TW202332510A - 基板處理裝置及基板處理方法 - Google Patents

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substrate processing
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川渕洋介
安武孝洋
中島常長
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明之目的在於，提供一種調節基板周邊的氣體的流動，來抑制對於基板之微粒的再附著的技術。 本發明之基板處理裝置具備：處理容器，在內部包含減壓至比大氣壓低的壓力的處理室；固持部，在該處理室固持基板；以及噴嘴，為了對在該固持部受到固持的該基板的第1主面放射氣體團簇而噴出氣體。該處理容器，具有：對向壁，包含面對該基板的該第1主面的第1對向面；板，設置於該對向壁的該第1對向面的一部分；以及貫通孔，貫通該對向壁和該板。該板具有面對該基板的該第1主面的第2對向面。該貫通孔為該氣體的通道且在該板的該第2對向面具有出口。在該對向壁和該基板之間形成有第1間隙；在該板和該基板之間形成有第2間隙；且該第2間隙係比該第1間隙狹窄。

Description

基板處理裝置及基板處理方法
本發明係關於基板處理裝置及基板處理方法。
在專利文獻1記載的加工方法，係將由反應氣體(例如ClF 3氣體)和添加氣體(例如Ar氣體)構成的混合氣體從噴嘴出口向真空處理室噴出，且藉由混合氣體的絕熱膨脹來生成反應性團簇，並利用此反應性團簇加工基板表面。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］
［專利文獻1］日本特開2013-46001號公報
［發明所欲解決之問題］
本發明的一態樣，提供一種調節基板周邊的氣體的流動，並抑制對於基板之微粒的再附著的技術。 ［解決問題之技術手段］
依本發明的一態樣的基板處理裝置具備：處理容器，在內部包含減壓至比大氣壓低的壓力的處理室；固持部，在該處理室固持基板；以及噴嘴，為了對在該固持部受到固持的該基板的第1主面放射氣體團簇而噴出氣體。該處理容器，具有：對向壁，包含面對該基板的該第1主面的第1對向面；板，設置於該對向壁的該第1對向面的一部分；以及貫通孔，貫通該對向壁和該板。該板具有面對該基板的該第1主面的第2對向面。該貫通孔為該氣體的通道且在該板的該第2對向面具有出口。並且，在該對向壁和該基板之間形成有第1間隙；在該板和該基板之間形成有第2間隙；且該第2間隙係比該第1間隙狹窄。 ［發明效果］
根據本發明的一態樣，能夠調節基板周邊的氣體的流動，並抑制對於基板之微粒的再附著。
以下，針對本發明的實施態樣參照圖式來進行說明。此外，有時對在各圖式中同樣的或對應的構成附加同樣的或對應的符號來省略說明。
參照圖1～圖3，針對依一實施態樣的基板處理裝置1來進行說明。基板處理裝置1藉由向基板W的第1主面Wa放射氣體團簇，來除去附著在第1主面Wa的微粒。基板W例如係矽晶圓。基板W為化合物半導體晶圓、藍寶石基板或玻璃基板亦可。基板W具有：第1主面Wa、以及與第1主面Wa相反向的第2主面Wb。基板處理裝置1，係例如圖1所示具備：處理容器2、固持部3、噴嘴5、氣體供給部6、減壓部7、驅動部8以及控制部9。
處理容器2在內部包含：藉由減壓部7減壓至比大氣壓低的壓力的處理室21。處理容器2具有：頂壁22、底壁23以及側壁24。側壁24形成為框形。在側壁24形成作為基板W的送入送出口的閘25。閘25係藉由閘閥26而開關。
固持部3在處理室21固持基板W。固持部3例如將基板W的第1主面Wa朝上，並水平地固持基板W。第1主面Wa為氣體團簇所放射的主面。固持部3，以使第1主面Wa的中心與後述的旋轉軸82的中心線一致的方式來固持基板W。
噴嘴5具有：為了對在固持部3受到固持的基板W放射氣體團簇，而噴出氣體的噴出口51。氣體的噴出方向為例如相對於基板W的第1主面Wa垂直的方向，例如向下方向。由於氣體團簇係對第1主面Wa垂直地碰撞，故能夠抑制在第1主面Wa預先形成的凹凸圖案的圖案崩塌。
噴嘴5係例如如圖3所示，從上游側向下游側(例如從上側向下側)依此順序具有：氣體供給室52、喉道53以及推拔孔54。推拔孔54在其下游端具有噴出口51。推拔孔54從上游側越向下游側具有越大的直徑。
氣體被供給至氣體供給室52之後，藉由通過喉道53而加速，並從噴出口51噴出。噴出的二氧化碳(CO 2)氣體由於在預先減壓的處理室21絕熱膨脹，而冷卻至凝聚溫度。藉此，二氧化碳(CO 2)分子彼此藉由凡得瓦力結合，而形成作為二氧化碳(CO 2)分子的凝聚體的氣體團簇。
氣體團簇與附著在基板W的第1主面Wa的微粒碰撞，而將微粒吹掉。氣體團簇即使不與微粒直接碰撞而是與第1主面Wa碰撞，也能夠吹掉碰撞的位置周邊的微粒。氣體團簇由於因碰撞而變高温，所以分解得零零散散，並從底壁23的排氣口231被排氣。排氣口231係設置於例如與噴嘴5對向的位置，具體而言係噴嘴5的正下方。此外，排氣口231的位置並沒有特別限定。
氣體供給部6向噴嘴5供給形成氣體團簇的原料氣體。原料氣體藉由從噴嘴5噴出，並在預先減壓的處理室21絕熱膨脹，而冷卻至凝聚溫度，並形成作為分子或原子的凝聚體的氣體團簇。原料氣體包含例如從二氧化碳(CO 2)氣體及氬(Ar)氣中選擇之至少1種以上的氣體。
氣體供給部6向噴嘴5供給「原料氣體和載持氣體的混合氣體」亦可。載持氣體具有比原料氣體還小的分子量或原子量。因此，載持氣體具有比原料氣體還低的凝聚溫度。所以載持氣體不會形成氣體團簇。載持氣體包含例如從氫(H 2)氣及氦(He)氣中選擇之至少1種以上的氣體。
由於載持氣體降低原料氣體的分壓，故抑制了在噴嘴5的內部的原料氣體的液化。另外，由於載持氣體將對於噴嘴5之氣體的供給壓力提高到所要求的氣壓，故提高了原料氣體的加速，且促進了氣體團簇的成長。雖然在本實施態樣中，係使用二氧化碳(CO 2)氣體做為原料氣體，並使用氫(H 2)氣作為載持氣體，但此組合並沒有特別限定。
氣體團簇的尺寸能夠藉由例如(A)氣體供給室52的氣壓、(B)原料氣體和載持氣體的流量比、以及(C)處理室21的氣壓等來調整。若氣體團簇的尺寸過小，則微粒的除去效率過低。另一方面，若氣體團簇的尺寸過大，則在基板W的第1主面Wa預先形成的凹凸圖案會崩塌。
減壓部7將處理室21減壓至比大氣壓低的壓力。雖然無圖示，但減壓部7例如具有：抽氣泵，抽吸處理室21的氣體；抽吸管路，連接底壁23的排氣口231和抽氣泵；以及壓力控制器，設置於抽吸管路的途中。壓力控制器在藉由控制部9的控制下，調整處理室21的氣壓。在氣體團簇向基板W放射之際，處理室21的氣壓係控制在例如5Pa～120Pa。
驅動部8如圖1及圖2所示，具有旋轉驅動部81，使固持部3旋轉。固持部3固持基板W，俾使基板W的第1主面Wa的中心與旋轉軸82的中心線一致。旋轉驅動部81使固持部3以旋轉軸82的中心線為中心旋轉。藉此，能夠於基板W的圓周方向移動「在基板W的第1主面Wa的氣體團簇的放射位置」。
驅動部8具有移動驅動部83，使固持部3移動。移動驅動部83係藉由使固持部3在與旋轉軸82的中心線正交的方向移動，而使噴嘴5和固持部3在基板W的徑方向相對地移動。藉此，能夠在基板W的徑方向移動「在基板W的第1主面Wa的氣體團簇的放射位置」。
移動驅動部83例如係藉由使未圖示的臂部迴旋，而使固持部3在與旋轉軸82的中心線正交的方向移動。此外，移動驅動部83，亦可使固持部3沿著導軌移動，來代替使臂部迴旋。
旋轉驅動部81使氣體團簇的放射位置在基板W的圓周方向移動，且移動驅動部83使氣體團簇的放射位置在基板W的徑方向移動。因此，能夠對基板W的第1主面Wa整體放射氣體團簇。
此外，在本實施態樣中，雖然噴嘴5係被固定於處理容器2，但其亦可設置成可於處理容器2的內部移動。在此情況下，係藉由使噴嘴5移動來代替使固持部3移動，而亦能夠在基板W的徑方向使「在基板W的第1主面Wa的氣體團簇的放射位置」移動。
控制部9例如係電腦，且具備CPU(Central Processing Unit，中央處理器)91、以及記憶體等的儲存媒體92。在儲存媒體92，儲存了控制在基板處理裝置1中執行的各種處理的程式。控制部9藉由使CPU91執行儲存於儲存媒體92的程式，來控制基板處理裝置1的動作。
接著，參照圖4，針對依參考態樣的基板處理裝置1的問題來進行說明。處理容器2的頂壁22具有面對基板W的第1主面Wa的第1對向面221。頂壁22的第1對向面221和基板W的第1主面Wa為平行，並形成第1間隙G1。第1間隙G1係考量基板W的送入送出操作的操作性等而決定。
頂壁22具有噴嘴收納部222。噴嘴收納部222為收納噴嘴5的空間。噴嘴5具有例如T字型的剖面形狀，且噴嘴收納部222具有例如長方形的剖面形狀。噴嘴5的噴出口51和基板W的第1主面Wa的距離，係考量微粒的除去效率來決定，而調節至最適當的距離。
噴嘴5對基板W的第1主面Wa垂直地噴出氣體。氣體由於與基板W的第1主面Wa碰撞而改變方向。氣體從與基板W碰撞的位置(即，氣體團簇的放射位置)沿著基板W的第1主面Wa放射狀地擴散。氣體一旦流動至比第1主面Wa的周緣更外側的話，其朝向底壁23的排氣口231向下方流動。
作為依參考態樣的基板處理裝置1的問題，可列舉出下列(1)～(3)。(1)第1間隙G1的大小偏大，而在第1間隙G1，不只形成了從氣體團簇的放射位置遠離的氣體的流動，也形成了朝向氣體團簇的放射位置而逆流的氣體的流動(參照圖4的虛線A1)。逆流的氣體的流動，妨礙在氣體團簇的放射位置從基板W脫離的微粒的排出。此結果，使微粒再附著於基板W的第1主面Wa。
(2)噴嘴收納部222的大小比噴嘴5的大小還大，而在噴嘴收納部222存在剩餘空間，使氣體從噴嘴收納部222的外部向內部逆流(參照圖4的虛線A2)。逆流的氣體的流動，妨礙從基板W脫離的微粒的排出。此結果，使微粒再附著於基板W的第1主面Wa。
(3)在處理室21存在剩餘空間，而形成了朝向氣體團簇的放射位置回流的氣體的流動(參照圖4的虛線A3)。回流的氣體的流動，妨礙從基板W脫離的微粒的排出。此結果，使微粒再附著於基板W的第1主面Wa。
上述(3)的問題，雖然在不固定噴嘴5而噴嘴5在基板W的徑方向移動的情況下也會產生，但在固定噴嘴5而移動固持部3的情況時較為顯著。此係由於將處理室21的大小設定得較大，俾使固持部3能夠移動的關係。
依本實施態樣的處理容器2，為了解決上述(1)的問題，而如圖3所示，具有：板27，設置於頂壁22的第1對向面221的一部分；以及貫通孔28，將頂壁22和板27貫通。板27，由於係設置於頂壁22的第1對向面221的一部分，故未減損基板W的送入送出操作的操作性。板27亦可對於頂壁22係可裝卸。
板27具有：面對基板W的第1主面Wa的第2對向面271。板27的第2對向面271和基板W的第1主面Wa為平行，並形成第2間隙G2。貫通孔28為氣體的通道，並在板27的第2對向面271具有出口281。貫通孔28的出口281係面向著第2間隙G2。第2間隙G2比第1間隙G1狹窄。
第2間隙G2狹窄，且從氣體團簇的放射位置遠離的氣體的流速快，而未產生向氣體團簇的放射位置逆流的氣體的流動。此結果，能夠快速地排出在氣體團簇的放射位置上從基板W脫離的微粒，而能夠抑制微粒再附著於基板W的第1主面Wa。因此，能夠降低附著於基板W的微粒的數量。
第2間隙G2的大小例如為20mm以下，且以15mm以下為佳。第2間隙G2的大小，係在與基板W的第1主面Wa正交的方向上量測。若第2間隙G2的大小為20mm以下，則從氣體團簇的放射位置遠離的氣體的流速係足夠地快速。第2間隙G2的大小，係以1mm以上為佳，且以5mm以上為更佳。
第2對向面271的周緣和貫通孔28的出口281的中心的距離D，在第2對向面271的周緣全周的範圍皆為例如50mm以上。若距離D為50mm以上，則能夠抑制在氣體團簇的放射位置的周邊的氣體的逆流，而能夠抑制微粒的再附著。
第2對向面271的周緣，雖然在本實施態樣為圓形，但亦可為四角形，其形狀並無特別地限定。只要距離D為50mm以上即可。距離D亦可為基板W的直徑(例如300mm)以上。距離D係以400mm以下為佳。
板27在其周緣具有：越遠離貫通孔28的中心線，越接近頂壁22的第1對向面221的推拔面272。推拔面272相對於第1對向面221傾斜，而從第2間隙G2向第1間隙G1漸漸地擴大氣體的流動。藉由連續地改變氣體的流動的寬幅，而能夠抑制氣體的流動的紊亂。
依本實施態樣的處理容器2的頂壁22，為了解決上述(2)的問題，如圖3所示，具有：填補噴嘴收納部222的一部分的空間的筒狀體223。筒狀體223抑制氣體從噴嘴收納部222的外部向內部逆流，而抑制微粒的再附著。
筒狀體223，藉由填補噴嘴收納部222的一部分的空間，來調節從噴嘴5前往基板W的氣體的流動，而抑制氣體的流動的擴散，並加速從噴嘴5前往基板W的氣體的流速。藉此，有效率地生成氣體團簇，而提高微粒的除去效率。
噴嘴5具有T字型的剖面形狀，且具有軸部55和比軸部55大的凸緣部56。軸部55例如設置為鉛直。凸緣部56在軸部55的上端設置成水平。在凸緣部56的頂面形成氣體供給室52，而在軸部55的底面形成噴出口51。
筒狀體223環繞軸部55。在筒狀體223形成有例如「插入噴嘴5的軸部55的直孔282」和「從直孔282向基板W擴展的第1推拔孔283」。
筒狀體223係與板27相接。在板27形成有從第1推拔孔283向基板W擴展的第2推拔孔284。第2推拔孔284係從第1推拔孔283接續地形成。在第2推拔孔284的下游端形成貫通孔28的出口。
貫通孔28從上游側向下游側依序具有：直孔282、第1推拔孔283以及第2推拔孔284。第1推拔孔283和第2推拔孔284具有將噴嘴5的推拔孔54朝向下游延伸的形狀，而在抑制氣體的流動的擴散的同時抑制氣體的逆流。
依本實施態樣的基板處理裝置1，為了解決上述(3)的問題，而具備：整流環4，圍繞被固持部3固持的基板W的周緣，且調節在基板W的周緣的氣體的流動。整流環4能夠遮擋朝向基板W的周緣回流的氣體的流動，而能夠抑制微粒的再附著。
整流環4比基板W的第1主面Wa更向頂壁22的第1對向面221及板27的第2對向面271凸出。在整流環4的前端(例如上端)和板27的第2對向面271之間，形成第3間隙G3。第3間隙G3係比第2間隙G2狹窄。
第3間隙G3狹窄，且沿著板27的第2對向面271從基板W的周緣前往基板W的徑方向外側的氣體的流速快，而未產生向基板W的周緣回流的氣體的流動。因此，能夠抑制微粒的再附著。此外，第3間隙G3亦可為可變。具體而言，在與基板W的第1主面Wa正交的方向(例如鉛直方向)上，整流環4能夠對固持部3相對地移動亦可。
整流環4，例如在基板W的周緣附近形成兩種氣體的流動。一種流動為相對於板27的第2對向面271平行的流動，且為從基板W的周緣向基板W的徑方向外側的流動。另一種流動為相對於板27的第2對向面271垂直的流動，且為通過在基板W的周緣和整流環4之間形成的間隙的流動(例如向下方向的流動)。
整流環4，如圖1及圖2所示，例如具有：垂直部41，相對於基板W的第1主面Wa垂直；以及傾斜部42，相對於基板W的第1主面Wa傾斜。傾斜部42越朝向基板W的徑方向外側，而越遠離頂壁22的第1對向面221及板27的第2對向面271。傾斜部42能夠將沿著板27的第2對向面271的氣體的流動的一部分，順利地轉換方向成從板27的第2對向面271遠離的氣體的流動。
旋轉驅動部81使固持部3和整流環4一同旋轉亦可。其能夠使固持於固持部3的基板W和整流環4往同樣的方向、以同樣的轉速旋轉。其能夠降低基板W和整流環4的相對的速度差，而能夠抑制與整流環4碰撞的微粒的彈回。微粒與整流環4碰撞後，沿著整流環4的垂直部41流出。
在本實施態樣中，係為了解決上述(1)～(3)的3個問題而使用板27、筒狀體223和整流環4，但只要能夠解決上述(1)～(3)當中的1個以上的問題的話即可，即使用從板27、筒狀體223和整流環4選擇的1者以上的話即可。
此外，在本實施態樣中，由於固持部3將基板W的第1主面Wa朝上而水平地固持基板W，所以頂壁22為面對基板W的第1主面Wa的對向壁，且噴嘴5配置於基板W的上方，但本發明之技術並不受此限定。
例如，固持部3亦可將基板W的第1主面Wa朝向側面並垂直地豎立且固持基板W，而側壁24亦可為面對基板W的第1主面Wa的對向壁，且噴嘴5配置於基板W的側方亦可。
另外，固持部3亦可將基板W的第1主面Wa朝下並水平地固持基板W，而底壁23亦可為面對基板W的第1主面Wa的對向壁，且噴嘴5配置於基板W的下方亦可。
以上，針對依本發明之基板處理裝置及基板處理方法的實施態樣加以說明，但本發明並不限定為上述實施態樣等。在記載於申請專利範圍的範疇內，可以進行各種的變更、修正、置換、附加、刪除及組合。關於該等當然也屬於本發明之技術的範圍。
1:基板處理裝置 2:處理容器 21:處理室 22:頂壁(對向壁) 221:第1對向面 222:噴嘴收納部 223:筒狀體 23:底壁 231:排氣口 24:側壁 25:閘 26:閘閥 27:板 271:第2對向面 272:推拔面 28:貫通孔 281:出口 282:直孔 283:第1推拔孔 284:第2推拔孔 3:固持部 4:整流環 41:垂直部 42:傾斜部 5:噴嘴 51:噴出口 52:氣體供給室 53:喉道 54:推拔孔 55:軸部 56:凸緣部 6:氣體供給部 7:減壓部 8:驅動部 81:旋轉驅動部 82:旋轉軸 83:移動驅動部 9:控制部 91:中央處理器 92:儲存媒體 A1:虛線 A2:虛線 A3:虛線 D:距離 G1:第1間隙 G2:第2間隙 G3:第3間隙 W:基板 Wa:第1主面 Wb:第2主面
［圖1］圖1係表示依一實施態樣的基板處理裝置的圖。 ［圖2］圖2係表示圖1的固持部的移動的一例的圖。 ［圖3］圖3係放大圖1的一部分的圖且係表示氣體的流動的一例的圖。 ［圖4］圖4係表示依參考態樣的基板處理裝置的氣體的流動的圖。
1:基板處理裝置
2:處理容器
21:處理室
22:頂壁(對向壁)
221:第1對向面
222:噴嘴收納部
223:筒狀體
23:底壁
231:排氣口
27:板
271:第2對向面
272:推拔面
28:貫通孔
281:出口
282:直孔
283:第1推拔孔
284:第2推拔孔
3:固持部
4:整流環
5:噴嘴
51:噴出口
52:氣體供給室
53:喉道
54:推拔孔
55:軸部
56:凸緣部
6:氣體供給部
7:減壓部
D:距離
G1:第1間隙
G2:第2間隙
G3:第3間隙
W:基板
Wa:第1主面
Wb:第2主面

Claims (13)

  1. 一種基板處理裝置，具備： 處理容器，在內部包含減壓至比大氣壓低的壓力的處理室； 固持部，在該處理室固持基板；以及 噴嘴，為了對在該固持部受到固持的該基板的第1主面放射氣體團簇而噴出氣體； 該處理容器，具有： 對向壁，包含面對該基板的該第1主面的第1對向面； 板，設置於該對向壁的該第1對向面的一部分；以及 貫通孔，貫通該對向壁和該板； 該板具有面對該基板的該第1主面的第2對向面； 該貫通孔為該氣體的通道且在該板的該第2對向面具有出口； 在該對向壁和該基板之間形成有第1間隙； 在該板和該基板之間形成有第2間隙； 該第2間隙係比該第1間隙狹窄。
  2. 如請求項1所述之基板處理裝置，其中， 該第2間隙的大小為20mm以下。
  3. 如請求項1所述之基板處理裝置，其中， 該第2對向面的周緣和該貫通孔的該出口的中心的距離，在該第2對向面的周緣全周的範圍皆為50mm以上。
  4. 如請求項1所述之基板處理裝置，其中， 該板，在其周緣，具有：越遠離該貫通孔的中心線而越接近該對向壁的該第1對向面的推拔面。
  5. 如請求項1所述之基板處理裝置，其中， 該噴嘴，具有： 從上游側向下游側擴展的推拔孔； 該貫通孔，具有： 將該噴嘴的該推拔孔朝向下游延伸的形狀的第1推拔孔和第2推拔孔。
  6. 如請求項1所述之基板處理裝置，更具備： 驅動部，使該固持部旋轉。
  7. 如請求項1所述之基板處理裝置，更具備： 整流環，圍繞藉由該固持部固持的該基板的周緣，且調節在該基板的周緣的該氣體的流動。
  8. 如請求項7所述之基板處理裝置，其中， 在該整流環和該板之間形成第3間隙，且該第3間隙比該第2間隙狹窄。
  9. 如請求項7或8所述之基板處理裝置，更具備： 驅動部，使該整流環和該固持部一同旋轉。
  10. 一種基板處理裝置，具備： 處理容器，在內部包含減壓至比大氣壓低的壓力的處理室； 固持部，在該處理室固持基板； 噴嘴，為了對藉由該固持部固持的該基板的第1主面放射氣體團簇，而噴出氣體；以及 整流環，圍繞藉由該固持部固持的該基板的周緣，且調節在該基板的周緣的該氣體的流動。
  11. 如請求項10所述之基板處理裝置，其中， 該處理容器，具有： 對向壁，包含面對藉由該固持部固持的該基板的第1對向面； 該整流環， 比該基板的該第1主面，更向該對向壁的該第1對向面突出。
  12. 如請求項10或11所述之基板處理裝置，更具備： 驅動部，使該整流環和該固持部一同旋轉。
  13. 一種基板處理方法，包含： 使用如請求項1或7所述之基板處理裝置，對該基板放射該氣體團簇之步驟。
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