CN111433390A - 成膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的成膜装置是基于原子层沉积法的成膜装置，其特征在于，具备：腔，能够将内部保持为真空；工件保持器，将作为处理对象的工件排列为多级并保持在上述腔内；以及加热器，用于对上述腔内进行加热，上述腔由横型的筒状体构成，且能够在水平方向上移动，进而，上述腔具备：内腔，在内部设置上述工件保持器；以及外腔，容纳上述内腔。

Description

成膜装置
技术领域
本发明涉及基于原子层沉积法的成膜装置。
背景技术
作为在半导体晶片等被处理基板上形成氧化膜的方法，已知有原子层沉积(ALD)法。
在专利文献1公开了通过ALD法对金属氧化膜进行成膜的成膜装置。在专利文献1记载的成膜装置具备：处理容器，是能够保持为真空的纵型且构成筒体状；保持构件，以保持为多级的状态将被处理体保持在上述处理容器内；加热装置，设置在上述处理容器的外周；成膜原料供给机构，将成膜原料供给到上述处理容器内；氧化剂供给机构，向上述处理容器内供给氧化剂；净化气体供给机构，向上述处理容器内供给净化气体；排气机构，对上述处理容器内进行排气；以及控制机构，对上述成膜原料供给机构、上述氧化剂供给机构、上述净化气体供给机构、以及上述排气机构进行控制。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5221089号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1记载的成膜装置中，能够将作为被处理体的晶片载置为多级的晶片板能够从下方插入到处理容器内。在成膜时，通过使搭载了多片晶片的状态的晶片板在处理容器内从下方上升而载入，并将处理容器内设为密闭空间。
然后，将处理容器内抽真空并维持在给定的工艺压力，并且控制对加热装置的供给电力，使晶片温度上升并维持在工艺温度，以使晶片板旋转的状态开始成膜处理。
但是，若像在专利文献1记载的成膜装置那样处理容器(以下，也称为腔)为纵型，则被处理体(以下，也称为工件)的数量变得越多，成膜装置的尺寸在高度方向上变得越大，因此工件的拆装变得困难。进而，若成膜装置的尺寸在高度方向上变大，则需要寻找屋顶高的建筑物等，设置成膜装置的环境会受限制。此外，在维护作业等时，作业人员需要进入到腔的下部进行作业，因此伴有危险。
本发明是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于，提供一种工件的拆装容易且抑制了高度方向上的尺寸的成膜装置。
用于解决课题的技术方案
本发明的成膜装置是基于原子层沉积法的成膜装置，其特征在于，具备：腔，能够将内部保持为真空；工件保持器，将作为处理对象的工件排列为多级并保持在上述腔内；以及加热器，用于对上述腔内进行加热，上述腔由横型的筒状体构成，且能够在水平方向上移动，进而，上述腔具备：内腔，在内部设置上述工件保持器；以及外腔，容纳上述内腔。
优选的是，本发明的成膜装置还具备：控制机构，进行控制，使得上述外腔内的压力高于上述内腔内的压力。
优选的是，在本发明的成膜装置中，上述工件保持器将上述工件排列为多级并进行保持，使得上述工件的主面沿着铅垂方向。
优选的是，在本发明的成膜装置中，上述工件保持器能够拆装地设置在上述内腔内。
优选的是，在本发明的成膜装置中，上述加热器能够拆装地安装在上述内腔的外壁。
优选的是，在本发明的成膜装置中，上述腔还能够在水平方向上回旋。
发明效果
根据本发明，能够提供一种工件的拆装容易且抑制了高度方向上的尺寸的成膜装置。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的一个实施方式涉及的成膜装置的立体图。
图2是示意性地示出在图1所示的成膜装置中将腔开放的状态的立体图。
图3是示意性地示出保持了工件的状态的工件保持器的一个例子的立体图。
图4是示意性地示出安装在内腔的外壁的加热器的一个例子的立体图。
图5是在图1所示的成膜装置中使内腔在水平方向上移动的状态的立体图。
图6是在图1所示的成膜装置中使内腔在水平方向上回旋的状态的立体图。
具体实施方式
以下，对本发明的成膜装置进行说明。
然而，本发明并不限定于以下的实施方式，能够在不变更本发明的主旨的范围内适当地变更而进行应用。另外，将以下记载的各个优选的结构组合了两个以上的结构也还是本发明。
在本说明书中，所谓“水平方向”，可以不是严格的水平方向，例如，也可以相对于水平方向倾斜±10°左右。同样地，所谓“铅垂方向”，可以不是严格的铅垂方向，例如，也可以相对于铅垂方向倾斜±10°左右。
本发明的成膜装置是基于原子层沉积(ALD)法的成膜装置，具备：腔，能够将内部保持为真空；工件保持器，将作为处理对象的工件排列为多级并保持在上述腔内；以及加热器，用于对上述腔内进行加热。本发明的成膜装置还具备：气体供给机构，将各种气体供给到上述腔内；以及排气机构，对上述腔内进行排气。本发明的成膜装置优选还具备用于使上述工件保持器旋转的旋转机构。
图1是示意性地示出本发明的一个实施方式涉及的成膜装置的立体图。图2是示意性地示出在图1所示的成膜装置中将腔开放的状态的立体图。
图1以及图2所示的成膜装置1具备：腔10，能够将内部保持为真空；工件保持器20，将工件W排列为多级并保持在腔10内；以及加热器30，用于对腔10内进行加热。成膜装置1还具备：气体供给管组40，将各种气体供给到腔内；排气管50，对腔内进行排气；以及旋转机构60，用于使工件保持器20旋转。
在本发明的成膜装置中，腔由横型的筒状体构成。在图1中，腔10具备：内腔11，在内部设置工件保持器20(参照图2)；以及外腔12，容纳内腔11。
在图2中，内腔11由第1盖体11a、第2盖体11b以及腔主体11c构成，第1盖体11a构成筒状体的一个侧面，第2盖体11b构成筒状体的另一个侧面，腔主体11c构成筒状体的周面。第1盖体11a固定在成膜装置1，第2盖体11b能够拆装地连接于腔主体11c的凸缘部。腔主体11c能够拆装地连接于第1盖体11a，并能够与第2盖体11b一起在水平方向上移动(参照图2)。
同样地，外腔12由第1盖体12a、第2盖体12b以及腔主体12c构成，第1盖体12a构成筒状体的一个侧面，第2盖体12b构成筒状体的另一个侧面，腔主体12c构成筒状体的周面。第1盖体12a固定在成膜装置1，第2盖体12b能够拆装地连接于腔主体12c的凸缘部。腔主体12c能够拆装地连接于第1盖体12a，并能够与第2盖体12b一起在水平方向上移动(参照图2)。
在成膜装置1设置有引导件13，内腔11的第2盖体11b以及腔主体11c能够与外腔12的第2盖体12b以及腔主体12c一起在引导件13上通过基于马达(未图示)的驱动而在水平方向上移动。在使它们移动至给定的位置之后，停止驱动，由此腔10被开放。
像这样，若腔为横型且能够在水平方向上移动，则能够确保设置工件的空间，因此工件的拆装变得容易。此外，即使在工件的数量多的情况下，也能够在高度方向上抑制成膜装置的尺寸，因此变得不易受到设置成膜装置的环境的限制。
另外，所谓“腔能够在水平方向上移动”，不仅包含腔的全部能够在水平方向上移动的情况，还包含腔的一部分固定在成膜装置的情况。因此，在图2中，可以说内腔以及外腔均能够在水平方向上移动。
此外，若腔具备内腔和外腔，则能够抑制包含成膜原料或者改性剂的成膜气体等有害气体的泄漏。其结果是，腔内的成膜气体环境稳定。
虽然在图1以及图2未示出，但是本发明的成膜装置优选还具备控制机构，该控制机构进行控制，使得外腔内的压力高于内腔内的压力。
若外腔内的压力高于内腔内的压力，则气体变得不易从内腔流向外腔，因此可确保成膜作业时的安全，此外，变得在外腔的内表面不易附着成膜原料等。
例如，在腔关闭的状态下，通过在外腔和内腔中独立地调整排气量、气体供给量，从而能够使外腔内的压力高于内腔内的压力。
优选的是，在本发明的成膜装置中，工件保持器能够拆装地设置在内腔内。在图2中，工件保持器20能够拆装地连接于内腔11的第1盖体11a。工件保持器20不与内腔11的第2盖体11b连接，因此被第1盖体11a以悬臂式支承。另外，工件保持器可以直接设置在腔内，也可以经由固定在腔内的夹具支持件进行设置。
工件保持器保持工件的方向没有特别限定，但是优选如图2所示，工件保持器将工件排列为多级并进行保持，使得工件的主面沿着铅垂方向。在该情况下，多个工件配置为主面彼此对置且相互分离。
通过将工件放置为工件的主面沿着铅垂方向来进行成膜，从而变得在工件的主面不易残留成为杂质的颗粒。此外，与在铅垂方向上堆叠工件的情况相比，没有工件从腔的上部落下的危险性，因此能够安全地进行作业。
图3是示意性地示出保持了工件的状态的工件保持器的一个例子的立体图。
图3所示的工件保持器20具备一对支承板20a以及20b和与支承板20a以及20b连结的多个支柱20c1、20c2、20c3以及20c4。在支柱20c1、20c2、20c3以及20c4分别形成有多个槽25，构成为通过槽25来保持工件W。工件W被保持为主面沿着铅垂方向。另外，支柱20c1能够拆装。
在本发明的成膜装置中，只要能够对腔内进行加热，设置加热器的位置就没有特别限定，但是加热器优选安装在内腔的外壁。特别是，加热器优选能够拆装地安装在内腔的外壁。
通过将加热器安装在内腔的外壁，从而内腔内成为稳定的温度，因此能够使成膜均匀化。特别是，在加热器能够拆装的情况下，维护变得容易。
图4是示意性地示出安装在内腔的外壁的加热器的一个例子的立体图。
在图4中，分别安装加热器30a使得覆盖内腔的第1盖体11a的外壁，安装加热器30b使得覆盖内腔的第2盖体11b的外壁，安装加热器30c1以及30c2使得覆盖内腔的腔主体11c的外壁。在加热器30c1以及30c2，加热线35被分开设置为腔主体11c的长边方向上的两端以及中央的三块，能够分别独立地进行控制。
优选的是，本发明的成膜装置还具备将各种气体供给到内腔内的气体供给机构。特别是，优选还具备像图2所示的气体供给管组40那样将各种气体供给到内腔内的气体供给管。在各个气体供给管通常设置有多个气体吹出口。
在图2中，气体供给管组40与内腔11的第1盖体11a连接。气体供给管组40不与内腔11的第2盖体11b连接，因此被第1盖体11a以悬臂式支承。
作为气体供给管，例如，可列举成膜原料供给管、改性剂供给管以及载体气体供给管这三种。
关于图2所示的气体供给管组40中的哪个种类的气体供给管分别有几根，并没有限定，但是优选载体气体供给管最多。
成膜原料供给管是在基于ALD法的成膜中用于供给成膜原料的气体的气体供给管，成膜原料是成膜目的的化合物的前体。
通过ALD法，例如能够对氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)等金属氧化物、氮化钛(TiN)等金属氮化物、铂(Pt)等金属进行成膜。
作为成膜原料，例如，可列举为了对氧化铝进行成膜而使用的TMA(三甲基铝：Al(CH3)3)、为了对二氧化硅进行成膜而使用的三(二甲基氨基)硅烷(SiH[N(CH3)2]3)、为了对氮化钛进行成膜而使用的四氯化钛(TiCl4)、为了对铂进行成膜而使用的MeCpPtMe3((三甲基)甲基环戊二烯基铂)等。
优选在成膜原料供给管中与成膜原料一同还供给载体气体。
在该情况下，优选在成膜装置外调制成膜原料和载体气体的混合气体，并将混合气体从成膜原料供给管供给到腔内。
改性剂供给管是在基于ALD法的成膜中用于供给成为改性剂的气体的气体供给管，改性剂用于使成膜目的的化合物的前体改性而成为成膜目的的化合物。
关于作为改性剂的气体，可列举臭氧、氧、水(水蒸气)、氨等。
在对氧化铝进行成膜的情况下，通过使用TMA作为前体，并使用臭氧气体、水作为改性剂，从而能够将氧化铝成膜在工件上。
在对二氧化硅进行成膜的情况下，通过使用三(二甲基氨基)硅烷作为前体，并使用臭氧气体作为改性剂，从而能够将二氧化硅成膜在工件上。
在对氮化钛进行成膜的情况下，通过使用四氯化钛作为前体，并使用氨气作为改性剂，从而能够将氮化钛成膜在工件上。
在对铂进行成膜的情况下，通过使用MeCpPtMe3作为前体，并使用氧气作为改性剂，由此能够将铂成膜在工件上。
优选在改性剂供给管中与改性剂一同还供给载体气体。
在该情况下，优选在成膜装置外调制改性剂和载体气体的混合气体，并将混合气体从改性剂供给管供给到腔内。
载体气体供给管是在基于ALD法的成膜中用于供给载体气体的气体供给管，载体气体作为使成膜原料沉积在工件上之后的净化气体、以及使改性剂和成膜原料反应而使成膜目的的化合物沉积在工件上之后的净化气体。
作为载体气体，可列举氮气、氩气等惰性气体。
优选在成膜原料供给管以及改性剂供给管中也流过与从载体气体供给管供给的载体气体相同种类的载体气体，优选从三种气体供给管始终流过载体气体。
通过从三种气体供给管始终流过载体气体，从而能够防止由成膜原料或者改性剂造成的气体供给管的堵塞。
优选的是，本发明的成膜装置还具备对内腔内以及外腔内分别独立地进行排气的排气机构。特别是，优选还具备像图2所示的排气管50那样对内腔内进行排气的排气管。在排气管通常设置有多个吸气口，在管的连接目的地(腔外)连接于真空泵等排气装置，使得能够对内腔内的气体进行排气。
在图2中，排气管50与内腔11的第1盖体11a连接。排气管50不与内腔11的第2盖体11b连接，因此被第1盖体11a以悬臂式支承。
关于从气体供给管供给到腔内的气体，优选使其滞留在工件上，然后朝向排气管。因此，虽然在图1以及图2未示出，但是本发明的成膜装置优选还具备将从气体供给管吹出的气流的朝向变更为朝着排气管的朝向的整流构件。
优选的是，本发明的成膜装置还具备像图2所示的旋转机构60那样用于使工件保持器旋转的旋转机构。在工件保持器将工件排列为多级并进行保持而使得工件的主面沿着铅垂方向的情况下，旋转机构在水平方向上具备旋转轴。例如，能够通过使用马达等而使工件保持器旋转。
通过在腔内使工件保持器旋转，从而腔内的气体的流动变得均匀，因此能够使工件W的主面内的膜厚均匀。
在图2中，旋转机构60设置在内腔11的第1盖体11a，能够使被第1盖体11a以悬臂式支承的工件保持器20旋转。
优选的是，在本发明的成膜装置中，腔还能够在水平方向上回旋。
若腔能够在水平方向上回旋，则能够将腔的朝向改变为容易作业的位置，因此维护作业变得容易。
图5是在图1所示的成膜装置中使内腔在水平方向上移动的状态的立体图。
在图5中，内腔的第2盖体11b以及腔主体11c与外腔的第2盖体12b一同在水平方向上移动。另一方面，内腔的第1盖体11a(未图示)、外腔的第1盖体12a以及腔主体12c被固定。在该情况下，可以说仅内腔在水平方向上移动。
图6是在图1所示的成膜装置中使内腔在水平方向上回旋的状态的立体图。
在图6中，内腔的第2盖体11b以及腔主体11c与外腔的第2盖体12b一同在水平方向上回旋。在该情况下，可以说仅内腔在水平方向上回旋。
在本发明的成膜装置中，在腔能够在水平方向上回旋的情况下，回旋的角度没有特别限定，但是从使维护作业变得容易的观点出发，优选为70度以上且110度以下。
以下，分为成膜作业和维护作业对本发明的成膜装置的使用方法进行说明。
在对使用了本发明的成膜装置的成膜作业进行说明之前，对基于ALD法的成膜方法进行说明。
在基于ALD法的成膜方法中，通过将如下的工序重复多次，从而在工件形成反应膜，该工序为：在能够将内部保持为真空的腔内放置工件，并将上述腔内设为保持为真空的状态，向上述腔内供给成膜原料的工序；以及向上述腔内供给改性剂的工序。
其次，以下示出使用了本发明的成膜装置的成膜作业的工作流程的一个例子。
1.通过基于马达和引导件的水平移动，将腔打开。
2.将预先放置了工件的工件保持器设置在腔内。
3.通过水平移动使腔返回到原始的位置并关闭腔。
4.对腔内抽真空。
5.通过加热器对腔内进行加热。
6.在腔内成为给定的压力之后，使包含成膜原料的气体和包含改性剂的气体交替地流到腔内。
7.直到完成给定的成膜为止，重复气体的供给。
8.停止腔内的加热。
9.进行大气通风。
10.通过基于马达和引导件的水平移动，将腔打开。
11.从腔内卸下工件保持器。
此外，以下示出使用了本发明的成膜装置的维护作业的工作流程的一个例子。
1.留下外腔，通过马达和引导件仅使内腔进行水平移动。
2.分别进行外腔以及内腔的维护。
3.在内腔能够回旋的情况下，维护变得容易。此外，在加热器能够拆装地安装在内腔的外壁的情况下，维护变得更容易。
本发明的成膜装置并不限定于上述实施方式，例如，关于成膜装置的结构等，能够在本发明的范围内施加各种应用、变形。
优选的是，在本发明的成膜装置中，内腔以及外腔能够分别独立地在水平方向上移动。例如，内腔以及外腔可以成为一体而在水平方向上移动，也可以是仅内腔在水平方向上移动。
此外，优选的是，在本发明的成膜装置中，在腔能够在水平方向上回旋的情况下，内腔以及外腔能够分别独立地在水平方向上回旋。例如，内腔以及外腔可以成为一体而在水平方向上回旋，也可以是仅内腔在水平方向上回旋。
附图标记说明
1：成膜装置；
10：腔；
11：内腔；
11a：内腔的第1盖体；
11b：内腔的第2盖体；
11c：内腔的腔主体；
12：外腔；
12a：外腔的第1盖体；
12b：外腔的第2盖体；
12c：外腔的腔主体；
13：引导件；
20：工件保持器；
20a、20b：支承板；
20c1、20c2、20c3、20c4：支柱；
25：槽；
30、30a、30b、30c1、30c2：加热器；
35：加热线；
40：气体供给管组；
50：排气管；
60：旋转机构；
W：工件。

Claims (6)

1.一种成膜装置，是基于原子层沉积法的成膜装置，其特征在于，具备：
腔，能够将内部保持为真空；
工件保持器，将作为处理对象的工件排列为多级并保持在所述腔内；以及
加热器，用于对所述腔内进行加热，
所述腔由横型的筒状体构成，且能够在水平方向上移动，
进而，所述腔具备：内腔，在内部设置所述工件保持器；以及外腔，容纳所述内腔。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，
还具备：控制机构，进行控制，使得所述外腔内的压力高于所述内腔内的压力。
3.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于，
所述工件保持器将所述工件排列为多级并进行保持，使得所述工件的主面沿着铅垂方向。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的成膜装置，其特征在于，
所述工件保持器能够拆装地设置在所述内腔内。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的成膜装置，其特征在于，
所述加热器能够拆装地安装在所述内腔的外壁。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的成膜装置，其特征在于，
所述腔还能够在水平方向上回旋。
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