を行う。配管・部品の交換後、原料供給ラインの真空封止を確認(リークチェック)してから大気→窒素N2などの不活性ガス置換を行い、減圧にする。使用している液体原料が加水分解性のものであれば、特に配管内の残留水分を低減する必要があるが、そうでなくても品質劣化を引き起こす可能性があるので、配管・部品交換時に開放した部分に吸着した大気中の水分除去のために、加熱しながら蒸気圧を上げて、不活性ガスによる置換や溶媒洗浄を十分に行う。原料供給ラインの大気開放部分を洗浄用溶媒にて洗浄する。洗浄方法は液体原料の残留した液体原料供給配管の洗浄方法と同じでよい。
When cleaning of the liquid raw material supply pipe is completed including the discharge of the cleaning solvent, maintenance such as replacement of the
このように配管洗浄が終わった後、減圧にし、原料容器1側から原料供給ラインに順次液体原料を充填していく。ここまでで、原料供給ラインのメンテナンスが終了する。なお、一連の洗浄動作は自動で行う方が効率が良いが、手動で行っても良い。
After the pipe cleaning is completed in this way, the pressure is reduced and the raw material supply line is sequentially filled with the liquid raw material from the
以上述べたように、本実施の形態によれば、液体原料供給配管13へ洗浄用溶媒を供給して液体原料供給配管13内を洗浄する際は、液体供給装置制御部103によって、液体原料供給配管13内に洗浄用溶媒を供給しつつニードルバルブ20a、20bが設けられてコンダクタンスを第1の排出配管25a、25bよりも小さくした第2の排出配管24a、24bより排出して液体原料供給配管13内を洗浄しているので、従来のように通常の排出配管から排出するよりも、洗浄用溶媒の使用量を削減できる。また、溶媒の流速を遅く制御できるため、液体原料供給配管13内に残留した原料の洗浄がより効果的に行える。
As described above, according to the present embodiment, when supplying the cleaning solvent to the liquid
また、洗浄用溶媒の排出の際に、液体原料供給配管13内を洗浄した時に用いた第1、第2ニードルバルブ20a、20bが設けられている第2の排出配管24a、24bを通して洗浄用溶媒を排出すると、その第2の排出配管24a、24bのコンダクタンスを小さくしてあるため、液体原料供給配管13内に残存している洗浄用溶媒を液体原料供給配管13内から速やかに排出することが困難になるが、本実施の形態によれば、液体原料供給配管13への洗浄用溶媒の供給を停止して液体原料供給配管13内から洗浄用溶媒を排出する際は、液体供給装置制御部103によって、第1、第2ニードルバルブ20a、20bが設けられていないコンダクタンスの大きな第1の排出配管25a、25bを通して洗浄用溶媒を排出するように制御しているので、液体原料供給配管13内に残存している洗浄用溶媒を液体原料供給配管13内から速やかに排出することができる。
Further, when the cleaning solvent is discharged, the cleaning solvent is passed through the
したがって、液体原料供給配管13を洗浄するメンテナンスを最適化、短縮化することができる。
Therefore, the maintenance for cleaning the liquid
また、排出配管26を原料容器1の上流側のみならず、下流側のMFC2と気化器3との間にも設けて増設するようにしたので、液体原料供給配管13内の洗浄がより早くできるようになる。この場合、排出配管の増設数は、従来の通常配管から排出するよりも溶媒の使用量を削減できる範囲内で行うのが好ましい。
Further, since the discharge pipe 26 is provided not only on the upstream side of the
また、液体原料供給配管13内の流体を排出する排出配管にコンダクタンス調整機構を設ける場合に、液体原料供給配管13内を洗浄する際は排出配管のコンダクタンスを小さくし、液体原料供給配管13内から洗浄用溶媒を排出する際はコンダクタンスを大きくするためには、排出配管が1本であると予めコンダクタンス調整機構を調整しておくことができないので、コンダクタンス調整機構の応答性が問題になりやすいが、本実施の形態によれば、上流側排出配管26Aは2つの排出配管24a、25aを有し、ニードルバルブ20aは2つの排出配管24a、25aのうち何れか1つの排出配管に設けられている。また、下流側排出配管26Bも2つの排出配管24b、25bを有し、ニードルバルブ20bは2つの排出配管24b、25bのうち何れか1つの排出配管に設けられている。したがって、ニードルバルブ20a、20bのコンダクタンスを予め調整しておくことができるので、上述したような応答性の問題を解決できる。
Further, when a conductance adjusting mechanism is provided in the discharge pipe for discharging the fluid in the liquid
なお、上記実施の形態においては、RuまたはRuO2膜を形成する場合について説明したが、本発明は、例えばTa2O5膜やHfO2膜やHfSiO膜を形成する場合に適用してもよい。
また、洗浄溶媒は溶質である原料を溶かせる溶媒であればよい。例えば、液体原料としてPETa(Ta(OC2H5)5:ペントエトキシタンタル)を用いてTa2O5膜を形成する場合は、洗浄溶媒としてエタノールなどのアルコール類を用いるのがよい。また、本実施の形態のように液体原料としてRu(EtCp)2,Ru(OD)3などを用いて、RuまたはRuO2膜を形成する場合は、洗浄溶媒としてTHFなどを用いるのがよい。また例えば、液体原料としてHf−MMPを用いてHfO2膜を形成する場合や、液体原料としてHf−MMPとSi−MMPを用いてHfSiO膜を形成する場合は、洗浄溶媒としてCH3(CH2)4CH3(ヘキサン)、C2H5C6H11(エチルシクロヘキサン)、C8H18(オクタン)などを用いるのがよい。このように液体原料に対する洗浄溶媒の種類、組合わせは多種にわたる。
In the above embodiment, the case where the Ru or RuO 2 film is formed has been described. However, the present invention may be applied to the case where, for example, a Ta 2 O 5 film, an HfO 2 film, or an HfSiO film is formed. .
Moreover, the washing | cleaning solvent should just be a solvent which can melt | dissolve the raw material which is a solute. For example, when a Ta 2 O 5 film is formed using PETa (Ta (OC 2 H 5 ) 5 : pentoethoxytantalum) as a liquid raw material, an alcohol such as ethanol may be used as a cleaning solvent. In the case where a Ru or RuO 2 film is formed using Ru (EtCp) 2 , Ru (OD) 3 or the like as a liquid source as in the present embodiment, THF or the like is preferably used as a cleaning solvent. Further, for example, when forming an HfO 2 film using Hf-MMP as a liquid source, or forming an HfSiO film using Hf-MMP and Si-MMP as a liquid source, CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 (hexane), C 2 H 5 C 6 H 11 (ethylcyclohexane), C 8 H 18 (octane) or the like may be used. Thus, there are a wide variety of types and combinations of cleaning solvents for liquid raw materials.
1 液体原料容器
3 気化器
4 処理容器
11 ベント配管
13 液体原料供給配管
17 原料ガス供給配管
19 溶媒容器
20a、20b ニードルバルブ(コンダクタンス調整機構)
24a 第1の排出配管
24b 第1の排出配管
25a 第2の排出配管
25b 第2の排出配管
26 排出配管
26A 上流側排出配管
26B 下流側排出配管
28 原料供給機構
29 溶媒供給機構
30 基板
DESCRIPTION OF
24a
Claims (2)
液体原料を気化する気化器と、
前記液体原料を前記気化器に供給する液体原料供給配管と、
前記液体原料を気化したガスを前記処理容器内に供給する原料ガス供給配管と、
前記液体原料供給配管に設けられ前記液体原料供給配管内の流体を排出する少なくとも1つの排出配管と、
前記排出配管に設けられ排出配管のコンダクタンスを調整するコンダクタンス調整機構と、
前記液体原料供給配管内に洗浄用溶媒を供給する溶媒供給機構と、
を有することを特徴とする基板処理装置。 A processing vessel for processing a substrate;
A vaporizer for vaporizing the liquid raw material;
Liquid raw material supply piping for supplying the liquid raw material to the vaporizer;
A source gas supply pipe for supplying a gas obtained by vaporizing the liquid source into the processing container;
At least one discharge pipe provided in the liquid source supply pipe for discharging the fluid in the liquid source supply pipe;
A conductance adjustment mechanism for adjusting the conductance of the discharge pipe provided in the discharge pipe;
A solvent supply mechanism for supplying a cleaning solvent into the liquid source supply pipe;
A substrate processing apparatus comprising:
液体原料を液体原料供給配管より気化器に供給して気化したガスを前記処理容器内に供給して基板を処理する工程と、
処理後の基板を前記処理容器内から搬出する工程と、
前記液体原料供給配管内に洗浄用溶媒を供給しつつ前記液体原料供給配管に設けられた排出配管より排出して前記液体原料供給配管内を洗浄する工程と、
前記液体原料供給配管内への前記洗浄用溶媒の供給を停止して前記液体原料供給配管内から前記排出配管を通して前記洗浄用溶媒を排出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法において、
前記液体原料供給配管内を洗浄する工程における前記排出配管のコンダクタンスの方が、前記液体原料供給配管内から前記洗浄用溶媒を排出する工程における前記排出配管のコンダクタンスよりも小さくなるようにすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Carrying a substrate into a processing container;
Supplying a liquid source to a vaporizer from a liquid source supply pipe and supplying the vaporized gas into the processing container to process the substrate;
A step of unloading the processed substrate from the processing container;
A step of cleaning the liquid source supply pipe by discharging from a discharge pipe provided in the liquid source supply pipe while supplying a cleaning solvent into the liquid source supply pipe;
Stopping the supply of the cleaning solvent into the liquid source supply pipe and discharging the cleaning solvent from the liquid source supply pipe through the discharge pipe;
In the manufacturing method of the semiconductor device having
The conductance of the discharge pipe in the step of cleaning the liquid source supply pipe is made smaller than the conductance of the discharge pipe in the step of discharging the cleaning solvent from the liquid source supply pipe. A method of manufacturing a semiconductor device.
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