KR20220130012A - 가스 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 불소 함유 가스와 염기성 가스를 사용하는 가스 처리 시에, 파티클에 의해 기판에 결함이 생기는 것을 억제 가능한 가스 처리 장치를 제공한다. 기판에 가스 처리를 실시하는 가스 처리 장치는, 기판이 수용되는 챔버와, 불소 함유 가스와 염기성 가스를 개별로 공급하는 가스 공급 기구와, 가스 공급 기구로부터 공급된 불소 함유 가스와 염기성 가스를 합류시켜, 불소 함유 가스와 염기성 가스가 혼합된 혼합 가스를 챔버에 도입하는 가스 도입 부재를 갖고, 가스 도입 부재의 불소 함유 가스와 염기성 가스의 합류 개소를 포함하는 부분은, 알루미늄계 재료로 구성되어 있고, 적어도, 합류 개소를 포함하는 부분에 수지 코팅이 형성되어 있다.

Description

가스 처리 장치{GAS TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 가스 처리 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 디바이스의 제조 과정에서, 챔버 내에서 플라스마를 생성하지 않고 화학적으로 에칭을 행하는 화학적 산화물 제거 처리(Chemical Oxide Removal; COR)라고 불리는 방법이 알려져 있다. COR로서는, 불소 함유 가스인 불화수소(HF) 가스와 염기성 가스인 암모니아(NH3) 가스를, 샤워 헤드를 통해서 기판에 공급하여 처리하는 기술이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1).
국제 공개 제2013/183437호
본 개시는, 불소 함유 가스와 염기성 가스를 사용하는 가스 처리 시에, 파티클에 의해 기판에 결함이 생기는 것을 억제 가능한 가스 처리 장치를 제공한다.
본 개시의 일 양태에 관한 가스 처리 장치는, 기판에 가스 처리를 실시하는 가스 처리 장치이며, 기판이 수용되는 챔버와, 불소 함유 가스와 염기성 가스를 개별로 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 가스 공급 기구로부터 공급된 상기 불소 함유 가스와 상기 염기성 가스를 합류시켜, 상기 불소 함유 가스와 염기성 가스가 혼합된 혼합 가스를 상기 챔버에 도입하는 가스 도입 부재를 갖고, 상기 가스 도입 부재의 상기 불소 함유 가스와 상기 염기성 가스의 합류 개소를 포함하는 부분은 알루미늄계 재료로 구성되어 있고, 적어도 상기 합류 개소를 포함하는 부분에 수지 코팅이 형성되어 있다.
본 개시에 의하면, 불소 함유 가스와 염기성 가스를 사용하는 가스 처리 시에, 파티클에 의해 기판에 결함이 생기는 것을 억제 가능한 가스 처리 장치가 제공된다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 가스 처리 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2는 가스 분출 플러그의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 가스 처리 장치에 있어서, 샤워 헤드의 하부 플레이트에 형성된 가스 확산 공간인 오목부의 내면에도 수지 코팅을 형성한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 가스 처리 장치에 있어서, 챔버의 내표면 및 적재대의 표면에도 수지 코팅을 형성한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 5는 제2 실시 형태에 따른 가스 처리 장치를 도시하는 단면도이다.
도 6은 제2 실시 형태를 실시하기 위한 가스 처리 장치의 일례의 주요부인 샤워 헤드의 일부를 도시하는 부분 단면도이다.
도 7은 도 6의 AA선에 의한 단면도이다.
도 8은 도 6의 BB선에 의한 단면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 실시 형태에 대해서 설명한다.
<제1 실시 형태>
[가스 처리 장치의 전체 구성]
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 가스 처리 장치를 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시하는 가스 처리 장치는, 기판의 예를 들어 표면에 존재하는 실리콘 산화물계 재료를 에칭하는 에칭 장치로서 구성된다. 실리콘 산화물계 재료는, 대표예로서 SiO2를 들 수 있지만, SiOCN 등, 실리콘과 산소를 함유하는 재료이면 된다. 또한, 실리콘 산화물계 재료는 전형적으로는 막이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 처리 장치(1)는, 밀폐 구조의 챔버(10)를 구비하고 있고, 챔버(10)의 내부에는, 기판(W)을 대략 수평으로 한 상태에서 적재시키는 적재대(12)가 마련되어 있다. 기판(W)으로서는 Si 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼가 예시되지만, 이것에 한정하는 것은 아니다.
또한, 가스 처리 장치(1)는, 챔버(10)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구(13), 챔버(10) 내를 배기하는 배기 기구(14)를 구비하고 있다.
챔버(10)는, 챔버 본체(21)와 덮개부(22)에 의해 구성되어 있다. 챔버 본체(21)는, 대략 원통 형상의 측벽부(21a)와 저부(21b)를 갖고, 상부는 개구로 되어 있고, 이 개구가 내부에 오목부를 갖는 덮개부(22)에 의해 닫힌다. 측벽부(21a)와 덮개부(22)는, 시일 부재(도시하지 않음)에 의해 밀폐되어, 챔버(10) 내의 기밀성이 확보된다.
덮개부(22)의 내부에는, 적재대(12)에 면하도록 가스 도입 부재인 샤워 헤드(26)가 끼워져 있다. 샤워 헤드(26)는, 가스를 챔버(10) 내에 샤워 형상으로 토출하는 것이다. 샤워 헤드(26)의 상세에 대해서는 후술한다.
챔버 본체(21)의 측벽부(21a)에는, 기판(W)을 반출입하는 반입출구(41)가 마련되어 있고, 이 반입출구(41)는 게이트 밸브(42)에 의해 개폐 가능하게 되어 있어, 인접하는 다른 모듈과의 사이에서 기판(W)이 반송 가능하게 되어 있다.
적재대(12)는, 평면으로 보아 대략 원형을 이루고 있으며, 챔버(10)의 저부(21b)에 고정되어 있다. 적재대(12)의 내부에는, 적재대(12)의 온도를 조절하는 온도 조절기(45)가 마련되어 있다. 온도 조절기(45)는, 예를 들어 온도를 조절하는 온도 조절 매체(예를 들어 물 등)가 순환하는 온도 조절 매체 유로와, 저항 히터로 구성할 수 있다. 온도 조절기(45)에 의해 적재대(12)가 원하는 온도로 온도 조절되고, 이에 의해 적재대(12)에 적재된 기판(W)의 온도 제어가 이루어진다.
가스 공급 기구(13)는, HF 가스 공급원(51), Ar 가스 공급원(52), NH3 가스 공급원(53) 및 N2 가스 공급원(54)을 갖고 있다.
HF 가스 공급원(51)은, 불소 함유 가스로서 HF 가스를 공급하는 것이다. 여기에서는, 불소 함유 가스로서 HF 가스를 예시하지만, 불소 함유 가스로서는, HF 가스 외에, F2 가스, ClF3 가스, NF3 가스를 사용할 수도 있다.
NH3 가스 공급원은, 염기성 가스로서 NH3 가스를 공급하는 것이다. 여기에서는, 염기성 가스로서 NH3 가스를 예시하지만, 염기성 가스로서는, NH3 가스 외에, 아민 가스를 사용할 수도 있다. 아민으로서는, 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민 등을 들 수 있다.
Ar 가스 공급원(52) 및 N2 가스 공급원(54)은, 희석 가스, 퍼지 가스, 캐리어 가스로서의 기능을 겸비한 불활성 가스로서, N2 가스, Ar 가스를 공급하는 것이다. 단, 양쪽 모두 Ar 가스 또는 N2 가스이어도 된다. 또한, 불활성 가스는 Ar 가스 및 N2 가스에 한정되지 않고, He 가스 등의 다른 희가스를 사용할 수도 있다.
이들 가스 공급원(51 내지 54)에는, 각각 제1 내지 제4 가스 공급 배관(61 내지 64)의 일단이 접속되어 있다. HF 가스 공급원(51)에 접속된 제1 가스 공급 배관(61) 및 NH3 가스 공급원(53)에 접속된 제3 가스 공급 배관(63)은, 타단이 샤워 헤드(26)에 접속되어 있다. Ar 가스 공급원(52)에 접속된 제2 가스 공급 배관(62)은, 타단이 제1 가스 공급 배관(61)에 접속되어 있다. N2 가스 공급원(54)에 접속된 제4 가스 공급 배관(64)은, 타단이 제3 가스 공급 배관(63)에 접속되어 있다.
불소 함유 가스인 HF 가스와 염기성 가스인 NH3 가스는, 각각 불활성 가스인 Ar 가스 및 N2 가스와 함께 샤워 헤드(26)에 도입된다.
제1 내지 제4 가스 공급 배관(61 내지 64)에는, 유로의 개폐 동작 및 유량 제어를 행하는 유량 제어부(65)가 마련되어 있다. 유량 제어부(65)는, 예를 들어 개폐 밸브 및 매스 플로우 컨트롤러(MFC) 또는 플로우 컨트롤 시스템(FCS)과 같은 유량 제어기에 의해 구성되어 있다.
배기 기구(14)는, 챔버(10)의 저부(21b)에 형성된 배기구(71)에 연결되는 배기 배관(72)을 갖고 있고, 또한 배기 배관(72)에 마련된, 챔버(10) 내의 압력을 제어하기 위한 자동 압력 제어 밸브(APC)(73) 및 챔버(10) 내를 배기하기 위한 진공 펌프(74)를 갖고 있다.
챔버(10)의 측벽에는, 챔버(10) 내의 압력 제어를 위해서 고압용 및 저압용의 2개의 캐패시턴스 마노미터(76a, 76b)가 마련되어 있다. 적재대(12)에 적재된 기판(W)의 근방에는, 기판(W)의 온도를 검출하는 온도 센서(도시하지 않음)가 마련되어 있다.
가스 처리 장치(1)를 구성하는 챔버(10), 적재대(12)는, 알루미늄계 재료로 형성되어 있어도 된다. 알루미늄계 재료로서는, 알루미늄이나 알루미늄 합금만이어도 되고, 알루미늄의 표면에 양극 산화 피막(Al2O3)이 형성된 것이어도 된다.
가스 처리 장치(1)는 또한 제어부(80)를 갖고 있다. 제어부(80)는, 컴퓨터로 구성되어 있고, CPU를 구비한 주제어부와, 입력 장치, 출력 장치, 표시 장치, 기억 장치(기억 매체)를 갖고 있다. 주제어부는, 가스 처리 장치(1)의 각 구성부의 동작을 제어한다. 주제어부에 의한 각 구성부의 제어는, 기억 장치에 내장된 기억 매체(하드 디스크, 광 데스크, 반도체 메모리 등)에 기억된 제어 프로그램에 기초해서 이루어진다. 기억 매체에는, 제어 프로그램으로서 처리 레시피가 기억되어 있어, 처리 레시피에 기초하여 가스 처리 장치(1)의 처리가 실행된다.
또한, 도 1의 가스 처리 장치는, 플라스마원을 갖고 있어도 된다. 플라스마원에 의해 가스를 여기함으로써 반응성을 높일 수 있어, 사용하는 가스에 따라서는 플라스마를 사용하는 편이 좋은 경우가 있다.
[샤워 헤드]
이어서, 샤워 헤드(26)에 대해서 설명한다. 샤워 헤드(26)는, 덮개(22)의 상벽을 구성하는 상부 플레이트(30)와, 상부 플레이트(30)의 하측의 중간 플레이트(31)와, 중간 플레이트(31)의 하측의 하부 플레이트(32)를 갖고 있고, 이들이 본체를 구성한다. 상부 플레이트(30), 중간 플레이트(31) 및 하부 플레이트(32)는, 챔버(10)나 적재대(12)와 마찬가지의 알루미늄계 재료로 구성되고, 샤워 헤드(26)는, 시일 링(도시하지 않음)에 의해 시일되어 밀폐 구조로 되어 있다. 중간 플레이트(31)의 중앙부에는 가스 유로(31a)가 형성되어 있다.
상부 플레이트(30) 및 중간 플레이트(31)의 상부를 관통하도록 제1 가스 도입 구멍(33) 및 제2 가스 도입 구멍(34)이 수직으로 형성되어 있고, 이들 제1 가스 도입 구멍(33) 및 제2 가스 도입 구멍(34)이 가스 유로(31a)에 접속되어 있다. 제1 가스 도입 구멍(33)에는, HF 가스 공급원(51)에 접속된 제1 가스 공급 배관(61)이 접속되고, 제2 가스 도입 구멍(34)에는, NH3 가스 공급원(53)에 접속된 제3 가스 공급 배관(63)이 접속되어 있다. 이 때문에, 불소 함유 가스인 HF 가스와 염기성 가스인 NH3 가스가 가스 유로(31a) 내에서 합류하여 혼합된다. 중간 플레이트(31)에서의 가스 유로(31a)의 내면에는 수지 코팅(39)이 형성되어 있다.
하부 플레이트(32)의 상면측에는, 가스 확산 공간으로 되는 오목부(32a)가 형성되어 있다. 또한, 하부 플레이트(32)의 하면측에는, 오목부(32a)로부터 수직으로 연장되어, 관통해서 챔버(10)의 내부에 면하는, 복수의 가스 토출 구멍(37)이 형성되어 있다. 중간 플레이트(31)에는, 가스 유로(31a)와 가스 확산 공간으로 되는 오목부(32a)를 연결하는 복수(도 1에서는 하나만 도시)의 접속 구멍(35)이 마련되고, 중간 플레이트(31)의 하면의 접속 구멍(35)에 대응하는 부분에는 수지제의 가스 분출 플러그(36)가 설치되어 있다.
가스 분출 플러그(36)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 중간 플레이트(31)에 설치되는 플랜지부(36a)와, 플랜지부(36a)의 하부 중앙으로부터 하방으로 돌출되는 가스 분출부(36b)를 갖고 있다. 플랜지부(36a)의 중앙에는 접속 구멍(35)에 연통하는 세로 구멍(36c)이 형성되어 있다. 세로 구멍(36c)은, 가스 분출부(36b) 도중까지 연통하고, 가스 분출부(36b)의 측면에는, 세로 구멍(36c)으로부터 연장되는 복수의 가스 분출 구멍(36d)이 개구되어 있다. 그리고, 가스 분출 구멍(36d)으로부터 불소 함유 가스(HF 가스)와 염기성 가스(NH3 가스)의 혼합 가스가 가스 확산 공간인 오목부(32a)에 토출된다. 오목부(32a)에서 확산된 혼합 가스는, 가스 토출 구멍(37)으로부터 챔버(10) 내로 토출된다.
[수지 코팅]
이어서, 수지 코팅(39)에 대해서 설명한다.
상술한 바와 같이, 샤워 헤드(26)의 중간 플레이트(31)에서의 가스 유로(31a)의 내면에는 수지 코팅(39)이 형성되어 있다. 수지 코팅(39)을 마련함으로써, 가스 유로(31a)에서 불소 함유 가스인 HF 가스와 염기성 가스인 NH3 가스가 합류했을 때, 이들이 샤워 헤드(26)를 구성하는 알루미늄계 재료와 접촉하지 않는 상태로 할 수 있다. 이에 의해, 불소 함유 가스인 HF 가스 및 염기성 가스인 NH3 가스의 혼합 가스와 알루미늄계 재료의 반응에 의해 파티클이 발생하는 것을 유효하게 방지할 수 있다.
수지 코팅(39)으로서는, 예를 들어 불소 수지인 PFA를 사용한 PFA 코팅을 적합하게 사용할 수 있다. PFA 코팅에는 다양한 종류의 것이 있어 운모를 첨가하는 것도 있는데, 운모는 Al이나 S와 같은 불순물이 많아 이들이 파티클의 원인으로 될 가능성이 높다. 이 때문에 PFA 코팅으로서는 운모를 포함하지 않는 것이 바람직하다.
수지 코팅(39)은, 분체 도장, 침지 도장, 또는 스프레이 도장에 의해 형성할 수 있고, 막 두께는, 40㎛ 내지 1.0mm 정도로 할 수 있다. 수지 코팅(39)으로서는, PFA 이외의 다른 불소 수지, 예를 들어 PTFE, PCTFE, FEP, ETFE, PCTFE를 사용해도 된다.
불소 함유 가스인 HF 가스와 염기성 가스인 NH3 가스와 Al의 반응은, 이들 가스의 합류 개소에서 많이 발생한다. 이 때문에, 적어도, 이들 가스의 합류 개소를 포함하는 부분에 수지 코팅(39)을 형성함으로써 상기 반응을 억제할 수 있다. 또한, 상기 반응은, 불소 함유 가스와 염기 가스가 합류한 후, 이들이 혼합된 혼합 가스의 유로에서도 발생한다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 불소 함유 가스인 HF 가스와 염기성 가스인 NH3 가스의 합류 개소를 포함하여, 이들 혼합 가스의 접촉이 많은 가스 유로(31a)의 내면 부분에 수지 코팅(39)을 형성한다.
불소 함유 가스인 HF 가스와 염기성 가스인 NH3 가스의 혼합 가스가 접촉하는 알루미늄계 재료 부분이라면, 중간 플레이트(31)의 가스 유로(31a)의 내면 부분 이외라도 수지 코팅을 형성함으로써 반응을 방지하는 효과가 얻어진다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 오목부(32a)의 내면 부분에 수지 코팅을 형성해도 된다. 단, 오목부(32a)의 내면 부분은, 가스 토출 구멍(37)에 대응하는 부분을 포함하는 복잡한 형상을 갖고 있기 때문에, 수지 코팅을 형성하기 어려울 경우도 있다.
또한, 샤워 헤드(26)뿐만 아니라, 도 4에 도시하는 바와 같이, 불소 함유 가스(HF 가스)와 염기성 가스(NH3 가스)의 혼합 가스가 접촉하는 다른 알루미늄 재료 부분인 챔버(10)의 내표면에 수지 코팅(39)이 형성되어 있어도 된다. 또한, 적재대(12)에도 불소 함유 가스(HF 가스)와 염기성 가스(NH3 가스)가 접촉하므로, 적재대(12)가 알루미늄계 재료로 구성되어 있는 경우에는, 적재대(12)에 수지 코팅을 형성해도 된다.
[가스 처리 장치의 동작]
이어서, 이상과 같이 구성되는 가스 처리 장치(1)의 동작에 대해서 설명한다.
먼저, 기판(W)을 챔버(10) 내에 마련한다. 구체적으로는, 기판(W)을 챔버(10) 내에 반입하고, 온도 조절기(45)로 온도 조절된 적재대(12)에 적재한다. 기판(W)으로서는, 예를 들어 표면에 에칭 대상막인 실리콘 산화물계 막을 갖는 것을 사용한다.
이어서, 챔버(10) 내에 불소 함유 가스인 HF 가스와 염기성 가스인 NH3 가스를 이하에 설명하는 바와 같이 공급해서 기판(W)에 대하여 가스 처리를 행한다.
먼저, 가스 공급 기구(13)로부터 불활성 가스(Ar 가스, N2 가스)를 샤워 헤드(26)를 통해서 챔버(10) 내에 공급하여, 기판(W)의 온도를 안정시킴과 함께, 챔버(10) 내의 압력을 안정시킨다. 이어서, 가스 공급 기구(13)로부터 불활성 가스를 공급한 상태 그대로, 불소 함유 가스와 염기성 가스에 의해 가스 처리를 행한다. 예를 들어, 불소 함유 가스로서 HF 가스를 사용하고, 염기성 가스로서 NH3 가스를 사용하여, 기판(W) 표면의 실리콘 산화물계 재료, 예를 들어 SiO2막의 에칭을 행한다. 이 경우, 불소 함유 가스는, 제1 가스 공급 배관(61) 및 제1 가스 도입 구멍(33)을 통해서 샤워 헤드(26)의 가스 유로(31a)에 공급되고, 염기성 가스는, 제3 가스 공급 배관(63) 및 제2 가스 도입 구멍(34)을 통해서 가스 유로(31a)에 공급된다. 이에 의해, 불소 함유 가스(HF 가스)와 염기성 가스(NH3 가스)는, 챔버(10)에 공급되기 전에 샤워 헤드(26)의 가스 유로(31a) 내에서 합류하여 혼합(프리믹스)된다. 그리고, 이와 같이 하여 혼합된 혼합 가스는, 접속 구멍(35) 및 가스 분출 플러그(36)를 통해서 오목부(32a)에 이르러, 가스 토출 구멍(37)으로부터 챔버(10) 내로 토출된다.
이 가스 처리 시에는, 불소 함유 가스(HF 가스)와 염기성 가스(NH3 가스)를 챔버(10) 내에 공급하는 기간과, 챔버(10) 내를 퍼지하는 퍼지 기간을 복수회 반복하는 사이클 에칭을 행할 수 있다.
챔버(10) 내의 퍼지는, 가스의 공급을 정지한 상태에서 챔버(10) 내를 배기하거나, 혹은 불소 함유 가스(HF 가스) 및 염기성 가스(NH3 가스)를 정지하고 불활성 가스를 공급하거나, 혹은 이들 양쪽을 행함으로써 이루어진다.
불소 함유 가스로서 HF 가스를 사용하고, 염기성 가스로서 NH3 가스를 사용하는 경우에는, 이들을 공급하는 기간에는, 기판(W)의 표면에 반응 생성물로서 규불화암모늄이 형성되고, 퍼지 기간에는 규불화암모늄이 제거된다.
에칭 종료 후, 불활성 가스를 챔버(10) 내에 공급해서 챔버(10) 내의 퍼지를 행하고, 그 후, 게이트 밸브(42)를 개방해서 기판(W)을 반입출구(41)로부터 반출한다.
종래의 가스 처리 장치를 사용해서 이러한 HF 가스와 NH3 가스에 의한 가스 처리를 행하는 경우, 샤워 헤드(26) 내의 HF 가스와 NH3 가스의 합류 개소에서, 물(H2O)의 존재 하에서 HF 가스와 NH3 가스가 샤워 헤드의 Al과 반응하는 것이 판명되었다. 그리고, 이러한 반응에 의해 AlFx 또는 AlOxFy와 같은 AlF계의 파티클이 발생하는 것을 알아내었다. 다른 불소 함유 가스 및 염기성 가스를 사용한 경우에도 마찬가지의 AlF계 파티클이 발생할 것으로 생각된다.
이때의 반응 모델로서 이하의 (1) 내지 (3)식이 예시된다.
HF+NH3→NH4F … (1)
2(NH4)F+H2O →NH3+HF- 2+NH+ 4+H2O … (2)
Al2O3+2HF- 2→2AlFx+H2O(g)+O2 … (3)
따라서, 이들 반응을 억제함으로써, AlFx나 AlOxFy와 같은 AlF계 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 알루미늄계 재료로 구성된 샤워 헤드(26)의 적어도, 불소 함유 가스(HF 가스)와 염기성 가스(NH3 가스)가 합류하는 합류 개소를 포함하는 부분에 수지 코팅(39)을 형성한다. 이에 의해, 알루미늄계 재료 부분에 불소 함유 가스(HF 가스)와 염기성 가스(NH3 가스)가 직접 접촉하는 것이 방지된다. 이 때문에, 상기 (1) 내지 (3)의 반응이 억제되어, AlFx나 AlOxFy와 같은 AlF계 파티클의 발생을 매우 효과적으로 억제할 수 있다.
이들 반응은, 불소 함유 가스와 염기 가스가 합류한 후, 이들이 혼합된 혼합 가스의 유로에서도 발생한다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 불소 함유 가스인 HF 가스와 염기성 가스인 NH3 가스의 합류 개소를 포함하여, 이들 혼합 가스의 접촉이 많은 가스 유로(31a)의 내면 부분에 수지 코팅(39)을 형성한다. 이에 의해, 파티클의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있어, 중간 플레이트의 수명을 길게 할 수 있다.
또한, 오목부(32a)의 내면 부분에도 불소 함유 가스(HF 가스)와 염기성 가스(NH3 가스)의 혼합 가스가 접촉한다. 따라서, 도 3에 도시한 바와 같이, 오목부(32a)의 내면 부분에도 수지 코팅(39)을 형성함으로써, 파티클의 발생을 억제하는 효과를 보다 높일 수 있다. 단, 수지 코팅(39)의 필요성은, 오목부(32a)보다도 가스 유로(31a)쪽이 높다. 즉, 상기 (1) 내지 (3)의 반응은, NH3 가스 농도가 높아, 고압으로 될수록 진행되기 쉽기 때문에, 고농도로 NH3가 벽면에 접촉하여, 가스 통류 영역이 좁아 고압으로 되는 가스 유로(31a)쪽이 오목부(32a)보다도 수지 코팅(39)의 필요성이 높아진다. 또한, 가스 비율에 대해서는, HF:NH3=6.5:1 이상의 NH3 가스 비율일 경우에 합류 개소 등에서 상기 반응이 생기기 쉬워져, 수지 코팅(39)이 보다 유효해진다.
또한, 샤워 헤드(26)정도는 아니지만, 챔버(10)의 내표면에도 불소 함유 가스인 HF 가스와 염기성 가스의 혼합 가스가 접촉한다. 또한, 이러한 혼합 가스는 적재대(12)에도 접촉한다. 따라서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 챔버(10)의 내표면이나 적재대(12)에도 수지 코팅(39)을 형성함으로써, 파티클의 발생을 억제하는 효과를 더욱 높일 수 있다.
수지 코팅(39)으로서는, 불소 수지인 PFA를 사용한 PFA 코팅을 적합하게 사용할 수 있고, 파티클의 원인이 되는 운모를 포함하지 않는 것이 보다 바람직하다. 또한, 가스 분출 플러그(36)를 동일하게 PFA로 구성함으로써 파티클의 발생을 억제하는 효과를 높일 수 있다.
<제2 실시 형태>
도 5는 제2 실시 형태에 따른 가스 처리 장치를 도시하는 단면도, 도 6은 제2 실시 형태에 따른 가스 처리 장치의 주요부인 샤워 헤드의 일부를 도시하는 부분 단면도, 도 7은 도 6의 AA선에 의한 단면도, 도 8은 도 6의 BB선에 의한 단면도이다.
도 5에 도시하는 본 실시 형태에 따른 가스 처리 장치(1')의 기본 구성은, 수지 코팅을 형성하고 있지 않은 것을 제외하고, 도 1의 제1 실시 형태의 가스 처리 장치(1)와 마찬가지이다. 따라서, 도 5에서 도 1과 동일한 것에는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.
본 실시 형태는, 중간 플레이트(31)의 가스 유로(31a) 내에서의 불소 함유 가스인 HF 가스와 염기성 가스인 NH3 가스의 합류부에 특징을 갖는다. 도 6 내지 8에 도시하는 바와 같이, 샤워 헤드(26)의 중간 플레이트(31)의 가스 유로(31a)는, 제1 가스 도입 구멍(33)의 접속 부분으로부터 원주형으로 연장되어, 먼저 제1 가스 도입 구멍(33)으로부터 불소 함유 가스(HF 가스)가 통류하도록 되어 있다.
가스 유로(31a)는 도중에 합류부(31aE)가 형성되어 있다. 합류부(31aE)는, 염기성 가스(NH3 가스)를 가스 유로(31a) 내의 불소 함유 가스의 흐름을 따라 토출하는 가스 토출 부재(38)를 갖고 있고, 가스 유로(31a)의 합류부(31aE) 부분은 대경으로 되어 있다. 가스 토출 부재(38)에는, 제2 가스 도입 구멍(34)으로부터 연장되는 부 가스 유로(34a)가 접속되어 있다. 부 가스 유로(34a)는, 제2 가스 도입 구멍(34)으로부터 가스 유로(31a)보다도 하방 위치까지 하방으로 연장되고, 그 위치로부터 또한 수평하게 합류부(31aE)를 향해서 연장됨과 함께, 가스 토출 부재(38)에 대응하는 위치에서 상방을 향하여, 가스 토출 부재(38)의 저면에 접속되어 있다.
가스 유로(31a)는, 합류부(31aE)로부터 또한 원주형으로 연장되어, 불소 함유 가스(HF 가스)와 염기성 가스(NH3 가스)가 혼합된 상태에서 통류된다. 가스 유로(31a)는, 합류부(31aE) 이후의 특정 위치에서 특정 형상으로 복수로 분기하고, 가스 유로(31a)의 분기 부분의 단부에, 가스 확산 공간이 되는 오목부(32a)에 접속되는 접속 구멍(35)이 복수 마련되어 있다. 이에 의해, 불소 함유 가스(HF 가스)와 염기성 가스(NH3 가스)가 혼합된 혼합 가스는, 가스 유로(31a)로부터 복수의 접속 구멍(35) 및 가스 분출 플러그(36)를 거쳐서 가스 확산 공간이 되는 오목부(32a)에 이르러, 복수의 가스 토출 구멍(37)으로부터 토출된다.
즉, 합류부(31aE)는, 가스 유로(31a) 내에 가스 토출 부재(38)를 갖는 이중 구조이며, 가스 유로(31a)를 흐르는 불소 함유 가스(HF 가스)의 흐름과 동일한 방향으로 가스 토출 부재(38)로부터 염기성 가스(NH3 가스)가 토출되도록 구성되어 있다. 이 때문에, 염기성 가스(NH3 가스)가 가스 유로(31a) 내에서 불소 함유 가스(HF 가스)의 흐름의 중앙 부분에 그 흐름을 따르도록 흘러, 염기성 가스(NH3 가스)가 고농도인 채로 벽부에 접촉하는 것이 억제된다.
상술한 바와 같이, 샤워 헤드(26)가 알루미늄계 재료로 구성되어 있는 경우, 제2 가스 도입 구멍(34)으로부터 단순하게 가스 유로(31a)에 염기성 가스(NH3 가스)가 도입되면, 이들 가스의 합류 부분에서, 염기성 가스가 알루미늄계 재료로 이루어지는 벽부에 고농도인 채로 접촉하게 된다. 이 때문에, 합류 부분에서는, 예를 들어 불소 함유 가스인 HF 가스, 염기성 가스인 NH3 가스, Al 및 물에 의한, 상술한 (1) 내지 (3)식의 반응이 생하기 쉬워져서, 파티클이 발생하기 쉽다.
이에 반해, 본 실시 형태에서는, 합류부(31aE)에 있어서, 불소 함유 가스(HF 가스)의 흐름을 따라 가스 토출 부재(38)로부터 염기성 가스(NH3 가스)를 합류시키므로, 염기성 가스(NH3 가스)가 알루미늄계 재료로 이루어지는 벽부에 고농도로 접촉하는 것이 억제된다. 이 때문에, 상술한 (1) 내지 (3)식의 반응이 생기기 어려워져, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
이때, 파티클의 발생을 억제하는 효과를 높이는 관점에서, 가스 토출 부재(38)로부터의 염기성 가스(NH3 가스)의 토출류와 가스 유로(31a)의 벽부 사이의 거리(d)(도 8 참조)는, 2.5mm 이상이 바람직하다. 또한, 가스 비율에 대해서는, HF:NH3=6.5:1 이상의 NH3 가스 비율일 경우에 합류부 등에서 상기 반응이 생기기 쉬워져, 본 실시 형태의 합류부의 구성이 보다 유효해진다.
<다른 적용>
이상, 실시 형태에 대해서 설명했지만, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 특허 청구 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
예를 들어, 제1 실시 형태에서 불소 함유 가스와 염기성 가스의 합류부를 이중관 구조로 하여, 불소 함유 가스의 흐름을 따라 염기성 가스가 토출되는 구성으로 해도 된다. 또한, 제2 실시 형태에서, 적어도 가스 유로(31a)의 내면에 수지 코팅해도 된다. 이와 같이 함으로써, 수지 코팅에 의한 효과와, 염기성 가스가 가스 유로의 벽부에 고농도로 접촉하는 것이 억제되는 효과 양쪽을 얻을 수 있어, 파티클의 발생을 한층 유효하게 억제할 수 있다. 또한, 이 경우에는, 가령 피막이 손모되어 알루미늄계 재료가 노출되어도, 합류부에서의 반응이 억제되어, 파티클의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태의 가스 처리 장치는 예시에 지나지 않으며, 다양한 구성의 가스 처리 장치를 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 가스 처리로서, 기판의 표면에 존재하는 실리콘 산화물계 재료의 에칭에 대해서 나타냈지만, 이에 한정하지 않고, 세정 처리 등의 다른 처리이어도 된다. 또한, 기판으로서 반도체 웨이퍼를 예시했지만, 반도체 웨이퍼에 한하지 않고, LCD(액정 디스플레이)용 기판으로 대표되는 FPD(플랫 패널 디스플레이) 기판이나, 세라믹스 기판 등의 다른 기판이어도 된다.

Claims (20)

  1. 기판에 가스 처리를 실시하는 가스 처리 장치이며,
    기판이 수용되는 챔버와,
    불소 함유 가스와 염기성 가스를 개별로 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 가스 공급 기구로부터 공급된 상기 불소 함유 가스와 상기 염기성 가스를 합류시켜, 상기 불소 함유 가스와 염기성 가스가 혼합된 혼합 가스를 상기 챔버에 도입하는 가스 도입 부재
    를 포함하고,
    상기 가스 도입 부재의 상기 불소 함유 가스와 상기 염기성 가스의 합류 개소를 포함하는 부분은 알루미늄계 재료로 구성되어 있고,
    적어도, 상기 합류 개소를 포함하는 부분에 수지 코팅이 형성되어 있는, 가스 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수지 코팅은, 상기 합류 개소 및 상기 불소 함유 가스와 상기 염기성 가스의 혼합 가스가 통류하는 부분에 형성되는, 가스 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가스 도입 부재는, 알루미늄계 재료로 구성된 본체와, 상기 불소 함유 가스 및 상기 염기성 가스를 각각 도입하는 제1 가스 도입부 및 제2 가스 도입부와, 상기 본체의 내부에 마련되고, 상기 합류 개소를 포함함과 함께, 상기 혼합 가스가 통류하는 가스 유로를 포함하고, 상기 수지 코팅은, 상기 본체에서의 상기 가스 유로의 내면에 형성되어 있는, 가스 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가스 도입 부재는, 상기 챔버 내에 가스를 샤워 형상으로 토출하는 샤워 헤드이며, 상기 본체는, 상기 가스 유로를 포함하는 제1 플레이트와, 상기 가스 유로로부터 상기 혼합 가스가 유입되는 가스 확산 공간 및 상기 가스 확산 공간으로부터 상기 혼합 가스를 상기 챔버 내에 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 포함하는 제2 플레이트를 포함하는, 가스 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수지 코팅은, 상기 가스 확산 공간의 내면에도 형성되어 있는, 가스 처리 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 가스 유로로부터 상기 혼합 가스가 상기 가스 확산 공간에 유입되는 부분에 마련되고, 상기 혼합 가스를 상기 가스 확산 공간에 분출시키는 수지제의 가스 분출 플러그를 더 포함하는, 가스 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가스 분출 플러그는, PFA로 구성되어 있는, 가스 처리 장치.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 도입 부재는, 상기 가스 유로에 마련되고, 제1 가스 도입부로부터 상기 가스 유로에 도입된 상기 불소 함유 가스에, 상기 제2 가스 도입부로부터 도입된 상기 염기성 가스를 합류시켜 혼합시키는 합류부를 더 포함하고, 상기 합류부는, 상기 가스 유로 내에 상기 염기성 가스를 상기 불소 함유 가스의 흐름을 따라 토출하는 가스 토출 부재를 포함하는, 가스 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버는 알루미늄계 재료로 구성되어 있고, 상기 수지 코팅은, 상기 챔버의 내표면에도 형성되어 있는, 가스 처리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지 코팅은, PFA로 구성되어 있는, 가스 처리 장치.
  11. 기판에 가스 처리를 실시하는 가스 처리 장치이며,
    기판이 수용되는 챔버와,
    불소 함유 가스와 염기성 가스를 개별로 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 가스 공급 기구로부터 공급된 불소 함유 가스와 염기성 가스를 합류시켜, 상기 불소 함유 가스와 염기성 가스가 혼합된 혼합 가스를 상기 챔버에 도입하는 가스 도입 부재
    를 포함하고,
    상기 가스 도입 부재는,
    알루미늄계 재료로 구성된 본체와,
    상기 불소 함유 가스 및 상기 염기성 가스를 각각 도입하는 제1 가스 도입부 및 제2 가스 도입부와,
    본체의 내부에 마련된 가스 유로와,
    상기 제1 가스 도입부로부터 상기 불소 함유 가스가 도입된 상기 가스 유로에, 상기 제2 가스 도입부로부터 도입된 상기 염기성 가스를 합류시켜 혼합시키는 합류부
    를 포함하고,
    상기 합류부는, 상기 가스 유로 내에 상기 염기성 가스를 상기 불소 함유 가스의 흐름을 따라 토출하는 가스 토출 부재를 포함하는, 가스 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가스 도입 부재는, 상기 챔버 내에 가스를 샤워 형상으로 토출하는 샤워 헤드이며, 상기 본체는, 상기 가스 유로를 포함하는 제1 플레이트와, 상기 가스 유로로부터 상기 혼합 가스가 유입되는 가스 확산 공간 및 상기 가스 확산 공간으로부터 상기 혼합 가스를 상기 챔버 내에 토출하는 복수의 가스 토출 구멍을 포함하는 제2 플레이트를 포함하는, 가스 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가스 유로로부터 상기 혼합 가스가 상기 가스 확산 공간에 유입되는 부분에 마련되고, 상기 혼합 가스를 상기 가스 확산 공간에 분출시키는 수지제의 가스 분출 플러그를 더 포함하는, 가스 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 가스 분출 플러그는, PFA로 구성되어 있는, 가스 처리 장치.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 가스 도입부는, 상기 가스 유로보다도 하방 위치까지 하방으로 연장되고, 그 위치로부터 수평하게 상기 합류부를 향해서 연장됨과 함께, 상기 가스 토출 부재에 대응하는 위치에서 상방을 향하여, 상기 가스 토출 부재의 저면에 접속되는 부 가스 유로를 포함하는, 가스 처리 장치.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 유로에 있어서, 상기 가스 토출 부재로부터의 상기 염기성 가스의 토출류와, 상기 가스 유로의 벽부 사이의 거리가 2.5mm 이상인, 가스 처리 장치.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 유로의 내면에 수지 코팅이 형성되어 있는, 가스 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 수지 코팅은, PFA로 구성되어 있는, 가스 처리 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 함유 가스는, HF 가스, F2 가스, ClF3 가스, NF3 가스에서 선택되는 적어도 1종이며, 상기 염기성 가스는, NH3 가스, 아민 가스에서 선택되는 적어도 1종인, 가스 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 불소 함유 가스는 HF 가스이며, 상기 염기성 가스는 NH3 가스이며, 상기 가스 처리는, 상기 기판에 존재하는 실리콘 산화물계 재료를 에칭하는 처리인, 가스 처리 장치.
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