气体供给方法、基板处理方法以及气体供给装置与流程

1.本发明涉及气体供给方法、基板处理方法以及气体供给装置。


背景技术：

2.在半导体制造工艺中，气体被利用在各种处理中。例如，在成膜处理中，一般情况下利用材料气体与载气的混合气体。此外，在异物的清洗以及去除处理中，有时也利用材料气体与载气的混合气体。
3.作为供给气体的装置，自以往便提出有各种装置，例如jp2019-9210a公开了在成膜处理中利用的混合气体的供给装置，jp2013-145887a公开了在去除处理中利用的混合气体的供给装置。


技术实现要素：

4.近年来，正在推进半导体的电路图案的微细化，但电路图案越微细，湿式清洗时的倒塌风险越高。另一方面，在进行干式清洗的情况下，能够降低倒塌风险，但容易产生气体的反应生成物。因此，需要适于近年来的微细化的有效的处理方式。
5.此外，如上所述，在半导体制造工艺中气体被利用在各种处理中，但在一般的半导体制造设备中是针对利用气体的多个处理分别准备专用的气体供给装置。然而，该方案有可能导致半导体制造设备的尺寸的增大或制造成本的增大。鉴于这样的问题，能够实现设备尺寸或制造成本的抑制的气体供给方法的实现是有益的。
6.本发明是着眼于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够有效地进行清洗以及去除的气体供给方法、基板处理方法以及气体供给装置。
7.本发明的一实施方式的气体供给方法具备：第1供给工序，使第1气体作为通过使材料气化而生成的第2气体的载气而与所述第2气体混合，将所述第1气体与所述第2气体的混合气体供给至处理对象；第2供给工序，将加热后的所述第1气体供给至所述处理对象。
8.此外，本发明的一实施方式的基板处理方法具备：第1供给工序，使第1气体作为通过使材料气化而生成的第2气体的载气而与所述第2气体混合，将所述第1气体与所述第2气体的混合气体供给至基板；第2供给工序，将加热后的所述第1气体供给至所述基板。
9.此外，本发明的一实施方式的气体供给装置具备：第1气体储存部，储存第1气体；第1供给部，具有通过使材料气化而生成第2气体的气化器，使从所述第1气体储存部供给的所述第1气体作为所述第2气体的载气而与所述第2气体混合，使所述第1气体与所述第2气体的混合气体流出；第2供给部，对从所述第1气体储存部供给的所述第1气体进行加热而使其流出。
10.根据本发明，能够有效地进行清洗以及去除。
附图说明
11.图1是示出本发明的一实施方式的气体供给装置的概略构成的图。
12.图2是示出对图1所示的气体供给装置的动作的一例进行说明的图表的图。
13.图3是示出对图1所示的气体供给装置的动作的另一例进行说明的图表的图。
14.图4是示出图1所示的气体供给装置的变形例的图。
15.图5是示出图1所示的气体供给装置的变形例的图。
具体实施方式
16.以下，对本发明的一实施方式进行说明。图1是示出一实施方式的气体供给装置1的概略构成的图。
17.图1所示的气体供给装置1具备：第1气体储存部2，储存第1气体；第1供给部10、第2供给部20以及第3供给部30，分别与第1气体储存部2连接；切换部4，将使这些供给部10、20、30中的任一个流出的气体供给至处理对象(供给对象)；超纯水供给部6，将超纯水供给至第1供给部10；控制器8，控制气体供给装置1的动作。
18.第1气体储存部2储存作为第1气体的例子的氮气(n2气体)，可以向第1供给部10、第2供给部20以及第3供给部30供给氮气。本实施方式中的第1供给部10通过使从超纯水供给部6供给的超纯水气化而生成作为第2气体的水蒸气，从第1气体储存部2接受氮气作为该水蒸气的载气，为了去除以及清洗存在于处理对象上的异物而向处理对象供给氮气与水蒸气的混合气体。另一方面，在第1供给部10向处理对象供给上述混合气体后，第2供给部20对同一处理对象供给加热的氮气，由此使存在于处理对象上的水分蒸发或者干燥。
19.即，本实施方式中的第1气体具有能够作为载气发挥功能的特性和可在气体状态下将水分加热到可以蒸发或者干燥的程度的特性。本实施方式中的第1气体只要具有这些特性便没有特别限定，例如可以是氨气(nh3气体)、氩气(ar气体)等稀有气体。另外，为了抑制处理对象上的氧化物的生成，期望第1气体是惰性气体。
20.第1供给部10具有：气化器11，储存作为材料的超纯水并且通过使储存的超纯水气化而生成水蒸气(第2气体)；上游第1流路12，连接气化器11与第1气体储存部2；下游第1流路13，连接气化器11与切换部4。
21.气化器11使经由上游第1流路12从第1气体储存部2供给的氮气作为使超纯水气化而成的水蒸气的载气而与水蒸气混合，使氮气与水蒸气的混合气体向下游第1流路13流出。气化器11具有罐11a、配置于罐11a内的气化用加热器11b、温度调节用加热器11c，气化用加热器11b以浸渍于罐11a所储存的超纯水的方式配置，温度调节用加热器11c配置于罐11a所储存的超纯水的液面的上方。
22.储存于罐11a内的超纯水从超纯水供给部6供给，例如，在由未图示的液位传感器检测到超纯水的液面的高度不足规定的高度的情况下，超纯水供给部6向罐11a供给超纯水，在由液位传感器检测到超纯水的液面的高度成为规定的高度以上的情况下，超纯水供给部6停止超纯水的供给。由此，以储存于罐11a中的超纯水的液面的高度不为规定的高度以上的方式进行控制，配置在比规定的高度更靠上方的上述温度调节用加热器11c不会浸渍在超纯水中。
23.上游第1流路12与罐11a的上部侧连接，在比储存于罐11a内的超纯水的液面更靠上方的位置向罐11a内供给氮气。上游第1流路12具有上游侧第1流量调节阀12a和配置在其下游侧的第1流量传感器12b，上游侧第1流量调节阀12a以及第1流量传感器12b与控制器8
电连接。
24.第1流量传感器12b检测从第1气体储存部2朝向气化器11的氮气的流量，并将该检测结果发送至控制器8。上游侧第1流量调节阀12a的开度通过控制器8控制，使得第1流量传感器12b检测出的流量为目标流量。
25.下游第1流路13具有：下游侧第1流量调节阀13a、配置于其下游侧的例如作为气动阀或电磁阀的第1开闭阀13b、配置于这些下游侧第1流量调节阀13a与第1开闭阀13b之间的下游侧流量传感器13c、配置于下游侧第1流量调节阀13a的上游侧的温度传感器13d以及湿度传感器13e。这些各阀13a、13b以及各传感器13c～13e与控制器8电连接。
26.在从第1供给部10经由切换部4向处理对象供给混合气体的情况下，第1开闭阀13b通过控制器8从关闭状态切换为打开状态，在不从第1供给部10向处理对象供给混合气体的情况下，其为关闭状态。
27.在向处理对象供给混合气体的情况下，下游侧流量传感器13c检测从气化器11朝向切换部4的混合气体的流量，并将该检测结果发送至控制器8。下游侧第1流量调节阀13a的开度通过控制器8控制，使得下游侧流量传感器13c检测出的流量为目标流量其开度，
28.此外，在向处理对象供给混合气体的情况下，温度传感器13d检测从气化器11朝向切换部4的混合气体的温度，并将该检测结果发送至控制器8。在向处理对象供给混合气体的情况下，湿度传感器13e检测从气化器11朝向切换部4的混合气体的湿度，并将该检测结果发送至控制器8。
29.控制器8基于温度传感器13d检测出的混合气体的温度以及湿度传感器13e检测出的混合气体的湿度来控制气化用加热器11b以及温度调节用加热器11c，由此，可以将混合气体的温度以及湿度调节至目标值。
30.超纯水供应部6具有超纯水罐61、连接超纯水罐61与气化器11的流路62、设置在流路62上的流量调节阀63，经由流路62将储存于超纯水罐61中的超纯水供给至气化器11。详细而言，通过由控制器8控制流量调节阀63的开闭，来切换超纯水向气化器11的流入以及阻断。
31.在本实施方式中，流路62的下游侧端部与气化器11的罐11a的底部连接，从流路62流入罐11a内的超纯水朝向上方。在此，在气化器11的罐11a内设置有与流路62的下游侧端部对置配置的挡板11d。该挡板11d对从流路62流出的超纯水以低温的状态从液面放出的情况进行抑制，抑制朝向处理对象的混合气体的温度以及湿度的紊乱。
32.在本实施方式中，为了将处理对象清洗至异物极少的水平，而使用超纯水作为第2气体的气化前材料，但也可以根据所需要的清洗水平，使用纯水、自来水来代替超纯水。此外，只要是在成为气化状态时可以对处理对象上的异物进行清洗以及去除处理的物质，也可以使用水以外的液体、固体来代替超纯水。具体而言，例如也可以通过第1供给部10使i pa(异丙醇)等有机溶剂等气化。
33.此外，也能够在与对处理对象的清洗以及去除处理所不同的用途中使用第1供给部10，例如能够在成膜处理中的材料气体的供给等用途中使用。在该情况下，第1供给部10可以使ph3、b2h6、s i h4、teos、tep o等气化，使其与载气一起流通。
34.第2供给部20具有对从第1气体储存部2供给的氮气进行加热的第2气体加热器21、连接第2气体加热器21与第1气体储存部2的上游第2流路22、连接第2气体加热器21与切换
部4的下游第2流路23。
35.第2气体加热器21经由上游第2流路22对从第1气体储存部2供给的氮气进行加热并使其向下游第2流路23流出。
36.上游第2流路22具有上游侧第2流量调节阀22a和配置在其下游侧的第2流量传感器22b，上游侧第2流量调节阀22a以及第2流量传感器22b与控制器8电连接。
37.第2流量传感器22b检测从第1气体储存部2朝向第2气体加热器21的氮气的流量，并将该检测结果发送至控制器8。上游侧第2流量调节阀22a以第2流量传感器22b检测出的流量为目标流量的方式，通过控制器8控制其开度。
38.下游第2流路23具有下游侧第2流量调节阀23a、配置于其下游侧的例如作为气动阀或电磁阀的第2开闭阀23b、配置于这些下游侧第2流量调节阀23a与第2开闭阀23b之间的下游侧流量传感器23c、配置于下游侧第2流量调节阀23a的上游侧的温度传感器23d。这些各阀23a、23b以及各传感器23c、23d与控制器8电连接。
39.在从第2供给部20经由切换部4向处理对象供给混合气体的情况下，第2开闭阀23b通过控制器8从关闭状态切换为打开状态，在不从第2供给部20向处理对象供给混合气体的情况下，其为关闭状态。
40.在向处理对象供给混合气体的情况下，下游侧流量传感器23c检测从第2气体加热器21朝向切换部4的混合气体的流量，并将该检测结果发送至控制器8。下游侧第2流量调节阀23a以下游侧流量传感器23c检测出的流量为目标流量的方式，通过控制器8控制其开度。
41.此外，在向处理对象供给混合气体的情况下，温度传感器23d检测从第2气体加热器21朝向切换部4的混合气体的温度，并将该检测结果发送至控制器8。并且，控制器8基于温度传感器23d检测出的混合气体的温度来控制第2气体加热器21，由此，可以将混合气体的温度调节至目标值。
42.第3供给部30具有对从第1气体储存部2供给的氮气进行加热的第3气体加热器31、连接第3气体加热器31与第1气体储存部2的上游第3流路32、连接第3气体加热器31与切换部4的下游第3流路33。
43.第3气体加热器31经由上游第3流路32对从第1气体储存部2供给的氮气进行加热而使其向下游第3流路33流出。在本实施方式中，将由第3气体加热器31加热的氮气的温度控制为比由第2供给部20加热的氮气的温度低并使其流出。
44.上游第3流路32具有上游侧第3流量调节阀32a和配置在其下游侧的第3流量传感器32b，上游侧第3流量调节阀32a以及第3流量传感器32b与控制器8电连接。
45.第3流量传感器32b检测从第1气体储存部2朝向第3气体加热器31的氮气的流量，并将该检测结果发送至控制器8。上游侧第3流量调节阀32a以第3流量传感器32b检测出的流量成为目标流量的方式，通过控制器8控制其开度。
46.下游第3流路33具有例如作为气动阀或电磁阀的第3开闭阀33b和配置于第3开闭阀33b的上游侧的温度传感器33d，第3开闭阀33b以及温度传感器33d与控制器8电连接。
47.在从第3供给部30经由切换部4向处理对象供给混合气体的情况下，第3开闭阀33b通过控制器8从关闭状态切换为打开状态，在不从第3供给部30向处理对象供给混合气体的情况下，其为关闭状态。
48.在向处理对象供给混合气体的情况下，温度传感器33d检测从第3气体加热器31朝
向切换部4的混合气体的温度，并将该检测结果发送至控制器8。并且，控制器8基于温度传感器33d检测出的混合气体的温度来控制第3气体加热器31，由此，可以将混合气体的温度调节至目标值。
49.切换部4具有：与第1供给部10的下游第1流路13、第2供给部20的下游第2流路23以及第3供给部30的下游第3流路33的各下游侧端部连接的主管41、从主管41分支的第1支管42以及第2支管43、设置于第1支管42的第1支管开闭阀44、设置于第2支管43的第2支管开闭阀45。
50.第1支管42的下游侧端部向第1处理对象t1供给气体，第2支管43的下游侧端部向第2处理对象t2供给气体。在本实施方式中，第1处理对象t1接受通过气体供给装置1进行的清洗以及去除工序。另一方面，第2处理对象t2接受通过气体供给装置1进行的氮化处理。详细内容将在后述，分别从第1供给部10、第2供给部20以及第3供给部30对第1处理对象t1供给气体，仅从第2供给部20对第2处理对象t2供给气体。在本实施方式中，仅从第2供给部20对第2处理对象t2供给气体，但也可以与第1处理对象t1同样地，分别从第1供给部10、第2供给部20以及第3供给部30对第2处理对象t2供给气体。
51.在进行向第1处理对象t1或者第2处理对象t2供给气体时，由控制器8控制第1支管开闭阀44以及第2支管开闭阀45的开闭。另外，在本实施方式中，从主管41分支为第1支管42和第2支管43这2个支管，但也可以分支为3个以上的支管。此外，也可以没有支管。
52.在本实施方式中，假定第1处理对象t1以及第2处理对象t2为半导体晶片或玻璃基板等基板，但只要处理对象能够接受通过气体进行的处理，便并无特别限定。
53.控制器8可以由具备cpu、rom、ram等的计算机构成，在该情况下，可以根据所存储的程序来控制各部的动作。控制器8进行上述阀(13b、23b、33b、44、45)的开闭、阀(12a、22a、32a、13a、23a)的开度调节、加热器的加热量的调节等。
54.接着，参照图2以及图3对气体供给装置1的动作的例子进行说明。
55.图2示出对第1处理对象t1依次接受预加热工序、清洗以及去除工序、蒸发以及干燥工序进行说明的图表。图表的横轴示出时间轴，纵轴示出向第1处理对象t1供给的气体的温度。
56.通过将氮气从第3供给部30供给至第1处理对象t1来进行预加热工序。
57.在预加热工序中，通过控制器8调节上游侧第3流量调节阀32a的开度，以使第3流量传感器32b检测的氮气的流量为目标流量。此外，通过控制器8调节第3气体加热器31的加热量，以使温度传感器33d检测的氮气的温度为目标温度。在该例子中，将氮气的温度调节为设定在50度以上且90度以下的范围内的目标温度。此外，第3开闭阀33b通过控制器8被设置为打开状态。
58.另一方面，切换部4的第1支管开闭阀44通过控制器8被设置为打开状态，第2支管开闭阀45通过控制器8被设置为关闭状态。此外，第1供给部10的第1开闭阀13b以及第2供给部20的第2开闭阀23b也被设置为关闭状态。
59.接着，通过将混合气体从第1供给部10供给至第1处理对象t1来进行清洗以及去除工序。通过了第1流量传感器12b的氮气流入气化器11，与通过气化用加热器11b使超纯水气化而成的水蒸气混合，由此生成混合气体。并且，混合气体通过下游第2流路23而朝向第1处理对象t1。另外，清洗以及去除工序在第1处理对象t1为半导体晶圆的情况下，对存在于半
导体晶圆的氟等异物进行清洗、去除。
60.在清洗以及去除工序中，通过控制器8调节上游侧第1流量调节阀12a的开度，以使第1流量传感器12b检测出的氮气的流量为目标流量。此外，通过控制器8调节气化器11中的气化用加热器11b的加热量以及温度调节用加热器11c的加热量，以使温度传感器13d检测的混合气体的温度以及湿度为目标的温度以及湿度。在该例子中，以混合气体的温度为90度、湿度为90％rh的方式进行调节。此外，在该例子中，混合气体的目标温度被设定为高于预加热工序中的氮气的目标温度。
61.此外，通过控制器8调节下游侧第1流量调节阀13a的开度，以使下游侧流量传感器13c检测的混合气体的流量为目标流量。此外，第1开闭阀13b通过控制器8被设置为打开状态。
62.另一方面，切换部4的第1支管开闭阀44通过控制器8被设置为打开状态，第2支管开闭阀45通过控制器8被设置为关闭状态。此外，第2供给部20的第2开闭阀23b以及第3供给部30的第3开闭阀33b也被设置为关闭状态。
63.接着，通过将氮气从第2供给部20供给至第1处理对象t1来进行蒸发以及干燥工序。通过了第2流量传感器22b的氮气流入第2气体加热器21而被加热。被加热的氮气通过下游第3流路33而朝向第1处理对象t1。蒸发以及干燥工序利用加热的氮气使存在于第1处理对象t1上的水分蒸发或者干燥。水分典型的是指作为第2气体的水蒸气冷凝后的物质(超纯水)。
64.在蒸发以及干燥工序中，通过控制器8调节上游侧第2流量调节阀22a的开度，以使第2流量传感器22b检测的氮气的流量为目标流量。此外，通过控制器8调节第2气体加热器21的加热量，以使温度传感器23d检测的氮气的温度为目标温度。在该例子中，将氮气的温度调节至设定为200度以上的目标温度。此外，通过控制器8调节下游侧第2流量调节阀23a的开度，以使下游侧流量传感器23c检测的氮气的流量为目标流量。此外，第2开闭阀23b通过控制器8被设置为打开状态。在蒸发以及干燥工序中供给的氮气的温度优选为超纯水即第2气体的材料的沸点的2倍以上的温度。
65.另一方面，切换部4的第1支管开闭阀44通过控制器8被设置为打开状态，第2支管开闭阀45通过控制器8被设置为关闭状态。此外，第1供给部10的第1开闭阀13b以及第3供给部30的第3开闭阀33b也被设置为关闭状态。
66.此外，图3是图2所示的动作的变形例。在该例子中，如图3所示，预加热工序中的氮气的温度被设定为高于在清洗以及去除工序中向第1处理对象t供给的混合气体的温度。预加热工序中的氮气的温度例如可以为100度，在该情况下，清洗以及去除工序中的混合气体的温度与上述同样可以为90度。
67.在图2以及图3所示的气体供给(基板处理或者清洗方法)中，通过将混合气体供给至第1处理对象t1，能够对第1处理对象t1进行利用了水蒸气的清洗去除处理。这样通过使用水蒸气，即使在第1处理对象t1具有微细结构物(极微细图案)的情况下，也能够进行有效的清洗以及去除处理。
68.此外，在图2以及图3的例子中，通过进行预加热工序，可以提高之后的清洗以及去除工序的清洗以及去除效果。即，若在预加热工序中预先加热第1处理对象t1，则能够抑制向第1处理对象t1供给混合气体时可能产生的第1处理对象t1上的结露，其结果为，能够抑
制清洗去除效果的降低。因此，在第1处理对象t1存在微细结构物(极微细图案)的情况下，可以实施特别有益的清洗去除。
69.另一方面，气体供给装置1除了与上述的清洗以及去除相关的一系列的动作之外，还能够进行对第2处理对象t2的氮化处理。通过将氮气从第2供给部20供给至第2处理对象t2来进行该氮化处理。此时，切换部4的第2支管开闭阀45通过控制器8被设置为打开状态，第1支管开闭阀44通过控制器8被设置为关闭状态。
70.在以上说明的实施方式中，能够有效地进行基板等处理对象上的异物的清洗以及去除。特别是，由于第1供给部10、第2供给部20以及第3供给部30从共用的气体源导入气体，因此能够在抑制占有范围或成本的同时进行使用了气体的所希望的处理。此外，通过在利用了混合气体的清洗以及去除工序之前进行预加热工序，能够提高清洗以及去除效果。
71.以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，能够对上述的实施方式施加各种变更。
72.例如，在图4所示的变形例中，气化器11中的挡板11d的设置方案与上述的实施方式不同。即，在图4所示的变形例中，挡板11d的板面沿着上下方向，且在水平方向上位于流路62的下游侧端部与气化用加热器11b之间。而且，挡板11d的下端部位于比气化用加热器11b更靠下方。
73.在图4所示的构成中，能够抑制从流路62的下游侧端部流入到气化器11内的超纯水以低温的状态与气化用加热器11b接触，从而抑制气化用加热器11b的加热能力紊乱。
74.此外，在图5所示的变形例中，未设置第3供给部30。在该变形例中，通过第2供给部20进行上述的预加热工序以及蒸发以及干燥工序。