JP2015142016A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理容器内のガス流れの均一性及び処理容器内の温度の均一性を向上させる。
【解決手段】ウェハする基板処理装置１は、ウェハＷを気密に収容する処理容器１０と、処理容器１０内で基板を載置する載置台１１と、処理容器１０内を排気する排気機構８０と、を有している。処理容器１０は、上面が開口した有底の本体部２０と、本体部２０の上面を気密に塞ぐフランジ２１及び本体部２０より直径が小さく且つ載置台１１の外側面より直径が大きな側壁４０を備えた円筒部２２と、フランジ２１の上面に設けられ、本体部２０の開口を気密に塞ぐ蓋体２３と、を備え、フランジ２１の上面の溝部４１にはヒータ４２が配置されている。円筒部２２の側壁４０の下端には当該側壁４０の中心方向に向けて突出する係止部材４３が設けられ、係止部材４３の上面には、複数の開口４４ａが形成されたバッフル板４４が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の処理ガスを用いて基板処理を行う基板処理装置に関する。

近年、半導体デバイスの微細化に伴い、ドライエッチングやウェットエッチングといった従来のエッチング技術に代えて、化学的酸化物除去処理（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ：ＣＯＲ）と呼ばれる、より微細化エッチングが可能な手法が注目されている。

ＣＯＲは、真空に例えば被処理体としての半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）表面のシリコン酸化膜（Ｓｉ０_２膜）に対して、処理ガスとしてフッ化水素（ＨＦ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給し、これらのガスとシリコン酸化膜とを反応させて生成物を生成する処理である（例えば、特許文献１）。

ＣＯＲによりウェハ表面に生成された生成物は、次工程で加熱処理を行うことで昇華し、これによりウェハ表面からシリコン酸化膜が除去される。

特開２００７−２１４５１３号公報

このようなＣＯＲ処理では、真空に保持された処理容器内にウェハを載置し、当該ウェハの上方から処理ガスが供給される。この際、ＣＯＲ処理による処理容器内への生成物の付着を防止するため、処理容器の側壁にはヒータなどの加熱機構が内蔵されている。

また、ＣＯＲ処理においてはウェハ表面への処理ガスの流れの均一性や、ウェハ温度の均一性がウェハ処理の均一性に影響を与える。しかしながら、処理容器底部の中心付近には様々な機器が配置されるため、処理容器内の排気は処理容器底部の外周部近傍から行われていた。その結果、処理容器内の気流に偏りが生じ、ウェハ面内に処理ガスを均一に供給することが困難であった。

また、処理容器内の気流の偏りにより、処理容器側壁の温度も均一なものとならず、その結果、処理容器側壁の温度の影響を受けてウェハ温度にも偏りが生じてしまっていた。そのため、ウェハ面内における処理の均一性が十分に確保できていなかった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、処理容器内のガス流れの均一性及び処理容器内の温度の均一性を向上させることを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は、基板を処理する基板処理装置であって、基板を気密に収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
前記処理容器内を排気する排気機構と、を有し、前記処理容器は、上面が開口した有底の本体部と、前記本体部の上面を気密に塞ぐフランジ及び前記本体部より直径が小さく且つ前記載置台の外側面より直径が大きな側壁を備えた円筒形状の円筒部と、前記フランジの上面に設けられ、前記本体部の開口を気密に塞ぐ蓋体と、を有し、前記フランジの上面には下方に凹に窪んだ溝部が形成され、前記溝部にはヒータが配置され、前記円筒部の側壁は前記載置台の上面よりも下方に延伸して形成され、且つ前記側壁の下端には、当該側壁の中心方向に向けて突出する係止部材が設けられ、前記係止部材の上面には、複数の開口が形成されたバッフル板が配置されていることを特徴としている。

本発明によれば、処理容器の円筒部に係止部材が設けられ、この係止部材上にバッフル板が配置されているので、排気機構により処理容器内を排気する際、処理容器内、特に載置台外周部近傍のガス流れを均一なものとすることができる。そのため、基板面内に処理ガスを均一に供給することができる。また、円筒部のフランジ上面にはヒータが配置されているので、ヒータにより円筒部を加熱することで、円筒部を均一に加熱することができる。したがって、基板周囲の温度を均一にし、基板温度に偏りが生じることを抑制できる。その結果、面内均一な基板処理を行うことができる。

前記フランジの溝部及びヒータは前記フランジの全周にわたって設けられていてもよい。

前記バッフル板は、前記載置台の外側面の全周にわたって、当該外側面に接して設けられていてもよい。

前記円筒部は、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ℃以上であってもよい。

本発明によれば、処理容器内のガス流れの均一性及び処理容器内の温度の均一性を向上させることができる。

本実施の形態に係る基板処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 円筒部の構成の概略を示す、円筒部の断面の斜視図である。 バッフル板の構成の概略を示す平面図である。 他の例に係るバッフル板の構成の概略を示す平面図である。 他の例に係るバッフル板の構成の概略を示す平面図である。 他の例に係るバッフル板の構成の概略を示す平面図である。 他の例に係るバッフル板の構成の概略を示す平面図である。 他の例に係るバッフル板の構成の概略を示す平面図である。 処理容器内の温度分布を表す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。図１は、本実施の形態にかかる基板処理装置１を概略的に示した縦断面図である。なお、本実施の形態では、基板処理装置１が、例えばウェハＷに対してＣＯＲ処理を行うＣＯＲ処理装置である場合を例にして説明する。

基板処理装置１は、例えば図１に示すように、気密に構成された処理容器１０と、処理容器１０内でウェハＷを載置する載置台１１を有している。処理容器１０は、上面が開口した有底の略円筒形状に形成された本体部２０と、本体部２０の上面を気密に塞ぐフランジ２１を備えた円筒部２２と、本体部２０の開口を気密に塞ぐ蓋体２３を有している。

載置台１１は略円筒形状に形成されており、ウェハＷを載置する載置面を備えた上部台１１ａと、上部台１１ａを支持する下部台１１ｂを有している。上部台１１ａには、ウェハＷの温度を調整する温度調整機構３０が内蔵されている。温度調整機構３０は、例えば水などの冷媒を循環させることにより載置台１１の温度を調整し、載置台１１上のウェハＷの温度を制御する。下部台１１ｂの下面は、本体部２０の底部上面に設けられた支持部材３１により支持されている。

処理容器１０の本体部２０の側面には、基板処理装置１の外部との間でウェハＷの搬入出を行う搬入出口２０ａが設けられている。この搬入出口２０ａは、ゲートバルブ３２により開閉される。また、本体部２０の側壁には、図示しないヒータが内蔵されており、図示しない電源から給電されることにより本体部２０の温度が例えば９０℃以上に維持される。これにより、ＣＯＲ処理の際、本体部２０への反応生成物の付着、堆積を抑制できる。

処理容器１０の円筒部２２のフランジ２１の内側面からは、円筒形状の側壁４０が鉛直下方に延伸して設けられている。この側壁４０の直径は、本体部２０より直径が小さく且つ載置台１１の外側面よりも直径が大きく設定されている。また、側壁４０の下端部は、載置台１１の下部台１１ｂの下面より下方の高さまで延伸している。そのため、円筒部２２の側壁４０は、載置台１１及び本体部２０と同心円状で、且つ載置台１１の外方の全周を囲むような構成を有している。また、円筒部２２の側壁４０における処理容器１０の搬入出口２０ａに対応する位置には、ウェハＷを搬入出する開口４０ａが形成されている。

円筒部２２のフランジ２１の上面には、例えば図２に示すように、下方に凹に窪んだ矩形の溝部４１が当該フランジ２１の全周にわたって形成されている。この溝部４１には、例えば図１に示すように、断面が略矩形状のシースヒータ４２が配置されている。このシースヒータ４２は、図示しない電源から給電されることにより円筒部２２が本体部２０と同様に９０℃以上に維持される。円筒部２２の材料としては、円筒部２２全体を均一に加熱するために熱伝導率が高い材料、例えば熱伝導率が概ね２００Ｗ／ｍ℃以上の材料が用いられ、本実施の形態では、例えばアルミニウムにより形成されている。なお、アルミニウムの熱伝導率は約２３８Ｗ／ｍ℃である。

円筒部２２の側壁４０の下端部には、側壁４０の中心方向、即ち載置台１１の外側面に向けて水平に突出する係止部材４３が設けられている。係止部材４３の上面には、載置台１１の下部台１１ｂ下面を覆うように設けられた円盤状のバッフル板４４が支持されている。バッフル板４４の外周部近傍であって、例えば平面視において係止部材４３及び載置台１１と重ならない位置には、例えば図３に示すように、全周にわたって円形の開口４４ａが形成されている。また、バッフル板４４における支持部材３１に対応する位置には、当該支持部材３１との干渉を避けるために、他の開口４４ｂが形成されている。なお、バッフル板４４の厚みは、その上面が載置台１１の下部台１１ｂの下面より下方になるように調整されている。

バッフル板４４は、その外径が、例えば円筒部２２の側壁４０の内側面と同程度かそれより小さく形成されている。換言すれば、バッフル板４４は、円筒部２２の側壁４０の内側に嵌め込まれる程度の大きさに形成されている。また、バッフル板４４も、円筒部２２と同様に、例えば熱伝導率が概ね２００Ｗ／ｍ℃以上の材料により形成されている。そのため、加熱された円筒部２２によりバッフル板４４そのものも加熱される。さらに、バッフル板４４が載置台１１の下部台１１ｂを覆うように形成されているので、バッフル板４４により、載置台１１の下部台１１ｂ下面も全面にわたって加熱される。そのため、載置台１１の外方の全周を囲う円筒部２２、及び載置台１１の下部台１１ｂを覆うバッフル板４４により載置台１１の外周部及び下面の全面が加熱されることで、ＣＯＲ処理の際、バッフル板４４及び載置台１１への反応生成物の付着、堆積を抑制できる。

処理容器１０の蓋体２３の下面には、載置台４１に対向してシャワーヘッド５０が設けられている。シャワーヘッド５０は、例えば下面が開口し、蓋体２３の下面に支持された略円筒形の枠体５１と、当該枠体５１の内側面に嵌め込まれ、枠体５１の天井部と所定の距離離間して設けられた略円盤形状のシャワープレート５２と、シャワープレート５２と枠体５１との間にシャワープレート５２に対して平行に設けられたプレート５３を有している。

シャワープレート５２には、当該シャワープレート５２を厚み方向に貫通する開口５２ａが複数設けられている。枠体５１の天井部とプレート５３の上面との間には、所定の距離の第１の空間５４が形成されている。また、プレート５３の下面とシャワープレート５２の上面との間には、所定の距離の第２の空間５５が形成されている。

プレート５３には、当該プレート５３を厚み方向に貫通するガス流路６０が複数形成されている。ガス流路６０は、シャワープレート５２の開口５２ａの概ね半分程度の数が形成されている。このガス流路６０は、プレート５３の下方のシャワープレート５２の上端面まで延伸して、開口５２ａの上端部に接続されている。そのため、ガス流路６０及び当該ガス流路６０と接続された開口５２ａの内部は、第２の空間５５とは隔離されている。シャワープレート５２及びプレート５３は、例えばアルミニウム等の金属により構成されている。

枠体５１の下面とプレート５３との間の第１の空間５４には、第１のガス供給管７０を介して第１のガス供給源７１が接続されている。第１のガス供給源７１は、第１の処理ガスとして、反応ガスであるフッ化水素（ＨＦ）ガスと希釈ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガスを供給可能に構成されている。第１のガス供給管７０には、第１の処理ガスの供給量を調整する流量調整機構７２が設けられている。第１のガス供給源７１から供給された第１の処理ガスは、第１の空間５４、プレート５３のガス流路６０、シャワープレート５２の開口５２ａを介して処理容器１０内に供給される。

また、第２の空間５５には、第２のガス供給管７３を介して、第２のガス供給源７４も接続されている。第２のガス供給源７４は、第２の処理ガスとして、反応ガスであるアンモニア（ＮＨ_３）ガスと希釈ガスである窒素（Ｎ_２）ガスとの混合ガスを供給可能に構成されている。第２のガス供給管７３には、第２の処理ガスの供給量を調整する流量調整機構７５が設けられている。なお、希釈ガスとしては、本実施の形態に限定されず、例えばアルゴンガスのみ用いても、窒素ガスのみ用いてもよいし、他の不活性ガスを用いてもよい。第２のガス供給源７４から供給された第２の処理ガスは、第２の空間５５、シャワープレート５２の開口５２ａを介して処理容器１０内に供給される。そのため、第１の処理ガスと第２の処理ガスとは、処理容器１０内におけるシャワープレート５２の下方の位置で初めて混合される。

処理容器１０の本体部２０の底面であって載置台１１の外方には、当該処理容器１０内を排気する排気機構８０が排気管８１を介して接続されている。排気管８１には、排気機構８０による排気量を調整する調整弁８２が設けられている。

また、容器部４２の底面であって、載置台１１の下方には、支持ピンユニット８３が設けられている。支持ピンユニット８３には、図示しない支持ピンと当該支持ピンを昇降させる昇降機構が内蔵されており、基板処理装置１の外部に設けられた搬送機構（図示せず）との間でウェハＷの受け渡しを行う。

基板処理システム装置１には、図１に示すように制御装置１００が設けられている。制御装置１００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、基板処理装置１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置１００にインストールされたものであってもよい。

本実施の形態にかかる基板処理装置１は以上のように構成されており、次に、基板処理装置１を用いて行われる処理について説明する。

ウェハ処理に先立ち、本体部２０の側壁に内蔵されたヒータ及び円筒部２２に設けられたシースヒータ４２により処理容器１０が約９０℃に加熱される。次いで、表面にシリコン酸化膜を有するウェハＷが、基板処理装置１の外部に設けられた搬送機構（図示せず）により処理容器１０内の載置台１１上に載置される。

その後、ゲートバルブ３２を閉じ、排気機構８０により処理容器１０の内部を所定の圧力まで排気すると共に、温度調整機構３０により載置台１１上のウェハＷを所定の温度、本実施の形態では例えば２０℃〜４０℃に調節する。次いで、第１の処理ガスと第２の処理ガスを、第１のガス供給源７１と第２のガス供給源７４からそれぞれ処理容器４０内に供給し、ウェハＷに対してＣＯＲ処理が行われる。ＣＯＲ処理においては、ウェハＷ表面のシリコン酸化膜がフッ化水素ガス及びアンモニアガスと化学反応し、反応生成物としてフルオロケイ酸アンモニウム（ＡＦＳ）や水などが生成されてウェハＷの表面に保持された状態となる。

この際、第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、シャワープレート５２を介してウェハ面内に均一に供給される。また、供給された処理ガスは、排気機構８０によりバッフル板４４の開口４４ａを介して排気されるので、バッフル板４４よりも上方の空間においては均一な処理ガスの流れが形成される。また、処理容器１０内のガス流れが均一化されることで、シースヒータ４２により加熱される円筒部２２に、ガス流れの編流に起因する温度むらが生じることもないので、ウェハＷの温度を面内均一に維持することができる。これにより、ウェハＷ面内を均一にＣＯＲ処理することができる

また、円筒部２２からの伝熱により、バッフル板４４及び載置台１１の外周部近傍も加熱されるので、ＣＯＲ処理に際してバッフル板４４や載置台１１への反応生成物の付着、体積も抑制される。

ＣＯＲ処理が行われると、ゲートバルブ３２が開き、ウェハ搬送機構（図示せず）より載置台１１上のウェハＷが基板処理装置１の外部に搬出される。その後、基板処理装置１外部に設けられた加熱装置によりウェハＷが加熱され、ＣＯＲ処理によって生じた反応生成物が気化して除去される。これにより、一連のウェハ処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、処理容器１０の円筒部２２の下端部に係止部材４３が設けられ、この係止部材４３上に開口４４ａを有するバッフル板４４が配置されているので、処理容器１０内、特に載置台１１の外周部近傍での処理ガスの流れを均一なものとすることができる。そのため、ウェハ面内に均一に処理ガスを供給し、均一なＣＯＲ処理を行うことができる。

また、円筒部２２のフランジ２１に設けられたシースヒータ４２により円筒部２２を均一に加熱するので、ウェハＷの周囲温度を均一にし、ウェハＷ面内に温度むらが生じることを抑制できる。この際、円筒部２２の内側を流れる処理ガスの流れがバッフル板４４により均一なものとなるため、処理ガスの編流に起因する温度むらが生じることもない。したがって、この点からもウェハＷ面内の温度の均一性を向上させることができる。

さらには、シースヒータ４２を、フランジ２１の上面に設けたので、例えばシースヒータ４２のメンテナンスや交換作業を行うに際しては、蓋体２３を開放するだけでシースヒータ４２にアクセス可能となる。したがって、メンテナンス等による時間的、作業的負担を軽減することができる。

なお、以上の実施の形態では、シースヒータ４２をフランジ２１上面の全周にわたって設けた場合を例にして説明したが、円筒部２２の温度を均一に維持できれば、シースヒータ４２及び溝部４１は必ずしもフランジ２１の全周にわたって設ける必要はない。また、溝部４１の形状も本実施の形態に限定されるものではなく、例えば断面が半円状や三角形状であってもよい。

以上の実施の形態では、バッフル板４４の上面に係止部材４３を配置していたが、バッフル板４４の支持方法は本実施の形態に限定されるものではなく、係止部材４３とバッフル板４４とが適当に接触することで、シースヒータ４２の熱がバッフル板４４に伝わるものであれば、その構造は自由に設定できる。例えば係止部材４３の下面にバッフル板４４をねじ止めする構造であってもよいし、係止部材４３を設けずに、円筒部２２の側壁４０の下端部に直接バッフル板４４をねじ止めするようにしてもよい。また、バッフル板４４と円筒部２２とを一体に構成してもよい。

以上の実施の形態では、排気機構８０を処理容器１０の底面に接続していたが、排気機構８０の配置は本実施の形態の内容に限定されるものではなく、バッフル板４４より下方であれば、例えば本体部２０の側面に接続してもよい。かかる場合においても、バッフル板４４により当該バッフル板４４より上方の空間のガス流れが整流されるので、排気機構８０の設置の自由度が向上する。

また、バッフル板４４の開口４４ａも必ずしも円形である必要はなく、例えば矩形状であったり、スリット状であったり、例えば図４に示すように、バッフル板４４と同心円の円弧状の長穴の開口９０であったりしてもよく、処理容器１０内で行われる処理の内容に応じて任意に設定できる。なお、処理容器１０の構成上、排気管８１を処理容器１０の本体部２０底部の中央部に設けることは困難であり、通常、排気管８１は図１に示すように載置台４１の外方に設けられる。そのため、排気管８１に近い開口４４ａからの排気流量は、排気管８１から遠い開口４４ａと比較して大きくなり、処理容器１０内の排気の流れに若干の偏りが生じる傾向がある。したがって、バッフル板４４に形成する開口４４ａの大きさは必ずしも同じである必要はなく、処理容器１０内のガス流れをさらに均一化するために、各開口４４ａの大きさを適宜調整してもよい。

具体的には、例えば図５に示すように、排気管８１に近い位置において、開口４４ａに代えて当該開口４４ａよりも小さい開口９１を形成し、当該開口９１からの排気を制限することで、各開口４４ａ、９１間の排気が均一になるようにしてもよい。あるいは、図６に示すように、排気管８１から遠い位置において、開口４４ａよりも大きな開口９２を形成して、開口９２に排気が流れやすくすることで、各開口４４ａ、９２間の排気が均一になるようにしてもよい。また、当然に、排気管８１との距離に応じて開口４４ａの大きさを段階的に変えてもよい。

また、開口４４ａと他の開口４４ｂとは必ずしも別々に設ける必要はなく、例えば図７に示すように、支持部材３１との干渉を避け且つ処理容器１０内の排気を整流するように、開口４４ａと開口４４ｂを一体にした開口９３を形成してもよい。

さらには、バッフル板４４により排気の整流を行うにあたっては、例えば図８に示すように、開口に代えて、バッフル板４４の一部に切り欠き１００を形成し、当該切り欠き１００を介して処理容器１０内の排気を行うようにしてもよい。

なお、本発明者は、確認試験として本実施の形態にかかる基板処理装置１においてＣＯＲ処理を行った際の、処理容器１０内の温度分布を測定した。その結果を図９に示す。なお、図９では温度分布を等高線で表しており、等高線の１つのピッチは概ね０．３℃である。

図９に示すように、ウェハＷの面内温度差は、最大と最小で概ね３℃程度に抑えられている。また、本発明者らが、円筒部２２、シースヒータ４２及びバッフル板４４を有していない従来の基板処理装置により同様のＣＯＲ処理を行ったところ、処理容器内における温度分布の傾向は図９に示される状態と大差はないものの、ウェハＷの面内温度差は概ね１５℃程度となることが確認されている。したがってこの結果から、バッフル板４４及びシースヒータ４２を備えた円筒部２２により、処理容器１０内の温度の均一性が向上していることが確認できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。上述の実施の形態は、ウェハにＣＯＲ処理を行う場合を例にして説明したが、本発明は処理ガスを用いる他のウェハ処理、例えばプラズマ処理などにも適用できる。

１ 基板処理装置
１０ 処理容器
１１ 載置台
２０ 本体部
２１ フランジ
２２ 円筒部
２３ 蓋体
３０ 温度調整機構
３１ 支持部材
３２ ゲートバルブ
４０ 側壁
４１ 溝部
４２ シースヒータ
４３ 係止部材
４４ バッフル板
５０ シャワーヘッド
５２ シャワープレート
Ｗ ウェハ

Claims (4)

1. 基板を処理する基板処理装置であって、
   基板を気密に収容する処理容器と、
   前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
   前記処理容器内を排気する排気機構と、を有し、
   前記処理容器は、上面が開口した有底の本体部と、前記本体部の上面を気密に塞ぐフランジ及び前記本体部より直径が小さく且つ前記載置台の外側面より直径が大きな側壁を備えた円筒形状の円筒部と、前記フランジの上面に設けられ、前記本体部の開口を気密に塞ぐ蓋体と、を有し、
   前記フランジの上面には下方に凹に窪んだ溝部が形成され、
   前記溝部にはヒータが配置され、
   前記円筒部の側壁は前記載置台の上面よりも下方に延伸して形成され、且つ前記側壁の下端には、当該側壁の中心方向に向けて突出する係止部材が設けられ、
   前記係止部材の上面には、複数の開口が形成されたバッフル板が配置されていることを特徴とする、基板処理装置。
2. 前記フランジの溝部及びヒータは前記フランジの全周にわたって設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記バッフル板は、前記載置台の下面の全面を覆うように形成されていることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の基板処理装置。
4. 前記円筒部は、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ℃以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理装置。

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