TW201700772A - 排氣管無害化方法及成膜裝置 - Google Patents

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Abstract

一種排氣管無害化方法，係將成膜裝置之原料排氣管加以無害化；該成膜裝置係將含有害成分之原料氣體以及可和該原料氣體起反應而生成無害的反應生成物之反應氣體供給於處理室內，一邊將該原料氣體以及該反應氣體從連接於該處理室之原料排氣管以及反應氣體排氣管分別個別地進行排氣、一邊對基板進行成膜處理；在該成膜裝置之運轉中且在未進行該成膜處理之既定期間，將該反應氣體供給於該原料排氣管來將該原料排氣管內無害化。

Description

排氣管無害化方法及成膜裝置
本發明係關於一種排氣管無害化方法及成膜裝置。
以往已知有一種可抑制在維修作業之鹽酸氣體之發生的矽氮化膜之形成方法、形成裝置以及此形成裝置之洗淨前處理方法。
相關形成裝置具備有：供給六氯二矽烷以及氨而於半導體晶圓形成矽氮化膜之反應管、以及連接於反應管之排氣管。此外，於分解排氣管進行洗淨之前，藉由升溫用加熱器將反應管加熱至500℃~900℃，藉由排氣管用加熱器將排氣管以及閥加熱至100℃~200℃。然後，從處理氣體導入管供給氨。如此般，藉由排氣管用加熱器對排氣管以及閥進行加熱，將氯化銨保持在可氣化之溫度，可抑制水解所致鹽酸氣體之發生。
但是，維修之際所發生之有害氣體會隨著所成膜之膜種類而性質相異，也存在有即使加熱排氣管也無法抑制某些有害氣體的程序。於此種情況下，為了抑制有害氣體之發生，必須有和上述方法為不同的方法。
此外，即使可抑制有害氣體，但是為了抑制有害氣體而中斷基板處理、用以抑制有害氣體之處理以長時間進行一事會使得停機時間變長，降低基板處理之生產性。
是以，本發明係提供一種排氣管無害化方法及成膜裝置，當原料氣體含有害成分但原料氣體與反應氣體之反應所得反應生成物為無害之情況，可無須中斷成膜處理而可使得原料氣體之排氣管無害化。
本發明之一態樣之排氣管無害化方法，係將成膜裝置之原料排氣管加以無害化；該成膜裝置係將含有害成分之原料氣體以及可和該原料氣體起反應而生成無害的反應生成物之反應氣體供給於處理室內，一邊將該原料氣體以及該反應氣體從連接於該處理室之原料排氣管以及反應氣體排氣管分別個別地進行排氣、一邊對基板進行成膜處理；在該成膜裝置之運轉中且在未進行該成膜處理之既定期間，將該反應氣體供給於該原料排氣管來將該原料排氣管內無害化。
本發明之其他態樣之成膜裝置具有：處理室；原料氣體供給區域，係設置於該處理室內，可供給含有害成分之原料氣體；反應氣體供給區域，係於該處理室內相對於該原料氣體供給區域被區劃設置，可供給會和該原料氣體起反應而生成無害的反應生成物之反應氣體；原料氣體排氣管，係連接於該處理室之和該原料氣體供給區域相連通之部位；反應氣體排氣管，係連接於該處理室之和該反應氣體供給區域相連通之部位；原料氣體供給機構，可對該原料氣體供給區域供給原料氣體；反應氣體供給機構，可對該反應氣體供給區域供給反應氣體；反應氣體供給源，係連接於該反應氣體供給機構；旁通配管，係將該反應氣體供給源與該原料氣體排氣管加以連接；連接切換機構，係將該反應氣體供給源對該反應氣體供給機構之連接與對該旁通配管之連接加以切換；以及控制機構，係控制該連接切換機構之連接切換動作。
1‧‧‧處理室
2‧‧‧晶座
4‧‧‧凸狀部
5‧‧‧突出部
7‧‧‧加熱器單元
10‧‧‧搬送臂
11‧‧‧頂板
12‧‧‧容器本體
13‧‧‧密封構件
14‧‧‧底部
15‧‧‧搬送口
20‧‧‧盒體
21‧‧‧核心部
22‧‧‧旋轉軸
23‧‧‧驅動部
24‧‧‧凹部
31,32‧‧‧處理氣體噴嘴
31a,32a‧‧‧氣體導入埠
33‧‧‧氣體噴出孔
41,42‧‧‧分離氣體噴嘴
41a,42a‧‧‧氣體導入埠
42h‧‧‧氣體噴出孔
43‧‧‧溝槽部
44,45‧‧‧天花板面
46‧‧‧彎曲部
51‧‧‧分離氣體供給管
71‧‧‧蓋構件
71a‧‧‧內側構件
71b‧‧‧外側構件
72‧‧‧沖洗氣體供給管
80‧‧‧原料供給系統
81‧‧‧氣化器
82‧‧‧儲存槽
83‧‧‧加熱機構
84‧‧‧質流控制器(質量流量控制器)
85‧‧‧壓力計
86‧‧‧質流計(質量流量計)
87‧‧‧自動壓力控制器
88‧‧‧配管
89‧‧‧閥
100‧‧‧控制部
101‧‧‧記憶部
481,482‧‧‧空間
610‧‧‧第1排氣口
620‧‧‧第2排氣口
630‧‧‧原料氣體排氣管
631‧‧‧反應氣體排氣管
640,641‧‧‧真空泵
650,651‧‧‧壓力調整器
660‧‧‧臭氧產生器
670~676‧‧‧配管
680~687‧‧‧開閉閥
690‧‧‧沖洗氣體供給源
700‧‧‧大氣供給埠
710‧‧‧取樣埠
720‧‧‧洗滌器
D‧‧‧分離區域
H‧‧‧分離空間
h1‧‧‧高度
P1‧‧‧第1處理區域
P2‧‧‧第2處理區域
W‧‧‧晶圓
所附圖式乃當作本說明書之一部分被納入來顯示本揭示之實施形態，連同上述一般性說明以及後述實施形態之詳細來說明本揭示之概念。
圖1係顯示本發明之實施形態之成膜方法可適用之成膜裝置之一例之截面圖。
圖2係顯示圖1之成膜裝置之處理室內構造之立體圖。
圖3係顯示圖1之成膜裝置之處理室內構造之概略俯視圖。
圖4係顯示圖1之成膜裝置之一部分之截面圖。
圖5係顯示圖1之成膜裝置之其他一部分之截面圖。
圖6係顯示用以對圖1之成膜裝置之處理氣體噴嘴供給原料氣體之原料供給系統一例之圖。
圖7係顯示本發明之實施形態之成膜裝置之排氣系統一例之全體構成圖。
圖8係顯示以往之成膜裝置之排氣系統之圖。
圖9係顯示本發明之實施形態之排氣管無害化方法一例之序列之時機圖。
圖10係顯示進行臭氧氣體之流量、濃度安定化調整之際之臭氧產生器之連接之圖。
圖11係顯示成膜處理期間來自臭氧產生器之臭氧氣體的供給流路徑之圖。
圖12係顯示可適用本實施形態之排氣管無害化方法及成膜裝置之原料氣體例之圖。
圖13係顯示圖12所示原料氣體當中一部分氣體與臭氧之反應式之圖。
圖14係用以說明實施本發明之實施形態之排氣管無害化方法及成膜裝置而評價結果之實施例的圖。
圖15係顯示本實施例之排氣管無害化方法之實施結果之圖。
以下，參見圖式來說明用以實施本發明之形態。下述詳細說明中，係以可充分理解本揭示的方式給予諸多具體詳細。但是，即使無如此之詳細說明業界人士仍可達成本揭示乃為自明事項。其他例中，為避免難以理解各種實施形態，並未針對公知方法、順序、系統、構成要素來詳細顯示。
首先，使用圖1至圖5針對本發明之實施形態之成膜裝置之一例來說明之。本發明之實施形態之成膜裝置係可適切地適用本發明之實施形態之排氣管無害化方法之成膜裝置。此處，成膜裝置舉例說明者係使用所謂旋轉台式(後述)晶座之成膜裝置，係藉由將包含原料氣體之處理氣體朝既定供給區域進行供給而於複數基板表面上進行成膜之成膜裝置。此外，載置基板之晶座未必要為旋轉台式，也可適用於使用噴嘴之各種成膜裝置。
圖1為成膜裝置之截面圖，顯示沿著圖3之I-I'線之截面。圖2以及圖3係說明處理室1(後述)內之構造之圖。圖2以及圖3為便於說明起見係省略了頂板11(後述)之圖示。
圖4係從處理氣體噴嘴31(後述)到處理氣體噴嘴32(後述)沿著晶座2(後述)之同心圓的處理室1之截面圖。圖5係顯示設置天花板面44(後述)之區域的部分截面圖。
如圖1至圖3所示般，成膜裝置具備有：扁平的處理室1，具有大致圓形之平面形狀；晶座2，設置於處理室1內；以及控制部100(控制機構)，係對於成膜裝置全體之動作(例如處理氣體噴嘴31、32之氣體供給時機)進行控制。
處理室1具備：容器本體12，具有有底之圓筒形狀；以及頂板11，於容器本體12之上面以氣密可裝卸的方式配置。頂板11經由例如O型環等密封構件13(圖1)以氣密可裝卸方式配置，確保處理室1內之氣密性。
晶座2係以處理室1之中心為旋轉中心而被固定在收納於盒體20之圓筒形狀的核心部21。晶座2上面具有載置複數基板(以下稱為「晶圓W」)之載置部。
盒體20為上面開口之筒狀盒。盒體20設置於上面之凸緣部分係氣密安裝於處理室1之底部14之下面。盒體20係將內部雰圍自外部雰圍加以隔離。
核心部21被固定在朝鉛直方向延伸之旋轉軸22之上端處。旋轉軸22係貫通處理室1之底部14。此外，旋轉軸22之下端係安裝於使得旋轉軸22繞鉛直軸做旋轉之驅動部23。再者，旋轉軸22以及驅動部23被收納於盒體20內。
如圖3所示般，晶座2之表面沿著旋轉方向(周向)具有用以載置複數(本實施形態為5片)晶圓W之圓形狀之複數凹部24(基板載置區域)。此處，圖3基於方便說明起見僅圖示了1個凹部24。此外，本發明可使用之晶座2也可為載置做為複數基板之4片以下或是6片以上晶圓W之構成。
凹部24在本實施形態中係成為較晶圓W之直徑(例如300mm)略大之內徑(例如大4mm之內徑)。此外，凹部24係成為和晶圓W之厚度大致相等深度。藉此，成膜裝置若於凹部24載置晶圓W，則晶圓W之表面與晶座2之表面(未載置晶圓W之區域)可成為大致相同高度。
成膜裝置中，處理氣體噴嘴31為第1氣體供給部，配置於晶座2之上方所區劃之第1處理區域(後述)。處理氣體噴嘴31係當作對晶圓W供給原料氣體之原料氣體供給噴嘴來使用。處理氣體噴嘴32為第2氣體供給部，係當作供給可和原料氣體起反應而生成反應生成物之反應氣體的反應氣體供給噴嘴來使用。處理氣體噴嘴32沿著晶座2之周向配置於和第1處理區域為離間之第2處理區域(後述)。分離氣體噴嘴41、42為分離氣體供給部，配置於第1處理區域與第2處理區域之間(以下也簡稱為「氣體噴嘴31、32、41、42」)。此外，氣體噴嘴31、32、41、42可使用例如石英所構成之噴嘴。
具體而言，如圖2以及圖3所示般，成膜裝置於處理室1之周向保持間隔而從基板搬送用搬送口15起繞順時鐘(晶座2之旋轉方向)依序配置有處理氣體噴嘴32、分離氣體噴嘴41、處理氣體噴嘴31以及分離氣體噴嘴42。此等噴嘴31、32、41以及42分別將其基端部之氣體導入埠31a、32a、41a以及42a(圖3)固定於容器本體12之外周壁。此外，氣體噴嘴31、32、41以及42係從處理室1之外周壁導入處理室1內。再者，氣體噴嘴31、32、41以及42係以沿著容器本體12之半徑方向朝晶座2之中心方向且相對於晶座2來平行延伸的方式受到安裝。
氣體噴嘴31、32具備有朝晶座2往下方開口之複數氣體噴出孔33(參見圖4)。氣體噴嘴31、32可沿著其噴嘴之長度方向以例如10mm之間隔來配置開口。藉此，處理氣體噴嘴31之下方區域成為於晶圓W吸附原料氣體之區域(以下稱為「第1處理區域P1」)。此外，處理氣體噴嘴32之下方區域成為反應氣體和吸附於晶圓W之原料氣體起反應而沉積由原料氣體與反應氣體所得反應生成物之區域(以下稱為「第2處理區域P2」)。第1處理區域P1由於為供給原料氣體之區域，故也可稱為「原料氣體供給區域P1」，第2處理區域P2由於為供給和原料氣體起反應之反應氣體之區域，故也可稱為「反應氣體供給區域P2」。
原料氣體例如可將形成高介電質膜(High-k膜)所用之有機金屬氣體等當作原料氣體來使用，例如可使用三(二甲基胺基)環戊二烯鋯(C11H23N3Zr)等之氣體。其他，也可將使得含鋁、鉿、鈦等金屬或是矽烷等半金屬之有機金屬化合物經蒸發之有機金屬氣體當作原料氣體來使用。此外，反應氣體方面也可使用氧化氣體(例如O2氣體或是O3氣體)、氮化氣體(例如NH3氣體)等反應氣體。
一般，當作形成High-k膜之原料氣體所使用之有機金屬化合物為含胺之化合物，包含胺基(-NH2,-NHR,-NRR')。例如，有機金屬氣體和氧化氣體起反應而氧化之際，胺基會脫離而產生有害氣體。本實施形態之排氣管無害化方法及成膜裝置係使得胺基充分氧化而進行將有害氣體無害化之處理，關於此點將於後述。但是，原料氣體不限於上述氣體，可使用各種氣體。
處理氣體噴嘴32配置於晶座2上面之上方所區劃之反應氣體供給區域P2。處理氣體噴嘴32如圖7所示般經由配管670、673以及開閉閥681、683而連接於做為反應氣體供給源之臭氧產生器660處。亦即，處理氣體噴嘴32係朝晶座2之上面供給反應氣體。具體而言，若開啟開閉閥681、683並關閉開閉閥682、684，則處理氣體噴嘴32可將反應氣體供給至處理室1(第2處理區域P2)內。
分離氣體噴嘴41、42分別設置於沿著周向而離間設置之第1處理區域P1與第2處理區域P2之間。分離氣體噴嘴41、42係經由未圖示之配管等 而連接於分離氣體供給源。亦即，分離氣體噴嘴41、42係對晶座2之上面供給分離氣體。
在反應氣體方面可使用會和原料氣體起反應之各種反應氣體，例如可使用含氧之所謂的氧化氣體。本實施形態中，以下舉出使用氧化氣體做為反應氣體之例來說明。氧化氣體為例如氧氣體、臭氧氣體或是水蒸氣。亦即，從處理氣體噴嘴31所供給而吸附於基板的原料氣體會被從處理氣體噴嘴32所供給之反應氣體所氧化而生成氧化物。
成膜裝置在分離氣體方面使用惰性氣體。惰性氣體為例如Ar、He等稀有氣體或是氮氣體。分離氣體係當作沖洗晶圓W之沖洗氣體使用。此外，本實施形態中，在沖洗氣體方面舉出將一般使用的N2氣體當作分離氣體使用之例來說明。
如圖2以及圖3所示般，於成膜裝置之處理室1內設有2個凸狀部4。凸狀部4具有頂部切換為圓弧狀之大致扇型的平面形狀。凸狀部4在本實施形態係內圓弧連結於突出部5。此外，凸狀部4係以外圓弧沿著處理室1之容器本體12內周面的方式來配置著。
具體而言，凸狀部4如圖4所示般安裝於頂板11之內面。此外，凸狀部4具有：為下面之平坦的低天花板面44(第1天花板面)、以及位於此天花板面44之周向兩側的天花板面45(第2天花板面)。此處，凸狀部4之天花板面45為高於天花板面44之天花板面。藉此，凸狀部4在處理室1內形成屬於狹窄空間之分離空間H、以及從分離空間H流入氣體之空間481與空間482。亦即，凸狀部4係以所形成之狹窄空間(分離空間H)來發揮後述圖2所示分離區域D的功能。
此外，如圖4所示般，凸狀部4於周向中央具有溝槽部43。溝槽部43沿著晶座2之半徑方向來延伸。此外，溝槽部43收容著分離氣體噴嘴42。另一凸狀部4也同樣地形成有溝槽部43，於該處收容著分離氣體噴嘴41。
此外，於分離氣體噴嘴42之下面(亦即與晶座2之對向面)形成有氣體噴出孔42h。氣體噴出孔42h沿著分離氣體噴嘴42之長邊方向以既定間隔(例如10mm)形成複數個。此外，氣體噴出孔42h之開口徑為例如0.3到1.0mm。雖省略圖示，但分離氣體噴嘴41也同樣地形成有氣體噴出孔42h。
再者，如圖4所示般，成膜裝置於高天花板面45之下方空間分別設有處理氣體噴嘴31、32。此等處理氣體噴嘴31、32自天花板面45離間而設於晶圓W之附近。此外，如圖4所示般，處理氣體噴嘴31設於空間481(高天花板面45之下方空間)內，處理氣體噴嘴32設於空間482(高天花板面45之下方空間)內。
處理氣體噴嘴31、32設於晶圓W之表面附近，噴出孔33係以和晶圓W之表面成為對向的方式形成於處理氣體噴嘴31、32之下面。處理氣體噴嘴31、32之噴出孔33與晶座2未形成凹部24之表面間的距離係設定為例如1~5mm之範圍，較佳係設定為3mm前後。此外，供給原料氣體之處理氣體噴嘴31如圖4所示般也可構成為長方形之截面形狀。此外，另一處理氣體噴嘴32以及分離氣體噴嘴41、42係構成為圓環狀之截面形狀。
低天花板面44係對晶座2形成狹窄空間之分離空間H。若從分離氣體噴嘴42供給惰性氣體(例如N2氣體)，此惰性氣體會流通於分離空間H而朝空間481以及空間482流出。此處，由於分離空間H之容積小於空間481以及482之容積，故成膜裝置在比較空間481以及482之壓力下可使用所供給之惰性氣體來提高分離空間H之壓力。亦即，於空間481以及482之間隙，分離空間H會形成壓力屏壁。
再者，從分離空間H朝空間481以及482流出之惰性氣體對於第1處理區域P1之第1處理氣體(原料氣體)以及第2處理區域P2之第2處理氣體(反應氣體)係發揮逆流的功用。從而，成膜裝置以分離空間H來將第1處理區域P1之第1處理氣體與第2處理區域P2之第2處理氣體加以分離。亦即，成膜裝置可抑制第1處理氣體與第2處理氣體於處理室1內混合而起反應。
此外，天花板面44對晶座2上面之高度h1可基於成膜時處理室1內之壓力、晶座2之旋轉速度以及/或是所供給之分離氣體(N2氣體)之供給量等，來設定為分離空間H之壓力高於空間481以及482之壓力的高度。此外，天花板面44對晶座2上面之高度h1可設定為對應於成膜裝置之規格以及所供給之氣體種類的高度。再者，天花板面44對晶座2上面之高度h1可設定為事前由實驗或是計算等所定之高度。
如圖2以及圖3所示般，於頂板11之下面以包圍核心部21(用以固定晶座2)之外周的方式設有突出部5。突出部5於本實施形態係和凸狀部4之旋轉中心側的部位成為連續，其下面和天花板面44係以相同高度來形成。
如圖2所示般，於大致扇型之凸狀部4之周緣部(處理室1之外緣側部位)以對向於晶座2外端面的方式形成有彎曲為L字型之彎曲部46。彎曲部46用以抑制氣體通過晶座2與容器本體12之內周面之間的空間而在空間481以及空間482之間做流通。扇型之凸狀部4設於頂板11。
成膜裝置由於可將頂板11從容器本體12卸除，故於彎曲部46之外周面與容器本體12之間具有些微間隙。成膜裝置可將彎曲部46之內周面與晶座2之外端面之間隙、以及彎曲部46之外周面與容器本體12之間隙設定為例如和天花板面44對晶座2上面之高度為同樣的尺寸。
再次參見圖3，於晶座2與容器本體之內周面之間形成有：和空間481(圖4)呈連通之第1排氣口610、以及和空間482(圖4)呈連通之第2排氣口620。第1排氣口610以及第2排氣口620如圖1、7所示般係分別經由排氣管630、631而連接於真空排氣機構(例如真空泵640、641)。此外，排氣管630、631至真空排氣機構640、641之路徑中設有壓力調整器650、651。
晶座2與處理室1之底部14之間的空間處如圖1以及圖5所示般設有做為加熱機構之加熱器單元7。晶座2上之晶圓W經由晶座2而被加熱至由程序配方所決定之溫度(例如450℃)。於晶座2之周緣附近下方側為了抑制氣體侵入晶座2之下方空間而設有環狀之蓋構件71。
如圖5所示般，蓋構件71具備有：內側構件71a，以從下方側靠臨於晶座2之外緣部以及外緣部更外周側的方式所設；以及外側構件71b，係設置於此內側構件71a與處理室1之內壁面之間。外側構件71b於凸狀部4之外緣部所形成之彎曲部46之下方處係和彎曲部46呈近接設置。內側構件71a於晶座2之外緣部下方(以及較外緣部略為外側部分的下方)係將加熱器單元7全周加以包圍。
圖6係顯示用以對處理氣體噴嘴31供給原料氣體之原料供給系統一例之圖。原料供給系統80係以具備氣化器81之安瓿(ampoule)系統所構成。原料供給系統80具備有：氣化器81、質流控制器(質量流量控制器)84、壓 力計85、質流計(質量流量計)(MFM)86、自動壓力控制器(APC)87、配管88、以及閥89。
氣化器81為用以使得液體原料氣化之裝置，具備有儲存槽82以及加熱機構83。具體而言，將儲存槽82所儲存之有機金屬所構成之液體原料以加熱機構83來加熱，經氣化之液體原料係和載氣混合，做為原料氣體經由配管88而供給於處理容器1。此外，載氣係以壓力計85來測定壓力，並以質流控制器84來進行流量控制。載氣可使用稀有氣體等不具反應性之氣體，例如可使用氬氣體。載氣藉由閥89之開閉而和被氣化器81所氣化過之原料氣體做混合，經由配管88從處理氣體噴嘴31供給至處理容器1內，經氣化之原料氣體被載氣所搬運，連同載氣被供給於處理容器1內。此外，原料供給系統80在以真空泵640對處理容器1內進行排氣所設之排氣管630之路徑中，可具備自動調整壓力之自動壓力控制器87，進而，可於配管88之路徑具備質流計86。
圖1所示控制部100係一種對於成膜裝置之各構成指示動作而控制各構成動作的手段。成膜裝置中，控制部100係由對裝置全體之動作進行控制之電腦所構成。控制部100係實行例如記憶於記憶部101之程式，而和硬體進行協動，以成膜出複數基板之表面。此外，控制部100能以一般的包含CPU(Central Processing Unit，中央處理裝置)以及記憶體(例如ROM、RAM)等之運算處理裝置所構成。
具體而言，控制部100可在內建的記憶體內儲存程式以在成膜裝置實施後述成膜方法。此程式組入有例如步驟群。控制部100係將儲存於媒體102(硬碟、光碟、光磁碟、記憶卡、軟碟等)之上述程式讀入記憶部101中，之後安裝於控制部100內。
如圖7所示般，控制部100亦可藉由控制開閉閥680~687之開閉動作來決定做為氧化氣體供給源之臭氧產生器660之供給對象(亦即連接對象)。藉此，在成膜處理未使用氧化氣體之成膜處理中以外的期間可將臭氧供給於原料氣體排氣管630，將原料氣體排氣管630之有害成分加以無害化。
其次，使用圖7針對本發明之實施形態之成膜裝置之排氣系統更詳細說明之。圖7係顯示本發明之實施形態之成膜裝置之排氣系統一例之全體構成圖。
如圖2至圖4所說明般，第1排氣口610以及第2排氣口620個別連通於第1處理區域P1以及第2處理區域P2。從而，如圖7所示般，處理室1中之原料氣體排氣管630以及反應氣體排氣管631係個別獨立連接著。原料氣體排氣管630連接於第1排氣口610，反應氣體排氣管631連接於第2排氣口620。此外，原料氣體排氣管630經由壓力調整器650而連接於真空泵640，反應氣體排氣管631經由壓力調整器651而連接於真空泵641。
臭氧產生器660經由配管670、673以及開閉閥681、683而連接於處理室1，且經由配管670、674、676以及開閉閥681、682，686、687而連接於較原料氣體排氣管630之真空泵640更上游側之位置。此外，臭氧產生器660經由配管670、674、675以及開閉閥681、682、685而連接於較反應氣體排氣管631之真空泵641更上游側之位置，且經由配管670、671以及開閉閥680而連接於較反應氣體排氣管631之真空泵641更下游側之位置。此外，圖7中，配管671之下游端A意指連接於反應氣體排氣管631之真空泵641之下游側所載之A部位。此外，臭氧產生器660係顯示用以供給臭氧氣體之氧化氣體供給源之一例，當供給氧、水等其他氧化氣體之情況，也可使用不同的氧化氣體供給源。
開閉閥680~687係發揮用以切換臭氧產生器660所生成之臭氧氣體的供給對象之連接切換機構的功能。亦即，藉由開閉閥680~687之開閉動作來切換臭氧產生器660對各配管670~676之連接，而決定供給流路徑。
控制部100藉由控制開閉閥680~687之開閉動作以切換臭氧產生器660之連接對象，進行決定供給對象之控制。本實施形態中，主要係進行將臭氧產生器660連接於處理室1或是連接於原料氣體排氣管630之控制。成膜處理中，由於臭氧氣體當作反應氣體使用，故進行供給於處理室1內之控制。具體而言，進行開啟開閉閥681、683並關閉開閉閥682、684之控制。另一方面，於成膜處理中以外、例如將晶圓W搬入處理室內1之基板搬入期間，所有晶圓W搬入處理室1內之後所進行之壓力的調整與各氣體 之供給準備的成膜處理準備期間、成膜處理結束後在完成原料氣體以及臭氧氣體之供給之後僅供給氮氣體之後處理期間、晶圓W自處理室1搬出之基板搬出期間等是無須將臭氧氣體供給至處理室1內。如此之無須將臭氧氣體供給於處理室1內之期間，控制部100係將臭氧產生器660連接於原料氣體排氣管630，將臭氧氣體供給於原料氣體排氣管630內。藉此，未藉由真空泵640來完全排氣而附著殘留於原料氣體排氣管630內之原料氣體可被充分氧化，可使得有害成分之胺成為無害化。此外，於此情況，控制部100係進行開啟開閉閥681、682、686、687並關閉開閉閥683、685之控制。藉此，臭氧產生器660所生成之臭氧氣體被供給於原料氣體排氣管630，可進行將殘留於原料氣體排氣管630以及真空泵640之內部的原料氣體加以無害化之處理。此處，也可將連接臭氧產生器660與原料氣體排氣管630之配管670、674、676所構成之配管路徑稱為旁通配管或是旁通路徑。
此外，進行原料氣體排氣管630無害化處理之際，較佳為開啟開閉閥684而將沖洗氣體(例如氮氣體)從沖洗氣體供給源690供給於處理室1內，來防止臭氧氣體往處理室1之逆流。
此外，控制部100也控制與臭氧產生器660之連接對象相關連之開閉閥681、682、683、684、686、687以外之開閉閥680、685。配管671、675以及開閉閥680、685乃用以將臭氧產生器660所生成之臭氧連接至反應氣體排氣管631之機構，例如可從開始臭氧產生器660之運轉到動作達安定為止對反應氣體排氣管631排出臭氧氣體。控制部100也可控制如此之動作。此外，控制部100也可視必要性來控制臭氧產生器660、壓力調整器650、651、真空泵640、641之動作。
圖8係顯示以往之成膜裝置之排氣系統之圖。圖8中針對和圖7同樣之構成要素係賦予同一參見符號。以往之成膜裝置之排氣系統由於不存在將臭氧產生器660與原料氣體排氣管630加以直接連接之旁通路徑，故為了將臭氧氣體供給於原料氣體排氣管630，不得不延循著對處理室1供給臭氧氣體，再經由處理室1將臭氧氣體供給於原料氣體排氣管630之路徑。如上述般，於被供給臭氧氣體之第2處理區域P2雖直接連通著第2排氣口 620，但並未直接連通著第1排氣口610，故為了將臭氧氣體供給達於原料氣體排氣管630，必須在反應氣體排氣管631所設壓力調整器651處於關閉之狀態下，使得處理室1內充滿臭氧氣體。為此，以往必須在未進行成膜處理之真空泵640之維修時持續沖洗供給臭氧氣體。為了使得原料氣體排氣管630以及真空泵640無害化，必須長時間進行如此之臭氧氣體之沖洗供給，此導致未進行成膜處理之停機時間的增加。
是以，本實施形態之成膜裝置中，即使設置將臭氧產生器660與原料氣體排氣管630加以連接之旁通配管670、674、676而連續地進行成膜處理之情況，也可利用無須對處理室1供給臭氧氣體之空檔時間將臭氧氣體直接供給於原料氣體排氣管630，而在不設置停機時間的前提下進行原料氣體排氣管630之無害化。藉此，可在不降低成膜處理之生產量的前提下進行原料氣體排氣管630以及真空泵640之無害化。
其次，使用圖9針對本發明之實施形態之排氣管無害化方法中的序列來說明。圖9係顯示本發明之實施形態之排氣管無害化方法一例之序列的時機圖。圖9中，橫軸表示時間經過，縱向項目表示氧化氣體之供給對象。此外，本序列之說明中，也針對成膜處理之具體內容來說明。此外，本序列之說明由於舉出使用了圖7所說明之成膜裝置之排氣系統的例來說明，故反應氣體供給源成為臭氧產生器660，而供給之反應氣體成為臭氧氣體，但即使反應氣體供給源為其他氧化氣體之供給源之情況、或是採氮化氣體之情況也可適用。此外，本序列之說明中，對於到目前為止所說明之構成要素係賦予同一參見符號而省略其說明。
首先，於時刻t1~t2之期間，在晶座2之上面所設複數凹部24上分別載置晶圓W。具體而言，首先，開放未圖示之閘閥，使用搬送臂10(圖3)經由搬送口15將晶圓W傳輸至晶座2之凹部24內。當凹部24停止於和搬送口15成為對向之位置時，乃經由凹部24之底面的貫通孔從處理室1之底部側使得未圖示之升降銷進行升降來進行晶圓W之傳輸。然後，使得晶座2進行間歇旋轉，於晶座2之複數(本實施形態為5個)凹部24內分別載置晶圓W。此外，時刻t1~t2之期間也稱為將晶圓W搬入處理室1內之晶圓搬入期間。
晶圓搬入期間中，如圖9所示般，對原料氣體排氣管630供給臭氧氣體。具體而言，如圖7所示般，臭氧產生器660係經由旁通配管670、674、676而連接於原料氣體排氣管630，進行殘留於原料氣體排氣管630以及真空泵640內之原料氣體的無害化處理。此外，晶圓搬入期間雖依決定成膜處理之詳細條件的配方內容而不同，例如為2分鐘程度之期間，此期間成為進行殘留於原料氣體排氣管630以及真空泵640內之原料氣體之無害化處理。
其次，於時刻t2~t3之期間，設定處理室1內之既定壓力後，分離氣體被供給於處理室1內。更具體而言，關閉閘閥，使用真空泵640使得處理室1排氣至最低到達真空度後，從分離氣體噴嘴41、42以既定流量供給分離氣體(例如N2氣體)。此時，也從分離氣體供給管51以及沖洗氣體供給管72(圖1)以既定流量供給分離氣體。此外，可使用壓力調整器650、651將處理室1內調整至預先設定之處理壓力。其次，一邊使得晶座2例如繞順時鐘方向旋轉、一邊使用加熱器單元7來加熱晶圓W。此外，時刻t2~t3之期間由於為進行成膜處理前的準備期間，故也稱為成膜處理準備期間。
時刻t2~t3之期間為成膜處理準備期間之前半段，主要進行壓力等調整，並不進行從臭氧產生器660所生成之臭氧氣體之流量、濃度的調整。從而，接續於晶圓搬入期間，對原料氣體排氣管630供給臭氧氣體。此時間依配方而不同而可設定為例如2分30秒程度。
另一方面，時刻t3~t4之期間為成膜處理準備期間之後半段，係進行使得臭氧產生器660所生成之臭氧氣體之流量、濃度等安定化之調整。於此情況，臭氧產生器660係連接於較反應氣體排氣管631之真空泵641更下游側，進行臭氧氣體之流量、濃度之安定化調整，且調整中之臭氧氣體釋放至大氣中。
圖10係顯示進行臭氧氣體之流量、濃度之安定化調整之際的臭氧產生器660之連接圖。如圖10所示般，臭氧產生器660係連接於較反應氣體排氣管631之真空泵641更下游側，一邊進行大氣釋放、一邊進行所生成之臭氧氣體之流量、濃度之安定化調整。此調整由於進行直到臭氧產生器660所生成之臭氧氣體之流量、濃度達安定為止，故多有時間不特定之情況。
其次，於圖9之時刻t4~t5之期間中進行成膜處理。亦即，時刻t4~t5為成膜處理期間。成膜處理期間中，從處理氣體噴嘴31以及處理氣體噴嘴32開始處理氣體之供給。具體而言，從處理氣體噴嘴31供給原料氣體，從處理氣體噴嘴32供給臭氧氣體。
圖11顯示成膜處理期間中來自臭氧產生器660之臭氧氣體之供給流路徑圖。若藉由控制部100使得開閉閥681、683開啟而使得開閉閥682、684關閉，則臭氧產生器660會連接於處理室1，形成臭氧氣體之供給流路。
因著處理氣體供給之開始而進行晶圓W之處理。於第1處理區域P1內從處理氣體噴嘴31供給原料氣體而吸附於晶圓W之表面，於第2處理區域P2內從處理氣體噴嘴32供給會和吸附於晶圓W上的原料氣體起反應之氧化氣體(具體而言為臭氧氣體)。然後，原料氣體與氧化氣體之反應生成物會沉積於晶圓W上，而於晶圓W上沉積分子層。此外，藉由晶座2之旋轉，晶圓W每周期性地通過第1處理區域P1、分離區域D、第2處理區域P2、分離區域D時乃不斷進行成膜。
此處，從第1處理氣體噴嘴31所供給之原料氣體係以例如圖6所說明之原料供給系統80來供給。具體而言，當原料氣體為可形成高介電質膜(所謂的High-k膜)之有機金屬氣體之情況，係以有機金屬化合物之液體原料做為原料，使用原料供給系統80來進行原料氣體之供給。
一旦持續成膜達到既定膜厚後，乃停止自處理氣體噴嘴31供給原料氣體，從處理氣體噴嘴32依必要性持續進行氧化氣體之供給，進行膜之處理。此外，處理若不需要則不進行，也可同時停止第1處理氣體以及第2處理氣體之供給。時刻t4~t5之成膜處理期間中，臭氧氣體成為供給於處理室1內。
時刻t5~t7係後處理期間。後處理期間前半段的時刻t5~t6係實行沖洗氣體供給製程，對處理室1內供給分離氣體(沖洗氣體)，進行配管673、處理室1、原料氣體排氣管630以及反應氣體排氣管631內之沖洗。亦即，成膜裝置之氣體路徑大致全域受到沖洗。沖洗期間中由於無須臭氧氣體之供給，乃一旦停止臭氧產生器660，停止從氧氣體生成臭氧氣體之動作。此外，流入臭氧產生器660之氧氣體會從較反應氣體排氣管631之真空泵641更 下游側朝大氣釋放。此外，在對於配管673、處理室1、原料氣體排氣管630以及反應氣體排氣管631內進行充分沖洗後，結束沖洗氣體供給製程。此外，沖洗製程中之臭氧產生器660之連接如圖10所示。
時刻t6~t7為後處理期間之後半段，而進行使得晶座2之位置回到晶圓搬入時之位置、或是若干提高處理室1內壓力等搬出晶圓W前的必要準備動作。此晶圓搬出準備動作之期間，由於停止沖洗氣體(分離氣體)對處理室1內之供給，成為可對原料氣體排氣管630供給臭氧氣體之狀態，故於此階段開始對原料氣體排氣管630供給臭氧氣體。此外，來自臭氧產生器660之臭氧氣體之供給流路如圖7所說明般。
其次，於時刻t7~t9之期間中，進行晶圓W之搬出以及搬入。晶圓W之搬出以及搬入之期間中，從臭氧產生器660對原料氣體排氣管630之臭氧氣體之供給係持續進行，原料氣體排氣管630以及真空泵640之無害化處理係持續。
時刻t7~t8之期間中，以和晶圓W之搬入為相反的順序從處理室1搬出晶圓W。具體而言，開啟未圖示之閘閥，使用搬送臂10(圖4)而經由搬送口15來搬出已成膜之基板W。和搬入製程同樣地，使用未圖示之升降銷等來搬出晶圓W。時刻t7~t8之搬出晶圓之期間也稱為晶圓搬出期間。
時刻t8~t9之期間和時刻t0~t1之期間同樣地將晶圓W搬入處理室1內。其具體內容如同以時刻t0~t1之期間所說明般。此外，此期間中同樣地從臭氧產生器660對於原料氣體排氣管630之臭氧氣體之供給係持續進行，持續原料氣體排氣管630以及真空泵640之無害化處理。
以此方式在時刻t7~t8進行晶圓W之搬出，於時刻t8~t9進行晶圓W之搬入，並持續從臭氧產生器660對原料氣體排氣管630供給臭氧氣體，可持續實施原料氣體排氣管630以及真空泵640之無害化處理。
此外，晶圓W之搬入以及搬出不限於將複數片晶圓W總體搬出後再搬入複數片晶圓W此種順序，也可於搬出1片晶圓W後而搬入1片晶圓W載置至已搬出晶圓W之凹部24，使得搬出動作與搬入動作交互進行。於此情況，可降低升降銷之上下移動次數以及搬送臂10之移動距離，可縮短工程作業時間。於此情況，並不存在將搬出期間與搬入期間區隔為二之時 刻t8，而成為在全部的晶圓W之搬出以及搬入結束為止使得短的搬出期間與搬入期間交互地反覆。於此情況，時刻t7~t9全體成為晶圓搬出期間以及搬入期間、亦即成為搬送期間，但由於搬出期間與搬入期間均同樣進行連續地對原料氣體排氣管630供給臭氧氣體之處理，故從無害化處理之觀點，在搬送期間上以同樣方式處置即可。
時刻t9~t10為基於第2配方之成膜處理中的成膜處理準備期間，其處理內容和時刻t2~t3所說明者同樣。此期間中同樣地從臭氧產生器660對原料氣體排氣管630之臭氧氣體之供給係連續進行，而繼續原料氣體排氣管630以及真空泵640之無害化處理。
時刻t6~t10之期間，從臭氧產生器660對原料氣體排氣管630之臭氧氣體之供給係連續地進行，圖9之例中係連續6分鐘進行原料氣體排氣管630以及真空泵640之無害化處理。如此連續之無害化處理由於在每次的晶圓W之成膜循環中進行，故可在不中斷成膜處理的前提下充分進行原料氣體排氣管630以及真空泵640之無害化處理。藉此，無須停機時間，可一邊實現高生產性一邊適切進行原料氣體排氣管630以及真空泵640之無害化處理。
如此於既定期間進行無害化處理之動作也可藉由讓控制部100基於配方來對於開閉閥680~687進行切換控制而實現。
此外，時刻t10~t14之期間的處理和時刻t3~t7之期間同樣故省略說明。
本發明之實施形態之排氣管無害化方法以及成膜裝置可適用於含有害成分之各種原料氣體。
圖12係顯示可適用本實施形態之排氣管無害化方法以及成膜裝置之原料氣體例之圖。如圖12所示，本實施形態之排氣管無害化方法以及成膜裝置可適用於含胺基之各種胺。
圖13係顯示圖12所示原料氣體當中之TMA、ZyALD(註冊商標)、TiMCTA、3DMASi與臭氧之反應式之圖。如圖13所示般，藉由讓TMA、ZyALD(註冊商標)、TiMCTA、3DMASi來和臭氧氣體起反應可消滅有害的胺系氣體。
另一方面，當上述原料氣體與水起反應之情況會發生有害的胺系氣體。亦即，若原料氣體殘留於原料氣體排氣管630內而進行大氣開放，則大氣中之水分與原料氣體會起反應而發生有害胺系氣體。從而，可藉由事先將氧化氣體供給於原料氣體排氣管630內來防止胺系氣體之發生，可使得殘留於原料氣體排氣管630內之原料氣體無害化。
圖14係用以說明實施本發明之實施形態之排氣管無害化方法以及成膜裝置而對結果進行評價之實施例的圖。
如圖14所示般，本實施例之成膜裝置除了圖7所說明過的構成進而具備有大氣供給埠700、取樣埠710、洗滌器720。大氣供給埠700係用以對原料氣體排氣管630供給大氣之埠，乃用以創造出原料氣體排氣管630成為大氣開放狀態的機構。取樣埠710乃用以對於原料氣體排氣管630內之排氣體進行取樣的埠。洗滌器720係用以將原料氣體排氣管630內之排氣體加以洗淨而可釋放於大氣中之洗淨機構。
使用如此之附評價裝置的成膜裝置，最初對處理室1供給含鋯(Zr)之原料氣體達25分鐘來進行成膜處理。其次，從臭氧產生器660對原料氣體排氣管630以300g、10slm之流量供給臭氧氣體4分鐘，來實施本實施例之排氣管無害化方法。此階段係從取樣埠710對排氣體進行取樣，使用胺氣體檢測器來測定胺系氣體之含有量。
之後，以20slm之流量進行N2氣體之沖洗達5分鐘，其次，從大氣供給埠700取入大氣而供給於原料氣體排氣管630，再現維修時原料氣體排氣管630成為大氣開放之狀態。之後，再度從取樣埠710對原料氣體排氣管630內之排氣體進行60分鐘取樣，測定胺系氣體之含有量。
圖15係顯示本實施例之排氣管無害化方法之實施結果之圖。特性線Q為未實施本實施例之排氣管無害化方法之情況的比較例，胺濃度成為超過40ppm之值。胺濃度由於在10ppm以下之情況為安全，故超過40ppm之值係不滿足所要求之安全性的值。
另一方面，特性線P係本實施例之排氣管無害化方法之實施結果，胺濃度接近0ppm，滿足10ppm以下之安全條件。如此般，依據本實施例之 排氣管無害化方法，可無須設置停機時間而使得原料氣體排氣管630內之排氣體無害化。
依據本發明，可在無需中斷成膜處理的前提下使得原料氣體之排氣管無害化。
以上，雖針對本發明之較佳實施形態以及實施例詳述之，但本發明不限於上述實施形態以及實施例，可在不脫離本發明之範圍內對上述實施例加入各種變形以及置換。
本揭示係基於2015年2月2日申請之日本專利申請第2015-018773號之優先權利益，將該日本申請內容全部以參見文獻的方式納入本說明書中。
1‧‧‧處理室
100‧‧‧控制部
630‧‧‧原料氣體排氣管
631‧‧‧反應氣體排氣管
640,641‧‧‧真空泵
650,651‧‧‧壓力調整器
660‧‧‧臭氧產生器
670~676‧‧‧配管
680~687‧‧‧開閉閥
690‧‧‧沖洗氣體供給源

Claims (12)

  1. 一種排氣管無害化方法，係將成膜裝置之原料排氣管加以無害化；該成膜裝置係將含有害成分之原料氣體以及可和該原料氣體起反應而生成無害的反應生成物之反應氣體供給於處理室內，一邊將該原料氣體以及該反應氣體從連接於該處理室之原料排氣管以及反應氣體排氣管分別個別地進行排氣、一邊對基板進行成膜處理；在該成膜裝置之運轉中且在未進行該成膜處理之既定期間，將該反應氣體供給於該原料排氣管來將該原料排氣管內無害化。
  2. 如申請專利範圍第1項之排氣管無害化方法，其中該反應氣體對該原料排氣管之供給係藉由將該反應氣體之供給源的供給對象之連接從該處理室切換至該原料排氣管來進行。
  3. 如申請專利範圍第1項之排氣管無害化方法，其中該既定期間包含將該基板搬入該處理室之基板搬入期間、從該基板搬入期間至進行該成膜處理前的成膜準備期間、經過該成膜處理後開始搬出該基板前的後處理期間、以及從該處理室搬出該基板之基板搬出期間當中至少1者的期間。
  4. 如申請專利範圍第1項之排氣管無害化方法，其中該反應氣體為氧化氣體。
  5. 如申請專利範圍第4項之排氣管無害化方法，其中該氧化氣體為氧氣體或是臭氧氣體。
  6. 如申請專利範圍第1項之排氣管無害化方法，其中該原料氣體為包含有機金屬化合物之氣體。
  7. 如申請專利範圍第6項之排氣管無害化方法，其中該有機金屬化合物係含有鋁、鋯、鈦、鉿或是矽烷。
  8. 如申請專利範圍第6項之排氣管無害化方法，其中該有害成分係含有胺基之成分。
  9. 如申請專利範圍第1項之排氣管無害化方法，其中該成膜裝置在該處理室內具有：旋轉台，於表面上沿著周向可載置複數該基板；於該旋轉台上方沿著該周向所區劃而設之原料氣體供給區域、反應氣體供給區域、以及設置於該原料氣體供給區域與該反應氣體供給區域之間的分離區域； 該原料排氣管以及該反應氣體排氣管係以分別連通於該原料氣體供給區域以及該反應氣體供給區域的方式連接於該處理室；該成膜處理係使得載置著該基板之該旋轉台做旋轉而使得該基板經由該分離區域交互通過該原料氣體供給區域與該反應氣體供給區域來進行者。
  10. 一種成膜裝置，具有：處理室；原料氣體供給區域，係設置於該處理室內，可供給含有害成分之原料氣體；反應氣體供給區域，係於該處理室內相對於該原料氣體供給區域被區劃設置，可供給會和該原料氣體起反應而生成無害的反應生成物之反應氣體；原料氣體排氣管，係連接於該處理室之和該原料氣體供給區域相連通之部位；反應氣體排氣管，係連接於該處理室之和該反應氣體供給區域相連通之部位；原料氣體供給機構，可對該原料氣體供給區域供給原料氣體；反應氣體供給機構，可對該反應氣體供給區域供給反應氣體；反應氣體供給源，係連接於該反應氣體供給機構；旁通配管，係將該反應氣體供給源與該原料氣體排氣管加以連接；連接切換機構，係將該反應氣體供給源對該反應氣體供給機構之連接與對該旁通配管之連接加以切換；以及控制機構，係控制該連接切換機構之連接切換動作。
  11. 如申請專利範圍第10項之成膜裝置，其中於該處理室內設有可於表面上沿著周向載置複數基板之旋轉台；該原料氣體供給區域以及該反應氣體供給區域係於該旋轉台之上方沿著該周向離間設置，且於該原料氣體供給區域與該反應氣體供給區域之間設有分離區域； 一邊從該原料氣體供給機構對該原料氣體供給區域供給原料氣體並從該反應氣體供給機構對該反應氣體供給區域供給該反應氣體、一邊使得載置著該複數基板之該旋轉台做旋轉，使得該複數基板經由該分離區域而交互通過該原料氣體供給區域與該反應氣體供給區域，藉此可進行於該複數基板上沉積該反應生成物之成膜處理；該控制機構係在未進行該成膜處理之既定期間使得該連接切換機構動作以將該反應氣體供給源連接於該旁通配管。
  12. 如申請專利範圍第11項之成膜裝置，其中該控制機構係在將該基板搬入該處理室之基板搬入期間、從該基板搬入期間至進行該成膜處理前的成膜準備期間、經過該成膜處理後開始搬出該基板前的後處理期間、以及從該處理室搬出該基板之基板搬出期間當中至少1者的期間，使得該連接切換機構動作以將該反應氣體供給源連接於該旁通配管。
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