(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】P2024124025
(43)【公開日】2024-09-12
(54)【発明の名称】基板処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/31 20060101AFI20240905BHJP
H01L 21/683 20060101ALI20240905BHJP
C23C 16/458 20060101ALI20240905BHJP
【FI】
H01L21/31 B
H01L21/68 N
C23C16/458
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023031907
(22)【出願日】2023-03-02
(71)【出願人】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】田口 純之介
(72)【発明者】
【氏名】竹内 靖
(72)【発明者】
【氏名】本間 学
(72)【発明者】
【氏名】林 伊吹
【テーマコード(参考)】
4K030
5F045
5F131
【Fターム(参考)】
4K030EA04
4K030GA06
4K030GA09
4K030KA23
5F045AC15
5F045AC16
5F045BB15
5F045DP15
5F045DP27
5F045DP28
5F045DQ12
5F045EB06
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5F045EK07
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5F131CA06
5F131CA12
5F131EA24
5F131EB52
5F131EB67
5F131EB84
(57)【要約】
【課題】パーティクルの発生を抑制できる技術を提供する。
【解決手段】本開示の一態様による基板処理装置は、真空容器と、前記真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルと、前記回転テーブルと共に回転する載置台と、を備え、前記回転テーブルは、回転中心から離隔した位置に設けられる開口を有し、前記開口は、内側面が前記回転テーブルの上面及び下面と連なり、前記載置台は、前記開口の前記内側面に対して隙間をあけて設けられる。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
真空容器と、
前記真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルと、
前記回転テーブルと共に回転する載置台と、
を備え、
前記回転テーブルは、回転中心から離隔した位置に設けられる開口を有し、
前記開口は、内側面が前記回転テーブルの上面及び下面と連なり、
前記載置台は、前記開口の前記内側面に対して隙間をあけて設けられる、
基板処理装置。
【請求項2】
前記載置台は、
前記載置台の中心部に設けられ、基板が載置される載置面と、
前記載置面よりも該載置台の外方に設けられ、前記載置面よりも下方に窪んだ窪み面と、
前記窪み面と連なり、前記開口の前記内側面に対して隙間をあけて対向する対向面と、
を有する、
請求項1に記載の基板処理装置。
【請求項3】
前記載置台は、前記窪み面の少なくとも一部に設けられ、前記載置面より上方まで突出する突起を有する、
請求項2に記載の基板処理装置。
【請求項4】
前記載置台は、前記載置面と前記窪み面との間に設けられ、前記載置面から前記窪み面に向けて傾斜する傾斜面を有する、
請求項2に記載の基板処理装置。
【請求項5】
前記載置面の外径は、前記基板の外径よりも小さい、
請求項2に記載の基板処理装置。
【請求項6】
前記載置台は、前記回転テーブルに対して回転可能である、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、基板処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複数のウエハを載置した回転テーブルを回転させることで各ウエハを公転させ、回転テーブルの半径方向に沿うように配置される処理ガスの供給領域を繰り返し通過させることで、ウエハに各種の膜を成膜する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この装置においては、回転テーブルによりウエハが公転する間、ウエハが自転するようにウエハの載置台を回転させて、当該ウエハの周方向における膜の均一性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、パーティクルの発生を抑制できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様による基板処理装置は、真空容器と、前記真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルと、前記回転テーブルと共に回転する載置台と、を備え、前記回転テーブルは、回転中心から離隔した位置に設けられる開口を有し、前記開口は、内側面が前記回転テーブルの上面及び下面と連なり、前記載置台は、前記開口の前記内側面に対して隙間をあけて設けられる。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、パーティクルの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【
図1】実施形態に係る成膜装置の構成例を示す断面図である。
【
図2】
図1の成膜装置の真空容器内の構成を示す平面図である。
【
図3】
図1の成膜装置の回転テーブル及び載置台の構成を示す斜視図である。
【
図4】
図1の成膜装置の収容ボックス内の構成を示す断面図である。
【
図8】
図5のVIII-VIII線矢視断面図である。
【
図10】実施例におけるガスの流速分布を示す図である。
【
図11】比較例におけるガスの流速分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【0009】
〔基板処理装置〕
図1から
図4を参照し、実施形態に係る基板処理装置の一例として、基板Wに膜を形成する成膜装置300を例示して説明する。
【0010】
図1は、実施形態に係る成膜装置300の構成例を示す断面図である。
図2は、
図1の成膜装置300の真空容器311内の構成を示す平面図である。
図2においては、説明の便宜上、天板311bの図示を省略している。
図3は、
図1の成膜装置300の回転テーブル321及び載置台321aの構成を示す斜視図である。
図4は、
図1の成膜装置300の収容ボックス322内の構成を示す断面図である。
【0011】
成膜装置300は、処理部310と、回転駆動装置320と、制御部390とを備える。
【0012】
処理部310は、真空容器311と、ガス導入部312と、ガス排気口313と、搬送口314と、加熱部315とを有する。
【0013】
真空容器311は、内部を減圧可能な処理容器である。真空容器311は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な形状を有する。真空容器311は、内部に複数の基板Wを収容する。基板Wは、例えば半導体ウエハであってよい。
【0014】
真空容器311は、本体311aと、天板311bと、側壁体311cと、底板311dとを含む。本体311aは、円筒形状を有する。天板311bは、本体311aの上面に対してシール部311eを介して気密に着脱可能に配置される。側壁体311cは、本体311aの下面に接続され、円筒形状を有する。底板311dは、側壁体311cの底面に対して気密に配置される。
【0015】
ガス導入部312は、原料ガスノズル312aと、反応ガスノズル312bと、分離ガスノズル312c,312dとを含む。原料ガスノズル312a、反応ガスノズル312b及び分離ガスノズル312c,312dは、回転テーブル321の上方に、真空容器311の周方向(
図2の矢印Aで示される方向)に互いに間隔をおいて配置される。図示の例では、搬送口314から時計回り(回転テーブル321の回転方向)に、分離ガスノズル312c、原料ガスノズル312a、分離ガスノズル312d及び反応ガスノズル312bがこの順に配列される。原料ガスノズル312a、反応ガスノズル312b及び分離ガスノズル312c,312dの基端部であるガス導入ポート312a1,312b1,312c1,312d1は、本体311aの外壁に固定される。原料ガスノズル312a、反応ガスノズル312b及び分離ガスノズル312c,312dは、真空容器311の外壁から真空容器311内に導入され、本体311aの半径方向に沿って回転テーブル321に対して水平に伸びるように取り付けられる。原料ガスノズル312a、反応ガスノズル312b及び分離ガスノズル312c,312dは、例えば石英により形成される。
【0016】
原料ガスノズル312aは、配管及び流量制御器等(図示せず)を介して、原料ガスの供給源(図示せず)に接続される。原料ガスとしては、例えばシリコン含有ガス、金属含有ガスを利用できる。原料ガスノズル312aには、回転テーブル321に向かって開口する複数の吐出孔(図示せず)が、原料ガスノズル312aの長さ方向に沿って間隔を有して配列される。原料ガスノズル312aは、複数の吐出孔から原料ガスを吐出する。原料ガスノズル312aの下方領域は、原料ガスを基板Wに吸着させるための原料ガス吸着領域P1となる。
【0017】
反応ガスノズル312bは、配管及び流量制御器等(図示せず)を介して、反応ガスの供給源(図示せず)に接続される。反応ガスとしては、例えば酸化ガス、窒化ガスを利用できる。反応ガスノズル312bには、回転テーブル321に向かって開口する複数の吐出孔(図示せず)が、反応ガスノズル312bの長さ方向に沿って間隔を有して配列される。反応ガスノズル312bは、複数の吐出孔から反応ガスを吐出する。反応ガスノズル312bの下方領域は、原料ガス吸着領域P1において基板Wに吸着された原料ガスを酸化又は窒化させる反応ガス供給領域P2となる。
【0018】
分離ガスノズル312c,312dは、いずれも配管及び流量制御バルブ等(図示せず)を介して、分離ガスの供給源(図示せず)に接続される。分離ガスとしては、例えばアルゴン(Ar)ガス、窒素(N2)ガス等の不活性ガスを利用できる。分離ガスノズル312c,312dには、回転テーブル321に向かって開口する複数の吐出孔(図示せず)が、分離ガスノズル312c,312dの長さ方向に沿って間隔を有して配列される。分離ガスノズル312c,312dは、複数の吐出孔から分離ガスを吐出する。
【0019】
ガス導入部312は、回転テーブル321の下方にパージガスを供給するパージガス導入部(図示せず)を含んでもよい。パージガスとしては、例えば分離ガスと同じガスを利用できる。
【0020】
真空容器311内には2つの凸状部317が設けられる。凸状部317は、回転テーブル321に向かって突出するように天板311bの裏面に取り付けられる。凸状部317は、分離ガスノズル312c,312dと共に分離領域Dを構成する。凸状部317は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有する。凸状部317は、内円弧が突出部318に連結される。凸状部317は、外円弧が本体311aの内壁に沿って配置される。
【0021】
ガス排気口313は、第1排気口313aと、第2排気口313bとを含む。第1排気口313aは、第1排気領域E1の底部に形成される。第1排気領域E1は、原料ガス吸着領域P1に連通する。第2排気口313bは、第2排気領域E2の底部に形成される。第2排気領域E2は、反応ガス供給領域P2に連通する。第1排気口313a及び第2排気口313bは、排気配管(図示せず)を介して、真空ポンプ等を含む排気装置(図示せず)に接続される。
【0022】
搬送口314は、真空容器311の側壁に設けられる。搬送口314は、回転テーブル321と搬送アーム314aとの間で基板Wの受け渡しを行うための開口である。搬送口314は、ゲートバルブ(図示せず)により開閉される。
【0023】
加熱部315は、固定軸315aと、ヒータ支持部315bと、ヒータ315cとを含む。
【0024】
固定軸315aは、真空容器311の中心を中心軸とする円筒形状を有する。固定軸315aは、回転軸323の内側に、底板311dを貫通して設けられる。固定軸315aの外壁と回転軸323の内壁との間には、シール部315dが設けられる。これにより、回転軸323は、真空容器311内の気密状態を維持しながら、固定軸315aに対して回転する。シール部315dは、例えば磁性流体シールを含む。
【0025】
ヒータ支持部315bは、固定軸315aの上部に固定され、円板形状を有する。ヒータ支持部315bは、ヒータ315cを支持する。
【0026】
ヒータ315cは、ヒータ支持部315bの上面に設けられる。ヒータ315cは、ヒータ支持部315bの上面に加え、本体311aに設けられてもよい。ヒータ315cは、基板Wを加熱する。
【0027】
回転駆動装置320は、回転テーブル321と、収容ボックス322と、回転軸323と、公転用モータ324とを有する。
【0028】
回転テーブル321は、真空容器311内に設けられる。回転テーブル321は、真空容器311の中心に回転中心を有する。回転テーブル321は、例えば円板形状を有する。回転テーブル321は、例えば石英により形成される。回転テーブル321は、複数の接続部321dを介して収容ボックス322に接続される。回転テーブル321は、複数(例えば5つ)の開口321hを有する。複数の開口321hは、回転テーブル321の回転方向に沿って互いに間隔をあけて設けられる。各開口321hは、回転テーブル321の回転中心から離隔した位置に設けられる。
【0029】
載置台321aは、平面視において開口321hと重なる位置に設けられる。載置台321aは、回転テーブル321の回転方向に沿って複数設けられる。載置台321aの数は、開口321hの数と同じである。各載置台321aは、回転テーブル321の回転中心から離隔した位置に設けられる。各載置台321aは、基板Wよりも僅かに大きい円板形状を有する。各載置台321aは、例えば石英により形成される。各載置台321aは、Al2O3、AlN、SiC等の熱伝導率が高い材料により形成されてもよい。各載置台321aには、基板Wが載置される。各載置台321aは、回転テーブル321と共に回転可能に構成される。各載置台321aは、自転軸321bを介して自転用モータ321cに接続され、回転テーブル321に対して回転可能に構成される。回転テーブル321及び載置台321aの詳細な構造については後述する。
【0030】
自転軸321bは、載置台321aの下面と自転用モータ321cとを接続する。自転軸321bは、自転用モータ321cの動力を載置台321aに伝達する。自転軸321bは、載置台321aの中心を回転中心として回転可能に構成される。自転軸321bは、回転テーブル321の回転方向に沿って複数設けられる。自転軸321bの数は、載置台321aの数と同じである。自転軸321bは、収容ボックス322の天井部322bを貫通する。天井部322bの貫通孔には、シール部326cが設けられ、収容ボックス322内の気密状態が維持される。シール部326cは、例えば磁性流体シールを含む。
【0031】
自転用モータ321cは、収容ボックス322内に収容される。自転用モータ321cは、自転軸321bを介して載置台321aを回転テーブル321に対して回転させる。これにより、基板Wが自転する。自転用モータ321cは、例えばサーボモータである。
【0032】
接続部321dは、回転テーブル321の下面と収容ボックス322の上面とを接続する。接続部321dは、例えば回転テーブル321の周方向に沿って複数設けられる。複数の接続部321dと複数の自転軸321bとは、同一円周上に設けられてよい。接続部321dと自転軸321bとは、回転テーブル321の周方向に沿って交互に設けられてよい。
【0033】
収容ボックス322は、真空容器311内における回転テーブル321の下方に設けられる。収容ボックス322は、複数の接続部321dを介して回転テーブル321に接続され、回転テーブル321と一体で回転可能に構成される。収容ボックス322は、昇降機構(図示せず)により真空容器311内で昇降可能に構成されてもよい。収容ボックス322は、本体部322aと、天井部322bとを有する。
【0034】
本体部322aは、断面視凹状に形成され、回転テーブル321の回転方向に沿ってリング状に形成される。
【0035】
天井部322bは、本体部322aの上部に設けられる。天井部322bは、断面視凹状に形成された本体部322aの開口を塞ぐことで、真空容器311内から隔離された収容部322cを本体部322aと共に形成する。
【0036】
収容部322cは、断面視矩形状に形成され、回転テーブル321の回転方向に沿ってリング状に形成される。収容部322cは、自転用モータ321cを収容する。本体部322aには、連通路322dが形成される。連通路322dは、収容部322cと成膜装置300の外部とを連通させる。これにより、成膜装置300の外部から連通路322dを介して収容部322cに大気が導入される。その結果、収容部322c内が冷却されると共に、収容部322c内が大気圧に維持される。
【0037】
回転軸323は、収容ボックス322の下部に固定される。回転軸323は、底板311dを貫通して設けられる。回転軸323は、公転用モータ324の動力を回転テーブル321及び収容ボックス322に伝達し、回転テーブル321及び収容ボックス322を一体で回転させる。底板311dの貫通孔には、シール部311fが設けられ、真空容器311内の気密状態が維持される。シール部311fは、例えば磁性流体シールを含む。
【0038】
回転軸323の内部には、貫通孔323aが設けられる。貫通孔323aは、連通路322dと接続され、収容ボックス322内に大気を導入するための流体流路として機能する。貫通孔323aは、自転用モータ321cを駆動させるための電力線及び信号線を導入するための配線ダクトとしても機能する。貫通孔323aは、例えば自転用モータ321cと同じ数だけ設けられる。
【0039】
制御部390は、成膜装置300の各部を制御する。制御部390は、例えばコンピュータであってよい。成膜装置300の各部の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、DVD等であってよい。
【0040】
〔載置台〕
図5から
図8を参照し、前述の成膜装置300が備える載置台321aの一例について説明する。以下では、回転テーブル321及び載置台321aを、それぞれ回転テーブル400及び載置台410として説明する。
図5は、載置台410を示す平面図である。
図6は、
図5のVI-VI線矢視断面図である。
図7は、
図5のVII-VII線矢視断面図である。
図8は、
図5のVIII-VIII線矢視断面図である。
図6において、原料ガス及び反応ガスの流れを実線の矢印で示し、パージガスの流れを破線で示す。以下では、原料ガスと反応ガスとを総称して処理ガスともいう。
【0041】
回転テーブル400は、複数(例えば5つ)の開口401を有する。複数の開口401は、回転テーブル400の回転方向に沿って互いに間隔をあけて設けられる。各開口401は、回転中心から離隔した位置に設けられる。各開口401の内側面402は、回転テーブル400の上面403及び下面404と連なる。
【0042】
載置台410は、平面視で開口401と重なる位置に、内側面402に対して隙間S1をあけて設けられる。隙間S1は、鉛直方向に沿って回転テーブル400の上方から下方まで延在する。隙間S1を設けることで、載置台410の外周部において載置台410の下方に向かうガスの流れが形成される。隙間S1は、例えば0.1mm以上5mm以下であってよく、好ましくは2mmである。載置台410には、基板Wが載置される。載置台410は、自転軸321bに接続される。載置台410は、自転軸321bが回転することで、自転軸321bと一体で回転テーブル400に対して回転する。
【0043】
載置台410は、載置面411と、窪み面412と、突起413と、対向面414と、傾斜面415と、下面416とを有する。
【0044】
載置面411は、載置台410の上面を形成する。載置面411は、載置台410の中心部に設けられる。載置面411には、基板Wが載置される。載置面411は、例えば平坦である。載置面411の高さ位置は、回転テーブル400の上面403の高さ位置よりも低くてよい。載置面411は、平面視において、基板Wの外径よりも小さい外径を有する円形状を有してよい。
【0045】
窪み面412は、載置台410の上面を形成する。窪み面412は、載置面411よりも載置台410の外方に設けられる。窪み面412は、載置面411よりも下方に窪んでいる。窪み面412は、例えば平坦である。窪み面412は、平面視において、基板Wの外径よりも小さい内径と、基板Wの外径よりも大きい内径とを有する円環形状を有してよい。
【0046】
突起413は、窪み面412の少なくとも一部に設けられる。突起413は、窪み面412から上方に突出する。突起413は、例えば載置面411よりも上方まで突出する。突起413の高さ位置は、回転テーブル400の上面403の高さ位置と同じであってよい。突起413を設けることで、載置面411上での基板Wの位置ずれを抑制できる。突起413は、例えば円柱状を有する。突起413は、例えば載置台410の周方向に沿って等間隔に6つ設けられる。ただし、突起413の形状、個数及び配置はこれに限定されない。
【0047】
対向面414は、載置台410の外側面を形成する。対向面414は、窪み面412の外周部及び下面416の外周部と連なる。対向面414は、内側面402に対して隙間S1をあけて対向する。
【0048】
傾斜面415は、載置台410の上面を形成する。傾斜面415は、載置面411と窪み面412との間に設けられる。傾斜面415は、載置面411及び窪み面412と連なる。傾斜面415は、載置面411から窪み面412に向けて下方に傾斜する。傾斜面415は、平面視において、基板Wの外径よりも小さい内径及び外径を有する円環形状を有してよい。傾斜面415を設けることで、基板Wの裏面と載置台410との擦れを防止できる。これにより、基板Wと載置台410との擦れに起因するパーティクルの発生を抑制できる。傾斜面415は、例えば曲面状である。
【0049】
下面416は、例えば平坦面である。下面416は、平面視において、円形状を有する。下面416には、自転軸321bが接続される。
【0050】
以上に説明したように、実施形態に係る成膜装置300によれば、真空容器311と、回転テーブル400と、載置台410とを備える。回転テーブル400は、真空容器311内に回転可能に設けられ、回転中心から離隔した位置に設けられる開口401を有する。開口401は、内側面402が上面403及び下面404と連なる。載置台410は、開口401の内側面402に対して隙間S1をあけて設けられる。この場合、載置台410の外周部において載置台410の下方に向かうガスの流れが形成される。
【0051】
載置台410の外周部において載置台410の下方に向かうガスの流れが形成されると、載置台410の外周部でのガスの滞留が抑制される。これにより、原料ガス吸着領域P1において載置台410の外周部への原料ガスの吸着を抑制できる。このため、回転テーブル400の回転により載置台410が反応ガス供給領域P2に移動する際の、反応ガス供給領域P2への原料ガスの持ち込みが抑制される。このため、反応ガス供給領域P2において載置台410の外周部に反応ガスが供給されたとしても、載置台410の外周部に膜がほとんど堆積しない。その結果、膜の累積に起因するパーティクルの発生を抑制できる。
【0052】
また、載置台410の外周部において載置台410の下方に向かうガスの流れが形成されると、基板Wの搬送等により持ち込まれるパーティクルを載置台410の下方に流して除去できる。このため、載置台410に載置された基板Wへのパーティクルの付着を抑制できる。
【0053】
これに対し、
図9に示されるように、開口401を有しない回転テーブル900の場合、回転テーブル900の凹部901の内側面902と基板Wの外端との隙間S2に処理ガスが滞留しやすい。このため、原料ガス吸着領域P1において凹部901の外周部に原料ガスが吸着し、回転テーブル900の回転により凹部901が反応ガス供給領域P2に移動する際に、反応ガス供給領域P2に原料ガスが持ち込まれる。このため、反応ガス供給領域P2において供給される反応ガスと、凹部901の外周部に吸着した原料ガスとが反応し、凹部901の外周部に膜Fが堆積する。真空容器311内に堆積した膜は、クリーニングガスを用いたドライクリーニングによって除去されるが、凹部901の外周部は回転テーブル900の上面と比べてクリーニングガスが回り込みにくい。このため、凹部901の外周部に堆積した膜Fは除去されずに残存し、パーティクルMの発生源となりうる。
【0054】
〔シミュレーション結果〕
図5から
図8に示される回転テーブル400を備える成膜装置300において、原料ガスノズル312aから供給されるガスの回転テーブル400上における流速分布について、シミュレーションを実施した(実施例)。比較のために、
図9に示される回転テーブル900を備える成膜装置においても、原料ガスノズル312aから供給されるガスの回転テーブル900上における流速分布について、同じ条件でシミュレーションを実施した(比較例)。
【0055】
図10は、実施例におけるガスの流速分布を示す図である。
図12は、比較例におけるガスの流速分布を示す図である。
【0056】
図11に示されるように、比較例では、回転テーブル900の凹部901の内側面902と基板Wの外端との隙間S2でガスが滞留していることが分かる。これに対し、
図10に示されるように、実施例では、基板Wの外端近傍においてガスがほとんど滞留していないことが分かる。これらの結果から、回転テーブル400の開口401の内側面402に対して隙間S1をあけて載置台410を設けることで、基板Wの外端近傍におけるガスの滞留を抑制できることが示された。
【0057】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【符号の説明】
【0058】
300 成膜装置
311 真空容器
321、400 回転テーブル
321h、401 開口
402 内側面
403 上面
404 下面
321a、410 載置台
S1 隙間