喷淋板及成膜装置的制作方法

1.本发明涉及喷淋板及成膜装置。


背景技术：

2.例如,专利文献1提出了在喷淋板中设置多个压电阀,通过多个压电阀将包括反应物种类的气体供给至反应处理容器。
3.例如,专利文献2提出了在喷淋板正上的缓冲室中设置压电阀。
4.《现有技术文献》
5.《专利文献》
6.专利文献1:日本国特表2002-510877号公报
7.专利文献2:日本国特开2011-086776号公报


技术实现要素：

8.《本发明要解决的问题》
9.本发明提供一种能够在喷淋板内储存气体的技术。
10.《用于解决问题的手段》
11.根据本发明的一个方式,提供一种喷淋板,其具有设于处理容器的上部的板状部件,该喷淋板具有:多个第一孔部,其与上述喷淋板内的第一流路连通；多个第一腔室阀,其设于多个上述第一孔部；多个第二孔部,其与上述喷淋板内的第二流路连通；多个第二腔室阀,其设于多个上述第二孔部；多个第三孔部,其以与多个上述第一孔部以及多个上述第二孔部对应的方式设于上述板状部件；以及多个第三腔室阀,其设于多个上述第三孔部,多个上述第一腔室阀、多个上述第二腔室阀以及多个上述第三腔室阀为压电元件。
12.《发明的效果》
13.根据一个侧面,能够在喷淋板内储存气体。
附图说明
14.图1是示出实施方式的成膜装置的剖面示意图。
15.图2是放大示出在图1的成膜装置中配置的喷淋板3的图。
16.图3是示出实施方式的成膜方法的各工序的流程的流程图。
具体实施方式
17.以下,参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。在各附图中,对于相同构成部分赋予相同附图标记,有时省略重复的说明。
18.[成膜装置]
[0019]
首先,对于实施方式的成膜装置10的构成,参照图1进行说明。图1是示出实施方式的成膜装置10的剖面示意图。实施方式的成膜装置10是在减压状态的处理容器内通过ald
(atomic layer deposition)法或cvd(chemical vapor deposition)法形成tin膜的成膜装置10的一个例子。但是,实施方式的成膜装置10不限于形成tin膜,其可以根据供给的处理气体而形成期望的膜。
[0020]
成膜装置10具有处理容器1、载置台2、喷淋板3、排气部4、以及控制部5。处理容器1由铝等的金属构成,具有大致圆筒状。处理容器1用于容纳基板w。在处理容器1的侧壁形成用于将基板w搬入或搬出的搬入搬出口11,搬入搬出口11通过闸阀12进行开闭。
[0021]
载置台2在处理容器1内将基板w支承为水平。载置台2形成为与基板w对应的大小的圆板状。载置台2由氮化铝(aln)等的陶瓷材料、铝、镍合金等的金属材料形成。在载置台2的内部埋入有用于加热基板w的加热器21。加热器21自加热器电源被供电而发热。并且,通过设于载置台2的上表面的附近的热电偶的温度信号来控制加热器21的输出,从而基板w被控制为规定的温度。在载置台2中,以覆盖上表面的外周区域以及侧面的方式设有由氧化铝等的陶瓷形成的覆盖部件22。
[0022]
载置台2被支承部件23支承。支承部件23自载置台2的底面的中央贯通形成于处理容器1的底壁的孔部而向处理容器1的下方延伸,其下端与升降机构24连接。通过升降机构24,载置台2借助支承部件23而在图1所示处理位置和由其下方的双点划线所示的能够输送基板w的输送位置之间进行升降。在支承部件23的处理容器1的下方安装有凸缘部25。在处理容器1的底面与凸缘部25之间,设有波纹管26,该波纹管26将成膜装置10内的气氛与外部气体划分开,并且随着载置台2的升降动作而进行伸缩。
[0023]
在处理容器1的底面的附近,以自升降板27a向上方突出的方式设有多个支承销27。支承销27通过设于处理容器1的下方的升降机构28而借助升降板27a进行升降。支承销27插入设于位于输送位置的载置台2的贯通孔2a而能够相对于载置台2的上表面突出没入。通过使支承销27进行升降,在未图示的输送机构与载置台2之间进行基板w的交接。
[0024]
喷淋板3设于处理容器1的上部,其以喷淋状向处理容器1内供给处理气体(原料气体、还原气体)以及吹扫气体。喷淋板3具有与载置台2相对的板状部件30。板状部件30具有比载置台2的直径大的直径,其为圆盘状的金属制或陶瓷制的板。板状部件30是喷淋板3的一部分,并且其作为处理容器1的顶壁起作用。
[0025]
喷淋板3层叠于板状部件30的正上,具有第一缓冲容器板31,该第一缓冲容器板31为中空板状且具有设有气化室的第一缓冲容器板31。而且,喷淋板3具有在第一缓冲容器板31的正上层叠的中空板状的第二缓冲容器板32、以及在第二缓冲容器板32的正上层叠的上部部件33。
[0026]
在上部部件33的内部形成有原料气体管线34、还原气体管线35、以及吹扫气体管线36的各流路。板状部件30、第一缓冲容器板31、第二缓冲容器板32、以及上部部件33是配置为同心圆状的同一直径的圆盘状的板。
[0027]
ticl4和n2气体自原料气体供给源51通过原料气体管线34被供给至第一缓冲容器板31。ticl4为液体。
[0028]
nh3气体自还原气体供给源52通过还原气体管线35被供给至第二缓冲容器板32。作为吹扫气体的n2气体自吹扫气体供给源53借助吹扫气体管线36通过上部部件33、第二缓冲容器板32的侧壁以及第一缓冲容器板31的侧壁而被供给至处理容器1内。
[0029]
排气部4用于对处理容器1的内部进行排气。排气口13形成于处理容器1的底部,排
气部4具有与排气口13连接的排气配管14、以及具有与排气配管14连接的真空泵、压力控制阀等的排气装置15。在进行处理时,处理容器1内的气体通过与排气口13连接的排气配管14而由排气装置15进行排气。
[0030]
如上所述那样构成的成膜装置10通过控制部5对动作进行统一控制。控制部5例如为计算机,其包括cpu(central processing unit)、ram(random access memory)、rom(read only memory)、以及辅助存储装置等。cpu基于在rom或辅助存储装置中存储的程序进行动作,从而对装置整体的动作进行控制。控制部5可以设于成膜装置10的内部,也可以设于外部。在控制部5设于外部的情况下,控制部5可以通过有线或无线等的通信装置对成膜装置10进行控制。
[0031]
[喷淋板]
[0032]
接下来,对于喷淋板3的构成,参照图2进一步进行说明。图2是放大示出在图1的成膜装置10中配置的喷淋板3的图。
[0033]
喷淋板3具有与自作为上部部件33内的流路的原料气体管线34的水平管线34a在垂直方向分支的多个垂直管线34b连通的多个第一孔部37。多个第一孔部37形成于第一缓冲容器板31的上部。原料气体管线34是喷淋板3内的第一流路的一个例子。与多个第一孔部37一对一配置有多个第一腔室阀38。多个第一腔室阀38设于第一缓冲容器板31。
[0034]
原料的ticl4以及载气的n2气体在原料气体管线34内被输送,若打开多个第一腔室阀38,则自多个第一孔部37被供给至划分为多个的第一缓冲容器板31内。
[0035]
在第一缓冲容器板31中,设有用于使液体的ticl4气化的加热器62、以及对气化的ticl4气体的压力进行测定的压力计p1。通过加热器62在第一缓冲容器板31内对ticl4进行加热而使其气化,从而将恒定的压力的ticl4气体储存于第一缓冲容器板31内。如此,第一缓冲容器板31设有使ticl4气化的气化室,且具有作为储存ticl4气体的容器的功能。
[0036]
需要说明的是,可以不在第一缓冲容器板31中设有气化室。在该情况下,需要在喷淋板3的外部使ticl4成为气体的状态后向第一缓冲容器板31进行供给。因此,如本实施方式所示,更优选第一缓冲容器板31为中空板状且设有气化室的容器。
[0037]
喷淋板3具有与自作为上部部件33内的流路的还原气体管线35的水平管线35a在垂直方向分支的多个垂直管线35b连通的、多个第二孔部39。多个第二孔部39形成于第二缓冲容器板32的上部。还原气体管线35是喷淋板3内的第二流路的一个例子。与多个第二孔部39一对一配置有多个第二腔室阀40。多个第二腔室阀40设于第二缓冲容器板32。
[0038]
还原气体的nh3气体在还原气体管线35内被输送,若打开多个第二腔室阀40,则自多个第二孔部39被供给至划分为多个的第二缓冲容器板32内。
[0039]
在第一缓冲容器板31与第二缓冲容器板32之间设有隔热片63。通过隔热片63,抑制自被加热器62加热的第一缓冲容器板31、被加热器61加热的板状部件30、以及被加热器60加热的处理容器1向第二缓冲容器板32的热的传递。由此,能够抑制第二缓冲容器板32的温度上升,能够避免nh3气体被加热。但是,喷淋板3可以不具有隔热片63。
[0040]
在第一缓冲容器板31的ticl4气体的出口侧,与多个第一孔部37对应地在板状部件30中形成有多个第三孔部41a。与针对每个第一孔部37设有第一腔室阀38相同,与多个第三孔部41a一对一配置有多个第三腔室阀42a。多个第三腔室阀42a设于板状部件30。
[0041]
第一缓冲容器板31使通过第一腔室阀38的开闭而经由多个第一孔部37自原料气
体管线34供给来的ticl4气化,并且储存气化的ticl4气体。在第一缓冲容器板31内储存的ticl4气体通过第三腔室阀42a的开闭而自多个第三孔部41a供给至处理容器1内。
[0042]
在第二缓冲容器板32的nh3气体的出口侧,与多个第二孔部39对应地在板状部件30中形成有多个第三孔部41b。与针对每个第二孔部39设有第二腔室阀40相同,与多个第三孔部41b一对一配置有多个第三腔室阀42b。多个第三腔室阀42b设于板状部件30。
[0043]
将第三孔部41a以及第三孔部41b统称为第三孔部41而进行记载。另外,将第三腔室阀42a以及第三腔室阀42b统称为第三腔室阀42而进行记载。多个第一腔室阀38、多个第二腔室阀40、以及多个第三腔室阀42为压电元件,能够对各腔室阀的开闭以及开度进行调整。
[0044]
第二缓冲容器板32对通过第二腔室阀40的开闭而经由多个第二孔部39自还原气体管线35供给来的nh3气体进行储存。在第二缓冲容器板32内储存的nh3气体通过第三腔室阀42b的开闭而自多个第三孔部41b供给至处理容器1内。
[0045]
第一缓冲容器板31被划分为多个第一容器31a。多个第一容器31a每一个与多个第一孔部37的至少任一者、以及多个第三孔部41a的至少任一者连通。ticl4气体被控制为根据设于与各第一容器31a连通的第一孔部37的第一腔室阀38以及设于第三孔部41a的第三腔室阀42a的开闭的定时和开度差的流量,并且被供给至处理容器1内。
[0046]
也就是说,各第一容器31a的进侧的第一腔室阀38以及出侧的第三腔室阀42a实现了压差质量流量控制器的效果。控制部5通过进侧的第一腔室阀38和出侧的第三腔室阀42a的打开/关闭(开闭)的定时以及各腔室阀的开度差来控制自各第一容器31a向处理容器1供给的ticl4气体的流量的积分值。由此,针对每个第一容器31a,自各第一容器31a向处理容器1内供给期望的流量的ticl4气体。换言之,通过各第一容器31a的进侧的第一腔室阀38以及出侧的第三腔室阀42a,对气体的喷出量进行控制。
[0047]
如此,各第一容器31a作为使原料气化的气化室起作用,并且通过暂时储存将气化的原料气体即ticl4气体,能够以较大的流量稳定地将ticl4气体供给至处理容器1内。
[0048]
第二缓冲容器板32被划分为多个第二容器32a。多个第二容器32a的每一个与第二孔部39的至少任一者、以及第三孔部41b的至少任一者连通。nh3气体被控制为根据设于与各第二容器32a连通的第二孔部39的第二腔室阀40以及设于第三孔部41b的第三腔室阀42b的开闭的定时和开度差的流量,并且被供给至处理容器1内。
[0049]
也就是说,各第二容器32a的进侧的第二腔室阀40以及出侧的第三腔室阀42b实现了压差质量流量控制器的效果。控制部5通过进侧的第二腔室阀40和出侧的第三腔室阀42b的打开/关闭(开闭)的定时以及各腔室阀的开度差,对自各第二容器32a向处理容器1供给的nh3气体的流量的积分值进行控制。由此,针对每个第二容器32a,自各第二容器32a向处理容器1内供给期望的流量的nh3气体。换言之,通过各第二容器32a的进侧的第二腔室阀40以及出侧的第三腔室阀42b,对气体的喷出量进行控制。
[0050]
如此,各第二容器32a暂时储存还原气体即nh3气体,从而能够以较大的流量稳定地将nh3气体供给至处理容器1内。
[0051]
需要说明的是,在本实施方式中,虽然以于一个容器分别设有一个进侧的阀和一个出侧的阀为例进行了说明,但是不限于此。例如,可以于一个容器设置多个进侧的阀,也可以设置多个出侧的阀。在该情况下,控制部5也针对每个容易对进侧的一个以上的腔室阀
和出侧的一个以上的腔室阀的打开/关闭的定时以及各腔室阀的开度差进行控制。由此,能够对自各容器向处理容器1供给的原料气体以及还原气体的流量进行控制。
[0052]
在上部部件33内形成的吹扫气体管线36的水平管线36a在上部部件33的外周处在垂直方向弯曲,与形成于第二缓冲容器板32以及第一缓冲容器板31的侧壁的垂直管线36b相连。垂直管线36b与形成于板状部件30的外周的多个第四孔部43连通。在多个第四孔部43中,与多个第四孔部43一对一配置有多个第四腔室阀44。多个第四腔室阀44设于板状部件30。
[0053]
n2气体自吹扫气体管线36供给至处理容器1的内部,从而用n2气体对处理容器1内的气体进行置换(吹扫)。在控制部5作用下多个第四腔室阀44进行开闭,由此,n2气体向处理容器1内的供给以及供给停止被控制。
[0054]
在本实施方式中,虽然n2气体自吹扫气体管线36被供给至处理容器1内,但是不限于此。例如,n2气体可以通过第一缓冲容器板31和/或第二缓冲容器板32而供给至处理容器1内。可以设置经由第一缓冲容器板31以及第二缓冲容器板32的路径和不经由第一缓冲容器板31以及第二缓冲容器板32路径这两个系统的路径,并且使用两个系统的路径的至少任一路径而将n2气体供给至处理容器1内。但是,通过设置本实施方式的吹扫气体管线36,能够与原料气体以及还原气体的供给独立地将n2气体供给至处理容器1内。
[0055]
在以上说明的喷淋板3中,依次将第一缓冲容器板31以及第二缓冲容器板32在处理容器1的正上进行层叠,从而使第一容器31a以及第二容器32a与处理容器1的距离最短。由此,能够对于各气体的供给定时以高速进行相应,从而能够在处理容器1内对在第一容器31a中储存的ticl4气体以及在第二容器32a中储存的nh3气体进行高速置换。另外,在喷淋板3中,采用了能够使自分别设于板状部件30、第一缓冲容器板31以及第二缓冲容器板32的各腔室阀至基板w的距离最缩短的构造。由此,能够使用于自各容器将ticl4气体以及nh3气体供给至处理容器1的各气体管线的配管长度最短,由此能够将各气体管线的配管内的残留气体的影响抑制为最小限度。
[0056]
原料气体管线34的配管以及第一缓冲容器板31被加热器加热。因此,如本实施方式那样,通过将原料气体管线34的配管设定为较短而能够减少加热器的设置部位,从而能够削减成本。另外,在本实施方式中,容器以及气化室全部集中于喷淋板3内,不需要设于成膜装置10的外部。这一点也有助于削减成本,进一步有助于减少装置的占用空间。
[0057]
另外,第一腔室阀38、第二腔室阀40以及第三腔室阀42也全部集中于喷淋板3内。由此,能够将对于控制部5的控制的各腔室阀的动作范围设定为较小,能够通过迅速进行机械动作而削减气体的供给延迟,从而能够对于期望的气体的供给定时,高速执行向处理容器1内的气体供给。
[0058]
而且,能够针对每个容易控制分别储存于多个第一容器31a以及多个第二容器32a的ticl4气体以及nh3气体的供给定时以及流量。由此,能够高精度地控制ticl4气体以及nh3气体的流动的分布。由此能够提高在基板w之上成膜的tin膜的面内均匀性。
[0059]
而且,能够通过各容器的进侧的腔室阀和出侧的腔室阀的打开/关闭的定时以及各腔室阀的开度差来对自各容器向处理容器1供给的ticl4气体的流量以及nh3气体的流量进行控制。
[0060]
需要说明的是,针对每个特定的区域内的容器独立控制进侧的腔室阀和出侧的腔
室阀的打开/关闭的定时以及各腔室阀的开度差的腔室阀的区域控制也是可能的。例如,可以针对每个配置为同心圆状的腔室阀对喷淋板3内的第一腔室阀38、第二腔室阀40、第三腔室阀42a、42b的打开/关闭的定时以及各腔室阀的开度差进行区域化控制。例如使在边缘侧(边缘区域)中包含的腔室比在中心侧(中心区域)中包含的腔室阀更长或更短地打开等额控制是可能的。例如可以根据基于排气装置15的处理容器1内的排气的偏差而对各腔室阀的开闭进行区域控制。
[0061]
[成膜方法]
[0062]
接下来,使用包括该构成的喷淋板3的成膜装置10,对于通过ald法形成tin膜的方法的一个例子,参照图2以及图3进行说明。图3是示出实施方式的成膜方法的各工序的流程的流程图。需要说明的是,图3所示成膜方法的控制通过控制部5执行。另外,在成膜装置10的初始状态中,喷淋板3内的第一腔室阀38、第二腔室阀40、第三腔室阀42a、42b、以及第四腔室阀44全部为闭状态。
[0063]
(第一工序)
[0064]
在第一工序前,控制部5打开全部的第一腔室阀38,通过原料气体管线34将ticl4、或ticl4以及n2气体供给至第一容器31a,在第一容器31a内使ticl4气化,储存ticl4气体。
[0065]
也就是说,ticl4和n2气体自多个第一孔部37供给至第一容器31a。ticl4被加热器62加热而气化,作为ticl4暂时储存于第一容器31a,第一容器31a内被升压为规定的压力。
[0066]
自第一容器31a向处理容器1的ticl4气体的供给以及供给停止通过第三腔室阀42a的开闭进行控制。另外,去往处理容器1的ticl4气体的流量通过针对每个第一容器31a设置的第一腔室阀38与第三腔室阀42a的开度差进行控制。
[0067]
如此,暂时将ticl4气体储存于第一容器31a,在经过期望的时间(例如0.1～10秒)后,打开全部的第三腔室阀42a。另外,此时,通过第一容器31a的一次侧和二次侧的差压来控制ticl4气体的流量。由此,能够自第一容器31a稳定地将被控制为较大且期望的流量的ticl4气体供给至处理容器1内。由此,ticl4气体与基板w接触,ticl4气体被吸附于基板w的表面。
[0068]
此时,第四腔室阀44可以设定为关闭的状态,也可以设定为打开的状态。在设定为打开的状态的情况下,自吹扫气体管线36供给期望的流量(例如100～10000sccm)的n2气体。在本实施方式中,在第一工序中第四腔室阀44被控制关闭的状态。
[0069]
(第二工序)
[0070]
控制部5在于第一工序中打开全部的第三腔室阀42a后经过期望的时间(例如0.1～10秒)后,进行自第一工序转变至第二工序的控制。即,控制部5关闭全部的第三腔室阀42a,停止向处理容器1内的ticl4以及n2气体的供给。通过关闭全部的第三腔室阀42a,自原料气体供给源51通过原料气体管线34被供给的ticl4以及n2气体储存于第一容器31a,第一容器31a内被升压。
[0071]
另外,控制部5打开全部的第四腔室阀44。由此,期望的流量(例如100～10000sccm)的n2气体作为吹扫气体自吹扫气体管线36供给至处理容器1内,并且ticl4气体自处理容器1内被排气。
[0072]
(第三工序)
[0073]
在第三工序前,控制部5打开全部的第二腔室阀40,通过还原气体管线35将nh3气
体供给至第二容器32a,在第二容器32a内储存nh3气体。也就是说,nh3气体自多个第二孔部39供给至第二容器32a。nh3气体暂时被储存于第二容器32a,第二容器32a内升压至规定的压力。
[0074]
控制部5进行在第二工序中打开全部的第四腔室阀44后经过期望的时间(例如0.1～10秒)后,自第二工序转变至第三工序的控制。即,控制部5打开全部的第三腔室阀42b,通过第二容器32a的一次侧和二次侧的差压来控制nh3气体的流量。由此,将储存于第二容器32a的nh3气体供给至处理容器1内,对附着于基板w的表面的ticl4气体进行还原。此时,全部的第四腔室阀44可以设定为关闭的状态,也可以设定为打开的状态。在设定为打开的状态的情况下,继续自吹扫气体管线36向处理容器1内供给期望的流量(例如100～10000sccm)的n2气体。在本实施方式中,在第三工序中第四腔室阀44被控制为关闭的状态。
[0075]
(第四工序)
[0076]
控制部5进行在第三工序中打开全部的第三腔室阀42b后经过期望的时间(例如0.1～10秒)后,自第三工序转变为第四工序的控制。即,控制部5关闭全部的第三腔室阀42b,停止向处理容器1内的nh3气体的供给。通过关闭全部的第三腔室阀42b,自还原气体供给源52通过还原气体管线35被供给的nh3气体储存于第二容器32a,第二容器32a内升压。
[0077]
另外,控制部5打开全部的第四腔室阀44。由此,自吹扫气体管线36向处理容器1内供给期望的流量(例如100～10000sccm)的n2气体,nh3气体自处理容器1内被排气。
[0078]
控制部5通过将第一工序～第四工序重复多个循环(例如10～1000循环),形成期望的膜厚的tin膜。需要说明的是,图3所示的、形成tin膜时的气体供给动作顺序以及工艺气体的条件是一个例子,不限于此。tin膜的成膜可以使用其他的气体供给动作顺序以及工艺气体的条件。
[0079]
如上所述,根据搭载了本实施方式的喷淋板3以及喷淋板3的成膜装置10,能够在喷淋板3内的第一容器31a中储存原料气体,在第二容器32a中储存还原气体。由此,能够储存于喷淋板3内的原料气体以及还原气体高速供给至处理容器1内。
[0080]
另外,通过将自喷淋板3内的各腔室阀至基板w的距离设定为最短,能够将用于自各容器将原料气体以及还原气体供给至处理容器1的气体的配管长度设定为较短。由此,能够将各气体管线的配管内的残留气体的影响抑制为最小限度,能够提高气体供给的响应性。
[0081]
应认为此次公开的实施方式的喷淋板以及成膜装置在全部的点中为示例而非限制。上述实施方式能够不超出权利要求书及其主旨而以各种方式进行变形及改良。在上述多个实施方式中记载的事项在不矛盾的范围内可以采用其他构成,另外,在不矛盾的范围内可以进行组合。
[0082]
本发明的成膜装置举例说明了形成tin膜的ald装置的情况,但是不限于此。例如,本发明的成膜装置可以为热ald装置、等离子体ald装置、热cvd(chemical vapor deposition)装置、等离子体cvd装置等。另外,本发明的成膜装置不限于成膜装置,也可以为蚀刻装置。
[0083]
本国际申请要求基于2020年6月15日申请的日本国专利申请2020-103131号的优先权,并且在本国际申请中引用其全部内容。
[0084]
附图标记说明
[0085]
1处理容器
[0086]
2载置台
[0087]
3喷淋板
[0088]
5控制部
[0089]
10成膜装置
[0090]
30板状部件
[0091]
31第一缓冲容器板
[0092]
31a第一容器
[0093]
32第二缓冲容器板
[0094]
32a第二容器
[0095]
34原料气体管线
[0096]
35还原气体管线
[0097]
36吹扫气体管线
[0098]
37第一孔部
[0099]
38第一腔室阀
[0100]
39第二孔部
[0101]
40第二腔室阀
[0102]
41a、41b第三孔部
[0103]
42a、42b第三腔室阀