TWI837779B - 基板處理裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明之實施形態提供一種可使半導體基板等基板之處理液之處理均等化之基板處理裝置。
實施形態之基板處理裝置1具備：處理槽2，其貯存處理液，且將由處理液處理之複數個基板W以排列於特定方向之狀態收容；內壁3，其覆蓋複數個基板W之基板面及沿排列方向之側面之至少一部分，且以於與處理槽2之底面之間存在供處理液流通之空間之方式，設置於處理槽2之內部；及處理液噴嘴4，其設置於處理槽2之內部之內壁3之外側之位置，以於內壁3形成上升流之方式開口。
Description
本發明之實施形態係關於一種基板處理裝置。
於半導體裝置之製造步驟中，實施對形成於半導體基板上之各種膜進行蝕刻之步驟。例如，於三維地堆疊記憶胞之三維積層型非揮發性記憶器件中，當於記憶孔之周圍形成積層絕緣膜與導電膜之積層體時，對於交替積層矽氧化物膜與矽氮化物膜之積層體，實施選擇性地蝕刻矽氮化物膜之步驟。於蝕刻步驟中，例如使用藉由於收容蝕刻液之處理槽浸漬複數個半導體基板而實施蝕刻步驟之基板處理裝置。於此種基板處理裝置中，謀求對於配置於處理槽內之半導體基板整體，使蝕刻液等處理液之循環流均等化，使半導體基板之處理液之處理均等化。
本發明提供一種可使半導體基板等基板之處理液之處理均等化之基板處理裝置。
實施形態之基板處理裝置具備：處理槽，其貯存處理液，且將由上述處理液處理之複數個基板，以使其等之基板面朝向大致水平方向排列於特定方向之狀態收容；內壁，其覆蓋沿上述複數個基板之上述排列方向之一端側之上述基板面、及沿上述複數個基板之上述排列方向之側面之至少一部分，且以於與上述處理槽之底面之間存在供上述處理液流通之空間之方式，設置於上述處理槽之內部；及處理液噴嘴，其設置於上述處理槽之內部之上述內壁之外側之位置，以於上述內壁內形成上升流之方式開口。
以下，參照圖式對實施形態之基板處理裝置進行説明。另，於各實施形態中，對實質上相同之構成部位標註相同之符號，有省略其部分說明之情形。圖式係模式性者，有厚度與平面尺寸之關係、各部厚度之比例等與實物不同之情形。
圖1係以一部分剖面顯示實施形態之基板處理裝置之前視圖，圖2係以一部分剖面顯示圖1所示之基板處理裝置之側視圖。圖1及圖2所示之基板處理裝置1係將複數個基板W統一由處理液處理之分批式處理裝置，具備貯存處理液之處理槽2、設置於處理槽2之內部之內壁3、及設置於處理槽2之內部之內壁3之外側之處理液噴嘴4。
處理槽2貯存處理液，且將由處理液處理之複數個基板W，以使其等之基板面(於基板W中形成器件之處理面或其背面側之面)朝向大致水平方向排列於特定方向之狀態收容。處理液根據基板W之處理選擇。於進行作為基板W應用之半導體基板之蝕刻處理之情形時，使用蝕刻液。作為蝕刻液，各種周知之蝕刻液貯存於處理槽2內。例如，於蝕刻設置於半導體基板上之矽氮化物膜之情形時，使用加熱至150℃左右之磷酸水溶液。
作為矽氮化物膜之蝕刻液之磷酸水溶液，使用由一般之H
3PO
4表示之無機磷酸(正磷酸)之水溶液。亦可取代H
3PO
4，或除H
3PO
4以外，使用H
4P
2O
7(焦磷酸)等。磷酸水溶液為提高矽氮化物之蝕刻率，亦可含有添加劑等。例如，亦可添加磷酸之鹼金屬鹽般之磷酸鹽或有機磷酸等。此處，雖主要說明將基板處理裝置1應用於濕蝕刻裝置之情形，但基板處理裝置1並非限定於此，亦可為基板洗淨裝置等。
複數個基板W於特定方向(第1方向A)排列於升降機5之狀態下，以於大致鉛直方向豎立之方式受支持並收容於處理槽2內，由貯存於處理槽2內之處理液進行蝕刻處理等特定處理。升降機5可藉由省略圖示之升降單元，於使基板W浸漬於處理槽2內貯存之處理液之處理位置(處理區域)、與處理槽2之上方之待機位置之間升降。複數個基板W於受升降機5支持之狀態下，於升降機5下降至處理位置時，浸漬於處理液進行蝕刻處理等特定處理。升降機5具有設置成可以特定間隔支持複數個基板W之、支持複數個基板W之下緣中央部之中央支持構件6、與支持複數個基板W之側部之一對側部支持構件7A、7B。
處理槽2具備循環系統，該循環系統使處理液循環，具有溢流部8、循環泵9、噴出處理液之處理液噴嘴4、連接溢流部8與循環泵9之第1配管10、及連接循環泵9與處理液噴嘴4之第2配管11。雖省略圖示，但亦可於處理槽2設置供給處理液之處理液供給部、與進而根據需要調整處理液之溫度之處理液調溫部等。亦可於循環系統中設置用於去除處理液中之固態之反應產物等之過濾器。溢流部8設置於處理槽2之上緣部，藉由處理液之循環而回收自處理槽2之上緣溢出之處理液。由溢流部8回收之處理液經由第1配管10輸送至循環泵9。自循環泵9噴出之處理液經由第2配管10輸送至處理液噴嘴4。處理液自處理液噴嘴4噴出。
於處理槽2之內部設置有內壁3，該內壁3將受升降機5支持之複數個基板W之處理區域、與配置有處理液噴嘴4之處理槽2內之外側區域分離。內壁3以覆蓋沿複數個基板W之排列方向(第1方向A)之一端側之基板面、及沿複數個基板W之排列方向之側面之高度方向之至少一部分之方式設置。即，內壁3以於處理槽2之底面與內壁3之間存在可供處理液流通之空間(下部流通空間)之方式設置。再者，於複數個基板W之排列之下方，內壁3不具有底面。內壁3以於其上部存在處理液之流通空間(上部流通空間)之方式配置。
內壁3之沿複數個基板W之排列方向之另一端側之1個面接合於處理槽2之內壁面，具有包圍基板W之處理區域之3個面之形狀。即，內壁3具有以包圍基板W之處理區域之3個面之方式配置之第1面3A、第2面3B、及第3面3C。第1面3A以覆蓋沿複數個基板W之排列方向(第1方向A)之一端側之基板面之高度方向之至少一部分之方式配置。第2面3B之一端部接合於第1面3A之與第1方向A交叉之方向(第2方向B)之一端部。第3面3C接合於第1面3A之第2方向B之另一端部。第2面3B之另一端部及第3面3C之另一端部接合於處理槽2之內壁面。再者，於內壁3之第2面3B及第3面3C、與同該等對向之處理槽2之內壁面之間，設置有連接內壁3與處理槽2之間而補強內壁3之支承部23。
藉由於處理槽2內設置具有此種形狀之內壁3，而構成為處理液於處理槽2之深度方向(與第1方向A相交之第3方向C)流動於內壁3之3個面與處理槽2之3個內壁面之間，且處理液流動於處理槽2之底面與內壁3之間之下部流通空間及處理槽2之上部與內壁3之間之上部流通空間。再者，於由內壁3之3個面、與處理槽2之複數個基板W之排列之另一端側之內壁面、或升降機5之背板包圍之基板W之處理區域中，亦以處理液於處理槽2之深度方向(第3方向C)流動之方式構成。
於圖3顯示實施形態之基板處理裝置1之處理液之流動。於具有如上所述之內壁3之處理槽2中，處理液噴嘴4如圖3所示，配置於內壁3與其外側之處理槽2之內壁面之間，朝向處理槽2之底面開口。於內壁3與處理槽2之內壁面之間，藉由自處理液噴嘴4噴出之處理液形成下降流。再者，通過處理槽2之底面與內壁3之間之處理液之流通空間，處理液流入由內壁3包圍之基板W之處理區域。於基板W之處理區域形成處理液之上升流。內壁3之高度較佳為以其上端部較複數個基板W之高度之一半之位置高，且較處理液噴嘴4之設置位置高之方式設定。藉此，可抑制內壁3與處理槽2之內壁面之間之處理液之下降流、與由內壁3包圍之基板W之處理區域之處理液之上升流干涉。
如此，藉由於處理槽2內設置內壁3，且於內壁3與處理槽2之內壁面之間以朝向下方開口之狀態設置處理液噴嘴4，而於內壁3與處理槽2之內壁面之間形成處理液之下降流，且於基板W之處理區域形成處理液之上升流。藉由分開處理液之下降流之形成區域與上升流之形成區域，可抑制處理液之下降流與上升流於同一部位對向干涉。藉此，使基板W之處理區域之處理液之上升流之速度恆定化，可使基板W之處理均勻化。再者，例如藉由蝕刻矽氮化物膜而形成之二氧化矽等反應產物均勻地流動，可抑制流動停滯部位等之反應產物之滯留等。藉此，可對基板W之整面均勻地供給處理液，使處理液之基板W之處理均勻化。
於圖1、圖2及圖3中，雖以朝向下方開口之狀態設置處理液噴嘴4，但處理液噴嘴4之開口方向並不限於此。處理液噴嘴4以於內壁3之內側區域、即基板W之處理區域，形成處理液之上升流，進而於內壁3與處理槽2之內壁面之間形成處理液之下降流之方式開口即可。圖4係以一部分剖面顯示實施形態之另一基板處理裝置之前視圖，於圖5顯示實施形態之另一基板處理裝置之處理液之流動。例如，如圖4所示，亦可於內壁3與處理槽2之內壁面之間設置處理液噴嘴4，且使處理液噴嘴4朝向處理槽2之底面與內壁3之間之下部流通空間開口。藉由此種處理液噴嘴4，如圖5所示，亦可於內壁3內之基板W之處理區域形成處理液之上升流，且於內壁3與處理槽2之內壁面之間形成處理液之下降流。處理液噴嘴4之開口方向只要為於如上所述之基板W之處理區域形成處理液之上升流，且不妨礙內壁3與處理槽2之內壁面之間之處理液之下降流之形成者即可。
於圖1及圖2中，雖顯示內壁3不具有底面之狀態，但內壁3之形狀並不限於此。圖6係以一部分剖面顯示實施形態之基板處理裝置之第1變化例之前視圖。例如，如圖6所示，亦可於內壁3之底部進而設置具有複數個開口12之底板13。於該情形時，於內壁3與處理槽2之內壁面之間形成處理液之下降流，該下降流沿底板13流動，且經由複數個開口12流入基板W之處理區域。流入基板W之處理區域之處理液於基板W之處理區域內形成上升流。因此，與圖1及圖2所示之基板處理裝置1同樣，抑制處理液之下降流與上升流於同一部位對向干涉。藉此，使基板W之處理區域之處理液之上升流之速度恆定化，可使基板W之處理均勻化。再者，可抑制流動停滯部位等之反應產物之滯留等。藉此，可對基板W之整面均勻地供給處理液，使處理液之處理均勻化。
如圖6所示，於內壁3之底部設置具有複數個開口12之底板13之情形時，較佳為於底板13上設置氣泡噴嘴(起泡器)14。圖7係以一部分剖面顯示實施形態之基板處理裝置之第2變化例之前視圖。例如，如圖7所示，可於具有複數個開口12之底板13上設置氣泡噴嘴14，對處理液進行起泡。雖省略圖示，但氣泡噴嘴14連接於壓縮機等壓縮氣體供給裝置。自氣泡噴嘴14噴出之氣體可為空氣等，又亦可使用氮氣或氬氣等惰性氣體。氣泡噴嘴14朝向上方之基板W開口。藉此，可對基板W之處理區域之處理液進行起泡，促進處理液之上升流。因藉由促進基板W之處理區域之處理液之上升流，可對基板W之整面更均勻且高效地供給處理液，故可使處理液對基板W之整面之處理更均勻化且效率化。
圖8顯示使用圖7所示之基板處理裝置1時之處理液之流速分佈。圖9顯示使用圖7所示之基板處理裝置1時之反應產物即二氧化矽之濃度分佈。為與圖8及圖9對比，於圖10及圖11顯示使用以朝向上側開口之狀態於升降機之下側設置處理液噴嘴及氣泡噴嘴之用於比較之基板處理裝置時之處理液之流速分佈及二氧化矽之濃度分佈。圖8至圖11皆顯示使用磷酸作為處理液，且由氮氣(N
2)起泡之狀態。如圖8所示，可知於使用實施形態之基板處理裝置1之情形時，處理液之流速之不均較小，不易產生部分流速快之部分或慢之部分。再者，如圖9所示，於使用實施形態之基板處理裝置1之情形時，反應產物即二氧化矽之濃度分佈之不均亦較小。藉此，可知根據實施形態之基板處理裝置1，可使處理液對基板W之整面之處理均勻化且效率化。
與此相對，如圖10所示，於用於比較之基板處理裝置中，於中央產生流速快之區域，其周邊之流速變慢。其原因在於，藉由於中央產生流速快之區域，而於其周邊容易形成下降流，故周邊區域之上升流與下降流對向。因此，周邊區域之流速容易變更慢。藉此，於用於比較之基板處理裝置中，處理液對於基板W之整面之流速容易不均。此成為使處理液對基板W之整面之處理之均勻性降低之主要原因。該情況自圖11所示之二氧化矽之濃度分佈亦明瞭，因流速之不均，反應產物之濃度分佈之不均亦較大。可知於用於比較之基板處理裝置中，無法使處理液對基板W之整面之處理均勻化。
再者，於圖12顯示於圖7所示之基板處理裝置1中，除於設置於內壁3之底部之底板13未形成開口外，使用與圖7具有同一構成之用於比較之基板處理裝置時之反應產物即二氧化矽之濃度分佈。如自圖12明瞭般，可知於底板13不具有開口之情形時，因處理液滯留於設置有底板13之內壁3內，處理液之流動受損，故反應產物即二氧化矽之濃度分佈之不均較大，尤其內壁3內之濃度分佈較高。由該情況亦可知，於底板13設置開口12，且配置氣泡噴嘴14，對於促進內壁3內之處理液之流動(上升流)較有效。
另，於具有複數個開口12之底板13上設置氣泡噴嘴14，對處理液進行起泡之變化例並不限於圖7所示之基板處理裝置1。圖13係以一部分剖面顯示圖4所示之基板處理裝置之變化例之前視圖。例如，如圖13所示，具備圖4所示之朝向下部流通空間開口之處理液噴嘴4、與圖7所示之設置於內壁3之底部、於具有複數個開口12之底板13上設置之氣泡噴嘴14之組合之基板處理裝置1亦有效。圖13所示之基板處理裝置1具備：處理液噴嘴4，其設置於內壁3與處理槽2之內壁面之間，且以於基板W之處理區域形成處理液之上升流之方式，朝向處理槽2之底面與內壁3之間之下部流通空間開口；及氣泡噴嘴14，其設置於具有複數個開口12之底板13上。圖13所示之基板處理裝置1之基本構成與圖7所示之基板處理裝置1同樣。根據圖13所示之基板處理裝置1，與圖7所示之基板處理裝置1同樣，可藉由對處理液起泡而促進處理液之上升流之形成。因此，因對基板W之整面更均勻且高效地供給處理液，故可使處理液對基板W之整面之處理更均勻化及效率化。
根據上述實施形態之基板處理裝置1，藉由主要於內壁3與處理槽2之內壁面之間形成處理液之下降流，且主要於基板W之處理區域形成處理液之上升流，可抑制處理液之下降流與上升流於同一部位對向干涉。再者，藉由於具有複數個開口12之底板13上設置氣泡噴嘴14，可促進基板W之處理區域之處理液之上升流之形成。藉此，基板W之處理區域之處理液之上升流之速度恆定化，可使基板W之處理均勻化。再者，可抑制藉由基板W之處理形成之反應產物滯留而導致產生處理液之處理不均。藉此，可對基板W之整面均勻地供給處理液，使處理液之基板W之處理均勻化。
另，上述各實施形態之構成可分別組合使用，又，亦可一部分置換。此處，雖已說明本發明之若干實施形態，但該等實施形態係作為例子而提示者，並非意欲限定發明之範圍。該等新穎之實施形態係可以其他各種形態實施者，可於不脫離發明主旨之範圍內進行各種省略、置換、變更等。該等實施形態或其變化包含於發明之範圍或主旨，同時包含於申請專利範圍所記載之發明與其均等之範圍內。
[相關申請案]
本申請案享受以日本專利申請案2022-41243號(申請日：2022年3月16日)為基礎申請案之優先權。本申請案藉由參照該基礎申請案而包含基礎申請案之所有內容。
1:基板處理裝置
2:處理槽
3:內壁
3A:第1面
3B:第2面
3C:第3面
4:處理液噴嘴
5:升降機
6:中央支持構件
7A:側部支持構件
7B:側部支持構件
8:溢流部
9:循環泵
10, 11:配管
12:開口
13:底板
14:氣泡噴嘴
23:支承部
A:第1方向
B:第2方向
C:第3方向
W:基板
圖1係以一部分剖面顯示實施形態之基板處理裝置之前視圖之一例。
圖2係以一部分剖面顯示圖1所示之基板處理裝置之側視圖。
圖3係顯示圖1所示之基板處理裝置之處理液之流動之圖。
圖4係以一部分剖面顯示實施形態之基板處理裝置之前視圖之另一例。
圖5係顯示圖4所示之基板處理裝置之處理液之流動之圖。
圖6係以一部分剖面顯示實施形態之基板處理裝置之第1變化例之前視圖。
圖7係以一部分剖面顯示實施形態之基板處理裝置之第2變化例之前視圖。
圖8係顯示圖7所示之基板處理裝置之處理液之流速分佈之圖。
圖9係顯示圖7所示之基板處理裝置之二氧化矽之濃度分佈之圖。
圖10係顯示用於比較之基板處理裝置之處理液之流速分佈之圖。
圖11係顯示用於比較之基板處理裝置之二氧化矽之濃度分佈之圖。
圖12係顯示用於比較之基板處理裝置之二氧化矽之濃度分佈之圖。
圖13係以一部分剖面顯示圖4所示之基板處理裝置之變化例之前視圖。
1:基板處理裝置
2:處理槽
3:內壁
3B:第2面
3C:第3面
4:處理液噴嘴
5:升降機
6:中央支持構件
7A:側部支持構件
7B:側部支持構件
8:溢流部
9:循環泵
10,11:配管
23:支承部
B:第2方向
W:基板
Claims (20)
- 一種基板處理裝置，其具備： 處理槽，其貯存處理液，且將由上述處理液處理之複數個基板，以使其等之基板面朝向大致水平方向排列於特定方向之狀態收容； 內壁，其覆蓋沿上述複數個基板之上述排列方向之一端側之上述基板面、及沿上述複數個基板之上述排列方向之側面之至少一部分，且以於與上述處理槽之底面之間存在供上述處理液流通之空間之方式，設置於上述處理槽之內部；及 處理液噴嘴，其設置於上述處理槽之內部之上述內壁之外側之位置，以於上述內壁內形成上升流之方式開口。
- 如請求項1之基板處理裝置，其中上述處理液噴嘴朝向上述處理槽之底面開口。
- 如請求項1之基板處理裝置，其中上述處理液噴嘴朝向上述內壁與上述處理槽之底面之間之上述空間開口。
- 如請求項1之基板處理裝置，其中上述處理液噴嘴以於上述內壁與上述處理槽之內壁面之間形成下降流之方式開口。
- 如請求項1之基板處理裝置，其進而具備：底板，其以覆蓋上述內壁之底部之方式設置；且 上述底板具有使上述處理液流通之開口。
- 如請求項1之基板處理裝置，其中上述內壁具有以包圍上述複數個基板之處理區域之方式配置之第1面、第2面、及第3面；且 上述第1面以覆蓋沿上述複數個基板之上述排列方向之一端側之上述基板面之至少一部分之方式配置； 上述第2面之一端部接合於上述第1面之與上述排列方向交叉之方向之一端部； 上述第3面之一端部接合於上述第1面之與上述排列方向交叉之方向之另一端部； 上述第2面之另一端部及上述第3面之另一端部接合於上述內壁。
- 如請求項1之基板處理裝置，其進而具備：氣泡噴嘴，其於上述處理槽之底面與上述複數個基板之間，以位於上述內壁之內側之方式配置，朝向上方開口。
- 如請求項7之基板處理裝置，其中上述氣泡噴嘴以覆蓋上述內壁之底部之方式設置，設置於具有使上述處理液流通之開口之底板上。
- 如請求項1之基板處理裝置，其中上述內壁以其上端部較上述複數個基板之高度之一半之位置高，且於上述內壁之上部存在上述處理液之流通空間之方式配置。
- 如請求項1之基板處理裝置，其進而具備：溢流槽，其回收自上述處理槽溢出之上述處理液； 循環配管，其將由上述溢流槽回收之上述處理液回送至上述處理槽；及 循環泵，其設置於上述循環配管；且 上述循環配管連接於上述處理液噴嘴。
- 如請求項1之基板處理裝置，其進而具備：升降機，其於大致鉛直方向支持上述複數個基板，可於上述處理槽內之上述複數個基板之處理位置與上述處理槽之上方之上述複數個基板之待機位置之間升降。
- 一種基板處理裝置，其具備： 處理槽，其貯存處理液，且將由上述處理液處理之複數個基板，以使其等之基板面朝向大致水平方向排列於特定方向之狀態收容； 內壁，其覆蓋沿上述複數個基板之上述排列方向之一端側之上述基板面、及沿上述複數個基板之上述排列方向之側面之至少一部分，且以於與上述處理槽之底面之間存在供上述處理液流通之空間之方式，設置於上述處理槽之內部；及 處理液噴嘴，其設置於上述處理槽之內部之上述內壁之外側之位置，朝向上述處理槽之底面開口。
- 如請求項12之基板處理裝置，其進而具備：底板，其以覆蓋上述內壁之底部之方式設置；且 上述底板具有使上述處理液流通之開口。
- 如請求項12之基板處理裝置，其進而具備：氣泡噴嘴，其於上述處理槽之底面與上述複數個基板之間，以位於上述內壁之內側之方式配置，朝向上方開口。
- 如請求項14之基板處理裝置，其中上述氣泡噴嘴以覆蓋上述內壁之底部之方式設置，設置於具有使上述處理液流通之開口之底板上。
- 如請求項12之基板處理裝置，其中上述處理液噴嘴以於上述內壁與上述處理槽之內壁面之間形成下降流之方式開口。
- 如請求項12之基板處理裝置，其中上述內壁以其上端部較上述複數個基板之高度之一半之位置高，且於上述內壁之上部存在上述處理液之流通空間之方式配置。
- 如請求項12之基板處理裝置，其中上述內壁具有以包圍上述複數個基板之處理區域之方式配置之第1面、第2面、及第3面；且 上述第1面以覆蓋沿上述複數個基板之上述排列方向之一端側之上述基板面之至少一部分之方式配置； 上述第2面之一端部接合於上述第1面之與上述排列方向交叉之方向之一端部； 上述第3面之一端部接合於上述第1面之與上述排列方向交叉之方向之另一端部； 上述第2面之另一端部及上述第3面之另一端部接合於上述內壁。
- 如請求項12之基板處理裝置，其進而具備：溢流槽，其回收自上述處理槽溢出之上述處理液； 循環配管，其將由上述溢流槽回收之上述處理液回送至上述處理槽；及 循環泵，其設置於上述循環配管；且 上述循環配管連接於上述處理液噴嘴。
- 如請求項12之基板處理裝置，其進而具備：升降機，其於大致鉛直方向支持上述複數個基板，可於上述處理槽內之上述複數個基板之處理位置與上述處理槽之上方之上述複數個基板之待機位置之間升降。
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| CN112309905A (zh) * | 2019-07-30 | 2021-02-02 | 东京毅力科创株式会社 | 基板处理装置和基板处理方法 |
-
2022
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- 2022-09-06 US US17/929,923 patent/US20230298910A1/en active Pending
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