CN105849864A - 基板处理装置及基板处理方法 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的一实施例，基板处理装置包括：下部腔，上部开放；上部腔，开闭上述下部腔的上部，与上述下部腔共同形成对基板实施工序的内部空间；喷头，设置在上述上部腔的下部并朝向上述内部空间供给反应气体，在与上述上部腔之间形成缓冲空间；划分部件，设置在上述缓冲空间内而将上述缓冲空间划分为多个扩散区域；及多个气体供给口，形成在上述上部腔而朝向各上述扩散区域供给上述反应气体。
Description
技术领域
本发明涉及基板处理装置及基板处理方法，更详细地涉及将缓冲空间划分为多个扩散区域，在各扩散区域设置气体供给口来供给反应气体的基板处理装置及基板处理方法。
背景技术
半导体装置在硅基板上具有很多层(layers)，这样的层是通过蒸镀工序蒸镀在基板上。这样的蒸镀工序具有几个重要的问题，这样的问题对评价所蒸镀的膜并选择蒸镀方法来说很重要。
第一个是所蒸镀的膜的“质量”(quality)。这表示组成(composition)、污染度(contamination levels)、损失度(defect density)、及机械的、电的特性(mechanical and electrical properties)。膜的组成可以根据蒸镀条件变化，其为了得到特定的组成(specific composition)非常重要。
第二个是横贯晶片的均匀的厚度(uniform thickness)。特别是，在形成有台阶的非平面形状的图案上部蒸镀的膜的厚度非常重要。所蒸镀的膜的厚度是否均匀，可以通过以蒸镀在形成台阶部分的最小厚度除以蒸镀在图案的上部表面的厚度的值定义的阶梯覆盖率(step coverage)来判断。
与蒸镀有关的另一问题是填充空间(filling space)。这包括用包含氧化膜的绝缘膜填充金属线之间的缝隙填充(gap filling)。缝隙是为了将金属线物理上及电性绝缘而提供的。
这些问题中均匀度是与蒸镀工序有关的重要的一个问题，不均匀的膜在金属布线上形成高的电阻(electrical resistance)，增加机械性损伤的可能性。
发明内容
技术课题
本发明的目的在于，提供一种可以确保工序均匀度的基板处理装置及基板处理方法。
本发明的其它目的通过下面的详细说明和附图会更加清楚。
课题解决方案
根据本发明的一实施例，基板处理装置包括：下部腔，上部被开放；上部腔，开闭上述下部腔的上部，与上述下部腔共同形成对基板实施工序的内部空间；喷头，设置在上述上部腔的下部并朝向上述内部空间供给反应气体，在与上述上部腔之间形成缓冲空间；划分部件，设置在上述缓冲空间内而将上述缓冲空间划分为多个扩散区域；及多个气体供给口，形成在上述上部腔而朝向各上述扩散区域供给上述反应气体。
上述扩散区域可以包括中央区域及多个边缘区域；上述划分部件包括：内侧划分部件，配置在上述中央区域的周边，划分形成于内侧的上述中央区域和形成于外侧的上述多个边缘区域；及多个连接部件，连接在上述内侧划分部件的外侧而将上述多个边缘区域彼此切断。
各上述气体供给口可以被连接在各上述边缘区域。
上述扩散区域包括中央区域、多个中间区域及多个边缘区域；上述划分部件包括：内侧划分部件，配置在上述中央区域的周边，划分形成于内侧的上述中央区域和形成于外侧的上述多个中间区域；多个内侧连接部件，被连接在上述内侧划分部件的外侧而将上述多个中间区域彼此切断；外侧划分部件，在上述内侧划分部件的周边分开距离配置，划分形成于内侧的上述多个中间区域和形成于外侧的上述多个边缘区域；及多个外侧连接部件，被连接在上述外侧划分部件的外侧，将上述多个边缘区域彼此切断。
各上述气体供给口可以被连接在各上述边缘区域及各上述中间区域。
上述基板处理装置还可以包括：多个气体供给线路，被连接在各上述气体供给口来供给上述反应气体；多个流量调节器，开闭各上述气体供给线路；及控制器，被连接在各上述流量调节器，对通过各气体供给线路的上述反应气体的供给量进行调节。
上述控制器可以控制上述流量调节器，使得被供给到上述多个气体供给线路中的某一个气体供给线路的上述反应气体的供给量与被供给到另一个上述气体供给线路的上述反应气体的供给量相互不同。
上述划分部件可以从上述缓冲空间的底面分开距离配置。
上述基板处理装置还可以包括：基座，设置在上述内部空间，且在上部放置上述基板；排气环，沿着上述下部腔的侧壁分开距离配置，具有位于上述基座的上部的多个排气孔；及支承部件，固定设置于上述下部腔的侧壁来支承上述排气环；在上述下部腔的侧壁和上述排气环之间形成排气空间而与形成于上述下部腔的侧壁的排气口连通。
一种基板处理方法，利用设置在腔的内部空间内并且具有从外部被供给的反应气体扩散的缓冲空间的喷头来处理基板，
将上述缓冲空间划分为多个扩散区域，将被供给到上述多个扩散区域中的某一个扩散区域的上述反应气体的供给量和被供给到另一个上述扩散区域的上述反应气体的供给量调节为彼此不同；
对应于上述多个扩散区域中的某一个扩散区域的上述基板的区域和对应于另一个扩散区域的上述基板的区域的处理程度((degrees ofprocessing))彼此不同。
上述缓冲空间可以具有位于上述喷头的中央的中央区域和位于上述中央区域的周边的边缘区域。
发明效果
根据本发明，可以确保工序均匀度。
附图说明
图1是简要地表示根据本发明的一实施例的基板处理装置的截面图。
图2是表示图1所示的下部划分部件的立体图。
图3是表示图1所示的上部划分部件的立体图。
图4是简要地表示图1所示的基板处理装置的反应气体的流动的截面图图。
图5是简要地表示在图1所示的基板上反应气体的流动的平面图。
图6是简要地表示根据本发明的其它实施例的基板处理装置的截面图。
图7是图6所示的划分部件的立体图。
图8是简要地表示图6所示的基板处理装置的反应气体的流动的截面图。
具体实施方式
下面，参照图1至图5更详细地说明本发明的优选实施例。本发明的实施例可以变形成各种方式，本发明的范围不可解释为由下面说明的实施例限定。本实施例是为了对本发明所属技术领域的普通技术人员更详细地说明本发明而提供的。因此，为了更清楚的说明，附图中出现的各要素的形状可能被夸张。
另外，下面以蒸镀装置为例进行说明，但是本发明的范围不限于此，可以应用于利用反应气体处理基板的多种工序。
图1是简要地表示根据本发明的一实施例的基板处理装置的截面图。如图1所示，基板处理装置包括下部腔10及上部腔20。下部腔10是上部开放的形状，上部腔20开闭下部腔10的开放的上部。若上述腔20封闭下部腔10的开放的上部，则下部腔10及下部腔20形成从外部封闭的内部空间3。
基座30设置在下部腔10的内部，基板W被放置在基座30的上部。基座30具备加热器(未图示)，加热器可通过从外部电源施加的电流将基板W加热到工序温度。支架35连接在基座30的下部来支承基座30，贯通下部腔10的底部设置。波纹管38设置在支架35的周边，通过波纹管38可以将内部空间3从外部遮断。
喷头60连接在上部腔20的下部，具备平板形状的喷射部及设置于喷射部外侧而固定在上部腔20上的凸缘部。喷射部与上部腔20分开距离配置，缓冲空间形成于上部腔20和凸缘部之间。凸缘部具有多个喷射孔65，被供给到缓冲空间的反应气体通过多个喷射孔65喷射到内部空间3。反应气体可以包括氢气H2、氮气N2或预定的其它惰性气体，或者包括硅烷SiH4或二氯甲硅烷SiH2Cl2那样的前驱气体。另外，还可以包括乙硼烷B2H6或磷烷PH3那样的掺杂剂源气体。
划分部件被设置在缓冲空间内并可固定在喷头60上，用于将缓冲空间划分为多个扩散区域。划分部件从缓冲空间的底面分开距离配置，在划分部件的下部形成与多个喷射孔65连通的一个下部缓冲空间77。下部缓冲空间77可以与基座30的直径大体一致。上部缓冲空间位于下部缓冲空间77的上部，由划分部件划分为中央区域及多个中间区域及多个边缘区域。具体的说明后面叙述。
图2是表示图1所示的下部划分部件的立体图。划分部件具备上部划分部件及下部划分部件，上部划分部件设置在下部划分部件的上部。下部划分部件70a具备圆盘形状的下部板73a，下部板73a具备多个下部贯通孔，被供给到上部缓冲空间内的反应气体可以通过下部贯通孔移动到下部缓冲空间。下部板73a在中央形成从上部表面凹陷的圆形凹陷部73b。下部内侧划分部件78设置在凹陷部73b内，将凹陷部73b内的空间划分为1个圆形下部中央区域75a和8个扇形下部中间区域75b。下部内侧连接部件178以下部内侧划分部件78的中心为基准从外周面以放射状延长，与凹陷部73b的内侧壁相接而将凹陷部73b内的空间划分为8个下部中间区域75b并彼此切断8个下部中间区域75b。下部内侧划分部件78及下部内侧连接部件178具有与凹陷部73b的深度大致相同的厚度。
另外，下部凸缘76沿着下部板73a的边缘配置，从下部板73a的上部表面突出。下部外侧连接部件176从下部凸缘76的内侧壁朝向下部内侧划分部件78的中心以放射状延长，与凹陷部73b的内侧壁分开距离。后述的上部外侧划分部件74放置在下部外侧连接部件176和下部内侧连接部件178之间，下部外侧连接部件176和凹陷部73b的内侧壁之间的分开距离与上部外侧划分部件74的幅度大致相同。
当上部外侧划分部件74放置在下部板73a上时，如图1所示，在上部外侧划分部件74的外侧形成8个扇形边缘区域79c，下部外侧连接部件176将下部板73a的空间划分为8个边缘区域79c并彼此切断8个边缘区域79c。下部外侧连接部件176的高度与凸缘76的高度大致相同。另外，如图2所示，凹陷部73b和下部内侧划分部件78及下部凸缘76构成同心圆。
图3是表示图1所示的上部划分部件70b的立体图。如图3所示，上部划分部件具备圆盘形状的上部板71，上部板71具备多个上部贯通孔，被供给到上部缓冲空间内的反应气体可以通过上部贯通孔向下部板73a的上部移动。上部内侧划分部件72设置在上部板71的中央而被划分为上部中央区域79a和上部中间区域79b。上部凸缘74沿着上部板71的边缘配置，上部内侧连接部件172设置在上部内侧划分部件72和上部凸缘74之间，以上部内侧划分部件72为中心以放射状配置。上部内侧连接部件172划分并彼此切断多个上部中间区域79b。另外，上部内侧划分部件72和上部凸缘74构成同心圆。
另一方面，如图1所示，上部划分部件70b设置在下部划分部件70a的上部。因此，上部缓冲空间被划分为位于下部凸缘76和上部凸缘74之间的多个边缘区域79c、位于上部凸缘74和上部内侧划分部件72/下部内侧划分部件78之间的多个中间区域79b、75b以及位于上部内侧划分部件72/下部内侧划分部件78的内侧的中央区域79a、75a，各区域与下部缓冲空间77连通。
气体供给口40a、40b、40c、40d固定设置在上部腔20，配置成对应于各扩散区域。边缘气体供给口40a、40d位于边缘区域79c的上部，中间气体供给口40b、40c位于中间区域79b、75b的上部。在本实施例中，在中央区域79a、75a的上部省略了气体供给口，但是也可以在中央区域79a、75a的上部设置单独的气体供给口。气体供给口40a、40b、40c、40d向各扩散区域供给反应气体，被供给的反应气体通过下部划分部件70a及上部划分部件70b向下部缓冲空间77移动之后通过喷射孔65移动到内部空间3。
气体供给线路42a、42b、42c、42d被连接在各气体供给口40a、40b、40c、40d，反应气体通过气体供给线路42a、42b、42c、42d被供给到各气体供给口40a、40b、40c、40d。流量调节器44a、44b、44c、44d设置在各气体供给线路42a、42b、42c、42d上来调节反应气体的供给量，由控制器80调节流量调节器44a、44b、44c、44d。
另一方面，在本实施例中，说明为在下部板73a及上部板71分别设有多个贯通孔，但是根据需要可以省略下部板73a及上部板71而形成扇形状开口，开口可以具有与各扩散区域大致相同的形状。开口可以代替多个贯通孔。
图4是简要地表示图1所示的基板处理装置的反应气体的流动的截面图。图5是简要地表示在图1所示的基板上的反应气体的流动的平面图。下面，若参考图4及图5说明反应气体的流动，则如下。
如上所述，反应气体通过气体供给口40a、40b、40c、40d被供给到各扩散区域，各扩散区域沿喷头60的半径方向彼此切断，因此被供给到各扩散区域的反应气体向其它扩散区域的移动被限制。然后，反应气体通过下部划分部件70a向下部缓冲空间77移动，通过喷射孔65向基板W的表面移动。
这时，如图5所示，基板W的表面可以分割为假想的区域(例如，17个)，各扩散区域位于各区域的上部。即，中央区域79a、75a位于①区域的上部，中间区域79b、75b位于②-⑨区域的上部，边缘区域79c位于⑩-17区域的上部。因此，中间区域79b、75b内的反应气体分别喷射到②-⑨区域之后，朝向中央区域79a、75a及边缘区域79c移动，边缘区域79c内的反应气体被分别喷射到⑩-17区域之后向中间区域79b、75b及基板W的外侧移动。这时，中间区域79b、75b及边缘区域79c内的反应气体可以在下部缓冲空间77内被混合一部分，但是大部分向如上所述的各区域喷射。因此，在本发明的实施例中，欲使得被供给到独立的各扩散区域的反应气体向对应的基板W表面的各区域喷射，人为地调整被喷射到基板W的表面的各区域的反应气体的供给量来形成具有均匀厚度的薄膜。
若具体说明，通过喷头60的喷射孔65喷射的反应气体被供给到基板W的上部，基板W通过基座30加热的状态下，反应气体与基板W的表面反应来形成薄膜。这时，薄膜的厚度与通过喷射孔65从上部喷射的反应气体的供给量成正比，基板W的表面中被供给少量反应气体的部分的薄膜厚度小，被供给大量反应气体的部分的薄膜的厚度大。因此，反应气体向基板W的整个表面均匀供给的情况下，薄膜可以具有均匀的厚度。
但是，薄膜的厚度除了反应气体的供给量以外还与基座30的加热温度成正比，基板W的表面中加热温度低的部分的薄膜厚度小，加热温度高的部分的薄膜厚度大。因此，基座30的加热温度均匀的情况下，薄膜可以具有均匀的厚度，整体上具有均匀的加热温度的基座30是理想的。
但是，现实中加工出具有完全均匀的加热温度的基座30是不太可能的。特别是，最近随着基板W的尺寸大型化，基座30的尺寸也是一起增加的趋势，由此，形成基板W上的均匀的温度分布会产生困难。即，在将基板W加热到工序温度的过程中，有可能加热器固障或性能下降、以及加热器的辐射热变得局部地不均衡。除此之外，对薄膜的厚度造成影响的因素多样，为了形成具有均匀的厚度的薄膜，有必要人为地调整前面说明的因素中的一部分。因此，在本发明的实施例中，欲将反应气体的供给量人为地调整为不均衡来形成具有均匀厚度的薄膜。
例如，利用样本基板W形成薄膜之后，测量薄膜的厚度。这时，调整被供给到各扩散区域的反应气体的供给量，可向基板W表面的各区域喷射相对于面积相同量的反应气体。之后，被供给到各扩散区域的反应气体的供给量与所测量的薄膜的厚度成正比地得到调整。即，在基板W表面的特定区域薄膜的厚度比基准值厚时，可以减少被供给到位于该区域上部的扩散区域的反应气体的量。另外，在基板W表面的特定区域，薄膜的厚度比基准值薄时，可以增加被供给到位于该区域上部的扩散区域的反应气体的量。如上所述的控制器80根据所测量的薄膜的厚度来控制流量调节器44a、44b、44c、44d来增减被供给到各扩散区域的反应气体的量。例如，前面所述的基准值可以是相对于所测量的薄膜厚度的平均值，控制器80可以根据所测量的薄膜的厚度计算出平均值。通过这样的方法，经过几次调整过程，就可以形成具有均匀厚度的薄膜，之后可以应用于实际工序。
另一方面，如图1所示，支承部件88被固定设置在下部腔10的侧壁，具备水平部和垂直部。水平部被固定在下部腔10的侧壁，垂直部可以从水平部的内侧末端朝向上部延长。排气环50被设置在喷头60的凸缘部和支承部件88之间，并通过支承部件88支承。排气环50从下部腔10的内侧壁分开距离设置，在排气环50和下部腔10的内侧壁之间形成排气空间。排气通道13形成在下部腔10的侧壁而与排气空间连通，排气口15及排气线路17被连接在排气通道13。因此，未反应气体及薄膜形成时产生的反应副产物通过设置于排气线路17的排气泵19强制吸入，通过形成于排气环50的多个排气孔53向排气空间移动，可以通过排气通道13及排气口15以及排气线路17向外部排出。
根据优选的实施例详细说明了本发明，但是也可以是与此不同方式的实施例。因此，下面记载的权利要求的技术思想和范围不限于优选的实施例。
用于实施发明的方式
图6是简要地表示根据本发明的其它实施例的基板处理装置的截面图。图7是表示图6所示的划分部件的立体图。下面说明与如上所述的实施例不同的结构，下面省略的说明可以由上面说明的内容代替。
如图6及图7所示，划分部件70具备圆盘形状的下部板73，下部板73具备多个贯通孔，被供给到上部缓冲空间内的反应气体可以通过贯通孔向下部缓冲空间75移动。内侧划分部件72及外侧划分部件74以及凸缘76是配置在同心圆上的环形状，从下部板73的中心沿着半径方向依次分开距离配置。内侧划分部件72及外侧划分部件74以及凸缘76被设置在下部板73的上部表面和上部腔20之间来形成中央区域75a、多个中间区域75b及多个边缘区域75c。中央区域75a形成于内侧划分部件72的内侧，多个中间区域75b形成于内侧划分部件72和外侧划分部件74之间，多个边缘区域75c形成在外侧划分部件74和凸缘76之间。
内侧连接部件172设置在内侧划分部件72和外侧划分部件74之间，以内侧划分部件72为中心以放射状配置。内侧连接部件172划分并彼此切断多个中间区域75b。同样地，外侧连接部件174设置在外侧划分部件74和凸缘76之间，以内侧划分部件72为中心以放射状配置。外侧连接部件174划分并彼此切断多个边缘区域75c。
图8是简要地表示图6所示的基板处理装置的反应气体的流动的截面图。如上所述，反应气体通过气体供给口40a、40b、40c、40d供给到各扩散区域，各扩散区域沿喷头60的半径方向彼此切断，被供给到各扩散区域的反应气体被限制向其它扩散区域的移动。然后，反应气体通过划分部件70向下部缓冲空间75移动，通过多个喷射孔65向基板W的表面移动。
工业实用性
本发明可以应用于多种方式的半导体制造设备及制造方法。
Claims (11)
1.一种基板处理装置，其特征在于，包括：
下部腔，上部开放；
上部腔，开闭上述下部腔的上部，与上述下部腔共同形成对基板实施工序的内部空间；
喷头，设置在上述上部腔的下部并朝向上述内部空间供给反应气体，在与上述上部腔之间形成缓冲空间；
划分部件，设置在上述缓冲空间内而将上述缓冲空间划分为多个扩散区域；及
多个气体供给口，形成在上述上部腔而朝向各上述扩散区域供给上述反应气体。
2.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述扩散区域包括中央区域及多个边缘区域；
上述划分部件包括：
内侧划分部件，配置在上述中央区域的周边，划分形成于内侧的上述中央区域和形成于外侧的上述多个边缘区域；及
多个连接部件，连接在上述内侧划分部件的外侧而将上述多个边缘区域彼此切断。
3.如权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，
各上述气体供给口被连接在各上述边缘区域。
4.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述扩散区域包括中央区域、多个中间区域及多个边缘区域；
上述划分部件包括：
内侧划分部件，配置在上述中央区域的周边，划分形成于内侧的上述中央区域和形成于外侧的上述多个中间区域；
多个内侧连接部件，被连接在上述内侧划分部件的外侧而将上述多个中间区域彼此切断；
外侧划分部件，在上述内侧划分部件的周边分开距离配置，划分形成于内侧的上述多个中间区域和形成于外侧的上述多个边缘区域；及
多个外侧连接部件，被连接在上述外侧划分部件的外侧，将上述多个边缘区域彼此切断。
5.如权利要求4所述的基板处理装置，其特征在于，
各上述气体供给口被连接在各上述边缘区域及各上述中间区域。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述基板处理装置还包括：
多个气体供给线路，被连接在各上述气体供给口来供给上述反应气体；
多个流量调节器，开闭各上述气体供给线路；及
控制器，被连接在各上述流量调节器，对通过各气体供给线路的上述反应气体的供给量进行调节。
7.如权利要求6所述的基板处理装置，其特征在于，
上述控制器控制上述流量调节器，使得被供给到上述多个气体供给线路中的某一个气体供给线路的上述反应气体的供给量与被供给到另一个上述气体供给线路的上述反应气体的供给量相互不同。
8.如权利要求1至5中的任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述划分部件从上述缓冲空间的底面分开距离配置。
9.如权利要求1至5中的任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述基板处理装置还包括：
基座，设置在上述内部空间，且在上部放置上述基板；
排气环，沿着上述下部腔的侧壁分开距离配置，具有位于上述基座的上部的多个排气孔；及
支承部件，固定设置于上述下部腔的侧壁来支承上述排气环；
在上述下部腔的侧壁和上述排气环之间形成排气空间而与形成于上述下部腔的侧壁的排气口连通。
10.一种基板处理方法，利用设置在腔的内部空间内并且具有从外部被供给的反应气体扩散的缓冲空间的喷头来处理基板，其特征在于，
将上述缓冲空间划分为多个扩散区域，将被供给到上述多个扩散区域中的某一个扩散区域的上述反应气体的供给量和被供给到另一个上述扩散区域的上述反应气体的供给量调节为彼此不同，对应于上述多个扩散区域中的某一个扩散区域的上述基板的区域和对应于另一个扩散区域的上述基板的区域的处理程度彼此不同。
11.如权利要求10所述的基板处理方法，其特征在于，
上述缓冲空间具有位于上述喷头的中央的中央区域和位于上述中央区域周边的边缘区域。
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