TWI434364B - 包含氣化器之半導體處理系統與使用此系統之方法 - Google Patents

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Description

包含氣化器之半導體處理系統與使用此系統之方法
本發明係關於一種包含用以從液體原料產生處理氣體之氣化器的半導體處理系統，尤其係關於一種包含膜形成設備的系統，此膜形成設備用以執行例如原子層沉積(ALD，Atomic Layer Deposition)、分子層沉積(MLD，Molecule Layer Deposition)、或低壓化學氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)。在此所使用「半導體處理」一詞係包含被執行而藉由在目標基板上以預定圖案形成半導體層、絕緣層、以及導電層，以在目標基板土製造半導體裝置或具有配線層、電極等等待連接至此半導體裝置之結構的各種處理，此目標基板可為例如半導體基板或用於例如平面顯示器(LCD，Liquid Crystal Display)之扁平面顯示器(FPD，Flat Panel Display)的玻璃基板。
在製造半導體裝置時，執行用以在半導體晶圓之表面上形成預定膜的膜形成處理。舉例而言，吾人可使用低壓CVD設備來執行此種處理。在低壓CVD設備中，以氣體狀態來供應原材料而提升化學反應，藉以在晶圓的表面上沉積薄膜。在此種設備中，存在有藉由氣化液體原料而產生處理氣體，並且將此處理氣體供應到處理室內以作為膜形成氣體的情況。例如，為了氣化液體原料，已知一種具有載氣供應通道的結構，此載氣供應通道係同心圍繞著液體原料供應通道而形成。這些通道的下端被連接至噴嘴，液體原料以及載氣可自此噴嘴被加以輸送，以藉由具有噴霧器功能的裝置，將此液體原料霧化成噴霧。然後，已霧化的液體原料被加熱，並因此而氣化。
在此種噴灑式的噴嘴中，氣化室內的壓力必須低於用以氣化液體原料的壓力極限值，因此，傳統上，氣化室內的壓力較佳係設定成盡可能低。另一方面，近年來，由於半導體裝置必須使用高介電常數薄膜，所以已在包含溶於溶劑之固體原料或高黏度液體源的液體原料上做了研究，此固體原料可為例如Sr(THD)2 (雙四甲基-庚二酮酸鍶，strontium bistetramethyl-heptanedionato)或Ti(MPD)(THD)2 (甲基-戊二酮酸雙四甲基-庚二酮酸鈦，titanium methylpentanedionato bistetramethylheptanedionato)，此高黏度液體源可為例如Sr(METHD)2 (雙甲氧乙氧四甲基-庚二酮酸鍶，strontium bismethoxyethoxytetramethylheptanedionato)。於其中氣化此種液體原料，假使此液體原料的流率太小時，氣化室內的壓力會變成太低，而溶劑或稀釋劑會優先在噴嘴尖端產生沸騰。在此種情況下，液體原料的溶質會沉澱在噴嘴尖端而導致噴嘴堵塞及/或噴灑異常。因此，殘留物會因為氣化效率的降低而增加，並且在晶圓上造成顆粒污染。
傳統上，包含使用此種氣化器之氣體供應設備的半導體處理系統被配置，而依照液體原料來預設氣體供應設備的結構與使用條件，並且氣化器的壓力係不獨立於半導體處理設備而控制。然而，為了防止上述新液體原料所引起的問題，已提出一種包含壓力感測器的結構，此壓力感測器用以監測氣化室內的壓力(日本公開專利公報第2002-324794號(專利文獻1：第5頁，第2段，以及圖1))。依照專利文獻1所揭露的發明內容，氣化室內的壓力被壓力感測器所監測，以致於當偵測到由於噴嘴之尖端堵塞加劇所引起之氣化室內的壓力降低時，會停止液體原料而中斷膜形成處理。然後，具有高於液體原料之溶劑之氣化溫度的溶劑被供應到進料線路內，以阻止進料線路內部的乾燥，並且藉由溶解由液體原料所衍生且由於氣化室內之壓力的降低而產生沉澱的有機金屬，而清理進料線路的內部。因此，可防止進料線路的尖端被完全堵塞，俾能省去用以更換進料線路的大約兩個工作天，藉以改善生產率。
然而，依照專利文獻1所揭露的發明內容，當在膜形成處理期間偵測到氣化室內的壓力降低時，正在藉由膜形成處理而進行處理的基板會被半途擱置。然後，此基板會被丟棄，因為此基板可能被例如因氣化室內之壓力降低而沉澱之有機金屬的顆粒所污染。因此，專利文獻1所揭露的發明內容可在氣化室內的壓力下降時安全停止此設備，以防止進料線路被完全堵塞，但必須丟棄正在藉由膜形成處理而進行處理的基板，並且必須以新的基板來重新設定此處理。
本發明之一目的為提供一種包含用以從液體原料產生處理氣體之氣化器的半導體處理系統，以及此系統的使用方法，其可在不停止半導體處理的情況下，防止氣化器的噴嘴堵塞，藉以穩定執行例如膜形成處理的半導體處理。
依照本發明之第一實施樣態，提供一種半導體處理系統，其包含半導體處理設備以及用以將處理氣體供應到此半導體處理設備內的氣體供應設備，此半導體處理設備包含：處理室，用以容納目標基板；支撐構件，用以支撐位於處理室內的目標基板；加熱器，用以加熱位於處理室內的目標基板；以及排放機構，用以排放來自處理室內的氣體，以及此氣體供應設備包含：容器，形成氣化室，此氣化室用以氣化液體原料；噴嘴，用以藉由載氣而霧化液體原料，並將液體原料供應到氣化室內；液體原料供應通道，用以將液體原料供應至噴嘴；載氣供應通道，用以將載氣供應至噴嘴；加熱器，用以加熱氣化室的內部，以氣化依此種方式所霧化的液體原料，並且藉以產生處理氣體；氣體供應通道，用以從氣化室將處理氣體供應至處理室；壓力偵測器，用以偵測氣化室內的壓力；壓力調整機構，用以調整氣化室內的壓力；以及控制部，用以控制壓力調整機構的操作，其中該氣體供應設備可參考由壓力偵測器所獲得的壓力偵測值而預設控制部，以控制壓力調整機構的操作，而使氣化室內的壓力落入預定壓力範圍內，以及預定壓力範圍係藉由低於第一極限值的上限與高於第二極限值的下限而界定，在第一極限值，液體原料的氣化因為壓力的增加而開始被抑制，在第二極限值，液體原料的氣化開始變得不穩定，並且氣化室內的壓力因為壓力的降低而開始產生脈動。
依照本發明之第二實施樣態，提供一種半導體處理系統的使用方法，此半導體處理系統包含半導體處理設備以及用以將處理氣體供應到此半導體處理設備內的氣體供應設備，此半導體處理設備包含：處理室，用以容納目標基板；支撐構件，用以支撐位於處理室內的目標基板；加熱器，用以加熱位於處理室內的目標基板；以及排放機構，用以排放來自處理室內的氣體，此氣體供應設備包含：容器，形成氣化室，此氣化室用以氣化液體原料；噴嘴，用以藉由載氣而霧化液體原料，並將液體原料供應到氣化室內；液體原料供應通道，用以將液體原料供應至噴嘴；載氣供應通道，用以將載氣供應至噴嘴；加熱器，用以加熱氣化室的內部，以氣化依此種方式所霧化的液體原料，並且藉以產生處理氣體；氣體供應通道，用以從氣化室將處理氣體供應至處理室；壓力偵測器，用以偵測氣化室內的壓力；以及壓力調整機構，用以調整氣化室內的壓力，以及此方法包含：獲得第一極限值，在第一極限值，液體原料的氣化因為氣化室內之壓力的增加而開始被抑制；獲得第二極限值，在第二極限值，液體原料的氣化開始變得不穩定，並且氣化室內的壓力因為壓力的降低而開始產生脈動；決定預定壓力範圍，此預定壓力範圍係藉由低於第一極限值的上限與高於第二極限值的下限而界定；以及參考由壓力偵測器所獲得的壓力偵測值，而控制壓力調整機構的操作，以使氣化室內的壓力落入預定壓力範圍內。
本發明之額外目的與優點將在以下說明中被提出，並且部分可從此說明顯現，或可經由本發明之實施方式而學習。本發明之目的與優點可利用以下所具體指出的手段與結合而加以實施及獲得。
以下將參考隨附圖式來說明本發明之實施例。在以下說明中，具有實質上相同功能與排列的構成元件皆以相同的參考符號來表示，並且只有在需要時才進行重覆的說明。
＜第一實施例＞
圖1係概略顯示依照本發明之第一實施例之半導體處理系統(膜形成系統)的結構視圖。圖2係顯示圖1所示之系統之氣體供應設備所使用之氣化器的剖面側視圖。如圖1所示，依照本實施例的膜形成系統1包含：膜形成處理設備(半導體處理設備)10，用以在例如半導體晶圓(其可被簡稱為晶圓)之目標基板上執行預定的膜形成處理；以及氣體供應設備20，用以將預定處理氣體供應到膜形成處理設備10內。
例如，膜形成處理設備10包含具有直立式反應管11的批式低壓CVD設備，此反應管用以作為反應室(處理室)。能夠支撐若干晶圓W的晶舟(wafer boat)12被裝載進入反應管11與從反應管11卸下。加熱器13被配置在反應管11的周圍，以對晶圓W進行加熱。用以作為真空排放裝置的真空幫浦15被配置而將反應管11的內部維持在預定的真空等級。處理氣體供應線路30被連接至反應管11以供應預定的處理氣體，如稍後所述，用以在晶圓上執行預定的膜形成處理。
氣體供應設備20包含：儲存部21，用以儲存液體原料以及用於此液體原料的溶劑；氣化器200，用以氣化自儲存部21所供應的液體原料；以及用以連接這些構件的管線。
儲存部21包含用以儲存不同液體原料的第一儲存槽21a與第二儲存槽21b、以及用以儲存這些液體原料所使用之溶劑的第三儲存槽21c。第一儲存槽21a所儲存的液體原料係由例如溶於作為溶劑之四氫呋喃(THF，Tetrahydrofuran)之Sr(THD)2 的固體原料所形成。第二儲存槽21b所儲存的液體原料係由例如溶於此溶劑的Ti(MPD)(THD)2 所形成。這些液體原料被交替氣化並供應，以執行依照本實施例的膜形成處理。然而，這些液體原料可被混合並供應，以執行膜形成處理。或者，這些液體原料可被分開供應，以執行不同的處理。
集合線路23係經由第一原材料供應線路22a而連接至第一儲存槽21a，經由第二原材料供應線路22b而連接至第二儲存槽21b，以及經由溶劑供應線路22c而連接至第三儲存槽21c。每一種液體原料係經由集合線路23以及閥V12而供應到氣化器200內。此溶劑可被供應到氣化器200內而執行清理。這些供應線路22a、22b、以及22c設有閥V1到V6以及流率調節器M1到M3。
溶劑供應線路22c係經由連接線路24而連接至分別設有閥V7及V8的第一與第二原材料供應線路22a與22b。供應線路22a、22b、以及22c可設有溫度調節機構，此溫度機構包圍這些線路，以將液體原料以及溶劑設定在固定的溫度，例如約40℃。加壓氣體供應線路25係分別經由閥V9到V11而連接至第一儲存槽21a、第二儲存槽21b、以及第三儲存槽21c。加壓氣體供應線路25的另一端被連接至用以供應例如氦(He)氣體之加壓氣體的加壓氣體供應源(無圖示)。
集合線路23可在膜形成處理期間用於供應液體原料，因此其亦可被稱為液體原料供應線路23。液體原料供應線路23係經由冷卻塊體40而連接至氣化器200。當液體原料被供應到噴嘴50內時，冷卻塊體40用以選擇性地將每一液體原料冷卻至低於其溶劑之沸點的溫度，例如10℃。載氣供應線路26(載氣通道)同樣經由冷卻塊體40而配置延伸。載氣供應線路26被連接至載氣供應部60，並且設有流率調節器M4以及閥V13。氣化器200包含：容器201，用以形成氣化室；以及噴嘴50，氣密地裝設至位於容器201之頂部上的開口。
液體原料供應線路23以及載氣供應線路26被連接至噴嘴50。噴嘴50係屬於噴灑式，其具有由內與外管所形成的雙管結構。內管用以排出自液體原料供應線路23所供應的液體原料；而外管則用以排出自載氣供應線路26所供應之使用作為霧化氣體(atomizing gas)的氮氣(或另一種非反應性氣體，例如Ar或He)。每一種液體原料以霧化狀態(例如噴霧)從位於噴嘴50之末端的噴灑孔50a(具有例如0.25mm的孔徑)輸送到容器201內。
容器201具有形成在位於下部位置上之側壁內的輸出孔202，以輸出為液體原料之氣化部分的處理氣體。容器201更具有形成在底部內的排洩孔203，以排出液體原料的非氣化部分。容器201包含埋設在牆壁內的加熱器204，此加熱器係由例如電阻加熱體所形成，而用以加熱氣化室的內部。容器201更包含下部熱交換塊體205，其係配置在底部上，且由圓柱形塊體所形成並且在其內設有加熱器。
輸出孔202被氣密地連接至處理氣體供應線路(氣體供應通道)30。排洩孔203經由設有閥V14的噴霧排出線路27而連接至排放幫浦80。溫度偵測器206以及壓力偵測器70被配置，以分別偵測氣化器200之容器201(氣化室)內的溫度與壓力。電源207被連接至加熱器204以及下部熱交換塊體205，並且藉由稍後參考來自溫度偵測器206之偵測信號所述的控制部90來控制其供應電力。
處理氣體供應線路30設有閥V15以及調節閥VT1(作為壓力調節裝置)。調節閥VT1可用於調整經由處理氣體供應線路30所供應之處理氣體的流率。調節閥VT1可藉由包含例如配置在氣體供應設備20中之電腦的控制部90而受到控制。處理氣體供應線路30係經由設有閥V16的排放線路28而連接至排放幫浦80。
膜形成系統1更包含由例如用以控制整個系統的電腦所形成的主控制部92。主控制部92可參考待形成之膜的膜厚以及組成，而控制如下所述依照事先儲存在其儲存部內之處理配方的膜形成處理。在儲存部中，處理氣體流率與膜之厚度及組成之間的關係亦被事先儲存作為控制資料。因此，主控制部92可基於所儲存的處理配方以及控制資料，而控制膜形成處理設備10以及氣體供應設備20的各個組件。儲存媒體的範例為磁碟(軟碟、硬碟(典型為包含在儲存部內的硬碟)等等)、光碟(CD、DVD等等)、磁光碟(MO等等)、以及半導體記憶體。
接著，將說明藉由調節閥(作為壓力調整裝置)VT1來調整容器201內之壓力的方法。圖3係說明調節閥VT1之操作與效果的圖。具體而言，當以0.5slm或0.3slm來供應氬(Ar)氣體以作為載氣時，以不同的流率值來供應藉由將Sr(THD)2 溶於THF溶劑而製備的液體原料。在此種處理期間，量測氣化器之氣化室內的壓力，以檢查壓力的變化。在圖3中，線La表示氣化室內的壓力，而虛線Lb則表示液體原料的設定流率。
在與本實施例同種的氣化器中，氣化室內的壓力必須低於對應於用以氣化液體原料之壓力的上限。因此，根據此事實來執行此種量測。如圖3所示，當以0.5slm來供應氬氣體時，如虛線Lb所示，液體原料的流率被設定在大約1.0sccm。在此種情況下，如線La之激烈脈動所示，氣化室內的壓力會變得不穩定。然後，當以0.5slm來供應氬氣體時，如虛線Lb所示，液體原料的流率被設定在3.0sccm以上。在此種情況下，如線La之幾乎平坦狀態所示，氣化室內的壓力會變得穩定。在從開始量測經過差不多50秒之後，如圖3之鏈線A所示，氬氣體的流率被減少至0.3slm，並且以約1.0sccm來供應液體原料。在此種情況下，如線La之激烈脈動所示，氣化室內的壓力會變得不穩定。相較於以0.5slm來供應氬氣體並且以約0.5sccm來供應液體原料的情況，此脈動係更為活躍。
具體來說，在與本實施例同種的氣化器中，當因為減少供應到氣化室內之液體原料或載氣的流率，而降低氣化室內的壓力時，氣化室內的壓力會隨著強烈的起伏而變得不穩定。如上所述，假使氣化室內的壓力變得不穩定時，液體原料的溶劑會在噴嘴尖端產生沸騰，而引起噴嘴堵塞及/或噴灑異常。有鑑於此，依照本實施例的膜形成系統1被配置成：以壓力偵測器70來監測氣化室內的壓力，以偵測壓力的降低。然後，藉由調節閥VT1來調整氣化室內的壓力，以防止壓力隨著強烈的起伏而變得不穩定。例如，預定的壓力範圍可被寫入處理配方中，並且在此處理配方被主控制部92所選擇時加以讀出。
在因應氣化室內的壓力降低至預定壓力範圍的下限而經由調節閥VT1來增加壓力之後，根據用以氣化液體原料的壓力極限值，此壓力不必超過預定壓力範圍的上限。舉例而言，在圖3的情況下，氣化室內的壓力可設有藉由約4kpa(30Torr)之上限(此係低於用以氣化液體原料的壓力極限值)以及約2kpa(15Torr)之下限(此係高於內部壓力開始引起強烈起伏的壓力極限值)所界定的預定壓力範圍。
舉例而言，在膜形成期間，控制部90從所選擇的配方讀出預定壓力範圍，並且將經由壓力偵測器70所獲得的壓力偵測值與預定壓力範圍進行比較。當氣化室內的壓力降低至預定壓力範圍的下限時，調節閥VT1的開度被設成較小，以減少經由處理氣體供應線路30所供應之處理氣體的流率。因此，當不改變供應到氣化室內之液體原料以及載氣的流率時，會減少流出氣化室之處理氣體的流率。因此，處理氣體會延長其停留時間而更加留在氣化室內，以增加氣化室內的壓力。當氣化室內的壓力在處理氣體的流率因此減少之後而上升到預定壓力範圍的上限時，以預定量將調節閥VT1的開度設成較大。因此，處理氣體減少其在氣化室內的停留，以減少氣化室內的壓力，而不超過用以氣化液體原料的壓力極限值。
如上所述，依照本實施例，氣化室內的壓力被控制如下。具體而言，對於預定的液體原料，在液體原料的氣化由於氣化室內壓力的增加而開始被抑制時可獲得第一極限值。第一極限值可從實驗資料或文獻資料加以獲得。又，在液體原料的氣化由於氣化室內壓力的降低而開始不穩定並且氣化室內的壓力開始產生脈動(波動(oscillation)又稱為振盪(hunting))時可獲得第二極限值。第二極限值較佳係從實驗資料加以獲得。然後，以低於第一極限值的上限以及高於第二極限值的下限加以界定的方式來決定預定壓力範圍。
如上所述，構想預定壓力範圍的下限以防止液體原料的溶劑在噴嘴尖端產生沸騰因而引起噴嘴堵塞及/或噴灑異常。因此，換言之，第二極限值可說是在液體原料之溶劑由於壓力的降低而開始在噴嘴之尖端產生沸騰時的壓力。在本實施例中，藉由位在噴嘴50正前方的冷卻塊體40，將液體原料冷卻至預定溫度，因此預定壓力範圍的下限可參考在液體原料之溶劑於預定溫度下開始產生沸騰時的壓力而加以預設。
預定壓力範圍較佳係設成較廣，只要不對處理氣體的供應造成不利的影響即可。在此方面上，對關於用以形成高介電常數薄膜的液體原料進行研究，此液體原料係藉由將各種固體原材料溶於各種溶劑而加以製備。因此，一般對於此種液體原料而言，吾人已發現到將下限預設成上限的40%至60%，可提供能夠在實現有效氣化處理時確實防止振盪的壓力範圍。
然後，預定壓力範圍被儲存作為例如處理配方的部分，此處理配方係位在主儲存部92可從其讀出資料的儲存部中。然後，當供應處理氣體以在膜形成處理設備10內執行膜形成處理時，控制部90可用以參考壓力偵測器70的壓力偵測值，而控制壓力調整機構的操作(在第一實施例中利用調節閥VT1)，以使氣化室內的壓力落入預定壓力範圍內。
接著，將說明在依照本實施例之膜形成系統1內所執行的膜形成方法。首先，在膜形成處理設備10中，預定數量的晶圓W被放置在晶舟12上，並且被載入反應管11內。然後，以預定溫度以及預定壓力來穩定反應管11的內部。接著，將處理氣體供應到膜形成處理設備10內。具體而言，首先，從加壓氣體供應源(無圖示)將使用作為加壓氣體的氦(He)供應到第一儲存槽21a內，並且經由液體原料供應線路23以及冷卻塊體40來供應液體原料，而藉由流率調節器M1來調整液體原料的流率。藉由冷卻塊體40來冷卻液體原料，然後將其供應到噴嘴50內。又，從載氣供應部60經由冷卻塊體40將例如氬(Ar)氣體的載氣供應到噴嘴50內。因此，設在流率為例如5sccm的液體原料從噴嘴50以如同噴霧形式被噴灑到氣化室內。
藉由加熱器204以及下部熱交換塊體205，以例如150℃來對氣化室的內部進行加熱。從噴嘴50以如同噴霧形式所供應的液體原料被均勻地霧化，並且流過由下部熱交換塊體205以及容器201所界定的氣化空間。因此，液體原料藉由在容器201內的熱交換而氣化成處理氣體，然後此處理氣體會經由輸出孔202而流出並進入到處理氣體供應線路30內。
另一方面，混合於處理氣體內的噴霧並不會改變方向，而係會因為基於其所擁有之大重量的重力而向下流動。因此，噴霧會與處理氣體分開並且到達容器201的底部。噴霧會累積並且凝聚而變成液相，然後在容器201的底部產生固化。依此種方式堵塞在容器201之底部的固化副產物可在下列某維修週期內被加以處理：降低氣化器200的溫度，並且將溶劑供應到容器201內以溶解此副產物，而從排洩孔203將其加以排出。由於排洩孔203係形成在低於輸出孔202的位置上，所以沒有排洩液體會流入輸出孔202。
依此方式，從氣化器200經由處理氣體供應線路30將處理氣體供應到膜形成處理設備10內。反應管11被進一步連接至臭氣氣體供應單元(無圖示)。在膜形成的過程中，首先從氣化器200供應Sr蒸氣，以致於Sr氣體分子可吸附在晶圓上。然後，停止Sr液體原料的供應，並且藉由使用非反應性氣體來執行氣化器200的清除步驟。在此時，膜形成處理設備10的反應管11可進行真空排放。然後，從臭氧氣體供應單元供應O3 (臭氧)，俾能使位於晶圓W上的Sr氣體分子被氧化並且藉以形成SrO分子層。然後，將通往氣化器200的供應連接從第一儲存槽21a切換到第二儲存槽21b，並且從氣化器200供應Ti蒸氣，俾能使Ti氣體分子吸附在晶圓上。然後，停止Ti液體原料的供應，並且藉由使用非反應性氣體來執行氣化器200的清除步驟。然後，從臭氧氣體供應單元供應O3 (臭氧)，俾能使位於晶圓W上的Ti氣體分子被氧化並且藉以形成TiO分子層。以此種ALD處理來重複上述步驟，而層疊SrO分子層以及TiO分子層，以形成具有預定厚度的鈦酸鍶(STO，strontium titanate)膜。STO膜的組成比可藉由調整SrO與TiO之膜形成循環的次數，而控制在例如SrO：TiO=3：11到5：9的範圍內。
在膜形成處理期間，以壓力偵測器70來監測氣化室內的壓力。當壓力偵測值下降到預定壓力範圍的下限時，藉由控制部90將調節閥VT1的開度設定小於初始值，以升高氣化室內的壓力。另一方面，當壓力偵測值上升到預定壓力範圍的上限時，藉由控制部90，以例如達到或不達到初始值之量的預定量，將調節閥VT1的開度設成較大。因此，即使氣化室內的壓力在膜形成處理期間下降，此壓力亦會落入用以穩定氣化液體原料的壓力範圍內，如此，吾人能夠穩定持續地執行膜形成處理。
在執行膜形成處理之後，藉由使用例如氮氣的氣體來清除氣化器200的內部以及處理氣體供應線路30，以完全移除留在氣化器200內的液體原料。又，清理處理可週期性地在氣化器200以及供應線路內執行。具體而言，經由溶劑供應線路22c以及連接線路24，將儲存在第三儲存槽21c內的溶劑供應到第一原材料供應線路22a以及第二原材料供應線路22b內。又，經由液體原料供應線路23以及噴嘴50，將溶劑供應到氣化器200內。因此，由液體原料所衍生並且沉積在供應線路以及容器201內的液相物質以及固相物質可經由溶劑加以溶解並且洗出。用於清理的溶劑可經由排洩孔203以及噴霧排出線路27而排出此系統。
依照第一實施例，以壓力偵測器70來監測氣化器200之氣化室內的壓力。當壓力偵測值下降到預定壓力範圍的下限時，調整位於處理氣體供應線路30上的調節閥VT1，以升高容器201內的壓力，俾能防止液體原料的氣化變得不穩定。即使液體原料的流率係小的，依此種方式所配置的膜形成系統1亦可防止氣化效率因噴嘴50之尖端的堵塞及/或噴灑異常而降低，並且亦可防止顆粒污染因殘留物增加而發生。因此，吾人可穩定執行液體原料的氣化，俾能使膜形成處理不被中斷而可穩定持續地執行。作為以調節閥VT1來調整氣化室內之壓力的方法，預定壓力範圍可依照處理配方而存在於氣化室內之壓力會變得不穩定的低壓與液體原料之氣化開始被抑制的高壓之間，以致於回饋控制被執行，而使壓力偵測值落入預定壓力範圍內。
＜第二實施例＞
圖4係概略顯示依照本發明之第二實施例之半導體處理系統的結構視圖。配置依照第二實施例的膜形成系統101，而藉由使用配置在溶劑供應線路22c上的流率調節器(作為壓力調整裝置)M3來調整供應至液體原料供應線路23之溶劑的流率，以控制氣化室內的壓力。因此，此種配置係第一實施例的替代配置，而第一實施例係藉由使用配置在處理氣體供應線路30上的調節閥VT1來控制壓力。當膜形成系統101正常執行處理時，其係以相同於依照第一實施例之膜形成系統1的方式來進行操作。
具體而言，當膜形成處理開始時，流率調節器M3的開度被設定在零，而無法從溶劑供應線路22c將溶劑供應至液體原料供應線路23。另一方面，舉例而言，控制部190在膜形成期間從所選擇的配方讀出預定壓力範圍，並且將藉由壓力偵測器70所獲得的壓力偵測值與預定壓力範圍進行比較。當氣化室內的壓力下降到預定壓力範圍的下限時，控制部190會控制流率調節器M3，在增加溶劑流率的情況下，開始將溶劑供應到氣化室內。因此，當流出氣化室之處理氣體的流率不變時，供應到氣化室內之溶劑的流率會增加。因此，氣化溶劑會延長其停留時間而更加留在氣化室內，以增加氣化室內的壓力。當氣化室內的壓力在氣化溶劑的流率因此增加之後而上升到預定壓力範圍的上限時，以預定量將流率調節器M3的開度設成較小，以使其完全或不完全被關閉。換言之，藉由流率調節器M3來消除溶劑供應的增加。因此，氣化溶劑會減少其在氣化室內的停留，以降低氣化室內的壓力，而不超過用以氣化液體原料的壓力極限值。
依照第二實施例，當氣化室內的壓力下降到預定壓力範圍的下限時，調整位於溶劑供應線路22c上的流率調節器M3，以升高容器201內的壓力，俾能防止液體原料的氣化變得不穩定。因此，第二實施例可提供與第一實施例相同的功能以及效果。
＜第三實施例＞
圖5係概略顯示依照本發明之第三實施例之半導體處理系統的結構視圖。配置依照第三實施例的膜形成系統1001，而藉由使用配置在載氣供應線路26上的流率調節器(作為壓力調整裝置)M4來調整供應到氣化室內之載氣的流率，而控制氣化室內的壓力。因此，此種配置係第一實施例的替代配置，而第一實施例係藉由使用配置在處理氣體供應線路30上的調節閥VT1來控制壓力。當膜形成系統1001正常執行處理時，其係以相同於依照第一實施例之膜形成系統1的方式來進行操作。
具體而言，當膜形成處理開始時，流率調節器M4的開度被設定在50%，俾能從載氣供應線路26以小流率來供應載氣。另一方面，舉例來說，控制部1090在膜形成期間從所選擇的配方讀出預定壓力範圍，並且將藉由壓力偵測器70所獲得的壓力偵測值與預定壓力範圍進行比較。當氣化室內的壓力下降到預定壓力範圍的下限時，控制部1090會控制流率調節器M4，以增加到氣化室內之載氣的流率。因此，當流出氣化室之處理氣體的流率不變時，供應到氣化室內之載氣的流率會增加。因此，載氣會延長其停留時間而更加留在氣化室內，以增加氣化室內的壓力。當氣化室內的壓力在載氣的流率因此增加之後而上升到預定壓力範圍的上限時，以例如達到或不達到初始值之量的預定量，將流率調節器M4的開度設成較小。換言之，藉由流率調節器M4來消除載氣供應的增加。因此，載氣會減少其在氣化室內的停留，以降低氣化室內的壓力，而不超過用以氣化液體原料的壓力極限值。
依照第三實施例，當氣化室內的壓力下降到預定壓力範圍的下限時，調整位於載氣供應線路26上的流率調節器M4，以升高容器201內的壓力，俾能防止液體原料的氣化變得不穩定。因此，第三實施例可提供與第一實施例相同的功能以及效果。
＜結果與修改＞
在依照本發明之各實施例的膜形成系統1、101、或1001中，調節閥VT1或流率調節器M3或M4可用以調整容器201內的壓力。在控制部90、190、或1090的控制下，當容器201內的壓力超出用以穩定氣化液體原料的預定壓力範圍時，流率控制會被調節閥VT1或流率調節器M3或M4所執行，而使容器201內的壓力落入預定壓力範圍內。
因此，依照本發明之各實施例的膜形成系統1、101、或1001可在不停止膜形成處理的情況下，防止容器201內的壓力變得太低。又，此系統可防止氣化效率因噴嘴50之尖端的堵塞及/或噴灑異常而降低，並且亦可防止顆粒污染因殘留物增加而發生。因此，吾人可穩定執行液體原料的氣化，俾能使膜形成處理不被中斷而穩定持續地執行。
在膜形成系統1、101、或1001中，從壓力偵測器70所傳輸的壓力資料可用以判斷容器201內的壓力異常是否被消除。或者，舉例而言，此種異常的消除可藉由使用用於調整氣化室內之壓力的參數(例如溶劑或載氣的流率)的預設值而加以判斷。在此種情況下，將對應於異常消除之參數的預設值寫入可被控制部所讀取的表中，以及當氣化室內的壓力變得異常時，調整例如溶劑或載氣之流率的參數，直到此參數達到預設值為止。
在膜形成系統1、101、或1001中，藉由ALD處理來執行膜形成。或者，吾人可在此處理中藉由使用單一液體原料來執行膜形成，或藉由使用從液體原料之混合物所衍生的處理氣體來執行膜形成。
在膜形成系統1、101、或1001中，藉由控制部來單步(one step)調整調節閥VT1或流率調節器M3或M4的開度。或者，例如，吾人可逐步調整調節閥或流率調節器的開度，以逐步改變處理氣體、溶劑、或載氣的流率。在此種情況下，可預定在各步驟中待形成之開度的單步變化，俾能使流率依照此單步變化而調整。在一旦調整開度而經過某個時間之後，將壓力偵測值與預定壓力範圍進行比較。假使氣化室內的壓力仍超出預定壓力範圍時，以單步變化來進一步調整調節閥或流率調節器的開度，而調整處理氣體、溶劑、或載氣的流率。
在膜形成系統1中，調節閥VT1可被維持在下列狀態：甚至在容器201內的壓力被調整而落入預定壓力範圍之後，減少處理氣體的流率。或者，在容器201內的壓力被調整而落入預定壓力範圍之後，調節閥VT1可被開啟而使處理氣體的流率回到正常狀態。
在膜形成系統101或1001中，流率調節器M3或M4可被維持在下列狀態：甚至在容器201內的壓力被調整而落入預定壓力範圍之後，增加溶劑或載氣的流率。或者，在容器201內的壓力被調整而落入預定壓力範圍之後，可使流率調節器M3或M4回到初始狀態，以使溶劑或載氣的流率回到正常狀態。
在上述實施例中，壓力偵測器70被連接至氣化器200。或者，此壓力偵測器可被連接至位於閥V15上游之處理氣體供應線路30的一部分，只要其可偵測容器201內的壓力即可。
在上述實施例中，氦(He)氣體被供應作為加壓氣體。或者，舉例而言，例如氮(N2 )氣體或氬(Ar)氣體的另一種氣體可被使用來替代氦氣體。
在膜形成系統1、100、或1001中，加熱器204包含兩個位在輸出孔202側上的加熱器以及兩個位在相對於輸出孔202之另一側上的加熱器，於其中這些加熱器204被連接至電源207。加熱器的數量可為三個以下或五個以上，只要其可均勻加熱氣化室的內壁即可。又，舉例來說，這些加熱器的加熱可被一個溫度控制器所控制。或者，位在輸出孔側上的兩個加熱器組以及位在相對側上的兩個加熱器組可各自被單獨控制。或者，此四個加熱器可各自被單獨控制。
熟習本項技藝者可輕易發現額外的優點與修改。因此，具有較廣泛之實施樣態的本發明並不被限制在這些具體細節以及在此所述的例示性實施例。因此，在不離開如隨附請求項以及其等效設計所界定之一般發明概念的精神或範圍的情況下，當可進行各種修改。
1．．．膜形成系統
10．．．膜形成處理設備
11．．．反應管
12．．．晶舟
13．．．加熱器
15．．．真空幫浦
20．．．氣體供應設備
21．．．儲存部
21a．．．第一儲存槽
21b．．．第二儲存槽
21c．．．第三儲存槽
22a．．．第一原材料供應線路
22b．．．第二原材料供應線路
22c．．．溶劑供應線路
23．．．液體原料供應線路
24．．．連接線路
25．．．加壓氣體供應線路
26．．．載氣供應線路
27．．．噴霧排出線路
28．．．排放線路
30．．．處理氣體供應線路
40．．．冷卻塊體
50．．．噴嘴
50a．．．噴灑孔
60．．．載氣供應部
70．．．壓力偵測器
80．．．排放幫浦
90．．．控制部
92．．．主控制部
101．．．膜形成系統
190．．．控制部
200．．．氣化器
201．．．容器
202．．．輸出孔
203．．．排洩孔
204．．．加熱器
205．．．下部熱交換塊體
206．．．溫度偵測器
207．．．電源
1001．．．膜形成系統
1090．．．控制部
M1～M4．．．流率調節器
V1～V16．．．閥
VT1．．．調節閥
W．．．晶圓
併入且構成說明書之一部分的隨附圖式用以顯示本發明之實施例，並且與以上所提出之一般說明及以下所提出之實施例的詳細說明一同用以解釋本發明之原理。
圖1係概略顯示依照本發明之第一實施例之半導體處理系統(膜形成系統)的結構視圖，此系統包含半導體處理設備以及氣體供應設備；
圖2係顯示圖1所示之系統之氣體供應設備所使用之氣化器的剖面側視圖；
圖3係顯示圖2所示之氣化器之氣化室內之壓力的變化圖；
圖4係概略顯示依照本發明之第二實施例之半導體處理系統的結構視圖；及
圖5係概略顯示依照本發明之第三實施例之半導體處理系統的結構視圖。
1．．．膜形成系統
10．．．膜形成處理設備
11．．．反應管
12．．．晶舟
13．．．加熱器
15．．．真空幫浦
20．．．氣體供應設備
21．．．儲存部
21a．．．第一儲存槽
21b．．．第二儲存槽
21c．．．第三儲存槽
22a．．．第一原材料供應線路
22b．．．第二原材料供應線路
22c．．．溶劑供應線路
23．．．液體原料供應線路
24．．．連接線路
25．．．加壓氣體供應線路
26．．．載氣供應線路
27．．．噴霧排出線路
28．．．排放線路
30．．．處理氣體供應線路
40．．．冷卻塊體
60．．．載氣供應部
70．．．壓力偵測器
80．．．排放幫浦
90．．．控制部
92．．．主控制部
200．．．氣化器
M1～M4．．．流率調節器
V1～V16．．．閥
VT1．．．調節閥
W．．．晶圓

Claims (16)

  1. 一種半導體處理系統，包含一半導體處理設備以及用以將一處理氣體供應到該半導體處理設備內的一氣體供應設備，該半導體處理設備包含：一處理室，用以容納一目標基板；一支撐構件，用以支撐位於該處理室內的該目標基板；一加熱器，用以加熱位於該處理室內的該目標基板；及一排放機構，用以排放來自該處理室內的氣體，以及該氣體供應設備包含：一容器，形成一氣化室，該氣化室用以氣化一液體原料；一噴嘴，用以藉由一載氣而霧化該液體原料，並將該液體原料供應到該氣化室內；一液體原料供應通道，用以將該液體原料供應至該噴嘴；一載氣供應通道，用以將該載氣供應至該噴嘴；一加熱器，用以加熱該氣化室的內部，以氣化依此種方式所霧化的該液體原料，並且藉以產生該處理氣體；一氣體供應通道，用以從該氣化室將該處理氣體供應至該處理室；一壓力偵測器，用以偵測該氣化室內的壓力；一壓力調整機構，用以調整該氣化室內的壓力；及一控制部，用以控制該壓力調整機構的操作，其中該氣體供應設備參考由該壓力偵測器所獲得的一壓力偵測值而預設該控制部，以控制該壓力調整機構的操作，而使該氣化室內的壓力落入一預定壓力範圍內，該預定壓力範圍係藉由一低於一第一極限值的上限與一高於一第二極限值的下限而界定，在該第一極限值，該液體原料的氣化因為該壓力的增加而開始被抑制，在該第二極限值，該液體原料的氣化開始變得不穩定，並且該氣化室內的壓力因為該壓力的降低而開始產生脈動；該氣體供應設備更包含一溶劑供應通道，該溶劑供應通道係連接至該液體原料供應通道，並且用以將一溶劑添加到該液體原 料，該壓力調整機構包含一流率調節器，該流率調節器係配置在該溶劑供應通道上，並且用以調整該溶劑的流率，該氣體供應設備參考該壓力偵測值而預設該控制部，以控制該流率調節器的操作。
  2. 一種半導體處理系統，包含一半導體處理設備以及用以將一處理氣體供應到該半導體處理設備內的一氣體供應設備，該半導體處理設備包含：一處理室，用以容納一目標基板；一支撐構件，用以支撐位於該處理室內的該目標基板；一加熱器，用以加熱位於該處理室內的該目標基板；及一排放機構，用以排放來自該處理室內的氣體，以及該氣體供應設備包含：一容器，形成一氣化室，該氣化室用以氣化一液體原料；一噴嘴，用以藉由一載氣而霧化該液體原料，並將該液體原料供應到該氣化室內；一液體原料供應通道，用以將該液體原料供應至該噴嘴；一載氣供應通道，用以將該載氣供應至該噴嘴；一加熱器，用以加熱該氣化室的內部，以氣化依此種方式所霧化的該液體原料，並且藉以產生該處理氣體；一氣體供應通道，用以從該氣化室將該處理氣體供應至該處理室；一壓力偵測器，用以偵測該氣化室內的壓力；一壓力調整機構，用以調整該氣化室內的壓力；及一控制部，用以控制該壓力調整機構的操作，其中該氣體供應設備參考由該壓力偵測器所獲得的一壓力偵測值而預設該控制部，以控制該壓力調整機構的操作，而使該氣化室內的壓力落入一預定壓力範圍內，該預定壓力範圍係藉由一低於一第一極限值的上限與一高於一第二極限值的下限而界定，在該第一極限值，該液體原料的氣化因為該壓力的增加而開始被抑制，在該第二極限 值，該液體原料的氣化開始變得不穩定，並且該氣化室內的壓力因為該壓力的降低而開始產生脈動；該壓力調整機構包含一流率調節器，該流率調節器係配置在該載氣供應通道上，並且用以調整該載氣的流率，該氣體供應設備參考該壓力偵測值而預設該控制部，以控制該流率調節器的操作。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體處理系統，其中該下限係高於一壓力極限值，在該壓力極限值，該液體原料的溶劑因為該壓力的降低而開始在該噴嘴尖端產生沸騰。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體處理系統，其中該下限被設定成該上限的40%到60%。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體處理系統，其中該氣體供應設備用以使用一含有溶於溶劑之固體原料的原料做為該液體原料。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體處理系統，其中該半導體處理設備用以在該目標基板上形成一薄膜，而該氣體供應設備用以供應一提供該薄膜之成分的氣體做為該處理氣體。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體處理系統，其中該噴嘴具有一由內管與外管所形成的雙管結構，並且用以從該內管供應該液體原料，以及從該外管供應該載氣。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之半導體處理系統，其中該噴嘴被裝設至一用以冷卻該液體原料的冷卻塊體，以及該液體原料供應通道係經由該冷卻塊體而連接至該噴嘴。
  9. 一種半導體處理系統的使用方法，該半導體處理系統包含一半導體處理設備以及用以將一處理氣體供應到該半導體處理設備內的一氣體供應設備，該半導體處理設備包含：一處理室，用以容納一目標基板；一支撐構件，用以支撐位於該處理室內的該目標基板；一加熱器，用以加熱位於該處理室內的該目標基板；及一排放機構，用以排放來自該處理室內的氣體，該氣體供應設備包含：一容器，形成一氣化室，該氣化室用以氣化一液體原料；一噴嘴，用以藉由一載氣而霧化該液體原料，並將該液體原料供應到該氣化室內；一液體原料供應通道，用以將該液體原料供應至該噴嘴；一載氣供應通道，用以將該載氣供應至該噴嘴；一加熱器，用以加熱該氣化室的內部，以氣化依此種方式所霧化的該液體原料，並且藉以產生該處理氣體；一氣體供應通道，用以從該氣化室將該處理氣體供應至該處理室；一壓力偵測器，用以偵測該氣化室內的壓力；及一壓力調整機構，用以調整該氣化室內的壓力，以及該方法包含：獲得一第一極限值，在該第一極限值，該液體原料的氣化因為該氣化室內之壓力的增加而開始被抑制；獲得一第二極限值，在該第二極限值，該液體原料的氣化開始變得不穩定，並且該氣化室內的壓力因為該壓力的降低而開始產生脈動；決定一預定壓力範圍，該預定壓力範圍係藉由一低於該第一極限值的上限與一高於該第二極限值的下限而界定；及參考由該壓力偵測器所獲得的一壓力偵測值，而控制該壓力調整機構的操作，以使該氣化室內的壓力落入該預定壓力範圍內；該氣體供應設備更包含一溶劑供應通道，該溶劑供應通道係 連接至該液體原料供應通道，並且用以將一溶劑添加到該液體原料，該壓力調整機構包含一流率調節器，該流率調節器係配置在該溶劑供應通道上，並且用以調整該溶劑的流率，該方法包含參考該壓力偵測值而控制該流率調節器的操作。
  10. 一種半導體處理系統的使用方法，該半導體處理系統包含一半導體處理設備以及用以將一處理氣體供應到該半導體處理設備內的一氣體供應設備，該半導體處理設備包含：一處理室，用以容納一目標基板；一支撐構件，用以支撐位於該處理室內的該目標基板；一加熱器，用以加熱位於該處理室內的該目標基板；及一排放機構，用以排放來自該處理室內的氣體，該氣體供應設備包含：一容器，形成一氣化室，該氣化室用以氣化一液體原料；一噴嘴，用以藉由一載氣而霧化該液體原料，並將該液體原料供應到該氣化室內；一液體原料供應通道，用以將該液體原料供應至該噴嘴；一載氣供應通道，用以將該載氣供應至該噴嘴；一加熱器，用以加熱該氣化室的內部，以氣化依此種方式所霧化的該液體原料，並且藉以產生該處理氣體；一氣體供應通道，用以從該氣化室將該處理氣體供應至該處理室；一壓力偵測器，用以偵測該氣化室內的壓力；及一壓力調整機構，用以調整該氣化室內的壓力，以及該方法包含：獲得一第一極限值，在該第一極限值，該液體原料的氣化因為該氣化室內之壓力的增加而開始被抑制；獲得一第二極限值，在該第二極限值，該液體原料的氣化開始變得不穩定，並且該氣化室內的壓力因為該壓力的降低而開始產生脈動； 決定一預定壓力範圍，該預定壓力範圍係藉由一低於該第一極限值的上限與一高於該第二極限值的下限而界定；及參考由該壓力偵測器所獲得的一壓力偵測值，而控制該壓力調整機構的操作，以使該氣化室內的壓力落入該預定壓力範圍內；該壓力調整機構包含一流率調節器，該流率調節器係配置在該載氣供應通道上，並且用以調整該載氣的流率，該方法包含參考該壓力偵測值而控制該流率調節器的操作。
  11. 如申請專利範圍第9或10項所述之半導體處理系統的使用方法，其中該下限係高於一壓力極限值，在該壓力極限值，該液體原料的溶劑因為該壓力的降低而開始在該噴嘴尖端產生沸騰。
  12. 如申請專利範圍第9或10項所述之半導體處理系統的使用方法，其中該下限被設定成該上限的40%到60%。
  13. 如申請專利範圍第9或10項所述之半導體處理系統的使用方法，其中該氣體供應設備用以使用一含有溶於溶劑之固體原料的原料做為該液體原料。
  14. 如申請專利範圍第9或10項所述之半導體處理系統的使用方法，其中該半導體處理設備用以在該目標基板上形成一薄膜，而該氣體供應設備用以供應一提供該薄膜之成分的氣體做為該處理氣體。
  15. 如申請專利範圍第9或10項所述之半導體處理系統的使用方法，其中該噴嘴具有一由內管與外管所形成的雙管結構，並且用以從該內管供應該液體原料，以及從該外管供應該載氣。
  16. 如申請專利範圍第9或10項所述之半導體處理系統的使用方法，其中該噴嘴被裝設至一用以冷卻該液體原料的冷卻塊體，以 及該液體原料供應通道係經由該冷卻塊體而連接至該噴嘴。
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