TWI689010B - 基板處理裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種基板處理裝置,其可抑制在基板的一面內以及面與面間供給氣體的濃度分布之偏差。為解決上述課題,本發明之基板處理裝置,包含:處理容器,設置成可收納複數之基板,以處理該複數之基板;複數之氣體噴嘴,設置於該處理容器內,於該處理容器的周向並列且沿該處理容器的縱長方向延伸,向該處理容器內供給氣體;以及排氣部,設置於該處理容器內之與該複數之氣體噴嘴對向側的位置,排出該處理容器內的氣體;該氣體噴嘴,具有:噴嘴基部,於該處理容器的周向並列;及氣體供給部,連接該噴嘴基部而向該處理容器內供給氣體;該複數之氣體噴嘴,具有:第一氣體噴嘴,具備位於該處理容器內最下方的位置之第一氣體供給部;及第二氣體噴嘴,具備位於較該第一氣體供給部更為上方的位置之第二氣體供給部;且該第二氣體噴嘴係形成為:使該第一氣體供給部與該第二氣體供給部,在該處理容器之縱長方向上配置於一直線上。
Description
本發明係關於基板處理裝置。
在對複數片基板進行成膜處理之批次式基板處理裝置中,設有:反應容器,收納複數片基板;氣體供給機構,向反應容器內供給氣體;及排氣機構,位於氣體供給機構之對向側,對反應容器內進行排氣。
當以一個產線構成氣體供給機構時,在氣體供給壓力高的反應容器內,愈靠近底部氣體流量愈多,使得反應容器內氣體的供給有產生差異之傾向。因此,習知基板處理裝置中,藉由以氣體供給位置不同之複數之氣體供給管線構成氣體供給機構,可控制反應容器內上下之供給氣體流量。
例如,日本特開2011-187884號公報(專利文獻1)中揭露有一種基板處理裝置,其具備:反應管,收納複數片基板而進行處理;複數之氣體噴嘴,向反應管內供給氣體;及氣體排氣口,將反應管內之氣體排出。又,日本特開2012-15536號公報(專利文獻2)中揭露有一種基板處理裝置,其具備:處理室,收納複
數片基板而進行處理;複數之氣體供給管線,向處理室內供給氣體;及排氣線,將供給至處理室內的氣體排出。
〔先行技術文獻〕
〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2011-187884號公報
〔專利文獻2〕日本特開2012-15536號公報
然而,專利文獻1、2所記載之基板處理裝置中,「設置有複數之氣體供給管線之氣體供給區域」,與「位於該氣體供給區域對向側之設有排氣口的排氣區域」,兩者的位置關係在反應容器內的上下係不同。因此,造成在基板間供給各基板的氣體濃度之分布產生偏差,使得在基板的一面內以及面與面間產生成膜之膜厚不平均的問題。
又,本發明之目的在於提供一種基板處理裝置,其可抑制在基板之一面內以及面與面間供給氣體濃度分布之偏差。
為達成上述目的,依本發明之一態樣的基板處理裝置,包含:處理容器,設置成可收納複數之基板,以處理該複數之基板;複數之氣體噴嘴,設置於該處理容器內,於該處理容器的周向並列且沿該處理容器的縱長方向延伸,向該
處理容器內供給氣體;以及排氣部,設置於該處理容器內之與該複數之氣體噴嘴對向側的位置,排出該處理容器內的氣體;該氣體噴嘴,具有:噴嘴基部,於該處理容器的周向並列;及氣體供給部,連接該噴嘴基部而向該處理容器內供給氣體;該複數之氣體噴嘴,具有:第一氣體噴嘴,具備位於該處理容器內最下方的位置之第一氣體供給部;及第二氣體噴嘴,具備位於較該第一氣體供給部更為上方的位置之第二氣體供給部;且該第二氣體噴嘴係形成為:使該第一氣體供給部與該第二氣體供給部,在該處理容器之縱長方向上配置於一直線上。
依本發明之一實施態樣,可抑制在一面內以及面與面間供給氣體濃度分布之偏差。
1:基板處理裝置
34:處理容器
36:蓋部
38:基板固持具
40:氣體供給機構
41:排氣機構
42:加熱機構
44:內管
46:外管
48:噴嘴收納部
50:凸部
52:開口部
54:歧管
56:凸緣部
60:支撐部
64:磁性流體密封部
66:旋轉軸
68:升降機構
68A:臂部
69:馬達
70:旋轉板片
72:保溫台
76~81:氣體噴嘴
76A~81A:氣體孔
76B~81B:噴嘴基部
76C~81C:氣體供給部
76D:凹部
78D:凸部
82:氣體出口
84:空間部
86:排氣通路
88:壓力調節閥
90:真空泵
100、200:引導部
110:控制機構
100A:卡止片
110:控制機構
112:儲存媒體
A-A、B-B、C-C:剖面線
W:晶圓
【圖1】依本發明之實施態樣的基板處理裝置之概略圖。
【圖2】表示圖1之基板處理裝置的氣體噴嘴之一例的圖式。
【圖3】圖2之A-A線剖面圖。
【圖4】圖2之B-B線剖面圖。
【圖5】圖2之C-C線剖面圖。
【圖6】表示依實施態樣之基板處理裝置的氣體噴嘴之另一例(變形例1)之圖式。
【圖7】表示依實施態樣之基板處理裝置的氣體噴嘴之另一例(變形例2)之圖式。
【圖8】說明依實施態樣之基板處理裝置的引導部之一例的圖式。
【圖9】表示依實施態樣之基板處理裝置的引導部之另一例的圖式。
【圖10】表示習知基板處理裝置的氣體噴嘴之圖式。
【圖11】圖10之A-A線剖面圖。
【圖12】圖10之B-B線剖面圖。
【圖13】圖10之C-C線剖面圖。
【圖14】(A)為表示圖11中之氣體濃度分布之圖式,(B)為圖12中之氣體濃度分布,(C)為表示圖13中之氣體濃度分布之圖式。
以下,針對本實施方式,一面參照圖式一面說明。又,各圖中,針對共通的構成,有時附加相同之符號而省略說明。
圖1係依實施態樣之基板處理裝置的概略圖。圖2係表示圖1之基板處理裝置的氣體噴嘴之一例的圖式。圖3為圖2之A-A線剖面圖,圖4為圖2之B-B線剖面圖,圖5為圖2之C-C線剖面圖。
如圖1所示,基板處理裝置1,包含:處理容器34,收納基板亦即半導體晶圓(以下稱為「晶圓W」);蓋部36,氣密性地塞住處理容器34下端的開口部側;基板固持具38,以既定間隔固持複數片晶圓W,而收納於處理容器34內;氣體供給機構40,將既定氣體導入處理容器34內;排氣機構41,將處理容器34內的氣體排出;及加熱機構42,加熱晶圓W。
半導體晶圓中,包含矽基板或GaAs、SiC、GaN等化合物半導體基板。又,本發明不限於該等半導體基板,亦可適用於液晶顯示裝置所使用之玻璃基板或陶瓷基板等。
處理容器34,包含下端部開放之有頂棚的圓筒形狀的內管44,及下端部開放而覆蓋內管44外側之有頂棚的圓筒形狀之外管46。內管44以及外管46係藉由石英等耐熱性材料形成,呈同軸狀配置而為雙重管構造。
內管44的頂棚部,例如係平坦。在內管44之一側,沿其縱長方向(上下方向)形成收納氣體噴嘴之噴嘴收納部48。此實施態樣中,如圖3~圖5所示,使內管44的側壁之一部份向外側突出,而形成凸部50,並將凸部50內作為噴嘴收納部48而形成。
又,在噴嘴收納部48對向側、內管44中相反側之側壁,如圖3~圖5所示,沿其縱長方向(上下方向)形成矩形狀之開口部52。
開口部52,係以「能將內管44內的氣體排出」之方式形成之氣體排氣口,為本發明中的排氣部之一例。開口部52的長度,係以「與基板固持具38的長度相同」之方式,或是以「比基板固持具38的長度長而向上下方向分別延伸」之方式形成。亦即,開口部52的上端,係延伸至「與基板固持具38的上端對應之位置以上的高度」而配置;開口部52的下端,係延伸至「與基板固持具38的下端對應之位置以下的高度」而配置。
又,在此例中,本發明之排氣部係構成為:處理容器34的內管44之「設置於與後述氣體噴嘴對向的位置之開口部52(氣體排氣口)」,然而,本發明並不限定於此構成。例如,亦可在處理容器34的內管44內側之「與後述氣體噴嘴對向的位置」設置未圖示之離心風扇,並進而在內管44的頂棚部設置未圖示之開口部,藉此,自各氣體孔76A~81A向離心風扇沿水平方向釋放氣體,而自離心風扇向設於內管44的頂棚部之開口部,使排出之氣體流出。
處理容器34的下端,例如藉由以不鏽鋼形成的圓筒狀之歧管54,加以支持。於歧管54的上端部形成凸緣部56,在凸緣部56上設置外管46的下端部而支持之。在凸緣部56與外管46的下端部之間,夾設O形環等未圖示之密封構件,而使外管46內呈氣密狀態。
在歧管54的頂部之內壁,設置環狀的支撐部60,在未圖示之支撐部上設置內管44的下端部而支持之。在歧管54下端的開口部,蓋部36隔著O形環等未圖示之密封構件氣密性地被安裝,並氣密性地塞住處理容器34下端的開口部側,亦即歧管54的開口部。蓋部36例如以不鏽鋼形成。
在蓋部36的中央部,隔著磁性流體密封部64使旋轉軸66貫通而設置。旋轉軸66的底部,受到「由晶舟升降部構成的升降機構68的臂部68A」自由旋轉地支持,並藉由未圖示之馬達69使其旋轉。
在旋轉軸66的上端設置旋轉板片70;在旋轉板片70上,經由石英製的保溫台72,載置固持晶圓W之基板固持具38。從而,藉由使升降機構68升降,蓋部
36與基板固持具38一體地上下移動,使得基板固持具38可對於處理容器34內插入脫離。
氣體供給機構40設置於歧管54,而向內管44內導入處理氣體、沖洗用氣體等氣體。氣體供給機構40具有複數支(例如6支)石英製的氣體噴嘴76~81。各氣體噴嘴76~81在內管44內沿其縱長方向設置,且其基端部係彎曲為L字形並貫通歧管54,而受到支持。
如圖3~圖5所示,氣體噴嘴76~81在內管44的噴嘴收納部48內,沿著周向而呈一列設置。各氣體噴嘴76~81中,沿其縱長方向以既定的間隔形成複數之氣體孔76A~81A,並可由各氣體孔76A~81A向水平方向釋放各氣體。既定的間隔,例如係設定為與受到基板固持具38支持的晶圓W的間隔相同。
又,高度方向的位置係設定為各氣體孔76A~81A位於上下方向相鄰配合的晶圓W之間的中間位置,而可有效率地將各氣體供給至晶圓W之間的空間部。
關於氣體的種類,使用原料氣體、氧化氣體以及沖洗用氣體,而可一面對各氣體進行流量控制,一面因應必要經由各氣體噴嘴76~81供給各氣體。可使用含矽氣體作為原料氣體,使用作為氧化氣體臭氧(O3)氣體,使用氮氧(N2)氣體作為沖洗用氣體,並藉由原子層沉積(ALD:Atomic Layer Deposition)法形成二氧化矽。又,使用之氣體的種類,可因應成膜之膜的種類,而適當選擇。雖然舉例使用ALD法之情形加以說明,但並不限定於此,例如使用CVD法(化學氣相沉積法)之情形,亦適用本發明。
又,雖然本實施態樣中,係進行未使用電漿之成膜處理,然而並不限定於此,進行使用電漿之成膜處理之情形,亦適用本發明。此時,係設計成:例如在分隔噴嘴收納部48之凸部50的分隔壁外側,沿其縱長方向設置施加電漿產生用之射頻電力的電力板,而使電漿產生。
在支撐部60的上方設置形成於「歧管54的頂部之側壁」的氣體出口82。氣體出口82可構成為:經由內管44與外管46之間的空間部84,對於「由開口部52排出之內管44內的氣體」進行排氣。在氣體出口82設置排氣機構41。排氣機構41具有連接於氣體出口82的排氣通路86;在排氣通路86,可依序插設壓力調節閥88以及真空泵90,而將處理容器34內抽成真空。
在外管46的外圍側,以覆蓋外管46之方式設置圓筒形狀的加熱機構42,來加熱晶圓W。
又,基板處理裝置1之整體動作,例如係藉由以電腦等構成的控制機構110來控制,進行此動作的電腦之程式,係儲存於儲存媒體112。儲存媒體112例如由軟碟、光碟、硬碟、快閃式儲存體、DVD等構成。
本實施態樣中,如圖2所示,氣體噴嘴76~81具有噴嘴基部76B~81B及氣體供給部76C~81C。噴嘴基部76B~81B並列配置於處理容器34的周向。「供給至處理容器34內之氣體」通過噴嘴基部76B~81B的內部。
氣體供給部76C~81C一體連接於噴嘴基部76B~81B,向處理容器內供給氣體。於氣體供給部76C~81C,設置向處理容器34內供給氣體之氣體孔76A~
81A。氣體孔76A~81A係於氣體供給部76C~81C以複數(例如圖2中為5個)孔形成。藉由設置這般複數之氣體孔,可平均地向處理容器34內供給氣體。又,雖然本實施態樣中,係於一個氣體噴嘴設置複數之氣體孔,但構成氣體孔之孔的數量並不限定於為複數,只要能向處理容器34內供給氣體,亦得以一個氣體噴嘴一個孔之方式形成。
氣體噴嘴76~81當中,氣體噴嘴76、77中,氣體供給部76C、77C係配置在處理容器34內最下方。又,氣體噴嘴78、79中,氣體供給部78C、79C係配置在氣體噴嘴76、77之氣體供給部76C、77C的上方。進而,氣體噴嘴80、81中,氣體供給部80C、81C係配置在氣體噴嘴78、79之氣體供給部78C、79C的上方。
又,如圖2~圖5所示,氣體供給部76C、78C、80C係沿處理容器34的縱長方向(鉛直方向)於一直線上並列配置。又,氣體供給部77C、79C、81C係沿處理容器34的縱長方向(鉛直方向)配置於一直線上。
在這般構成當中,由於氣體噴嘴76、78、80的氣體供給部76C、78C、80C,係跨越處理容器34內的下層、中層、上層而沿一列並列配置,因此,成為與在同一線上構成者相同的構成。又,由於氣體噴嘴77、79、81的氣體供給部77C、79C、81C,亦跨越處理容器34內的下層、中層、上層而沿一列並列配置,因此,成為與在同一線上構成者相同的構成。
藉由此構成,可使「供給氣體之氣體供給區域」及「與該區域對向設置而將氣體排出之排氣區域」,在處理容器34內的上下設定成相同之位置關係。因
此,可抑制基板之一面內以及面與面間,供給氣體的濃度分布之偏差。其結果,可使基板的一面內以及面與面間,成膜的膜厚平均。
雖然本實施態樣中,氣體噴嘴76~81係收納於噴嘴收納部48,但如圖3~5所示,噴嘴收納部的寬度尺寸,係比構成氣體排氣口的開口部52之寬度尺寸更寬。因此,在習知氣體噴嘴(圖10~13所示之氣體噴嘴76~81)的情形,「與噴嘴收納部對應之氣體供給區域」及「設有開口部52之排氣區域」的位置關係在處理容器34內上下係不同,使基板間供給至各基板的氣體濃度分布產生偏差。
相對於此,藉由使用如本實施態樣般具有與「氣體供給部在同一線之構成」相同構成之氣體噴嘴,可使「供給氣體之氣體供給區域」及「與該區域對向設置而將氣體排出之排氣區域」,於處理容器34內的上下確實地設定成相同的位置關係。因此,可確實抑制在基板的一面內以及面與面間供給氣體濃度分布的偏差,而可確實抑制在基板的一面內以及面與面間成膜之膜厚不平均。
又,如圖2所示,氣體噴嘴76~81之中,氣體噴嘴76、77之噴嘴基部76B、77B係形成為直線狀而與氣體供給部76C、77C一體連接。相對於此,氣體噴嘴78~81之噴嘴基部78B~81B中,連接於氣體供給部78C~81C一側之端部,係形成為L字形。換言之,噴嘴基部78B~81B係在端部曲折的狀態下連接於氣體供給部78C~81C的下端。
如此,噴嘴基部78B~81B藉由經由L字形之端部連接氣體供給部78C~81C,可防止上方側的氣體噴嘴對於下方側的氣體噴嘴產生干擾。因此,可防止各氣體噴嘴破損,且使氣體噴嘴的安裝作業更為容易。
又,圖6係表示本實施態樣中使用的氣體噴嘴之另一例(變形例1)的圖式。如圖6所示,氣體噴嘴78~81之噴嘴基部78B~81B,係在端部反折的狀態下,連接於氣體供給部78C~81C的上端。如此,噴嘴基部78B~81B藉由將L字形的端部連接於氣體供給部78C~81C的上端,可確實防止上方側的氣體噴嘴對於下方側的氣體噴嘴產生干擾。
又,圖7係表示本實施態樣中使用的氣體噴嘴之又另一例(變形例2)之圖式。如圖7所示,氣體噴嘴78~81之噴嘴基部78B~81B,係在端部曲折的狀態下,連接於氣體供給部78C~81C的中央部。藉由將噴嘴基部78B~81B之L字形的端部連接於氣體供給部78C~81C的中央部,在防止上方側的氣體噴嘴對於下方側的氣體噴嘴產生干擾的同時,相較於圖6所示連接於氣體供給部78C~81C的上端之情形,可縮短噴嘴基部78B~81B。
又,氣體噴嘴76、77、氣體孔76A、77A、噴嘴基部76B、77B、以及氣體供給部76C、77C,係本發明中第一氣體噴嘴、第一噴嘴基部、以及第一氣體供給部之一例。又,氣體噴嘴78、79、氣體孔78A、79A、噴嘴基部78B、79B、以及氣體供給部78C、79C,係本發明中第二氣體噴嘴、第一噴嘴基部、以及第一氣體供給部之一例。進而,氣體噴嘴80、81、氣體孔80A、81A、噴嘴基部80B、81B、以及氣體供給部80C、81C,係本發明中第三氣體噴嘴、第三噴嘴基部、以及第三氣體供給部之一例。
圖8係說明依實施態樣之基板處理裝置的引導部之一例的圖式。在配置上述氣體噴嘴之情形,如圖8所示,亦可設置引導部100。引導部100例如係於處理容
器34的內壁形成一對卡止片100A,並可藉由此一對卡止片100A將氣體供給部76C~81C卡止而構成。藉由設置這般引導部100,可在安定的狀態下配置氣體噴嘴,並可容易定位氣體噴嘴(氣體供給部)。
圖9係說明依實施態樣之基板處理裝置的引導部之另一例的圖式。此例中,例如,可將連接上下方向並列之氣體供給部76C及氣體供給部78C之構造,設置於氣體噴嘴76與氣體噴嘴78之間。具體而言,在氣體噴嘴76的氣體供給部76C之上端部形成凹部76D,並在氣體噴嘴78的氣體供給部76C之下端部形成凸部78D。又,藉由使「氣體供給部78C的凸部78D」嵌合於「氣體供給部76C的凹部76D」,而構成引導部200。藉由設置這般引導部200,亦可在安定的狀態下配置氣體噴嘴,又,容易定位氣體噴嘴(氣體供給部)。
又,引導部100、200,係本發明中引導部機構之一例。
圖10係表示習知基板處理裝置的氣體噴嘴之圖式。又,圖11係圖10之A-A線剖面圖,圖12係圖10之B-B線剖面圖,圖13係圖10之C-C線剖面圖。進而,圖14(A)係表示圖11中氣體濃度分布之圖式,圖14(B)係表示圖12中氣體濃度分布,圖14(C)係表示圖13中氣體濃度分布之圖式。
習知基板處理裝置中使用的氣體噴嘴76~81,如圖10~13所示,「設有複數之氣體供給管線之氣體供給區域」及「與該氣體供給區域對向,而設有構成氣體排氣口的開口部52之排氣區域」的位置關係在反應容器內上下係不同。因此,如圖14(A)~(C)所示,若將基板面內的氣體濃度分布分為上層、中層、下層
比較,吾人確認隨著氣體噴嘴76~81(氣體供給部76C~81C)從氣體供給區域的中心遠離,愈靠上層側氣體分布愈產生偏差。
相對於此,本實施態樣之基板處理裝置1中,藉由採用圖1~圖7所示之氣體噴嘴76~81,氣體供給部76C、78C、80C係沿處理容器34之縱長方向(鉛直方向)於一直線上並列配置。在此構成當中,在將基板面內的氣體濃度分布分為上層、中層、下層比較之情形,吾人確認即便在上層及中層,亦具有與下層側幾乎相同之氣體濃度分布(參照圖14(C))。從而,藉由使用本實施態樣之基板處理裝置1,可抑制在基板的一面內以及面與面間,供給氣體的濃度分布產生偏差,且可使在基板的一面內以及面與面間成膜之膜厚平均。
以上,針對實施本發明之態樣說明,但本發明的內容並不限定於上述內容,而可在本發明的範圍內進行各種變化及改良。
44‧‧‧內管
46‧‧‧外管
48‧‧‧噴嘴收納部
50‧‧‧凸部
76~81‧‧‧氣體噴嘴
76A~81A‧‧‧氣體孔
76B~81B‧‧‧噴嘴基部
76C~81C‧‧‧氣體供給部
A-A、B-B、C-C‧‧‧剖面線
Claims (12)
- 一種基板處理裝置,包含:處理容器,設置成可收納複數之基板,以處理該複數之基板;複數之氣體噴嘴,設置於該處理容器內,於該處理容器的周向並列且沿該處理容器的縱長方向延伸,向該處理容器內供給氣體;以及排氣部,設置於該處理容器內之與該複數之氣體噴嘴對向的位置,將該處理容器內的氣體排出;該氣體噴嘴,具有:噴嘴基部,於該處理容器的周向並列;及氣體供給部,連接該噴嘴基部而向該處理容器內供給氣體;該複數之氣體噴嘴,包含:第一氣體噴嘴,具備位於該處理容器內最下方的位置之第一氣體供給部;及第二氣體噴嘴,具備位於較該第一氣體供給部更為上方的位置之第二氣體供給部;且該第二氣體噴嘴係形成為:使該第一氣體供給部與該第二氣體供給部,在該處理容器之縱長方向上配置於一直線上。
- 如請求項1記載之基板處理裝置,其中,該第一氣體噴嘴之第一噴嘴基部,係形成為直線狀;該第二氣體噴嘴之第二噴嘴基部中,連接於該第二氣體供給部一側之端部,係形成為L字形。
- 如請求項2記載之基板處理裝置,其中,該第二噴嘴基部,係連接於該第二氣體供給部之下端部。
- 如請求項2記載之基板處理裝置,其中,該第二噴嘴基部,係連接於該第二氣體供給部之上端部。
- 如請求項2記載之基板處理裝置,其中,該第二噴嘴基部,係連接於該第二氣體供給部之中央部。
- 如請求項2至5中任一項記載之基板處理裝置,其中,該複數之氣體噴嘴,更包含:第三氣體噴嘴,具備位於較該第二氣體供給部更為上方的位置之第三氣體供給部。
- 如請求項6記載之基板處理裝置,其中,該第三氣體噴嘴之第三噴嘴基部,係形成為L字形。
- 如請求項1記載之基板處理裝置,更包含:噴嘴收納部,設置於該處理容器內,收納該複數之氣體噴嘴;該排氣部的寬度尺寸,較該噴嘴收納部之寬度尺寸狹窄。
- 如請求項1記載之基板處理裝置,其中,在該氣體供給部,設有向該處理容器內供給氣體之一個以上的氣體孔。
- 如請求項1記載之基板處理裝置,更包含:引導部機構,將該氣體供給部卡止。
- 如請求項10記載之基板處理裝置,其中,該引導部機構,係形成於該處理容器的內壁。
- 如請求項10記載之基板處理裝置,其中,該引導部機構,具備將在上下方向並列的該氣體供給部予以連接之構造。
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