TW201716622A - 成膜處理方法、成膜處理裝置以及記憶媒體 - Google Patents

成膜處理方法、成膜處理裝置以及記憶媒體 Download PDF

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Abstract

一種成膜處理裝置，係將基板載置於真空容器內所設置之旋轉台一面側，並藉由讓該旋轉台旋轉來讓基板公轉並對該基板供給處理氣體，以進行成膜處理之成膜處理裝置，具備有：第1加熱部，係加熱該真空容器內之基板的熱處理區域整體；第2加熱部，係用以對應於該旋轉台所載置之基板而對向設置於該旋轉台，並以同心形狀之面內溫度分布來加熱基板；處理氣體供給部，係將處理氣體供給至該旋轉台一面側；以及控制部，係以實行第1步驟及第2步驟的方式來輸出控制訊號；該第1步驟係以將該旋轉台上之基板置放於該第2加熱部所對應之位置的方式來設定該旋轉台之旋轉位置，並藉由該第2加熱部來加熱該基板，以於該基板形成同心形狀之面內溫度分布；該第2步驟係在該基板從該第2加熱部所接收之加熱能量成為較該第1步驟要小的狀態下，讓該旋轉台旋轉，以對基板進行成膜處理。

Description

成膜處理方法、成膜處理裝置以及記憶媒體
本發明係關於一種藉由讓基板公轉，並將處理氣體供給至基板來進行成膜處理之技術領域。
在半導體裝置之製造工序中，為了將用以形成蝕刻遮罩等的各種膜成膜於基板之半導體晶圓(以下，記載為晶圓)，係進行有例如ALD(Atomic Layer Deposition)。為了提高半導體裝置之生產性，上述ALD便會有藉由讓載置有複數晶圓之旋轉台旋轉，而讓該晶圓公轉，並藉由重複通過配置為沿著該旋轉台之徑向的處理氣體供給區域(處理區域)之裝置來加以進行的情況。又，為了進行上述各膜之成膜，雖有進行CVD(Chemical Vapor Deposition)的情況，但利用此CVD之成膜亦與上述ALD同樣地，應會藉由讓晶圓公轉來加以進行。
又，在蝕刻成膜後之晶圓的蝕刻裝置中，會有以沿著晶圓徑向之各部的蝕刻速率會互相有所不同的方式來進行蝕刻之情況。因此，關於晶圓膜厚分布，便會有被要求以成為同心圓狀的方式來進行成膜的情況。所謂此同心圓狀之膜厚分布，更具體而言，係在從晶圓中心沿著等距離之該晶圓之周圍方向的各位置膜厚為相同或大略相同，且在沿著晶圓徑向的各位置為互相相異的膜厚之膜厚分布。
然而，在讓上述晶圓公轉的成膜裝置中，如上述般，由於處理氣體會沿著旋轉台之徑向來加以供給，故形成於晶圓之膜厚分布便會有成為依從旋轉台中心側朝向周緣側來使得膜厚改變的膜厚分布之傾向，而有所謂難以成為上述同心圓狀之膜厚分布的問題。自以往，雖顯示有藉由於晶圓面 內形成既定溫度分布以進行CVD，來形成上述同心圓狀之膜厚分布的成膜裝置，但此成膜裝置中，在成膜處理中晶圓並不會公轉。從而，以往的成膜裝置並無法解決上述問題。
本發明係提供一種在藉由旋轉台來讓基板公轉以進行成膜處理之裝置中，可以成為同心形狀之膜厚分布的方式來於基板進行成膜之技術。
本發明之成膜處理裝置，係將基板載置於真空容器內所設置之旋轉台一面側，並藉由讓該旋轉台旋轉來讓基板公轉並對該基板供給處理氣體，以進行成膜處理之成膜處理裝置，具備有：第1加熱部，係加熱該真空容器內之基板的熱處理區域整體；第2加熱部，係用以對應於該旋轉台所載置之基板而對向設置於該旋轉台，並以同心形狀之面內溫度分布來加熱基板；處理氣體供給部，係將處理氣體供給至該旋轉台一面側；以及控制部，係以實行第1步驟及第2步驟的方式來輸出控制訊號；該第1步驟係以將該旋轉台上之基板置放於該第2加熱部所對應之位置的方式來設定該旋轉台之旋轉位置，並藉由該第2加熱部來加熱該基板，以於該基板形成同心形狀之面內溫度分布；該第2步驟係在該基板從該第2加熱部所接收之加熱能量成為較該第1步驟要小的狀態下，讓該旋轉台旋轉，以對基板進行成膜處理。
本發明之成膜處理方法，係將基板載置於真空容器內所設置之旋轉台一面側，並藉由讓該旋轉台旋轉來讓基板公轉並對該基板供給處理氣體，來做成膜處理之方法，是使用第1加熱部，以及第2加熱部，係對應於該旋轉台所載置之基板而對向設置於該旋轉台；該方法係包含：藉由該第1加熱部來加熱該真空容器內之基板的熱處理區域整體之工序；以將該旋轉台上之基板置放於該第2加熱部所對應之位置的方式來設定該旋轉台之旋轉位置，並藉由該第2加熱部來加熱該基板，以於該基板形成同心形狀之面內溫度分布的第1工序；以及在該基板從該第2加熱部所接收之加熱能量成為較該第1步驟要小的狀態下，讓該旋轉台旋轉，並對基板供給處理氣體，以進行成膜處理的第2工序。
本發明之記憶媒體，係記憶有將基板載置於真空容器內所設置之旋轉台一面側，並藉由讓該旋轉台旋轉來讓基板公轉並對該基板供給處理氣 體，來做成膜處理之成膜處理裝置所使用的電腦程式之非暫時性的電腦可讀取之記憶媒體；該電腦程式係以實行上述成膜處理方法的方式來組成有步驟群。
1‧‧‧成膜裝置
2‧‧‧旋轉台
10‧‧‧控制部
11‧‧‧真空容器
12‧‧‧頂板
13‧‧‧容器本體
14‧‧‧蓋體
15‧‧‧搬送口
16‧‧‧閘閥
20‧‧‧TiO2膜
21‧‧‧支撐軸
22‧‧‧驅動機構
23‧‧‧凹部
24‧‧‧底面
25‧‧‧孔
26‧‧‧晶圓搬送機構
27‧‧‧升降銷
28‧‧‧環狀突出部
30‧‧‧排氣機構
31‧‧‧原料氣體噴嘴
32‧‧‧分離氣體噴嘴
33‧‧‧氧化氣體噴嘴
34‧‧‧分離氣體噴嘴
35‧‧‧開口部
36‧‧‧突狀部
37‧‧‧排氣口
38‧‧‧排氣管
39‧‧‧排氣量調整部
41‧‧‧收納空間
42‧‧‧加熱器
43‧‧‧加熱器
43A~43E‧‧‧加熱器元件
44‧‧‧板體
51~53‧‧‧載置部
71‧‧‧氣體供給管
D‧‧‧分離區域
H1、H2‧‧‧分離距離
P1‧‧‧第1處理區域
P2‧‧‧第2處理區域
W‧‧‧晶圓
添附圖式係作為本說明書之一部分而被併入來表示本揭露之實施形態者，並與上述一般性說明及後述實施形態之細節來一同地說明本揭露之概念。
圖1係本發明之成膜裝置之縱切側視圖。
圖2係該成膜裝置之概略橫切立體圖。
圖3係該成膜裝置之橫切俯視圖。
圖4係沿著該成膜裝置所設置之旋轉台及處理容器頂部的周圍方向之縱切側視圖。
圖5係該成膜裝置之旋轉台下方側的橫切仰視圖。
圖6係用以說明該成膜裝置動作之概略縱切側視圖。
圖7係用以說明該成膜裝置動作之概略縱切側視圖。
圖8係用以說明該成膜裝置動作之概略縱切側視圖。
圖9係用以顯示成膜處理之晶圓的狀態之模式圖。
圖10係用以顯示成膜處理之晶圓的狀態之模式圖。
圖11係用以顯示成膜處理之晶圓的狀態之模式圖。
圖12係用以顯示成膜處理之晶圓的狀態之模式圖。
圖13係用以顯示成膜處理之晶圓的狀態之模式圖。
圖14係用以顯示該成膜裝置所設置之氣流的概略橫切俯視圖。
圖15係用以顯示成膜處理之晶圓的狀態之模式圖。
圖16係顯示旋轉台之其他構成例的立體圖。
圖17係顯示評價測試結果之圖表。
圖18係顯示評價測試結果之圖表。
圖19係顯示評價測試結果之圖表。
圖20係顯示評價測試結果之圖表。
圖21係顯示評價測試結果之圖表。
以下，便參照圖式就本發明實施形態來加以說明。在下述詳細的說明中，係以可充分地理解本揭露的方式來給予較多具體的細節。然而，即便無此般詳細的說明，所屬技術領域中具有通常知識者仍可完成本揭露係屬自明事項。其他範例中，係為了避免難以了解各種實施形態，關於習知之方法、順序、系統或構成要素便不詳細地表示。
本發明之一實施形態，係參照圖1~圖3就對基板之晶圓W進行ALD，以形成TiO2(氧化鈦)膜之成膜處理裝置1來加以說明。在此成膜裝置1中，為了於圓形基板之晶圓W面內形成同心圓狀的膜厚分布，係在於該晶圓W面內形成同心圓狀之溫度分布，並如此般形成溫度分布的狀態下來供給處理氣體，而進行成膜處理。所謂同心圓狀之溫度分布，更具體而言，係在從晶圓W中心沿著等距離之該晶圓W的周圍方向之各位置為相同或大略相同的溫度，而在沿著晶圓W徑向的各位置成為互相相異的溫度之溫度分布。
圖1係成膜處理裝置1之縱切側視圖，圖2係顯示成膜裝置1內部之概略立體圖，圖3係成膜處理裝置1之橫切俯視圖。成膜處理裝置1係具備有概略圓形狀之扁平的真空容器(處理容器)11、設置於真空容器11內之圓板狀的水平之旋轉台2。真空容器11會藉由頂板12與成為真空容器11之側壁及底部的容器本體13來加以構成。圖1之14係阻塞容器本體13之下側中央部的蓋體。圖1之71係氣體供給管，並在成膜處理中，將沖淨氣體之N2(氮)氣體朝蓋體14內供給，以藉此來沖淨旋轉台2下面側。
上述旋轉台2之下面側中心部係連接有垂直的支撐軸21上端，支撐軸21下端會連接於為設置於蓋體14內之遠近機構的驅動機構22。旋轉台2係構成為藉由驅動機構22來在圖1中以實線所示之上升位置與以兩點鏈線所示之下降位置之間進行升降，並且旋轉於該旋轉台2之周圍方向。旋轉台2表面側(一面側)會沿著該旋轉台2之旋轉方向，並互相隔有間隔地來形成有5個圓形凹部23，而將晶圓W水平載置於此凹部23之底面24上，所載置之晶圓W會藉由旋轉台2之旋轉來加以公轉。凹部23側壁會限制載置於底面24上的晶圓W位置。為了相對於底面24上所載置之晶圓W，而藉由後述加熱器43來形成同心圓狀之溫度分布，旋轉台2較佳地係以較高熱傳導率之材質，例如石 英來加以構成，但亦可以例如鋁等的金屬來加以構成。
圖3之25所示的孔會成為用以在相對於成膜處理裝置1而進行晶圓W之搬出入的晶圓搬送機構26以及凹部23之間，移載晶圓W的3根升降銷27(圖1~圖3中為未圖示)之升降路徑，且會於上下方向貫穿旋轉台2並於各底面24各開口有3個。又，真空容器11側壁係開口有晶圓W之搬送口15，並藉由閘閥16來構成為開閉自如。上述晶圓搬送機構26會透過搬送口15來在真空容器11外部與真空容器11內之間移動，並透過升降銷27來在與面對搬送口15之位置的凹部23之間，進行晶圓W的收授。
旋轉台2上方會依序沿著旋轉台2之周圍方向而隔有間隔地來配設有分別從旋轉台2外周朝向中心來延伸的棒狀之原料氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴32、氧化氣體噴嘴33以及分離氣體噴嘴34。該等氣體噴嘴31~34會在其下方沿著長度方向來具備多數開口部35，並分別沿著旋轉台2之直徑來供給氣體。為處理氣體供給部之原料氣體噴嘴31會噴出原料氣體之例如(甲基戊二酮酸)(雙四甲基庚二酮酸)-鈦(Ti(MPD)(THD))氣體等的含Ti(鈦)氣體來作為用以進行成膜之處理氣體。氧化氣體噴嘴33會噴出例如O3(臭氧)氣體來作為用以氧化含Ti氣體之氧化氣體。分離氣體噴嘴32、34會噴出例如N2(氮)氣體。
圖4係顯示沿著旋轉台2及該處理容器11之頂部12的周圍方向之縱切側視圖。亦參照此圖4來加以說明，頂板12會突出於下方，且具備沿著旋轉台2之周圍方向所形成的2個扇狀之突狀部36、36，突狀部36、36會在該周圍方向互相地隔有間隔地加以形成。該分離氣體噴嘴32、34會以於周圍方向分割突狀部36之方式來設置為嵌入該突狀部36。上述原料氣體噴嘴31及氧化氣體噴嘴33會從各突狀部36分離設置。
圖4中，會以實線、兩點鏈線來分別表示上升位置、下降位置之旋轉台2。在旋轉台2位於上升位置時，旋轉台2會旋轉，並從各氣體噴嘴31~34來供給氣體。將原料氣體噴嘴31下方之氣體供給區域成為第1處理區域P1，將氧化氣體噴嘴33下方之氣體供給區域成為第2處理區域。又，突狀部36、36會靠近位於上升位置之旋轉台2。伴隨著此般靠近，且藉由從分離氣體噴嘴32、34來供給N2氣體(分離氣體)，便會使得旋轉台2與突狀部36之間構成為互相分離處理區域P1、P2氛圍之分離區域D、D。
在真空容器11底面中，旋轉台2之徑向外側係開口有2個排氣口37。如 圖1所示，各排氣口37係連接有排氣管38之一端。各排氣管38之另端會匯流，並透過含有閥之排氣量調整部39來連接有真空泵所構成之排氣機構30。藉由排氣量調整部39來調整來自各排氣口37之排氣量，並藉此來調整真空容器11內之壓力。
旋轉台2之中心部區域C上的空間會構成為供給N2氣體。該N2氣體會在頂板12之中央部下方透過突出為環狀之環狀突出部28下方的流道，來作為沖淨氣體而流通於旋轉台2之徑向外側。環狀突出部28下面會構成為連續於形成分離區域D之突狀部36下面。
如圖1所示，容器本體13底部會沿著該旋轉台2之旋轉方向來形成有構成加熱器收納空間41之圓形環狀的凹部。圖5係顯示此加熱器收納空間41之仰視圖。此加熱器收納空間41會以對向於旋轉台2之方式來設置有用以加熱熱處理區域之真空容器11內整體的第1加熱部之加熱器42，以及用以加熱真空容器11內，並且朝晶圓W形成同心圓狀之溫度分布的第2加熱部之加熱器43。為了容易在圖中進行確認，圖5中係在加熱器42、43附加有多數點點來加以顯示。加熱器42、43並不會互相重疊，而在橫向隔有間隔地加以配置。
加熱器43會加熱在位於上述下降位置並停止旋轉的狀態下之旋轉台2所載置之各晶圓W，並以於該各晶圓W面內可形成上述同心狀之溫度分布的方式來設置有5個，1個加熱器43會藉由加熱器元件43A~43E所構成。加熱器元件43A會構成為例如圓板狀。加熱器元件43B~43E會互相形成為其直徑相異之圓形環狀，且配置為以加熱器元件43A之中心為中心的同心圓狀。以43E>43D>43C>43B之順序來讓環之直徑變大。加熱器元件43A~43E之輸出會構成為可個別控制，在此範例中，係以關於43B及43C會互相成為相同溫度，關於43D及43E會互相成為相同溫度的方式來加以控制。
圖5係顯示為了形成上述溫度分布而進行加熱時之晶圓W與加熱器元件43A~43E之位置關係。在以晶圓W之中心部與周緣部之間的環狀區域為中間部時，於如此般於晶圓W形成溫度分布時，加熱器元件43A、43B以及43C、43E中會分別位於中心部、中間部、周緣部下方，而使得加熱器元件43A、43B及43C、43D及43E會成為互相相異的溫度。藉此來將晶圓W之中心部、中間部、周緣部加熱為互相相異的溫度，而可於該晶圓W形成同心圓狀之溫度分布。如此般，於圖1以H1來表示的形成晶圓W之溫度分布時的 下降位置中的旋轉台2下面與各加熱器元件43A~43E的分離距離為例如3mm~4mm。又，於圖1以H2來表示的上升位置中之旋轉台2下面與加熱器元件43A~43E的分離距離為例如10mm~15mm。
回到圖5就加熱器42來加以說明。加熱器42會藉由在設置有上述加熱器元件43E的區域之外側，沿著以旋轉台2之旋轉中心為中心的同心圓而配置的多數加熱器元件來加以構成。加熱器42係以可加熱真空容器11內整體的方式來讓例如在構成加熱器42之加熱器元件中，配置於加熱器收納空間41最外側的加熱器元件(為最外側加熱器元件)位於旋轉台2之周緣部下方，而讓配置於加熱器收納空間41最內側之加熱器元件(為最內側加熱器元件)位於較上述加熱器元件43E最靠近旋轉台2之旋轉中心的位置要內側。然後，沿著徑向來觀察加熱器收納空間41，最內側加熱器元件與最外側加熱器元件之間係複數配置有構成加熱器42之其他加熱器元件。另外，上述升降銷27會以在升降當中不干涉加熱器42、43的方式來加以配置。
又，以不會從上側阻塞形成加熱器收納空間41之凹部的方式來設置有板體44(參照圖1)，並藉由該板體44來從供給有原料氣體及氧化氣體之氛圍區畫出該加熱器收納空間41。雖省略圖示，但在晶圓W處理中係將沖淨氣體供給至加熱器收納空間41，並於容器本體13下部連接有用以防止處理氣體入侵至該收納空間41的氣體供給管。
此成膜處理裝置1係設置有由用以進行裝置整體動作之控制的電腦所構成之控制部10。此控制部10係儲存有如後述般用以實行成膜處理之程式。該程式會將控制訊號傳送至成膜處理裝置1之各部，以控制各部動作。具體而言，會控制從未圖示之氣體供給源來對各氣體噴嘴31~34及中心部區域C等之各氣體的供斷、利用驅動機構22之旋轉台2的升降及旋轉台2之旋轉速度的控制、利用排氣量調整部39來調整來自各真空排氣口37、37之排氣量、利用朝加熱器42、43之供給電力來溫度控制晶圓W各部及真空容器11內等的各動作。
上述程式中，係以控制該等動作，以實行後述各處理的方式來組成有步驟群。又，該程式會從硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡、軟碟等的記憶媒體來被安裝於控制部10內。
接著，便參照圖6~圖8之概略縱切側視圖，就成膜處理裝置1所進行之 動作來加以說明。又，亦適當地參照為顯示成膜處理裝置1之動作中的晶圓W狀態的說明圖之圖9~圖13來加以說明。圖9~圖13中，除了圖12以外的各圖為了簡化說明，而分別將晶圓W之中心部、中間部、周緣部表示為W1、W2、W3。又，圖9~圖11、圖13會以3階段來概略地表示該等W1~W3之溫度或是加熱器元件之溫度的方式，並藉由附加大、中、小的文字，來表示關於W1~W3之間的溫度分布，或是各加熱器元件43A~43E之間的溫度分布。在以此圖6~圖13來說明之成膜處理中，會以成為晶圓W中心側的膜厚會較周緣側的膜厚要大之同心圓狀的膜厚分布之方式來控制加熱器43之溫度。
首先，在旋轉台2位於下降位置的狀態下，加熱器元件43A~43E之溫度會上升，關於其溫度會成為43A<43B=43C<43D=43E。又，加熱器42之溫度亦會上升，藉由該等加熱器42、43來加熱真空容器11內整體。然後，在開啟閘閥16之狀態下，藉由升降銷27之升降與旋轉台2之間斷的旋轉之連動，便可在每次保持有晶圓W之搬送機構26進入至真空容器1內時，將該晶圓W移載至凹部23內(圖6)。然後，在將晶圓W收納至5個凹部23，而讓搬送機構26從真空容器11退離時，便關閉閘閥16。
之後，在以各晶圓W位於各加熱器43上的方式來讓旋轉台2旋轉後，便停止旋轉該旋轉台2(圖7)。亦即，讓晶圓W靜止於圖5所說明之位置。藉由從排氣口37排氣，來將真空容器11內調整為既定壓力之真空氛圍。與此壓力調整同時地藉由加熱器43來加熱旋轉台2之凹部23的底面24，並藉此來加熱晶圓W。在旋轉台2於下降位置時，由於旋轉台2與加熱器元件43A~43E之距離比較近，故晶圓W會透過旋轉台2而從加熱器元件43A~43E受到比較大的加熱能量。然後，由於如上述般在加熱器元件43A~43E之間形成有溫度分布，故晶圓W面內係形成有周緣側溫度會較中心側溫度要高之同心圓狀的溫度分布(圖9)。例如，會以中心部W1成為170℃，周緣部W3成為177℃，中間部W2成為較170℃要大，而較177℃要小的溫度之方式來加熱晶圓W。
在如此般於晶圓W形成同心圓狀之溫度分布的狀態下來讓旋轉台2朝上升位置移動，然後，旋轉於俯視時為順時針之方向(圖8)。藉由此旋轉台2之上升，便會使得晶圓W從加熱器元件43A~43E所受到之加熱能量減少。例如加熱器元件43A~43E之溫度雖在旋轉台2朝上升位置移動後亦維持為與下降位置時相同的溫度，但由於旋轉台2與加熱器43之距離變大，故旋轉台2 甚至晶圓W會難以受到加熱器元件43A~43E之溫度影響，而如上述般維持晶圓W面內所形成之溫度分布(圖10)。然後，從分離氣體噴嘴32、34以及中心部區域C，以既定流量來供給N2氣體，從原料氣體噴嘴31、氧化氣體噴嘴33來分別供給有例如含Ti氣體、O3氣體。
然後，形成有溫度分布之晶圓W會交互地重複通過原料氣體噴嘴31下方之第1處理區域P1與氧化氣體噴嘴33下方之第2處理區域P2(圖11)。藉此，來重複進行由朝晶圓W吸附含Ti氣體，以及利用O3氣體來氧化所吸附之含Ti氣體以形成TiO2分子層所構成之循環，而沉積出此分子層。在進行此ALD之循環的期間，晶圓W面內會藉由形成上述溫度分布，來讓晶圓W中心側的含Ti氣體之吸附量多於周緣側，而使得1循環所形成之TiO2分子層的厚度變大。藉由如上述般沉積有此般之分子層，便可形成中心側之膜厚會較周緣側之膜厚要大的同心圓狀之TiO2膜20(圖12)。
圖14係以箭頭來表示進行上述含Ti氣體之吸附與氧化的循環時之真空容器11內的各氣體的流向。從分離氣體噴嘴32、34來供給至該分離區域D之分離氣體的N2氣體會在該分離區域D擴散於周圍方向，並在旋轉台2上防止含Ti氣體與O3氣體混合。又，供給至中心部區域C之N2氣體會供給至旋轉台2之徑向外側，而可防止該中心部區域C中之含Ti氣體與O3氣體混合。又，在進行此循環時，如上述般於加熱器收納空間41及旋轉台2之內面側亦供給有N2氣體，以沖淨原料氣體與氧化氣體。
在進行上述循環的期間，會因為晶圓W面內之熱轉移，而使得晶圓W面內各部之溫度會逐漸地均勻化。於是，例如從旋轉台2朝上升位置開始移動，經過既定時間後，便停止供給含Ti氣體及O3氣體，而讓旋轉台2朝下降位置移動，並以各晶圓W位於各加熱器43上的方式來停止旋轉台2的旋轉。亦即，晶圓W會再次靜止於上述圖5、圖7所示之位置，並藉由加熱器43來在晶圓W面內形成有上述同心圓狀之溫度分布。
之後，旋轉台2會再次以圖8所示之方式來朝上升位置移動，並旋轉於順時針方向。然後，從氣體噴嘴31、33來分別再度開始供給含Ti氣體、O3氣體，而於晶圓W沉積有TiO2分子層，以使得TiO2膜之膜厚在晶圓W面內各部提升。由於在此晶圓W亦如上述般形成有溫度分布，故所層積之分子層的厚度相較於晶圓W之周緣側，於中心側的一方會較大，因此會成為同心 圓狀之膜厚分布，且使得TiO2膜20之膜厚會在晶圓W面內各部提升。
在旋轉台2再次朝上升位置開始移動而經過既定時間，使得晶圓W面內各部成為所欲膜厚時，朝分離氣體噴嘴32、34以及中心部區域C的N2氣體供給量便會下降而成為既定流量，並停止從氣體噴嘴31、33供給處理氣體。旋轉台2會朝下降位置移動，同時各加熱器元件43A~43E之溫度會成為在上述晶圓W形成溫度分布時加熱器元件43A~43E中為最高溫度之加熱器元件43D、43E的溫度。然後，以各晶圓W會位於各加熱器43上的方式來讓旋轉台2旋轉之後便停止。亦即，讓晶圓W靜止於形成有上述溫度分布之圖5、圖7之位置。
藉由如上述般調整加熱器43之溫度，來讓晶圓W面內整體成為溫度分布形成時之晶圓W面內的最高溫度。由於在如上述般溫度分布形成時，W1~W3中之周緣部W3為177℃的最高溫度，故在此晶圓W整體便會被加熱至177℃(圖13)。藉由如此般加熱晶圓W面內整體，來形成溫度分布而加以成膜，即便在中心部W1、中間部W2及周緣部W3之間TiO2膜20的膜質有所差異，仍可緩和或消除此差異。然後，從停止旋轉台2之旋轉而經過既定時間後，便開啟閘閥16，並藉由升降銷27之升降與旋轉台2之間歇性的旋轉之連動，來依序將各晶圓W收授至進入到真空容器11內之搬送機構26，而從真空容器11內搬出。另外，亦可在進行用以緩和上述W1~W3之間的膜質差異的加熱時，以讓晶圓W面內整體成為較溫度分布形成時之晶圓W面內的最高溫度之177℃要高之溫度的方式來控制各加熱器元件43A~43E之溫度。
根據此成膜處理裝置1，便會在藉由讓旋轉台2旋轉來讓晶圓W公轉，並對該晶圓W供給原料氣體及氧化氣體以進行成膜處理時，以在供給原料氣體及氧化氣體前藉由加熱器43來在下降位置中之旋轉台2上的晶圓W形成同心圓狀之面內溫度分布的方式來進行加熱晶圓W之步驟。接著，進行讓旋轉台2移動至上升位置，並在晶圓W所接收的加熱能量為較小的狀態下，讓該晶圓W公轉，並將上述原料氣體及氧化氣體供給至該晶圓W，而加以成膜之步驟。藉此，便可以成為同心圓狀之膜厚分布的方式來對晶圓W進行成膜。
上述範例中，雖顯示了以晶圓W中心部的一方會成為較周緣部要小之同心圓狀的膜厚分布的方式來形成TiO2膜20之範例，但亦可如圖15所示， 以晶圓W周緣側膜厚的一方會成為較中心側膜厚要小之同心圓狀的膜厚分布的方式來形成TiO2膜20。在此情況，上述成膜處理中，在晶圓W面內形成同心圓狀之溫度分布時，可以依從晶圓W中心朝向周緣而降低溫度的方式來在晶圓W形成溫度分布來取代依從晶圓W中心朝向周緣而提高溫度的方式來在晶圓W形成溫度分布。具體而言，例如關於加熱器元件43A~43E係可以成為43A>43B=43C>43D=43E的方式來加以控制。藉此，一範例係晶圓W之中心部W1為170℃，周緣部W3為163℃，中間部W2為較170℃要小，較163℃要高的溫度。
上述成膜處理雖重複進行了2次藉由加熱器43來在晶圓W形成同心圓狀之溫度分布的工序，以及在將晶圓W從加熱器43所接收之能量成為較溫度分布形成時要小的狀態下，讓旋轉台2旋轉，並藉由各氣體來形成TiO2膜之工序，但亦可重複進行3次以上。又，只要可以能得到所欲膜厚的方式，來維持足夠時間之晶圓W的溫度分布的話，亦可不重複進行複數次此般溫度分布之形成工序以及形成TiO2膜之工序，而僅進行1次各工序。
另外，在於晶圓W形成同心圓狀之溫度分布後，為了以保持形成有該溫度分布之狀態的方式來讓晶圓W從加熱器43所接受之加熱能量變小，亦可構成為在真空容器11內固定旋轉台2之高度。在此情況，係例如藉由升降機構來改變加熱器43之高度，以改變加熱器43與晶圓W的分離距離之方式來構成裝置。
又，在對此晶圓W形成同心圓狀之溫度分布後，為了使該晶圓W從加熱器43所接受之加熱能量變小，並不限於改變上述旋轉台2與加熱器43之分離距離。亦可例如在晶圓W形成溫度分布後，藉由讓加熱器43之各加熱器元件43A~43E的各溫度低於該溫度分布形成時之各加熱器元件43A~43E的各溫度，亦即讓發熱量下降，來讓供給至晶圓W之加熱能量下降。關於如此般讓溫度下降之各加熱器元件43A~43E可為彼此相同之溫度，亦可為與晶圓W之溫度分布形成時同樣地讓加熱器元件之間的溫度存在有差異。為了如此般在晶圓W之溫度分布形成後讓加熱器元件43A~43E的溫度下降，亦可停止朝加熱器元件43A~43E供給電力，而在上述ALD之循環實行中，僅藉由加熱器42來加熱真空容器11內。
又，為了在晶圓W形成同心圓狀之溫度分布，並不限於在加熱器元件 43A~43E之間形成溫度分布。例如，圖16中之旋轉台2的凹部23之底面24係藉由載置晶圓W之中心部W1的載置部51、載置中間部W2的載置部52以及載置周緣部W3的載置部53所構成，該等載置部51~53係藉由熱容量互相相異之材質所構成。在設置有如此般載置部51的情況，於晶圓W形成同心圓狀之溫度分布時，會在例如上述般旋轉台2位於下降位置，並且晶圓W位於加熱器元件43A~43E上時，讓加熱器元件43A~43E被控制為例如成為相同溫度。
如此般即便加熱器元件43A~43E為相同溫度，仍會因載置部51~53之間的放射率不同，來將載置部51~53加熱至互相相異的溫度。藉此來將晶圓W之中心部W1、中間部W2、周緣部W3加熱至互相相異的溫度，而於載置部51~53上的晶圓W形成同心圓狀的溫度分布。例如，在成膜出圖13所示之中心側膜厚較大的TiO2膜20的情況，構成載置部51之材質可使用Al(鋁)：0.04(38℃)~0.08(538℃)，構成載置部52之材質可使用SUS(不鏽鋼)：0.44(216℃)~0.36(490℃)，構成載置部53之材質可使用石英：0.92(260℃)~0.42(816℃)。另外，關於上述Al、SUS、石英，在個別的「：」之後係記載有該等各材質可具有的放射率範圍。又，括弧內係記載有在放射率為括弧前所記載之數值時的各材質之溫度。
又，並不限於從旋轉台2下方來加熱晶圓W以形成上述同心圓狀之溫度分布。亦可例如，於頂板12以對向於旋轉台2的方式來設置燈具加熱器，並藉由朝下方照射光線來加熱晶圓W，以形成溫度分布。例如在藉由此燈具加熱器來形成溫度分布時，旋轉台2會在位於上升位置的狀態下停止旋轉，而在溫度分布形成後，旋轉台2會持續位於上升位置旋轉，並且降低燈具加熱器之輸出，來降低對晶圓W之熱能量的供給量，而如上述般進行ALD之循環。
作為一範例雖已就TiO2膜20之形成來加以說明，但形成於晶圓W之膜並不限於TiO2。例如，作為原料氣體亦可使用BTBAS(二(特丁胺基)矽烷)等的含Si(矽)氣體來取代上述含Ti氣體，而形成SiO2(氧化矽)膜。又，本發明可適用於能藉由基板面內之溫度來調整對該基板之處理氣體的吸附量者。從而，本發明並不限於適用於藉由ALD來進行成膜之成膜裝置，亦可適用於藉由CVD來進行成膜之裝置。
上述範例中，雖係將晶圓W面內之3個區域分別加熱為相異溫度，但亦可將更多區域加熱為相異溫度，以形成溫度分布。例如，亦可以所有加熱器元件43A~43E會成為互相相異的溫度之方式來加以控制，而以加熱器元件43A~43E分別對應之晶圓W各部成為互相相異的溫度之方式來加熱。又，亦可僅設置晶圓W之中心部加熱用的加熱器元件以及周緣部加熱用的加熱器元件的兩個元件，來在晶圓W形成同心圓狀的溫度分布。
另外，本發明亦可適用於處理多角形基板的情況。在此情況，例如只要將加熱器43之各加熱器元件43B~43E成為沿著多角形基板之周圍的多角形環狀，來取代成為圓形環狀即可。亦即，本發明係於基板形成同心形狀之面內溫度分布，並可藉此來形成同心形狀之膜厚分布。此同心形狀之面內溫度分布並不限於幾何學上的同心形狀，亦包含有在基板之周圍方向形成大略相同溫度之區域，而從基板徑向來觀察時，存在有複數此般區域的情況。
又，上述裝置之各構成例係可互相組合。具體而言，亦可例如上述般在設置材質互相相異之載置部51~53後，在加熱器元件43A~43E之間形成溫度分布，而在晶圓W形成同心圓狀之溫度分布。又，為了減少供給至晶圓W之加熱器43的加熱能量，亦可降低加熱器43之輸出，並且讓旋轉台2移動至上升位置。
(評價實驗)
評價實驗1
作為評價實驗1-1係藉由與上述成膜處理裝置1之成膜處理大略相同的成膜處理來於晶圓W形成TiO2膜。此評價實驗1-1之成膜處理係在實施上述ALD之循環時，不於晶圓W形成同心圓狀之溫度分布來作為與上述成膜處理之差異點。又，在此評價實驗1-1的成膜處理中，於進行處理時，係在150℃~180℃的範圍內來改變實施上述循環中的晶圓W之溫度。關於各成膜處理後之晶圓W，係測量TiO2膜之膜厚，而計算出將所測量的膜厚除以進行成膜的時間之沉積速率(單位：nm/分)。
又，作為評價實驗1-2係除了形成SiO2膜來取代TiO2膜，以及依成膜處理而在50℃~70℃的範圍內來改變晶圓W之溫度以外，都與評價實驗1-1同樣地進行實驗。進一步地，作為評價實驗1-3係除了形成SiO2膜來取代TiO2膜， 以及依成膜處理而在590℃~637℃的範圍內來改變晶圓W之溫度以外，都與評價實驗1-1同樣地進行實驗。
在評價實驗1-1中，從各晶圓W所計算出之沉積速率為5.905nm/分~5.406nm/分的範圍內之數值，溫度越大則沉積速率越小。在顯示所取得之沉積速率中的一部分時，在晶圓W溫度為150℃、160℃、170℃、180℃時，各沉積速率為5.905nm/分、5.726nm/分、5.560nm/分、5.406nm/分。
在評價實驗1-2中，從各晶圓W所計算出之沉積速率為33.401nm/分~29.534nm/分的範圍內之數值。圖17之半對數圖係從此評價實驗1-2之結果所得到之圖表，縱軸係沉積速率，橫軸係1000/(晶圓W之溫度(單位：K))。在將縱軸之數值作為Y，將橫軸之數值作為X時從測量結果所得到的近似式為Y=4.741e0.6817X，而顯示有溫度越大則沉積速率越小的傾向。
評價實驗1-3中，從各晶圓W所計算出之沉積速率為8.187nm/分~8.657nm/分的範圍內之數值。與圖17之半對數圖同樣地，圖18之半對數圖係顯示此評價實驗1-3的結果者。將圖表之縱軸的數值作為Y，將橫軸的數值作為X，從測量結果所得到之近似式為Y=24.202e-0.932X，此近似式之決定係數R2為0.9209。如圖表所示，此評價實驗1-3中係顯示有溫度越大則沉積速率越大的傾向。如此般，從評價實驗1-1~1-3的結果看來，係顯示沉積速率會相對於晶圓W之溫度而具有依存性。從而，便如圖6~圖13所說明般，推測可藉由在晶圓W面內控制溫度分布，來控制晶圓W面內各部之膜厚。
評價實驗2
作為評價實驗2-1~2-3係在將晶圓W載置於與圖1所示之成膜處理裝置1構成為大略相同的成膜處理裝置之旋轉台2，並以加熱器來加熱後，藉由升降銷27來改變加熱器與晶圓W的距離，之後停止對加熱器供給電力。在如此般控制升降銷27及加熱器之動作後，使用設置於晶圓W之各部的熱電偶來調查該晶圓W之各部溫度的推移。在此評價實驗2之成膜處理裝置中，並未設置有加熱器43，而係沿著旋轉台2之周圍方向來同心圓狀地形成加熱器42，以進行上述晶圓W之加熱。
評價實驗2-1、2-2、2-3中，在加熱器42之動作中，係以被載置於旋轉台2時之晶圓W中心部的溫度會分別成為200℃、400℃、500℃的方式來設定該加熱器42之輸出。又，晶圓W溫度之測量會就晶圓W中心部、晶圓W中 之旋轉台2的中心側端部(作為一端部)、晶圓W中之旋轉台2的周緣側端部(作為另端部)的3處來加以進行，而在溫度測量中，旋轉台2會靜止。在加熱器42的動作中，係將晶圓W載置於旋轉台2時，會以晶圓W一端部之溫度會較晶圓W中心部之溫度要高，而晶圓W另端部之溫度會較晶圓W中心部之溫度要低的方式來控制加熱器42之輸出。
關於在此評價實驗2所使用之成膜處理裝置，若要舉例出除了加熱器之構成以外的與成膜處理裝置1之差異點，係可舉例有從氣體噴嘴31來供給原料氣體之SiH2Cl2氣體來取代含Ti氣體、於旋轉台2之周圍方向隔有間隔地設置有2根氣體噴嘴33、從各氣體噴嘴33來供給用以氮化原料氣體之N2氣體來取代O3氣體以及設置有在藉由各氣體噴嘴33來供給N2氣體的區域生成電漿之電漿形成部。但是，在晶圓溫度之測量中並不會形成上述電漿。又，2個氣體噴嘴33會設置於沿著旋轉台2之周圍方向來觀之，係從一分離區域D至其他分離區域D為止之間。
上述溫度測量中，真空容器11內之壓力會設定為成為1.8Torr(240Pa)，並於真空容器11壁部所設置之未圖示的流道供給冷媒，且以該壁部會成為85℃的方式來加以冷卻。在溫度測量中說明供給至成膜處理裝置之各部的氣體流量，各氣體噴嘴33會供給5000sccm的N2氣體，中心部區域C會供給1000sccm的N2氣體，氣體噴嘴32、34會分別供給1000sccm的N2氣體。進一步地，將以1000sccm來將N2氣體供給至儲存有固體SiH2Cl2的槽，來讓SiH2Cl2氣化而生成的SiH2Cl2氣體與如此般為了氣化SiH2Cl2而使用的N2氣體一同地供給至氣體噴嘴31。
圖19、圖20、圖21係分別顯示評價實驗2-1、2-2、2-3之結果的圖表。關於各圖表，縱軸係表示所測量之晶圓W的溫度(單位：℃)，橫軸係表示開始測量溫度後的經過時間(單位：秒)。圖表中之一點鏈線、實線、虛線係分別表示晶圓W之一端部、中心部、另端部之溫度。圖表中，時刻t1係讓升降銷27上升的時刻。藉由此升降銷27之上升，晶圓W便會從旋轉台2上浮，而使得晶圓W與加熱器42的距離變大。時刻t1後之時刻t2係讓升降銷27下降的時刻。藉由此升降銷27之下降，晶圓W便會再次被載置於旋轉台2。時刻t2後之時刻t3係停止朝加熱器42供給電力之時刻。
評價實驗2-1~2-3中，從時刻t1至時刻t2為止，以及時刻t3以後如圖表所 示，係在晶圓W之中心部、一端部、另端部之間的溫度差會逐漸地變小，並且該等中心部、一端部、另端部的溫度會逐漸地下降。評價實驗2-1中，時刻t1中的晶圓W之一端部與中心部的溫度差(為A1)為26.3℃，晶圓W之另端部與中心部的溫度差(為A2)係20.2℃。然後，關於晶圓W之中心部與一端部，較時刻t1中之溫度差要小2℃的起自時刻t1之經過時間(為B1)為5秒。又，關於晶圓W之周緣部與中心部，較時刻t1中之溫度差要小2℃的起自時刻t1之經過時間(為B2)為9秒。
又，評價實驗2-1係在時刻t3中，晶圓W之一端部與中心部的溫度差(為A3)為27.3℃，晶圓W之另端部與中心部的溫度差(為A4)係19.4℃。然後，關於晶圓W之中心部與一端部，較時刻t3中之溫度差要小2℃的起自時刻t3之經過時間(為B3)為1103秒。又，關於晶圓W之周緣部與中心部，較時刻t3中之溫度差要小2℃的起自時刻t3之經過時間(為B4)為1409秒。評價實驗2-2中，溫度差A1、A2、A3、A4分別為10.5℃、36.0℃、12.7℃、32.8℃，經過時間B1、B2、B3、B4分別為3秒、6秒、44秒、160秒。評價實驗2-3中，溫度差A1、A2、A3、A4分別為17.1℃、102.1℃、18.8℃、98.3℃，經過時間B1、B2、B3、B4分別為4秒、18秒、3秒、8秒。
又，將從時刻t1到晶圓W一端部之溫度下降2℃為止的經過時間作為C1，如此般將下降2℃時的晶圓之一端部與晶圓W之中心部的溫度差作為D1，將晶圓之另端部與晶圓W之中心部的溫度差作為D2。又，從時刻t3到晶圓W一端部之溫度下降2℃為止的經過時間作為C2，如此般將下降2℃時的晶圓之一端部與晶圓W之中心部的溫度差作為D3，將晶圓之另端部與晶圓W之中心部的溫度差作為D4。評價實驗2-1中，C1、C2、D1、D2、D3、D4分別為5秒、168秒、24.7℃、18.2℃、27.3℃、19.9℃。評價實驗2-2中，C1、C2、D1、D2、D3、D4分別為3秒、130秒、8.5℃、34.1℃、9.1℃、34.0℃。評價實驗2-3中，C1、C2、D1、D2、D3、D4分別為4秒、3秒、15.1℃、100.4℃、16.8℃、98.0℃。
如此般，可在時刻t1、t3之後而經過不久的期間，維持住晶圓W各部之溫度及晶圓W各部之溫度差。特別是在評價實驗2-1、2-2中，得知於時刻t3後，晶圓W各部之溫度不容易在較長的時間下降，且晶圓W各部之溫度差可維持較長的時間。這是因為藉由加熱器來加熱時之晶圓W溫度會較低，而 難以受到如上述般被冷卻之真空容器11側壁的影響。從此評價實驗2的結果看來，如發明實施形態所說明般，得知可於晶圓W形成溫度分布，並在維持該溫度分布的狀態下進行成膜。
本發明會在藉由讓旋轉台旋轉來讓基板公轉，並對該基板供給處理氣體，以進行成膜處理時，於成膜處理前，藉由加熱部，以於基板形成同心形狀之面內溫部分布的方式來加熱，接著在從該加熱部來讓基板所接受之加熱能量變小的狀態下，讓基板旋轉以進行成膜處理。從而，便可使用在讓基板公轉的狀態下進行成膜處理之裝置，並於基板形成同心形狀之面內膜厚分布。
本次所揭露之實施形態係應在所有的觀點上均為例示，而不為限制。實際上，上述實施形態係可以多樣的形態來實現。又，上述實施形態只要不超過添附之請求範圍及其主旨，亦可以各種形態來省略、置換、變更。本發明之範圍係企圖包含添附之申請專利範圍與其均等及範圍內的所有變更。
本揭露係基於2015年7月6日所提出之日本特許出願第2015-135370號的優先權之利益，而將該日本申請案之所有內容作為參照文獻而引用至此。
1‧‧‧成膜裝置
2‧‧‧旋轉台
10‧‧‧控制部
11‧‧‧真空容器
12‧‧‧頂板
13‧‧‧容器本體
14‧‧‧蓋體
15‧‧‧搬送口
16‧‧‧閘閥
21‧‧‧支撐軸
22‧‧‧驅動機構
23‧‧‧凹部
24‧‧‧底面
28‧‧‧環狀突出部
30‧‧‧排氣機構
31‧‧‧原料氣體噴嘴
35‧‧‧開口部
37‧‧‧排氣口
38‧‧‧排氣管
39‧‧‧排氣量調整部
41‧‧‧收納空間
42‧‧‧加熱器
43‧‧‧加熱器
43A~43E‧‧‧加熱器元件
44‧‧‧板體
71‧‧‧氣體供給管
H1、H2‧‧‧分離距離
W‧‧‧晶圓

Claims (7)

  1. 一種成膜處理裝置，係將基板載置於真空容器內所設置之旋轉台一面側，並藉由讓該旋轉台旋轉來讓基板公轉並對該基板供給處理氣體，以進行成膜處理之成膜處理裝置，具備有：第1加熱部，係加熱該真空容器內之基板的熱處理區域整體；第2加熱部，係用以對應於該旋轉台所載置之基板而對向設置於該旋轉台，並以同心形狀之面內溫度分布來加熱基板；處理氣體供給部，係將處理氣體供給至該旋轉台一面側；以及控制部，係以實行第1步驟及第2步驟的方式來輸出控制訊號；該第1步驟係以將該旋轉台上之基板置放於該第2加熱部所對應之位置的方式來設定該旋轉台之旋轉位置，並藉由該第2加熱部來加熱該基板，以於該基板形成同心形狀之面內溫度分布；該第2步驟係在該基板從該第2加熱部所接收之加熱能量成為較該第1步驟要小的狀態下，讓該旋轉台旋轉，以對基板進行成膜處理。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜處理裝置，其係進一步地具備有：讓旋轉台相對於該第2加熱部而相對性地靠近、遠離用的遠近機構；該旋轉台與該第2加熱部之間的分離距離係在該第2步驟的一方會較該第1步驟要大。
  3. 如申請專利範圍第1項之成膜處理裝置，其中該第2加熱部之發熱量係在該第2步驟一方會較該第1步驟要小。
  4. 如申請專利範圍第1項之成膜處理裝置，其中該控制部會以重複進行該第1步驟及該第2步驟的方式來輸出控制訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項之成膜處理裝置，其中該控制部會在將該成膜處理後之基板從真空容器搬出前，以實行藉由該第2加熱部來將該旋轉台上之基板整體加熱至在該第1步驟時形成同心形狀的面內溫度分布時的基板面內的最高溫度以上的溫度之步驟的方式來輸出控制訊號。
  6. 一種成膜處理方法，係將基板載置於真空容器內所設置之旋轉台一面側，並藉由讓該旋轉台旋轉來讓基板公轉並對該基板供給處理氣體，來做成膜處理之方法，是使用第1加熱部，以及第2加熱部，係對應於該旋轉台所載置之基板而對向設置於該旋轉台；該方法係包含：藉由該第1加熱部來加熱該真空容器內之基板的熱處理區域整體之工序；以將該旋轉台上之基板置放於該第2加熱部所對應之位置的方式來設定該旋轉台之旋轉位置，並藉由該第2加熱部來加熱該基板，以於該基板形成同心形狀之面內溫度分布的第1工序；以及在該基板從該第2加熱部所接收之加熱能量成為較該第1步驟要小的狀態下，讓該旋轉台旋轉，並對基板供給處理氣體，以進行成膜處理的第2工序。
  7. 一種記憶媒體，係記憶有將基板載置於真空容器內所設置之旋轉台一面側，並藉由讓該旋轉台旋轉來讓基板公轉並對該基板供給處理氣體，來做成膜處理之成膜處理裝置所使用的電腦程式之非暫時性的電腦可讀取之記憶媒體；該電腦程式係以實行如申請專利範圍第6項之成膜處理方法的方式來組成有步驟群。
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