JP6708167B2 - 成膜装置、成膜方法及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
特許文献2には、4枚の半導体ターゲットが載置され、回転可能なテーブルの上方領域を隔壁で4つに分離する装置が記載され、「ALD等の自己飽和反応についても効果的である」という記載があるが、運用手法が不明であり、本発明を示唆するものではない。
前記処理容器の周方向に沿って間隔をおいて設けられ、第1のガスを供給して基板を処理するためのn(nは2以上の整数)個の第1の処理領域と、
前記周方向に沿って第1の処理領域の間に設けられ、第2のガスを供給して基板を処理するためのn個の第2の処理領域と、
前記第1の処理領域と第2の処理領域との間を分離するための分離部と、
前記周方向に沿って公転可能に構成されると共に前記周方向に沿って複数配置され、各々基板を載置するための載置部と、
前記載置部に形成され、外部の基板搬送機構との間で基板の受け渡しを行うための昇降ピンが昇降するための貫通孔と、
前記基板が第1の処理領域及び第2の処理領域に公転を停止した状態で交互に位置するように前記載置部を間欠的に公転させる運転モードである間欠回転モードと、前記基板が第1の処理領域及び第2の処理領域を連続して通過するように前記載置部を連続的に公転させる運転モードである連続回転モードと、の一方を選択できるように構成され、選択された運転モードを実行するための制御部と、を備え、
前記載置部は、当該載置部の公転の停止時に、n個の第1の処理領域及びn個の第2の処理領域の各々に同じ枚数の基板が位置するように配置され、
n個の第1の処理領域及びn個の第2の処理領域の各々に同じ枚数の基板が位置するときに、前記分離部にも基板の載置部が位置するように載置部の数が設定され、
前記制御部は、前記間欠回転モードが選択されたときには、n個の第1の処理領域及びn個の第2の処理領域の各々に同じ枚数の処理すべき基板が位置するときに前記分離部に位置する載置部には、当該載置部の前記貫通孔を塞ぐためにダミーの基板を載置するように、前記連続回転モードが選択されたときには、全ての載置部に処理すべき基板が載置されるように制御信号を出力することを特徴とする。
他の発明は、真空雰囲気を形成する処理容器内にて、基板に処理ガスである第1のガスと第2のガスとを交互に供給するサイクルを複数回行って、基板上に薄膜を成膜する成膜方法において、
前記処理容器内に当該処理容器の周方向に沿って間隔をおいてn(nは2以上の整数)個の第1の処理領域を設けると共に、前記周方向に沿って第1の処理領域の間に分離領域を挟んでn個の第2の処理領域を設け、
前記周方向に沿って公転可能に構成されると共に前記周方向に沿って複数配置され、各々基板を載置するための載置部を設け、
前記載置部には、外部の基板搬送機構との間で基板の受け渡しを行うための昇降ピンが昇降するための貫通孔が形成され、
前記載置部は、当該載置部の公転の停止時に、n個の第1の処理領域及びn個の第2の処理領域の各々に同じ枚数の基板が位置するように配置され、
n個の第1の処理領域及びn個の第2の処理領域の各々に同じ枚数の基板が位置するときに、前記分離領域にも基板の載置部が位置するように載置部の数が設定された成膜装置を用い、
n個の第1の処理領域及びn個の第2の処理領域の各々に同じ枚数の処理すべき基板が位置するときに、前記分離領域に位置する載置部には、当該載置部の前記貫通孔を塞ぐためにダミーの基板が位置するように基板を載置し、前記基板が第1の処理領域及び第2の処理領域に公転を停止した状態で交互に位置するように前記載置部を間欠的に公転させ、第1の処理領域及び第2の処理領域に夫々第1のガス及び第2のガスを供給する工程と、
全ての載置部に処理すべき基板を載置して、第1の処理領域及び第2の処理領域に夫々第1のガス及び第2のガスを供給しながら、前記基板が第1の処理領域及び第2の処理領域を連続して通過するように前記載置部を連続的に公転させる工程と、
を含むことを特徴とする。
本発明の実施形態の概要について述べる。この実施形態で用いられる成膜装置は、真空容器である処理容器内に例えば石英製の回転テーブルを備えており、図1は、回転テーブル1及びその周辺部位を略解的に示している。回転テーブル1の上面側には周方向に等間隔に4個の円形状の凹部11が形成されており、各凹部11内には、基板であるウエハを載置する載置部をなす載置台2が配置されている。回転テーブル1の下方側には、外形が回転テーブル1と同心の円形をなす回転支持体12が設けられ、回転テーブル1はこの回転支持体12に、図1では見えない支持部材を介して支持されている。回転支持体12は図1では見えない回転軸により回転できるようになっており、回転テーブル1は回転支持体12の回転と共に例えば時計周りに回転する。
またウエハに対して成膜処理をするために回転テーブル1が停止する停止位置においては、駆動ギア部32の回転により既述のようにして自転軸21が自転するので、ウエハが自転する。即ち、ウエハは自転されながら成膜処理されることになる。
(第1の実施形態)
次に本発明の第1の実施形態に用いられる成膜装置の構造の詳細、動作について説明する。図2は、原料ガスを供給する領域に相当する部位の断面を右側に、反応ガスを供給する領域に相当する部位の断面を左側に、夫々位置させた成膜装置の縦断面図である。成膜装置は扁平な処理容器5を備えており、処理容器5の底部は、中央部分51と当該中央部分51を囲む環状部分52とに径方向に分割されている。中央部分51は処理容器5の天井部の中央に上方から突入して設けられた支柱53に支持されており、環状部分52は処理容器5の側壁に固定されている。
処理容器5内には回転テーブル1が設けられ、回転テーブル1は、回転支持体12に棒状の支持部材15を介して支持されている。支持部材15は、処理容器5の底部である中央部分51と環状部分52との間の環状の隙間56を通って配置されており、周方向に沿って複数個設けられている。なお、図2における回転テーブル2の右側部位は、載置台2が設けられていない領域を、左側部位は、載置台2が設けられている部位を夫々見せている。
従って載置台2は、公転可能かつ自転可能に構成されているということができる。各自転軸21は軸受部22の下方まで伸びており、下端部には既述の従動ギア部31が設けられている。処理容器5の底部の下方側には、回転支持体12などを大気雰囲気から区画するためのカバー体6が設けられている。カバー体6は、扁平な円筒体の周縁寄りの部位を窪ませて環状の窪み部位61を形成した形状に成形されており、窪み部位61の外周側の内壁面には、平面で見て等間隔の4か所に駆動ギア部32が設けられている。
図2における処理容器5の中央よりも右側に位置する第1の処理領域には、原料ガスを供給するための原料ガス供給部である原料ガスノズル71が後述の搬送機構CAの進入路よりも高い位置にて、処理容器5の側壁を貫通して回転テーブル1と平行に配置されている。原料ガスノズル71は、図3に示すように処理容器5の側壁を貫通する部位と回転テーブル1の中心とを結ぶラインに対して横方向に傾いたラインに沿って伸びている。また原料ガスノズル71は、下面側にガス吐出孔72が長さ方向に間隔をおいて形成され、ガス吐出孔72の配置領域は、ウエハWの直径をカバーする長さに設定されている。
図2における処理容器5の中央よりも左側に位置する第2の処理領域の上方には、処理容器5の天井部の一部を構成する誘電体部材81を介してプラズマ発生機構8が設けられている。誘電体部材81は、処理容器5の天井部に形成された開口部に嵌合される形状に成形されており、図4に示すように平面形状が扇型であって、周縁部が起立されて外方に屈曲するフランジ部として形成されている。
図3は、処理容器5の天井部よりも下方側の部位を示しているが、第2の処理領域において便宜上アンテナ82の位置を点線で示している。
反応ガスノズル85の基端側は、反応ガス供給源、ガス供給制御機器群などを含む反応ガスの供給系86に接続されている。成膜処理がシリコン窒化膜であるとすれば、反応ガスとしては例えばアンモニアガスが用いられる。また反応ガスノズル85から反応ガスに加えてプラズマ着火用のアルゴンガスなどの希ガスを供給するようにしてもよい。
図6に戻って、各載置台2にウエハW1〜W4を載置した後、図示しないゲートバルブにより搬入出口50を閉じ、処理容器5内を所定のプロセス圧力例えば100Paに調整すると共に、図7に示すように各載置台2を自転させる(ウエハW1〜W4を自転させる)。このときまでに加熱部54により処理容器5内が所定の温度例えば400℃まで加熱されている。
第2の処理領域S2、S4に夫々位置しているウエハW3、W1の表面にはアンモニアのプラズマ化により生成された活性種が供給されるが、この時点では未だDCSガスの吸着が行われていないので、反応生成物は生成されない。なお、第2の処理領域S2、S4におけるガスの供給およびプラズマの発生は、回転テーブル1の次の回転(間欠回転)の後、即ち既にDCSガスが吸着されたウエハW4、W2が第2の処理領域S2、S4に位置した後から行ってもよい。
第1の処理領域S1、S3においては、原料ガスノズル71からDCSガスが吐出され、当該第1の処理領域S1、S3に夫々位置しているウエハW1、W3にDCSガスが吸着する。
第2の処理領域S2、S4にて夫々ウエハW4、W2に対する処理がすると、即ち反応に必要な時間に応じて事前に設定された設定時間が経過すると、図10に示すように回転テーブル1が時計回りに90度回転し、各ウエハW4、W3、W2、W1が夫々一つ下流側の処理領域S3、S4、S1、S2に移動する。図11は、移動後の状態を示している。そして同様に各ウエハW4、W3、W2、W1が自転しながら、第1の処理領域S1、S3においては、夫々ウエハW2、W4に対してDCSガスの吸着が行われ、第2の処理領域S2、S4においては、夫々ウエハW1、W3に対してアンモニアガスの活性種による反応処理が行われる。
上述の実施形態では、4個の処理領域に各々1枚のウエハWが位置するように構成しているが、図15に示すように載置台2を8個設けて、4個の処理領域に各々2枚ずつのウエハWが位置するように構成してもよい。図15中、50a、50bは搬入口である。更に回転テーブル1の停止時に各処理領域に置かれるウエハWの数は、3枚であってもよいし、4枚以上あってもよい。
また第1の処理領域及び第2の処理領域の各々の数は2個に限られるものではなく、3個以上であってもよい。
上述の実施形態では、DCSガスを設定時間だけ吐出した後、アンモニアガスによる反応が終了するまで吐出を停止しているが、ウエハWが第1の処理領域に位置し、所定時間経過した後、DCSガスを必要な時間だけ吐出させ、例えばDCSガスの吸着とアンモニアガスによる反応とを同じタイミングに終了するようにしても、原料ガスの消費を抑えることができる。なお、ウエハWに対して一連の成膜処理が終了するまで、DCSガスを流しっぱなしにする場合であっても、本発明の範囲に含まれる。
載置台2を自転させるための自転機構の他の例を使用した成膜装置について、図16〜図18を参照しながら本発明の第2の実施形態として説明する。第1の実施形態では、駆動ギア部32は、回転テーブル1の周方向に沿った4か所の位置に配置されているが、第2の実施形態では、駆動ギア部は、回転テーブル1の公転軌道に沿って全周に亘って設けられている。即ち、駆動ギア部90は、従動ギア部36の公転軌道に臨むように設けられると共に、その中央部に円形の開口部91aを備えた円環状の板状体91を備え、開口部91aの中心が回転テーブル1の回転中心と揃うように配置されている。駆動ギア部90の上面には、従動ギア部36の公転軌道に沿って全周に亘って、永久磁石よりなる磁極部であるN極部(斜線で示している)92及びS極部93が交互に配置されている。
上述の実施形態では、回転テーブル1を間欠的に回転させて各ウエハWを第1の処理領域及び第2の処理領域に交互に位置させている。この運転モードを間欠回転モードと呼ぶことにすると、本発明の第3の実施形態は、間欠回転モードに加えて、回転テーブル1を連続的に回転させて成膜処理を行う連続回転モードを用意し、両モードを選択できるように構成したものである。
これに対して第3の実施形態では、各処理領域S1〜S4の各々に例えば1枚ずつ、あるいは2枚ずつ(図19参照)ウエハWが位置している状態において、各処理領域S1〜S4の間、即ち4つの分離部4の各々にもウエハWが位置するように載置台2を配置している。従って各処理領域S1〜S4の各々に2枚ずつウエハWを位置させる場合には、載置台2は12個配置される。
なお回転テーブル1の回転は、一方向に間欠的に回転させることに限らず、時計周りの回転、反時計周りの回転を交互に行うようにしてもよい。
12 回転支持体
13 回転軸
2 載置台
21 自転軸
31 従動ギア部
32 駆動ギア部
4 分離部
5 処理容器
53 加熱部
54 隙間
6 カバー体
63 排気口
71 原料ガスノズル
8 プラズマ発生機構
81 誘電体部材
82 アンテナ
85 反応ガスノズル
W 半導体ウエハ
S1、S3 第1の処理領域
S2、S4 第2の処理領域
Claims (10)
- 真空雰囲気を形成する処理容器内にて、基板に処理ガスである第1のガスと第2のガスとを交互に供給するサイクルを複数回行って、基板上に薄膜を成膜する成膜装置において、
前記処理容器の周方向に沿って間隔をおいて設けられ、第1のガスを供給して基板を処理するためのn(nは2以上の整数)個の第1の処理領域と、
前記周方向に沿って第1の処理領域の間に設けられ、第2のガスを供給して基板を処理するためのn個の第2の処理領域と、
前記第1の処理領域と第2の処理領域との間を分離するための分離部と、
前記周方向に沿って公転可能に構成されると共に前記周方向に沿って複数配置され、各々基板を載置するための載置部と、
前記載置部に形成され、外部の基板搬送機構との間で基板の受け渡しを行うための昇降ピンが昇降するための貫通孔と、
前記基板が第1の処理領域及び第2の処理領域に公転を停止した状態で交互に位置するように前記載置部を間欠的に公転させる運転モードである間欠回転モードと、前記基板が第1の処理領域及び第2の処理領域を連続して通過するように前記載置部を連続的に公転させる運転モードである連続回転モードと、の一方を選択できるように構成され、選択された運転モードを実行するための制御部と、を備え、
前記載置部は、当該載置部の公転の停止時に、n個の第1の処理領域及びn個の第2の処理領域の各々に同じ枚数の基板が位置するように配置され、
n個の第1の処理領域及びn個の第2の処理領域の各々に同じ枚数の基板が位置するときに、前記分離部にも基板の載置部が位置するように載置部の数が設定され、
前記制御部は、前記間欠回転モードが選択されたときには、n個の第1の処理領域及びn個の第2の処理領域の各々に同じ枚数の処理すべき基板が位置するときに前記分離部に位置する載置部には、当該載置部の前記貫通孔を塞ぐためにダミーの基板を載置するように、前記連続回転モードが選択されたときには、全ての載置部に処理すべき基板が載置されるように制御信号を出力することを特徴とする成膜装置。 - 前記第1のガスは、基板に吸着させる薄膜の原料である原料ガスであり、前記第2のガスは当該原料ガスと反応して反応生成物を生成する反応ガスであることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 第1の処理領域及び第2の処理領域における必要なガスの供給時間が互に異なり、前記載置部は、必要なガスの供給時間が長い方の時間に合わせて停止していることを特徴とする請求項1または2記載の成膜装置。
- 必要なガスの供給時間が短い方の処理領域におけるガスの供給時間は、必要なガスの供給時間が長い方の処理領域におけるガスの供給時間よりも短く設定されていることを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。
- 前記載置部を自転させる自転機構を備え、少なくとも基板に対して処理ガスが供給されているときには当該基板が載置されている載置部が自転することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の成膜装置。
- 前記処理容器の周方向に自転する回転テーブルを備え、
前記複数の載置部は、前記回転テーブルの上面側に配置されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の成膜装置。 - 真空雰囲気を形成する処理容器内にて、基板に処理ガスである第1のガスと第2のガスとを交互に供給するサイクルを複数回行って、基板上に薄膜を成膜する成膜方法において、
前記処理容器内に当該処理容器の周方向に沿って間隔をおいてn(nは2以上の整数)個の第1の処理領域を設けると共に、前記周方向に沿って第1の処理領域の間に分離領域を挟んでn個の第2の処理領域を設け、
前記周方向に沿って公転可能に構成されると共に前記周方向に沿って複数配置され、各々基板を載置するための載置部を設け、
前記載置部には、外部の基板搬送機構との間で基板の受け渡しを行うための昇降ピンが昇降するための貫通孔が形成され、
前記載置部は、当該載置部の公転の停止時に、n個の第1の処理領域及びn個の第2の処理領域の各々に同じ枚数の基板が位置するように配置され、
n個の第1の処理領域及びn個の第2の処理領域の各々に同じ枚数の基板が位置するときに、前記分離領域にも基板の載置部が位置するように載置部の数が設定された成膜装置を用い、
n個の第1の処理領域及びn個の第2の処理領域の各々に同じ枚数の処理すべき基板が位置するときに、前記分離領域に位置する載置部には、当該載置部の前記貫通孔を塞ぐためにダミーの基板が位置するように基板を載置し、前記基板が第1の処理領域及び第2の処理領域に公転を停止した状態で交互に位置するように前記載置部を間欠的に公転させ、第1の処理領域及び第2の処理領域に夫々第1のガス及び第2のガスを供給する工程と、
全ての載置部に処理すべき基板を載置して、第1の処理領域及び第2の処理領域に夫々第1のガス及び第2のガスを供給しながら、前記基板が第1の処理領域及び第2の処理領域を連続して通過するように前記載置部を連続的に公転させる工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。 - 前記第1のガスは、基板に吸着させる薄膜の原料である原料ガスであり、前記第2のガスは当該原料ガスと反応して反応生成物を生成する反応ガスであることを特徴とする請求項7記載の成膜方法。
- 少なくとも基板に対して処理ガスが供給されているときには当該基板が載置されている載置部が自転することを特徴とする請求項7または8に記載の成膜方法。
- 真空雰囲気を形成する処理容器内にて、基板に処理ガスである第1のガスと第2のガスとを交互に供給するサイクルを複数回行って、基板上に薄膜を成膜する成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項7ないし9のいずれか一項に記載の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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