基片处理装置、基片处理系统和基片处理方法与流程

本发明涉及一种基片处理技术。

背景技术：

已知一种基片处理装置，其在半导体器件的制造工序中，例如在处理容器内载置基片，从原料气体供给源将含有形成膜的原料的气体供给到基片以在基片上进行处理。

例如，在专利文献1中记载了如下技术：减压气氛中对载置于腔室(处理容器)内的基片供给原料气体来进行处理的减压处理装置中，优选在腔室盖(处理容器盖部)的上方，配置用于收纳要供给到腔室的原料的原料容器(原料气体供给源)。还记载了由此能够缩短原料容器与腔室距离，并且能够不增加专有面积而增大配管直径。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2004－265917号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

本发明是基于这样的情况而在下面完成的，其提供一种技术，即在对载置于处理容器内的基片供给原料气体来进行处理的基片处理装置中，减小装置的占地空间，将原料气体稳定地供给到处理容器。

用于解决技术问题的技术方案

关于本发明的真空处理装置，是一种基片处理装置，其将含有要在基片上形成的膜的原料的原料气体供给到上述基片来进行基片处理，

上述基片处理装置包括：

在内部能够载置基片的处理容器；

原料气体供给源，其用于收纳上述原料，向上述处理容器供给原料气体；

缓冲罐，其暂时储存从上述原料气体供给源收入的原料气体；和

能够配置供断阀的阀配置部，其中上述供断阀向处理容器供给和断开储存于上述缓冲罐中的原料气体，

在上述处理容器的上方，从下方侧起按如下顺序设置有上述阀配置部、缓冲罐和原料气体供给源。

发明效果

依照本发明，在对载置于处理容器内的基片供给原料气体来进行处理的基片处理装置中，能够减小装置的占地空间，将原料气体稳定地供给到处理容器。

附图说明

图1是表示一实施方式的真空处理系统的立体图。

图2是表示上述真空处理系统的俯视示意图。

图3是表示处理装置的气体供给系统的系统图。

图4是上述处理装置的立体图。

图5是上述处理装置的侧视图。

图6是表示上述处理装置的维护的实施形态的说明示意图。

图7是表示处理装置的另一例的结构图。

附图标记说明

1处理装置

4原料箱

5缓冲罐部

6阀装置

10处理容器

40原料气体供给源

v1～v6供断阀

w晶片。

具体实施方式

对于适用于本实施方式的基片处理装置的真空处理系统进行说明。如图1、图2所示，在该真空处理系统中，为了载置作为基片的半导体晶片(以下称为“晶片”)w的输送容器即承载器c，设置了3个具有载置台99的送入送出端口91，该送入送出端口91与常压输送室92连接。

下面，将送入送出端口91侧作为前方，将常压输送室92侧作为后方进行说明。此外，图2中的符号91a是与承载器c的盖部一起开放的门。

关于常压输送室92，具有在左右方向伸展的矩形的常压输送室92，其内部成为形成有洁净空气的下降流的常压气氛(在空气的情况下也可称之为大气气氛)。

另外，如图2所示，在常压输送室92内，设置有对送入送出端口91上的承载器c在常压气氛下进行晶片w的交接的常压输送机构94。常压输送机构94构成为可旋转的关节臂。常压输送机构94构成为沿在常压输送室92底部设置于常压输送室92的长度方向的导轨(未图示)可进退。

在常压输送室92的后方侧，经由闸阀93a左右并排地设置有两个负载锁定室93。各负载锁定室93各自具有晶片w的载置部(未图示)，并且构成为内部气氛能够切换为常压气氛和真空气氛。

负载锁定室93的后方侧经由闸阀93b与内部为真空气氛的真空输送室90连接。本例的真空输送室90构成为在前后方向伸展的大致矩形，从前方侧观察，在真空输送室的右侧在前后方向并排地设置有4个的处理装置1，在真空输送室的左侧在前后方向并排地设置有3个的处理装置1。处理装置1相应于本实施方式的基片处理装置。

另外，如图2所示，在真空输送室90内设置有真空输送机构95，该真空输送机构95在各处理装置1与负载锁定室93之间在真空气氛下进行晶片w的交接。真空输送机构95由关节臂构成，该关节臂沿设置于真空输送室90底部的导轨(未图示)在前后方向可移动地设置。

下面，对作为基片处理装置的处理装置1进行说明。本例的处理装置1具有处理容器10，构成为成膜装置，其将作为原料气体的三甲基铝(tma)气体、以及氨气(nh3)和硅烷(sih4)气体的混合气体交替反复地供给到载置于处理容器10内的晶片w来形成ain膜。图3是表示处理装置1中的气体供给系统的系统图。

如图2所示，处理容器10具有晶片w载置台11。在载置台11埋设有用于加热晶片w的加热部(未图示)。此外，在处理容器10的顶面设置有喷淋头14，构成为能够从载置于载置台的晶片w的向对面将各气体供给到晶片w。此外，喷淋头14构成为能够施加高频电流的上部电极，与埋设于载置台11内的下部电极之间能够形成高频电场。由此，能够将被供给到处理容器10内的nh3气体、后述的n2气体等被供给到处理容器10的气体等离子化。另外，处理容器10与排气管12的一端连接，排气管12的另一端与真空排气部13连接。图3中的v12是用于开闭排气管12的开闭阀。

处理装置1具有用于收纳作为原料的tma并向处理容器10供给原料气体即tma供给源40。tma在常温常压下(25℃，1大气压)为液体，构成为能够将例如储存于外部的主原料储存部42的tma经由tma供给通路420供给到tma供给源40。tma供给源40的周围被由罩式加热器等构成的加热部41所覆盖，构成为能够将储存与tma供给源40的tma加热至tma气化的温度，例如60℃。tma供给源40的顶部与用于送出已气化的tma的原料气体供给通路400的一端连接。

设置于原料气体供给通路400的附图标记400c是流量调节部(mfc)。原料气体供给通路400的另一端经由暂时储存从tma气体供给源40收入的tma气体的缓冲罐5a，与后述的阀装置6内的供断阀v1连接。tma供给源40、mfc400c、加热部41均收纳于后述的原料箱内。此外，原料气体供给通路400被未图示的带式加热器所附带，将tma气体加热至不液化的温度。

另外，处理装置1具有用于对处理容器10供给作为反应气体的nh3和sih4的nh3气体供给源31和sih4气体供给源32。反应气体供给通路300的一端与nh3气体供给源31连接，另一端经由mfc300和缓冲罐5b与后述的阀装置6内的供断阀v4连接。此外，sih4气体供给源32与sih4气体供给通路301的一端连接，sih4气体供给通路301的另一端经由mfc301c与反应气体供给通路300合流。nh3气体供给源31与sih4气体供给源32配置于后述的处理气体箱3中。

另外，处理装置1具有对处理容器10供给用于置换处理容器10内的气氛的置换气体供给源21、22和供给对应气体(countergas)的对应气体供给源23、24。对应气体起到在原料气体和反应气体的供给停止时防止其它气体进入配管内的作用。在本例中，置换气体和对应气体使用作为非活性气体的氮气(n2)。置换气体供给源21、22分别与置换气体供给通路201、202的一端连接，置换气体供给通路201、202的另一端经由冲扫用的缓冲罐51与后述的阀装置6内的供断阀v2、v5连接。

对应气体供给源23、24分别与对应气体供给通路203、204的一端连接，对应气体供给通路203、204的另一端与后述的阀装置6内的供断阀v3、v6连接。在置换气体供给通路201、202和对应气体供给通路203、204分别设置有mfc201c～204c。置换气体供给源21、22、对应气体供给源23、24、mfc201c～204c配置于后述的非活性气体箱2中。

此外，在本例中，在非活性气体箱2内设置了置换气体供给源21、22、对应气体供给源23、24，不过也可以为在非活性气体箱2设置mfc201c～204c，从外部将置换气体和对应气体输送到非活性气体箱的构成。在这样的构成的情况下，对mfc201c～204c供给置换气体、对应气体的配管相应于置换气体供给源、对应气体供给源。

在阀装置6中，集中配置有对处理容器供给和断开tma气体、nh3气体和sih4气体的混合气体、置换气体、对应气体这各气体的供断阀v1～v6。阀装置6与用于从阀装置6对喷淋头14供给tma气体的原料气体供给管15a以及供给nh3气体及sih4气体混合的反应气体的反应气体供给管15b。在本例中，阀装置6相应于配置供断阀v1～v6的阀门配置部。

下面，参照图4的立体图、图5的侧视图，对处理装置1中的各部位的配置进行说明。处理装置1构成为由以架状构成的支承部件9支承着各部的塔状结构。此外，在图4、图5中，为了避免记载繁琐，除了供tma气体流通的配管部15、400以外，省略了其它配管的记载。

在构成为塔状的处理装置1的中段，配置有经由闸阀10a与真空输送室90连接的处理容器10。如上所述，在真空输送室90的左右侧面分别设置有多个处理装置1。该观点下真空输送室90从上面侧观察具有彼此相对的侧面，可以说所述多个真空输送室90沿各侧面并排地设置有多个。此外，真空输送室90被下方设置于底面的支承部(未图示)支承，固定于与处理容器10相同的高度。

另外，处理容器10的侧面中的与真空输送室90连接面的相反面，与排气管12的一端连接。而且，处理容器10的喷淋头14的上表面，与包括原料气体供给管15a及反应气体供给管15b的配管部15连接，与配管部15连接的阀装置6配置于处理容器10的上方。并且，在阀装置6的上方配置有具有缓冲罐5a、5b的缓冲罐部5。

另外，在缓冲罐部5的上方配置有原料箱4、非活性气体箱2、处理气体箱3和电气设备8。因此，可以说着眼于原料气体的供给系统时，在处理容器10的上方从下方侧起按照如下顺序设置有阀装置6、缓冲罐5a和tma供给源40。

配置于处理容器10和缓冲罐部5的上方侧的原料箱4、非活性气体箱2、处理气体箱3和电气设备8被架状支承部件9支承，如图4、图5所示，从侧方观察按两组整合成上下2层。

在图4、图5中，从处理容器10观察，将设置有真空输送室90方向称为内侧，将其相反的方向称为外侧时，在第1层的内侧配置原料箱4，在外侧配置非活性气体箱2，在第2层的内侧配置电气设备8，在外侧配置处理气体箱3。在上述结构中，非活性气体箱2和处理气体箱3构成了本例的气体箱。

在原料箱4设置有用于从真空输送室90侧出入tma供给源40的出入面。在通道面，例如配置可开闭的原料箱4的开闭门(未图示)。

另外，从真空输送室90侧观察，在设置于原料箱4的对侧的非活性气体箱2，收纳有置换气体供给源21、22、对应气体供给源23、24、mfc201～204等。此外，也可以在非活性气体箱2内不设置置换气体供给源21、22、对应气体供给源23、24，而将配管从设备侧的非活性气体供给源连接到mfc201～204，供给非活性气体。此外，如图5中虚线所示，从真空输送室90侧观察，在非活性气体箱2的侧方设置有图3所示的用于暂时储存置换气体的缓冲罐51。

另外，在设置于第2层的外侧(真空输送室90的相反面)的处理气体箱3中收纳有处理气体供给源和mfc等。在设置于第2层的内侧(真空输送室90侧)的电气设备8中例如设置有供给用于驱动处理装置1电力的设备。

真空处理系统具有如图2所示控制真空处理系统内的晶片w的输送、处理装置1中的成膜处理的程序的控制部100。控制部100由具有例如未图示的cpu和存储部的计算机构成。该存储部记录有方案和程序，其中该方案是包含处理装置1中的由供断阀v1～v6的开闭控制的各气体的供给和断开的成膜处理的方案，该程序边如有用于在该真空处理系统中用常压输送机构94和真空输送机构95输送晶片w的步骤(命令)组。该程序保存于例如硬盘、光盘、磁光盘、存储卡等存储介质中，从这些介质安装到计算机。

下面，对上述的实施方式的作用进行说明。当将收纳有晶片w的承载器c载置在送入送出端口91上时，该承载器c内的晶片w按照由常压输送机构94取出→负载锁定室93→真空输送室90的路径被输送。而后，晶片w被真空输送机构95输送至各处理装置1的处理器10中。

在处理装置1中，首先在供断阀v1～v6关闭的状态下，用真空输送机构95将晶片w输送至处理容器10内，载置在载置台11上。真空输送机构95从处理容器10内避让出后，关闭闸阀13。然后用载置台11的加热部将晶片w加热至例如450℃。此外，用真空排气部13调节处理容器10内的压力。

然后，打开供断阀v3、v6，从载体气体供给源23、24分别对原料气体供给管15a、反应气体供给管15b供给载体气体(n2气体)。一方面，加热tma供给源41，将tma气体储存在缓冲罐5a中。此外，将来自nh3气体供给源31和sih4气体供给源32的nh3气体和sih4气体储存在缓冲罐5b中。然后，打开供断阀v1，储存于缓冲罐5a的tma气体经由喷淋头14被供给到处理容器10内。由此，被供给到处理容器10内的tma气体吸附到晶片w。

向处理容器10内的晶片w供给tma气体，并将置换气体存储于缓冲罐51。然后，在关闭供断阀v1并打开供断阀v2、v5。由此，停止向处理容器10内供给tma气体，并将各自储存于缓冲罐51中的置换气体排出到处理容器10内。其结果，将虽吸附于晶片w却未反应的tma气体等残留于处理容器10内的tma气体除去。

下面，关闭供断阀v2、v5并打开供断阀v4。由此，停止向原料气体供给管15a、反应气体供给管15b供给置换气体，并向处理容器10内供给储存于缓冲罐5b中的nh3气体和sih4气体。其结果，让均匀性较高地吸附于晶片w的面内的tma气体进行氮化反应，形成作为反应生成物的aln的薄层。

之后，同样地，将储存于缓冲罐51中的置换气体供给到处理容器10内，置换处理容器10内的气氛。这样一来，将按tma气体、置换气体、nh3气体和sih4气体的混合气体、置换气体这样的顺序供给的循环作为一个循环时，反复进行该循环，使得ain的薄层沉积在晶片w的表面，形成ain膜。在执行规定次数的循环操作后，按与送入处理容器10时相反的顺序将晶片w从处理容器10送出。

此处，考虑将tma供给源40配置在比处理容器10靠下方处的情况时，使比重比较大的tma气体上升来进行供给，需要用于对抗重力来供给的压力能量。此外，由于需要将用于供给原料气体的原料气体供给通路400以从处理容器10的下方侧通过其侧方至配置有喷淋头14的处理容器10的上面侧的方式绕行，导致原料气体供给通路400的压力损失变大。因此，向处理容器10的原料气体的供给变得不稳定，为了减少压力损失，产生配置更粗的配管的需求，则存在配管的配置空间增大等的问题。此外，为了防止原料气体在原料气体供给通路400内流通的期间温度降低而再次液化而需要较长的保温加热原料气体供给通路400的机构时，也成为设备成本上升的主要原因。

在本发明的处理装置1中，将气体按照缓冲罐5a、供断阀v1的顺序下降而供给到处理容器10。因此几乎不存在将tma气体反重力地供给的情况，压力损失变小，向处理容器10的供给稳定。此外，在图5所示的例中，原料气体供给通路400与tma气体供给源40的上表面连接，并以一旦将tma气体向上抽出后便向下方侧流下的方式绕回。然而，与如上所述在处理容器10下方侧配置tma供给源40的情况相比，能够将使tma气体向上流动的距离限制在极短的范围内。

另外，着眼于处理装置1的可操作性的观点，在使用真空处理系统的期间，需要对例如气体的供给源等进行维护。其中，tma气体等原料气体其供给流量的精度需要非常高。因此原料箱4与其它非活性气体箱2、处理气体箱3和电气设备8等相比，要求更高的维护精度，存在维护的频率变高的情况。

这一点，在本例的处理装置1中，将原料箱4配置于比处理容器10靠上方侧处，与将原料箱4配置于比处理容器10靠下方侧处的情况相比，需要在高处作业。而且，当该原料箱4设置在真空输送室90的相反侧(已述的“外侧”)时，产生设置梯子等立脚点以便进行维护的需要。

因此，在本实施方式的真空处理系统中，将原料箱4设置于与真空输送室90相对的位置(已述的“内侧”)。通过采用该配置，如图6所示在对原料气体箱4进行维护时，作业者101能站在真空输送室90上进行作业。由此当进行更换等维护的频率高、耗费工夫的维护时，就无需设置梯子102等。此外，由于能够站在固定设置并具有足够强度的真空输送室90上进行作业，因此与梯子102等相比能够在稳定的状态下进行维护。另外，在对多个处理装置的原料箱4进行维护时，由于原料箱4设置于内侧，因此与原料箱4设置于外侧的情况相比缩短了作业动线。其结果，能够缩短维护时间，能够提高工作效率。

依照上述的处理装置1，在使作为原料的tma气化供给到处理容器10以进行处理时，在处理容器10的上方从下方侧起按如下顺序设置有阀装置6、缓冲罐部5和tma供给源40。因此，由于能够将阀装置6、缓冲罐部5和tma供给源40配置在处理容器10的上方区域，所以能够减小装置的占地空间。并且依靠重力使tma气体从上方向下方下降来进行供给，因此能够减少tma气体的压力损失，对处理容器10稳定地供给tma气体。此外，从tma供给源40至处理容器10的距离变短，tma气体变得不易冷却，并且即使在原料气体供给通路400设置带式加热装置等加热装置的情况下，也能够缩短其设置范围。

另外，通过将具有tma供给源40的原料箱4设置在处理容器10的上方的真空输送室90侧，操作者101能够站在真空输送室90的上方对原料箱4进行维护。因此，在对维护的工夫较长的原料箱4进行维护时，无需准备梯子102等而能够在稳定的立脚点进行维护。

另外，也可以为在原料气体供给源中收纳例如wcl5、wcl6等固体原料，将使固体原料气化而得到的原料气体供给到处理容器10。另外，在使用ticl4等液体原料时，可以加热储存于原料气体供给源中的原料以使其气化，也可以对液体原料吹入例如n2气体以使其气化。

另外，从原料气体供给源至处理容器10的配管越长压力损失越大，并且原料气体越容易冷却。这种情况下，优选处理容器10的被导入原料气体的高度位置与收纳于原料供给源的固体原料或液体原料的表面的高度位置之高度差为600mm～1200mm的范围内。

也可以为原料气体供给源收纳气体状态的原料气体，该原料气体被原料气体供给源加热后供给到处理容器。例如wf6是气体状态的原料，不过也存在将原料气体加热后供给到处理容器10的情况。在应用这样的气体时，就需要在原料气体供给源设置原料气体的加热装置。像这样设置加热装置时，装置的维护就耗费工夫。因此，将这样的原料气体供给源设置在原料箱4也能够获得效果。

另外，在以往的真空处理系统中，存在俯视形状为多边形的真空输送室9的各边与处理装置1相连的方式的真空处理系统。在这种情况下，有时在各处理装置1的旁边留出设置气体供给的气体系统等的空间。另一方面，如使用图2所说明的那样，在真空输送室9的彼此相对的侧面紧凑地配置多个处理装置1的情况下，无法确保设置上述的气体供给系统的空间。这一点，在从真空输送室90观察在比处理装置1靠外侧设置原料供给系统等的情况下，无法实现真空处理系统的小型化。另一方面，如上所述，处理容器10的下方设置气体供给系统的问题所在，如已经予以说明的那样。

这一点，本发明的处理装置1中，在处理容器10的上方侧设置有气体供给系统。其结果，如图2所示沿真空输送室90的侧壁面在左右排列有多个处理装置1的情况下，也能够避免因设置气体供给系统等的空间的扩大而导致的装置的大型化。

这里，说到气体供给系统的改变，可以在处理气体箱3中配置用于进行处理容器10内的清洁的清洁气体、或者燃烧气体、助燃气体等的供给源。另外，如图7所示，也可以在非活性气体箱2中配置载体气体供给源25，该载体气体供给源25对原料气体供给源40a供给作为载体气体的n2气体，该载体气体与原料气体一起被供给到处理容器20的。在本例中，原料气体供给源40a与从载体气体供给源25供给载体气体的载体气体供给通路401连接。另外，原料供给通路403与从补偿气体供给源供给作为补偿气体的n2气体的补偿气体供给通路402连接。在载体气体流路401和补偿气体流路402分别设有mfc401a、402a。此外，设置于原料气体供给通路403上的附图标记403a是质量流量计(mfm)。

在本例中，当原料气体供给源40a中的原料余量减少时，载体气体每单位流量的原料气体的拾取量减少，原料气体的浓度降低。因此，构成为能够根据原料气体的拾取量来调节mfc401a的流量，通过调节载体气体的流量而能够调节原料气体的供给量。此外，构成为能够根据载体气体的流量来调节mfc402a，调节补偿气体的流量，以使供给到缓冲罐5a的气体的总流量为一定的。

在这样的模块处理1中，根据原料的余量来调节载体气体的流量，因此有时载体气体的流量会减少到10cc程度。当从载体气体的供给源至原料气体供给源40a的载体气体供给管401的长度较长时，将载体气体供给到原料气体供给源40a的时间变长。另外，在对载体气体进行供给和断开或流量调节时，直到实际流入原料气体供给源40a的载体气体流量发生变更为止的响应时间变长。此时若载体气体的流量较少，则载体气体的流量的误差的比例变大。

因此，如本发明的处理装置1，通过载体气体箱2与气体源箱3相邻地设置，能够缩短载体气体供给管401。其结果，在调节载体气体的流量等时，原料气体供给源40a中的载体气体的流量的响应性变好。由此，在载体气体的流量较少时，载体气体的流量的误差也变少。

在以上所说明的实施方式中，以在实施作为ald的真空处理的处理装置1中将原料气体供给源(本例中为tma供给源40)设置于处理容器10的上方侧为例进行了说明。但是，能够应用该构成的真空处理并不限定于ald，也可以为进行原料气体的连续供给的cvd(chemicalvapordeposition：化学气相沉积)。在这种情况下，可以在原料气体供给源与处理容器10之间省略设置缓冲罐5a、5b。

如以上研讨的那样，应当认为本次公开的实施方式在所有方面均是例示，而并不具有限制性。上述的实施方式在不超出所附的权利要求的范围及其主旨情况下，可以各种方式进行省略、置换、变更。

例如，本发明公开了将处理气体供给源设置在处理气体箱内的构成，不过也可以为这些供给源采用工厂等的设备侧的供给源的构成。这种情况下，成为用配管将设备侧的供给源与设置于处理气体箱内的mfc连接的构成。