CN111383964A - 气体导入构造、处理装置以及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制设置有多孔质部的气体导入管被蚀刻气体蚀刻的气体导入构造、处理装置以及处理方法。本公开的一形态的气体导入构造具有：气体导入管，其***到处理容器内；和喷出部，其覆盖所述气体导入管的靠所述处理容器侧的端部，将供给到所述气体导入管的气体向所述处理容器内喷出，所述喷出部包括：多孔质部，其由多孔质体形成；和致密部，其设置于比所述多孔质部靠顶端侧的位置，气孔率比所述多孔质部的气孔率小。

Description

气体导入构造、处理装置以及处理方法
技术领域
本公开涉及一种气体导入构造、处理装置以及处理方法。
背景技术
公知有如下技术：通过以覆盖石英管的顶端部的气体导入口的方式设置多孔质部来抑制在从石英管向真空室内导入吹扫气体而恢复成常压之际的微粒的卷起，该石英管用于向真空室内导入吹扫气体(参照例如专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-58530号公报
发明内容
发明要解决的问题
本公开提供一种能够抑制设置有多孔质部的气体导入管被蚀刻气体蚀刻的技术。
用于解决问题的方案
本公开的一形态的气体导入构造具有：气体导入管，其***到处理容器内；和喷出部，其覆盖所述气体导入管的靠所述处理容器侧的端部，将供给到所述气体导入管的气体向所述处理容器内喷出，所述喷出部包括：多孔质部，其由多孔质体形成；和致密部，其设置于比所述多孔质部靠顶端侧的位置，气孔率比所述多孔质部的气孔率小。
发明的效果
根据本公开，能够抑制设置有多孔质部的气体导入管被蚀刻气体蚀刻。
附图说明
图1是表示处理装置的结构例的图。
图2是表示注入器的结构例的第一图。
图3是表示注入器的结构例的第二图。
图4是用于说明注入器的压力损失的图。
图5是表示利用在喷出部的顶端包括致密部的注入器喷出气体后的结果的图。
图6是表示利用在喷出部的顶端不包括致密部的注入器喷出气体后的结果的图。
具体实施方式
以下，一边参照所附的附图，一边对本公开的非限定性的例示的实施方式进行说明。在所附的全部附图中，对相同或相对应的构件或零部件标注相同或相对应的参照附图标记，省略重复的说明。
〔处理装置〕
对于一实施方式的处理装置，列举如下分批式的热处理装置为例而进行说明：在处理容器内，在将多个基板呈多层保持到基板保持件的状态下，能够对多个基板执行热处理。不过，处理装置并不限定于分批式的热处理装置，也能够适用于例如单张式的处理装置。图1是表示处理装置的结构例的图。
如图1所示，热处理装置1整体上具有纵长的沿着铅垂方向延伸的形状。热处理装置1具有纵长且沿着铅垂方向延伸的处理容器10。
处理容器10由例如石英、碳化硅等耐热材料形成。处理容器10具有例如圆筒体的内管11和呈同心状载置到内管11的外侧的有顶的外管12这双层管构造。处理容器10的下端部由例如不锈钢制的歧管20气密地保持。
歧管20固定于例如底板(未图示)。在歧管20设置有注入器30、40和气体排气部50。
注入器30是向处理容器10内导入处理气体的处理气体导入部。处理气体含有成膜气体、蚀刻气体。成膜气体是在收容到处理容器10内的作为基板的半导体晶圆(以下称为“晶圆W”。)形成膜之际所使用的气体，可根据要形成的膜的种类选择。作为成膜气体，可列举出例如含硅气体等半导体原料气体、含钛气体等金属原料气体、氧气等氧化气体、氢气、氨气等还原气体。蚀刻气体是例如在对在收容到处理容器10内的晶圆W形成的膜进行蚀刻之际、对堆积到处理容器10内的堆积物进行蚀刻而去除该堆积物之际所使用的气体，可根据要蚀刻的膜、堆积物的种类选择。作为蚀刻气体，可列举出例如氟气、氟化氢气体、三氟化氯气体等含氟气体、含氯气体。例如，于在晶圆W之上形成氧化硅膜的情况下，使用例如含硅气体和氧化气体作为成膜气体。另外，在对堆积到处理容器10内的氧化硅膜进行去除的情况下，使用例如含氟气体作为蚀刻气体。此外，也可以是，注入器30除了能够导入处理气体之外，还能够导入氮气、氩气等非活性气体。
注入器30包括气体导入管31，该气体导入管31贯通歧管20而从处理容器10的下方***处理容器10内，弯折成L字状而沿着处理容器10的侧壁向上方延伸。气体导入管31由例如石英管形成。气体导入管31的靠处理容器10侧的端部开口，向气体导入管31供给的处理气体从开口向处理容器10内导入。此外，注入器30也可以是不弯折成L字状而在处理容器10内水平地延伸的形状。
在注入器30连接有用于导入处理气体的配管33。在配管33上夹设有用于控制气体流量的质量流量控制器等流量控制器、控制气体的供给·停止的阀等。
注入器40是向处理容器10内导入吹扫气体的吹扫气体导入部。吹扫气体是氮气、氩气等非活性气体。在使残留于处理容器10内的处理气体迅速地向气体排气部50排出、将处理容器10内从处理气体气氛置换成非活性气体气氛之际，吹扫气体从注入器40向处理容器10内导入。另外，在使减压气氛的处理容器10内恢复成常压之际，吹扫气体从注入器40向处理容器10内导入。另外，在从注入器30向处理容器10内导入蚀刻气体、对在收容到处理容器10内的晶圆W形成的膜进行蚀刻之际，吹扫气体从注入器40向处理容器10内导入。另外，在从注入器30向处理容器10内导入蚀刻气体、对堆积到处理容器10内的堆积物进行蚀刻而去除该堆积物之际，吹扫气体从注入器40向处理容器10内导入。
图2和图3是表示注入器40的一个例子的图。如图2和图3所示，注入器40具有气体导入管41和喷出部42。
气体导入管41贯通歧管20而从处理容器10的下方***处理容器10内，弯折成L字状而沿着处理容器10的侧壁向上方延伸。气体导入管41由例如石英管形成。气体导入管41的靠处理容器10侧的端部开口。此外，气体导入管41也可以是不弯折成L字状而在处理容器10内水平地延伸的形状。
喷出部42覆盖气体导入管41的靠处理容器10侧的端部的开口，将供给到气体导入管41的吹扫气体向处理容器10内喷出。喷出部42熔接于例如气体导入管41的靠处理容器10侧的端部。喷出部42包括多孔质部421和致密部422。
多孔质部421安装于气体导入管41的靠处理容器10侧的端部，由多孔质体形成。多孔质体由例如石英玻璃多孔体形成。石英玻璃多孔体可以是对石英玻璃微粒进行烧结而成的多孔体。多孔质部421的长度L1可以是例如25mm～40mm。
致密部422设置于比多孔质部421靠顶端侧的位置，由气孔率比多孔质部421的气孔率小的材料形成。作为气孔率比多孔质部421的气孔率小的材料，能够利用例如通过对多孔质部421所使用的石英玻璃多孔体进行烧结而进行致密化后的石英玻璃多孔体。在该情况下，在以覆盖气体导入管41的靠处理容器10侧的端部的方式安装了石英玻璃多孔体之后，对石英玻璃多孔体的顶端侧的一部分进行烧结，从而能够利用未烧结的部分形成多孔质部421，利用烧结后的部分形成致密部422。在通过如此对石英玻璃多孔体进行烧结而形成致密部422的情况下，进行了烧结的部分收缩，因此，致密部422的外径比多孔质部421的外径小。另外，作为气孔率比多孔质部421的气孔率小的材料，也可以利用作为与例如气体导入管41相同的材料的石英棒。在该情况下，通过将石英棒熔接于例如多孔质部421的顶端来形成致密部422。例如，如图2所示，致密部422可以是喷出部42的顶端侧的预定的长度L2的部位。在该情况下，优选致密部422的长度L2比多孔质部421的长度L1短。另外，例如，如图3所示，致密部422也可以仅是喷出部42的顶端侧的曲面形状的R部。
在注入器40连接有用于导入吹扫气体的配管43。在配管43上夹设有用于控制气体流量的质量流量控制器等流量控制器、控制气体的供给·停止的阀等。
气体排气部50对处理容器10内进行排气。在气体排气部50连接有配管51。在配管51上夹设有能够对处理容器10内进行减压控制的开度可变阀52、真空泵53等。
在歧管20的下端部形成有炉口21。在炉口21设置有例如不锈钢制的圆盘状的盖体60。
盖体60设置成能够利用升降机构61升降，构成为能够气密地密封炉口21。在盖体60之上设置有由例如石英制的绝热板构成的绝热单元70。
在绝热单元70之上载置有例如石英制的晶圆舟皿80，该晶圆舟皿80将许多张晶圆W以水平状态具有预定间隔地保持成多层。
使用升降机构61而使盖体60上升，从而晶圆舟皿80向处理容器10内输入，并收容于处理容器10内。另外，通过使盖体60下降，晶圆舟皿80从处理容器10内输出。晶圆舟皿80具有槽构造，该槽构造沿着长度方向具有多个槽(支承槽)，晶圆W分别以水平状态上下隔开间隔地堆叠于槽。载置于晶圆舟皿80的多个晶圆构成1个批次，以批次为单位实施各种热处理。
在处理容器10的外侧设置有加热器90。加热器90具有例如圆筒形状，将处理容器10加热成预定的温度。
在热处理装置1设置有由例如计算机构成的控制部100。控制部100具备由程序、存储器、CPU构成的数据处理部等。在程序中编入有命令(各步骤)，以便从控制部100向热处理装置1的各部发送控制信号，执行预定的处理。程序储存于计算机存储介质例如软盘、光盘、硬盘、MO(光磁盘)以及存储卡等存储介质并安装于控制部100。
此外，在上述的例子中，对热处理装置1具备两个注入器30、40的情况进行了说明，也可以是，除了注入器30、40之外，还具备别的注入器。在热处理装置1具备别的注入器的情况下，别的注入器可以是导入例如还原气体的注入器。在该情况下，别的注入器既可以是与注入器40同样的形态，即具有气体导入管和包括多孔质部和致密部的喷出部的形态，也可以是具有气体导入管而不具有包括多孔质部和致密部的喷出部的形态。
〔处理方法〕
说明由图1的热处理装置1进行的处理方法的一个例子。以下，说明进行如下所谓腔室清洁的情况：在晶圆W未收容于处理容器10内的状态下从注入器30向处理容器10内导入蚀刻气体，对堆积到处理容器10内的堆积物进行蚀刻而去除该堆积物。
首先，在晶圆W未收容于处理容器10内的状态下，对处理容器10内进行减压。接下来，从注入器30导入蚀刻气体，并且，从注入器40导入吹扫气体。由此，能够利用蚀刻气体对堆积到处理容器10内的堆积物进行蚀刻而去除该堆积物。此时，注入器40也被暴露于蚀刻气体，因此，表面积较大的多孔质部421有可能被蚀刻。然而，在一实施方式的热处理装置1中，在喷出部42的难以喷出吹扫气体的顶端侧形成有致密部422。由此，即使是在向注入器40供给的吹扫气体的流量比较小的情况下，与形成于喷出部42的顶端侧的致密部422相比，易于从多孔质部421喷出吹扫气体。因此，利用吹扫气体抑制多孔质部421暴露于蚀刻气体，因此，能够抑制多孔质部421被蚀刻气体蚀刻。此外，致密部422有可能暴露于蚀刻气体，但致密部422的气孔率比多孔质部421的气孔率小，即表面积比多孔质部421的表面积小。因此，即使致密部422暴露于蚀刻气体，也未被蚀刻气体蚀刻、或难以被蚀刻气体蚀刻。因而，即使设置有多孔质部421，也能够抑制注入器40被蚀刻气体蚀刻。
此外，在上述的例子中，对执行腔室清洁的情况作为处理方法的一个例子进行了说明，但并不限定于此。例如，以下情况也同样：在晶圆W收容到处理容器10内的状态下从注入器30向处理容器10内导入蚀刻气体，对晶圆W、在晶圆W形成的膜进行蚀刻。
〔作用·效果〕
对由前述的热处理装置1起到的作用·效果进行说明。
热处理装置1具有喷出部42，该喷出部42覆盖气体导入管41的靠处理容器10侧的端部的开口，将供给到气体导入管41的吹扫气体向处理容器10内喷出，喷出部42包括由多孔质体形成的多孔质部421。由此，向气体导入管41供给的吹扫气体经由包括多孔质部421的喷出部42向处理容器10内导入。因此，即使增大吹扫气体的流量，也成为吹扫气体的流动被分散而流速被抑制了的状态，能够一边抑制处理容器10内的微粒的卷起，一边以短时间向处理容器10内导入吹扫气体。其结果，能够一边抑制处理容器10内的微粒的卷起，一边以短时间将处理容器10内从处理气体气氛置换成非活性气体气氛。另外，能够以短时间使减压气氛的处理容器10内恢复成常压。
另外，根据热处理装置1，注入器40的喷出部42包括致密部422，该致密部422设置于比多孔质部421靠顶端侧的位置，气孔率比多孔质部421的气孔率小。由此，在从注入器30向处理容器10内导入蚀刻气体之际，即使注入器40暴露于蚀刻气体，也能够抑制注入器40被蚀刻气体蚀刻。其理由如下。
首先，考虑注入器40的喷出部42未包括致密部422的情况，即全部由多孔质部421形成的情况。在该情况下，在暴露到从注入器30导入到处理容器10内的蚀刻气体时，易于被蚀刻气体蚀刻的是表面积较大的多孔质部421。因此，在从注入器30向处理容器10内导入蚀刻气体之际，通过从注入器40的多孔质部421喷出吹扫气体，来抑制多孔质部421暴露于蚀刻气体。
然而，在吹扫气体的流量较少的情况下，吹扫气体未遍布到多孔质部421的顶端侧，有可能未从多孔质部421的顶端侧喷出吹扫气体。另外，多孔质部421的压力损失(以下也称为“压损”。)较小的情况也同样地有可能未从多孔质部421的顶端侧喷出吹扫气体。在如此未从多孔质部421的顶端侧喷出吹扫气体的情况下，多孔质部421的顶端侧暴露于蚀刻气体而被蚀刻。若多孔质部421的顶端侧如此被蚀刻，则存在成为微粒的扬尘源、或在多孔质部421开孔的情况。因此，需要增大向注入器40供给的吹扫气体的流量，以便从多孔质部421的顶端侧喷出吹扫气体。然而，若增大吹扫气体的流量，则产生吹扫气体的使用量变多的这样的问题。另外，也存在以下情况：在向处理容器10内导入蚀刻气体之际，不想向处理容器10内导入大流量的吹扫气体。
相对于此，在一实施方式的热处理装置1中，在喷出部42的难以喷出吹扫气体的顶端侧形成有致密部422。由此，即使是在向注入器40供给的吹扫气体的流量比较小的情况下，与在喷出部42的顶端侧形成的致密部422相比，易于从多孔质部421喷出吹扫气体。因此，利用吹扫气体抑制多孔质部421暴露于蚀刻气体，因此，能够抑制多孔质部421被蚀刻气体蚀刻。此外，致密部422有可能暴露于蚀刻气体，但致密部422的气孔率比多孔质部421的气孔率小，即表面积比多孔质部421的表面积小。因此，即使致密部422暴露于蚀刻气体，也未被蚀刻气体蚀刻、或难以被蚀刻。因而，即使设置有多孔质部421，也能够抑制注入器40被蚀刻气体蚀刻。
〔实施例〕
对于使用前述的注入器40而从喷出部42喷出了气体时的状态，通过观察使喷出部42沉入乙醇中而从喷出部42喷出了氮气时的气泡的状态，从而进行了评价。
注入器40使用了以下气体导入构造，该气体导入构造具有：气体导入管41，其由石英管形成；多孔质部421，其由石英玻璃多孔体形成；以及致密部422，其是对石英玻璃多孔体进行烧结而进行致密化而成的。另外，使用了高压损品和低压损品这两种作为石英玻璃多孔体。此外，高压损品和低压损品的分类基于使用图4所示的测定***而测定的压力进行了分类。图4是用于说明注入器40的压力损失的图。
如图4所示，测定***400具有气体管线401、从上游侧依次夹设到气体管线401的压力调整器402、过滤器403、手动阀404、流量调整阀405、流量计406以及压力计407。在气体管线401的下游侧安装有作为测定压力损失的对象的注入器40。
在测定压力损失的情况下，在将注入器40安装到气体管线401的下游侧的状态下，向气体管线401供给氮气(N2气体)，调整压力调整器402、流量调整阀405，使得压力计407的值成为10kPa。并且，利用流量计406测定在压力计407的值成为10kPa时的氮气的流量。并且，在由流量计406测定的流量是6.1L/min～6.7L/min的情况下，分类为高压损品，在由流量计406测定的流量是8.8L/min～9.4L/min的情况下分类为低压损品。
图5是表示利用在喷出部42的顶端包括致密部422的注入器40喷出了气体的结果的图。更具体而言，在图5中，表示以0.1L/min的流量向具有喷出部42的注入器40供给了氮气时的结果，在该喷出部42中，多孔质部421与致密部422的合计的长度是40mm，致密部422的长度是10mm。
如图5所示可知：在利用注入器40喷出了氮气的情况下，从喷出部42中的多孔质部421的靠气体导入管41侧的位置起到顶端为止，气泡完全出来。
图6是表示利用在喷出部42的顶端不包括致密部422的注入器40Y喷出了气体的结果的图。更具体而言，在图6中，表示以0.1L/min的流量向具有多孔质部421的长度是40mm的喷出部42Y的注入器40Y供给了氮气时的结果。
如图6所示可知：在利用注入器40Y喷出了氮气的情况下，气泡从多孔质部421的靠气体导入管41侧的位置出来，但气泡完全未从多孔质部421的顶端侧出来。
根据以上的图5和图6所示的结果认为：通过在喷出部42的顶端侧设置致密部422，即使是在喷出作为比较小的流量的0.1L/min的氮气的情况下，也能够利用氮气抑制蚀刻气体与多孔质部421的接触。
接着，对使注入器40中的致密部422的长度、注入器40中的致密部422的压损的类型、向注入器40导入的氮气的流速变化了时的从多孔质部421喷出的气泡的状态进行了评价。
对于致密部422的长度，设为在喷出部42的顶端侧的R部形成有致密部422的情况(以下也称为“顶端R部致密化”。)、在喷出部42的顶端侧的10mm的部分形成有致密部422的情况(以下也称为“顶端10mm致密化”。)这两个条件。
对于注入器40中的致密部422的压损的类型，设为高压损品、低压损品这两个条件。
对于向注入器40导入的氮气的流速，设为0.1L/min、0.2L/min、0.4L/min、0.8L/min这4个条件。
将评价结果表示在以下的表1中。
【表1】
Figure BDA0002341019110000101
○：直到多孔质部的顶端为止，气泡完全出来
△：气泡几乎未从多孔质部的顶端出来
×：气泡完全未从多孔质部的顶端出来
在表1中，圆(○)标记表示直到多孔质部421的顶端为止，气泡完全出来，三角(△)标记表示气泡几乎未从多孔质部421的顶端出来，叉(×)标记表示气泡完全未从多孔质部421的顶端出来。
如表1所示，能够确认到：在将致密部422形成于喷出部42的顶端侧的10mm的部分的情况下，即使多孔质部421是高压损品、低压损品中的任一类型，无论氮气的流速如何，直到多孔质部421的顶端为止，气泡都完全出来。
另一方面，能够确认到：在将致密部422形成于喷出部42的顶端侧的R部的情况下，只要多孔质部421是高压损品的类型，就无论氮气的流速如何，直到多孔质部421的顶端为止，气泡完全出来。不过，在多孔质部421是低压损品的类型时，在氮气的流速较小的情况下，存在气泡未从多孔质部421的顶端出来的情况。具体而言，在氮气的流速是0.1L/min的情况下，气泡完全未从多孔质部421的顶端出来。另外，在氮气的流速是0.2L/min的情况下，气泡几乎未从多孔质部421的顶端出来。
根据以上的结果可以说：在使氮气的流量缩小到0.1L/min～0.2L/min左右的范围的情况下，优选在喷出部42的顶端侧的10mm的部分形成致密部422。
应该认为此次所公开的实施方式在全部的点都是例示，并非限制性的。上述的实施方式也可以在不脱离所附的权利要求书及其主旨的范围内以各种形态进行省略、置换、变更。

Claims (17)

1.一种气体导入构造，其具有：
气体导入管，其***到处理容器内；
和喷出部，其覆盖所述气体导入管的靠所述处理容器侧的端部，将供给到所述气体导入管的气体向所述处理容器内喷出，
所述喷出部包括：多孔质部，其由多孔质体形成；和致密部，其设置于比所述多孔质部靠顶端侧的位置，气孔率比所述多孔质部的气孔率小。
2.根据权利要求1所述的气体导入构造，其中，
所述致密部由气孔率比所述多孔质部的气孔率小的多孔质体形成。
3.根据权利要求1所述的气体导入构造，其中，
所述致密部由与所述气体导入管相同的材料形成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的气体导入构造，其中，
所述致密部的长度比所述多孔质部的长度短。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的气体导入构造，其中，
所述致密部的外径比所述多孔质部的外径小。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的气体导入构造，其中，
所述多孔质部的长度是25mm～40mm。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的气体导入构造，其中，
所述气体导入管由石英管形成。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的气体导入构造，其中，
所述多孔质部由石英玻璃多孔体形成。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的气体导入构造，其中，
所述喷出部熔接于所述气体导入管。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的气体导入构造，其中，
所述气体导入管从所述处理容器的下方***，向所述处理容器的上方延伸。
11.根据权利要求1～9中任一项所述的气体导入构造，其中，
所述气体导入管从所述处理容器的下方***，在所述处理容器内水平地延伸。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的气体导入构造，其中，
向所述气体导入管供给非活性气体，
所述多孔质部喷出所述非活性气体。
13.一种处理装置，其具备：
处理容器；
气体导入构造，其向所述处理容器内导入气体，
所述气体导入构造具有：
气体导入管，其***到所述处理容器；
和喷出部，其覆盖所述气体导入管的靠所述处理容器侧的端部，将供给到所述气体导入管的气体向所述处理容器内喷出，
所述喷出部包括：多孔质部，其由多孔质体形成；和致密部，其设置于比所述多孔质部靠顶端侧的位置，气孔率比所述多孔质部的气孔率小。
14.一种处理方法，其是使用了处理装置的处理方法，该处理装置具备：处理容器，其用于收容基板；处理气体导入部，其***所述处理容器内，向所述处理容器内导入含有蚀刻气体的处理气体；以及吹扫气体导入部，其***所述处理容器内，向所述处理容器内导入含有非活性气体的吹扫气体，该吹扫气体导入部具有：气体导入管；和喷出部，其覆盖所述气体导入管的靠所述处理容器侧的端部，将导入到所述气体导入管的所述吹扫气体向所述处理容器内喷出，所述喷出部包括：多孔质部，其由多孔质体形成；和致密部，其设置于比所述多孔质部靠顶端侧的位置，气孔率比所述多孔质部的气孔率小，在该处理方法中，
在从所述处理气体导入部向所述处理容器内导入蚀刻气体之际，从所述吹扫气体导入部向所述处理容器内导入所述吹扫气体。
15.根据权利要求14所述的处理方法，其中，
在所述基板未收容于所述处理容器内的状态下导入所述蚀刻气体。
16.根据权利要求14所述的处理方法，其中，
在所述基板收容于所述处理容器内的状态下导入所述蚀刻气体。
17.根据权利要求14～16中任一项所述的处理方法，其中，
所述蚀刻气体是含氟气体或含氯气体。
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