CN101488449A - 包括汽化器的半导体处理系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种包括半导体处理装置和对所述半导体处理装置供给处理气体的气体供给装置的半导体处理系统,其包括控制用于调整汽化室内的压力的压力调整机构的动作的控制部。控制部按照以下方式预先设定,即根据压力检测部的压力检测值将汽化室内的压力收敛在规定的压力范围内。规定的压力范围由上限值和下限值规定,所述上限值设定为比由于压力的上升而阻碍液体原料的汽化的第一界限值低,所述下限值设定为比由于压力的下降而液体原料的汽化变得不稳定汽化室内的压力开始脉动的第二界限值高。
Description
技术领域
本发明涉及包括从液体原料得到处理气体的汽化器的半导体处理系统,例如涉及包括进行例如ALD(Atomic Layer Deposition:原子层沉淀)、MLD(Molecule Layer Deposition:分子层沉淀)或减压CVD(Chemical Vapor Deposition:化学气相沉淀)等的成膜处理装置的系统。在此,所谓半导体处理是指在晶片或LCD(Liquid Crystal Display:液晶显示器)等FPD(Flat Panel Display:平板显示器)用的玻璃基板等的被处理基板上以规定的图案形成半导体层、绝缘层、导电层等,从而在该被处理基板上制造包括半导体器件、与半导体器件连接的配线、电极等的结构物而实施的各种处理。
背景技术
在半导体器件的制造中,进行在半导体晶片W的表面上形成规定的膜的成膜处理。该处理例如使用减压CVD(Chemical VaporDeposition:化学气相沉淀)装置进行。该减压CVD装置以气体状态供给原料,使化学反应进行,在晶片表面堆积薄膜。在这种装置中,存在以使液体原料汽化而得的处理气体作为成膜气体导入处理室内的情况。作为该液体原料的汽化方法,已知例如设置运载气体供给通路使得以同心圆状包围液体原料供给通路的结构。从配设在这些供给通路的下端部的喷嘴喷出液体原料和运载气体,对利用所谓喷雾作用而雾化的液体原料加热使其汽化。
在这样的喷雾嘴方式中,需要使汽化室内部的压力低于液体原料汽化的压力的界限值,现有技术中汽化室内部的压力越低越好。另一方面,研究过半导体器件使用高电介体薄膜,使Sr(THD)2双(四甲基庚二酮酸)锶、Ti(MPD)(THD)2、(甲基酰丙酮酸)双(四甲基庚二酮酸)钛等固体材料、Sr(METHD)2双(甲氧基乙氧基四甲基庚二酮酸)锶等高粘度液体源溶解在溶剂中而得的液体原料汽化。使这样的液体原料汽化的情况下,如果液体原料的供给量少,则汽化室内部的压力变得过低,由此可能会导致在喷嘴前端部仅使作为溶媒的溶剂先行沸腾。这种情况下,液体原料的溶质在喷嘴前端部析出,造成喷嘴的堵塞或喷雾异常,因汽化效率恶化导致残渣增加,成为晶片颗粒污染的要因。
现有技术中,在包括使用这种汽化器的气体供给装置的半导体处理系统中,气体供给装置的结构和使用条件以适合于液体原料的方式预先设定,汽化器没有构成为相对于半导体处理装置独立地被控制压力的结构。但是为了应对伴随着采用上述那样的新的液体原料而产生的问题,提出有利用压力传感器监视汽化室内部的压力的结构(日本特开2002—324794号公报(引用文献1:5页段落2、图1))。根据引用文献1记载的发明,利用压力传感器监视汽化室内部的压力,若检测出因喷嘴前端部内的堵塞的进展而使汽化室内部的压力降低,则停止供给液体原料而中断成膜处理。并且,通过使比液体原料的溶媒的汽化温度高的溶媒流入导入管,而能够抑制导入管内部的干燥并溶解由于汽化室内部的压力低下而析出的液体原料的有机金属,净化导入管内部。由此,能够防止导入管的前端部完全被堵塞,不需要浪费更换导入管时需要的大约两天的工作时间,能够提高生产性。
但是,在引用文献1记载的发明中,汽化室内部的压力降低在成膜工艺中发生时,则至此已进行成膜处理的基板没有完成成膜处理。另外由于汽化室内部的压力降低而析出的有机金属等有可能会导致颗粒污染,所以该基板被废弃。因此,在引用文献1记载的发明中,虽然能够以汽化室内部的压力降低时导入管没有完全堵塞的方式安全地使装置停止,但是之后成膜处理中的基板的废弃和重新设置基板这样的工序是必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供通过防止汽化器的喷嘴闭塞,从而能够不使成膜处理等的半导体处理停止并且稳定进行的、包括用于从液体原料得到处理气体的汽化器的半导体处理系统及其使用方法。
本发明的第一观点提供一种半导体处理系统,其包括半导体处理装置和对上述半导体处理装置供给处理气体的气体供给装置,其特征在于:上述半导体处理装置包括:收纳被处理基板的处理室;在上述处理室内支撑上述被处理基板的支撑部件;加热上述处理室内的上述被处理基板的加热器;和对上述处理室内进行排气的排气系统,上述气体供给装置包括:形成用于汽化液体原料的汽化室的容器;通过运载气体将上述液体原料雾化并供给到上述汽化室内的喷嘴;对上述喷嘴供给上述液体原料的液体原料供给通路;对上述喷嘴供给上述运载气体的运载气体供给通路;为了将上述被雾化的液体原料汽化生成上述处理气体,对上述汽化室内加热的加热器,用于将上述处理气体从上述汽化室内供给到上述处理室的气体供给通路;用于检测上述汽化室内的压力的压力检测部;用于调整上述汽化室内的压力的压力调整机构;和控制上述压力调整机构的动作的控制部,其中,上述控制部按照以下方式预先设定,即根据上述压力检测部的压力检测值控制上述压力调整机构的动作,使上述汽化室内的压力收敛在规定的压力范围内;上述规定的压力范围由上限值和下限值规定,上述上限值设定为比由于上述压力的上升而阻碍上述液体原料的汽化的第一界限值低,上述下限值设定为比由于上述压力的下降而上述液体原料的汽化变得不稳定从而上述汽化室内的压力开始脉动的第二界限值高。
本发明的第二观点提供一种半导体处理系统的使用方法,上述半导体处理系统包括半导体处理装置和对上述半导体处理装置供给处理气体的气体供给装置,其特征在于:上述半导体处理装置包括:收纳被处理基板的处理室;在上述处理室内支撑上述被处理基板的支撑部件;加热上述处理室内的上述被处理基板的加热器;和对上述处理室内进行排气的排气系统,上述气体供给装置包括:形成用于汽化液体原料的汽化室的容器;通过运载气体将上述液体原料雾化并供给到上述汽化室内的喷嘴;对上述喷嘴供给上述液体原料的液体原料供给通路;对上述喷嘴供给上述运载气体的运载气体供给通路;为了将上述被雾化的液体原料汽化生成上述处理气体,对上述汽化室内加热的加热器,用于将上述处理气体从上述汽化室内供给到上述处理室的气体供给通路;用于检测上述汽化室内的压力的压力检测部;和用于调整上述汽化室内的压力的压力调整机构;上述方法包括:求出由于上述汽化室内的压力的上升而阻碍上述液体原料的汽化的第一界限值的工序;求出由于上述压力的下降而使上述液体原料的汽化变得不稳定,从而上述汽化室内的压力开始脉动的第二界限值的工序;决定由设定为比上述第一界限值低的上限值和设定为比上述第二界限值高的下限值规定的规定压力范围的工序;和根据上述压力检测部的压力检测值,控制上述压力调整机构的动作,使上述汽化室内的压力收敛在上述规定压力范围内的工序。
附图说明
图1是概略表示本发明的第一实施方式的包括半导体处理装置和气体供给装置的半导体处理系统(成膜系统)的结构图。
图2是表示在图1所示的系统的气体供给装置中使用的汽化器的纵剖面图。
图3是表示图2所示的汽化器的汽化室内的变化的图。
图4是概略表示本发明的第二实施方式的半导体处理系统的结构图。
图5是概略表示本发明的第三实施方式的半导体处理系统的结构图。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施方式。另外,以下的说明中,关于具有大致相同的功能和结构的结构要素,标注相同的符号,重复说明仅在必要的情况下进行。
<第一实施方式>
图1是概略表示本发明的第一实施方式的包括半导体处理装置和气体供给装置的半导体处理系统(成膜系统)的结构图。图2是表示在图1所示的系统的气体供给装置中使用的汽化器的纵剖面图。如图1所示,本实施方式的成膜系统1具有用于例如对半导体晶片(以下也称为晶片)等被处理基板进行规定的成膜处理的成膜处理装置(半导体处理装置)10、和用于对成膜处理装置10供给规定的处理气体的气体供给装置20。
成膜处理装置10具备例如具有作为反应室(处理室)的立式反应管11的分批(batch)式减压CVD装置。能够对反应管11内搬出搬入搭载有多枚晶片W的晶舟12。晶片W通过设置于反应管11的外侧的加热器13被加热。反应管11内通过作为真空排气机构的真空泵15维持为规定的真空度。为了对晶片进行规定的成膜处理,从后述的处理气体供给管30对反应管11供给规定的处理气体。
气体供给装置20包括储存液体原料和用于液体原料的溶剂的储存部21、用于汽化从储存部21供给的液体原料的汽化器200和连接它们的配管系统。
储存部21包括用于储存相互不同的液体原料的第一储存槽21a与第二储存槽21b和储存用于液体原料中的溶剂的第三储存槽21c。第一储存槽21a内的液体原料例如是利用THF(四氢呋喃)溶剂溶解作为固体材料的Sr(THD)2而得的液体原料。第二储存槽21b内的液体原料例如是利用溶剂溶解Ti(MPD)(THD)2而得的液体原料。这些液体原料在本实施方式中在同一成膜工艺中交替地汽化供给两液体原料而使用。但是,在同一成膜工艺中也有混合两液体原料使用的情况,另外也有在不同的工艺中使用的情况。
第一储存槽21a通过第一原料供给管22a、第二储存槽21b通过第二原料供给管22b、第三储存槽21c通过溶剂供给管22c与集合配管23连接。经由集合配管23和阀V12向汽化器200供给液体原料,另外在汽化器200的清洗时供给溶剂。在这些供给管22a、22b、22c上配设有阀V1~V6和流量调整部M1~M3。
溶剂供给管22c和第一、第二原料供给管22a、22b通过分别具有阀V7、V8的连接配管24连接。另外,可以以在各供给管22a、22b、22c的周围设置温度调节机构等,使液体原料和溶剂成为一定的温度例如大约40℃的方式设定。另外,在第一储存槽21a、第二储存槽21b和第三储存槽21c经由阀V9~V11分支连接有加压气体供给管25。加压气体供给管25的另一端侧与用于供给加压气体例如氦(He)气的加压气体供给源(未图示)连接。
集合配管23,在成膜工艺时,由于是用于供给液体原料,所以集合配管23也称为液体原料供给管23。液体原料供给管23通过冷却块体(block)40与汽化器200连接。冷却块体40将液体原料冷却到溶剂的沸点以下、例如10℃,能够仅冷却液体原料并供给到喷嘴50。通过冷却块体40还配设有运载气体供给管26(运载气体流路)。运载气体供给管26与运载气体供给部60连接,并且具备流量调整部M4和阀V13。汽化器200具备形成汽化室的容器201和喷嘴50,喷嘴50气密地安装在容器201的上表面的开口部。
液体原料供给管23和运载气体供给管26与喷嘴50连接。喷嘴50作为具有内管和外管的双重管结构的喷雾式喷嘴构成。从该内管供给从液体原料供给管23输送来的液体原料,从外管供给从运载气体供给管26作为雾化用气体输送来的氮气(或Ar、He等非活泼性气体)。液体原料被雾化(形成为雾状)从喷嘴50的前端的喷出口50a(例如孔径0.25mm)供给到容器201内。
在容器201的侧面下方和底面形成有用于取出将液体原料汽化而得到的处理气体的取出口202和用于排出未汽化的液体原料的排泄口(drain boat)203。在容器201的壁部埋设有加热汽化室内部的例如由电阻发热体等构成的加热器204。另外在容器201的下部配设有具备加热器的圆柱状的下部热交换部205。
在取出口202以气密状态连接有处理气体供给管(气体供给通路)30。在排泄口203上经由插设有阀V14的雾排出管27连接有排出泵80。为了分别检测汽化器200的容器201(汽化室)内部的温度和压力,配设有温度检测部206和压力检测部70。根据温度检测部206的检测信号通过后述的控制部90控制来自电源部207的对加热器204和下部热交换部205的供给电力。
在处理气体供给管30上配设有阀V15和调整阀(压力调整部)VT1。调整阀VT1是用于调整通过处理气体供给管30供给的处理气体的流量的阀。调整阀VT1由配设在气体供给装置20上的例如由计算机构成的控制部90控制。在处理气体供给管30上经由插设有阀V16的排出管28连接有排出泵80。
成膜系统1具备控制系统整体的动作的由计算机等构成的主控制部92。主控制部92根据预先存储于主控制部92附带的存储部中的工艺方案,依据例如形成的膜的膜厚和组成等条件进行后述的成膜处理。在该存储部上另外预先存储有处理气体流量与膜的膜质和组成的关系作为控制数据。因此,主控制部92能够根据这些存储的处理方案或控制数据控制成膜处理装置10和气体供给装置20的各部。另外,存储介质例如是磁盘(软盘、硬盘(例如包括在存储部中的硬盘)等)、光盘(CD、DVD等)、磁光盘(MO等)、半导体存储器等。
接着,说明利用调整阀(压力调整部)VT1对容器201内部的压力调整的方式。图3是用于说明调整阀VT1的作用效果的图。具体地,在作为运载气体将氩气(Ar)以0.5slm或0.3slm供给的状态下,改变将Sr(THD)2溶解在THF溶剂后的液体原料的供给量的同时进行供给。这时,测量汽化器的汽化室内部的压力如何变化。另外,在图3中,线La表示汽化室内部的压力,虚线Lb表示液体原料的设定供给量。
另外,在与本实施方式相同的汽化器中,汽化室内部的压力必须比与液体原料进行汽化的压力对应的上限值低。因此考虑到这一点,进行上述的测量。如图3所示,在氩气供给0.5slm的状态下,如虚线Lb所示液体原料的供给量为1.0sccm左右。这种情况下,汽化室内部的压力根据线La激烈脉动的情况判断为不稳定的状态。另外,在供给0.5slm氩气的状态下如虚线Lb所示使液体原料的供给量为3.0sccm以上。这种情况下,汽化室内部的压力根据线La为大致平稳的情况判断为稳定。在开始图3的点划线A所示的测量经过大致50秒的地点,氩气的供给量下降至0.3slm,供给液体原料大约1.0sccm。这种情况下,汽化室内部的压力根据线La激烈脉动的情况判断为不稳定状态。其程度,与在氩气供给0.5slm的状态下液体原料供给大约0.5sccm的情况相比更加激烈,更加不稳定。
即,在与本实施方式相同的汽化器中,供给到汽化室内部的液体原料和运载气体的供给量下降汽化室内部的压力成为较低的状态时,则汽化室内部的压力成为激烈地大幅升降的不稳定状态。汽化室内部的压力不稳定,则在喷嘴前端内液体原料的溶剂沸腾,如已述,引起喷嘴的闭塞或喷雾异常。因此在本实施方式的成膜系统1中,通过压力检测部70监视汽化室内部的压力,检测压力的降低。并且,通过调整阀VT1调整汽化室内部的压力,防止形成压力激烈地大幅升降的不稳定状态。另外,规定的压力范围例如写入工艺方案,在主控制部92选择工艺方案时能够被读出。
在汽化室内部的压力降低至规定的压力范围的下限值,通过调整阀VT1使压力上升的情况下,必须使该压力不超过考虑到液体原料能够汽化的界限值而设定的规定的压力范围的上限值。以图3为一例,汽化室内部的规定的压力范围为从低于液体原料进行汽化的压力的界限值的上限值大约4kPa(30Torr),到高于内部压力开始大幅升降的压力的界限值的下限值大约2kPa(15Torr)的范围。
控制部90例如从被选择的步骤读出规定的压力范围,成膜处理中比较压力检测部70的压力检测值和规定的压力范围。在汽化室内部的压力下降到规定的压力范围的下限值的情况下,通过减小调整阀VT1的开度而减小经由处理气体供给管30供给的处理气体的流量。由此,不改变供给到汽化室的液体原料和运载气体的量,仅减少从汽化室流出的处理气体的量。因此,处理气体停滞在汽化室内部的时间变长,处理气体在汽化室内部滞留,汽化室内部的压力上升。像这样以使处理气体的流量减少的方式进行调整后,在汽化室内部的压力上升至规定的压力范围的上限值的情况下,仅以预先设定的量使调整阀VT1的开度增大。由此,由于汽化室内部的处理气体的停滞量变少,能够使汽化室内的压力降低,不超过用于液体原料汽化的压力界限值。
因此,根据本实施方式,按照以下的顺序,控制汽化室内部的压力。首先,关于规定的液体原料,求出由于汽化室内的压力上升而阻碍液体原料的汽化的第一界限值。第一界限值能够根据实验数据或文献数据得到。另外,求出因压力的下降而液体原料的汽化不稳定汽化室内的压力开始脉动(作为不规则振动(hunting)已知的振动)的第二界限值。第二界限值优选根据实验数据得到。然后决定通过比第一界限值设定得低的上限值和比第二界限值设定得高的下限值规定的规定压力范围。
如上所述,规定压力范围的下限值意味着在喷嘴前端内液体原料的溶剂沸腾引起喷嘴的闭塞或喷雾异常。因此,换言之第二界限值可以说是因压力下降而在喷嘴的前端部内液体原料的溶剂开始沸腾的压力。在本实施方式中,由于通过冷却块体40在喷嘴50的正前方将液体原料冷却到规定温度,所以规定压力范围的下限值能够将在液体原料中使用的溶剂在该规定温度开始沸腾的压力设定为标准值。
上述规定的压力范围优选在对处理气体的供给没有坏影响的范围内尽量宽。另外,关于用于形成高电介体薄膜的固体原料,溶于各种溶剂并进行调查,结果判明,与各种类型的液体原料共通地,若下限值为上限值的40%~60%,则能够得到能够可靠地防止不规则振动并进行高效的汽化处理的压力范围。
接着,将该规定的压力范围存储在主控制部92能够读出数据的存储部,例如作为工艺方案的一部分写入。并且,为了在成膜处理装置10中进行成膜处理,在供给处理气体时,在控制部90的控制下根据压力检测部70的压力检测值控制压力调整机构(第一实施方式中为调整阀VT1)的动作,使得汽化室内的压力收敛在规定的压力范围内。
接着,说明本实施方式的成膜系统1的成膜方法。首先,在成膜处理装置10中,将规定枚数的晶片装载在晶舟12中,搬入反应管11内。然后,将该反应管11内维持在规定的温度和规定的压力的稳定状态。接着将处理气体供给到成膜处理装置10。首先,从加压气体供给源(未图示)将作为加压气体的氦气(He)供给到第一储存槽21a,通过流量调整部M1调整流量同时经由液体原料供给管23将液体原料供给到冷却块体40。供给到冷却块体40的液体原料以被冷却的状态供给到喷嘴50。另外,对喷嘴50,从运载气体供给部60经由冷却块体40供给例如氩气(Ar)等运载气体。由此,在汽化室内部,以喷雾的方式从喷嘴50导入例如5sccm的流量的液体原料并形成雾状。
汽化室内部通过加热器204和下部热交换部205而被加热为例如150℃。从喷嘴50以雾状导入的液体原料在被均匀地细化的状态下到达由下部热交换部205和容器201的内壁形成的汽化空间。然后,在容器201内壁进行热交换而汽化,变为处理气体,经由取出口202向处理气体供给管30流入。
另一方面,包含在处理气体中的雾由于重量大而因惯性力不能够改变方向,保持原状向下方流动。结果,雾从处理气体分离,冲击到容器201的底部。如果雾在容器201的底面积存,则它们相互附着形成液相,顷刻就固相化,积存在容器201的底面。这样,在容器201的底面积存的固相副产物在某维护的周期中,通过使汽化器200的温度降低并将溶剂填充在容器201内而使固相副产物溶解,从排泄口203排出。由于排泄口203位于比取出口202低的位置,所以排泄物不会流入取出口202中。
这样,从汽化器200经由处理气体供给管30向成膜处理装置10供给处理气体。另外,在反应管11上也连接有臭氧的气体供给装置(未图示)。在成膜装置中,首先供给来自汽化器200的Sr的蒸气,使Sr的气体分子吸附在晶片上。接着,停止Sr的液体原料,进行汽化器200的利用非活泼性气体的清洗工序。另外,在此,也有对成膜处理装置10的反应管11进行真空排气的情况。接着,从臭氧的气体供给装置供给O3(臭氧),将晶片W上的Sr的气体分子氧化而形成SrO的分子层。接着,将对汽化器200供给用的连接从第一储存槽21a切换到第二储存槽21b,从汽化器200供给Ti的蒸气,使在晶片上吸附Ti的气体分子。接着,停止Ti的液体原料,进行汽化器200的利用非活泼性气体的清洗工序。接着,从臭氧的气体供给装置供给O3(臭氧),将晶片W上的Ti的气体分子氧化,形成TiO的分子层。通过这样的ALD处理层叠SrO和TiO的分子层,从而形成规定的厚度的STO〔钛酸锶〕膜。另外,通过调整SrO和TiO的成膜循环数,由此能够控制STO膜的组成比,例如形成为SrO:TiO=3:11~5:9。
在该成膜处理中,利用压力检测部70监视汽化室内部的压力。当压力检测值降低到规定压力范围的下限值,则经由控制部90使调整阀VT1的开度小于初始值,使汽化室内部的压力上升。另外相反地,压力检测值变高到规定的压力范围的上限值时,则经由控制部90仅以预先设定的量使调整阀VT1的开度增大到例如到达初始值或者未到达初始值的程度。由此即使在成膜处理中汽化室内部的压力降低,也能够使该压力处于液体原料的汽化稳定的压力范围内,能够使成膜处理稳定继续。
另外,成膜处理之后,通过在汽化器200内、处理气体供给管30利用例如氮化气体等气体进行清洗,从而能够完全除去汽化器200内残留的液体原料。另外,能够定期地进行汽化器200和供给管内的清洗。具体地,将储存在第三储存槽21c中的溶剂从溶剂供给管22c经由连接配管24供给到第一原料供给管22a、第二原料供给管22b,并经由液体原料供给管23、喷嘴50向汽化器200供给。然后,将附着在各配管内和容器201的内壁上的液体原料或液体原料的固化物利用溶剂溶解并将其洗刷冲走,经由排泄口203从雾排出管27向系统外部排出用于清洗的溶剂。
根据第一实施方式,经由压力检测部70监视汽化器200的汽化室内部的压力。压力检测值降低至规定的压力范围的下限值时,通过调整配置在处理气体供给管30上的调整阀VT1,提高容器201内部的压力,避免液体原料的汽化变得不稳定。由此在成膜系统1中,即使液体原料的流量为少量,也能够抑制喷嘴50的前端的闭塞或喷雾异常导致的汽化效率的恶化,能够抑制残渣物的增加,降低颗粒污染。因此,能够稳定进行液体原料的汽化,不会中断成膜处理并能够稳定进行。另外,作为利用调整阀VT1的汽化室内部的压力调整法,与工艺方案对应在汽化室内部的压力变得不稳定的下侧压力和液体原料的能够汽化的上侧压力之间设定规定的压力范围,能够进行反馈控制使得压力检测值在该规定的压力范围。
<第二实施方式>
图4是概略表示本发明的第二实施方式的半导体处理系统的结构图。第二实施方式的成膜系统101通过使用配设在溶剂供给管22c上的流量调整部(压力调整部)M3进行向液体原料供给管23的溶剂的流量调整,从而进行汽化室的压力控制。即,该机构为使用配设在第一实施方式的处理气体供给管30上的调整阀VT1进行压力控制的替代结构。另外,成膜系统101在进行通常的处理时与第一实施方式的成膜系统1进行相同的动作。
成膜处理开始时,使流量调整部M3的开度为0,形成不从溶剂供给管22c向液体原料供给管23供给溶剂的状态。另一方面,控制部190从例如被选择的方案中读出规定的压力范围,成膜处理中比较压力检测部70的压力检测值和规定的压力范围。在汽化室内部的压力下降到规定的压力范围的下限值的情况下,控制部190通过流量调整部M3以增加溶剂的供给量的方式进行调整同时开始将溶剂向汽化室内供给。由此,不改变从汽化室内部流出的处理气体的量,而供给到汽化室内部的溶剂的供给量增加。因此,汽化的溶剂在汽化室内部停滞的时间变长,汽化的溶剂积存在汽化室内部,汽化室内部的压力上升。并且,以增加溶剂的流量的方式进行调整后,在汽化室内部的压力上升至规定压力范围的上限值的情况下,以规定量减小流量调整部M3的开度,例如使流量调整部M3完全关闭或不完全关闭。也就是说即使用流量调整部M3阻止溶剂的供给的增加。由此,在汽化室内部汽化的溶剂的停滞量变少,所以能够使汽化室内的压力降低,能够使其不超过用于液体原料进行汽化的压力界限值。
在第二实施方式中,汽化室内部的压力下降到规定的压力范围的下限值时,调整配设在溶剂供给管22c上的流量调整部M3。由此,提高汽化室内部的压力避免液体原料的汽化变得不稳定,因此能够得到与第一实施方式相同的作用效果。
<第三实施方式>
图5是概略表示本发明的第三实施方式的半导体处理系统的结构图。第三实施方式的成膜系统1001使用配设在运载气体供给管26上的流量调整部(压力调整部)M4进行运载气体向汽化室的流量调整,从而进行汽化室的压力控制。即,该结构为使用配设在第一实施方式的处理气体供给管30上的调整阀VT1进行压力控制的替代结构。另外,成膜系统101进行通常的处理时进行与第一实施方式的成膜系统1相同的动作。
成膜处理开始时,使流量调整部M4的开度为1/2,形成从运载气体供给管26以小流量供给运载气体的状态。另一方面,控制部1090例如从被选择的方案读出规定的压力范围,成膜处理中比较压力检测部70的压力检测值和规定的压力范围。汽化室内部的压力下降到规定的压力范围的下限值的情况下,控制部1090通过流量调整部M4以增加运载气体向汽化室内的供给量的方式进行调整。由此,不改变从汽化室内部流出的处理气体的量,而增加供给到汽化室内部的运载气体的供给量。因此,运载气体在汽化室内部停滞的时间变长,运载气体积存在汽化室内部,汽化室内部的压力上升。并且,以增加运载气体的流量的方式进行调整后,在汽化室内部的压力上升至规定压力范围的上限值的情况下,仅以预先设定的量减小流量调整部M4的开度,例如减小到达到或未达到初始值的程度。即使用流量调整部M4阻止运载气体的供给的增加。由此,由于在汽化室内部运载气体的停止量变少,因而能够使汽化室内的压力降低,使其不超过用于液体原料进行汽化的压力界限值。
在第三实施方式中,当汽化室内部的压力下降到规定的压力范围的下限值时,调整配设在运载气体供给管26的流量调整部M4。由此,由于提高汽化室内部的压力避免液体原料的汽化变得不稳定,所以能够得到与第一实施方式相同的作用效果。
<总结和变形例>
在本发明的实施方式的成膜系统1、101、1001中,配设有用于调整容器201的内部的压力的调整阀VT1、或者流量调整部M3、M4。控制部90、190、1090,若当容器201的内部压力将要超出液体原料稳定地进行汽化的规定压力范围时,则通过调整阀VT1或者流量调整部M3、M4进行流量控制,从而进行调整使容器201内部的压力在规定的压力范围中。
由此在实施方式的成膜系统1、101、1001中,能够不停止成膜处理,并能够防止容器201的内部压力过度降低。另外,能够抑制喷嘴50的前端的闭塞或喷雾异常引起气体效率恶化,抑制残渣物的增加,降低颗粒污染。因此能够稳定进行液体原料的汽化,不使成膜处理中断并稳定地进行成膜处理。
在成膜系统1、101、1001中,根据从压力检测部70发送来的压力信息,判定容器201内部的压力异常已被解除。取而代之,这样的异常解除能够使用在参数中预先设定的规定值进行判断,上述参数是为了调整汽化室内部的压力使用的溶剂或者运载气体的供给量等。这种情况下,将与异常的解除对应的参数的规定值写入控制部能够读取的表格里,在汽化室的内部的压力发生异常时,只要调整溶剂或者运载气体的供给量等的参数使其达到上述规定值即可。
另外,在成膜系统1、101、1001中,通过ALD处理进行成膜。取而代之,例如也可以在每个工艺使用单一的液体原料进行成膜,另外也可以将多种液体原料混合作为处理气体,使用该处理气体进行成膜处理。
在成膜系统1、101、1001中,调整阀VT1、流量调整部M3和流量调整部M4的开度通过控制部90在一个阶段进行调整。取而代之,例如也可以形成多阶段地对调整阀或者流量调整部的开度进行调整,使处理气体、溶剂或者运载气体的供给量多阶段地变化的方式。在该情况下,预先设定每一个阶段的开度的变化量,根据该确定的变化量调整供给量。并且,调整开度后隔开一定时间后,比较压力检测值和规定的压力范围。在汽化室内部的压力依然超出规定的压力范围的情况下,再以一阶段的量,对调整阀或者流量调整部的开度进行调整,从而调整处理气体、溶剂或者运载气体供给量。
在成膜系统1中,调整阀VT1当容器201的内部的压力返回规定的压力范围后,也能够通过调整阀VT1维持减小处理气体的流量的状态。取而代之,也能够在容器201内部的压力返回规定压力范围内后,开放调整阀使处理气体的流量返回通常状态。
在成膜系统101、1001中,流量调整部M3、M4当容器201的内部的压力返回规定的压力范围内后,也能够通过流量调整部M3、M4维持增加溶剂、或运载气体的供给量的状态。取而代之,例如也可以在容器201内部的压力返回规定的压力范围内后,返回流量调整部M3、M4的状态,使溶剂或运载气体的供给量返回通常状态。
在上述实施方式中,压力检测部70与汽化器200连接。取而代之,只要能够检测到容器201内部的压力,则也可以将压力检测部设置于处理气体供给管30的阀V15的上游侧。
在上述实施方式中,作为加压气体供给氦气(He)。取而代之,除氦气以外例如也可以使用氮气(N2)或氩气(Ar)等非活泼性气体。
在成膜系统1、101、1001中,加热器204在靠近取出口202侧的位置设置两根,在靠近与取出口202相反侧的位置设置两根,这些加热器204分别与电源部207连接。加热器的根数只要能够均匀加热汽化室的内壁,则不论3根以下还是5根以上都可以。另外,作为加热器的控制方式,例如可以是通过一个温度控制器对加热器进行加热控制。也可以以取出口侧的两根为一组,除此以外的两根为一组分别对每组独立进行加热控制。或者也可以对四根分别独立地进行加热控制。
Claims (20)
1.一种半导体处理系统,其包括半导体处理装置和对所述半导体处理装置供给处理气体的气体供给装置,其特征在于:
所述半导体处理装置包括:
收纳被处理基板的处理室;
在所述处理室内支撑所述被处理基板的支撑部件;
加热所述处理室内的所述被处理基板的加热器;和
对所述处理室内进行排气的排气系统,
所述气体供给装置包括:
形成用于汽化液体原料的汽化室的容器;
通过运载气体将所述液体原料雾化并供给到所述汽化室内的喷嘴;
对所述喷嘴供给所述液体原料的液体原料供给通路;
对所述喷嘴供给所述运载气体的运载气体供给通路;
为了将所述被雾化的液体原料汽化生成所述处理气体,对所述汽化室内加热的加热器,
用于将所述处理气体从所述汽化室内供给到所述处理室的气体供给通路;
用于检测所述汽化室内的压力的压力检测部;
用于调整所述汽化室内的压力的压力调整机构;和
控制所述压力调整机构的动作的控制部,其中,所述控制部按照以下方式预先设定,即根据所述压力检测部的压力检测值控制所述压力调整机构的动作,使所述汽化室内的压力收敛在规定的压力范围内;所述规定的压力范围由上限值和下限值规定,所述上限值设定为比由于所述压力的上升而阻碍所述液体原料的汽化的第一界限值低,所述下限值设定为比由于所述压力的下降而所述液体原料的汽化变得不稳定从而所述汽化室内的压力开始脉动的第二界限值高。
2、如权利要求1所述的半导体处理系统,其特征在于:
所述下限值比由于所述压力的下降在所述喷嘴的前端部内所述液体原料的溶剂开始沸腾的压力的界限值高。
3、如权利要求1所述的半导体处理系统,其特征在于:
所述下限值设定为所述上限值的40%~60%。
4、如权利要求1所述的半导体处理系统,其特征在于:
所述压力调整机构具备配设在所述气体供给通路上的用于调整所述处理气体的流量的流量调整部,所述控制部基于所述压力检测值控制所述流量调整部的动作。
5、如权利要求1所述的半导体处理系统,其特征在于:
所述气体供给装置还具备与所述液体原料供给通路连接的对所述液体原料中添加溶剂的溶剂供给通路,所述压力调整机构具备配设于所述溶剂供给通路上的用于调整所述溶剂的流量的流量调整部,所述控制部基于所述压力检测值控制所述流量调整部的动作。
6、如权利要求1所述的半导体处理系统,其特征在于:
所述压力调整机构具备配设在所述运载气体供给通路上的用于调整所述运载气体的流量的流量调整部,所述控制部基于所述压力检测值控制所述流量调整部的动作。
7、如权利要求1所述的半导体处理系统,其特征在于:
所述气体供给装置按照以下方式构成:作为所述液体原料使用将固体材料溶解在溶剂中的材料。
8、如权利要求1所述的半导体处理系统,其特征在于:
所述半导体处理装置按照在所述被处理基板上形成薄膜的方式构成,所述气体供给装置按照以下方式构成:将提供所述薄膜的成分的气体作为所述处理气体加以供给。
9、如权利要求1所述的半导体处理系统,其特征在于:
所述喷嘴具有由内管和外管构成的双重管结构,从所述内管供给所述液体原料,从所述外管供给所述运载气体。
10、如权利要求9所述的半导体处理系统,其特征在于:
所述喷嘴安装在用于冷却所述液体原料的冷却块体,所述液体原料供给通路通过所述冷却块体与所述喷嘴连接。
11.一种半导体处理系统的使用方法,所述半导体处理系统包括半导体处理装置和对所述半导体处理装置供给处理气体的气体供给装置,其特征在于:
所述半导体处理装置包括:
收纳被处理基板的处理室;
在所述处理室内支撑所述被处理基板的支撑部件;
加热所述处理室内的所述被处理基板的加热器;和
对所述处理室内进行排气的排气系统,
所述气体供给装置包括:
形成用于汽化液体原料的汽化室的容器;
通过运载气体将所述液体原料雾化并供给到所述汽化室内的喷嘴;
对所述喷嘴供给所述液体原料的液体原料供给通路;
对所述喷嘴供给所述运载气体的运载气体供给通路;
为了将所述被雾化的液体原料汽化生成所述处理气体,对所述汽化室内加热的加热器,
用于将所述处理气体从所述汽化室内供给到所述处理室的气体供给通路;
用于检测所述汽化室内的压力的压力检测部;和
用于调整所述汽化室内的压力的压力调整机构;
所述方法包括:
求出由于所述汽化室内的压力的上升而阻碍所述液体原料的汽化的第一界限值的工序;
求出由于所述压力的下降而使所述液体原料的汽化变得不稳定,从而所述汽化室内的压力开始脉动的第二界限值的工序;
决定由设定为比所述第一界限值低的上限值和设定为比所述第二界限值高的下限值规定的规定压力范围的工序;和
根据所述压力检测部的压力检测值,控制所述压力调整机构的动作,使所述汽化室内的压力收敛在所述规定压力范围内的工序。
12、如权利要求11所述的方法,其特征在于:
所述下限值比由于所述压力的下降在所述喷嘴的前端部内所述液体原料的溶剂开始沸腾的压力的界限值高。
13、如权利要求11所述的方法,其特征在于:
所述下限值设定为所述上限值的40%~60%。
14、如权利要求11所述的方法,其特征在于:
所述压力调整机构具备配设在所述气体供给通路上的用于调整所述处理气体的流量的流量调整部,所述方法基于所述压力检测值控制所述流量调整部的动作。
15、如权利要求11所述的方法,其特征在于:
所述气体供给装置还具备与所述液体原料供给通路连接的对所述液体原料中添加溶剂的溶剂供给通路,所述压力调整机构具备配设于所述溶剂供给通路上的用于调整所述溶剂的流量的流量调整部,所述方法基于所述压力检测值控制所述流量调整部的动作。
16、如权利要求11所述的半导体处理系统的使用方法,其特征在于:
所述压力调整机构具备配设在所述运载气体供给通路上的用于调整所述运载气体的流量的流量调整部,所述方法基于所述压力检测值控制所述流量调整部的动作。
17、如权利要求11所述的方法,其特征在于:
所述气体供给装置按照以下方式构成:作为所述液体原料使用将固体材料溶解在溶剂中的材料。
18、如权利要求11所述的方法,其特征在于:
所述半导体处理装置按照在所述被处理基板上形成薄膜的方式构成,所述气体供给装置按照以下方式构成:将提供所述薄膜的成分的气体作为所述处理气体加以供给。
19、如权利要求11所述的方法,其特征在于:
所述喷嘴具有由内管和外管构成的双重管结构,从所述内管供给所述液体原料,从所述外管供给所述运载气体。
20、如权利要求19所述的方法,其特征在于:
所述喷嘴安装在用于冷却所述液体原料的冷却块体上,所述液体原料供给通路通过所述冷却块体与所述喷嘴连接。
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