JP2019102579A - 基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板処理に用いる処理ガスの排気の流速、偏りを制御し、基板処理の面内均一性を向上させる。【解決手段】基板処理装置１は、基板を収容する処理容器１０と、処理容器１０内で基板を載置する載置台１１と、載置台１１の上方から当該載置台に向けて処理ガスを供給する給気部１２と、処理容器１０内を排気する排気部１５と、処理容器１０内に配置され、載置台１１を囲う隔壁１３と、隔壁１３を昇降させる昇降機構１４と、を有している。隔壁１３の内部には、排気流路となる隙間が鉛直方向に延伸して形成され、隙間に連通する複数の開口が、隔壁１３の周方向に沿って等間隔に形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、基板に所定の処理を行う際に用いられる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、プラズマ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（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ：ＣＯＲ）処理と呼ばれる、より微細化エッチングが可能な手法が用いられている。
ＣＯＲ処理は、真空に保持された処理容器内において、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）に対して処理ガスを供給し、当該処理ガスと例えばウェハ上に形成された膜とを反応させて生成物を生成する処理である。ＣＯＲ処理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の膜が除去される。
このようなＣＯＲ処理は、ウェハを一枚ずつ処理する枚葉式の処理装置で行われるが、近年では、スループットの向上を図るために、複数枚のウェハを同時に処理する処理装置が用いられる場合がある（特許文献１）。
特許文献１の処理装置では、複数枚、例えば２枚のウェハ表面において処理ガスの流れが不均一になることを防止するために、処理容器内を処理空間と排気空間に上下に仕切るバッファ板を設けることが提案されている。
特開２０１２−１４６８５４号公報
しかしながら、近年、ウェハ処理の均一性の要求が厳しくなっており、処理容器内を処理空間と排気空間に単に上下に仕切るバッファ板を設け、当該バッファ板の下方から処理空間内の雰囲気を排気する構成では、処理ガスの流れ、すなわち均一性及び流速を適切に制御することが難しく、そのため特にウェハの周辺部での処理の均一性、ウェハ中央部との処理の均一性に改善の余地があった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、処理ガスの排気の均一性を改善して、基板処理の面内均一性を向上させることを目的としている。
上記課題を解決するため本発明は、基板を処理する基板処理装置であって、基板を収納する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記処理容器内の処理ガスを排気する排気部と、前記処理容器内に配置され、前記載置台を囲む隔壁と、を有し、前記隔壁の内部には、全周に亘って前記排気部に通ずる排気流路が鉛直方向に延伸して形成され、前記隔壁の内側であって前記載置台の上方に形成された基板処理空間と、前記排気流路とに連通する複数の開口が、前記隔壁の内側周方向に沿って等間隔に形成されていることを特徴としている。
本発明によれば、基板処理に用いられた処理ガスは、基板処理空間から排気される際、基板上の周辺部から隔壁側に向かって流れて行き、隔壁内周の周方向に沿って形成された複数の開口を通過して、隔壁内部の排気流路へと流出する。そしてその後当該排気流路から排気部を経て排気される。前記開口は隔壁の周方向に沿って均等に形成されているから、処理ガスの排気の流速は減速された状態で隔壁側に向けて均一に流れ、また開口と連通している隔壁内の排気流路は、隔壁内で鉛直方向に延伸して形成されているので、前記減速状態を適宜維持することができる。その結果基板の周辺部においては処理ガスを滞留しない範囲で十分に流速を落とすことができ、しかも均一な流れとすることができる。したがって、処理ガスによる処理を、基板周辺部においても中央部と差のないほどに実現でき、また基板周辺部においても均一な処理を実現できる。
隔壁の内部に全周に亘って形成される排気流路は、隔壁内部に全周に形成された空隙で構成してもよく、またかかる場合、一部に当該空隙を維持するための支持部材やスペーサー等が空隙に設けられていても、本発明でいう全周に亘って形成された排気流路に相当する。
前記処理容器と前記隔壁との間には空間が形成され、前記排気流路の端部は当該空間に通じていてもよい。
前記隔壁を基板搬送位置と基板処理位置との間で昇降させる昇降機構を有し、前記隔壁が前記基板処理位置に位置した際に、前記基板処理空間が形成されるようにしてもよい。
前記隔壁における前記開口が形成された領域は、前記基板処理空間の側周面を形成する部分において、前記載置台上の基板の高さ位置を含む範囲に設定されているようにしてもよい。
前記前記基板処理空間の側周面を形成する部分の下半分に、前記開口が形成された領域が設定されていることが好ましい。
前記隔壁は、前記載置台を囲う、内周が平面視で円形の基体と、当該基体の内側に、当該基体の内側表面と間隔をあけて設けられた円筒形状の排気リングとを有し、前記排気リングに前記開口が形成されていてもよい。かかる場合、排気リングと基体の間の間隔が排気流路を構成する。
前記開口が形成された領域における開口率は、５０±５％であるようにしてもよい。
前記排気部の排気ポートは、平面視において、前記隔壁の外側に配置されていてもよい。
前記隔壁内部の排気流路は、前記排気部の排気ポートに近い部分の流路断面積が、前記開口と連通する部分の流路断面積よりも小さく設定してもよい。かかる場合、排気流路自体を狭くしたり、排気流路内に適宜スペーサーや支持物、梁などを設置してもよい。
前記処理容器内には、複数の載置台が設けられ、各載置台を個別に囲んで独立した基板処理空間を形成する隔壁は、一体なものとしてもよい。かかる場合、前記排気流路は、前記基板処理空間毎に独立して形成されていてもよい。
本発明によれば、処理ガスを用いて処理容器内の載置台上の基板に対して処理ガスを供給して処理する際に、処理ガスの排気の流速を適切かつ均一なものとすることができ、基板処理の面内均一性を向上させることができる。
本実施形態に係るウェハ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 隔壁の構成の概略を示す斜視図である。 図２の隔壁を各構成部品に分解して示した斜視図である。 隔壁の要部の構成の概略を示す斜視図である。 本実施形態に係るウェハ処理装置において、隔壁を基板搬送位置へ降下させた場合における構成の概略を示す縦断面図である。 開口領域と載置台上のウェハとの位置関係を示す説明である。 隔壁を斜め下方から見た斜視図である。 本実施形態に係るウェハ処理装置における処理ガスの流れを示す説明図である。 従来のウェハ処理装置における要部のガスの流れを示す説明図である。 本実施形態に係るウェハ処理装置における要部のガスの流れを示す説明図である。 図９のウェハ処理装置におけるウェハ表面位置とガス流速の分布関係を示すグラフである。 図１０のウェハ処理装置におけるウェハ表面位置とガス流速の分布関係を示すグラフである。 本発明の他の実施形態におけるスリットの構成を示す隔壁の斜視図である。 隔壁が基板処理位置にあるときの処理空間の側周面を形成する部分の上半分に開口領域を設定したときのガスの流れを示す説明図である。 隔壁が基板処理位置にあるときの処理空間の側周面を形成する部分のすべてに開口領域を設定したときのガスの流れを示す説明図である。 本発明の他の実施形態に係るウェハ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。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要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
先ず、本発明の実施形態に係る基板処理装置としてのウェハ処理装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るウェハ処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。なお、本実施形態では、ウェハ処理装置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について説明する。
図１に示すように、ウェハ処理装置１は、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を載置する複数、本実施形態では２台の載置台１１、１１と、各載置台１１の上方から載置台に向けて処理ガスを供給する給気部１２と、各載置台１１、１１の外方を囲み、昇降自在に構成された隔壁１３と、処理容器１０の底面に固定され、前記隔壁１３を昇降させる昇降機構１４と、処理容器１０内を排気する排気部１５と、を有している。
処理容器１０は、例えばアルミニウム、ステンレス等の金属により形成された、全体として例えば略直方体状の容器である。処理容器１０は、平面視の形状が例えば略矩形であり、上面及び下面が開口した筒状の側壁２０と、側壁２０の上面を気密に覆う天井板２１と、側壁２０の下面を覆う底板２２を有している。また、側壁２０の上端面と天井板２１との間には、処理容器１０内を気密に保つシール部材（図示せず）が設けられている。また、処理容器１０にはヒータ（図示せず）が設けられ、底板２２には断熱材（図示せず）が設けられている。
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３０と、底板２２に固定され、上部台３０を支持する下部台３１を有している。上部台３０には、ウェハＷの温度を調整する温度調整機構３２がそれぞれ内蔵されている。温度調整機構３２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、例えば−２０℃〜１４０℃の所定の温度に制御する。
底板２２における載置台１１の下方の位置には、支持ピンユニット（図示せず）が設けられており、この支持ピンユニットによって上下駆動される支持ピン（図示せず）と、ウェハ処理装置１の外部に設けられた搬送機構（図示せず）との間で載置台１１のウェハＷは受渡し可能である。
給気部１２は、載置台１１に載置されたウェハＷに処理ガスを供給するシャワーヘッド４０を有している。シャワーヘッド４０は、処理容器１０の天井板２１の下面において、各載置台１１、１１に対向して個別に設けられている。各シャワーヘッド４０は、例えば下面が開口し、天井板２１の下面に支持された略円筒形の枠体４１と、当該枠体４１の内側面に嵌め込まれた略円板状のシャワープレート４２を有している。なお、当該シャワープレート４２は、載置台１１に載置されたウェハＷの表面全体に均一に処理ガスを供給するため、少なくともウェハＷの径よりも大きい径を有していることが好ましい。また、シャワープレート４２は、枠体４１の天井部と所定の距離を離して設けられている。これにより、枠体４１の天井部とシャワープレート４２の上面との間には空間４３が形成されている。また、シャワープレート４２には、当該シャワープレート４２を厚み方向に貫通する開口４４が複数設けられている。
枠体４１の天井部とシャワープレート４２との間の空間４３には、ガス供給管４５を介してガス供給源４６が接続されている。ガス供給源４６は、処理ガスとして例えばフッ化水素（ＨＦ）ガスやアンモニア（ＮＨ３）ガスなどを供給可能に構成されている。そのため、ガス供給源４６から供給された処理ガスは、空間４３、シャワープレート４２を介して、各載置台１１、１１上に載置されたウェハＷに向かって均一に供給される。また、ガス供給管４５には処理ガスの供給量を調節する流量調節機構４７が設けられており、各ウェハＷに供給する処理ガスの量を個別に制御できるように構成されている。なお、シャワーヘッド４０は、例えば複数種類の処理ガスを混合することなく個別に供給可能なポストミックスタイプであってもよい。
図２、図３に示すように隔壁１３は、例えば２つの載置台１１、１１をそれぞれ個別に囲む、内周が平面視で円形の２つの円筒部５０ａ、５０ａと、各円筒部５０ａの上端に設けられた、平面視が略「８」形（２つの円環を隣接させた形状）の上フランジ部５０ｂと、円筒部５０ａ、５０ａの下端に設けられた平面視が略「８」形の下フランジ部５０ｃからなる、基体５０を有している。また基体５０の上フランジ部５０ｂの上面には、気密に取り付けられる平面視が略「８」形の蓋体５１を有している。そして基体５０の２つの円筒部５０ａ、５０ａの内側には、排気リング５２を有している。排気リング５２は、図４に示すように、下フランジ部５０ｃ、及び蓋体５１にそれぞれ設けられた溝５０ｄ、５１ｄに上下端部が嵌め込まれて基体５０に設けられる。その際、円筒部５０ａの内側面と排気リング５２の外側面との間には所定の間隔を確保するように設けられる。この間隔が後述の隙間８０を構成する。
なお、隔壁１３にはヒータ（図示せず）が設けられ、例えば１００℃〜１５０℃に加熱される。この加熱により、処理ガス中に含まれる異物が隔壁１３に付着しないようになっている。
また、隔壁１３は昇降機構１４により基板処理位置と基板搬送位置との間を昇降自在である。すなわち、図１に示すように昇降機構１４により隔壁１３が基板処理位置まで持ち上げられると、枠体４１と蓋体５１の上端面が当接し、処理容器１０内には載置台１１、隔壁１３、シャワーヘッド４０で囲まれた処理空間Ｓが形成される。かかる際、処理空間Ｓ内が気密に保たれるために、蓋体５１の上面には例えばＯリングなどのシール部材５３が設けられている。
また、図５に示すように昇降機構１４により隔壁１３が基板搬送位置まで降下すると、蓋体５１の上面が例えば載置台１１の上面と一致する程度の高さとなる。これにより、隔壁１３を降下させることで、既述した支持ピンユニットによって載置台１１上面から持ち上げられたウェハＷに対して、処理容器１０の外部からアクセス可能となる。
隔壁１３を昇降させる昇降機構１４は、処理容器１０の外部に配置されたアクチュエータ６０と、アクチュエータ６０に接続され、処理容器１０の底板２２を貫通して処理容器１０内を鉛直上方に延伸する駆動軸６１と、先端が隔壁１３に接続され、他方の端部が処理容器１０の外部まで延伸する複数のガイド軸６２を有している。ガイド軸６２は、駆動軸６１により隔壁１３を昇降させる際に隔壁１３が傾いたりすることを防止するものである。
駆動軸６１には、伸縮可能なベローズ６３の下端部が気密に接続されている。ベローズ６３の上端部は、底板２２の下面と気密に接続されている。そのため、駆動軸６１が昇降した際に、ベローズ６３が鉛直方向に沿って伸縮することで、処理容器１０内が気密に維持されるようになっている。なお、駆動軸６１とベローズ６３の間には、昇降動作の際のガイドとして機能する、例えば底板２２に固定されたスリーブ（図示せず）が設けられている。
ガイド軸６２には、駆動軸６１と同様に伸縮可能なベローズ６４が接続されている。また、ベローズ６４の上端部は、底板２２と側壁２０を跨いで、双方に気密に接続されている。そのため、駆動軸６１による隔壁１３の昇降動作に伴いガイド軸６２が昇降した際に、ベローズ６４が鉛直方向に沿って伸縮することで、処理容器１０内が気密に維持されるようになっている。なお、ガイド軸６２とベローズ６４との間にも、駆動軸６１の場合と同様に、昇降動作の際のガイドとして機能するスリーブ（図示せず）が設けられている。
また、ベローズ６４の上端部は固定側の端部であり、ガイド軸６２と接続されたベローズ６４の下端部は自由側の端部となっているため、処理容器１０内が負圧になると、ベローズ６４の内外の圧力差によりベローズ６４を鉛直方向に圧縮する力が作用する。そのため、ベローズ６４の自由側の端部に接続されたガイド軸６２は、ベローズ６４が縮むことにより鉛直上方に上昇する。これにより、隔壁１３を均等に上昇させて、シール部材５３と枠体４１を適切に接触させることで、隔壁１３と枠体４１との間のシール性を確保することができる。同様にシール部材５４と突出部７１を適切に接触させることで、隔壁１３と突出部７１との間のシール性を確保することができる。なお、ガイド軸６２には、弾性部材としてのベローズ６４からの反力や、ガイド軸６２そのものの自重などにより当該ガイド軸６２を下方に押し下げる力が作用するが、ベローズ６４の径を適宜設定することによりガイド軸６２に作用する差圧が調整される。また、突起部７１は、インナーウォールの一部であってもよいし（図示の例）、載置台１１であってもよい（図示せず）。
また、突出部７１の上端はシール部材５５を介して載置台１１の下側面と気密に当接している。隔壁１３が上昇することによりシール部材５４を介して隔壁１３と突出部７１が当接した際に、突出部７１と隔壁１３との間のシール性を確実に確保することができる。これにより、処理空間Ｓ内の処理ガスを排気する際に載置台１１外周と隔壁１３との間の隙間から処理ガスが排出されることがなく、載置台１１外周付近における処理ガスの流れを安定化させることができる。
図４は隔壁１３の縦断面を拡大して示した斜視図である。前述したように、排気リング５２は基体５０の円筒部５０ａの内周面に間隔をあけて設けられており、円筒部５０ａの内周面と排気リング５２の外周面との間には鉛直方向に延伸する隙間８０が全周に亘って形成されている。この隙間８０の大きさ、すなわち水平方向の長さｄは、本実施の形態では例えば３〜５ｍｍに設定されている。
排気リング５２には、複数の開口８１が、全周に亘って等間隔で開口領域Ｒに形成されている。本実施の形態における開口８１は円形の孔であり、その直径は３ｍｍである。この開口領域Ｒは、図６に示したように、昇降機構１４によって隔壁１３が基板処理位置に上昇した際に、載置台１１に載置されたウェハＷと水平方向において同じ高さ位置を含むように設定されている。なお、開口の形態は、もちろん円形の孔に限られるものではなく、全周に亘って等間隔に開口が形成されていれば開口の形態はこれに限られず、例えばスリット形状を有していてもよい。
前記したように、隔壁１３が基板処理位置に位置して載置台１１上に処理空間Ｓを形成した際に、載置台１１上のウェハＷの高さ位置を含むように設定されているが、もちろん上下方向に一定の範囲に亘って当該開口領域Ｒが設定されていてもよく、かかる場合、図６に示したように、基板処理位置において処理空間Ｓの側周面を形成する隔壁１３の部分における、下半分に形成されていることが好ましい。また当該開口領域Ｒにおける好適な開口率は、例えば５０±５％の範囲がよく、本実施の形態では、４８．９％としている。
この開口率は、大きすぎると、すなわち開口部の占める割合が大きすぎると、処理空間Ｓから隙間８０に流入する処理ガスの流速が大きくなり、載置台１１上に載置されたウェハＷの周辺部における処理、例えばエッチングが不十分になってしまう。また逆に、開口率が小さすぎると、すなわち排気リング５２の壁面の占める割合が大きすぎると、前記隙間８０に十分に処理ガスが流入せず、処理空間Ｓ内に処理ガスの淀みが発生したり、ウェハＷの周辺部に処理ガスが滞留してしまう。したがってこれらの問題が生じない程度に好適な開口率で複数の開口８１を形成する必要がある。前記した開口率の好ましい範囲である５０±５％は、これらの事情を考慮して発明者らが実験等に基づいて知見したものである。
また、図４、図７に示すように隔壁１３の下端付近には複数のスリット８２が全周に亘って所定の間隔の下で形成されている。当該スリット８２は、排気流路となる隙間８０の下方にて、円筒部５０ａの内周と排気リング５２の外周との間に形成される隙間８０の大きさを適正に維持するために、両者間に設けられた梁８２ａによって形成されたものである。またこの梁８２ａによって形成されたスリット８２によって、排気流路は隔壁１３内の排気流路における下方の方が、上方よりも流路断面積が小さくなっている。隙間８０、スリット８２を経た排気は、処理容器１０の排気部１５へ導かれる。
図１に示すように排気部１５は、処理容器１０内を排気する排気機構９０を有している。排気部１５は、処理容器１０の底板２２において隔壁１３の外方に設けられた排気ポート９１を有している。すなわち、排気ポート９１は平面視において隔壁１３と重ならない位置において、隔壁１３の外側の底板２２に設けられている。排気ポート９１は排気管９２に連通している。
これら排気機構９０及び排気ポート９１、排気管９２は、２つの隔壁１３で構成される２つの処理空間Ｓで共用している。すなわち、２つの隔壁１３、１３にそれぞれ形成されるスリット８２、８２は、処理容器１０内の下方に形成された共通の排気空間Ｖに連通しており、この排気空間Ｖに流出した処理ガスは、共通の排気管９２を介して排気機構９０により排出される。排気管９２には、排気機構９０による排気量を調節する調節弁９３が設けられている。また、天井板２１には、載置台１１、１１のそれぞれの処理空間Ｓの圧力を計測するための、圧力測定機構（図示せず）が設けられている。調節弁９３の開度は、例えばこの圧力測定機構による測定値に基づいて制御される。
ウェハ処理装置１には、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、ウェハ処理装置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）、マグネットオプティカルディスク（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。
本実施形態にかかるウェハ処理装置１は以上のように構成されており、次に、ウェハ処理装置１におけるウェハ処理について説明する。
ウェハ処理にあたっては、まず図５に示すように隔壁１３が昇降機構１４によって基板搬送位置まで降下する。この状態で、ウェハ処理装置１の外部に設けられたウェハ搬送機構（図示せず）により処理容器１０内にウェハＷが搬送され、支持ピン（図示せず）上にウェハＷが渡され、当該支持ピンが下降することでウェハＷは載置台１１上に載置される。
その後、図１に示すように、昇降機構１４により隔壁１３を基板処理位置まで上昇させる。これにより枠体４１と蓋体５１とがシール部材５３を介して当接し、処理容器１０内に２つの処理空間Ｓが形成される。
そして、所定の時間、排気機構９０により処理容器１０の内部を所定の圧力まで排気するとともに、ガス供給源４６から処理ガスが処理容器１０内に供給されると、ウェハＷに対して所定の処理、本実施形態においては例えばＣＯＲ処理が行われる。
ＣＯＲ処理においては、ガス供給源４６から供給された処理ガスは、シャワープレート４２を介してウェハＷに均一に供給され、所定の処理が行われる。シャワープレート４２は、少なくともウェハＷの径よりも大きい径を有している方が、処理ガスのウェハＷに対する供給の均一性により有利である。
その後ウェハＷに供給された処理ガスは、図８に示すように、隔壁１３の排気リング５２に形成された開口８１から、隔壁１３内の隙間８０、排気空間Ｖ、排気ポート９１、排気管９２を介して排気機構９０によって処理容器１０から排出される。
ＣＯＲ処理が終わると、隔壁１３が基板搬送位置に降下し、ウェハ搬送機構（図示せず）により、各載置台１１、１１上のウェハＷがウェハ処理装置１の外部に搬出される。その後、ウェハ処理装置１の外部に設けられた加熱装置（図示せず）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。
以上の実施形態によれば、まず排気リング５２には排気部１５に通ずる複数の開口８１が、排気リング５２の全周に亘って等間隔に形成されているので、ウェハＷの全周に亘って均一で、かつ従来、例えばウェハＷの周辺部全周からそのまま下降に排気していた場合よりも減速された流速で、隔壁１３内の隙間８０に処理ガスが流出する。しかも開口８１は、排気リング５２の全周に亘って等間隔に形成されているので、ウェハＷの周辺部の処理ガスの流れは均一である。
また、隔壁１３内に形成された隙間８０は、鉛直方向に延びて長く形成され、また隙間８０の入り口には、処理空間Ｓに連通する開口８１が所定の開口率で形成されており、さらに開口８１が形成されている開口領域Ｒは、隔壁１３が基板処理位置に上昇して処理を行なっている間、載置台１１上のウェハＷの高さ位置を含むように設定されているので、ウェハＷに供給された処理ガスは、そのまま隔壁１３の開口８１に向けて水平方向へと流れて行く。このとき、開口８１は開口率が前記したように所定の範囲内に設定されているから、開口８１付近で流速が従来よりも減速する。そして開口８１から隔壁１３内の排気流路となる隙間８０に処理ガスの排気が流出すると、隙間８０は垂直方向に延びているので、そのまま開放系の空間に放出するよりも、相応の圧力損失によって依然として流速は減速した状態が維持される。これによって、ウェハＷの周辺部における処理ガスの滞留時間が長くなり、従来よりもエッチレートをウェハ面内において均一にすることができ、ウェハ処理の面内均一性を向上させることができる。
図９に従来のウェハ処理装置１０１、すなわちウェハＷ上の処理ガスをウェハＷの周辺部外方から下方に排気する経路を有する装置の処理ガスの排気経路を示す。図９はウェハ処理装置１０１の左側半分のみを示した縦断面図であり、図中の矢印は、シャワーヘッド１０２から供給された処理ガスが、排気空間１０３に到達するまでの経路を表している。また、図１０は本発明の実施形態における、同様の縦断面図を表しており、図中の矢印は、図９と同様にシャワープレート４２から排気空間Ｖに到達するまでの排気経路を表している。
図１１及び図１２は、図９（従来のウェハ処理装置１０１）及び図１０（本実施形態に係るウェハ処理装置１）における、ウェハ表面の各位置における流速の分布を示している。図中の横軸はウェハ表面位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）を示しており、中心の０ｍｍ位置が、例えば図１に示すような載置台１１上に載置されたウェハＷの中心であり、正方向１５０ｍｍが右端、負方向−１５０ｍｍが左端を表している。また、図中の縦軸はウェハのそれぞれの位置における流速（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）を表しており、値が大きいほどその位置における処理ガスの流速が早いことを表している。
図９に示すように、従来のウェハ処理装置１０１においては、シャワーヘッド１０２から供給された処理ガスは、載置台を有するステージ１０４と、ステージ１０４の周りを囲む隔壁１０５との間に形成された隙間１０６を通り、排気空間１０３へと導かれていた。しかし、このように処理ガスがステージ１０４の周囲に形成された隙間１０６に直接導かれることにより、図１１に示すように、この隙間１０６の近傍、すなわち、ウェハＷの周縁部近傍における処理ガスの流速が、ウェハＷの中心部の流速に比べて大きくなってしまっていた。これにより、シャワープレート４２のウェハＷ周辺部上部から供給された処理ガスが、ウェハＷに届く前に排気されてしまっている。これは、隙間１０６に連通する開口がステージ１０４の外周を囲む円環状であり、ステージ１０４周縁部の処理ガスは直ちに隙間１０６に流入し、その後拡大した空間である排気空間１０３に直ちに開放されるため、流速が大きくなってしまっていると考えられる。
また排気空間１０３内の雰囲気を排気するにあたっては、通常排気ポートが処理容器の底面に設定されるが、当該排気ポートに近い部分と遠い部分とでは、排気の流速に差が発生し（排気ポートに近い部分の方が流速は速くなる）、当該流速の差がステージ１０４の外周からの流出に影響し、その結果、ウェハＷの周辺部での排気の流速に不均一さが生じ、流速が速い部分では結果的に処理ガスのウェハＷ上での滞留時間が短くなり、ウェハ処理の面内均一性に影響を与えていたと考えられる。
これに対し図１０に示した本実施の形態においては、シャワープレート４２から供給された処理ガスは、排気リング５２に形成された開口８１を介して、隔壁１３の内部に形成された排気流路である隙間８０を通って排気空間Ｖへと導かれているので、排気流路に導かれる前に開口８１によって流速が落とされて排気される。このことにより、シャワープレート４２のウェハＷ周辺部上部から供給された処理ガスが、ウェハＷの周縁部に届くことで、ウェハＷの処理を均一にすることができる。そして当該開口８１は、隔壁１３の排気リング５２の全周に亘って等間隔で形成されているため、均一にウェハＷの周辺部から排気される。また隔壁１３の内部に形成された排気流路である隙間８０は垂直方向に延伸しているので、相応の流路抵抗がある。したがって図１２に示したように、ウェハの周縁部近傍においては従来よりもウェハＷの周辺部での排気速度が小さくなり、またウェハＷの面内での排気速度の均一性も向上している。すなわち、ウェハＷ周辺部でのエッチレートを向上させ、ウェハ処理の面内均一性を向上させることができる。
なお、本実施形態にかかるウェハ処理装置１においても、排気機構９０によって排気する場合には、排気空間Ｖに開口している排気ポート９１から排気されるが、かかる場合、排気ポート９１に近い場所と遠い場所とでは、排気の際の流速に差が生じ、それによって、ウェハＷ周辺部での排気の流速の均一性に影響が出ることも考えられる。
しかしながら、本実施の形態では、前記したように隔壁１３内で垂直方向に延伸している隙間８０内を流れて行くので、従来よりも排気ポート９１の位置による影響は少なくなっている。しかも本実施の形態では、隔壁１３内の下方には複数のスリット８２が設けられているため、排気空間Ｖに面した排気ポート９１に近い箇所と、排気ポート９１に遠い箇所においても、排気流路となる隙間８０内の排気の流速は、さらにその影響を受けなくなっている。したがって、排気ポート９１の設置場所によるウェハＷ周辺部での排気流速の不均一さを抑えることができる。
排気ポート９１の設定位置による影響を抑えとウェハＷ周辺部での排気流速の均一性をより向上させるには、例えば図１３に示すように、隔壁１３内の下方に形成される複数のスリット８２の大きさを、排気ポート９１に近い箇所では小さく、遠い箇所では、近い箇所と比べて相対的に大きく形成すればよい。これによって隙間８０、スリット８２から流出する処理ガスの流速を一定に制御することができ、処理空間Ｓ内におけるウェハＷ周辺部での処理ガスの排気流速に偏りが生じることを防止することができる。
また、上記実施形態においては例えば図４、図６に示すように、開口８１が形成されている開口領域Ｒは、隔壁１３が基板処理位置に持ち上げられて処理空間Ｓが形成されている状態において、載置台１１に載置されたウェハＷと水平方向で同じ高さ位置を含むように設定されており、また開口領域Ｒの上下方向の設定範囲は、隔壁１３が基板処理位置にあるときの処理空間Ｓの側周面を形成する部分の下半分としていたが、載置台１１に載置されたウェハＷと水平方向で同じ高さ位置を含むように設定すれば、開口領域Ｒの設定高さ、上下方向の範囲はこれに限られるものではない。
但し、開口領域Ｒは、隔壁１３が基板処理位置にあるときの処理空間Ｓの側周面を形成する部分の上半分とすると、図１４に示したように、開口８１に流入する処理ガスの流速は一定にすることができるものの、シャワープレート４２の終端部から出た処理ガスは上部に形成された開口８１に向かって流れるため、ウェハＷの周縁部近傍においては処理ガスが終端部に届かないため、十分にエッチングが行われない可能性がある。すなわち、ウェハ処理の面内均一性が向上しない可能性がある。
一方で、開口領域Ｒを、隔壁１３が基板処理位置にあるときの処理空間Ｓの側周面を形成する部分すべてに形成すると、図１５に示したように、図１４の上半分の場合よりも、ウェハＷの周縁部近傍における処理ガスの上昇は緩和されるが、実施の形態のように下半分に開口領域Ｒを設定した場合よりは、シャワープレート４２の終端部から出た処理ガスがウェハＷ終端部に到達しないため均一性が向上しない可能性がある。
発明者らにおいて実験したところ、開口領域Ｒを、隔壁１３が基板処理位置にあるときの処理空間Ｓの側周面を形成する部分すべてに形成した場合と、実施の形態のように下半分に形成した場合とを比較すると、実際のＣＯＲ処理においては、実施の形態の方がウェハＷ面内のエッチング量の面内均一性が３σで４％改善したことを確認できた。したがって、隔壁１３が基板処理位置にあるときの処理空間Ｓの側周面を形成する部分の下半分に開口領域Ｒを設定することがよい。
なお、以上の実施形態では、複数の載置台として２台の載置台１１、１１を設けた例に即して説明したが、載置台１１の設置数は２台に限られず、１台であってもよく、また３台以上であってもよい。図１６は、載置台１１が１台の場合の、ウェハ処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。このように載置台１１が１台の場合、隔壁１３の基体５０における円筒部５０ａ、上フランジ部５０ｂ、下フランジ部５０ｃもそれぞれ１つになる。
また、以上の実施形態においては、複数の載置台に対して１つの隔壁１３を設けたが、隔壁の構成についても本実施の形態の内容に限定されるものではなく、各載置台に対して独立した処理空間Ｓを形成できるものであれば、その形状は任意に設定できる。例えば、基体５０や蓋体５１が各処理空間に対して個別に形成されるように構成されていてもよい。
また本実施の形態によれば、処理空間Ｓ内の処理ガスの排気は、隔壁１３内に形成された隙間８０を通って下方の排気空間Ｖへと流れて行くので、処理空間Ｓに面した隔壁１３の排気リング５２の開口８１から排気するものの、開口８１を通過した排気は、隔壁１３の外側に流出することはない。したがって、隔壁１３の外側の空間を処理ガスの排気で汚染することはない。またそのように処理空間Ｓからの排気は、隔壁１３の外側に流出せず、隔壁１３の内部を通過していくので、実施の形態のように、複数の載置台として２台の載置台１１、１１を有する処理容器に適用した場合、処理空間Ｓからの側面排気が、互いに干渉することはない。さらに、排気流路である隙間８０は、処理空間Ｓ毎に独立して形成されており、かかる観点からも、各処理空間Ｓからの排気が、互いに干渉することはない。
またさらに、以上の実施形態においては処理空間Ｓを形成するにあたり、蓋体５１の上面と枠体４１とを当接させるように構成されたが、かかる構成についても本実施形態に限定されるものではなく、例えば天井板２１と蓋体５１の上面を当接させるように構成されていてもよい。
また、本実施の形態における隔壁１３は、基体５０、蓋体５１、排気リング５２をそれぞれ個別に構成し、排気リング５２を基体５０及び蓋体５１に形成された溝５０ｄ、５１ｄに嵌めこむことで構成していたが、この構成についても本実施形態に限定されるものではない。例えば、それぞれを個別の部品ではなく一体として構成してもよいし、任意の２つの部品、例えば基体５０と蓋体５１、円筒部５０ａと排気リング５２とを一体に構成してもよい。
また、上記実施形態においては、隙間８０から排気空間Ｖに連通する複数のスリット８２は隔壁１３内の下方に形成されていたが、隙間８０内のより上方に設置されていてもよい。またスリット形状に限らず、排気流路である隙間８０の流路断面積を減少させるものであれば、その形状は任意である。さらに、排気流路である隙間８０は鉛直下方に向けて形成されていたが、これに代えて鉛直上方に向けて形成されていてもよく、かかる場合、処理空間Ｓからの排気が、隔壁１３の上方、すなわち蓋体５１側から行われてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、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う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、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装置、例えばプラズマ処理装置などにも適用できる。
１ ウェハ処理装置
１０ 処理容器
１１ 載置台
１２ 給気部
１３ 隔壁
１４ 昇降機構
１５ 排気部
５０ 基体
５１ 蓋体
５２ 排気リング
８０ 隙間
８１ 開口
８２ スリット
Ｓ 処理空間
Ｖ 排気空間
Ｗ ウェハ

Claims (11)

  1. 基板を処理する基板処理装置であって、
    基板を収納する処理容器と、
    前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
    前記処理容器内の処理ガスを排気する排気部と、
    前記処理容器内に配置され、前記載置台を囲む隔壁と、を有し、
    前記隔壁の内部には、全周に亘って前記排気部に通ずる排気流路が鉛直方向に延伸して形成され、
    前記隔壁の内側であって前記載置台の上方に形成された基板処理空間と、前記排気流路とに連通する複数の開口が、前記隔壁の内側周方向に沿って等間隔に形成されていることを特徴とする、基板処理装置。
  2. 前記処理容器と前記隔壁との間には空間が形成され、前記排気流路の端部は当該空間に通じ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. 前記隔壁を基板搬送位置と基板処理位置との間で昇降させる昇降機構を有し、
    前記隔壁が前記基板処理位置に位置した際に、前記基板処理空間が形成され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. 前記隔壁における前記開口が形成された領域は、前記基板処理空間の側周面を形成する部分において、前記載置台上の基板の高さ位置を含む範囲に設定されてい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。
  5. 前記隔壁における前記基板処理空間の側周面を形成する部分の下半分に、前記開口が形成された領域が設定されていることを特徴とする、請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記隔壁は、前記載置台を囲う、内周が平面視で円形の基体と、当該基体の内側に、当該基体の内側表面と間隔をあけて設けられた円筒形状の排気リングとを有し、
    前記排気リングに前記開口が形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置。
  7. 前記開口が形成された領域における開口率は、５０±５％であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  8. 前記排気部の排気ポートは、平面視において、前記隔壁の外側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  9. 前記隔壁内部の排気流路は、前記排気部の排気ポートに近い部分の流路断面積が、前記開口と連通する部分の流路断面積よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  10. 前記処理容器内には、複数の載置台が設けられ、
    各載置台を個別に囲んで独立した基板処理空間を形成する隔壁は、一体であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  11. 前記排気流路は、前記基板処理空間毎に独立して形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の基板処理装置。
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