JP2013124392A - Film forming device - Google Patents
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- C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
Abstract
Description
本発明は、基板に対して互いに反応する複数種類の反応ガスを順番に供給して薄膜を形成する成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus that forms a thin film by sequentially supplying a plurality of types of reaction gases that react with each other to a substrate.
基板例えば半導体ウエハ(以下「ウエハ」と言う)に薄膜を成膜する手法として、互いに反応する複数種類の反応ガスをウエハに対して順番に供給するいわゆるALD(Atomic Layer Deposition)法やMLD(Multi Layer Deposition)法などと呼ばれる方法が知られている。 As a method for forming a thin film on a substrate, for example, a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”), a so-called ALD (Atomic Layer Deposition) method or MLD (Multi) which sequentially supplies a plurality of types of reaction gases that react with each other to the wafer. A method called “Layer Deposition” method or the like is known.
このような成膜方法においてウエハに反応ガスを供給する機構として、例えば特許文献1には、ウエハに対向するようにガス供給口221を配置すると共に、上方側から下方側に向かうにつれて円錐状に拡径する処理空間20をガス供給口221とウエハとの間に形成する技術が記載されている。しかし、この技術では、反応ガスを切り替える時に、前記円錐状の広い空間(処理空間20)の雰囲気を置換する必要があるので、前記雰囲気の置換を速やかに行おうとすると、即ち高いスループットを確保しようとすると、当該置換が不十分になってしまうおそれがある。
特許文献2〜4には、ウエハに対して成膜処理を行う装置が記載されているが、既述の課題については触れられていない。
As a mechanism for supplying a reactive gas to a wafer in such a film forming method, for example, in Patent Document 1, a gas supply port 221 is disposed so as to face the wafer, and conical as it goes from the upper side to the lower side. A technique is described in which a processing space 20 whose diameter is expanded is formed between a gas supply port 221 and a wafer. However, in this technique, when the reaction gas is switched, it is necessary to replace the atmosphere in the conical wide space (processing space 20). Therefore, if the atmosphere is replaced quickly, that is, high throughput is secured. Then, there is a possibility that the replacement becomes insufficient.
Although
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、基板に対して互いに反応する複数種類の反応ガスを順番に供給して薄膜を成膜するにあたり、反応ガスの切り替えを速やかに行うことのできる技術を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to switch reactive gases when a thin film is formed by sequentially supplying a plurality of types of reactive gases that react with each other to a substrate. It is to provide a technique capable of promptly performing.
本発明の成膜装置は、
真空容器内にて基板に対して互いに反応する複数種類の反応ガスをガス供給口から順番に供給し、一の反応ガスと他の反応ガスとの供給の間に置換用のガスを供給して成膜処理を行う成膜装置において、
前記真空容器内に設けられ、基板を載置するための載置部と、
中央部が前記ガス供給口として開口し、当該ガス供給口を囲む部位が基板と対向する環状の対向面部として形成された天板部と、
前記真空容器内を真空排気する排気機構と、
前記真空容器の外側から前記載置部に基板を受け渡す時の位置と、基板に対して成膜処理を行う処理位置との間で、前記載置部を前記天板部に対して相対的に昇降させる昇降機構と、を備え、
前記対向面部は、基板の成膜処理時において、内周縁の投影位置が基板の中心から5.0mm〜40.0mm離れ、外周縁の投影位置が基板の外周縁と同じかそれよりも外側に位置すると共に、基板の表面に対して0.2mm〜10.0mmの隙間を開けて平行に設定されていることを特徴とする。
The film forming apparatus of the present invention
A plurality of kinds of reaction gases that react with each other in the vacuum vessel are sequentially supplied from the gas supply port, and a replacement gas is supplied between the supply of one reaction gas and another reaction gas. In a film forming apparatus for performing a film forming process,
A mounting portion provided in the vacuum vessel for mounting the substrate;
A top portion formed as an annular facing surface portion whose central portion is opened as the gas supply port and a portion surrounding the gas supply port is opposed to the substrate;
An exhaust mechanism for evacuating the vacuum container;
Relative to the top plate portion, the placement portion is positioned between a position when the substrate is transferred from the outside of the vacuum container to the placement portion and a processing position for performing a film forming process on the substrate. An elevating mechanism for elevating and lowering,
The opposing surface portion has a projected position of the inner peripheral edge of 5.0 mm to 40.0 mm away from the center of the substrate, and the projected position of the outer peripheral edge is the same as or outside of the outer peripheral edge of the substrate during the film forming process of the substrate. It is characterized by being set in parallel with a gap of 0.2 mm to 10.0 mm with respect to the surface of the substrate.
前記成膜装置は、以下の構成を採っても良い。前記ガス供給口は、上部側に複数のガス吐出口が形成され、前記ガス吐出口の下方側がガス吐出口からのガスが下降する下降空間として構成されている構成。前記載置部及び前記天板部の少なくとも一方には、前記天板部に対する前記載置部の姿勢を調整するための傾き調整機構が設けられている構成。前記基板は半導体ウエハであり、基板の直径寸法に対する前記ガス供給口の口径寸法の比率kは、0.33以下である構成。前記載置部及び前記天板部の少なくとも一方における前記載置部上の基板の周縁部よりも外側には、これら載置部及び天板部の間の隙間の高さ寸法を周方向に亘って揃えるために、前記高さ寸法を規制する隙間規制部材が設けられている構成。前記天板部における前記載置部側の部位は、アルミナにより構成されている構成。 The film forming apparatus may have the following configuration. The gas supply port is configured such that a plurality of gas discharge ports are formed on the upper side, and a lower side of the gas discharge port is configured as a descending space in which gas from the gas discharge port descends. A configuration in which at least one of the mounting portion and the top plate portion is provided with an inclination adjusting mechanism for adjusting the posture of the mounting portion with respect to the top plate portion. The substrate is a semiconductor wafer, and a ratio k of a diameter dimension of the gas supply port to a diameter dimension of the substrate is 0.33 or less. The height dimension of the gap between the mounting portion and the top plate portion extends in the circumferential direction outside the peripheral portion of the substrate on the mounting portion in at least one of the mounting portion and the top plate portion. For this reason, a gap regulating member that regulates the height dimension is provided. A portion of the top plate portion on the mounting portion side is made of alumina.
本発明によれば、中央部がガス供給口として開口し、当該ガス供給口を囲む部位が載置部上の基板と対向する環状の対向面部として形成された天板部を設けている。そして、基板に対して成膜処理を行う時には、前記対向面部について、内周縁の投影位置が基板の中心から5.0mm〜40.0mm離れ、外周縁の投影位置が基板の外周縁と同じかそれよりも外側に位置すると共に、基板の表面に対して0.2mm〜10.0mmの隙間を開けて平行になるようにしている。そのため、反応ガスを切り換える時には、処理空間を置換ガスが速やかに通流するので、当該処理空間の雰囲気を速やかに置換できる。 According to the present invention, the central portion is provided as a gas supply port, and a portion surrounding the gas supply port is provided with a top plate portion formed as an annular facing surface portion facing the substrate on the mounting portion. When the film forming process is performed on the substrate, whether the projected position of the inner peripheral edge is 5.0 mm to 40.0 mm away from the center of the substrate and the projected position of the outer peripheral edge is the same as the outer peripheral edge of the substrate. It is located on the outer side of the substrate and is parallel to the substrate surface with a gap of 0.2 mm to 10.0 mm. Therefore, when the reaction gas is switched, the replacement gas quickly flows through the processing space, so that the atmosphere of the processing space can be replaced quickly.
本発明の成膜装置の実施の形態の一例について、図1〜図3を参照して説明する。この成膜装置は、図1に示すように、例えば平面形状が概ね円形である真空容器をなす処理容器2と、この処理容器2内に設けられた載置部(載置台)3と、載置部3に対向するように設けられ、載置部3との間に処理空間を形成するための天板部4と、を備えている。そして、この成膜装置では、成膜処理を行うにあたって、後述するように、互いに反応する複数種類の反応ガスをウエハWに順番に供給する手法であるALD(MLD)法を採っており、反応ガス(処理ガス)の切り替えを行う時に、前記処理空間における雰囲気を速やかに置換できるように、載置部3及び天板部4を構成している。以下に、この成膜装置の具体的な構成について詳述する。尚、図1中5はウエハWの搬送口であり、6は搬送口5を開閉するためのゲートバルブである。
An example of an embodiment of a film forming apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the film forming apparatus includes a
始めに、天板部4について説明する。処理容器2の天井面61は、図1に示すように、当該処理容器2から着脱自在に構成されており、例えばO−リングなどのシール部材62を介して処理容器2内を気密に密閉している。そして、この天井面61の下方側には、既述の天板部4が設けられている。具体的には、天井面61の下面側において、載置部3上のウエハWの中心部に対向する位置には、図3にも示すように、当該中心部に対して処理ガスを供給するためのガスシャワーヘッド63が設けられている。即ち、このガスシャワーヘッド63は、上面側(天井面61側)が開口すると共に下面側に複数のガス吐出口64の形成された概略円筒形状をなしており、上端縁が周方向に亘ってフランジ状に外側に向かって伸び出して、後述のキャップ部材72により支持されている。尚、図3は、天板部4をウエハW側(下側)から見た様子を示している。
First, the
このガスシャワーヘッド63の外側には、当該ガスシャワーヘッド63との間に周方向に亘って隙間領域が形成されるように、載置部3の外縁と概略同心円状に形成されると共に中央部が開口するリング状部材(フィラー)71が設けられている。このリング状部材71は、例えばアルミニウムなどにより構成されている。リング状部材71の下方側には、当該リング状部材71の内周面及び下面に沿うように形成されたキャップ部材72が設けられており、このキャップ部材72の内周縁は、リング状部材71に沿うように天井面61に向かって伸び出して、既述のガスシャワーヘッド63の上端部を支持して天井面61に圧接させている。このキャップ部材72は、金属材料よりも熱伝導性の低い材質例えばアルミナ(Al2O3)などにより構成されている。図2中73は、リング状部材71を天井面61に固定するためのボルトなどの固定部材である。
On the outside of the
キャップ部材72は、図2に示すように、リング状部材71との間に隙間寸法dが例えば2mm程度の隙間領域74が面内に亘って形成されるように、リング状部材71及びキャップ部材72の外周側において天井面61から下方側に向かって伸びる吊り下げ部材75により側周面側から支持されている。この隙間領域74により、例えばリング状部材71やキャップ部材72が熱膨張収縮しても、これらリング状部材71及びキャップ部材72が互いに干渉しないように構成されている。吊り下げ部材75を天井面61に固定する固定部材73と当該吊り下げ部材75との間には、キャップ部材72やリング状部材71の熱膨張によって当該キャップ部材72が破損しないように、図示しないバネワッシャー(座金)が設けられている。従って、ガスシャワーヘッド63と天井面61との間から後述の処理ガスやパージガスが漏出しないように、この吊り下げ部材75によってキャップ部材72を介して当該ガスシャワーヘッド63が天井面61に押圧されている。
As shown in FIG. 2, the
キャップ部材72の下端面は、載置部3上に載置されたウエハWの中心位置を通る鉛直線Lから外周側に離間距離D例えば5mm〜100mmだけ離間した位置よりも外側の領域では、例えば面内に亘って水平となるように形成されて対向面部72aをなしている。言い換えると、対向面部72aは、内周縁の投影位置がウエハWの中心から離間距離Dだけ離れ、外周縁の投影位置がウエハWの外周縁よりも外側に位置している。前記キャップ部材72の下端面は、対向面部72aよりも内周側では、上方側のガスシャワーヘッド63に向かって屈曲している。従って、前記対向面部72aは、載置部3上のウエハWと対向するように、ウエハWの周方向に沿って環状(リング状)となっている。
The lower end surface of the
そして、ガスシャワーヘッド63の下方側には、直径寸法r及び高さ寸法hが夫々例えば40mm及び42.2mmの円筒型の領域が形成されている。この時、対向面部72aと載置部3上のウエハWとの間の領域及びガスシャワーヘッド63の下方側の円筒型の領域を夫々ガス通流空間P1及びガス下降空間P2と呼ぶと、ガス下降空間P2の下端部は、ウエハWに対してガスを供給するためのガス供給口をなしている。ガス通流空間P1では、後述する緩衝機構43及び規制機構51により、対向面部72aに対して載置部3が面内に亘って水平となるように構成されている。
A cylindrical region having a diameter dimension r and a height dimension h of 40 mm and 42.2 mm, for example, is formed on the lower side of the
これら空間P1、P2間のリング状の領域では、キャップ部材72は、例えば当該キャップ部材72の熱膨張収縮時の応力を緩和するために、R20程度の曲率で円弧状に屈曲している。ウエハWの外形寸法に対するガス下降空間P2の内径寸法r(前記ガス供給口の口径)の比率(前記内径寸法÷前記外形寸法)kは、例えば0.13となっている。これらガスシャワーヘッド63及びキャップ部材72により、天板部4が構成される。
In the ring-shaped region between the spaces P1 and P2, the
天井面61には、ガスシャワーヘッド63の内部領域に各々連通するように、ガス供給口81が例えば2カ所に形成されている。これらガス供給口81、81から夫々上方側に向かって伸びる処理ガス供給路82、82には、夫々塩化チタン(TiCl4)ガスの貯留部83及びアンモニア(NH3)ガスの貯留部84が接続されている。また、これら処理ガス供給路82、82には、パージガス供給路85を介して窒素(N2)ガス貯留部86が夫々接続されている。図1中87は流量調整部、88はバルブである。
On the
また、処理容器2の内部において、既述の天板部4の側方側には、当該天板部4と載置部3上のウエハWとの間の領域を臨むように、当該処理容器2の外側に向かって窪む排気部91が例えば処理容器2の周方向に沿ってリング状に形成されている。この排気部91には、処理容器2の外側から当該処理容器2に向かって伸びる排気路92の一端側が排気口として開口しており、この排気路92の他端側は、バタフライバルブ93を介して排気機構である真空ポンプ94に接続されている。
Further, in the inside of the
続いて、載置部3について説明すると、この載置部3は、直径寸法が例えば300mmの円形のウエハWを載置するために、当該ウエハWよりも一回り大きい円板状となるように形成されている。この載置部3は、例えば窒化アルミニウム(AlN)、石英ガラス(SiO2)等のセラミックスやアルミニウム(Al)、ハステロイ等の金属により構成されており、ウエハWを成膜温度例えば350℃〜450℃に加熱するためのヒータ31が埋設されている。載置部3の内部には、当該載置部3にウエハWを静電吸着するために、図示しない静電チャックが必要に応じて設けられている。
Subsequently, the
この載置部3の側方側には、載置部3においてウエハWが載置される載置領域よりも外側の領域及び載置部3の側周面を周方向に亘って覆うように、例えばアルミナなどからなるカバー部材3aが隙間規制部材として設けられている。即ち、このカバー部材3aは、上下端が各々開口する概略円筒形状となるように形成されると共に、上端部が内側に向かって周方向に亘って水平に屈曲して、当該上端部が載置部3の周縁部に係止するように構成されている。カバー部材3aにおける載置部3上の厚み寸法tは、図2に示すように、ウエハWの厚み寸法(0.8mm)よりも厚くなるように形成されており、具体的には1mm〜5mmこの例では3mmとなっている。尚、図2では、ヒータ31などについて省略している。
On the side of the mounting
載置部3の下方側には、当該載置部3上のウエハWを昇降させるための昇降ピン7が設けられており、この昇降ピン7により、処理容器2の外部の図示しない搬送アームとの間において搬送口5を介してウエハWの受け渡しが行われる。図1中8は昇降ピン7の昇降機構、9はベローズ体である。
On the lower side of the
載置部3の下面側中央部には、上下方向に伸びる支持柱32の一端側(上端部)が接続されており、この支持柱32の他端側(下端部)は、処理容器2の下方側において概略水平となるように設けられた板状の上側フランジ部33aに接続されている。処理容器2の下端面と上側フランジ部33aとの間には、処理容器2内を気密に維持しながら、処理容器2に対して支持柱32を昇降させるためのベローズ体34が設けられている。上側フランジ部33aの下方側には、当該上側フランジ部33aとほぼ同形状となるように形成された下側フランジ部33bが上側フランジ部33aと平行になるように設けられており、これらフランジ部33a、33bは、ロッド状の固定部材34aによって互いに固定されている。
One end side (upper end portion) of a
ここで、載置部3は、支持柱32やフランジ部33a、33bと共に昇降自在に構成されている。具体的には、フランジ部33a、33bの側方側には、上下方向に各々伸びるボールネジ35が支持柱32を介して互いに対向するように複数箇所例えば2カ所に設けられており、各々のボールネジ35の下端側には、ボールネジ35を鉛直軸周りに回転させるためのモータ36が設けられている。そして、各々のボールネジ35には、当該ボールネジ35に沿って昇降自在に構成された概略箱形の昇降部37が設けられている。即ち、昇降部37は、内周面がボールネジ35の外周面と螺合するようにねじ切りされており、背面側(支持柱32とは反対側)に設けられた支持面38によって、鉛直軸周りに回転せずに(回転が規制された状態で)昇降できるように構成されている。
Here, the mounting
フランジ部33a、33b間の領域には、左右両側の昇降部37、37により支持されると共に、固定部材34aを囲むように概略リング状に形成された昇降板41が設けられている。昇降板41と下側フランジ部33bとの間には、図1に示すように、複数の皿バネ42を積層して構成される緩衝機構43が固定部材34aの周方向に沿って複数箇所例えば4カ所に等間隔となるように設けられている。即ち、この皿バネ42は、上下面が各々開口すると共に上下方向における一端側から他端側に向かって拡径する概略円筒形状となるように形成されており、例えば上方側から荷重を加えると、元に戻ろうとする(上下方向に伸びようとする)復元力が生じるように構成されている。
In the region between the
そして、2つの皿バネ42、42について、各々の上下方向の2つの開口部のうち広い開口部同士を互いに対向させて一組のバネ部材42aとして構成し、このバネ部材42aを上下方向に例えば3段積層している。また、これら皿バネ42の各々の開口部を上下方向に貫通するように、下側フランジ部33bから昇降板41に向かって垂直に伸び出す棒状のガイド部材44を配置して、各々の皿バネ42が側方側に位置ずれしないようにしている。この時、昇降板41においてガイド部材44の先端部に対応する位置に開口部45を形成している。そして、昇降板41に対して下側フランジ部33bが側方側に位置ずれしないように、各々の皿バネ42が伸張しきった状態(復元力が生じてない状態)であってもガイド部材44の先端部が開口部45内に位置するように構成している。
And about two disc springs 42 and 42, wide opening parts are made to mutually oppose among two opening parts of each up-and-down direction, and it constitutes as a set of
ここで、緩衝機構43の作用について簡単に説明する。処理容器2内が大気雰囲気の時には、載置部3は、当該載置部3の重量によって下方側へと下降しようとする。そのため、下側フランジ部33bの下方側には、載置部3を受け止めるための基部46が設けられている。この時、各々の皿バネ42は、復元力が生じてない(収縮していない)状態となっている。尚、図1中47は、下側フランジ部33bの下面において基部46に対応する位置に設けられた受け部である。
Here, the operation of the
一方、処理容器2内が真空雰囲気に設定されると、処理容器2の内部雰囲気と処理容器2の外部の雰囲気(大気雰囲気)との間に差圧が生じるので、載置部3は、処理容器2内の真空雰囲気により引き寄せられる(大気雰囲気により押される)。そして、処理容器2内が例えば13.3Pa(0.1Torr)程度までの真空状態に至ると、載置部3が自重によって下降しようとする荷重よりも前記差圧によって上昇しようとする吸引力の方が大きくなり、載置部3は上昇しようとする。そのため、昇降板41には、下側フランジ部33bを受け止めて載置部3の上昇を規制するための規制部48が設けられている。この時、皿バネ42の各々は、昇降板41と下側フランジ部33bとの間において上下方向に圧縮される応力を受ける。図1中49は、下側フランジ部33bにおいて前記規制部48に対応する位置に設けられた受け部である。
On the other hand, when the inside of the
処理容器2内を真空雰囲気に設定した状態において、即ち下側フランジ部33bを昇降板41により受け止めた状態において、既述の昇降部37を昇降させると、昇降板41と共に下側フランジ部33b及び載置部3が緩衝機構43を介して昇降することになる。この緩衝機構43により、後述するように、載置部3は天板部4に対して揺動できるように構成されている。
In the state where the inside of the
また、下側フランジ部33bには、昇降板41に対する載置部3の姿勢を規制するための規制機構51が設けられている。具体的には、図1に示すように、下側フランジ部33bの下方側には、下側フランジ部33bを下方側から貫通するように上下方向に伸びる押しネジ52が設けられており、この押しネジ52の上端部は、昇降板41との間の隙間寸法が調整自在に構成されている。押しネジ52の下方側には、当該押しネジ52を鉛直軸周りに回転させるモータ54が接続されている。
The
下側フランジ部33bにおける押しネジ52が貫通する部位の内周面は、この押しネジ52の外周面と螺合するようにネジ切りされている。そして、下側フランジ部33bの下方側には、押しネジ52が貫挿されると共に当該押しネジ52と螺合するナット53が設けられており、このナット53を下側フランジ部33bに向かって締め付けることにより、押しネジ52の上端部の高さ位置を規制できるように構成されている。この規制機構51は、支持柱32の周方向に沿って互いに離間するように複数箇所例えば4カ所に設けられている。これら押しネジ52及びナット53により規制機構51が構成される。規制機構51を用いた載置部3の姿勢の規制方法については後で説明する。
The inner peripheral surface of the portion of the
また、この成膜装置には、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が設けられており、この制御部100のメモリ内には、ウエハWの姿勢調整及び成膜処理を行うためのプログラムが格納されている。即ち、このプログラムは、例えば成膜装置のメンテナンス時などにおいて、天板部4に対して載置部3の姿勢を水平に設定するための姿勢調整プログラム101と、このプログラム101により姿勢を設定した載置部3上にウエハWを載置して成膜処理を行う成膜プログラム102と、を備えている。これらプログラム101、102は、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、フレキシブルディスクなどの記憶媒体である記憶部110から制御部100内にインストールされる。
In addition, the film forming apparatus is provided with a
続いて、本実施の形態に係る成膜装置の作用について、図4〜図7を参照して説明する。この時、処理容器2が真空雰囲気に維持された状態となっており、既に後述のメンテナンスが行われていて、天板部4に対して載置部3の姿勢が水平になっているものとする。従って、既述の図1に示すように、昇降板41に対して押しネジ52の上端部が当接しており、当該昇降板41に対して下側フランジ部33b(載置部3)の姿勢を規制した状態となっている。
Subsequently, the operation of the film forming apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. At this time, the
始めに、載置部3を下方側に位置させると共に、ゲートバルブ6を開放して、処理容器2の外部(真空搬送室)に設けられた搬送アーム(いずれも図示せず)と昇降ピン7とを用いて、ヒータ31により成膜温度に加熱された載置部3にウエハWを載置する。次いで、ゲートバルブ6を閉じて、載置部3を処理位置に上昇させる。この処理位置では、ガス通流空間P1の高さ寸法(対向面部72aと載置部3上のウエハWの表面との間の離間寸法)jが面内に亘って揃うと共に、当該高さ寸法jは、0.2mm〜10.0mmこの例では0.5mmとなるように設定されている。尚、既述の図2は、前記高さ寸法jを模式的に大きく描画している。
First, the
そして、処理容器2内の圧力を設定圧力に設定すると共に、図4に示すように、ガスシャワーヘッド63から下方のウエハWに向かって塩化チタンガスを処理ガスとして供給する。この処理ガスは、ガス下降空間P2を速やかに下降すると共に、ウエハWの近傍位置にて周方向に沿って放射状に広がっていく。この時、対向面部72aと載置部3上のウエハWとが平行になっているので、処理ガスは、ウエハWの周方向に亘って均等の流速(濃度)で通流していく。この処理ガスにウエハWが接触すると、当該処理ガスの成分がウエハWに吸着する。また、天板部4とカバー部材3aとの間の隙間寸法が極めて小さくなっていることから、ウエハWの上方側の領域である処理空間において処理ガスの圧力が処理容器2内の圧力(載置部3の下方側の圧力)よりも高くなり、従って処理ガスの吸着量は面内に亘って均一となる。
Then, the pressure in the
次に、処理ガスの供給を停止すると共に、図5に示すように、ガスシャワーヘッド63からパージガス(置換ガス)を処理容器2内に供給する。この時、ガス下降空間P2を既述のように細く(内径寸法rを小さく)設定しているので、このガス下降空間P2では上下方向の渦流(水平軸周りに回転するガス流れ)が起こりにくい。また、ガス通流空間P1の高さ寸法jを小さく設定しているので、ウエハWの上方側の領域である処理空間の容積が極めて小さくなっている。従って、この処理空間における処理ガスは、パージガスによって速やかに排気部91に向かって排気されて、パージガスに置換される。
Next, the supply of the processing gas is stopped, and a purge gas (substitution gas) is supplied from the
その後、図6に示すように、ガスをアンモニアガスに切り替えて、ウエハW上に吸着した塩化チタンガスの成分を窒化する。この時、既述のように各空間P1、P2の容積を小さく構成していることから、また載置部3の下方側の圧力よりもウエハWの上方側の処理空間の圧力を高めていることから、ウエハWの面内に亘って効率良く窒化反応が起こる。こうして図7に示すように、パージガスにより再度処理空間における雰囲気を置換した後、以上説明したように塩化チタンガス及びアンモニアガスをウエハWに対して交互に供給することにより、例えば窒化チタン(TiN)などからなる薄膜がウエハW上に成膜される。
Thereafter, as shown in FIG. 6, the gas is switched to ammonia gas, and the component of the titanium chloride gas adsorbed on the wafer W is nitrided. At this time, since the volumes of the spaces P1 and P2 are small as described above, the pressure of the processing space above the wafer W is higher than the pressure below the mounting
ここで、ウエハWに対して成膜処理を開始する前に、天板部4に対して載置部3の姿勢を水平に設定する時には、以下に説明する一連の工程が行われる。即ち、成膜処理を行う時には、予め載置部3の姿勢を調整しておくことにより、天板部4に対する載置部3の姿勢が水平に保たれている。具体的には、天板部4に対して載置部3が水平となるように設定すると、その後も載置部3が昇降部37と共に昇降するので、当該昇降部37のモータ36のエンコーダ値を介して載置部3の水平姿勢を維持できる。
Here, when the orientation of the mounting
一方、例えば処理容器2の内部のメンテナンスを行う時、あるいはこの成膜装置を含む基板処理装置の立ち上げ時などにおいて、天板部4に対して載置部3の姿勢が水平になっていない(傾いている)おそれがある。即ち、支持柱32に対して載置部3が僅かに傾斜して接続されていたり、あるいはボールネジ35が僅かに歪んでいたりする場合があるので、載置部3をそのまま(姿勢を調整せずに)使用すると、ウエハWに対する処理が面内で不均一になってしまうおそれがある。そこで、ウエハWに対して成膜処理を開始する前に、以下に説明するように、天板部4に対して載置部3の姿勢を水平となるように調整している。
On the other hand, for example, when the maintenance of the inside of the
始めに、処理容器2が大気雰囲気の時には、下側フランジ部33bは、基部46に支持されている。また、押しネジ52は、上端部が昇降板41の下面よりも下方側に離間した位置に設定されている。
First, when the
そして、処理容器2内の真空引きを開始してある真空度以上に当該処理容器2内が減圧されると、既述のように、載置部3の荷重よりも処理容器2の内外の差圧に基づく吸引力の方が大きくなるので、下側フランジ部33bは、皿バネ42を収縮させながら載置部3と共に上昇して、昇降板41(規制部48)に接触する。次いで、天板部4に対してカバー部材3aが当接するまで昇降板41を介して当該載置部3を上昇させていくと、載置部3が天板部4に対して傾斜している場合には、図8に示すように、カバー部材3aにおける一端側(例えば図8中左端)が天板部4に接触する。尚、図8では、載置部3の傾斜している様子を誇張して大きく描画している。
And if the inside of the said
続いて、昇降部37を更に例えば1mm程度上昇させると、カバー部材3aのうち天板部4に既に接触していた部位(図8中左側)については、それ以上上昇できないので、下側フランジ部33bにおける左側の部位は、左側の昇降部37の上昇に追随できず、相対的に見ると昇降板41から下方側に離間していく。従って、この左側における緩衝機構43は、僅かに伸張して、復元力が小さくなる。一方、カバー部材3aのうち天板部4に接触していない部位(図8中右側)については、天板部4との間が離間しているので、当該天板部4に接触するまで、昇降部37の上昇に伴って移動する。こうして図9に示すように、カバー部材3aが面内に亘って天板部4に接触するので、載置部3上のウエハWと天板部4の下面とが互いに平行になる。
Subsequently, when the elevating
次に、昇降板41に対する下側フランジ部33b(載置部3)の姿勢を規制する。即ち、押しネジ52の上端部が昇降板41に接触するまで、当該押しネジ52を昇降板41に向かって各々上昇させる。具体的には、押しネジ52の下方側のモータ54から押しネジ52に加えられる荷重(トルク)が各押しネジ52間で揃うまで、各々のモータ54を駆動する。そして、例えば作業者によりナット53を下側フランジ部33bに向かって締め付けて、各々の押しネジ52を固定する。
Next, the posture of the
そして、図10に示すように、載置部3を例えば10mm下降させると、既述の図8中左側の規制部48と受け部49とが離間しているので、処理容器2内と大気雰囲気との間の差圧により、これら規制部48と受け部49とが接触するまで当該左側の下側フランジ部33bが上昇しようとする。しかし、下側フランジ部33bと昇降板41との間には、押しネジ52が配置されているので、昇降板41と下側フランジ部33bとの間の離間距離が維持されたまま、即ち天板部4に対する載置部3の水平姿勢が保たれたまま、載置部3が下降することになる。こうして既述のガス通流空間P1は、高さ寸法jが面内に亘って揃うと共に既述の寸法となる。そして、この時の各モータ36のエンコーダのパルス値を記憶して、ウエハWに対して成膜処理を行う時の処理位置として設定する。
Then, as shown in FIG. 10, when the mounting
上述の実施の形態によれば、載置部3上のウエハWの中心位置から外周側に離間距離Dだけ離れた位置よりも外側にガス通流空間P1を形成している。そして、ウエハWに対して成膜処理を行う時には、このガス通流空間P1の高さ寸法jが面内に亘って揃い、且つ0.2mm〜10.0mmとなるようにしている。そのため、反応ガスを切り替える時には、パージガスがガス通流空間P1を速やかに通流し、しかもガス下降空間P2では上下方向の渦流が形成されにくいので、ガス下降空間P2の雰囲気を速やかに置換できる。そのため、良好なスループットでALD法を用いた成膜処理を行うことができる。
According to the above-described embodiment, the gas flow space P <b> 1 is formed on the outer side of the position away from the center position of the wafer W on the
また、天板部4と載置部3との間に狭小な空間を形成しているので、ウエハWの近傍の処理ガスの圧力を高めて、処理ガスを面内に亘って均一に吸着させることができ、良好なカバレッジ性を得ることができる。この時、天板部4に対して載置部3を水平に設定するにあたり、カバー部材3aをいわば水平出しの基準として用いているので、当該載置部3の姿勢を容易に調整できる。更に、緩衝機構43を設けているので、載置部3を揺動自在に構成できる。
更に、天板部4における載置部3側の部位(キャップ部材72)を金属などよりも熱伝導性の低いアルミナにより構成しているので、キャップ部材72をウエハWに近接させても、当該キャップ部材72を介してウエハWの熱が放熱されることを抑制できる。
Further, since a narrow space is formed between the
Furthermore, since the portion (cap member 72) on the mounting
ここで、高さ調整部材として載置部3側にカバー部材3aを設けたが、天板部4側にこのような高さ調整部材を設けても良い。この場合天板部4には、載置部3にウエハWが載置される領域よりも外周側に、例えば当該領域を周方向に亘って囲むリング状の部材が設けられる。
Here, the
また、天板部4に対して載置部3が水平となるように調整するにあたり、以下のように構成しても良い。即ち、図11に示すように、載置部3におけるウエハWが載置される領域よりも外側に、カバー部材3aに代えて、例えば高さ寸法が20mm程度に各々設定された突起部120を周方向に沿って例えば4カ所に設けても良い。
Further, when adjusting the
そして、このような構成の装置において、ウエハWを載置した載置部3を上昇させた時に、天板部4に対して載置部3が傾斜している時には、載置部3の一端側における突起部120が天板部4に当接する。次に、載置部3を更に上昇させると、緩衝機構43の緩衝作用により、天板部4に対して突起部120が面内に亘って接触して、天板部4と載置部3とが平行になる。こうして載置部3上のウエハWに対して処理ガスやパージガスを供給することにより、既述の成膜処理が行われる。これらガスは、突起部120の側方側を排気部91に向かって通流することになる。従って、この突起部120は、既述のカバー部材3aの隙間規制部材としての機能に加えて、対向面部72aと載置部3上のウエハWとの間の高さ寸法jを規制する役割を持っている。
突起部120についても、載置部3上に設けることに代えて、天板部4の下面に設けても良い。
In the apparatus having such a configuration, when the mounting
The protruding
また、図12に示すように、ガス下降空間P2が上方側から下方側に向かうにつれて拡径して概略円錐形状となるように、当該ガス下降空間P2の直径寸法rを調整しても良い。この場合においても、ガス通流空間P1は、載置部3上のウエハWの中心位置から外周側に離間距離Dだけ離間した位置よりも外側の領域では、例えば面内に亘って水平となるように形成される。尚、図12では、天板部4について簡略化している。以下の図13も同様である。
In addition, as shown in FIG. 12, the diameter dimension r of the gas descending space P2 may be adjusted such that the diameter of the gas descending space P2 increases from the upper side toward the lower side and becomes a substantially conical shape. Also in this case, the gas flow space P1 is horizontal across the plane, for example, in a region outside the position separated from the center position of the wafer W on the
更に、図13に示すように、天板部4(キャップ部材72)について、載置部3上のウエハWの外形寸法とほぼ同程度の直径寸法となるように構成しても良い。即ち、対向面部72aは、ウエハWの成膜処理時において外周縁の投影位置がウエハWの外周縁と同じになる。この場合には、天板部4に対して載置部3の水平出しをする時は、載置部3上にウエハWを載置していない状態で、ウエハWを載置する載置面を天板部4に当接させることになる。
Furthermore, as shown in FIG. 13, the top plate portion 4 (cap member 72) may be configured to have a diameter dimension substantially the same as the outer dimension of the wafer W on the mounting
更にまた、図14に示すように、天板部4を天井面61から下側に離間させた位置にて当該天板部4を上方側から支持するようにしても良い。具体的には、同図(a)に示すように、上下方向に筒状に伸びるガス供給管130の内部に、多数のガス吐出口64の形成された円板状のガス拡散板131を配置する。また、このガス供給管130の下端側の外周面と、キャップ部材72の内周面とが螺合するように、これらガス供給管130及びキャップ部材72を構成する。そして、図14(b)に示すように、処理容器2の内部に天板部4を収納した状態で天井面61により処理容器2の上面側の開口部を塞ぎ、当該天井面61の上方側からガス供給管130を処理容器2内に挿入する。こうしてガス供給管130により天板部4を支持すると共に、ガス供給管130の外周面と天井面61に設けられた貫通口とを螺合させ、処理容器2に対してガス供給管130を固定する。尚、天井面61の上方側におけるガス供給管130の外周面と当該天井面61との間には、図示しないシール部材が設けられる。また、図14では処理容器2や天井面61、天板部4について簡略化している。
Furthermore, as shown in FIG. 14, the
更に、規制機構51としては、処理容器2の内部と大気雰囲気との間の差圧に抗して載置部3の上昇を規制するようにしたが、緩衝機構43の復元力に対抗するように、当該緩衝機構43のレイアウトを変更しても良い。具体的には、図1の成膜装置を例に挙げて説明すると、緩衝機構43は、昇降板41と下側フランジ部33bとの間に設けられていることに代えて、図15に示すように、上側フランジ部33aと昇降板41との間に設けられている。
Further, as the regulation mechanism 51, the rise of the mounting
この構成の成膜装置では、処理容器2内を大気雰囲気に保ったまま、昇降板41及び緩衝機構43を介して載置部3を上昇させて、載置部3(カバー部材3a)を天板部4に当接させる。その後更に載置部3を僅かに上昇させると、既述の各例と同様に、天板部4に対して載置部3が水平姿勢を取る。この時、図15中例えば右側の皿バネ42は、昇降板41によって上側フランジ部33aと昇降板41との間で圧縮応力を受けるので、伸びようとする復元力を持った状態となる。
In the film forming apparatus having this configuration, while the inside of the
続いて、規制機構51により昇降板41と下側フランジ部33bとの間の離間寸法を規制すると共に、載置部3を下降させると、右側の皿バネ42は、復元力により伸びようとする。しかし、当該右側の皿バネ42を上下方向から挟む部材のうち下方向の昇降板41については、規制機構51によって上側フランジ部33aに対して下降する動作が規制されている。また、皿バネ42の上下方向の部材のうち上方向の上側フランジ部33aについては、固定部材34aによって下側フランジ部33bとの間の離間寸法が一定となっている。従って、右側の皿バネ42の復元力が規制されるので、載置部3は天板部4に対して水平姿勢を維持する。こうして大気雰囲気において、あるいは大気雰囲気よりも僅かに減圧状態の雰囲気において、パージガスにより雰囲気を置換しながら、互いに反応する処理ガスを交互にウエハWに供給して薄膜が成膜される。
Subsequently, when the spacing mechanism between the lifting
ガス下降空間P2の直径寸法rとしては、既述の寸法より小さくても良い。従って、ガス通流空間P1は、既述の寸法より大きくても良い。具体的には、ウエハWの外形寸法に対するガス下降空間P2の内径寸法rの比率(前記内径寸法÷前記外形寸法)kは、大きすぎるとガス下降空間P2にて上下方向の渦流が生じやすくなり、一方小さすぎるとガスが通流しにくくなることから、好ましくは0.01〜0.33より好ましくは0.02〜0.13(実際の寸法では5.0mm〜40.0mm)である。 The diameter r of the gas descending space P2 may be smaller than the dimension described above. Accordingly, the gas flow space P1 may be larger than the dimensions described above. Specifically, if the ratio of the inner diameter dimension r of the gas descending space P2 to the outer dimension of the wafer W (the inner diameter dimension ÷ the outer dimension) k is too large, a vertical vortex tends to occur in the gas descending space P2. On the other hand, if it is too small, it becomes difficult for the gas to flow, so it is preferably 0.01 to 0.33, more preferably 0.02 to 0.13 (5.0 mm to 40.0 mm in actual dimensions).
また、載置部3を天板部4に対して昇降させることに代えて、天板部4を載置部3に対して昇降させても良い。緩衝機構43及び規制機構51を載置部3側に設けたが、天板部4側に設けても良い。更に、緩衝機構43としては、皿バネ42に代えて、スプリングやゴムなどの弾性部材を用いても良い。更にまた、昇降部37及び緩衝機構43としては、各々3カ所以上に配置しても良いし、昇降部37については1カ所であっても良い。
Further, instead of raising and lowering the
更に、ウエハWの姿勢を調整するタイミングとしては、装置のメンテナンス時や基板処理装置の立ち上げ時を例に挙げて説明したが、例えば多数のウエハWに対して連続的に処理を行っている時(処理容器2内が真空雰囲気に維持されている時)に、処理のレシピに応じて天板部4と載置部3上のウエハWとの高さ寸法jを変更する時や、あるいは所定の枚数のウエハWの成膜処理を行う度に行うようにしても良い。また、真空雰囲気にて天板部4に対して載置部3の水平姿勢を調整する時に、載置部3上にウエハWを予め載置しておき、載置部3を水平にした後直ぐに成膜処理を開始しても良い。
Further, the timing for adjusting the posture of the wafer W has been described by taking as an example the time of maintenance of the apparatus and the time of startup of the substrate processing apparatus. When the height dimension j between the
更にまた、以上説明した例では、成膜装置を基板処理装置に組み込んだ例について説明したが、この成膜装置をスタンドアローンの装置として構成しても良い。この場合には、大気雰囲気に設定された処理容器2に対して各ウエハWが搬入され、その後真空引きされるので、成膜処理を行う前に、各々のウエハWに対して天板部4に対する載置部3の姿勢が水平に設定される。
また、載置部3の寸法や基部46の高さ位置などを極めて精度高く設定できる時(載置部3の姿勢を調整しなくても天板部4に対して載置部3が水平姿勢を取る場合)には、既述の規制機構51や緩衝機構43を設けなくても良い。
Furthermore, in the example described above, the example in which the film forming apparatus is incorporated in the substrate processing apparatus has been described. However, the film forming apparatus may be configured as a stand-alone apparatus. In this case, each wafer W is carried into the
Further, when the dimensions of the mounting
更に、本発明の成膜装置では、既述のTiN膜の成膜の他に、金属元素、例えば周期表の第3周期の元素であるAl、Si等、周期表の第4周期の元素であるTi、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge等、周期表の第5周期の元素であるZr、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag等、周期表の第6周期の元素であるBa、Hf、Ta、W、Re、lr、Pt等の元素を含む薄膜を成膜しても良い。ウエハW表面に吸着させる金属原料としては、これらの金属元素の有機金属化合物や無機金属化合物などを反応ガス(原料ガス)として用いる場合が挙げられる。金属原料の具体例としては、上述のTiCl4の他に、BTBAS((ビスターシャルブチルアミノ)シラン)、DCS(ジクロロシラン)、HCD(ヘキサジクロロシラン)、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)などである。 Furthermore, in the film forming apparatus of the present invention, in addition to the above-described TiN film formation, a metal element, for example, an element of the fourth period of the periodic table, such as Al or Si, which is an element of the third period of the periodic table, is used. Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, etc. Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, etc., which are the elements of the fifth period of the periodic table, etc. A thin film containing an element such as Ba, Hf, Ta, W, Re, lr, or Pt may be formed. Examples of the metal raw material to be adsorbed on the surface of the wafer W include a case where an organic metal compound or an inorganic metal compound of these metal elements is used as a reaction gas (raw material gas). Specific examples of the metal raw material include, in addition to TiCl 4 described above, BTBAS ((Bistial Butylamino) silane), DCS (dichlorosilane), HCD (hexadichlorosilane), TMA (trimethylaluminum), 3DMAS (Trisdimethyl). Aminosilane).
また、ウエハW表面に吸着した原料ガスを反応させて、所望の膜を得る反応には、例えばO2、O3、H2O等を利用した酸化反応、H2、HCOOH、CH3COOH等の有機酸、CH3OH、C2H5OH等のアルコール類等を利用した還元反応、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等を利用した炭化反応、NH3、NH2NH2、N2等を利用した窒化反応等の各種反応を利用しても良い。 Further, for the reaction to obtain a desired film by reacting the raw material gas adsorbed on the surface of the wafer W, for example, an oxidation reaction using O 2 , O 3 , H 2 O, etc., H 2 , HCOOH, CH 3 COOH, etc. Reduction reaction using alcohols such as organic acids, CH 3 OH, C 2 H 5 OH, etc., carbonization reaction using CH 4 , C 2 H 6 , C 2 H 4 , C 2 H 2, etc., NH 3 Various reactions such as nitriding reaction using NH 2 NH 2 , N 2 or the like may be used.
更に、反応ガスとして、3種類の反応ガスや4種類の反応ガスを用いても良い。例えば3種類の反応ガスを用いる場合の例としては、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)を成膜する場合などであり、例えばSr原料である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)と、Ti原料であるTi(OiPr)2(THD)2(チタニウムビスイソプロポキサイドビステトラメチルヘプタンジオナト)と、これらの酸化ガスであるオゾンガスが用いられる。この場合には、Sr原料ガス→パージガス→酸化ガス→パージガス→Ti原料ガス→パージガス→酸化ガス→パージガスの順でガスが切り替えられる。また、成膜処理を行う基板として円形のウエハWについて説明したが、例えば矩形のガラス基板(LCD用基板)に対して本発明を適用しても良い。 Further, three types of reactive gases or four types of reactive gases may be used as the reactive gases. For example, as an example of a case of using three kinds of the reaction gases, and the like when forming a strontium titanate (SrTiO 3), for example, a Sr material Sr and (THD) 2 (strontium bis tetramethylheptanedionate isocyanatomethyl) Ti (OiPr) 2 (THD) 2 (titanium bisisopropoxide bistetramethylheptanedionate) which is a Ti raw material and ozone gas which is an oxidizing gas thereof are used. In this case, the gas is switched in the order of Sr source gas → purge gas → oxidizing gas → purge gas → Ti source gas → purge gas → oxidizing gas → purge gas. In addition, although the circular wafer W has been described as the substrate on which the film formation process is performed, the present invention may be applied to, for example, a rectangular glass substrate (LCD substrate).
W 半導体ウエハ
2 処理容器
3 載置部
3a カバー部材
4 天板部
35 ボールネジ
43 緩衝機構
51 規制機構
64 ガス吐出口
71 リング状部材
72 キャップ部材
72a 対向面部
Claims (6)
前記真空容器内に設けられ、基板を載置するための載置部と、
中央部が前記ガス供給口として開口し、当該ガス供給口を囲む部位が基板と対向する環状の対向面部として形成された天板部と、
前記真空容器内を真空排気する排気機構と、
前記真空容器の外側から前記載置部に基板を受け渡す時の位置と、基板に対して成膜処理を行う処理位置との間で、前記載置部を前記天板部に対して相対的に昇降させる昇降機構と、を備え、
前記対向面部は、基板の成膜処理時において、内周縁の投影位置が基板の中心から5.0mm〜40.0mm離れ、外周縁の投影位置が基板の外周縁と同じかそれよりも外側に位置すると共に、基板の表面に対して0.2mm〜10.0mmの隙間を開けて平行に設定されていることを特徴とする成膜装置。 A plurality of kinds of reaction gases that react with each other in the vacuum vessel are sequentially supplied from the gas supply port, and a replacement gas is supplied between the supply of one reaction gas and another reaction gas. In a film forming apparatus for performing a film forming process,
A mounting portion provided in the vacuum vessel for mounting the substrate;
A top portion formed as an annular facing surface portion whose central portion is opened as the gas supply port and a portion surrounding the gas supply port is opposed to the substrate;
An exhaust mechanism for evacuating the vacuum container;
Relative to the top plate portion, the placement portion is positioned between a position when the substrate is transferred from the outside of the vacuum container to the placement portion and a processing position for performing a film forming process on the substrate. An elevating mechanism for elevating and lowering,
The opposing surface portion has a projected position of the inner peripheral edge of 5.0 mm to 40.0 mm away from the center of the substrate, and the projected position of the outer peripheral edge is the same as or outside of the outer peripheral edge of the substrate during the film forming process of the substrate. A film forming apparatus, wherein the film forming apparatus is positioned parallel to the surface of the substrate with a gap of 0.2 mm to 10.0 mm.
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