TW202020216A - 氣體處理裝置及氣體處理方法 - Google Patents

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桑田拓岳
神尾卓史
布重裕
藤井康
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明之課題為在基板面內進行高均勻性的氣體處理。

其解決方法為構成一種裝置，具有：對向部，係對向於真空容器內之基板的載置部，且為了噴淋狀地噴出處理氣體而具備有複數第1氣體噴出口；處理氣體的第1擴散空間，係連通於各第1氣體噴出口且設置在對向部上方處；複數第2氣體噴出口，係為了將處理氣體噴淋狀地供應至第1擴散空間的中心部，而在上下方向開口於從上方面臨第1擴散空間之頂部；處理氣體的第2擴散空間，係連通於各第2氣體噴出口般地設置在頂部上方處；以及複數第3氣體噴出口，係在該頂部中各該第2氣體噴出口所開口之區域外側處開口於較第2氣體噴出口而相對於垂直軸的傾斜較大之斜向，且沿第1擴散空間的周圍成列地分別連通於該第2擴散空間。

Description

氣體處理裝置及氣體處理方法
本揭示係關於一種氣體處理裝置及氣體處理方法。
有對基板(即半導體晶圓，以下稱作「晶圓」)，藉由例如ALD(Atomic Layer Deposition)或CVD(Chemical Vapor Deposition)來進行成膜而作為氣體處理的情況。上述般氣體處理中，例如會噴淋狀地對晶圓供應氣體。專利文獻1中揭示一種將氣體供應至用以載置晶圓之載置台來進行CVD(Chemical Vapor Deposition)之成膜裝置。該成膜裝置係設置有用以支撐晶圓之晶座，以及設置於晶座上方之噴淋頭。該噴淋頭係具有對向於晶圓且形成有複數孔之第1多孔板(面板；face plate)，以及設置於第1多孔板上方來將構成噴淋頭之氣體的擴散空間區劃為上下之第2多孔板(擋板；blocker plate)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2002-69650號公報
本揭示係提供一種可在基板面內進行高均勻性的氣體處理之技術。
本揭示之氣體處理裝置具有：
真空容器，係於內部形成真空氛圍；
載置部，係為了載置基板而設置於該真空容器內；
對向部，係對向於該載置部，且為了將處理氣體噴淋狀地噴出至該基板來進行氣體處理，而具備有複數第1氣體噴出口；
該處理氣體的第1擴散空間，係連通於各該第1氣體噴出口且設置在該對向部上方處；
複數第2氣體噴出口，係為了將該處理氣體噴淋狀地供應至該第1擴散空間的中心部，而在上下方向開口於從上方面臨該第1擴散空間之頂部；
該處理氣體的第2擴散空間，係連通於各該第2氣體噴出口般地設置在該頂部上方處；
氣體供應道，係設置於該第2擴散空間上游側，且會將該處理氣體供應至該第2擴散空間；以及
複數第3氣體噴出口，係為了從該第1擴散空間的中心部側朝周緣部側放射狀地噴出該處理氣體，而在該頂部中各該第2氣體噴出口所開口之區域外側處開口於較該第2氣體噴出口而相對於垂直軸的傾斜較大之斜向，且沿該第1擴散空間的周圍成列地分別連通於該第2擴散空間。
依據本揭示，便可在基板面內進行高均勻性的氣體處理。
1‧‧‧成膜裝置
3‧‧‧氣體供應道形成部
6‧‧‧氣體供應道
10‧‧‧控制部
11‧‧‧處理容器
12‧‧‧搬出入口
13‧‧‧閘閥
14‧‧‧排氣導管
15‧‧‧開口部
16‧‧‧排氣管
17‧‧‧排氣機構
18‧‧‧壓力調整機構
21‧‧‧載置台
22‧‧‧加熱器
23‧‧‧支撐組件
24‧‧‧升降機構
25‧‧‧凸緣
26‧‧‧伸縮管
27‧‧‧支撐銷
28‧‧‧升降機構
29‧‧‧貫穿孔
31‧‧‧本體部
32‧‧‧氣體導入部
33‧‧‧頂部形成部
34‧‧‧支撐用突起
35‧‧‧噴淋板
36‧‧‧處理空間形成用突起
37‧‧‧處理空間
38‧‧‧第1氣體噴出口
39‧‧‧第1擴散空間
41‧‧‧對向面
42‧‧‧上部噴淋頭
43‧‧‧圓環溝
44‧‧‧傾斜面
46‧‧‧傾斜面
47‧‧‧對向面
49‧‧‧頂部
51‧‧‧第2氣體噴出口
52‧‧‧第2擴散空間
53‧‧‧第3氣體噴出口
61‧‧‧第1專用流道
62‧‧‧第2專用流道
63‧‧‧匯流道
64‧‧‧分歧道
65‧‧‧第3擴散空間
71‧‧‧第1連接流道
72‧‧‧第2連接流道
81、85、86、91‧‧‧配管
82A、82B、82D、82E‧‧‧氣體儲存槽
83A~83F‧‧‧流量調整部
84A~84F‧‧‧氣體供應源
87、88‧‧‧節流孔
V1~V6‧‧‧閥
H1、H2、H3‧‧‧高度
R1、R2‧‧‧假想圓
W‧‧‧晶圓
圖1為本揭示一實施型態之成膜裝置的縱剖側視圖。
圖2為構成該成膜裝置之噴淋板及上部噴淋頭的縱剖側視圖。
圖3為該上部噴淋頭之下面側立體圖。
圖4為該上部噴淋頭之上面側立體圖。
圖5為該上部噴淋頭的橫剖俯視圖。
圖6為該成膜裝置所設置的流道之立體圖。
圖7為該流道之俯視圖。
圖8係用以說明藉由該成膜裝置所進行的處理之示意圖。
圖9係用以說明藉由該成膜裝置所進行的處理之示意圖。
圖10係用以說明藉由該成膜裝置所進行的處理之示意圖。
圖11為藉由該成膜裝置來進行的處理之時序圖。
圖12係顯示評估試驗的結果之晶圓俯視圖。
圖13係顯示評估試驗的結果之晶圓俯視圖。
關於為本揭示之氣體處理裝置一實施型態之成膜裝置1，參見圖1之縱剖側視圖來加以說明。該成膜裝置1係具有扁平的圓形處理容器11。該處理容器11內係形成為真空氛圍，且收納有例如直徑為300mm的圓形基板，即晶圓W。成膜裝置1會對該晶圓W交互地重複供應原料氣體(即TiCl4(四氯化鈦)氣體)與反應氣體(即NH3(氨)氣體)來進行ALD，以成膜出TiN(氮化鈦)膜。進行第1處理氣體(即TiCl4氣體)的供應之時間帶與進行第2處理氣體(即NH3氣體)的供應之時間帶之間會供應非活性氣體(即N2(氮)氣體)來作為吹淨氣體。藉由吹淨氣體的供應來將處理容器11內的氛圍從TiCl4氣體氛圍或NH3氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。又，藉由ALD之成膜處理中，會連續地將N2氣體供應至處理容器11內來作為用以將TiCl4氣體及NH3氣體導入至處理容器11內之載置氣體。
上述處理容器11的側壁係設置有晶圓的搬出入口12，以及會開閉此搬出入口12之閘閥13。較搬出入口12要上部側係設置有構成處理容器11側壁的一部分，且使縱剖面的形狀為角型的導管彎曲成圓環狀所構成之排氣導管14。排氣導管14的內周面係形成有沿周向延伸之狹縫狀的開口部15，而構成處理容器11的排氣口。
又，上述排氣導管14係連接有排氣管16的一端。排氣管16的另一端係連接於真空幫浦所構成之排氣機構17。排氣管16係介設有例如壓力調整用閥所構成之壓力調整機構18。依據從後述控制部10所輸出之控制訊號來調整該壓力調整用閥的開合度，以將處理容器11內的壓力調整為所需真空壓力。
圖式中，符號21為為了載置晶圓W而設置於處理容器11內之圓形且為水平的載置台，晶圓W係以其中心會與該載置台的中心一致之方式被載置。構成載置部之該載置台21係埋設有加熱器22。該加熱器22會將晶圓W加熱至例如400℃~700℃。載置台21的下面側中央部係連接有貫穿處理容器11的底部且延伸於上下方向之支撐組件23的上端，該支撐組件23的下端係連接於升降機構24。藉由升降機構24來使載置台21在圖1中以鏈線所示之下方位置與圖1中以實線所示之上方位置之間做升降。下方位置 為用以在與晶圓W的搬送機構之間進行該晶圓W的傳遞之位置，該搬送機構會從上述搬出入口12進入至處理容器11內。上方位置則為用以對晶圓W進行處理之位置。
圖式中，符號25為支撐組件23中，處理容器11底部的下方所設置之凸緣。圖式中，符號26為伸縮自如之伸縮管，上端係連接於處理容器11的底部，下端係連接於凸緣25，會確保處理容器11內的氣密性。圖式中，符號27為3根(圖式中僅顯示2根)支撐銷，圖式中，符號28為能夠讓支撐銷27升降之升降機構。當載置台21位在傳遞位置時，支撐銷27會透過載置台21所設置之貫穿孔29而升降，並在載置台21的上面出沒，以在載置台21與上述搬送機構之間進行晶圓W的傳遞。
上述排氣導管14的上側係從上側封閉處理容器11內般地設置有氣體供應道形成部3。氣體供應道形成部3係具有本體部31與氣體導入部32。本體部31係構成為扁平的圓形塊體，該本體部31的周緣部係沿排氣導管14設置，且被支撐在該排氣導管14上。本體部31的上部側雖設置有用以調整氣體供應道形成部3的溫度之冷卻機構，但省略圖示。氣體導入部32中，沿本體部31上面的徑向之部位係形成為朝上方隆起。
針對本體部31來更詳細地說明。本體部31的中央下部係構成圓形的頂部形成部33，該頂部形成部33係在處理容器11內朝向載置台21般地突出，而構成處理容器11的頂部。該頂部形成部33的周緣部係進一步地延伸至下方，而形成圓環狀的支撐用突起34，該支撐用突起34的下端係水平地支撐有圓板形狀的噴淋板35。被支撐用突起34與噴淋板35的上面圍繞而被加以區劃的空間為用以使從後述上部噴淋頭42所供應的各氣體橫向地擴散之第1擴散空間39，係構成為扁平的圓形。
針對噴淋板35加以說明，該噴淋板35係構成對向於載置台21的表面所設置之對向部。然後，區劃出第1擴散空間39之噴淋板35的上面係形成為水平且平坦。又，噴淋板35的周緣部係沿上述支撐用突起34設置。噴淋板35的周緣下部係朝下方突出，而形成圓環狀的處理空間形成用突起36，並接近前述上方位置處之載置台21的周緣部。被噴淋板35與上方位置處的載置台21挾置，且被處理空間形成用突起36圍繞之空間係構成為對晶 圓W進行處理之處理空間37。噴淋板35中，處理空間形成用突起36所圍繞之區域處，複數第1氣體噴出口38係在該區域內分散，且分別穿孔於板的厚度方向(即垂直方向)。因此，第1氣體噴出口38便會分別連通於處理空間37與第1擴散空間39。
形成第1擴散空間39之頂部形成部33的下面處，支撐用突起34所圍繞之區域的中央部係形成有凹部，該凹部的外側係構成對向於噴淋板35且為水平並平坦的對向面41。此凹部為圓形且朝下方擴徑，從該凹部的底面突出於下方般地設置有圓形的上部噴淋頭42。因此，便會圍繞上部噴淋頭42般地沿著第1擴散空間39的周圍而形成有圓環狀的溝槽，並以該溝槽作為圓環溝43。該圓環溝43會隨著朝向上方而變尖。此外，形成對向面41之頂部形成部33的下部、圓環溝43及上部噴淋頭42係構成了從上方面臨第1擴散空間39，且形成該第1擴散空間39的上部側之頂部49。
以下，亦一邊參見為該上部噴淋頭42的縱剖側視圖之圖2、為下面側立體圖之圖3、為上面側立體圖之圖4、以及為橫剖俯視圖之圖5來加以說明。環狀溝(即圓環溝43)外側的側周面係形成為會隨著從第1擴散空間39的中心部側朝向周緣部側而下降之傾斜面44。該傾斜面44與水平面所構成的角度θ1(參見圖2)為例如20°~50°，更具體為例如30°。該傾斜面44係具有會將從後述上部噴淋頭42的第3氣體噴出口53被噴出至圓環溝43內之氣體朝第1擴散空間39的周緣部引導，來防止該氣體滯留在第1擴散空間39之功用。
由於上部噴淋頭42的下部係隨著朝向該上部噴淋頭42的下端而縮徑，故該上部噴淋頭42下部的側面便會形成為構成上述圓環溝43內側的側周面之傾斜面46。然後，上部噴淋頭42的下面係與傾斜面46呈連續，且係形成為對向於噴淋板35的上面之水平的對向面47。該對向面47中，複數第2氣體噴出口51係在面內分散，且分別穿孔於垂直方向。此外，為了防止局部地對晶圓W供應較多氣體，第2氣體噴出口51係形成為不會和前述噴淋板35的第1氣體噴出口38重疊。又，有關於第1氣體噴出口38及第2氣體噴出口51會形成為垂直係指在設計上形成為垂直的意思，即便是因 例如裝置的製造誤差或組裝誤差而相對於垂直軸呈例如數度傾斜，仍然包含於形成為垂直。
上部噴淋頭42的中央上部係形成有圓形的淺凹部，該凹部係從上側被上述頂部形成部33封閉。藉此，該凹部內便會構成為從周圍被區劃之圓形且扁平的第2擴散空間52。此外，俯視觀看下，上部噴淋頭42及第2擴散空間52的各中心係與前述第1擴散空間39及載置台21的各中心對齊，俾能夠對晶圓W均勻地供應氣體。被供應至上部噴淋頭42之各氣體會在該第2擴散空間52橫向地擴散。上述各第2氣體噴出口51係連接於該第2擴散空間52的底部。
又，上部噴淋頭42的傾斜面46係沿著第1擴散空間39的周圍而成列地設置有複數第3氣體噴出口53。各第3氣體噴出口53係開口於相同高度，且鄰接之第3氣體噴出口53的間隔為相等。然後，各第3氣體噴出口53係隨著朝向上方而朝向上部噴淋頭42的中心部般地相對於垂直方向被斜向地形成，且連接於第2擴散空間52的側邊。例如，第3氣體噴出口53的開口方向相對於水平面所構成之角度θ2為30°~90°(參見圖2)，更具體為例如45°。第3氣體噴出口53係如圖5所示般地在俯視觀看下會放射狀地穿孔於上部噴淋頭42，來從第1擴散空間39的中心部側朝周緣部側放射狀地噴出氣體。
此外，圖2中，係將噴淋板35的上面與上部噴淋頭42的對向面47間之高度以H1來表示。又，係將噴淋板35的上面與圓環溝43外側的對向面41間之高度以H2來表示。為了防止第1擴散空間39中的氣體滯留，該等高度H1、H2為例如相同。然後，若使第1擴散空間39的容積較小，便可抑制該第1擴散空間39中之TiCl4氣體及NH3氣體吹淨所需的時間，來縮短後述ALD之1循環的長度。因此，高度H1、H2較佳為例如8mm以下，圓環溝43的深度H3較佳為例如12mm以下。
又，圖5所示之R1為連結位在噴淋板35的最周緣之各第1氣體噴出口38的中心之假想圓。R2為連結上部噴淋頭42的對向面47中位在最周緣之第2氣體噴出口51的中心之假想圓。R3雖係顯示連結第3氣體噴出口53的中心之圓，但圖式中係與上部噴淋頭42的外緣重疊般地來加以顯示。 亦即，圓R1、R2、R3係分別顯示第1氣體噴出口38、第2氣體噴出口51、第3氣體噴出口53的形成區域。圓R1、R2、R3的中心為對齊，有關直徑的大小為圓R1>圓R3>圓R2。因此，第2氣體噴出口51及第3氣體噴出口53的分佈區域便會較第1氣體噴出口38的分佈區域要來小。將圓R1、圓R2、圓R3的直徑分別以直徑L1、L2、L3來表示。L1係與晶圓W的直徑大致相同，例如300mm。L2/L1為例如0.3~0.4，L3/L1為例如0.35~0.45。
回到圖1，有關設置於氣體供應道形成部3而會將各氣體供應至前述上部噴淋頭42的第2擴散空間52之氣體供應道6，則參見圖6及圖7來加以說明。該氣體供應道6係由第1專用流道61、第2專用流道62、匯流道63、2個分歧道64、第3擴散空間65、8個第1連接流道71及8個第2連接流道72所構成。第1專用流道61、第2專用流道62、匯流道63及分歧道64的上部側係設置於例如上述氣體導入部32，分歧道64的下部側、第3擴散空間65及第1連接流道71、第2連接流道72則是設置於例如上述本體部31。
第1專用流道61、第2專用流道62係設置為會分別延伸於水平方向，該等第1專用流道61與第2專用流道62係被相互區劃。
第1專用流道61的上游側係供應有原料氣體、原料氣體的載置氣體及吹淨氣體，第2專用流道62的上游側係供應有反應氣體、反應氣體的載置氣體及吹淨氣體。因此，第1專用流道61便為原料氣體及反應氣體中之原料氣體專用的流道，第2專用流道62則為原料氣體及反應氣體中之反應氣體專用的流道。第1專用流道61係位在第2專用流道62的上方，該第1專用流道61的下游側係朝下方彎曲且連接於第2專用流道62。藉此，該等第1專用流道61、第2專用流道62的下游側便會相互匯流而形成為上述匯流道63。
匯流道63的下游側在沿著第2專用流道62的延長方向水平地延伸後，藉由朝該延長方向觀看會分歧為左右，來形成上述2個分歧道64。各分歧道64的下游側在延伸於水平方向後，會朝垂直下方般地彎曲，且連接於平坦的第3擴散空間65中之相異位置處。如此般地，藉由使匯流道63的下游側分歧且連接於第3擴散空間65，來使氣體高均勻性地分佈在第3擴散空 間65，並進而使上述第2擴散空間52中之各氣體濃度的均勻性變高。此外，各分歧道64的長度為相等。
上述第3擴散空間65係由俯視觀看下，一直線導入道與其他直線導入道呈交叉所構成的十字流道66、4個分歧道67及8個分歧端68所構成。構成十字流道66之一直線狀流道中的一端部上及另一端部上係分別連接有上述分歧道64的下游端。從十字流道66的中心部到各分歧道64的下游端之長度分別為相等。該十字流道66的中心部係位在第2擴散空間52的中心部上。構成十字流道66之其他直線狀流道中的各端部係往該其他直線狀流道的伸長方向觀看會分歧為左右而形成上述分歧道67。
分歧道67的上游側係沿著構成上述十字流道66之一直線導入道延伸。然後，分歧道67的下游側係相對於上游側呈彎曲，並遠離十字流道66的中心部般地延伸。該分歧道67的下游端係往該分歧道67的下游側處之流道的伸長方向觀看會分歧為左右，而構成為上述分歧端68。該等各分歧端68係朝向十字流道66的中心部外側延伸般地在俯視觀看下形成為寬廣的幅度。然後，該等8個分歧端68的下部係分別連接有為直線狀流道之8個第1連接流道71的上游端。從十字流道66的中心部到各第1連接流道71之長度分別為相等。
8個第1連接流道71的下游側係形成為朝向斜下方且在俯視觀看下會放射狀地延伸，該第1連接流道71的下游端係從上方連接於上述第2擴散空間52的周緣部。各第1連接流道71係具有相同長度。然後，為直線狀流道之第2連接流道72係形成為從各第1連接流道71之長度方向的中央部延伸而出至斜下方，且在俯視觀看下會朝向第2擴散空間52的中心部側。各第2連接流道72亦具有相同的長度。然後，各第2連接流道72的下游端係在較第2擴散空間52中連接有第1連接流道71之位置要更靠中心部附近的位置處，而在周向上等間隔地相互連接。又，第1連接流道71及第2連接流道72係從斜向連接於水平地形成之第2擴散空間52，該等第1連接流道71及第2連接流道係構成為傾斜流道。
圖5中係以點P1來顯示匯流道63的上游端，即第1專用流道61、第2專用流道62相互匯流之該等第1專用流道61、第2專用流道62的下游端。 又，圖2中係以點P2來顯示第1連接流道71的下游端，以點P3來顯示第2連接流道72的下游端。點P2、P3亦為第2擴散空間52的上端。從點P1到各點P2之各流道的長度為相等，從點P1到各點P3之各流道的長度為相等。又，從點P1到點P2之各流道的長度，以及從點P1到點P3之流道的長度分別為相等。
此外，流道的長度相等係指包含流道在裝置的設計上為相等。亦即，即便是構成裝置之組件的組裝誤差或組件的加工精確度之結果，使流道的長度不同，只要是設計為流道的長度會變得相等，則亦包含於流道的長度相等。此外，關於從該點P1到各點P2、P3之各流道，針對從點P1的距離相同之位置處的流道寬度，可使該流道寬度為相同的寬度或是若干不同的寬度，藉此來調整第2擴散空間52中的氣體濃度分佈。
回到圖1繼續說明。上述氣體供應道形成部3所形成之第1專用流道61、第2專用流道62的上游端係分別連接有配管81、91的下游端。配管81的上游端係依序介隔著閥V1、氣體儲存槽82A、流量調整部83A而連接於處理氣體(即TiCl4氣體的供應源84A。流量調整部83A係由質流控制器所構成，會針對從氣體供應源84A所供應之TiCl4氣體來調整朝下游側的供應流量。此外，後述其他各流量調整部83B~83F亦係構成為與該流量調整部83A相同，會調整朝配管下游側所供應之氣體的流量。
構成氣體儲存部之氣體儲存槽82A會在將從氣體供應源84A所供應的TiCl4氣體供應至處理容器11內前暫時儲存該TiCl4氣體。如此般地儲存TiCl4氣體來使氣體儲存槽82A內升壓至特定壓力後，從氣體儲存槽82A朝氣體供應道形成部3供應TiCl4氣體。從該氣體儲存槽82A朝氣體供應道形成部3之TiCl4氣體的供應/停止係藉由上述閥V1的開閉來進行。如此般地，藉由將TiCl4氣體暫時儲存在氣體儲存槽82A，便能以較高流量來將該TiCl4氣體供應至處理容器11。此外，構成後述氣體儲存部之各氣體儲存槽82B、82D、82E亦與氣體儲存槽82A同樣地會暫時儲存從配管上游側的氣體供應源所供應之各氣體。然後，藉由各氣體儲存槽82B、82D、82E的下游側所設置之閥V2、V4、V5的開閉，來分別進行從各氣體儲存槽82B、82D、82E朝氣體供應道形成部3之氣體的供應/停止。
上述配管81中，閥V1的下游側係連接有配管85的下游端。配管85的上游端係依序介隔著閥V2、氣體儲存槽82B、流量調整部83B而連接於N2氣體的供應源84B。進一步地，配管85中，閥V2的下游側係連接有配管86的下游端。配管86的上游端係依序介隔著閥V3、流量調整部83C而連接於N2氣體的供應源84C。
接著，針對配管91加以說明。配管91的上游端係依序介隔著閥V4、氣體儲存槽82D、流量調整部83D而連接於NH3氣體的供應源84D。配管91中之閥V4的下游側係連接有配管92的下游端。配管92的上游端係依序介隔著閥V5、氣體儲存槽82E、流量調整部83E而連接於N2氣體的供應源84E。進一步地，配管92中，閥V5的下游側係連接有配管93的下游端。配管93的上游端係依序介隔著閥V6、流量調整部83F而連接於N2氣體的供應源84F。
上述配管86中之閥V3的下游側係形成有節流孔87，配管83中之閥V6的下游側係形成有節流孔88。該等節流孔87、88會在各配管86、93中形成狹窄的流道，係為了防止藉由各氣體儲存槽而以較大流量被供應的各氣體朝閥V3、V6流入而設置。
此外，從上述N2氣體供應源84B、84E所供應之N2氣體為了進行前述吹淨，會被供應至處理容器11內。分別從N2氣體供應源84C、84F所供應之N2氣體為相對於TiCl4氣體、NH3氣體之載置氣體，由於該載置氣體係如上述般地會在晶圓W的處理中連續被供應至處理容器11內，故即便是進行吹淨時亦會被供應至處理容器11內。因此，將該載置氣體供應至處理容器11內之時間帶便會與為了進行吹淨而從氣體供應源84B、84E來將N2氣體供應至處理容器11內之時間帶相重疊，載置氣體雖亦被使用於吹淨，但為了便於說明，係將從N2氣體供應源84B、84所供應之氣體記載為吹淨氣體，而將從N2氣體供應源84C、84F所供應之氣體記載為載置氣體。
又，成膜裝置1係具有控制部10。該控制部10係由電腦所構成，具有程式、記憶體、CPU。程式係寫入有可實施成膜裝置1中的後述一連串動作之步驟群，控制部10會藉由該程式來對成膜裝置1的各部輸出控制訊號，以控制該各部的動作。具體而言，係藉由控制訊號來控制各閥V1~V6的開 閉、流量調整部83A~83F所進行氣體流量的調整、壓力調整機構18所進行處理容器11內壓力的調整、以及加熱器22所進行晶圓W溫度的調整等各動作。上述程式係儲存在例如光碟、硬碟、DVD等記憶媒體，且被安裝在控制部10。
接著，針對成膜裝置1所進行之成膜處理，參見顯示各閥的開閉狀態以及各配管中的氣體流通狀態之圖8~圖10來加以說明。圖8~圖10中係將關閉狀態的閥V以斜線表示，來與打開狀態的閥V做區別並加以顯示。又，關於配管81、85、86、91~93，氣體朝下游側流通之部位係相較於未流通之部位而以較粗的線條來表示。又，關於供應各氣體之時間帶，亦可適當地參見所示之時序圖，即圖11。該時序圖中係分別以斜線來表示載置氣體的供應期間，而以點來表示吹淨氣體的供應期間。又，TiCl4氣體的供應期間及NH3氣體的供應期間係分別以網眼圖案來表示，顯示TiCl4氣體的供應期間之網眼係較顯示NH3氣體的供應期間之網眼要來得疏。
首先，在關閉閥V1~V6之狀態下，藉由搬送機構來將晶圓W搬送至處理容器11內，並載置於傳遞位置處的載置台21。當搬送機構從處理容器11內退開後，便關閉閘閥13。藉由載置台21的加熱器22來將晶圓W加熱至前述溫度，且使載置台21朝處理位置上升，便會形成有處理空間37。另一方面，藉由從排氣導管14排氣，來使處理容器11內成為特定的真空壓力。
然後，打開閥V3、V6來從N2氣體供應源84C、84F分別對氣體供應道6供應載置氣體(N2氣體)。另一方面，從氣體供應源84A、氣體供應源84D來將TiCl4氣體、NH3氣體供應至配管81、91。藉由關閉閥V1、V4，則該等TiCl4氣體、NH3氣體便會被分別儲存在氣體儲存槽82A、82D，而讓該氣體儲存槽82A、82D內升壓。然後，打開閥V1(圖表中的時刻t1)，儲存在氣體儲存槽82A之TiCl4氣體會透過氣體供應道6而被供應至上部噴淋頭42。然後，該TiCl4氣體會從上部噴淋頭42的第2氣體噴出口51朝垂直下方被噴出，再被供應至擴散空間39的中心部，並從第3氣體噴出口53朝斜下方被噴出至圓環溝43內。被噴出至該圓環溝43內之TiCl4氣體會如前述般般地沿圓環溝43的傾斜面44流動，藉此便不會滯留在該圓環溝43 內，而是會朝圓環溝43外被供應。然後，由於形成第1擴散空間39的上部及下部之噴淋板35的上面及氣體供應道形成部3的對向面41為平坦的，故朝圓環溝43外流動之TiCl4氣體的流動便不會受到妨礙，而是會迅速地朝向第1擴散空間39的周緣部。
藉由如上述般地對第1擴散空間39的各部供應TiCl4氣體，從該TiCl4氣體之供應開始起經過一些時間後，第1擴散空間39的各部便會以高均勻性的濃度而分佈有TiCl4氣體。然後，從噴淋板35的第1氣體噴出口38來將TiCl4氣體供應至晶圓W，以使TiCl4氣體高均勻性地吸附在晶圓W的面內。與朝該晶圓W之TiCl4氣體的供應並行地從氣體供應源84B、84E來分別將吹淨氣體(N2氣體)供應至配管85、92。藉由關閉閥V2、V5，則吹淨氣體便會被儲存在氣體儲存槽82B、82E，而讓該氣體儲存槽82B、82E內升壓(圖8，步驟S1)。
之後，關閉閥V1並打開閥V2、V5(時刻t2)。藉此，朝處理容器11內之TiCl4氣體的供應便會停止，且分別儲存在氣體儲存槽82B、82E之吹淨氣體會被供應至氣體供應道6。該吹淨氣體係與TiCl4氣體同樣地會從上部噴淋頭42的氣體噴出口51及第3氣體噴出口53被噴出至第1擴散空間39。因此，該吹淨氣體便會與TiCl4氣體同樣地在第1擴散空間39迅速地擴散，且在第1擴散空間39以高均勻性的濃度分佈並從噴淋板35被噴出。
其結果，未吸附在晶圓W而殘留於處理空間37之TiCl4氣體便會從晶圓W面內之各部的上方同時或是略同時地被去除，而停止該TiCl4氣體朝晶圓W的吸附。該TiCl4氣體會朝排氣導管14被吹淨，且從處理容器11內被去除。如此般地進行吹淨，另一方面，藉由關閉閥V1，則從氣體供應源84A被供應至配管81之TiCl4氣體便會被儲存在氣體儲存槽82A，而使該氣體儲存槽82A內升壓(圖9，步驟S2)。
接著，關閉閥V2、V5並打開閥V4(時刻t3)。藉此，朝氣體供應道6之吹淨氣體的供應便會停止，且被儲存在氣體儲存槽82D之NH3氣體會朝該氣體供應道6被供應，再從上部噴淋頭42的第2氣體噴出口51、第3氣體噴出口53被噴出至第1擴散空間39。有關該NH3氣體，亦與TiCl4氣體、吹淨氣體同樣地會在第1擴散空間39的各部處以高均勻性的濃度分佈，並 從噴淋板35被供應至處理空間37。藉此，晶圓W的面內各部便會被高均勻性地供應有NH3氣體。其結果，在晶圓W的面內高均勻性地吸附之TiCl4氣體的氮化反應便會進行，而形成有作為反應生成物之TiN的薄層。另一方面，藉由關閉閥V2、V5，則從氣體供應源84B、84E分別被供應至配管85、92之吹淨氣體便會被儲存在氣體儲存槽82B、82E，而使該氣體儲存槽82B、82E內升壓(圖10，步驟S3)。
然後，關閉閥V4並打開打開閥V2、V5，各閥係成為與圖9中所說明的步驟S2相同之開閉狀態(時刻t4)。藉由成為上述般的開閉狀態，則朝處理容器11內之NH3氣體的供應便會停止，且分別儲存在氣體儲存槽82B、82E之吹淨氣體會與步驟S2同樣地被供應至氣體供應道6。然後，該吹淨氣體會從上部噴淋頭42被噴出至第1擴散空間39，並進一步地從噴淋板35被噴出。藉由該吹淨氣體的供應，則殘留在處理空間37之未反應的NH3氣體便會從晶圓W面內各部的上方同時或是略同時地被去除而停止氮化反應，藉此晶圓W面內各部中之TiN薄層的厚度便會一致。從晶圓W的上方被去除之NH3氣體會朝排氣導管14被吹淨，而從處理容器11內被去除。如此般地進行吹淨，另一方面藉由關閉閥V4，則從氣體供應源84D被供應至配管91之NH3氣體便會被儲存在氣體儲存槽82D，而使該氣體儲存槽82D內升壓(步驟S4)。
從時刻t4經過特定時間後，關閉閥V2、V5並打開閥V1(時刻t5)，則朝處理容器11內之吹淨氣體的供應便會停止，且儲存在氣體儲存槽82A之TiCl4氣體會被供應至氣體供應道6。亦即再次進行上述步驟S1。因此，上述吹淨的結束時刻t5便亦為開始上述TiCl4氣體的供應之時刻t1。進行此步驟S1後，會進行上述步驟S2~S4，之後再進一步地進行步驟S1~S4。亦即，以上述步驟S1~S4作為一個循環，並重複進行此循環，則TiN的薄層便會沉積在晶圓W的表面，而成膜有TiN膜。然後，實施特定次數的循環後，與朝處理容器11內之搬入時相反的步驟順序來將晶圓W從處理容器11搬出。
依據此成膜裝置1，係設置有會從噴淋板35上方所形成之第1擴散空間39中心部的上方來供應氣體之上部噴淋頭42。該上部噴淋頭42係具有 垂直地開口之第2氣體噴出口51，以及沿著第1擴散空間39的周圍而成列般地形成有第2氣體噴出口51且斜向地開口於對向面47的外側之第3氣體噴出口53。藉由第2氣體噴出口51來對第1擴散空間39的中心部供應氣體。另一方面，藉由第3氣體噴出口53，亦可對第1擴散空間39的周緣部迅速地供應足夠量的氣體。因此，便可使各氣體高均勻性地分佈在第1擴散空間39。其結果，由於可從噴淋板35以高均勻性的濃度來將氣體供應至晶圓W的面內各部，故可在晶圓W面內形成具有高均勻性的膜厚之TiN膜。又，第3氣體噴出口53雖係開口於凹部，即圓環溝43中第1擴散空間39之中心部附近的側面，但該圓環溝43中第1擴散空間39之周緣部附近的側面會構成朝該周緣部下降之傾斜面44。因此，從第3氣體噴出口53所噴出之氣體便會被抑制滯留在圓環溝43內，從而可在晶圓W面內更確實地形成具有高均勻性的膜厚之TiN膜。
此外，以400℃~700℃範圍內的較高溫度來加熱晶圓W而進行處理時，為了提高晶圓W之膜厚的面內均勻性，且提高晶圓W面內各部之TiN膜的披覆性，較佳宜增加原料氣體的供應流量。設置有前述氣體儲存槽82B、82E，藉此，即便是如上述般地以較大流量來供應原料氣體，而仍能夠藉由將較大流量的吹淨氣體供應至氣體供應道形成部3來在短時間內進行該原料氣體的吹淨。如此般地，當以較大流量來將各氣體供應至第1擴散空間39的情況，被認為若該第1擴散空間39中的氣體流動受到妨礙的話，則晶圓面內各部處的氣體濃度分佈便會容易形成有差異。但如後述評估試驗亦有顯示般，依據上述成膜裝置1的構成，則會防止第1擴散空間39中的氣體滯留，從而可於晶圓W面內進行高均勻性的處理。但即便是不透過各氣體儲存槽來供應氣體的情況，藉由如前述般地使用上部噴淋頭42來供應氣體，即可防止第1擴散空間39中的氣體滯留，從而可於晶圓W面內進行高均勻性的處理。亦即，成膜裝置1亦可為未設置有各氣體儲存槽之構成。
又，藉由從第3擴散空間65延伸之第1連接流道71會從斜向連接於第2擴散空間52的周緣部，則從上述第1專用流道61與第2專用流道62的匯流點P1到第2擴散空間52之氣體流道的長度便會一致。藉由上述般之構成，便可以高均勻性的濃度來將各氣體供應至第2擴散空間52周向上的 各部，且對晶圓W周緣的各部更確實地進行高均勻性的處理。又，藉由形成從第1連接流道71分歧並斜向地沿伸之第2連接流道72，則從上述點P1到第2擴散空間52周緣部的點P2之流道長度與從點P1到第2擴散空間52中心部附近的點P3之流道長度便會一致。藉由上述般之構成，便可對第2擴散空間52的中心部與周緣部高均勻性地供應氣體，且在晶圓W的中心部與周緣部之間更確實地進行高均勻性的處理。
此外，上述實施型態中，亦可構成為頂部49的下面並未設置有圓環溝43，或是構成為使該下面為平坦面，且於該平坦的頂面開口有第2氣體噴出口5及第3氣體噴出口53。但藉由如上述般地設置圓環溝43來引導來自第3氣體噴出口53之氣體的流動，便可更確實地使第1擴散空間39各部中的氣體濃度一致。
圓環溝43的傾斜面44不限於縱剖面觀看下的形狀為直線，而亦可為曲線。又，關於圓環溝43，只要是能夠如此般地引導從第3氣體噴出口53被噴出之氣體，則亦可在周向上被分割。亦即，於周向上相距間隔地形成凹部。然後，關於各凹部，第1擴散空間39之中心部側的側面亦可構成為開口有第3氣體噴出口53，且第1擴散空間39之周緣部側的側面會構成傾斜面。但有關開口有第3氣體噴出口53之凹部，係藉由如上述般地形成為圓環溝43，來使被噴出的氣體在圓環溝43內流動於徑向。藉此，由於可使第1擴散空間39中之徑向氣體的均勻性更高，故較佳。又，上述範例中，第3氣體噴出口53的上游側雖係連接於第2擴散空間52的側邊，但亦可連接於第2擴散空間52的下方。
雖係顯示進行ALD之成膜裝置來作為實施型態，但亦可應用於進行CVD之成膜裝置，此情況下，亦可將處理氣體高均勻性地供應至晶圓W的面內各部來進行成膜處理。又，所使用之氣體的種類亦未侷限於上述範例。進一步地，本揭示之裝置並未侷限於應用在成膜裝置，而亦可應用於會對晶圓W供應處理氣體來進行蝕刻之蝕刻裝置。此外，本說明書所揭示之實施型態應被認為所有要點僅為例示而非用以限制本發明之內容。上述實施型態可在未背離添附的申請專利範圍及其要旨之範圍內，而以各種型態來做省略、置換或變更。
．評估試驗
以下，針對成膜裝置1相關所進行的評估試驗加以說明。評估試驗1係使用成膜裝置1來對晶圓W進行成膜處理，並調查晶圓W面內各部處的膜厚分佈。然後，計算所形成之膜厚的平均值，以及膜厚的範圍(膜厚的最大值-膜厚的最小值)。比較試驗1係使用試驗用的成膜裝置來進行與成膜裝置1相同的試驗。此試驗用的成膜裝置與成膜裝置1之差異點為試驗用的成膜裝置1中，區劃出第1擴散空間39之頂面並未設置有圓環溝43，而是從該頂面突出於下方般地設置有圓形氣體噴出部。該氣體噴出部係沿第1擴散空間39的周向而相距間隔地設置為複數個。然後，該氣體噴出部的側面係沿氣體噴出部的周向而相距間隔地開口有複數氣體噴出口。該氣體噴出部的氣體噴出口係水平地開口，該氣體噴出部在俯視觀看下會放射狀地噴出氣體。
圖12係顯示評估試驗1的結果之晶圓W的俯視圖，圖13係顯示比較試驗1的結果之晶圓W的俯視圖。圖12、圖13中係以等高線來表示晶圓W面內的膜厚分佈。圖13中，係分別以實線、虛線、鏈線來連結成為特定膜厚的點並加以表示，該等各線上的膜厚互為不同。該比較試驗1中，虛線所圍繞之區域係顯現為會對應於氣體噴出部的位置。此被認為係因為第1擴散空間39中，氣體在氣體噴出部的下方區域會較其他區域而難以流動所致。評估試驗1中，由於並未顯現出會成為以虛線、鏈線所示的膜厚之區域，故僅以實線的等高線來表示。此被認為係因為氣體被抑制滯留在第1擴散空間39，而會順利地流動所致。評估試驗1中，膜厚的平均值為95.1Å，膜厚的範圍為1.4Å，比較試驗1中，膜厚的平均值為99.7Å，膜厚的範圍為6.3Å。如此般地，膜厚的平均值雖無很大差異，但關於膜厚的範圍，評估試驗1係較比較試驗1要來得小。因此，由此評估試驗1的結果確認了以成膜裝置1來進行處理，便可提高晶圓W中之膜厚分佈的均勻性。
1‧‧‧成膜裝置
3‧‧‧氣體供應道形成部
6‧‧‧氣體供應道
10‧‧‧控制部
11‧‧‧處理容器
12‧‧‧搬出入口
13‧‧‧閘閥
14‧‧‧排氣導管
15‧‧‧開口部
16‧‧‧排氣管
17‧‧‧排氣機構
18‧‧‧壓力調整機構
21‧‧‧載置台
22‧‧‧加熱器
23‧‧‧支撐組件
24‧‧‧升降機構
25‧‧‧凸緣
26‧‧‧伸縮管
27‧‧‧支撐銷
28‧‧‧升降機構
29‧‧‧貫穿孔
31‧‧‧本體部
32‧‧‧氣體導入部
33‧‧‧頂部形成部
34‧‧‧支撐用突起
35‧‧‧噴淋板
36‧‧‧處理空間形成用突起
37‧‧‧處理空間
38‧‧‧第1氣體噴出口
39‧‧‧第1擴散空間
41‧‧‧對向面
42‧‧‧上部噴淋頭
43‧‧‧圓環溝
44‧‧‧傾斜面
46‧‧‧傾斜面
47‧‧‧對向面
51‧‧‧第2氣體噴出口
52‧‧‧第2擴散空間
53‧‧‧第3氣體噴出口
61‧‧‧第1專用流道
62‧‧‧第2專用流道
63‧‧‧匯流道
64‧‧‧分歧道
65‧‧‧第3擴散空間
71‧‧‧第1連接流道
72‧‧‧第2連接流道
81、85、86、91‧‧‧配管
82A、82B、82D、82E‧‧‧氣體儲存槽
83A~83F‧‧‧流量調整部
84A~84F‧‧‧氣體供應源
87、88‧‧‧節流孔
V1~V6‧‧‧閥
W‧‧‧晶圓

Claims (8)

  1. 一種氣體處理裝置，具有：
    真空容器，係於內部形成真空氛圍；
    載置部，係為了載置基板而設置於該真空容器內；
    對向部，係對向於該載置部，且為了將處理氣體噴淋狀地噴出至該基板來進行氣體處理，而具備有複數第1氣體噴出口；
    該處理氣體的第1擴散空間，係連通於各該第1氣體噴出口且設置在該對向部上方處；
    複數第2氣體噴出口，係為了將該處理氣體噴淋狀地供應至該第1擴散空間的中心部，而在上下方向開口於從上方面臨該第1擴散空間之頂部；
    該處理氣體的第2擴散空間，係連通於各該第2氣體噴出口般地設置在該頂部上方處；
    氣體供應道，係設置於該第2擴散空間上游側，且會將該處理氣體供應至該第2擴散空間；以及
    複數第3氣體噴出口，係為了從該第1擴散空間的中心部側朝周緣部側放射狀地噴出該處理氣體，而在該頂部中各該第2氣體噴出口所開口之區域外側處開口於較該第2氣體噴出口而相對於垂直軸的傾斜較大之斜向，且沿該第1擴散空間的周圍成列地分別連通於該第2擴散空間。
  2. 如申請專利範圍第1項之氣體處理裝置，其中該頂部係形成有凹部；
    關於該凹部，係在該第1擴散空間之中心部附近的側面開口有該第3氣體噴出口；
    關於該凹部，係在該第1擴散空間之周緣部附近的側面構成從該第1擴散空間的中心部側朝周緣部側而下降般地傾斜之傾斜面。
  3. 如申請專利範圍第2項之氣體處理裝置，其中該凹部為圍繞該第2氣體噴出口所開口的區域之環狀溝；
    該第3氣體噴出口係開口於該環狀溝內側的側面；
    該傾斜面為該環狀溝外側的側面。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之氣體處理裝置，其中該對向部中，該第1氣體噴出口的分佈區域係大於該第2氣體噴出口及該第3氣體噴出口的分佈區域。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之氣體處理裝置，其中該氣體供應道係具有從斜向連接於該第2擴散空間之複數傾斜流道。
  6. 如申請專利範圍第5項之氣體處理裝置，其中該傾斜流道具有：
    第1連接流道，俯視觀看下，係從該第2擴散空間的中心部側朝周緣部側所形成，且連接於該第2擴散空間；以及
    第2連接流道，係從該第1連接流道分歧，且在第2擴散空間中，以會連接於較連接有該第1連接流道之位置要更靠中心部附近的位置之方式，而在俯視觀看下，從該第2擴散空間的周緣部側朝中心部側所形成。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之氣體處理裝置，其中該處理氣體係包含第1處理氣體及第2處理氣體；
    該氣體供應道具有：
    第1專用流道，係僅供應有該第1處理氣體及該第2處理氣體當中的該第1處理氣體；
    第2專用流道，係僅供應有該第1處理氣體及該第2處理氣體當中的該第2處理氣體；
    匯流道，為該第1專用流道的下游側與該第2專用流道的下游側所匯流形成；以及
    分歧道，係該匯流道的下游側分歧為複數個所形成，且用以將該處理氣體分別導入至該第2氣體擴散空間。
  8. 一種氣體處理方法，具有以下工序：
    於真空容器內形成真空氛圍之工序；
    將基板載置於該真空容器內所設置的載置部之工序；
    從對向於該載置部之對向部所設置的複數第1氣體噴出口來將處理氣體噴淋狀地噴出至該基板，以進行氣體處理之工序；
    將該處理氣體供應至連通於各該第1氣體噴出口且設置在該對向部上方處之該處理氣體的第1擴散空間之工序；
    從複數第2氣體噴出口將該處理氣體噴淋狀地供應至該第1擴散空間的中心部之工序，該第2氣體噴出口係在上下方向開口於從上方面臨該第1擴散空間之頂部；
    從氣體供應道將該處理氣體供應至該第2擴散空間之工序，該氣體供應道係設置於連通於各該第2氣體噴出口般地設置在該頂部上方處之該處理氣體的第2擴散空間上游側；
    從分別連通於該第2擴散空間之複數第3氣體噴出口將該處理氣體從該第1擴散空間的中心部側朝周緣部側放射狀地噴出之工序，該第3氣體噴出口係在該頂部中各該第2氣體噴出口所開口之區域外側處開口於較該第2氣體噴出口而相對於垂直軸的傾斜較大之斜向，且沿該第1擴散空間的周圍成列地分別連通於該第2擴散空間。
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