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JP6710149B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板処理装置に関する。
複数枚の基板に成膜処理を行うバッチ式の基板処理装置では、複数枚の基板を収容する反応容器と、反応容器内にガスを供給するガス供給手段と、ガス供給手段に対向して反応容器内を排気する排気手段とが設けられている。
ガス供給手段を1つのラインで構成した場合、ガスの供給圧力が高い反応容器内の下部ほどガスの流量が多くなり、反応容器内でガスの供給にばらつきが生じる傾向がある。そのため、従来の基板処理装置では、ガス供給手段をガスの供給位置が異なる複数のガス供給ラインで構成することにより、反応容器内の上下で供給されるガスの流量が制御できるようになっている。
例えば、特開2011−187884号公報(特許文献1)には、複数枚の基板を収容して処理する反応管と、反応管内にガスを供給する複数本のガスノズルと、反応管内のガスを排気するガス排気口とを備える基板処理装置が開示されている。また、特開2012−15536号公報(特許文献2)には、複数枚の基板を収容して処理する処理室と、処理室内にガスを供給する複数のガス供給ラインと、処理室内に供給されたガスを排気する排気ラインとを備える基板処理装置が開示されている。
特開2011−187884号公報 特開2012−15536号公報
しかしながら、特許文献1、2に記載された基板処理装置では、複数のガス供給ラインが設けられたガス供給領域と、該ガス供給領域に対向する排気口が設けられた排気領域との位置関係が反応容器内の上下で異なっている。そのため、基板間で各基板に供給されるガス濃度の分布に偏りが生じ、基板の面内および面間で成膜される膜厚が不均一になることが問題となっている。
そこで、本発明の目的は、基板の面内および面間で供給ガスの濃度分布の偏りを抑制することができる基板処理装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る基板処理装置は、複数の基板を収容可能に設けられ、該複数の基板を処理する処理容器と、前記処理容器内に設けられ、前記処理容器の周方向に並びかつ前記処理容器の長手方向に延び、前記処理容器内にガスを供給する複数のガスノズルと、前記処理容器内の前記複数のガスノズルと対向する位置に設けられ、前記処理容器内のガスを排気する排気部とを有し、前記ガスノズルは、前記処理容器の周方向に並ぶノズル基部と、前記ノズル基部に接続して前記処理容器内にガスを供給するガス供給部とを有し、前記複数のガスノズルは、前記処理容器内で最も下方に位置する第1のガス供給部を有する第1のガスノズルと、前記第1のガス供給部よりも上方に位置する第2のガス供給部を有する第2のガスノズルとを有し、前記第1のガス供給部と前記第2のガス供給部とが、前記処理容器の長手方向に一直線上に配置されるように、前記第2のガスノズルが形成されており、前記ガス供給部を係止するガイド機構を有し、前記ガイド機構は、上下方向に並ぶ前記ガス供給部を連結する構造を有する
本発明の一態様によれば、面内および面間で供給ガスの濃度分布の偏りを抑制することができる。
本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略図である。 図1の基板処理装置のガスノズルの一例を示す図である。 図2のA−A線断面図である。 図2のB−B線断面図である。 図2のC−C線断面図である。 実施形態に係る基板処理装置のガスノズルの他の一例(変形例1)を示す図である。 実施形態に係る基板処理装置のガスノズルの他の一例(変形例2)を示す図である。 実施形態に係る基板処理装置のガイドの一例を説明する図である。 実施形態に係る基板処理装置のガイドの他の一例を示す図である。 従来の基板処理装置のガスノズルを示す図である。 図10のA−A線断面図である。 図10のB−B線断面図である。 図10のC−C線断面図である。 (A)は図11におけるガス濃度分布を示す図であり、(B)は図12におけるガス濃度分布であり、(C)は図13におけるガス濃度分布を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、共通する構成については、同一符号を付して説明を省略する場合がある。
図1は、実施形態に係る基板処理装置の概略図である。図2は、図1の基板処理装置のガスノズルの一例を示す図である。図3は、図2のA−A線断面図であり、図4は、図2のB−B線断面図であり、図5は、図2のC−C線断面図である。
図1に示されるように、基板処理装置1は、基板である半導体ウエハ(以下「ウエハW」という)を収容する処理容器34と、処理容器34の下端の開口部側を気密に塞ぐ蓋部36と、複数枚のウエハWを所定の間隔で保持して処理容器34内に収容される基板保持具38と、処理容器34内へ所定のガスを導入するガス供給手段40と、処理容器34内のガスを排気する排気手段41と、ウエハWを加熱する加熱手段42とを有している。
半導体ウエハには、シリコン基板やGaAs、SiC、GaN等の化合物半導体基板が含まれる。また、これらの半導体基板に限定されず、液晶表示装置に用いられるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
処理容器34は、下端部が開放された有天井の円筒形状の内管44と、下端部が開放されて内管44の外側を覆う有天井の円筒形状の外管46とを有する。内管44及び外管46は、石英等の耐熱性材料により形成されており、同軸状に配置されて二重管構造となっている。
内管44の天井部は、例えば平坦になっている。内管44の一側には、その長手方向(上下方向)に沿ってガスノズルを収容するノズル収容部48が形成されている。この実施形態では、図3〜図5に示されるように、内管44の側壁の一部を外側へ向けて突出させて凸部50を形成し、凸部50内をノズル収容部48として形成している。
また、ノズル収容部48に対向させて内管44の反対側の側壁には、図3〜図5に示されるように、その長手方向(上下方向)に沿って矩形状の開口部52が形成されている。
開口部52は、内管44内のガスを排気できるように形成されたガス排気口であり、本発明における排気部の一例である。開口部52の長さは、基板保持具38の長さと同じであるか、または、基板保持具38の長さよりも長く上下方向へそれぞれ延びるようにして形成されている。即ち、開口部52の上端は、基板保持具38の上端に対応する位置以上の高さに延びて配置され、開口部52の下端は、基板保持具38の下端に対応する位置以下の高さに延びて配置されている。
なお、この例では、本発明における排気部は、処理容器34の内管44の、後述するガスノズルと対向する位置に設けられた開口部52(ガス排気口)として構成されているが、この構成に限定されるものではない。例えば、処理容器34の内管44の内側の、後述するガスノズルと対向する位置に図示しない遠心ファンを設け、さらに内管44の天井部に図示しない開口部を設けることにより、各ガス孔76A〜81Aから遠心ファンに向かって水平方向にガスを放出し、遠心ファンから内管44の天井部に設けられた開口部に向かって排気されるガスを流す構成にしてもよい。
処理容器34の下端は、例えばステンレス鋼により形成される円筒形状のマニホールド54によって支持されている。マニホールド54の上端部にはフランジ部56が形成されており、フランジ部56上に外管46の下端部を設置して支持するようになっている。フランジ部56と外管46との下端部との間にはOリング等の図示しないシール部材を介在させて外管46内を気密状態にしている。
マニホールド54の上部の内壁には、リング状の支持部60が設けられており、図示しない支持部上に内管44の下端部を設置してこれを支持するようになっている。マニホールド54の下端の開口部には、蓋部36がOリング等の図示しないシール部材を介して気密に取り付けられており、処理容器34の下端の開口部側、即ち、マニホールド54の開口部を気密に塞ぐようになっている。蓋部36は、例えばステンレス鋼により形成される。
蓋部36の中央部には、磁性流体シール部64を介して回転軸66が貫通させて設けられている。回転軸66の下部は、ボートエレベータよりなる昇降手段68のアーム68Aに回転自在に支持されており、図示しないモータ69によって回転されるようになっている。
回転軸66の上端には回転プレート70が設けられており、回転プレート70上に石英製の保温台72を介してウエハWを保持する基板保持具38が載置されるようになっている。従って、昇降手段68を昇降させることによって蓋部36と基板保持具38とは一体的に上下動し、基板保持具38を処理容器34内に対して挿脱できるようになっている。
ガス供給手段40は、マニホールド54に設けられており、内管44内へ処理ガス、パージガス等のガスを導入する。ガス供給手段40は、複数本(例えば6本)の石英製のガスノズル76〜81を有している。各ガスノズル76〜81は、内管44内にその長手方向に沿って設けられると共に、その基端部がL字状に屈曲されてマニホールド54を貫通するようにして支持されている。
ガスノズル76〜81は、図3〜図5に示されるように、内管44のノズル収容部48内に周方向に沿って一列になるように設置されている。各ガスノズル76〜81には、その長手方向に沿って所定の間隔で複数のガス孔76A〜81Aが形成されており、各ガス孔76A〜81Aより水平方向に向けて各ガスを放出できるようになっている。所定の間隔は、例えば基板保持具38に支持されるウエハWの間隔と同じになるように設定される。
また、高さ方向の位置は、各ガス孔76A〜81Aが上下方向に隣り合うウエハW間の中間に位置するように設定されており、各ガスをウエハW間の空間部に効率的に供給できるようになっている。
ガスの種類としては、原料ガス、酸化ガス及びパージガスが用いられ、各ガスを流量制御しながら必要に応じて各ガスノズル76〜81を介して供給できるようになっている。原料ガスとしてシリコン含有ガスを用い、酸化ガスとしてオゾン(O)ガスを用い、パージガスとして窒素(N)ガスを用い、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法によりシリコン酸化膜を形成できるようになっている。なお、用いるガスの種類は成膜する膜の種類に応じて適宜選択することができる。ALD法を用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えばCVD法を用いる場合にも本発明を適用することができる。
また、本実施形態では、プラズマを用いない成膜処理が行われるが、これに限定されるものではなく、プラズマを用いた成膜処理を行う場合にも本発明を適用することができる。この場合には、例えばノズル収容部48を区画する凸部50の区画壁の外側に、その長手方向に沿ってプラズマ発生用の高周波電力を印加する電力板を設けてプラズマを発生させるようにする。
支持部60の上方には、マニホールド54の上部の側壁に形成されたガス出口82が設けられている。ガス出口82は、内管44と外管46との間の空間部84を介して開口部52より排出される内管44内のガスを排気できるように構成されている。ガス出口82には、排気手段41が設けられる。排気手段41は、ガス出口82に接続された排気通路86を有しており、排気通路86には、圧力調整弁88及び真空ポンプ90が順次介設されて、処理容器34内を真空引きできるようになっている。
外管46の外周側には、外管46を覆うように円筒形状の加熱手段42が設けられており、ウエハWを加熱するようになっている。
なお、基板処理装置1の全体の動作は、例えばコンピュータ等よりなる制御手段110により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体112に記憶されている。記憶媒体112は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、DVD等よりなる。
本実施形態では、図2示すように、ガスノズル76〜81は、ノズル基部76B〜81Bとガス供給部76C〜81Cとを有する。ノズル基部76B〜81Bは、処理容器34の周方向に並んで配置されている。ノズル基部76B〜81Bの内部は、処理容器34内に供給されるガスが通過する。
ガス供給部76C〜81Cは、ノズル基部76B〜81Bに一体に接続され、処理容器内にガスを供給する。ガス供給部76C〜81Cには、処理容器34内にガスを供給するガス孔76A〜81Aが設けられている。ガス孔76A〜81Aは、ガス供給部76C〜81Cに複数(例えば図2では5個)の孔で形成されている。このような複数のガス孔を設けることにより、処理容器34内にガスを均一に供給することができる。なお、本実施形態では、1つのガスノズルに複数のガス孔が設けられているが、ガス孔を構成する孔の数は、複数に限定されるものではなく、処理容器34内にガスを供給できる限り、1つのガスノズルに1つの孔で形成されていてもよい。
ガスノズル76〜81のうち、ガスノズル76、77は、ガス供給部76C、77Cが処理容器34内で最も下方に配置されている。また、ガスノズル78、79は、ガス供給部78C、79Cがガスノズル76、77のガス供給部76C、77Cの上方に配置されている。さらに、ガスノズル80、81は、ガス供給部80C、81Cがガスノズル78、79のガス供給部78C、79Cの上方に配置されている。
そして、ガス供給部76C、78C、80Cは、図2〜図5に示されるように、処理容器34の長手方向(鉛直方向)に一直線上に並んで配置されている。また、ガス供給部77C、79C、81Cは、処理容器34の長手方向(鉛直方向)に一直線上に配置されている。
このような構成では、ガスノズル76、78、80のガス供給部76C、78C、80Cは、処理容器34内の下層、中層、上層に亘って一列に並んで配置されるため、同一ラインで構成したものと同じ構成になる。また、ガスノズル77、79、81のガス供給部77C、79C、81Cも、処理容器34内の下層、中層、上層に亘って一列に並んで配置され、同一ラインで構成されたものと同じ構成になる。
この構成により、ガスを供給するガス供給領域と、該領域に対向して設けられたガスを排気する排気領域とを処理容器34内の上下で同じ位置関係にすることができる。そのため、基板の面内および面間で供給ガスの濃度分布の偏りを抑制することができる。その結果、基板の面内および面間で成膜される膜厚を均一にすることができる。
本実施形態では、ガスノズル76〜81は、ノズル収容部48に収容されているが、図3〜図5に示すように、ノズル収容部の幅寸法は、ガス排気口を構成する開口部52の幅寸法よりも広くなっている。そのため、従来のガスノズル(図10〜13に示すガスノズル76〜81)の場合、ノズル収容部に対応するガス供給領域と、開口部52が設けられた排気領域との位置関係が処理容器34内の上下で異なるものとなり、基板間で各基板に供給されるガス濃度の分布に偏りが生じる。
これに対して、本実施形態のようにガス供給部が同一ラインで構成されたものと同じ構成を有するガスノズルを用いることにより、ガスを供給するガス供給領域と、該領域に対向して設けられたガスを排気する排気領域とを処理容器34内の上下で確実に同じ位置関係にすることができる。そのため、基板の面内および面間で供給ガスの濃度分布の偏りを確実に抑制することができ、基板の面内および面間で成膜される膜厚が不均一になるのを確実に抑制することができる。
また、図2に示すように、ガスノズル76〜81のうち、ガスノズル76、77のノズル基部76B、77Bは、直線状に形成されてガス供給部76C、77Cに一体に接続されている。これに対して、ガスノズル78〜81のノズル基部78B〜81Bは、ガス供給部78C〜81Cに接続する側の端部がL字状に形成されている。言い換えると、ノズル基部78B〜81Bは、端部が折れ曲がった状態でガス供給部78C〜81Cの下端に接続されている。
このようにノズル基部78B〜81BがL字状の端部を介してガス供給部78C〜81Cに接続されることにより、下方側のガスノズルに対して上方側のガスノズルが干渉するのを防ぐことができる。そのため、各ガスノズルが破損するのを防ぐことができ、またガスノズルの取付け作業が容易になる。
また、図6は、本実施形態で用いられるガスノズルの他の一例(変形例1)を示す図である。図6に示すように、ガスノズル78〜81のノズル基部78B〜81Bは、端部が折り返された状態でガス供給部78C〜81Cの上端に接続されている。このようにノズル基部78B〜81BがL字状の端部がガス供給部78C〜81Cの上端に接続されることにより、下方側のガスノズルに対して上方側のガスノズルが干渉するのを確実に防ぐことができる。
また、図7は、本実施形態で用いられるガスノズルのさらに他の一例(変形例2)を示す図である。図7に示すように、ガスノズル78〜81のノズル基部78B〜81Bは、端部が折れ曲がった状態でガス供給部78C〜81Cの中央部に接続されている。ノズル基部78B〜81BのL字状の端部がガス供給部78C〜81Cの中央部に接続されることにより、下方側のガスノズルに対して上方側のガスノズルが干渉するのを防ぎながら、同時に、図6に示すガス供給部78C〜81Cの上端に接続する場合に比べて、ノズル基部78B〜81Bを短くすることができる。
なお、ガスノズル76、77、ガス孔76A、77A、ノズル基部76B、77B、及び、ガス供給部76C、77Cは、本発明における第1のガスノズル、第1のノズル基部、及び、第1のガス供給部の一例である。また、ガスノズル78、79、ガス孔78A、79A、ノズル基部78B、79B、及び、ガス供給部78C、79Cは、本発明における第2のガスノズル、第1のノズル基部、及び、第1のガス供給部の一例である。さらに、ガスノズル80、81、ガス孔80A、81A、ノズル基部80B、81B、及び、ガス供給部80C、81Cは、本発明における第3のガスノズル、第3のノズル基部、及び、第3のガス供給部の一例である。
図8は、実施形態に係る基板処理装置のガイドの一例を説明する図である。上述したガスノズルを配置する場合、図8に示すように、ガイド100を設けてもよい。ガイド100は、例えば一対の係止片100Aを処理容器34の内壁に形成し、この一対の係止片100Aによりガス供給部76C〜81Cを係止するように構成することができる。このようなガイド100を設けることにより、ガスノズルを安定した状態で配置することができ、また、ガスノズル(ガス供給部)の位置決めが容易になる。
図9は、実施形態に係る基板処理装置のガイドの他の一例を説明する図である。この例では、例えば、上下方向に並ぶガス供給部76Cとガス供給部78Cとを連結する構造を、ガスノズル76とガスノズル78との間に設けることができる。具体的には、ガスノズル76のガス供給部76Cの上端部に凹部76Dを形成し、ガスノズル78のガス供給部76Cの下端部に凸部78Dを形成する。そして、ガス供給部76Cの凹部76Dにガス供給部78Cの凸部78Dを嵌合させることによりガイド200を構成する。このようなガイド200を設けることによっても、ガスノズルを安定した状態で配置することができ、また、ガスノズル(ガス供給部)の位置決めが容易になる。
なお、ガイド100、200は、本発明におけるガイド機構の一例である。
図10は、従来の基板処理装置のガスノズルを示す図である。また、図11は、図10のA−A線断面図であり、図12は、図10のB−B線断面図であり、図13は、図10のC−C線断面図である。さらに、図14(A)は図11におけるガス濃度分布を示す図であり、図14(B)は図12におけるガス濃度分布であり、図14(C)は図13におけるガス濃度分布を示す図である。
従来の基板処理装置で用いられていたガスノズル76〜81では、図10〜図13に示すように、複数のガス供給ラインが設けられたガス供給領域と、該ガス供給領域に対向してガス排気口を構成する開口部52が設けられた排気領域との位置関係が反応容器内の上下で異なっている。そのため、図14(A)〜(C)に示すように、基板の面内のガス濃度分布を上層、中層、下層で比較すると、ガスノズル76〜81(ガス供給部76C〜81C)がガス供給領域の中心から離れるに従って、上層側ほどガス分布に偏りができることが確認されている。
これに対して、本実施形態の基板処理装置1では、図1〜図7に示すガスノズル76〜81を採用することにより、ガス供給部76C、78C、80Cが処理容器34の長手方向(鉛直方向)に一直線上に並んで配置される。この構成では、基板の面内のガス濃度分布を上層、中層、下層で比較した場合、上層および中層でも下層側とほぼ同じガス濃度の分布となることが確認された(図14(C)参照)。したがって、本実施形態の基板処理装置1を用いることにより、基板の面内および面間で供給ガスの濃度分布の偏りを抑制することができ、基板の面内および面間で成膜される膜厚を均一にすることができる。
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
1 基板処理装置
34 処理容器
44 内管
46 外管
48 ノズル収容部
52 開口部
76 ガスノズル
77 ガスノズル
78 ガスノズル
79 ガスノズル
80 ガスノズル
81 ガスノズル
76A ガス孔
77A ガス孔
78A ガス孔
79A ガス孔
80A ガス孔
81A ガス孔
76B ノズル基部
77B ノズル基部
78B ノズル基部
79B ノズル基部
80B ノズル基部
81B ノズル基部
76C ガス供給部
77C ガス供給部
78C ガス供給部
79C ガス供給部
80C ガス供給部
81C ガス供給部
100 ガイド
200 ガイド
W ウエハ

Claims (10)

  1. 複数の基板を収容可能に設けられ、該複数の基板を処理する処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、前記処理容器の周方向に並びかつ前記処理容器の長手方向に延び、前記処理容器内にガスを供給する複数のガスノズルと、
    前記処理容器内の前記複数のガスノズルと対向する位置に設けられ、前記処理容器内のガスを排気する排気部とを有し、
    前記ガスノズルは、前記処理容器の周方向に並ぶノズル基部と、前記ノズル基部に接続して前記処理容器内にガスを供給するガス供給部とを有し、
    前記複数のガスノズルは、前記処理容器内で最も下方に位置する第1のガス供給部を有する第1のガスノズルと、前記第1のガス供給部よりも上方に位置する第2のガス供給部を有する第2のガスノズルとを有し、
    前記第1のガス供給部と前記第2のガス供給部とが、前記処理容器の長手方向に一直線上に配置されるように、前記第2のガスノズルが形成されており、
    前記ガス供給部を係止するガイド機構を有し、
    前記ガイド機構は、上下方向に並ぶ前記ガス供給部を連結する構造を有する、基板処理装置。
  2. 前記第1のガスノズルの第1のノズル基部は、直線状に形成され、
    前記第2のガスノズルの第2のノズル基部は、前記第2のガス供給部に接続する側の端部がL字状に形成されている、請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 前記第2のノズル基部は、前記第2のガス供給部の下端部に接続する、請求項2に記載の基板処理装置。
  4. 前記第2のノズル基部は、前記第2のガス供給部の上端部に接続する、請求項2に記載の基板処理装置。
  5. 前記第2のノズル基部は、前記第2のガス供給部の中央部に接続する、請求項2に記載の基板処理装置。
  6. 前記複数のガスノズルは、前記第2のガス供給部よりも上方に位置する第3のガス供給部を有する第3のガスノズルをさらに有する、請求項2乃至5のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  7. 前記第3のガスノズルの第3のノズル基部は、L字状に形成されている、請求項6に記載の基板処理装置。
  8. 前記処理容器内に設けられて、前記複数のガスノズルを収容するノズル収容部を有し、
    前記排気部の幅寸法は、前記ノズル収容部の幅寸法よりも狭い、請求項1に記載の基板処理装置。
  9. 前記ガス供給部には、前記処理容器内にガスを供給する1以上のガス孔が設けられている、請求項1に記載の基板処理装置
  10. 前記ガイド機構は、前記処理容器の内壁に形成されている請求項に記載の基板処理装置
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