CN101568667A - 气化装置、成膜装置、成膜方法、计算机程序以及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气化装置、成膜装置和成膜方法，在对基板供给使液体材料气化了的气体材料，进行成膜处理时，可以高效率气化液体材料，并抑制颗粒的产生。在用于对基板进行成膜处理的液体材料中，产生带有正电或负电且粒径为1000nm以下的气泡，使该液体材料雾化，形成液体材料的雾状物质，进一步，加热该液体材料的雾状物质使其气化。在液体材料中，预先使极其微小的气泡以高均一性进行分散，因此使该液体材料雾化时，能够得到极其微小而且均一的液体材料的雾状物质，容易进行热交换。使该液体材料的雾状物质气化时，可以提高气化效率，并抑制颗粒的产生。

Description

气化装置、成膜装置、成膜方法、计算机程序以及存储介质
技术领域
本发明涉及对被处理体供给使液体材料气化的气体材料，进行成膜处理的技术。特别是涉及使液体材料气化的技术。
背景技术
作为半导体制造流程之一，有在半导体晶片(以下称做“晶片”)W的表面上形成规定的膜的成膜工序，在该成膜工序中，将使液体材料气化而得到的原料气体作为成膜气体导入装置内。
作为用气化所述液体材料得到的原料气体进行成膜处理的例子，有用气化TEOS(Tetra Ethoxy Silane)得到的处理气体和氧气(O2)形成SiO2膜的例子，也有用气化Si2Cl6得到的处理气体和氨气(NH3)形成氮化硅(Si3N4)膜的例子。
作为用于这样使液体材料气化的气化器，如图5所示，一直以来，具有构成气化室并在上部安装有喷嘴101的垂直型筒状体100的装置为众所周知。在该喷嘴101的前端，混合液体材料和运载气体，根据所谓的喷雾原理，向筒状体100内雾状喷出液体材料，通过加热筒状体100，使雾状物质蒸发，得到气体材料。
然而最近，由于装置的多样化、改良，作为液体材料也可以使用蒸汽压低的材质。作为一个例子，可以列举出铪(Hf)化合物的成膜材料。例如Tetrakis(N-Ethyl-N-Methylamino)Hafnium(TEMAH)在大约85度时的蒸汽压是0.11kPa(0.85Torr)，Hafnium Tetra-t-Butoxide(HTB)在大约85度时的蒸汽压是0.55kPa(4.12Torr)。这些铪类材料，相对于TEOS的大约85度时的蒸汽压5.6kPa(42Torr)来说，蒸汽压是相当低的。
这样低蒸汽压得材料，难以被气化，例如在筒状体100的内壁上附着有雾状物质的情况下，在内壁上干燥固化，其后从内壁剥离，成为颗粒的成因。另一方面，为了加速气化这样的雾状物质，提高加热温度，这样就难以均一加热筒状体100，因此，有可能由加热引起雾状物质的分解，变质。而且，这个问题，在液体材料的供给流量变大时就变得明显。这样，特别是气化低蒸汽压材料非常困难，成为使用新材料的成膜处理的一个课题。
因此，在专利文献1中，记载了向气化器供给气液混合流体，而且通过研究喷嘴的构造，提高气化效率，得到大流量的气体材料的技术，进而希望得到增加气体材料流量的技术。
专利文献1：日本特开2006-100737((0023)-(0026))
发明内容
本发明是在这样的情况下提出的，其目的在于提供一种气化装置、成膜装置、成膜方法以及实施该成膜方法的程序、以及实施程序，在与对被处理体供给使液体材料气化的气体材料，进行成膜处理的时候，可以高效地气化液体材料。
在本发明中，气化装置具有以下特征，其包括：气泡产生单元，用于向成膜用的液体材料中供给气泡发生用的运载气体，产生带有正电或负电且粒径为1000nm以下的气泡；气化器，与所述气泡产生单元连接，使所述液体材料气化，而生成气体材料；和气体材料排出端口，其设置在所述气化器上，排出用气化器气化的气体材料，所述气化器具有用于气化液体材料的气化室；雾化部，其设置在气化室入口，用于雾化含有从气泡产生单元供给的所述气泡的液体材料，而形成液体材料的雾状物质，并供给到所述气化室内；以及加热单元，其设置在所述气化室中，用于加热气化从雾化部供给到气化室内的液体材料的雾状物质而进行气化。
在本发明中，气化装置具有以下特征，即，所述气泡产生单元，通过形成所述运载气体的旋转流而产生气泡。
在本发明中，气化装置具有以下特征，即，所述雾化部由喷出包含所述气泡的液体材料和雾化用运载气体的喷嘴构成。
在本发明中，成膜装置具有以下特征，包括：气化装置，其用于生成气体材料；和成膜处理部，其与该气化装置连接，含有搬入被处理体的处理容器，利用来自气化装置的气体材料，对被处理体进行成膜处理，所述气化装置具有：气泡产生单元，用于向成膜用的液体材料中供给气泡发生用的运载气体，产生带有正电或负电且粒径为1000nm以下的气泡；气化器，与所述气泡产生单元连接，使所述液体材料气化，而生成气体材料；和气体材料排出端口，其设置在所述气化器上，排出用气化器气化的气体材料，所述气化器具有用于气化液体材料的气化室；雾化部，其设置在气化室入口，用于雾化含有从气泡产生单元供给的所述气泡的液体材料，而形成液体材料的雾状物质，并供给到所述气化室内；以及加热单元，其设置在所述气化室中，用于加热气化从雾化部供给到气化室内的液体材料的雾状物质而进行气化。
在本发明中，成膜方法具有以下特征，其包括：向成膜用的液体材料中供给气泡发生用的运载气体，产生带上正电或负电且粒径为1000nm以下的气泡的工序；使含有所述气泡的液体材料雾化，得到液体材料的雾状物质的工序；接着，通过加热所述液体材料的雾状物质，使该雾状物质气化，得到气体材料的工序；以及将所述气体材料供给到处理容器内的被处理体，通过所述气体材料对该被处理体进行成膜处理的工序。
在本发明中，成膜方法具有以下特征，即，所述液体材料的气泡产生工序，包括形成所述运载气体的旋转流的工序。
在本发明中，成膜方法具有以下特征，即，得到所述液体材料的雾状物质的工序，包括从喷嘴雾化包含所述气泡的液体材料和雾化用运载气体的工序。
在本发明中，在计算机上实施成膜方法的计算机程序中，成膜方法具有向成膜用的液体材料中供给气泡发生用的运载气体，使正和负的一方带电的同时，产生粒径1000nm以下气泡的工序；雾化含有所述气泡的液体材料，得到液体材料的雾状物质的工序；接着，加热所述液体材料的雾状物质，通过气化该雾状物质，得到气体材料的工序；以及将所述气体材料供给至处理容器内的被处理体，对该被处理体进行通过所述气体材料的成膜处理的工序。
在本发明中，在计算机上存储实施成膜方法的计算机程序的存储介质中，成膜方法具有向成膜用的液体材料中供给气泡发生用的运载气体，使正和负的一方带电的同时，产生粒径1000nm以下气泡的工序；雾化含有所述气泡的液体材料，得到液体材料的雾状物质的工序；接着，加热所述液体材料的雾状物质，通过气化该雾状物质，得到气体材料的工序；以及将所述气体材料供给至处理容器内的被处理体，对该被处理体进行通过所述气体材料的成膜处理的工序。
根据本发明，对被处理体进行成膜处理的液体材料中，产生带有正电或负电且粒径为1000nm以下的气泡，使该液体材料雾化，进一步加热气化该雾状物质。因此，在液体材料中，由于预先使极少的气泡以高的均一性进行分散，所以雾化该液体材料时，能得到极微小的均一的雾状物质，容易进行热交换。结果，气化效率(热交换率)变高，可以减少颗粒的产生。
附图说明
图1是表示实施本发明的基板处理方法的成膜装置的全体构成的一个例子的构成图。
图2的(a)和(b)是表示所述成膜装置中纳米气泡产生装置的一个例子的说明图。
图3是表示成为所述成膜装置的一部分的气化器的一个例子的垂直断面图。
图4是表示所述气化器中，液体材料被雾化的样子的概略图。
图5是表示现有的气化器模式的侧面图。
具体实施方式
关于实施本发明的成膜方法的成膜装置的一个例子，参照图1～图3进行说明。图1是表示对作为被处理体的基板，例如半导体晶片(以下称为“晶片”)W进行成膜处理的成膜装置的整体构成。该成膜装置包括：液体材料贮存源10，其贮存含有成膜用液体材料例如上述的铪的化合物例如TEMAH；气化装置20a，其用于气化该液体贮存源10的液体材料；和成膜处理部50，其用于使在气化装置20a中气化的液体材料在W表面发生反应，而进行成膜处理。
在液体材料贮存源10中，在比内部液体材料液面高的位置上，气体供给通路14的一端侧设有开口，在气体供给通路14的另一端侧，经由阀门15连接有用于供给不活泼气体例如氮气的氮气供给源16。在比液体材料贮存源10内的液面低的位置上，液体材料供给通路11的一端侧设有开口，在液体材料供给通路11的另一端侧，经由流量控制部12和阀门13，连接有纳米气泡产生装置30，该纳米气泡产生装置30是用于产生作为微小气泡的纳米气泡的气泡产生装置。而且，在该液体材料贮存源10中，设有加热装置17，可将内部的液体材料加热到50度。
这里的“纳米气泡”是指，粒径在10nm以下的微小气泡。该气泡不是粒径被限定为几纳米的物质，但是考虑到气泡太大，浮力就会起作用，其在液体中的分散性就会变差，不能得到均一的气液混合流体，因此要求其粒径小于1000nm。而且，为了让这些气泡不要聚集，有必要带正电和负电的一种，在这个例子中，带负电。关于产生纳米气泡的纳米气泡产生装置30，参照图2进行说明。
该纳米气泡产生装置30，是由nanoplanet研究所研制的微纳米气泡产生装置组成。如图2(a)所示，纳米气泡产生装置30具有圆筒装的筐体31。该筐体31的侧面(外周面)的上侧，连接有上述的液体供给通路11。而且，在筐体31一端侧的表面上，连接有供给纳米气泡产生用的运载气体的气体供给通路33。如图1所示，在该气体供给通路33的上游侧，经由阀门36和流量控制部37，连接有贮存例如氩气等的不活泼气体的不活泼气体供给源34。在筐体31的连接有气体供给通路33的表面的另一端侧的表面上，连接有液体材料流通管35。
对纳米气泡产生装置30中的纳米气泡产生过程进行说明。首先，如果向筐体31内供给液体材料，则该液体材料在筐体31中流向气体供给通路33后，沿着筐体31的内周面激烈旋转的同时，在筐体31流向液体材料流通管35侧。而且，通过该液体材料的流动，如所谓的抽吸器一样，产生例如0.06MPa(450Torr)的负压，因此从气体供给通路33供给的纳米气泡产生用气体，被该负压吸引，在液体材料的旋转流的中心部流向液体材料流通管35。液体材料的旋转流向着液体材料流通管35，旋转半径慢慢变窄，因此，如图2(b)所示，在筐体31的另一端侧的某一点，液体材料和气体激烈的混合，产生纳米气泡。
该纳米气泡通过与液体材料旋转流摩擦，而带有40-100mV的负电荷(参考：都并结依、大成博文、微小气泡的收缩过程和收缩模型、第一章微小纳米气泡技术论文集)。而且，除了这种产生方法以外，还可以通过电解等产生纳米气泡。
如图1所示，在纳米气泡产生装置30的下游侧，经由液体材料流通管35连接有气化器20。而且，通过设有阀门21和流量控制部22的运载气体供给管23，在该气化器20上连接有上述的不活泼气体供给源34。而且，气化装置20a由纳米气泡产生装置30、连接纳米气泡产生装置30的气化器20、和在气化器20上设置的气体材料排出端口24a构成。
如图3所示，其中的气化器20具有配置成其轴沿上下方向延伸的圆筒状气化室24、埋入气化室24的侧壁面的作为加热单元的加热器25、和设置在气化室24的上侧(入口)并且接触液体部被非金属材料覆盖的例如作为2流体喷嘴的雾化喷嘴(雾化部)26。该雾化喷嘴26是二重管构造，其包括在雾化喷嘴26内的中央部，使液体材料向下侧流动的液体材料流通路40；和以覆盖该液体材料流通路40的方式形成的，流过由不活泼气体组成的运载气体的运载气体流通路41。在这些液体材料流通路40和运载气体流通路41上，分别连接有上述的液体材料流通管35和运载气体供给管23。而且，在雾化喷嘴26的前端部42上，运载气体流通路41的外径突然变窄。在该前端部42上，液体材料被运载气体压力粉碎，成为微小的液体材料的雾状物质，该雾状物质从在雾化喷嘴26的前端形成的微小喷出口43喷向气化室24内。在该运载气体供给管23上，设有第1加热器27。在气化室24的下侧的侧面，设有气体材料排出端口24a，在该气体材料排出端口24a上，连接有气体材料排出通路29。在气体材料排出端口24a和气体材料排出通路29上，设置有第2加热器28，以使气体材料不再凝缩。
吸入泵73通过设有阀门71的排液通路72与气化室24的底面连接，例如气化室24的底面上附着的未气化的雾状物质经由该排液通路72被排出。另外，有关雾化喷嘴26的构造，简略的进行了表示。
在气体材料排出通路29的下游侧，经由阀门29a连接上述的成膜处理部50。该成膜处理部50具有将上部的大直径圆筒60a和下部的小直径圆筒部60b连接的形成为所谓的蘑菇状的处理容器60。在处理容器60内，设有水平载置晶片W的作为载置部的工作台61，该工作台61通过支撑部件62被支撑在小直径圆筒部60b的底部。
在工作台61内设置有加热器61a、和用于吸附晶片W未图示的静电卡盘。进一步，在工作台61上，使晶片W升降并用于与未图示的搬送单元之间进行晶片W交接的3根升降销63(方便起见，图示只表示了2根)被设置成相对于工作台61的表面可自如突出或没入。该升降销63通过支撑部件64与处理容器60外部的升降机构65相连。处理容器60的底部连接有排气管66的一端侧，该排气管66的另一端侧连接有由真空泵和压力调整部构成的真空排气装置67。而且，在处理容器60的大直径圆筒部60a的侧壁上，形成有通过闸阀G可开闭的搬送口68。
在处理容器60的顶部的中央部，以与工作台61相对的方式设置有作为气体供给部的气体喷淋头69。在气体喷淋头69的下表面，开设有多个对晶片W供给流过气体喷淋头69内的气体的气体供给口69a。在该气体喷淋头69的上表面，连接有上述的气体材料排出通路29。而且，在该气体喷淋头69的上表面，经由阀门90和流量控制部91，并通过氧化性气体供给通路92，连接有贮存氧化性气体例如氧气的氧化性气体源93。在气体喷淋头69内，以不使从氧化性气体源93供给的氧气和上述的气体材料混合的方式分别设有气体流路，氧气从该气体喷淋头69的下表面上形成的氧气供给口94向晶片W供给。
如图1所示，在该成膜装置中，设置有例如由计算机构成的控制部2A。该控制部2A具有由程序，存储器，CPU组成的数据处理部，在所述程序中编入命令(各步骤)，以便由控制部2A向成膜装置的各部发送控制信号，执行所述的各步骤。而且，在存储器内具有写入处理压力、处理温度、处理时间、气体流量或者电力值等处理参数的值得区域。在CPU执行程序的各命令时，读出这些处理参数，对应其参数值的控制信号传送到该成膜装置的各个部位。该程序(包括关于处理参数的输入操作或显示的程序)，储存在计算机存储介质：例如软盘、高密度光盘、硬盘、MO(光磁性盘)等的存储部2B中，然后安装在控制部2A中。
接着，关于本发明的成膜方法，以下进行说明。首先，从氮气源16向液体材料贮存源10供给氮气，该液体材料贮存源10通过加热器17将内部的液体材料设定为50℃。这时，通过该氮气的压力挤压液体材料的液面，经由液体材料供给通路11，液体材料流向纳米气泡产生装置30。而且，从不活泼气体供给源34向纳米气泡产生装置30供给不活泼气体时，如上所述，液体材料中产生纳米气泡。
如上所述，该纳米气泡带有负电荷，因此相互排斥，而在液体材料中均匀分散。接着，分散了该纳米气泡的液体材料，在气化器20的雾化喷嘴26的中心部的液体材料流通路40中流向下方，通过从所述液体材料流通路40的外侧的运载气体流通路41流进的运载气体，在雾化喷嘴26的前端部42粉碎液体材料。这时，如图4所示，液体材料中均匀分散有纳米气泡，形成均匀的气液混合流体，因此，通过运载气体粉碎液体材料时，其粉碎面到达纳米气泡时被中断，以该纳米气泡为基点形成新的粉碎面。结果，液体材料被微小而均匀的分割，从雾化喷嘴26的喷出孔43产生均一的微小的液体材料的雾状物质80，这样，液体材料被雾化，以雾状供给到气化室24内。而且，由于纳米气泡露出雾状物质80的表面，纳米气泡在外观上消失，因此纳米气泡携带的负电荷，传给了雾状物质80或者气化室24内的大气。而且，雾状物质80带有负电荷时，雾状物质80之间相互排斥，能抑制气化后的凝集。大气带有负电荷时，其后与大气中的正离子结合而进行中合。
另一方面，通过气化室24的侧壁的加热器25的热量和运载气体的热量，雾状物质80被加热到例如150℃。该雾状物质80由于粒径均一而且是微小，所以能够迅速的进行热交换，可靠地被气化，得到气体材料。而且，当纳米气泡的负电荷传给雾状物质80，使雾状物质80带有负电荷时，由于雾状物质80的聚集被抑制，所以能够抑制粗大液滴的产生，可以更快地进行热交换。该气体材料在气化室24内的底部附近拐弯进入气体材料排出通路29，另一方面，没被气化的雾状物质80，由于其本身的重力，冲撞气化室24的底部被积存。这样，虽然在气化室24内进行气液分离，但由于雾状物质80的热交换率高，结果进入气体材料排出通路29的气体材料中，几乎不含有雾状物质80。而且，定期打开阀门71，通过抽吸泵73将积存在气化室24下面的雾状物质80从排液通路72排出。
而且，所述气体材料在通过第二加热器28的热量抑制凝结的状态下，经由气体喷淋头69，供给到成膜处理部50的处理容器60内。在成膜处理部50中，晶片W被预先加热到设定温度，而且，处理容器60内是减压的气氛，通过气体喷淋头69供给的氧气和该气体材料，在晶片W的表面反应，生成成膜种，该成膜种在晶片W上堆积，由此进行例如氧化铪膜的成膜处理。
根据所述的实施形态，在用于对晶片W进行成膜处理的液体材料中，产生带负电的粒径为1000nm以下的纳米气泡，使该液体材料雾化，进一步加热该雾状物质80使其气化。因此，由于在液体材料中，极其微小的气泡以高均一性预先进行分散，所以在雾化该液体材料时，能得到极其微小且均一的雾状物质80，容易进行热交换。结果，气化效率(热交换率)提高，可以减少颗粒的产生。
而且，在向雾化后的雾状物质80传送纳米气泡的负电荷时，雾状物质80互相排斥，因此能抑制雾状物质80的聚集。从而，能进一步提高气化效率，抑制颗粒的产生。
成膜处理，除了所述的通过加热进行成膜以外，还可以通过等离子体使气体材料等离子化进行成膜。另外，用立式热处理炉等的批量式炉进行成膜处理时，本发明的成膜方法也适用，这时，虽然必需使液体材料的流量比单片式成膜装置大，但是如上所述，由于其气化效率高，所以使用本发明特别有效。
在上述的例子中，作为纳米气泡产生用的气体使用了Ar气，也可以使用其他的氮气等不活泼气体，或者也可以使用氧气等活泼气体。

Claims (9)

1.一种气化装置，其特征在于，包括：
气泡产生单元，用于向成膜用的液体材料中供给气泡发生用的运载气体，产生带有正电或负电且粒径为1000nm以下的气泡；
气化器，与所述气泡产生单元连接，使所述液体材料气化，而生成气体材料；和
气体材料排出端口，其设置在所述气化器上，排出用气化器气化的气体材料，
所述气化器具有用于气化液体材料的气化室；雾化部，其设置在气化室入口，用于雾化含有从气泡产生单元供给的所述气泡的液体材料，而形成液体材料的雾状物质，并供给到所述气化室内；以及加热单元，其设置在所述气化室中，用于加热气化从雾化部供给到气化室内的液体材料的雾状物质而进行气化。
2.如权利要求1所述的气化装置，其特征在于：
所述气泡产生单元，通过形成所述运载气体的旋转流而产生气泡。
3.如权利要求1或权利要求2所述的气化装置，其特征在于：
所述雾化部由将包含所述气泡的液体材料与雾化用运载气体一起喷出的喷嘴构成。
4.一种成膜装置，其特征在于，包括：
气化装置，其用于生成气体材料；和
成膜处理部，其与该气化装置连接，含有搬入被处理体的处理容器，利用来自气化装置的气体材料，对被处理体进行成膜处理，
所述气化装置具有：
气泡产生单元，用于向成膜用的液体材料中供给气泡发生用的运载气体，产生带有正电或负电且粒径为1000nm以下的气泡；
气化器，与所述气泡产生单元连接，使所述液体材料气化，而生成气体材料；和
气体材料排出端口，其设置在所述气化器上，排出用气化器气化的气体材料，
所述气化器具有用于气化液体材料的气化室；雾化部，其设置在气化室入口，用于雾化含有从气泡产生单元供给的所述气泡的液体材料，而形成液体材料的雾状物质，并供给到所述气化室内；以及加热单元，其设置在所述气化室中，用于加热气化从雾化部供给到气化室内的液体材料的雾状物质而进行气化。
5.一种成膜方法，其特征在于，包括：
向成膜用的液体材料中供给气泡发生用的运载气体，产生带上正电或负电且粒径为1000nm以下的气泡的工序；
使含有所述气泡的液体材料雾化，得到液体材料的雾状物质的工序；
接着，通过加热所述液体材料的雾状物质，使该雾状物质气化，得到气体材料的工序；以及
将所述气体材料供给到处理容器内的被处理体，通过所述气体材料对该被处理体进行成膜处理的工序。
6.如权利要求5所述的成膜方法，其特征在于：
所述在液体材料中产生气泡的工序，包括形成所述运载气体的旋转流的工序。
7.如权利要求5或权利要求6所述的成膜方法，其特征在于：
所述得到液体材料的雾状物质的工序，包括从喷嘴雾化包含所述气泡的液体材料和雾化用运载气体的工序。
8.一种计算机程序，其特征在于：其用于使计算机执行成膜方法，该成膜方法包括：
向成膜用的液体材料中供给气泡发生用的运载气体，产生带上正电或负电且粒径为1000nm以下的气泡的工序；
使含有所述气泡的液体材料雾化，得到液体材料的雾状物质的工序；
接着，通过加热所述液体材料的雾状物质，使该雾状物质气化，得到气体材料的工序；以及
将所述气体材料供给到处理容器内的被处理体，通过所述气体材料对该被处理体进行成膜处理的工序。
9.一种存储介质，其特征在于：其存储有用于使计算机执行成膜方法的程序，该成膜方法包括：
向成膜用的液体材料中供给气泡发生用的运载气体，产生带上正电或负电且粒径为1000nm以下的气泡的工序；
使含有所述气泡的液体材料雾化，得到液体材料的雾状物质的工序；
接着，通过加热所述液体材料的雾状物质，使该雾状物质气化，得到气体材料的工序；以及
将所述气体材料供给到处理容器内的被处理体，通过所述气体材料对该被处理体进行成膜处理的工序。
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