JP2014116484A

JP2014116484A - 基板処理装置および処理容器内圧力調整方法

Info

Publication number: JP2014116484A
Application number: JP2012270017A
Authority: JP
Inventors: Hideto Sueki; 英人末木; Hisashi Matsui; 久松井; Shohei Semba; 昌平仙波; Hiroaki Uchida; 博章内田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-26
Also published as: WO2014091886A1; TW201439362A

Abstract

【課題】成膜処理等の堆積物を生成する処理ガスによる基板処理において、堆積物の付着の影響を受けずに処理容器内の圧力を調整することができる基板処理装置および処理容器内圧力調整方法を提供すること。
【解決手段】堆積物を生成する処理ガスを用いて基板に処理を施す基板処理装置１００は、基板を収容する処理容器１と、処理ガスを処理容器に供給する処理ガス供給機構２と、処理容器１に一端が接続された排気通路３と、排気通路３の他端に接続された、処理容器１内を排気するための排気ポンプ４と、排気通路３に設けられた、処理容器１から排出された、未反応の処理ガスを熱分解するための熱分解機５と、熱分解機内に設けられた、処理容器１内の圧力を調整するために排気通路３の排気コンダクタンスを調整する排気コンダクタンス調整手段６とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置および処理容器内圧力調整方法に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造工程や半導体デバイスの製造工程においては、ガラス基板や半導体ウエハ等の基板に、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて所定の膜を成膜する成膜処理が行われる。このような成膜処理においては、有機金属（ＭＯ）ガス、シラン系ガス等の処理ガスを用いて基板に膜を形成し、成膜後の未反応ガスは、排ガス配管に設けられた加熱装置により熱分解して無害化された後に排出される。

このような成膜処理を行う成膜装置において、処理室内の圧力調整は、従来、排気配管に設けられたバルブ等で排気コンダクタンスを変化させることにより行われている（例えば特許文献１）。

特開平０２−１９８１３７号公報

しかしながら、成膜処理においては未反応の処理ガスや時には反応生成物によって堆積物（デポ）が処理容器や配管等に形成されやすく、処理室内の圧力調整をバルブ等で排気コンダクタンスを変化させることにより行うと、コンダクタンスを絞ったバルブ等に堆積物（デポ）が付着し、処理の不具合の要因となってしまうため、これを除去するためのメンテナンスの周期が短くなってしまう。メンテナンスの際には、多くの場合配管やバルブ等の内部を大気開放するが、成膜処理に用いられる処理ガスには危険なものも多く、なるべくメンテナンスの機会を減らすことが望ましい。また、処理装置の稼働率の観点からもメンテナンスの機会を減らすことが望ましい。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、成膜処理等の堆積物を生成する処理ガスによる基板処理において、堆積物の付着の影響を受けずに処理容器内の圧力を調整することができる基板処理装置および処理容器内圧力調整方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、堆積物を生成する処理ガスを用いて基板に処理を施す基板処理装置であって、基板を収容する処理容器と、前記処理ガスを前記処理容器に供給する処理ガス供給機構と、前記処理容器に一端が接続された排気通路と、前記排気通路の他端に接続された、前記処理容器内を排気するための排気ポンプと、前記排気通路に設けられた、前記処理容器から排出された排ガス中の熱分解可能な堆積性ガスを熱分解するための熱分解機と、前記熱分解機内に設けられた、前記処理容器内の圧力を調整するために前記排気通路の排気コンダクタンスを調整する排気コンダクタンス調整手段とを具備することを特徴とする基板処理装置を提供する。

上記第１の観点において、前記排気コンダクタンス調整手段は、前記熱分解機内の加熱領域に設けられていることが好ましい。

前記排気コンダクタンス調整手段は、前記熱分解機内の排気通路に配置され、排ガス通過領域を規定する一または複数のバッフル板を有するものとすることができる。この場合に、前記バッフル板による排ガス通過領域の位置、大きさ、形状、前記バッフル板の枚数および配置位置の少なくとも一つによって排気コンダクタンスを調整することができる。

前記排気コンダクタンス調整手段は、排気コンダクタンスが可変である構成とすることができる。この場合に、前記排気コンダクタンス調整手段は、前記熱分解機内の排気通路に配置され、排ガス通過領域を規定する一または複数のバッフル板を有し、前記バッフル板による排ガス通過領域の位置、大きさ、形状、前記バッフル板の枚数および配置位置の少なくとも一つが可変であるものとすることができる。

前記排気通路は、前記処理容器から前記熱分解機に至るまでの間に排気コンダクタンスを調整する部材が存在しないことが好ましい。

前記処理容器は、複数の基板を収容し、これら複数の基板を一括して処理することが可能であるものとすることができる。また、前記の処理としては、ＣＶＤ法またはＡＬＤ法による成膜処理とすることができる。また、前記熱分解可能な堆積性ガスとしては、未反応の処理ガスを挙げることができる。

本発明の第２の観点では、基板を収容する処理容器と、堆積物を生成する処理ガスを前記処理容器に供給する処理ガス供給機構と、前記処理容器に一端が接続された排気通路と、前記排気通路の他端に接続された、前記処理容器内を排気するための排気ポンプと、前記排気通路に設けられた、前記処理容器から排出され、排ガス中の熱分解可能な堆積性ガスを熱分解するための熱分解機とを具備する基板処理装置において前記処理容器の圧力を調整する処理容器内圧力調整方法であって、前記熱分解機内で排気コンダクタンスを調整することにより、前記処理容器内の圧力を調整することを特徴とする処理容器内圧力調整方法を提供する。

上記第２の観点において、前記熱分解機内での排気コンダクタンスの調整は、前記熱分解機内の排気通路に配置され、排ガス通過領域を規定する一または複数のバッフル板により行うことができる。この場合に、前記バッフル板による排ガス通過領域の位置、大きさ、形状、前記バッフル板の枚数および配置位置の少なくとも一つによって排気コンダクタンスを調整することができる。また、前記熱分解可能な堆積性ガスとして、未反応の処理ガスを挙げることができる。

本発明によれば、処理容器内の圧力を調整するために排気通路の排気コンダクタンスを調整する排気コンダクタンス調整手段を、未反応の処理ガスなどの熱分解可能な堆積性ガスを熱分解するための熱分解機内に設けたので、本質的に排気コンダクタンス調整手段に堆積物は付着しない。このため、堆積物が付着することによる処理の不具合が生じず、メンテナンスの周期を長期化することができる。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る基板処理装置に用いられる熱分解機の横断面図である。排気コンダクタンス調整手段として用いられるバッフル板の一例を示す図である。排気コンダクタンス調整手段として用いられるバッフル板の他の例を示す図である。排気コンダクタンスを可変にしたバッフル板の一例を示す図である。排気コンダクタンスを可変にしたバッフル板の他の例を示す図である。排気コンダクタンスを可変にしたバッフル板のさらに他の例を示す図である。従来の基板処理装置における排気コンダクタンスの調整例を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す断面図である。本実施形態では、基板処理装置として複数の基板に対してＡＬＤ法による成膜処理を行うバッチ式成膜装置を例にとって説明する。

図１に示すように、基板処理装置１００は、複数の基板Ｓを収容する処理容器１と、処理容器１に成膜のための処理ガスを供給する処理ガス供給機構２と、処理容器１に一端が接続され、処理容器１から排出された排ガスを排気する排気通路３と、排気通路３の他端に接続された処理容器１を排気するための真空ポンプ４と、排気通路３に設けられた、処理容器１から排出された排ガス中の未反応の処理ガスを熱分解するための熱分解機５と、熱分解機５内に設けられた排気コンダクタンス調整手段としてのバッフル板６とを有している。また、基板処理装置１００の各構成部を制御するためのマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えた制御部７を備えている。なお、排ガス中には、未反応の処理ガスの他、成膜処理において発生した反応生成物が気体であれば、反応生成物もこれに含まれる。

処理容器１は、複数枚（図１の例では４枚）の基板Ｓを収容するようになっており、各基板Ｓを収容する処理室１１に別れている。各処理室１１には、ヒーターが内蔵された基板Ｓを載置するサセプタ１２が設けられている。

処理ガス供給機構２は、処理ガス供給源２１と、処理ガス供給源２１から処理容器１の各処理室１１へ処理ガスを供給する配管群２２とを有している。処理ガス供給機構２は、第１の処理ガスと第２の処理ガスとパージガスとを供給できるように構成されており、第１の処理ガスと第２の処理ガスとをパージガスを挟んで交互に処理容器１に供給してＡＬＤにより所定の膜を成膜するようになっている。各ガスはマスフローコントローラ等の流量制御器（図示せず）により流量制御可能となっている。例えば、第１の処理ガスとしてテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）のような金属アルコキシド、Ｎｉ（ＣＯ）_４のような金属カルボニル、テトラメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）やテトラメチルガリウム（ＴＭＧａ）のようなトリメチル化合物等の有機金属化合物ガスを用いることができ、第２の処理ガスとしてＨ_２Ｏ、オゾン、Ｈ_２等の反応性ガスを用いることができる。また、パージガスとしては、例えばＡｒガス、Ｎ_２ガス等の不活性ガスを用いることができる。なお、図１においては簡単のため各処理室１１への処理ガス供給系を１系統として図示しているが、各処理室１１へ第１の処理ガスと第２の処理ガスを供給する場合にはそれぞれの処理ガスについて処理ガス供給系が必要となるため、各処理室１１への処理ガス供給系は少なくとも２系統存在する。

排気通路３は、処理容器１の各処理室１１に一端が接続された個別排気管３１と個別排気管３１が集合した集合排気管３２との内部に設けられている。また、熱分解機５は集合排気管３２の途中に接続されており、熱分解機５の内部にも排気通路３が形成されている。集合排気管３２の熱分解機５の上流側には開閉バルブ３３が設けられている。

熱分解機５は、図１および図２の横断面図に示すように、集合排気管３２に接続された両端が塞がれた円筒状をなす本体容器５１を有し、本体容器５１内には、中央の円柱状をなす第１の空間５１ａとその外側の第２の空間５１ｂとに区画する円筒状の内部壁５２が設けられている。第１の空間５１ａと第２の空間５１ｂとは内部壁５２の上端部の切り欠き部５２ａで繋がっている。本体容器５１の下端面には第１の空間５１ａが開口した第１の接続部５３ａが設けられ、本体容器５１の外周部には第２の空間５１ｂに望むように第２の接続部５３ｂが設けられ、これら第１の接続部５３ａおよび第２の接続部５３ｂが集合排気管３２に接続されている。したがって、第１の空間５１ａおよび第２の空間５１ｂは排気通路３の一部として機能する。

第１の空間５１ａ内には本体容器５１の上端から下方に延びるヒーター５４が挿入されており、ヒーター５４に通電することにより、第１の空間５１ａ内が加熱されてその中を通流する未反応の処理ガスを熱分解するようになっている。したがって、第１の空間５１ａ内が加熱領域となる。ヒーター５４により加熱することにより、本体容器５１内が例えば３００℃以上の処理ガスを分解可能な温度にされる。

排気コンダクタンス調整手段としてのバッフル板６は、熱分解機５の加熱領域である第１の空間５１ａ内に一枚または複数枚（図１の例では３枚）設けられている。バッフル板６は、処理容器１内の圧力を調整するために、排気通路３の排気コンダクタンスを調整する。すなわち、一般的に、処理容器内での基板処理の際においては、処理ガス等を処理容器内に流しつつ排気通路を介して真空ポンプで処理容器内を排気する際に、排気通路にコンダクタンス調整用のバルブを設置するなどして排気通路のコンダクタンスを調整して処理容器内の圧力を調整するが、本実施形態では、このような処理容器１内の圧力調整をするための排気コンダクタンス調整を、熱分解機５内に排気コンダクタンス調整手段として設けたバッフル板６によって行う。

バッフル板６は、排気通路３内に排気に対する抵抗として挿入され、図３に示すように、例えばその中央部に排ガス通過領域６ａが規定されている。図４に示すように、排ガス通過領域６ａがバッフル板６と内壁５２との間に形成されていてもよい。

バッフル板６を着脱可能に設けることにより、バッフル板６による排ガス通過領域６ａの位置、大きさ、形状、バッフル板６の枚数および配置位置の少なくとも一つを調整して、排気通路３のコンダクタンスを調整することが可能となる。例えば、種々のバッフル板６を用意しておき、これらから適宜選択して装着することにより、バッフル板６による排ガス通過領域６ａの位置、大きさ、形状を調整することができる。また、例えば、バッフル板６の装着ポートを複数用意しておき、それらのうちの一部にバッフル板６を装着するようにすることにより、バッフル板６の枚数および配置位置を調整することができる。さらに、複数のバッフル板６の向きを変える等により、各バッフル板６が規定する排ガス通過領域６ａの相対位置を変化させて排気コンダクタンスを調整することもできる。

また、バッフル板６に適宜のアクチュエータを取り付けて、排気コンダクタンスを可変にすることも可能である。例えば、図５に示すように、複数のバッフル板６をアクチュエータ６１により第１の空間５１ａの長手方向に沿って移動可能とすることによって、これらの位置を調整して排気コンダクタンスを可変とすることができる。また、図６に示すようにバッフル板６をアクチュエータ６２により第１の空間５１ａの長手方向に直交する方向に移動可能としてバッフル板６と内部壁５２の間に形成される排ガス通過領域６ａの大きさや位置を調整することができる。さらに、図７に示すように、バッフル板６を虹彩絞り構造としてアクチュエータ６３により開度を可変としてバッフル板６中心部の排ガス通過領域６ａの大きさを可変とすることができる。さらにまた、バッフル板６をアクチュエータにより第１の空間５１ａに対して出没可能または着脱可能として、バッフル板６の枚数を可変とすることもできる。さらにまた、複数のバッフル板６をアクチュエータにより回転させるようにしたり、各バッフル板６が規定する排ガス通過領域６ａの相対位置を可変にすることもできる。

次に、以上のように構成された基板処理装置１００における処理動作について説明する。以下の処理動作は制御部７の制御のもとに行われる。

最初に、ゲートバルブ（図示せず）を開放して搬入出口（図示せず）から搬送装置（図示せず）により基板Ｓを各処理室１１に搬入し、サセプタ１２上に載置する。次いでゲートバルブを閉じて処理容器１内を密閉状態とし、処理ガス供給機構２から所定のガスを処理容器１内に流し、排気コンダクタンスを調整しつつ、真空ポンプ４により排気することにより、処理容器１内を所定の圧力に調整するようになっている。そして、処理ガス供給機構２から、第１の処理ガスと第２の処理ガスとをパージガスを挟んで交互に処理容器１に供給してＡＬＤ法により所定の膜を処理容器１の各処理室１１内の基板Ｓ上に成膜する。

従来の基板処理装置においては、図８に示すように、個別排気管３１に圧力調整バルブ（レギュレータ）７１を設け、集合排気管３２に圧力制御バルブ（ＡＰＣ）７２を設け、これらにより排気コンダクタンスの調整を行って、処理容器１内の圧力を調整していたが、成膜処理においては堆積物（デポ）が処理容器や配管等に形成されるため、処理容器１内の圧力調整を圧力調整バルブ（レギュレータ）７１や圧力制御バルブ（ＡＰＣ）７２のような可変バルブで行うと、これらバルブを絞ってコンダクタンスを低下させた際に、これらに堆積物（デポ）が付着し、流量の誤差や、バルブの動作不良等による処理の不具合の要因となってしまう。このため、これを除去するためのメンテナンスの周期が短くなってしまう。

そこで、本実施形態では、熱分解機５内に排気コンダクタンス調整手段としてのバッフル板６を設ける。これにより、熱分解機５における排気コンダクタンスを調整し、排気全体のコンダクタンスを落とすことにより、結果として処理容器１内の圧力を調整することができる。このため、圧力調整バルブ（レギュレータ）や圧力制御バルブが不要となり、これらに堆積物（デポ）が付着することによる不都合が生じない。また、熱分解機５はヒーター５４により内部が加熱されて未反応の処理ガスを分解するものであるため、本質的に排気コンダクタンス調整手段に堆積物（デポ）は付着しない。このため、堆積物（デポ）が付着することによる処理の不具合が生じず、メンテナンスの周期を長期化することができる。

また、アクチュエータ等を設けてバッフル板６を適宜移動させてコンダクタンスを可変にすることにより、処理中に処理容器１内の圧力を適切に変更することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、排気コンダクタンス調整手段としてバッフル板を設けたが、これに限るものではない。熱分解機の排気通路自体の面積を変化させて排気コンダクタンスを調整するもの等であってもよい。

また、排気コンダクタンス調整手段としてのバッフル板を、熱分解機においてヒーターにより直接加熱されている加熱領域である第１の空間に設けた例を示したが、処理ガスを分解することができれば、このような加熱領域ではない第２の空間に設けてもよい。また、上記実施形態における熱分解機は例示に過ぎず、排気通路を有する配管の外側にヒーターを設けた一重管構造のもの等、他の構造であってもよい。

さらに、上記実施形態では、複数の基板を同時に処理するバッチ処理装置を例にとって示したが、枚葉式の装置であっても適用できることはいうまでもない。また、上記実施形態では基板処理としてＡＬＤ法による成膜を例にとって説明したが、通常のＣＶＤ法による成膜であってもよく、また、堆積物を生成する処理ガスを用いて基板に施す処理であれば成膜以外の他の処理であってもよい。

さらに、上記実施形態では、未反応の処理ガスについて示したが、排ガス中に含まれる反応生成物が熱分解可能な堆積性のガスである場合にも全く同様にして本発明が適用され、その場合の実施形態についても本実施形態の未反応の処理ガスを反応生成物に置き換えるだけで全く同様となる。言うまでもなく、未反応の処理ガスと堆積性の反応生成物が混在する排ガスであっても全く同様に本発明が適用される。すなわち、本発明は、排ガス中に含まれる熱分解可能な堆積性ガス全般について適用することができる。

さらに、本発明は発明の性質上、基板は特に限定されるものではなく、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）のガラス基板や半導体基板に適用可能な他、その他の種々の基板に適用可能である。

１；処理容器
２；処理ガス供給機構
３；排気通路
４；真空ポンプ
５；熱分解機
６；バッフル板（排気コンダクタンス調整手段）
６ａ；排ガス通過領域
７；制御部
１１；処理室
１２；サセプタ
２１；処理ガス供給源
２２；配管群
３１；個別排気管
３２；集合排気管
３３；開閉バルブ
５１；本体容器
５２；内部壁
５１ａ；第１の空間
５１ｂ；第２の空間
５４；ヒーター
６１，６２，６３；アクチュエータ
１００；基板処理装置
Ｓ；基板

Claims

堆積物を生成する処理ガスを用いて基板に処理を施す基板処理装置であって、
基板を収容する処理容器と、
前記処理ガスを前記処理容器に供給する処理ガス供給機構と、
前記処理容器に一端が接続された排気通路と、
前記排気通路の他端に接続された、前記処理容器内を排気するための排気ポンプと、
前記排気通路に設けられた、前記処理容器から排出された排ガス中の熱分解可能な堆積性ガスを熱分解するための熱分解機と、
前記熱分解機内に設けられた、前記処理容器内の圧力を調整するために前記排気通路の排気コンダクタンスを調整する排気コンダクタンス調整手段と
を具備することを特徴とする基板処理装置。
前記排気コンダクタンス調整手段は、前記熱分解機内の加熱領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記排気コンダクタンス調整手段は、前記熱分解機内の排気通路に配置され、排ガス通過領域を規定する一または複数のバッフル板を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
前記排気コンダクタンス調整手段は、前記バッフル板による排ガス通過領域の位置、大きさ、形状、前記バッフル板の枚数および配置位置の少なくとも一つによって排気コンダクタンスを調整することを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
前記排気コンダクタンス調整手段は、排気コンダクタンスが可変であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
前記排気コンダクタンス調整手段は、前記熱分解機内の排気通路に配置され、排ガス通過領域を規定する一または複数のバッフル板を有し、前記バッフル板による排ガス通過領域の位置、大きさ、形状、前記バッフル板の枚数および配置位置の少なくとも一つが可変であることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
前記排気通路は、前記処理容器から前記熱分解機に至るまでの間に排気コンダクタンスを調整する部材が存在しないことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
前記処理容器は、複数の基板を収容し、これら複数の基板を一括して処理することが可能であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
前記の処理は、ＣＶＤ法またはＡＬＤ法による成膜処理であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
前記熱分解可能な堆積性ガスは、未反応の処理ガスであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の基板処理装置。
基板を収容する処理容器と、堆積物を生成する処理ガスを前記処理容器に供給する処理ガス供給機構と、前記処理容器に一端が接続された排気通路と、前記排気通路の他端に接続された、前記処理容器内を排気するための排気ポンプと、前記排気通路に設けられた、前記処理容器から排出された、排ガス中の熱分解可能な堆積性ガスを熱分解するための熱分解機とを具備する基板処理装置において前記処理容器の圧力を調整する処理容器内圧力調整方法であって、
前記熱分解機内で排気コンダクタンスを調整することにより、前記処理容器内の圧力を調整することを特徴とする処理容器内圧力調整方法。
前記熱分解機内での排気コンダクタンスの調整は、前記熱分解機内の排気通路に配置され、排ガス通過領域を規定する一または複数のバッフル板により行われることを特徴とする請求項１１に記載の処理容器内圧力調整方法。
前記バッフル板による排ガス通過領域の位置、大きさ、形状、前記バッフル板の枚数および配置位置の少なくとも一つによって排気コンダクタンスを調整することを特徴とする請求項１２に記載の処理容器内圧力調整方法。
前記熱分解可能な堆積性ガスは、未反応の処理ガスであることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の処理容器内圧力調整方法。