WO2015111329A1 - 基板処理装置、シャワープレート及び基板処理方法 - Google Patents

基板処理装置、シャワープレート及び基板処理方法 Download PDF

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WO2015111329A1
WO2015111329A1 PCT/JP2014/083210 JP2014083210W WO2015111329A1 WO 2015111329 A1 WO2015111329 A1 WO 2015111329A1 JP 2014083210 W JP2014083210 W JP 2014083210W WO 2015111329 A1 WO2015111329 A1 WO 2015111329A1
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WO
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gas
processing
shower plate
substrate
inlet hole
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PCT/JP2014/083210
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English (en)
French (fr)
Inventor
洋平 緑川
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus that performs chemical oxide removal processing using a predetermined processing gas, a shower plate used in the substrate processing apparatus, and a substrate processing method using the substrate processing apparatus.
  • a silicon oxide film (SiO 2 film) on the surface of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) as an object to be processed is treated with hydrogen fluoride (HF) gas and ammonia (as a processing gas).
  • HF hydrogen fluoride
  • ammonia ammonia
  • NH 3 NH 3
  • the product generated on the wafer surface by COR is sublimated by performing a heat treatment in the next step, whereby the silicon oxide film is removed from the wafer surface.
  • a wafer is placed in a processing container held in a vacuum, and a processing gas is supplied from above the wafer.
  • the processing gas is supplied into the processing container through a shower plate provided above the wafer and having a plurality of openings penetrating in the thickness direction.
  • the shower plate and the wafer are separated from each other by a predetermined distance so that the distribution of the processing gas supplied to the wafer surface is uniform within the wafer surface.
  • the present invention has been made in view of the above points, and by efficiently diffusing a processing gas supplied to the substrate, the substrate processing uniformity is maintained and the substrate processing throughput is improved and the cost is reduced. It aims to plan.
  • the present invention provides a substrate processing apparatus for processing a substrate, wherein the processing container for accommodating the substrate in an airtight manner, a mounting table for mounting the substrate in the processing container, and the above-described mounting table A shower plate disposed opposite to the substrate placed on the substrate and formed with a plurality of supply nozzles; and a processing gas supply source for supplying a processing gas into the processing container via the shower plate.
  • the supply nozzle communicates in an oblique direction with respect to the gas inlet hole and a gas inlet hole formed from the upper end surface to the lower end surface of the shower plate up to a predetermined position in the thickness direction of the shower plate. And a plurality of gas outlet holes extending to the lower end surface of the shower plate.
  • the inventor has intensively studied a method for efficiently diffusing a processing gas supplied from, for example, a shower plate.
  • the shower plate instead of penetrating the opening formed in the shower plate in the thickness direction of the shower plate, the shower plate is formed up to a predetermined position in the thickness direction and then branched into a plurality of openings extending obliquely downward.
  • the processing gas can be efficiently diffused by suppressing the processing gas from being released linearly downward from the plate.
  • the present invention is based on this finding, and according to the present invention, the shower plate communicates in an oblique direction with respect to the gas inlet hole in which the shower plate is formed up to a predetermined position in the thickness direction of the shower plate.
  • FIG. 1 Another aspect of the present invention is a shower plate that supplies a processing gas into a processing container of a substrate processing apparatus in which substrate processing is performed, and is formed on a disk-shaped main body having a predetermined thickness and the main body.
  • a plurality of supply nozzles The supply nozzle communicates in an oblique direction with respect to the gas inlet hole formed from the upper end surface to the lower end surface of the main body portion up to a predetermined position in the thickness direction of the main body portion.
  • a plurality of gas outlet holes extending to the lower end surface of the main body.
  • a substrate processing method using the substrate processing apparatus wherein a processing gas is supplied from the processing gas supply source to a gas inlet hole of the shower plate, and the gas inlet hole is supplied with the processing gas.
  • a processing gas is supplied to the substrate in the processing container through the gas outlet hole that communicates.
  • the present invention by efficiently diffusing the processing gas supplied to the substrate, it is possible to improve the throughput of the substrate processing and reduce the cost while maintaining the uniformity of the substrate processing.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a substrate processing system 1 including a COR processing apparatus as a substrate processing apparatus according to the present embodiment.
  • the substrate processing system 1 includes a loading / unloading unit 2 for loading / unloading a wafer W, two load lock chambers 3 provided adjacent to the loading / unloading unit 2, and the opposite side of the loading / unloading unit 2 in each load lock chamber 3. And a COR processing apparatus 5 provided adjacent to the opposite side of each load lock chamber 3 in the heat treatment apparatus 4.
  • the loading / unloading unit 2 includes a transfer chamber 10, a wafer transfer mechanism 11 having a plurality of transfer arms, and a mounting table 12 on which a cassette C containing a plurality of wafers W is mounted. Further, the transfer chamber 10 is provided with an alignment device 13 adjacent to the wafer for alignment. The wafer transfer mechanism 11 is disposed inside the transfer chamber 10. The transfer arm of the wafer transfer mechanism 11 is movable in the horizontal direction, the ⁇ direction, and the vertical direction, for example, and can transfer the wafer W between the cassette C, the load lock chamber 3 and the alignment device 13.
  • a gate valve 14 is provided between each load lock chamber 3 and the transfer chamber 10, and the inside of the load lock chamber 3 can be decompressed to a predetermined pressure by an exhaust mechanism (not shown).
  • a wafer transfer mechanism 15 is provided inside each load lock chamber 3.
  • the wafer transfer mechanism 15 includes a transfer arm that can move horizontally in the direction of the COR processing apparatus 5, and the wafer W is transferred between the load lock chamber 3, the heat treatment apparatus 4, and the COR processing apparatus 5 by the transfer arm. Can be transported.
  • the heat treatment apparatus 4 includes an airtight processing container 20 and a mounting table 21 on which the wafer W is mounted in the processing container 20.
  • a resistance heating type heater 22 is built in the mounting table 21.
  • the heater 22 can heat the wafer W on the mounting table 21 by being fed from a power source (not shown).
  • PHT Post Heat Treatment
  • a process called PHT Post Heat Treatment
  • the wafer W subjected to the COR process by the COR processing apparatus 5 is heated to vaporize the reaction product generated by the COR process.
  • a loading / unloading port 20a for loading / unloading the wafer W to / from the load locking chamber 3 and a gate valve 23 for opening / closing the loading / unloading port 20a are provided on the load lock chamber 3 side of the processing container 20.
  • a loading / unloading port 20b for loading / unloading the wafer W to / from the processing apparatus 5 and a gate valve 24 for opening / closing the loading / unloading port 20b are also provided on the COR processing apparatus 5 side of the processing container 20. .
  • a gas supply mechanism 25 that supplies an inert gas such as nitrogen into the processing container 20 is connected to the processing container 20 via a gas supply pipe 26.
  • the gas supply pipe 26 is provided with a flow rate adjusting mechanism 27 that adjusts the supply amount of nitrogen gas.
  • an exhaust mechanism 30 that exhausts the inside of the processing container 20 is connected to the bottom surface of the processing container 20 via an exhaust pipe 31.
  • the exhaust pipe 31 is provided with an adjustment valve 32 that adjusts the exhaust amount by the exhaust mechanism 30.
  • the COR processing apparatus 5 includes a processing container 40 configured to be airtight and a mounting table 41 on which the wafer W is mounted in the processing container 20.
  • the processing container 40 has a container part 42 formed in a substantially cylindrical shape with a bottom that opens upward, and a lid part 43 that hermetically closes the upper surface of the container part 42.
  • a loading / unloading port 42 a for loading / unloading the wafer W to / from the heat treatment apparatus 4 is provided on the side surface of the container unit 42.
  • the loading / unloading port 42a is opened and closed by the gate valve 24 described above.
  • the shower head 50 is provided on the lower surface of the lid portion 43 of the processing container 20 so as to face the mounting table 41.
  • the shower head 50 includes, for example, a substantially cylindrical support member 51 having an open bottom surface, a shower plate 52 provided on the inner surface of the support member 51 at a predetermined distance from the ceiling portion of the support member 51, and a shower.
  • a plate 53 provided parallel to the shower plate 52 is provided between the plate 52 and the support member 51.
  • a first space 54 is formed between the ceiling portion of the support member 51 and the plate 53, and a second space 55 is formed between the plate 53 and the shower plate 52.
  • the shower plate 52 has a main body 52 a and a plurality of supply nozzles 90 for supplying a processing gas to the wafer W on the mounting table 41.
  • a plurality of gas flow paths 60 penetrating the plate 53 in the thickness direction are formed.
  • the number of the gas flow paths 60 is approximately half that of the supply nozzles 90.
  • the gas flow paths 60 extend to the upper end surface of the shower plate 52 below the plate 53, and the upper end portions of the supply nozzles 90. It is connected to the. Therefore, the interior of the gas passage 60 and the supply nozzle 90 connected to the gas passage 60 is isolated from the second space 55.
  • the main body 52a and the plate 53 of the shower plate 52 are made of a metal such as aluminum, for example.
  • the distance between the surface of the wafer W on the mounting table 41 and the lower end surface of the shower plate 52 is set to be approximately 50 mm.
  • the shower plate 52 has a thickness of about 15 mm.
  • a first gas supply source 71 is connected to the first space 54 via a first gas supply pipe 70.
  • the first gas supply source 71 is configured to be able to supply a mixed gas of hydrogen fluoride (HF) gas, which is a reaction gas, and argon (Ar) gas, which is a dilution gas, as a first processing gas.
  • HF hydrogen fluoride
  • Ar argon
  • the first gas supply pipe 70 is provided with a flow rate adjusting mechanism 72 that adjusts the supply amount of the first processing gas.
  • the first processing gas supplied from the first gas supply source 71 is supplied into the processing container 40 through the first space 54, the gas flow path 60 of the plate 53, and the supply nozzle 90 of the shower plate 52. .
  • a second gas supply source 74 is connected to the second space 55 via a second gas supply pipe 73.
  • the second gas supply source 74 is configured to be able to supply a mixed gas of ammonia (NH 3 ) gas that is a reaction gas and nitrogen (N 2 ) gas that is a dilution gas as a second processing gas.
  • the second gas supply pipe 73 is provided with a flow rate adjusting mechanism 75 that adjusts the supply amount of the second processing gas.
  • the dilution gas is not limited to the present embodiment, and for example, only argon gas, only nitrogen gas, or other inert gas may be used.
  • the second processing gas supplied from the second gas supply source 74 is supplied into the processing container 40 through the second space 55 and the supply nozzle 90 of the shower plate 52. Therefore, the first processing gas and the second processing gas are mixed for the first time at a position below the shower plate 52 in the processing container 40.
  • the mounting table 41 has a substantially cylindrical shape and is supported on the bottom surface of the container part 42.
  • the mounting table 41 includes a temperature adjustment mechanism 41 a that adjusts the temperature of the mounting table 41.
  • the temperature adjustment mechanism 41 a adjusts the temperature of the mounting table 41 by circulating a coolant such as water, and controls the temperature of the wafer W on the mounting table 41.
  • An exhaust mechanism 80 for exhausting the inside of the processing container 40 is connected via an exhaust pipe 81 on the bottom surface of the container portion 42 of the processing container 40 and outside the mounting table 41.
  • the exhaust pipe 81 is provided with an adjustment valve 82 that adjusts the amount of exhaust by the exhaust mechanism 80.
  • pressure measuring mechanisms 83 a and 83 b for measuring the pressure in the processing container 40 are provided on the side wall of the container portion 42.
  • the pressure measuring mechanism 83a is used for high pressure
  • the pressure measuring mechanism 83b is used for low pressure.
  • a capacitance manometer is used as the pressure measuring mechanisms 83a and 83b.
  • the supply nozzle 90 formed in the main body 52a of the shower plate 52 is provided at a position different from the supply nozzle 90a and the gas flow path 60 provided at a position corresponding to the gas flow path 60 of the plate 53 as described above. And a supply nozzle 90b.
  • the supply nozzle 90a and the supply nozzle 90b are alternately arranged concentrically, for example.
  • the supply nozzle 90 includes a gas inlet hole 91 formed at a predetermined depth in the thickness direction of the main body 52 a from the upper end to the lower end of the main body 52 a of the shower plate 52.
  • the gas outlet hole 92 communicates in an oblique direction with a predetermined angle ⁇ with respect to the vicinity of the lower end of the gas inlet hole 91 and extends to the lower end surface of the shower plate 52.
  • the diameter of the gas outlet hole 92 is smaller than the diameter of the gas inlet hole 91, and the processing gas discharged from the shower plate 52 into the processing container 40 does not flow backward toward the first space 54 and the second space 55. It is set to such a value.
  • the diameter of the gas inlet hole 91 is set to 3 mm, for example, and the diameter of the gas outlet hole 92 is set to 0.5 mm, for example.
  • the gas inlet hole of the supply nozzle 90 a connected to the gas channel 60 is a first inlet hole 91 a, and the gas that is not connected to the gas channel 60, that is, communicates with the second space 55.
  • the inlet hole is described as the second inlet hole 91b, the first inlet hole 91a and the second inlet hole 91b have the same configuration.
  • the configuration of the supply nozzle 90a and the supply nozzle 90b is also the same.
  • gas outlet holes 92 are provided from the vicinity of the lower end of the gas inlet hole 91 in a radial manner with a pitch of 90 degrees radially around the gas inlet hole 91. Therefore, when the shower plate 52 is viewed from below, a set of four gas outlet holes 92 are arranged on the entire surface of the shower plate 52 at equal intervals, as shown in FIG. In FIG. 6, in order to distinguish between the gas outlet hole 92 of the supply nozzle 90a and the gas outlet hole 92 of the supply nozzle 90b, the gas outlet hole 92 of the supply nozzle 90a is a solid circle and the gas outlet hole 92 of the supply nozzle 90b. Are drawn surrounded by broken-line circles.
  • the processing gas discharged from the supply nozzle 90 is efficiently diffused, and the processing gas is discharged linearly downward from the shower plate 52. Is suppressed.
  • the inventor formed the gas outlet hole 92 in an oblique direction with respect to the vicinity of the lower end of the gas inlet hole 91 using the conventional supply nozzle and the supply nozzle according to the present embodiment. It is based on the result of the comparative test. The result of the comparative test will be described later.
  • each gas outlet hole 92 on the mounting table 41 side communicates with, for example, a recessed portion 93 formed on the lower end surface of the shower plate 52.
  • the recess 93 is recessed in a substantially conical shape, for example, toward the upper end surface of the shower plate 52. Therefore, the end of the gas outlet hole 92 on the mounting table 41 side has a shape that is larger than the end of the gas outlet hole 92 on the gas inlet hole 91 side.
  • the substrate processing system 1 is provided with a control device 100 as shown in FIG.
  • the control device 100 is, for example, a computer and has a program storage unit (not shown).
  • the program storage unit stores a program for controlling the processing of the wafer W in the substrate processing system 1.
  • the program is recorded on a computer-readable storage medium such as a computer-readable hard disk (HD), flexible disk (FD), compact disk (CD), magnetic optical desk (MO), or memory card. Or installed in the control device 100 from the storage medium.
  • a computer-readable storage medium such as a computer-readable hard disk (HD), flexible disk (FD), compact disk (CD), magnetic optical desk (MO), or memory card.
  • the substrate processing system 1 according to the present embodiment is configured as described above. Next, processing performed using the substrate processing system 1 will be described.
  • a cassette C storing a plurality of wafers W having a silicon oxide film on the surface is placed at a predetermined position on the mounting table 12 of the carry-in / out unit 2. Thereafter, with the gate valve 14 opened, the wafer W is transferred from the cassette C to the wafer transfer mechanism 15 in the load lock chamber 3 by the wafer transfer mechanism 11.
  • the gate valve 23 and the gate valve 24 are opened, and the wafer transfer mechanism 15 is used to place the mounting table 41 on the COR processing apparatus 5. A wafer W is placed.
  • the gate valve 24 is closed to seal the inside of the processing container 40.
  • the inside of the processing vessel 40 is evacuated to a predetermined pressure, and the wafer W for the mounting table 41 is adjusted to a predetermined temperature, for example, 20 ° C. to 40 ° C. in the present embodiment, by the temperature adjustment mechanism 41a.
  • the first processing gas and the second processing gas are supplied into the processing container 40 from the first gas supply source 71 and the second gas supply source 74, respectively.
  • the first processing gas and the second processing gas are supplied into the processing container 40 from the gas outlet holes 92 of the supply nozzle 90a and the supply nozzle 90b without being mixed in the shower head 50, and are subjected to COR processing. Is done.
  • the silicon oxide film on the surface of the wafer W chemically reacts with hydrogen fluoride gas and ammonia gas, and as a reaction product, ammonium fluorosilicate (AFS) or water is generated and held on the surface of the wafer W. It becomes a state.
  • the processing gas supplied from the supply nozzle 90 is efficiently diffused in the processing container 40 and is uniformly discharged to the entire surface of the wafer W, so that a uniform COR processing is performed in the wafer W surface.
  • the gate valves 23 and 24 are opened, and the wafer W on the mounting table 41 is transferred onto the mounting table 21 of the heat treatment apparatus 4 by the wafer transfer mechanism 15.
  • the gate valves 23 and 24 are closed, and nitrogen gas is introduced into the processing container 20.
  • the wafer W on the mounting table 21 is heated by the heater 22, and the reaction product generated by the COR process is vaporized and removed.
  • the gate valves 14 and 23 are sequentially opened, and the wafer W on the mounting table 21 is transferred to the wafer transfer mechanism 11 by the wafer transfer mechanism 15.
  • the wafer W is accommodated in a predetermined cassette C, and a series of wafer processing ends.
  • the supply nozzle 90 formed in the shower plate 52 is formed with respect to the gas inlet hole 91 formed up to a predetermined position in the thickness direction of the shower plate 52 and the gas inlet hole 91. And a plurality of gas outlet holes 92 extending in an oblique direction and extending to the lower end surface of the shower plate 52. Therefore, it is possible to suppress the processing gas from being discharged linearly downward from the shower plate 52 and efficiently diffuse the processing gas. As a result, even if the distance between the shower plate and the substrate is made shorter than before, the processing gas can be supplied uniformly within the wafer surface and the uniformity of the wafer processing can be maintained. Therefore, it is possible to reduce the volume of the processing container 40 by reducing the height of the processing container 40, reduce costs by reducing the amount of processing gas used, and improve throughput by shortening the evacuation time.
  • the depression 93 is provided in the lower end surface of the shower plate 52 and the gas outlet hole 92 is communicated with the depression 93, the processing gas released from the gas outlet hole 92 is further diffused in the depression 93. . Therefore, the processing gas can be diffused more efficiently, and the uniformity of wafer processing can be further improved.
  • the gas outlet holes 92 are provided radially at a pitch of 90 degrees with respect to the gas inlet holes 91.
  • the arrangement of the gas outlet holes 92 is not limited to the contents of the present embodiment.
  • three gas outlet holes 92 may be provided radially with a pitch of 120 degrees around the gas inlet holes 91, or five gas outlet holes 92 may be provided with a pitch of 72 degrees.
  • the gas outlet holes 92 are not necessarily provided at regular intervals if the processing gas can be efficiently diffused into the processing container 40.
  • the gas outlet hole 92 is not necessarily connected near the lower end of the gas inlet hole 91, and may be connected near the middle part of the gas inlet hole 91. However, if the connection height of the gas outlet hole 92 with respect to the gas inlet hole 91 is changed in the supply nozzle 90, the gas outlet hole 92 provided on the upper side of the gas inlet hole 91 is less likely to flow the processing gas.
  • the arrangement of the holes 92 in the height direction is preferably unified within the supply nozzle 90.
  • the angle ⁇ at which the gas outlet hole 92 communicates with the gas inlet hole 91 may be different for each gas outlet hole 92. However, if the angle ⁇ is too small, the processing gas is not diffused by the shower plate 52 and is vertically downward. Since the processing gas is released linearly at a close angle, the angle ⁇ is preferably 30 degrees or more.
  • the supply nozzle 90a and the supply nozzle 90b are arranged at equal intervals.
  • the supply nozzle 90a and the supply nozzle 90b may be alternately arranged concentrically.
  • the arrangement may be arbitrarily set as long as the first processing gas and the second processing gas are appropriately mixed in the processing container 40.
  • the gas outlet holes 92 of the supply nozzles 90a and 90b are provided at the same angle.
  • the angle of the gas outlet hole 92 is changed between the supply nozzle 90a and the supply nozzle 90b.
  • the angle of the gas outlet hole 92 may be changed for each supply nozzle 90.
  • the recess 93 is provided at the tip of the gas outlet hole 92 on the mounting table 41 side.
  • the recess 93 is not necessarily provided.
  • the depression 93 does not necessarily have a conical shape, for example, a pyramid shape, a cylindrical shape, or a rectangular shape. Also good.
  • the shape of the diameter of the gas outlet hole 92 may be gradually widened.
  • a recess 93 having a cylindrical protrusion 93a may be formed, and the gas outlet hole 92 may be connected to the protrusion 93a.
  • the shower head 50 is configured by the shower plate 52 and the plate 53 and configured to supply the first processing gas and the second processing gas.
  • the supply according to the present embodiment is provided.
  • the nozzle 90 can also be applied to the shower head 50 and the shower plate 52 that supply only one kind of gas.
  • FIG. 11 shows a cross-sectional view of a conventional supply nozzle 200 used in this comparative test.
  • the conventional supply nozzle 200 is the same as the supply nozzle 90 according to the present embodiment except that one gas outlet hole 201 is provided at the lower end of the gas inlet hole 91 with an angle ⁇ of 0 (zero). It is.
  • a test gas was released from the supply nozzle 90 and the supply nozzle 200, respectively, and the pressure of the gas released at a predetermined distance away from the supply nozzles 90 and 200 vertically was measured.
  • the pressure at positions 50 mm and 100 mm away from the supply nozzle 200 was measured, and as the example, the pressure at a position 50 mm away from the supply nozzle 90 was measured within a circle having a diameter of 100 mm.
  • the diameter of the gas inlet hole 91, the depth of the gas inlet hole 91 from the upper end surface of the shower plate 52, the presence / absence of the recessed portion 93 at the tip of the gas outlet hole 92, and the gas to the recessed portion 93 The test was performed by changing the connection position of the outlet hole 92, the diameter of the substantially conical recess 93, and the angle ⁇ at which the gas outlet hole 92 communicates with the gas inlet hole 91.
  • the pressure in the processing container 40 was about 80 Pa (0.6 Torr), the temperature in the processing container 40 was 60 ° C., and nitrogen gas was supplied as a test gas at a flow rate of 440 sccm.
  • FIG. 12 shows the measurement results of the gas pressure when the length of the gas inlet hole 91 and the diameter of the gas inlet hole 91 are changed.
  • the diameter of the gas inlet hole 91 is 3 mm, and the depth of the gas inlet hole 91 is constant at 9.5 mm.
  • the diameter of the gas inlet hole 91 is in the range of 2 mm to 5 mm.
  • the depth of the gas inlet hole 91 is changed between 5 mm and 10 mm.
  • a recess 93 is provided at the tip of the gas outlet hole 92, the diameter of the substantially conical recess 93 is 3 mm, and the connection position of the gas outlet hole 92 to the recess 93 is shown in FIG.
  • the position of the circled number “2” shown, the angle ⁇ at which the gas outlet hole 92 communicates with the gas inlet hole 91 is fixed at 45 degrees.
  • the pressure shown in FIG. 12 is a difference value ( ⁇ P) between the maximum value and the minimum value of the pressure measured within the above-described circle having a diameter of 100 mm. Therefore, it can be evaluated that the smaller the value, the more uniformly the gas is supplied in the plane.
  • the pressure is measured 50 mm below the conventional supply nozzle 200 in all cases.
  • the pressure difference ⁇ P is smaller than that of the comparative example 1. Therefore, like the supply nozzle 90, the plurality of gas outlet holes 92 communicate with the gas inlet hole 91 at a predetermined angle ⁇ , thereby measuring the wafer W measured at the same distance from the supply nozzle. It can be confirmed that the pressure difference ⁇ P of the processing gas within the surface can be reduced as compared with the case where the supply nozzle 200 is used, in other words, the processing gas can be supplied more uniformly into the wafer W surface.
  • the pressure difference ⁇ P at a position 100 mm away from the conventional supply nozzle 200 is smaller. Therefore, by using the shower plate 52 having the supply nozzle 90 of the second embodiment, the distance between the wafer W and the shower plate 52 is halved compared to the case of using the shower plate having the conventional supply nozzle 200. it can. As a result, it is possible to reduce the volume of the processing container 40 by reducing the height of the processing container 40, thereby reducing the cost and improving the throughput of the wafer processing.
  • FIG. 14 shows the measurement result of the gas pressure difference ⁇ P when the diameter D of the depression 93 shown in FIG. 13 and the connection position of the gas outlet hole 92 to the depression 93 are changed.
  • the recess 93 has a conical shape with a diameter of 3 mm, and the gas outlet hole 92 is connected to the upper end of the recess 93.
  • the diameter of the recess 93 is changed at 1 mm intervals in the range of 2 mm to 4 mm, and the connection position of the gas outlet hole 92 to the recess 93 is set near the upper end of the recess 93 (FIG. 13).
  • the gas outlet hole 92 is directly communicated with the lower end surface of the shower plate 52 without providing the recess 93.
  • the diameter of the gas inlet hole 91 is 3 mm
  • the depth of the gas inlet hole 91 is 9 mm
  • the angle ⁇ at which the gas outlet hole 92 communicates with the gas inlet hole 91 is fixed at 45 degrees. .
  • the pressure differences ⁇ are smaller in Examples 1 to 3 in which the depressions 93 are provided than in Example 4 in which the depressions 93 are not provided. From this, it can be confirmed that the processing gas is efficiently diffused by connecting the gas outlet hole 92 to the recess 93, and the uniformity of the processing gas in the wafer W plane can be improved. Moreover, also in Example 4 which does not provide the hollow part 93, pressure difference (DELTA) P is smaller than the comparative example 1 which measured the pressure 50 mm below the conventional supply nozzle 200. FIG. From this, it can be confirmed that the processing gas can be diffused more efficiently than the conventional supply nozzle 90 by using the supply nozzle 90 even when the depression 93 is not provided.
  • DELTA pressure difference
  • the pressure difference ⁇ P decreases as the connection position of the gas outlet hole 92 to the recess 93 becomes lower than the recess 93. From this, it can be confirmed that the gas outlet hole 92 is preferably provided in the vicinity of the lower end portion of the recessed portion 93.
  • FIG. 15 shows the measurement result of the gas pressure difference ⁇ P when the angle ⁇ at which the gas outlet hole 92 communicates with the gas inlet hole 91 is changed.
  • Example 1 is a measurement result when the angle ⁇ is 45 degrees
  • Example 2 is a measurement result when the angle ⁇ is 60 degrees.
  • a recess 93 is provided at the tip of the gas outlet hole 92
  • the diameter of the substantially conical recess 93 is 3 mm
  • the connection position of the gas outlet hole 92 to the recess 93 is shown in FIG.
  • the position of the circled number “2” shown, the diameter of the gas inlet hole 91 is 3 mm
  • the depth of the gas inlet hole 91 is 9 mm.
  • the pressure difference ⁇ P is smaller in Example 2 in which the angle ⁇ is larger than in Example 1.
  • the pressure difference ⁇ P is smaller than that in Comparative Example 1 in which the pressure is measured 50 mm below the conventional supply nozzle 200, so the angle ⁇ is in the range of 90 degrees to 120 degrees. It can be inferred that it can be set arbitrarily.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing a gas flow when a predetermined gas is released from the supply nozzle 90 according to the present embodiment. From FIG. 16, the gas diffuses immediately below the supply nozzle 90. It can be confirmed that the flow is almost parallel.
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing a gas flow when a predetermined gas is discharged from the conventional supply nozzle 200, and the gas discharged from the conventional supply nozzle 200 has a directivity that linearly spreads radially. It can be confirmed that it has. Therefore, it is confirmed from this result that the supply nozzle 200 needs to have a larger distance between the supply nozzle 200 and the wafer W than the supply nozzle 90 in order to reduce the pressure difference ⁇ P in the wafer surface. it can.

Abstract

　基板処理装置は、基板を気密に収容する処理容器と、処理容器内で基板を載置する載置台と、載置台上に載置された基板に対向して配置され、複数の供給ノズルが形成されたシャワープレートと、シャワープレートを介して処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給源と、を有し、供給ノズルは、シャワープレートの上端面から下端面に向けて、当該シャワープレートの厚み方向の所定の位置まで形成されたガス入口孔と、当該ガス入口孔に対して斜め方向に連通し、且つシャワープレートの下端面まで延伸する複数のガス出口孔と、を有する。

Description

基板処理装置、シャワープレート及び基板処理方法
（関連出願の相互参照）
　本願は、２０１４年１月２２日に日本国に出願された特願２０１４－００９６９４に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　本発明は、所定の処理ガスを用いて化学的酸化物除去処理を行う基板処理装置、当該基板処理装置に用いられるシャワープレート及び前記基板処理装置を用いた基板処理方法に関する。
　近年、半導体デバイスの微細化に伴い、ドライエッチングやウェットエッチングといった従来のエッチング技術に代えて、化学的酸化物除去処理（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｒｅｍｏｖａｌ：ＣＯＲ）と呼ばれる、より微細化エッチングが可能な手法が注目されている。
　ＣＯＲは、真空中で、例えば被処理体としての半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）表面のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）に対して、処理ガスとしてフッ化水素（ＨＦ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給し、これらのガスとシリコン酸化膜とを反応させて生成物を生成する処理である（例えば、特許文献１）。
　ＣＯＲによりウェハ表面に生成された生成物は、次工程で加熱処理を行うことで昇華し、これによりウェハ表面からシリコン酸化膜が除去される。
日本国特開２００７－２１４５１３号公報
　上述のようなＣＯＲ処理では、真空に保持された処理容器内にウェハを載置し、当該ウェハの上方から処理ガスが供給される。この際、ウェハ面内を均一に処理するために、ウェハの上方に設けられた、厚み方向に貫通する複数の開口が形成されたシャワープレートを介して処理容器内に処理ガスが供給される場合がある。この場合、ウェハ表面に供給される処理ガスの分布がウェハ面内で均一になるように、シャワープレートとウェハとは所定の距離だけ離間して設けられる。特に、シャワープレートの開口からは鉛直下方に向けて直線的に処理ガスが放出されるため、シャワープレートとウェハとの距離が近いと処理ガスが十分に拡散しないうちにウェハに到達し、その結果、ウェハ上に開口が転写したような分布でエッチングが起きるという問題が生じる。
　また、ＣＯＲ処理において、スループットの向上や処理ガスの使用量低減といった要求がある。かかる場合、処理容器の容積を小さくすることで、処理ガスの使用量低減や、真空引き時間の短縮によるスループットの向上を図ることができる。しかしながら、ウェハ処理の均一性を維持するためには上述のようにウェハとシャワープレートとの間に所定の間隔を設ける必要がある。そのため、スループットの向上や処理ガスの使用量といった要求と、ウェハ処理の均一性という要求の双方を満足することが困難であった。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、基板に対して供給される処理ガスを効率的に拡散させることで、基板処理の均一性を維持しつつ、基板処理のスループット向上及びコスト低減を図ることを目的としている。
　　上記目的を達成するため、本発明は、基板を処理する基板処理装置であって、基板を気密に収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記載置台上に載置された基板に対向して配置され、複数の供給ノズルが形成されたシャワープレートと、前記シャワープレートを介して前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給源と、を有している。そして前記供給ノズルは、前記シャワープレートの上端面から下端面に向けて、当該シャワープレートの厚み方向の所定の位置まで形成されたガス入口孔と、前記ガス入口孔に対して斜め方向に連通し、且つ前記シャワープレートの下端面まで延伸する複数のガス出口孔と、を有している。
　本発明者は、例えばシャワープレートから供給される処理ガスを効率的に拡散させる方法について鋭意検討した。その結果、シャワープレートに形成する開口を当該シャワープレートの厚み方向に貫通させるのではなく、厚み方向の所定の位置まで形成し、その後、斜め下方に延伸する複数の開口に分岐させることで、シャワープレートから鉛直下方に向けて直線的に処理ガスが放出されることを抑制し、効率的に処理ガスを拡散させることができることを見出した。本発明はこの知見に基づくものであり、本発明によれば、シャワープレートが当該シャワープレートの厚み方向の所定の位置まで形成されたガス入口孔と、当該ガス入口孔に対して斜め方向に連通し、且つシャワープレートの下端面まで延伸する複数のガス出口孔と、を有している。そのため、シャワープレートから鉛直下方に向けて直線的に処理ガスが放出されることを抑制し、効率的に処理ガスを拡散させることができる。その結果、従来よりもシャワープレートと基板との距離を短くしてもウェハ処理の均一性を維持することができる。したがって、処理容器の高さを低減することで処理容器の容積を小さくし、処理ガスの使用量低減によるコスト削減や、真空引き時間の短縮によるスループットの向上を図ることができる。
　別の観点による本発明は、基板処理が行われる基板処理装置の処理容器内に処理ガスを供給するシャワープレートであって、所定の厚みを有する円盤状の本体部と、前記本体部に形成された複数の供給ノズルと、を有している。そして前記供給ノズルは、前記本体部の上端面から下端面に向けて、当該本体部の厚み方向の所定の位置まで形成されたガス入口孔と、前記ガス入口孔に対して斜め方向に連通し、且つ前記本体部の下端面まで延伸する複数のガス出口孔と、を有している。
　また、別の観点による本発明は、前記の基板処理装置を用いた基板処理方法であって、前記処理ガス供給源から前記シャワープレートのガス入口孔に処理ガスを供給し、前記ガス入口孔に連通する前記ガス出口孔を介して前記処理容器内の基板に対して処理ガスを供給する。
　本発明によれば、基板に対して供給される処理ガスを効率的に拡散させることで、基板処理の均一性を維持しつつ、基板処理のスループット向上及びコスト低減を図ることができる。
本実施の形態に係るＣＯＲ処理装置を備えた基板処理システムの構成の概略を示す平面図である。 熱処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 ＣＯＲ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 供給ノズルの構成の概略を示す縦断面図である。 供給ノズルの構成の概略を示す斜視図である。 シャワープレートの底面図である。 他の実施の形態にかかるシャワープレートの底面図である。 他の実施の形態にかかるシャワープレートの拡大底面図である。 他の実施の形態にかかるガス出口孔の構成の概略を示す断面図である。 他の実施の形態にかかるガス出口孔の構成の概略を示す断面図である。 従来の供給ノズルの構成の概略を示す縦断面図である。 ガス入口孔の深さと直径を変化させた場合の比較試験の結果を表す説明図である。 ガス出口孔と窪み部との接続状態の概略を示す説明図である。 窪み部の直径及び窪み部とガス出口孔との接続位置を変化させた場合の比較試験の結果を表す説明図である。 ガス入口孔とガス出口孔の接続角度を変化させた場合の比較試験の結果を表す説明図である。 本実施の形態にかかる供給ノズルから放出されるガスの流れのシミュレーション結果を示す説明図である。 従来の供給ノズルから放出されるガスの流れのシミュレーション結果を示す説明図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。図１は、本実施の形態にかかる基板処理装置としてのＣＯＲ処理装置を備えた基板処理システム１を概略的に示した縦断面図である。
　基板処理システム１は、ウェハＷを搬入出する搬入出部２と、搬入出部２と隣接して設けられた２つのロードロック室３と、各ロードロック室３における搬入出部２の反対側に隣接して設けられた熱処理装置４と、熱処理装置４における各ロードロック室３の反対側に隣接して設けられたＣＯＲ処理装置５を有している。
　搬入出部２は、搬送室１０と、複数の搬送アームを有するウェハ搬送機構１１と、複数枚のウェハＷを収容したカセットＣが載置される載置台１２を有している。また、搬送室１０には、ウェハの位置合わせを行うアライメント装置１３が隣接して設けられている。ウェハ搬送機構１１は搬送室１０の内部に配置されている。ウェハ搬送機構１１の搬送アームは例えば水平方向、θ方向及び上下方向に移動自在であり、カセットＣ、ロードロック室３及びアライメント装置１３との間でウェハＷを搬送できる。
　各ロードロック室３と搬送室１０との間にはゲートバルブ１４が設けられており、図示しない排気機構により所定の圧力までロードロック室３内を減圧可能に構成されている。また、各ロードロック室３の内部には、ウェハ搬送機構１５がそれぞれ設けられている。ウェハ搬送機構１５は、ＣＯＲ処理装置５の方向に向けて水平に移動自在な搬送アームを備えており、当該搬送アームによりロードロック室３、熱処理装置４及びＣＯＲ処理装置５との間でウェハＷを搬送できる。
　熱処理装置４は、例えば図２に示すように、気密に構成された処理容器２０と、処理容器２０内でウェハＷを載置する載置台２１を有している。載置台２１には例えば抵抗加熱型のヒータ２２が内蔵されている。このヒータ２２は、図示しない電源から給電されることにより載置台２１上のウェハＷを加熱できる。載置台２１では、ＣＯＲ処理装置５でＣＯＲ処理されたウェハＷを加熱して、ＣＯＲ処理により生成した反応生成物を気化させるＰＨＴ（Ｐｏｓｔ　Ｈｅａｔ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）と呼ばれる処理が行われる。
　処理容器２０のロードロック室３側には、ロードロック室３との間でウェハＷの搬入出を行うための搬入出口２０ａと、この搬入出口２０ａを開閉するゲートバルブ２３が設けられている。また、処理容器２０のＣＯＲ処理装置５側にも、処理装置５との間でウェハＷの搬入出を行うための搬入出口２０ｂと、この搬入出口２０ｂを開閉するゲートバルブ２４が設けられている。
　処理容器２０には、当該処理容器２０の内部に例えば窒素などの不活性ガスを供給するガス供給機構２５が、ガス供給管２６を介して接続されている。ガス供給管２６には、窒素ガスの供給量を調整する流量調整機構２７が設けられている。また、処理容器２０の例えば底面には、当該処理容器２０内を排気する排気機構３０が排気管３１を介して接続されている。排気管３１には、排気機構３０による排気量を調整する調整弁３２が設けられている。
　ＣＯＲ処理装置５は、例えば図３に示すように、気密に構成された処理容器４０と、処理容器２０内でウェハＷを載置する載置台４１を有している。処理容器４０は、上方が開口した有底の略円筒形状に形成された容器部４２と、容器部４２の上面を気密に塞ぐ蓋部４３とを有している。容器部４２の側面には、熱処理装置４との間でウェハＷの搬入出を行う搬入出口４２ａが設けられている。この搬入出口４２ａは、既述のゲートバルブ２４により開閉される。
　処理容器２０の蓋部４３の下面には、載置台４１に対向してシャワーヘッド５０が設けられている。シャワーヘッド５０は、例えば下面が開口した略円筒形の支持部材５１と、当該支持部材５１の内側面に、支持部材５１の天井部と所定の距離離間して設けられたシャワープレート５２と、シャワープレート５２と支持部材５１との間にシャワープレート５２に対して平行に設けられたプレート５３を有している。支持部材５１の天井部とプレート５３との間には、第１の空間５４が形成され、プレート５３とシャワープレート５２との間には、第２の空間５５が形成されている。
　シャワープレート５２は、本体部５２ａと、載置台４１上のウェハＷに対して処理ガスを供給する複数の供給ノズル９０を有している。プレート５３には、当該プレート５３を厚み方向に貫通するガス流路６０が複数形成されている。ガス流路６０は、供給ノズル９０の概ね半分程度の数が形成されており、このガス流路６０は、プレート５３の下方のシャワープレート５２の上端面まで延伸して、供給ノズル９０の上端部に接続されている。そのため、ガス流路６０及び当該ガス流路６０と接続された供給ノズル９０の内部は、第２の空間５５とは隔離されている。シャワープレート５２の本体部５２ａ及びプレート５３は、例えばアルミニウム等の金属により構成されている。なお、本実施の形態においては、載置台４１上のウェハＷの表面と、シャワープレート５２の下端面との間の距離は、概ね５０ｍｍ程度になるように設定されている。また、シャワープレート５２の厚みは概ね１５ｍｍ程度に設定されている。
　第１の空間５４には、第１のガス供給管７０を介して第１のガス供給源７１が接続されている。第１のガス供給源７１は、第１の処理ガスとして、反応ガスであるフッ化水素（ＨＦ）ガスと、希釈ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガスを供給可能に構成されている。第１のガス供給管７０には、第１の処理ガスの供給量を調整する流量調整機構７２が設けられている。第１のガス供給源７１から供給された第１の処理ガスは、第１の空間５４、プレート５３のガス流路６０、シャワープレート５２の供給ノズル９０を介して処理容器４０内に供給される。
　第２の空間５５には、第２のガス供給管７３を介して、第２のガス供給源７４が接続されている。第２のガス供給源７４は、第２の処理ガスとして、反応ガスであるアンモニア（ＮＨ３）ガスと希釈ガスである窒素（Ｎ２）ガスとの混合ガスを供給可能に構成されている。第２のガス供給管７３には、第２の処理ガスの供給量を調整する流量調整機構７５が設けられている。なお、希釈ガスとしては、本実施の形態に限定されず、例えばアルゴンガスのみ用いても、窒素ガスのみ用いてもよいし、他の不活性ガスを用いてもよい。第２のガス供給源７４から供給された第２の処理ガスは、第２の空間５５、シャワープレート５２の供給ノズル９０を介して処理容器４０内に供給される。そのため、第１の処理ガスと第２の処理ガスとは、処理容器４０内におけるシャワープレート５２の下方の位置で初めて混合される。
　載置台４１は略円筒形状を有しており、容器部４２の底面に支持されている。載置台４１には、載置台４１の温度を調整する温度調整機構４１ａが内蔵されている。温度調整機構４１ａは、例えば水などの冷媒を循環させることにより載置台４１の温度を調整し、載置台４１上のウェハＷの温度を制御する。
　処理容器４０の容器部４２底面であって載置台４１の外方には、当該処理容器４０内を排気する排気機構８０が排気管８１を介して接続されている。排気管８１には、排気機構８０による排気量を調整する調整弁８２が設けられている。また、容器部４２の側壁には、処理容器４０内の圧力を計測するための圧力測定機構８３ａ、８３ｂが設けられている。圧力測定機構８３ａは高圧力用、圧力測定機構８３ｂは低圧力用に用いられる。なお、圧力測定機構８３ａ、８３ｂとしては、例えばキャパシタンスマノメータなどが用いられる。
　次に、上述のシャワープレート５２の構成について詳述する。シャワープレート５２の本体部５２ａに形成された供給ノズル９０は、上述の通り、プレート５３のガス流路６０に対応する位置に設けられた供給ノズル９０ａとガス流路６０とは異なる位置に設けられた供給ノズル９０ｂを有している。供給ノズル９０ａと供給ノズル９０ｂは、例えば同心円状に交互に配置されている。
　供給ノズル９０は、例えば図４に示すように、シャワープレート５２の本体部５２ａ上端面から下端面に向けて、当該本体部５２ａの厚み方向に所定の深さで形成されたガス入口孔９１と、ガス入口孔９１の下端近傍に対して所定の角度θで斜め方向に連通し、且つシャワープレート５２の下端面まで延伸するガス出口孔９２とを有している。ガス出口孔９２の直径は、ガス入口孔９１の直径よりも小さく、且つ、シャワープレート５２から処理容器４０内に放出された処理ガスが第１の空間５４及び第２の空間５５側に逆流しないような値に設定されている。本実施の形態では、ガス入口孔９１の直径は例えば３ｍｍ、ガス出口孔９２の直径は例えば０．５ｍｍに設定されている。なお図４では、ガス流路６０に接続された供給ノズル９０ａのガス入口孔を第１の入口孔９１ａとして、ガス流路６０とは接続されていない、即ち第２の空間５５に連通するガス入口孔を第２の入口孔９１ｂとして記載しているが、第１の入口孔９１ａと第２の入口孔９１ｂとは同一の構成である。また、供給ノズル９０ａと供給ノズル９０ｂの構成も同一である。
　ガス出口孔９２は例えば図５に示すように、ガス入口孔９１の下端近傍から、ガス入口孔９１を中心として放射状に９０度のピッチの等間隔で４つ設けられている。したがって、シャワープレート５２を下方から見ると、例え図６に示すように、４つのガス出口孔９２の集合が、シャワープレート５２の全面に等間隔で配置された状態となる。なお図６では、供給ノズル９０ａのガス出口孔９２と供給ノズル９０ｂのガス出口孔９２を区別するために、供給ノズル９０ａのガス出口孔９２を実線の円で、供給ノズル９０ｂのガス出口孔９２を破線の円でそれぞれ囲んで描図している。シャワープレート５２にこのような構成を有する供給ノズル９０を設けることにより、供給ノズル９０から放出される処理ガスを効率的に拡散させ、シャワープレート５２から鉛直下方に向けて直線的に処理ガスが放出されることが抑制される。なお、ガス出口孔９２をガス入口孔９１の下端近傍に対して斜め方向に連通して形成することは、発明者が従来の供給ノズルと本実施の形態にかかる供給ノズルとを用いて行った比較試験の結果に基づくものである。比較試験の結果については後述する。
　また、各ガス出口孔９２の載置台４１側の端部は、例えばシャワープレート５２の下端面に形成された窪み部９３に連通している。この窪み部９３は、当該シャワープレート５２の上端面側に向けて例えば略円錐形状に窪んでいる。そのため、各ガス出口孔９２の載置台４１側端部は、ガス出口孔９２のガス入口孔９１側の端部よりも拡大した形状となっている。窪み部９３を設けることにより、ガス出口孔９２から放出される処理ガスは当該窪み部９３で例えば乱流を形成する。そのため、処理ガスは窪み部９３でさらに拡散され、より効率的に処理容器内で処理ガスを拡散させることができる。
　基板処理システム１には、図１に示すように制御装置１００が設けられている。制御装置１００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、基板処理システム１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置１００にインストールされたものであってもよい。
　本実施の形態にかかる基板処理システム１は以上のように構成されており、次に、基板処理システム１を用いて行われる処理について説明する。
　先ず、表面にシリコン酸化膜を有する複数枚のウェハＷを収納したカセットＣが搬入出部２の載置台１２の所定の位置に載置される。その後、ゲートバルブ１４を開いた状態で、ウェハ搬送機構１１によりカセットＣからロードロック室３内のウェハ搬送機構１５にウェハＷが受け渡される。
　次に、ゲートバルブ１４を閉じてロードロック室３の内部を排気して所定の圧力に到達後、ゲートバルブ２３及びゲートバルブ２４を開いてウェハ搬送機構１５によりＣＯＲ処理装置５の載置台４１にウェハＷが載置される。次いで、ウェハ搬送機構１５がロードロック室３まで退出した後、ゲートバルブ２４を閉じて処理容器４０内を密閉する。
　その後、処理容器４０内を所定の圧力まで排気すると共に、温度調整機構４１ａにより載置台４１用のウェハＷを所定の温度、本実施の形態では例えば２０℃～４０℃に調節する。次いで、第１の処理ガスと第２の処理ガスを、第１のガス供給源７１と第２のガス供給源７４からそれぞれ処理容器４０内に供給する。この際、第１の処理ガスと第２の処理ガスは、シャワーヘッド５０内で混合されることなく、供給ノズル９０ａ及び供給ノズル９０ｂのガス出口孔９２から処理容器４０内に供給され、ＣＯＲ処理が行われる。ＣＯＲ処理においては、ウェハＷ表面のシリコン酸化膜がフッ化水素ガス及びアンモニアガスと化学反応し、反応生成物としてフルオロケイ酸アンモニウム（ＡＦＳ）や水などが生成されてウェハＷの表面に保持された状態となる。この際、供給ノズル９０から供給された処理ガスは、処理容器４０内で効率的に拡散し、ウェハＷの全面に均一に放出されるので、ウェハＷ面内において均一なＣＯＲ処理が行われる。
　ＣＯＲ処理が行われると、ゲートバルブ２３、２４を開き、ウェハ搬送機構１５により載置台４１上のウェハＷが熱処理装置４の載置台２１上に搬送される。次いで、ウェハ搬送機構１５がロードロック室３まで退避した後、ゲートバルブ２３、２４を閉じ、処理容器２０内に窒素ガスを導入する。それと共に、ヒータ２２により載置台２１上のウェハＷが加熱され、ＣＯＲ処理によって生じた反応生成物が気化して除去される。
　その後ゲートバルブ１４、２３を順次開き、ウェハ搬送機構１５により載置台２１上のウェハＷがウェハ搬送機構１１に受け渡される。次いで、ウェハＷは所定のカセットＣに収容され、一連のウェハ処理が終了する。
　以上の実施の形態によれば、シャワープレート５２に形成された供給ノズル９０が、当該シャワープレート５２の厚み方向の所定の位置まで形成されたガス入口孔９１と、当該ガス入口孔９１に対して斜め方向に連通し、且つシャワープレート５２の下端面まで延伸する複数のガス出口孔９２と、を有している。そのため、シャワープレート５２から鉛直下方に向けて直線的に処理ガスが放出されることを抑制し、効率的に処理ガスを拡散させることができる。その結果、従来よりもシャワープレートと基板との距離を短くしてもウェハ面内に均一に処理ガスを供給し、ウェハ処理の均一性を維持することができる。したがって、処理容器４０の高さを低減することで処理容器４０の容積を小さくし、処理ガスの使用量低減によるコスト削減や、真空引き時間の短縮によるスループットの向上を図ることができる。
　また、シャワープレート５２の下端面に窪み部９３を設け、ガス出口孔９２を窪み部９３に連通させているので、ガス出口孔９２から放出される処理ガスは当該窪み部９３でさらに拡散される。したがって、処理ガスをより効率的に拡散させ、ウェハ処理の均一性をさらに向上させることができる。
　なお、以上の実施の形態では、ガス出口孔９２はガス入口孔９１に対して９０度ピッチで放射状に設けられていたが、ガス出口孔９２の配置は本実施の形態の内容に限定されない。例えばガス入口孔９１を中心として１２０度ピッチの放射状に３本のガス出口孔９２を設けてもよいし、７２度ピッチで５本のガス出口孔９２を設けてもよい。さらには、処理容器４０内に効率的に処理ガスを拡散できれば、ガス出口孔９２は必ずしも等間隔に設ける必要はない。
　また、ガス出口孔９２は必ずしもガス入口孔９１の下端近傍に接続される必要はなく、ガス入口孔９１の中間部近傍に接続されていてもよい。ただし、供給ノズル９０内でガス入口孔９１に対するガス出口孔９２の接続高さを変えると、ガス入口孔９１の上方側に設けられたガス出口孔９２ほど処理ガスが流れにくくなるので、ガス出口孔９２の高さ方向の配置は、供給ノズル９０内で統一することが好ましい。また、ガス出口孔９２がガス入口孔９１に連通する角度θもガス出口孔９２ごとに異なっていてもよいが、角度θが小さすぎるとシャワープレート５２で処理ガスが拡散されず、鉛直下方に近い角度で直線的に処理ガスが放出されるので、角度θは３０度以上とすることが好ましい。
　なお、以上の実施の形態では、供給ノズル９０ａと供給ノズル９０ｂを等間隔に配置していたが、図７に示すように、供給ノズル９０ａと供給ノズル９０ｂを交互に同心円状に配置してもよく、処理容器４０内で第１の処理ガスと第２の処理ガスが適正に混合するような配置であれば任意に設定できる。また、図６では各供給ノズル９０ａ、９０ｂのガス出口孔９２は同じ角度で設けられていたが、例えば図８に示すように、供給ノズル９０ａと供給ノズル９０ｂとでガス出口孔９２の角度を変えてもよいし、また、各供給ノズル９０ごとにガス出口孔９２の角度を変えてもよい。
　また、以上の実施の形態では、ガス出口孔９２の載置台４１側の先端に窪み部９３を設けていたが、この窪み部９３は必ずしも設ける必要はない。ただし、後述の比較試験に基づけば、効率的に処理ガスを拡散させる観点からは、窪み部９３を設けることが好ましい。なお、本発明者によれば、窪み部９３内で処理ガスの乱流を形成できれば、窪み部９３の形状は必ずしも円錐形状とする必要はなく、例えば角錐形状や円筒形状、矩形状であってもよい。また、窪み部９３としては、例えば図９に示すように、ガス出口孔９２の直径が徐々に広がるような形状であてもよいし、図１０に示すように、例えば円錐形状の上端部に例えば円筒形状の突起部９３ａを有する窪み部９３を形成し、突起部９３ａにガス出口孔９２を接続するようにしてもよい。
　以上の実施の形態では、シャワーヘッド５０がシャワープレート５２とプレート５３により構成され、第１の処理ガスと第２の処理ガスを供給できるように構成されていたが、本実施の形態にかかる供給ノズル９０は、当然ながら一種類のガスのみを供給するシャワーヘッド５０やシャワープレート５２にも適用できる。
　次に、本実施の形態にかかる供給ノズルと９０と従来の供給ノズルとの比較試験の結果について説明する。図１１に本比較試験に用いた従来の供給ノズル２００の断面図を示す。従来の供給ノズル２００は、１つのガス出口孔２０１がガス入口孔９１の下端部に角度θを０（ゼロ）として設けられている点を除いては本実施の形態にかかる供給ノズル９０と同様である。
　比較試験では、供給ノズル９０と供給ノズル２００からそれぞれ試験用のガスを放出し、供給ノズル９０、２００から鉛直下方に所定の距離だけ離れた位置において放出されたガスの圧力を測定した。比較例１、２として、供給ノズル２００から５０ｍｍ及び１００ｍｍ離れた位置の圧力を、実施例として、供給ノズル９０から５０ｍｍ離れた位置の圧力を、それぞれ直径１００ｍｍの円の範囲内でそれぞれ測定した。この際、供給ノズル９０において、ガス入口孔９１の直径、ガス入口孔９１のシャワープレート５２の上端面からの深さ、ガス出口孔９２の先端の窪み部９３の有無、窪み部９３へのガス出口孔９２の接続位置、略円錐形状の窪み部９３の直径、ガス出口孔９２がガス入口孔９１に連通する角度θ、をそれぞれ変更して試験を行った。また、処理容器４０内の圧力は約８０Ｐａ（０．６Ｔｏｒｒ）、処理容器４０内の温度は６０℃とし、試験用のガスとして窒素ガスを４４０ｓｃｃｍの流量で供給した。
　図１２に、ガス入口孔９１の長さ、及びガス入口孔９１の直径を変化させた場合のガスの圧力についての測定結果を示す。図１２に示す比較例においては、ガス入口孔９１の直径は３ｍｍ、ガス入口孔９１の深さは９．５ｍｍで一定とし、実施例においては、ガス入口孔９１の直径を２ｍｍから５ｍｍの範囲で１ｍｍ間隔で変化させ、ガス入口孔９１の深さを５ｍｍから１０ｍｍの間で変化させている。なお、図１２の測定にあたって、ガス出口孔９２の先端に窪み部９３を設け、略円錐形状の窪み部９３の直径は３ｍｍ、窪み部９３へのガス出口孔９２の接続位置は、図１３に示す丸数字の「２」の位置、ガス出口孔９２がガス入口孔９１に連通する角度θは４５度で固定している。また、図１２に示す圧力は、上述の直径１００ｍｍの円の範囲内で測定した圧力の最大値と最小値の差の値（ΔＰ）である。したがって、この値が小さいほどガスが面内均一に供給されていると評価できる。
　図１２に示されるように、ガス入口孔９１の直径を２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍとした場合の実施例１～４においては、いずれの場合も従来の供給ノズル２００の５０ｍｍ下方において圧力を測定した比較例１よりも圧力差ΔＰは小さくなっている。このことから、供給ノズル９０のように、複数のガス出口孔９２をガス入口孔９１に対して所定の角度θで連通させることにより、供給ノズルから同一の距離だけ離れた位置で測定したウェハＷ面内での処理ガスの圧力差ΔＰを、供給ノズル２００を用いた場合と比較して小さくできる、換言すれば、ウェハＷ面内に処理ガスをより均一に供給できることが確認できる。特に、ガス入口孔９１の直径を３ｍｍ、深さを１０ｍｍとした場合（実施例２）、従来の供給ノズル２００から１００ｍｍ離れた位置における圧力差ΔＰよりも小さくなっている。したがって、実施例２の供給ノズル９０を有するシャワープレート５２を用いることで、従来の供給ノズル２００を備えたシャワープレートを用いる場合と比較して、ウェハＷとシャワープレート５２との距離を半分程度にできる。その結果、処理容器４０の高さを低減することで処理容器４０の容積を小さくし、コスト削減及びウェハ処理のスループットの向上を図ることができる。
　次に、図１３に示す窪み部９３の直径Ｄ及び窪み部９３へのガス出口孔９２の接続位置を変化させた場合のガス圧力差ΔＰの測定結果について、図１４に示す。図１４に示す比較例１、２においては、窪み部９３は直径３ｍｍの円錐形状で、ガス出口孔９２は窪み部９３の上端部に接続されている。実施例１～３においては、窪み部９３の直径を２ｍｍから４ｍｍの範囲で１ｍｍ間隔で変化させ、窪み部９３へのガス出口孔９２の接続位置を、窪み部９３の上端部近傍（図１３に示す丸数字の「１」の位置）、中間部近傍（図１３に示す丸数字の「２」の位置）、下端部近傍（図１３に示す丸数字の「３」の位置）で変化させている。また、実施例４は、窪み部９３を設けずにシャワープレート５２の下端面に直接ガス出口孔９２を連通させた場合である。なお、図１４の測定にあたっては、ガス入口孔９１の直径を３ｍｍ、ガス入口孔９１の深さを９ｍｍ、ガス出口孔９２がガス入口孔９１に連通する角度θは４５度で固定している。
　図１４に示されるように、窪み部９３を設けた実施例１～３は、いずれの場合も窪み部９３を設けていない実施例４よりも圧力差Δは小さくなっている。このことから、ガス出口孔９２を窪み部９３に接続することで効率的に処理ガスを拡散させ、ウェハＷ面内での処理ガスの均一性を向上させられることが確認できる。また、窪み部９３を設けていない実施例４においても、従来の供給ノズル２００の５０ｍｍ下方において圧力を測定した比較例１よりも圧力差ΔＰは小さくなっている。このことから、窪み部９３を設けていない場合であっても、供給ノズル９０を用いることで従来の供給ノズル９０よりも効率的に処理ガスを拡散させられることが確認できる。また、実施例３の結果から、ガス出口孔９２の窪み部９３への接続位置が窪み部９３の下方側になるほど圧力差ΔＰが小さくなっている。このことから、ガス出口孔９２は窪み部９３の下端部近傍に設けることが好ましいことが確認できる。
　次に、ガス出口孔９２がガス入口孔９１に連通する角度θを変化させた場合のガス圧力差ΔＰの測定結果について図１５に示す。実施例１は、角度θを４５度とした場合、実施例２は角度θを６０度とした場合の測定結果である。なお、図１５の測定にあたっては、ガス出口孔９２の先端に窪み部９３を設け、略円錐形状の窪み部９３の直径は３ｍｍ、窪み部９３へのガス出口孔９２の接続位置は図１３に示す丸数字の「２」の位置、ガス入口孔９１の直径は３ｍｍ、ガス入口孔９１の深さは９ｍｍで固定している。
　図１５に示す結果からは、角度θを大きくした実施例２のほうが実施例１より圧力差ΔＰが小さくなることが確認できる。また、実施例１、２のいずれも、従来の供給ノズル２００の５０ｍｍ下方において圧力を測定した比較例１よりも圧力差ΔＰは小さくなっているので、角度θは９０度～１２０度の範囲内で任意に設定できるものと推察できる。
　また、別の比較試験として、本実施の形態にかかる供給ノズル９０と従来の供給ノズル２００から所定のガスを放出した場合のガス流れについてシミュレーションを行った。その結果を図１６、図１７に示す。図１６は、本実施の形態にかかる供給ノズル９０から所定のガスを放出した場合のガス流れを模式的に表した図であり、図１６からは、供給ノズル９０の直下でガスが拡散し、概ね平行な流れとなっていることが確認できる。
　図１７は従来の供給ノズル２００から所定のガスを放出した場合のガス流れを模式的に表した図であり、従来の供給ノズル２００からは放出されるガスは直線的に放射状に広がる指向性を有していることが確認できる。そのため、供給ノズル２００では、ウェハ面内の圧力差ΔＰを小さくするには、供給ノズル２００とウェハＷとの距離を供給ノズル９０と比較して大きくする必要があることが、この結果からも確認できる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。上述の実施の形態は、ウェハにＣＯＲ処理を行う場合を例にして説明したが、本発明は処理ガスを用いる他のウェハ処理、例えばプラズマ処理などにも適用できる。
　　１　　基板処理システム
　　２　　搬入出部
　　３　　ロードロック室
　　４　　熱処理装置
　　５　　ＣＯＲ処理装置
　　１０　搬送室
　　１１　ウェハ搬送機構
　　１２　載置台
　　１３　アライメント装置
　　１４　ゲートバルブ
　　２０　処理容器
　　２１　載置台
　　３０　排気機構
　　４０　処理容器
　　４１　載置台
　　５０　シャワーヘッド
　　５１　支持部材
　　５２　シャワープレート
　　５３　プレート
　　７１　第１のガス供給源
　　７４　第２のガス供給源
　　８０　排気機構
　　９０　供給ノズル
　　９１　ガス入口孔
　　９２　ガス出口孔
　　９３　窪み部
　　１００　制御装置
　　Ｗ　　ウェハ

Claims (8)

  1. 基板を処理する基板処理装置であって、
    基板を気密に収容する処理容器と、
    前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
    前記載置台上に載置された基板に対向して配置され、複数の供給ノズルが形成されたシャワープレートと、
    前記シャワープレートを介して前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給源と、を有し、
    前記供給ノズルは、前記シャワープレートの上端面から下端面に向けて、当該シャワープレートの厚み方向の所定の位置まで形成されたガス入口孔と、前記ガス入口孔に対して斜め方向に連通し、且つ前記シャワープレートの下端面まで延伸する複数のガス出口孔と、を有する。
  2. 請求項１に記載の基板処理装置において、
    前記複数のガス出口孔は、平面視において前記ガス入口孔から放射状に等間隔で配置されている。
  3. 請求項１に記載の基板処理装置において、
    前記シャワープレートの下端面には、当該シャワープレートの上端面側に向けて窪んだ窪み部が複数設けられ、
    前記ガス出口孔の前記載置台側の端部は、前記窪み部に連通している。
  4. 請求項１に記載の基板処理装置において、
    前記処理ガス供給源は、第１の処理ガスを供給する第１のガス供給部と、第２の処理ガスを供給する第２のガス供給部を有し、
    前記シャワープレートのガス入口孔は、前記第１のガス供給部に接続された第１の入口孔と、前記第２のガス供給部に接続された第２の入口孔と、を有する。
  5. 基板処理が行われる基板処理装置の処理容器内に処理ガスを供給するシャワープレートであって、
    所定の厚みを有する円盤状の本体部と、
    前記本体部に形成された複数の供給ノズルと、を有し、
    前記供給ノズルは、前記本体部の上端面から下端面に向けて、当該本体部の厚み方向の所定の位置まで形成されたガス入口孔と、前記ガス入口孔に対して斜め方向に連通し、且つ前記本体部の下端面まで延伸する複数のガス出口孔と、を有する。
  6. 請求項５に記載のシャワープレートにおいて、
    前記複数のガス出口孔は、平面視において前記ガス入口孔から放射状に等間隔で配置されている。
  7. 請求項５に記載のシャワープレートにおいて、
    前記本体部の下端面には、当該本体部の上端面側に向けて窪んだ窪み部が複数設けられ、
    前記ガス出口孔の前記載置台側の端部は、前記窪み部に連通している。
  8. 基板を処理する基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
    前記基板処理装置は、
    基板を気密に収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
    前記載置台上に載置された基板に対向して配置され、複数の供給ノズルが形成されたシャワープレートと、前記シャワープレートを介して前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給源と、を有し、
    前記供給ノズルは、前記シャワープレートの上端面から下端面に向けて、当該シャワープレートの厚み方向の所定の位置まで形成されたガス入口孔と、前記ガス入口孔に対して斜め方向に連通し、且つ前記シャワープレートの下端面まで延伸する複数のガス出口孔と、を有し、
    前記処理ガス供給源から前記シャワープレートのガス入口孔に処理ガスを供給し、
    前記ガス入口孔に連通する前記ガス出口孔を介して前記処理容器内の基板に対して処理ガスを供給する。
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