基板保持具以及基板处理装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种基板保持具以及基板处理装置。用于多层地保持多个基板的基板保持具包括圆环状构件，该圆环状构件设置于相邻的基板之间，在与基板的要被等离子体处理的被处理面相对的面的外周缘部具有凸部。
【专利说明】
基板保持具以及基板处理装置
技术领域
[0001]本发明涉及基板保持具以及基板处理装置。【背景技术】
[0002]公知有对多个晶圆一并(成批次地)进行成膜处理的立式的基板处理装置。在立式的基板处理装置中，将以层叠多个晶圆的方式保持多个晶圆的晶圆舟皿收容于处理容器， 从气体供给部件向晶圆供给处理气体，从而进行成膜处理。
[0003]例如在日本特开2010 —132958号公报中公开了一种立式的基板处理装置，该基板处理装置包括以层叠多个晶圆的方式保持多个晶圆的晶圆舟皿，该晶圆舟皿包括具有圆形孔的环，该环配置于各个晶圆的正上方。在该立式的基板处理装置中，以环的圆形孔的直径从晶圆舟皿的下端朝向上端递增的方式配置了环。
[0004]然而，在日本特开2010 —132958号公报的结构中，等离子体直接作用于晶圆的外周缘部，因此，形成于晶圆的外周缘部的膜有时变薄。因此，需要对膜厚的面内均匀性进一步进行改善。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一技术方案，提供一种多层地保持多个要进行等离子体处理的基板的基板保持具。所述基板保持具包括圆环状构件，该圆环状构件设置于相邻的所述基板之间，在与所述基板的要被等离子体处理的被处理面相对的面的外周缘部具有凸部。【附图说明】
[0006]图1是一实施方式的基板处理装置的概略纵剖视图。
[0007]图2是图1的基板处理装置的概略横剖视图。
[0008]图3是表示晶圆舟皿的一个例子的图。
[0009]图4是例示圆环状构件的概略侧视图。
[0010]图5是例示圆环状构件的概略立体图。
[0011]图6是表示形成于被配置于晶圆舟皿的上端部分的晶圆上的Si02膜的膜厚的测量结果的图表。
[0012]图7是表示形成于被配置于晶圆舟皿的中央部分的晶圆上的Si02膜的膜厚的测量结果的图表。
[0013]图8是表示形成于被配置于晶圆舟皿的下端部分的晶圆上的Si02膜的膜厚的测量结果的图表。【具体实施方式】
[0014]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在本说明书以及附图中，通过对实质上具有相同的功能构成的构成要素标注相同的附图标记，省略重复的说明。
[0015](基板处理装置的结构)
[0016]对包括一实施方式的基板保持具的基板处理装置的一个例子进行说明。图1是一实施方式的基板处理装置1的概略纵剖视图。图2是图1的基板处理装置1的概略横剖视图。
[0017]如图1以及图2所示，基板处理装置1具有沿着铅垂方向设置且下端开口的有顶的纵长圆筒体状的处理容器24。该处理容器24例如由石英形成。在该处理容器24内，在靠近上端的位置设置有石英制的顶板26,对处理容器24的上侧内部空间进行密封。另外，为了提高排气特性而将该处理容器24的下端部的内径设定得稍大，其下端开口。该下端部也可以与例如不锈钢制的圆筒体状的歧管连结。
[0018]基板处理装置1具有能够呈多层载置许多半导体晶圆W的石英制的晶圆舟皿28。半导体晶圆W是被处理体的一个例子，晶圆舟皿28是基板保持具的一个例子。晶圆舟皿28构成为，能够升降，能够经由下端开口部向处理容器24输入以及经由下端开口部从处理容器24 输出。在本实施方式中，该晶圆舟皿28的支柱281构成为能够以大致等间距的方式多层地支承例如50张?150张左右的直径为300mm的晶圆W。[〇〇19]该晶圆舟皿28隔着石英制的保温筒30载置于台32上，该台32被支承于旋转轴36 上，该旋转轴36贯通对处理容器24的下端开口部进行开闭的例如不锈钢制的盖部34。并且， 在供该旋转轴36贯通盖部34的贯通部夹设有例如磁性流体密封38,将该贯通部气密地密封且将旋转轴36支承成能够旋转。另外，在盖部34的周边部和处理容器24的下端部夹设有例如由0形密封圈等构成的密封构件40,对处理容器24进行密封。
[0020]上述旋转轴36安装于被支承于例如舟皿升降机等升降机构(未图示)的臂42的顶端，构成为，能够使晶圆舟皿28以及盖部34等一体地升降，而向处理容器24输入以及从处理容器24输出。另外，也可以将台32固定于盖部34,不使晶圆舟皿28旋转地进行晶圆W的处理。 并且，该处理容器24的下端部安装并支承于例如由不锈钢形成的底板44。[〇〇21]在该处理容器24的下部设置有向处理容器24内供给要进行等离子体化的第1气体的第1气体供给部件46以及向处理容器24内供给第2气体的第2气体供给部件48。具体而言， 第1气体供给部件46具有由石英管构成的第1气体喷嘴50,该第1气体喷嘴50向内侧贯通处理容器24的下部的侧壁并向上弯曲后延伸。该第1气体喷嘴50是沿着其长度方向以预定的间隔形成有多个(很多)气体喷射孔50A的分散形的气体喷嘴，构成为能够从各气体喷射孔 50A朝向水平方向大致均匀地喷射第1气体。[〇〇22]另外，同样地，第2气体供给部件48也具有由石英管构成的第2气体喷嘴52,该第2 气体喷嘴52向内侧贯通处理容器24的下部的侧壁并向上弯曲后延伸。第2气体喷嘴52是沿着其长度方向以预定的间隔形成有多个(很多)气体喷射孔52A的分散形的气体喷嘴，构成为能够从各气体喷射孔52A朝向水平方向大致均匀地喷射第2气体。另外，在分别与第1气体喷嘴50以及第2气体喷嘴52连接的气体通路46A、48A的中途，分别夹设有对气体流量进行控制的质量流量控制器那样的流量控制器46B、48B以及开闭阀46C、48C。[〇〇23]另外，在此只示出供给第1气体和第2气体的第1气体供给部件46和第2气体供给部件48,但在使用更多的气体种类的情况下，也可以与此相对应地进一步设置其他的气体供给部件。另外，虽未图示，但也可以设置有用于供给例如N2等吹扫气体的气体供给部件、供给用于去除不需要的膜的清洁气体、例如HF系气体的清洁气体供给系统。[〇〇24] 并且，在该处理容器24的下部的侧壁形成有排气口 54。并且，该排气口 54与夹设有压力调整阀56A、真空栗56B等的真空排气系统56连接，能够对处理容器24内的气氛进行抽真空而维持在预定的压力。[〇〇25] 并且，在处理容器24中形成有活化部件58,该活化部件58沿着该处理容器24的长度方向设置，通过利用高频电力产生的等离子体使第1气体活化。也如图2所示，该活化部件 58主要由如下构件构成:等离子体形成箱62,其是由沿着处理容器24的长度方向设置的等尚子体划分壁60划分形成的；沿着该等尚子体划分壁60的长度方向设置于该等尚子体划分壁60的等离子体电极64;以及与该等离子体电极64连接的高频电源66。[〇〇26]具体而言，等离子体形成箱62是这样形成的:在处理容器24的侧壁形成预定宽度的、上下细长的开口68,由上下细长的等离子体划分壁60在外侧覆盖该开口68。等离子体划分壁60例如是石英制的，具有日文3字状的截面，被气密地焊接接合于处理容器24的外壁。 [〇〇27]由此，该处理容器24的侧壁的一部分向外侧突出，形成截面日文3字状的等离子体形成箱62。等离子体形成箱62的一侧是开口68,与处理容器24的处理空间连通。即、等离子体划分壁60的内部空间成为等离子体形成区域，与处理容器24内的处理空间连通。开口 68沿着上下方向形成得足够长，以便能够在高度方向上涵盖被保持于晶圆舟皿28的全部晶圆W。并且，在等离子体划分壁60的两侧壁的外侧面，以彼此相对的方式设置有一对等离子体电极64。该等离子体电极64整体地沿着等离子体形成箱62的长度方向形成。[〇〇28]并且，各等离子体电极64分别与供电线70连接，该供电线70经由用于谋求阻抗匹配的匹配电路71与等离子体发生用的高频电源66连接。利用从该高频电源66供给的高频电力在等离子体形成箱62内形成等离子体。在此，作为高频电源66的频率，可使用例如 13.56MHz，但并不限定于此，能够使用4MHz?27.12MHz的范围内的频率。[〇〇29]并且，在处理容器24内向上方延伸去的第1气体喷嘴50在中途向处理容器24的半径方向外方弯曲，位于等离子体形成箱62内的最进深(离处理容器24的中心最远的部分)的位置，沿着该最进深的部分朝向上方立起地设置。因而，在高频电源66被连通时，从第1气体喷嘴50的各气体喷射孔50A喷射出来的第1气体在此被等离子体活化，一边朝向处理容器24 的中心扩散一边流动。另外，也可以是，第1气体喷嘴50没有贯通处理容器24的侧壁而是直接贯通等离子体划分壁60的下端部地设置。
[0030]另外，在处理容器24的开口68的一个边缘立起地设置有第2气体喷嘴52。从第2气体喷嘴52的各气体喷射孔52A朝向处理容器24的中心方向喷射第2气体。并且，在如此形成的处理容器24的外侧设置有屏蔽壳体72和在等离子体处理过程中使冷却气体向该屏蔽壳体72内流动的冷却机构74。具体而言，在处理容器24的外侧，设置有以也包括上端在内地包围整个处理容器24的方式成形成为例如圆筒状的屏蔽壳体72。该屏蔽壳体72由铝、不锈钢等金属形成并接地，将来自活化部件58的高频阻断而不向外侧泄露。[〇〇31]该屏蔽壳体72的下端部与底板44连接，高频也不从该下方泄露。该屏蔽壳体72的屏蔽值(相对导电率X相对导磁率X板厚)越高越好，使用了例如SUS304 (不锈钢的种类)的情况的板厚设定为1.5mm以上为佳。另外，在收容例如直径为300mm的晶圆W的处理容器24的直径为450_左右的情况下，屏蔽壳体72的直径为600_左右。
[0032]并且，安装于该屏蔽壳体72的冷却机构74包括:设置于该屏蔽壳体72的下端部并用于引入冷却气体的进气集管部76;以及设置于屏蔽壳体72的上端部并用于对屏蔽壳体72 内的气氛进行排气的排气集管部78，如箭头84所示冷却气体沿着屏蔽壳体72和处理容器24之间的空间82流动。并且，该排气集管部78与排气源80连接。该排气源80在此由被设置于清洁室的、对包括该基板处理装置1的各装置内进行排气的工厂管道83构成，在该工厂管道83 的下游侧设置有大型的排气扇(未图示)，对整个工厂内进行排气。[〇〇33]进气集管部76包括:在屏蔽壳体72的侧壁上沿着其周向设置的气体流通管道86; 在屏蔽壳体72的侧壁上沿着其周向以恒定的间隔形成的气体流通孔88;以及设置于气体流通管道86并用于引入冷却气体的气体导入口 90。气体流通管道86在此截面被成形成大致矩形形状，以呈环状包围屏蔽壳体72的下端部的周围的方式设置。[〇〇34]并且，在该气体流通管道86的顶部，以在屏蔽壳体72的直径方向上相对的方式形成有一对(2个)气体导入口 90。气体流通孔88在此沿着屏蔽壳体72的周向形成为长方形状， 整体上以等间隔地配置了 4个气体流通孔88。因而，从两个气体导入口 90引入到气体流通管道86内的冷却气体一边沿着该气体流通管道86流动，一边从长方形状的气体流通孔88流入屏蔽壳体72内。
[0035]在该情况下，为了使冷却气体均匀地流动，优选将气体导入口 90设置于相邻的气体流通孔88之间的中间点。该气体流通孔88的数量并不限定于四个，既可以设置有两个、三个、或五个以上，也可以如冲孔金属板(日文夕少)那样形成为环状。另外，为了提高高频的屏蔽效果，也可以将冲孔金属板安装于气体流通孔88。
[0036]并且，在此，以与上述两个气体导入口 90连接的方式设置有半圆弧状的冷却气体引导管道92。在该冷却气体引导管道92的中央部设置有气体入口 94,并且在其两端分别形成有与各气体导入口 90连通的开口 96。在此，清洁室内的始终被维持在23 °C?27 °C左右的清浄空气被用作冷却气体。由从气体导入口 90导入的清浄空气构成的冷却气体在冷却气体引导管道92内流动而从开口 96以及气体导入口 90流入环状的气体流通管道86，在气体流通管道86内分成两个方向流动，从气体流通孔88流入屏蔽壳体72内。实际上，气体入口 94与未图示的供气路径连接，如箭头120所示，将与清洁室同样的温度的清浄空气从该供气路径向冷却气体引导管道92内导入。[〇〇37]另外，既可以不设置有冷却气体引导管道92而从两个气体导入口 90直接引入冷却气体，也可以设置更多的气体导入口 90。
[0038]另一方面，设置于屏蔽壳体72的上端部的排气集管部78包括:形成于堵塞屏蔽壳体72的端面的端板98的气体流通孔100;以包围且覆盖该气体流通孔100的方式设置的箱状的排气箱102;设置于该排气箱102的气体排气口 104;以及与该气体排气口 104连接并与作为排气源80的工厂管道83连接的排气路径106。
[0039]端板98作为屏蔽壳体72的顶板发挥功能，该端板98也由对高频具有屏蔽功能的金属板、例如不锈钢形成。形成于该端板98的气体流通孔100是排列多个直径较小的冲孔100A 而形成的，使从下方上升来的冷却气体经由冲孔100A向上方流动的同时，提高相对于高频的屏蔽性。即，在此，作为端板98,能够使用在中央部侧形成有多个孔的冲孔金属板。在该情况下，该气体流通孔100也可以形成为大口径的1个孔。也可以在该大口径的气体流通孔100 安装冲孔金属板。
[0040]经由多个冲孔100A流出的冷却气体从气体排气口 104朝向工厂管道83侧流动。另夕卜，也可以是，不是将气体排气口 104设置于排气箱102的侧壁而是设置于排气箱102的顶部，将冷却气体向上方排出。另外，在排气路径106上夹设有流量控制阀113,以能够控制排气风量。
[0041]该基板处理装置1的整体动作的控制、例如气体的供给的开始以及停止、高频电源 66的电力的设定、高频电源66的连通?断开、工艺压力的设定等可由包括例如计算机的装置控制部114进行。另外，该装置控制部114具有存储用于对基板处理装置1整体的动作进行控制的程序的、计算机可读取的存储介质116。存储介质116例如是软盘、CD (Compact Disc)、硬盘、闪存或DVD(Digital Versatile Disk)。[〇〇42]接着，对要向前述的处理容器24内收容的晶圆舟皿28详细地进行说明。图3是表示晶圆舟皿28的一个例子的图。图4是例示圆环状构件284的概略侧视图。图5是例示圆环状构件284的概略立体图。具体而言，图5是从晶圆W的被处理面那一侧观察圆环状构件284时的圆环状构件284的局部放大图。[〇〇43]晶圆舟皿2 8整体由耐热性材料、例如石英构成，例如，如图3所示，具有6根支柱 281。另外，6根支柱281各自的上端被固定于顶板282，下端被固定于底板283。[〇〇44]支柱281以预定的间隔被配置于顶板282以及底板283各自的两个大致半圆区域中的一者。由此，从与配置有支柱281的一个半圆区域相反的一侧的另一个半圆区域，相对于处理容器24输入或输出晶圆W。另外，在图3中，6根支柱281大致等间隔地配置成大致半圆弧状，但对支柱281的根数以及支柱281所配置的间隔并没有特别限定。[〇〇45]另外，在图3中，在支柱281上，多个圆环状构件284以水平姿态沿着支柱281的长度方向以预定的间距L1安装。[〇〇46]如图4以及图5所示，圆环状构件284具有:沿着该圆环状构件284的与晶圆W的被处理面相对的面的外周缘部设置且向下(朝向晶圆W的被处理面的方向)突出的凸部284a;和设置于圆环状构件284的外侧端部的一部分且朝向半径方向的内侧凹陷而成的缺口部 284b。另外，圆环状构件284使缺口部284b的位置与支柱281的位置相对应并例如通过焊接安装并保持于支柱281。[〇〇47] 如图3以及图4所示，圆环状构件284的外径大于晶圆W的外径。并且，设置有从圆环状构件284的上表面的内周缘部向上方突出并且向半径方向的内侧突出的3个爪部285。晶圆W的周缘部下表面被载置于爪部285的顶端部。3个爪部285被安装于能够对晶圆W进行3点支承的位置。由此，晶圆W和圆环状构件284沿着长度方向隔着间隔交替地配置。
[0048]另外，在图3中，对如下结构进行了说明:通过将晶圆W载置于设置于圆环状构件 284的爪部285,晶圆W和圆环状构件284沿着晶圆舟皿28的长度方向隔开间隔交替地配置， 但本发明并不限定于此。也可以是，例如，在晶圆舟皿28形成有用于载置晶圆W的槽部，通过将晶圆W直接载置于槽部，将晶圆W和圆环状构件284沿着晶圆舟皿28的长度方向隔开间隔交替地配置。[〇〇49](基板处理方法)
[0050]对使用了前述的基板处理装置1的基板处理方法的一个例子进行说明。另外，以下，以如下情况为例进行说明:通过在室温附近进行使用了基板处理装置1的等离子体ALD (Atomic Layer Deposit1n:原子层沉积)成膜处理，在晶圆W的被处理面形成氧化娃膜 (Si02膜)。在该情况下，使用氧气作为利用等离子体活化的第1气体，使用硅烷系气体作为第2气体。通过交替地供给硅烷系气体和氧气并利用等离子体将氧气活化，从而在晶圆W的表面形成Si02膜。然而，基板处理方法并不限定于此。所成膜的膜种也可以是其他膜种。另夕卜，以等离子体ALD成膜处理为例进行说明，但也能够应用于等离子体CVD(Chemical Vapor Deposit1n:化学气相沉积)处理、等离子体改性处理、等离子体氧化扩散处理、等离子体溅射处理、等离子体氮化处理等使用等离子体的其他基板处理。[〇〇511 首先，使载置有例如50张?150张的直径为300mm的晶圆W的状态下的晶圆舟皿28 从设定为室温、例如23°C?27°C左右的处理容器24的下方上升而装载于该处理容器24内。 并且，通过用盖部34关闭处理容器24的下端开口部，使处理容器24内密闭。[〇〇52]接着，对处理容器24内进行抽真空而维持在预定的工艺压力，将氧气和硅烷系气体分别从第1气体供给部件46以及第2气体供给部件48向处理容器24内交替且间歇地供给。 此时，在供给氧气的整个供给时间的至少一部分的供给时间中，使高频电源66连通，在活化部件58的等离子体形成箱62内形成等离子体。由此，在支承于旋转着的晶圆舟皿28的晶圆W 的表面形成Si02膜。[0〇53]更具体而言，氧气从第1气体喷嘴50的气体喷射孔50A向水平方向喷射，硅烷系气体从第2气体喷嘴52的气体喷射孔52A向水平方向喷射，这些气体在晶圆W的表面上发生反应而形成Si02膜。在该情况下，各个气体不是连续地供给，而是在彼此相同的时刻或不同的时刻供给。并且，在不同的时刻供给的气体在该不同的时刻之间隔着间歇期间(吹扫期间) 而交替且间歇地反复供给，Si02膜的薄膜一层一层地反复层叠于晶圆W上。并且，在使氧气流动时，高频电源66被连通而形成等离子体，将所供给的氧气活化而产生活性种等，反应 (分解)被促进。此时的高频电源66的功率例如能够设为50W?3kW的范围内。[〇〇54](作用?效果)
[0055]对本实施方式的晶圆舟皿28以及基板处理装置1的作用?效果进行说明。[〇〇56]本实施方式的晶圆舟皿28呈搁板状保持多个晶圆W，用于对多个晶圆W进行等离子体处理。并且，具有圆环状构件284,该圆环状构件284设置于相邻的晶圆W之间，在与晶圆W 的被处理面相对的面的外周缘部具有凸部284a。因此，设置于圆环状构件284的凸部284a阻碍从第1气体喷嘴50的气体喷射孔50A喷射并被活化部件58活化了的第1气体中的一部分到达晶圆W。[〇〇57]具体而言，在高频电源66被连通时，从第1气体喷嘴50的气体喷射孔50A喷射出来的第1气体在等离子体形成箱62内被活化而成为离子成分、自由基成分等活性种，并一边朝向处理容器24的中心扩散一边流动。在此，若离子成分到达晶圆W，则形成于晶圆W的表面的膜变薄。因此，离子成分容易到达的、晶圆W的外周缘部(在图4中用“A”表示。)的膜厚薄于中央部分的膜厚。[〇〇58]然而，若使用本实施方式的晶圆舟皿28,则设置于圆环状构件284的凸部284a阻碍大部分离子成分到达晶圆W。因此，能够抑制膜在晶圆W的外周缘部处变薄。作为结果，能够提尚I旲厚的面内均勾性。[〇〇59]另外，自由基成分的扩散距离较长，因此，即使是在圆环状构件284设置有凸部 284a的情况，自由基成分也充分地到达晶圆W。因此，在晶圆W的表面利用自由基成分形成膜。
[0060]本实施方式的基板处理装置1具有前述的晶圆舟皿28。因此，能够提高膜厚的面内均匀性。
[0061](实施例)
[0062] 使用本实施方式的晶圆舟皿28在直径为300mm的硅晶圆上形成了Si02膜(以下称为“实施例”。)。另外，为了进行比较，使用包括不具有前述的凸部284a的圆环状构件的晶圆舟皿，在直径为300mm的硅晶圆上形成了 Si02膜(以下称为“比较例”。)。[〇〇63]另外，在实施例以及比较例中，在硅晶圆上形成了Si02膜之后，对形成于被配置于晶圆舟皿28的上端部分、中央部分以及下端部分的硅晶圆上的Si02膜的膜厚进行了测量。
[0064]图6、图7以及图8分别是表示形成于被配置于晶圆舟皿28的上端部分、中央部分以及下端部分的硅晶圆上的Si02膜的膜厚的测量结果的图表。在图6?图8中，纵轴表示相对于目标膜厚的偏差(％ )，横轴表示距硅晶圆的中心的距离(mm)。另外，在图6?图8中，圆标记表示实施例的测量结果，三角标记表示比较例的测量结果。[〇〇65]如图6?图8所示，在晶圆舟皿28的上端部分、中央部分、下端部分中的任一个部分，实施例的硅晶圆的外周缘部处的相对于目标膜厚的偏差都小于比较例的硅晶圆的外周缘部处的相对于目标膜厚的偏差。即、能够确认出:通过使用本实施方式的晶圆舟皿28,膜厚的面内均匀性得以提高。
[0066]以上，利用实施例对基板保持具以及基板处理装置进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例，在本发明的范围内能够进行各种变形以及改良。[〇〇67]本申请基于2015年3月12日提出申请的日本优先权申请2015-049379,在此援引该日本优先权申请的内容作为构成本说明书的一部分的内容。
【主权项】
1.一种基板保持具，其用于多层地保持多个要进行等离子体处理的基板，其中，该基板保持具包括圆环状构件，该圆环状构件设置于相邻的所述基板之间，在与所述 基板的要被等离子体处理的被处理面相对的面的外周缘部具有凸部。2.根据权利要求1所述的基板保持具，其中，所述圆环状构件的外径大于所述基板的外径。3.根据权利要求1所述的基板保持具，其中，所述圆环状构件具有用于保持所述基板的与被处理面相反的一侧的面的爪部。4.一种基板处理装置，其包括:基板保持具，其用于多层地保持多个要进行等离子体处理的基板；处理容器，其用于收容所述基板保持具；气体供给部件，其沿着所述处理容器的长度方向设置，用于向所述基板保持具供给处 理气体；活化部件，其沿着所述处理容器的长度方向设置，用于使所述处理气体活化，所述基板保持具包括圆环状构件，该圆环状构件设置于相邻的所述基板之间，在与所 述基板的要被等离子体处理的被处理面相对的面的外周缘部具有凸部。
【文档编号】H01L21/683GK105970189SQ201610140383
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】及川大海
【申请人】东京毅力科创株式会社