TW201629260A - 噴嘴及使用其之基板處理裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用以供給流體的噴嘴，係具有：管狀部，係於內部形成有管路，並具有沿著該管路長邊方向而形成有複數流體噴出孔的流體噴出面；分隔板，係於該管路內沿著該長邊方向延伸配置，將該管路分隔為包含該流體噴出面的第1區域以及不含該流體噴出面的第2區域，並於該長邊方向形成有較該複數流體噴出孔數量要少的分散孔；流體導入道，係連通於該第2區域。

Description

噴嘴及使用其之基板處理裝置
本發明係關於一種噴嘴及使用其之基板處理裝置。
以往，作為半導體製程中的成膜方法，已知有一種在真空氛圍下讓第1反應氣體吸附於半導體晶圓(以下稱為「晶圓))等基板之表面，將供給的氣體切換至第2反應氣體，藉由兩氣體的反應來形成1層或複數層之原子層或分子層，並藉由多數次進行此循環來將該等層層積而在基板上進行成膜的程序。此程序被稱為例如ALD(Atomic Layer Deposition)法或MLD(Molecular Layer Deposition)法等，是一種可對應於循環數來高精度地控制膜厚，並亦讓膜質的面內均勻性良好，而可對應於半導體元件薄膜化之有效方法。
此般成膜方法之較佳範例可舉出有例如用於MOS電晶體閘極的閘極氧化膜之成膜。舉一範例，在成膜矽氧化膜(SiO2膜)的情況，第1反應氣體(原料氣體)係使用例如二(特丁胺基)矽烷(以下稱為「BTBAS」)氣體等，第2反應氣體(氧化氣體)則是使用臭氧(O3)氣體等。
實施相關ALD法或MLD法之成膜裝置被提出有一種例如日本特開2010-56477號公報所記載般，在處理容器內所設置之圓形載置台上，於周圍方向載置複數片基板，在載置台周圍方向設有從處理容器側壁所設置之氣體噴嘴來供給相互不同反應氣體而相互區隔之複數處理區域，讓此載置台旋轉並在各處理區域對基板供給不同反應氣體來進行成膜之裝置。
然而，近年來隨著基板大型化，例如在晶圓W的情況便會有對直徑為300mm之基板來進行成膜。從而，如所述般在處理容器側壁設置氣體噴嘴 之結構為了要將反應氣體供給至旋轉台所載置之晶圓整面，便需要從側壁至旋轉台中心附近來設置氣體噴嘴，使得氣體噴嘴長度變長。從而，在將氣體噴嘴基端側固定於處理容器側壁時，氣體噴嘴前端側之力矩會變大，而因自重導致容易下垂。
氣體噴嘴較長時，接近氣體供給源之氣體噴嘴基端側的氣體噴出量會較其前端側要多，而產生反應氣體濃度在處理容器中央區域會較周緣區域要低的問題。於是，如日本特開2010-135510公報所記載般，便提案有一種調整氣體噴嘴相對於水平軸之傾斜，而可調整氣體噴嘴在長度方向與晶圓W表面距離的結構之成膜裝置。
然而，近年來多使用成膜高介電体膜之High-k程序，使用於High-k程序之成膜氣體種類中，會有原料耐性較差，原料無法在處理容器內之高溫下維持與低溫時的相同狀態，在晶圓吸附前便在氣相中產生自我分解，而產生引起成膜特性惡化的問題。具體而言，在氣體噴嘴設於處理容器側壁，而朝旋轉台中心延伸的情況，從側壁側供給原料氣體時，會因處理容器內部的高溫，使得原料氣體在到達氣體噴嘴前端前便產生自我分解，故在旋轉台中央附近便無法充分成膜，而產生膜厚面內均勻性惡化的問題。
此般問題，並非上述專利文獻2所記載單以氣體噴嘴之傾斜調整就可解決程度的問題，而需要使用可抑制原料氣體自我分解構造的噴嘴。
於是，本發明目的在於提供一種可抑制原料氣體自我分解，並以良好狀態來供給原料氣體之噴嘴及使用其之基板處理裝置。
為達上述目的，本發明一樣態相關之噴嘴係用以供給流體的噴嘴，具有：管狀部，係於內部形成有管路，並具有沿著該管路長邊方向而形成有複數流體噴出孔的流體噴出面；分隔板，係於該管路內沿著該長邊方向延伸配置，將該管路分隔為包含該流體噴出面的第1區域以及不含該流體噴出面的第2區域，並於該長邊方向形成有較該複數流體噴出孔數量要少的分散孔；以及流體導入道，係連通於該第2區域。
本發明其他樣態相關之基板處理裝置係具有：處理室；晶座，係設於該處理室內，於表面上可載置支撐基板；以及噴嘴，係以流體噴出面會對向之方式設置於該晶座表面；該噴嘴具有：管狀部，係於內部形成有管路，並具有沿著該管路長邊方向而形成有複數流體噴出孔的流體噴出面；分隔板，係於該管路內沿著該長邊方向延伸配置，將該管路分隔為包含該流體噴出面的第1區域以及不含該流體噴出面的第2區域，並於該長邊方向形成有較該複數流體噴出孔數量要少的分散孔；以及流體導入道，係連通於該第2區域。
30‧‧‧噴嘴
300‧‧‧管狀部
310‧‧‧管路
311‧‧‧流體噴出區域
312‧‧‧流體流通區域
313‧‧‧折返流道
320‧‧‧流體導入道
330‧‧‧流體噴出孔
331‧‧‧流體噴出面
340‧‧‧分隔板
341‧‧‧分隔部
342‧‧‧分散孔
圖1係顯示本發明實施形態相關之噴嘴一範例構成之剖視圖。
圖2係顯示本發明實施形態相關之噴嘴一範例構成之透視立體圖。
圖3係顯示成膜裝置之原料氣體噴嘴所要求之原料氣體噴出分布一範例的圖式。
圖4係顯示模擬本發明實施形態相關之噴嘴30的模擬結果的圖式。
圖5係顯示本發明第1實施形態相關之基板處理裝置一範例的剖視圖。
圖6係顯示圖5之基板處理裝置的真空容器構成的立體圖。
圖7係顯示圖5之基板處理裝置的真空容器構成的概略俯視圖。
圖8為圖5之基板處理裝置的部分剖視圖。
圖9為圖5之基板處理裝置的另一部分剖視圖。
以下便參照圖式，進行用以實施本發明之形態的說明。
圖1係顯示本發明實施形態相關之噴嘴一範例構成之剖視圖。本發明實施形態相關之噴嘴30係具有管狀部300、管路310、流體導入道320、流體噴出孔330及分隔板340。管狀部300係於內部具有管路310，管路310 下面係形成有流體噴出孔330。管路310內部的上面及下面之間係設有分隔板340。藉由分隔板340，則管路310便被分隔為包含形成有流體噴出孔330之流體噴出面331的流體噴出區域311，以及不含形成有流體噴出孔330之面的流體流通區域312，進一步地，管路310在前端附近包含有連通流體噴出區域311與流體流通區域312之折返流道313。分隔板340具有構成為板狀之分隔部341，分隔部之既定位置係形成有分散孔342。又，管狀部300之根部側端部係連接至流體導入部320。另外，噴嘴30在使用於基板處理裝置等的情況，由於作為將氣體等流體注入於處理容器內的手段來加以使用者居多，故噴嘴30亦可稱為噴射器。
管狀部300係於內部具有可流通流體之管路310的管狀部分。管狀部300之剖面形狀可依用途而構成為各種形狀，例如四角形狀，較佳地亦可構成為長方形狀。本實施形態相關之噴嘴可用於供給流體之各種用途，例如可用於進行晶圓等處理之基板處理裝置。在基板處理裝置使用本實施形態相關之噴嘴，將噴嘴相對於晶圓表面而水平地對向設置的情況，流體噴出孔330不僅在管狀部300之長邊方向，亦在寬度方向設有複數個時，較佳地係總括地讓複數流體噴出孔330至晶圓表面的距離為固定。因此，便以與晶圓對向之管狀部300外側下面與晶圓的距離在管狀部300下面所有區域會固定之方式，亦即，會形成與晶圓之平行面的方式，讓管狀部300構成為長方形般的四角形。又，當然亦可讓管狀部300構成為圓管狀或圓筒狀，依用途，管狀部300的形狀可為各種形狀。
管狀部300下面係設有複數流體噴出孔330。流體噴出孔330係貫穿管狀部300下面與外部連通，而用以讓流通於管路310之流體噴出供給於流體噴出孔330之對向區域的孔。流體噴出孔330可形成為垂直貫穿管狀部300壁面的貫通孔。流體噴出孔330數量可依用途來選擇為各種適當數量，在例如將成膜用原料氣體供給至晶圓表面上的情況，可設為數百個程度，例如設為700個左右。另外，流體噴出孔330的形狀可依用途為各種形狀，例如可具有圓形的剖面形狀。
流體噴出孔330可為各種配置，例如可構成為於長邊方向具有既定間隔。為了確保噴嘴30長邊方向之均勻流體供給，流體噴出孔330可在長邊方向具有既定距離而以等間隔來加以形成。又，流體噴出孔330亦可複數 形成在噴嘴30的寬度方向，流體噴出孔330沿著長邊方向配列的列亦可形成為複數列。另外，關於此點之細節則容於後述。
分隔板340係以分隔管路310之內部空間及內周面的方式，在管路310上側的面與下側的面之間的中間位置，接合固定在形成管路310之管狀部300內周面來加以設置。具體而言，分隔板340係將管路310的內部空間及內周面分割、分離區劃為包含流體噴出孔330的流體噴出孔330側之流體噴出區域311，以及不含流體噴出孔330的流體噴出孔300相反側之流體流通區域312。進一步地，分隔板340並不形成於管路310的前端部，藉此，以形成將流體噴出區域311與流體流通區域312加以連通之折返流道313。
分隔板340係具有板狀之分隔部341，以及形成於分隔部341之分散孔342。分散孔342係以較流體噴出孔330要少的數量來形成於管狀部300及管路310之長邊方向中。更詳細而言，分散孔342係孔徑較流體噴出孔330要大，並具有較鄰接的流體噴出孔330彼此之間隔要廣的間隔來形成於管狀部300及管路310之長邊方向中。因此必然地，分散孔342的數量會較流體噴出孔330的數量要少。
分隔板340係為了防止在從流體導入道320將原料氣體等流體導入時，流體在管路310途中自我分解而使得原料氣體無法到達前端側而加以設置。亦即，使用未設置分隔板的以往噴嘴，來在處理室內於晶圓上進行成膜處理等的情況，將成膜用原料氣體從噴嘴供給時，會因為處理室內的高溫、壓力、所供給之原料氣體流量等的關係，產生原料氣體到達噴嘴前端前便自我分解的現象，而有原料氣體無法充分供給至前端，使得晶圓上所成膜之膜的膜厚面內均勻性降低的情況。為防止此般情事，本實施形型態相關之噴嘴30則是在管路310內設置分隔板340，來防止原料氣體之自我分解。具體而言，藉由設置分隔板340，從流體導入道320所導入之原料氣體便會進入至流體流通區域312，原料氣體的一部分會沿著流體流通區域312前進，並經由折返流道312到達流體噴出區域311，從噴嘴30前端側朝根部側依序到達流體噴出孔300而被加以噴出。亦即，藉由設置分隔板340，便可形成具有折返構造的管路310，而可製作出從噴嘴30前端側之流體噴出孔330朝根部側之流體噴出孔330來供給原料氣體之流動。另一方面，從流體導入道320所導入而到達流體流通區域312之原料氣體的一部分則會在從噴 嘴30根部側朝前端側行進於流體流通區域312的途中，從分散孔342到達流體噴出區域311而被加以噴出。
然後，從噴嘴30供給原料氣體時，處理室內一般會成為高溫，但由於流體噴出孔330係形成在噴嘴30之管狀部300下面側，而該等係被分隔板340所覆蓋之形狀，故經由流體噴出孔330傳達至噴嘴30之管路310內的熱便會被分隔板340遮蔽，而可防止流體流通區域342中的原料氣體被直接加熱。因此，流體流通區域342中的原料氣體便可在不自我分解的狀態下到達管路310前端，可從管路310前端側之流體噴出孔330來依序形成噴出原料氣體的流動。如上述，由於亦有從分散孔342到達流體噴出區域311之原料氣體，故可同時形成從噴嘴30根部側的流體噴出孔330之原料氣體供給，以及從前端側的流體噴出孔330之原料氣體供給的兩個流動，而可在噴嘴30長邊方向將原料氣體供給加以均勻化。
又，藉由依用途來改變分隔板340之分散孔342的大小、配置，便可調整噴嘴30前端側與根部側的原料氣體之噴出量分布、管路310內之壓力及其分布、管路310內之溫度及其分布等。例如，可將分散孔342之間隔配置為隨著從噴嘴30根部側朝前端側移動則變廣。
較佳地，分隔板340在與流體導入道320之接合部中係不具有分散孔342，而構成為分隔部341與流體導入道320內周面會連續性地連接。基本上，原料氣體的供給量在噴嘴30根部側會有較前端側要多的傾向，故將從流體導入道320所導入之原料氣體暫時保持在流體流通區域312，並經由可調整之分散孔342來讓原料氣體亦供給至噴嘴30根部側，會較易調整原料氣體在噴嘴30長度方向之供給平衡。
又，分隔板340可為各種配置，但在形成有流體噴出孔330之流體噴出面311為平面的情況，較佳地係以與流體噴出面331平行之方式來加以配置。又，在流體噴出面331為曲面的情況，較佳地係以關連到流體噴出孔330而對稱的方式來配置分隔板340。藉此，便可相對於流體噴出孔330來對稱地配置流體噴出區域311及流體流通區域312，而可達成均勻的原料氣體供給。
另外，上述範例雖係舉將本實施形態相關之噴嘴30適用於成膜裝置之原料氣體供給噴嘴為範例來加以說明，但本實施形態相關之噴嘴不僅氣體，亦可適用於包含液體之流體。
又，分隔板340由於亦為妨礙流體行進來調整流體流動之板體，故亦可稱為阻礙板或緩衝板。
導體導入道320係用以將來自流體供給源的流體導入噴嘴30內之管路310的流道，會與管路310之流體流通區域312連接。因此，流體導入道320的剖面形狀較佳地係與流體流通區域312之剖面形狀相同，但只要能與流體流通區域312連通，則可為各種構成。
含流體噴出孔330之管狀部300與流體導入道320較佳地為一體成型。分隔板340可與管狀部300為其他構成，而接合或組裝固定在管路310內，但為了不在分隔板340與管狀部300內周面之間產生間隙等，較佳地係一開始便與管狀部330及流體導入道320一起一體成型。關於該等的材料，可依用途而由各種材料來加以選擇，例如可選擇石英。成膜處理裝置等之基板處理裝置的噴嘴使用石英的情況較多，故在作為基板處理裝置用之噴嘴30來使用的情況，可以石英來一體成型出噴嘴30整體。
圖2係顯示本發明實施形態相關之噴嘴30一範例構成之透視立體圖。圖2所示之噴嘴30具有與圖1所說明之噴嘴30相同的構成要素，係將圖1所簡略表示之部分更加詳細的加以表示。另外，圖2係顯示噴嘴30的前端部分。
如圖2所示，流體噴出孔330不僅噴嘴30之長度方向，亦可複數設置在寬度方向。藉此，流體噴出孔300沿長邊方向的列便會構成為複數列，而在噴嘴30寬度方向亦可噴出供給均勻的流體。又，如圖2所示，噴嘴30鄰接於寬度方向之流體噴出孔330彼此可配置在長邊方向的不同位置(投影於長邊方向的正投影)。圖2中，係顯示在長邊方向具有既定間隔所配列而形成4列之流體噴出孔330的列之範例，4列彼此的流體噴出孔330之配置僅在長邊方向稍微錯位，而在寬度方向形成4個流體噴出孔330的斜向列，並使其平行多數地並列設置。如此般，沿長邊方向具有既定間隔而加以配置之流體噴出孔330的列彼此便會在長度方向配列在僅相互稍微錯位的不 同位置，而在長邊方向及寬度方向亦均勻地涵蓋整體般地加以配置。藉此，便可供給更均勻的流體。
另外，如圖2所示，流體噴出孔330為貫穿管狀部310下面之圓柱形小孔，係以高密度遍布涵蓋而形成於管狀部310下面。流體噴出孔330的數量可依用途而有各種變化，如圖2所示，較佳地係以遍布涵蓋的密度來形成於流體噴出面331，在構成為長度50cm左右之噴嘴30的情況，可形成約700個流體噴出孔330。
如圖2所示，分隔板340可設置為端面接合於管路310內周面之側面的板狀形狀，並沿著噴嘴30長度方向延伸。藉由沿著長邊方向，將流體噴出區域311及流體流通區域312沿長邊分向分隔，並在途中設置的分散孔342，來使得流體噴出區域311及流體流通區域312連通。分散孔342具有遠大於流體噴出孔330之孔徑，為可包含複數流體噴出孔330程度的大小。又，分散孔342之寬度具有與分隔板340之分隔部341相同的寬度，在寬度方向僅形成有1個，而與在寬度方向可形成複數個的流體噴出孔330有所不同。但是，依用途，亦可構成為在寬度方向形成複數分散孔342。
又，分散孔342之形成間隔係遠大於流體噴出孔330。分散孔342在上述50cm左右的噴嘴30時，則是在分隔板340形成有10個以下的個數，例如可形成7個左右的分散孔342。另外，圖2中，分散孔342的形狀雖係沿著噴嘴30長邊方向而整體讓長方形與圓一致的方式來構成為接近橢圓的形狀，但亦可依用途構成為各種形狀。
管路310前端係形成有折返流道313，但管路310前端亦可圓形加工而具有曲面性的內周面。藉此，便可使流體的折返更加順暢流動。
如此般，本實施形態相關之噴嘴30只要具備擁有分散孔342之分隔板340，則可構成為各種形狀。
圖3係顯示成膜裝置之原料氣體噴嘴所要求之原料氣體噴出分布一範例的圖式。圖3中，橫軸的N係顯示噴嘴的根部側，AN係顯示噴嘴的前端側。又，縱軸係顯示原料氣體噴出量的分布及所成膜之膜的膜厚分布。在將表面形成有溝渠、孔洞等配線圖案之晶圓成膜的情況，如圖3實線所示之特性曲線G般，較中央要稍靠前端側會有原料氣體噴出量的波峰，關連到其波峰則原料氣體噴出量會略對稱地降低，在噴嘴根部側的原料氣體 噴出料會最低而成為向上凸起的曲線流量分布時，得知如虛線所示膜厚均勻性會最好。
因此，只要測量噴嘴噴出量分布而可再現出圖3之實線所示的特性曲線G，便可實現能獲得良好膜厚均勻性的噴嘴。
圖4係顯示模擬本發明實施形態相關之噴嘴30的模擬結果的圖式。圖4中，點A係使用本實施形態相關之噴嘴30將N2氣體以300sccm流量來供給情況之噴出量分布，點B係使用本實施形態相關之噴嘴30將Ar氣體以1000sccm流量來供給情況之噴出量分布。又，比較例的點C係使用不具有分隔板340之以往噴嘴將N2氣體以300sccm流量來供給情況之噴出量分布，點D係使用不具有分隔板340之以往噴嘴將Ar氣體以1000sccm流量來供給情況之噴出量分布。
如圖4所示，使用本實施形態相關之噴嘴30的點A及點B，係接近特性曲線G的分布。另一方面，使用比較例相關噴嘴之點C及點D則為左肩向上右肩向下而與特性曲線G有很大差異之分布。
因此，本實施形態相關之噴嘴30從此模擬結果可知，係可實現優異膜厚面內均勻性之成膜的噴嘴。如此般，依本實施形態相關之噴嘴30，藉由在管狀部300內部之管路310內設置具有可調整的分散孔342之分隔板340，便可讓流體的噴出量分布為所欲分布，可在各種基板處理上以適當的噴出量分布來噴出供給流體。
接著，使用圖5至圖9，就在基板處理裝置適用本發明實施形態相關之噴嘴30的實施形態來加以說明。此處，本發明實施形態相關之基板處理裝置係舉出為使用所謂旋轉台式(後述)晶座的基板處理裝置，藉由將流體朝既定供給區域供給來在複數基板表面上進行成膜之成膜裝置為例來加以說明，但載置基板之晶座不一定要是旋轉台式，基板處理內容亦不一定要為成膜，而可適用於使用噴嘴之各種基板處理裝置。
另外，圖5為基板處理裝置之剖視圖，係顯示沿著圖7之I-I’線的剖面。圖6及圖7係說明處理室1(後述)內構造的圖式。圖6及圖7為了說明的方便，係省略掉頂板11(後述)的圖示。
圖8係沿著處理氣體噴嘴30(後述)至處理氣體噴嘴(後述)32的晶座2(後述)同心圓之處理室1剖視圖。圖9係顯示設有頂面44(後述)區域之部分剖 視圖。處理氣體噴嘴30係具有與本發明實施形態相關之噴嘴30相同的構成，為在管路310內部具備擁有分散孔342之分隔板340的噴嘴30。
如圖5至圖7所示，本發明第1實施形態相關之基板處理裝置係具備具有略圓形平面形狀之扁平處理室1、設於處理室1內之晶座2、控制基板處理裝置整體動作(例如處理氣體噴嘴30,32之氣體供給時間點)之控制部100(控制機構)。
處理室1係具有擁有有底圓筒形狀之容器本體12、可裝卸地氣密配置於容器本體12上面的頂板11。頂板11係透過例如O型環等密封構件13(圖5)來可裝卸地配置為氣密，以確保處理室1內之氣密性。
晶座2係以處理室1中心為旋轉中心，並被固定在殼體20所收納之圓筒形狀核心部21。晶座2係於上面具有載置複數基板(以下稱為「晶圓」)之載置部。
殼體20係其上面有開口的筒狀殼體。殼體20係將其上面所設置之凸緣部分氣密地安裝在處理室1之底部14下面。殼體20會將其內部氛圍從外部氛圍隔離。
核心部21係固定在延伸於鉛直方向的旋轉軸22上端。旋轉軸22下端係組裝在讓旋轉軸22繞鉛直軸旋轉之驅動部23。再者，旋轉軸22及驅動部23係收納在殼體20內。
如圖7所示，晶座2表面係具有用以沿旋轉方向(周圍方向)載置複數(本實施形態為5片)晶圓W之圓形複數凹部24(基板載置區域)。此處，圖7中為了方便係僅在一個凹部24圖示出晶圓W。另外，可用於本發明之晶座2亦可構成為載置複數基板，為4片以下或6片以上之晶圓W。
凹部24在本實施形態中，係具有較晶圓W直徑(例如300mm)要稍大之內徑(例如大上4mm之內徑)。又，凹部24具有略等同於晶圓W厚度之深度。藉此，本實施形態相關之基板處理裝置在將晶圓W載置於凹部24時，可讓晶圓W表面與晶座2表面(未載置晶圓W之區域)為略相同高度。
本實施形態相關之基板處理裝置中，處理氣體噴嘴30為第1氣體供給部，係配置在晶座2上方所區劃之第1處理區域(後述)。如上述，處理氣體噴嘴30為本實施形態相關之噴嘴30，係作為本實施形態相關之基板處理裝置供給原料氣體之處理氣體噴嘴30來使用。處理氣體噴嘴32為第2氣體 供給部，係配置在沿晶座2周圍方向而從第1處理區域遠離之第2處理區域(後述)。分離氣體噴嘴41,42為分離氣體供給部，係配置在第1處理區域與第2處理區域之間。另外，處理氣體噴嘴30等可使用例如由石英所構成之噴嘴。
具體而言，如圖6及圖7所示，本實施形態相關之基板處理裝置係在處理室1周圍方向隔有間隔，而從基板搬送用搬送口15順時針地(晶座2旋轉方向)依序配列有處理氣體噴嘴32、分離氣體噴嘴41、處理氣體噴嘴30及分離氣體噴嘴42。該等噴嘴30,32,41及42係讓其基端部之氣體導入埠30a,32a,41a及42a(圖7)固定於容器本體12之外周壁。又，氣體噴嘴30,32,41及42係從處理室1之外周壁導入至處理室1內。進一步地，氣體噴嘴30,32,41及42係沿著容器本體12的半徑方向以朝晶座2中心方向，且相對於晶座2平行地延伸之方式來加以組裝。
處理氣體噴嘴30,32係具有朝向晶座2而於下方開口之複數氣體噴出孔330(參照圖8)。處理氣體噴嘴30,32可沿其噴嘴長度方向，以例如10mm之間隔來配列開口。藉此，處理氣體噴嘴30下方區域便成為讓第1處理氣體吸附於晶圓W之區域(以下稱為「第1處理區域P1」)。又，處理氣體噴嘴32下方區域則是讓第2處理氣體與晶圓W所吸附之第1處理氣體反應，來沉積第1處理氣體與第2處理氣體之反應生成物的區域(以下稱為「第2處理區域P2」)。另外，第1處理氣體可使用例如用以成膜高介電體膜(High-k膜)所使用之有機金屬氣體等的原料氣體，例如三(二甲胺基)茂基鋯(C11H23N3Zr)等之氣體。又，第2處理氣體可使用氧化氣體(例如O2氣體或O3氣體)、氮化氣體(例如NH3氣體)等之反應氣體。一般而言，自我分解多發生於成膜高介電體膜時供給由有機金屬氣體所構成之原料氣體，故High-k膜的成膜中，使用本實施形態相關之處理氣體噴嘴30會非常有效。然而，第1處理氣體並不限於上述氣體，亦可使用各種氣體。
處理氣體噴嘴32係配置於晶座2上面的上方所區劃之第2處理區域P2。處理氣體噴嘴32係透過未圖示之配管等而連接至第2處理氣體供給源(未圖示)。亦即，處理氣體噴嘴32係朝晶座2上面來供給第2處理氣體。處理氣體噴嘴32在本實施形態中，係藉由輔助性地開閉開閉閥(未圖示)，來將第2處理氣體朝處理室1(第2處理區域P2)供給。
分離氣體噴嘴41,42係分別設在沿周圍方向分離設置之第1處理區域P1及第2處理區域P2之間。分離氣體噴嘴41,42係透過未圖示之配管等而連接至分離氣體供給源(未圖示)。亦即，分離氣體噴嘴41,42係對晶座2上面供給分離氣體。
第2處理氣體可使用能與第1處理氣體反應之各種反應氣體，例如可使用含氧之氣體。含氧氣體例如為氧氣或臭氧氣體。亦即，從處理氣體噴嘴30供給而吸附於基板之第1處理氣體會因處理氣體噴嘴32所供給之第2處理氣體而氧化，以產生氧化物。
本實施形態相關之基板處理裝置係使用非活性氣體作為分離氣體。非活性氣體為例如Ar或He等之稀有氣體或氮氣。分離氣體係作為吹淨晶圓W之吹淨氣體來加以使用。另外，本實施形態中，係舉出一般用於吹淨氣體之N2氣體來作為分離氣體使用之範例來加以說明。
如圖6及圖7所示，本實施形態相關之基板處理裝置的處理室1內係設有2個凸狀部4。凸狀部4係具有頂面被裁切成圓弧狀之略扇形的平面形狀。又，凸狀部4係以外圓弧會沿著處理室1的處理容器12內周面之方式來加以配置。
具體而言，凸狀部4如圖8所示，係組裝在頂板11內面。又，凸狀部4係具有為其下面的平坦低頂面44(第1頂面)以及位於此頂面44周圍方向兩側之頂面44(第2頂面)。此處，凸狀部4之頂面45係較頂面44要高的頂面。藉此，凸狀部4便會在處理室1內形成狹窄空間之分離空間H，以及讓氣體從分離空間H流入之空間481及空間482。亦即，凸狀部4具有讓所形成之為狹窄空間的分離空間H作為如後述圖6所示之分離區域D的功能。
又，如圖8所示，凸狀部4於周圍方向中央具有溝部43。溝部43係沿著晶座2之半徑方向延伸。又，溝部43會收納有分離氣體噴嘴42。另一凸狀部4亦同樣地形成有溝部43，並於此處收納有分離氣體噴嘴41。
另外，分離氣體噴嘴42下面，即晶座2之對向面係形成有氣體噴出孔42h。氣體噴出孔42h係沿著分離氣體噴嘴42之長邊方向而以既定間隔(例如10mm)來形成有複數個。又，氣體噴出孔42h之開孔徑為例如0.3至1.0mm。雖圖示省略，但分離氣體噴嘴41亦同樣地形成有氣體噴出孔42h。
再者，如圖8所示，本實施形態相關之基板處理裝置係在高頂面45之下方空間分別設有處理氣體噴嘴30,32。該等處理氣體噴嘴30,32係從頂面45分離而設在晶圓W附近。另外，如圖8所示，處理氣體噴嘴30係設於空間481(高頂面45之下方空間)內，處理氣體噴嘴32則是設於空間482(高頂面45之下方空間)。
低頂面44會相對於晶座2而形成為狹窄空間之分離空間H。從分離氣體噴嘴42供給非活性氣體(例如N2氣體)時，此非活性氣體會流通於分離空間H，並朝空間481及空間482流出。此處，由於分離空間H之容積係較空間481及482的容積要小，故本實施形態相關之基板處理裝置相較於空間481及482的壓力，可因使用所供給之非活性氣體而讓分離空間H的壓力較高。亦即，在空間481及482的間隙中，分離空間H會形成壓力屏障。
再者，從分離空間H朝空間481及482所流出之非活性氣體會對第1處理區域P1的第1處理氣體及第2處理區域P2的第2處理氣體作為對向流而作用。從而，本實施形態相關之基板處理裝置會使用分離空間H來分離第1處理區域P1之第1處理氣體及第2處理區域P2之第2處理氣體。亦即，本實施形態相關之基板處理裝置會在處理室1內抑制第1處理氣體與第2處理氣體混合而反應。
另外，頂面44相對於晶座2上面之高度h1係基於成膜時之處理室1內壓力、晶座2之轉速及/或所供給之分離氣體(N2氣體)之供給量等，而為可讓分離空間H之壓力較空間481及482之壓力要高的高度。又，頂面44相對於晶座2上面之高度h1可為對應於基板處理裝置之款式及所供給氣體種類的高度。再者，頂面44相對於晶座2上面之高度h1可為以預先實驗或計算等所決定之高度。
如圖6及圖7所示，頂板11下面係以包圍固定晶座2之核心部21外周的方式設有突出部5。突出部5在本實施形態中，係連續於凸狀部4中之旋轉中心側部位，其下面係形成為與頂面44相同的高度。
如圖6所示，略扇形之凸狀部4的周緣部(處理室1的外緣側部位)係以對向於晶座2外端面之方式形成有彎曲呈L字型的彎曲部46。彎曲部46會抑制氣體通過晶座2與容器本體12內周面之間的空間而流通於空間481及空間482之間。扇形的凸狀部4係設置在頂板11。
本實施形態相關之基板處理裝置可將頂板11從容器本體12取下，故彎曲部46外周面與容器本體12之間會稍有間隙。基板處理裝置可將彎曲部46內周面與晶座2外端面之間隙，以及彎曲部46外周面與容器本體12之間隙設定為例如與頂面44相對於晶座2上面之高度相同的尺寸。
再參照圖7，晶座2與容器本體內周面之間係形成有與空間481(圖8)連通之第1排氣口610，以及與空間482(圖8)連通之第2排氣口620。第1排氣口610及第2排氣口620如圖5所示，係透過個排氣管630連接至真空排氣機構(例如真空泵640)。另外，排氣管630至真空排氣機構640之通路中係設有壓力調整器650。
晶座2與處理室1之底部14之間的空間如圖5及圖9所示，係設有為加熱機構之加熱器單元7。晶座2上之晶圓W係透過晶座2來被加熱至程序配方所決定之溫度(例如450℃)。晶座2周緣附近之下方側為了抑制氣體朝晶座2下方空間侵入，係設有環狀之罩體構件71。
如圖9所示，罩體構件71係具有：內側構件71a，係以從下方側面對晶座2外緣部及較外緣部要外周側之方式來加以設置；以及外側構件71b，係設於此內側構件71a與處理室1內壁面之間。外側構件71b係在凸狀部4外緣部所形成之彎曲部46下方處，接近彎曲部46來加以設置。內側構件71a係在晶座2外緣部下方(及較外緣部燒靠外側部分的下方)，橫跨整圈地包圍加熱器單元7。
圖5所示之控制部100係指示基板處理裝置之各構成的動作，並控制各構成動作之機構。本實施形態相關之基板處理裝置中，控制部100係由用以進行裝置整體動作之控制的電腦所構成。控制部100會實行例如儲存於記憶部101之程式，並與硬體連動，來在複數基板的表面成膜。另外，控制部100可以包含一般的CPU(Central Processing Unit，中央處理裝置)及記憶體(例如ROM、RAM等)之演算處理裝置來加以構成。
具體而言，控制部100可在內建的記憶體內儲存用以讓基板處理裝置實施後述基板處理之程式。此程式會組成例如步驟群。控制部100會將儲存於媒體102(硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡、軟碟等)之上述程式讀取至記憶部101，之後，可安裝至控制部100內。
接著，就使用相關基板處理裝置以進行成膜處理之順序來加以說明。
首先，將晶圓W載置於晶座2上面所設置之各複數凹部24上。具體而言，首先會開啟未圖示之閘閥，使用搬送臂10(圖7)透過搬送口15將晶圓W收授至晶座2之凹部24內。在凹部24停止於面向搬送口15之位置時，可藉由透過凹部24底面之貫穿孔讓未圖示之升降銷從處理室1之底部側升降，來進行基板W之收授。又，讓晶座2間歇性旋轉，以分別將晶圓W載置於晶座2之複數(本實施形態中為5個)凹部24內。
接著，處理室1內設定至既定壓力後，將分離氣體供給至處理室1內。更具體而言，係關閉閘閥，使用真空泵640將真空容器1排氣至最低可達真空度後，從分離氣體噴嘴41,42以既定流量來供給分離氣體(例如N2氣體)。此時，亦從分離氣體供給管51及吹淨氣體供給管72,73(圖5及圖9)以既定流量供給分離氣體。又，可使用壓力調整器650將處理室1內調整至預先設定之處理壓力。接著，將晶座2朝例如順時針方向旋轉，並使用加熱器單元7來加熱晶圓W。
接著，從第1處理氣體噴嘴30及第2處理氣體噴嘴32來開始處理氣體的供給。藉由第1及第2處理氣體供給的開始，來進行晶圓W之處理。在第1處理區域P1內從第1處理氣體噴嘴30供給原料氣體以吸附在晶圓W表面，在第2處理區域P2內從第2處理氣體噴嘴32供給會與晶圓W上所吸附之原料氣體反應之反應氣體。然後，在晶圓W上沉積原料氣體與反應氣體之反應生成物，以在晶圓W上沉積分子層。另外，藉由晶座2的旋轉，晶圓W會週期性地通過第1處理區域P1、分離區域D、第2處理區域P2、分離區域D，並在每次通過時進行成膜。即便在第1處理氣體噴嘴30所供給的為高介電體膜成膜用的原料氣體的情況，原料氣體並不會自我分解，而會以圖3、4所說明之噴出量分布來噴出供給。然後，便會進行具有高膜厚面內均勻性之高介電體膜的成膜。到達既定膜厚時，便停止從第1處理氣體噴嘴30供給為第1處理氣體之原料氣體，並依需要繼續進行從第2處理氣體噴嘴32之氧化氣體或氮化氣體的供給，以進行膜的修飾。另外，修飾若不需要則不需進行，便可同時停止第1處理氣體及第2處理氣體的供給。
在結束從第1處理氣體噴嘴30及第2處理氣體噴嘴32之處理氣體的供給後，便以相反於晶圓W搬入之順序將晶圓W從處理室1搬出。具體而 言，係開啟未圖示之閘閥，使用搬送臂10(圖4)透過搬送口15將成膜後的基板W搬出。與搬入工序同樣地，係使用未圖示之升降銷等來搬出晶圓W。
雖如此般地來進行成膜，但由於原料氣體不會自我分解而會以所欲噴出量分布來加以供給，故可維持高面內均勻性來進行成膜，可成膜出高品質的膜。
又，基板處理裝置不限於成膜而可為進行各種基板處理之基板處理裝置，流體亦不限於氣體，即便為使用液體等的情況，亦可適用本實施形態相關之噴嘴。此情況，理想的噴出量分布會因處理種類而不同，故可依各處理以具有適當噴出量分布的方式來適當地調整分隔板340、分散孔342等之噴嘴構造、處理室內之溫度、壓力的各程序條件。本實施形態相關之噴嘴30可調整分隔板340之分散孔342大小、配置等，故可軟性且適當地對應於此般各式條件。又，本實施形態中，雖舉出將噴嘴30用於原料氣體之範例來加以說明，但不論氣體種類，亦可適用於氮化氣體等之反應氣體。
依本發明實施形態，便可以良好狀態來供給原料氣體。
以上，雖已就本發明較佳實施形態來加以說明，但本發明不限於上述實施形態，在不脫離本發明之範圍下，可於上述實施形態附加各種變形及置換。
本申請案係基於2014年11月19日向日本特許廳所申請之日本特願2014-234500號而主張優先權，並將日本特願2014-234500號之所有內容援用於此。
30‧‧‧噴嘴
300‧‧‧管狀部
310‧‧‧管路
311‧‧‧流體噴出區域
312‧‧‧流體流通區域
313‧‧‧折返流道
320‧‧‧流體導入道
330‧‧‧流體噴出孔
331‧‧‧流體噴出面
340‧‧‧分隔板
341‧‧‧分隔部
342‧‧‧分散孔

Claims (20)

  1. 一種噴嘴，係用以供給流體的噴嘴，具有：管狀部，係於內部形成有管路，並具有沿著該管路長邊方向而形成有複數流體噴出孔的流體噴出面；分隔板，係於該管路內沿著該長邊方向延伸配置，將該管路分隔為包含該流體噴出面的第1區域以及不含該流體噴出面的第2區域，並於該長邊方向形成有較該複數流體噴出孔數量要少的分散孔；以及流體導入道，係連通於該第2區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之噴嘴，其中該分散孔孔徑係較該流體噴出孔孔徑要大。
  3. 如申請專利範圍第1項之噴嘴，其中該複數流體噴出孔係具有既定間隔來加以形成。
  4. 如申請專利範圍第3項之噴嘴，其中該複數流體噴出孔係於該管路寬度方向成為複數列來加以形成。
  5. 如申請專利範圍第4項之噴嘴，其中成為該複數列之各列的該複數流體噴出孔係形成於該長邊方向的不同位置。
  6. 如申請專利範圍第3項之噴嘴，其中該分散孔係具有較該既定間隔要廣的間隔來加以形成。
  7. 如申請專利範圍第6項之噴嘴，其中該間隔仍為既定間隔。
  8. 如申請專利範圍第6項之噴嘴，其中該間隔係越接近該管路前端則越廣。
  9. 如申請專利範圍第1項之噴嘴，其中該分散孔未形成於該流體導入道與該分隔板的接合部。
  10. 如申請專利範圍第9項之噴嘴，其中該流體導入道與該第2區域之剖面形狀相同，該流體導入道與該第2區域係連續性地加以連接。
  11. 如申請專利範圍第1項之噴嘴，其中該管狀部的前端係封閉的；該分隔板未形成於該管路的前端，該管路的前端係形成有可讓該流體從該第2區域折返進入該第2區域的折返流道。
  12. 如申請專利範圍第11項之噴嘴，其中該折返流道形成有較該分散孔要大的開口。
  13. 如申請專利範圍第1項之噴嘴，其中該管狀部具有長方形的剖面形狀。
  14. 如申請專利範圍第1項之噴嘴，其中該管狀部、該分隔板及該流體導入道係以石英來一體構成。
  15. 一種基板處理裝置，係具有：處理室；晶座，係設於該處理室內，於表面上可載置支撐基板；以及噴嘴，係以流體噴出面會對向之方式設置於該晶座表面；該噴嘴具有：管狀部，係於內部形成有管路，並具有沿著該管路長邊方向而形成有複數流體噴出孔的流體噴出面；分隔板，係於該管路內沿著該長邊方向延伸配置，將該管路分隔為包含該流體噴出面的第1區域以及不含該流體噴出面的第2區域，並於該長邊方向形成有較該複數流體噴出孔數量要少的分散孔；以及流體導入道，係連通於該第2區域。
  16. 如申請專利範圍第15項之基板處理裝置，其中該晶座係可旋轉並可沿著周圍方向來載置支撐複數基板；該噴嘴係沿著該晶座之半徑方向延伸設置，並以該流體導入道會成為該晶座外周側，該管狀部前端會成為該晶座之旋轉中心側的方式來加以配置。
  17. 如申請專利範圍第16項之基板處理裝置，其中該處理室內的該晶座上方係沿著該周圍方向具有供給原料氣體至該晶座的第1處理區域、以及供給可與該原料氣體反應之處理氣體的第2處理區域，該噴嘴係設於該第1處理區域內。
  18. 如申請專利範圍第17項之基板處理裝置，其中該晶座之該周圍方向的該第1處理區域與該第1處理區域之間係設有供給吹淨氣體之分離區域。
  19. 如申請專利範圍第18項之基板處理裝置，其中該噴嘴之該流體導入道係連接至可供給成膜出高介電体膜之原料氣體的供給源。
  20. 如申請專利範圍第19項之基板處理裝置，其中該第2處理區域係設有可供給該處理氣體之處理氣體供給噴嘴；該分離區域係設有可供給該吹淨氣體之吹淨氣體供給噴嘴；該處理氣體供給噴嘴及該吹淨氣體供給噴嘴係不具有該分隔板之噴嘴。
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