TW201816174A - 成膜裝置、成膜方法及記憶媒體 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種對半導體晶圓交互地供應例如原料氣體及反應氣體而依序層積反應生成物來進行成膜處理時，生產性較高之技術。
處理容器內之旋轉台係於圓周方向上等間隔地配置有可自轉之載置台。旋轉台的上方區域係藉由等間隔地設置於圓周方向之分離部而被區劃成4個處理區域，並對間隔一個所配置之處理區域供應原料氣體。又，對處理區域供應反應氣體，並使電漿產生。將晶圓載置於各載置台，而依序停止於各處理區域般地來使旋轉台間歇地旋轉，並且當晶圓位在處理區域時，使載置台自轉，來對各晶圓同時進行所謂的ALD處理。

Description

成膜裝置、成膜方法及記憶媒體
本發明係關於一種對基板交互地供應作為處理氣體之第1氣體及第2氣體來進行成膜處理之技術領域。
對半導體晶圓(以下稱作「晶圓」)進行例如矽氮化膜等薄膜的成膜之方法的其中之一，已知有一種將薄膜的原料氣體與會和該原料氣體反應的反應氣體依序供應至晶圓表面來層積反應生成物之所謂ALD(Atomic Layer Deposition)法。作為使用該ALD法來進行成膜處理之成膜裝置，例如專利文獻1所記載般，舉例有一種在真空容器內設置有用以使複數片晶圓排列在圓周方向並公轉之旋轉台，並且對向於該旋轉台般而設置有複數氣體供應噴嘴之構成。在該裝置中，分別供應有處理氣體之處理區域彼此之間係設置有供應分離氣體之分離區域，以使處理氣體彼此不會相互混合。又，係於圓周方向上分離地設置有使用電漿來使反應氣體活性化之區域，以及使用電漿來將薄膜改質之區域。
上述成膜裝置係將複數片基板載置在旋轉台來進行處理，即所謂的半批次(semi-batch)方式，雖有面內均勻性良好，可謀求產能的提升之優點，但在業界中，卻期望上述般方式的裝置能有更加提高的生產性。
專利文獻2中記載一種載置有4片半導體標的物，而以區隔壁來將可旋轉之台座的上方區域分離為4個之裝置，雖記載了「有關ALD等的自飽和反應亦具有效果」，但其運用手法不明確，並未暗示出本發明。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2013-161874號公報
專利文獻2：日本特開2007-247066號公報
本發明係鑑於上述般情事所發明者，其目的在於對基板交互地供應第1氣體及第2氣體來進行成膜處理時，提供一種高生產性之技術。
本發明之成膜裝置係在形成真空氛圍之處理容器內，進行複數次交互地對基板供應作為處理氣體的第1氣體與第2氣體之循環，而於基板上成膜薄膜之成膜裝置，具備有：n(n為2以上的整數)個第1處理區域，係沿著該處理容器的圓周方向相距間隔而設置，用以供應第1氣體來對基板進行處理；n個第2處理區域，係沿著該圓周方向而設置於第1處理區域之間，用以供應第2氣體來對基板進行處理；分離部，係用以將該第1處理區域與第2處理區域之間加以分離；載置部，係構成為可沿著該圓周方向而公轉，並沿著該圓周方向配置為複數個，而分別用以載置基板；以及控制部，係以當停止公轉之狀態下，使該基板會交互地位在第1處理區域及第2處理區域之方式來使該載置部間歇地公轉；該載置部係配置為當停止該載置部的公轉時，相同片數的基板會位於各n個第1處理區域及n個第2處理區域。
另一發明之成膜方法係在形成真空氛圍之處理容器內，進行複數次交互地對基板供應作為處理氣體的第1氣體與第2氣體之循環，而於基板上成膜薄膜之成膜方法；係沿著該處理容器的圓周方向而於該處理容器內相距間隔地設置有n(n為2以上的整數)個第1處理區域，並且沿著該圓周方向將分離區域挾置在第1處理區域之間，而設置有n個第2處理區域；設置有載置部，該載置部係構成為可沿著該圓周方向而公轉，並且沿著該圓周方向配置為2n×m個(m為1以上的整數)，而分別用以載置基板； 包含有重複複數次循環之工序，該循環係包含有以下工序：(1)將基板載置於各載置部之工序；(2)在停止各載置部的公轉來使基板位在該n個第1處理區域及n個第2處理區域的各區域之狀態下，分別對第1處理區域及第2處理區域供應第1氣體及第2氣體之工序；接著，使該載置部公轉，來使放置在該第1處理區域及第2處理區域的各區域之基板位在相鄰的處理區域之工序；以及之後，在停止該載置部的公轉之狀態下，分別對第1處理區域及第2處理區域供應第1氣體及第2氣體之工序。
將基板載置於處理容器內所配置之載置部，而交互地供應作為處理氣體之第1氣體及第2氣體來進行成膜處理時，係沿著處理容器的圓周方向，而介隔著分離部設置有第1處理區域與第2處理區域，並使第1處理區域與第2處理區域的組數為複數個。然後，係將載置部設定為當載置部停止時，相同片數的基板會位於第1處理區域及第2處理區域的各區域，並以在停止公轉之狀態下基板會交互地位於第1處理區域及第2處理區域之方式來使該載置部間歇地公轉，而進行成膜處理。於是，當載置部的公轉停止時，便可藉由第1氣體及第2氣體來同時於複數部位處進行處理，故生產性高。
1‧‧‧旋轉台
12‧‧‧旋轉支撐體
13‧‧‧旋轉軸
2‧‧‧載置台
21‧‧‧自轉軸
31‧‧‧被動齒輪部
32‧‧‧驅動齒輪部
4‧‧‧分離部
5‧‧‧處理容器
53‧‧‧加熱部
54‧‧‧間隙
6‧‧‧罩體
63‧‧‧排氣口
71‧‧‧原料氣體噴嘴
8‧‧‧電漿產生機構
81‧‧‧介電體組件
82‧‧‧天線
85‧‧‧反應氣體噴嘴
W‧‧‧半導體晶圓
S1、S3‧‧‧第1處理區域
S2、S4‧‧‧第2處理區域
圖1係顯示本發明第1實施型態相關之成膜裝置的主要部分概要構造之立體圖。
圖2為本發明第1實施型態相關之成膜裝置之縱剖視圖。
圖3為本發明第1實施型態相關之成膜裝置之橫剖視圖。
圖4係重疊顯示圖3中的電漿產生部之橫剖視圖。
圖5係沿著上述成膜裝置所使用之旋轉台的徑向一部分之縱剖視圖。
圖6係顯示上述成膜裝置的作用之說明圖。
圖7係顯示上述成膜裝置的作用之說明圖。
圖8係顯示上述成膜裝置的作用之說明圖。
圖9係顯示上述成膜裝置的作用之說明圖。
圖10係顯示上述成膜裝置的作用之說明圖。
圖11係顯示上述成膜裝置的作用之說明圖。
圖12係顯示上述成膜裝置的作用之說明圖。
圖13係顯示上述成膜裝置的作用之說明圖。
圖14係顯示上述成膜裝置的作用之說明圖。
圖15係顯示本發明第1實施型態的變形例之俯視圖。
圖16係概略顯示本發明第2實施型態所使用的自轉機構之立體圖。
圖17係顯示上述自轉機構的磁極配列之說明圖。
圖18為本發明第2實施型態相關之成膜裝置的縱剖視圖。
圖19係顯示選擇本發明第3實施型態中所使用的連續旋轉模式時之晶圓的配列之俯視圖。
圖20係顯示選擇本發明第3實施型態中所使用的間歇旋轉模式時之晶圓的配列之俯視圖。
圖21係顯示使用本發明第3實施型態的成膜裝置之基板處理系統之俯視圖。
[本發明實施型態的概要]
針對本發明之實施型態的概要加以敘述。此實施型態中所使用之成膜裝置係於為真空容器之處理容器內具有例如石英製的旋轉台，圖1係概略顯示旋轉台1及其周邊部位。旋轉台1的上面側係於圓周方向上等間隔地形成有4個圓形凹部11，各凹部11內係配置有構成載置部之載置台2，該載置部係用以載置作為基板之晶圓。旋轉台1的下方側係設置有外形呈現與旋轉台1為同心的圓形之旋轉支撐體12，旋轉台1係透過圖1中未顯現之支撐組件而被支撐在該旋轉支撐體12。旋轉支撐體12可藉由圖1中未顯 現之旋轉軸而旋轉，旋轉台1會隨著旋轉支撐體12的旋轉而一同旋轉於例如順時針方向。
載置台2係安裝在自轉軸21的上端，自轉軸21係貫穿凹部11的中央部，而旋轉自如地被支撐在旋轉支撐體12。自轉軸21的下端部係設置有磁石所構成的被動齒輪部31，並且，在處理容器側，係對應於旋轉台1的停止位置而設置有以非接觸式來使被動齒輪部31旋轉之磁石所構成的驅動齒輪部32，藉由驅動齒輪部32的旋轉，則自轉軸21便會透過被動齒輪部31而旋轉，藉此載置台2便會自轉。
在處理容器的頂部，係以於圓周方向上將旋轉台1的上方區域等分為4個處理區域之方式，而設置有分別延伸於旋轉台1的徑向之4個分離部4。旋轉台1係被控制為會間歇地旋轉，來使4個載置台2分別停止在4個處理區域。於是，將晶圓載置於各載置台2而俯視觀看時，便會成為後述例如圖6所示之狀態。
所謂的ALD係對晶圓表面依序供應薄膜的原料氣體(吸附氣體)與會和該原料氣體反應之反應氣體，來層積反應生成物之處理，且為會重複複數次循環來依序供應原料氣體、反應氣體的循環之方法。本實施型態中，例如以順時針方向觀看，係使4個處理區域分別為供應原料氣體之區域、供應反應氣體之區域、供應原料氣體之區域、以及供應反應氣體之區域。於是，藉由以晶圓會以位在各處理區域之狀態而停止之方式來使旋轉台1間歇地旋轉，便可在旋轉台1旋轉1次的期間進行2次循環。
又，為了對晶圓進行成膜處理，在旋轉台1停止的停止位置處，由於自轉軸21會因驅動齒輪部32的旋轉而如上述般地自轉，故晶圓便會自轉。亦即，晶圓會一邊自轉一邊被進行成膜處理。
[本發明實施型態的詳細]
(第1實施型態)
接著，針對本發明第1實施型態中所使用之成膜裝置的構造細節、動作來加以說明。圖2係分別使相當於供應原料氣體的區域之部位的剖面位在右側，相當於供應反應氣體的區域之部位的剖面位在左側之成膜裝置的縱剖視圖。成膜裝置係具有扁平的處理容器5，處理容器5的底部係在徑向 上被分割為中央部分51與圍繞該中央部分51之環狀部分52。中央部分51係被支撐在從上方朝處理容器5的頂部中央突入而設置之支柱53，環狀部分52係固定在處理容器5的側壁。
中央部分51及環狀部分52的上面側係具備有用以加熱作為基板的晶圓W之加熱部54，加熱部54係於例如石英製的容器內設置有發熱線所構成。中央部分51處之加熱部54的供電線55係通過支柱53內而被引出至外部。環狀部分52處之加熱部54的供電線雖未圖示，係通過處理容器5內而被引出至外部。
處理容器5的下方側係配置有可藉由對應於處理容器5的中央部之位置處所設置的旋轉軸13而水平旋轉之上述旋轉支撐體12。旋轉軸13係藉由收納在殼體14內之圖中未顯現的驅動部而被旋轉驅動。
處理容器5內係設置有旋轉台1，旋轉台1係透過棒狀的支撐組件15而被支撐在旋轉支撐體12。支撐組件15係通過為處理容器5的底部之中央部分51與環狀部分52之間的環狀間隙56來加以配置，且沿著圓周方向設置為複數個。此外，圖2中之旋轉台2的右側部位與左側部位係分別顯現未設置有載置台2之區域及設置有載置台2之部位。
旋轉台1的上面側係如上述般地於圓周方向上等間隔地形成有4個圓形凹部11，用以載置晶圓W之載置台2係收納在各凹部11內般地被支撐在自轉軸21。載置台2係設定為當載置有晶圓W時，該晶圓W的上面會與旋轉台1之上面的高度為一致。此外，圖3及圖4中省略圖示出位在載置台2的周圍之凹部11。各自轉軸21係通過環狀間隙56而藉由軸承部22被自轉自如地支撐在旋轉支撐體12。
於是，載置台2便可被構成為可公轉且可自轉。各自轉軸21係延伸至軸承部22的下方，下端部係設置有上述被動齒輪部31。處理容器5之底部的下方側係設置有用以將旋轉支撐體12等自大氣氛圍加以區劃之罩體6。罩體6係成形為使扁平圓筒體之周緣附近的部位凹陷而形成環狀的凹陷部位61之形狀，在凹陷部位61之外周側的內壁面，從俯視觀看，係於等間隔的4個部位處設置有驅動齒輪部32。
驅動齒輪部32係安裝在貫穿罩體6之凹陷部位61的側壁之水平旋轉 軸33的前端，旋轉軸33的基端側係設置有用以使該旋轉軸33旋轉且移動於軸向之驅動部34。在被動齒輪部31的側周面，N極及S極係交互地於圓周方向上被磁化，在驅動齒輪部32的一面側，N極及S極係交互地於圓周方向上被磁化。被動齒輪部31及驅動齒輪部32的位置係設定為被動齒輪部31的通過區域會對向於較驅動齒輪部32之一面側的中央要更靠近上方之部位。
驅動齒輪部32係設置在對應於旋轉台1的停止位置之位置，亦即，當晶圓W位在上述各4個處理區域處之圓周方向的中央部時，會在與被動齒輪部31之間構成有磁性齒輪之位置。驅動齒輪部32會在當被動齒輪部31停止在與該驅動齒輪部32呈對向之位置時，接近該被動齒輪部31而構成磁性齒輪般地藉由旋轉軸33而前進(移動至處理容器5的徑向中央側)。然後，藉由使驅動齒輪部32例如從旋轉軸33側觀看為逆時針方向地旋轉，則被動齒輪部31會順時針方向地旋轉，藉此載置台2便會自轉。又，罩體6之凹陷部位61的內周側壁面處，係在相對於驅動齒輪部32而將被動齒輪部31的通過區域挾置其中來呈對向之位置處設置有例如磁石體所構成的煞止組件35。該煞止組件35係具有當旋轉台1旋轉時，會使驅動齒輪部32後退而自被動齒輪部31抽離後，來停止被動齒輪部31的旋轉之功用。
將上述4個處理區域當中，供作供應原料氣體來使其吸附在晶圓W之區域稱作第1處理區域，供作供應反應氣體來與晶圓W上的原料氣體反應之區域稱作第2處理區域。如實施型態之概要項目所說明般，第1處理區域、第2處理區域係沿著處理容器5的圓周方向而交互地設置。
在較圖2中之處理容器5的中央而位在更右側之第1處理區域處，用以供應原料氣體之作為原料氣體供應部的原料氣體噴嘴71係在較後述搬送機構CA的進入道要更高之位置處，貫穿處理容器5的側壁而與旋轉台1呈平行地配置。原料氣體噴嘴71如圖3所示，係沿著相對於連結貫穿處理容器5的側壁之部位與旋轉台1的中心之線而朝橫向傾斜之線延伸。又，原料氣體噴嘴71的下面側係在長度方向上相距間隔而形成有氣體噴出孔72，氣體噴出孔72的配置區域係設定為會覆蓋晶圓W的直徑之長度。
原料氣體噴嘴71的基端側係連接於包含有原料氣體供應源、氣體供應 控制機器群等之原料氣體的供應系統73。作為一例，對晶圓W進行的成膜處理若是矽氮化膜，則作為原料氣體，係使用例如DCS(二氯矽烷)氣體。
較圖2中之處理容器5的中央要位在更左側之第2處理區域的上方係介隔著構成處理容器5的頂部一部分之介電體組件81而設置有電漿產生機構8。介電體組件81係成形為會嵌合於處理容器5的頂部所形成之開口部之形狀，且係形成為如圖4所示般俯視形狀為扇型，且周緣部會立起並朝外側彎曲而作為凸緣部。
電漿產生機構8係具備有捲繞成線圈狀之天線82，天線82的兩端係連接有高頻電源83。又，天線82及介電體組件81之間係介設有為導電性板體之法拉第遮蔽板84，該法拉第遮蔽板84係形成有用以阻止天線82處所產生之電場及磁場當中的電場成分朝向晶圓W之槽縫。符號84a為介電體板。
圖3雖顯示了較處理容器5的頂部要更下方側之部位，但在第2處理區域中，為了方便，而以虛線來顯示天線82的位置。
又，第2處理區域如圖3所示，在旋轉台1的旋轉方向上，較介電體組件81要上游側處，作為反應氣體供應部之反應氣體噴嘴85係貫穿處理容器5的側壁而與旋轉台1呈平行地配置。反應氣體噴嘴85係延伸於旋轉台1的徑向，且其下面側於長度方向上相距間隔地形成有氣體噴出孔，而設定有沿著旋轉台1的徑向觀看時，會對晶圓W的通過區域整體供應反應氣體之氣體噴出孔的配置區域。
反應氣體噴嘴85的基端側係連接於包含有反應氣體供應源、氣體供應控制機器群等之反應氣體的供應系統86。若成膜處理是矽氮化膜，則作為反應氣體係使用例如氨氣。又，從反應氣體噴嘴85除了反應氣體以外，亦可供應電漿點火用的氬氣等之稀有氣體。
處理容器5之底部的周緣部係形成有圍繞旋轉台1般之排氣用的溝部62，該溝部62從旋轉台1的旋轉方向觀看，係在對應於各處理區域的下游端部之位置處形成有排氣口63。各排氣口63係連接有排氣管64(參閱圖2)的一端側，排氣管64的另一端側則連接有為真空排氣機構65之例如真空幫浦。又，如圖3所示，面臨2個第1處理區域中的其中一處理區域之處 理容器5的側壁係形成有藉由閘閥(圖中未顯示)而開閉之晶圓W的搬出入口50，透過該搬出入口50且藉由外部的搬送機構CA而在與各載置台2之間進行晶圓W的傳遞。
晶圓W的傳遞係藉由下述方式來進行，在使旋轉台1靜止之狀態下，從載置台2的下方側使升降銷(圖中未顯示)上昇，來舉升並收取搬送機構CA上的晶圓W，且在搬送機構CA後退後，會使升降銷下降。因此，各載置台2係在例如圓周方向的3個部位處形成有升降銷的通過孔，並且對應於該通過孔的配列，而在旋轉台1及面臨晶圓W的搬出入口50之處理區域處之處理容器5的底部形成有貫穿孔，則升降銷便可橫渡貫穿孔及該通過孔而升降。升降銷的升降機構係設置於例如罩體6內。
此處，預先針對分離部4加以敘述。分離部4如圖5所示，係具備有形成為隨著從處理容器5的中央側朝向外周側而寬度方向的尺寸會慢慢地變大，且俯視形狀為扇型的分離用板體41。分離用板體41係外端側朝下方側彎曲成鉤型，而延伸至較旋轉台1的外周要下方側，以確保處理區域間之氣體的分離功能。又，分離用板體41係內端側被固定在支柱53，且上面被固定在處理容器5的頂部，而下面側則形成有在寬度方向上相互分離之突出部。換言之，分離用板體41的下面側係於寬度方向的中央部形成有溝部42。
該溝部42係配置為分離氣體噴嘴43會貫穿處理容器5的側壁而與旋轉台1呈平行且延伸於徑向。分離氣體噴嘴43係在下面側於長度方向上相距間隔地形成有氣體噴出孔44，而設定有沿著旋轉台1的徑向觀看時，會對晶圓W的通過區域整體供應分離氣體之氣體噴出孔44的配置區域。分離氣體噴嘴43的基端側雖未圖示，係連接於包含有分離氣體供應源、氣體供應控制機器群等之分離氣體的供應系統。作為分離氣體，係使用例如為非活性氣體之氮氣等。
成膜裝置如圖2所示，係具備有控制部100，控制部100係具備有用以控制後述成膜裝置的動作之程式。該程式為亦包含有寫入有處理步驟順序或處理參數的處理配方等之意思。程式係儲存在硬碟、壓縮碟片、光碟、USB記憶體、記憶卡等之記憶媒體，而被下載至控制部100。
接著，針對使用上述成膜裝置之成膜處理，以在晶圓W上成膜矽氮化膜(silicon nitride film)之處理作為範例來加以說明。藉由鄰接於處理容器5之真空搬送室內的搬送機構CA，如圖6所示般地，透過搬出入口50來將4片晶圓W依序搬送至載置台2。各晶圓W的傳遞係如上述般地透過升降銷(圖中未顯示)來進行，將1片晶圓W搬送至載置台2後，使旋轉台1例如順時針方向地旋轉，而相對於鄰接於該載置台2之載置台2來傳遞後續的晶圓W。之後的說明中，從最初被傳遞至載置台2之晶圓W，會依序對各晶圓W賦予W1~W4的符號。針對4片晶圓進行個別的說明時，係使用所賦予的符號，而進行總括的說明時，則係使用「W」。
又，為了便於說明，若將4個處理區域，從面臨搬出入口50之區域順時針方向地依序賦予符號而作為處理區域S1、處理區域S2、處理區域S3、處理區域S4，則處理區域S1、S3係第1處理區域(供應有原料氣體之區域)，而處理區域S2、S4係第2處理區域(供應有反應氣體之區域)。
回到圖6，將晶圓W1~W4載置於各載置台2後，藉由閘閥(圖中未顯示)來將搬出入口50關閉，而將處理容器5內調整為特定的製程壓力(例如100Pa)，並且如圖7所示般地，使各載置台2自轉(使晶圓W1~W4自轉)。到此時為止，係藉由加熱部54來將處理容器5內加熱至特定的溫度(例如400℃)。
然後，第1處理區域S1、S3中，會從原料氣體噴嘴71(參閱圖2~圖4)而以例如900sccm的流量噴出作為原料氣體之DCS氣體。又，第2處理區域S2、S4中，會從反應氣體噴嘴85(參閱圖2、圖3)噴出作為反應氣體之氨氣與作為電漿點火用氣體之例如氬氣的混合氣體。作為流量的一例，氨氣為300sccm，氬氣為2000sccm。再者，第2處理區域S2、S4中，係藉由對天線82供應高頻電功率來使氬氣及氨氣電漿化。
又再者，分離部4中，會從圖5所示之分離氣體噴嘴43以特定流量噴出作為分離氣體之氮氣，藉此，來抑制相互鄰接之處理區域的氣體彼此相互混合。亦即，各處理區域係在氛圍這一點上為分離的。再者，又，每個各處理區域從旋轉台1的旋轉方向觀看，由於係在處理區域的下游端設置有排氣口63，故被供應至各處理區域之氣體便會在該處理區域流往下游 側，而連同從分離部4流出的分離氣體一起被排氣。
分別位在第1處理區域S1、S3之晶圓W4、W2的表面會吸附有DCS氣體。此時，由於係藉由上述磁性齒輪機構來使各晶圓W1~W4自轉，故晶圓W4、W2便會在圓周方向上以良好的均勻性而吸附有DCS氣體。
分別位在第2處理區域S2、S4之晶圓W3、W1的表面雖供應有藉由氨的電漿化而生成之活性基，但由於在此時間點尚未進行DCS氣體的吸附，故不會生成反應生成物。此外，第2處理區域S2、S4處之氣體的供應及電漿的產生亦可在旋轉台1的下一次旋轉(間歇旋轉)後，亦即已吸附有DCS氣體之晶圓W4、W2位在第2處理區域S2、S4後再進行。
在第1處理區域S1、S3處，進行例如10秒期間從原料氣體噴嘴71(參閱圖3)的DCS氣體噴出後，使旋轉台1順時針方向地旋轉90度(參閱圖8)，來使各晶圓W1~W4移動至相對於目前為止所在處理區域為鄰接(詳細來說，從旋轉台1的旋轉方向觀看，係鄰接於順時針方向)之處理區域(使其公轉)。圖9所示之晶圓W1~W4的排列為旋轉台1之旋轉後的狀態，晶圓W1、W4、W3、W2會分別位於處理區域S1~S4。
然後，各晶圓W1、W4、W3、W2會一邊自轉一邊在各處理區域S1~S4處進行處理。由於晶圓W4、W2已吸附有作為原料氣體之DCS氣體，故在第2處理區域S2、S4處，作為反應氣體之氨氣的活性基便會與晶圓W4、W2上的DCS氣體反應而形成有作為反應生成物之矽氮化層。
在第1處理區域S1、S3處，會從原料氣體噴嘴71噴出DCS氣體，來使DCS氣體吸附在分別位於該第1處理區域S1、S3之晶圓W1、W3。
在2處理區域S2、S4處，將氨氣的活性基供應至晶圓W上來使其與DCS反應而生成反應生成物的所需時間為例如20秒。所需時間的意思為為了與DCS充分反應(使晶圓W的表面充分氮化)，來獲得符合規格的膜質之所需時間。另一方面，為了使DCS氣體吸附在晶圓W的表面之所需時間為例如10秒，係較藉由氨氣的活性基之反應的所需時間要來得短。因此，當晶圓W1、W3分別位在第1處理區域S1、S3，且從原料氣體噴嘴71噴出所需時間的DCS氣體後，係停止DCS氣體的噴出，而使晶圓W1、W3在直到第2處理區域S2、S4中的處理結束為止會分別在第1處理區域S1、 S3處進行待機。
另一方面，由於第2處理區域S2、S4處的反應會成為製程進行的速限，故例如氨氣的供應及電漿的產生會持續直到針對4片晶圓W1~W4之一連串的成膜處理結束為止。
在第2處理區域S2、S4處分別對晶圓W4、W2進行處理後，亦即，對應於反應所需時間而經過事先設定的設定時間後，如圖10所示般地，旋轉台1會順時針方向地旋轉90度，來使各晶圓W4、W3、W2、W1分別移動至一個下游側的處理區域S3、S4、S1、S2。圖11係顯示移動後的狀態。然後，同樣地，各晶圓W4、W3、W2、W1會一邊自轉，一邊在第1處理區域S1、S3處分別對晶圓W2、W4進行DCS氣體的吸附，而在第2處理區域S2、S4處，則會分別對晶圓W1、W3進行藉由氨氣的活性基之反應處理。
之後，如圖12及圖13所示，旋轉台1會順時針方向地旋轉90度。晶圓W4、W2會一邊自轉一邊分別在第2處理區域S4、S2處供應有氨的活性基，而與已在第1處理區域S3、S1處吸附之DCS氣體反應來層積矽氮化層。又，晶圓W1、W3會分別在第1處理區域S1、S3處，而在已形成之矽氮化層上吸附有DCS氣體。然後，當經過設定時間後，如圖14所示，旋轉台1會旋轉而回到圖6的狀態。
之後，同樣地，旋轉台1會以設定時間依序停止，並以設定次數來重複順時針方向地每次間歇旋轉90度之動作。此外，當最後之旋轉台1的停止位置為圖6的狀態後，在第2處理區域S2、S4處進行處理時，為了消除原料氣體的無謂消耗，在第1處理區域S1、S3處便不會進行原料氣體的噴出。如此般地結束一連串的成膜處理來使各晶圓W皆成膜有藉由ALD之矽氮化膜後，便以和上述晶圓W的搬入步驟順序相反之步驟順序，藉由搬送機構CA來將各晶圓W從處理容器5搬出。
依據上述實施型態，係在處理容器5內，沿著旋轉台1的圓周方向而等間隔地將第1處理區域及第2處理區域介隔著分離部4來等間隔地交互設置有各2個。然後，以每次會有1片晶圓W位在各處理區域之方式來配置載置台2，且使旋轉台1間歇地旋轉來使各晶圓W會交互地位在第1處 理區域及第2處理區域，而藉由ALD來成膜矽氮化膜。於是，由於在旋轉台1旋轉1次的期間，可進行2次作為原料氣體之DCS氣體的吸附，與藉由作為反應氣體之氨氣的活性基之反應的循環，故具有高生產性之效果。
又，在各第1處理區域及第2處理區域處，由於係使晶圓W一邊自轉一邊進行處理，故有關於晶圓W圓周方向的膜厚、膜質之均勻性為良好。又再者，由於係配合藉由需要有較DCS氣體吸附的所需時間要來得長之時間之氨氣的活性基的反應所需時間，來使旋轉台1間歇地旋轉，故可充分進行氮化處理，從而可獲得高品質的膜。然後，由於係在以所需時間進行DCS氣體的噴出後，直到藉由氨氣之處理結束為止進行待機的期間，會停止DCS氣體的噴出，故有助於DCS氣體消耗量的減少。
(第1實施型態的變形例)
上述實施型態中，雖係構成為各有1片晶圓W會位在4個處理區域，但如圖15所示，亦可構成為設置有8個載置台2，而使每次會有2片晶圓W分別位在4個處理區域。圖15中，符號50a、50b為搬入口。再者，在旋轉台1的停止時置放在各處理區域之晶圓W的數量亦可為3片，或4片以上。
又，各第1處理區域及第2處理區域的數量不限於2個，亦可為3個以上。
上述實施型態中，雖係將氨氣電漿化，但亦可不電漿化而將氨氣直接供應至晶圓W。
上述實施型態中，雖係在以設定時間噴出DCS氣體後，直到藉由氨氣之反應結束為止來停止噴出，但當晶圓W位在第1處理區域而經過特定時間後，以所需時間噴出DCS氣體，而使例如DCS氣體的吸附與藉由氨氣之反應在相同時間點結束，仍可抑制原料氣體的消耗。此外，即便是針對晶圓W直到一連串的成膜處理結束為止，皆不間斷地供應DCS氣體之情況，仍亦包含於本發明之範圍。
作為成膜處理，不限於矽氮化膜的成膜，而亦可為使用例如作為矽原料氣體之例如二(特丁胺基)矽烷氣體與作為反應氣體之氧氣或臭氧氣體來成膜矽氧化膜之處理。又，亦可為使用四氯化鈦氣體作為原料氣體且使用 氨氣作為反應氣體來成膜鈦氮化膜(Titanium nitride film)之處理。
作為自轉機構之被動齒輪部31與驅動齒輪部32的其中一者亦可由未被磁化之磁性體來製作。又，亦可將被動齒輪部31構成為水平旋轉，且將驅動齒輪部32配置為會在被動齒輪部31的下方側而與該被動齒輪部31呈對向。又再者，自轉機構不限於利用磁性者，而亦可為設置有被動齒輪部與驅動齒輪部來作為機械性齒輪，而使驅動齒輪部相對於被動齒輪部的移動路徑作進退之構成。或是，自轉機構亦可為在每個自轉軸21均設置有旋轉機構之構成。
(第2實施型態)
針對使用用以使載置台2自轉的自轉機構其他範例之成膜裝置，參閱圖16~圖18來作為本發明之第2實施型態加以說明。第1實施型態中，驅動齒輪部32係配置在沿著旋轉台1的圓周方向之4個位置處，但第2實施型態中，驅動齒輪部係沿著旋轉台1的公轉軌道而遍布整周地設置。亦即，驅動齒輪部90係設置為會面臨被動齒輪部36的公轉軌道，且其中央部係具備有具圓形開口部91a之圓環狀的板狀體91，開口部91a的中心係配置為與旋轉台1的旋轉中心呈一致。驅動齒輪部90的上面係沿著被動齒輪部36的公轉軌道而遍布整周地交互配置有永久磁石所構成之磁極部，即N極部(以斜線顯示)92及S極部93。
被動齒輪部36的下面係沿著自轉方向，而沿著該被動齒輪部36的圓周方向交互地配列有永久磁石所構成之磁極部，即短柵形狀的N極部37(以斜線顯示)及S極部38。驅動齒輪部90的N極部92及S極部93係配列於與被動齒輪部36的下面呈對向之面。圖17係描繪使一個被動齒輪部36的磁極部與其下方之驅動齒輪部90的磁極部相對應之圖式。
如圖18所示，被動齒輪部36係配置於罩體6的內側(真空氛圍側)，而驅動齒輪部90係配置於罩體6的外側(大氣側)。亦即，被動齒輪部36與驅動齒輪部90之間會藉由罩體6，例如通過有磁力線之材料(鋁或SUS)所構成的罩體6而被加以區隔。驅動齒輪部90係構成為可藉由圍繞旋轉支撐體12的旋轉軸13般所設置之保持台95上的環狀直驅式馬達(DD馬達)94而旋轉。圖18中，符號13a為軸承部。
上述般的自轉機構中，被動齒輪部36會停止在藉由被動齒輪部36的磁極部與驅動齒輪部90的磁極部之間的吸引力及反作用力之總合作用所決定之位置處。因此，當被動齒輪部36的公轉速度(旋轉台1的旋轉數(rpm))與驅動齒輪部90的旋轉數相同時，被動齒輪部36不會自轉，但當兩者的旋轉數產生差異時，則被動齒輪部36便會自轉，其自轉速度係對應於該旋轉數的差而決定。此外，當驅動齒輪部90的旋轉數大於旋轉台1的旋轉數時，在圖16中，被動齒輪部36會順時針方向地旋轉。
此外，第1實施型態中，雖未圖示進行晶圓W的搬出入時所使用之升降銷，但圖18中圖示了升降銷。升降銷96係設置為例如3根，而不會因升降機構97干擾到軸承部22的移動路徑，其前端部會在罩體6內待機。在與外部的搬送機構CA之間進行晶圓W的傳遞時，升降銷96會貫穿處理容器5的底板部、加熱部54、旋轉台1及各載置台2所穿設之孔部來保持晶圓W。升降銷96與罩體6之間係藉由例如波紋管來維持氣密。圖16中，以96a的符號來顯示載置台2所穿設之孔部(貫穿孔)。
(第3實施型態)
上述實施型態中，係使旋轉台1間歇地旋轉來讓各晶圓W交互地位在第1處理區域及第2處理區域。將此運轉模式稱作間歇旋轉模式時，則本發明之第3實施型態係構成為除了間歇旋轉模式以外，另準備有使旋轉台1連續地旋轉來進行成膜處理之連續旋轉模式，而可選擇兩種模式。
圖19係顯示選擇連續旋轉模式時之晶圓W的配列。第1實施型態中，如圖3、圖6所示，係以每次會有1片晶圓W分別位在各第1處理區域S1、S3及第2處理區域S2、S4之方式來配置載置台2。又，圖15之範例中，係以每次會有2片晶圓W分別位在各處理區域S1~S4之方式來配置載置台2。
相對於此，第3實施型態中，係在每次會有1片或2片(參閱圖19)晶圓W分別位在各處理區域S1~S4之狀態下，而以晶圓W亦會分別位在各處理區域S1~S4之間，即4個分離部4之方式來配置載置台2。因此，每次會有2片晶圓W分別位在各處理區域S1~S4之情況，載置台2係配置為12個。
圖19係顯示以連續旋轉模式來處理晶圓W時，且每次會有2片晶圓W分別位在各處理區域S1~S4時之晶圓W的瞬間位置。在連續旋轉模式中，所有的12個載置台2會載置有待處理的被處理晶圓，即製品晶圓W。在此範例中，搬出入口50係構成為2片晶圓W可一起通過，且2片晶圓W會橫向排列地保持在外部的搬送機構(圖中未顯示)，而同時被傳遞至相互鄰接之2個載置台2。上述升降銷96的群組係構成為設置在會對應於2個載置台2的停止位置之位置，並且搬送機構之前端部的晶圓保持組件在俯視上不會干擾到升降銷96之形狀。於是，便會藉由搬送機構與升降銷96的協動作用，而在搬送機構與載置台2之間進行晶圓W的傳遞。
在連續旋轉模式中，所有的載置台2均載置有被處理晶圓W，而在搬出入口50關閉後，係使旋轉台1旋轉來讓載置台2旋轉(公轉)並讓載置台2自轉，而確立製程條件。亦即，第1實施型態中係如上述般地，將處理容器5內設定為特定的壓力，來將晶圓W加熱至特定溫度，並在第1處理區域S1、S3處供應作為原料氣體之DCS氣體，又，在第2處理區域S2、S4處供應上述混合氣體而電漿化。又再者，係在分離部4處供應分離氣體。
各晶圓W會交互地連續通過第1處理區域S1(S3)與第2處理區域S2(S4)，來重複DCS氣體的吸附，與藉由所吸附的DCS氣體與氨氣的活性基之反應所產生之作為反應生成物之矽氮化層的形成，而層積有矽氮化層。連續旋轉模式係在所有的12個載置台2均載置有被處理晶圓W這一點，與使各載置台2連續旋轉這一點上，和間歇旋轉模式不同。
接下來，選擇間歇旋轉模式時，如圖20所示，係以每次會有2片被處理晶圓W位在各第1處理區域S1、S3及第2處理區域S2、S4之方式，來將被處理晶圓W載置於載置台2。此情況下，位在分離部4之載置台2雖未載置有被處理晶圓W，但並不會空著，而是載置有仿真晶圓DW(圖20中以斜線所示之晶圓)。其理由如下所述。旋轉台1與加熱部54之間會供應有未圖示之吹淨氣體，若在載置台2上尚未載置有晶圓W時放任此狀態，則吹淨氣體便會透過形成於載置台2之升降銷96所通過的孔部96a而流入至處理氛圍。因此，便將仿真晶圓DW載置於載置台2上。
由於間歇旋轉模式中，係在使晶圓W靜止於各處理區域S1~S4之狀態 下來進行處理，而連續旋轉模式中，係使晶圓W一邊移動於各處理區域S1~S4一邊進行處理，故藉由間歇旋轉模式所成膜之矽氮化膜的膜質會較藉由連續旋轉模式要來得佳。相對於此，連續旋轉模式中，相較於間歇旋轉模式的情況，晶圓W的搭載片數多4片，且由於係藉由連續旋轉來進行處理，故在獲得相同膜厚上，滯留在處理容器5內的時間會較間歇旋轉模式來得短即可達成。因此，連續旋轉模式會較間歇旋轉模式可獲得高產能。於是，本發明係具有以下優點，以高品質的膜為優先之情況係選擇間歇旋轉模式，而以產能為優先之情況則選擇連續旋轉模式等，可對應於晶圓的批次來設定兩種模式之其中一者。
此處，將具備有2台上述成膜裝置之基板處理系統顯示於圖21。圖21中，符號301為承載器載置台，符號302為大氣搬送室，符號300為第1晶圓搬送機構，符號303、304為加載互鎖室，305為真空搬送室，符號306為第2晶圓搬送機構。又，在面臨大氣搬送室302之例如右側的位置處，係設置有收納有複數片(至少4片)仿真晶圓DW之保持架307。
將收納有例如複數片晶圓W之FOUP(承載器C)搬入至承載器載置台C301後，卸下承載器C前面的蓋子，而藉由第1晶圓搬送機構300來將晶圓W取出，並透過加載互鎖室303或304、第2晶圓搬送機構306來將晶圓W搬入至處理容器5內。第2晶圓搬送機構306係構成為可橫向排列地保持例如2片晶圓W，來一起相對於處理容器5、加載互鎖室303或304進行傳遞。
符號200為控制部，係具備有能夠選擇間歇旋轉模式或連續旋轉模式之運轉模式選擇部201。選擇間歇旋轉模式時，第1晶圓搬送機構300會將仿真晶圓DW取出，且藉由上述路徑來搬入至處理容器5內，並載置於圖20所示之位置。
以上的實施型態中所使用之旋轉台1係具有將加熱部54的熱傳遞至晶圓W之功用，雖係構成為藉由用以使載置台2公轉之支撐體12而被加以支撐，但旋轉台1亦可被固定。此情況下，相當於旋轉台1之板狀體雖具有傳熱板的功能，但較佳宜藉由支柱來將中心部加以支撐。此情況下，使載置台2公轉之旋轉機構係使用圍繞該支柱的周圍般之直驅式馬達(DD馬 達)。又，被固定在支柱之傳熱板的圓周方向上係形成有供載置台2的自轉軸21移動之空隙，於是，傳熱板便會成為分離成中央部分與外側的環狀部分之構成。從而，本發明便不一定需要旋轉台。
本發明並未限制於藉由ALD之成膜處理，而亦可應用於對第1處理區域供應第1氣體而藉由CVD處理來成膜第1膜，接著對第2處理區域供應第2氣體而藉由CVD處理來成膜第2膜之情況。此情況下，可被利用在交互地層積複數第1膜與第2膜之例如3維NAND電路的製造。此情況下，在使用2種或3種以上的氣體來作為第1氣體之情況，該等氣體係相當於第1氣體，而在使用2種或3種以上的氣體來作為第2氣體之情況，該等氣體係相當於第2氣體。
此外，旋轉台1的旋轉不限於往同一方向間歇地旋轉，而亦可交互地進行順時針方向之旋轉與逆時針方向之旋轉。

Claims (14)

  1. 一種成膜裝置，係在形成真空氛圍之處理容器內，進行複數次交互地對基板供應作為處理氣體的第1氣體與第2氣體之循環，而於基板上成膜薄膜之成膜裝置，具備有：n(n為2以上的整數)個第1處理區域，係沿著該處理容器的圓周方向相距間隔而設置，用以供應第1氣體來對基板進行處理；n個第2處理區域，係沿著該圓周方向而設置於第1處理區域之間，用以供應第2氣體來對基板進行處理；分離部，係用以將該第1處理區域與第2處理區域之間加以分離；載置部，係構成為可沿著該圓周方向而公轉，並沿著該圓周方向配置為複數個，而分別用以載置基板；以及控制部，係以當停止公轉之狀態下，使該基板會交互地位在第1處理區域及第2處理區域之方式來使該載置部間歇地公轉；該載置部係配置為當停止該載置部的公轉時，相同片數的基板會位於各n個第1處理區域及n個第2處理區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中該第1氣體為會吸附在基板之薄膜的原料之原料氣體，該第2氣體為會與該原料氣體反應來生成生成反應生成物之反應氣體。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之成膜裝置，其中第1處理區域及第2處理區域中所需氣體的供應時間係相異，旋轉台係配合所需氣體的供應時間較長者的時間而停止。
  4. 如申請專利範圍第3項之成膜裝置，其中所需氣體的供應時間較短者之處理區域中的氣體供應時間係設定為較所需氣體的供應時間較長者之處理區域中的氣體供應時間要來得短。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之成膜裝置，其係具備有使該載置部自轉之自轉機構；在至少相對於基板來供應處理氣體時，載置有該基板之載置部會自轉。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之成膜裝置，其係具備有會在該處理容器的圓周方向上自轉之旋轉台； 該複數載置部係配置於該旋轉台的上面側。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之成膜裝置，其中將使該載置部間歇地公轉，來使該基板在靜止之狀態下會交互地位在第1處理區域及第2處理區域之運轉模式稱作間歇旋轉模式時；則該控制部係構成為可選擇使該載置部連續公轉，以使該基板連續通過第1處理區域及第2處理區域之連續旋轉模式，與該間歇旋轉模式其中一者。
  8. 如申請專利範圍第7項之成膜裝置，其中載置部的數量係設定為當相同片數的基板位於各n個第1處理區域及n個第2處理區域時，基板的載置部亦會位於該分離部；選擇該連續旋轉模式時，所有的載置部會載置有基板。
  9. 如申請專利範圍第8項之成膜裝置，其中該載置部係形成有供升降銷升降之貫穿孔，該升降銷係用以在與外部的基板搬送機構之間進行基板的傳遞；該控制部係當選擇該間歇旋轉模式時，會輸出控制訊號，以使當相同片數的基板位於各n個第1處理區域及n個第2處理區域時，位在該分離部之載置部會載置有用以堵塞該載置部的該貫穿孔之仿真的基板。
  10. 一種成膜方法，係在形成真空氛圍之處理容器內，進行複數次交互地對基板供應作為處理氣體的第1氣體與第2氣體之循環，而於基板上成膜薄膜之成膜方法；係沿著該處理容器的圓周方向而於該處理容器內相距間隔地設置有n(n為2以上的整數)個第1處理區域，並且沿著該圓周方向將分離區域挾置在第1處理區域之間，而設置有n個第2處理區域；設置有載置部，該載置部係構成為可沿著該圓周方向而公轉，並且沿著該圓周方向配置為2n×m個(m為1以上的整數)，而分別用以載置基板；包含有重複複數次循環之工序，該循環係包含有以下工序：(1)將基板載置於各載置部之工序； (2)在停止各載置部的公轉來使基板位在該n個第1處理區域及n個第2處理區域的各區域之狀態下，分別對第1處理區域及第2處理區域供應第1氣體及第2氣體之工序；接著，使該載置部公轉，來使放置在該第1處理區域及第2處理區域的各區域之基板位在相鄰的處理區域之工序；以及之後，在停止該載置部的公轉之狀態下，分別對第1處理區域及第2處理區域供應第1氣體及第2氣體之工序。
  11. 如申請專利範圍第10項之成膜方法，其中該第1氣體為會吸附在基板之薄膜的原料之原料氣體，該第2氣體為會與該原料氣體反應來生成反應生成物之反應氣體。
  12. 如申請專利範圍第10或11項之成膜方法，其係在至少對基板供應處理氣體時，載置有該基板之載置部會自轉。
  13. 一種成膜方法，係將使載置部間歇地公轉，來使基板在靜止之狀態下會交互地位在第1處理區域及第2處理區域之運轉模式稱作間歇旋轉模式時；在選擇使該載置部連續地公轉來使該基板連續通過第1處理區域及第2處理區域之連續旋轉模式，與該間歇旋轉模式其中一者，來進行基板的成膜處理後，會針對後續的基板而選擇連續旋轉模式與該間歇旋轉模式中的另一者來進行成膜處理。
  14. 一種記憶媒體，係記憶有電腦程式之記憶媒體，該電腦程式係被使用於在形成真空氛圍之處理容器內，進行複數次交互地對基板供應作為處理氣體的第1氣體與第2氣體之循環，而於基板上成膜薄膜之成膜裝置；該電腦程式係包含有實行如申請專利範圍第10至13項中任一項之成膜方法之步驟群。
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