TWI461559B - A substrate processing apparatus and a capturing apparatus - Google Patents

Description

基板處理裝置及捕集裝置

本發明係有關基板處理裝置、捕集裝置、基板處理裝置之控制方法以及捕集裝置之控制方法。

使用於半導體裝置之絕緣材料之一有聚醯亞胺。由於聚醯亞胺之黏合性強、漏電低，而用於層間絕緣膜或鈍化膜(Passivation)等。

已知形成此種聚醯亞胺膜的方法之一有：利用PMDA(均苯四酸二酐；pyro-melliticanhydride)與ODA(4,4'-二胺聯苯醚，(Oxydianiline))作為原料單體以進行蒸鍍聚合(Vapor deposition polymerization)的成膜方法。

此種蒸鍍聚合的方法是使反應性強的單體PMDA與ODA氣化，而蒸鍍至設置在腔室內的基板表面，並在基板表面聚合．脫水而製得聚合物的聚醯亞胺。

已知在利用蒸鍍聚合方式進行成膜處理的基板處理裝置上，未能用在基板上之蒸鍍聚合的原料單體會在用於排除處理裝置的腔室內之氣體的真空泵中析出，而帶來不良影響，故有人提出了一種具有具備水冷線圈的單體捕集器之真空聚合裝置(例如專利文獻1：日本專利特開平5-132759號公報)。

另一方面，在原料中不使用聚合物之氣化物質的一 般的真空成膜裝置中，於腔室與真空泵之間設有去除裝置，俾使排氣中的未反應成分不致混入真空泵而成為雜質；習知的此種去除裝置之一為在去除裝置內使未反應成分進行反應並附著於內壁的方式來加以去除(例如，專利文獻2：日本專利特開2000-070664號公報)。

本發明提供一種適合用於去除PMDA或ODA等之附著力弱的單體之基板處理裝置、捕集裝置、基板處理裝置之控制方法以及捕集裝置之控制方法。

本發明係提供一種基板處理裝置，其具備有：用於處理基板之腔室；用於導入氣體於該腔室內之氣體供應部；用於排出該腔室內之氣體的排氣部；在該腔室與排氣部之間連接到該腔室之第1捕集器；以及設置於該第1捕集器與該排氣部之間的第2捕集器；其特徵為：設有溫度控制部，係用於將該第1捕集器設定於讓包含於該氣體之未反應成分進行反應以形成聚合物之第1溫度，且用以將該第2捕集器設定於讓包含於該氣體之未反應成分析出以成為單體之第2溫度。

另外，本發明之特徵為：在該第1捕集器與該第2捕集器之間設有連接閥，藉由該溫度控制部，來將該連接閥設定於比該第1溫度更高的第3溫度。

另外，本發明之特徵為：該第1溫度設定於140-200℃；該第2溫度設定於120℃以下；該第3溫度 設定於200℃以上。

另外，本發明之特徵為：該氣體至少含有PMDA或ODA中任一種。

另外，本發明之特徵為：該第2捕集器與該氣體接觸的表面施有鏡面加工。

另外，本發明之特徵為：該第2捕集器與該氣體接觸的表面係披覆有氟樹脂。

另外，本發明之特徵為：該第2捕集器與該氣體接觸的表面是披覆有玻璃。

另外，本發明為一種捕集裝置，係設置於具有用於導入氣體之氣體供應部以處理基板的腔室、與用於排除上述該腔室內之氣體的排氣部之間，其特徵為具備：連接到上述該腔室之第1捕集器；以及設置於上述該第1捕集器與上述該排氣部之間之第2捕集器；並設有溫度控制部，係用於將上述該第1捕集器設定於為讓包含於上述該氣體的未反應成分進行反應以形成聚合物之第1溫度，且用於將上述該第2捕集器設定於為讓包含於上述該氣體之未反應成分析出以形成單體之第2溫度。

另外，本發明為一種捕集裝置之控制方法，該捕集裝置係設置於具有用於導入氣體之氣體供應部以處理基板的腔室、與設置於用於排除該腔室內之氣體的排氣部之間，其特徵為：將連接到該腔室之第1捕集器設定於讓包含於該氣體之未反應成分進行反應以形成聚合物的第1溫度，並將設置於該第1捕集器與該排氣部之 間的第2捕集器設定於讓包含於該氣體之未反應成分析出以形成單體之第2溫度。

藉由本發明，利用氣化的PMDA或OPA等之基板處理裝置以及捕集器，可以有效去除原料單體。

以下，詳細說明本發明的一實施形態。本實施形態係利用原料單體PMDA與ODA，藉由蒸鍍聚合以製得聚醯亞胺的成膜裝置。

(成膜裝置)

茲根據圖1與圖2，說明本實施形態的捕集裝置與成膜裝置。再者，圖1為表示本實施形態中之成膜裝置，而圖2為表示本實施形態中之捕集裝置。

本實施形態中之成膜裝置具有晶舟(Wafer boat)12，係可在藉由真空泵50排氣的腔室11內設置有多片形成有聚醯亞胺膜的晶圓W。另外，在腔室11內，設有用於供應氣化PMDA與ODA的注入器13與14。在該注入器13與14側面設有開口部，如圖式箭號所示，由注入器13與14對晶圓W從水平方向供應氣化的PMDA與ODA。所供給的氣化PMDA與ODA會在晶圓W上發生蒸鍍聚合反應而成為聚醯亞胺並析出。另外，未能用來形成聚醯亞胺膜之氣化PMDA與ODA等則直接流動而由排氣口15排出至腔室11外面。另外，晶舟12構造上係利用旋轉部16旋轉，俾使得聚醯亞胺膜能均勻地形成於晶圓W上。此外，在腔室11外 部設有用於將腔室11內之晶圓W加熱至一定溫度之加熱器17。

此外，注入器13與14係分別透過閥23與24連接至PMDA氣化器21與ODA氣化器22，而在與PMDA氣化器21與ODA氣化器22相連接的閥23與24及注入器13與14之間設有導入部25。藉此，可藉由注入器13與14來供給受PMDA氣化器21與ODA氣化器22所氣化之PMDA與ODA。

在PMDA氣化器21中，供給有高溫的氮氣來作為載體氣體(Carrier gas)，而在PMDA氣化器21中，係將PMDA昇華並以氣化狀態供應。因此，PMDA氣化器21會保持於260℃之溫度。另外，在ODA氣化器22中，係供應高溫的氮氣作為載體氣體，並藉由所供給之氮氣來讓被加熱至高溫而成為液態之ODA沸騰(bubbling)，而以氣化狀態供應於氮氣中包含ODA之蒸。因此，ODA氣化器22會保持於220℃之溫度。然後，氣化之PMDA與ODA會經由閥23與24供應至注入器13與14內，而在設置於腔室11內之晶圓W表面上成為聚醯亞胺。此外，在形成聚醯亞胺膜時，腔室11內之溫度係保持在200℃。

因此，本實施形態之成膜裝置，係由注入器13與14橫向地噴出氣化的PMDA與氣化的ODA而蒸鍍至晶圓W上，並藉由聚合反應而形成聚醯亞胺膜。

另外，從排氣口15所進行之排氣係透過第1捕集 器60與第2捕集器30而利用真空泵50排出。此外，在第1捕集器60與第2捕集器30之間設有連接閥70。

另外，在第1捕集器60、第2捕集器30以及連接閥70分別設有加熱器等未圖示之溫度調節機，以便藉控制器80控制溫度，俾使第1捕集器60、第二捕集器30以及連接閥70分別成為特定之溫度。

此外，本實施形態中之捕集裝置具有第1捕集器60與第2捕集器30，也可以在第1捕集器60與第2捕集器30之間設置連接閥70。另外，還可以如圖2所記載，在第2捕集器30與真空泵50之間設置閥90。

(第1捕集器)

接著，要說明第1捕集器60。圖3表示第1捕集器60。第1捕集器60係在圓筒狀的框體部61內部配置有多個圓盤狀鰭片62之構造。第1捕集部60之吸入部63與腔室11的排氣口15連接，並透過第2捕集器30等，利用真空泵50排氣，來讓被排除之氣體從吸入部63被吸入至第1捕集部60內部。第1捕集器60係利用控制器80來保持於140至200℃，因此設置於第1捕集器60內部之多個鰭片62也會被保持於此溫度。因為在此溫度下，已氣化之PMDA會與ODA反應而形成聚醯亞胺，因此由腔室11流入第1捕集器60內部的PMIDA與OPA會反應，而在鰭片62表面形成聚醯亞胺膜。如此一來，即可讓存在於排出氣體中之氣體PMDA與ODA相互反應，而盡量從排出氣體中排除，然後由 排出口64排出。

另外，在本實施形中之第1捕集器60在框體部61內係多段配置有相對排氣流道略呈垂直的鰭片62。換言之，藉由多段配置之鰭片62之開口部來形成排氣流道。藉由多段配置此種鰭片62，即可使排氣中的PMDA與ODA有效率地進行反應，並在鰭片62形成聚醯亞胺膜而去除，可以有效排除存在於排出氣體中的PMDA與ODA。

圖4為表示第1捕集器60中被排氣的流道之表面積，即在第1捕集器60中排氣通過的表面積、以及通過流道後之排氣中之氣體的成膜速度之間的關係。流道的表面積越增加，則通過流道的排氣中氣體之成膜速度便越低。因此，流道的表面積越增加，則便可排除更多排出氣體中的PMDA與ODA。

例如，在本實施形態中之第1捕集器60之框體部61之高度為1000mm，內徑為310mm，鰭片62之外徑為300mm，內徑為110mm，鰭片62之設置節距(pitch)為24mm，而將鰭片62設置為30階。

(第2捕集器)

其次，根據圖5、圖6與圖7來說明本實施形態之第2捕集器30。本實施形態之第2捕集器30外側，係由側面部33、上面部34、底面部35來構成外壁。側面部33與上面部34係經由設置於側面部33之槽36的O型環(未圖示)而相互連接。另外，側面部33與底面部 35係經由設置於側面部33之槽37之O型環(未圖示)而相互連接。另外，在第2捕集器30之側面部33設有吸入口31，底面部35設有排出口32。第2捕集器30之吸入口31係透過連接閥70與第1捕集器60之排出口64相連接；由第1捕集器60之排出口64所排出之氣化狀態之PMDA與ODA會經由排氣口15與吸入口31而流入第2捕集器30。此外，第2捕集器30之排出口32係連接到真空泵50，並藉由真空泵50之排氣，而在第2捕集器30內產生氣流。

此外，在第2捕集器30內側設有隔板40、41與42，隔板40係與第2捕集器30之外壁底面部35連接，隔板41係與第2捕集器30之外壁上面部34連接，隔板42係與第2捕集器30之外壁底面部35及排出口32連接。藉此，由捕集器外壁之側面部33內側與隔板40來形成作為第1流道之流道43，由隔板40與隔板41來形成作為第2流道之流道44，由隔板41與隔板42來形成作為第3流道之流道45，而在隔板42內部形成作為第4流道之流道46。此外，第1流道之流道43、第2流道之流道44、第3流道之流道45、與第4流道之流道46係形成同心圓狀，並依序朝中心方向形成。因此，連接於流道43之吸入口31係沿著筒狀側面部33之切線方向朝向流道43般所形成，俾使得捕集器40外壁之側面部33處的氣流能不受阻擋而容易地流入至流道43。另外，與流道46相連接之排出口32係設置 於第2捕集器30外壁之底面部35之中央部。

再者，作為第2流道之流道44設有作為冷卻機構之水冷管47，該水冷管47具有降低流入的氣流之溫度之功能。

從吸入口31流入第2捕集器30之含有氣化狀態之PMDA與ODA之氣流，會在由第2捕集器30外壁之側面部33內側與隔板40所形成的流道43中，流向圖式所示上方。此係由於隔板40係與第2捕集器30之外壁底面部35相連接，而在隔板40與第2捕集器30外壁之上面部34內側之間形成有空隙，所以流入之氣流便會流向該空隙。

然後，氣流在由隔板40與隔板41所形成的流道44中會流向圖式所示下方。此係由於隔板41與第2捕集器30之外壁上面部34相連接，而在隔板41與第2捕集器30外壁之底面部35之內側之間形成有空隙，所以流入之氣流便會流向該空隙。另外，流道44設有水冷管47，流入之氣化狀態之PMDA與ODA會被冷卻而凝固於水冷管47之表面等處。本實施形態中，水冷管47之冷卻用表面積較大，可以快速冷卻氣流。另外，水冷管47之形狀為筒狀，所以PMDA與ODA凝固而成固體狀態者較不易附著。因此，在水冷管47表面等處凝固成固體狀態之PMDA與ODA會從水冷管47表面剝離，而被流道44中向下流動之氣流吹向第2捕集部30外壁之底面部35，即會掉落在隔板40與隔板42 之間的底面部35內側而堆積起來。

然後，氣流在隔板41與隔板42所形成之流道45中，會流向圖式所示上方。此係由於隔板42與第2捕集器30外壁之底面部35相連接，而在隔板42與第2捕集器30外壁之上面部34之內側之間形成有空隙，所以流入之氣流便會流向該空隙。

然後，氣流在形成於隔板42內部之流道46中會流向圖式所示下方。流道46係透過排出口32與真空泵50相連接，而氣流朝排出口32流動。此外，本實施形態中之第2捕集器30之向下方向係設置為與重力作用方向之相同方向，另外，所謂向上方向係與向下方向的相反方向，亦即旋轉約180°之方向。另外，只要可以獲得與本實施形態相同之效果，則方向相差若干無妨。

在本實施形態的第2捕集器30中，水冷管47係設置於流道44，即氣流朝下方流動的流道。這是由於藉由向下方向的氣流能讓凝固於水冷管47表面等之PMDA與ODA容易掉落並堆積於第2捕集器30外壁之底面部35內側。如上所述，由於重力的影響，凝固之PMDA與ODA雖會堆積於底面部35內側，但在流道44中，會因為流向下方之氣流，而促進凝固在水冷管47表面之PMDA與ODA之剝離，甚至於促進對底面部35內側之堆積。如上述，由於在水冷管47表面不致附著堆積有凝固之PMDA與ODA，因此可經常保持相同的冷卻狀態。

此外，設定真空泵50之排氣速度，以使得流動於第2捕集器30內之氣流速度不致於將堆積於底面部內側之已凝固之PMDA與ODA捲起至流道45中的上升氣流。另外，第2捕集器30內之隔板40、41與42之配置也應考慮到氣流之速度而設計。例如，若將隔板41與底面部35之間隔縮小，則氣流的流動便容易將堆積於底面部內側之PMDA與ODA捲起，因此並不理想。

另外，在第2捕集器30外壁之底面部35中，隔板40與隔板42之間的區域係設有未圖示的雜質取出部，所堆積的PMDA與ODA可從該雜質取出部取出，故可容易進行維修等。

此外，水冷管47係由供水口48來供應溫度與流量皆調節過之水，並由排水口49排出。為防止在水冷管47之表面等附著已凝固之PMDA與ODA，故該水冷管47施加有鏡面加工。施予此種鏡面加工之方法可舉出有電解研磨、化學研磨、複合研磨、機械研磨等。

再者，亦可進行批覆(Coating)，以使得水冷管47表面盡量不會附著有PMDA與ODA。例如，可以在水冷管47表面披覆氟樹脂或玻璃等之方法。另外，也可以利用PMDA與ODA不易附著之材料來進行電鍍。

另外，也可以設置使水冷管47振動的振動機構(未圖示)，利用其振動來促使已凝固之PMDA與ODA之剝離。

本實施形態之說明中，已詳細說明了利用水冷管 47作為冷卻機構之情形，惟作為該冷卻機構只要冷卻用表面積大，而凝固的PMDA與ODA容易剝離的構造即可。因此，如同水冷管47之冷卻機構表面與其為凹狀或平面狀，不如以呈凸狀較為理想。

本實施形態中，第2捕集器30係用於將排出氣體中所存在之PMDA與ODA加以凝固而排除。因此，第2捕集器30之整體係被控制器80控制於120℃以下。

另外，本實施形態之第2捕集器30的水冷管47之溫度或流水之流量等，也可以藉由未圖示之電腦所操作之控制程式來控制。此外，該控制程式也可以記憶於可由電腦讀取之記憶媒體中。

(閥)

接著要說明設置於第1捕集器60與第2捕集器30之間的連接閥70。如圖8所示，連接閥70係用於在第1捕集器60與第2捕集器30之間進行開關者；在開口部71設有開關部72，藉由開關部72之移動，能透過開口部71進行開關。此外，也可以進行氣體清除(gas purge)73。

另外，在連接閥70中，存在於排出氣體中之PMDA與ODA會相互反應而產生聚醯亞胺，溫度雖宜盡量設定為200℃以上之高溫俾使得所產生的聚醯亞胺不致附著，惟考慮到連接閥70之耐熱性等而設定於200至260℃。若於連接閥之耐熱性可容許之情況下，則例如設定為超過450℃之溫度時，聚醯亞胺便會分解，故可 防止附著。另外，較佳地，開口部71為形狀寬廣的閥，以免降低傳導性(Conductance)。

(溫度設定)

其次要說明第1捕集器60、第2捕集器30、連接閥70以及腔室11之溫度關係。圖9表示由腔室11到達真空泵50之排氣路徑。具體地說，是由腔室11依序連接第1捕集器60、連接閥70、第2捕集器30，最後連接到真空泵50。在本實施形態中，如前所述，腔室11的溫度係設定為約200℃，第1捕集器60為140至200℃，第2捕集器30為120℃以下，連接閥70為200至260℃。另外，由於捕集裝置中之溫度設定係以控制器80控制，以進行各別的溫度設定。

具體而言，第1捕集器60係設定於較腔室11溫度更低之溫度。另外，連接閥70係設定於比腔室11與第1捕集器60更高之溫度。另外，第2捕集器30係設定於PMDA與ODA凝固之溫度且比第1捕集器60更低之溫度。

藉由進行上述之溫度設定，即可去除在第1捕集器60中，PMDA與ODA相互反應所產生之聚醯亞胺；而連接閥70則係在盡量防止聚醯亞胺附著之狀態下，讓排氣流至第2捕集器30，而在第2捕集器30將PMDA與ODA凝固而去除。

因此，在本實施形態中，聚醯亞胺會附著於第1捕集器60之鰭片62而被去除，而PMDA與ODA則在第 2捕集器30之鏡面處理過之表面處凝固，且無法附著而掉落至下方，因此不致對傳導性造成影響，可以去除排出氣體中的PMDA與ODA。此外，由於可以分別獨立將第1捕集器60與第2捕集器30進行交換，因此可以降低維修成本等。尤其是，利用第1捕集器60可以去除排氣中大部分的PMDA與ODA，因此，第2捕集器30之交換頻率可以降至極低。

再者，本實施形態中之成膜裝置的真空泵50係使用作為乾式泵之魯氏泵(Rootspump)、螺旋泵(screwpump)等；或亦可為旋轉泵、渦旋泵等。因為該等真空泵排氣量大，而適合於邊流動氣體的成膜。但是於真空泵內析出聚醯亞胺等時，特別容易成為該等真空泵故障的原因。因此，藉將本實施形態中將捕集裝置連接到腔室11與真空泵50之間，則在使用該真空泵時也可以防止真空泵的故障。同樣地，對於設有該捕集裝置之構造的成膜裝置，也可以防止真空泵之故障。

上面已對本發明的實施形態加以說明，惟該內容並不侷限發明之內容。

又，本國際申請案係主張2009年3月13日於日本提出申請之日本專利申請案第2009-061588號之優先權者，且於本案中引用日本專利申請案第2009-061588號之全部內容。

本發明係有關在晶圓等之基板上層合材料之基板處理裝置。

11‧‧‧腔室

12‧‧‧晶舟

13‧‧‧注入器

14‧‧‧注入器

15‧‧‧排氣口

16‧‧‧旋轉部

17‧‧‧加熱器

21‧‧‧PMDA氣化器

22‧‧‧ODA氣化器

23‧‧‧閥

24‧‧‧閥

25‧‧‧導入部

30‧‧‧第2捕集部

31‧‧‧吸入口

32‧‧‧排出口

33‧‧‧側面部

34‧‧‧上面部

35‧‧‧底面部

36、37‧‧‧槽

40、41、42‧‧‧隔板

43、44、45、46‧‧‧流道

47‧‧‧水冷管

48‧‧‧供水口

49‧‧‧排水口

50‧‧‧真空泵

60‧‧‧第1捕集器

61‧‧‧框體部

62‧‧‧鰭片

63‧‧‧吸入部

64‧‧‧排出口

70‧‧‧連接閥

71‧‧‧開口部

72‧‧‧開關部

80‧‧‧控制器

W‧‧‧晶圓

圖1為本實施形態之成膜裝置之構造圖。

圖2為本實施形態之捕集裝置之構造圖。

圖3為第1捕集器之構造圖。

圖4為第1捕集器內之表面積與成膜速度之關係圖。

圖5為第2捕集器之構造圖。

圖6為第2捕集器之立體圖。

圖7為第2捕集器之冷卻機構之立體圖。

圖8為連接閥的構造圖。

圖9為腔室至真空泵之裝置配置之概略圖。

11‧‧‧腔室

12‧‧‧晶舟

13‧‧‧注入器

14‧‧‧注入器

15‧‧‧排氣口

16‧‧‧旋轉部

17‧‧‧加熱器

21‧‧‧PMDA氣化器

22‧‧‧ODA氣化器

23‧‧‧閥

24‧‧‧閥

25‧‧‧導入部

30‧‧‧第2捕集部

50‧‧‧真空泵

60‧‧‧第1捕集器

70‧‧‧連接閥

80‧‧‧控制器

W‧‧‧晶圓

Claims (10)

1. 一種基板處理裝置，係具備有：用於處理基板之腔室；用於對該腔室內導入氣體之氣體供應部；用於排除該腔室內之氣體的排氣部；在該腔室與排氣部之間，連接到該腔室之第1捕集器；以及設置於該第1捕集器與該排氣部之間之第2捕集器；其特徵為：設有溫度控制部，係用於將該第1捕集器設定於讓包含於該氣體之未反應成分進行反應以形成聚合物之第1溫度，且用於將該第2捕集器設定於讓包含於該氣體之未反應成分析出以成為單體之第2溫度。
2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該第1捕集器與該第2捕集器之間設有連接閥；藉由該溫度控制部，來將該連接閥設定於比該第1溫度更高之第3溫度。
3. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中該第1溫度設定於140至200℃；該第2溫度設定於120℃以下；該第3溫度設定於200℃以上。
4. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該氣體至少含有PMDA或ODA中任一種。
5. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該第2捕集器與該氣體接觸之表面施有鏡面加工。
6. 一種捕集裝置，係設置於具有導入氣體之氣體供應部而用於處理基板的腔室、與用於排除該腔室內之氣體的排氣部之間，其特徵為具有：連接到該腔室的第1捕集器；以及設置於該第1捕集器與該排氣部之間的第2捕集器；並設有溫度控制部，係用於將該第1捕集器設定於讓包含於該氣體之未反應成分進行反應以形成聚合物之第1溫度，且用於將該第2捕集器設定於讓包含於該氣體之未反應成分析出以成為單體之第2溫度。
7. 如申請專利範圍第6項之捕集裝置，其中在該第1捕集器與該第2捕集器之間設有連接閥；藉由該度控制部，來將該連接閥設定於比該第1溫度為高之第3溫度。
8. 如申請專利範圍第7項之捕集裝置，其中該第1溫度設定於140至200℃，該第2溫度設定於120℃以下；該第3溫度設定於200℃以上。
9. 如申請專利範圍第6項之捕集裝置，其中該氣體至少含有PMDA或ODA中任一種。
10. 如申請專利範圍第6項之捕集裝置，其中該第2捕集器與該氣體接觸之表面施有鏡面加工。