特開 2023-113477 基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023113477

(43)【公開日】2023-08-16

(54)【発明の名称】基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20230808BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230808BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20230808BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20230808BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

H01L21/302 101G

H01L21/302 201

C23C16/455

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022015878

(22)【出願日】2022-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】黒澤 卓也

【テーマコード（参考）】

4K030

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030CA04

4K030CA12

4K030EA04

4K030EA11

4K030FA10

4K030GA02

4K030GA13

4K030KA46

4K030LA15

5F004AA01

5F004BA19

5F004BB19

5F004BB26

5F004BB29

5F004BC03

5F004BC06

5F004BC08

5F004BD04

5F004EA34

5F045AA06

5F045AE01

5F045AF01

5F045BB02

5F045DP19

5F045DP28

5F045DQ05

5F045EB03

5F045EE04

5F045EF03

5F045EF11

5F045EG01

5F045EK06

5F045EM09

5F045EM10

5F045EN05

(57)【要約】

【課題】基板処理の面内均一性を向上させること。
【解決手段】基板処理装置は、基板保持具と、吐出ノズルと、排気ノズルとを有する。基板保持具は、複数の基板を上下方向に間隔を空けて保持する。吐出ノズルは、基板保持具の側方に配置され、基板保持具に保持された複数の基板に向かう方向とは異なる方向にガスを吐出する。排気ノズルは、基板保持具を挟んで吐出ノズルとは反対側に配置され、吐出ノズルから吐出されるガスを排気する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の基板を上下方向に間隔を空けて保持する基板保持具と、
前記基板保持具の側方に配置され、前記基板保持具に保持された前記複数の基板に向かう方向とは異なる方向にガスを吐出する吐出ノズルと、
前記基板保持具を挟んで前記吐出ノズルとは反対側に配置され、前記吐出ノズルから吐出される前記ガスを排気する排気ノズルと
を有することを特徴とする基板処理装置。

【請求項2】

前記吐出ノズルは、
側面の前記複数の基板とは対向しない位置に、上下方向に間隔を空けて並んで配置された複数の吐出口を有し、前記基板保持具に保持された前記複数の基板に向かう方向とは異なる方向に前記複数の吐出口からガスを吐出する
ことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記複数の吐出口は、
上下方向における高さ位置が高いほど径が大きくなる
ことを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記排気ノズルは、
側面の前記複数の基板と対向する位置に、上下方向に間隔を空けて並んで配置された複数の排気口を有し、前記複数の吐出口から吐出される前記ガスを前記複数の排気口から排気する
ことを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記排気ノズルは、
側面の前記複数の基板とは対向しない位置に、上下方向に間隔を空けて並んで配置された複数の排気口を有し、前記複数の吐出口から吐出される前記ガスを前記複数の排気口から排気する
ことを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記複数の排気口は、
上下方向における高さ位置が高いほど径が大きくなる
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記複数の排気口は、
前記複数の吐出口とは１対１に対応し且つ径が同一である
ことを特徴とする請求項４～６のいずれか一つに記載の基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の基板に対して、例えばエッチング処理や成膜処理等の基板処理を一括で行う、バッチ式の基板処理装置が知られている。かかる基板処理装置は、例えば、複数の基板を上下方向に間隔を空けて基板保持具によって保持し、基板保持具の側方に配置された吐出ノズルから複数の基板に向けてガスを吐出することで、ガスに応じた基板処理を行う。吐出ノズルから吐出されるガスは、基板保持具を挟んで吐出ノズルとは反対側に配置された排気ノズルから排気される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平３－２５５６１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、吐出ノズルから複数の基板に向けてガスを吐出する基板処理装置では、基板処理の面内均一性が損なわれるという問題がある。すなわち、吐出ノズルから複数の基板に向けてガスを吐出する場合、各基板の吐出ノズルと対向する外周部近傍においては、各基板の中心部と比べてガスの流速が増大する。このように、各基板の面内においてガスの流速が不均一となることで、基板処理の面内均一性が低下するおそれがある。

【0005】

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、基板処理の面内均一性を向上させることができる基板処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願の開示する基板処理装置は、一つの態様において、基板保持具と、吐出ノズルと、排気ノズルとを有する。基板保持具は、複数の基板を上下方向に間隔を空けて保持する。吐出ノズルは、基板保持具の側方に配置され、基板保持具に保持された複数の基板に向かう方向とは異なる方向にガスを吐出する。排気ノズルは、基板保持具を挟んで吐出ノズルとは反対側に配置され、吐出ノズルから吐出されるガスを排気する。

【発明の効果】

【0007】

本願の開示する基板処理装置の一つの態様によれば、基板処理の面内均一性を向上させることができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態に係る基板処理装置の構成の一例を示す図である。

【図2】図２は、吐出ノズル及び排気ノズルの模式平面図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る基板処理装置におけるガスの流速分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図4】図４は、第２実施形態に係る基板処理装置の構成の一例を示す図である。

【図5】図５は、第３実施形態に係る基板処理装置の構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本願の開示する基板処理装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により開示技術が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

【0010】

（第１実施形態）
[基板処理装置の構成]
図１は、第１実施形態に係る基板処理装置１００の構成の一例を示す図である。図１に示すように、基板処理装置１００は、例えば半導体ウエハ等の複数の基板Ｗに対して、例えばエッチング処理や成膜処理等の基板処理を一括で行うことができるバッチ式の基板処理装置として構成される。

【0011】

基板処理装置１００は、加熱炉１１０を備える。加熱炉１１０は、カバー部材１１１と、ヒータ１１２とを備える。カバー部材１１１は、天井部を備える筒状の部材である。ヒータ１１２は、カバー部材１１１の内周面に設けられる。

【0012】

加熱炉１１０内には、例えば石英からなる処理容器１２０が配置される。そして、上記ヒータ１１２は、処理容器１２０の外側を囲むように設けられる。

【0013】

処理容器１２０の内部には、ウエハボート（基板保持具の一例）１３０が配置される。ウエハボート１３０は、例えば石英で形成される。ウエハボート１３０は、複数の基板Ｗを上下方向に間隔を空けて保持する。ウエハボート１３０は、不図示の昇降機構により昇降することにより、処理容器１２０への搬入搬出が可能となっている。また、ウエハボート１３０は、不図示の回転機構により処理容器１２０内において回転することが可能となっている。

【0014】

ウエハボート１３０の側方には、吐出ノズル１４０が配置される。吐出ノズル１４０は、例えば石英で形成され、カバー部材１１１の底部を貫通し、処理容器１２０内を処理容器１２０の内壁面に沿って上方向に延伸している。吐出ノズル１４０は、側面の複数の基板Ｗとは対向しない位置に、上下方向に間隔を空けて並んで配置された複数の吐出口１４１を有する。複数の吐出口１４１の径は、同一である。吐出口１４１どうしの間隔は、例えばウエハボート１３０に保持される複数の基板Ｗの間隔と同じになるように設定される。各吐出口１４１の上下方向における高さ位置は、例えば各吐出口１４１が上下方向に隣り合う基板Ｗどうしの中間に位置するように設定される。吐出ノズル１４０は、ウエハボート１３０に保持される複数の基板Ｗに向かう方向とは異なる方向に複数の吐出口１４１からガスを吐出する。

【0015】

ウエハボート１３０を挟んで吐出ノズル１４０と反対側には、排気ノズル１５０が配置される。排気ノズル１５０は、例えば石英で形成され、カバー部材１１１の底部を貫通し、処理容器１２０内を処理容器１２０の内壁面に沿って上方向に延伸している。排気ノズル１５０は、側面の複数の基板Ｗと対向する位置に、上下方向に間隔を空けて並んで配置された複数の排気口１５１を有する。排気ノズル１５０は、吐出ノズル１４０から吐出されるガスを排気する。

【0016】

仮に吐出ノズル１４０が複数の基板Ｗに向けてガスを吐出する場合、各基板Ｗの吐出ノズル１４０と対向する外周部近傍においては、各基板Ｗの中心部と比べてガスの流速が増大し、各基板Ｗの面内においてガスの流速が不均一となる。これにより、基板処理の面内均一性が低下するおそれがある。

【0017】

これに対し、吐出ノズル１４０は、複数の基板Ｗに向かう方向とは異なる方向にガスを吐出することで、各基板Ｗの吐出ノズル１４０と対向する外周部近傍におけるガスの流速が局所的に増大してしまうことを抑制することができる。したがって、第１実施形態に係る基板処理装置１００によれば、例えば吐出ノズル１４０から複数の基板Ｗに向けてガスを吐出する基板処理装置と比べて、各基板Ｗの面内におけるガスの流速の不均一を抑制することができる。結果として、第１実施形態に係る基板処理装置１００によれば、基板処理の面内均一性を向上させることができる。

【0018】

吐出ノズル１４０には、例えば、エッチングガスや成膜原料ガス等のガスを吐出ノズル１４０へ導入するガス供給機構１６０が接続される。ガス供給機構１６０は、ガス供給源１６１と、ガス供給源１６１からガスを吐出ノズル１４０へ導くガス配管１６２とを備える。ガス配管１６２には、流量制御器１６３及び開閉弁１６４が設けられる。

【0019】

また、排気ノズル１５０には、排気管１７１が接続されており、排気管１７１には、圧力調整弁１７２を介して排気装置１７３が接続される。排気装置１７３により、排気ノズル１５０及び排気管１７１を介して処理容器１２０内のガスが排気される。

【0020】

[吐出ノズル及び排気ノズルの構造]
ここで、吐出ノズル１４０及び排気ノズル１５０の構造について図２を参照してさらに説明する。図２は、吐出ノズル１４０及び排気ノズル１５０の模式平面図である。図２には、ウエハボート１３０に保持された複数の基板Ｗが吐出ノズル１４０及び排気ノズル１５０と併せて示されている。上述したように、吐出ノズル１４０は、ウエハボート１３０の側方に配置され、排気ノズル１５０は、ウエハボート１３０を挟んで吐出ノズル１４０とは反対側に配置される。

【0021】

吐出ノズル１４０の側面の複数の基板Ｗとは対向しない位置には、複数の吐出口１４１（図１参照）が上下方向に間隔を空けて並んで配置される。具体的には、例えば図２に示すように、吐出口１４１は、吐出ノズル１４０の側面のうち、吐出ノズル１４０の中心軸から基板Ｗの中心軸へ向かう方向Ｄ１に対する角度θ_１が９０°以上２７０°以下である方向に対応する位置に配置される。本実施形態においては、吐出口１４１は、吐出ノズル１４０の側面のうち、角度θ_１が１８０°である方向（すなわち、吐出ノズル１４０の中心軸から基板Ｗの中心軸へ向かう方向Ｄ１とは反対の方向）に対応する位置に配置される。

【0022】

吐出ノズル１４０の側面の複数の基板Ｗとは対向しない位置に複数の吐出口１４１を配置することで、複数の基板Ｗに向かう方向とは異なる方向に複数の吐出口１４１から効率的にガスを吐出することができる。

【0023】

排気ノズル１５０の側面の複数の基板Ｗと対向する位置には、複数の排気口１５１（図１参照）が上下方向に間隔を空けて並んで配置される。具体的には、例えば図２に示すように、排気口１５１は、排気ノズル１５０の側面のうち、排気ノズル１５０の中心軸から基板Ｗの中心軸へ向かう方向Ｄ２に対する角度θ_２が－９０以上９０°以下である方向に対応する位置に配置される。本実施形態においては、排気口１５１は、排気ノズル１５０の側面のうち、角度θ_２が０°である方向（すなわち、排気ノズル１５０の中心軸から基板Ｗの中心軸へ向かう方向Ｄ２）に対応する位置に配置される。

【0024】

排気ノズル１５０の側面の複数の基板Ｗと対向する位置に複数の排気口１５１を配置することで、複数の吐出口１４１から吐出され且つ基板Ｗ間の空間を通過したガスを複数の排気口１５１から効率的に排気することができる。

【0025】

複数の排気口１５１は、図１及び図２に示すように、複数の吐出口１４１とは１対１に対応し且つ径が同一である。このようにすることで、複数の基板Ｗに向かう方向とは異なる方向に複数の吐出口１４１から効率的にガスを吐出するとともに、複数の吐出口１４１から吐出され且つ基板Ｗ間の空間を通過したガスを複数の排気口１５１から効率的に排気することができる。

【0026】

[シミュレーション結果]
次に、図３を参照して、第１実施形態に係る基板処理装置１００におけるガスの流速分布のシミュレーション結果について説明する。図３は、第１実施形態に係る基板処理装置１００におけるガスの流速分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。図３の横軸は、基板Ｗの中心位置を基準とした径方向の位置［ｍｍ］を示している。図３の縦軸は、上下方向に隣り合う基板Ｗどうしの中間位置を通過し且つ基板Ｗの表面に平行な平面におけるガスの流速[ｍ／ｓ]を示している。すなわち、図３は、基板Ｗの中心位置を「０」として、基板Ｗの「－１５０ｍｍ」の位置から「＋１５０ｍｍ」の位置までのガスの流速の分布を示すものである。基板Ｗの「＋１５０ｍｍ」の位置は、基板Ｗの吐出ノズル１４０と対向する外周部の位置であり、基板Ｗの「－１５０ｍｍ」の位置は、基板Ｗの排気ノズル１５０と対向する外周部の位置である。

【0027】

また、図３において、実施例１は、第１実施形態に係る基板処理装置１００についてシミュレーションした場合である。比較例１は、複数の基板Ｗに向けてガスを吐出する吐出ノズルを設けた基板処理装置についてシミュレーションした場合である。

【0028】

図３に示すように、比較例１では、吐出ノズル１４０と対向する外周部近傍である基板Ｗの「＋１００ｍｍ」の位置付近が最も流速が高く、「－１００ｍｍ」の位置に向かってガスの流速が徐々に減少する、テーパ状の分布となっている。これに対し、実施例１では、基板Ｗの中心位置から外周部まで流速がほぼ均一な分布となっている。すなわち、実施例１では、複数の基板Ｗに向かう方向とは異なる方向にガスを吐出する吐出ノズル１４０を用いることで、ガスの流速について、テーパ状の分布を基板Ｗの中心位置から外周部まで流速がほぼ均一な分布に近づけることができる。つまり、実施例１では、基板Ｗの面内におけるガスの流速の不均一を抑制することができる。結果として、第１実施形態に係る基板処理装置１００によれば、基板処理の面内均一性を向上させることができる。

【0029】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る基板処理装置の構成について図４を参照して説明する。図４は、第２実施形態に係る基板処理装置の構成の一例を示す図である。

【0030】

図４に示すように、第２実施形態に係る基板処理装置１００Ａのウエハボート１３０の側方には、吐出ノズル１４０Ａが配置される。吐出ノズル１４０Ａは、側面の複数の基板Ｗとは対向しない位置に、上下方向に間隔を空けて並んで配置された複数の吐出口１４１Ａを有する。複数の吐出口１４１Ａの径は、上下方向における高さ位置が高いほど大きくなっている。

【0031】

このように、複数の吐出口１４１Ａの径を上下方向における高さ位置が高いほど大きくすることで、複数の吐出口１４１Ａの高さ位置の相違に因るガスの吐出圧の差を低減することができる。したがって、複数の基板Ｗの面間におけるガスの流速の不均一を抑制することができることから、基板処理の面間均一性を向上させることができる。

【0032】

また、ウエハボート１３０を挟んで吐出ノズル１４０Ａと反対側には、排気ノズル１５０Ａが配置される。排気ノズル１５０Ａは、側面の複数の基板Ｗと対向する位置に、上下方向に間隔を空けて並んで配置された複数の排気口１５１Ａを有する。複数の排気口１５１Ａの径は、上下方向における高さ位置が高いほど大きくなっている。

【0033】

このように、複数の排気口１５１Ａの径を上下方向における高さ位置が高いほど大きくすることで、複数の排気口１５１Ａの高さ位置の相違に因るガスの排気圧の差を低減することができる。したがって、複数の基板Ｗの面間におけるガスの流速の不均一を抑制することができることから、基板処理の面間均一性を向上させることができる。

【0034】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る基板処理装置の構成について図５を参照して説明する。図５は、第３実施形態に係る基板処理装置の構成の一例を示す図である。

【0035】

図５に示すように、第３実施形態に係る基板処理装置１００Ｂのウエハボート１３０を挟んで吐出ノズル１４０と反対側には、排気ノズル１５０Ｂが配置される。排気ノズル１５０Ｂは、側面の複数の基板Ｗと対向しない位置に、上下方向に間隔を空けて並んで配置された複数の排気口１５１Ｂを有する。具体的には、排気口１５１Ｂは、排気ノズル１５０Ｂの側面のうち、排気ノズル１５０Ｂの中心軸から基板Ｗの中心軸へ向かう方向Ｄ２（図２参照）に対する角度θ_２が９０°以上２７０°以下である方向に対応する位置に配置される。本実施形態においては、排気口１５１Ｂは、排気ノズル１５０Ｂの側面のうち、角度θ_２が１８０°である方向（すなわち、排気ノズル１５０Ｂの中心軸から基板Ｗの中心軸へ向かう方向Ｄ２とは反対の方向）に対応する位置に配置される。

【0036】

排気ノズル１５０Ｂの側面の複数の基板Ｗと対向する位置に複数の排気口１５１Ｂを配置することで、各基板Ｗの排気ノズル１５０Ｂと対向する外周部近傍におけるガスの流速が局所的に増大してしまうことを抑制することができる。これにより、各基板Ｗの面内におけるガスの流速の不均一をより抑制することができる。

【0037】

以上のように、実施形態に係る基板処理装置（例えば、基板処理装置１００、１００Ａ、１００Ｂ）は、基板保持具（例えば、ウエハボート１３０）と、吐出ノズル（例えば、吐出ノズル１４０、１４０Ａ）と、排気ノズル（例えば、排気ノズル１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ）とを有する。基板保持具は、複数の基板（例えば、基板Ｗ）を上下方向に間隔を空けて保持する。吐出ノズルは、基板保持具の側方に配置され、基板保持具に保持された複数の基板に向かう方向とは異なる方向にガスを吐出する。排気ノズルは、基板保持具を挟んで吐出ノズルとは反対側に配置され、吐出ノズルから吐出されるガスを排気する。これにより、実施形態に係る基板処理装置によれば、基板処理の面内均一性を向上させることができる。

【0038】

また、吐出ノズルは、側面の複数の基板とは対向しない位置に、上下方向に間隔を空けて並んで配置された複数の吐出口（例えば、吐出口１４１、１４１Ａ）を有してもよい。吐出ノズルは、基板保持具に保持された複数の基板に向かう方向とは異なる方向に複数の吐出口からガスを吐出してもよい。これにより、実施形態に係る基板処理装置によれば、複数の基板に向かう方向とは異なる方向に複数の吐出口から効率的にガスを吐出することができる。

【0039】

また、複数の吐出口（例えば、吐出口１４１Ａ）は、上下方向における高さ位置が高いほど径が大きくなってもよい。これにより、実施形態に係る基板処理装置によれば、複数の基板の面間におけるガスの流速の不均一を抑制することができることから、基板処理の面間均一性を向上させることができる。

【0040】

また、排気ノズルは、側面の複数の基板と対向する位置に、上下方向に間隔を空けて並んで配置された複数の排気口（例えば、排気口１５１、１５１Ａ）を有してもよい。排気ノズルは、複数の吐出口から吐出されるガスを複数の排気口から排気してもよい。これにより、実施形態に係る基板処理装置によれば、複数の吐出口から吐出され且つ基板間の空間を通過したガスを複数の排気口から効率的に排気することができる。

【0041】

また、排気ノズルは、側面の複数の基板とは対向しない位置に、上下方向に間隔を空けて並んで配置された複数の排気口（例えば、排気口１５１Ｂ）を有してもよい。排気ノズルは、複数の吐出口から吐出されるガスを複数の排気口から排気してもよい。これにより、実施形態に係る基板処理装置によれば、各基板の面内におけるガスの流速の不均一をより抑制することができる。

【0042】

また、複数の排気口は、上下方向における高さ位置が高いほど径が大きくなってもよい。これにより、実施形態に係る基板処理装置によれば、複数の基板の面間におけるガスの流速の不均一を抑制することができることから、基板処理の面間均一性を向上させることができる。

【0043】

また、複数の排気口は、複数の吐出口とは１対１に対応し且つ径が同一であってもよい。これにより、実施形態に係る基板処理装置によれば、複数の基板に向かう方向とは異なる方向に複数の吐出口から効率的にガスを吐出するとともに、複数の吐出口から吐出され且つ基板間の空間を通過したガスを複数の排気口から効率的に排気することができる。

【符号の説明】

【0044】

１００，１００Ａ，１００Ｂ 基板処理装置
１３０ ウエハボート
１４０，１４０Ａ 吐出ノズル
１４１，１４１Ａ 吐出口
１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ 排気ノズル
１５１，１５１Ａ，１５１Ｂ 排気口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】