JP2018531326A - 排ガス分解装置を有する基板処理装置及び該装置用排ガス処理方法 - Google Patents

排ガス分解装置を有する基板処理装置及び該装置用排ガス処理方法 Download PDF

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Abstract

基板処理装置及び排ガス処理方法を開示する。本発明による基板処理装置及び排ガス処理方法において、排ガス分解モジュールは処理チャンバから排出されたソースガスを分解して、該ソースガスのリガンドを分解する。また、リガンド及び該リガンドが分解されたソースガスを、別々に供給したＯ２、Ｎ２Ｏ、又はＯ３と反応させて安定化させ、その後、これと混ぜた反応ガスを有する混合ガスに変えることが出来る。続いて、混合ガスを排気ポンプに流し込み、放出させる。或いは、リガンドとソースガスを、反応ガスと混ぜてこれを放出するさせることが出来る。従って、リガンドとリガンドが分解したソースガスは、反応ガス又は、排気ポンプで発生する熱とは反応せず、排気ポンプに流れ込むリガンドが分解したソースガスとリガンドは、排気ポンプの内面に堆積しない。また、排気ポンプにたまったリガンドが分解したソースガスとリガンドは爆発しない。【選択図】図１

Description

本発明は、処理チャンバから放出されるソースガスを分解して、排ガスにより排気ポンプにダメージが加わるのを防ぐ、排ガス分解装置を有する基板処理装置及び該装置用排ガス処理方法に関する。
半導体装置、フラットパネル表示装置、太陽電池は、シリコンウェハやガラス等の基板上に源材料を堆積させる薄膜堆積工程、感光材料を用いて、堆積した薄膜の選択領域を露光し又は被覆するフォトリソグラフィ工程、及び選択領域で薄膜を取り除いて、所望のパターンを形成するエッチング工程により製造される。
薄膜蒸着法の例としては、物理蒸着（PVD）法、化学蒸着（CVD）法、原子層堆積（ALD）法が挙げられる。
薄膜堆積法は、各種材料を用いて、基板上に薄膜を堆積させる。この場合、堆積処理法では、基板を処理する空間を有する処理チャンバ内を流れる前駆体であるソースガスを少量使い、該堆積過程で発生する副産物と一緒に、殆どのソースガスを処理チャンバ外に放出させる。
堆積工程で使われない処理チャンバのソースガスと副産物を、排気ラインと排気ポンプにより処理チャンバ外に放出させる。即ち、堆積工程で使用されない処理チャンバのソースガスと副産物を排気ポンプにより抽出し、これを排気ラインと排気ポンプを介して排気ポンプ外に放出させる。
更に、堆積工程で使われないソースガスを、排気ポンプ内で発生する熱と、処理チャンバから放出された反応ガスとを反応させることにより分解させ、分解したソースガスが、排気ポンプの内面に堆積されて、薄膜が形成される。この場合、排気ポンプを構成する要素間の隙間が変わることにより、該排気ポンプが損傷してしまう。
低温用のソースガスが、処理チャンバ外に放出され、排気ポンプに堆積すると、ソースガスが排気ポンプで発生する熱により爆発することもあり得る。
本発明の観点は、上記関連技術の問題点を全て解決した、排ガス分解装置を有する基板処理装置及びこのための排ガス処理方法を提供することに向けられる。
本発明の別の観点は、処理チャンバから放出され、堆積工程では使われないソースガスを分解し、該分解したソースガスを、排気ポンプを介して放出することにより、該ソースガスにより排気ポンプが損傷を受けるのを防止すると共に、ソースガスが爆発するのを完全に防止することが出来る、排ガス分解装置を有する基板処理装置及びこのための排ガス処理方法を提供することに向けられる。
基板処理装置は、基板を処理する空間を有する処理チャンバ、前記処理チャンバ内に設置した、上に基板を配置した基板支持手段、ソースガスを前記基板に分配するソースガス分配手段、反応ガスを前記基板に分配する反応ガス分配手段、前記処理チャンバのソースガスを、該処理チャンバの外に放出させるよう案内するソースガス排気ライン、前記処理チャンバの反応ガスを、該処理チャンバの外に放出させるよう案内する反応ガス排気ライン、前記ソースガスと前記反応ガスを、それぞれ前記ソースガス排気ライン及び反応ガス排気ラインに排出し得るように、該ソースガス排気ライン及び該反応ガス排気ラインに連通する排気ポンプ、及び前記ソースガス排気ラインを介して前記排気ポンプ内に流れ込むソースガスを分解する、前記処理チャンバと前記排気ポンプ間の前記ソースガス排気ラインに設置された排ガス分解モジュールを有する。
本発明の別の観点では、基板を処理する処理チャンバに分配され、基板上に薄膜を堆積させるソースガス及び反応ガスの内、堆積処理において使用しない該ソースガス及び該反応ガスを排出処理する、基板処理装置の排ガス処理方法において、排気ポンプを用いて、ソースガス及び反応ガスをソースガス排気ライン及び反応ガス排気ラインにそれぞれ排出し、該ソースガス排気ラインの一端を、該処理チャンバに連通させ、該ソースガス排気ラインの他端を、前記排気ポンプに連通させ、前記反応ガス排気ラインの一端を、処理チャンバに連通させ、該該反応ガス排気ラインの他端を該排気ポンプに連通させ、前記ソースガス排気ラインに流れ込んだ前記ソースガスを分解し、及び前記ソースガス排気ラインの分解ソースガスを前記反応ガス排気ラインの反応ガスと混合してできた混合ガスを、前記排気ポンプの内部を介して放出することを特徴とする、基板処理装置の排ガス処理方法が設けられる。
本発明の実施例による基盤処理装置及び排ガス処理方法においては、排ガス分解モジュールは処理チャンバから排出されたソースガスを分解して該ソースガスのリガンドを分解することが出来る。また、リガンド及びリガンドが分解されたソースガスを、別々に供給したＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｏ３と反応させて、安定状態に置くことが出来、これを反応ガスと混合させた反応ガスを含む混合ガスに変える。続いて、混合ガスを排気ポンプに流し込み、放出することが出来る。或いは、リガンド及びソースガスを、反応ガスと混合し、放出させることが出来る。従って、リガンド及びリガンドが分解されたソースガスは、反応ガスや排気ポンプで発生する熱とは反応せず、排気ポンプに流れ込むリガンド分解ソースガス及びリガンドは排気ポンプの内面に堆積しない。また、排気ポンプにたまったリガンド分解ソースガス及びリガンドは爆発しない。
図１は、本発明の実施例による基板処理装置の構成を説明する概略図である。 図２は、図１の平面断面図である。 図３は、本発明の別の実施例による基板処理装置の構成を説明する概略図である。 図４は、本発明の実施例による基板処理装置の排ガス処理方法を説明するフローチャートである。
以下、本発明の例示実施例に詳細に言及し、例を添付の図面で説明する。可能な限り、同一又は同様の要素には図面を通して、同一の符号を使用する。
明細書においては、各図面において要素に符号を加える際は、他の図面で同様の要素を示すために既に使用した同様の符号は、可能な限りにおいて、該要素に使うものとする。
明細書に記載した用語は、以下に示すように理解するものとする。
明細書の記載のように、単数形「１つの」、「その」は、文脈上明瞭に違うとの記載が無い限り、同様に複数形を含むものとする。「第１」、「第２」等の用語は、１の要素を他の要素から区別するために使用し、これらの要素がこの用語により制限を受けるべきではない。
ここで使用する「から構成する」、「を有する」、「を含む」等は、言及した特徴、整数、段階、操作、要素及び／又は構成要素の存在を特定するが、１以上の他の特徴、整数、段階、操作、要素、構成要素及び／又はそのグループの存在又は、この追加を排除するものではない。
用語「少なくとも１つ」は、１以上の関連項目のいずれか、又はこれら全ての組み合わせを含むものとする。例えば、「第１項目〜第３項目のうち少なくとも１つ」の意味は、第１項目、第２項目、又は第３項目を示すと同様に、第１、第２、第３項目のうち、２以上からなる全ての項目の組み合わせを示すこともある。
用語「及び／又は」は、１以上の関連項目のいずれか、又はこれら全ての組み合わせとして理解すべきである。例えば、「第１項目、第２項目及び／又は第３項目」の意味は、第１項目、第２項目、又は第３項目を示すと同様に、第１、第２、第３項目のうち、２以上からなる全ての項目の組み合わせを示すこともある。
ある要素が、別の要素の「上」に存在するとの記載は、それが他の要素の上に直接存在するか、又は、介在要素が存在する場合もある。更にある要素が他の要素の「下に」存在するとの記載は、それが直接下に存在する場合の他、１以上の介在要素が存在する場合もある。加えて、ある要素が、２つの要素の「間に」存在するとの記載は、２つの要素間に１つだけ存在する場合の他、１以上の介在要素が存在する場合もあるものとする。要素間の関係を示す他の記載、例えば、「間に」や「直接間に」は、同様に解釈することが出来る。
各ステップにおいて、符号、例えば、Ｓ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０等は、記載の都合上使用するものであり、ステップの順序を規定するものではない。また、特定の順序が、文脈上明瞭化されていない限り、ステップは、記載した順序で実行することが出来る。即ち、ステップは記載どおりに実行することが出来、また、同時に実行することが出来るし、又は反対の順序で実行することも出来る。
以下、本発明の実施例による、排ガス分解装置を有する基板処理装置及び該装置用排ガス処理方法を、添付の図面に言及して詳細に説明する。
初めに、本発明の実施例による基板処理装置について説明する。
図１は、本発明の実施例による基板処理装置の構成を説明する概略図であり、図２は、図１の平面断面図である。
図に示すように、本発明の実施例による基板処理装置は、シリコンウェハ、ガラス、又はこれと同等なものである基板５０をロードし、処理する空間を持つ処理チャンバ１１０を有している。処理チャンバ１１０は、開放上部を有し、相対的に下側に配置された本体１１１と、該本体１１１の開放上部に連結し、相対的に上側に配置された蓋１１５を有している。
基板５０を載置し、支持する基板支持手段１２０を、処理チャンバ１１０の内下面に設置することが出来る。基板支持手段１２０は、処理チャンバ１１０内に設けられ、基板５０を配置し、支持する上部を有する支持体１２１及び、支持体１２１の底部に連結した上端部と処理チャンバ１１０の底部の外側に露出し、駆動部１３０に連結した下端部からなる支持軸１２５を有する。
基板５０は複数設けることが出来る。複数の基板５０は、支持体１２１上に、該支持体１２１の中心から放射状に設置され、支持される。駆動部１３０は上昇し、下降し、また、基板支持手段１２０を回転させることが出来る。このため、支持体１２１上に設置、支持した基板５０を上昇、下降、回転させることが出来る。
基板５０を加熱する、ヒータ等の加熱ユニット（図示無し）を、基板５０を設置支持している支持体１２１近くに設けることが出来る。
基板５０上に薄膜を堆積させるためには、該基板上に堆積したソースガスと、該ソースガスを基板５０上に堆積しやすくさせる反応ガスを、処理チャンバ１１０に供給する。このため、ソースガスを支持体１２１上に設置した基板５０に分配するソースガス分配手段１４１と、反応ガスを基板５０に分配する反応ガス分配手段１４５を、処理チャンバ１１０の内側上面に設ける。
ソースガス分配手段１４１と反応ガス分配手段１４５を、それぞれシャワーヘッドとして設けることが出来、相互に分割し、設置することが出来る。また、ソースガス分配手段１４１から分配されたソースガスを、該ソースガス分配手段１４１と対向するソースガス領域１２１ａだけに分配することが出来、反応ガス分配手段１４５から分配された反応ガスを、該反応ガス分配手段１４５に対向する反応ガス領域１２１ｂだけに分配することが出来る。この場合、ソースガス分配手段１４１から分配されたソースガスと、反応ガス分配手段１４５から分配された反応ガスは、基板に分配する途中で、互いに混合しないで分配することが出来る。
このため、基板支持手段１２０が回転するにつれて、基板支持手段１２０上に設置、支持された複数の基板は、順番にソースガス領域１２１ａに配置され、及び順番に反応ガス領域１２１ｂに配置させることが出来る。即ち、ソースガス領域１２１ａに配置され、ソースガスを供給された基板５０は、基板支持手段１２０の回転に伴い、反応ガス領域１２１ｂに配置され反応ガスが供給されると、ソースガスと反応ガスが反応することにより、基板５０上にソースガスを堆積させることが出来る。
堆積工程では、処理チャンバ１１０に供給するソースガス及び反応ガスはそれぞれ少量だけ用いることができ、ソースガス及び反応ガスの殆どは、堆積工程で発生する副産物と共に、処理チャンバ１１０の外に放出させることが出来る。
ソースガス排気ライン１５１、反応ガス排気ライン１５３及び排気ポンプ１５５を設けて、堆積工程で使用しないソースガス及び反応ガスを、副産物と共に処理チャンバ１１０の外に排出することが出来る。
ソースガス排気ライン１５１の一端を、処理チャンバ１１０の底部と連通させ、ソースガス排気ライン１５１の他端を、排気ポンプ１５５と連通させることができる。反応ガス排気ライン１５３の一端を、処理チャンバ１１０の底部と連通させ、反応ガス排気ライン１５３の他端を、排気ポンプ１５５と連通させることができる。この場合、ソースガス排気ライン１５１の一端と反応ガス排気ライン１５３の一端をそれぞれ、ソースガス領域１２１ａ及び反応ガス領域１２１ｂの真下に配置された処理チャンバ１１０の底部と連通させることが出来る。
従って、真空ポンプ等として設けられた排気ポンプ１５５が駆動すると、ソースガス領域１２１ａに分配されるけれども、堆積工程では使われないソースガスを抽出することが出来、これがソースガス排気ライン１５１に流れ込むと共に、反応ガス領域１２１ｂに分配されるけれども、堆積工程では使われない反応ガスを抽出することが出来、これが反応ガス排気ライン１５３に流れ込む。続いて、ソースガスと反応ガスを混合ガスに変え、これが排気ポンプ１５５に流れ込み、該混合ガスを、排気ポンプ１５５の内側を介して排気ポンプ１５５外に放出させることが出来る。
堆積工程では使われず、排気ライン１５１を介して排気ポンプ１５５に流れ込むソースガスは、排気ポンプ１５５内で発生する熱又は、反応ガス排気ライン１５３を介して排気ポンプ１５５に流れ込む反応ガスと反応し、これが排気ポンプ１５５の内面に堆積される。このため、排気ポンプ１５５にダメージが加わり得る。特に、ソースガスが低温用の場合、排気ポンプ１５５内に堆積したソースガスは、排気ポンプ１５５で発生する熱により爆発する可能性がある。
このような問題点を防ぐために、本発明の実施例による基板処理装置は、ソースガス排気ライン１５１に流れ込むソースガスを分解する排ガス分解モジュール１６０を設けることが出来る。
排ガス分解モジュール１６０は、処理チャンバ１１０と排気ポンプ１５５間のソースガス排気ライン１５１近くに設置することが出来、ソースガス排気ライン１５１に流れ込むソースガスを分解することが出来る。この場合、排ガス分解モジュール１６０は、ソースガスのリガンド（ligand）を分解することが出来、リガンド分解ソースガスを排気ポンプ１５５に供給することが出来る。
リガンド及びリガンド分解ソースガスは不安定な状態にあるので、これを安定させることが要求される。このため、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、Ｏ３を、排ガス分解モジュール１６０と排気ポンプ１５５間のソースガス排気ライン１５１に供給することが出来る。従って、リガンド及びリガンド分解ソースガスはＯ２、Ｎ２Ｏ、又はＯ３と反応して安定な状態に置かれる。
続いて、リガンド及びリガンド分解ソースガスを、これと混合した反応ガス排気ライン１５３の反応ガスを含む混合ガスに変える。このため、リガンド及びリガンド分解ソースガスは、反応ガス又は排気ポンプ１５５内で発生する熱と反応せず、排気ポンプ１５５内に流れ込むリガンド分解ソースガス及びリガンドは、排気ポンプ１５５の内面には堆積しない。また、排気ポンプ１５５内にたまったリガンド分解ソースガス及びリガンドは爆発しない。
この場合、排ガス分解モジュール１６０を、プラズマを生成させてソースガスを分解するプラズマ生成装置又は、該ソースガスを加熱し、これを分解する熱源として設けることが出来る。
図３は、本発明の別の実施例による基板処理装置の概略構成を説明する図である。図３と図１の相違だけを以下に説明する。
図に示すように、本発明の別の実施例による基板処理装置において、排ガス分解モジュール２６０により分解されたソースガス排気ライン２５１のリガンド、リガンド分解ソースガス及び、反応ガス排気ライン２５３の反応ガスは排気ポンプ２５５内に流れ込み、その後、排気ポンプ２５５内で互いに混合される。続いて、混合ガスが、排気ポンプ外に放出される。
以下、本実施例による基板処理装置の排ガス処理方法を、図１〜図４に言及して説明する。図４は、本発明の実施例による基板処理装置の排ガス処理方法を説明するフローチャートである。
図に示すように、ステップＳ１１０において、処理チャンバ１１０に分配したソースガス及び反応ガスのうち、基板５０に薄膜を堆積させる堆積工程で使用しないソースガス及び反応ガスはそれぞれ、ソースガス排気ライン１５１及び反応ガス排気ライン１５３に供給し、処理チャンバ１１０の外に放出することが出来る。
上述したように、ソースガス排気ライン１５１の一端は、処理チャンバ１１０と連通しており、他端は、排気ポンプ１５５に連通している。また、反応ガス排気ライン１５３の一端は、処理チャンバ１１０と連通しており、他端は、排気ポンプ１５５に連通している。このため、排気ポンプが駆動されると、処理チャンバ１１０のソースガスと反応ガスは、ソースガス排気ライン１５１及び反応ガス排気ライン１５３にそれぞれ抽出され、排出される。
続いて、ステップＳ１２０において、ソースガス排気ライン１５１に流れ込むソースガスを、排ガス分解モジュール１６０により分解することができる。また、ステップＳ１３０において、ソースガス排気ライン１５１の分解ソースガスと反応ガス排気ライン１５３の反応ガスを混合させて、混合ガスにする。続いて、ステップＳ１４０において、混合ガスを排気ポンプ１５５の内部を介して外に放出する。
この場合、排ガス分解モジュール１６０は、プラズマを生成してソースガスを分解するプラズマ生成装置とするか、又は、該ソースガスを加熱し、分解する熱源とすることが出来る。また、リガンドをソースガス排気ライン１５１のソースガスから分離することが出来る。
上述したように、リガンド及びリガンド分解ソースガスを、別々に供給したＯ２、Ｎ２Ｏ、又はＯ３と反応させて、安定状態に置くことが出来、これを排気ポンプ１５５の反応ガスと混合させ、排気ポンプ内に流し込み、放出させることが出来る。或いは、リガンド及びソースガスを排気ポンプ１５５内で反応ガス排気ライン１５３の反応ガスと混合させ、放出させることが出来る。
本実施例による基板処理装置及び排ガス処理方法においては、排ガス分解モジュール１６０（２６０）はソースガスのリガンドを分解することが出来る。続いて、既に安定化したリガンド、リガンド分解ソースガス及び反応ガス排気ライン１５３（２５３）の反応ガスを混合ガスに変える。混合ガスは排気ポンプ１５５（２５５）に流れ込み、放出され、又は、リガンドとリガンド分解ソースガスを排気ポンプ１５５（２５５）の反応ガスと混合させて、放出させることが出来る。このため、リガンドとリガンド分解ソースガスは、反応ガス又は排気ポンプ１５５（２５５）で発生する熱と反応せず、排気ポンプ１５５（２５５）内に流れるリガンド分解ソースガスとリガンドは、排気ポンプ１５５（２５５）の内面に堆積しない。また、排気ポンプ１５５（２５５）内にたまったリガンド分解ソースガスとリガンドは爆発しない。
発明の真意又は範囲を逸脱しない限り、本発明は、種々の変更、変形が可能であることは当業者にとって明らかである。それ故、添付のクレームの範囲及びこれと均等である限り、本発明は、種々の変更、修正をカバーするものである。

Claims (11)

  1. 基板を処理する空間を有する処理チャンバ、
    前記処理チャンバ内に設置した、上に基板を配置した基板支持手段、
    ソースガスを前記基板に分配するソースガス分配手段、
    反応ガスを前記基板に分配する反応ガス分配手段、
    前記処理チャンバのソースガスを、該処理チャンバの外に放出させるよう案内するソースガス排気ライン、
    前記処理チャンバの反応ガスを、該処理チャンバの外に放出させるよう案内する反応ガス排気ライン、
    前記ソースガスと前記反応ガスを、それぞれ前記ソースガス排気ライン及び反応ガス排気ラインに排出し得るように、該ソースガス排気ライン及び該反応ガス排気ラインに連通する排気ポンプ、及び
    前記ソースガス排気ラインを介して前記排気ポンプ内に流れ込むソースガスを分解する、前記処理チャンバと前記排気ポンプ間の前記ソースガス排気ラインに設置された排ガス分解モジュールから構成されることを特徴とする、基板処理装置。
  2. 前記排ガス分解モジュールは、プラズマ生成装置又は、前記ソースガスを加熱する熱源であることを特徴とする、請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記排ガス分解モジュールにより分解されたソースガスを、前記反応ガス排気ラインの反応ガスと混合させ、これを前記排気ポンプに流し込ませることを特徴とする、請求項１記載の基板処理装置。
  4. 前記排ガス分解モジュールにより分解されたソースガスを、前記排気ポンプ内で反応ガス排気ラインの反応ガスと反応させることを特徴とする、請求項１記載の基板処理装置。
  5. 前記ソースガス排気ラインのソースガスのリガンドを前記排ガス分解モジュールにより分解させ、
    前記ソースガス排気ラインの前記リガンドと前記リガンド分解ソースガスを、前記ソースガス排気ラインに供給したＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｏ３から選択した１の物質と反応させて安定化させ、これを前記排気ポンプに流し込むことを特徴とする、請求項１記載の基板処理装置。
  6. 処理チャンバに分配され、基板上に薄膜を堆積させるソースガス及び反応ガスの内、堆積処理において使用しない該ソースガス及び該反応ガスを排出処理する、基板処理装置の排ガス処理方法において、
    排気ポンプを用いて、ソースガス及び反応ガスをソースガス排気ライン及び反応ガス排気ラインにそれぞれ排出し、該ソースガス排気ラインの一端を、該処理チャンバに連通させ、該ソースガス排気ラインの他端を、前記排気ポンプに連通させ、前記反応ガス排気ラインの一端を、処理チャンバに連通させ、該該反応ガス排気ラインの他端を該排気ポンプに連通させ、
    前記ソースガス排気ラインに流れ込んだ前記ソースガスを分解し、及び
    前記ソースガス排気ラインの分解ソースガスを前記反応ガス排気ラインの反応ガスと混合してできた混合ガスを、前記排気ポンプの内部を介して放出することを特徴とする、基板処理装置の排ガス処理方法。
  7. 前記ソースガス排気ラインのソースガスを、プラズマ生成装置によって生成したプラズマにより分解し、又は、これを加熱により分解することを特徴とする、請求項６記載の排ガス処理方法。
  8. 前記ソースガス排気ラインのソースガスのリガンドを分解することを特徴とする、請求項７記載の排ガス処理方法。
  9. 前記ソースガス排気ラインの前記リガンドと前記リガンド分解ソースガスを、前記ソースガス排気ラインに供給したＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｏ３から選択した１の物質と反応させて安定化させ、これを前記排気ポンプに流し込むことを特徴とする、請求項８記載の排ガス処理方法。
  10. 前記ソースガス排気ラインの分解ソースガスと前記反応ガス排気ラインの反応ガスを混合させて、これを前記排気ポンプに流し込むことを特徴とする、請求項６記載の排ガス処理方法。
  11. 前記ソースガス排気ラインの分解ソースガスと前記反応ガス排気ラインの反応ガスを前記排気ポンプ内で混合させることを特徴とする、請求項６記載の排ガス処理方法。
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