CN100428412C - 基板处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了基板处理系统，其有效地利用了用于处理基板表面的必要的活性物质或载气，简化了用于气体传递的设备，并节省了能源。所述系统包括用于供应包含活性物质的过程气的气体供应源(12)，用于储存所述过程气的与气体供应源(12)相连的储罐(14)，用于使置于其中的基板暴露于所述过程气中的反应器(10)，用于将反应器(10)内部的过程气引入储罐(14)的第一循环管(38)，用于将储罐(14)中的至少部分过程气引入反应器(10)的第二循环管(42)，和安置于第二循环管(42)中的用于调节待引入反应器(10)中的过程气的量的流量调节阀(44)。

Description

基板处理系统
技术领域
本发明涉及基板处理系统，尤其是涉及用于处理暴露于活性物质的基板的表面的基板处理系统。
背景技术
通常，在使用气体的基板表面处理方法，如CVD(化学气相沉积)中，基板的表面在相对长的时间暴露于包含活性物质的过程气中进行处理，如掺杂。
在反应后，过程气的性质不改变或不论其性质是否改变，过程气可再利用的情况中，尝试再利用该过程气。从降低对基板本身或对人体或环境的有害影响以及减少费用的角度，再利用过程气是有利的。
另外，将废气再利用为密封真空泵轴的密封气的技术是已知的(如参见专利文件1)，但该技术在有效利用包含于气体中的活性物质方面是不够的。而且，也已知在半导体制备系统中，从将真空室排放的气体循环至真空室(如参见专利文件2)。该系统的问题是其不能处理当气体流是间歇的情况，尽管其能处理其中有固定量气流连续的过程。
[专利文件1]：JP-A-2000-9037。
[专利文件2]：JP-A-Hei9-251981。
鉴于现有技术中的以上问题，本发明的目的是提供基板处理系统，其能有效地利用用于处理基板表面的必要的活性物质或载气，简化用于气体传递的设备，并节省能源。
发明内容
为了解决现有技术中的前述问题，本发明的第一实施方式是包括如下的基板处理系统：用于供应包含活性物质的过程气的气体供应源；用于储存所述过程气的与所述气体供应源相连的储罐；用于使置于其中的基板暴露于所述过程气中的反应器；用于将所述反应器内部的过程气引入所述储罐的第一循环管；用于将所述储罐中的至少部分过程气引入所述反应器的第二循环管；和安置于所述第二循环管中的用于调节待引入所述反应器中的过程气的量的流量调节阀。在此，术语“活性”不仅是指化学反应而且是指由于粘附物质等而导致基板表面与其初始情况不一样的现象。
由于在上述构造中，用于处理基板表面的包含活性物质的过程气可以被循环，因此可以有效地再利用过程气。另外，可以简化用于气体传递的设备，和节省能源。而且，由于被排放的气体暂时地被储存在储罐中，并且可以根据需要再利用任意量的气体，因此根据本发明实施方式的基板处理系统可以处理气体流是间歇的情况。
本发明的一个优选实施方式是如下的基板处理系统，其还包括泵，所述泵用于从反应器抽出过程气，然后将该抽出的过程气通过第一循环管引至储罐中。
根据如上所述的本发明，可以循环用于处理基板表面的包含活性物质的过程气，因此可以有效地再利用过程气。另外，可以简化用于气体传递的设备和节省能源。
本申请是基于在日本申请于2003年7月4日的日本专利申请No.2003-191756，在此，将其全部引入本文作为参考。
通过以下详细的描述将更全面地理解本发明并使本发明的申请范围更清楚。然而，详细解释的特定实施例只是作为解释本发明的优选实施方式。对于本领域技术人员，很明显地在本发明范围和精神内可以作出各种改变和改进。
本申请人不打算描述任一实施方式。在等同原则下，那些可能未以文字形式包含于权利要求中的改进和改变也是本发明的一部分。
附图说明
图1是显示根据本发明的一个实施方式的基板处理系统的整体构造的示意图。
具体实施方式
现在，参照图1详细描述根据本发明的基板处理系统的实施方式。图1是显示根据本发明的一个实施方式的基板处理系统的整体构造的示意图。如图1所示，根据该实施方式的基板处理系统包括：其中放置有待处理的基板的反应器10；用于向反应器10供应包含活性物质的第一过程气的第一气体供应源12；与第一气体供应源12相连的储罐14；用于向反应器10供应第二过程气的第二气体供应源16；通过阀18连接至反应器10的涡轮分子泵20；和置于涡轮分子泵20下游的干式泵22。
干式泵26通过导管24连接至储罐14，并降低储罐14内的压力。置于导管24中的阀28连接储罐14和干式泵26。另外，置于导管30中的阀32连接储罐14和第一气体供应源12。
另外，通过阀34，将压力泵36连接至反应器10。压力泵36通过其中安置有阀40的(第一)循环管38连接至储罐14。另外，储罐14通过(第二)循环管42连接至反应器10，并且在循环管42中，安置有用于调节待引入反应器10中的第一过程气的量的流量调节阀44。通过循环管38将反应器10内部的过程气引入储罐14中，并且通过循环管42将储罐14内的至少部分过程气引入反应器10中。而且，通过导管46将第二气体供应源16连接至反应器10，其中导管46中安置有用于调节待引入反应器10中的第二过程气的量的流量调节阀48。
现在，描述利用具有前述结构的基板处理系统处理基板的方法。首先，打开位于第一气体供应源12和储罐14之间的阀32和位于干式泵26和储罐14之间的阀28，关闭位于储罐14和反应器10之间的流量调节阀44和位于压力泵36和储罐14之间的阀40。在此条件下，驱动干式泵26以将储罐14的内部压力降低至给定值Pr，然后从第一气体供应源12引入第一过程气并储存在储罐14中。
在本实施方式中，干式泵26用于降低储罐14内部的压力。然而，涡轮分子泵20和干式泵22在打开阀18和流量调节阀44或阀18、34、40时也可用于代替干式泵26以降低储罐14内的压力。另外，如果第一气体供应源(高压气罐)12中的压力足够高，则在不使用干式泵22，26或涡轮分子泵20的情况下可以将第一过程气引入储罐14中。尽管在本实施方式中，从第一气体供应源12供应包含活性物质的过程气，也可以从第一气体供应源12供应载气，并且该载气与活性物质可以在第一气体供应源12的下游混合以形成第一过程气。
之后，打开安置于涡轮分子泵20上游的阀18，驱动涡轮分子泵20和干式泵22以降低反应器10内部的压力至不高于储罐14中的内部压力Pr。然后，关闭阀18以形成反应器10内部紧紧封闭的空间。
在此条件下，如果打开位于压力泵36上游的阀34，位于压力泵36和储罐14之间的阀40和位于储罐14和反应器10之间的流量调节阀44，而关闭其它的阀，则在储罐14中的较高压力的第一过程气流入较低压力的反应器10中，从而将第一过程气引入反应器10中。此时，控制流量调节阀44的开口以调节待引入反应器10中的过程气的量。
置于反应器10内部的基板暴露于引至反应器10中的第一过程气中，包含于第一过程气中的活性物质粘附在基板的表面(粘附过程)。由于第一过程气的循环系统由反应器10、压力泵36、循环管38、储罐14、和循环管42定义，当驱动压力泵36以产生反应器10和储罐14之间的压力差时，可以连续地循环第一过程气。此时，可以打开和关闭阀40以间歇地循环第一过程气。
尽管在本实施方式中使用压力泵36循环第一过程气，可以使用除此泵之外的循环机制进行循环过程。另外，可以在循环管38或42中提供用于除去过程气中的不利物质(如冷凝物)的除去设备(例如过滤器)。
在如上所述的实施方式中，通过前述的循环系统再利用来自第一气体供应源12的第一过程气。因此，可以有效地再利用过程气，简化用于气体传递的设备，和节省能源。
当对第一过程气的再利用已达到极限或当由于某些原因第一过程气的性质已改变至不适于再利用的情形时，打开位于干式泵26和储罐14之间的阀28，驱动干式泵26以向外部排放过程气。
另一方面，当使用第二过程气时，通过流量调节阀48从第二气体供应源16向反应器10中引入第二过程气，以进行反应器10中的反应。之后，关闭流量调节阀48并打开位于涡轮分子泵20上游的阀18，驱动涡轮分子泵20和干式泵22，从而在通过除去设备(未显示)之后将反应后的第二过程气排放至系统外部。
在完成一系列的操作之后，从反应器10移出处理的基板，将下一基板置于反应器10的内部，并重复前述的过程。基板可以一一地或以批次的形式安置于反应器10中。
尽管在本实施方式中，已举例描述了其中提供有第一气体供应源12和第二气体供应源16的实例，可以仅提供第一气体供应源12或者也可以提供多种气体供应源。同样，对于附图中的储罐、循环管和泵的数量没有限制，可以根据需要任选地提供用于对基板处理系统进行操作的各种测量设备和控制设备。
本发明适合用于原子层沉积(Atomic Layer Deposition)法。在该方法中，基板的表面暴露于活性物质中以形成超薄层(extremely lowprofile(thin)layer)，并重复此过程以处理基板的表面。根据原子层沉积法，可以在基板的表面上沉积成百上千的超薄层，其各自具有数个原子级的厚度(纳米)，使得可以精细并自由地调节膜厚。该原子层沉积法利用大量含有活性物质的气体，但在一个反应过程中，仅少量的活性物质粘附至基板的目标区域而大部分活性物质未反应。根据本发明的实施方式，在不直接排放至外部的情况下，可以利用含有足够量的未反应的活性物质的气体。因此，防止了对活性物质或载气的浪费，避免了用于气体传递的设备如泵设备的尺寸增大，并保持了能源的消耗。在此实施方式中，大量的成膜气体被用作第一过程气。例如，在形成氮化硅膜的情况中，同时或交替地供应硅烷基气体和氨基气体。当交替地供应时，优选提供另一储罐。
关于第二过程气，可以向反应器中引入一种成膜气体并与储罐中的第一过程气混合以调节混合气体的浓度，或者可以供应卤素基清洁气体以清洁反应器10，其在成膜之后不需要循环。特别是在成膜气体和清洁气体的反应会产生副产物的情况下，供应第二过程气(清洁气体)使其旁通储罐是有效的。
尽管如上描述了本发明的实施方式，但是本发明并不限于前述的实施方式，在本发明的范围内可以以各种方式进行本发明。
附图标记说明
10：反应器
12：第一气体供应源
14：储罐
16：第二气体供应源
18、28、32、34、40：阀
20：涡轮分子泵
22、26：干式泵
24、30、46：导管
36：压力泵
38：第一循环管
42：第二循环管
44、48：流量调节阀

Claims (3)

1.基板处理系统，其包括：
用于供应包含活性物质的过程气的气体供应源；
用于储存所述过程气的与所述气体供应源相连的储罐；
用于使置于其中的基板暴露于所述过程气中的反应器；
用于将所述反应器内部的过程气引入所述储罐的第一循环管；
用于将所述储罐中的至少部分过程气引入所述反应器的第二循环管；
安置于所述第二循环管中的用于调节待引入所述反应器中的过程气的量的流量调节阀；
连接至所述反应器的涡轮分子泵；
置于所述反应器与所述涡轮分子泵之间的涡轮分子泵上游的阀；
置于所述涡轮分子泵下游的干式泵；
用于从所述反应器抽出所述过程气并通过所述第一循环管将所述过程气引入所述储罐的压力泵，所述压力泵置于所述反应器与所述储罐之间以产生反应器与储罐之间的压力差；
置于所述反应器与所述压力泵之间的压力泵上游的阀；
置于所述压力泵与所述储罐之间的压力泵下游的阀；以及
用于将第二过程气供应至所述反应器的第二气体供应源，以使所述第二过程气旁通所述储罐，所述第二过程气包含有不同于包含在所述第一过程气中的活性物质的活性物质，
其中所述气体供应源与所述储罐相连，而不经过所述反应器。
2.采用基板处理系统的基板处理方法，所述基板处理系统包括：
用于储存包含有活性物质的过程气的储罐，
用于将置于其中的基板暴露于所述过程气的反应器，
用于将所述反应器内部的过程气引入所述储罐的第一循环管，
用于将所述储罐中的至少部分过程气引入所述反应器的第二循环管，
安置于所述第二循环管中的用于调节待引入所述反应器中的过程气的量的流量调节阀，
连接至所述反应器的涡轮分子泵，
置于所述反应器与所述涡轮分子泵之间的涡轮分子泵上游的阀，
置于所述涡轮分子泵下游的干式泵，
用于从所述反应器抽出所述过程气并通过所述第一循环管将所述过程气引入所述储罐的压力泵，所述压力泵置于所述反应器与所述储罐之间以产生反应器与储罐之间的压力差，
置于所述反应器与所述压力泵之间的压力泵上游的阀，以及
置于所述压力泵与所述储罐之间的压力泵下游的阀，
所述基板处理方法包括以下步骤：
将第一过程气供应至所述储罐；
打开所述涡轮分子泵上游的阀；
驱动所述涡轮分子泵和所述干式泵，以将所述反应器内的压力降低至低于所述储罐内的压力；
关闭所述涡轮分子泵上游的阀；
打开所述压力泵上游的阀、压力泵下游的阀和流量调节阀，关闭与所述反应器连接的所有其它阀，并使所述储罐中的第一过程气流入所述反应器中；和
用所述反应器、所述压力泵、所述第一循环管、所述储罐和所述第二循环管形成所述第一过程气的循环回路，并将所述第一过程气连续循环，
其中按上面所列的顺序进行上述各步骤。
3.如权利要求2所述的基板处理方法，其包括如下步骤：
将第二过程气供应至所述反应器，以使所述第二过程气旁通所述储罐，所述第二过程气包含有不同于包含在所述第一过程气中的活性物质的活性物质。
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