CN102165100A - 成膜装置和基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的成膜装置包括：基板输送机构，其设置在真空容器内，并具有队列装环绕输送多个基板载置部的环绕输送通路，该环绕输送通路具有直线状环绕输送该多个基板载置部的直线输送通路；在直线输送通路沿着输送基板载置部的输送方向配置的、对在直线输送通路上输送的多个基板载置部供给第一反应气体的第一反应气体供给部；沿着输送方向与第一反应气体供给部交替配置的、对在直线输送通路上输送的多个基板载置部供给第二反应气体的第二反应气体供给部；和在第一反应气体供给部和第二反应气体供给部之间供给分离气体的分离气体供给部。

Description

成膜装置和基板处理装置
技术领域
本发明涉及通过依次向基板的表面供给至少两种互相反应的反应气体且多次执行该供给循环，而使反应生成物的层多层层叠，形成薄膜的成膜装置和基板处理装置。
背景技术
作为半导体制造程序中的成膜方法，已知有在真空气氛下使第一反应气体吸附在作为基板的半导体晶片W(以下称为「晶片W」)上之后，将供给的气体切换为第二反应气体，通过两种气体的反应形成一层或多层的原子层或分子层，多次进行该循环，由此，将这些层进行层叠，进行基板上的成膜的工序。该工序例如被称作ALD(Atomic Layer Deposition)或MLD(Molecular Layer Deposition)等，根据循环能够高精度地控制膜厚，并且膜质的面内均匀性也良好，是能够对应半导体装置的薄膜化的有希望的方法。作为这种成膜方法的最佳例子，例如列举有Ru(钌)的成膜。在形成该Ru膜的情况下，作为第一反应气体(原料气体)例如使用Ru(C7H7)(C7H7)(2，4-dimethylpent adienyl ethylcyclopentadienyl ruthenium，以下称为「DER」)气体，第二反应气体(还原气体)使用氧气(O2)等。
作为实施这种成膜方法的装置，正在研讨：使用在真空容器的上部中央具有气体喷淋头的单片的成膜装置，从基板的中央部上方一侧供给反应气体，从处理容器的底部对未反应的反应气体和反应副生成物进行排气的方法。然而，上述的成膜方法根据由于基于清除气体的气体置换耗费较长的时间，并且循环次数例如也是数百次，所以存在处理时间较长，并且每次处理一枚基板时需要对处理容器进行基板的搬入搬出和对处理容器内进行真空排气，伴随这些动作的时间的损失也较大的问题，所以期待能够以高处理能力进行处理的装置和方法。
于是，例如，如专利文献1、2所示，例如提案有在圆形的载置台上在圆周方向上载置多枚基板，在使该载置台转动的同时对反应气体进行切换并供给到载置台上的基板从而进行成膜的装置。例如在专利文献1记载的成膜装置中，提案有在载置台的圆周方向上设置有供给彼此不同的反应气体的多个彼此被区分的处理空间的结构，另外，在专利文献2记载的成膜装置中，提案有在该载置台的上方设置有在径方向上伸出的、向载置台喷出不同的反应气体的例如两个反应气体喷嘴，使该载置台转动，使该载置台上的基板从这些多个处理空间内和反应气体喷嘴的下方通过，由此向各个基板交替供给反应气体进行成膜的结构。这种类型的成膜装置因为没有反应气体的清除步骤、另外通过一次的搬入搬出和真空排气动作能够处理多枚基板，所以能够减少伴随这些动作的时间，提高生产量。
先进技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许3144664号公报：图1、图2、权利要求1
专利文献2：日本特开2001-254181号公报：图1和图2
发明内容
发明想要解决的问题
然而，随着近年的基板的大型化，例如在晶片W的情况下对直径甚至达到300mm的基板进行成膜。因此，载置在共同的载置台上的晶片W的枚数具有限制，一次能够处理的晶片W的枚数是4～5枚左右。另外，虽然在对载置台交接晶片W时停止处理，但是若每次处理4～5枚的晶片W时交接的动作成为必须，从成膜处理整体观察时，具有该交接时间累积，成为阻碍进一步提高处理能力的主要原因的问题。
另外，若使载置台旋转，其中央区域和周边区域的移动速度不同，边缘区域的一方移动速度较大，但在从反应气体供给喷嘴供给的反应气体的浓度在载置台的径方向上是一定的情况下，随着通过反应气体供给喷嘴下方的晶片的速度变大，在晶片表面能够参与成膜的反应气体的量变少。因此，以载置在通过反应气体供给喷嘴下方的速度最快速的载置台的周边区域的晶片表面得到成膜所需要的反应气体浓度的方式，决定从该喷嘴供给的反应气体的量。
然而，按照这种载置台的周边区域的必须量进行反应气体的供给时，在与该周边区域相比移动速度小的内侧的区域供给必须量以上的较高浓度的反应气体，不参与成膜的反应气体原样地被排气。在此，为了获得处理能力的提高，需要以一定程度的速度旋转载置台，这样在载置台的周边区域移动速度变得非常快速，因此必须更多地设定反应气体的供给量，存在不参与成膜的被排气的反应气体量变多的问题。
虽然在ALD等采用的原料气体大多是使液体原料气化，或者使固体原料升华得到的气体，但是在这些原料昂贵的时候，在上述的使载置台旋转的方式的成膜装置中，由于随着晶片W的处理能力的提高，在必需的量之上消费这种昂贵的反应气体，所以需要在提高处理能力的同时反应气体消耗量少的成膜装置。
本发明是基于这种事情而完成的，提供一种在提高处理能力的同时抑制反应气体的消耗的成膜装置和基板处理装置。
用于解决课题的方法
本发明的第一方式提供一种通过依次向基板的表面供给至少两种在真空容器内互相发生反应的反应气体且多次执行该供给循环，而多层层叠反应生成物的层，形成薄膜的成膜装置。该成膜装置包括：基板输送机构，其设置在真空容器内，具有队列状环绕输送多个基板载置部的环绕输送通路，该环绕输送通路具有直线状环绕输送该多个基板载置部的直线输送通路；在直线输送通路沿着输送基板载置部的输送方向配置的、对在直线输送通路上输送的所述多个基板载置部供给第一反应气体的第一反应气体供给部；沿着输送方向与第一反应气体供给部交替配置的、对在直线输送通路上输送的所述多个基板载置部供给第二反应气体的第二反应气体供给部；用于分离供给有第一反应气体的第一区域和供给有第二反应气体的第二区域，在第一反应气体供给部和第二反应气体供给部之间供给分离气体的分离气体供给部；构成为对真空容器内进行排气的排气部；构成为对基板载置部上的基板进行加热的加热部；
设置在直线输送通路的相对于输送方向的上游一侧，将基板输送到所述多个基板载置部的各个上的基板搬入部；和设置在直线输送通路的相对于输送方向的下游一侧，将所述基板从多个基板载置部的各个上搬出的基板搬出部。
本发明的第二方式提供一种基板处理装置，其包括：在内部具有基板输送机构的真空输送室；气密地连接到该真空输送室的权利要求1所述的成膜装置；和气密地连接到所述真空输送室、能够使内部压力在真空与大气压之间进行切换的负载锁定室。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的基板处理装置的俯视图。
图2是表示设置在基板处理装置的成膜装置的外观的立体图。
图3是表示设置在成膜装置的基板输送机构的立体图。
图4是表示成膜装置的一部分的纵截面图。
图5表示成膜装置的基板载置部和基板交接单元的纵截面图。
图6表示成膜装置的基板载置部和基板交接单元的俯视图。
图7表示成膜装置的俯视图和侧视图。
图8表示成膜装置的一部分的纵截面图。
图9表示成膜装置的A-A′截面图。
图10是表示成膜装置的反应气体喷嘴和分离气体喷嘴的配置例的说明图。
图11是表示成膜装置的分隔壁的一部分的立体图。
图12是表示从反应气体喷嘴和分离气体喷嘴供给的反应气体和分离气体的分压的特性图。
图13表示基板处理装置的一部分的俯视图。
图14表示本发明的其他的实施方式的俯视图。
图15表示本发明的其他的实施方式的一部分的俯视图。
图16表示本发明的其他的实施方式的一部分的纵截面图。
图17表示本发明的其他的实施方式的一部分的俯视图。
用于实施发明的方式
采用本发明的实施方式，通过依次向基板的表面供给彼此反应的多种反应气体且多此且多次执行该供给循环，多层层叠反应生成物的层形成薄膜，由于沿着具有直线输送通路的环绕输送通路输送基板，对该基板依次供给第一反应气体和第二反应气体，进行所述供给循环，所以能够以较高的处理能力进行成膜处理。另外，基板输送部在输送方向上以排列为一列的状态沿着环绕输送通路进行输送，输送时的移动速度在基板的面内是相同的。因此，不需要配合移动速度较大的区域，向移动速度较小的区域供给需要以上的更多的反应气体，能够抑制反应气体的无用消耗。
下面，针对具有本发明的成膜装置的基板处理装置的一个实施方式进行说明。图1是表示基板处理装置的概观的俯视图。该基板处理装置具有在图中Y方向上直线状延伸的成膜装置1，在该成膜装置1的长度方向(图1中的Y方向)的一端侧设置有用于将晶片W搬入该成膜装置1的搬入区域2，并且在该成膜装置1的长度方向的另一端侧设置有用于从该成膜装置搬出晶片W的搬出区域3。
首先，利用图1～图11对成膜装置1进行说明。该成膜装置1具有例如由铝合金构成的真空容器10，在该真空容器10内部设置有基板输送机构4。该基板输送机构4被构成为：具有将用于载置作为基板的晶片W的基板载置部5在输送方向(图中Y方向)上排列成一列的基板载置部5的队列，并且，沿着具有直线输送通路的环绕输送通路输送基板载置部5的队列。
如图3和图4所示，基板输送机构4具有绕着水平轴转动且以转动轴彼此平行的方式配置在前后的一对转动体41、42，和架设在这些转动体41、42之间沿着环绕轨道移动的一对传送带例如同步带44、45。转动体41是由电动机M1驱动旋转的主动轮，转动体42是从动轮。驱动轮的驱动由后述的控制部进行控制。另外，本例中，在转动体(主动轮)41和转动体(从动轮)42之间设置有一个以上的辅助轮43。在这些转动体41、42上分别卷挂有同步带44、45，由此，在纵方向形成有环绕的环绕输送通路CT。该环绕输送通路CT含有直线状延伸的直线输送通路LT。具体来讲，本例的环绕输送通路CT具有上下相对的直线输送通路LT。另外，该环绕输送通路CT具有固定的宽度(图中X方向的长度)。
在同步带44、45上，以在输送方向上排列成一列的方式安装有多个基板载置部5。本例的基板载置部5例如具有方形的平面形状，并具有在其上能够载置例如具有直径为300mm的晶片W的尺寸。该基板载置部5例如以架设在两条同步带44、45之间的方式设置。如图3和图9(图2的A-A′截面图)所示，基板载置部5的图3中X方向的两端部设置成与同步带44、45的外端大致对齐。而且，例如图4所示，基板载置部5借助配置在基板载置部5背面的同步带44、45的移动方向的中央部的固定部51被安装在同步带44、45上。固定部51例如可以由炭化硅(SiC)或氮化铝(AlN)等形成。通过该结构，该同步带44、45通过转动体41、42进行环绕移动时，随着该移动，基板载置部5也进行环绕移动。
另外，在各基板载置部5上形成有在与外部的基板交接单元A1或与基板接受单元A2之间进行交接晶片W时使用的台阶部52。基板交接单元A1和基板接受单元A2采用同样的结构。对基板交接单元A1简单地进行说明，如图2和图6所示，具有用于对晶片W的背面一侧进行支撑的叉子状的支撑板50，如图5所示，台阶部52的形状被设定为：比支撑板50大，并且保持有晶片W的支撑板50从该台阶部52的上方一侧进入该台阶部52，并将晶片W交接给基板载置部5之后能够退出程度的大小。
这种基板载置部5被排列为，在同步带44、45上在输送方向(图中Y方向)并列成一列，并且在相邻的基板载置部5彼此之间空开有规定间隔。该排列间隔是考虑基板载置部5的输送速度和基板交接单元A1向一个基板载置部5载置一个晶片到向下一个基板载置部5载置下一个晶片所需要的时间而设定的。列举一个例子，该排列间隔被设定为如图6所示的相邻的晶片W的中心部O彼此的间隔L例如是400mm左右。
另外，如图3和图4所示，在相邻的基板载置部5彼此之间，设置有垫板53。该垫板53被设定为：并不妨碍基板载置部5的环绕移动，且尽可能埋入在输送方向上形成的基板载置部5彼此之间的形状和大小。在本例中，该垫板53包括具有方形的平面形状、并且具有与基板载置部5的宽度(X方向的长度)大致相同的宽度；与基板载置部5彼此之间的Y方向的间隔相比稍小的Y方向的长度；和与基板载置部5的厚度大致相等的厚度。该垫板53也与基板载置部5同样地被安装在同步带44、45上，与基板载置部5一起环绕移动。另外，在图3中为了图示的方便，虽然仅描绘一个垫板53，但实际上被设置在全部的基板载置部5彼此之间。另外，在图7省略垫板53的记载。
参照图7，在这种基板输送机构4的直线输送通路的上游一侧设置有用于将晶片W搬入到基板载置部5的基板搬入部11，并且在直线输送通路的下游一侧设置有用于从基板载置部5搬出成膜处理后的晶片W的基板搬出部14。而且，在这些基板搬入部11和基板搬出部14之间从基板搬入部11一侧开始依次设置有预备加热区域12和处理区域13。这样通过驱动转动体41、42旋转，基板载置部5以从基板搬入部11经过预备加热区域12和处理区域13移动到基板搬出部14一侧然后再返回至基板搬入部11的方式进行环绕移动。
在此，对真空容器10和基板输送机构5的大小进行说明，如图6和图9等所示，真空容器10的宽度(X方向的长度)被设定为比基板载置部5的宽度稍大，输送基板载置部5能够以接近真空容器10的内壁的状态进行输送。另外，根据基板载置部5的输送速度和成膜处理的种类，可以适当地设定基板搬入部11、预备加热区域12、处理区域13和基板搬出部14的Y方向(输送方向)的长度。处理区域13的输送方向的长度例如可以是5000mm左右。
另外，成膜装置1具有第一反应气体供给部和第二反应气体供给部，该第一反应气体供给部和第二反应气体供给部沿着直线输送通路交替配置，固定设置在真空容器10内，用于对基板载置部5的输送通路分别供给第一反应气体和第二反应气体。另外，成膜装置1具有为了将供给第一反应气体的区域和供给第二反应气体的区域分离而设置在第一反应气体供给部和第二反应气体供给部之间的、用于对基板载置部5的输送通路供给分离气体的分离气体供给部，。
如图3和图4所示，这些第一反应气体供给部、第二反应气体供给部和分离气体供给部分别含有第一反应气体喷嘴61、第二反应气体喷嘴62、分离气体喷嘴63。这些喷嘴61、62、63被设置为，在处理区域13的基板载置部5的上方一侧，与直线输送通路的输送方向正交且接近载置在基板载置部5上的晶片W的表面。而且，在本例中，从基板搬入部11向着基板搬出部14的方向，按照分离气体喷嘴63、第一反应气体喷嘴61、分离气体喷嘴63、第二反应气体喷嘴62的顺序进行排列，并且在这些气体喷嘴组的两端侧设置分离气体喷嘴63。这些气体喷嘴61～63，例如如图9所示，通过真空容器10的侧壁部10a插入真空容器10内，例如其顶端部被设置为与插入有气体喷嘴61～63的侧壁部10a对面的侧壁部10b接触。
另外，如图8明确所示，在分离气体喷嘴63的上部和真空容器10的顶部之间设置有区分壁15。该区分壁15在分离气体喷嘴63的长度方向(X方向)全体上延伸，由此，在真空容器10内的气体喷嘴的上方，在相邻的分离气体喷嘴63彼此之间，形成由区分壁15区分开的区域16。
第一反应气体喷嘴61与作为第一反应气体的DER气体的气体供给源64连接，第二反应气体喷嘴62与作为第二反应气体的O2(氧气)气体的气体供给源65连接，分离气体喷嘴63与作为分离气体的Ar气体(氩气)的气体供给源66连接。作为分离气体，除了Ar气之外，也可以使用氮气(N2)或氦气(He)等。在图4中，参照符号67是流量调整部。
如图8和图9所示，在反应气体喷嘴61、62上，在反应气体喷嘴61、62的长度方向(即，X方向)上隔开间隔地配置有用于向下方侧喷出反应气体的喷出孔68。另外，如图8和图9所示，在分离气体喷嘴63上，在分离气体喷嘴63的长度方向上隔开间隔地穿设有用于向下方一侧喷出分离气体的喷出孔69。反应气体喷嘴61、62的下方区域分别是用于使DER气体吸附在晶片W上的第一区域S1和用于使O2气体吸附在晶片W上的第二区域S2。为了分离第一区域S1和第二区域S2，在这些第一区域S1和第二区域S2之间设置有分离气体喷嘴63。
如图10所示，这种反应气体喷嘴61、62和分离气体喷嘴63分别被排列为，晶片W暴露在一种气体中的区域(一步)在晶片输送方向上例如是10mm的长度，晶片W暴露在Ar气体→DER气体→Ar气体→O2气体顺序的一个循环中的合计区域在晶片输送方向上例如是40mm的长度。
另外，真空容器10具有以从彼此相邻的分离气体的供给区域之间对气体进行排气的方式开口的排气口。例如图4、图8、图9所示，该排气口形成在真空容器10的顶部。在此，在分离气体喷嘴63和真空容器10的顶部之间设置有区分壁15，通过该区分壁15在气体喷嘴61～63的上方，区分出设置有第一反应气体喷嘴61的区域和设置有第二反应气体喷嘴62的区域。因此，通过以在第一反应气体喷嘴61的配置区域进行开口的方式设置第一排气口71，并且以在第二反应气体喷嘴62的配置区域进行开口的方式设置第二排气口72，从而由第一排气口71对第一反应气体进行排气，由第二排气口72对第二反应气体进行排气。
参照图4，第一排气口71与第一排气通路73连接，通过捕集部74与作为真空排气单元的真空泵7连接。捕集部74为了捕集作为第一反应气体的DER气体而设置，例如通过冷却从排气气体捕集DER气体。另外，第二排气口72与第二排气通路75连接，第二排气通路75在捕集部74的下游与第一排气通路73合并，与共同的真空泵7连接。另外，在真空容器10的底部也设置有一个以上的排气口76，这些排气口76与共同的第三排气通路77连接，合并到第一排气通路73之后，与真空泵7连接。
如图3和图4所示，在由基板输送机构4的环绕输送通路包围的区域中，沿着基板输送机构4的长度方向(Y方向)设置有作为加热部的加热单元54，通过辐射热借助基板载置部5对晶片W进行加热。此时，在基板载置部5上设置有例如由放射温度计组成的温度传感器55(参照图8)，基于来自该温度传感器55的检测值，通过加热单元54晶片W被加热至由程序菜单决定的温度。
在该例中，在X方向和Y方向上，除了设置有转动体41、42的区域，沿着环绕输送通路的长度方向(输送方向)的全体排列有具有能够充分对基板载置部5的整个表面进行加热大小的多个加热单元54。由此，从基板搬入部11交给到基板载置部5的晶片W在输送的同时被加热。在环绕输送通路上的基板搬入部11和供给反应气体的处理区域13之间分配有已述的用于预备加热晶片的预备加热区域12，虽然在该预备加热区域12进行输送期间晶片被充分加热，但是由于晶片W的加热程度基于通过预备加热区域12的时间而不同，所以该区域12的大小(输送方向的长度)可以根据输送速度和成膜处理的种类进行决定。
如图4、图8和图9所示，在由基板输送机构4的环绕输送通路包围的区域中，在加热器54的下方一侧设置有分隔壁17。该分隔壁17被设置为，在主动轮41和从动轮42之间的区域中将真空容器10纵向分为两部分，如图11所示，例如以不妨碍辅助轮43旋转的方式在辅助轮43的移动区域形成有切口部18。
另外，如图4和图9所示，在真空容器10内设置有用于向基板载置部5和分隔壁17之间的空间供给作为清洗气体N2气体的清洗气体喷嘴56。该清洗气体喷嘴56被设置为不妨碍基板载置部5的环绕移动，其另一端侧借助流量调整部57a与清洗气体源57(图4)连接。清洗气体除了N2气体之外，能够使用Ar气体或He气体等。
另外，在真空容器10的基板输送机构4的下方，为了例如对在直线输送通路上移动中的基板载置部5进行清洗处理，而设置有清洗处理部8。该清洗处理部8被构成为，在基板输送机构4的基板搬出部14已将晶片W交接给基板接受单元A2的基板载置部5从基板搬出部14返回至基板搬入部11期间，对该基板载置部5供给清洗气体进行清洗处理。
如图4和图8所示，例如，清洗处理部8具有在真空容器10内以在输送方向上正交的方式延伸的多个等离子体发生部81。以向移动的基板载置体5整体供给清洗气体的方式，设定等离子体发生部81的大小、形状、数量和安装位置。从作为清洗气体的NF3气体的供给源82向该等离子体发生部81供给NF3气体，基板载置部5暴露在来自等离子体发生部81的被等离子体化的NF3气体中，基板载置部5被清洗。在图4中，参照符号83是流量调整部。在本例中，设置于真空容器10底部的排气口76，在输送方向上设置在等离子体发生部81的前后，清洗气体借助该排气口76被快速排出。根据成膜处理的种类可以适当选择清洗气体。
对第一反应气体、第二反应气体、分离气体的供给量进行控制的流量调整部67、对清除气体的供给量进行调整的流量调整部57a、对清洗气体的供给量进行控制的流量调整部83由后述的控制部100进行控制，分别在规定的时间向真空容器10内供给规定的供给量的气体。虽然在本例中清洗处理部8供给等离子体化的清洗气体，但是清洗气体的等离子体化并不是必须的。例如，可以使用ClF3作为清洗气体，通过直接向基板载置部5供给该气体，对该基板载置部5进行清洗处理。
接着，对基板搬入部11和基板搬出部12进行说明。在该基板搬入部11通过基板交接单元A1将基板W交接到基板载置部5，在基板搬出部12通过外部的基板接受单元A2从基板载置部5接受晶片W。如图1和图2所示，真空容器10在基板搬入部11的真空容器10的侧壁部形成有搬入用开口部10A，在基板搬出部12的真空容器10的侧壁部形成有搬出用开口部10B。这些搬入用开口部10A和搬出用开口部10B构成为通过未图示的闸阀开闭自如。
而且，在该真空容器10中，在搬入用开口部10A的外侧设置基板交接单元A1，在搬出用开口部10B的外侧设置基板接受单元A2。因为这些基板交接单元A1和基板接受单元A2构成相同，以下，对基板交接单元A1进行说明，如图6和图13所示，该基板交接单元A1具有设置为升降自如和旋转自如且在输送方向(图中Y方向)移动自如的基台58和设置在该基台58上构成为进退自如的多关节臂59。多关节臂59的顶端构成为对晶片W的背面一侧进行支撑的叉子状的支撑板50。另外，在图6中省略多关节臂59。基板58能够与真空容器10的环绕输送通路平行地在输送方向上移动。
在此，基板交接单元A1、基板接受单元A2和基板输送机构4由后述的控制部100控制，从控制部100对基板交接单元A1、基板接受单元A2和基板输送机构4输出控制信号，控制基板交接单元A1、基板接受单元A2和基板输送机构4，以使得：在基板搬入部11在基板载置部5移动状态下，基板交接单元A1将晶片W交接至基板载置部5；另外，在基板搬出部14在基板载置部5移动的状态下，基板接受单元A2从该基板载置部5接受晶片W。这样在基板输送方向上在基板载置部5移动期间，晶片W被交接给基板载置部5，或从基板载置部5接受晶片W，因此，基板搬入部11是基板交接单元A1能够进行存取的区域，基板搬出部14是基板接受部件A2能够进行存取的区域。基板搬入部11和基板搬出部14的输送方向的长度，考虑基板载置部5的输送速度而决定。
接着，参照图1和图13对搬入区域2进行说明，图中的参照符号21是用于载置从自外部收纳有多个晶片W的多个FOUP200的搬入用FOUP载置部，该搬入用FOUP载置部21例如具有在图中X方向上构成为移动自如的搬入用载置台22。在该载置台22的与X方向相对的上游一侧，例如设置有FOUP200的搬入口22A，从搬入口22A，FOUP200被载置到该载置台22上并向着X方向的下游一侧移动。
该FOUP载置部21借助大气空气的大气输送室23例如与两个负载锁定室24(24A、24B)连接。在大气输送室23中设置有用于在载置在FOUP载置部21上的FOUP200和负载锁定室24A、24B之间交接晶片W的第一交接臂B1。在本例中，第一交接臂B1构成为能够对放置于搬入用载置台22上的移动方向的最下游的FOUP200和负载锁定室24A、24B进行存取，并且为了将该FOUP200内的晶片交接到负载锁定室24A、24B，该第一交接臂B1构成为升降自如，绕铅直轴旋转自如，并且进退自由。另外，在大气输送室23中设置有用于进行晶片W的定位的对准单元25A、25B，交接臂B1对于对准单元25A、25B也能够进行存取。
负载锁定室24A、24B构成相同，这些负载锁定室24A、24B的内部能够在常压和真空之间进行切换。另外，如图13所示，在其内部配置有用于架状保持晶片W的一对缓冲器26a、26b(26c、26d)。这些缓冲器26a、26b(26c、26d)载置绕铅直轴旋转的旋转台27A(27B)上。
这种负载锁定室24A、24B与真空气氛的真空输送室28连接，在该真空输送室28中设置有用于从负载锁定室24A、24B内的缓冲器26a、26b(26c、26d)接受晶片W，并将该晶片W交接给成膜装置1的已述的基板交接单元A1。在大气输送室23和负载锁定室24A、24B之间形成第一开口部20A的同时，在负载锁定室24A、24B和真空输送室28之间形成有第二开口部20B。在这些开口部20A、20B将分别设置有它们之间的间隙气密地密封，且构成为能够开闭自如的闸阀GT。第一开口部20A和第二开口部20B分别设置在第一交接臂B1和基板交接单元A1能够存取的位置，在负载锁定室24A、24B的内部通过使旋转台27A、27B旋转，使对应的缓冲器26a～26d移动至面对第一开口部20A的位置，第一交接臂B1将晶片交接到对应的缓冲器26a～26d上，或者，使缓冲器26a～26d移动至面对第二开口部20B的位置，基板交接单元A1从对应的缓冲器26a～26d接受晶片W。
另一方面，搬出区域3(图1)与搬入区域2同样地构成。图中的参照符号31是用于载置多个FOUP200的搬出用FOUP载置部，参照符号32是搬出用载置台，参照符号32A是FOUP200的搬出口。而且，图中的参照符号33是大气气氛的大气输送室，图中的34A、34B是两个负载锁定室，在大气输送室33中设置有第二交接臂B2。在负载锁定室34A、34B的内部，未图示的缓冲器以载置在旋转台上状态进行配置。
这种负载锁定室34A、34B与真空气氛的真空输送室38连接，在该真空输送室38中，为了从成膜装置1接受晶片W并将该晶片W交接到负载锁定室34A、34B内的缓冲器上，设置有基板接受单元A2。
另外，在本实施方式的成膜装置中设置有用于控制装置整体的动作的由计算机构成的控制部100，在该控制部100的存储器内存储有用于使装置运行的程序。该程序以执行后述的装置的动作的方式组成步骤组，通过硬盘、光盘、闪存、存储卡、软盘等的存储介质安装到控制部100内。
下面，对上述的实施方式的作用进行说明。载置在FOUP载置部21上的FOUP200通过未图示的开闭机构被打开盖子，通过大气输送室23内的第一交接臂B1从该FOUP200内取出晶片W。而且，利用对准单元25A或25B进行定位之后，搬入负载锁定室24A、24B内的缓冲器26a～26d内。然后，该负载锁定室24A、24B从大气被切换至真空。接着，打开闸阀GT，通过开口部20B由真空输送室28内的基板交接单元A1取出负载锁定室24A、24B内的晶片W。
另一方面，在成膜装置1中，通过真空泵7(图4)预先将真空容器10内维持在规定的真空度，并且一边由温度传感器55对基板载置部5进行温度测定，一边由加热单元54将基板载置部5预先加热至例如300℃左右，并且预先使基板输送机构4在输送方向(图中Y方向)上以例如50mm/sec左右的速度环绕移动。接着，基板输送构件A1与移动中的基板输送机构4一起以相同的速度向相同的方向上移动，并且将晶片W交接至基板载置部5。然后，基板输送构件A1立即在负载锁定室24A、24B接受下一个晶片W，同样将晶片W交接到下一个基板载置部5。在此，如上所述，因为基板载置部5排列为在输送方向上的晶片W的排列间隔L例如是400mm，所以搬入晶片W所需的时间是8秒左右。
这样，晶片W以载置在基板载置部5上的状态从基板搬入部11向预备加热区域12输送，在预备加热区域12中，在移动中通过基板载置部5被加热至大致设定温度。接着，晶片W向处理区域13移动。在处理区域13中，从第一反应气体喷嘴61和第二反应气体喷嘴62分别供给DER气体和O2气体，从分离气体喷嘴63供给作为分离气体的Ar气体。另外，从清除气体喷嘴56向基板输送机构4的环绕输送通路的内部供给作为清除气体的N2气体。此时，以环绕输送通路内部的压力与环绕输送通路外部的压力相比稍微是正压力的方式，设定各自的气体的供给量。
由于晶片W通过基板输送机构4在输送方向(Y方向)上进行移动，所以交替通过设置有第一反应气体喷嘴61的第一区域S1和设置有第二反应气体喷嘴62的第二区域S2。即，在晶片W的表面首先吸附DER气体，接着吸附O2气体，DER气体被还原，形成一层或多层的Ru分子层。然后，晶片W交替通过第一区域S1和第二区域S2，依次层叠Ru的分子层，形成具有规定膜厚的Ru膜。图12表示此时的DER气体、O2气体和Ar气体的分压和输送方向的距离的关系。这样，交替向晶片W供给Ar气体→DER气体→Ar气体→O2气体→Ar气体。
在此，根据图8对真空容器10内的气体的流动进行说明，在处理区域13中，沿着晶片W的输送方向，按照分离气体喷嘴63、第一反应气体喷嘴61、第二反应气体喷嘴62、分离气体喷嘴63的顺序进行排列。如上所述，由于在分离气体喷嘴63和真空容器10的顶部之间设置有区分壁15，所以反应气体喷嘴61、62配置在分别由分离气体喷嘴63区分的空间16内。另外，在被区分的空间16内，在反应气体喷嘴61和62的上方设置有第一排气口71和第二排气口72，空间16内的气体从上方排出。在此，从第一排气口71排出作为第一反应气体的DER气体和分离气体。这些气体流过设置在第一排气通路73上的捕集部74时，通过捕集部74捕集DER气体。
从第一反应气体喷嘴61向基板载置部5上的晶片W供给的DER气体被吸附在晶片W上，未被吸附的DER气体从设置在该被区分的空间16内的第一排气口71排出。在此，基板载置部5如上所述以接近真空容器10的内壁状态进行输送，在直线输送通路的基板载置部5和真空容器10之间仅产生微小的间隙。另外，在基板载置部5彼此之间设置有垫板53，而且，基板载置部5和垫板53之间仅产生微小的间隙。即，在设置有直线输送通路的区域仅有微小的间隙。因此，从第一反应气体喷嘴61供给的DER气体由于基板载置部5和垫板53并不向下方流动，而是向上方流动，从第一排气口71排出。
另一方面，从第二反应气体喷嘴62向基板载置部5上的晶片W供给的O2气体被吸附在晶片W上，未被吸附的O2气体从设置在由区分壁15所区分的空间16内的第二排气口72排出。在这种情况下，该O2由于基板载置部5和垫板53也不向下方流动，而是向上方流动，从第二排气口72排出。
在第一反应气体喷嘴61和第二反应气体喷嘴62的两侧设置有分离气体喷嘴63，从该分离气体喷嘴63供给Ar气体。虽然从该两侧的分离气体喷嘴63供给的Ar气体也向基板载置部5流动，但是由于基板载置部5和垫板53并不向下方流动，而是向上方流动，从在空间16开口的第一排气口71和第二排气口72排出。这样由于在作为第一反应气体的DER气体和作为第二反应气体的O2气体之间供给作为分离气体的Ar气体，所以，将被供给第一反应气体(DER)的第一区域S1和被供给第二反应气体(O2)的第二区域S2分离，能够抑制这些气体在向晶片W供给之前(在气相中)发生混合。
这样，一边向晶片W表面交替吸附DER气体和O2气体，一边使晶片W在处理区域13中沿输送方向移动，在基板搬出部14由基板接受单元A2通过与搬入动作相反的动作依次搬出。而且，从成膜装置1搬出的晶片W由基板接受单元A2搬入负载锁定室34A、34B，然后，搬出用交接臂B2接受晶片W，并搬入对应的FOUP200。
另一方面，基板输送机构4继续环绕移动，在基板搬出部14中，已被基板交接单元A2接受了晶片W的基板载置部5，在环绕输送通路的下侧移动。而且，基板载置部5在从基板搬出部14返回至基板搬入部11的途中，在清洗处理部8处暴露在被等离子体化的清洗气体(NF3气体)中，进行规定的清洗处理。通过该清洗处理，附着在基板载置部5的、由于DER和O2的反应生成的反应生成物被除去。
在该清洗处理中，虽然从下方对基板输送机构4供给清洗气体，但该清洗气体向上方的流动被基板载置部5和垫板53阻碍，再次向下方流动，借助在真空容器10的底部开口的排气口76排出。
另外，由于在基板输送机构4的环绕输送通路的内部设置有分隔板17，所以即使反应气体和分离气体从基板输送机构4的上方通过基板载置部5和垫板53之间的间隙，进入基板载置部5的下方，通过该分隔板17也能够防止进一步流向下方。另一方面，即使清洗气体从基板输送机构4的下方通过基板载置部5和垫板53的间隙，进入基板载置部5的上方，通过该分隔板17也能够防止进一步流向上方。因此，在真空容器10内，反应气体和分离气体不会与清洗气体混合。
在真空容器内10内，因为需要确保用于基板载置部5的环绕移动的空间，所以在基板输送机构4的转动体41、42的外侧的区域中不能设置分隔板17。但是，由于供给有反应气体的处理区域13和清洗处理部8处于基板搬入部11和基板搬出部14之间，所以不用考虑这些气体流到转动体41、42的外侧区域，并在该处混合。另外，由于分别在转动体41、42的外侧区域设置在真空容器10的顶部开口的排气口71、72和在真空容器10的底部开口的排气口76，所以即使在转动体41、42的外侧的区域中气体也能够流向这些排气口71、72、76、能够抑制反应气体和分离气体与清洗气体混合。
另外，如上所述向基板输送机构4的环绕输送通路的分隔板17的上方供给清除气体，而且，以环绕输送通路内部的压力高于环绕输送通路外部的压力方式分别设定反应气体、分离气体、清洗气体、清除气体的供给量。因此形成从环绕输送通路内部朝向环绕输送通路外部的气流，清洗气体从基板载置部5和真空容器10之间的间隙与基板载置部5和垫板53之间的间隙流出。因此，阻止反应气体和分离气体与清洗气体进入环绕输送通路的内部，这些气体不会在气氛中混合。
以上，在本实施方式中，分别将晶片W载置到排列在基板输送机构4的输送方向的多个基板载置部5上，使基板输送机构4环绕移动，在处理区域13中，依次通过供给有第一反应气体的第一区域S1和供给有第二反应气体的第二区域S2，进行所谓的ALD(或MLD)，所以能够以高处理能力进行成膜。另外，在使基板输送机构4移动的状态下，通过基板交接单元A1将晶片W交接到基板载置部5，通过基板接受单元A2从基板载置部5接受晶片W。这样因为在使基板载置部5移动的状态下进行晶片W的搬入和搬出，所以能够不停止基板输送机构4连续地对晶片W进行成膜，能够确保更高的处理能力。
基板输送机构4的环绕输送通路包含直线输送通路。在直线输送通路晶片W平行移动，所以晶片W上的所有点以相同的速度移动。因此，通过从反应气体喷嘴61、62均匀地供给反应气体，能够使反应气体分子以均匀的密度吸附到晶片W上。例如，在将晶片载置到圆形的载置台，并使载置台旋转，而使晶片交替暴露在反应气体中的成膜装置中进行MLD时，由于晶片内的载置台的外边缘端附近的区域与载置台的中央附近的区域相比具有较快的移动速度，所以优选对外边缘端附近的区域以较高的流量供给反应气体。另外，若在载置台的外边缘端附近的区域中以得到规定的成膜速度的方式决定反应气体的流量，则存在向载置台的中央附近的区域供给过量的反应气体，产生反应气体的浪费的情况。而且，由于基于本发明的实施方式的成膜装置不需要在真空容器内以不同的流量供给反应气体，所以能够比较简单地构成，另外，能够避免反应气体的浪费。如上所述，由于存在反应气体价格昂贵的情况，所以减少所使用的反应气体在降低制造成本的方面是有利的。
另外，在本发明的基板输送机构4中，由于例如输送时的移动速度例如是50mm/sec左右，因此晶片W在处理区域13整体中移动的时间是充分长的时间，能够充分暴露在反应气体中。因此，不需要将反应气体的供给量(浓度)设定较高，根据此点也能够抑制反应气体的无用的浪费。
还有，在本实施方式中，第一反应气体从排气口71排出在排气通路73中流动期间，通过设置在排气通路73的捕集部74被捕集。另一方面，第二反应气体从排气口72排出，通过排气通路75排出。因此，与成膜无关被排出的DER气体不与O2气体混合，在捕集部74被捕集。因此，能够再次使用昂贵的DER气体，能够降低该DER气体的原料成本。
进而，在上述的实施方式中，由于基板输送机构4具有在纵方向上环绕的环绕输送通路，所以能够对环绕输送通路的下方的基板载置部5进行清洗处理。因此，能够不增大成膜装置1的专有面积，而对基板载置部5进行清洗处理。另外，因为对于这样沿着环绕输送通路移动的基板载置部5，在其移动中进行清洗处理，所以能够始终将晶片W搬入到洁净的基板载置部5。因此，能够抑制颗粒的产生，提高成品率。
另外，在该例中，为了防止反应气体和清洗气体的混合，以从上方观察在基板载置部5和真空容器10之间仅产生微小的间隙的方式，设定基板载置部5和真空容器10的大小。因此，由于真空容器10被形成为所需要的最小限度的大小，所以基于真空泵7的真空容器10的排气时间变短，而且，由于供给反应气体的区域变小，所以能够减少反应气体的供给量。
在本发明的其他的实施方式中，如图14～图16所示，基板输送机构的环绕输送通路也可以构成为通过转动体91、92在水平方向上环绕移动。在该例中，转动体91、92具有垂直的转动轴，一方的转动轴作为主动轮运行，另一方作为从动轮运行。而且，在这些转动体91、92之间卷挂有驱动用的传送带93的同时，该传送带93上连接有传动部件94，传送带93和传动部件94一起环绕移动。在本例中，这样构成环绕输送通路。
在本例中，沿着环绕输送通路设置具有圆形的平面形状的基板载置部90，在该基板载置部90也形成有用于与基板交接单元A1或基板接受单元A2之间交接基板的台阶部90a。而且，在直线输送通路95A的相对于输送方向的上游一侧设置有基板搬入部96，在直线输送通路95A的相对于输送方向的下游一侧设置有基板搬出部99。在基板搬入部96和基板搬出部99之间沿着输送方向依次设置有预备加热处理区域97和处理区域98。在处理区域98与采用之前的实施方式的成膜装置的处理区域13相同，排列有第一反应气体喷嘴61、第二反应气体喷嘴62、分离气体喷嘴63。如图14中的表示沿着直线输送通路95A的B-B′线的截面的插入图所示，在基板输送机构9的直线输送通路的下方设置有加热单元101，加热单元101从基板搬入部96附近延伸至基板搬出部99附近。
另外，在本例中，清洗处理部102设置在与设置有处理区域98的直线输送通路95A平行的直线输送通路95B处。如表示沿着图14中的C-C′线的截面图的图16所示，该清洗处理部102包括具有两个用于允许基板载置部90等的通过的开口的处理容器103，在处理容器103的内部设置有用于对在基板载置部90表面照射被等离子体化的清洗气体的等离子体发生部104。另外，在处理容器103的上部设置有向等离子体发生部104供给作为清洗气体的NF3气体的气体供给部105，在处理容器103的底部连接有对处理容器103内进行排气的排气通路106。在基板搬出部99通过基板接受单元A2接受了晶片W的基板载置部90，在从基板搬出部99开始到基板搬入部96位置的环绕移动期间通过清洗处理部102。在清洗处理部102，基板载置部90的表面暴露在清洗处理气体的等离子体中，基板载置部90被清洗。
即使在这种实施方式中，由于沿着具有直线输送通路的环绕输送通路对晶片W进行输送，对该晶片W依次供给第一反应气体和第二反应气体，进行供给循环，所以能够以高处理能力进行成膜处理。另外，由于不停止基板输送机构9，与基板载置部90之间交接晶片W，所以能够不停止装置连续进行成膜处理，能够确保较高的处理能力。
另外，在处理区域98中沿着直线输送通路输送基板载置部90，输送时的移动速度在晶片W的面内是相同的。因此，不需要对应移动速度较大的区域，而向移动速度较小的区域供给需要以上的更多的反应气体，能够抑制反应气体的无用浪费。
在上述的实施方式中，具体而言，虽然例示了使用DER气体作为第一反应气体、使用O2气体作为第二反应气体成膜Ru膜的情况，但是在其他的实施方式中，可以使用TiCl4气体作为第一反应气体、使用NF3气体作为第二反应气体，形成TiN膜。
另外，在其他的实施方式中，如图17所示，可以使环绕输送通路的直线输送通路的长度较长，可以进行复合工序。在该例中，在基板搬入部110和基板搬出部120之间设置有三个处理区域210、220、230，在各个处理区域210、220、230的上游的位置分别设置有预备加热区域211、221、231。即使在各处理区域210、220、230中，与上述的实施方式相同，排列有第一和第二反应气体喷嘴61、62、分离气体喷嘴63。其中，在各自的处理区域对第一反应气体喷嘴61和第二反应气体喷嘴62供给不同的反应气体。
具体而言，在第一处理区域210中，使用DER气体作为第一反应气体、使用O2气体作为第二反应气体，成膜Ru下部电极，在第二处理区域220中，使用Sr[C5(CH3)5]2作为第一反应气体、使用Ti[OCH(CH3)2]4气体作为第二反应气体、使用O3气体作为第三反应气体，形成STO绝缘膜，在第三处理区域230中，使用DER气体作为第一反应气体、使用O2气体作为第二反应气体，成膜Ru上部电极。
还有，在其他的实施方式中，也可以不在真空容器10的顶部而在侧壁形成在第一反应气体喷嘴61的配置区域开口的第一排气口71和在第二反应气体喷嘴62的配置区域开口的第二排气口72，而从直线输送通过的侧方对真空容器10内进行排气。
进而，另外在其他的实施方式中，沿着直线输送通路依次排列有第一反应气体供给部、第二反应气体供给部和第三反应气体供给部，也可以在直线输送通路对被输送的基板载置部(晶片)依次供给三种反应气体。即使在这种情况下，沿着直线输送通路交替配置有第一反应气体供给部和第二反应气体供给部。
另外，作为传送带，除了上述的同步带之外，还可以使用V型带、平带或金属带和链条。还有，基板载置部的形状并限定于上述的实施方式，例如在图1所示的例中，可以一体地形成基板载置部5和垫板53，也可以在同步带44、45上设置板状的输送部件，在其上排列基板载置部5。另外，也可以在基板载置部5上预先形成对应晶片W的形状的凹部，在该凹部内载置晶片W进行输送。另外，也可以例如使用升降销进行基板载置部与基板交接单元或基板接受单元之间的晶片的交接。
另外，负载锁定室24A、24B可以构成为对晶片W进行预先加热。另外，根据成膜工序，在成膜温度不是很高的情况下，并不一定需要设置预备加热区域。该情况下，可以从基板搬入部附近开始排列反应气体喷嘴和分离气体喷嘴，向直线输送通路供给反应气体和分离气体。另外，按照处理选择使用的反应气体和分离气体，设置预备加热区域时，可以对预备加热区域的大小进行调整。还有，清洗处理部并不需要必须设置，在该情况下也不需要分隔壁17和供给清除气体。
虽然参照几个实施方式针对本发明进行了说明，但是本发明并不限定于所公开的实施方式，在附加的权利要求的范围的宗旨之内能够进行变形和变更。
本国际申请根据2008年9月26日申请的日本国特许出愿2008-248801号公报主张优先权，在此引用其全部内容。

Claims (13)

1.一种成膜装置，其通过依次向基板的表面供给至少两种在真空容器内互相发生反应的反应气体且多次执行该供给循环，而多层层叠反应生成物的层，形成薄膜，该成膜装置的特征在于，包括：
基板输送机构，其设置在真空容器内，具有队列状环绕输送多个基板载置部的环绕输送通路，该环绕输送通路具有直线状输送该多个基板载置部的直线输送通路；
第一反应气体供给部，其构成为：在所述直线输送通路沿着输送所述基板载置部的输送方向配置，对在所述直线输送通路上输送的所述多个基板载置部供给第一反应气体；
第二反应气体供给部，其构成为，沿着所述输送方向与所述第一反应气体供给部交替地配置，对在所述直线输送通路上输送的所述多个基板载置部供给第二反应气体；
分离气体供给部，其构成为：在所述第一反应气体供给部和所述第二反应气体供给部之间供给分离气体，用于分离供给有所述第一反应气体的第一区域和供给有所述第二反应气体的第二区域；
排气部，其以对所述真空容器内进行排气的方式构成；
加热部，其以对所述基板载置部上的基板进行加热的方式构成；
基板搬入部，其构成为，设置在所述直线输送通路的相对于所述输送方向的上游一侧，将基板搬入到所述多个基板载置部的各个上；和
基板搬出部，其构成为，设置在所述直线输送通路的相对于所述输送方向的下游一侧，将所述基板从所述多个基板载置部的各个上搬出。
2.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
所述基板输送机构具有架设在转动轴互相平行的一对转动体之间，并形成所述环绕输送通路的一对传送带。
3.如权利要求2所述的成膜装置，其特征在于：
具有用于旋转驱动所述一对旋转体的至少一方，以使所述传送带环绕移动的电动机。
4.如权利要求2所述的成膜装置，其特征在于：
所述基板载置部设置在所述传送带上。
5.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
所述真空容器具有从相邻的所述分离气体供给部之间对气体进行排气的排气口。
6.如权利要求5所述的成膜装置，其特征在于：
所述排气口设置在所述直线输送通路的上方。
7.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
所述环绕输送通路在纵方向上环绕在水平的转动轴的周围。
8.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
所述环绕输送通路在横方向上环绕在垂直的转动轴的周围。
9.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
在所述环绕输送通路上，在所述基板搬入部与配置有所述第一反应气体供给部、所述第二反应气体供给部和所述分离气体供给部的区域之间，设置有用于对基板进行预备加热的预备加热区域。
10.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
具有控制部：向该基板交接单元输出控制信号，使得在所述基板搬入部，外部的基板交接单元向正在移动的一个基板载置部交接基板的方式；
并且所述控制部向该基板接受单元输出控制信号，使得在所述基板搬出部，外部的基板交接单元从正在移动的其他基板载置部接受基板。
11.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
所述第一反应气体供给部和所述第二反应气体供给部包括以与所述直线输送通路正交的方式配置的气体喷嘴。
12.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
还具有清洗处理部，其对从所述基板输送机构的所述基板搬出部向所述基板搬入部移动的所述基板载置部供给清洗气体，用于对由所述基板输送机构输送的所述基板载置部进行清洗处理。
13.一种基板处理装置，其特征在于，包括：
在内部具有基板输送机构的真空输送室；
与该真空输送室气密地连接的权利要求1所述的成膜装置；和
与所述真空输送室气密地连接的、能够使内部压力在真空与大气压之间进行切换的负载锁定室。
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