KR20120082369A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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마사야 오다기리
시게끼 도자와
하지메 우가진
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 기판 상의 가스 흐름을 균일화하여, 기판 처리를 균일하게 행하는 것이 가능한 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
기판을 처리하는 감압 가능한 처리 챔버를 갖는 기판 처리 장치이며, 기판을 적재하는 기판 적재대와, 상기 처리 챔버의 내부를 처리 공간과 배기 공간으로 구획하도록 상기 기판 적재대의 주위에 설치되는 배플판과, 상기 처리 챔버의 내부를 배기하는 배기구를 구비하고, 상기 기판 적재대와 상기 배플판 사이에는 간극이 형성되고, 상기 배플판에는 상기 처리 공간과 상기 배기 공간을 연통시키는 복수의 연통 구멍이 형성되어 있는 기판 처리 장치가 제공된다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 예를 들어 반도체 제조 프로세스 등의 미세 가공 분야에 있어서 사용되는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
진공 중에서의 반도체 프로세스 등에 있어서의 기판(이하, 웨이퍼라고도 칭함) 처리에 있어서, 예를 들어 웨이퍼에 화학 처리를 행하는 화학 처리 챔버 내에서는, 웨이퍼 전체에 균일한 프로세스를 행할 필요가 있다. 따라서, 웨이퍼의 표면 온도를 균일화시키기 위한 온도 조정이나 웨이퍼 상의 가스의 흐름을 균일화시키기 위한 다양한 기술이 요구되고 있다.
따라서, 예를 들어 특허 문헌 1에는 웨이퍼를 1매씩 처리하는 매엽식 플라즈마 처리 장치의 챔버에 있어서, 챔버 내부를 반응 가스 도입측과 배출측으로 구획하는 배플 플레이트를 배치하고, 배플 플레이트에 형성된 배기용 조정 구멍의 유로 단면적을 위치에 따라서 변화시켜 반응 가스의 흐름을 균일화하는 플라즈마 처리 장치가 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는 2매 플라즈마 처리 장치의 챔버에 있어서, 기판 표면측과 이면측을 이격하는 배기 플레이트를 배치하고, 배기 플레이트에 소정 간격마다 배기 구멍을 형성함으로써, 배기를 제어하는 기술이 개시되어 있다.
일본 실용신안 출원 공개 평5-4466호 공보 일본 특허 출원 공개 제2000-30894호 공보
그러나, 상기 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2의 기술에는, 배플판 중 연통 구멍(조정 구멍, 배기 구멍에 상당)이 형성된 부분의 근방에 위치하는 피처리 기판 상의 점에 있어서의 가스의 흐름의 형태와, 배플판 중 연통 구멍이 형성되어 있지 않은 부분의 근방에 위치하는 피처리 기판 상의 점에 있어서의 가스의 흐름의 형태가 다른 것에 의해, 피처리 기판 상에서의 가스의 흐름의 균일화가 충분하지 않다고 하는 문제가 있었다.
상기 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은 기판 상의 가스 흐름을 균일화하여, 기판 처리를 균일하게 행하는 것이 가능한 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 기판을 처리하는 감압 가능한 처리 챔버를 갖는 기판 처리 장치이며, 기판을 적재하는 기판 적재대와, 상기 처리 챔버의 내부를 처리 공간과 배기 공간으로 구획하도록 상기 기판 적재대의 주위에 설치되는 배플판과, 상기 처리 챔버의 내부를 배기하는 배기구를 구비하고, 상기 기판 적재대와 상기 배플판 사이에는 간극이 형성되고, 상기 배플판에는 상기 처리 공간과 상기 배기 공간을 연통시키는 복수의 연통 구멍이 형성되어 있는 기판 처리 장치가 제공된다.
또한, 상기 기판 처리 장치에 있어서는, 상기 배플판에 형성되는 복수의 연통 구멍 중, 상기 배기구의 근방에 위치하는 연통 구멍의 밀도는, 다른 부분에 위치하는 연통 구멍의 밀도에 비해 낮아도 좋고, 상기 배기구는 상기 처리 챔버의 바닥부에 배치되고, 상기 배플판에 형성되는 복수의 연통 구멍 중, 상기 배기구의 바로 위에 위치하는 연통 구멍의 밀도는 다른 부분에 위치하는 연통 구멍의 밀도에 비해 낮아도 좋다.
또한, 상기 기판 적재대와 상기 배플판은 다른 온도로 조절되어도 좋고, 예를 들어 상기 기판 적재대는 기판 처리 온도로 조절되고, 상기 배플판은 상기 기판 처리 온도보다 고온인 반응물 부착 방지 온도로 조절되어도 좋다.
또한, 상기 기판 처리 장치에 있어서, 상기 배플판은 상기 처리 챔버의 내벽을 따라서 바닥부 방향으로 연신되는 족부를 가져도 좋다.
또한, 상기 배기구는 평면에서 볼 때에 있어서 상기 기판 적재대의 중심으로부터 편심되어 배치되어도 좋다. 또한, 상기 처리 챔버에는 수평 방향에 있어서 상기 배기구와 대향하는 위치에 배치되는, 기판의 반입출을 행하기 위한 반입출구가 형성되어 있어도 좋다. 또한, 상기 배플판에 형성되는 복수의 연통 구멍 중, 평면에서 볼 때에 있어서 상기 기판 적재대를 통해 상기 배기구와 대향하는 측의 중앙부에 위치하는 연통 구멍의 밀도는, 평면에서 볼 때에 있어서 상기 기판 적재대를 통해 상기 배기구와 대향하는 측의 주변부에 위치하는 연통 구멍의 밀도에 비해 낮아도 좋다.
본 발명에 따르면, 기판 상의 가스 흐름을 균일화하여, 기판 처리를 균일하게 행하는 것이 가능한 기판 처리 장치가 제공된다.
도 1은 기판 처리 시스템의 개략 측면 단면도.
도 2는 기판 처리 시스템의 개략 평면 단면도.
도 3은 기판 처리 장치 및 가열 장치의 측면 단면도.
도 4는 기판 적재대와 배플판의 평면에서 볼 때의 개략도.
도 5는 기판 적재대, 배플판, 족부 및 처리 챔버의 바닥면에 둘러싸이는 배기 공간(M2)을 도시한 개략 단면도.
도 6은 배플판과 기판 적재대 사이에 간극이 형성되어 있지 않은 경우의 가스 흐름을 도시하는 개략 설명도.
도 7은 배플판과 기판 적재대 사이에 간극이 형성되어 있는 경우의 가스 흐름을 도시하는 개략 설명도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다. 또한, 이하의 본 발명의 실시 형태에서는, 2매의, 예를 들어 원형상인 기판(W)을 동시에 배치ㆍ처리하는 것이 가능한 기판 처리 시스템(S) 및 기판 처리 장치(1)를 실시 형태의 일례로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따르는 기판 처리 장치(1)를 구비한 기판 처리 시스템(S)의 개략 측면 단면도이고, 도 2는 기판 처리 시스템(S)의 개략 평면 단면도이다. 또한, 도 1에는 기판(W)을 도시하고 있지 않고, 도 2에는 기판(W)이 이하에 설명하는 기판 처리 장치(1) 및 가열 장치(10) 내에 적재된 상태를 도시하고 있다. 또한, 후술하는 배플판(60)은 도 1, 도 2에는 도시하고 있지 않다. 기판 처리 시스템(S)은 화학 처리 시스템이고, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 직선 형상으로 기판 처리 장치(1), 기판 처리 장치(1)와 결합하는 가열 장치(10), 가열 장치(10)와 결합하는 반송 압력 조절 장치(20) 및 반송 압력 조절 장치(20)와 결합하는 반송 장치(30)가 순서대로(도 1의 좌측으로부터 우측 방향으로) 배치된 구성으로 되어 있다. 여기서, 기판 처리 장치(1)와 가열 장치(10)는 게이트 밸브(50a)를 통해 결합하고, 가열 장치(10)와 반송 압력 조절 장치(20)는 게이트 밸브(50b)를 통해 결합하고, 반송 압력 조절 장치(20)와 반송 장치(30)는 게이트 밸브(50c)를 통해 결합하고 있다.
반송 압력 조절 장치(20)는 기판 처리 시스템(S)의 외부로부터, 감압된 장치 내부의 내압을 변화시키는 일 없이 기판(W)을 기판 처리 장치(1)와 가열 장치(10) 내로 반입하기 위한 장치이다. 즉, 게이트 밸브(50b)를 폐쇄한 상태[반송 압력 조절 장치(20)와 가열 장치(10) 내가 공간적으로 분단된 상태]에서 반송 압력 조절 장치(20) 내를 상압으로 한 후, 상압의 반송 장치(30) 내로부터 반송 압력 조절 장치(20) 내로 기판(W)을 반입하고, 기판 반입 후에 게이트 밸브(50c)를 폐쇄한 상태에서 반송 압력 조절 장치(20) 내부를 기판 처리 장치(1) 및 가열 장치(10) 내와 동일한 압력으로 하고, 그 후 게이트 밸브(50a 및 50b)를 개방하여 반송 압력 조절 장치(20) 내로부터 기판 처리 장치(1) 내로 기판(W)을 반입시킴으로써, 기판 처리 장치(1)와 가열 장치(10) 내의 내압을 변화시키는 일 없이 기판 처리 장치(1)와 가열 장치(10) 내로 기판(W)을 반입할 수 있다.
반송 장치(30)와 반송 압력 조절 장치(20) 사이에서의 기판(W)의 반송은 반송 장치(30) 내에 배치된 아암(31)에 의해 행해진다. 또한, 반송 압력 조절 장치(20)와 기판 처리 장치(1) 사이, 기판 처리 장치(1)와 가열 장치(10) 사이 및 가열 장치(10)와 반송 압력 조절 장치(20) 사이에 있어서의 기판(W)의 반송은, 반송 압력 조절 장치(20) 내에 배치된 아암(21)에 의해 행해진다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서 아암(21, 31)은 2매의 기판(W)을 보유 지지할 수 있고, 신축 가능한 구성이므로, 2매의 기판(W)을 동시에 반송하는 것이 가능하게 되어 있다. 도 1에는 아암(21)이 기판 처리 장치(1)까지 연신된 상태(도 1 중의 파선)를 도시하고 있다.
도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는 처리 챔버(3)를 갖고 있고, 처리 챔버(3) 내부에는, 2매의 기판(W)이 대략 수평으로 나란히 적재되는 기판 적재대(4)가 설치되어 있다. 기판 적재대(4)에는 도시하지 않은 리프터 핀이 구비되고, 상기 리프터 핀에 의해 기판 적재대(4)에 기판(W)이 적재되는 구성으로 되어 있다. 또한, 처리 챔버(3)의 바닥면에 있어서는, 게이트 밸브(50a)가 설치되어 있는 측과 반대측[즉, 기판 처리 시스템(S) 선단측]에, 처리 챔버(3)의 내부를 배기하는 배기구(5)가 형성되어 있다. 배기구(5)는 평면에서 볼 때에 있어서 기판 적재대(4)의 중심으로부터 편심된 위치에 형성되어 있고, 도시하지 않은, 예를 들어 진공 펌프 등에 접속되어 있다.
또한, 가열 장치(10)에는 2매의 기판(W)이 나란히 적재되고, 기판(W)의 가열이 행해지는 가열대(12)가 설치되어 있다. 가열대(12)에는 도시하지 않은 히터가 구비되어 있고, 기판(W)을 원하는 온도로 가열 가능한 구성으로 되어 있다. 또한, 가열 장치(10) 내부는 배기구(15)에 연통하는 진공 펌프(도시하지 않음)에 의해 감압 가능한 구성으로 되어 있다.
다음에, 기판 처리 장치(1) 및 가열 장치(10)의 상세한 구성에 대해 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 게이트 밸브(50a)를 통해 접속되어 있는 기판 처리 장치(1) 및 가열 장치(10)의 측면 단면도이다. 또한, 도 3에 있어서는, 기판(W)이 기판 적재대(4), 가열대(12)에 적재된 상태를 도시하고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 기판 처리 장치(1)의 처리 챔버(3) 내부에는 기판(W)이 적재되는 기판 적재대(4)가 설치되어 있다. 기판 적재대(4)의 내부에는 도시하지 않은 온도 조절 매체 공급부에 연통하는 온도 조절 유로(7)(도 3 중 1점 쇄선)가 형성되어 있다. 또한, 처리 챔버(3)의 천장부에는 기판 처리를 행하기 위한 처리 가스(이하, 반응 가스 혹은 단순히 가스라고도 칭함)를 처리 챔버(3) 내에 공급하는 가스 공급 기구(6)가 설치되어 있다. 가스 공급 기구(6)는, 예를 들어 샤워 형상을 갖고 있고, 처리 챔버(3)의 천장부로부터 처리 가스를 분사함으로써, 기판 처리가 행해진다. 본 실시 형태에 있어서는, 기판(W)의 표면 처리를 행하기 위한 처리 가스로서, 기판(W) 표면에 형성된 SiO2막(실리콘 산화막) 등의 산화막을 처리하는 HF 가스, NH3 가스가 예시되고, 기판 처리로서는 SiO2막의 변질 공정으로서의 화학 처리(화학 반응을 사용하는 처리)가 예시된다.
또한, 처리 챔버(3)에는 온도 제어 유닛(8)이 접속되어 있고, 이 온도 제어 유닛(8)의 가동에 의해 처리 챔버(3)의 온도는 자유자재로 제어된다. 기판 적재대(4)에 적재되는 기판(W)의 온도는 기판 적재대(4)로부터의 전열과, 처리 챔버(3)로부터의 전열에 의해 소정의 온도로 된다. 즉, 상기 온도 조절 유로(7)에 흘리는 온도 조절 매체의 온도와, 처리 챔버(3)의 온도를 제어하는 온도 제어 유닛(8)의 제어에 의해, 기판(W)을 처리 온도인 소정의 온도로 가열 또는 냉각하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 온도 제어 유닛(8)에 의해 처리 챔버(3)가 온도 제어되므로, 처리 챔버(3)에 접촉하여 설치되어 있는, 이하에 설명하는 배플판(60)도 온도 제어 유닛(8)에 의해 소정 온도로 제어된다.
또한, 도 1에도 도시한 바와 같이, 처리 챔버(3)의 바닥면에 있어서는, 게이트 밸브(50a)가 설치되어 있는 측과 반대측[즉, 기판 처리 시스템(S) 선단측]에, 처리 챔버(3)의 내부를 배기하는 배기구(5)가 형성되어 있다. 상술한 바와 같이, 배기구(5)는 기판 적재대(4)의 중심으로부터 편심된 위치에 형성되고, 배기구(5)에 연통하는 진공 펌프를 가동시킴으로써, 처리 챔버(3) 내를 감압(진공화)하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 처리 챔버(3)의 내부에 있어서는, 기판 적재대(4)의 주위를 둘러싸도록 배플판(60)이 설치되어 있다. 여기서, 기판 적재대(4)와 배플판(60) 사이에는 소정의 간격의 간극(62)이 형성되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 배플판(60)은 기판 적재대(4)의 주위 전체를 둘러싸서 배치되고, 처리 챔버(3)의 내부 공간을 기판 적재대(4)보다 상방에 위치하는 공간인 처리 공간(M1)과, 기판 적재대(4)보다 하방에 위치하는 공간인 배기 공간(M2)으로 구획하도록 구성되어 있다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 배플판(60)은 처리 챔버(3)의 내벽을 따라서 챔버 바닥부 방향으로 연신되는 족부(60a)를 갖고 있고, 족부(60a)는 처리 챔버(3)의 바닥부까지 연신되고, 그 선단은 처리 챔버(3)의 바닥부에 고착되어 있다. 즉, 상기 배기 공간(M2)은 기판 적재대(4)의 하면과 배플판(60)과, 처리 챔버(3)의 바닥면에 둘러싸이는 공간으로 되어 있다.
이와 같이, 배플판(60)을, 족부(60a)를 갖는 구성으로 한 것에 의해, 배기 공간(M2)의 밀폐성이 높아져, 배기구(5)를 통한 배기 성능이 배기 공간(M2)에 대해 충분히 발휘되어, 처리 챔버(3) 내의 배기가 효율적으로 행해진다.
도 4는 처리 챔버(3) 내에 있어서 기판 적재대(4)에 적재된 기판(W)과, 배플판(60)의 평면에서 볼 때의 개략 설명도이다. 또한, 도 4에는 파선에 의해 배기구(5)의 위치를 도시하고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 배플판(60)은 평면에서 볼 때 2매의 기판(W)을 적재하는 기판 적재대(4)를 둘러싸는 형상이고, 처리 챔버(3) 내에 있어서 기판(W) 및 기판 적재대(4) 이외의 부분을 평면에서 볼 때에 있어서 덮는 구성으로 되어 있다. 또한, 기판 적재대(4)의 외주와 배플판(60)의 내주 사이에는 소정 간격의 간극(62)(대략 8자 형상)이 형성된 구성으로 되어 있다.
또한, 배플판(60)에는 소정의 직경의 연통 구멍(65)이 복수 형성되어 있다. 각각의 연통 구멍(65)의 직경은 동일하다. 본 실시 형태에 있어서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 연통 구멍(65)은 기판(W)의 주위를 둘러싸도록, 간극(62)의 근방에 복수 형성되어 있다. 또한, 배플판(60)에 있어서의 연통 구멍(65)끼리의 간격은 균등하지 않고, 배플판(60)에 있어서 배기구(5)의 바로 위에 위치하는 부분(도 4 중 A부)에는 연통 구멍(65)은 형성되어 있지 않다. 즉, 배플판(60) 중 배기구(5)의 바로 위에 위치하는 부분에 있어서의 연통 구멍(65)의 밀도는, 배플판(60)의 다른 부분에 있어서의 연통 구멍(65)의 밀도에 비해 낮아지도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 배플판(60)에 있어서는, 평면에서 볼 때 기판 적재대(4)를 통해 배기구(5)에 대향하는 부분 중 중앙부[즉, 게이트 밸브(50a) 근방측의 중앙부, 도 4 중 B부]에 있어서의 연통 구멍(65)의 밀도는, 평면에서 볼 때 기판 적재대(4)를 통해 배기구(5)에 대향하는 부분 중 주변부[즉, 게이트 밸브(50a) 근방측의 주변부, 도 4 중 C부]에 형성되는 연통 구멍(65)의 밀도에 비해 낮아지도록 구성되어 있다.
또한, 기판 적재대(4)와 배플판(60)은 서로 다른 온도로 조절(온도 조정)되어 있고, 기판 적재대(4)는 기판(W)을 소정의 온도로 하기 위한 온도로 조절되고, 배플판(60)의 온도는, 후술하는 기판 처리 시에 생성되는 반응 생성물의 가스가 부착되지 않을 정도의 온도(반응물 부착 방지 온도)로 조절된다.
이상 설명한 기판 적재대(4), 배플판(60), 족부(60a), 간극(62) 및 연통 구멍(65)의 구성에 대해 도 5를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 5는 기판 적재대(4), 배플판(60), 족부(60a) 및 처리 챔버(3)의 바닥면[이하, 바닥판(3a)이라고도 칭함]에 둘러싸이는 배기 공간(M2)을 도시한 개략 단면도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 기판 적재대(4)는 기판(W)이 적재되는 다이부(4a)와, 처리 챔버(3)의 바닥판(3a)에 고정되어 다이부(4a)를 지지하는 지지부(4b)를 갖고 있다. 한편, 배플판(60)은 다이부(4a)의 주위로 연장되어, 연통 구멍(65)이 형성되어 있는 판부(60b)를 갖고 있다. 배플판(60)은 판부(60b)의 내주측의 측면과 다이부(4a)의 측면이 소정의 간격으로 대향하도록 배치되고, 판부(60b)의 내주측의 측면과 다이부(4a)의 측면 사이에 간극(62)이 형성된다. 여기서, 배플판(60)과 기판(W)을 다른 온도로 조절(온도 조절)하는 경우에는, 배플판(60)과 기판(W)을 멀게 하여, 상호간의 전열을 억제하기 위해, 판부(60b)의 상면의 높이를 다이부(4a)의 상면의 높이보다도 낮게 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 족부(60a)의 선단부(하단부)에는 설치부(60c)가 형성되어 있고, 설치부(60c)를 처리 챔버(3)의 바닥판(3a)에 나사(70)로 고정함으로써 배플판(60)은 바닥판(3a)에 접촉하고 있다. 이에 의해, 설치부(60c) 및 바닥판(3a)을 통한 처리 챔버(3)로부터의 전열을 사용하여, 온도 제어 유닛(8)에 의한 배플판(60)의 온도 조절을 할 수 있다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 가열 장치(10)의 내부에는 2매의 기판(W)을 대략 수평으로 적재하고, 가열할 수 있는 가열대(12)가 설치되고, 가열대(12)에는 도시하지 않은 히터 선(전열선)이 매설되고, 이 히터 선에 히터 전원(13)이 접속되어 있다. 또한, 가열 장치(10)의 천장부에는 가열 장치(10) 내에, 예를 들어 N2 등의 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 기구(14)가 설치되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 가열 장치(10)의 바닥면에는 배기구(15)가 형성되어 있고, 배기구(15)에 연통하는 진공 펌프(도시하지 않음)를 가동시킴으로써, 가열 장치(10) 내를 감압시키는 것이 가능하게 되어 있다.
이상, 도 3을 참조하여 설명한 기판 처리 장치(1) 및 가열 장치(10)에 있어서는, 예를 들어 SiO2막이 표면에 형성된 기판(W)에 대해, 이하와 같은 기판 세정 처리가 행해진다. 우선, SiO2막이 형성된 면을 상면으로 한 상태에서, 반송 압력 조절 장치(20)에 대한 기판(W)의 반입이, 아암(31)에 의해 게이트 밸브(50c)를 통해 행해진다.
반송 압력 조절 장치(20) 내로 반입된 기판(W)은 아암(21)에 2매 동시에 보유 지지되어, 게이트 밸브(50c)가 폐쇄된다. 그리고, 기판 처리 장치(1), 가열 장치(10) 및 반송 압력 조절 장치(20)의 내부를 모두 감압 상태(진공 상태)로 한 후, 게이트 밸브(50b) 및 게이트 밸브(50a)가 개방된다. 이 상태에서 아암(21)의 가동에 의해, 2매의 기판(W)이 기판 처리 장치(1)로 반송된다. 기판 처리 장치(1)로 반송된 2매의 기판(W)은 동시에 기판 적재대(4)에 적재된다. 또한, 아암(21)은, 기판(W)의 반송을 종료한 후에는 반송 압력 조절 장치(20) 내에 수납되고, 기판 처리 장치(1) 내로 기판(W)이 반입된 후, 게이트 밸브(50a, 50b)는 각각 폐쇄된다.
계속해서, 기판 처리 장치(1)에 있어서, 예를 들어 기판(W) 표면에 형성된 SiO2막을, 처리 가스인 HF 가스, NH3 가스를 사용하여 화학 처리하는 공정(변질 공정)이 기판 처리로서 행해진다. 이 화학 처리는 감압 하에 있어서 기판(W)을 SiO2막이 상면으로 되도록 기판 적재대(4)에 적재하고, 기판(W)이 소정 온도로 되도록 온도 제어를 행한 후, 가스 공급 기구(6)로부터 처리 가스인 HF 가스와 NH3 가스의 혼합 가스를 처리 챔버(3) 내에 분출시킴으로써 행해진다. 이 화학 처리에 의해, SiO2막과 HF 가스 및 NH3 가스의 분자가 화학 반응하여, 예를 들어 플루오로 규산 암모늄이나 수분 등의 반응 생성물이 생성된다.
이 화학 처리에 있어서는, 처리 가스인 HF 가스와 NH3 가스의 혼합 가스를 기판(W)의 표면에 균일화시킨 상태로 흘릴 필요가 있다. 이는, SiO2막에 균일하게 접촉시킴으로써, 기판(W) 표면에 있어서의 상기 반응 생성물의 생성을 균일하게 행하기 위해서이다. 본 실시 형태에 관한 기판 처리 장치(1)에 있어서는, 처리 챔버(3)의 내부를 기판 적재대(4)의 주위에 설치되는 배플판(60)에 의해 처리 공간(M1)과 배기 공간(M2)으로 구획하고 있다. 배기 공간(M2)에는 배기구(5)가 형성되어 있고, 배기 공간(M2)은 기판 적재대(4)의 하면과 배플판(60)[족부(60a)]과, 처리 챔버(3)의 바닥면에 둘러싸인 밀폐성이 높은 공간으로 되어 있으므로, 처리 공간(M1) 내의 처리 가스는, 배플판(60)에 형성된 연통 구멍(65)과, 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에 형성되는 간극(62)만을 통해 배기 공간(M2)으로 유출되고, 그 후 배기구(5)로부터 배기된다.
상술한 바와 같이, 배플판(60)에 있어서 배기구(5)의 바로 위에 위치하는 부분에는, 연통 구멍(65)은 형성되어 있지 않다. 즉, 배플판(60) 중 배기구의 바로 위에 위치하는 부분에 있어서의 연통 구멍(65)의 밀도는 배플판(60)의 다른 부분에 있어서의 연통 구멍(65)의 밀도에 비해 낮아지도록 구성되어 있다. 배기구(5)의 바로 위에 접하는 부분은 배기구(5)로부터의 거리가 극히 가깝기 때문에, 다른 부분에 비해 배기량이 많아지지만, 배기구(5)의 바로 위에 위치하는 부분에 연통 구멍(65)이 형성되어 있지 않은 배플판(60)을 설치함으로써, 처리 공간(M1)으로부터 배기 공간(M2)으로의 처리 가스의 유출에 있어서는, 배기구(5)의 바로 위라도, 다른 부분에 비해 가스 유출이 많아져 버리는 것이 방지된다. 즉, 처리 공간(M1)으로부터 배기 공간(M2)으로의 처리 가스의 유출이 위치에 따라서 변동되는 것이 회피되어, 기판(W) 표면에 있어서의 처리 가스의 흐름이 불균일로 되어 버리는 것이 방지된다.
또한, 배플판(60)에 있어서는, 평면에서 볼 때 기판 적재대(4)를 통해 배기구(5)에 대향하는 부분 중 중앙부[즉, 게이트 밸브(50a) 근방측의 중앙부, 도 4 중 B부]에 있어서의 연통 구멍(65)의 밀도는, 평면에서 볼 때 기판 적재대(4)를 통해 배기구(5)에 대향하는 부분 중 주변부[즉, 게이트 밸브(50a) 근방측의 주변부, 도 4 중 C부]에 형성되는 연통 구멍(65)의 밀도에 비해 낮아지도록 구성되어 있다. 이에 의해, 처리 공간(M1)[특히, 기판 적재대(4)의 상면 근방]에 있어서의 게이트 밸브(50a) 근방측의 중앙부에서는, 게이트 밸브(50a) 근방측의 주변부에 비해 처리 가스가 체류하기 쉬운 환경이 되고, 기판(W) 표면에 있어서 단위 면적당의 가스 공급량이 다른 부분에 비해 적어지는 경향이 있는 게이트 밸브(50a) 근방측의 중앙부에 있어서, 공급된 처리 가스량 중 기판 처리(화학 처리)에 기여하는 처리 가스의 양의 비율이 높아진다. 즉, 기판(W) 표면에 있어서, 게이트 밸브(50a) 근방측의 중앙부(B부)와, 게이트 밸브(50a) 근방측의 주변부(C부)에서, 기판 처리(화학 처리)에 기여하는 단위 면적당의 처리 가스 공급량의 균일화가 도모되어, 기판(W)에 대한 기판 처리(화학 처리)가 균일하게 행해진다.
계속해서, 화학 처리 후의 기판(W)이 처리된 면을 상면으로 한 상태에서, 게이트 밸브(50a)를 통해 아암(21)의 가동에 의해 가열 장치(10) 내로 반송된다. 가열 장치(10)로 반송된 기판(W)은 가열대(12) 상에 적재된다. 그리고, 기판(W)이 적재된 가열대(12)는 히터(13)의 가동에 의해 소정 온도로 가열되고, 이에 수반하여 가열대(12) 상에 적재된 기판(W)도 가열된다. 이 가열에 의해, 상기 화학 처리에 의해 기판(W) 표면에 생성된 반응 생성물이 기화되어, 기판(W)의 표면으로부터 제거된다(가열 공정). 여기서, 기화된 반응 생성물은 퍼지 가스 공급 기구(14)에 의한 가열 장치(10) 내로의 퍼지 가스 도입과, 배기구(15)로부터의 배기에 의해 가열 장치(10)로부터 배출된다.
상기 가열 공정이 완료된 후, 기판(W)은 게이트 밸브(50b)를 통해 아암(21)의 가동에 의해 반송 압력 조절 장치(20) 내로 반송된다. 그리고, 게이트 밸브(50b)를 폐쇄한 후, 기판(W)의 장치로의 반입 시와 마찬가지로, 반송 장치(30)의 내압과 반송 압력 조절 장치(20)의 내압을 동등한 것으로 하고, 게이트 밸브(50c)를 개방하여 기판(W)을 아암(31)에 의해 반송 압력 조절 장치(20)로부터 반출시킨다.
이상 설명한 공정에 의해, 기판 처리 시스템(S)에 있어서의 일련의 기판 세정 처리가 완료된다. 또한, 기판 처리 시스템(S)에 있어서 기판 세정 처리가 완료된 후의 기판(W)은 다른 처리 시스템에 있어서, 예를 들어 CVD 장치 등의 성막 장치로 반입되어, 기판(W)에 대해, 예를 들어 CVD법 등에 의한 성막 처리가 행해진다.
본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 시스템(S), 특히 기판 처리 장치(1)에 있어서는, 처리 챔버(3) 내에 설치된 기판 적재대(4)의 주위에, 처리 챔버(3)의 내부 공간을 처리 공간(M1)[기판(W) 표면측]과 배기 공간(M2)[기판(W) 이면측]으로 구획하도록 배플판(60)을 설치하고 있다. 그리고, 이 배플판(60)에 소정의 직경의 복수의 연통 구멍(65)을 형성하고, 또한 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에 소정 간격의 간극(62)을 형성하는 구성으로 한 것에 의해, 처리 공간(M1)으로부터 배기 공간(M2)으로의 가스 유출을 이들 연통 구멍(65)과 간극(62)에 의해서만 행하는 것으로 하고 있다. 즉, 처리 공간(M1)으로부터 배기 공간(M2)으로의 가스 유출은, 연통 구멍(65)의 배치 구성(분포)과 간극(62)의 폭 및 연통 구멍(65)과 간극(62) 사이의 거리 등에 의해서만 제어된다.
본 실시 형태에 관한 기판 처리 장치(1)에서는, 특히 배기구(5)가 기판 적재대(4)의 중심에 대해 편심된 위치에 형성되는 경우에, 배플판(60) 중 배기구(5)의 바로 위에 위치하는 부분에 있어서의 연통 구멍(65)의 밀도가 배플판(60)의 다른 부분에 있어서의 연통 구멍(65)의 밀도에 비해 낮아지는 구성으로 하였으므로, 배기구(5)의 바로 위에 있어서의 처리 공간(M1)으로부터 배기 공간(M2)으로의 가스의 유출이 다른 부분보다 많아져 버리는 것이 방지된다. 즉, 처리 공간(M1)으로부터 배기 공간(M2)으로의 처리 가스의 유출이 위치에 따라서 변동되는 것이 회피되어, 기판(W) 표면에 있어서의 처리 가스의 흐름이 불균일로 되어 버리는 것이 방지된다.
또한, 평면에서 볼 때 기판 적재대(4)를 통해 배기구(5)에 대향하는 부분 중 중앙부[즉, 게이트 밸브(50a) 근방측의 중앙부, 도 4 중 B부]에 있어서의 연통 구멍(65)의 밀도를, 평면에서 볼 때 기판 적재대(4)를 통해 배기구(5)에 대향하는 부분 중 주변부[즉, 게이트 밸브(50a) 근방측의 주변부, 도 4 중 C부]에 형성되는 연통 구멍(65)의 밀도에 비해 낮아지도록 구성하고 있으므로, 기판(W) 표면에 있어서 단위 면적당의 가스 공급량이 다른 부분에 비해 적어지는 경향이 있는 게이트 밸브(50a) 근방측의 중앙부(B부)에 있어서, 공급된 처리 가스량 중 기판 처리(화학 처리)에 기여하는 처리 가스의 양의 비율이 높아지고, 게이트 밸브(50a) 근방측의 중앙부(B부)와 게이트 밸브(50a) 근방측의 주변부(C부)에서, 기판 처리에 기여하는 단위 면적당의 처리 가스 공급량의 균일화가 도모되어, 기판(W)에 대한 기판 처리가 균일하게 행해진다.
또한, 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에 간극(62)을 형성하여, 처리 공간(M1)으로부터 배기 공간(M2)으로 간극(62)으로부터 가스가 유출되고 있는 상태로 하고 있다. 이에 의해, 기판(W) 표면의 가스 흐름을 균일화하는 것이 가능해진다. 여기서, 도 6, 도 7을 참조하여 간극(62)을 형성한 것에 의해 기판(W) 표면의 가스 흐름이 균일화되는 원리에 대해 상세하게 설명한다.
도 6은 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에 간극이 형성되어 있지 않은 경우의 가스 흐름을 도시하는 개략 설명도이고, 도 7은 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에 간극(62)이 형성되어 있는 경우의 가스 흐름을 도시하는 개략 설명도이다. 또한, 도 6 및 도 7에 있어서는, 기판 적재대(4)에 적재된 기판(W)과 배플판(60)이 근접하고 있는 개소를 확대하여 도시하고 있고, 연통 구멍(65a)과 연통 구멍(65b)은 복수 형성된 연통 구멍(65) 중, 서로 이웃하는 것이다. 또한, 도 6 및 도 7에 도시하는 점 D, E, F, G는 기판(W) 상의 점이다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 점 D는 연통 구멍(65a)의 근방에 위치하는 점으로, 연통 구멍(65a)의 중심을 지나 기판(W)의 테두리에 수직인 직선 상에 위치한다. 또한, 점 G는 연통 구멍(65b)의 근방에 위치하는 점으로, 연통 구멍(65b)의 중심을 지나 기판(W)의 테두리에 수직인 직선 상에 위치한다. 한편, 점 E는 연통 구멍(65a)과 연통 구멍(65b) 사이에 위치하는 점 중 연통 구멍(65a)에 가까운 점인 점 H의 근방에 위치하는 점으로, 점 H를 지나 기판(W)의 테두리에 수직인 직선 상에 위치한다. 점 F는 연통 구멍(65a)과 연통 구멍(65b) 사이에 위치하는 점 중 연통 구멍(65b)에 가까운 점인 점 I의 근방에 위치하는 점으로, 점 I를 지나 기판(W)의 테두리에 수직인 직선 상에 위치한다.
도 6, 도 7에 도시한 바와 같이, 점 D에 있어서의 가스의 흐름의 방향은, 도면 중 화살표 d1로 나타낸 바와 같이, 점 D로부터 가장 가까운 연통 구멍인 연통 구멍(65a)을 향하는 경향이 있다. 또한, 마찬가지로 점 G에 있어서의 가스의 흐름의 방향은, 도면 중 화살표 g1로 나타낸 바와 같이, 점 G로부터 가장 가까운 연통 구멍인 연통 구멍(65b)을 향하는 경향이 있다. 여기서, 화살표 d1의 방향은 점 D로부터 기판(W)의 테두리에 최단 거리에서 향하는 방향으로, 기판(W)이 원형인 경우에는, 기판(W)의 중심과 점 D를 지나는 직선의 방향이다. 마찬가지로, 화살표 g1의 방향은 점 G로부터 기판(W)의 테두리에 최단 거리에서 향하는 방향이고, 기판(W)이 원형인 경우에는, 기판(W)의 중심과 점 G를 지나는 직선의 방향이다.
기판(W) 상에서의 각 점에 있어서의 가스의 흐름을 균일화한다고 하는 관점에서는, 점 E 및 점 F에 있어서의 가스의 흐름의 방향을, 각각 점 E 및 점 F로부터 기판(W)의 테두리에 최단 거리에서 향하는 방향(도면 중 1점 쇄선으로 나타내는 화살표 e1 및 f1의 방향, 즉 점 E로부터 점 H를 향하는 방향 및 점 F로부터 점 I를 향하는 방향)으로 하고, 점 D 및 점 G에 있어서의 가스의 흐름과 마찬가지로 하는 것이 이상적이다. 그러나, 도 6에 도시한 바와 같이, 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에 간극(62)을 형성하지 않는 구성으로 한 경우, 점 E에 있어서의 가스의 흐름의 방향은 화살표 e2로 나타낸 바와 같이, 점 E로부터 가장 가까운 연통 구멍인 연통 구멍(65a)을 향하는 경향이 있다. 마찬가지로, 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에 간극(62)을 형성하지 않는 구성으로 한 경우, 기판(W) 상의 점 F에 있어서의 가스의 흐름의 방향은, 화살표 f2로 나타낸 바와 같이, 점 F로부터 가장 가까운 연통 구멍인 연통 구멍(65b)을 향하는 경향이 있다.
한편, 도 7에 도시한 바와 같이, 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에 간극(62)을 형성한 경우에는, 기판(W) 상의 가스가 연통 구멍(65)뿐만 아니라 간극(62)으로부터도 배기됨으로써, 점 E에 있어서의 가스의 흐름의 방향이, 도 7 중 화살표 e3으로 나타낸 바와 같이, 화살표 e2가 나타내는 방향보다도 화살표 e1로 나타내는 방향에 가까운 방향으로 된다. 마찬가지로, 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에 간극(62)을 형성한 경우에는, 점 F에 있어서의 가스의 흐름의 방향이, 도 7 중 화살표 f3으로 나타낸 바와 같이, 화살표 f2가 나타내는 방향보다도 화살표 f1로 나타내는 방향에 가까운 방향으로 된다.
즉, 도 6과 도 7을 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에 간극(62)을 형성함으로써, 점 E 및 점 F에 있어서의 가스의 흐름의 방향이 각각 점 E 및 점 F로부터 기판(W)의 테두리에 최단 거리에서 향하는 방향에 가까운 방향으로 된다. 이에 의해, 점 E 및 점 F에 있어서의 가스의 흐름의 형태가, 점 D 및 점 G에 있어서의 가스의 흐름의 형태[각 점으로부터 기판(W)의 테두리에 최단 거리에서 향하는 방향으로 흐르는 경향이 있는 형태]에 가까운 것으로 된다. 즉, 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에 간극(62)을 형성함으로써, 점 E 및 점 F와 같은 배플판(60) 중 연통 구멍(65)이 형성되어 있지 않은 부분의 근방에 위치하는 점에 있어서의 가스의 흐름의 형태가, 점 D 및 점 G와 같은 배플판(60)의 중 연통 구멍(65)이 형성된 부분의 근방에 위치하는 점에 있어서의 가스의 흐름의 형태에 가까운 것으로 되어, 기판(W) 상에서의 각 점에 있어서의 가스의 흐름의 균일화가 도모되게 된다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서, 배플판(60)과 기판 적재대(4)는 다른 온도로 조절되어 있고, 기판 적재대(4)는 기판(W)을 소정의 온도로 하기 위한 온도, 배플판(60)은 기판 처리 시에 생성되는 반응 생성물의 가스가 부착되지 않을 정도의 온도(반응물 부착 방지 온도)로 온도 조절된다. 기판 처리 장치(1)에 있어서는, 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에 간극(62)을 형성하고 있으므로, 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에서의 열전도가 억제되어, 기판 적재대(4)[특히 배플판(60) 근방]의 온도가 고정밀도로 소정의 온도로 유지된다. 상기 실시 형태와 같이, 처리 챔버(3)의 내부를 감압하는 경우에는, 소위 진공 단열에 의해 배플판(60)과 기판 적재대(4) 사이에서의 열전도가 억제된다.
기판(W) 표면의 가스 흐름을 균일화시키고, 또한 기판(W)의 온도를 고정밀도로 소정의 온도로 함으로써, 기판 처리 장치(1)에 있어서의 기판 처리 프로세스의 균일화가 도모되고, 균일하게 처리된 기판(W)을 가열 장치(10)로 반입하여, 반응 생성물의 기화(가열 공정)가 행해지므로, 예를 들어 상기 화학 처리 후의 기판(W)에 있어서는 반응 생성물의 제거가 고정밀도로 균일하게 행해진다.
이상, 본 발명의 실시 형태의 일례를 설명하였지만, 본 발명은 도시한 형태로 한정되지 않는다. 당업자라면 특허청구의 범위에 기재된 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 양해된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에 있어서는, 기판 처리 시스템(S)으로서 2매의 기판(W)을 동시에 적재하여 처리하는 구성을 예시하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 기판을 복수매(3매, 4매 등) 동시에 처리하는 구성의 기판 처리 장치에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 1매의 기판(W)만을 처리하는 구성의 기판 처리 장치에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 기판 처리로서 화학 처리를 예시하여 설명하였지만, 본 발명에 관한 기판 처리 장치는, 그 밖의 처리를 행하는 경우에 사용되는 장치에 대해서도 적용 가능하고, 예를 들어 기판에 플라즈마 CVD 처리를 행하는 기판 처리 장치 등에도 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 기판 처리로서 기판(W) 표면에 형성된 SiO2막을, 처리 가스인 HF 가스, NH3 가스를 사용하여 화학 처리하는 공정(변질 공정)과, 처리 후의 기판을 가열 처리하는 공정(가열 공정)을 예시하고, 이들 화학 처리 및 가열 처리는 각각 기판 처리 장치(1)와 가열 장치(10)에 있어서 행해지는 것으로서 설명하였지만, 이 화학 처리 및 가열 처리는 동일한 처리 장치(챔버) 내에서 행하는 것도 가능하다. 즉, 1개의 챔버에 있어서 처리 가스(HF 가스, NH3 가스)를 도입하여 기판 처리(화학 처리)를 행하고, 처리 가스를 배기한 후에, 기판을 가열시켜 반응 생성물을 제거하는 것도 가능하다. 본 발명에 관한 기판 처리 장치는 이와 같은 2개의 처리를 동일 챔버 내에서 행하는 경우의 장치로서도 사용할 수 있다.
본 발명은, 예를 들어 반도체 제조 프로세스 등의 미세 가공 분야에 있어서 사용되는 기판 처리 장치에 적용할 수 있다.
1 : 기판 처리 장치
3 : 처리 챔버
4 : 기판 적재대
5 : 배기구
6 : 가스 공급 기구
7 : 온도 조절 유로
8 : 온도 제어 유닛
10 : 가열 장치
12 : 가열대
13 : 히터
14 : 퍼지 가스 공급 기구
15 : 배기구
20 : 반송 압력 조절 장치
21 : 아암
30 : 반송 장치
31 : 아암
50a, 50b, 50c : 게이트 밸브
60 : 배플판
60a : 족부
62 : 간극
65 : 연통 구멍
M1 : 처리 공간
M2 : 배기 공간
S : 기판 처리 시스템

Claims (9)

  1. 기판을 처리하는 감압 가능한 처리 챔버를 갖는 기판 처리 장치이며,
    기판을 적재하는 기판 적재대와,
    상기 처리 챔버의 내부를 처리 공간과 배기 공간으로 구획하도록 상기 기판 적재대의 주위에 설치되는 배플판과,
    상기 처리 챔버의 내부를 배기하는 배기구를 구비하고,
    상기 기판 적재대와 상기 배플판 사이에는 간극이 형성되고,
    상기 배플판에는 상기 처리 공간과 상기 배기 공간을 연통시키는 복수의 연통 구멍이 형성되어 있는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배플판에 형성되는 복수의 연통 구멍 중, 상기 배기구의 근방에 위치하는 연통 구멍의 밀도는 다른 부분에 위치하는 연통 구멍의 밀도에 비해 낮은, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 배기구는 상기 처리 챔버의 바닥부에 배치되고,
    상기 배플판에 형성되는 복수의 연통 구멍 중, 상기 배기구의 바로 위에 위치하는 연통 구멍의 밀도는, 다른 부분에 위치하는 연통 구멍의 밀도에 비해 낮은, 기판 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 적재대와 상기 배플판은 다른 온도로 조절되는, 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기판 적재대는 기판 처리 온도로 조절되고, 상기 배플판은 상기 기판 처리 온도보다 고온인 반응물 부착 방지 온도로 조절되는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플판은 상기 처리 챔버의 내벽을 따라서 바닥부 방향으로 연신되는 족부를 갖는, 기판 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기구는 평면에서 볼 때에 있어서 상기 기판 적재대의 중심으로부터 편심되어 배치되는, 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 처리 챔버에는 수평 방향에 있어서 상기 배기구와 대향하는 위치에 배치되는, 기판의 반입출을 행하기 위한 게이트 밸브가 형성되는, 기판 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 배플판에 형성되는 복수의 연통 구멍 중, 평면에서 볼 때에 있어서 상기 기판 적재대를 통해 상기 배기구와 대향하는 측의 중앙부에 위치하는 연통 구멍의 밀도는, 평면에서 볼 때에 있어서 상기 기판 적재대를 통해 상기 배기구와 대향하는 측의 주변부에 위치하는 연통 구멍의 밀도에 비해 낮은, 기판 처리 장치.
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