JP2022125017A - 流れ制御リングを有する基板処理装置、および基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】流れ制御リングを有する基板処理装置、および基板処理方法を提供する。【解決手段】基板処理装置の実施例は、チャンバーと、当該チャンバー内に設けられたサセプタと、当該サセプタの上方に設けられたシャワーヘッドと、当該サセプタを囲む形状を有する流れ制御リングであって、当該流れ制御リングが第一の上面および第二の上面を有し、当該第二の上面が環状形状を有し、かつ当該第二の上面が当該第一の上面よりも高い位置で、当該第一の上面よりも当該流れ制御リングの内縁により近く設けられていて、当該第二の上面が傾斜面であり、当該傾斜面の高さが当該第一の上面に向かって減少している、流れ制御リングとを含む。【選択図】図１

Description

流れ制御リングを有する基板処理装置に関する実施例が記載されている。
プラズマエンハンスト原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）において、例えば流れ制御リング（ＦＣＲ）が使用される。ＦＣＲは、サセプタを囲むように設けられたリングである。サセプタ上の基板の処理に使用されるガスは、ＦＣＲによって排出ダクトに導かれる。プロセス中にサセプタとＦＣＲの間の高低差に一定の渦がある場合、粒子は捕捉されることができ、次いでプロセスが終了した後に周囲の表面に堆積されることができる。例えば、粒子はチャンバーの内壁、サセプタ、ＦＣＲ、排出ダクト、またはシャワーヘッドに堆積される。こうした粒子は、ゲート弁が開いている時にかき混ぜられることができ、ウエハ上に堆積されることができる。
本明細書に記載の一部の実施例は、上記の問題に対処しうる。本明細書に記載の一部の実施例は、基板の汚染を低減することができる基板処理装置および基板処理方法を提供しうる。
一部の実施例において、基板処理装置は、チャンバーと、当該チャンバー内に設けられたサセプタと、当該サセプタの上方に設けられたシャワーヘッドと、当該サセプタを囲む形状を有する流れ制御リングであって、当該流れ制御リングが第一の上面および第二の上面を有し、当該第二の上面が環状形状を有し、かつ当該第二の上面が当該第一の上面よりも高い位置で、当該第一の上面よりも当該流れ制御リングの内縁により近く設けられていて、当該第二の上面が傾斜面であり、当該傾斜面の高さが当該第一の上面に向かって減少している、流れ制御リングとを含む。
図１は、基板処理装置の構成の一実施例を示す断面図である。 図２は、図１に示す、ＦＣＲおよび他の構成要素の拡大図である。 図３は、ＦＣＲの第一の上面および第二の上面の平面図である。 図４は、ガス流のシミュレーション結果を示す図である。 図５は、一比較実施例による基板処理装置についてのシミュレーション結果を示す図である。 図６は、４つの異なるレシピによる基板処理における粒子発生を示す表である。 図７は、別の実施例を示す部分断面図である。 図８は、別の実施例を示す部分断面図である。 図９は、別の実施例を示す部分断面図である。 図１０は、別の実施例を示す部分断面図である。
基板処理装置および基板処理方法は、図面を参照して説明される。同じまたは対応する構成要素は、同じ参照番号によって示され、その冗長な説明は省略される場合がある。
図１は、一実施形態による基板処理装置１０の構成の一実施例を示す断面図である。一実施例において、基板処理装置１０は、例えば基板上でＰＥＡＬＤを実行する膜堆積装置として構成されている。基板処理装置１０は、チャンバー（反応器チャンバー）１２を含む。チャンバー１２内には、ＲＦ電力が印加されるシャワーヘッド１４が設けられている。ガスが通過できる穴１４ａが、シャワーヘッド１４内に形成されている。
チャンバー１２内には、サセプタ１６がシャワーヘッド１４に向かい合うように設けられている。サセプタ１６は摺動軸１８によって支持されている。一実施例において、摺動軸１８およびサセプタ１６は、原動機１９によって持ち上げられ、下ろされる。シャワーヘッド１４およびサセプタ１６は平行平板構造を形成する。シャワーヘッド１４とサセプタ１６の間のギャップである処理空間１７の厚さは、サセプタ１６を持ち上げる、および下ろすことによって調節される。
ガス供給部２２はシャワーヘッド１４に接続されていて、それらの間には絶縁構成要素２０が配置されている。ガス供給部２２は、シャワーヘッド１４とサセプタ１６の間に原料ガスを供給するための部分である。上記の処理空間１７は、サセプタ１６上に定置された基板が、膜堆積または他の処理を受ける空間である。
シャワーヘッド１４とチャンバー１２の間に、排出ダクト３０が設けられている。排出ダクト３０は、例えばセラミックで作られている。排出ダクト３０とシャワーヘッド１４の間に、適切に圧縮されたＯリング３２が設けられている。排出ダクト３０とチャンバー１２の間に、適切に圧縮されたＯリング３４が設けられている。一実施例において、排出ダクト３０は、平面図における環状構成で、流れ制御リング３１の上方に設けられている。
排出ダクト３０は、平面図における環状構成で形成されていて、サセプタ１６を囲んでいる。排出ダクト３０は、サセプタ１６の上方の処理空間１７を囲む環状流路３０ｂを提供する。処理空間１７から環状流路３０ｂにガスを導くために、流れ制御リング（ＦＣＲ）３１が設けられている。例えば、ＦＣＲ３１はチャンバー１２上に定置されていて、Ｏリングはそれらの間に配置されている。ＦＣＲ３１および排出ダクト３０はスリット３０ａを提供し、処理空間１７に供給されたガスは、スリット３０ａを通して環状流路３０ｂに導かれる。環状流路３０ｂ内のガスを外部に放出するために、排出ポート３０ｃが排出ダクト３０内に形成されている。
排出ポート３０ｃは、例えばチャンバー１２の側面上に設けられたガス排出部４０に接続されている。ガス排出部４０は、基板処理に使用された原料ガスを放出するために設けられている。弁４２および真空ポンプ４４はガス排出部４０に接続されている。チャンバー１２内の圧力は、弁４２および真空ポンプ４４で排出ガスの量を調節することによって調節されることができる。
図２は、図１に示すＦＣＲ３１および他の構成要素の拡大図である。ＦＣＲ３１は、第一の上面３１ａおよび第二の上面３１ｂを含む。一実施例において、第一の上面３１ａは平坦面であり、第二の上面３１ｂは傾斜面である。第二の上面３１ｂは、第一の上面３１ａよりも高い位置にある面である。図２に示す実施例において、第二の上面３１ｂは傾斜面であり、当該傾斜面の高さは第一の上面３１ａに向かって減少している。言い換えれば、第二の上面３１ｂの高さは、サセプタ１６に向かって増大している。図２に示す実施例において、第二の上面３１ｂは平坦面である。
図３は、ＦＣＲ３１の第一の上面および第二の上面の平面図である。ＦＣＲ３１はサセプタ１６を囲んでいる。第二の上面３１ｂは、第一の上面３１ａよりも、ＦＣＲ３１の内縁により近く位置する環状面である。
上記の基板処理装置を使用する基板処理方法を説明する。最初に、原動機１９が起動されて、サセプタ１６が持ち上げられ、または下ろされ、それによってサセプタ１６の上面と、ＦＣＲ３１の第二の上面３１ｂの最も高い部分とを互いに整列させる。このようにして、サセプタ１６の上面とＦＣＲ３１の上面との間の高低差が解消または低減される。
次いで、サセプタ１６上の基板は、サセプタの上方のシャワーヘッド１４のスリット１４ａを通して処理空間１７にガスを供給することによって、および同時にシャワーヘッド１４に高周波電力を印加することによって、処理を受ける。処理は、例えば膜堆積、エッチング、または膜の質を改善するためのプラズマ処理である。
基板処理において、処理空間１７内のガスは、平面図において放射状に流れて、流れ制御リング３１によって排出ダクト３０に導かれる。サセプタ１６の上面とＦＣＲ３１の上面との間の高低差が解消または低減されるため、顕著な渦の形成はサセプタ１６とＦＣＲ３１の間の境界の付近で低減される。
図４は、ガスの流れのシミュレーション結果を示す図である。第二の上面３１ｂを設けることの結果として、サセプタ１６の上方のガスは、高低差を越えることなく、ＦＣＲ３１の上方に流れる。このようにして、顕著な渦の形成は、サセプタ１６とＦＣＲ３１の間の境界の付近で低減される。
図５は、一比較実施例による基板処理装置についてのシミュレーション結果を示す図である。この比較実施例におけるＦＣＲ３１の構成は、サセプタ１６により近く設けられた第一の上面３１ａよりも高い位置に面がないという点で、この実施形態による基板処理装置のＦＣＲ３１の構成と異なる。図５に示す実施例において、図面における矢印によって示される通り、第一の上面３１ａとサセプタ１６の間に、第一の上面３１ａよりも低い位置に面がある。従って、サセプタ１６の上面とＦＣＲ３１の上面との間に高低差がある。基板処理において、高低差にてガス中に渦が発生する。渦は粒子を捕捉し、当該粒子はチャンバーの内部の汚染を引き起こす。一実施例において、上記の渦は、シャワーヘッド１４とサセプタ１６の間のギャップが１０．５ｍｍ未満である場合に発生する可能性が高い。
図４および図５に示すシミュレーションは、サセプタとＦＣＲの間のギャップにて上向きにシールガスを流すことによって実行される。シールガスは、プロセスガスがサセプタとＦＣＲの間のギャップを介してサセプタより下に流れることを防止するために供給されるガスである。シールガスは例えばＨｅである。
図６は、４つの異なるレシピＲ１～Ｒ４による基板処理における粒子発生を示す表である。シャワーヘッドとサセプタの間のギャップは、レシピＲ１およびＲ３において７．５ｍｍと狭く、その一方でギャップは、レシピＲ２およびＲ４において１０．５ｍｍと幅広い。図６において、「Ｒ１」および「Ｒ３」の上に示された「粒子」は、これらの条件の下で顕著な粒子が発生することを示す。粒子発生は、図６の下部に示すウエハマップに示されている。この実験結果は、シャワーヘッドとサセプタの間のギャップが小さい場合に、粒子の問題が生じる可能性が高いことを示す。顕著な粒子の存在または不在は、シャワーヘッドとサセプタの間のギャップのサイズだけでなく、ガス流量などの他の様々な要因にも依存する。しかしながら一般的に、ギャップが減少するにつれて、粒子は発生する可能性がより高くなる。しかしながら、ギャップがそのように小さくても、サセプタ１６の上面とＦＣＲ３１の上面との間の高低差を低減することによって、問題を抑制することができる。
図７は、基板処理装置の別の実施例を示す部分断面図である。この実施例において、基板処理において、サセプタ１６の上面の高さは、第二の上面３１ｃの最も高い部分の高さと同じではない。この実施例において、サセプタ１６の上面は、第二の上面３１ｃの最も高い部分よりも高い。しかしながら、ＦＣＲ３１は第二の上面３１ｃを有するため、サセプタとＦＣＲの間の高低差は、ＦＣＲ３１が第二の上面３１ｃを有しない場合よりも小さく、その結果、サセプタとＦＣＲの間のギャップの付近での渦の発生を低減されることができる。
図８は、基板処理装置の別の実施例を示す部分断面図である。ＦＣＲ３１の第二の上面３１ｄは曲面である。曲面は、サセプタ１６の上方からＦＣＲ３１の上方にガスが流れる時に生じる、基板処理に使用されるガスの摩擦を低減することができる。曲がった形状を有する第二の上面３１ｄは、渦の発生を低減することに寄与する。
上記のすべての実施例において、ＦＣＲの第一の上面と第二の上面の間での渦の発生は、第一の上面と第二の上面とを高低差なく接続することによって低減されることができる。
図９は、基板処理装置の別の実施例を示す部分断面図である。この実施例において、サセプタ１６の上面は、サセプタ１６の上面の中央部分を形成する中央上面１６ａと、サセプタ１６の上面の周囲部分を形成する周囲上面１６ｂとを含む。周囲上面１６ｂは、サセプタ１６の外縁を含む環状部分である。周囲上面１６ｂは勾配面であり、当該勾配面の高さは、サセプタの外縁に向かって減少している。
ＦＣＲ３１は第一の上面３１ａおよび第二の上面３１ｅを有する。この実施例において、第一の上面３１ａの高さと第二の上面３１ｅの高さは同じである。
図９に示す通り、基板は、周囲上面１６ｂの最も外側の部分の高さと、ＦＣＲ３１の上面の高さとがほぼ同じである状態で、処理を受ける。従って、ガスは、サセプタ１６およびＦＣＲ３１の上を流れ、サセプタ１６とＦＣＲ３１の間には高低差がなく、その結果、サセプタ１６とＦＣＲ３１の間のギャップの付近での渦の発生を低減することができる。
図１０は、基板処理装置の別の実施例を示す部分断面図である。この実施例において、サセプタは周囲上面１６ｂを有し、ＦＣＲ３１は第二の上面３１ｆを有する。周囲上面１６ｂおよび第二の上面３１ｆは、高低差なく接続されていて、従って、サセプタ１６とＦＣＲ３１の間のギャップの付近での渦の発生を低減することができる。
図９および図１０に示す実施例において、サセプタは傾斜面を有する。サセプタだけでなくＦＣＲも傾斜面を有する場合、渦の発生を低減する効果を増大させることができる。サセプタの傾斜面は平坦面または曲面であってもよい。

Claims (11)

  1. 基板処理装置であって、
    チャンバーと、
    前記チャンバー内に設けられたサセプタと、
    前記サセプタの上方に設けられたシャワーヘッドと、
    前記サセプタを囲む形状を有する流れ制御リングであって、前記流れ制御リングが第一の上面および第二の上面を有し、前記第二の上面が環状形状を有し、かつ前記第二の上面が前記第一の上面よりも高い位置で、前記第一の上面よりも前記流れ制御リングの内縁により近く設けられていて、前記第二の上面が傾斜面であり、前記傾斜面の高さが前記第一の上面に向かって減少している、流れ制御リングと、を備える、基板処理装置。
  2. 前記第二の上面が平坦面である、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記第二の上面が曲面である、請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 前記第一の上面および前記第二の上面が高低差なく接続されている、請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記サセプタの上面の高さと、前記第二の上面の最も高い部分の高さとが、ほぼ同じである、請求項１に記載の基板処理装置。
  6. 平面図における環状構成で前記流れ制御リングの上方に設けられた排出ダクトをさらに備える、請求項１に記載の基板処理装置。
  7. 前記サセプタの前記上面の外縁を含む環状部分が勾配面であり、前記勾配面の高さが前記外縁に向かって減少している、請求項１に記載の基板処理装置。
  8. 前記勾配面が平坦面または曲面である、請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 前記シャワーヘッドが前記サセプタの上方にスリットを有する、請求項１に記載の基板処理装置。
  10. 基板処理方法であって、
    サセプタの上面の高さと、前記サセプタを囲んでいる流れ制御リングの上面の傾斜面の最も高い部分の高さとを互いにほぼ一致させることであって、前記傾斜面が前記流れ制御リングの内縁により近く設けられている、一致させることと、
    処理空間にガスを供給することによって、前記サセプタ上の基板に処理を受けさせることであって、前記処理空間が前記サセプタと、前記サセプタの上方に設けられたシャワーヘッドとの間の空間である、受けさせることと、
    前記処理空間内の前記ガスを、平面図において放射状に流れさせて、前記流れ制御リングによって排出ダクトに導かれるようにすることと、を含む、方法。
  11. 顕著な渦の形成が、前記サセプタと前記流れ制御リングの間の境界の付近で低減される、請求項１０に記載の基板処理方法。
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