KR20180066844A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20180066844A
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gas
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무네히토 가가야
아유타 스즈키
고스케 야마모토
즈요시 모리야
가즈요시 마츠자키
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 기판을 면내에서 균일하게 처리한다. 성막 장치(1)는, 처리 용기(10) 내에서, 적재하는 적재대(11)와 가스 공급부(30)가 대향하도록 설치되고, 가스 공급부(30)의 일단의 도입 포트로부터 도입된 처리 가스를 타단의 가스 공급 구멍(31a)으로부터 웨이퍼(W)에 공급한다. 가스 공급부(30)는, 중앙 영역(R1)과, 중앙 영역(R1)을 둘러싸고, 가스 공급부(30)의 중심축(Q)을 중심으로 하는 평면에서 볼 때 환 형상의 외주 영역(R2, R3)을 갖고, 중앙 영역(R1)과 외주 영역(R2, R3)의 영역마다, 복수의 가스 공급 구멍(31a)과 도입 포트가 형성되고, 외주 영역(R2, R3)에 대한 도입 포트는, 중심축(Q)을 중심으로 하는 평면에서 볼 때 환 형상으로 형성되고, 외주 영역(R2, R3)에 대한 도입 포트로부터 외주 영역(R2, R3)에 대한 복수의 가스 공급 구멍(31a)에, 영역마다 가스 공급 조건이 조정된 처리 가스를, 중심축(Q)을 중심으로 한 둘레 방향으로 연속적이면서 또한 외측을 향해서 공급한다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대하여 성막 처리 등의 처리를 행하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대하여 성막 처리 등의 처리가 행하여진다. 성막 방법으로서는, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)법이 있고, ALD법에 의해 성막하는 성막 장치에서는, 성막 대상의 기판을 가열하면서, 반응실 내에의 전구체의 공급, 반응실 내의 퍼지라는 사이클을 반복함으로써, 원자층을 1층씩 퇴적하여, 원하는 막을 기판 상에 형성한다.
성막 장치에서는, 기판이 적재되는 적재대와, 적재대에 적재된 기판에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부가 처리 용기 내에서 대향하고 있고, 가스 공급부로부터는 샤워 형상으로 처리 가스가 공급된다(특허문헌 1 참조).
상술한 가스 공급부는, 가스 샤워 헤드 등이라고 불리며, 처리 가스의 도입 포트와, 최하부에 형성된 가스 공급 구멍을 갖는다. 또한, 가스 샤워 헤드는, 도입 포트와 가스 공급 구멍과의 사이에, 가스를 수평 방향으로 확산시키기 위한 확산 공간을 갖는다.
특허문헌 1의 가스 샤워 헤드는, 확산 공간이 3개로 분할되고, 서로 인접하는 확산 공간은 격벽에 의해 이격되어 있고, 확산 공간 각각에 대하여 가스 공급 구멍이 형성되어 있다. 이 가스 샤워 헤드는, 각 확산 공간에 공급하는 처리 가스의 공급량을 개별로 조절함으로써, 기판에 대한 처리 가스의 공급량을 제어하여, 균일한 두께로 성막할 수 있는 것이다.
또한, 특허문헌 1의 가스 샤워 헤드는, 중앙의 확산 공간은 평면에서 볼 때 원판 형상으로 형성되고, 가장 외측의 확산 공간은 평면에서 볼 때 환 형상으로 형성되고, 양쪽 확산 공간의 사이에 위치하는 중간의 확산 공간도 평면에서 볼 때 환 형상으로 형성되어 있다. 또한, 이 가스 샤워 헤드에서는, 도 10의 (A)에 도시한 바와 같이, 평면에서 볼 때 환 형상의 확산 공간(S)과 평면에서 볼 때 겹치는 위치에, 평면에서 볼 때 원 형상의 처리 가스의 도입 포트(P)가 복수 형성되어 있다.
미국 특허 출원 공개 제2009/0218317호 공보
그러나, 평면에서 볼 때 환 형상의 확산 공간(S)과 평면에서 볼 때 겹치는 위치에 도입 포트(P)가 형성되어 있으면, 확산 공간(S)의 외주 부분의 일부에서 처리 가스의 농도가 옅어지는 영역(R)이 발생해버린다. 바꾸어 말하면, 확산 공간(S) 내에서, 처리 가스의 농도가 둘레 방향에서 불균일해진다. 확산 공간(S)의 연직 방향의 두께를 작게 함으로써, 도 10의 (B)에 도시한 바와 같이, 상기 영역(R)의 면적을 감소시킬 수 있지만, 없애는 것은 곤란하다. 이렇게 확산 공간(S)의 외주 부분의 일부에서 처리 가스의 농도가 옅어지는 영역(R)이 존재하면, 해당 영역(R)의 바로 아래의 기판 상의 공간에서의 처리 가스의 농도가 다른 부분에 비해서 옅어져버린다.
또한, 평면에서 볼 때 환 형상의 확산 공간(S)과 평면에서 볼 때 겹치는 위치에 도입 포트(P)가 형성되어 있으면, 도입 포트(P)의 바로 아래의 기판 상의 공간에서의 처리 가스의 농도가 다른 부분에 비해 높아져버린다.
따라서, 특허문헌 1의 가스 샤워 헤드와 같이, 평면에서 볼 때 환 형상의 확산 공간(S)과 평면에서 볼 때 겹치는 위치에 도입 포트(P)가 형성되어 있으면, 원하는 막 두께의 막을 균일하게 형성하는 것은 곤란하다.
또한, 특허문헌 1의 가스 샤워 헤드를 기판의 에칭 처리 장치에 사용한 경우, 상술한 바와 마찬가지의 이유에 의해, 원하는 두께의 에칭을 균일하게 행하는 것이 곤란하다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 기판을 면내에서 균일하게 처리하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 처리 용기 내에서, 기판을 적재하는 적재대와, 상기 기판을 처리하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급부가, 대향하도록 설치되고, 상기 가스 공급부의 상기 적재대와는 반대측의 단부에 형성된 도입 포트로부터 도입된 상기 처리 가스를, 상기 적재대측의 단부에 형성된 가스 공급 구멍으로부터 상기 기판에 공급하는 기판 처리 장치로서, 상기 가스 공급부는, 상기 기판의 중앙부에 대향하는 중앙 영역과, 해당 중앙 영역을 둘러싸고, 당해 가스 공급부의 중심축을 중심으로 하는 평면에서 볼 때 환 형상의 1개 또는 복수의 외주 영역을 갖고, 상기 중앙 영역과 상기 1개 또는 복수의 외주 영역의 영역마다, 복수의 상기 가스 공급 구멍과 상기 도입 포트가 형성되고, 상기 1개 또는 복수의 외주 영역에 대한 상기 도입 포트는, 상기 중심축을 중심으로 하는 평면에서 볼 때 환 형상으로 형성되고, 상기 외주 영역에 대한 상기 도입 포트로부터 상기 외주 영역에 대한 상기 복수의 가스 공급 구멍에, 상기 영역마다 가스 공급 조건이 조정된 상기 처리 가스를, 상기 중심축을 중심으로 한 둘레 방향으로 연속적이면서 또한 외측을 향해서 공급하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 가스 공급부는, 상기 외주 영역에 대한 상기 도입 포트로부터 상기 외주 영역에 대한 상기 복수의 가스 공급 구멍에 상기 처리 가스를 공급하는 가스 공급로를 갖고, 해당 가스 공급로는, 상기 중심축을 중심으로 하는 평면에서 볼 때 환 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 가스 공급로는, 상기 중심축을 중심으로 하는 원환 통 형상으로 형성된 공급로와, 상기 중심축을 중심으로 하는 원환 판 형상으로 형성된 공급로를 갖는 것이 바람직하다.
상기 가스 공급부는, 상기 중앙 영역과 상기 1개 또는 복수의 외주 영역의 영역마다, 상기 중심축과 수직 방향으로 가스를 확산시킴과 함께 당해 영역에 대한 상기 복수의 가스 공급 구멍에 연통하는 확산 공간을 갖고, 상기 외주 영역에 대한 상기 확산 공간은, 상기 중심축을 중심으로 하는 평면에서 볼 때 환 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 가스 공급부는, 상기 중앙 영역과 상기 1개 또는 복수의 외주 영역에 대한 상기 도입 포트와, 외부의 가스 공급관을 접속하는 접속관을 갖고, 상기 접속관은, 서로 직경이 상이한 복수의 관이 상기 중심축을 중심으로 하는 동심 형상으로 배치되어 형성되고, 상기 외주 영역에 대한 상기 도입 포트는, 인접하는 2개의 상기 관에서의 내측의 상기 관의 외측벽과 외측의 상기 관의 내측벽으로 형성되는 가스 공급 공간에 연통하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 기판을 면내에서 균일하게 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치로서의 성막 장치를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.
도 2는 도 1의 부분 확대도이다.
도 3은 도 1의 가스 공급부의 샤워 헤드의 하면을 도시하는 모식도이다.
도 4는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 5는 도 1의 가스 공급부에서의 도입 포트의 근방의 수평 방향 단면도이다.
도 6은 도 1의 B-B 단면도이다.
도 7은 도 1의 C-C 단면도이다.
도 8은 도 1의 D-D 단면도이다.
도 9는 도 1의 접속관과 외부의 가스 공급관의 접속 부분의 부분 확대 단면도이다.
도 10은 종래 기술의 과제를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치로서의 성막 장치를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.
도면의 성막 장치(1)는, 기판으로서의 반도체 웨이퍼(W)(이하, 웨이퍼(W))에 ALD법에 의해 SiO2막의 성막 처리를 행하고, 보다 구체적으로는, 플라즈마 인핸스드 ALD(PEALD)에 의해 SiO2막을 웨이퍼(W)에 형성한다.
이 성막 장치(1)는, 바닥이 있고 상방이 개구된 대략 원통 형상의 처리 용기(10)와, 처리 용기(10) 내에 설치된, 웨이퍼(W)를 적재하는 적재대(11)를 갖고 있다. 처리 용기(10)는, 접지선(12)에 의해 전기적으로 접속되어 접지되어 있다. 또한, 처리 용기(10)의 내벽은, 예를 들어 표면에 내플라즈마성의 재료로 이루어지는 용사 피막이 형성된 라이너(도시하지 않음)에 의해 덮여 있다.
적재대(11)는, 예를 들어 니켈 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 적재대(11)의 하면은, 도전성 재료에 의해 형성된 지지 부재(13)에 의해 지지되고, 또한 전기적으로 접속되어 있다. 지지 부재(13)는, 처리 용기(10)의 저면에 전기적으로 접속되어 있다. 그 때문에, 적재대(11)는, 처리 용기(10)를 통해서 접지되어 있고, 상부 전극으로서 기능하는 후술하는 가스 공급부(30)와 쌍을 이루는 하부 전극으로서 기능한다. 또한, 하부 전극의 구성으로서는, 본 실시 형태의 내용에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 적재대(11) 내에 금속 메쉬 등의 도전성 부재를 매립해서 구성해도 된다.
또한, 지지 부재(13)의 하부는, 처리 용기(10)의 저부의 중심부에 형성된 삽입 관통 구멍(도시하지 않음)을 관통해서 하방으로 연장되어 있다. 지지 부재(13)는, 도시하지 않은 승강 기구에 의해 상하 이동 가능하게 되어 있고, 이에 의해 적재대(11)가 승강된다.
적재대(11)에는, 전기 히터(20)가 내장되어 있어, 적재대(11)에 적재되는 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열할 수 있다.
또한, 적재대(11)의 하방이며 처리 용기(10)의 내측에는, 지지 핀(도시하지 않음)이 복수 설치되어 있고, 적재대(11)에는 지지 핀이 삽입 관통되는 삽입 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 따라서, 적재대(11)를 강하시켰을 때, 적재대(11)의 삽입 관통 구멍을 관통한 지지 핀의 상단부에서 웨이퍼(W)를 받아, 그 웨이퍼(W)를 처리 용기(10)의 외부로부터 침입하는 반송 아암(도시하지 않음)과의 사이에서 주고받을 수 있다.
적재대(11)의 상방이며 처리 용기(10)의 내측에는, 가스 공급부(30)가 적재대(11)에 대향해서 평행하게 설치되어 있다. 바꾸어 말하면, 가스 공급부(30)는, 적재대(11) 상에 적재된 웨이퍼(W)에 대향해서 배치되어 있다. 가스 공급부(30)는, 예를 들어 니켈(Ni) 등의 도전성의 금속에 의해 형성되어 있다.
가스 공급부(30)는, 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 처리 가스를 웨이퍼(W)에 공급하는 것이며, 상부 전극으로서도 기능한다. 가스 공급부(30)의 상세에 대해서는 후술한다.
가스 공급부(30)의 상단면에는, 바닥이 있고 상방이 개구된 대략 원통 형상의 덮개(40)가 접속되어 있다. 덮개(40)도, 가스 공급부(30)와 마찬가지로, 니켈 등의 도전성의 금속에 의해 형성되어 있다. 또한, 덮개(40)와 가스 공급부(30)는, 일체로 구성되어 있어도 된다.
덮개(40) 상면의 외주부에는, 당해 덮개(40)의 외측을 향해서 돌출되는 걸림부(41)가 형성되어 있다. 걸림부(41)의 하면은, 처리 용기(10)의 상단부에 지지된, 원환 형상의 지지 부재(50)에 의해 유지되어 있다. 지지 부재(50)는, 예를 들어 석영 등의 절연 재료에 의해 형성되어 있다. 그 때문에, 덮개(40)와 처리 용기(10), 즉 가스 공급부(30)와 처리 용기(10)는 전기적으로 절연되어 있다. 또한, 덮개(40)의 상면에는, 도시하지 않은 전기 히터가 설치되어 있다. 이 전기 히터에 의해, 덮개(40) 및 당해 덮개(40)에 접속된 가스 공급부(30)를 소정의 온도로 가열할 수 있다.
가스 공급부(30)에는, 덮개(40)를 관통하는 접속관(33)이 설치되어 있다. 접속관(33)에는, 성막 장치(1)의 외부의 가스 공급관(61a 내지 61c)을 통해서 처리 가스 공급원(60)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급원(60)으로부터 공급된 처리 가스는, 가스 공급관(61a 내지 61c) 및 접속관(33)을 통해서 가스 공급부(30) 내에 공급된다. 가스 공급부(30)에 공급된 처리 가스는, 후술하는 가스 공급 구멍(31a)을 통해서 처리 용기(10) 내에 샤워 형상으로 도입된다.
처리 가스 공급원(60)은, SiO2막의 성막용 원료 가스로서 BDEAS(비스디에틸아미노실란) 가스를 공급하는 원료 가스 공급부(62)와, 원료 가스와 반응하는 반응 가스로서 O2(산소) 가스를 공급하는 반응 가스 공급부(63)와, 불활성 가스로서 Ar(아르곤) 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부(64)를 갖고 있다. 또한, 처리 가스 공급원(60)은, 밸브나 매스 플로우 컨트롤러 등으로 이루어지는 가스 공급 조건 조정부(65)를 갖는다. 가스 공급 조건 조정부(65)는, 가스종, 가스의 혼합비, 유량 등의 처리 가스의 가스 공급 조건을 조정한다.
처리 가스 공급원(60)은, 가스 공급부(30)의 후술하는 3개의 도입 포트(32a 내지 32c)에 접속관(33)을 통해서 접속되어 있어, 가스 공급 조건 조정부(65)에 의해 포트(32a 내지 32c)마다 가스 공급 조건이 조정된 처리 가스를, 각 포트(32a 내지 32c)에 공급할 수 있다.
덮개(40)에는, 상부 전극으로서 기능하는 가스 공급부(30)에 당해 덮개(40)를 통해서 고주파 전력을 공급해서 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전원(70)이 정합기(71)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(70)은, 예를 들어 100kHz 내지 100MHz의 주파수의 고주파 전력이 출력 가능하도록 구성되어 있다. 정합기(71)는, 고주파 전원(70)의 내부 임피던스와 부하 임피던스를 매칭시키는 것이며, 처리 용기(10) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 때, 고주파 전원(70)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 작용한다.
처리 용기(10)의 측면에는, 배기관(81)이 접속되어 있다. 배기관(81)에는, 처리 용기(10) 내를 배기하는 배기 기구(80)가 접속되어 있다. 배기관(81)에는, 배기 기구(80)에 의한 배기량을 조절하는 조절 밸브(82)가 설치되어 있다. 따라서, 배기 기구(80)를 구동함으로써, 배기관(81)을 통해서 처리 용기(10) 내의 분위기를 배기하여, 처리 용기(10) 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있다.
이상의 성막 장치(1)에는, 제어부(100)가 설치되어 있다. 제어부(100)는, 예를 들어 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 전기 히터(20)나 가스 공급 조건 조정부(65), 고주파 전원(70), 정합기(71), 배기 기구(80) 및 조절 밸브(82) 등의 각 기기를 제어하여, 성막 장치(1)를 동작시키기 위한 프로그램도 저장되어 있다.
또한, 상기 프로그램은, 예를 들어 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있었던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어부(100)에 인스톨된 것이어도 된다.
이어서, 성막 장치(1)에서의, 웨이퍼(W) 상에의 SiO2막의 성막 처리에 대해서 설명한다. 성막 처리 시에는, 우선, 처리 용기(10) 내에 웨이퍼(W)가 반입되고, 적재대(11) 상에 적재되어 유지된다. 또한, 처리 용기(10) 내에의 웨이퍼(W)의 반입은, 로드 로크 챔버 등을 사용해서 진공 상태에서 행하여진다.
웨이퍼(W)가 적재대(11)에 유지되면, 전기 히터(20) 등에 의해, 가스 공급부(30), 적재대(11) 상의 웨이퍼(W)가, 예를 들어 100℃ 이상으로 가열 및 유지된다. 또한, 웨이퍼(W)가 50 내지 100℃로 가열 및 유지되도록 해도 된다.
그와 함께 처리 가스 공급원(60)으로부터, O2 가스 및 Ar 가스가 각각 소정의 유량으로 처리 용기(10) 내에 공급된다. 이때, O2 가스의 유량은 대략 100 내지 10,000sccm, Ar 가스의 유량은 대략 100 내지 5,000sccm이 되도록 가스 공급 조건 조정부(65)가 제어된다. 또한, 처리 용기(10) 내의 압력이, 예를 들어 50Pa 내지 1,300Pa이 되도록, 조절 밸브(82)의 개방도 등이 제어된다.
웨이퍼(W)의 온도나 처리 용기(10) 내의 압력 등이 안정된 단계에서, 처리 가스 공급원(60)으로부터, 상술한 O2 가스 등 외에도 BDEAS 가스가 소정의 유량으로 소정의 기간에 걸쳐서 처리 용기(10) 내에 공급된다. BDEAS 가스의 유량은 대략 5 내지 200sccm이 되도록 가스 공급 조건 조정부(65)가 제어된다.
이에 의해, 웨이퍼(W)에 BDEAS 가스가 흡착된다.
이 BDEAS 가스의 흡착 공정 후, BDEAS 가스의 공급을 정지하고, 처리 용기(10) 내를 퍼지한다.
계속해서, 고주파 전원(70)에 의해 가스 공급부(30)에 고주파 전력을 인가함으로써, 처리 용기(10) 내에 공급된 Ar 가스 및 O2 가스가 플라즈마화된다. 그리고, 플라즈마에 의해 활성화된 O2 가스가 웨이퍼(W)에 공급된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에 흡착된 BDEAS가 산화되어 SiO2가 형성된다.
그 후, 고주파 전력의 인가를 정지하고, 처리 용기(10) 내를 퍼지한 후, BDEAS 가스의 흡착 공정 및 산화 공정을 반복함으로써 원하는 막 두께의 SiO2막을 얻을 수 있다.
또한, BDEAS 가스의 흡착 공정은 대략 0.05 내지 1초, 활성화된 O2 가스를 공급해서 산화시키는 공정은 대략 0.2 내지 0.5초이다.
웨이퍼(W)의 처리가 종료되면, 처리 용기(10)로부터 웨이퍼(W)가 반출된다. 그리고, 처리 용기(10) 내에 새로운 웨이퍼(W)가 반입되어, 이 일련의 웨이퍼(W)의 처리가 반복해서 행하여진다.
계속해서, 성막 장치(1)의 가스 공급부(30)에 대해서 도 1을 참조하여 도 2 내지 도 4를 사용해서 설명한다. 도 2는 도 1의 부분 확대도, 도 3은, 가스 공급부(30)의 후술하는 샤워 헤드(31)의 하면을 도시하는 모식도, 도 4는 도 1의 A-A 단면도이다.
가스 공급부(30)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 적재대(11)측의 단부에 샤워 헤드(31)를 갖고, 해당 샤워 헤드(31)의 적재대(11)측과는 반대측, 즉 상측에 상부 구조체(32)를 갖고, 상부 구조체(32)의 샤워 헤드(31)와는 반대측에 접속관(33)이 접속되어 있다.
샤워 헤드(31)는, 가스 공급부(30)의 적재대(11)측의 단부에 상당하는 위치에, 웨이퍼(W)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(31a)을 갖는다.
또한, 가스 공급부(30)에 대해서는, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 중앙 영역(R1)과, 제1 외주 영역(R2)과, 제2 외주 영역(R3)이 형성되어 있다.
중앙 영역(R1)은, 적재대(11), 즉 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역이다. 제1 외주 영역(R2)은, 중앙 영역(R1)의 외측을 둘러싸는 영역이다. 또한, 제1 외주 영역(R2)은, 가스 공급부(30)의 중심축(Q)의 방향에서 볼 때, 즉 평면에서 볼 때, 중심축(Q)을 중심으로 한 환 형상의 영역이다. 제2 외주 영역(R3)은, 중앙 영역(R1) 및 제1 외주 영역(R2)의 외측을 둘러싸는 영역인 동시에, 평면에서 볼 때 중심축(Q)을 중심으로 한 환 형상의 영역이다.
샤워 헤드(31)의 가스 공급 구멍(31a)은, 상술한 영역(R1 내지 R3)의 각 영역에, 복수 형성되어 있다.
또한, 샤워 헤드(31)는, 중심축(Q)과 수직 방향, 즉 수평 방향으로 가스를 확산시키는 확산 공간(31b 내지 31d)을 갖는다. 중앙 확산 공간(31b)은, 중앙 영역(R1)에 대한 복수의 가스 공급 구멍(31a)에 연통하는 것이며, 도 4에 도시한 바와 같이, 평면에서 볼 때 중심축(Q)을 중심으로 하는 원 형상으로 형성되어 있다. 제1 외주 확산 공간(31c)은, 제1 외주 영역(R2)에 대한 복수의 가스 공급 구멍(31a)에 연통하는 것이며, 중앙 확산 공간(31b)보다 외측에 위치하고, 평면에서 볼 때 중심축(Q)을 중심으로 하는 환 형상으로 형성되어 있다. 제2 외주 확산 공간(31d)은, 제2 외주 영역(R3)에 대한 복수의 가스 공급 구멍(31a)에 연통하는 것이며, 제1 외주 확산 공간(31c)보다 외측에 위치하고, 평면에서 볼 때 중심축(Q)을 중심으로 하는 환 형상으로 형성되어 있다.
가스 공급부(30)의 상부 구조체(32)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 가스 공급부(30)의 적재대(11)와는 반대측의 단부에 상당하는 위치에, 도입 포트(32a 내지 32c)를 갖는다. 이들 도입 포트(32a 내지 32c)는, 상술한 영역(R1 내지 R3)의 각 영역에 대하여 1개씩 설치되어 있다.
중앙 도입 포트(32a)는, 중앙 영역(R1)의 가스 공급 구멍(31a)에 처리 가스를 공급하고, 보다 구체적으로는, 중앙 확산 공간(31b)에 중앙 공급로(32d)를 통해서 처리 가스를 공급한다.
제1 외측 도입 포트(32b)는, 제1 외주 영역(R2)의 가스 공급 구멍(31a)에 처리 가스를 공급하고, 보다 구체적으로는, 제1 외주 확산 공간(31c)에 제1 외주 공급로(32e)를 통해서 처리 가스를 공급한다.
제2 외측 도입 포트(32c)는, 제2 외주 영역(R3)의 가스 공급 구멍(31a)에 처리 가스를 공급하고, 보다 구체적으로는, 제2 외주 확산 공간(31d)에 제2 외주 공급로(32f)를 통해서 처리 가스를 공급한다.
중앙 도입 포트(32a), 제1 외측 도입 포트(32b), 제2 외측 도입 포트(32c)에는, 접속관(33)을 통해서 가스 공급 조건이 서로 다른 처리 가스가 공급된다. 또한, 중앙 공급로(32d), 제1 외주 공급로(32e) 및 제2 외주 공급로(32f)는 서로 독립되어 있다. 그리고, 샤워 헤드(31)의 중앙 확산 공간(31b), 제1 외주 확산 공간(31c) 및 제2 외주 확산 공간(31d)은, 서로 격벽(31e)에 의해 이격되어 있다. 따라서, 가스 공급부(30)는, 영역마다 가스 공급 조건이 조정된 처리 가스를 가스 공급 구멍(31a)을 통해서 공급할 수 있다.
도입 포트(32a 내지 32c)로부터 확산 공간(31b 내지 31d)에의 처리 가스의 공급 형태를 도 1및 도 2를 참조하여, 도 5를 사용해서 설명한다. 도 5는, 가스 공급부(30)에서의 도입 포트(32a 내지 32c)의 근방의 수평 방향 단면도이다.
도입 포트(32a 내지 32c)는, 도 1 및 도 2로부터 명백해진 바와 같이, 모두 웨이퍼(W)의 중앙의 상부에 위치한다.
중앙 도입 포트(32a)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 평면에서 볼 때 중심축(Q)을 중심으로 한 원 형상으로 형성되어 있다.
제1 외측 도입 포트(32b)는, 중앙 도입 포트(32a)의 외측에 위치하고, 평면에서 볼 때, 중심축(Q)을 중심으로 한 원환 형상으로 형성되어 있다.
제2 외측 도입 포트(32c)는, 제1 외측 도입 포트(32b)의 외측에 위치하고, 평면에서 볼 때, 중심축(Q)을 중심으로 한 원환 형상으로 형성되어 있다.
그리고, 도 2에 도시한 바와 같이, 원 형상의 중앙 도입 포트(32a)로부터의 처리 가스는, 중앙 공급로(32d)를 통해서, 원 형상의 중앙 확산 공간(31b)의 중심으로부터 해당 공간(31b)에 공급된다.
또한, 원환 형상의 제1 외측 도입 포트(32b)로부터의 처리 가스는, 제1 외주 공급로(32e)를 통해서 방사상으로 방출되어, 원환 형상의 제1 외주 확산 공간(31c)에 공급된다. 보다 구체적으로는, 원환 형상의 제1 외측 도입 포트(32b)로부터의 처리 가스는, 제1 외주 공급로(32e)를 통해서, 원환 형상의 중심축(Q)을 중심으로 한 둘레 방향으로 연속적이면서 또한 외측을 향해서 방출되어, 원환 형상의 제1 외주 확산 공간(31c)에 공급된다. 또한, 본 명세서에서 「(가스를) 둘레 방향으로 연속적으로 방출한다」란, 「(가스를) 둘레 방향으로 공간적으로 연속해서 방출한다」는 것을 의미한다.
또한, 원환 형상의 제2 외측 도입 포트(32c)로부터의 처리 가스는, 제2 외주 공급로(32f)를 통해서 방사상으로 방출되어, 원환 형상의 제2 외주 확산 공간(31d)에 공급된다. 보다 구체적으로는, 원환 형상의 제2 외측 도입 포트(32c)로부터의 처리 가스는, 제2 외주 공급로(32f)를 통해서, 중심축(Q)을 중심으로 한 둘레 방향으로 연속적이면서 또한 외측을 향해서 방출되어, 원환 형상의 제2 외주 확산 공간(31d)에 공급된다.
따라서, 가스 공급부(30)의 중앙 확산 공간(31b), 제1 외주 확산 공간(31c) 및 제2 외주 확산 공간(31d)에서는, 처리 가스의 농도가, 중심축(Q)을 중심으로 한 둘레 방향에서 균일해진다. 그 때문에, 가스 공급부(30)의 가스 공급 구멍(31a)으로부터 공급되는 처리 가스의 농도는, 중심축(Q)을 중심으로 한 둘레 방향에서 균일해진다. 따라서, 웨이퍼(W)를 면내에서 균일하게 처리할 수 있다.
또한, 상술한 구성에서는, 처리 가스의 공급 속도에 따라서는, 중앙 확산 공간(31b), 제1 외주 확산 공간(31c) 및 제2 외주 확산 공간(31d)의 각 공간에서, 처리 가스의 농도가 중심축(Q)을 중심으로 한 직경 방향에서 균일해지지 않고, 외주부를 향함에 따라, 처리 가스의 농도가 낮아지는 경우가 있다. 그 경우에도, 웨이퍼(W)에 공급된 처리 가스는, 배기 기구(80)의 흡인에 의해 웨이퍼(W)의 외주부를 향해서 흐르기 때문에, 웨이퍼(W)의 면내 균일성에는 영향이 없다.
중앙 공급로(32d), 제1 외주 공급로(32e) 및 제2 외주 공급로(32f)에 대해서, 도 2를 참조하여 도 6 및 도 7을 사용해서 설명한다. 도 6은 도 1의 B-B 단면도, 도 7은 도 1의 C-C 단면도이다.
중앙 공급로(32d)는, 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이 중심축(Q)을 중심으로 하는 원통 형상으로 형성되어 있다.
또한, 제1 외주 공급로(32e)는, 중심축(Q)을 중심으로 하는 원통 형상의 공간을 갖는 연직 방향 공급로(32g, 32h)와, 중심축(Q)을 중심으로 하는 원환 판 형상의 공간을 갖는 수평 방향 공급로(32i)로 이루어진다.
연직 방향 공급로(32g)의 상단은 제1 외측 도입 포트(32b)에 접속되고, 연직 방향 공급로(32g)의 하단은 수평 방향 공급로(32i)의 내측단에 접속되어 있다. 연직 방향 공급로(32h)의 상단은 수평 방향 공급로(32i)의 외측단에 접속되고, 연직 방향 공급로(32h)의 하단은 제1 외주 확산 공간(31c)의 내측단에 접속되어 있다.
제2 외주 공급로(32f)는, 중심축(Q)을 중심으로 하는 원통 형상의 공간을 갖는 연직 방향 공급로(32j, 32k)와, 중심축(Q)을 중심으로 하는 원환 판 형상의 공간을 갖는 수평 방향 공급로(32m)로 이루어진다.
연직 방향 공급로(32j)의 상단은 제2 외측 도입 포트(32c)에 접속되고, 연직 방향 공급로(32j)의 하단은 수평 방향 공급로(32m)의 내측단에 접속되어 있다. 연직 방향 공급로(32k)의 상단은 수평 방향 공급로(32m)의 외측단에 접속되고, 연직 방향 공급로(32k)의 하단은 제2 외주 확산 공간(31d)의 내측단에 접속되어 있다.
이하, 가스 공급부(30)의 주요부의 치수를 설명한다. 또한, 성막 장치(1)에서 처리하는 웨이퍼(W)는, 직경이 300mm인 것으로 한다. 또한, 각 치수는, 처리 용기(10) 내의 압력이 200 내지 400Pa일 때이며, 각 포트(32a 내지 32c)에 대한 Ar 가스 유량, O2 가스 유량, BDEAS 가스 유량이 각각, 1,500 내지 2,500sccm, 400 내지 600sccm, 25 내지 30sccm일 때 바람직한 것이다.
제2 외주 확산 공간(31d)의 두께(D1)는, 웨이퍼(W)를 면내에서 균일하게 처리하기 위해서는 얇은 것이 바람직하다. 단, 너무 얇으면, 균일하게 처리할 수 없어게 된다. 구체적으로는, 제2 외주 확산 공간(31d)의 두께(D1)는 2 내지 7mm인 것이 바람직하다.
제1 외주 확산 공간(31c) 및 중앙 확산 공간(31b)의 두께에 대해서도 마찬가지이다.
제2 외주 공급로(32f)의 연직 방향 공급로(32k)의 폭(D2)은, 웨이퍼(W)를 면내에서 균일하게 처리하기 위해서는, 소정의 두께보다 얇은 것이 바람직하고, 예를 들어 6mm 이하인 것이 바람직하다.
제1 외주 공급로(32e)의 연직 방향 공급로(32h)의 폭에 대해서도 마찬가지이다.
제2 외주 공급로(32f)의 수평 방향 공급로(32m)의 두께(D3)는, 웨이퍼(W)를 면내에서 균일하게 처리하기 위해서는, 얇은 것이 바람직하며, 예를 들어 1.5mm 내지 5mm인 것이 바람직하다.
제1 외주 공급로(32e)의 수평 방향 공급로(32i)에 대해서도 마찬가지이다.
제1 외주 공급로(32e)의 수평 방향 공급로(32i)와 제2 외주 공급로(32f)의 수평 방향 공급로(32m)와의 사이의 격벽의 두께(D4)는, 가스 공급부(30)의 장치로서의 두께를 억제하기 위해서 얇은 것이 바람직하다.
중앙 확산 공간(31b)과 제1 외주 확산 공간(31c)의 사이의 격벽(31e)의 두께(D5)는, 웨이퍼(W)를 면내에서 균일하게 처리하기 위해서는 얇은 것이 바람직하다.
제1 외주 확산 공간(31c)과 제2 외주 확산 공간(31d)의 사이의 격벽(31e)의 두께에 대해서도 마찬가지이다.
계속해서, 접속관(33)에 대해서, 도 2를 참조하여 도 8 및 도 9를 사용해서 설명한다. 도 8은 도 1의 D-D 단면도, 도 9는 접속관(33)과 외부의 가스 공급관(61b)의 접속 부분의 부분 확대 단면도이다.
접속관(33)은, 도 8에 도시한 바와 같이, 3개의 서로 직경이 다른 원통 형상의 관(33a 내지 33c)이 중심축(Q)을 중심으로 하는 동심 형상으로 배치되어 형성되어 있다. 관(33a 내지 33c)은, 각각 소정의 길이보다 긴 것이 바람직하다. 소정의 길이보다 길게 함으로써, 중앙 확산 공간(31b) 내뿐만 아니라, 제1 및 제2 외주 확산 공간(31c, 31d) 내에서도, 처리 가스의 농도를 둘레 방향에서 재현성 좋게 균일하게 할 수 있다.
중앙의 관(33a)은, 그 내부의 가스 공급 공간이, 중앙 도입 포트(32a)에 연통하고 있다. 또한, 중앙의 관(33a)과 그 외측의 관(33b)으로 형성되는 가스 공급 공간, 바꾸어 말하면, 인접하는 관(33a, 33b)에서의 내측의 관(33a)의 외측벽과 외측의 관(33b)의 내측벽으로 형성되는 가스 공급 공간이, 제1 외측 도입 포트(32b)에 연통하고 있다. 그리고, 관(33b)과 그 외측의 관(33c)으로 형성되는 가스 공급 공간, 바꾸어 말하면, 인접하는 관(33b, 33c)에서의 내측의 관(33b)의 외측벽과 외측의 관(33c)의 내측벽으로 형성되는 가스 공급 공간이, 제2 외측 도입 포트(32c)에 연통하고 있다.
접속관(33)의 외측 부분의 관(33b)에는, 도 9에 도시한 바와 같이, 중심축(Q)과는 수직 방향으로부터 외부의 가스 공급관(61b)이, 관(33b)의 중심축(Q)과 외부의 가스 공급관(61b)의 중심축(Q')이 일치하도록 접속되어 있다. 관(33c)에 대한 외부의 가스 공급관(61c)의 접속도 마찬가지이다.
이렇게 접속함으로써, 외주 확산 공간(31c, 31d) 내에서의 처리 가스의 농도를 둘레 방향에서 균일하게 할 수 있다.
또한, 접속관(33)의 중앙의 관(33a)에 대한 외부의 가스 공급관(61a)의 접속은, 종래와 마찬가지이기 때문에 그 설명을 생략한다.
이상의 예에서는, 제1 외주 공급로(32e)나 제2 외주 공급로(32f)는, 연직 방향 공급로와 수평 방향 공급로 이루어지는 계단 형상이었지만, 그 일부 또는 전부가 연직 방향 또는 수평 방향으로 연장되지 않는 슬로프 형상으로 형성되어 있어도 된다.
또한, 제1 외주 공급로(32e)나 제2 외주 공급로(32f)에 있어서, 연직 방향 공급로와 수평 방향 공급로와의 접속 부분은, 단면에서 볼 때 직각이 되도록 형성되어 있었지만, 단면에서 볼 때 호를 그리듯이 형성되어 있어도 된다.
이상의 실시 형태는, PEALD법에 의한 성막뿐만 아니라, 열 ALD법에 의한 성막에도 적용 가능하고, CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의한 성막에도 적용 가능하다. 또한, 이상의 실시 형태는, SiO2막의 성막뿐만 아니라, 다른 종류의 성막에도 적용 가능하며, 또한 성막 처리 이외의 처리, 예를 들어 에칭 처리에도 적용 가능하다.
본 발명은, 기판 표면에 성막 처리 등의 처리를 행하는 기판 처리 장치에 적용할 수 있다.
1 : 성막 장치 10 : 처리 용기
11 : 적재대 30 : 가스 공급부
31a : 가스 공급 구멍 31b : 중앙 확산 공간
31c : 제1 외주 확산 공간 31d : 제2 외주 확산 공간
32a : 중앙 도입 포트 32b : 제1 외주 도입 포트
32c : 제2 외주 도입 포트 32d : 중앙 공급로
32e : 제1 외주 공급로 32f : 제2 외주 공급로
32g, 32h : 연직 방향 공급로 32i : 수평 방향 공급로
32j, 32k : 연직 방향 공급로 32m : 수평 방향 공급로
33 : 접속관

Claims (5)

  1. 처리 용기 내에서, 기판을 적재하는 적재대와, 상기 기판을 처리하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급부가, 대향하도록 설치되고, 상기 가스 공급부의 상기 적재대와는 반대측의 단부에 형성된 도입 포트로부터 도입된 상기 처리 가스를, 상기 적재대측의 단부에 형성된 가스 공급 구멍으로부터 상기 기판에 공급하는 기판 처리 장치로서,
    상기 가스 공급부는,
    상기 기판의 중앙부에 대향하는 중앙 영역과, 해당 중앙 영역을 둘러싸고, 당해 가스 공급부의 중심축을 중심으로 하는 평면에서 볼 때 환 형상의 1개 또는 복수의 외주 영역을 포함하고,
    상기 중앙 영역과 상기 1개 또는 복수의 외주 영역의 영역마다, 복수의 상기 가스 공급 구멍과 상기 도입 포트가 형성되고,
    상기 1개 또는 복수의 외주 영역에 대한 상기 도입 포트는, 상기 중심축을 중심으로 하는 평면에서 볼 때 환 형상으로 형성되고,
    상기 외주 영역에 대한 상기 도입 포트로부터 상기 외주 영역에 대한 상기 복수의 가스 공급 구멍에, 상기 영역마다 가스 공급 조건이 조정된 상기 처리 가스를, 상기 중심축을 중심으로 한 둘레 방향으로 연속적이면서 또한 외측을 향해서 공급하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 외주 영역에 대한 상기 도입 포트로부터 상기 외주 영역에 대한 상기 복수의 가스 공급 구멍에 상기 처리 가스를 공급하는 가스 공급로를 포함하고,
    해당 가스 공급로는, 상기 중심축을 중심으로 하는 평면에서 볼 때 환 형상으로 형성되어 있는, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스 공급로는, 상기 중심축을 중심으로 하는 원환 통 형상으로 형성된 공급로와, 상기 중심축을 중심으로 하는 원환 판 형상으로 형성된 공급로를 포함하는, 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 중앙 영역과 상기 1개 또는 복수의 외주 영역의 영역마다, 상기 중심축과 수직 방향으로 가스를 확산시킴과 함께 당해 영역에 대한 상기 복수의 가스 공급 구멍에 연통하는 확산 공간을 포함하고,
    상기 외주 영역에 대한 상기 확산 공간은, 상기 중심축을 중심으로 하는 평면에서 볼 때 환 형상으로 형성되어 있는, 기판 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 중앙 영역과 상기 1개 또는 복수의 외주 영역에 대한 상기 도입 포트와, 외부의 가스 공급관을 접속하는 접속관을 포함하고,
    상기 접속관은, 서로 직경이 상이한 복수의 관이 상기 중심축을 중심으로 하는 동심 형상으로 배치되어 형성되고,
    상기 외주 영역에 대한 상기 도입 포트는, 인접하는 2개의 상기 관에서의 내측의 상기 관의 외측벽과 외측의 상기 관의 내측벽으로 형성되는 가스 공급 공간에 연통하는, 기판 처리 장치.
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