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処理方法及び処理装置 - 東京エレクトロン株式会社
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発明の名称 処理方法及び処理装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−36265(P2007−36265A)
公開日 平成19年2月8日(2007.2.8)
出願番号 特願2006−227899(P2006−227899)
出願日 平成18年8月24日(2006.8.24)
代理人 【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
発明者 松本 賢治
要約 課題
液体混合原料を気化して処理ガスとして用いる処理装置において、複数種類の液体混合原料を順次供給する際に、液体混合原料の切り替えに要する時間を短縮することを課題とする。

解決手段
金属元素を含む第1の液体材料を第1の送液配管20,22,24を介して第3の送液配管30へ供給し、第1の液体材料の各溶液原料を混合した第1の混合液体材料を気化器32に供給する。第1の液体材料を第1の送液配管を介して第3の送液配管30へ供給し、残留している第1の液体材料を、第1の液体材料の各溶液原料を混合した第2の混合液体材料により、第3の送液配管30の気化器32手前の位置に接続されたドレイン配管38に押し出す。第1の液体材料を第1の送液配管を介して第3の送液配管30へ供給し、混合した第2の混合液体材料を気化器32に供給する。
特許請求の範囲
【請求項1】
液体材料を気化して生成した気体を用いて被処理体を処理する処理方法であって、
金属元素を含む溶液原料群から選ばれた第1の液体材料を第1の送液配管を介して第3の送液配管へ供給し、第3の送液配管において前記第1の液体材料の各溶液原料を第1の所定の混合比で混合した第1の混合液体材料を気化器に供給する第1の液体材料供給工程と、
前記第1の液体材料を前記第1の送液配管を介して前記第3の送液配管へ供給し、前記第3の送液配管に残留している前記第1の液体材料を、前記第1の液体材料の各溶液原料を第2の所定の混合比で混合した第2の混合液体材料により、前記第3の送液配管の前記気化器手前の位置に接続されたドレイン配管に押し出して置換する切り替え工程と、
前記第1の液体材料を前記第1の送液配管を介して前記第3の送液配管へ供給し、前記第3の送液配管において混合した前記第2の混合液体材料を前記気化器に供給する第2の液体材料供給工程と
を有することを特徴とする処理方法。
【請求項2】
請求項1記載の処理方法であって、
前記第3の送液配管は前記気化器との接続部に第1の開閉弁を有し、前記ドレイン配管は前記第3の送液配管との接続部に第2の開閉弁を有し、
前記第1の液体材料供給工程において、前記第1の開閉弁を開き且つ前記第2の開閉弁を閉じ、
前記切り替え工程において、前記第1の開閉弁を閉じ且つ前記第2の開閉弁を開き、
前記第2の液体材料供給工程において、前記第1の開閉弁を開き且つ前記第2の開閉弁を閉じる
ことを特徴とする処理方法。
【請求項3】
請求項1記載の処理方法であって、
前記切り替え工程における第2の混合液体材料の流量は、前記第2の液体材料供給工程における第2の混合液体材料の流量より大きいことを特徴とする処理方法。
【請求項4】
請求項3記載の処理方法であって、
前記切り替え工程における第2の混合液体材料の流量は、前記第1及び第2の送液配管に設けられた液体流量制御器の流量調整範囲に基づいて決定されることを特徴とする処理方法。
【請求項5】
請求項4記載の処理方法であって、
前記切り替え工程における第2の混合液体材料の流量は、前記第1及び第2の送液配管に設けられた前記液体流量制御器の最大流量に基づいて決定されることを特徴とする処理方法。
【請求項6】
請求項1記載の処理方法であって、
前記第3の送液配管にキャリアガスを導入することにより、前記第3の送液配管に供給された前記第1及び第2の混合液体材料を前記第3の送液配管から効率的に押し出すことを特徴とする処理方法。
【請求項7】
請求項6記載の処理方法であって、
前記切り替え工程において、前記第3の送液配管に供給するキャリアガスの流量を、前記第1の液体材料供給工程及び前記第2の液体材料供給工程において前記第3の送液配管に供給するキャリアガスの流量より大きくすることを特徴とする処理方法。
【請求項8】
請求項1記載の処理方法であって、
前記金属元素を含む溶液原料群は、Pb溶液原料、Zr溶液原料、Ti溶液原料又はそれらの混合溶液原料、あるいはPb溶液原料、Zr溶液原料、Ti溶液原料を予め所定の混合比で混合したカクテル原料であり、
前記第1の液体材料供給工程において生成される気体によりPTO核付けを行い、前記第2の液体材料供給工程において生成される気体によりPZT膜をPTO核の上に生成することを特徴とする処理方法。
【請求項9】
第1の液体材料を供給する第1の送液配管と、
前記第1の送液配管に設けられた第1の液体流量制御器と、
第2の液体材料を供給する第2の送液配管と、
前記第2の送液配管に設けられた第2の液体流量制御器と、
前記第1及び第2の送液配管が接続された第3の送液配管と、
前記第3の送液配管に接続された気化器と、
前記第3の送液配管に設けられ、前記第3の送液配管から前記気化器への液体材料の流入を制御する第1の開閉弁と、
前記第1の開閉弁の上流側において前記第3の送液配管に接続されたドレイン配管と、
前記ドレイン配管に設けられ、前記第3の送液配管から前記ドレイン配管への液体材料の流入を制御する第2の開閉弁と
を有するガス供給装置と、
被処理体が収容される処理室と、
該処理室内にて該被処理体対して請求項1記載の処理方法により処理が行なわれるように制御する制御部と
を備えたことを特徴とする処理装置。
【請求項10】
請求項9記載の処理装置であって、
前記第3の送液配管に接続され、前記第3の送液配管にキャリアガスを供給するキャリアガス供給配管と、
該キャリアガス供給配管と前記第3の送液配管との間に設けられ、前記キャリアガス供給配管から前記第3の送液配管へのキャリアガスの流入を制御する第3の開閉弁と
を更に有することを特徴とする処理装置。
【請求項11】
請求項9又は10記載の処理装置であって、
前記処理室内に設けられ、前記気化器に接続されたシャワーヘッドを有することを特徴とする処理装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は処理方法及び処理装置に係わり、特に複数種類の液体原料を気化して成膜装置に供給して基体を処理する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、プレーナスタック型FeRAMのメモリキャパシタ材としてPZT膜の使用が注目されており、高品質なPZT膜を短時間で生成する技術の開発が進められている。
【0003】
多元系金属酸化物薄膜であるPZT膜は、Pb(Zr1−xTi)Oのペロブスカイト構造の結晶膜である。PZT膜は、一般に、有機金属材料のガスと酸化剤として例えばNOとをCVD装置により反応させて基体上に堆積させることにより生成される。有機金属材料としては、例えばPb(DPM)、Zr(O−i−Pr)(DPM)又はZr(O−i−Pr)(DPM)又はZr(DPM)、及びTi(O−i−Pr)(DPM)の組合わせが用いられる。
【0004】
有機金属材料は気体の状態でCVD装置に供給されるが、材料そのものとしては室温において固体又は液体である。したがって、有機金属材料をCVD装置に供給するためには、有機金属材料を気体に変換する必要がある。有機金属材料を気体に変換する方法として、固体昇華法と溶液気化法がある(例えば、特許文献1及び2参照。)。
【0005】
固体昇華法は、固体状態の有機金属材料を加熱して昇華により気体状態の有機金属材料を得る方法である。一方、溶液気化法は、有機金属材料を溶媒で溶かして液体原料を準備し、この液体原料を気化器により気化させて気体状態の有機金属材料を得る方法である。溶媒としては、酢酸ブチル、オクタン、テトラヒドロフラン(THF)、ヘキサン等の有機溶媒が用いられる。
【0006】
図1は溶液気化法を用いたガス供給装置の概略構成図である。図1に示すガス供給装置は、PZT膜をウェハ上に堆積させるためのCVD装置のシャワーヘッドに気化した原料を供給するための装置である。
【0007】
PZT膜を生成するには、上述のように、Pb(DPM)(以下Pb原料と称する)のガス、Zr(O−i−Pr)(DPM)又はZr(O−i−Pr)(DPM)又はZr(DPM)(以下Zr原料と称する)のガス、及びTi(O−i−Pr)(DPM)(以下Ti原料と称する)のガスをCVD装置の処理チャンバに設けられたシャワーヘッドに供給する。上記原料ガスは、酢酸ブチルのような溶媒に溶解された溶液としてのPb原料、Zr原料、Ti原料を気化器102に供給し、気化して原料混合ガスとしてCVD装置に供給される。
【0008】
すなわち、溶液としてのPb原料、Zr原料、Ti原料を供給する配管103,104,105は、マニホールド106に接続され、マニホールド106が気化器102に接続される。配管103,104,105から個別に供給されたPb原料、Zr原料、Ti原料は、マニホールド106内で混合され、混合原料溶液となって気化器102に供給される。また、溶媒である酢酸ブチルを供給する配管107もマニホールド106に接続されており、必要に応じて酢酸ブチルをマニホールド106に供給することができる。さらに、マニホールド106には原料の輸送用ガス(キャリアガス)として、HeやAr等の不活性ガスも供給される。さらに、マニホールド106には、内部に残留した液体原料等をベントラインに廃棄するためのドレイン配管108も接続される。
【0009】
気化器102内は200℃程度の温度に維持されており、気化器102内に噴霧された混合原料溶液は気化器102内で気化し、原料ガス供給配管109を介してCVD装置のシャワーヘッドへ供給される。また、気化器102からCVD装置の排気系へ直接接続されるバイパス配管110が気化器102の出口付近に接続される。
【特許文献1】特開2000−260766号公報
【特許文献2】特開2001−68465号公報
【特許文献3】特開2000−58525号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
ここで、PZT膜を効率的に生成するには、まずPb原料とTi原料の混合原料ガスを供給して(第1供給工程)いわゆるPTO核付けを行い、次にPb原料、Zr原料、Ti原料の混合ガスを供給して(第2供給工程)、PTO核の上にPZT膜の生成を行う。したがって、第1供給工程と第2供給工程との切り替えの際に、第1供給工程において気化器102に供給していた液体原料を、第2供給工程での液体原料に切り替える必要がある。この際、第1供給工程での混合液体原料が第2供給工程での混合液体原料に入れ替わるまで、マニホールド106を通じて液体原料を気化器102に供給し、気化器102にて気化して生成した原料ガスをバイパス配管110を介して排気系に排気する必要がある。
【0011】
上述の切り替え工程では、第1供給工程における液体混合原料の全てがマニホールド106から全て気化器102に送られ、且つ各原料及び溶媒の流量を調節する液体マスフローコントローラ(LMFC)の制御が安定するまで行われる。
【0012】
第1供給工程における液体混合原料が第2供給工程における液体混合原料に完全に置き換わった後、気化器102からの混合原料ガスの供給先をバイパス配管110から原料ガス供給配管109に切り替えて、混合原料ガスをCVD装置へ供給する。これにより、PTO核付け工程からPZT膜生成工程への切り替えが行われる。
【0013】
以上のような切り替え工程では、第2供給工程において必要な原料の流量をそのままマニホールド106に流すことにより、マニホールド106から気化器102までの間に残留している第1供給工程における混合原料を置換していた。例えば第2供給工程における混合原料は、Pb原料が0.27ml/min、Zr原料が0.15ml/min、Ti原料が0.44ml/min、溶媒の酢酸ブチルが0.34ml/minであり、混合原料は合計で1.20ml/min流れることとなる。
【0014】
ここで、マニホールド106内部の容積が5mlであった場合、単純に計算して、マニホールド106内の混合原料を置換するのに要する時間は、約4.2分(5÷1.20≒4.2)となる。このように、マニホールド106内の混合原料の置換に時間がかかると、PZT成膜処理全体の時間が増大し、その分PZT膜の成膜コストが増大してしまう。
【0015】
また、マニホールド106に入った原料は気化器102により気化した後、排気系へと排気していたが、気化器102内の圧力変動があると液体マスフローコントローラの流量が変動し、安定するまで時間がかかるといった問題もあった。
【0016】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、液体混合原料を気化して処理ガスとして用いる処理装置において、複数種類の液体混合原料を順次供給する際に、液体混合原料の切り替えに要する時間を短縮して、全体の処理時間を短縮することのできる処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、液体材料を気化して生成した気体を用いて被処理体を処理する処理方法であって、金属元素を含む溶液原料群から選ばれた第1の液体材料を第1の送液配管を介して第3の送液配管へ供給し、第3の送液配管において前記第1の液体材料の各溶液原料を第1の所定の混合比で混合した第1の混合液体材料を気化器に供給する第1の液体材料供給工程と、前記第1の液体材料を前記第1の送液配管を介して前記第3の送液配管へ供給し、前記第3の送液配管に残留している前記第1の液体材料を、前記第1の液体材料の各溶液原料を第2の所定の混合比で混合した第2の混合液体材料により、前記第3の送液配管の前記気化器手前の位置に接続されたドレイン配管に押し出して置換する切り替え工程と、前記第1の液体材料を前記第1の送液配管を介して前記第3の送液配管へ供給し、前記第3の送液配管において混合した前記第2の混合液体材料を前記気化器に供給する第2の液体材料供給工程とを有することを特徴とする処理方法が提供される。
【0018】
また、本発明によれば、第1の液体材料を供給する第1の送液配管と、前記第1の送液配管に設けられた第1の液体流量制御器と、第2の液体材料を供給する第2の送液配管と、前記第2の送液配管に設けられた第2の液体流量制御器と、前記第1及び第2の送液配管が接続された第3の送液配管と、前記第3の送液配管に接続された気化器と、前記第3の送液配管に設けられ、前記第3の送液配管から前記気化器への液体材料の流入を制御する第1の開閉弁と、前記第1の開閉弁の上流側において前記第3の送液配管に接続されたドレイン配管と、前記ドレイン配管に設けられ、前記第3の送液配管から前記ドレイン配管への液体材料の流入を制御する第2の開閉弁とを有するガス供給装置と、被処理体が収容される処理室と、 該処理室内にて該被処理体対して上述の処理方法により処理が行なわれるように制御する制御部とを備えたことを特徴とする処理装置が提供される。
【発明の効果】
【0019】
上述の如く本発明によれば、液体混合原料を気化して処理ガスとして用いる処理装置において、複数種類の液体混合原料を順次供給する際に、液体混合原料の切り替えに要する時間を短縮して、全体の処理時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【0021】
図2は本発明の第1実施例によるPZT成膜装置の全体構成図である。図2に示すPZT成膜装置は、処理チャンバ2、シャワーヘッド4、排気トラップ6、真空ポンプ8及びガス供給装置10を有する。
【0022】
処理チャンバ2内にはウェハWを載置するための載置台2aが設けられる。載置台2aにはヒータが埋め込まれており、載置台2aに載置されたウェハWを所定の処理温度に加熱する。処理チャンバ2は排気配管2bを介して排気トラップ6に接続され、さらに真空ポンプ8に接続されている。排気トラップ6及び真空ポンプ8により処理チャンバ2内のガスを排気して所定の真空度に維持する。
【0023】
シャワーヘッド4は、載置台2aに対向した状態で処理チャンバ2の上部に設けられており、処理ガスとして原料ガス及び酸化ガスを混合状態もしくは別々の状態にして処理チャンバ2内に供給する。なお、図2において酸化ガスの供給系路は省略されている。
【0024】
図2に示すガス供給装置10は、シャワーヘッド4に原料ガスを供給するための装置である。ガス供給装置10は、溶媒に溶解されたPb原料を貯蔵するPb溶液原料タンク12と、溶媒に溶解されたZr原料を貯蔵するZr溶液原料タンク14と、溶媒に溶解されたTi原料を貯蔵するTi溶液原料タンク16とを有する。本実施例では溶媒として酢酸ブチルが用いられる。また、ガス供給装置10には、溶媒としての酢酸ブチルを貯蔵する溶媒タンク18も設けられる。ここで、Pb溶液原料はPb原料を溶媒である酢酸ブチルに溶解して生成された液体材料であり、Zr溶液原料はZr原料を溶媒である酢酸ブチルに溶解して生成された液体材料であり、Ti溶液原料はTi原料を溶媒である酢酸ブチルに溶解して生成された液体材料である。また、溶媒としての酢酸ブチル自体も液体材料である。
【0025】
Pb溶液原料タンク12にはHeやAr等の不活性ガスよりなる圧送ガスが供給され、その圧力によりPb溶液原料をPb原料供給配管19(第1の送液配管)及び液体用マスフローコントローラ(LMFC)20(液体流量制御器)を介してマニホールド30(第3の送液配管)に供給する。Zr溶液原料タンク14にはHeやAr等の不活性ガスよりなる圧送ガスが供給され、その圧力によりZr溶液原料をZr原料供給配管21(第1の送液配管)及び液体用マスフローコントローラ(LMFC)22を介してマニホールド30に供給する。Ti溶液原料タンク16にはHeやAr等の不活性ガスよりなる圧送ガスが供給され、その圧力によりTi溶液原料をTi原料供給配管23(第1の送液配管)及び液体用マスフローコントローラ(LMFC)24を介してマニホールド30に供給する。同様に、溶媒タンク18にはHeやAr等の不活性ガスよりなる圧送ガスが供給され、その圧力により酢酸ブチルを溶媒供給配管25(第2の送液配管)及び液体用マスフローコントローラ(LMFC)26を介してマニホールド30に供給する。
【0026】
Pb溶液原料、Zr溶液原料、Ti溶液原料及び溶媒は、第3の送液配管としてのマニホールド30内において所定の混合比となるように、液体用マスフローコントローラ(LMFC)20,22,24,26により流量制御される。マニホールド30は気化器32に接続されており、マニホールド30内の混合溶液原料には、HeやAr等の不活性ガスよりなるキャリアガスが加えられ、混合溶液原料とキャリアガスとの気液混合体が気化器32に供給される。キャリアガスのマニホールド30への供給は、キャリアガス供給配管28とマニホールド30との間に設けられた開閉弁30aにより制御される。また、マニホールド30と気化器32との接続部分には、気化器32への混合液体原料の供給を制御するために開閉弁30bが設けられる。
【0027】
気化器32に供給された混合溶液原料は、気化器32の気化室内に噴霧される。気化室は150℃〜250℃、望ましくは200℃〜220℃に維持されており、噴霧された混合溶液原料は気化室内で気化して原料ガスとなる。原料ガスは、原料ガス供給配管34を介してシャワーヘッド4に供給され、PZT膜の生成処理に用いられる。
【0028】
原料ガス供給配管34の途中には、バイパス配管36が接続され、気化器32で生成した原料ガスを使用しないときに、シャワーヘッド4及び処理チャンバ2を迂回して直接排気トラップ6に原料ガスを排気する。原料ガス供給配管34とバイパス配管36との切り替えは、原料ガス供給配管34に設けられた開閉弁34aとバイパス配管36に設けられた開閉弁36aとにより制御される。
【0029】
また、本実施例において、ガス供給装置10のマニホールド30には、ドレイン配管38が接続される。ドレイン配管38の一端は開閉弁30b(第1の開閉弁)の手前に接続され、他端はドレインタンク40に接続される。ドレイン配管の途中には、開閉弁38a(第2の開閉弁)が設けられており、開閉弁38aを開いて開閉弁30bを閉じることによりマニホールド30内の液体原料をドレインタンク40に導くことができる。なお、ドレインタンク40は排気配管42により真空ポンプ8の手前に接続されており、ドレインタンク40に流入した液体原料は溶媒のみ気化した後に真空ポンプ8により排気され、原料そのものは固化してドレインタンク40に貯蔵される。
【0030】
以上のような構成のPZT成膜処理装置において、液体マスフローコントローラ20,22,24,26、開閉弁30a,30b,34a,36a,38a、気化器32、載置台2aのヒータ、及び真空ポンプ8は、コンピュータ等よりなる制御器50から供給されるCVD制御信号により制御され、PZTの成膜処理が行われる。
【0031】
まず、Pb溶液原料とTi溶液原料と酢酸ブチルとが、夫々の液体マスフローコントローラ20,24,26を介してマニホールド30に供給される。このとき、開閉弁38aは閉じており、開閉弁30bは開いている。また、開閉弁30aが開放されてキャリアガスもマニホールド30に供給される。Pb,Ti混合液体原料は気化器32において気化され、シャワーヘッド4に供給される。これにより、処理チャンバ2内のウェハW上にPTO核が形成される。
【0032】
このとき、ウェハWの温度は350℃〜700℃、望ましくは400℃〜550℃に維持される。また、気化器32から処理チャンバ2までの間で、原料ガスが接触する部分は、原料ガスが再び液化しないように150℃〜250℃、望ましくは200℃〜220℃に維持される。
【0033】
PTO核付けが終了すると、PZT成膜処理に移行するために、後述する切り替え工程が行われる。切り替え工程が終了すると、PZT成膜工程が開始され、Pb液体原料と、Zr液体原料と、Ti液体原料と、酢酸ブチルとが所定の混合比でマニホールド30に供給される。所定の混合比で混合されたPb,Zr,Ti混合液体原料は、気化器32により気化されシャワーヘッド4に供給される。これにより、処理チャンバ2内のウェハWのPTO核上にPZT膜が形成される。
【0034】
次に、上述の切り替え工程について説明する。図3は切り替え工程を含むPZT成膜処理工程のフローチャートである。
【0035】
まずステップ1においてPTO核付け処理を行う。PTO各付け処理では、開閉弁36aを閉じて開閉弁34aを開くことにより、気化器32からの原料ガスをシャワーヘッド4に供給する。また、マニホールド30(第3の送液配管)に設けられた開閉弁(第1の開閉弁)30bを開き、ドレイン配管に設けられた開閉弁(第2の開閉弁)38aを閉じることにより、マニホールド30内の混合液体原料を気化器32に供給する。
【0036】
PTO核付け処理では、液体マスフローコントローラ20によりPb溶液原料の流量を0.10ml/minに制御し、液体マスフローコントローラ24によりTi溶液原料の流量を0.15ml/minに制御し、液体マスフローコントローラ26により酢酸ブチルの流量を0.95ml/minに制御する。なお、PTO核付けにZr溶液原料は不要であり、液体マスフローコントローラ22によりZr液体原料の供給を停止する。
【0037】
以上の流量の合計は1.20ml/minであり、この流量は気化器32で効率的な気化を行うことのできる流量である。また、開閉弁30aが開放されてキャリアガスもマニホールド30に供給される。キャリアガスの流量は、気化器32で効率的な気化を行なうことができるよう、100sccmから500sccmの間に制御される。ただし、上述の流量はあくまで例であって、使用する気化器の気化能力に応じて各流量を設定することが好ましい。
【0038】
また、場合によっては、例えば、特開2000−58525号公報に示されるように、第一の成膜条件によってPZT初期核またはPZT初期層を形成した後、その上に第二の成膜条件によってPZTの膜成長を行なうような、PZT+PZTプロセスにも適用することができる。この場合、上述のPTO核付け処理はPZT初期核またはPZT初期層の生成処理に相当し、Zr溶液原料の供給を停止することなく、PTO核の代わりにPZT初期核またはPZT初期層を生成することとなる。
【0039】
PTO核付けが終了すると、ステップ2において切り替え工程が行われる。PZTの成膜処理におけるPTO核付けとPZT成膜との間の切り替え工程において、本実施例では、マニホールド30に残留している混合液体原料(以下、残留原料という)を、ドレイン配管38を介してドレインタンク40に廃棄する。すなわち、残留原料を気化器32に供給して気化するのではなく、液体のままドレインタンク40に流して廃棄する。したがって、マニホールド30と気化器32との間の開閉弁30bは閉じられ、ドレイン配管38の開閉弁38aが開かれる。
【0040】
ここで、マニホールド30内の残留原料は、後工程のPZT成膜処理に用いられる液体原料によりマニホールド30からドレイン配管38に押し出される。すなわち、従来は残留原料を気化器32に押し出していたので、流量は気化器32の気化能力により制限されていたが、本実施例では液体のままドレインタンク40に押し出すので、流量に対する制限はない。
【0041】
ただし、溶液原料及び溶媒の流量は、夫々の液体マスフローコントローラにより制御されるので、液体マスフローコントローラのフルスケール(最大流量)以上の流量を流すことはできない。本実施例では、各液体マスフローコントローラ20,22,24,26のフルスケールは1.00ml/minであり、これにより切り替え工程において流すことのできる液体原料の最大流量が決定される。すなわち、後工程のPZT成膜工程における溶液原料の混合比において最大の比率の溶液原料の流量を1.00ml/minとする。
【0042】
ここで、ステップ3のPZT成膜工程における各溶液原料の流量は、Pb溶液原料が0.27ml/minであり、Zr溶液原料が0.15ml/minであり、Ti溶液原料が0.44ml/minであり、酢酸ブチルが0.34ml/minである。この流量比率のうち、Ti溶液原料の流量が最も大きい。したがって、切り替え工程で流す溶液原料において、Ti溶液原料の流量をフルスケールの1.00ml/minとし、他の溶液原料の流量を上述の混合比率(流量比率)に基づいて決定する。すなわち、Ti溶液原料の流量を1.00ml/minとすると、Pb溶液原料の流量は、0.61ml/minであり、Zr溶液原料の流量は0.34ml/minであり、酢酸ブチルの流量は0.77ml/minとなる。これらの流量の合計は、2.72ml/minである。
【0043】
従来は切り替え工程においても、気化器32を介して溶液原料を気化してから排気していたため、残留原料の流量は気化器32の気化能力により決まる1.2ml/minが最大であり、それ以上の流量で残留原料をマニホールド30から押し出すことはできなかった。
【0044】
しかし、本実施例の切り替え工程では、残留原料を気化器32を介さずにドレイン配管38を介してドレインタンク40に廃棄するので、上述のように残留原料を2.72ml/minの流量でマニホールド30から押し出すことができる。したがって、本実施例によれば、従来の約2.3倍(2.72÷1.20≒2.3)の速さで残留原料を置換することができる。また、残留原料の置換に気化器を使用しないため、気化器32内の圧力変動の影響がなく、液体マスフローコントローラを短時間で安定化することができる。これにより、残留原料の置換に要する時間を大幅に低減することができる。なお、本実施例では、ステップ2の切り替え工程においてキャリアガスを流していないが、必要に応じてキャリアガスをマニホールド30に導入することにより、残留原料の置換に要する時間をさらに低減することが可能である。
【0045】
また、上述の例では、液体マスフローコントローラのフルスケールを1.00ml/minとしたが、フルスケールを例えば2.00ml/minというように大くすることにより、切り替え工程における残留原料の置換に要する時間をさらに低減することができ、切り替え工程の所要時間をより一層短縮することができる。
【0046】
ステップ2の切り替え工程が終了すると、ステップ3においてPZT成膜工程が行われる。PZT成膜工程では、開閉弁30bを開き、開閉弁38aを閉じて、混合溶液原料を気化器32に供給する。また、開閉弁30aが開放されてキャリアガスもマニホールド30に供給される。この際、Pb溶液原料、Zr溶液原料、Ti溶液原料及び溶媒としての酢酸ブチルの流量を、夫々の液体マスフローコントローラで制御して、上述の流量に設定する。すなわち、切り替え工程における混合比を変えないで各溶液原料及び溶媒の流量を減少する。以上のようなガス供給工程により、ステップ1のPTO核付け工程で生成したPTO核の上にPZT膜を生成する。
【0047】
次に、本発明の第2実施例によるPZT成膜処理装置について図4を参照しながら説明する。図4において、図2に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【0048】
図4に示すPZT成膜処理装置は、図2に示すガス供給装置10がガス供給装置10Aに置き換えられたものであり、その他の構成部品は図2に示すPZT成膜処理装置と同じである。
【0049】
ガス供給装置10Aは、予め所定の混合比で混合された溶液原料を用いる構成である。予め所定の混合比で混合された溶液原料は、カクテル原料と称される。PZT成膜処理では、PTO核付けとPZT成膜工程で異なる混合比の溶液原料を用いるため、2つのカクテル原料を貯蔵するタンクが設けられる。
【0050】
すなわち、PTO核付けに用いられるPb,Ti混合原料は、Pb,Ti貯蔵タンク60に貯蔵され、Pb,Ti混合原料供給配管61及び液体マスフローコントローラ62を介してマニホールド30に供給される。また、PZT成膜に用いられるPb,Zr,Ti混合原料は、Pb,Zr,Ti貯蔵タンク64に貯蔵され、Pb,Zr,Ti混合原料供給配管65及び液体マスフローコントローラ66を介してマニホールド30に供給される。
【0051】
次に、本実施例における切り替え工程について説明する。図5は切り替え工程を含むPZT成膜処理工程のフローチャートである。
【0052】
まず、ステップ1においてPTO核付け工程が行われる。この工程では、Pb,Ti混合原料と溶媒(酢酸ブチル)を夫々の液体マスフローコントローラ62,26を介してマニホールド30に供給する。すなわち、PTO核付けに必要なPb原料及びTi原料を気化器32で気化し、シャワーヘッド4に供給する。このときの、Pb,Ti混合原料の流量は0.15ml/minであり、酢酸ブチルの流量は1.05ml/minであり、合計の流量は1.20ml/minである。
【0053】
PTO核付け工程が終了すると、ステップ2においてPZT成膜工程のための切り替え工程を行う。切り替え工程では、PTO核付け工程で供給していたPb,Ti混合原料と酢酸ブチルをマニホールド30からドレイン配管38を介してドレインタンク40に押し出す。この際、次に行われるPZT成膜工程で供給するPb,Zr,Ti混合原料をマニホールド30に供給する。
【0054】
ここで、次に行われるPZT成膜工程で供給するPb,Zr,Ti混合原料の流量は0.55ml/minであり、酢酸ブチルの流量は0.65ml/minである。酢酸ブチルの流量の方が大きいので、切り替え工程において供給する酢酸ブチルの流量を、液体マスフローコントローラ26のフルスケールである1.00ml/minとする。したがって、切り替え工程において供給するPb,Zr,Ti混合原料の流量は、PZT成膜工程で供給するPb,Zr,Ti混合原料の流量と酢酸ブチルの流量の比率から換算して、0.85ml/minとなる。したがって、Pb,Zr,Ti混合原料の流量と酢酸ブチルの流量の合計は1.85ml/minである。マニホールド30の容積が5mlであれば、約2.7分(5÷1.85≒2.7)でマニホールド内の残留原料を置換することができる。
【0055】
切り替え工程が終了すると、ステップ3においてPZT成膜工程を行う。PZT成膜工程では上述のように、Pb,Zr,Ti混合原料を0.55ml/min、酢酸ブチルを0.65ml/minでマニホールド30に供給し、気化器32で気化してシャワーヘッド4に供給する。これにより、ウェハWに形成したPTO核上にPZT膜が生成される。
【0056】
以上のように、カクテル原料を用いた場合であっても、残留原料をドレイン配管38を介してドレインタンク40に流すことにより、切り替え工程に要する時間を短縮することができ、効率的にPZT膜を生成することができる。
【0057】
なお、上述の第1実施例及び第2実施例では、ステップ3のPZT成膜工程において、溶媒の流量をゼロに設定することもある。例えば、第1実施例におけるステップ3において、Pb溶液原料とZr溶液原料とTi溶液原料との合計流量が1.20ml/minであるような場合は、溶媒を加えると所望の流量より多くなってしまうため、溶媒の流量をゼロに設定する必要がある。
【0058】
また、上述の第2実施例では、ステップ3のPZT成膜工程のみならず、ステップ1のPTO核付け工程においても溶媒の流量をゼロに設定する場合がある。例えば、第2実施例のステップ1においてPb原料とTi原料との混合溶液原料の流量が1.20ml/minであり、且つステップ3においてPb原料とZr原料とTi原料との混合溶液原料の流量が1.20ml/minである場合は、ステップ1及びステップ3の両方において溶媒は不要となり、溶媒の流量をゼロに設定する必要がある。
【0059】
上述の第1及び第2実施例では、切り替え工程が行なわれている間には、気化気32には何も供給されないこととなるが、切り替え工程中にも気化器32にキャリアガスのみを流しておくことが好ましい場合もある。
【0060】
すなわち、気化器32に何も流さないと、気化器32のノズルが詰る可能性があるため、切り替え工程中にもキャリアガスのみを気化器32に直接供給することで、ノズルの詰りを防止する。切り替え工程中にもキャリアガスを気化器32に供給するには、例えば上述の第1実施例における構成で説明すると、図6に示すように、キャリアガス供給配管70を気化器32に接続して、マニホールド30を迂回してキャリアガスを気化器32に供給すればよい。
【0061】
なお、図6に示す構成は、キャリアガス供給配管70が設けられたこと以外は上述の第1実施例と同様であり、その説明は省略する。また、キャリアガス供給配管70を上述の第2実施例に設けることとしてもよい。
【0062】
また、上述のように切り替え工程中にキャリアガスのみを気化器32に流す代わりに、気化器32に溶媒およびキャリアガスを流すこととしてもよい。すなわち、切り替え工程の直前に溶媒およびキャリアガスをマニホールド30に供給して、溶媒およびキャリアガスを気化器32のノズルに流してノズルを洗浄するノズル洗浄工程を切り替え工程の直前に設ける。切り替え工程の直前にノズルを洗浄しておくことにより、切り替え工程中にノズルに何も流れない状態となっても、ノズルの詰まりを防止することができる。なお、この場合においても、図6に示されるようなキャリアガス供給配管70を設け、常時気化器32にキャリアガスを供給する手法を併用することにより、ノズルの詰りを確実に防止することができる。
【0063】
また、上述の第1及び第2実施例では、切り替え工程の際には、気化器32を経由せずに、混合原料(溶媒を含む)をドレイン配管38に流すこととしているが、混合原料とキャリアガスを気化器32に供給して気化させてから、バイパス配管36を介して、排気系(真空トラップ6)に流すこととしてもよい。
【0064】
すなわち、切り替え工程において、混合原料を気化器32で気化させるが、処理チャンバ2には供給せずに、排気系に直接廃棄してしまう。この際、マニホールド30に供給するキャリアガスの流量を、例えば、通常は250sccmであるところを400sccmとする。そして、混合原料の流量も同様に、例えば、通常1.2ml/minであるところを2.4ml/minとする。このように、気化器32に供給する混合原料及びキャリアガスの流量を増大して切り替え工程の短縮を図る。
【0065】
処理チャンバ2内の圧力は、成膜処理中は、例えば133Pa〜1330Pa程度に高めに設定されていることが多く、処理チャンバ2を通らずに直接排気系に流したほうが、排気系の低い圧力(例えば、1Pa〜100Pa程度)を利用することができ、気化器32から流れる流量を増大させることができ、したがって、切り替え工程の短縮を図ることができる。
【0066】
なお、上述の実施例では、成膜時の混合液体原料の流量を気化器32の気化能力である1.20ml/minとしたが、原料節約等の理由から、成膜時の混合液体原料の流量を例えば0.80ml/minとする場合もある。その際、成膜工程における混合液体原料の流量を0.80ml/minに設定したとしても、気化器32の最大気化能力である1.20ml/minまでには0.40ml/minの余裕がある。そこで、混合液体原料及びキャリアガスを、切り替え工程においても、ドレイン配管38ではなく気化器32に流し、バイパス配管36を通じて廃棄すると共に、例えば気化器32の最大気化能力である1.20ml/minにまで流量を増やして切り替え工程時間を短縮することができる。これにより、切り替え工程においてドレイン配管38に切り換える必要がなくなり、気化器32の気化状態が切り替え工程時にも継続して維持されるので、切り替え工程直前にノズル洗浄を実施する必要が無くなるという効果がある。
【0067】
以上のような工程を行なう場合、図7に示すように、処理チャンバ2に圧力計72が接続されて処理チャンバ内の圧力を検出し、且つ排気配管2bに自動圧力制御器(APC)74が設けられていることが好ましい。なお、図7は本発明の第1実施例における構成をしているが、第2実施例において上述の工程を行なうにも、同様に圧力計72及びAPC74が設けられることが好ましい。
【0068】
以上のように切り替え工程中にも気化器32に混合材料及びキャリアガスを供給し続けることにより、切り替え工程中にも気化器の気化状態を維持することができる。したがって、切り替え中に何も流さないために生じるノズルの詰りを防止することができ、切り替え工程の直前にノズルの洗浄工程を行なう必要が無くなるという効果もある。
【0069】
また、上述の実施例では、ウェハを一枚処理する間に、「第1の液体材供給工程」と「切り替え工程」と「第2の液体材供給工程」とが繰り返し行なわれるが、例えば、「第1の液体材供給工程」が一枚目のウェハの処理時に行なわれ、「第2の液体材供給工程」は二枚目のウェハの処理時に行なわれ、「切り替え工程」は「第1の液体材供給工程」と「第2の液体材供給工程」との間で行われる場合も考えられる。すなわち、複数のウェハの各々に対して異なる処理を施す(異なる種類の膜を生成する)ような場合であり、「切り替え工程」はウェハの搬送中に実施されることとしてもよい。
【0070】
なお、以上の実施例では、PZT膜の生成を例にあげて説明したが、本発明はPZT成膜に限らず、複数種類の溶液原料を順次供給して気化しながら行う処理に適用することができる。すなわち、核付け工程やバッファ層成膜工程、あるいは保護層成膜のような後処理工程を必要とする成膜処理に広く応用することができる。
【0071】
PZT以外の膜としては、例えば、BST,SBT,BLTなどの高・強誘電体や、RE−Ba−Cu−O系(REは希土類元素),Bi−Sr−Ca−Cu−O系などの高温超電導体や、Al,HfO,ZrOなどのゲート酸化膜や、RuO,IrO,SrRuO系などの酸化物電極などが挙げられる。ここで、BSTはBaとSrとTiとを含んだ酸化物をあらわし、SBTはSrとBiとTaとを含んだ酸化物をあらわし、BLTはBiとLaとTiとを含んだ酸化物をあらわす。
【図面の簡単な説明】
【0072】
【図1】従来のガス供給装置の構成図である。
【図2】本発明の第1実施例によるPZT成膜処理装置の全体構成図である。
【図3】図2に示すPZT成膜処理装置で行われる工程のフローチャートである。
【図4】本発明の第2実施例によるPZT成膜処理装置の全体構成図である。
【図5】図4に示すPZT成膜処理装置で行われる工程のフローチャートである。
【図6】図2に示すPZT成膜処理装置にキャリアガス供給配管を設けた場合の全体構成図である。
【図7】図2に示すPZT成膜処理装置に圧力計と自動圧力制御器を設けた場合の全体構成図である。
【符号の説明】
【0073】
2 処理チャンバ
4 シャワーヘッド
6 排気トラップ
8 真空ポンプ
10,10A ガス供給装置
12 Pb溶液原料タンク
14 Zr溶液原料タンク
16 Ti溶液原料タンク
18 溶媒タンク
20,22,24,26,62,66 液体マスフローコントローラ
28,70 キャリアガス供給配管
30 マニホールド
30a,30b,34a,36a,38a 開閉弁
32 気化器
34 ガス供給配管
36 バイパス配管
38 ドレイン配管
40 ドレインタンク
60 Pb,Ti混合溶液原料タンク
64 Pb,Zr,Ti混合溶液原料タンク
72 圧力計
74 自動圧力制御器




 

 


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