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WO2013094680A1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法および気化装置 - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法および気化装置 Download PDF

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WO2013094680A1
WO2013094680A1 PCT/JP2012/083047 JP2012083047W WO2013094680A1 WO 2013094680 A1 WO2013094680 A1 WO 2013094680A1 JP 2012083047 W JP2012083047 W JP 2012083047W WO 2013094680 A1 WO2013094680 A1 WO 2013094680A1
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WO
WIPO (PCT)
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vaporizer
vaporization
reaction chamber
processing
substrate
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2012/083047
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
芦原 洋司
佐久間 春信
立野 秀人
優一 和田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kokusai Denki Electric Inc
Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc
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Publication date
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Priority to KR1020147016484A priority patent/KR101615585B1/ko
Priority to CN201280062936.6A priority patent/CN104011839B/zh
Publication of WO2013094680A1 publication Critical patent/WO2013094680A1/ja
Priority to US14/310,442 priority patent/US20140302687A1/en
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    • C23C16/448Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4485Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation without using carrier gas in contact with the source material
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    • H01L21/02321Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer
    • H01L21/02323Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer introduction of oxygen
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    • H01L21/02318Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02337Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H10P14/6334
    • H10P14/6522
    • H10P14/6529
    • H10P14/69215
    • H10P14/69433
    • H10P72/0402

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus for processing a substrate with gas, a method for manufacturing a semiconductor device, and a vaporization apparatus.
  • LSI large-scale integrated circuits
  • the separation of elements of LSI is performed by forming a gap such as a groove or a hole between elements to be separated in silicon (Si) as a substrate and depositing an insulator in the gap.
  • a silicon oxide film (SiO2) is often used as an insulator, and the oxidation of the Si substrate itself, chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD), and insulation coating (Spin On Dielectric: hereinafter referred to as SOD). Is formed by.
  • the embedding method by the CVD method is reaching the technical limit for embedding a fine structure, particularly for embedding oxide in a void structure deep in the vertical direction or narrow in the horizontal direction.
  • the embedding method using a fluid oxide that is, the use of SOD is increasing.
  • SOD a coating insulating material containing an inorganic or organic component called SOG (Spin-on-glass) is used.
  • SOG Spin-on-glass
  • This material has been used in LSI manufacturing processes before the advent of CVD oxide films, but the processing technique is not as fine as the processing dimensions of 0.35 ⁇ m to 1 ⁇ m. It was allowed by performing heat treatment at about 400 ° C in an atmosphere.
  • the minimum processing dimension represented by DRAM (Dynamic Random Access Memory) and Flash Memory has become smaller than 50 nm width, and the number of device manufacturers using polysilazane as an alternative material to SOG is increasing.
  • Polysilazane is a material obtained by, for example, a catalytic reaction of dichlorosilane or trichlorosilane and ammonia, and is used when a thin film is formed by coating on a substrate using a spin coater.
  • the film thickness is adjusted by the molecular weight of polysilazane, the viscosity, and the rotation speed of the coater.
  • Polysilazane contains nitrogen derived from ammonia as an impurity from the manufacturing process.
  • water and perform heat treatment after coating As a method of adding moisture, a method of generating moisture by reacting hydrogen and oxygen in a heat treatment furnace body is known, and the generated moisture is taken into the polysilazane film and heat is applied to perform precise oxidation. Get a membrane.
  • the heat treatment performed at this time is STI (Shallow Trench Isolation) for element isolation, and the maximum temperature may reach about 1000 ° C. in some cases.
  • An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus, a semiconductor device manufacturing method, and a vaporization apparatus capable of improving the manufacturing quality of a semiconductor device and improving the manufacturing throughput.
  • a reaction chamber for treating a substrate a vaporization container to which a treatment liquid containing hydrogen peroxide or hydrogen peroxide and water is supplied; a treatment liquid supply unit for supplying the treatment liquid to the vaporization container; and heating the vaporization container.
  • a vaporizer having a heating unit; a gas supply unit that supplies a process gas generated in the vaporizer to the reaction chamber; an exhaust unit that exhausts the atmosphere in the reaction chamber; and
  • a substrate processing apparatus having the heating unit and a control unit for controlling the processing liquid supply unit so that the processing liquid supply unit supplies the processing liquid to the vaporization container while heating.
  • a step of carrying a substrate into the reaction chamber a step of heating a vaporization vessel provided in the vaporizer, a step of supplying hydrogen peroxide or a treatment liquid containing hydrogen peroxide and water to the vaporizer, and the vaporizer Supplying a process gas generated by the vaporizer to the reaction chamber.
  • a treatment liquid supply unit for supplying a treatment liquid containing hydrogen peroxide or a mixed liquid of hydrogen peroxide and water to the vaporization container, a heating part for heating the vaporization container, and an exhaust for discharging the treatment gas generated from the treatment liquid And a vaporizer having a mouth.
  • an oxide film can be formed at a low temperature in a short time.
  • FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a substrate processing apparatus.
  • the substrate processing apparatus is an apparatus that processes a substrate using a liquid containing vaporized oxygen.
  • it is an apparatus for processing a wafer 100 as a substrate made of silicon or the like.
  • a substrate having a concavo-convex structure (void) which is a fine structure is preferably used as the wafer 100.
  • the substrate having a fine structure refers to a substrate having a structure with a high aspect ratio such as a laterally narrow groove (concave portion) having a width of about 10 nm to 50 nm.
  • the substrate processing apparatus includes a gas supply unit, a boat 102 that holds the wafer 100, a heater 103 as a reaction chamber heating unit that heats the wafer 100, a reaction chamber 104, and an atmosphere in the reaction chamber. It is comprised with the exhaust part and the controller 200 which exhaust air.
  • the gas supply unit includes a gas supply port 101 a that supplies a processing gas into the reaction chamber 104. As needed, you may comprise so that at least 1 or more of the process liquid supply unit 101b, the vaporization unit 101c as a vaporization part, and the drain 101d may be included.
  • the processing liquid supply unit 101b includes a processing liquid tank 106a, a processing liquid spare tank 106b, a purge water supply unit 107, a purge air supply unit 108, a processing liquid pump 109, and manual valves 110a, 110b, 110c, 110d and automatic valves 111a, 111b, and 111c controlled by the controller 200.
  • the purge water supply unit 107, the purge air supply unit 108, and the manual valves 110a and 110b are used for maintenance of the chemical solution supply unit 101b, that is, for cleaning the inside of the processing solution supply unit 101b, and the manual valves 110a and 110b are usually used. Closed.
  • the treatment liquid tank 106a and the treatment liquid reserve tank 106b contain a liquid containing oxygen.
  • the liquid containing oxygen is a liquid containing a liquid containing hydrogen peroxide (H 2 O 2), ozone (O 3), nitrous oxide (NO), carbon dioxide (CO 2), carbon monoxide (CO), or a mixture thereof. is there.
  • H 2 O 2 hydrogen peroxide
  • O 3 ozone
  • NO nitrous oxide
  • CO 2 carbon dioxide
  • CO carbon monoxide
  • the vaporization unit 101c includes a purge gas supply unit 112, a liquid flow rate control device 113, a vaporization device 114, a reserve tank 115, and manual valves 110e, 110f, and 110g that partition them, and automatic valves 111d and 111e that are controlled to open and close by the controller 200.
  • the reserve tank 115 is used to adjust the supply pressure of the processing liquid to the liquid flow rate control device 113.
  • the liquid supplied from the processing liquid pump 109 may not be a continuous flow. Therefore, the processing liquid supplied from the processing liquid supply unit 101 b is supplied to the reserve tank 115, and the processing liquid is pushed out to the liquid flow rate controller 113 by the gas pressure from the purge gas supply unit 112. By using the gas pressure, the supply amount of the processing liquid can be made constant.
  • the treatment liquid whose flow rate is adjusted by the liquid flow controller 113 is supplied, so that a constant amount of vaporization liquid is continuously generated and supplied to the reaction chamber 104.
  • the vaporizer 114 ⁇ / b> A uses a dropping method in which the treatment liquid is vaporized by dropping the treatment liquid into the heated vaporization vessel 302.
  • the vaporizer 114 ⁇ / b> A includes a treatment liquid lower nozzle 300 as a treatment liquid supply unit, a vaporization container 302 to be heated, a vaporization space 301 configured by the vaporization container 302, and a vaporizer as a heating unit that heats the vaporization container 302.
  • a temperature controller 400 that controls the temperature and a processing liquid supply pipe 307 that supplies the processing liquid to the processing droplet lower nozzle 300 are configured.
  • the vaporization vessel 302 is heated by the vaporizer heater 303 so that the dropped treatment liquid vaporizes as soon as it reaches the vaporization vessel.
  • a heat insulating material 306 that can improve the heating efficiency of the vaporization container 302 by the vaporizer heater 303 and can insulate the vaporizer 114A from other units.
  • the vaporization container 302 is made of quartz, silicon carbide or the like in order to prevent reaction with the processing liquid.
  • the temperature of the vaporization container 302 is lowered by the temperature of the dropped treatment liquid and the heat of vaporization. Therefore, it is effective to use silicon carbide having high thermal conductivity in order to prevent a temperature drop.
  • the vaporization vessel 302 is heated to two or more boiling points to vaporize while maintaining the ratio of the two raw materials. Can do.
  • the liquid in which raw materials having different boiling points are mixed is a hydrogen peroxide solution.
  • the gas supply port 101a, the vaporization unit 101c, and the treatment liquid supply unit 101b are configured by a member having a protective film.
  • a member using aluminum uses alumite (Al2O3)
  • a member using stainless steel uses a chromium oxide film.
  • ceramics such as Al 2 O 3, AlN, and SiC other than metals, or quartz members may be used.
  • the exhaust part is composed of an exhaust valve 105a.
  • the exhaust pump 105b may be included as necessary.
  • the controller 200 includes the above-described automatic valves 111a to 111c, the heater 103, the liquid flow rate control device 113, the gas supply unit, the exhaust unit, the temperature controller 306, and the vaporizer to perform the substrate processing steps described later. Control.
  • the controller 200 which is a control unit (control means), is configured as a computer including a CPU (Central Processing Unit) 200a, a RAM (Random Access Memory) 200b, a storage device 200c, and an I / O port 200d.
  • the RAM 200b, the storage device 200c, and the I / O port 200d are configured to exchange data with the CPU 200a via the internal bus 200e.
  • an input / output device 201 configured as a touch panel or the like is connected to the controller 200.
  • the storage device 200c includes, for example, a flash memory, a HDD (Hard Disk Drive), and the like.
  • a control program that controls the operation of the substrate processing apparatus, a process recipe that describes the procedure and conditions of the substrate processing described later, and the like are stored in a readable manner.
  • the process recipe is a combination of functions so that a predetermined result can be obtained by causing the controller 200 to execute each procedure in a substrate processing step to be described later, and functions as a program.
  • the process recipe, the control program, and the like are collectively referred to as simply a program.
  • the RAM 200b is configured as a memory area (work area) in which programs, data, and the like read by the CPU 200a are temporarily stored.
  • the I / O port 200d includes the heater 103, the exhaust valve 105a, the exhaust pump 105b, the treatment liquid supply unit 101b, the treatment liquid tank 106, the treatment liquid spare tank 106b, the vaporization unit 101c, the purge gas supply unit 112, the vaporizer 114, Reserve tank 115, drain 101d, purge water supply unit 107, purge air supply unit 108, processing liquid pump 109, automatic valves 111a, 111b, 111c, 111d, 111e, 111f, 111g, 111h, 111i, 111k, 111L, 111m, 111n 111o, liquid flow control device 113, exhaust unit 105, temperature controllers 306 and 400, vaporization heater 303, lamp units 308 and 315, and lamp power supply 309.
  • the CPU 200a is configured to read and execute a control program from the storage device 200c, and to read a process recipe from the storage device 200c in response to an operation command input from the input / output device 201 or the like. Then, the CPU 200a adjusts the flow rate of the processing liquid by the liquid flow rate control device 113, the flow rate adjustment operation of the purge water by the purge water supply unit 107, and the flow rate of the purge gas by the purge air supply unit 108 in accordance with the contents of the read process recipe.
  • Adjustment operation automatic valve 111a, 111b, 111c, 111d, 111e, 111f, 111g, 111h, 111i, 111k, 111L, 111m, 111n, 111o, opening adjustment operation of exhaust valve 105a, temperature controllers 306, 400
  • the temperature control operation by the vaporizer heater 303, the lamp units 308 and 315 and the lamp power supply 309, the liquid supply operation of the processing liquid supply unit 101b, and the like are controlled.
  • the controller 200 is not limited to being configured as a dedicated computer, and may be configured as a general-purpose computer.
  • an external storage device for example, a magnetic tape, a magnetic disk such as a flexible disk or a hard disk, an optical disk such as a CD or a DVD, a magneto-optical disk such as an MO, a USB memory (USB Flash Drive) or a memory card that stores the above-described program.
  • the controller 200 according to the present embodiment can be configured by preparing a semiconductor memory) 123) and installing a program in a general-purpose computer using the external storage device 123.
  • the means for supplying the program to the computer is not limited to supplying the program via the external storage device 123.
  • the program may be supplied without using the external storage device 123 by using communication means such as the Internet or a dedicated line.
  • the storage device 200c and the external storage device 123 are configured as computer-readable recording media. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium. Note that when the term “recording medium” is used in this specification, it may include only the storage device 200c alone, may include only the external storage device 123 alone, or may include both.
  • Substrate loading step S10 First, the wafer 100 coated with a film containing silicon element, nitrogen element, and hydrogen element is loaded on the boat 102, and the boat 102 is loaded into the reaction chamber 104. After the carry-in, the gas in the reaction chamber 104 is replaced by the inert gas supplied from the exhaust section and the inert gas tank 112, and the oxygen concentration is reduced.
  • the film containing silicon element, nitrogen element, and hydrogen element include polysilazane and a plasma polymerization film of tetrasilylamine and ammonia.
  • substrate carried in is heated to desired temperature with the heater 103 heated previously.
  • the desired temperature is, for example, room temperature (RT) to 200 ° C. when hydrogen peroxide is used as the treatment liquid.
  • the temperature is preferably 40 ° C. to 100 ° C., for example, heated to 100 ° C.
  • the processing liquid is supplied from the processing liquid supply unit 101b to the vaporization unit 101c, and the vaporization step of the hydrogen peroxide solution is performed in the vaporization unit 101c.
  • the treatment liquid pump 109 sends hydrogen peroxide solution from the treatment liquid tank 106a or the treatment liquid reserve tank 106b to the reserve tank 115.
  • the reserve tank 115 is in a state where the gas is supplied from the inert gas tank 112 and the liquid level of the accumulated hydrogen peroxide solution is pressurized.
  • the hydrogen peroxide solution is supplied to the liquid flow rate control device 113 from the liquid delivery unit 116 provided below the liquid level by the pressure.
  • the liquid flow rate control device 113 adjusts the flow rate of the hydrogen peroxide solution sent from the reserve tank 115 and sends it to the vaporizer 114.
  • the hydrogen peroxide solution is dropped from the processing droplet lower nozzle 300 to the heated vaporization vessel 302.
  • the dropped hydrogen peroxide solution reaches the heated vaporization vessel 302, it is heated and evaporated to become a gas.
  • the hydrogen peroxide that has become gas flows from the exhaust port 304 to the reaction chamber 104.
  • the hydrogen peroxide solution contains hydrogen peroxide (H 2 O 2) and water (H 2 O).
  • the raw material can be supplied to the reaction chamber 104 without changing the respective amounts in the liquid state and the gas state.
  • the hydrogen peroxide solution vaporization step may be performed before the wafer 100 loading step.
  • the automatic valve 111L is opened and the vaporized hydrogen peroxide is supplied from the vaporization unit 101c to the reaction chamber 104 to fill the reaction chamber 104.
  • the pressure in the reaction chamber 104 in the oxidation step may be a reduced pressure state or a pressure increased to atmospheric pressure or higher.
  • a pressure of 50 kPa to 300 kPa (0.5 atm to 3 atm) is preferable.
  • an exhaust stop process S50 for stopping exhaust by closing the exhaust valve 105a is performed.
  • hydroxy radical By using hydrogen peroxide, one of the active species, hydroxy radical (OH *) can be generated.
  • This active species makes it possible to oxidize polysilazane.
  • Hydroxy radicals are neutral radicals in which oxygen and hydrogen are bonded, and have a simple structure in which hydrogen is bonded to oxygen molecules.
  • an annealing treatment is performed as necessary in order to improve the quality of the silicon oxide film formed on the wafer 100.
  • the processing chamber 104 is heated to a desired temperature of 400 ° C. to 1100 ° C. while supplying the inert gas into the reaction chamber 104 by the inert gas tank 112, Hold temperature.
  • an oxygen-containing gas is supplied from an oxygen-containing gas supply source 117 as necessary, and the silicon oxide film is annealed.
  • the oxygen-containing gas is oxygen (O 2), water (H 2 O), ozone (O 3), nitrous oxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2), or a mixed gas thereof.
  • a nitrogen-containing gas may be supplied in order to nitride the formed oxide film.
  • the nitrogen-containing gas may be nitrogen (N2), ammonia (NH3), or a mixed gas thereof.
  • Cooling is performed to a temperature at which the heated wafer 100 can be transferred. Further, the cooling step may be performed after replacing the gas formed on the wafer 100 with an inert gas so that oxygen is not adsorbed and reacted on the substrate. If the annealing step S60 is not performed, the cooling step S70 may not be performed.
  • Substrate unloading step S80 After the temperature and gas in the reaction chamber 104 are ready for unloading, the unloading process is performed. Note that hydrogen peroxide may remain in the reaction chamber 104 when the annealing step is not performed. In this case, the substrate is unloaded after the treatment liquid removal step.
  • the remaining hydrogen peroxide or the like becomes liquid and may adhere to members in the reaction chamber 104.
  • the remaining gas or liquid may form a water spot on the wafer 100 or corrode a member containing metal existing outside the reaction chamber 104.
  • the inside of the reaction chamber 104 is evacuated to a vacuum by the exhaust unit 105.
  • the hydrogen peroxide that has become liquid is also discharged as a gas.
  • discharge of hydrogen peroxide may be promoted. For example, by alternately performing vacuum evacuation and inert gas supply, the hydrogen peroxide discharge efficiency is improved.
  • a maintenance process for cleaning and parts replacement is performed on the processing liquid supply unit 101b as necessary. Since hydrogen peroxide water may react with metals and the like, it is necessary to clean the treatment liquid supply pipe before and after maintenance.
  • the maintenance process first, the automatic valves 111a and 111b are closed, and the supply of hydrogen peroxide water is stopped. Thereafter, water that does not contain impurities such as distilled water is supplied from the purge water supply unit 107, and the hydrogen peroxide solution in the processing liquid supply unit 101b and the vaporization unit 101c is removed. The water and hydrogen peroxide sent to each part are stored in the drain 101d.
  • purge gas is supplied from the purge air supply unit 108 or the inert gas supply unit 112, and water in the processing liquid supply unit 101b and the vaporization unit 101c is removed.
  • the water pushed out by this purge is also stored in the drain 101d. In this manner, parts are replaced with the processing liquid in the processing liquid piping removed. By performing this process, maintenance work can be performed safely.
  • a liquid containing two or more substances having different boiling points can be vaporized.
  • a gas containing two or more substances having different boiling points can be supplied to the reaction chamber while maintaining the liquid amount, and the wafer can be processed with high reproducibility.
  • polysilazane can be uniformly oxidized in the thickness direction by supplying vaporized hydrogen peroxide to the substrate.
  • the polysilazane film formed on the substrate can be oxidized at a low temperature in a short time. Moreover, the reproducibility for every process batch of the board
  • the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and can be variously changed without departing from the gist thereof.
  • the vaporizer 114 As a result of further earnest research, by improving the structure of the vaporizer 114 and increasing the supply amount of the gas containing hydrogen peroxide, the processing speed of the wafer 100, the processing uniformity to the wafer 100, the processing uniformity, It has been found that the reproducibility can be improved. That is, the amount of vaporization can be increased by improving the heating efficiency of the hydrogen peroxide solution. Further, it has been found that the vaporization container 302 constituting the vaporization space 301 decreases in temperature due to vaporization for a long time, and the vaporization efficiency decreases. Below, the vaporizer structure which improves vaporization efficiency is shown.
  • FIG. 5 shows a vaporizer 114B as an example of a vaporizer structure that improves vaporization efficiency.
  • the vaporizer 114 ⁇ / b> B has a structure in which a lamp unit 308 is inserted as a second heating unit in the vaporization space 301 so that heating can be performed from the inside of the vaporization space 301.
  • the lamp power supply 309 that is the power supply of the lamp unit 308 may be always on, but the temperature controller 400 may be configured to control the output.
  • the vaporizing vessel 302 can be heated while heating the hydrogen peroxide solution dropped from the medicine droplet lowering nozzle 300, and the efficiency of vaporization of the hydrogen peroxide solution can be improved.
  • a reflection wall 310 may be provided in order to efficiently absorb the light energy emitted from the lamp unit 308 in the vaporization container 302 or the hydrogen peroxide solution. By providing the air 310 to the reflection, the light energy emitted from the lamp unit 308 can be reflected.
  • a lamp constituting the lamp unit 308 it is effective to employ a lamp using carbon as a light emitter.
  • light emission from a carbon lamp is light emission having a peak at a wavelength of 2 to 2.5 ⁇ m, and a substance containing OH can be preferentially heated. That is, hydrogen peroxide or hydrogen peroxide water can be efficiently heated.
  • FIG. 6 shows a vaporizer 114C as an example of a vaporizer structure that improves vaporization efficiency.
  • the vaporizer 114C is an example in which a spray nozzle 311 is provided as a processing liquid supply unit.
  • a spray nozzle 311 is provided as a processing liquid supply unit.
  • FIG. 7 shows a vaporizer 114D as an example of a vaporizer structure that improves vaporization efficiency.
  • the vaporizer 114D is an example in which the vaporization container 302 is formed of a heat conductive member.
  • the heat conductive member includes either or both of the internal heat conductive member 312 and the external heat conductive member 313.
  • the external heat conductive member 313 that forms the outside is formed of any one of aluminum, stainless steel, silicon carbide, or a mixture thereof having high thermal conductivity, and the internal heat conductive member 312 provided on the inside has a silicon oxide. , Aluminum oxide, chromium oxide, or a mixture thereof.
  • the external heat conducting member 313 By using the above-described member having high thermal conductivity as the external heat conducting member 313, a local temperature drop of the vaporization container 302 can be prevented. Further, by using an oxide for the internal heat conductive member 312, it is possible to prevent the external heat conductive member 313 and the processing liquid from reacting. In addition, the wettability of the treatment liquid can be improved. That is, the hydrophobicity of the inner wall of the vaporization container 302 can be reduced, the contact area with the treatment liquid can be increased, and the vaporization efficiency can be improved.
  • the structure of the internal heat conductive member 312 and the external heat conductive member 313 is formed, for example, by forming the external heat conductive member 313 from aluminum and oxidizing the aluminum.
  • the external heat conducting member 313 when a metal material is used for the external heat conducting member 313, it can be manufactured by oxidizing the metal surface. That is, it can be manufactured at low cost. Moreover, the lifetime of a vaporization apparatus can be improved by forming the external heat conductive member 313 with silicon carbide. That is, when the external heat conductive member 313 is made of metal, there is a possibility that the internal heat conductive member 312 may react with the processing liquid when the internal heat conductive member 312 is deteriorated. Because it is resistant, it can extend its life. Even when silicon carbide is used, by exposing silicon carbide to an oxidizing atmosphere at 700 ° C. or higher, an oxide film that is the internal heat conducting member 312 can be formed, and a complicated manufacturing process is not required.
  • the wettability with respect to the processing liquid can be further improved by forming the internal heat conductive member 312 in contact with the processing liquid with a silicon oxide film. Moreover, you may provide a heat conductive member in the outer periphery of the vaporization container 302 of FIG.
  • FIG. 8 shows a vaporizer 114E as an example of a vaporizer structure that does not cause a liquid pool.
  • the vaporizer 114E can prevent the occurrence of liquid pool by providing the porous heat conducting member 314 as a liquid pool preventing portion in the vaporization space 301.
  • the porous (porous) structural material has a porosity enough to have air permeability, and can increase the surface area of the evaporation surface.
  • the portion that has not been vaporized at the top of the porous heat conducting member 314 soaks into the porous portion and moves downward. Evaporation and vaporization are promoted in the process of movement, resulting in complete evaporation.
  • the portion connected as a skeleton can be efficiently heated to the uppermost part of the porous heat conductive member 314 by solid heat conduction, so that a temperature drop due to latent heat of vaporization can be prevented.
  • FIG. 9 shows a vaporizer 114F as an example of a vaporizer structure that does not cause liquid pooling.
  • the vaporizer 114F is an example in which a lamp unit 315 is provided as a second heating unit below the porous heat conducting member 314.
  • the lamp unit 315 By using the lamp unit 315, the inside of the porous structure can be directly heated by light energy. Since the inside can be directly heated, the heating efficiency of the porous heat conducting member 314 is improved.
  • the lamp unit 315 includes a lamp 315a, a window pressing portion 315b, a window 315c, a lamp housing 315d, and a lamp power source 315e.
  • the lamp unit 315 may be provided above the porous heat conducting member 314 as shown in the vaporizer 114G of FIG. 10, or may be provided in the vaporization space 301 as shown in FIG.
  • the uppermost surface of the porous heat conductive member 314 whose temperature tends to decrease can be heated.
  • the lamp unit 315 may be provided on the side surface or may be provided inside the porous heat conductive member 314. By providing inside, the whole porous heat conductive member 314 can be heated.
  • the porosity of the porous heat conducting member 314 may be a porosity that allows light to pass from the upper end to the lower end of the porous heat conducting member 314. By allowing light to pass, the entire porous heat conducting member 314 can be heated.
  • FIG. 11 shows a vaporizer 114H as an example of a vaporizer structure that does not cause a liquid pool.
  • the vaporizer 114H is an example of a method in which a part of the porous heat conducting member 314 is energized and heated. Heat is applied to the porous heat conductive material inside the vaporization vessel 302 via the intermediate heat conductive material. If the intermediate heat conducting material itself has electric conduction characteristics, it is possible to energize the internal porous heat conducting member 314 via an external heat conductor / electric conductor that is not porous. In this case, the internal porous heat conducting member 314 serves as a heating element.
  • FIG. 12 shows a vaporizer 114I as an example of a vaporizer structure that does not cause a liquid pool.
  • the vaporizer 114I is an example in which a fine granular heat conductive member 316 is provided as a liquid pool preventing portion in the vaporization space 301 formed by the external heat conductive member 313.
  • the processing liquid that has not been vaporized at the uppermost part of the fine granular heat conductive member 316 moves down along the surface of the fine particles. Evaporation and vaporization are promoted in the process of movement, leading to complete evaporation.
  • the fine granular heat conductive member 316 has a spherical shape. By making it spherical, the filling rate of the vaporization space 301 can be increased.
  • FIG. 13 shows a vaporizer 114J as an example of a vaporizer structure that does not cause a liquid pool.
  • the vaporizer 114J is an example in which, in addition to the fine granular heat conducting member 316, a small fine granular heat conducting member 317 having a smaller particle diameter than the fine granular heat conducting member 316 is provided as a second liquid pool preventing portion.
  • a gap is formed between the fine particles. Since the gap hinders heat conduction, filling the gap with small fine particles can improve thermal conductivity and vaporization performance.
  • FIG. 14 shows a vaporizer 114K as an example of a vaporizer structure that does not cause a liquid pool.
  • the vaporizer 114 ⁇ / b> K is an example in which a conical protrusion 318 is provided as a protrusion on the bottom of the external heat transfer member 313 at the bottom of the fine-grain heat transfer member 316.
  • a conical protrusion 318 is provided as a protrusion on the bottom of the external heat transfer member 313 at the bottom of the fine-grain heat transfer member 316.
  • the conical protrusion 318 causes an inclination in the fine-grained heat conducting member 316, so that the processing liquid is hardly transmitted directly below, and the evaporation surface that comes into contact with the processing liquid can be increased.
  • a conical shape is shown here, a pyramid shape, a truncated pyramid shape, a truncated cone shape, or a shape in which a triangular prism is tilted sideways may be used.
  • FIG. 15 shows a vaporizer 114L as an example of a vaporizer structure that does not cause a liquid pool.
  • the vaporizer 114L is an example in which a columnar protrusion 319 is provided as a protrusion on the bottom of the external heat conducting member 313.
  • the columnar protrusion 319 functions as a heat path to the uppermost part of the fine-grain heat conduction member 316 and can efficiently heat the uppermost part of the fine-grain heat conduction member 316.
  • the columnar protrusion 319 may have a cone shape.
  • the partition plate shape which divides the lower part of the vaporization space 301 into a some zone may be sufficient.
  • FIG. 16 shows a vaporizer 114M as an example of a vaporizer structure in which no liquid pool occurs.
  • the vaporizer 114M includes a fine granular heat conductive member 316, a small fine granular heat conductive member 317, a large fine granular heat conductive member 320 having a larger particle size than the fine granular heat conductive member 316, and a fine granular heat conductive member.
  • the dispersion plate By providing the dispersion plate, the dropped liquid is dispersed in the periphery, and the risk of staying in one place can be reduced.
  • a system in which heat conductive materials having small grains are stacked in order from the top may be used, or grains having a single size may be used.
  • a partition plate may be arranged like the vaporizer 114O shown in FIG. By arranging as shown in FIG. 18, it is possible to guide the dropped processing liquid in the lateral direction.
  • the dispersion plate may be provided with a hole having an arbitrary shape, and may have a three-dimensional structure such as a cone or a pyramid instead of a flat plate.
  • the fine heat conductive member 316 may be omitted and only the partition plate 323 may be configured. For example, by providing a triangular prism-shaped partition plate, it is possible to disperse the dropped processing liquid in the vaporization space 301.
  • the present invention is not limited to such a form, and a wafer or glass substrate with minute irregularities formed on the surface, a minute substrate Wafers coated with polysilazane on unevenness, carbon-containing wafers, and glass substrates can be similarly processed.
  • a substrate having minute irregularities formed on the surface the irregular surface can be uniformly oxidized.
  • the polysilazane in a recessed part can be uniformly oxidized by processing the wafer by which the polysilazane was apply
  • the processing temperature is equal to or lower than the softening temperature of the glass, the same processing can be performed.
  • the present invention is not limited to such a form, and may be supplied from the side surface of the vaporizer. You may make it eject from the lower side of an apparatus upward.
  • the present invention is not limited to such a form, and a plurality of dropping nozzles may be provided to increase the dropping amount.
  • size of a droplet small or the nozzle which enlarges may be sufficient.
  • the amount of hydrogen peroxide vapor can be increased.
  • steam can be increased by making a droplet small.
  • the amount of steam can be adjusted to an appropriate amount by reducing the number of nozzles.
  • a configuration obtained by combining the above-described configurations of the vaporizers 114A to 114O may be used. By combining, it becomes possible to increase the amount of vaporization of the processing liquid.
  • the vaporized gas may include a simple state of source molecules or a cluster state in which several molecules are bonded. Further, when generating gas from a liquid, it may be split up to a single state of raw material molecules, or it may be split into a cluster state in which several molecules are bonded. Further, when the quality of processing can be lowered, a fog (mist) state in which several clusters described above are gathered may be used.
  • the manufacturing process of the semiconductor device has been described.
  • the invention according to the above-described embodiment can be applied to processes other than the manufacturing process of the semiconductor device.
  • the present invention can be applied to a sealing process of a substrate having liquid crystal in a manufacturing process of a liquid crystal device and a coating process to a glass substrate, a ceramic substrate, or a plastic substrate used in various devices.
  • it can be applied to a water-repellent coating treatment on a mirror or the like.
  • HMDS hexamethyldisilazane
  • HMCTS hexamethylcyclotrisilazane
  • polycarbosilazane polycarbosilazane
  • a substrate on which a silicon-containing film is formed by a CVD method using a silicon (Si) material such as monosilane (SiH 4) gas or trisilylamine (TSA) gas may be used.
  • a vaporization apparatus comprising: a reaction chamber for treating a substrate; a vaporization container to which a treatment liquid is supplied; a treatment liquid supply unit for supplying the treatment liquid to the vaporization container; and a heating unit for heating the vaporization container; A gas supply unit configured to supply a processing gas generated by a vaporizer to the reaction chamber; an exhaust unit configured to exhaust an atmosphere in the reaction chamber; and the heating unit heating the vaporization vessel, and the processing liquid supply unit configured to There is provided a substrate processing apparatus including the heating unit and a control unit that controls the processing liquid supply unit so as to supply a processing liquid to a vaporization container.
  • the substrate processing apparatus according to appendix 1 preferably, The processing liquid supply unit is a processing droplet lower nozzle.
  • the substrate processing apparatus according to appendix 1 preferably, The treatment liquid contains an oxygen element.
  • the substrate processing apparatus according to appendix 1 preferably, The treatment liquid is a mixture of at least two liquids having different boiling points.
  • Appendix 5 The substrate processing apparatus according to appendix 1, wherein the processing liquid is preferably one of hydrogen peroxide and a mixed liquid of hydrogen peroxide and water.
  • Appendix 6 The substrate processing apparatus according to appendix 1, preferably, A reserve tank is provided upstream of the vaporizer.
  • the substrate processing apparatus preferably, The vaporizer is provided with a temperature controller that controls a heating unit provided in the vaporizer.
  • Appendix 8 The substrate processing apparatus according to appendix 1, preferably, A film containing silicon element, nitrogen element and hydrogen element is formed on the substrate.
  • Appendix 9 The substrate processing apparatus according to appendix 1, preferably, A film having a silazane bond is formed on the substrate.
  • the substrate processing apparatus preferably, The treatment liquid supply unit of the vaporizer is a spray nozzle.
  • Appendix 13 The substrate processing apparatus according to appendix 1, preferably, A heat conducting member is provided in the vaporizer.
  • the substrate processing apparatus according to appendix 13 preferably, The heat conducting member is formed of either or both of an internal heat conducting member and an external heat conducting member.
  • the substrate processing apparatus of appendix 14 preferably, The internal heat conductive member is formed of an oxide or a carbon-containing material, and the external heat transfer member is formed of any of metal, ceramics, and quartz, or a mixture thereof.
  • the substrate processing apparatus of appendix 15 preferably, The oxide is silicon oxide, the carbon-containing material is silicon carbide, the metal is aluminum or stainless steel, and the ceramic is aluminum oxide, silicon carbide, or aluminum nitride.
  • the substrate processing apparatus according to appendix 1 preferably, The vaporizer is provided with a liquid pool preventing part.
  • Appendix 18 The substrate processing apparatus according to appendix 17, preferably, A power supply unit is provided in the liquid pool preventing unit.
  • Appendix 20 The substrate processing apparatus according to appendix 1, preferably, A protrusion is provided at the bottom of the vaporization container of the vaporizer.
  • Appendix 21 The substrate processing apparatus according to appendix 1, preferably, A dispersion plate is provided in the vaporizer.
  • the substrate processing apparatus includes a control unit that controls the heating unit and the processing liquid supply unit so as to supply the processing liquid to the vaporizing container while heating the vaporizing container.
  • the substrate processing apparatus preferably, Control that controls the heating unit, the processing liquid supply unit, and the exhaust unit so as to stop the exhaust of the reaction chamber when supplying the processing liquid to the vaporizing container while the heating unit is heating the vaporizing container.
  • a step of carrying the substrate into the reaction chamber a step of heating a vaporization vessel provided in the vaporizer, a step of supplying a treatment liquid to the vaporization vessel, and the vaporizer generated in the vaporizer by the vaporizer And a step of supplying a processing gas.
  • a step of carrying the substrate into the reaction chamber a step of heating a vaporization vessel provided in the vaporizer, a step of supplying a treatment liquid to the vaporization vessel, and the vaporizer generated in the vaporizer by the vaporizer And a step of supplying a processing gas.
  • ⁇ Appendix 31> The method for manufacturing a semiconductor device according to attachment 27, preferably, A film containing silicon element, nitrogen element, and hydrogen element is formed on the substrate.
  • Appendix 32 A method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 2, preferably, A film having a silazane bond is formed on the substrate.
  • a treatment liquid supply unit for supplying a treatment liquid containing hydrogen peroxide or a mixed liquid of hydrogen peroxide and water to the vaporization container;
  • a heating unit for heating the vaporization vessel;
  • An exhaust port for discharging the processing gas generated from the processing liquid;
  • a vaporizing device is provided.
  • the vaporizer of appendix 36 preferably The treatment liquid supply unit, the heating unit, and the vaporized container to be heated contain silicon element.
  • the vaporizer of appendix 36 preferably When the processing liquid supply unit supplies the processing liquid to the vaporization container, A temperature controller that controls the heating unit and the processing liquid supply unit so that the temperature of the vaporization container is equal to or higher than a boiling point of the processing liquid;
  • the vaporizer of appendix 36 preferably The vaporizer is provided with a second heating unit.
  • the vaporizer of appendix 36 preferably The treatment liquid supply unit is a spray nozzle.
  • Appendix 41 The vaporizer of appendix 36, preferably A heat conducting member is provided.
  • the vaporizer of appendix 41 preferably The heat conducting member is formed of either or both of an internal heat conducting member and an external heat conducting member.
  • the vaporizer of appendix 42 preferably, The internal heat conductive member is formed of an oxide or a carbon-containing material, and the external heat conductive member is formed of any of metal, ceramics, and quartz, or a mixture thereof.
  • the vaporizer of appendix 43 preferably The oxide is silicon oxide, the carbon-containing material is silicon carbide, the metal is aluminum or stainless steel, and the ceramic is aluminum oxide, silicon carbide, or aluminum nitride.
  • the vaporizer of appendix 36 preferably The vaporizer is provided with a liquid pool preventing part.
  • Appendix 46 The vaporizer of appendix 45, preferably The vaporizer is provided with a second liquid pool preventing part.
  • the vaporizer of appendix 45 preferably The said liquid pool prevention part is a projection part, and is provided in the bottom part of the vaporization container.
  • Appendix 48 The vaporizer of appendix 36, preferably A distributed version is provided.
  • a procedure for supplying the treatment liquid to the vaporizer A procedure for supplying a treatment liquid to a vaporization container heated by a heating unit provided in the vaporizer, to a treatment liquid supply unit provided in the vaporizer; A procedure for causing the vaporizer to supply a processing gas to the reaction chamber; A program for causing a computer to execute a procedure for exhausting the atmosphere in the reaction chamber to the exhaust unit is provided.
  • a procedure for supplying the treatment liquid to the vaporizer A procedure for supplying a treatment liquid to a vaporization container heated by a heating unit provided in the vaporizer, to a treatment liquid supply unit provided in the vaporizer; A procedure for causing the vaporizer to supply a processing gas to the reaction chamber; There is provided a recording medium on which a program for causing a computer to execute a procedure for causing the exhaust section to exhaust the atmosphere in the reaction chamber is recorded.
  • Appendix 52 The recording medium of Appendix 51, preferably A step of controlling the heating unit so that the member is equal to or higher than the boiling point of the processing liquid;
  • the recording medium of appendix 51 preferably a procedure for unloading the substrate from the reaction chamber;
  • a maintenance procedure for the vaporizer including a procedure for supplying purge water to the vaporizer and a procedure for supplying purge gas.
  • the procedure of supplying the processing gas to the reaction chamber includes a procedure of stopping the exhausting step.
  • an oxide film can be formed at a low temperature in a short time.
  • Vaporizer 115 Reserve tank 116 ... Liquid delivery part 117 ... Oxygen-containing gas supply source 118 ... Mass flow controller A 119: Mass flow controller B 200: Controller 300: Processing droplet lower nozzle 301 ... Vaporization space 302 ... Vaporization vessel 303 ... Vaporizer heater 304 ... Exhaust Mouth 305 ... Thermocouple 306 ... Thermal insulation 307 ... Treatment liquid supply pipe 308 ... Lamp unit 309 ... Lamp power supply 310 ... Reflecting wall 311 ... Spray nozzle 312 ... Inside Thermal conductive member 313 ... External thermal conductive member 314 ... Porous thermal conductive member 315 ... Lamp unit 315a ... Lamp 315b ...

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Abstract

 基板を処理する反応室と、過酸化水素又は過酸化水素と水を含む処理液が供給される気化容器と、前記気化容器に処理液を供給する処理液供給部と、前記気化容器を加熱する加熱部と、を有する気化装置と、当該気化装置で生成した処理ガスを前記反応室に供給するガス供給部と、前記反応室内の雰囲気を排気する排気部と、前記加熱部が前記気化容器を加熱しつつ、前記処理液供給部が前記気化容器に処理液を供給するように前記加熱部と前記処理液供給部を制御する制御部と、を有する。

Description

基板処理装置、半導体装置の製造方法および気化装置
 本発明は、気体で基板を処理する基板処理装置、半導体装置の製造方法および気化装置に関する。
 大規模集積回路(Large Scale Integrated Circuit:以下LSI)の微細化に伴って、トランジスタ素子間の漏れ電流干渉を制御する加工技術は、技術的な困難を増している。LSIの素子間分離では、基板となるシリコン(Si)に、分離したい素子間に溝もしくは孔等の空隙を形成し、その空隙に絶縁物を堆積する方法によってなされている。絶縁物として、シリコン酸化膜(SiO2)が用いられることが多く、Si基板自体の酸化や、化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition:以下CVD)、絶縁物塗布法(Spin On Dielectric:以下SOD)によって形成されている。
 近年の微細化により、微細構造の埋め込み、特に縦方向に深い、あるいは横方向に狭い空隙構造への酸化物の埋め込みに対して、CVD法による埋め込み方法が技術限界に達しつつある。この様な背景を受けて、流動性を有する酸化物を用いた埋め込み方法、すなわちSODの採用が増加傾向にある。SODでは、SOG(Spin on glass)と呼ばれる無機もしくは有機成分を含む塗布絶縁材料が用いられている。この材料は、CVD酸化膜の登場以前よりLSIの製造工程に採用されていたが、加工技術が0.35μm~1μm程度の加工寸法であって微細でなかった故に、塗布後の改質方法は窒素雰囲気にて400℃程度の熱処理をおこなうことで許容されていた。近年のLSIにおいては、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やFlash Memoryに代表される最小加工寸法が、50nm幅より小さくなっており、SOGに変わる材料として、ポリシラザンを用いるデバイスメーカーが増加している。
 ポリシラザンは、例えば、ジクロロシランやトリクロロシランとアンモニアの触媒反応によって得られる材料であり、スピンコーターを用いて、基板上に塗布することによって、薄膜を形成する際に用いられる。膜厚は、ポリシラザンの分子量、粘度やコーターの回転数によって調節する。
 ポリシラザンは、製造時の過程から、アンモニアに起因する窒素を不純物として含む。ポリシラザンを用いて形成された塗布膜から不純物を取り除いて、緻密な酸化膜を得る為には、塗布後に水分の添加と熱処理をおこなうことが必要である。水分の添加方法として、熱処理炉体中に、水素と酸素を反応させて水分を発生させる手法が知られており、発生させた水分をポリシラザン膜中に取り込み、熱を付与することによって緻密な酸化膜を得る。このときに行う熱処理は、素子間分離用のSTI(Shallow Trench Isolation)の場合で、最高温度が1000℃程度に達する場合がある。
 ポリシラザンがLSI工程で広く用いられる一方で、トランジスタの熱負荷に対する低減要求も進んでいる。熱負荷を低減したい理由として、トランジスタの動作用に打ち込んだ、ボロンや砒素、燐などの不純物の過剰な拡散を防止することや、電極用の金属シリサイドの凝集防止、ゲート用仕事関数金属材料の性能変動防止、メモリー素子の書き込み、読み込み繰り返し寿命の確保、などがある。従って、水分を付与する工程において、効率良く水分を付与できることは、その後におこなう熱処理プロセスの熱負荷低減に直結する。
特開2010-87475号
 本発明の目的は、半導体装置の製造品質を向上させると共に、製造スループット向上させることが可能な基板処理装置、半導体装置の製造方法および気化装置を提供することである。
 本発明の一態様によれば、
 基板を処理する反応室と、過酸化水素又は過酸化水素と水を含む処理液が供給される気化容器と、前記気化容器に処理液を供給する処理液供給部と、前記気化容器を加熱する加熱部と、を有する気化装置と、当該気化装置で生成した処理ガスを前記反応室に供給するガス供給部と、前記反応室内の雰囲気を排気する排気部と、前記加熱部が前記気化容器を加熱しつつ、前記処理液供給部が前記気化容器に処理液を供給するように前記加熱部と前記処理液供給部を制御する制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
 本発明の更に他の態様によれば、
 基板を反応室に搬入する工程と、気化装置に設けられた気化容器を加熱する工程と、前記気化容器に過酸化水素又は過酸化水素と水を含む処理液を供給する工程と、前記気化装置が前記反応室に前記気化装置で生成した処理ガスを供給する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
 本発明の更に他の態様によれば、
 過酸化水素又は過酸化水素と水の混合液を含む処理液を気化容器に供給する処理液供給部と、前記気化容器を加熱する加熱部と、前記処理液から発生した処理ガスを排出する排気口と、を有する気化装置が提供される。
 本発明に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法および気化装置によれば、低温、短時間で酸化膜を形成することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成である。 本発明の一実施形態に係る気化装置の構造である。 本発明の一実施形態に係るコントローラの構造例である。 本発明の一実施形態に係る基板処理工程のフロー例である。 本発明の第二の実施形態に係る気化装置の構造例である。 本発明の第二の実施形態に係る気化装置の構造例である。 本発明の第二の実施形態に係る気化装置の構造例である。 本発明の第三の実施形態に係る気化装置の構造例である。 本発明の第三の実施形態に係る気化装置の構造例である。 本発明の第三の実施形態に係る気化装置の構造例である。 本発明の第三の実施形態に係る気化装置の構造例である。 本発明の第三の実施形態に係る気化装置の構造例である。 本発明の第三の実施形態に係る気化装置の構造例である。 本発明の第三の実施形態に係る気化装置の構造例である。 本発明の第三の実施形態に係る気化装置の構造例である。 本発明の第三の実施形態に係る気化装置の構造例である。 本発明の第三の実施形態に係る気化装置の構造例である。 本発明の第三の実施形態に係る気化装置の構造例である。
<本発明の一実施形態>
  以下に、本発明の一実施形態について説明する。
(1)基板処理装置の構成
  まず、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法を実施する基板処理装置の構成例について、図1を用いて説明する。図1は、基板処理装置の断面構成図である。基板処理装置は、気化された酸素を含有する液体を用いて基板を処理する装置である。例えばシリコン等からなる基板としてのウエハ100を処理する装置である。なお、ウエハ100として、微細構造である凹凸構造(空隙)を有する基板が用いられるとよい。微細構造を有する基板とは、例えば、10nm~50nm程度の幅の横方向に狭い溝(凹部)等のアスペクト比の高い構造を有する基板をいう。
 図1に示すように、基板処理装置は、ガス供給部と、ウエハ100を保持するボート102と、ウエハ100を加熱する反応室加熱部としてのヒータ103と、反応室104と、反応室内の雰囲気を排気する排気部と、コントローラ200で構成されている。
 次にガス供給部について説明する。
 ガス供給部は、反応室104内に処理ガスを供給するガス供給口101aで構成されている。必要に応じて、処理液供給ユニット101bと、気化部としての気化ユニット101cと、ドレイン101dの少なくとも1つ以上を含むように構成しても良い。
 処理液供給ユニット101bは、処理液タンク106aと処理液予備タンク106bと、パージ水供給部107とパージエア供給部108と、処理液ポンプ109と、これらをそれぞれ仕切る、手動バルブ110a、110b、110c、110dと、コントローラ200によって制御される自動バルブ111a、111b、111cとで構成される。
 パージ水供給部107とパージエア供給部108と手動バルブ110a、110bは薬液供給ユニット101bのメンテナンス時即ち、処理液供給ユニット101b内をクリーニングする際になどに用いられ、手動バルブ110aや110bは通常、閉状態となっている。
 処理液タンク106aと処理液予備タンク106bには、酸素を含む液体が入っている。酸素を含む液体とは、過酸化水素(H2O2)、オゾン(O3)、亜酸化窒素(NO)、二酸化炭素(CO2)、一酸化炭素(CO)の何れか若しくは混合された液体を含む液体である。以下の例では、過酸化水素を用いた例を記す。
 気化ユニット101cは、パージガス供給部112、液体流量制御装置113、気化装置114、リザーブタンク115とこれらを仕切る、手動バルブ110e、110f、110gと、コントローラ200により開閉を制御される自動バルブ111d、111e、111f、111g、111h、111i、111k、111L、111m、111n、111oで構成されている。
 リザーブタンク115は、液体流量制御装置113への処理液の供給圧を調整するために用いられる。処理液ポンプ109から供給される液体は連続性のある流れにならないことがある。よって、処理液供給ユニット101bから供給される処理液をリザーブタンク115に供給し、パージガス供給部112からのガス圧力により、液体流量制御装置113へ処理液を押し出すように構成されている。ガス圧力を用いることにより、処理液の供給量を一定にすることができる。気化装置114では、液体流量制御装置113で流量が調整された処理液が供給されることにより、連続的に一定量の気化処理液を生成し、反応室104に供給するようになっている。
 ここで、気化装置114の詳細な構造について図2の気化装置114Aを用いて説明する。
 気化装置114Aは、処理液を加熱された気化容器302に滴下することで処理液を気化する滴下法を用いている。気化装置114Aは、処理液供給部としての処理液滴下ノズル300と、加熱される気化容器302と、気化容器302で構成される気化空間301と、気化容器302を加熱する加熱部としての気化装置ヒータ303と、気化された処理液を反応室へ排気する排気口304と、気化容器302の温度を測定する熱電対305と、熱電対305により測定された温度に基づいて、気化装置ヒータ303の温度を制御する温度制御コントローラ400と、処理液滴下ノズル300に処理液を供給する処理液供給配管307とで構成されている。気化容器302は、滴下された処理液が気化容器に到達すると同時に気化するように気化装置ヒータ303により加熱されている。また、気化装置ヒータ303による気化容器302の加熱効率を向上させることや、気化装置114Aと他のユニットとの断熱可能な断熱材306が設けられている。気化容器302は、処理液との反応を防止するために、石英や炭化シリコンなどで構成されている。気化容器302は、滴下された処理液の温度や、気化熱により温度が低下する。よって、温度低下を防止するために、熱伝導が高い炭化シリコンを用いることが有効である。また、処理液として、沸点の異なる2つ以上の原料が混合した液体を用いる場合には、2つの沸点以上に気化容器302を加熱することで、2つの原料の比率を維持したまま気化することができる。ここで、沸点の異なる原料が混合した液体とは、過酸化水素水である。
 上述の過酸化水素水は、金属と反応する事がある。よって、上記のガス供給口101a、気化ユニット101c、処理液供給ユニット101bには、保護膜を有する部材で構成される。例えば、アルミニウムを用いた部材は、アルマイト(Al2O3)、ステンレス鋼を用いた部材は、クロム酸化膜が用いられる。また、金属以外のAl2O3,AlN,SiCなどのセラミックスや、石英の部材を用いても良い。また、加熱されない器具については、テフロン(登録商標)やプラスチックなどの処理液と反応しない材質で構成しても良い。
 排気部は、排気バルブ105aで構成されている。必要に応じて、排気ポンプ105bを含めるように構成しても良い。
 コントローラ200は、上述の自動バルブ111a~111cや、ヒータ103、液体流量制御装置113、ガス供給部、排気部、温度コントローラ306、気化装置を後述の基板処理工程を行うように、上述の各部を制御する。
 (制御部)
  図3に示すように、制御部(制御手段)であるコントローラ200は、CPU(Central Processing Unit)200a、RAM(Random Access Memory)200b、記憶装置200c、I/Oポート200dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM200b、記憶装置200c、I/Oポート200dは、内部バス200eを介して、CPU200aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ200には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置201が接続されている。
 記憶装置200cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等で構成されている。記憶装置200c内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ200に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、RAM200bは、CPU200aによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。
 I/Oポート200dは、上述のヒータ103、排気バルブ105a、排気ポンプ105b、処理液供給ユニット101b、処理液タンク106、処理液予備タンク106b、気化ユニット101c、パージガス供給部112、気化装置114、リザーブタンク115、ドレイン101d、パージ水供給部107、パージエア供給部108、処理液ポンプ109、自動バルブ111a,111b,111c,111d,111e,111f,111g,111h,111i,111k,111L,111m,111n,111o、液体流量制御装置113、排気部105、温度コントローラ306,400、気化ヒータ303、ランプユニット308,315、ランプ電源309、に接続されている。
 CPU200aは、記憶装置200cから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置201からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置200cからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、CPU200aは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、液体流量制御装置113による処理液の流量調整動作、パージ水供給部107によるパージ水の流量調整動作、パージエア供給部108によるパージガスの流量調整動作、自動バルブ111a,111b,111c,111d,111e,111f,111g,111h,111i,111k,111L,111m,111n,111oの開閉動作、排気バルブ105aの開度調整動作、温度コントローラ306、400と気化装置ヒータ303、ランプユニット308、315とランプ電源309による温度制御動作、処理液供給ユニット101bの液体供給動作、等を制御するように構成されている。
 なお、コントローラ200は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリ(USB Flash Drive)やメモリカード等の半導体メモリ)123を用意し、係る外部記憶装置123を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ200を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置123を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置123を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置200cや外部記憶装置123は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置200c単体のみを含む場合、外部記憶装置123単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
(2)基板処理工程
  続いて、図4を用いて、本実施形態にかかる半導体製造工程の一工程として実施される基板処理工程について説明する。かかる工程は、上述の基板処理装置により実施される。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ200により制御される。
 ここでは、半導体装置を構成する各素子を絶縁する、シリコン酸化膜の形成例について説明する。
(基板の搬入工程S10)
  まず、シリコン元素と窒素元素と水素元素とを含む膜が塗布されたウエハ100をボート102に積載し、ボート102を反応室104へ搬入する。搬入後、排気部と不活性ガスタンク112から供給される不活性ガスにより、反応室内104内のガス置換が行われ、酸素濃度の低減が行われる。上記のシリコン元素と窒素元素と水素元素を含む膜としては、ポリシラザンや、テトラシリルアミンとアンモニアのプラズマ重合膜などがある。
(基板の加熱工程S20)
  搬入された基板は、予め加熱されたヒータ103により所望の温度に加熱される。所望の温度とは、例えば、処理液に過酸化水素を用いる場合は室温(RT)~200℃である。好ましくは40℃~100℃であり、例えば100℃に加熱される。
(気化工程S30)
  ウエハ100が反応室104に搬入された後、処理液供給ユニット101bから気化ユニット101cへ処理液が供給され、気化ユニット101cで過酸化水素水の気化工程が行われる。気化工程では、処理液ポンプ109が、処理液タンク106a又は処理液予備タンク106bから過酸化水素水をリザーブタンク115へ送る。リザーブタンク115は、不活性ガスタンク112からガスが供給され、溜まった過酸化水素水の液面が加圧された状態となっている。圧力によって、液面より下に設けられた液送出部116から過酸化水素水が、液体流量制御装置113へ供給されるようになっている。液体流量制御装置113は、リザーブタンク115から送られた過酸化水素水の流量を調整し、気化装置114に送る。気化装置114では、図2に示すように、処理液滴下ノズル300から加熱された気化容器302へ過酸化水素水が滴下されるようになっている。滴下された過酸化水素水は、加熱された気化容器302に到達すると加熱され蒸発し、ガスとなる。ガスとなった過酸化水素は、排気口304から、反応室104へ流れるようになっている。過酸化水素水は、過酸化水素(H2O2)と水(H2O)を含んでいる。この2つの物質は沸点が異なるが、それぞれの物質を瞬時に加熱蒸発させる本方式では、液体状態と気体状態でのそれぞれの分量を変化させること無く反応室104に原料を供給することができる。尚、過酸化水素水の気化工程は、ウエハ100の搬入工程前から行われていても良い。
(酸化工程S40)
  所望の温度に加熱された後、自動バルブ111Lを開け、気化ユニット101cから反応室104へ気化した過酸化水素を供給し、反応室104内を満たす。過酸化水素が供給されることにより、ウエハ100上に塗布されたポリシラザンは、過酸化水素により、加水分解される。また、加水分解により生じたSiが過酸化水素により酸化され、シリコン酸化膜が形成される。なお、酸化工程での反応室104内の圧力は、減圧状態であっても、大気圧以上に加圧された状態であっても良い。好ましくは、50kPa~ 300kPa(0.5気圧~3気圧)の圧力が良い。加圧することにより、気化状態の過酸化水素とウエハ100との接触確率を増加させることができ、処理均一性や処理速度を向上させることができる。大気圧以上にするには、排気バルブ105aを閉めて排気を止める排気停止工程S50を行う。
 過酸化水素を用いることにより、活性種の一つである、ヒドオキシラジカル(OH*)を発生させることできる。この活性種により、ポリシラザンを酸化することが可能となる。ヒドロオキシラジカルは、酸素と水素が結合した中性ラジカルであり、酸素分子に水素が結合した単純構造であることから、低密度媒体に対して浸透しやすい特徴がある。
 また、発明者の鋭意研究により、過酸化水素は、水(H2O)の気体状態より、浸透性が高いことが判明した。この性質を用いることで、厚膜ポリシラザンの内部や、微小空間に形成されたポリシラザンの内部まで酸化することができ、深さ方向での誘電率特性や、膜の密度特性などの膜特性を均一にすることができる。
(アニール工程S60)
  過酸化水素での酸化処理後、ウエハ100上に形成したシリコン酸化膜の質を向上させるために、必要に応じてアニール処理が行われる。
 過酸化水素のガスの供給を止めた後、反応室104内に、不活性ガスタンク112により、不活性ガスを供給しつつ、処理室104を400℃~1100℃の所望の温度に昇温し、温度を保持する。その後、必要に応じて酸素含有ガス供給源117から、酸素含有ガスを供給し、シリコン酸化膜のアニール処理を行う。ここで、酸素含有ガスとは、酸素(O2)、水(H2O)、オゾン(O3)、亜酸化窒素(NO)、二酸化窒素(NO2)の何れか若しくは、これらの混合ガスである。また、形成された酸化膜を窒化するために、窒素含有ガスを供給しても良い。窒素含有ガスとは、窒素(N2)、アンモニア(NH3)の何れか若しくはこれらの混合ガスでも良い。
(冷却工程S70)
  加熱されたウエハ100を搬送可能な温度まで冷却を行う。また、冷却工程では、基板に酸素が吸着・反応しない様、ウエハ100に形成された膜に対して不活性なガスに置換した後に行っても良い。なお、アニール工程S60を行っていない場合は冷却工程S70を行わなくても良い。
(基板の搬出工程S80)
  反応室104内の温度やガスが、搬出可能な状態となった後、搬出処理が行われる。
 なお、アニール工程を行ってない場合は、反応室104内に、過酸化水素が残留している場合がある。この場合には、処理液の除去工程を行った後に基板の搬出が行われる。
(処理液の除去工程S90)
  残留した、過酸化水素などは、液体となり、反応室104内の部材に付着している可能性がある。この残留した気体や液体は、ウエハ100へウォータースポットを形成することや、反応室104の外部に存在する金属が含まれる部材を腐蝕することがある。除去工程では、排気部105により反応室104内が真空に排気される。真空排気することにより、液体状態となった過酸化水素も気体となり排出される。また任意のタイミングで不活性ガスを供給することにより、過酸化水素の排出を促すようにしても良い。例えば、真空排気と不活性ガス供給を交互に行うことによって、過酸化水素の排出効率が向上する。
(メンテナンス工程S100)
  また、必要に応じて、処理液供給ユニット101bにクリーニングや部品交換のメンテナンス工程が行われる。過酸化水素水は、金属等と反応する可能性があるので、メンテナンス前後で処理液供給配管のクリーニングが必要となる。メンテナンス工程では、まず、自動バルブ111aと111bが閉じられ、過酸化水素水の供給が停止される。その後、パージ水供給部107から蒸留水などの不純物を含まない水が供給され、処理液供給ユニット101bと気化ユニット101c内の過酸化水素水が除去される。各部に送られた水と過酸化水素は、ドレイン101dに貯められる。その後、パージエア供給部108や不活性ガス供給部112からパージガスが供給され、処理液供給ユニット101bと気化ユニット101c内の水が除去される。このパージで押し出される水もドレイン101dに貯められる。このようにして処理液配管内の処理液が除去された状態で部品交換等が行われる。この工程を行うことにより、安全にメンテナンス作業を行うことができる。
(3)本実施形態に係る効果
  本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
(a)本実施形態によれば、
 沸点が異なる2つ以上の物質が含まれる液体を、気化させることができる。
(b)また、沸点が異なる2つ以上の物質が含まれる気体を、液体時の分量を保ったまま、反応室に供給することができ、再現性良くウエハへの処理を施すことができる。
(c)また、リザーブタンクを備えることにより、気化装置への過酸化水素水の供給が不連続とならず、気体状態の過酸化水素の反応室への供給量を一定量に保つことができ、ウエハへの処理の均一性やウエハ処理バッチ毎の再現性を向上させることができる。
(d)また、気化状態の過酸化水素を基板に供給することで、ポリシラザンを厚さ方向で均一に酸化することができる。
(e)また、処理液に過酸化水素水を用いることで、基板に形成されたポリシラザン膜を低温且つ短時間で酸化することができる。また、ポリシラザン膜が形成された基板の処理バッチ毎の再現性を向上させることができる。
 以上、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
 更に鋭意研究した結果、気化装置114の構造を改善することにより、過酸化水素を含有するガスの供給量を増大させることによって、ウエハ100の処理速度やウエハ100への処理均一性や、処理の再現性を改善させることができることを見出した。即ち、過酸化水素水の加熱効率を向上させることにより、気化量を増大させることができる。また、長時間の気化を行うことにより、気化空間301を構成する気化容器302の温度が低下し、気化効率が低下する問題を見出した。以下に、気化効率を向上させる気化装置構造を示す。
<本発明の第二の実施形態>
 図5に、気化効率を向上させる気化装置構造の一例をとしての気化装置114B示す。
 気化装置114Bは、気化空間301内に第二の加熱部としてランプユニット308を挿入し、気化空間301内の内部から、加熱できるようにした構造となっている。ランプユニット308の電源であるランプ電源309は、常時ON状態でも良いが、温度コントローラ400で出力が制御されるように構成しても良い。内部から加熱することにより、薬液滴下ノズル300から滴下された過酸化水素水を加熱しつつ、気化容器302を加熱させることができ、過酸化水素水の気化の効率を向上させることができる。また、ランプユニット308から放出される光エネルギーを、気化容器302や、過酸化水素水に効率よく吸収させるために、反射壁310を設けても良い。反射へ気310を設けることによって、ランプユニット308から放出された光エネルギーを反射させることができる。ランプユニット308を構成するランプとしては、カーボンを発光体とするランプを採用することが有効である。例えば、カーボンランプからの発光は、波長2~2.5μmをピークとする発光であり、OHを含む物質を優先的に加熱することができる。即ち、過酸化水素や過酸化水素水を効率良く加熱することができる。
 図6に、気化効率を向上させる気化装置構造の一例としての気化装置114Cを示す。
 気化装置114Cは、処理液供給部として噴霧ノズル311を設けた例である。滴下ノズルを噴霧ノズル311にすることにより、滴下される液体の粒を小さくすることができ、液体の加熱効率が向上する。これにより、気化量を増大させることが可能となる。また、処理液が滴下される場所が一箇所に集中せず、液体の凝縮を防止できる上、気化容器302内の面を広く効果的に使うことができる。
 図7に、気化効率を向上させる気化装置構造の一例としての気化装置114Dを示す。気化装置114Dは気化容器302を熱伝導部材で構成した例である。熱伝導部材は、内部熱伝導部材312と外部熱伝導部材313の何れか若しくは、両方を含む。例えば、外側を形成する外部熱伝導部材313として熱伝導率の高い、アルミニウム、ステンレス鋼、炭化シリコンの何れか若しくはこれらの混合物で形成し、内側に設けられる内部熱伝導部材312に、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、クロム酸化物の何れか若しくはこれらの混合物で形成する。外部熱伝導部材313に上述の熱伝導率の高い部材を用いることで、気化容器302の局所的な温度低下を防ぐことができる。また、内部熱伝導部材312に、酸化物を用いることにより、外部熱伝導部材313と処理液が反応することを防ぐことができる。また、処理液の濡れ性を向上させることができる。即ち、気化容器302の内壁の疎水性を低くすることができ、処理液との接触面積を増大させ気化効率を向上させることができる。内部熱伝導部材312と外部熱伝導部材313の構造は、例えば、外部熱伝導部材313をアルミニウムで形成し、内部熱伝導部材312は、アルミニウムを酸化することにより形成される。このように、外部熱伝導部材313に金属材料を用いた場合は、金属表面を酸化することで製造することが可能となる。即ち、安価に製造することが可能となる。また、外部熱伝導部材313を炭化シリコンで形成することにより、気化装置の寿命を向上させることができる。即ち、外部熱伝導部材313を金属で構成している場合は、内部熱伝導部材312が劣化した場合に、処理液と反応してしまう事が起きる可能性があるが、炭化シリコンは処理液に耐性があるので、寿命を延ばすことができる。また、炭化シリコンを用いた場合でも、炭化シリコンを700℃以上の酸化雰囲気に暴露することにより、内部熱伝導部材312である酸化膜を形成することができ、複雑な製造工程が不要となる。また、処理液と触れる内部熱伝導部材312をシリコン酸化膜で形成することによって、処理液に対する濡れ性をより向上させることができる。また、熱伝導部材は、図2の気化容器302の外周に設けても良い。
<本発明の第三の実施形態>
 また、更に鋭意研究した結果、気化装置114において、同一箇所へ連続した滴下によって、液溜まりが発生する可能性があることが判明した。液溜まりが発生すると、蒸発潜熱によって温度の低い状態が持続されてしまい、気化量が不安定になる問題を見出した。また、気化容器302の液溜まりの部分が微量に溶け出してしまうという問題を見出した。
 図8に、液溜まりを生じない気化装置構造の一例としての気化装置114Eを示す。気化装置114Eは、気化空間301に、液溜まり防止部としてポーラス熱伝導部材314を設けることにより、液溜まりの発生を防止できる。ポーラス(多孔質状)構造材は、通気性を有する程度の気孔率となっており、蒸発面の表面積を増やすことが可能になる。液滴ノズルから滴下された過酸化水素水は、ポーラス熱伝導部材314の最上部で気化しなかった部分がポーラス部分に染み込んで、下へと移動する。移動する過程で蒸発気化が促され、完全に蒸発に至る。ポーラス構造の場合、骨格として結合している部分で、固体熱伝導により、ポーラス熱伝導部材314の最上部まで効率良く加熱することができるので蒸発潜熱での温度低下を防止することができる。
 図9に、液溜まりが生じない気化装置構造の一例としての気化装置114Fを示す。
 気化装置114Fは、ポーラス熱伝導部材314の下部に第二の加熱部としてランプユニット315を設けた例である。ランプユニット315を用いることで、ポーラス構造内部に直接、光エネルギーにより、内部を加熱させることができ。内部を直接加熱できるので、ポーラス熱伝導部材314の加熱効率が向上する。ランプユニット315は図9に示すように、ランプ315aと窓押さえ部315bと窓315cとランプ筐体315dとランプ電源315eによって形成されている。ランプユニット315は、図10の気化装置114Gに示すようにポーラス熱伝導部材314の上部に設けても良いし、図5のように気化空間301内に設けても良い。ポーラス熱伝導部材314の上部に設けることにより、温度が下がり易いポーラス熱伝導部材314の最上面を加熱させることができる。ここでは、ポーラス熱伝導材314の下部や上部から加熱する例を示したが、ランプユニット315を側面に設けても良いし、ポーラス熱伝導部材314の内部に設けても良い。内部に設けることにより、ポーラス熱伝導部材314全体を加熱することができる。また、ポーラス熱伝導部材314の気孔率は、ポーラス熱伝導部材314の上端から下端まで光が透過できるような気孔率にしても良い。光が透過できるようにすることで、ポーラス熱伝導部材314の全体を加熱することが可能となる。
 図11に、液溜まりが生じない気化装置構造の一例としての気化装置114Hを示す。
 気化装置114Hは、ポーラス熱伝導部材314の一部に通電して加熱する方法例である。中間の熱伝導材を介して、気化容器302内部のポーラス熱伝導材に熱を与えている。尚、中間の熱伝導材自体に電気伝導特性を有する場合は、ポーラスでは無い、外部熱伝導体兼電気伝導体を介して、内部のポーラス熱伝導部材314に通電することも可能である。この場合は、内部のポーラス熱伝導部材314が発熱体となる。
 図12に、液溜まりが生じない気化装置構造の一例としての気化装置114Iを示す。
 気化装置114Iは、外部熱伝導部材313で形成された気化空間301に、液溜まり防止部として細粒状の細粒状熱伝導部材316を設けた例である。細粒状熱伝導部材316を設けることにより、細粒状熱伝導部材316最上部で気化しなかった処理液が、細粒の表面を伝って下へと移動する。移動する過程で蒸発気化が促され、完全蒸発に至る。細粒状熱伝導部材316は、球状となっている。球状とすることで、気化空間301の充填率を高めることができる。
 図13に、液溜まりが生じない気化装置構造の一例としての気化装置114Jを示す。
 気化装置114Jは、細粒状熱伝導部材316の他に、第二の液溜まり防止部として細粒状熱伝導部材316よりも粒径が小さい小細粒状熱伝導部材317を設けた例である。図12の様に同じ大きさの細粒のみで構成した場合には、細粒と細粒の間に隙間を生じる。隙間は、熱伝導の妨げとなるため、この隙間を小さい細粒で埋めることで、熱伝導性を向上させるとともに、気化性能も向上させることができる。
 図14に、液溜まりが生じない気化装置構造の一例としての気化装置114Kを示す。
 気化装置114Kは、細粒状熱伝導部材316の下部であって、外部熱伝導部材313の底部に突起部として円錐状突起部318を設けた例である。円錐状突起部318を設けることにより、処理液が外部熱伝導部材313の底部に達した場合に、外部熱伝導部材313の一箇所に滞留しないようにすることができる。また、円錐状突起部318により、細粒状熱伝導部材316に傾きが生じ、処理液が直下に伝わり難い構造となり、処理液と触れる蒸発面を増やすことができる。ここでは、円錐形状を示したが、角錐や角錐台、円錐台の形状でも良く、三角柱を横に倒したような形状でも良い。
 図15に、液溜まりが生じない気化装置構造の一例としての気化装置114Lを示す。
 気化装置114Lは、外部熱伝導部材313の底部に突起部として柱状突起部319を設けた例である。
 柱状突起部319は、細粒状熱伝導部材316の最上部へのヒートパスとして機能し、細粒状熱伝導部材316の最上部まで効率良く加熱することができる。なお、柱状突起部319は、錐形状でも良い。また、気化空間301の下部を複数のゾーンに分ける区切り板形状であっても良い。
 図16に、液溜まりが生じない気化装置構造の一例としての気化装置114Mを示す。
 気化装置114Mは、液溜まり防止部として細粒状熱伝導部材316と、小細粒状熱伝導部材317と、細粒状熱伝導部材316よりも粒が大きい大細粒状熱伝導部材320と、細粒状熱伝導部材316と小細粒状熱伝導部材317と大細粒状熱伝導部材320の間に設けられる粗分散版321と、細分散板322が設けられた例である。分散版を設けることにより、滴下した液体が周辺に分散されるようになり、一箇所に滞留するリスクを低減することができる。また、図17に示す気化装置114Nの様に、粒の小さい熱伝導材を上から順に積み重ねる方式であっても良いし、全て単一の大きさの粒を用いても良い。また、図18に示す気化装置114Oの様に、仕切り板を配置しても良い。図18の様に配置することにより、滴下された処理液を横方向に導くことが可能になる。尚、分散板には、任意の形状の孔を設けても良く、平板でなく、円錐や角錐等の立体構造を有していても良い。また、細粒状熱伝導部材316が無く、仕切り板323だけの構成であっても良い。例えば、三角柱形状の仕切り板を設けることにより、滴下される処理液を気化空間301内に分散させることができる。
<本発明の他の実施形態>
  以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
 例えば、上述の実施形態では、ポリシラザンが塗布されたウエハ100を処理する場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されず、表面に微小な凹凸が形成されたウエハやガラス基板、微小な凹凸の上にポリシラザンが塗布されたウエハ、炭素を含有するウエハやガラス基板も同様に処理することが可能である。表面に微小な凹凸が形成された基板を処理することによって、凹凸の表面を均一に酸化することができる。また、微小な凹凸上にポリシラザンが塗布されたウエハを処理することにより、凹部内のポリシラザンを均一に酸化することができる。ガラス基板の場合であっても、処理温度がガラスの軟化温度以下であるので、同様に処理することができる。
 また例えば、上述の実施形態では、過酸化水素水を上から下へ滴下する場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されず、気化装置の側面から供給するようにしても良く、気化装置の下側から上へ噴出させるようにしても良い。
 また例えば、上述の実施形態では、滴下ノズルを一つ設けた場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されず、複数個設けて、滴下量を増やすように構成しても良い。また、滴粒の大きさを小さくするノズルでも大きくするノズルでも良い。ノズルを複数個設けることにより、過酸化水素の蒸気量を増やすことができる。また、滴粒を小さくすることで、蒸気量を増やすことができる。また、逆に、蒸気量が多すぎる場合や、加熱される気化容器の温度低下が激しい場合は、ノズル数を減らしたりすることで、蒸気量を適正な量に調整することができる。
 また例えば、上述した、気化装置114A~114Oのそれぞれの構成を組み合わせた構成であっても良い。組合せることで、処理液の気化量を増大させることが可能となる。
 なお、上述の実施形態で、蒸発した気体とは、原料分子の単体の状態や、いくつかの分子が結合したクラスタ状態が含まれてれも良い。また、液体から気体を発生する際には、原料分子の単体の状態まで分裂させるようにしても良いし、いくつかの分子が結合したクラスタ状態にまで分裂させるようにしても良い。また、処理の品質を落とせる場合は、上述のクラスタが幾つか集まってできた霧(ミスト)状態であっても良い。
 また、上述では、半導体装置の製造工程について記したが、上述の実施形態にかかる発明は、半導体装置の製造工程以外にも適用可能である。例えば、液晶デバイスの製造工程での液晶を有する基板の封止処理や、各種デバイスに使われるガラス基板やセラミック基板、プラスチック基板へのコーティング処理にも適用可能である。更には、鏡などへの撥水コーティング処理などにも適用可能である。
 また、上述では、ポリシラザンが塗布された基板を処理する例を示したが、これに限定されるものではない。シラザン結合(Si-N結合)を有する材料であれば良い。例えば、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、ヘキサメチルシクロトリシラザン(HMCTS)、ポリカルボシラザン、ポリオルガノシラザンを用いた塗布膜が有る。
 また、この他、例えば、モノシラン(SiH4)ガス又は、トリシリルアミン(TSA)ガスなどのシリコン(Si)原料を用いたCVD法によってシリコン含有膜が形成された基板を用いても良い。
<本発明の好ましい態様>
  以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
<付記1>
  本発明の一態様によれば、
  基板を処理する反応室と、処理液が供給される気化容器と、前記気化容器に処理液を供給する処理液供給部と、前記気化容器を加熱する加熱部と、を有する気化装置と、当該気化装置で生成した処理ガスを前記反応室に供給するガス供給部と、前記反応室内の雰囲気を排気する排気部と、前記加熱部が前記気化容器を加熱しつつ、前記処理液供給部が前記気化容器に処理液を供給するように前記加熱部と前記処理液供給部を制御する制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
<付記2>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記処理液供給部は、処理液滴下ノズルである。
<付記3>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記処理液は、酸素元素を含有する。
<付記4>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記処理液は、沸点が異なる液体が少なくとも2つ以上混合している。
<付記5>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理液は、過酸化水素と、過酸化水素と水の混合液の何れかである。
<付記6>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記気化装置の前段にはリザーブタンクが備えられている。
<付記7>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記気化装置には、気化装置に設けられた加熱部を制御する温度コントローラが設けられている。
<付記8>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記基板にはシリコン元素と窒素元素と水素元素を含有する膜が形成されている。
<付記9>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記基板には、シラザン結合を有する膜が形成されている。
<付記10>
  付記9の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記シラザン結合を有する膜は、ポリシラザンを有する膜である。
<付記11>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記の気化装置には、第2の加熱部が設けられている。
<付記12>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記気化装置の処理液供給部は、噴霧ノズルである。
<付記13>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記気化装置に熱伝導部材が設けられている。
<付記14>
  付記13の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記熱伝導部材は、内部熱伝導部材と外部熱伝導部材の何れか若しくは両方で形成されている。
<付記15>
  付記14の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記内部熱伝導部材は酸化物又は炭素含有物で形成され、外部熱伝部材は金属とセラミックスと石英の何れか若しくはこれらの混合物で形成されている。
<付記16>
  付記15の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記酸化物はシリコン酸化物であり、炭素含有物はシリコン炭化物であり、金属はアルミニウム又はステンレス鋼であり、セラミックスは酸化アルミ、炭化シリコン、窒化アルミである。
<付記17>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記気化装置に、液溜まり防止部が設けられている。
<付記18>
  付記17の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記液溜まり防止部に電力供給部が設けられている。
<付記19>
  付記17の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記気化装置に、第2の液溜まり防止部が設けられている。
<付記20>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記気化装置の気化容器の底部に、突起部が設けられている。
<付記21>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記気化装置に、分散板が設けられている。
<付記22>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記気化装置に、仕切り板が設けられている。
<付記23>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記反応室に反応室加熱部が設けられている。
<付記24>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記加熱部が前記気化容器を加熱しつつ、前記気化容器に処理液を供給するように前記加熱部と前記処理液供給部を制御する制御部を有する。
<付記25>
  付記1の基板処理装置であって、好ましくは、
 前記加熱部が前記気化容器を加熱しつつ、前記気化容器に処理液を供給する際に、前記反応室の排気を止めるように前記加熱部と前記処理液供給部と前記排気部と制御する制御部を有する。
<付記26>
  本発明の更に他の態様によれば、
  基板を反応室に搬入する工程と、気化装置に設けられた気化容器を加熱する工程と、前記気化容器に処理液を供給する工程と、前記気化装置が前記反応室に前記気化装置で生成した処理ガスを供給する工程と、を有する基板処理方法が提供される。
<付記27>
  本発明の更に他の態様によれば、
  基板を反応室に搬入する工程と、気化装置に設けられた気化容器を加熱する工程と、前記気化容器に処理液を供給する工程と、前記気化装置が前記反応室に前記気化装置で生成した処理ガスを供給する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
<付記28>
  付記27の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
 前記処理液は、沸点が異なる液体が少なくとも2つ以上混合している。
<付記29>
  付記27の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
 前記処理液は、酸素元素を含有する。
<付記30>
  付記27の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
 前記処理液は、過酸化水素と、過酸化水素と水の混合液の何れかである。
<付記31>
  付記27の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
 前記基板には、シリコン元素と窒素元素と水素元素を含有する膜が形成されている。
<付記32>
  付記2の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
 前記基板には、シラザン結合を有する膜が形成されている。
<付記33>
  付記32の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
 前記シラザン結合を有する膜は、ポリシラザン膜である。
<付記34>
  付記27の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
 前記処理液は、沸点の異なる2つ以上の液体であって、
 前記気化容器の温度を当該液体の沸点の高い方の温度以上になるように制御する工程を有する。
<付記35>
  付記27の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
 前記反応室に処理ガスを供給する工程では、前記排気する工程を止める工程を有する。
<付記36>
 本発明の更に他の態様によれば、
 過酸化水素又は過酸化水素と水の混合液を含む処理液を気化容器に供給する処理液供給部と、
 前記気化容器を加熱する加熱部と、
 前記処理液から発生した処理ガスを排出する排気口と、
 を有する気化装置が提供される。
<付記37>
  付記36の気化装置であって、好ましくは、
 前記処理液供給部と、前記加熱部と、前記加熱される気化容器は、シリコン元素を含有する。
<付記38>
 付記36の気化装置であって、好ましくは、
 前記処理液供給部が前記気化容器に前記処理液を供給する際に、
 前記気化容器の温度が、前記処理液の沸点以上になるように前記加熱部と前記処理液供給部を制御する温度コントローラを有する。
<付記39>
 付記36の気化装置であって、好ましくは、
 前記気化装置には、第2の加熱部が設けられている。
<付記40>
 付記36の気化装置であって、好ましくは、
 前記処理液供給部は、噴霧ノズルである。
<付記41>
 付記36の気化装置であって、好ましくは、
 熱伝導部材が設けられている。
<付記42>
 付記41の気化装置であって、好ましくは、
 前記熱伝導部材は、内部熱伝導部材と外部熱伝導部材の何れか若しくは両方で形成されている。
<付記43>
 付記42の気化装置であって、好ましくは、 
 前記内部熱伝導部材は、酸化物又は炭素含有物で形成され、外部熱伝導部材は金属とセラミックスと石英の何れか若しくはこれらの混合物で形成されている。
<付記44>
 付記43の気化装置であって、好ましくは、
 前記酸化物は、シリコン酸化物であり、前記炭素含有物はシリコン炭化物であり、金属は、アルミニウム又はステンレスであり、セラミックスは酸化アルミ、炭化シリコン、窒化アルミである。
<付記45>
 付記36の気化装置であって、好ましくは、
 前記気化装置に、液溜まり防止部が設けられている。
<付記46>
 付記45の気化装置であって、好ましくは、
 前記気化装置に、第2の液溜まり防止部が設けられている。
<付記47>
 付記45の気化装置であって、好ましくは、
 前記液溜まり防止部は、突起部であり、気化容器の底部に設けられている。
<付記48>
 付記36の気化装置であって、好ましくは、
 分散版が設けられている。
<付記49>
 本発明の更に他の態様によれば、
 基板を反応室に搬入する工程と、気化装置に処理液を供給する工程と、気化装置に設けられた処理液供給部が、処理液を気化装置に設けられた加熱部により加熱された気化容器に供給する工程と、排気部が反応室内の雰囲気を排気する工程と、反応室から基板を搬出する工程と、気化装置にパージ水を供給するステップとパージガスを供給するステップとを有する気化装置のメンテナンス工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
<付記50>
  本発明の更に他の態様によれば、
 気化装置に処理液を供給する手順と、
 気化装置に設けられた処理液供給部に処理液を気化装置に設けられた加熱部により加熱された気化容器に供給させる手順と、
 前記気化装置に前記反応室に処理ガスを供給させる手順と、
 排気部に反応室内の雰囲気を排気させる手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
<付記51>
  本発明の更に他の態様によれば、
 気化装置に処理液を供給する手順と、
 気化装置に設けられた処理液供給部に処理液を気化装置に設けられた加熱部により加熱された気化容器に供給させる手順と、
 前記気化装置に前記反応室に処理ガスを供給させる手順と、
 排気部に反応室内の雰囲気を排気させる手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体が提供される。
<付記52>
  付記51の記録媒体であって、好ましくは、
 前記部材を前記処理液の沸点以上になるように前記加熱部を制御する手順を有する。
<付記53>
  付記51の記録媒体であって、好ましくは、前記反応室から基板を搬出する手順と、
 前記気化装置にパージ水を供給する手順とパージガスを供給する手順とを有する気化装置のメンテナンス手順を有する。
<付記54>
  付記51の記録媒体であって、好ましくは、前記反応室に処理ガスを供給する手順では、前記排気する工程を止める手順を有する。
 
  本発明に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法および気化装置によれば、低温、短時間で酸化膜を形成することが可能となる。 
 100・・・ウエハ(基板)  101・・・ガス供給部  101a・・・ガス供給口  101b・・・処理液供給ユニット  101c・・・気化ユニット
 101d・・・ドレイン  102・・・ボート  103・・・ヒータ  104・・・反応室  105・・・排気部  105a・・・排気バルブ  105b・・・排気ポンプ
 106a・・・処理液タンク  106b・・・処理液予備タンク  107・・・パージ水供給部  108・・・パージエア供給部  109・・・処理液ポンプ  110a~110h・・・手動バルブ
 111a~111o・・・自動バルブ  112・・・不活性ガスタンク  113・・・液体流量制御装置  114・・・気化装置  115・・・リザーブタンク  116・・・液送出部
 117・・・酸素含有ガス供給源  118・・・マスフロコントローラA  119・・・マスフロコントローラB  200・・・コントローラ  300・・・処理液滴下ノズル
 301・・・気化空間  302・・・気化容器  303・・・気化装置ヒータ  304・・・排気口  305・・・熱電対  306・・・断熱材  307・・・処理液供給配管
 308・・・ランプユニット  309・・・ランプ電源  310・・・反射壁  311・・・噴霧ノズル  312・・・内部熱伝導部材  313・・・外部熱伝導部材
 314・・・ポーラス熱伝導部材  315・・・ランプユニット  315a・・・ランプ  315b・・・窓押さえ部  315c・・・窓  315d・・・ランプ筐体
 315e・・・ランプ電源  316・・・細粒状熱伝導部材  317・・・小細粒状熱伝導部材  318・・・円錐状突起部  319・・・柱状突起部  320・・・大細粒状熱伝導部材
 321・・・粗分散版  322・・・細分散版  323・・・仕切り板  400・・・温度コントローラ  200・・・コントローラ  200a・・・CPU  200b・・・RAM
 200c・・・記憶装置  200d・・・I/Oポート  200e・・・内部バス 

Claims (15)

  1.  基板を処理する反応室と、
       過酸化水素又は過酸化水素と水を含む処理液が供給される気化容器と、
       前記気化容器に前記処理液を供給する処理液供給部と、
       前記気化容器を加熱する加熱部と、
       前記気化容器と前記処理液供給部と前記加熱部を有する気化装置と、
     当該気化装置で生成された処理ガスを前記反応室に供給するガス供給部と、
     前記反応室内の雰囲気を排気する排気部と、
     前記加熱部が前記気化容器を加熱しつつ、前記処理液供給部が前記気化容器に前記処理液を供給するように前記加熱部と前記処理液供給部を制御する制御部と、を有する基板処理装置。
  2.  前記処理液供給部は、前記処理液を滴下する処理液滴下ノズルである請求項1の基板処理装置。
  3.  前記基板には、シラザン結合を有する膜が形成されている請求項1の基板処理装置。
  4.  前記シラザン結合を有する膜は、ポリシラザン膜である請求項3の基板処理装置。
  5.  前記制御部は、前記気化容器の温度を前記処理液の沸点以上になるように前記加熱部を制御する請求項1の基板処理装置。
  6.  前記制御部は、前記反応室内に前記気化装置で生成された処理ガスを供給する際に前記反応室内の雰囲気の排気を止めるように前記排気部を制御する請求項1の基板処理装置。
  7.  基板を反応室に搬入する工程と、
       気化装置に設けられた気化容器を加熱する工程と、
       前記気化容器に過酸化水素又は過酸化水素と水を含む処理液を供給する工程と、
     前記気化装置で生成した処理ガスを前記反応室に供給する工程と、
     を有する半導体装置の製造方法。
  8.  前記基板には、シラザン結合を有する膜が形成されている請求項7の半導体装置の製造方法。
  9.  前記シラザン結合を有する膜は、ポリシラザン膜である請求項8の半導体装置の製造方法。
  10.  前記気化容器の温度を前記処理液の沸点以上になるように前記加熱部を制御する工程を有する請求項7の半導体装置の製造方法。
  11.  前記反応室に前記気化装置で生成した処理ガスを供給する工程では、
     前記反応室内の雰囲気の排気を停止する工程を有する
     請求項7の半導体装置の製造方法。
  12.  過酸化水素又は過酸化水素と水の混合液を含む処理液を気化容器に供給する処理液供給部と、
     前記気化容器を加熱する加熱部と、
     前記処理液から発生した処理ガスを排出する排気口と、
     を有する気化装置。
  13.  前記処理液供給部が前記気化容器に前記処理液を供給する際に、
     前記気化容器の温度が、前記処理液の沸点以上になるように前記加熱部を制御する温度コントローラを有する請求項12の気化装置。
  14.  前記気化容器の内部と外部のいずれか又は両方に熱伝導部材を有する請求項13の気化装置。
  15.  前記気化容器内に、液溜まり防止部を有する請求項13の気化装置。
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