JP2015138885A - 基板処理装置、シャワープレート及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】ウェハＷを処理するＣＯＲ処理装置５は、ウェハＷを気密に収容する処理容器４０と、処理容器４０内でウェハＷを載置する載置台４１と、載置台４１上に載置されたウェハＷに対向して配置され、複数の供給ノズル９０が形成されたシャワープレート５２と、シャワープレート５２を介して処理容器４０内に処理ガスを供給する処理ガス供給源７１、７４を有している。供給ノズル９０は、シャワープレート５２の上端面から下端面に向けて、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と、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５２の下端面まで延伸する複数のガス出口孔と、を有する。
【選択図】図３

Description

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、真空に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（Ｓｉ０_２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。

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、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、を有することを特徴としている。

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。

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てもよい。

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てもよい。

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、を有していてもよい。

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、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、を有することを特徴としている。

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てもよい。

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てもよい。

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ことを特徴としている。

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（ＮＨ_３）ガスと希釈ガスである窒素（Ｎ_２）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、特許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５１
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、を有することを特徴とする、基板処理装置。
2. 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ことを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 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ことを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の基板処理装置。
4. 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、を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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、を有することを特徴とする、シャワープレート。
6. 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ことを特徴とする、請求項５に記載のシャワープレート。
7. 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ことを特徴とする、請求項５または６のいずれか一項に記載のシャワープレート。
8. 請求項１〜４に記載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ことを特徴とする、基板処理方法。
   
   

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