基板处理装置和基板处理方法与流程

1.本公开涉及基板处理装置和基板处理方法。


背景技术：

2.公知有一种成膜方法，在该成膜方法中，在处理容器内配置多个晶圆，自多个晶圆的侧方的规定的位置沿着多个晶圆的表面供给成膜原料气体，利用由成膜原料气体产生的反应活性种，在多个晶圆上形成规定的膜(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中，自与规定的位置不同的位置向多个晶圆的表面供给有浓度调整用的气体。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2018
‑
195727号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.本公开提供一种能够使处理的面内均匀性提高的技术。
8.用于解决问题的方案
9.本公开的一技术方案所涉及的基板处理装置包括：处理容器，其具有大致圆筒形状；气体喷嘴，其沿着所述处理容器的内壁内侧在铅垂方向上延伸设置，在内部形成气体流路；以及气体喷出部，其设于所述处理容器之上，与所述气体流路连通，对自所述气体喷嘴导入的气体进行分配并将其自所述处理容器的外周部喷出。
10.发明的效果
11.根据本公开，能够使处理的面内均匀性提高。
附图说明
12.图1是表示实施方式的基板处理装置的一个例子的概略图。
13.图2是图1的ii－ii截面向视图。
14.图3是表示喷嘴支承部的一个例子的剖视图。
15.图4是表示稀释气体喷出部的一个例子的立体图(1)。
16.图5是表示稀释气体喷出部的一个例子的立体图(2)。
17.图6是从侧方观察稀释气体喷出部时的图。
18.图7是从上方观察稀释气体喷出部时的图。
19.图8是从下方观察稀释气体喷出部时的图。
20.图9是放大地表示图8的局部的立体图。
21.图10是从上方观察内管时的图。
22.图11是放大地表示稀释气体喷出部的嵌合部的立体图。
23.图12是放大地表示稀释气体喷出部的嵌合部的剖视图。
24.图13是放大地表示稀释气体喷出部的喷出部的剖视图。
25.图14是表示稀释气体喷出部的分配部的外观的立体图。
26.图15是表示稀释气体喷出部的分配部的内部的立体剖视图。
27.图16是用于说明稀释气体的流动的图(1)。
28.图17是用于说明稀释气体的流动的图(2)。
29.图18是用于说明分析模型的图。
30.图19是表示晶圆的面内的成膜速度的数值分析结果的图。
31.图20是表示晶圆的面内的膜厚的均匀性的数值分析结果的图。
具体实施方式
32.以下，参照附图，说明本公开的非限定性的例示的实施方式。在全部附图中，对相同或对应的构件或部件标注相同或对应的附图标记，并省略重复的说明。
33.〔基板处理装置〕
34.参照图1～图3说明实施方式的基板处理装置的一个例子。图1是表示实施方式的基板处理装置的一个例子的概略图。图2是图1的ii－ii截面向视图。图3是表示喷嘴支承部的一个例子的剖视图。
35.基板处理装置1包括处理容器10、气体供给部30、排气部50、加热部70、稀释气体喷出部100以及控制部90。
36.处理容器10收容舟皿16。舟皿16将多个基板在铅垂方向上具有间隔地保持为大致水平。基板例如可以为半导体晶圆(以下称作“晶圆w”。)。处理容器10具有内管11和外管12。内管11也被称作内筒，形成为下端开放的有顶的大致圆筒形状。内管11的顶部11a例如形成为平坦。外管12也被称作外筒，形成为下端开放并覆盖内管11的外侧的有顶的大致圆筒形状。内管11和外管12以同轴状配置而成为双层管构造。内管11和外管12例如由石英等耐热材料形成。
37.在内管11的一侧沿着其长度方向(铅垂方向)形成有收容气体喷嘴的收容部13。对收容部13而言，例如图2所示，通过使内管11的侧壁的局部朝向外侧突出而形成凸部14，将凸部14内形成为收容部13。与收容部13相对地在内管11的位于相反的一侧的侧壁沿着其长度方向(铅垂方向)形成有矩形状的开口15。开口15为以能够将内管11内的气体排出的方式形成的气体排出口。开口15通过开口15的长度与舟皿16的长度相同或者长于舟皿16的长度地沿上下方向分别延伸而形成。
38.处理容器10的下端被例如由不锈钢形成的大致圆筒形状的歧管17所支承。在歧管17的上端形成有凸缘18，将外管12的下端设置在凸缘18上而对其进行支承。将o形密封圈等密封构件19夹在外管12的下端与凸缘18之间而使外管12内成为气密状态。
39.在歧管17的上部的内壁设有圆环形状的支承部20，将内管11的下端设置在支承部20上而对其进行支承。在歧管17的下端的开口借助o形密封圈等密封构件22气密地安装有盖体21，而气密地封闭处理容器10的下端的开口、即歧管17的开口。盖体21例如由不锈钢形成。
40.在盖体21的中央部借助磁性流体密封件23贯穿地设有旋转轴24，该旋转轴24将舟皿16支承为能够旋转。旋转轴24的下部以旋转自如的方式支承于由舟皿升降机构成的升降
机构25的臂25a。
41.在旋转轴24的上端设有旋转板26，在旋转板26上借助石英制的保温台27载置有用于保持晶圆w的舟皿16。因而，通过使升降机构25升降，从而盖体21和舟皿16一体地上下移动，而能够相对于处理容器10内插拔舟皿16。
42.气体供给部30安装于歧管17。气体供给部30具有稀释气体喷嘴32、喷嘴支承部33以及多个(例如7个)处理气体喷嘴31a～31g。
43.如图2所示，处理气体喷嘴31a～31g位于内管11的内壁内侧的收容部13，并以沿着周向成为一列的方式相互空开间隔地配设。此外，在图1中，省略处理气体喷嘴31b～31g的图示。各处理气体喷嘴31a～31g在内管11的内壁内侧沿着内管11的长度方向(铅垂方向)延伸设置，且下端插入于喷嘴支承部33。各处理气体喷嘴31a～31g为截面呈圆形的直管，例如由石英形成。各处理气体喷嘴31a～31g的顶端(上端)封闭，并在基端(下端)具有开口。在各处理气体喷嘴31a～31g沿着长度方向以规定的间隔开设有多个气体孔36a～36g。多个气体孔36a～36g例如朝向内管11的中心侧(晶圆w侧)。
44.该处理气体喷嘴31a～31g将自处理气体供给源34导入的各种处理气体自多个气体孔36a～36g朝向搭载于舟皿16的多个晶圆w喷出。作为各种处理气体，例如可列举含有硅或金属的原料气体、含有氧或氮的反应气体等成膜气体。
45.如图2所示，稀释气体喷嘴32位于内管11的内壁内侧的收容部13，并沿着周向与处理气体喷嘴31g空开间隔地配设。稀释气体喷嘴32在内管11的内壁内侧沿着内管11的长度方向延伸设置，且上端与稀释气体喷出部100的嵌合部121嵌合，下端插入于喷嘴支承部33。稀释气体喷嘴32为截面呈圆形的直管，例如由石英形成。稀释气体喷嘴32在基端(下端)具有开口32a(参照图3)，在顶端(上端)具有开口32b(参照图12)。
46.该稀释气体喷嘴32使自稀释气体供给源35导入的稀释气体经由嵌合部121向稀释气体喷出部100流通。作为稀释气体，例如可列举氮气、氩气等非活性气体。此外，对于稀释气体喷出部100后述说明。
47.如图3所示，喷嘴支承部33贯穿处理容器10地设置，在处理容器10的内部支承处理气体喷嘴31a～31g和稀释气体喷嘴32的下端。喷嘴支承部33在内部包含使气体流通的气体流路33a。气体流路33a使自处理气体供给源34导入的各种处理气体向处理气体喷嘴31a～31g流通，并使自稀释气体供给源35导入的稀释气体向稀释气体喷嘴32流通。
48.排气部50将自内管11内经由开口15排出、并经由内管11与外管12之间的空间p1自气体出口51排出的气体排出。气体出口51形成于歧管17的上部的侧壁，且是支承部20的上方。在气体出口51连接有排气通路52。在排气通路52依次设有压力调整阀53和真空泵54，而能够对处理容器10内进行排气。
49.加热部70设于外管12的周围。加热部70例如设于底板28上。加热部70以覆盖外管12的方式具有大致圆筒形状。加热部70例如包含发热体，加热处理容器10内的晶圆w。
50.控制部90控制基板处理装置1的各部分的动作。控制部90例如可以为计算机。用于进行基板处理装置1的各部分的动作的计算机的程序存储于存储介质。存储介质例如可以是软盘、光盘、硬盘、闪存、dvd等。
51.〔稀释气体喷出部〕
52.参照图4～图15，说明实施方式的基板处理装置1所具备的稀释气体喷出部100的
一个例子。图4是表示稀释气体喷出部100的一个例子的立体图，表示将稀释气体喷出部100安装于内管11之上的状态。图5是表示稀释气体喷出部100的一个例子的立体图，表示将稀释气体喷出部100从内管11之上拆除了的状态。图6是从侧方观察稀释气体喷出部100时的图。图7是从上方观察稀释气体喷出部100时的图。图8是从下方观察稀释气体喷出部100时的图。
53.稀释气体喷出部100设于内管11之上。稀释气体喷出部100对自稀释气体喷嘴32导入的稀释气体进行分配，并将其自内管11的外周部向内管11内喷出。稀释气体喷出部100包含盖110、流入部120、流出部130以及分配部140。
54.盖110具有大于内管11的顶部11a的圆板形状，并安装于内管11之上。在盖110的下表面设有位置限定部111。图9是放大地表示图8的局部的立体图。
55.位置限定部111包含多个(例如3个)突起111a～111c。多个突起111a～111c沿着盖110的周向互相空开间隔地配设。各突起111a～111c自盖110的下表面向下方延伸设置并且沿着盖110的周向呈圆弧状地延伸设置。各突起111a～111c配设于比内管11的顶部11a的外周部略靠外侧的位置。由此，将盖110安装于内管11之上时，各突起111a～111c的内表面与内管11的顶部11a的外壁接触，盖110的相对于内管11的位置被限定。
56.流入部120包含嵌合部121和水平部122。图10是从上方观察内管11时的图。图11是放大地表示稀释气体喷出部100的嵌合部121的立体图。图12是放大地表示稀释气体喷出部100的嵌合部121的剖视图。
57.嵌合部121具有上端封闭且下端开口的大致圆筒形状，贯穿内管11的顶部11a和盖110地设置。嵌合部121形成于俯视时与形成于内管11的顶部11a的贯通孔11b相同的位置，构成为下端能够与贯通孔11b嵌合。将稀释气体喷嘴32的顶端插入于嵌合部121。在嵌合部121的靠盖110的中心侧的位置形成有开口(未图示)。
58.水平部122沿着盖110的径向在水平方向上延伸设置。水平部122的一端与嵌合部121连接，且内部经由嵌合部121的开口与稀释气体喷嘴32的内部连通。水平部122的另一端与分配部140连接。
59.该流入部120利用嵌合部121和水平部122形成使自稀释气体喷嘴32导入的稀释气体向分配部140流通的流入路径。此外，嵌合部121和水平部122例如由石英等耐热材料形成。
60.流出部130包含多个(例如4个)水平部131a～131d和多个(例如4个)喷出部132a～132d。图13是放大地表示稀释气体喷出部100的喷出部132a的剖视图。
61.多个水平部131a～131d以将分配部140作为中心并呈放射状展开的方式在水平方向上延伸设置到盖110的外周部。各水平部131a～131d的一端与分配部140连接，另一端与喷出部132a～132d连接。
62.各喷出部132a～132d例如形成为上端和下端封闭的管状，自水平部131a～131d的另一端贯穿内管11的顶部11a和盖110并向下方延伸设置。各喷出部132a～132d的下端插入于通过在内管11的上部使侧壁的局部向外侧突出而形成的凸部11c内。在凸部11c形成有开口11d，各喷出部132a～132d经由开口11d插入于凸部11c内。各喷出部132a～132d在内管11的包含上部在内的局部的高度区域延伸设置，例如在包含搭载于舟皿16的上部的多个晶圆w在内的高度区域延伸设置。在各喷出部132a～132d沿着长度方向空开间隔地开设有多个
(例如4个)气体孔133a～133d。多个气体孔133a～133d例如朝向盖110的中心侧(晶圆w侧)。
63.该流出部130利用水平部131a～131d、喷出部132a～132d以及气体孔133a～133d形成将自分配部140导入的稀释气体向内管11内喷出的多个流出路径。此外，水平部131a～131d和喷出部132a～132d例如由石英等耐热材料形成。
64.分配部140具有圆环形状，在内部形成分配路径。图14是表示稀释气体喷出部100的分配部140的外观的立体图。图15是表示稀释气体喷出部100的分配部140的内部的立体剖视图。在分配部140的外壁形成有多个(例如5个)开口141，在多个开口141连接有水平部122和多个水平部131a～131d。由此，经由多个开口141，流入路径和分配路径连通，分配路径与多个流出路径连通。分配部140例如由石英等耐热材料形成。
65.参照图16和图17，说明利用稀释气体喷出部100向处理容器10内喷出的稀释气体的流动。图16是用于说明稀释气体的流动的图，是从侧方观察内管11和稀释气体喷出部100时的图。图17是用于说明稀释气体的流动的图，是从上方观察内管11和稀释气体喷出部100时的图。
66.如图16的箭头f1所示，自稀释气体供给源35导入到稀释气体喷嘴32的稀释气体在稀释气体喷嘴32内自下方向上方流动，并向稀释气体喷出部100导入。
67.如图17的箭头f2所示，导入到稀释气体喷出部100的稀释气体经由嵌合部121向水平部122导入，在水平部122内的流入路径中自外周部流动到中心侧，并向分配部140内的分配路径导入。
68.如图17的箭头f3所示，导入到分配路径的稀释气体向水平部131a～131d内的多个流出路径分配，在多个流出路径中自中心侧流动到外周部。然后，如图16的箭头f4所示，稀释气体在喷出部132a～132d内的流出路径中自上方向下方流动，并自多个气体孔133a～133d向内管11内喷出。
69.如此，根据稀释气体喷出部100，自搭载于收容在内管11内的舟皿16的上部的多个晶圆w的侧方沿着多个晶圆w的表面供给稀释气体。
70.另外，在实施方式的基板处理装置1中，在自搭载于收容在内管11内的舟皿16的多个晶圆w的侧方供给各种处理气体而形成膜时，搭载于舟皿16的上部的晶圆w的膜厚具有外周部厚于中央部的情况。于是，在实施方式中，在供给各种处理气体时，利用稀释气体喷出部100自搭载于舟皿16的上部的多个晶圆w的侧方沿着多个晶圆w的表面供给稀释气体。由此，在晶圆w的外周部，各种处理气体被稀释气体稀释，晶圆w的外周部的处理气体的浓度降低。因此，能够抑制晶圆w的外周部的膜厚厚于中央部的膜厚。其结果，能够使在晶圆w形成的膜的膜厚的面内均匀性提高。
71.另外，根据实施方式的基板处理装置1，由于具备包含多个喷出部132a～132b的稀释气体喷出部100，因而在自晶圆w的侧方的多个部位喷出稀释气体的情况下，也能够将稀释气体喷嘴32的根数设为一根。因此，相比于不具备稀释气体喷出部100的情况，能够将稀释气体喷嘴32的根数削减成1/4。
72.〔基板处理方法〕
73.对于实施方式的基板处理方法，以使用上述的基板处理装置1利用化学气相沉积(cvd：chemical vapor deposition)法在晶圆w形成氮化硅膜的方法为例进行说明。
74.首先，控制部90控制升降机构25，将保持有多个晶圆w的舟皿16向处理容器10内送
入，利用盖体21气密地封闭处理容器10的下端的开口，进行密闭。
75.接着，控制部90执行以下工序：自处理气体喷嘴31a～31g中的至少一个处理气体喷嘴向处理容器10内喷出六氯乙硅烷(hcd)气体，自其他的至少一个处理气体喷嘴向处理容器10内喷出氨气。hcd气体和氨气为处理气体的一个例子。另外，控制部90执行以下工序：将经由稀释气体喷嘴32导入到稀释气体喷出部100的稀释气体在稀释气体喷出部100进行分配，并自处理容器10的上部的外周部喷出。氮气为稀释气体的一个例子。如此，通过一边自稀释气体喷出部100喷出氮气，一边自处理气体喷嘴31a～31g喷出hcd气体和氨气，从而在晶圆w形成氮化硅膜。
76.接着，控制部90停止hcd气体、氨气以及氮气的喷出，并控制升降机构25将舟皿16自处理容器10内送出。
77.如以上说明那样，根据实施方式的基板处理方法，通过一边自稀释气体喷出部100喷出氮气，一边自处理气体喷嘴31a～31g喷出hcd气体和氨气，从而在晶圆w形成氮化硅膜。由此，在晶圆w的外周部，各种处理气体被稀释气体稀释，晶圆w的外周部的处理气体的浓度降低。因此，能够抑制晶圆w的外周部的膜厚厚于中央部的膜厚。其结果，能够使在晶圆w形成的膜的膜厚的面内均匀性提高。
78.此外，自稀释气体喷出部100喷出稀释气体的时间段例如既可以是喷出hcd气体和氨气的整个时间段，也可以是喷出hcd气体和氨气的时间段中的一部分的时间段。
79.〔实施例〕
80.在实施例中，一边自实施方式所涉及的基板处理装置1的稀释气体喷出部100喷出氮气，一边自处理气体喷嘴喷出六氯乙硅烷(hcd)气体和氨气，并对形成了氮化硅膜时的膜厚进行了数值分析。氮气为稀释气体的一个例子，hcd气体和氨气为处理气体的一个例子。在数值分析中，使用了由ansys公司制作的通用流体分析软件(fluent)。
81.图18是用于说明分析模型的图。如图18所示，作为实施例，准备了在内管11内配设有气体喷嘴p1～p5和气体喷出部p11～p14的分析模型。
82.气体喷嘴p1～p5在内管11的内壁内侧的收容部13以沿着周向成为一列的方式相互空开间隔地配设，并设定为朝向晶圆w的中心喷出气体。
83.气体喷出部p11、p14配设于内管11的外周部的与形成有收容部13的一侧相反的一侧，设定为朝向晶圆w的中心喷出气体。另外，气体喷出部p11和气体喷出部p14配设于相对于连结收容部13的周向上的中心和晶圆w的中心wc的径向线l对称的位置。
84.气体喷出部p12、p13配设于内管11的外周部的形成有收容部13的一侧，设定为朝向晶圆w的中心喷出气体。另外，气体喷出部p12和气体喷出部p13配置在相对于径向线l对称的位置。
85.在实施例1中，计算出通过一边自4个气体喷出部p11～p14分别喷出氮气，一边自气体喷嘴p1喷出氮气、自气体喷嘴p2喷出hcd气体/氮气、自气体喷嘴p3喷出氨气从而形成的氮化硅膜的膜厚。其中，将自气体喷出部p11～p14分别喷出的氮气的流量设定为50sccm。另外，将自气体喷嘴p1喷出的氮气的流量设定为500sccm，将自气体喷嘴p2喷出的hcd气体/氮气的流量设定为300sccm/5000sccm，将自气体喷嘴p3喷出的氨气的流量设定为2500sccm。
86.在实施例2中，计算出通过一边自两个气体喷出部p12、p13分别喷出氮气，一边自
气体喷嘴p1喷出氮气、自气体喷嘴p2喷出hcd气体/氮气、自气体喷嘴p3喷出氨气从而形成的氮化硅膜的膜厚。其中，将自气体喷出部p12、p13、气体喷嘴p1～p3喷出的气体的流量设定为与实施例1相同的流量。
87.在比较例1中，计算出通过不自4个气体喷出部p11～p14喷出氮气，而自气体喷嘴p1喷出氮气、自气体喷嘴p2喷出hcd气体/氮气、自气体喷嘴p3喷出氨气从而形成的氮化硅膜的膜厚。其中，将自气体喷嘴p1～p3喷出的气体的流量设定为与实施例1相同的流量。
88.另外，基于在实施例1、实施例2以及比较例1中计算出的氮化硅膜的膜厚，计算出晶圆w的面内的成膜速度和膜厚的均匀性。
89.图19是表示晶圆w的面内的成膜速度的数值分析结果的图。在图19中，横轴表示晶圆位置[mm]，纵轴表示成膜速度[a.u.]。关于晶圆位置，将晶圆w的中心设为0mm，将晶圆w的外周设为
±
150mm。在图19中，实线、虚线以及点划线分别表示实施例1、实施例2以及比较例1中的成膜速度的数值分析结果。
[0090]
如图19所示，可知，在比较例1(参照点划线)中，晶圆w的外周部的膜厚厚于中央部的膜厚。相对于此，可知，在实施例1(参照实线)和实施例2(参照虚线)中，相对于比较例1(参照点划线)，晶圆w的外周部的膜厚较薄，晶圆w的外周部与中央部之间的膜厚差较小。
[0091]
图20是表示晶圆w的面内的膜厚的均匀性的数值分析结果的图。在图20中，从左侧依次表示比较例1、实施例1以及实施例2中的均匀性[％]的数值分析结果。其中，将图19的图表中的最大值与最小值之差除以平均值得到的数值[％]设为均匀性[％]。
[0092]
如图20所示，可知，在比较例1中均匀性约为30％，相对于此，在实施例1和实施例2中均匀性为10％以下。
[0093]
根据以上的结果，可以说，在实施例1和实施例2中，与比较例1相比，能够使膜厚的面内均匀性提高。即，可以说，通过在供给处理气体(hcd气体和氨气)时，自晶圆w的侧方沿着多个晶圆w的表面供给稀释气体，从而能够使在晶圆w形成的膜(氮化硅膜)的膜厚的面内均匀性提高。
[0094]
此外，在上述的实施方式中，稀释气体喷嘴32为气体喷嘴的一个例子，稀释气体喷出部100为气体喷出部的一个例子。
[0095]
应该认为，此次公开了的实施方式在所有方面均为例示，并不是限制性的。上述的实施方式也可以在不偏离添附的权利要求书及其主旨的范围内，以各种各样的形态进行省略、置换、变更。
[0096]
在上述的实施方式中，以处理气体喷嘴和稀释气体喷嘴为直管的情况为例进行了说明，但本公开并不限定于此。例如，处理气体喷嘴和稀释气体喷嘴也可以是在下部呈l字状地弯曲而贯穿外管的侧壁的l字管。
[0097]
在上述的实施方式中，以在处理容器10内设有分配并喷出稀释气体的稀释气体喷出部100的情况为例进行了说明，但本公开并不限定于此。例如，也可以代替稀释气体喷出部100，而在处理容器10内设置分配并喷出处理气体的处理气体喷出部。另外，也可以除了设置有稀释气体喷出部100以外，还设置有处理气体喷出部。
[0098]
在上述的实施方式中，以具备7根处理气体喷嘴31a～31g和一根稀释气体喷嘴32的基板处理装置1为例进行了说明，但本公开并不限定于此。例如，处理气体喷嘴也可以是一根、2～6根、8根以上，稀释气体喷嘴也可以是两根以上。在将稀释气体喷嘴设为两根以上
的情况下，与稀释气体喷嘴的根数对应地设置流入部所包含的嵌合部和水平部即可。
[0099]
在上述的实施方式中，以在使用成膜气体在晶圆w形成膜时自稀释气体喷出部100喷出稀释气体而稀释成膜气体的情况为例进行了说明，但本公开并不限定于此。例如，也可以在使用蚀刻气体对膜进行蚀刻时自稀释气体喷出部100喷出稀释气体而稀释蚀刻气体。