CN115466941A - 喷淋头及基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于改善膜厚的面内分布的喷淋头及基板处理装置。该喷淋头包括：喷淋板；基座部件，设置有气体流路，并对所述喷淋板进行固定；以及多个气体供给部件，布置在形成于所述喷淋板与所述基座部件之间的气体扩散空间中，并与所述气体流路连接，其中，所述气体供给部件具有用于沿放射方向喷出气体的多个喷出口，从多个所述气体供给部件的喷出口喷出的气体形成旋流。

Description

喷淋头及基板处理装置
技术领域
本发明涉及一种喷淋头及基板处理装置。
背景技术
专利文献1中公开了一种成膜装置，其特征在于，具备：载置部，设置于处理室，并对基板进行载置；天井部，与所述载置部相对地设置，并具有从中心向外周扩展的形状的倾斜面构造；多个气体供给部，设置在所述天井部的中央区域，并沿所述天井部的周向形成有气体喷出口；喷淋头，以从下方侧对所述多个气体供给部进行覆盖的方式设置，并且与所述载置部相对的面上形成有多个气体供给口；以及排气部，对所述处理室内进行真空排气，其中，所述喷淋头的外缘相对于载置于所述载置部的基板的外缘位于内侧。
在专利文献2中公开了一种薄膜形成装置，其在喷淋板与上盖之间设置有气体分散喷嘴，导入至气体导管的气体由气体分散喷嘴分散，通过贯通喷淋板的气体喷出口，被供给至基板上。
<现有技术文献>
<专利文献>
专利文献1：日本特开2014-70249号公报
专利文献2：日本特开2005-303292号公报
发明内容
<本发明要解决的问题>
然而，在对基板进行成膜等处理的基板处理装置中，寻求对膜厚的面内分布进行改善。
针对上述问题，在一个方面，本发明的目的在于提供一种用于改善膜厚的面内分布的喷淋头及基板处理装置。
<用于解决问题的手段>
为了解决上述问题，根据一个实施方式，提供一种喷淋头，包括：喷淋板；基座部件，设置有气体流路，并对所述喷淋板进行固定；以及多个气体供给部件，布置在形成于所述喷淋板与所述基座部件之间的气体扩散空间中，并与所述气体流路连接，其中，所述气体供给部件具有用于沿放射方向喷出气体的多个喷出口，从多个所述气体供给部件的喷出口喷出的气体形成旋流。
<发明的效果>
根据一个方面，能够提供一种用于改善膜厚的面内分布的喷淋头及基板处理装置。
附图说明
图1是根据本实施方式的基板处理装置的剖面示意图的一个示例。
图2是用于对根据本实施方式的基板处理装置的喷淋头的构造进行说明的剖面示意图的一个示例。
图3是用于对根据本实施方式的基板处理装置的喷淋头的构造进行说明的平面图的一个示例。
图4是用于对根据参考例的基板处理装置的喷淋头的构造进行说明的平面图的一个示例。
图5是示出面内分布和气体流速的一个示例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。在各附图中，针对相同的构成部分赋予相同的符号，并且有时会省略重复的说明。
<基板处理装置>
使用图1和图2对根据本实施方式的基板处理装置进行说明。图1是根据本实施方式的基板处理装置的剖面示意图的一个示例。图2是用于对根据本实施方式的基板处理装置的喷淋头3的构造进行说明的剖面示意图的一个示例。
基板处理装置是向晶圆等基板W供给作为原料气体的WCl5气体和作为反应气体的H2气体，以在基板W的表面形成作为金属膜的钨膜的装置。基板处理装置例如由ALD(AtomicLayer Deposition：原子层沉积)装置等构成。
如图1和图2所示，基板处理装置具有处理容器1、基板载置台(台)2、喷淋头3、排气部4、气体供给机构5、以及控制装置6。
处理容器1由铝等金属构成，并呈大致圆筒状。在处理容器1的侧壁形成有用于搬入或搬出基板W的搬入搬出口11，搬入搬出口11能够通过闸阀12进行开闭。在处理容器1的主体上设置有剖面呈矩形的圆环状的排气管道13。在排气管道13中沿内周面形成有狭缝13a。另外，在排气管道13的外壁上形成有排气口13b。在排气管道13的上表面上以封闭处理容器1的上部开口的方式设置有顶壁14。顶壁14与排气管道13之间被密封圈15气密地密封。当基板载置台2(以及盖部件22)上升至后述的处理位置时，分隔部件16在上下方向上对处理容器1的内部进行分隔。
基板载置台2在处理容器1内在水平方向上对基板W进行支撑。基板载置台2呈与基板W对应的大小的圆板状，并由支撑部件23支撑。基板载置台2由氮化铝(AlN)等陶瓷材料、或铝或镍基合金等金属材料构成，并且在内部埋入有用于对基板W进行加热的加热器21。加热器21由加热器电源(未图示)供电以进行发热。并且，通过设置在基板载置台2的上表面的基板载置面附近的热电偶(未图示)的温度信号对加热器21的输出进行控制，从而将基板W控制为预定温度。
在基板载置台2上，以覆盖基板载置面的外周区域和基板载置台2的侧面的方式设置有由氧化铝等陶瓷制成的盖部件22。
支撑部件23从基板载置台2的底面中央贯通形成于处理容器1的底壁的孔部并延伸至处理容器1的下方，并且其下端与升降机构24连接。升降机构24使基板载置台2能够经由支撑部件23在由图1中的实线所示的处理位置和其下方的由图1中的双点划线所示的能够进行基板W的搬送的搬送位置之间进行升降。另外，在支撑部件23的处理容器1的下方安装有凸缘部25，在处理容器1的底面与凸缘部25之间将处理容器1内的气氛与外部气体分隔，并设置有随着基板载置台2的升降动作而伸缩的波纹管26。
在处理容器1的底面附近，以从升降板27a向上方突出的方式设置有3根(仅图示出2根)基板支撑销27。基板支撑销27能够通过设置在处理容器1的下方的升降机构28经由升降板27a升降，并且被插入至设置于位于搬送位置的基板载置台2的贯通孔2a中从而能够相对于基板载置台2的上表面突出或缩回。这样一来，通过使基板支撑销27升降，从而在基板搬送机构(未图示)与基板载置台2之间进行基板W的传递。
喷淋头3向处理容器1内以喷淋状的方式供给处理气体。喷淋头3是金属制的，并且与基板载置台2相对地设置。在顶壁14上设置有与喷淋头3(后述的气体供给路33)连接的气体供给路36。
在基板载置台2位于处理位置的状态下，在喷淋头3(后述的喷淋板32)与基板载置台2之间形成处理空间37，并且喷淋头3(后述的喷淋板32)与基板载置台2的盖部件22的上表面接近以形成环状间隙38。
排气部4对处理容器1的内部进行排气。排气部4具有与排气管道13的排气口13b连接的排气配管41、APC(Auto Pressure Controller：自动压力控制器)阀42、开闭阀43、以及真空泵44。排气配管41的一端与排气管道13的排气口13b连接，另一端与真空泵44的吸入口连接。在排气管道13与真空泵44之间，自上游侧依次设置有APC阀42和开闭阀43。APC阀42对排气路径的传导率进行调节以对处理空间37的压力进行调节。开闭阀43对排气配管41的开闭进行切换。在处理时，分隔部件16和基板载置台2(盖部件22)将处理容器1的内部分隔为包括处理空间37的上部空间、以及基板载置台2的背面侧的下部空间。由此，处理空间37内的气体经由环状间隙38和狭缝13a到达排气管道13内部的环状空间，并利用排气部4的真空泵44从排气管道13的排气口13b通过排气配管41而被排出。需要说明的是，下部空间利用未图示的吹扫气体供给机构而变成吹扫气氛。因此，处理空间37的气体不会流入至下部空间。
气体供给机构5向气体供给路36供给原料气体、反应气体、以及吹扫气体。在以下的说明中，以原料气体为WCl5，反应气体为H2，吹扫气体为N2为例进行说明。供给至气体供给路36的气体从喷淋头3被供给至处理空间37。
控制装置6对基板处理装置的各部分的动作进行控制。控制装置6具有CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、以及RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)。CPU根据存储在RAM等的存储区域中的配方执行期望的处理。在配方中，针对工艺条件设置装置的控制信息。控制信息例如可以是气体流量、压力、温度、工艺时间。需要说明的是，配方和控制装置6所使用的程序例如可以存储在硬盘、半导体存储器中。另外，也可以将配方等以容纳在CD-ROM、DVD等便携式的能够被计算机读取的存储介质中的状态设置在预定的位置，并进行读出。
控制装置6反复进行原料气体供给工序、第一吹扫气体供给工序、反应气体供给工序、第二吹扫气体供给工序，以在基板W上形成钨膜。
在原料气体供给工序中，控制装置6对气体供给机构5进行控制，以向处理空间37供给原料气体(WCl5)。由此，原料气体被吸附在基板W的表面上。
在第一吹扫气体供给工序中，控制装置6对气体供给机构5进行控制，以向处理空间37供给吹扫气体(N2)。由此，对处理空间37内的剩余的原料气体等进行吹扫。
在反应气体供给工序中，控制装置6对气体供给机构5进行控制，以向处理空间37供给反应气体(H2)。由此，反应气体与被吸附在基板W的表面上的原料气体进行反应，并在基板W的表面上形成钨膜。
在第二吹扫气体供给工序中，控制装置6对气体供给机构5进行控制，以向处理空间37供给吹扫气体(N2)。由此，对处理空间37内的剩余的反应气体等进行吹扫。
这样一来，通过将原料气体供给工序、第一吹扫气体供给工序、反应气体供给工序、以及第二吹扫气体供给工序反复进行预定次数，从而在基板W上形成钨膜。
<喷淋头的构造>
接着，使用图2对喷淋头3的构造进一步进行说明。图2是用于对根据本实施方式的基板处理装置的喷淋头3的构造进行说明的剖面示意图的一个示例。图3是用于对根据本实施方式的基板处理装置的喷淋头3的构造进行说明的平面图的一个示例。需要说明的是，在图2和图3中，对气体的流动用箭头表示。
喷淋头3具有固定在处理容器1的顶壁14上的基座部件31、以及大部分布置于基座部件31的下方的喷淋板32。在基座部件31上形成有上游侧与气体供给路36(参见图1)连接且下游侧分支为多个的气体供给路33。在基座部件31与喷淋板32之间形成有气体扩散空间34。在喷淋板32的平坦面上形成有多个气体喷出孔35。从气体供给路36(参见图1)供给的气体流过气体供给路33、气体扩散空间34以及气体喷出孔35，并被供给至处理空间37。并且，处理空间37内的气体从环状间隙38被排出至排气管道13(参见图1)。
另外，在气体扩散空间34中设置有气体供给件(气体供给部件)100。
气体供给件100与气体供给路33的下端分别连接。气体供给件100具有中空的圆柱形状。气体供给件100的上部具有开口(未图示)，气体供给件100的中空空间与气体供给路33连通。气体供给件100的底面被封闭。气体供给件100的侧面(圆周面)具备多个用于沿水平方向喷出气体的喷出口。由此，从气体供给路36(参见图1)供给的气体从气体供给路33被供给至气体供给件100，并从气体供给件100的喷出口沿水平方向被供给至气体扩散空间34内。另外，分支的气体供给路33以从气体供给路36到各气体供给件100的流路长度分别相等的方式形成。
在此，如图3所示，气体供给件100具有在圆周(用双点划线表示)上等间隔地布置的4个气体供给件(内侧气体供给部件)101～104、以及在圆周(用双点划线表示)上等间隔地布置的8个气体供给件(气体供给部件)105～112。气体供给件105～112以基座部件31的中心为轴呈同心圆状地等间隔地布置。气体供给件101～104布置在相对于气体供给件105～112的内侧，并且以基座部件31的中心为轴呈同心圆状地等间隔地布置。
在图3中，将气体供给件100(101～112)的气体的喷出方向用箭头表示。
气体供给件101～104具有用于在俯视时沿放射方向喷出气体的喷出口。气体供给件101～104的喷出口在周向上等间隔地设置有8个。另外，8个喷出口形成为具有相同的直径。另外，气体供给件101～104的喷出方向被形成为彼此相同。由此，能够提高基板W的中心附近处的成膜处理的均匀性。
气体供给件105～112具有用于在俯视时沿放射方向喷出气体的喷出口。气体供给件105～112的喷出口设置于在周向上进行8等分而得到的方向之中的7个方向。另外，7个喷出口形成为具有相同的直径。
在此，布置成圆环状的气体供给件105～112在向一个相邻的气体供给件的中心的方向上设置有喷出口，在另一个相邻的气体供给件的中心的方向上未设置喷出口。具体而言，在气体供给件105中，在从气体供给件105的中心朝向一个相邻的气体供给件112的中心的方向的侧面上设置有喷出口105a，在从气体供给件105的中心朝向另一个相邻的气体供给件106的中心的方向的侧面105b上未设置喷出口。另外，在气体供给件106中，在从气体供给件106的中心朝向一个相邻的气体供给件105的中心的方向的侧面上设置有喷出口106a，在从气体供给件106的中心朝向另一个相邻的气体供给件107的中心的方向的侧面106b上未设置喷出口。由此，在连接气体供给件105的中心与相邻的气体供给件106的中心的线(在图3中由虚线表示)上，能够防止气体彼此相向地流动，并且能够防止产生气体压力增高的区域。
同样地，在气体供给件107中，在从气体供给件107的中心朝向一个相邻的气体供给件106的中心的方向的侧面上设置有喷出口，在从气体供给件107的中心朝向另一个相邻的气体供给件108的中心的方向的侧面上未设置喷出口。在气体供给件108中，在从气体供给件108的中心朝向一个相邻的气体供给件107的中心的方向的侧面上设置有喷出口，在从气体供给件108的中心朝向另一个相邻的气体供给件109的中心的方向的侧面106b上未设置喷出口。在气体供给件109中，在从气体供给件109的中心朝向一个相邻的气体供给件108的中心的方向的侧面上设置有喷出口，在从气体供给件109的中心朝向另一个相邻的气体供给件110的中心的方向的侧面上未设置喷出口。在气体供给件110中，在从气体供给件110的中心朝向一个相邻的气体供给件109的中心的方向的侧面上设置有喷出口，在从气体供给件110的中心朝向另一个相邻的气体供给件111的中心的方向的侧面上未设置喷出口。在气体供给件111中，在从气体供给件111的中心朝向一个相邻的气体供给件110的中心的方向的侧面上设置有喷出口，在从气体供给件111的中心朝向另一个相邻的气体供给件112的中心的方向的侧面上未设置喷出口。在气体供给件112中，在从气体供给件112的中心朝向一个相邻的气体供给件111的中心的方向的侧面上设置有喷出口，在从气体供给件112的中心朝向另一个相邻的气体供给件105的中心的方向的侧面上未设置喷出口。由此，在连接气体供给件的中心与相邻的气体供给件的中心的线上，能够防止气体彼此相向地流动，并且能够防止产生气体压力增高的区域。
另外，气体供给件105的7个喷出口未设置于在周向上进行8等分而得到的方向之中的1个方向的侧面105b，并且具有相同的开口直径。因此，气体供给件105的7个喷出口的喷出方向的矢量分量的总和具有以基座部件31的中心为轴的周向分量。在图3的示例中，气体供给件105的喷出方向的矢量分量的总和具有逆时针方向的周向分量。气体供给件105的喷出方向的矢量分量的总和具有以基座部件31的中心为轴的朝向外侧的径向分量。同样地，气体供给件106～112的喷出方向的矢量分量的总和具有逆时针方向的周向分量和朝向外侧的径向分量。即，气体供给件105～112的喷出方向的矢量分量具有相同(在图3的示例中为逆时针方向)的周向分量。由此，从多个气体供给件105～112的喷出口喷出的气体形成逆时针方向的旋流200。
另一方面，气体供给件101的8个喷出口在周向上均等地布置，并且具有相同的开口直径。因此，气体供给件101的8个喷出口的喷出方向的矢量成分的总和为零。同样地，气体供给件102～104的喷出方向的矢量成分的总和为零。
在此，使用图4对根据参考例的基板处理装置的喷淋头3X的构造进行说明。图4是用于对根据参考例的基板处理装置的喷淋头3X的构造进行说明的平面图的一个示例。
根据参考例的基板处理装置的喷淋头3X的构造(参见图4)与根据本实施方式的基板处理装置的喷淋头3的构造(参见图3)相比，其差异在于气体供给件100的构造。具体而言，所有的气体供给件100具有在周向上等间隔地布置的8个喷出口。其他的构成相同，省略重复的说明。
在喷淋头3X中，具有从相邻的气体供给件100喷出的气体碰撞的区域210。
针对根据本实施方式的基板处理装置的喷淋头3的效果，一边与根据参考例的基板处理装置的喷淋头3X进行对比一边进行说明。图5是示出面内分布和气体流速的一个示例的图。
在此，使用根据具有喷淋头3(参见图3)的本实施方式的基板处理装置和根据具有喷淋头3X(参照图4)的参考例的基板处理装置，在基板W上形成钨膜。膜厚分布由点的颜色深浅表示。膜厚越厚则标记越深的点，膜厚越薄则标记越浅的点。另外，针对根据本实施方式的基板处理装置和根据参考例的基板处理装置，进行了从气体供给件100喷出的气体流速的模拟。气体流速的模拟结果用点的颜色深浅表示。气体流速越快则标记越深的点，气体流速越慢则标记越浅的点。
在根据参考例的基板处理装置的喷淋头3X的构造中(参见图4)，如流速的模拟结果所示，由于在气体供给件100与相邻的气体供给件100之间喷出的气体碰撞(参见箭头)，因此产生流速降低的位置411。另外，在从内侧的气体供给件100喷出的气体朝向外周侧(排气管道13)的中途产生流速降低的位置412。由此，如参考例的膜厚分布所示，在从气体供给件100喷出的气体合流的位置401、402产生膜厚较厚的区域。换言之，在气体供给件100与相邻的气体供给件100之间的喷出的气体碰撞的区域210(参见图4)，产生膜厚较厚的区域。需要说明的是，根据参考例的膜厚的1σ/Ave(标准偏差除以平均膜厚所得的值)为6.1％。
相比之下，在根据本实施方式的基板处理装置的喷淋头3的构造(参见图3)中，形成旋流200(参见图3)。即，如流速的模拟结果所示，在气体供给件105与相邻的气体供给件106之间的位置421处，气体向一个方向(从气体供给件106朝向气体供给件105的方向)流动。由此，如本实施方式的膜厚分布所示，提高了膜厚的均匀性。需要说明的是，根据本实施方式的膜厚的1σ/Ave为2.9％，与参考例相比提高了膜厚的均匀性。
这样一来，通过设置气体供给件100，从而能够提高在基板W上形成的钨膜的面内均匀性。
应当认为，根据本次公开的实施方式的基板处理装置在所有方面均是示例性的，而非限制性的。在不脱离所附的权利要求书及其主旨的情况下，可以对实施方式以各种方式进行变形及改进。对于上述多个实施方式所记载的内容，在不产生矛盾的情况下也可以采用其他结构，并且在不产生矛盾的情况下可以进行组合。

Claims (8)

1.一种喷淋头，包括：
喷淋板；
基座部件，设置有气体流路，并对所述喷淋板进行固定；以及
多个气体供给部件，布置在形成于所述喷淋板与所述基座部件之间的气体扩散空间中，并与所述气体流路连接，
其中，所述气体供给部件具有用于沿放射方向喷出气体的多个喷出口，
从多个所述气体供给部件的喷出口喷出的气体形成旋流。
2.根据权利要求1所述的喷淋头，其中，
所述气体供给部件的喷出方向的矢量分量的总和具有以所述基座部件的中心为轴的周向上的分量。
3.根据权利要求1或2所述的喷淋头，其中，
多个所述气体供给部件以所述基座部件的中心为轴呈同心圆状地布置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的喷淋头，其中，
在所述气体供给部件的内侧布置有多个内侧气体供给部件，
所述内侧气体供给部件的喷出方向的矢量分量的总和为零。
5.根据权利要求4所述的喷淋头，其中，
多个所述内侧气体供给部件以所述基座部件的中心为轴呈同心圆状地布置，
所述内侧气体供给部件的喷出方向彼此相同。
6.根据权利要求4或5所述的喷淋头，其中，
所述内侧气体供给部件具有8处气体喷出口，
所述气体供给部件具有7处气体喷出口。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的喷淋头，其中，
多个所述气体供给部件具有第一气体供给部件、以及与所述第一气体供给部件相邻地布置的第二气体供给部件，
所述第二气体供给部件具有用于向所述第一气体供给部件的方向喷出气体的喷出口，
所述第一气体供给部件不具有用于向所述第二气体供给部件的方向喷出气体的喷出口。
8.一种基板处理装置，具有根据权利要求1至7中任一项所述的喷淋头。
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