JP2010062371A - 成膜装置、基板処理装置、成膜方法及び記憶媒体 - Google Patents

成膜装置、基板処理装置、成膜方法及び記憶媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】基板の搬送機器に与える熱的ダメージを抑えた成膜装置を提供する。
【解決手段】互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順次基板の表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜装置において、真空容器内に設けられた回転テーブルと、基板を載置するため回転テーブルに設けられた複数の基板載置部と、回転テーブルを加熱する加熱手段と、第1の反応ガス供給手段と、第2の反応ガス供給手段と、第1の処理領域と第2の処理領域との間に設けられた第1の分離ガスを供給するための第1の分離ガス供給手段と、真空容器内において、前記基板を冷却するため窒素ガス又は不活性ガスを基板に対し噴射する基板冷却手段とを備えたことを特徴とする成膜装置を提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】図10

Description

本発明は、互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順次基板の表面に供給するサイクルを繰返し行うことにより、反応生成物が積層された薄膜を形成する成膜装置、基板処理装置、成膜方法及びこの方法を実行するプログラムを格納した記憶媒体に関する。
半導体製造プロセスにおける成膜手法として、基板である半導体ウエハ(以下「ウエハ」という)等の表面に真空雰囲気下で第1の反応ガスを吸着させた後、供給するガスを第2の反応ガスに切り替えて、両ガスの反応により1層あるいは複数層の原子層や分子層を形成し、このサイクルを多数回行うことにより、これらの層を積層して、基板上への成膜を行うプロセスが知られている。このプロセスは、例えばALD(Atomic Layer Deposition)やMLD(Molecular Layer Deposition)などと呼ばれており、サイクル数に応じて膜厚を高精度にコントロールすることができると共に、膜質の面内均一性も良好であり、半導体デバイスの薄膜化に対応できる有効な手法である。
このような成膜方法が好適である例としては、例えばゲート酸化膜に用いられる高誘電体膜の成膜が挙げられる。一例を挙げると、シリコン酸化膜(SiO膜)を成膜する場合には、第1の反応ガス(原料ガス)として、例えばビスターシャルブチルアミノシラン(以下「BTBAS」という)ガス等が用いられ、第2の反応ガス(酸化ガス)としてオゾンガス等が用いられる。
このような成膜方法を実施する装置としては、真空容器の上部中央にガスシャワーへッドを備えた枚葉の成膜装置を用いて、基板の中央部上方側から反応ガスを供給し、未反応の反応ガス及び反応副生成物を処理容器の底部から排気する方法が検討されている。ところで上記の成膜方法は、パージガスによるガス置換に長い時間がかかり、またサイクル数も例えば数百回にもなることから、処理時間が長いという問題があり、高スループットで処理できる装置、手法が要望されている。
このような背景から、複数枚の基板を真空容器内の回転テーブルに回転方向に配置して成膜処理を行う装置が以下のように既に知られている。
特許文献1には、扇平な円筒状の真空容器を左右に分離し、左側領域及び右側領域に半円の輸郭に沿って形成された排気口が上向きに排気するように設けられると共に、左側半円の輪郭と右側半円の輪郭の間、つまり真空容器の直径領域には分離ガスの吐出口が形成されている。右側半円領域及び左側半円領域には互いに異なる原料ガスの供給領域が形成され、真空容器内の回転テーブルが回転することでワークピースが右側半円領域、分離領域D及び左側半円領域を通過すると共に、両原料ガスは排気口から排気される。
特許文献2には、ウエハ支持部材(回転テーブル)の上に回転方向に沿って4枚のウエハを等距離に配置する一方、ウエハ支持部材と対向するように第1の反応ガス吐出ノズル及び第2の反応ガス吐出ノズルを回転方向に沿って等距離に配置しかつこれらノズルの間にパージノズルを配置し、ウエハ支持部材を水平回転させる構成が記載されている。各ウエハはウエハ支持部材により支持され、ウエハの表面はウエハ支持部材の上面からウエハの厚さだけ上方に位置している。また各ノズルはウエハ支持部材の径方向に伸びるように設けられ、ウエハとノズルとの距離は0.1mm以上であることが記載されている。真空排気はウエハ支持部材の外縁と処理容器の内壁との間から行われる。このような装置によれば、パージガスノズルの下方がいわばエアーカーテンの役割を果たすことで第1の反応ガスと第2の反応ガスとの混合を防止している。
特許文献3には、真空容器内を隔壁により周方向に複数の処理室に分割すると共に、隔壁の下端に対して細隙を介して回転可能な円形の載置台を設けて、この載置台上にウエハを複数配置する構成が記載されている。
特許文献4には、円形のガス供給板を周方向に8つに区切り、AsHガスの供給口、Hガスの供給口、TMGガスの供給口及びHガスの供給口を90度ずつずらして配置し、さらにこれらガス供給口の間に排気口を設け、このガス供給板と対向させてウエハを支持したサセプタを回転させる手法が記載されている。
また特許文献5には、回転テーブルの上方領域を十字に4つの垂直壁で仕切り、こうして仕切られた4つの載置領域にウエハを載置すると共に、ソースガスインジェクタ、反応ガスインジェクタ、パージガスインジェクタを回転方向に交互に配置して十字のインジェクタユニットを構成し、これらインジェクタを前記4つの載置領域に順番に位置させるようにインジェクタユニットを水平回転させかつ回転テーブルの周辺から真空排気する構成が記載されている。
更にまた特許文献6(特許文献7、8)には、ターゲット(ウエハに相当する)に複数のガスを交互に吸着させる原子層CVD方法を実施するにあたり、ウエハを載置するサセプタを回転させ、サセプタの上方からソースガスとパージガスとを供給する装置が記載されている。段落0023から0025には、チャンバの中心から放射状に隔壁が延びており、隔壁の下に反応ガスまたはパージガスをサセプタに供給するガス流出孔が設けられていること、隔壁からのガス流出孔から不活性ガスを流出させることでガスカーテンを形成することが記載されている。排気に関しては段落0058に始めて記載され、この記載によると、ソースガスとパージガスとをそれぞれ排気チャネル30a、30bから別々に排気するようになっている。このような構成では、パージガスコンパートメントにおいて両側のソースガスコンパートメントにおけるソースガスの混じり合いを避けられず、反応生成物が発生してウエハへのパーティクル汚染が生じる。この特許文献6は、解読が困難であり、上述以外の構成については把握が困難である。
米国特許公報7,153,542号:図6(a)、(b) 特開2001−254181号公報:図1及び図2 特許3144664号公報:図1、図2、請求項1 特開平3287912号公報: 米国特許公報6,634,314号 特開2007−247066号公報:段落0023〜0025、0058,図12及び図18 米国特許公開公報2007−218701号 米国特許公開公報2007−218702号
しかしながら、特許文献1に記載されている装置は、分離ガスの吐出口と反応ガスの供給領域との間に上向きの排気口を設け、反応ガスをこの排気口から分離ガスと共に排気する手法を採用しているため、ワークピースに吐出された反応ガスが上向き流となって排気口から吸い込まれるため、パーティクルの巻上げを伴ない、ウエハへのパーティクル汚染を引き起こしやすいという欠点がある。
また、特許文献2に記載されている発明は、ウエハ支持部材が回転していることもあって、パージガスノズルからのエアーカーテン作用だけではその両側の反応ガスが通過してしまい、特に回転方向上流側から前記エアーカーテン中を拡散してしまうことは避けられない。更にまた第1の反応ガス吐出ノズルから吐出した第1の反応ガスは回転テーブルに相当するウエハ支持部材の中心部を介して容易に第2の反応ガス吐出ノズルからの第2の反応ガス拡散領域に到達してしまう。このように第1の反応ガスと第2の反応ガスとがウエハ上で混合されてしまうと、ウエハ表面に反応生成物が付着し、良好なALD(あるいはMLD)処理ができなくなる。
また、特許文献3に記載されている装置は、隔壁と載置台あるいはウエハとの間の隙間からプロセスガスが隣の処理室に拡散し、また複数の処理室の間に排気室を設けているので、ウエハがこの排気室を通るときに上流側及び下流側の処理室からのガスが当該排気室にて混合される。このためいわゆるALD方式の成膜手法には適用できない。
また、特許文献4に記載されている手法は、2つの反応ガスの分離に対して現実的な手段が何ら開示されておらず、サセプタの中心付近においては勿論のこと、実際には中心付近以外においてもHガスの供給口の配列領域を介して2つの反応ガスが混合されてしまう。更にまたウエハの通過領域と対向する面に排気口を設けると、サセプタ表面からのパーティクルの巻上げなどによりウエハのパーティクル汚染が起こりやすいという致命的な問題もある。
また、特許文献5に記載されている構成においては、各載置領域にソースガスあるいは反応ガスを供給した後、パージガスノズルにより当該載置領域の雰囲気をパージガスで置換するために長い時間がかかるし、また一の載置領域から垂直壁を越えて隣接する載置領域にソースガスあるいは反応ガスが拡散して、両ガスが載置領域にて反応するおそれが大きい。
本発明はこのような問題に基づいて行われたものであり、その目的は、基板の表面に互いに反応する複数の反応ガスを順次供給して反応生成物からなる層を積層することにより薄膜を形成する場合において、成膜後基板を搬送前に基板を冷却することにより、基板を搬送するための駆動部に熱的ダメージを与えることを防ぐことができるため、基板を搬送するための駆動部の変形や故障を防止することが可能な成膜装置、基板処理装置、成膜方法及びこの方法を実施するプログラムを格納した記憶媒体を提供することにある。
本発明は、真空容器内にて互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置において、前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、前記回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置領域と、前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける前記基板の載置領域側の面に夫々第1の反応ガス及び第2の反応ガスを供給するための第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段と、前記第1の反応ガスが供給される第1の処理領域と第2の反応ガスが供給される第2の処理領域との雰囲気を分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、前記第1の処理領域と前記第2の処理領域との雰囲気を分離するために真空容器内の中心部に位置し、回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを吐出する吐出孔が形成された中心部領域と、前記分離領域の両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域から吐出する分離ガスとともに前記反応ガスを排気するための排気口と、前記分離領域は、分離ガスを供給するための分離ガス供給手段と、前記分離ガス供給手段の前記回転方向両側に位置し、当該分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるための狭隘な空間を回転テーブルとの間に形成するための天井面と、前記真空容器内において、前記基板を冷却するため窒素ガス又は不活性ガスを基板に対し噴射する基板冷却手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順次基板の表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜装置において、真空容器内に設けられた回転テーブルと、前記回転テーブルの同一円周上に前記基板を載置するため回転テーブルに設けられた複数の基板載置部と、前記回転テーブルを加熱する加熱手段と、前記真空容器内の前記基板載置部の形成された側に設けられた第1の反応ガスを供給するための第1の反応ガス供給手段と、前記真空容器内の前記基板載置部の形成された側であって、前記第1の反応ガス供給手段に対し離れた位置に設けられた第2の反応ガスを供給するための第2の反応ガス供給手段と、前記第1の反応ガス供給手段により第1の反応ガスが供給される第1の処理領域と、前記第2の反応ガス供給手段により第2の反応ガスが供給される第2の処理領域とを分離するために、第1の処理領域と第2の処理領域との間に設けられた第1の分離ガスを供給するための第1の分離ガス供給手段と、前記真空容器の外部より真空容器の内部に前記基板を搬送するために前記真空容器の側壁に設けられたゲートバルブにより開閉する搬送口と、前記搬送口において前記基板を搬送するための2本の棒状の保持部からなる搬送アームであって、一方の保持部には、前記基板を保持するための基板保持部が少なくとも1ヶ所設けられており、他方の保持部には、前記基板を保持するための基板保持部が少なくとも2ヶ所設けられている基板保持アームと、前記真空容器内において、前記基板を冷却するため窒素ガス又は不活性ガスを基板に対し噴射する冷却手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順次基板の表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜方法において、真空容器内部の回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置部に前記基板を載置する工程と、前記回転テーブルを加熱する工程と、前記真空容器内に互いに離れて設けられた第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段から、回転テーブルにおける基板載置部の形成された面に、各第1の反応ガス及び第2の反応ガスを供給すると共に、第1の反応ガス供給手段と第2の反応ガス供給手段との間に設けられた分離ガス供給手段により分離ガスを供給することにより成膜を行う工程と、前記成膜を行う工程の終了後、前記基板を前記基板載置部から取り出し、前記真空容器内において基板を冷却するために設けられた基板冷却手段より窒素ガス又は不活性ガスを噴射することにより基板を冷却する工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明は、互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順次基板の表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜方法において、真空容器内部の回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置部に前記基板を載置する工程と、前記回転テーブルを加熱する工程と、前記真空容器内に互いに離れて設けられた第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段から、回転テーブルにおける基板載置部の形成された面に、各第1の反応ガス及び第2の反応ガスを供給すると共に、第1の反応ガス供給手段と第2の反応ガス供給手段との間に設けられた分離ガス供給手段により分離ガスを供給することにより成膜を行う工程と、前記成膜を行う工程の終了後、前記基板載置部に設けられた昇降機構により、前記基板を基板載置部より持ち上げる工程と、前記真空容器の内部から搬送口を介し真空容器の外部に前記基板を搬送するために設けられた搬送アームにより把持する工程と、前記搬送アームに前記基板を設置した後、前記真空容器内において基板を冷却するために設けられた基板冷却手段より窒素ガス又は不活性ガスを噴射することにより基板を冷却する工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明は、互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順次基板の表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜方法において、真空容器内部の回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置部に前記基板を載置する工程と、前記回転テーブルを加熱する工程と、前記真空容器内に互いに離れて設けられた第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段から、回転テーブルにおける基板載置部の形成された面に、各第1の反応ガス及び第2の反応ガスを供給すると共に、第1の反応ガス供給手段と第2の反応ガス供給手段との間に設けられた分離ガス供給手段により分離ガスを供給することにより成膜を行う工程と、前記成膜を行う工程の終了後、前記基板を保持するための2本の棒状の保持部を有する基板保持アームであって、一方の保持部には、基板を保持するための基板保持部が少なくとも1ヶ所設けられており、他方の保持部には、基板を保持するための基板保持部が少なくとも2ヶ所設けられている基板保持アームにより、前記基板載置部に載置されている基板を持ち上げる工程と、前記基板を持ち上げる工程の終了後、前記真空容器内において基板を冷却するために設けられた基板冷却手段より窒素ガス又は不活性ガスを噴射することにより基板を冷却する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、加熱した基板の表面に互いに反応する複数の反応ガスを順次供給して反応生成物からなる層を積層することにより薄膜を形成する場合において、成膜後基板を搬送前に基板を冷却することにより、基板を搬送するための駆動部に熱的ダメージを与えることを防ぐことができるため、基板を搬送するための駆動部の変形や故障を防止することができる。
本発明の実施の形態である成膜装置は、図1に示すように平面形状が概ね円形である扁平な真空容器1と、この真空容器1内に設けられ、当該真空容器1の中心に回転中心を有する回転テーブル2と、を備えている。真空容器1は天板11が容器本体12から分離できるように構成されている。天板11は、内部の減圧状態により封止部材例えばOリング13を介して容器本体12側に押し付けられていて気密状態を維持しているが、天板11を容器本体12から分離するときには図示しない駆動機構により上方に持ち上げられる。
回転テーブル2は、中心部にて円筒形状のコア部21に固定され、このコア部21は、鉛直方向に伸びる回転軸22の上端に固定されている。回転軸22は真空容器1の底面部14を貫通し、その下端が当該回転軸22を鉛直軸回りにこの例では時計方向に回転させる駆動部23に取り付けられている。回転軸22及び駆動部23は、上面が開口した筒状のケース体20内に収納されている。このケース体20はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器1の底面部14の下面に気密に取り付けられており、ケース体20の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。
回転テーブル2の表面部には、図2及び図3に示すように回転方向(周方向)に沿って複数枚例えば5枚の基板であるウエハを載置するための円形状の凹部24が設けられている。なお図3には便宜上1個の凹部24だけにウエハWを描いてある。ここで図4は、回転テーブル2を同心円に沿って切断しかつ横に展開して示す展開図であり、凹部24は、図4(a)に示すようにその直径がウエハWの直径よりも僅かに例えば4mm大きく、またその深さはウエハWの厚みと同等の大きさに設定されている。従ってウエハWを凹部24に落とし込むと、ウエハWの表面と回転テーブル2の表面(ウエハWが載置されない領域)とが揃うことになる。ウエハWの表面と回転テーブル2の表面との間の高さの差が大きいとその段差部分で圧力変動が生じることから、ウエハWの表面と回転テーブル2の表面との高さをそろえることが、膜厚の面内均一性をそろえる観点からの好ましい。ウエハWの表面と回転テーブル2の表面との高さを揃えるとは、同じ高さであるかあるいは両面の差が5mm以内であることをいうが、加工精度などに応じてできるだけ両面の高さの差をゼロに近づけることが好ましい。凹部24の底部には、ウエハWの裏面を支えて当該ウエハWを昇降させるための例えば後述する3本の昇降ピン(図8参照)が貫通する貫通孔(図示せず)が形成されている。
凹部24はウエハWを位置決めして回転テーブル2の回転に伴なう遠心力により飛び出さないようにするためのものであり、本発明の基板載置部に相当する部位であるが、基板載置部(ウエハ載置部)は、凹部に限らず例えば回転テーブル2の表面にウエハの周縁をガイドするガイド部材をウエハWの周方向に沿って複数並べた構成であってもよく、あるいは回転テーブル2側に静電チャックなどのチャック機構を持たせてウエハWを吸着する場合には、その吸着によりウエハWが載置される領域が基板載置部となる。
図2および3を参照すると、回転テーブル2の上方に第1の反応ガスノズル31、第2の反応ガスノズル32、および分離ガスノズル41,42を含み、これらは、所定の角度間隔で半径方向に延在している。この構成により、凹部24は、ノズル31,32,41,および42の下を通過することができる。図示の例では、第2の反応ガスノズル32、分離ガスノズル41、第1の反応ガスノズル31、および分離ガスノズル42がこの順に時計回りに配置されている。これらのガスノズル31,32,41,42は、容器本体12の周壁部を貫通し、ガス導入ポート31a,32a,41a,42aである端部を壁の外周壁に取り付けることにより、支持されている。ガスノズル31,32,41,42は、図示の例では、容器1の周壁部から容器1内へ導入されているが、環状の突出部5(後述)から導入しても良い。この場合、突出部5の外周面と天板11の外表面とに開口するL字型の導管を設け、容器1内でL字型の導管の一方の開口にガスノズル31(32,41,42)を接続し、容器1の外部でL字型の導管の他方の開口にガス導入ポート31a(32a、41a、42a)を接続することができる。
反応ガスノズル31、32は、夫々第1の反応ガスであるBTBAS(ビスターシャルブチルアモノシラン)ガスのガス供給源及び第2の反応ガスであるO(オゾン)ガスのガス供給源(いずれも図示せず)に接続されており、分離ガスノズル41、42はいずれも分離ガスであるNガス(窒素ガス)のガス供給源(図示せず)に接続されている。この例では、第2の反応ガスノズル32、分離ガスノズル41、第1の反応ガスノズル31及び分離ガスノズル42がこの順に時計方向に配列されている。
反応ガスノズル31、32には、下方側に反応ガスを吐出するための吐出孔33がノズルの長さ方向に間隔を置いて配列されている。また分離ガスノズル41、42には、下方側に分離ガスを吐出するための吐出孔40が長さ方向に間隔を置いて穿設されている。反応ガスノズル31、32は夫々第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段に相当し、その下方領域は夫々BTBASガスをウエハWの表面に吸着させるための第1の処理領域P1及びOガスをウエハWの表面に吸着させるための第2の処理領域P2となる。
分離ガスノズル41、42は、前記第1の処理領域P1と第2の処理領域P2とを分離するための分離領域Dを形成するためのものであり、この分離領域Dにおける真空容器1の天板11には図2〜図4に示すように、回転テーブル2の回転中心を中心としかつ真空容器1の内周壁の近傍に沿って描かれる円を周方向に分割してなる、平面形状が扇型で下方に突出した天井板となる凸状部4が設けられている。分離ガスノズル41、42は、この凸状部4における前記円の周方向中央にて当該円の半径方向に伸びるように形成された溝部43内に収められている。即ち分離ガスノズル41、(42)の中心軸から凸状部4である扇型の両縁(回転方向上流側の縁及び下流側の縁)までの距離は同じ長さに設定されている。
従って分離ガスノズル41、42における前記周方向両側には、前記凸状部4の下面である例えば平坦な低い天井面44(第1の天井面)が存在し、この天井面44の前記周方向両側には、当該天井面44よりも高い天井面45(第2の天井面)が存在することになる。この凸状部4の役割は、回転テーブル2との間に第1の反応ガス及び第2の反応ガスの侵入を阻止してこれら反応ガスの混合を阻止するための狭隘な空間である分離空間を形成することにある。
即ち、分離ガスノズル41を例にとると、回転テーブル2の回転方向上流側からOガスが侵入することを阻止し、また回転方向下流側からBTBASガスが侵入することを阻止する。「ガスの侵入を阻止する」とは、分離ガスノズル41から吐出した分離ガスであるNガスが第1の天井面44と回転テーブル2の表面との間に拡散して、この例では当該第1の天井面44に隣接する第2の天井面45の下方側空間に吹き出し、これにより当該隣接空間からのガスが侵入できなくなることを意味する。そして「ガスが侵入できなくなる」とは、隣接空間から凸状部4の下方側空間に全く入り込むことができない場合のみを意味するのではなく、多少侵入はするが、両側から夫々侵入したOガス及びBTBASガスが凸状部4内で交じり合わない状態が確保される場合も意味し、このような作用が得られる限り、分離領域Dの役割である第1の処理領域P1の雰囲気と第2の処理領域P2の雰囲気との分離作用が発揮できる。またウエハWの表面に吸着したガスについては当然に分離領域D内を通過することができ、ガスの侵入阻止は、気相中のガスを意味している。
図1、2、及び3を参照すると、天板11の下面には、内周縁がコア部21の外周面に面するように配置された環状の突出部5が設けられている。突出部5は、コア部21よりも外側の領域において回転テーブル2と対向している。また、突出部5は、凸状部4と一体に形成され、凸状部4の下面と突出部5の下面とは一の平面を形成している。すなわち、突出部5の下面の回転テーブル2からの高さは、凸状部4の下面(天井面44)と高さと等しい。この高さは、後に高さhと言及される。ただし、突出部5と凸状部4は、必ずしも一体でなくても良く、別体であっても良い。なお、図2及び3は、凸状部4を容器1内に残したまま天板11を取り外した容器1の内部構成を示している。
凸状部4及び分離ガスノズル41(42)の組み合わせ構造の作り方については、凸状部4をなす1枚の扇型プレートの中央に溝部43を形成してこの溝部43内に分離ガスノズル41(42)を配置する構造に限らず、2枚の扇型プレートを用い、分離ガスノズル41(42)の両側位置にて天板本体の下面にボルト締めなどにより固定する構成などであってもよい。
この例では分離ガスノズル41(42)は、真下に向いた例えば口径が0.5mmの吐出孔がノズルの長さ方向に沿って10mmの間隔をおいて配列されている。また反応ガスノズル31、32についても、真下に向いた例えば口径が0.5mmの吐出孔がノズルの長さ方向に沿って例えば10mmの間隔をおいて配列されている。
この例では直径300mmのウエハWを被処理基板としており、この場合凸状部4は、回転中心から140mm離れた突出部5との境界部位においては、周方向の長さ(回転テーブル2と同心円の円弧の長さ)が例えば146mmであり、ウエハの載置領域(凹部24)の最も外周部においては、周方向の長さが例えば502mmである。なお図4(a)に示すように、当該外側部位において分離ガスノズル41(42)の両脇から夫々左右に位置する凸状部4の周方向の長さLでみれば、長さLは246mmである。
また、図4(a)に示すように凸状部4の下面、即ち天井面44における回転テーブル2の表面までの高さhは、例えば約0.5mmから約10mmであって良く、約4mmであると好適である。この場合、回転テーブル2の回転数は例えば1rpm〜500rpmに設定されている。分離領域Dの分離機能を確保するためには、回転テーブル2の回転数の使用範囲などに応じて、凸状部4の大きさや凸状部4の下面(第1の天井面44)と回転テーブル2の表面との高さhを例えば実験などにも基づいて設定することになる。なお分離ガスとしては、Nガスに限られずHeやArガスなどの不活性ガスを用いることができるが、不活性ガスに限らず水素ガスなどであってもよく、成膜処理に影響を与えないガスであれば、ガスの種類に関しては特に限定されるものではない。
真空容器1の天板11の下面、つまり回転テーブル2のウエハ載置部(凹部24)から見た天井面は既述のように第1の天井面44とこの天井面44よりも高い第2の天井面45とが周方向に存在するが、図1では、高い天井面45が設けられている領域についての縦断面を示しており、図5では、低い天井面44が設けられている領域についての縦断面を示している。扇型の凸状部4の周縁部(真空容器1の外縁側の部位)は図2及び図5に示されているように回転テーブル2の外端面に対向するようにL字型に屈曲して屈曲部46を形成している。扇型の凸状部4は天板11側に設けられていて、容器本体12から取り外せるようになっていることから、前記屈曲部46の外周面と容器本体12との間には僅かに隙間がある。この屈曲部46も凸状部4と同様に両側から反応ガスが侵入することを防止して、両反応ガスの混合を防止する目的で設けられており、屈曲部46の内周面と回転テーブル2の外端面との隙間、及び屈曲部46の外周面と容器本体12との隙間は、回転テーブル2の表面に対する天井面44の高さhと同様の―寸法に設定されている。この例においては、回転テーブル2の表面側領域からは、屈曲部46の内周面が真空容器1の内周壁を構成していると見ることができる。
容器本体12の内周壁は、分離領域Dにおいては図5に示すように前記屈曲部46の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域D以外の部位においては、図1に示すように例えば回転テーブル2の外端面と対向する部位から底面部14に亘って縦断面形状が矩形に切り欠かれて外方側に窪んだ構造になっている。この窪んだ部分を排気領域6と呼ぶことにすると、この排気領域6の底部には図1及び図3に示すように例えば2つの排気口61、62が設けられているこれら排気口61、62は各々排気管63を介して真空排気手段である例えば共通の真空ポンプ64に接続されている。なお図1中、65は圧力調整手段であり、排気口61、62ごとに設けてもよいし、共通化されていてもよい。排気口61、62は、分離領域Dの分離作用が確実に働くように、平面で見たときに前記分離領域Dの前記回転方向両側に設けられ、各反応ガス(BTBASガス及びOガス)の排気を専用に行うようにしている。この例では一方の排気口61は第1の反応ガスノズル31とこの反応ガスノズル31に対して前記回転方向下流側に隣接する分離領域Dとの間に設けられ、また他方の排気口61は、第2の反応ガスノズル32とこの反応ガスノズル32に対して前記回転方向下流側に隣接する分離領域排気口の設との間に設けられている。排気口の設置数は2個に限られるものではなく、例えば分離ガスノズル42を含む分離領域Dと当該分離領域Dに対して前記回転方向下流側に隣接する第2の反応ガスノズル32との間に更に排気口を設置して3個としても良いし、4個以上であってもよい。この例では排気口61、62は回転テーブル2よりも低い位置に設けることで真空容器1の内周壁と回転テーブル2の周縁との間の隙間から排気するようにしているが、真空容器1の底面部に設けることに限られず、真空容器1の側壁に設けてもよい。また排気口61,62は、真空容器1の側壁に設ける場合には、回転テーブル2よりも高い位置に設けるようにしても良い。このように排気口61,62を設けることにより回転テーブル2上のガスは、回転テーブル2の外側に向けて流れるため、回転テーブル2に対向する天井面から排気する場合に比べてパーティクルの巻き上げが抑えられるという観点において有利である。
前記回転テーブル2と真空容器1の底面部14との間の空間には、図1、図2及び図6に示すように加熱手段であるヒータユニット7が設けられ、回転テーブル2を介して回転テーブル2上のウエハWをプロセスレシピで決められた温度に加熱するようになっている。前記回転テーブル2の周縁付近の下方側には、回転テーブル2の上方空間から排気領域6に至るまでの雰囲気とヒータユニット7が置かれている雰囲気とを区画するためにヒータユニット7を全周に亘って囲むようにカバー部材71が設けられている。このカバー部材71は上縁が外側に屈曲されてフランジ形状に形成され、その屈曲面と回転テーブル2の下面との間の隙間を小さくして、カバー部材71内に外方からガスが侵入することを抑えている。
ヒータユニット7が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底面部14は、回転テーブル2の下面の中心部付近、コア部21に接近してその間は狭い空間になっており、また当該底面部14を貫通する回転軸22の貫通孔についてもその内周面と回転軸22との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間は前記ケース体20内に連通している。そして前記ケース体20にはパージガスであるNガスを前記狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管72が設けられている。また真空容器1の底面部14には、ヒータユニット7の下方側位置にて周方向に複数部位に、ヒータユニット7の配置空間をパージするためのパージガス供給管73が設けられている。
このようにパージガス供給管72、73を設けることにより図7にパージガスの流れを矢印で示すように、ケース体20内からヒータユニット7の配置空間に至るまでの空間がNガスによりパージされ、このパージガスが回転テーブル2とカバー部材71との間の隙間から排気領域6を介して排気口61、62に排気される。これによって既述の第1の処理領域P1と第2の処理領域P2との一方から回転テーブル2の下方を介して他方にBTBASガスあるいはOガスが回り込むことが防止されるため、このパージガスは分離ガスの役割も果たしている。
また、真空容器1の天板11の中心部には分離ガス供給管51が接続されていて、天板11とコア部21との間の空間52に分離ガスであるNガスを供給するように構成されている。この空間52に供給された分離ガスは、突出部5と回転テーブル2との狭い隙間50を介して回転テーブル2のウエハ載置部側の表面に沿って周縁に向けて吐出されることになる。この突出部5で囲まれる空間には分離ガスが満たされているので、第1の処理領域P1と第2の処理領域P2との間で回転テーブル2の中心部を介して反応ガス(BTBASガスあるいはOガス)が混合することを防止している。即ち、この成膜装置は、第1の処理領域P1と第2の処理領域P2との雰囲気を分離するために回転テーブル2の回転中心部と真空容器1とにより区画され、分離ガスによりパージされると共に当該回転テーブル2の表面に分離ガスを吐出する吐出口が前記回転方向に沿って形成された中心部領域Cを備えているということができる。なおここでいう吐出口は前記突出部5と回転テーブル2との狭い隙間50に相当する。
更に真空容器1の側壁には図2、図3及び図8に示すように外部の搬送アーム10と回転テーブル2との間で基板であるウエハWの受け渡しを行うための搬送口15が形成されており、この搬送口15は図示しないゲートバルブにより開閉されるようになっている。また回転テーブル2におけるウエハ載置部である凹部24はこの搬送口15に臨む位置にて搬送アーム10との間でウエハWの受け渡しが行われることから、回転テーブル2の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位に、凹部24を貫通してウエハWを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン16の昇降機構(図示せず)が設けられる。
またこの実施の形態の成膜装置は、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部100が設けられ、この制御部100のメモリ内は装置を運転するためのプログラムが格納されている。このプログラムは後述の装置の動作を実行する用にステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フロッピーディスクなどの記憶媒体から制御部100内にインストールされる。
次に上述実施の形態の作用について説明する。先ず図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム10により搬送口15を介してウエハWを回転テーブル2の凹部24内に受け渡す。この受け渡しは、凹部24が搬送口15に臨む位置に停止したときに図8に示すように凹部24の底部の貫通孔を介して真空容器の底部側から昇降ピン16が昇降することにより行われる。
このようなウエハWの受け渡しは回転テーブル2を間欠的に回転させて行われ、回転テーブル2の5つの凹部24内に夫々ウエハWを載置する。続いて真空ポンプ64により真空容器1内を予め設定した圧力に真空引きすると共に、回転テーブル2を時計回りに回転させながらヒータユニット7によりウエハWを加熱する。詳しくは、回転テーブル2はヒータユニット7により予め例えば300℃に加熱されており、ウエハWがこの回転テーブル2に載置されることで加熱される。ウエハWの温度が図示しない温度センサにより設定温度になったことを確認した後、第1の反応ガスノズル31及び第2の反応ガスノズル32から夫々BTBASガス及びOガスを吐出させると共に、分離ガスノズル41、42から分離ガスであるNガスを吐出する。
ウエハWは回転テーブル2の回転により、第1の反応ガスノズル31が設けられる第1の処理領域P1と第2の反応ガスノズル32が設けられる第2の処理領域P2とを交互に通過するため、BTBASガスが吸着し、次いでOガスが吸着して、BTBAS分子が酸化されて酸化シリコンの分子層が1層あるいは複数層形成され、こうして酸化シリコンの分子層が順次積層されて所定の膜厚のシリコン酸化膜が成膜される。
また、上記の成膜動作中、離ガス供給管51からも分離ガスであるNガスが供給され、これにより中心領域Cから、即ち、突出部5と回転テーブル2との間の隙間50から回転テーブル2の表面に沿ってNガスが吐出される。この実施形態では、第2の天井面45の下の空間であって反応ガスノズル31(32)が配置されている空間は、中心領域C、および第1の天井面44と回転テーブル2との間の狭隘な空間よりも低い圧力を有している。これは、天井面45の下の空間に隣接して排気領域6が設けられ、その空間は排気領域6を通して直接に排気されるからである。また、狭隘な空間が、反応ガスノズル31(32)が配置されている空間、または第1(第2)の処理領域P1(P2)と狭隘な空間との間の圧力差が高さhによって維持され得るように形成されているためでもある。
次に、ガスノズル31,32,41,42から容器1内へ供給されたガスのフローパターンを図9を参照しながら説明する。図9は、フローパターンを模式的に示す図である。図示のとおり、第2の反応ガスノズル32から吐出されたOガスの一部は、回転テーブル2の表面(およびウエハWの表面)に当たって、その表面に沿って回転テーブル2の回転方向と逆の方向に流れる。次いで、このOガスは、回転テーブル2の回転方向の上流側から流れてきたNガスに押し戻され、回転テーブル2の周縁と真空容器1の内周壁の方へ向きを変える。最後に、Oガスは、排気領域6に流れ込み、排気口62を通して容器1から排気される。
また第2の反応ガスノズル32から下方側に吐出され、回転テーブル2の表面に当たってその表面に沿って回転方向下流側に向かうOガスは、中心部領域Cから吐出されるNガスの流れと排気口62の吸引作用により当該排気口62に向かおうとするが、一部は下流側に隣接する分離領域Dに向かい、扇型の凸状部4の下方側に流入しようとする。ところがこの凸状部4の天井面の高さ及び周方向の長さは、各ガスの流量などを含む運転時のプロセスパラメータにおいて凸状部4の天井面の下方側へのガスの侵入を防止できる寸法に設定されているため、図4(b)にも示してあるようにOガスは扇型の凸状部4の下方側にほとんど流入できないかあるいは少し流入したとしても分離ガスノズル41付近までには到達できるものではなく、分離ガスノズル41から吐出したNガスにより回転方向上流側、つまり第2の処理領域P2側に押し戻されてしまい、中心部領域Cから吐出されているNガスと共に、回転テーブル2の周縁と真空容器1の内周壁との隙間から排気領域6を介して排気口62に排気される。
また第1の反応ガスノズル31から下方側に吐出され、回転テーブル2の表面に沿って回転方向上流側及び下流側に夫々向かうBTBASガスは、その回転方向上流側及び下流側に隣接する扇型の凸状部4の下方側に全く侵入できないかあるいは侵入したとしても第2の処理領域P1側に押し戻され、中心部領域Cから吐出されているNガスと共に、回転テーブル2の周縁と真空容器1の内周壁との隙間から排気領域6を介して排気口61に排気される。即ち、各分離領域Dにおいては、雰囲気中を流れる反応ガスであるBTBASガスあるいはOガスの侵入を阻止するが、ウエハWの表面に吸着されているガス分子はそのまま分離領域つまり扇型の凸状部4による低い天井面の下方を通過し、成膜に寄与することになる。
更にまた第1の処理領域P1のBTBASガス(第2の処理領域P2のOガス)は、中心部領域C内に侵入しようとするが、図7及び図9に示すように当該中心部領域Cからは分離ガスが回転テーブル2の周縁に向けて吐出されているので、この分離ガスにより侵入が阻止され、あるいは多少侵入したとしても押し戻され、この中心部領域Cを通って第2の処理領域P2(第1の処理領域P1)に流入することが阻止される。
そして分離領域Dにおいては、扇型の凸状部4の周縁部が下方に屈曲され、屈曲部46と回転テーブル2の外端面との間の隙間が既述のように狭くなっていてガスの通過を実質阻止しているので、第1の処理領域P1のBTBASガス(第2の処理領域P2のOガス)は、回転テーブル2の外側を介して第2の処理領域P2(第1の処理領域P1)に流入することも阻止される。従って2つの分離領域Dによって第1の処理領域P1の雰囲気と第2の処理領域P2の雰囲気とが完全に分離され、BTBASガスは排気口61に、またOガスは排気口62に夫々排気される。この結果、両反応ガスこの例ではBTBASガス及びOガスが雰囲気中においてもウエハW上においても交じり合うことがない。なおこの例では、回転テーブル2の下方側をNガスによりパージされるため、排気領域6に流入したガスが回転テーブル2の下方側を潜り抜けて、例えばBTBASガスがOガスの供給領域に流れ込むといったおそれは全くない。これにより成膜処理が終了する。
成膜処理が終了した後、各ウエハは基板冷却手段により冷却される。具体的に、この基板冷却の手順について図10に基づき説明する。本実施の形態では、回転テーブル2の凹部24において、ウエハWを昇降させるための昇降ピン16が設けられている。尚、本実施の形態では、成膜終了直後のウエハWの温度は約600℃である。
図10(a)は、成膜終了直後の状態を示しており、回転テーブル2の凹部24にウエハWが載置されている状態にある。尚、凹部24には、ウエハWを昇降するための昇降機構である3本の昇降ピン16が設けられている。
次に、図10(b)に示すように、ウエハWは昇降ピン16により回転テーブル2の凹部24から持ち上げられる。尚、ウエハWの持ち上げられる高さは、後述する搬送アーム10によってウエハWを把持することが可能な高さまで持ち上げられる。
次に、図10(c)に示すように、回転テーブル2の凹部24より、昇降ピン16により持ち上げられたウエハWは、搬送口15より導入された搬送アーム10により把持される。
この後、図10(d)に示すように、ウエハWが搬送アーム10に把持された後に3本の昇降ピン16は下降し、基板冷却手段110によりウエハWが冷却される。具体的には、基板冷却手段110は、窒素ガスや不活性ガスを噴射するノズル等により構成されており、窒素ガス等をウエハWに対し噴射することによりウエハWを冷却する。この際、ウエハWは、回転テーブル2とは空間を隔てているため、回転テーブル2の熱がウエハWに伝達することはない。また、搬送アーム10を駆動するための不図示の駆動部や駆動機器に与える熱的ダメージを極力抑えるために、ウエハWの冷却は、回転テーブル2の凹部24の直上において行うことが好ましい。
この後、搬送アーム10により搬送口15よりウエハWが搬送される。他のウエハWについても同様の工程を経て冷却された後に搬出される。
ここで処理パラメータの一例について記載しておくと、回転テーブル2の回転数は、300mm径のウエハWを被処理基板とする場合例えば1rpm〜500rpm、プロセス圧力は例えば1067Pa(8Torr)、ウエハWの加熱温度は例えば350℃、BTBASガス及びOガスの流量は例えば夫々100sccm及び10000sccm、分離ガスノズル41、42からのNガスの流量は例えば20000sccm、真空容器1の中心部の分離ガス供給管51からのNガスの流量は例えば5000sccmである。また1枚のウエハに対する反応ガス供給のサイクル数、即ちウエハが処理領域P1、P2の各々を通過する回数は目標膜厚に応じて変わるが、多数回例えば600回である。
この実施形態による成膜装置によれば、成膜装置が、BTBASガスが供給される第1の処理領域と、Oガスが供給される第2の処理領域との間に、低い天井面44を含む分離領域Dを有しているため、BTBASガス(Oガス)が第2の処理領域P2(第1の処理領域P1)へ流れ込むのが防止され、Oガス(BTBASガス)と混合されるのが防止される。したがって、ウエハWが載置された回転テーブル2を回転させて、ウエハWを第1の処理領域P1、分離領域D、第2の処理領域P2、および分離領域Dを通過させることにより、MLD(ALD)モードでの酸化シリコン膜の堆積が確実に実施される。また、BTBASガス(Oガス)が第2の処理領域P2(第1の処理領域P1)へ流れ込みOガス(BTBASガス)と混合するのを更に確実に防止するため、分離領域Dは、Nガスを吐出する分離ガスノズル41,42を更に含む。さらに、この実施形態による成膜装置の真空容器1は、Nガスが吐出される吐出孔を有する中心領域Cを有しているため、中心領域Cを通ってBTBASガス(Oガス)が第2の処理領域P2(第1の処理領域P1)へ流れ込みOガス(BTBASガス)と混合されるのを防止することができる。さらにまた、BTBASガスとOガスが混合されないため、回転テーブル2への酸化シリコンの堆積が殆ど生じず、よって、パーティクルの問題を低減することができる。
なお、本実施形態による成膜装置においては、回転テーブル2は5つの凹部24を有し、対応する5つの凹部24に載置された5枚のウエハWを一回のランで処理することができるが、5つの凹部24のうちの一つに1枚のウエハWを載置しても良いし、回転テーブル2に凹部24を一つのみ形成しても良い。
本発明で適用される処理ガスとしては、上述の例の他に、DCS[ジクロロシラン]、HCD[ヘキサクロロジシラン]、TMA[トリメチルアルミニウム]、3DMAS[トリスジメチルアミノシラン]、TEMHF[テトラアキスエチルメチルアミノハフニウム]、Sr(THD)2[ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト]、Ti(MPD)(THD)[チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト]、モノアミノシランなどを挙げることができる。
また前記分離領域Dの天井面44において、前記分離ガスノズル41、42に対して回転テーブル2の回転方向の上流側部位は、外縁に位置する部位ほど前記回転方向の幅が大きいことが好ましい。その理由は回転テーブル2の回転によって上流側から分離領域Dに向かうガスの流れが外縁に寄るほど速いためである。この観点からすれば、上述のように凸状部4を扇型に構成することは得策である。
以下に、凸状部4(又は天井面44)のサイズを再び例示する。図11(a)、(b)を参照すると、分離ガスノズル41(42)の両側に狭隘な空間を形成する天井面44は、ウエハ中心WOが通る経路に対応する円弧の長さLとしてウエハWの直径の約1/10〜約1/1の長さであって良く、約1/6以上であると好ましい。具体的には、ウエハWが300mmの直径を有している場合、この長さLは、約50mm以上が好ましい。この長さLが短い場合、天井面44と回転テーブル2との間の狭隘な空間の高さhは、反応ガスが狭隘な空間へ流れ込むのを効果的に防止するため、低くしなければならない。しかし、長さLが短くなり過ぎて、高さhが極端に低くなると、回転テーブル2が天井面44に衝突し、パーティクルが発生してウエハの汚染が生じたり、ウエハが破損したりする可能性がある。したがって、回転テーブル2の天井面44に衝突するのを避けるため、回転テーブル2の振動を抑える、又は回転テーブル2を安定して回転させるための方策が必要となる。一方、長さLを短くしたまま狭隘な空間の高さhを比較的大きく維持する場合には、天井面44と回転テーブル2との間の狭隘な空間に反応ガスが流れ込むのを防止するため、回転テーブル2の回転速度を低くしなければならず、製造スループットの点でむしろ不利になる。これらの考察から、ウエハ中心WOの経路に対応する円弧に沿った、天井面44の長さLは、約50mm以上が好ましい。しかし、凸状部4又は天井面44のサイズは、上記のサイズに限定されることなく、使用されるプロセスパラメータやウエハサイズに従って調整して良い。また、狭隘な空間が、分離領域Dから処理領域P1(P2)への分離ガスの流れが形成される程度の高さを有している限りにおいて、上述の説明から明らかなように、狭隘な空間の高さhもまた、使用されるプロセスパラメータやウエハサイズに加えて、たとえば天井面44の面積に応じて調整して良い。
また、上記の実施形態においては、凸状部4に設けられた溝部43に分離ガスノズル41(42)が配置され、分離ガスノズル41(42)の両側に低い天井面44が配置されている。しかし、他の実施形態においては、分離ガスノズル41の代わりに、図12に示すように凸状部4の内部において回転テーブル2の直径方向に伸びる流路47を形成し、この流路47の長さ方向に沿って複数のガス吐出孔40を形成し、これらのガス吐出孔40から分離ガス(Nガス)を吐出するようにしてもよい。
分離領域Dの天井面44は平坦面に限られるものではなく、図13(a)に示すように凹面形状に構成してもよいし、図13(b)に示すように凸面形状にしてもよく、あるいはまた図13(c)に示すように波型状に構成してもよい。
また、凸状部4は中空であって良く、中空内に分離ガスを導入するように構成しても良い。この場合、複数のガス吐出孔33を、図14(a)、図14(b)、図14(c)に示すように配列してもよい。
A.図14(a)に示すように回転テーブル2の直径に対して斜めに向いた横長のスリットからなる多数の吐出孔33を、互いに隣接するものの一部同士が前記直径方向に重なるようにして、当該直径方向に間隔をおいて配置した構成。
B.図14(b)に示すように多数の吐出孔33を蛇行ライン状に配列した構成。
C.図14(c)に示すように回転テーブル2の周縁側に迫る多数の円弧状のスリットからなる吐出孔33を前記直径方向に間隔をおいて配列した構成。
また、本実施形態では凸状部4はほぼ扇形の上面形状を有するが、他の実施形態では、図14(d)に示す長方形、又は正方形の上面形状を有して良い。また、凸状部4は、図14(e)に示すように、上面は全体として扇形であり、凹状に湾曲した側面4Scを有していても良い。加えて、凸状部4は、図14(f)に示すように、上面は全体として扇形であり、凸状に湾曲した側面4Svを有していても良い。さらにまた、図14(g)に示すとおり、凸状部4の回転テーブル2(図1)の回転方向dの上流側の部分が凹状の側面4Scを有し、凸状部4の回転テーブル2(図1)の回転方向dの下流側の部分が平面状の側面4Sfを有していても構わない。なお、図14(d)から図14(g)において、点線は凸状部4に形成された溝部43(図4(a),図4(b))を示している。これらの場合、溝部43に収容される分離ガスノズル41(42)(図2)は容器1の中央部、例えば突出部5(図1)から伸びる。
ウエハWを加熱するための加熱手段としては抵抗発熱体を用いたヒータに限られずランプ加熱装置であってもよく、回転テーブル2の下方側に設ける代わりに回転テーブル2の上方側に設けてもよいし、上下両方に設けてもよい。
ここで処理領域P1,P2及び分離領域Dの各レイアウトについて上記の実施の形態以外の他の例を挙げておく。図15は第2の反応ガスノズル32を搬送口15よりも回転テーブル2の回転方向上流側に位置させた例であり、このようなレイアウトであっても同様の効果が得られる。
また分離領域Dは、扇型の凸状部4を周方向に2つに分割し、その間に分離ガスノズル41(42)を設ける構成であってもよいことを既に述べたが、図16は、このような構成の一例を示す平面図である。この場合、扇型の凸状部4と分離ガスノズル41(42)との距離や扇型の凸状部4の大きさなどは、分離ガスの吐出流量や反応ガスの吐出流量などを考慮して分離領域Dが有効な分離作用が発揮できるように設定される。
上述の実施の形態では、第1の処理領域P1及び第2の処理領域P2は、分離領域Dの天井面44よりも高い天井面45を有する領域に相当している。しかし、第1の処理領域P1及び第2の処理領域P2の少なくとも一方は、反応ガス供給ノズル31(32)の両側で回転テーブル2に対向し、天井面45よりも低い他の天井面を有してもよい。当該天井面と回転テーブル2との間の隙間にガスが流れ込むのを防止するためである。この天井面は、天井面45よりも低く、分離領域Dの天井面44と同じくらい低くてもよい。図17は、そのような構成の一例を示している。図示のとおり、扇状の凸状部30は、Oガスが供給される第2の処理領域P2に配置され、反応ガスノズル32が凸状部30に形成された溝部(図示せず)に配置されている。言い換えると、この第2の処理領域P2は、ガスノズルが反応ガスを供給するために使用されるが、分離領域Dと同様に構成されている。なお、凸状部30は、図14(a)から図14(c)に一例を示す中空の凸状部と同様に構成されても良い。
また、分離ガスノズル41(42)の両側に狭隘な空間を形成するために低い天井面(第1の天井面)44が設けられる限りにおいて、他の実施形態では、図18に示すように、上述の天井面、つまり、天井面45より低く、分離領域Dの天井面44と同じくらい低い天井面が、反応ガスノズル31,32の両方に設けられ、天井面44に到達するまで延びていても良い。換言すると、凸状部4の代わりに、他の凸状部400が天板11の下面に取り付けられていて良い。凸状部400は、ほぼ円盤状の形状を有し、回転テーブル2の上面のほぼ全体と対向し、ガスノズル31,32,41,42がそれぞれ収容され半径方向に延びる4つのスロット400aを有し、かつ、凸状部400の下に、回転テーブル2にする狭隘な空間を残している。その狭隘な空間の高さは、上述の高さhと同程度であって良い。凸状部400を使用すると、反応ガスノズル31(32)から吐出された反応ガスは、凸状部400の下で(又は狭隘な空間において)反応ガスノズル31(32)の両側に拡散し、分離ガスノズル41(42)から吐出された分離ガスは、凸状部400の下で(又は狭隘な空間において)分離ガスノズル41(42)の両側に拡散する。この反応ガスと分離ガスは狭隘な空間において合流し、排気口61(62)を通して排気される。この場合であっても、反応ガスノズル31から吐出された反応ガスは、反応ガスノズル32から吐出された反応ガスと混合することはなく、適切なALD(又はMLD)モードの堆積を実現できる。
なお、凸状部400を、図14(a)から図14(c)のいずれかに示す中空の凸状部4を組み合わせることにより構成し、ガスノズル31,32,33,34およびスリット400aを用いずに、反応ガスおよび分離ガスを、対応する中空凸状部4の吐出孔33からそれぞれガスを吐出するようにしても良い。
以上の実施の形態では、回転テーブル2の回転軸22が真空容器1の中心部に位置し、回転テーブル2の中心部と真空容器1の上面部との間の空間に分離ガスをパージしているが、本発明は図19に示すように構成しても良い。図19の成膜装置のおいては、真空容器1の中央領域の底面部14が下方側に突出していて駆動部の収容空間80を形成しているとともに、真空容器1の中央領域の上面に凹部80aが形成され、真空容器1の中心部において収容空間80の底部と真空容器1の前記凹部80aの上面との間に支柱81を介在させて、第1の反応ガスノズル31からのBTBASガスと第2の反応ガスノズル32からのOガスとが前記中心部を介して混ざり合うことを防止している。
回転テーブル2を回転させる機構については、支柱81を囲むように回転スリーブ82を設けてこの回転スリーブ82に沿ってリング状の回転テーブル2を設けている。そして前記収容空間80にモータ83により駆動される駆動ギヤ部84を設け、この駆動機構84により、回転スリーブ82の下部の外周に形成されたギヤ部85を介して当該回転スリーブ82を回転させるようにしている。86、87及び88は軸受け部である。また前記収容空間80の底部にパージガス供給管74を接続するとともに、前記凹部80aの側面と回転スリーブ82の上端部との間の空間にパージガスを供給するためのパージガス供給管75を真空容器1の上部に接続している。図19では、前記凹部80aの側面と回転スリーブ82の状端部との間の空間にパージガスを供給するための開口部は左右2箇所に記載してあるが、回転スリーブ82の近傍領域を介してBTBASガスとOガスとが混じり合わないようにするために、開口部(パージガス供給口)の配列数を設計することが望ましい。
図19の実施の形態では、回転テーブル2側から見ると、前記凹部80aの側面と回転スリーブ82の上端部との間の空間は分離ガス吐出孔に相当し、そしてこの分離ガス吐出孔、回転スリーブ82及び支柱81により、真空容器1の中心部に位置する中心部領域が構成される。
次に、ウエハWの冷却方法について、別の実施の形態について説明する。
この方法は、いわゆる上づかみと称する方法であり、具体的な手順について図20及び図21に基づき説明する。尚、本実施の形態においても、前述の場合と同様に成膜終了後のウエハWの温度は約600℃である。
最初に、図20(a)に示すように、搬送口15より2本の棒状の保持部からなる上づかみアーム210、211を導入し、回転テーブル2の凹部24においてウエハWを保持する。具体的には、上づかみアーム210、211を回転テーブル2の凹部24に移動させた後下降させる。上づかみアーム210には、2ヶ所のツメ状の基板保持部となるウエハ接触部210a、210bが設けられており、上づかみアーム211には、1ヶ所のツメ状の基板保持部となるウエハ接触部211aが設けられている。ウエハWを保持するため回転テーブル2の凹部24上において上づかみアーム210、211を下降させた際には、3ヶ所のウエハ接触部210a、210b、211aが、回転テーブル2と接触しないように、十分深いアーム用凹部212,213,214が設けられている。尚、アーム用凹部212、213、214の深さは、回転テーブル2の凹部24よりも深く形成されている。
上づかみアーム210,211は、上下方向、回転テーブル2の半径方向に移動することが可能だけでなく、(図面上垂直方向)に、上づかみアーム210,211の間隔を狭めたり広げたりすることが可能であり、この動作によりウエハWを保持する。具体的には、図21(a)に示すように、上づかみアーム210、211におけるウエハ接触部210a、210b、211aがウエハWと接触しないよう下降させた後、上づかみアーム210、211の間隔を狭めることにより、図21(b)に示すように、ウエハWを保持する。
次に、図20(b)に示すように、上づかみアーム210、211を上昇させて、回転テーブル2の凹部24より持ち上げる。
次に、図20(c)に示すように、基板冷却手段110によりウエハWが冷却される。具体的には、基板冷却手段110は、窒素ガスや不活性ガスを噴射するノズル等により構成されており、窒素ガス等をウエハWに対し噴射することによりウエハWを冷却する。この際、ウエハWは、回転テーブル2とは空間を隔てているため、回転テーブル2の熱がウエハWに伝達することはない。また、上づかみアーム210、211を駆動するための不図示の駆動部や駆動機器に与える熱的ダメージを極力抑えるため、ウエハWの冷却は、回転テーブル2の凹部24の直上において行うことが好ましい。
この後、上づかみアーム210、211により搬送口15からウエハWが搬送される。他のウエハWについても同様の工程を経て冷却された後に搬出される。
尚、本実施の形態では、上づかみアーム210、211に設けられたウエハ接触部210a、210b、211aは3ヶ所であるが、4ヶ所或いはそれ以上設けてもよい。
本発明は、2種類の反応ガスを用いることに限られず、3種類以上の反応ガスを順次基板上に供給する場合にも適用することができる。その場合には、例えば第1の反応ガスノズル、分離ガスノズル、第2の反応ガスノズル、分離ガスノズル、第3の反応ガスノズル及び分離ガスノズルの順で真空容器1の周方向に各ガスノズルを配置し、各分離ガスノズルを含む分離領域を既述の実施の形態のように構成すればよい。
以上述べた成膜装置を用いた基板処理装置について図22に示しておく。図22中、101は例えば25枚のウエハを収納するフープと呼ばれる密閉型の搬送容器、102は搬送アーム103が配置された大気搬送室、104、105は大気雰囲気と真空雰囲気との間で雰囲気が切り替え可能なロードロック室(予備真空室)、106は、2基の搬送アーム107a、107bが配置された真空搬送室、108、109は本発明の成膜装置である。搬送容器101は図示しない載置台を備えた搬入搬出ポートに外部から搬送され、大気搬送室102に接続された後、図示しない開閉機構により蓋が開けられて搬送アーム103により当該搬送容器101内からウエハが取り出される。次いでロードロック室104(105)内に搬入され当該室内を大気雰囲気から真空雰囲気に切り替え、その後搬送アーム107a又は107bによりウエハが取り出されて成膜装置108、109の一方に搬入され、既述の成膜処理がされる。このように例えば5枚処理用の本発明の成膜装置を複数個例えば2個備えることにより、いわゆるALD(MLD)を高いスループットで実施することができる。
本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断面図 上記の成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図 上記の成膜装置の横断平面図 上記の成膜装置における処理領域及び分離領域を示す縦断面図 上記の成膜装置の一部を示す縦断面図 上記の成膜装置の一部破断斜視図 分離ガスあるいはパージガスの流れる様子を示す説明図 上記の成膜装置の一部破断斜視図 第1の反応ガス及び第2の反応ガスが分離ガスにより分離されて排気される様子を示す説明図 上記の成膜装置のウエハ冷却の手順を示す断面概略図 分離領域に用いられる凸状部の寸法例を説明するための説明図 分離領域の他の例を示す縦断面図 分離領域に用いられる凸状部の他の例を示す縦断面図 反応ガス供給手段のガス吐出孔の他の例を示す底面図 本発明の他の実施の形態に係る成膜装置を示す横断平面図 本発明の更に他の実施の形態に係る成膜装置を示す横断平面図 本発明の更に他の実施の形態に係る成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図 本発明の上記以外の実施の形態に係る成膜装置を示す横断平面図 本発明の上記以外の実施の形態に係る成膜装置を示す縦平面図 本発明の他の実施の形態に係る成膜装置のウエハ冷却の手順を示す断面概略図 本発明の他の実施の形態に係る成膜装置のウエハ冷却の手順を示す上面概略図 本発明の成膜装置を用いた基板処理システムの一例を示す概略平面図である。
符号の説明
1 真空容器
10 搬送アーム
11 天板
12 容器本体
15 搬送口回転テーブル
16 昇降ピン
2 回転テーブル
21 コア部
24 凹部(基板載置部)
31 第1の反応ガスノズル
32 第2の反応ガスノズル
P1 第1の処理領域
P2 第2の処理領域
D 分離領域
C 中心部領域
4 凸状部
41、42 分離ガスノズル
44 第1天井面
45 第2の天井面
5 突出部
51 分離ガス供給管
6 排気領域
61、62 排気口
7 ヒータユニット
72、73 パージガス供給管
110 基板冷却手段
W ウエハ

Claims (20)

  1. 真空容器内にて互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置において、
    前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、
    前記回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置領域と、
    前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける前記基板の載置領域側の面に夫々第1の反応ガス及び第2の反応ガスを供給するための第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段と、
    前記第1の反応ガスが供給される第1の処理領域と第2の反応ガスが供給される第2の処理領域との雰囲気を分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、
    前記第1の処理領域と前記第2の処理領域との雰囲気を分離するために真空容器内の中心部に位置し、回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを吐出する吐出孔が形成された中心部領域と、
    前記分離領域の両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域から吐出する分離ガスとともに前記反応ガスを排気するための排気口と、
    前記分離領域は、分離ガスを供給するための分離ガス供給手段と、前記分離ガス供給手段の前記回転方向両側に位置し、当該分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるための狭隘な空間を回転テーブルとの間に形成するための天井面と、
    前記真空容器内において、前記基板を冷却するため窒素ガス又は不活性ガスを基板に対し噴射する基板冷却手段と、
    を備えたことを特徴とする成膜装置。
  2. 前記基板載置部には前記基板を昇降するための昇降機構が設けられており、
    前記昇降機構は、3本以上の昇降ピンからなることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
  3. 前記分離ガス供給手段により第1の分離ガスが供給される分離領域において、前記回転テーブルの基板載置部の形成されている面に対向して設けられた天井板と、
    前記回転テーブルの中心領域より、前記第1の反応ガスと前記第2の反応ガスとを分離するための第2の分離ガスを供給するための第2の分離ガス供給手段と、
    前記第1の反応ガス、前記第2の反応ガス、前記第1の分離ガス及び前記第2の分離ガスを前記回転テーブルの周縁と前記真空容器の内周壁との隙間を介して排気するために回転テーブルよりも低い位置に設けられた排気口と、
    を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の成膜装置。
  4. 前記真空容器の外部より真空容器の内部に前記基板を搬送するため前記真空容器の側壁にゲートバルブにより開閉する搬送口が設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載に成膜装置。
  5. 前記搬送口における前記基板の搬送は搬送アームにより行われることを特徴とする請求項4に記載の成膜装置。
  6. 互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順次基板の表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜装置において、
    真空容器内に設けられた回転テーブルと、
    前記回転テーブルの同一円周上に前記基板を載置するため回転テーブルに設けられた複数の基板載置部と、
    前記回転テーブルを加熱する加熱手段と、
    前記真空容器内の前記基板載置部の形成された側に設けられた第1の反応ガスを供給するための第1の反応ガス供給手段と、
    前記真空容器内の前記基板載置部の形成された側であって、前記第1の反応ガス供給手段に対し離れた位置に設けられた第2の反応ガスを供給するための第2の反応ガス供給手段と、
    前記第1の反応ガス供給手段により第1の反応ガスが供給される第1の処理領域と、前記第2の反応ガス供給手段により第2の反応ガスが供給される第2の処理領域とを分離するために、第1の処理領域と第2の処理領域との間に設けられた第1の分離ガスを供給するための第1の分離ガス供給手段と、
    前記真空容器の外部より真空容器の内部に前記基板を搬送するために前記真空容器の側壁に設けられたゲートバルブにより開閉する搬送口と、
    前記搬送口において前記基板を搬送するための2本の棒状の保持部からなる搬送アームであって、一方の保持部には、前記基板を保持するための基板保持部が少なくとも1ヶ所設けられており、他方の保持部には、前記基板を保持するための基板保持部が少なくとも2ヶ所設けられている基板保持アームと、
    前記真空容器内において、前記基板を冷却するため窒素ガス又は不活性ガスを基板に対し噴射する基板冷却手段と、
    を備えたことを特徴とする成膜装置。
  7. 前記分離ガス供給手段により第1の分離ガスが供給される分離領域において、前記回転テーブルの基板載置部の形成されている面に対向して設けられた天井板と、
    前記回転テーブルの中心領域より、前記第1の反応ガスと前記第2の反応ガスとを分離するための第2の分離ガスを供給するための第2の分離ガス供給手段と、
    前記第1の反応ガス、前記第2の反応ガス、前記第1の分離ガス及び前記第2の分離ガスを前記回転テーブルの周縁と前記真空容器の内周壁との隙間を介して排気するために回転テーブルよりも低い位置に設けられた排気口と、
    を備えたことを特徴とする請求項6に記載の成膜装置。
  8. 前記基板保持アームは、2本の棒状の保持部の間隔を広げること又は狭めることが可能であることを特徴とする請求項6または7に記載の成膜装置。
  9. 前記基板保持部はツメ状部を有しており、前記回転テーブルの基板載置部の縁部分において、前記ツメ状部に対応して、基板載置部よりも深い凹状領域が、設けられていることを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載の成膜装置。
  10. 前記冷却手段は、前記基板載置部の直上に設置されていることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の成膜装置。
  11. 前記基板載置部は、前記基板回転テーブルの表面に凹状に形成されており、
    前記回転テーブルの表面と前記基板載置部に載置された前記基板の表面は、同じ高さであるか、回転テーブルの表面より基板の表面が低い位置であることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の成膜装置。
  12. 前記加熱手段は、前記回転テーブルの下方に設けられていることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の成膜装置。
  13. 前記加熱手段は、前記回転テーブルの上方に設けられていることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の成膜装置。
  14. 内部に基板搬送手段が配置された真空搬送室と、
    前記真空搬送室に気密に接続された請求項1から13のいずれかに記載の成膜装置と、
    前記真空搬送室に気密に接続され、真空雰囲気と大気雰囲気との間で雰囲気が切り替え可能な予備真空室と、
    を備えたことを特徴とする基板処理装置。
  15. 互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順次基板の表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜方法において、
    真空容器内部の回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置部に前記基板を載置する工程と、
    前記回転テーブルを加熱する工程と、
    前記真空容器内に互いに離れて設けられた第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段から、回転テーブルにおける基板載置部の形成された面に、各第1の反応ガス及び第2の反応ガスを供給すると共に、第1の反応ガス供給手段と第2の反応ガス供給手段との間に設けられた分離ガス供給手段により分離ガスを供給することにより成膜を行う工程と、
    前記成膜を行う工程の終了後、前記基板を前記基板載置部から取り出し、前記真空容器内において基板を冷却するために設けられた基板冷却手段より窒素ガス又は不活性ガスを噴射することにより基板を冷却する工程と、
    を含むことを特徴とする成膜方法。
  16. 互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順次基板の表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜方法において、
    真空容器内部の回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置部に前記基板を載置する工程と、
    前記回転テーブルを加熱する工程と、
    前記真空容器内に互いに離れて設けられた第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段から、回転テーブルにおける基板載置部の形成された面に、各第1の反応ガス及び第2の反応ガスを供給すると共に、第1の反応ガス供給手段と第2の反応ガス供給手段との間に設けられた分離ガス供給手段により分離ガスを供給することにより成膜を行う工程と、
    前記成膜を行う工程の終了後、前記基板載置部に設けられた昇降機構により、前記基板を基板載置部より持ち上げる工程と、
    前記真空容器の内部から搬送口を介し真空容器の外部に前記基板を搬送するために設けられた搬送アームにより把持する工程と、
    前記搬送アームに前記基板を設置した後、前記真空容器内において基板を冷却するために設けられた基板冷却手段より窒素ガス又は不活性ガスを噴射することにより基板を冷却する工程と、
    を含むことを特徴とする成膜方法。
  17. 前記昇降機構は、少なくとも3本の昇降ピンにより構成されていることを特徴とする請求項16に記載の成膜方法。
  18. 互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順次基板の表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜方法において、
    真空容器内部の回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置部に前記基板を載置する工程と、
    前記回転テーブルを加熱する工程と、
    前記真空容器内に互いに離れて設けられた第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段から、回転テーブルにおける基板載置部の形成された面に、各第1の反応ガス及び第2の反応ガスを供給すると共に、第1の反応ガス供給手段と第2の反応ガス供給手段との間に設けられた分離ガス供給手段により分離ガスを供給することにより成膜を行う工程と、
    前記成膜を行う工程の終了後、前記基板を保持するための2本の棒状の保持部を有する基板保持アームであって、一方の保持部には、基板を保持するための基板保持部が少なくとも1ヶ所設けられており、他方の保持部には、基板を保持するための基板保持部が少なくとも2ヶ所設けられている基板保持アームにより、前記基板載置部に載置されている基板を持ち上げる工程と、
    前記基板を持ち上げる工程の終了後、前記真空容器内において基板を冷却するために設けられた基板冷却手段より窒素ガス又は不活性ガスを噴射することにより基板を冷却する工程と、
    を含むことを特徴とする成膜方法。
  19. 前記基板載置部は、前記基板回転テーブルの表面に凹状に形成されており、
    前記回転テーブルの表面と前記基板載置部に載置された前記基板の表面は、同じ高さであるか、回転テーブルの表面より基板の表面が低い位置であることを特徴とする請求項15から18のいずれかに記載の成膜方法。
  20. 請求項15から19のいずれか一つに記載されている成膜方法を実行させるためのプログラムが記録されていることを特徴とするコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体。
JP2008227033A 2008-09-04 2008-09-04 成膜装置、基板処理装置、成膜方法及び記憶媒体 Active JP5253933B2 (ja)

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