CN110880463A - 基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基板处理装置,该基板处理装置抑制附着于排气路径的沉积物。所述基板处理装置具备处理室、第一气体供给部、排气装置、第一排气管以及能量供给装置。处理室收容被处理基板。第一气体供给部通过向处理室内供给包含第一单体的气体和包含通过与第一单体发生聚合反应来形成聚合物的第二单体的气体,来在被处理基板形成聚合物的膜。排气装置对处理室内的气体进行排气。第一排气管将处理室与排气装置连接。能量供给装置向在第一排气管内流动的气体供给能量,由此使从处理室排出的气体中包含的第一单体和第二单体中的至少任一方的未反应成分低分子化。

Description

基板处理装置
技术领域
本公开的各种方面和实施方式涉及一种基板处理装置。
背景技术
已知一种向收容有被处理基板的处理容器内供给包含两种单体的气体,通过两种单体的聚合反应来在被处理基板形成有机膜的技术。例如,已知一种通过芳香族烷基、脂环状或脂肪族的二异氰酸酯单体与芳香族烷基、脂环状或脂肪族的二胺单体的真空蒸镀聚合反应来在被处理基板形成聚合膜的技术(例如参照专利文献1)。
另外,已知如下一种技术:在排气路径中配置被控制为使单体聚合的温度的捕集器,使用捕集器将排放气体中包含的未反应的单体以聚合物的方式捕获,由此从排放气体中去除单体(例如参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2008/129925号
专利文献2:国际公开第2010/103953号
发明内容
发明要解决的问题
另外,供给至处理容器内的气体中包含的单体不全部参与反应,因此未参与反应的单体从处理容器内排出。但是,有时在排气的过程中发生单体间的聚合反应而在排气路径中形成有机膜(以下记载为沉积物)。当在设置在排气路径内的压力调整阀、排气泵等形成沉积物时,难以将处理容器内维持为规定的压力。
因此,考虑对整个排气路径进行加热,以使排气路径中不发生聚合反应。但是,对整个排气路径进行加热会招致由于加热构件的配置导致的装置的大型化、电力消耗的增大。另外,在使用配置于排气路径的捕集器将排放气体中包含的未反应的单体以聚合物的形式捕获的情况下,需要定期地去除在捕集器内生成的聚合物。因此,使排气机构定期地停止,成膜装置的停机时间变长。
用于解决问题的方案
本公开的一个方面是一种基板处理装置,具备处理室、第一气体供给部、排气装置、第一排气管以及能量供给装置。处理室收容被处理基板。第一气体供给部通过向处理室内供给包含第一单体的气体和包含通过与第一单体发生聚合反应来形成聚合物的第二单体的气体,由此在被处理基板形成聚合物的膜。排气装置对处理室内的气体进行排气。第一排气管将处理室与排气装置连接。能量供给装置向在第一排气管内流动的气体供给能量,由此使从处理室排出的气体中包含的第一单体和第二单体中的至少任一方的未反应成分低分子化。
发明的效果
根据本公开的各种方面和实施方式,能够抑制附着于排气路径的沉积物。
附图说明
图1是表示本公开的第一实施方式中的基板处理装置的一例的概要截面图。
图2是表示本公开的第二实施方式中的基板处理装置的一例的概要截面图。
图3是表示本公开的第三实施方式中的基板处理装置的一例的概要截面图。
图4是示出成膜处理时的各阀的状态的一例的图。
图5是示出清洁处理时的各阀的状态的一例的图。
图6是示出清洁速率的实验结果的一例的图。
图7是示出清洁速率的实验结果的一例的图。
具体实施方式
下面,基于附图来详细地说明公开的基板处理装置的实施方式。此外,公开的基板处理装置不限定于以下的实施方式。
(第一实施方式)
[基板处理装置10的结构]
图1是表示本公开的第一实施方式中的基板处理装置10的一例的概要截面图。基板处理装置10例如是通过化学真空蒸镀(CVD)来在被处理基板W形成有机膜的装置。被处理基板W例如是半导体晶圆。
在本实施方式中,利用原料A和原料B这两种原料在被处理基板W形成有机膜。例如,在要形成于被处理基板W的有机膜为聚脲有机膜的情况下,原料A例如是二异氰酸酯单体,原料B例如是二胺单体。原料A是第一单体的一例,原料B是第二单体的一例。使用基板处理装置10使二异氰酸酯和二胺蒸镀聚合在被处理基板W的表面,由此在被处理基板W的表面形成聚脲有机膜。
基板处理装置10具备腔室11、等离子体发生装置30、排气管40、压力调整阀41、排气装置42、控制装置100以及第一气体供给部200。等离子体发生装置30是能量供给装置的一例。排气管40是第一排气管的一例。
腔室11是真空容器,该真空容器具有用于划分真空气氛的内壁。在此,真空气氛例如是中真空(100Pa~0.1Pa)。在腔室11内设置有用于载置被处理基板W的载置台15。在载置台15中内置有用于控制被处理基板W的温度的未图示的温度控制机构。利用该温度控制机构,将被处理基板W控制为适于原料A和原料B的聚合反应的温度。
在腔室11的侧壁形成有用于进行被处理基板W的搬入和搬出的开口12,开口12能够由闸阀13进行开闭。另外,在腔室11的内壁埋入有用于对该内壁进行加热的加热器。利用该加热器对腔室11的内壁进行加热,由此减少附着于腔室11的内壁的沉积物。
在腔室11的上部设置有用于从第一气体供给部200向腔室11内供给原料A和原料B的气体的喷淋头16。在喷淋头16内设置有未图示的加热器,利用该加热器对喷淋头16的内壁进行加热。由此,在喷淋头16内抑制原料A和原料B的气体的聚合反应。
另外,在腔室11的侧壁的下方设置有排气口14,腔室11内的气体经由排气口14向腔室11的外部排出。
第一气体供给部200具有原料供给源20a、原料供给源20b、气化器21a、气化器21b、流量控制器22a、流量控制器22b、阀23a以及阀23b。原料供给源20a收容有作为第一原料的原料A的液体,向气化器21a供给液体状态的原料A。气化器21a使从原料供给源20a供给的原料A的液体气化。气化器21a例如具有未图示的加热器,通过对从原料供给源20a供给的原料A的液体进行加热来使该液体气化。
流量控制器22a控制通过气化器21a被气化后的原料A的流量。阀23a控制由流量控制器22a控制了流量的原料A的气体相对于喷淋头16的供给和供给切断。经由阀23a供给的原料A的气体经由供给配管24a被供给至喷淋头16。在供给配管24a设置有用于调节在供给配管24a内流动的原料A的气体的温度的机构,例如设置有对供给配管24a进行加热的加热器。
原料供给源20b收容有作为第二原料的原料B的液体,向气化器21b供给液体状态的原料B。气化器21b使从原料供给源20b供给的原料B的液体气化。气化器21b例如具有加热器,通过对从原料供给源20b供给的原料B的液体进行加热来使该液体气化。
流量控制器22b控制通过气化器21b被气化的原料B的流量。阀23b控制由流量控制器22b控制了流量的原料B的气体相对于喷淋头16的供给和供给切断。经由阀23b供给的原料B的气体经由供给配管24b被供给至喷淋头16。在供给配管24b设置有用于调节在供给配管24b内流动的原料B的气体的温度的机构,例如设置有对供给配管24b进行加热的加热器。
此外,对于从第一气体供给部200经由喷淋头16供给至腔室11内的气体,除了添加原料A和原料B的气体以外,还可以添加N2气体、Ar气体等非活性气体。
排气口14经由排气管40而与压力调整阀41及排气装置42连接。排气装置42具有真空泵,经由排气管40和压力调整阀41对腔室11内的气体进行排气。压力调整阀41通过调整开度来调整排气装置42的排气量,将腔室11内的压力控制为规定的压力。
在排气管40的处于排气口14与压力调整阀41之间的部位设置有等离子体发生装置30。等离子体发生装置30通过向在排气管40内流动的气体供给高频电力,来使在排气管40内流动的气体等离子体化。在本实施方式中,等离子体发生装置30利用电感耦合等离子体来使在排气管40内流动的气体等离子体化。
此外,作为其它方式,等离子体发生装置30可以利用电感耦合以外的方式的等离子体来使在排气管40内流动的气体等离子体化。作为电感耦合以外的方式的等离子体,例如列举电容耦合型等离子体(CCP)、微波激发表面波等离子体(SWP)、电子回旋共振等离子体(ECP)、螺旋波激发型等离子体(HWP)等。
控制装置100具有存储器、处理器以及输入输出接口。处理器读出并且执行存储器中保存的程序、制程,由此经由输入输出接口来控制基板处理装置10的各部。控制装置100读出并且执行存储器中保存的程序、制程,由此经由输入输出接口来控制气化器21a、气化器21b、流量控制器22a以及流量控制器22b。另外,控制装置100读出并且执行存储器中保存的程序、制程,由此经由输入输出接口来控制阀23a、阀23b、等离子体发生装置30、压力调整阀41以及排气装置42。
在此,当在被处理基板W形成两种单体的聚合物即有机膜的情况下,从喷淋头16向腔室11内供给包含两种单体的气体。但是,被供给至腔室11内的气体中包含的单体不全部参与反应,因此未参与反应的单体通过排气装置42从腔室11内排出。
在从腔室11内排出的单体在排气路径中流动的过程中,有时在存在于排气路径的构件的表面通过聚合反应而形成聚合物的沉积物。当在压力调整阀41、排气装置42等形成沉积物时,压力调整阀41、排气装置42的性能劣化。因此,考虑通过对压力调整阀41、排气装置42等进行加热来抑制聚合反应,但具有由于加热构件的配置而导致装置的大型化、电力消耗増大等问题。
因此,在本实施方式的基板处理装置10中,在腔室11与排气装置42之间的排气路径上设置有使排出的气体等离子体化的等离子体发生装置30。通过向排出的气体照射由等离子体发生装置30生成的等离子体,来使排出的气体中包含的未参与聚合反应的两种单体、即未反应成分中的至少任一方低分子化。例如,将排出的气体中包含的未参与聚合反应的两种单体中的至少任一方的官能团进行脱官能团化(使官能团分解)。由此,在排气路径上抑制等离子在体发生装置30的下游侧由于排出的气体发生的聚合反应。由此,能够抑制附着于压力调整阀41、排气装置42等的聚合物的沉积物,从而能够抑制压力调整阀41、排气装置42等的性能劣化。
此外,即使两种单体中的至少任一方的未反应成分没有全部低分子化,相比于没有利用等离子体发生装置30进行等离子体的照射的情况,也能够抑制附着于压力调整阀41、排气装置42等的聚合物的沉积物的量。由此,能够延长压力调整阀41、排气装置42等构件的清洁周期,从而能够使工艺的生产率提高。
以上对第一实施方式进行了说明。本实施方式中的基板处理装置10具备腔室11、第一气体供给部200、排气装置42、排气管40以及等离子体发生装置30。腔室11收容被处理基板W。第一气体供给部200向腔室11内供给包含第一单体的气体和包含通过与第一单体发生聚合反应来形成聚合物的第二单体的气体,由此在被处理基板W形成聚合物的膜。排气装置42对腔室11内的气体进行排气。排气管40将腔室11与排气装置42连接。等离子体发生装置30向在排气管40内流动的气体供给能量,由此使从腔室11排出的气体中包含的第一单体和第二单体中的至少任一方的未反应成分低分子化。由此,能够抑制附着于压力调整阀41、排气装置42等的聚合物的沉积物,从而能够抑制压力调整阀41、排气装置42等的性能劣化。
另外,在上述的实施方式中,等离子体发生装置30利用通过向在排气管40内流动的气体供给高频电力而生成的等离子体向在排气管40内流动的气体供给能量,由此使从腔室11排出的气体中包含的第一单体和第二单体中的至少任一方的未反应成分低分子化。由此,在排气路径上抑制在等离子体发生装置30的下游侧由于排出的气体发生聚合反应。
(第二实施方式)
第一实施方式的等离子体发生装置30仅使用从腔室11内排出的气体来生成等离子体,因此有时根据在排气管40内流动的气体的条件而难以稳定地生成等离子体。因此,在本实施方式的等离子体发生装置30中,在等离子体发生装置30的上游的排气路径中,向在排气路径中流动的气体中添加用于辅助等离子体的稳定生成的气体。作为用于辅助等离子体的稳定生成的气体,例如列举Ar气体等非活性气体。
[基板处理装置10的结构]
图2是表示本公开的第二实施方式中的基板处理装置10的一例的概要截面图。例如如图2所示,本实施方式中的基板处理装置10具备腔室11、等离子体发生装置30、排气管40、压力调整阀41、排气装置42、控制装置100、第一气体供给部200以及第二气体供给部201。此外,除了以下说明的点以外,图2中标注有与图1相同的标记的结构具有与在图1中说明的结构相同或相似的功能,因此省略说明。
第二气体供给部201具有气体供给源20c、流量控制器22c以及阀23c。气体供给源20c例如供给用于辅助Ar气体等的等离子体的稳定生成的添加气体。流量控制器22c控制从气体供给源20c供给的气体的流量。阀23c控制由流量控制器22c控制了流量的气体相对于排气管40的供给和供给切断。经由阀23c供给的添加气体经由供给配管24c被供给至排气管40的处于排气口14与等离子体发生装置30之间的排气管内。
等离子体发生装置30向从腔室11排出的气体和从第二气体供给部201供给的添加气体的混合气体供给高频电力,由此使在排气管40内流动的气体等离子体化。
以上对第二实施方式进行了说明。本实施方式中的基板处理装置10具备向排气管40的处于腔室11与等离子体发生装置30之间的排气管内供给非活性气体的第二气体供给部201。由此,能够使用在排气路径中流动的气体更稳定地生成等离子体。因此,能够使排出的气体中包含的两种单体中的至少任一方的未反应成分更多地低分子化,从而能够有效地抑制附着于压力调整阀41、排气装置42等的聚合物的沉积物。
(第三实施方式)
上述的第一实施方式和第二实施方式中的等离子体发生装置30使用等离子体来减少由于在成膜处理时从腔室11排出的气体而附着在排气路径内的沉积物。与此相对地,本实施方式的等离子体发生装置30还向腔室11内供给等离子体中包含的活性种,由此对由于聚合反应而附着在腔室11内的沉积物进行清洁。
[基板处理装置10的结构]
图3是表示本公开的第三实施方式中的基板处理装置10的一例的概要截面图。例如如图3所示,本实施方式中的基板处理装置10具备腔室11、等离子体发生装置30、排气管40、压力调整阀41、排气装置42、控制装置100、第一气体供给部200以及第三气体供给部202。另外,例如如图3所示,本实施方式中的基板处理装置10还具备阀43、阀44以及排气管45。此外,除了以下说明的点以外,图3中标注有与图1相同的标记的结构具有与在图1中说明的结构相同或同样的功能,因此省略说明。
在腔室11的侧壁的下方设置有排气口14和排气口17,腔室11内的气体经由排气口14和排气口17中的任一方向腔室11的外部排出。
排气口17经由阀44而与排气管45的一端连接。排气管45的另一端同排气管40的处于等离子体发生装置30与压力调整阀41之间的部位连接。阀43设置于排气管40的处于与排气管45的连接位置同等离子体发生装置30之间的部位。阀43是第一阀的一例,阀44是第二阀的一例。排气管45是第二排气管的一例。
第三气体供给部202具有气体供给源20d、流量控制器22d以及阀23d。气体供给源20d供给清洁气体。清洁气体例如是含氧气体。在本实施方式中,含氧气体例如是非活性气体与O2气体的混合气体。非活性气体例如是Ar气体。此外,含氧气体例如可以是非活性气体与O3气体等的混合气体。
流量控制器22d控制从气体供给源20d供给的清洁气体的流量。阀23d控制由流量控制器22d控制了流量的清洁气体相对于排气管40的供给和供给切断。经由阀23d供给的清洁气体经由供给配管24d被供给至排气管40的处于等离子体发生装置30与阀43之间的排气管内。
在利用基板处理装置10进行成膜处理的情况下,等离子体发生装置30向从腔室11排出的气体供给高频电力,由此使在排气管40内流动的气体等离子体化。另外,在利用基板处理装置10进行清洁处理的情况下,等离子体发生装置30向从第三气体供给部202供给的清洁气体供给高频电力,由此使清洁气体等离子体化。
[成膜处理]
图4是示出成膜处理时的各阀的状态的一例的图。例如如图4所示,在利用基板处理装置10进行成膜处理的情况下,关闭阀23d和阀44,打开阀23a、阀23b以及阀43。此外,在图4中,通过空白来描绘打开的阀,通过涂黑来描绘关闭的阀。
由此,将包含原料A和原料B的气体从第一气体供给部200供给至腔室11内,在被处理基板W上形成原料A和原料B的聚合物的有机膜。而且,包含未参与成膜的原料A和原料B的气体经由排气口14和排气管40被供给至等离子体发生装置30,通过等离子体发生装置30被等离子体化。由此,排放气体中包含的原料A和原料B的未反应成分低分子化,并且被排出。
[清洁处理]
图5是示出清洁处理时的各阀的状态的一例的图。例如如图5所示,在利用基板处理装置10进行清洁处理的情况下,将阀23a、阀23b以及阀43控制为关闭状态,将阀23d和阀44控制为打开状态。此外,在图5中,通过空白来描绘打开的阀,通过涂黑来描绘关闭的阀。另外,在清洁处理时,优选在载置台15上载置晶圆假片W’,以保护载置台15的上表面。
第三气体供给部202向等离子体发生装置30供给清洁气体。等离子体发生装置30向从第三气体供给部202供给的清洁气体供给高频电力,由此使清洁气体等离子体化。等离子体化的清洁气体中包含的氧自由基等活性种经由排气管40和排气口14被供给至腔室11内。利用被供给至腔室11内的活性种来去除附着于腔室11、载置台15以及喷淋头16的表面的沉积物。在清洁处理中,腔室11内的气体从排气口17经由阀44和排气管45排出。
[实验结果]
图6和图7是表示清洁速率的实验结果的一例的图。在实验中,将形成有有机膜的被处理基板W载在载置台15上,如图5所示那样控制各阀的状态。而且,测量利用由等离子体发生装置30生成的等离子体中包含的活性种进行的被处理基板W上的有机膜的蚀刻速率来作为清洁速率。实验的主要条件如下。
腔室11内的压力:1[Torr]
处理时间:180[秒]
Ar/O2=500[sccm]/300[sccm]
如图6和图7所示,在被处理基板W的温度为90℃~120℃中的任意温度的情况下,被处理基板W上的有机膜均被清洁。在图6和图7的实验结果中发现了被处理基板W的温度越高则清洁速率越高的倾向。因而认为:在进行清洁处理时,通过使腔室11内的温度比成膜处理时的温度高,能够更高效地去除沉积物。
以上对第三实施方式进行了说明。本实施方式中的基板处理装置10还具备阀43、阀44、排气管45以及第三气体供给部202。阀43设置于排气管40的处于等离子体发生装置30与排气装置42之间的部位。阀44设置于排气管45。排气管45将腔室11与排气装置42连接。第三气体供给部202向排气管40的处于等离子体发生装置30与阀43之间的排气管内供给含氧气体。当在被处理基板W形成聚合物的膜的情况下,打开阀43,关闭阀44,对从腔室11经由排气管40向排气装置42流动的气体照射由等离子体发生装置30生成的等离子体。另外,在进行腔室11内的清洁的情况下,关闭阀43,打开阀44,从第三气体供给部202供给的含氧气体通过等离子体发生装置30被等离子体化,利用等离子体中包含的活性种对腔室11内进行清洁。由此,使用等离子体发生装置30能够实现对沉积物向排气路径的附着进行抑制以及腔室11内的清洁。
另外,在上述的第三实施方式中,含氧气体中包含O2气体或O3气体。由此,能够通过含氧气体的等离子体中包含的活性种来去除腔室11内的沉积物。
[其它]
此外,本申请所公开的技术不限定为上述的实施方式,能够在其主旨的范围内进行各种变形。
例如在上述的第一实施方式~第三实施方式的基板处理装置10中,使用等离子体发生装置30来作为能量供给装置的一例,但公开的技术不限于此。例如,在基板处理装置10中,也可以使用向在排气管40内流动的气体照射紫外线的紫外线照射装置来作为能量供给装置的其它例子。
例如,在成膜处理时,紫外线照射装置通过向在排气管40内流动的气体照射紫外线来向在排气管40内流动的气体供给能量。由此,利用从紫外线照射装置照射出的紫外线来使从腔室11排气的气体中包含的第一单体和第二单体中的至少任一方的未反应成分低分子化。
另外,在清洁处理时,紫外线照射装置通过向从第三气体供给部202供给的清洁气体照射紫外线来生成活性种,利用生成的活性种对腔室11内进行清洁。通过设置紫外线照射装置来取代等离子体发生装置30,也能够实现对沉积物向排气路径的附着进行抑制以及腔室11内的清洁。
另外,在上述的第三实施方式的基板处理装置10中,也可以与上述的第二实施方式的基板处理装置10同样地,在等离子体发生装置30的上游的排气路径中对在排气路径中流动的气体添加用于辅助等离子体的稳定生成的气体。
此外,应该认为本次公开的实施方式在所有方面均为例示,而非限制性的。实际上,上述的实施方式能够以各种方式具体实现。另外,上述的实施方式只要不脱离所附的权利要求书及其主旨,就可以以各种方式进行省略、置换、变更。

Claims (7)

1.一种基板处理装置,其特征在于,具备:
腔室,其收容被处理基板;
第一气体供给部,其向所述腔室内供给包含第一单体的气体和包含通过与所述第一单体发生聚合反应来形成聚合物的第二单体的气体,由此在所述被处理基板形成所述聚合物的膜;
排气装置,其对所述腔室内的气体进行排气;
第一排气管,其将所述腔室与所述排气装置连接;以及
能量供给装置,其向在所述第一排气管内流动的气体供给能量,由此使从所述腔室排出的气体中包含的第一单体和第二单体中的至少任一方的未反应成分低分子化。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置,其特征在于,
所述能量供给装置利用通过向在所述第一排气管内流动的气体供给高频电力而生成的等离子体来向在所述第一排气管内流动的气体供给能量,由此使从所述腔室排出的气体中包含的第一单体和第二单体中的至少任一方的未反应成分低分子化。
3.根据权利要求2所述的基板处理装置,其特征在于,
还具备第二气体供给部,该第二气体供给部向所述第一排气管的处于所述腔室与所述能量供给装置之间的排气管内供给非活性气体。
4.根据权利要求2或3所述的基板处理装置,其特征在于,还具备:
第二排气管,其将所述腔室与所述排气装置连接;
第一阀,其设置于所述第一排气管的处于所述能量供给装置与所述排气装置之间的部位;
第二阀,其设置于所述第二排气管;以及
第三气体供给部,其向所述第一排气管的处于所述能量供给装置与所述第一阀之间的排气管内供给含氧气体,
其中,当在所述被处理基板形成所述聚合物的膜的情况下,打开所述第一阀,关闭所述第二阀,向从所述腔室经由所述第一排气管流向所述排气装置的气体照射由所述能量供给装置生成的等离子体,
在进行所述腔室内的清洁的情况下,关闭所述第一阀,打开所述第二阀,利用所述能量供给装置使从所述第三气体供给部供给的含氧气体等离子体化,利用等离子体中包含的活性种对所述腔室内进行清洁。
5.根据权利要求1所述的基板处理装置,其特征在于,
所述能量供给装置通过向在所述第一排气管内流动的气体照射紫外线来向在所述第一排气管内流动的气体供给能量,由此使从所述腔室排出的气体中包含的第一单体和第二单体中的至少任一方的未反应成分低分子化。
6.根据权利要求5所述的基板处理装置,其特征在于,还具备:
第二排气管,其将所述腔室与所述排气装置连接;
第一阀,其设置于所述第一排气管的处于所述能量供给装置与所述排气装置之间的部位;
第二阀,其设置于所述第二排气管;以及
第三气体供给部,其向所述第一排气管的处于所述能量供给装置与所述第一阀之间的排气管内供给含氧气体,
其中,当在所述被处理基板形成所述聚合物的膜的情况下,打开所述第一阀,关闭所述第二阀,从所述能量供给装置向从所述腔室经由所述第一排气管流向所述排气装置的气体照射紫外线,
在进行所述腔室内的清洁的情况下,关闭所述第一阀,打开所述第二阀,利用通过从所述能量供给装置对从所述第三气体供给部供给的含氧气体照射紫外线而生成的活性种来对所述腔室内进行清洁。
7.根据权利要求4或6所述的基板处理装置,其特征在于,
所述含氧气体中包含O2气体或O3气体。
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