TWI464801B - 基板處理裝置、基板處理方法及記憶媒體 - Google Patents

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Description

基板處理裝置、基板處理方法及記憶媒體
本發明係關於一種藉由在真空容器內依序地將會相互反應之複數個反應氣體供給到基板表面且執行此供給循環來層積反應產物的層而形成薄膜之基板處理裝置、基板處理方法及記憶有該基板處理方法之記憶媒體。
作為半導體製程之成膜方法，已知有一種藉由於真空氣氛下將至少2種反應氣體依序供給至基板(半導體晶圓，以下稱為「晶圓」)來形成薄膜之方法。具體來說，該方法係使得第1反應氣體吸附於晶圓表面，然後將供給氣體切換為第2反應氣體，以藉由兩氣體的反應而於晶圓表面形成1層或複數層之原子層或分子層之循環，並藉由進行多次(例如數百次)的該循環，來層積該等層而於晶圓上形成薄膜之製程。該製程被稱作例如ALD(Atomic Layer Deposition)或MLD(Molecular Layer Deposition)等，相較於以往所使用之CVD(Chemical Vapor Deposition)法，能對應循環次數來高精密度地進行膜厚控制，同時膜質的面內均勻性亦良好，而為一種能有效地對應半導體元件之薄膜化的方法。
實施該成膜方法的裝置已知有例如專利文獻1~8所揭示之裝置。針對該等裝置概略地說明：該裝置之真空容器內係設置有用以將複數片晶圓排列載置在圓周方向(旋轉方向)之載置台，以及對向該載置台而設置於真空容器上部，並用以將處理氣體(反應氣體)供給至晶圓之複數個氣體供給部。
將晶圓載置於載置台並將真空容器內減壓至特定的處理壓力且將晶圓加熱的同時，將載置台與上述氣體供給部繞鉛直軸周圍相對地旋轉。又，從複數個氣體供給部將例如上述第1反應氣體及第2反應氣體分別供給至晶圓表面的同時，在供給反應氣體之氣體供給部彼此之間設置物理性的區隔壁，或將惰性氣體作為氣體簾幕而吹出。藉以將真空容器內第1反應氣體所形成之處理區域與第2反應氣體所形成之處理區域加以區劃。
雖然上述方式係將複數種反應氣體同時供給至共通的真空容器內，但藉由將各處理區域加以區劃以使該等反應氣體不會在晶圓上混合。因此，從載置台上的晶圓觀之，例如上述第1反應氣體及第2反應氣體會介隔著上述區隔壁或氣體簾幕而依序地被供給。因此，便例如不用在每次切換供給至真空容器內之反應氣體的種類時皆需置換真空容器內的氣氛。又，可高速地切換供給至晶圓之反應氣體，且迅速地進行上述方法之成膜處理。
然而，上述成膜裝置會因載置台及氣體供給部之相對旋轉所形成之氣流與氣體供給部及排氣口的位置關係所形成之氣流相互組合，而在晶圓表面上產生氣體的流動，且會因載置台之徑向位置而使得該相對旋轉的圓周速度產生變化。晶圓面內之氣流和通常的葉片式真空處理裝置相比均勻性較低。因此，雖原本為一種可進行高面內均勻性的成膜處理之ALD法，但上述成膜裝置會有無法充分發揮其優點之虞。
又再者，伴隨著半導體元件的圖案微細化，而要求對圖案(凹部)的填補需有良好的特性。因此，針對凹部之寬深比高的情況，為了在利用CVD(Chemical Vapor Deposition)法來形成薄膜並填補後將內部所形成之空洞塞住，已知有一種利用例如退火處理來使薄膜流動之方法。然而，該方法係在進行成膜並填補凹部後進行退火處理。因此為了將凹部內所形成之空洞塞住，而需要較高的加熱溫度與較長的處理時間。因而成為產能降低的其中一因素，且亦有對已形成之元件構造造成大的熱損傷之疑慮。
雖然上述ALD法的填補特性極為優異，但由於薄膜非常地細緻，故在退火後薄膜會無法流動。ALD法在凹部的寬深比太大或為倒錐形時，雖有在填補部分處產生空洞之情況，但此時會因退火而造成流動性不佳，結果便有無法良好地進行填補之虞。又，對於此類ALD法亦必須有能夠有效地降低例如薄膜中所含有的有機物等不純物之技術。
專利文獻9中揭示了一種技術，其係為了在晶圓表面形成源極區域或汲極區域，而將複數片晶圓配置在旋轉台上的圓周方向，並使支撐該旋轉台之旋轉臂繞著軸周圍旋轉，同時將離子束注入該旋轉台上的晶圓。將離子束之全部注入量的1/4注入晶圓且使晶圓朝圓周方向旋轉(自轉)90度，接著再次注入1/4且使晶圓進一步旋轉90度，藉由如此地在晶圓旋轉1周的期間注入全部的注入量，來將離子均勻地注入相對於旋轉台的來回直線運動而朝向各種方向之電晶體。然而，專利文獻9中並未教示任何有關進行ALD的裝置之上述問題及解決方法。
專利文獻10中雖揭示了藉由ALD法來形成SiO2 絕緣膜時，係在供給Si原料氣體後供給臭氧氣體，接著再供給水蒸氣之技術，但對於上述問題並未有任何的揭示。
專利文獻1：美國專利第6634314號公報
專利文獻2：日本特開2001-254181號公報
專利文獻3：日本專利第3144664號公報
專利文獻4：日本特開平4-287912號公報
專利文獻5：美國專利第7153542號公報
專利文獻6：日本特開2007-247066號公報
專利文獻7：美國專利第2007-218701號公開公報
專利文獻8：美國專利第2007-218702號公開公報
專利文獻9：日本特開平5-152238號公報
專利文獻10：日本特開2006-269621號公報
本發明之目的在於提供一種藉由使旋轉台上的基板相對於氣體供給部而相對地公轉，並將至少2種會相互反應的反應氣體依序地供給至基板表面以進行成膜處理時，能獲得高面內均勻性及良好的膜質(對凹部之良好的充填特性或不純物較少的薄膜)之基板處理裝置、基板處理方法及記憶有該基板處理方法之記憶媒體。
為解決上述問題，本發明之基板處理裝置，係藉由在真空容器內依序地將會相互反應之至少2種反應氣體供給到基板表面且執行此供給循環來層積反應產物的層而形成薄膜，該基板處理裝置係具有：成膜裝置，係對基板進行成膜處理；真空搬送室，係氣密地連接於該成膜裝置；搬送機構，係設置於該真空搬送室內，而在該成膜裝置與該真空搬送室之間搬送基板；熱處理裝置，係具有氣密連接於該真空搬送室並於其內部設置有基板載置台之處理容器，以及設置於該處理容器內而用以對該基板載置台上的基板進行熱處理之機構；自轉機構，係設置於該真空搬送室內或該熱處理裝置內，而用以使該搬送機構上所載置之基板繞鉛直軸周圍自轉；以及控制部，係輸出控制訊號，以對基板進行薄膜形成處理；該成膜裝置係具有：旋轉台，係設置於該真空容器內；複數個反應氣體供給機構，係對向於該旋轉台的上面且相間隔地設置於該旋轉台的圓周方向，而用以對基板表面分別供給複數種反應氣體；分離區域，係為了將自該等複數個反應氣體供給機構分別供給有反應氣體之複數個處理區域彼此之間的氣氛加以區隔，而設置於該旋轉台的圓周方向上之該等處理區域之間，並用以自分離氣體供給機構供給分離氣體；旋轉機構，係使該反應氣體供給機構以及分離氣體供給機構與該旋轉台繞鉛直軸周圍相對地旋轉；基板載置區域，係為了能藉由該旋轉機構的旋轉來使基板依序地位於該複數個處理區域及該分離區域，而沿著該旋轉機構的旋轉方向形成於該旋轉台；以及真空排氣機構，係將該真空容器內真空排氣；該控制部係輸出控制訊號而在薄膜形成處理的中途藉由該旋轉機構來停止相對旋轉、藉由該搬送機構來將基板從該真空容器取出，並藉由該自轉機構來改變基板的方向。
又，為解決上述問題，本發明之基板處理方法，係藉由在真空容器內依序地將會相互反應之至少2種反應氣體供給到基板表面且執行此供給循環來層積反應產物的層而形成薄膜，其包含有以下步驟：將基板載置在成膜裝置之真空容器內所設置的旋轉台上之基板載置區域；從對向於該旋轉台的上面且相間隔地設置於該旋轉台的圓周方向之複數個反應氣體供給機構，分別供給反應氣體到該旋轉台上之基板載置區域側的面；為了將自該等複數個反應氣體供給機構分別供給有反應氣體之複數個處理區域彼此之間的氣氛加以區隔，而自分離氣體供給機構對著該旋轉台的圓周方向上之該等處理區域之間所設置之分離區域來供給分離氣體，以阻止該反應氣體侵入至該分離區域；接下來，藉由旋轉機構來使該反應氣體供給機構以及該分離氣體供給機構與該旋轉台繞鉛直軸周圍相對地旋轉，來使基板依序地位於該複數個處理區域及該分離區域而層積反應生成物的層以形成薄膜；在該薄膜成膜步驟的中途，藉由該旋轉機構來停止相對旋轉，並從氣密地連接於該成膜裝置之真空搬送室，而藉由該真空搬送室內所設置之搬送機構來將該基板從成膜裝置取出，並藉由氣密連接於該真空搬送室內或該真空搬送室之熱處理裝置內所設置的自轉機構來使該基板繞鉛直軸周圍自轉而改變其方向；將為了改變該基板的方向而從該成膜裝置取出之基板搬入至該熱處理裝置內，以對該基板進行熱處理。
依據本發明，於具有成膜裝置之基板處理裝置中，係在成膜裝置內對基板進行製程處理的途中，將基板取出至氣密地連接於該成膜裝置之真空搬送室並使其繞鉛直軸周圍自轉來改變其方向，同時對該基板進行熱處理。成膜裝置內之基板面內的氣體流動不均勻會被緩和，其結果便可進行基板處理而在遍佈面內進行膜或膜質的高均勻性之成膜處理。又，由於係在製程處理的中途進行矽烷醇化處理或熱處理，因此可獲得對凹部的充填特性或薄膜的不純物濃度低之良好膜質的薄膜。
針對本發明之實施形態參照圖式加以說明。
本發明第1實施形態基板處理裝置，參照圖1加以說明。該基板處理裝置具有：成膜裝置101，係用以對基板(例如半導體晶圓，以下僅稱為「晶圓」)W進行矽氧化膜所構成的薄膜之成膜處理；熱處理裝置102，係用以對晶圓W進行退火處理(熱處理)；真空搬送室103，係氣密地連接於該等成膜裝置101與熱處理裝置102之間。成膜裝置101與熱處理裝置102之間的壁面，如後所述，係形成有用以進行晶圓W的收送之搬送口15。該真空搬送室103內係透過設置有例如蝶閥所構成的壓力調整部之排氣管，並藉由真空幫浦(兩者皆未圖示)而維持在特定的真空度。
該真空搬送室103內設置有用以進行晶圓W的收送之搬送機構(2座真空搬送臂104)，該等真空搬送臂104、104可分別繞鉛直軸周圍自由地旋轉，並可將晶圓W保持於水平而可相對於成膜裝置101、熱處理裝置102及後述預抽腔室105自由地進退所構成。又，真空搬送室103內，於2座真空搬送臂104、104可分別存取之位置(例如在位於2座真空搬送臂104、104的中間位置而接近成膜裝置101之位置)處，如圖2中亦有顯示般地，係設置有自轉機構132，該自轉機構132係由用以將保持於真空搬送臂104上之晶圓W從內面側頂起而使該晶圓W繞鉛直軸周圍旋轉之昇降軸130，以及將該昇降軸130從下側繞鉛直軸周圍自由旋轉及自由昇降地予以保持之驅動部131所構成。該自轉機構132係用以在後述成膜裝置101中，於成膜途中對晶圓W改變其方向並繼續進行成膜者。圖1中係將真空搬送臂104簡略地描繪，又圖2中僅描繪1座搬送臂104。
又，真空搬送室103的側壁係透過可在大氣氣氛與真空氣氛間進行氣氛的切換之2個預抽腔室(預備真空室)105，而連接於內部設置有大氣搬送臂106之大氣搬送室107。該大氣搬送臂106可繞鉛直軸周圍自由旋轉、自由昇降、自由進退且可沿著2個預抽腔室105、105水平地自由移動所構成。圖1中，元件符號108係容納有例如25片晶圓W而稱為晶圓匣盒之密閉型搬送容器，晶圓W係從該搬送容器108藉由大氣搬送臂106而被取出至大氣搬送室107，並經由預抽腔室105及真空搬送室103而藉由真空搬送臂104被搬送至成膜裝置101或熱處理裝置102。圖1中，元件符號G為閘閥。
針對上述熱處理裝置102加以說明。該熱處理裝置102如圖3所示，係具有處理容器111與設置於該處理容器111內之基板載置台112。該載置台112係具有埋設有用以將晶圓W加熱至100℃~450℃，較佳為350℃的加熱機構113(例如加熱器)之支撐台114，以及設置於該支撐台114上之靜電夾頭115。載置台112的內部設置有將晶圓W從內面側頂起而昇降之收送機構(例如3根昇降銷119)，該昇降銷119連接有將昇降銷119從下側自由昇降而支撐之昇降裝置121。該載置台112的內部形成有用以讓昇降銷119昇降之貫穿孔120。昇降銷119係藉由昇降裝置121而昇降，而在上述真空搬送臂104與昇降銷119之間進行晶圓W的收送所構成。圖3中，元件符號128係氣密地連接於昇降銷119與處理容器111底面之間的波紋管。
載置台112周圍之地面係形成有排氣口123。從該排氣口123伸出之排氣管124係透過例如蝶閥等壓力調整機構(未圖示)而連接有真空幫浦等真空排氣機構125。又，處理容器111的側壁連接有用以供給非活性氣體(例如N2 (氮氣))到該處理容器111內之氣體供給通道127。如後所述，係以對晶圓W進行熱處理時可供給非活性氣體之型態所構成。圖1中元件符號122為搬送口。
接下來，針對上述成膜裝置101詳細地敘述。該成膜裝置101係具有如圖4~圖6所示之俯視形狀為接近圓形的扁平狀真空容器1，以及設置於該真空容器1內並於真空容器1的中心具有旋轉中心之旋轉台2。真空容器1係具有用以收納該旋轉台2之略呈杯型的容器本體12，以及將該容器本體12上面的開口部氣密封閉般地之圓板狀頂板11。該頂板11係經由環狀地設置於容器本體12上面的周緣部之密封組件(例如O型環13)而氣密地連接於容器本體12側。頂板11係藉由開閉機構(未圖示)而昇降並被加以開閉。
旋轉台2係以中心部固定於圓筒狀核心部21。核心部21係固定於朝鉛直方向延伸之旋轉軸22上端。旋轉軸22係貫穿真空容器1的底面部14，其下端係裝設於使旋轉軸22繞鉛直軸旋轉(本例中為順時針方向)之旋轉機構(驅動部23)。旋轉軸22及驅動部23係收納於上面具有開口的筒狀殼體20內。殼體20係經由設置於其上面的凸緣部分而氣密地裝設於真空容器1的底面部14下面，以維持殼體20的內部氣氛與外部氣氛之氣密狀態。
如圖5及圖6所示，旋轉台2的表面部沿著旋轉方向(周圍方向)設置有用以載置複數片，例如5片基板之半導體晶圓(以下稱為「晶圓」)W的圓形凹部24。該凹部24係藉由旋轉台2的旋轉而以旋轉台2的旋轉中心為中心來繞鉛直軸公轉之結構。圖6為了方便，僅在1個凹部24處描繪出晶圓W。圖7A及7B係將旋轉台2沿著同心圓裁切並橫向展開的展開圖。凹部24如圖7A所示，其直徑係僅較晶圓W的直徑略大(例如大4mm)，又其深度係設定為與晶圓W厚度相同的大小。因此，當晶圓W落入至凹部24時，則晶圓W的表面會與旋轉台2的表面(未載置有晶圓W的區域)對齊。晶圓W表面與旋轉台2表面之間的高度差過大時，該段差部分會產生壓力變動，因此使晶圓W表面與旋轉台2表面的高度一致有助於統一膜厚的面內均勻性。所謂使晶圓W表面與旋轉台2表面的高度一致係指高度相同或兩面的差在5mm以內，但只要能對應於加工精密度等，兩面的高度差在趨近於零較佳。在凹部24的底面處形成有供支撐晶圓W的內面並用以升降晶圓W之例如後述的3根升降銷16(參照圖9)貫通之貫通孔(未圖示)。
凹部24係用以定位晶圓W以使得晶圓W不會因旋轉台2旋轉所產生的離心力而飛出，雖為相當於本發明的基板載置區域之部位，但該基板載置區域(晶圓載置區域)並不限於凹部，而可為例如於旋轉台2表面沿著晶圓W的圓周方向併排地設置有複數個引導晶圓W周緣的引導組件之結構。抑或在旋轉台2側設置靜電夾具等之夾具機構以吸附晶圓W時，則藉由該吸附來載置有晶圓W的區域便成為基板載置區域。
如圖5、圖6及圖8所示，在分別對應於旋轉台2之凹部24的通過區域之上位置處，於真空容器1的圓周方向(旋轉台2的旋轉方向)相隔地設置有例如分別由石英所構成之第1反應氣體噴嘴31、第2反應氣體噴嘴32、2根分離氣體噴嘴41、42及補助噴嘴200。本例中，從後述搬送口15觀之，分離氣體噴嘴41、第1反應氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴42、補助噴嘴200及第2反應氣體噴嘴32係以該順序而順時針方向(旋轉台2的旋轉方向)地設置。該等噴嘴41、31、42、200、32係於真空容器1的側壁處，而依序地裝設在從幾乎對向於搬送口15之位置到接近搬送口15的該旋轉方向上游側之位置。該等反應氣體噴嘴31、32、補助噴嘴200及分離氣體噴嘴41、42係以例如從真空容器1外周壁朝向旋轉台2的旋轉中心而對向於晶圓W水平地延伸之方式裝設呈線狀，其基端部(氣體導入埠31a、32a、200a、41a、42a)係貫穿外周壁。
該等反應氣體噴嘴31、32、補助噴嘴200係分別成為第1反應氣體供給機構、第2反應氣體供給機構及補助氣體供給機構，而分離氣體噴嘴41、42則成為分離氣體供給機構。該等噴嘴31、32、200、41、42係裝設於真空容器1側壁的複數處所形成之貫穿孔100。未裝設有噴嘴31、32、200、41、42之貫穿孔100則藉由覆蓋組件(未圖示)來氣密地密封。
反應氣體噴嘴31、32係藉由配設有閘閥或流量調整部(未圖示)的氣體供給管31b、32b而供給有第1反應氣體(BTBAS(二(特丁胺基)矽烷)氣體)及第2反應氣體(O3 (臭氧)氣體)。補助噴嘴200則藉由配設有閘閥或流量調整部(未圖示)之氣體供給管200b而供給有具有羥基(OH基)之矽烷醇化用補助氣體(例如醇類(R-OH，R：烷基))、純水(H2 O)或過氧化氫(H2 O2 )，該例中係供給有乙醇(C2 H5 OH)氣體。又，分離氣體噴嘴41、42係藉由配設有閘閥或流量調整部(未圖示)之氣體供給管而供給有分離氣體(N2 氣體(氮氣))。
反應氣體噴嘴31、32係於噴嘴的長度方向(旋轉台2的半徑方向)等間隔地(例如相隔10mm)排列設置有朝向正下方而用以將反應氣體向下側噴出的氣體噴出孔33(例如口徑0.5mm)。又，補助噴嘴200係於噴嘴的長度方向(旋轉台2的半徑方向)等間隔地(例如相隔10mm)排列設置有朝向正下方而用以將反應氣體向下側噴出的氣體噴出孔201(例如口徑0.5mm)。分離氣體噴嘴41、42係於長度方向等間隔地(例如相隔10mm左右)穿設有朝向正下方而用以將分離氣體向下側噴出的氣體噴出孔40(例如口徑0.5mm)。
反應氣體噴嘴31、32之氣體噴出孔33與晶圓W間的距離為例如1~4mm，較佳為2mm；補助噴嘴200之氣體噴出孔201與晶圓W間的距離為例如1~4mm，較佳為2mm。又，分離氣體噴嘴41、42之氣體噴出孔40與晶圓W間的距離為例如1~4mm，較佳為3mm。反應氣體噴嘴31、32下方區域係分別成為使BTBAS氣體吸附在晶圓W之第1處理區域91及使O3 氣體吸附在晶圓W之第2處理區域92。又，補助噴嘴200下方區域係成為用以使乙醇氣體與吸附在晶圓W上之BTBAS氣體發生反應而產生中間生成物之補助區域90。
分離氣體噴嘴41、42係形成用以分離該第1處理區域91、補助區域90及第2處理區域92之分離區域D。該分離區域D之真空容器1的頂板11如圖5~圖7B所示，係設置有以旋轉台2的旋轉中心為中心且於圓周方向將沿著真空容器1內周壁的附近所描繪之圓分割所構成而平面形狀為扇形並向下方突出之凸狀部4。分離氣體噴嘴41、42係被收納於凸狀部4以該圓的圓周方向中央而向圓的半徑方向延伸所形成之溝部43內。亦即，從分離氣體噴嘴41(42)中心軸至凸狀部4的扇形兩緣(旋轉台2之旋轉方向上游側的邊緣及下游側的邊緣)的距離係設定為相同長度。
溝部43在本實施形態中係將凸狀部4二等分。但其他實施形態中，例如從溝部43觀之，亦可以凸狀部4之旋轉台2的旋轉方上游側較該旋轉方向下游側要寬廣之方式來形成溝部43。
因此，分離氣體噴嘴41、42的該旋轉方向兩側係存在有該凸狀部4的下面(例如平坦的低頂面44(第1頂面))，頂面44的該旋轉方向兩側則存在有較頂面44更高的頂面45(第2頂面)。凸狀部4的功能係與旋轉台2之間形成狹窄空間(分離空間)，以阻止第1反應氣體及第2反應氣體的侵入，並阻止該等反應氣體的混合。
亦即，以分離氣體噴嘴41為例，係阻止乙醇氣體及O3 氣體從旋轉台2之旋轉方向上游側侵入，並阻止BTBAS氣體從旋轉方向下游側侵入。所謂的「阻止氣體的侵入」係指分離氣體噴嘴41所噴出之分離氣體(N2 氣體)在第1頂面44與旋轉台2的表面之間擴散，本例中係向鄰接於該第1頂面44之第2頂面45的下側空間噴出，藉此使得來自鄰接空間的氣體無法侵入的意思。然後，所謂「氣體無法侵入」並不僅指從鄰接空間完全無法進入至凸狀部4下側空間的情況，而亦指雖然有少許侵入，但是分別從兩側侵入之乙醇氣體及O3 氣體與BTBAS氣體無法在凸狀部4內交會的情況，只要有這樣的作用，便可以發揮分離區域D之角色功能(補助區域90的氣氛及第1處理區域P1與第2處理區域P2的氣氛的分離作用)。因此狹窄空間的狹隘程度係設定為狹窄空間(凸狀部4的下方空間)與鄰接於空間之區域(本例中為第2頂面45的下方空間)的壓力差為可確保「氣體無法侵入」作用之大小程度，其具體尺寸可依凸狀部4的面積等而異。又，吸附在晶圓W的氣體當然能通過分離區域D內，所指阻止氣體的侵入係指氣相中的氣體。此處，乙醇氣體與O3 氣體之間未設置有分離區域D。該等兩氣體會在至後述排氣口62為止相互混合，但不會對晶圓W有不好的影響。
本例中，係以直徑300mm的晶圓W作為被處理基板。該情況下，凸狀部4在與旋轉台2之旋轉中心相距140mm的外周側部位(與後述突出部5的交界部位)，其圓周方向的長度(與旋轉台2為同心圓之圓弧長度)為例如146mm，而於晶圓W的載置區域(凹部24)之最外側部位，其圓周方向的長度為例如502mm。又，如圖7A所示，在外側部位處，從分離氣體噴嘴41(42)兩側至分別位於左右的凸狀部4之圓周方向的長度L為246mm。
如圖7A所示，凸狀部4的下面，亦即頂面44至旋轉台2表面的高度h可為例如約0.5mm~約10mm，以約4mm為佳。此時，旋轉台2的轉速係設定為例如1rpm~500rpm。為了確保分離區域D的分離功能，宜配合旋轉台2轉速的使用範圍等，而基於例如實驗等來設定凸狀部4的大小，或凸狀部4的下面(第1頂面44)與旋轉台2表面之高度h。又，分離氣體不限於氮氣(N2 )而可利用氬氣(Ar)氣體等惰性氣體，但不限於此類氣體而亦可為氫氣(H2 )等，只要是對成膜處理不會造成影響的氣體，關於氣體種類並未特別限制。
另一方面，頂板11的下面沿著該核心部21的外周設置有與較旋轉台2之核心部21要更外周側的部位呈對向之突出部5。突出部5係接連著凸狀部4之旋轉台2的旋轉中心側的部位而形成，其下面係與凸狀部4的下面(頂面44)為相同高度。圖5及圖6係顯示於較該頂面45要低且較分離氣體噴嘴41、42要高的位置處將頂板11水平地剖切。突出部5與凸狀部4不限於一體成型，而亦可為分別的個體。
真空容器1之頂板11的下面，亦即從旋轉台2的晶圓載置區域(凹部24)所見之頂面，如上所述，係於圓周方向存在有第1頂面44與較該頂面44要高之第2頂面45。圖4係顯示設置有高頂面45之區域的縱剖面，圖10係顯示設置有低頂面44之區域的縱剖面。扇形凸狀部4的周緣部(真空容器1的外緣側部位)如圖5及圖10所示，係形成有對向於旋轉台2的外端面而彎曲呈L形之彎曲部46。扇形凸狀部4係設置於頂板11側，並可自容器本體12卸下。彎曲部46的外周面與與容器本體12之間存在有極微小的間隙。設置彎曲部46的目的亦與凸狀部4同樣地，係為了防止來自兩側之反應氣體的侵入以防止兩反應氣體之混合。彎曲部46內周面與旋轉台2外端面之間的間隙，以及彎曲部46外周面與容器本體12之間的間隙係設定為與相對於旋轉台2表面之頂面44的高度h相同的尺寸。本例中，從旋轉台2的表面側區域可見到彎曲部46的內周面係構成真空容器1的內周壁。
容器本體12的內周壁於分離區域D處如圖10所示，係接近該彎曲部46的外周面而形成為垂直面，而於分離區域D以外的部位處則如圖4所示，係例如從對向於旋轉台2外端面之部位橫跨底面部14而成為縱剖面形狀具有矩形缺角並向外側凹陷之構造。將該凹陷部位與上述第1處理區域91及第2處理區域92相連通的區域分別稱為第1排氣區域E1及第2排氣區域E2。該等第1排氣區域E1及第2排氣區域E2的底部如圖4及圖6所示，係分別形成有第1排氣口61及第2排氣口62。第1排氣口61及第2排氣口62如上述圖4所示，係經由配設有閘閥65之排氣管63而連接至真空排氣機構(例如真空幫浦64)。
為了確實發揮分離區域D的分離作用，該等排氣口61、62從俯視方向來看時係設置於該分離區域D的該旋轉方向兩側。詳而言之，從旋轉台2之旋轉中心觀之，係在第1處理區域91與相對於該第1處理區域91而鄰接於例如旋轉方向下游側之分離區域D之間形成有第1排氣口61，而從旋轉台2之旋轉中心觀之，係在第2處理區域92與相對於該第2處理區域92而鄰接於例如旋轉方向下游側之分離區域D之間則形成有第2排氣口62。排氣口61的設置位置係為了專門進行BTBAS氣體的排氣，又排氣口62的設置位置係為了專門進行乙醇氣體與O3 氣體的排氣。本例中，其中一排氣口61係設置於第1反應氣體噴嘴31與相對於該反應氣體噴嘴31而鄰接於該旋轉方向下游側的分離區域D之第1反應氣體噴嘴31側的邊緣延長線之間，而另一排氣口62係設置於第2反應氣體噴嘴32與相對於該反應氣體噴嘴32而鄰接於旋轉方向下游側的分離區域D之第2反應氣體噴嘴32側的邊緣延長線之間。亦即，第1排氣口61係設置於圖6中的直線L1(以一點虛線所示而通過旋轉台2中心與第1處理區域91)，與直線L2(通過旋轉台2中心與鄰接於該第1處理區域91下游側之分離區域D的上游側邊緣)之間，而第2排氣口62係位於該圖6中的直線L3(以二點虛線所示而通過旋轉台2中心與第2處理區域92)，與直線L4(通過旋轉台2中心與鄰接於該第2處理區域92下游側之分離區域D的上游側邊緣)之間。
排氣口的設置數不限於2個，例如亦可在包含有分離氣體噴嘴42的分離區域D與相對於該分離區域D而鄰接於該旋轉方向下游側的第2反應氣體噴嘴32之間再增設第3個排氣口，此情況下亦可在噴嘴200、32間的區域設置有排氣口。再者，亦可在噴嘴200、32間的區域形成有分離區域D，以分別將乙醇氣體與O3 氣體專門地排氣。
又，排氣口的設置數亦可為4個以上。本例中雖係藉由將排氣口61、62設置於較旋轉台2要低的位置來將氣體從真空容器1內周壁與旋轉台2周緣間的間隙排除，但排氣口61、62不限於設置在真空容器1的底面部，而亦可設置在真空容器1的側壁。又，將排氣口61、62設置在真空容器1的側壁時，亦可設置在較旋轉台2要高的位置。藉由以上述方式來設置排氣口61、62，則旋轉台2上的氣體會流向旋轉台2外側，因此與從對向於旋轉台2之頂面來排氣時的情況相比，對抑制微塵粒子被吹起的觀點來看較為有利。
如圖4及圖11所示，加熱機構(加熱器單元7)係設置於該旋轉台2與真空容器1的底面部14之間的空間，並透過旋轉台2來將旋轉台2上的晶圓W加熱至製程配方所決定的溫度。於該旋轉台2周緣附近的下側，為了將從旋轉台2的上方空間至排氣區域6的氣氛與設置有加熱器單元7的氣氛區隔開來，而將加熱器單元7整圈圍繞地設置有覆蓋組件71。該覆蓋組件71的上緣係向外側彎曲形成為凸緣狀，藉由縮小其彎曲面與旋轉台2下面間的間隙，可抑制氣體從外側侵入至覆蓋組件71內。
位在較設置有加熱器單元7之空間更接近旋轉中心的部位之底面部14，係接近旋轉台2下面的中心部附近及核心部21，而於其之間成為狭窄空間。又，貫穿該底面部14之旋轉軸22的貫穿孔處，其內周面與旋轉軸22的間隙亦非常狭窄。該等狭窄空間係連通至該殼體20內。該殼體20係設置有用以將吹淨氣體(N2 氣體)供給至該狹窄空間內並進行吹淨之吹淨氣體供給管72。又，真空容器1的底面部14於加熱器單元7下側位置之圓周方向的複數部位處，係設置有用以吹淨加熱器單元7的設置空間之吹淨氣體供給管73。
藉由如此地設置吹淨氣體供給管72、73，如圖12中以箭頭來表示吹淨氣體的流動般，藉由N2 氣體來吹淨從殼體20內至加熱器單元7之設置空間的空間，該吹淨氣體係從旋轉台2與覆蓋組件71之間的間隙經由排氣區域E而從排氣口61、62被排氣。藉此可防止BTBAS氣體或O3 氣體(乙醇氣體)從上述第1處理區域91與第2處理區域92中的一者經由旋轉台2下方而進入另一者，故該吹淨氣體亦可達成分離氣體的功效。
又，分離氣體供給管51係連接於真空容器1之頂板11的中心部，以向頂板11與核心部21之間的空間52供給分離氣體(N2 氣體)。被供給至該空間52之分離氣體係經由該突出部5與旋轉台2之間的狹窄間隙50而沿著旋轉台2之晶圓載置區域側的表面朝向周緣被噴出。被該突出部5圍繞的空間充滿了分離氣體。可防止反應氣體(BTBAS氣體與O3 氣體(乙醇氣體))在第1處理區域91與第2處理區域92之間經由旋轉台2的中心部而發生混合。亦即，為了分離第1處理區域91的氣氛與第2處理區域92的氣氛及補助區域90的氣氛，該成膜裝置可具有藉由旋轉台2之旋轉中心部與真空容器1而被加以區劃，並利用分離氣體來吹淨，且沿著該旋轉方向形成有將分離氣體噴出至旋轉台2表面的噴出口之中心部區域C。此處所指的噴出口係相當於該突出部5與旋轉台2的狹窄間隙50。
再者，如圖5、圖6及圖9所示，真空容器1的側壁形成有用以在外部的搬送臂10(上述真空搬送臂104)與旋轉台2之間進行晶圓W的收送之搬送口15。該搬送口15係藉由閘閥G而加以開閉。又，旋轉台2之晶圓載置區域(凹部24)係在面臨搬送口15的位置來與搬送臂10之間進行晶圓W的收送。在旋轉台2的下側對應於該收送位置的部位，設置有用以貫穿凹部24並將晶圓W從內面提昇之收送用昇降銷16的昇降機構(未圖示)。
又，該成膜裝置如上述圖4所示，係設置有用以進行裝置整體作動的控制之電腦構成的控制部80。該控制部80具有CPU、記憶體及處理程式。該記憶體針對每個製程配方(recipe)皆設有寫入有噴嘴31、32、200、41、42所供給之BTBAS氣體、O3 氣體、乙醇氣體及N2 氣體的流量、真空容器1內的處理壓力、供給至加熱器單元7及加熱機構113之電功率值(晶圓W的加熱溫度)，再者對晶圓W進行成膜之薄膜的目標膜厚T及後述矽氧化膜之成膜處理進行次數N、在自轉機構132中使晶圓W自轉之自轉角度θ等處理條件之區域。上述處理程式係由將寫入記憶體的製程配方讀出，配合該製程配方來將控制訊號傳送至成膜裝置的各部，並藉由進行後述各步驟以進行晶圓W的處理之命令所組成。該程式係從硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡、軟碟等記憶媒體(記憶部85)被安裝至控制部80內。
接下來，針對上述第1實施形態的作用，參照圖13~圖19加以說明。首先，針對在基板處理裝置形成薄膜之晶圓W加以說明。晶圓W的表面平行地形成有數條例如溝槽狀凹部230。圖13中係將形成有凹部230之晶圓W表面部的一部分以剖面來顯示。凹部230的寬深比為例如3~50左右。凹部(圖案)230係用以形成例如STI(Shallow Trench Isolation；淺溝渠隔離)構造，實際上係形成於例如矽基板上。又，該圖案係利用例如層積於晶圓W上層之遮罩層並藉由例如光微影步驟等所形成。凹部230會因光微影步驟中的處理誤差等，而有形成有上端側的開口尺寸較下端側的開口尺寸要寬之錐狀部233或上端側的開口尺寸較下端側的開口尺寸要窄之逆錐狀部234的情況。圖13中係將凹部230形狀變異程度誇張地顯示。
接下來，針對對晶圓W所進行之成膜處理，說明如下。本例中係以在晶圓W表面形成目標成膜量(膜厚)為Tnm(例如80nm)之矽氧化膜所構成的薄膜為例來加以說明。首先，於上述圖1所示之基板處理裝置中，將搬送容器(FOUP)108從外部搬送至具有載置台(未圖示)之搬入搬出埠並連接至大氣搬送室107。藉由開閉機構(未圖示)來將搬送容器108的蓋子打開，並利用大氣搬送臂106來將晶圓W從搬送容器108內取出(步驟S1)。接下來，利用大氣搬送臂106來將晶圓W搬入至預抽腔室105內，並將預抽腔室105內的氣氛從大氣氣氛切換到真空氣氛。接著，開放閘閥G而利用真空搬送臂104(搬送臂10)來將晶圓W取出至真空搬送室103，並經由搬送口15來將晶圓W搬入至成膜裝置101並收送至旋轉台2的凹部24內(步驟S2)。該收送係當凹部24停止在面臨搬送口15的位置時，藉由搬送臂10來將晶圓W搬入至昇降銷16的上方位置，接著昇降銷16會上升來收取晶圓W而進行。
使搬送臂10退到真空容器1的外部，並將昇降銷16下降來將晶圓W容納在凹部24內。此種晶圓W的收送係藉由間歇地旋轉旋轉台2而進行，以分別將晶圓W載置於旋轉台2的5個凹部24內。接下來，使旋轉台2以特定轉速(例如240rpm)順時針方向地旋轉，將閘閥65全部打開並將真空容器1內真空抽氣，且藉由加熱器單元7來將晶圓W加熱至設定溫度(例如350℃)。
接著，調整閘閥65的開合度以使真空容器1內達到特定的真空度，而從第1反應氣體噴嘴31及第2反應氣體噴嘴32來分別供給例如200sccm、10000sccm的BTBAS氣體及O3 氣體至真空容器1內，並從補助噴嘴200來將特定流量(例如100sccm)的乙醇氣體供給至真空容器1內。又，從分離氣體噴嘴41、42來分別供給例如10000sccm、10000sccm的N2 氣體至真空容器1內的，並從分離氣體供給管51及吹淨氣體供給管72以特定的流量將N2 氣體供給至中心部區域C及上述狹窄空間內。
晶圓W係藉由旋轉台2的旋轉，而交互地通過第1處理區域91、補助區域90及第2處理區域92。晶圓W會通過第1處理區域91。則晶圓W表面處，分子層會吸附1層或複數層的BTBAS氣體。
圖15A~圖15D係顯示於逆錐狀凹部230填入有矽氧化膜的樣態。圖15A係為了方便而將BTBAS氣體之分子層241的厚度誇張地顯示。接下來，使晶圓W通過補助區域90。吸附在晶圓W表面之分子層241係依以下的反應式(1)而反應(矽烷醇化)並產生t-丁胺(CH3 C-NH2 )與中間生成物(矽氧烷聚合物(-(Si-O)n-))。
BTBAS+C2 H5 OH→(-(Si-O)n-)+CH3 C-NH2 ↑　式(1)
由於矽氧烷聚合物為叢集狀，不會強力地吸附在晶圓W，故會在晶圓W表面(圖案的內部)成為高黏性狀態而容易流動。因此，如圖15B所示，矽氧烷聚合物會因重力的作用下側而使得層積部分流動成較厚之狀態。例如逆錐狀凹部230中，側面會如同接近垂直般地，亦即底部較寬的程度會被緩和。又，與矽氧烷聚合物所一同地產生之有機物係被例如氣化而排氣至晶圓W的上方。
接下來，晶圓W會通過第2處理區域92。上述矽氧烷聚合物會在晶圓W表面氧化，而形成含有矽與氧之反應生成物(例如膜厚為0.1nm左右之矽氧化膜(SiO2 膜)242)。又，與矽氧化膜242所一同地產生之有機物等不純物係被例如氣化而排氣至晶圓W的上方。此時，反應前的矽氧烷聚合物具有流動性。於該循環所形成之矽氧化膜242的層積部分亦同樣地具有流動性。如此地，藉由使旋轉台2進行特定次數(例如100次)的旋轉(各區域91、90、92中之反應)，則在晶圓W表面會層積有膜厚為目標膜厚T的1/N(N≧2)，該例中為1/8(N=8，80/8=10nm)之矽氧化膜242(步驟S3)。
此時，第1處理區域91、第2處理區域92及補助區域90之間供給有N2 氣體，又中心部區域C處亦供給有分離氣體之N2 氣體。如圖16所示，可使BTBAS氣體與O3 氣體不會相互混合般地將各氣體排氣。又，分離區域D中，彎曲部46與旋轉台2外端面之間的間隙係如上所述地變得狹窄。BTBAS氣體與O3 氣體及乙醇氣體不會經由旋轉台2外側而相互混合。因此，可完全分離第1處理區域91、第2處理區域92及補助區域90的氣氛，而分別從排氣口61將BTBAS氣體排氣，從排氣口62將O3 氣體及乙醇氣體排氣。其結果為，BTBAS氣體與O3 氣體及乙醇氣體即使在氣氛中也不會在晶圓W上相互混合。
又，本例中，沿著設置有反應氣體噴嘴31、32之第2頂面45下側的空間而於容器本體12內周壁處，如上所述般地內周壁係被裁切而變得寬廣。排氣口61、62係位於該寬廣空間的下方。第2頂面45下側的空間的壓力係較第1頂面44下側的狹窄空間及該中心部區域C的各壓力要低。
由於係利用N2 氣體來吹淨旋轉台2的下側，因此完全不會有流入排氣區域E之氣體通過旋轉台2下側而有例如BTBAS氣體流入O3 氣體或乙醇氣體的供給區域之虞。
接下來，停止供給BTBAS氣體或連同BTBAS氣體一起停止供給各氣體(O3 氣體、乙醇氣體及分離氣體)，並停止旋轉旋轉台2來使凹部24位在上述昇降銷16的上方位置。此時，停止供給BTBAS氣體。真空容器1內的BTBAS氣體會被迅速地排氣。即使是停止旋轉台2的旋轉，各晶圓W仍不會受到BTBAS氣體的影響。停止BTBAS氣體的供給後，調整閘閥65的開合度來使例如真空容器1內的真空度為與上述真空搬送室103內的真空度相同的程度，並開放閘閥G來使真空搬送臂104進入至真空容器1內，而藉由與昇降銷16之協動作用來將晶圓W收送至真空搬送臂104。
接下來，如圖17A所示，將真空搬送臂104上的晶圓W移動至自轉機構132的上方位置，並從下側來將昇降軸130頂起至上方以將晶圓W提升。接下來，如圖17B所示，藉由驅動部131來使昇降軸130繞鉛直軸周圍旋轉，以使晶圓W例如順時針方向地旋轉360°/N(該例中為360/8=45°)而改變其方向(步驟S4)。下降昇降軸130來將晶圓W收送至真空搬送臂104，並將晶圓W搬入至熱處理裝置102內而載置並靜電吸附於載置台112上。接下來，調整為了使處理容器111內的真空度達到特定值而設置於排氣管124之蝶閥等壓力調整機構(未圖示)的開合度，並將特定流量的N2 氣體供給至處理容器111內。又，通電至加熱機構113來使載置台112上的晶圓W達到100℃~450℃(較佳為350℃)的設定溫度。則載置台112上所載置之晶圓W會被加熱至設定溫度(步驟S5)。
晶圓W上所成膜之矽氧化膜242會被加熱至上述設定溫度。由於矽氧化膜242的膜中會形成有愈來愈多的Si-O鍵結，而SiOH鍵結愈來愈少，且會被所謂的燒結而使得鍵結變得堅固且更為緻密化，故如上所述地會在底部變寬的程度被緩和之狀態下固化。
又，藉由加熱機構113來將晶圓W加熱。即使矽氧化膜242內殘留有有機物等不純物，該不純物仍會氣化而從矽氧化膜242脫離並排出。此時，即使是不純物進入到矽氧化膜242膜中的情況，矽氧化膜242仍會如上所述地相當地薄。而不純物則會被迅速地排出。
接下來，藉由真空搬送臂104來將晶圓W從熱處理裝置102取出，並確認是否達到目標膜厚T(成膜處理是否達到次數N)(步驟S6)，當未達到目標膜厚T時，則再次將晶圓W搬入至真空容器1並收納在原本的凹部24內。
間歇地旋轉旋轉台2，來對旋轉台2上的其餘4片晶圓W同樣地進行方向改變與加熱處理，針對各晶圓W亦同樣地當未達到目標膜厚T時，則收納在原本的凹部24內。此時，旋轉台2上係於圓周方向載置有晶圓W。例如針對表面的分子層241尚未利用上述乙醇氣體來進行矽烷醇化處理及氧化處理的晶圓W，在從搬送口15取出前係關閉閘閥G並再度開始供給各氣體(BTBAS氣體、乙醇氣體、O3 氣體及N2 氣體)，來使晶圓W順序通過各區域90、92以產生矽氧化膜242，而將晶圓W取出時則停止BTBAS氣體或各氣體的供給。上述步驟S6中是否達成目標膜厚T的確認，例如可針對最初取出的晶圓W而進行，而針對後續其餘4片晶圓W則進行與最初取出之晶圓W相同的處理。
之後將該等晶圓W收納於真空容器1內後，旋轉旋轉台2並調整閘閥65的開合度來使真空容器1內的氣氛達到特定真空度、開始BTBAS氣體及各氣體的供給，且與步驟S3之成膜處理同樣地進行膜厚為10nm(膜厚T/N=80/8)之矽氧化膜242的成膜。此時，如上所述地將各晶圓W順時針方向地旋轉45°。晶圓W會相對於先前所進行成膜處理時的水平姿勢，而以順時針方向地偏移45°之水平姿勢通過噴嘴31、200、32的下方位置(區域91、90、92)，而在晶圓W上形成總計20nm(膜厚T/N×2=80/8×2)的矽氧化膜242。
重複上述各步驟到各晶圓W上形成有目標膜厚T的矽氧化膜242為止。晶圓W在每次形成有10nm的矽氧化膜242(成膜處理的中途)時，會順時針方向地分別改變其方向45°。因此，從成膜前(搬入真空容器1後)的晶圓W觀之，成膜後的晶圓W會順時針方向地自轉315°，而形成有由80nm的矽氧化膜242所構成之薄膜。
將上述成膜處理中之晶圓W的自轉角度與膜厚的關係顯示於圖18。圖18中描繪在之晶圓W上的箭頭係為了概略地顯示晶圓W自轉時的樣態，而從例如進行第1次成膜處理前之位置來顯示晶圓W自轉角度。圖18中的橫軸係顯示各步驟的合計次數。
此處，如上所述地在進行每次成膜處理時，進行矽烷醇化處理來使矽氧化膜242流動。在凹部230內進行每次矽烷醇化處理時，如圖15C所示，逆錐狀會階段性地愈來愈被緩和。如圖15D及圖19所示，在無空隙之狀態下則充填結束。
如上所述地使晶圓W依序通過各區域91、90、92時，晶圓W會沿著旋轉台2的旋轉方向而被配置於5處凹部24。雖然有在形成分子層241前對晶圓W供給乙醇氣體或O3 氣體的情況，但對成膜並不會有不好的影響。
成膜處理結束後，以和搬入時相反的動作並藉由搬送臂10來將晶圓W依序從基板處理裝置搬出(步驟S7)。如上所述，晶圓W相較於被搬入前(成膜前)係順時針方向地自轉315°。亦可在從基板處理裝置搬出前，藉由自轉機構132來使晶圓W順時針方向地自轉45°而回到與搬入時相同的方向。
以下針對處理參數的一例加以說明。旋轉台2的轉速在以直徑300mm的晶圓W作為被處理基板時為例如1rpm～500rpm，而來自真空容器1中心部之分離氣體供給管51的N2 氣體流量為例如5000sccm。
依據上述實施形態，在依序供給反應氣體(BTBAS氣體及O3 氣體)至晶圓W表面而形成薄膜時，使旋轉台2繞鉛直軸周圍旋轉來使晶圓W分別依序通過處理區域91、90、92與該等處理區域91(90)、92間的分離區域D之間而在晶圓W上層積矽氧化膜242後，將晶圓W從真空容器1取出並使其在自轉機構132中繞鉛直軸周圍自轉，接著再次層積反應生成物的層而形成薄膜。因此，例如即使旋轉台2的各凹部24中存在有膜厚傾向於變厚的區域或膜厚傾向於變薄的區域，亦即即使例如第1次成膜處理中所成膜之矽氧化膜242的膜厚不均勻，由於接下來的成膜處理中係在繞鉛直軸周圍自轉之狀態下進行成膜處理，並以上述各偏移區域在晶圓W的圓周方向偏移(使膜厚的變異不會變大)之方式來形成接下來的矽氧化膜242，因此可遍佈面內地進行膜厚均勻性高之成膜處理。因此，即使氣體濃度分布或氣體流動在例如真空容器1之噴嘴31、32的長度方向(旋轉台2的半徑方向)或旋轉台2的圓周方向(旋轉方向)上變得不均勻，其不均勻度仍會被緩和。而可進行使遍佈面內的膜或膜質變得均勻之成膜處理。
此時，針對目標成膜量T，將成膜處理分為複數次(例如分為8次)來使晶圓W分別順時針方向地自轉45°，則可使各成膜處理中之膜厚的變異在遍佈面內變得均勻，且如後述模擬結果即可明瞭般，可提高面內之均勻性至1%以下。
又，使晶圓W自轉之動作係在基板處理裝置的內部進行。例如可較在基板處理裝置之外部大氣氣氛的環境下自轉的情況要更加縮短自轉所需時間，因此可抑制產能降低並提高面內均勻性。
再者，當BTBAS氣體吸附在晶圓W上後，藉由在O3 氣體供給前先供給乙醇氣體，則可獲得相對於分子層241之流動性高的狀態(矽氧烷聚合物)。因此，矽氧烷聚合物會流動，且利用O3 氣體所進行之氧化處理所生成的矽氧化膜242亦會流動。由於矽氧化膜242會進入至凹部230內部，故即使是在凹部230形成為例如逆錐狀情況，仍可在凹部230內無存在有空洞(VOID)等之狀態下來將矽氧化膜242充填。因此，可獲得良好地進行充填(良好膜質)之矽氧化膜242。於是，在製造例如STI構造的元件時，可獲得良好的絕緣特性。
又，在使矽氧化膜242流動(矽烷醇化)時，並非在薄膜之成膜結束後，而是在進行每次成膜處理時進行。在各矽烷醇化處理中，使依序層積之矽氧烷聚合物的層依序地流動即可。由於在各矽烷醇化處理中，使矽氧烷聚合物流動的量僅為些微的量，因此可快速地使矽氧化膜242流動。為了進行ALD而使旋轉台2旋轉之各循環中，係進行矽烷醇化(流動)。由於不會有因進行矽烷醇化所造成的時間損失，故能維持高產能。再者，在使矽氧化膜242流動後，藉由於熱處理裝置102中進行熱處理，則即使是矽氧化膜242中包含有不純物仍可將之降低。因此便能使矽氧化膜242緻密化，且能獲得膜質更加良好的薄膜。
又再者，如上所述地，由於係將複數片晶圓W配置在旋轉台2的旋轉方向，並使旋轉台2旋轉來依序地通過各處理區域91、90、92而進行ALD(或MLD)，故可以高產能來進行成膜處理。將在第1處理區域91及補助區域90與第處理區域92之間具有低頂面之分離區域D設置在該旋轉方向，並將分離氣體從藉由旋轉台2的旋轉中心部與真空容器1所區隔開來的中心部區域C朝向旋轉台2周緣噴出，而將擴散至該分離區域D兩側之分離氣體及該中心部區域C所噴出之分離氣體連同該反應氣體一起透過旋轉台2周緣與真空容器1內周壁的縫隙排氣，因此可防止兩反應氣體的混合，其結果便可進行良好的成膜處理。旋轉台2上完全不會產生反應生成物或會被盡量地抑制而可抑制微塵粒子的發生。本發明亦可適用在於旋轉台2載置1片晶圓W的情況。
依據上述基板處理裝置，藉由設置例如5片處理用成膜裝置，則可以高產能來執行ALD(MLD)。又，亦可在真空搬送室103氣密地連接有2座上述成膜裝置101，而在該等成膜裝置101、101中同時進行成膜處理。其情況下，可以更高產能來進行上述ALD(MLD)。
又，上述實施例雖係在各成膜處理中使旋轉台2旋轉100次後再使晶圓W自轉並進行加熱處理，但亦可在使旋轉台2每旋轉1次後，便將晶圓W從真空容器1內取出並使晶圓W自轉且進行加熱。
接下來，針對本發明第2實施形態參照圖20加以說明。本實施形態係在矽氧化膜242中混入硼(B)及磷(P)的至少其中一者來使矽氧化膜242更加迅速地流動(回流(reflow))。以下針對具體的成膜裝置加以說明。該成膜裝置係設置有第3反應氣體供給機構(例如石英製第3氣體噴嘴280)，該第3反應氣體供給機構係用以供給作為第3反應氣體之該等硼及磷的其中一者(例如含磷化合物(例如PH4 (磷化氫)氣體)，噴嘴280係設置於旋轉台2的旋轉方向之例如第2反應氣體噴嘴32與搬送口15之間。
噴嘴280係與上述各噴嘴31、32、200、41、42同樣地構成，其係以從真空容器1的外周壁朝向旋轉台2的旋轉中心而對向於晶圓W水平地延伸之型態所裝設，且其基端部(氣體導入埠281)係貫穿外周壁。噴嘴280係從設置有閘閥或流量調整部(未圖示)之氣體供給管282而供給有第3反應氣體。噴嘴280下側係設置有橫跨噴嘴的長度方向而等間隔地(例如相隔10mm)排列設置有朝向正下方之用以將該反應氣體向下側的晶圓W噴出之氣體噴出孔(例如孔徑為0.5mm)(未圖示)。噴嘴280的氣體噴出孔與晶圓W之間的距離為例如1~4mm(較佳為2mm)。該例中，熱處理裝置102之晶圓W的加熱溫度係設定為例如700℃~800℃左右。
針對具有噴嘴280之成膜裝置的作用說明如下。如上所述地，將例如5片晶圓W載置在旋轉台2上並旋轉旋轉台2，同時從各噴嘴31、32、200、280、41、42來供給各反應氣體及分離氣體，且將吹淨氣體供給至中心部區域C及旋轉台2的下方區域。然後，針對通過第2處理區域92而在表面形成有矽氧化膜242之晶圓W供給上述第3反應氣體。該反應氣體會進入到矽氧化膜242中。接下來，使晶圓W自轉後，於熱處理裝置102中將進入有第3反應氣體的矽氧化膜242如上所述地加熱至700℃~800℃左右時，則例如第3反應氣體中所含有之有機物便會氣化而從該膜朝向上方被排氣，同時會有例如磷進入到矽氧化膜242中。此時，矽氧化膜242會因為磷變得容易玻璃轉移。矽氧化膜242會回流(流動)，而使得逆錐狀凹部230之底部變寬的程度緩和。之後，與上述實施例同樣地繼續層積多層矽氧化膜242。
噴嘴280的配置位置只要是在旋轉台2的旋轉方向上而位於第1反應氣體噴嘴31與搬送口15之間即可，而亦可將氣體供給管282設置在例如第1反應氣體噴嘴31的氣體供給管31b來供給第3反應氣體與上述BTBAS氣體的混合氣體。又，可取代上述氣體，抑或連同上述氣體而一起供給含硼化合物(例如TMB(三甲基硼)氣體)來作為第3反應氣體，以使磷及硼的至少其中一者混入矽氧化膜242中。
上述實施例中，補助噴嘴200所供給之補助氣體係使用乙醇氣體。其他的醇類亦可使用例如甲醇(CH3 OH)。抑或亦可使用純水(H2 O)或過氧化氫(H2 O2 )等。亦即只要為具有羥基(OH)的化合物氣體即可。使用純水來作為補助氣體時，純水的氣體與吸附在晶圓W表面之BTBAS氣體會依例如下式(2)反應而矽烷醇化。
BTBAS+H2 O→(-SiO-)n +CH3 C-NH2 ↑　式(2)
由於該反應中所產生之中間生成物(-SiO-)n 係與上述矽氧烷聚合物同樣地具有流動性，又(-SiO-)n 與O3 氣體相互反應所生成之矽氧化膜242亦同樣地具有流動性，故可流動來將凹部230良好地充填。
於上述各實施形態中，對形成有圖案232之晶圓W進行矽氧化膜242的成膜處理時，係從補助噴嘴200來供給乙醇氣體以使矽氧化膜242具有流動性。亦可對未形成有圖案232之晶圓W供給乙醇氣體，抑或亦可不對未形成有圖案232之晶圓W供給乙醇氣體。此情況下時，如圖21所示，係在未設置有補助噴嘴200之成膜裝置101中進行成膜處理。
與上述第1實施形態同樣地以下述順序並重複複數次來對各晶圓W進行成膜處理、使晶圓W自轉及熱處理，而形成多層矽氧化膜242所構成的薄膜。本實施形態中，藉由對每次的成膜處理皆進行熱處理，則可使進入到例如矽氧化膜242中之碳成分等不純物氣化並容易排出。又，由於矽氧化膜242會被所謂的燒結而變得緻密，故可得到不純物的含量少且硬度良好的薄膜。此時，為了使不純物氣化並排出，必須使不純物在例如矽氧化膜242的膜厚方向移動。薄膜之成膜結束後進行熱處理時，為了使不純物從膜中排出，必須進行長時間的加熱處理。本實施形態中係針對每次成膜處理皆進行加熱處理。亦即，係在矽氧化膜242的膜厚很薄的狀態下進行加熱處理。和成膜結束後才進行加熱處理的情況相比，可迅速地使不純物從矽氧化膜242排出，從而獲得膜質良好的薄膜。
第3實施形態的發明可適用於形成例如高介電體(high-k)膜(例如STO膜)等的情況，此時各噴嘴31、32所供給之各反應氣體係分別使用Ti(MPD)(THD)2 氣體及Sr(THD)2 氣體等。此情況下，熱處理裝置102之晶圓W的加熱溫度係設定為例如300℃~400℃。
接下來，針對本發明第4實施形態，參照圖22~圖24加以說明。此實施形態係以上述第1實施形態之成膜裝置101為例來加以說明。如圖22所示，於旋轉台2的旋轉方向上，在上述第2反應氣體噴嘴32與搬送口15之間係設置有電漿供給機構(電漿注入器250)。
電漿注入器250具有框體所構成的注入器本體251。如圖23、圖24所示，注入器本體251內係形成有利用分隔壁252而在長度方向所區劃之寬度相異的2個空間，一側為用以將電漿產生用氣體電漿化之氣體活性化用通道(氣體活性化室253)，而另一側則為用以將電漿產生用氣體供給至氣體活性化室253之氣體導入用通道(氣體導入室254)。
圖22~圖24中，元件符號255為氣體導入噴嘴，元件符號256為氣體孔，元件符號257為氣體導入埠，元件符號258為接合部，元件符號259為氣體供給埠。從氣體導入噴嘴255將電漿產生用氣體從氣體孔256噴出而被供給至氣體導入室254內，且氣體會從氣體導入室254經由分隔壁252上部所形成之缺陷部271而流通至氣體活性化室253之型態所構成。
氣體活性化室253內，2根介電體所構成的例如陶瓷製護套(sheath)管272、272係從氣體活性化室253基端側朝向前端側而沿著分隔壁252延伸而出，該等護套管272、272管內係貫插有棒狀電極273、273。該等電極273、273的基端側係被導引至注入器本體251的外部，而於真空容器1外部透過匹配器274與高頻電源275相連接。注入器本體251的底面處，於注入器本體251的長度方向係配列有用以將在電極273、273間的區域(電漿產生部290)經電漿化而被活性化之電漿向下側噴出之氣體噴出孔291。
注入器本體251係以使其前端側為朝向旋轉台2中心部延伸而出狀態之型態所設置。圖22中，元件符號262~264為閘閥，元件符號265~267為流量調整部，元件符號268~270為分別儲存有電漿產生用氣體(氧(O2 )氣、氬(Ar)氣及氮(N2 )氣)之氣體源。
針對本實施形態的作用說明如下。本實施形態中亦同樣地將例如5片晶圓W載置在旋轉台2上、旋轉旋轉台2，且從各噴嘴31、32、200、41、42朝向晶圓W供給BTBAS氣體、O3 氣體、乙醇氣體及氮氣，同時如上所述地將吹淨氣體供給至中心部區域C或旋轉台2的下方區域。使加熱器單元7如上所述地通電，並將電漿產生用氣體(例如Ar氣)供給至電漿注入器250，同時從高頻電源275來將例如13.56MHz、例如10W~200W範圍(例如100W)的高頻電功率供給至電漿產生部290(電極273、273)。
真空容器1內會成為真空氣氛狀態。流入至氣體活性化室253上方部之電漿產生用氣體會因上述高頻電功率而成為經電漿化(活性化)之狀態，並經由氣體噴出孔291而朝向晶圓W被供給。
電漿會通過第2處理區域92而到達成膜有上述矽氧化膜242之晶圓W。殘留在矽氧化膜242內之碳成分或水分會被氣化並排出，抑或矽與氧之間的結合會更加強固。如此地到1次成膜處理結束為止，在每次旋轉旋轉台2時皆進行電漿供給。之後，將晶圓W從真空容器1取出並改變其方向後，於熱處理裝置102中進行如上所述的熱處理。
藉由以上述方式來設置電漿注入器250，則不純物會較上述第1實施形態更加地少，且可形成鍵結強度高的矽氧化膜242。
該例中係如上所述地使用Ar氣體作為電漿產生用氣體。抑或亦可連同該氣體一起使用O2 氣體或N2 氣體。使用Ar氣體時，可獲得膜中形成有Si-O鍵結，而消除SiOH鍵結之效果，又使用O2 氣體時，可獲得促進未反應部分的氧化、使膜中的C(碳)成分減少及改善電氣特性之效果。又，亦可將此電漿注入器250應用於上述第2實施形態或第3實施形態的成膜裝置101。
上述實施形態中係利用1片1片地分別進行熱處理之裝置來作為熱處理裝置102。亦可對複數片(例如5片)晶圓W同時進行加熱處理。
具體而言，第5實施形態之基板處理裝置如圖25所示，係具有熱處理裝置109，而熱處理裝置109係氣密地連接於上述真空搬送室103。熱處理裝置109的結構係與上述成膜裝置101大致相同，例如係設置有供給非活性氣體(例如N2 氣體)之噴嘴來取代各噴嘴31、32、200，並且加熱器單元7係以可將旋轉台2上的晶圓W加熱至與上述熱處理裝置102之加熱機構113相同的加熱溫度之型態所構成。
於此實施形態之基板處理裝置進行成膜處理時，係於成膜裝置101中將進行成膜處理後的晶圓W取出至真空搬送室103並使其自轉後，將晶圓W載置在熱處理裝置109的旋轉台2上。接下來，將成膜裝置101內的晶圓W依序取出並使其自轉，並且使熱處理裝置109內的旋轉台2間歇地旋轉來將各晶圓W載置在旋轉台2上。接著，於熱處理裝置109中一邊使旋轉台2旋轉一邊供給非活性氣體到真空容器1內，同時調整至特定的真空度來將晶圓W加熱至上述加熱溫度。
藉由該熱處理，則可對各晶圓W同時進行上述矽氧化膜242的緻密化。之後，將各晶圓W依序取出並放置回成膜裝置101，而接著進行成膜處理等各步驟。本實施形態可獲得上述各實施形態的效果，且係對各晶圓W一次地進行熱處理，故可提高產能。
此種基板處理裝置中，可使上述熱處理裝置102氣密地連接於真空搬送室103，而亦可於熱處理裝置102中進行熱處理處理。又，亦可將上述各實施形態中的任一裝置應用在本實施形態之成膜裝置101。
上述實施形態中，雖然使晶圓W自轉之步驟係在成膜處理與熱處理之間進行，但亦可在熱處理之後進行。亦即，只要在之前的成膜處理與之後所進行之成膜處理之間改變晶圓W的方向即可。
又，亦可將上述自轉機構132設置於熱處理裝置102(109)內。其情況下亦能使例如真空搬送臂104移動至自轉機構132的上方位置，而同樣地進行晶圓W的自轉。再者，亦可在熱處理裝置102之昇降裝置121，除了使昇降銷119昇降之機構外再附加使昇降銷119繞鉛直軸周圍之旋轉機構，以在熱處理裝置102內進行熱處理的前後或進行熱處理的同時一邊使晶圓W自轉。又，亦可將自轉機構132設置於大氣搬送室107，而在大氣搬送室107中使晶圓W自轉。
再者，在使晶圓W自轉時，雖係將自轉機構132設置於真空搬送室103內，但亦可將自轉機構132組合設置於真空搬送臂104。真空搬送臂104具體而言如圖26A及圖26B所示，亦可使用會沿著支撐板141上所形成之軌道142進退的滑動臂。上述自轉機構132係分別設置於搬送臂104、104，並埋設於各支撐板141內，而為當搬送臂104後退時，可相對於搬送臂104上所保持之晶圓W而自由昇降及繞鉛直軸周圍自由旋轉之結構。搬送臂104係與上述實施例同樣地進行晶圓W的自轉並可獲得同樣的效果。又，亦可在上述大氣搬送室107中設置真空搬送臂104來取代上述大氣搬送臂106，而在大氣搬送室107中使晶圓W自轉。再者，使晶圓W自轉之機構在上述各例中，雖係使用將晶圓W從內面側頂起來使其旋轉之機構，但亦可為例如將晶圓W從上側往直徑方向夾起提升來使其旋轉之機構。
本發明適用的處理氣體(第1反應氣體)除了上述例子中所提到的，亦可例舉有DCS(二氯矽烷)、HCD(六氯二矽甲烷)、TMA(三甲基鋁)、3DMAS(三(二甲胺基)矽烷)、TEMAZ(四(乙基甲基胺基酸)-鋯)、TEMAH(四(乙基甲基胺基酸)-鉿)、Sr(THD)2 (二(四甲基庚二酮酸)-鍶)、Ti(MPD)(THD)((甲基戊二酮酸)(雙四甲基庚二酮酸)-鈦)、單胺基矽烷等。
又，該分離區域D的頂面44中，相對於該分離氣體噴嘴41、42之旋轉台2的旋轉方向上游側部位，較佳地係越接近外緣部位則該旋轉方向的寬度越寬。其理由是因為旋轉台2的旋轉而從上游側朝向分離區域D之氣體流動係越接近外緣則速度越快的緣故。從此觀點來看，如上所述將凸狀部4構成為扇形實為良策。
如圖27A及圖27B中以上述分離氣體噴嘴41為代表所示地，例如以直徑300mm的晶圓W作為被處理基板時，較佳地，於該分離氣體噴嘴41(42)兩側處分別形成有狭窄空間之該第1頂面44，在晶圓W之中心WO沿著旋轉台2之旋轉方向所通過部分的寬度尺寸L為50mm以上較佳。為了有效地阻止反應氣體從凸狀部4兩側侵入至該凸狀部4下方(狹窄空間)，上述寬度尺寸L較短時，則亦須配合其而使第1頂面44與旋轉台2間的距離變小。再者，將第1頂面44與旋轉台2間的距離h設定為某個尺寸時，由於愈遠離旋轉台2的旋轉中心，則旋轉台2的速度愈快。因此為了獲得阻止反應氣體侵入之效果，愈離開旋轉中心則所要求之寬度尺寸L便必須愈長。從該觀點來考量，當晶圓W的中心WO所通過部分之上述寬度尺寸L較50mm要小時，則必須使第1頂面44與旋轉台2的距離相當地小，因此在旋轉旋轉台2時，為了防止旋轉台2或晶圓W與第1頂面44碰撞，則必須想辦法盡量抑制旋轉台2的振動。再者，旋轉台2的轉速愈高，則反應氣體愈容易從凸狀部4上游側侵入該凸狀部4下側。因此上述寬度尺寸L較50mm要小時，則必須降低旋轉台2的轉速，對產能來說並非良策。
因此，寬度尺寸L為50mm以上較佳，但並非當50mm以下時就無法獲得本發明的效果。亦即，該寬度尺寸L較佳為晶圓W直徑的1/10~1/1，更佳為約1/6以上。
又，本發明中雖較佳係使低頂面44位在分離氣體供給機構之旋轉方向兩側，但亦可不在分離氣體噴嘴41、42兩側設置凸狀部4，而是將N2 氣體從分離氣體噴嘴41、42朝下方噴出來形成氣體簾幕，並藉由該氣體簾幕來分離處理區域91、92。
成膜裝置101中用以加熱晶圓W之加熱機構不限於利用電阻發熱體之加熱器，而亦可為燈式加熱裝置，並可設置在旋轉台2上側來取代設置於旋轉台2下側，抑或上下兩者皆設置亦可。又，上述反應氣體的反應在低溫(例如常溫)中發生時，亦可不設置此種加熱機構。
此處，有關處理區域91、92及分離區域的各配置則舉出上述實施形態以外的其他例子加以說明。以上已說明分離區域D亦可為將扇形凸狀部4於圓周方向分割為2個，並於其間設置有分離氣體噴嘴41(42)之結構，圖28係舉上述第1實施形態之成膜裝置為例來顯示此種結構的一例之俯視圖。此時，扇形凸狀部4與分離氣體噴嘴41(42)的距離或扇形凸狀部4的大小等係考慮分離氣體的噴出流量或反應氣體的噴出流量等以使分離區域D可有效地發揮分離作用而設定。
上述實施形態中，該第1處理區域91、補助區域90及第2處理區域92，其頂面係相當於較該分離區域D的頂面更高之區域。但亦可為第1處理區域91、補助區域90及第2處理區域92中至少其中一者具有與分離區域D同樣地，係面向該旋轉台2而設置於反應氣體供給機構之該旋轉方向兩側，並較該分離區域D之該旋轉方向兩側的頂面(第2頂面45)要低之頂面(例如與分離區域D之第1頂面44相同高度的頂面)，以形成用以防止氣體侵入該頂面與該旋轉台2之間的空間之結構。
又，亦可為於反應氣體噴嘴31(32、200)兩側設置有低頂面，除了設置有分離氣體噴嘴41(42)及反應氣體供給噴嘴31(32)的區域以外，在對向於旋轉台2的區域整面設置有凸狀部4之結構。
又，亦可改變各噴嘴31、32、200、41、42(310)的裝設位置，而亦可以重複多次一邊使各反應氣體不會相互混合地被排氣，一邊使BTBAS吸附在晶圓W表面後利用乙醇氣體來產生中間生成物，接著利用O3 氣體來使中間生成物氧化之循環或不透過該中間生成物來形成矽氧化膜242之循環的方式來構成。
又，上述各實施形態之成膜裝置係使旋轉台2相對於氣體供給系統(噴嘴31、32、200、280、41、42)而繞鉛直軸周圍旋轉之結構，但亦可為使氣體供給系統相對於旋轉台2而繞鉛直軸周圍旋轉之結構。針對此種裝置的具體結構，參照圖29~圖32來加以說明使用上述第3實施形態(未設置有噴嘴200、280等)之成膜裝置101的實施例。與上述成膜裝置101相同的部位則賦予相同符號而省略說明。
真空容器1內係設置有台座(晶座300)來取代上述旋轉台2。晶座300的底面中央處係連接於旋轉軸22的上端側，而為進行晶圓W的搬出入時可旋轉晶座300之結構。晶座300上，上述凹部24係橫跨圓周方向而形成於複數個部位(例如5個部位)。
如圖29~圖31所示，上述噴嘴31、32、41、42係裝設於晶座300中央部的正上方所設置之扁平圓盤狀核心部301，基端部係貫穿核心部301側壁。核心部301為如後所述地例如繞鉛直軸周圍而逆時計方向地旋轉之結構。藉由旋轉核心部301來使各氣體供給噴嘴31、32、41、42可在晶座300的上方位置處旋轉。圖30係顯示將真空容器1(頂板11及容器本體12)及固定於頂板11上面的後述套筒304卸下後的狀態。
上述凸狀部4係固定於上述核心部301的側壁部，而為可連同各氣體供給噴嘴31、32、41、42一起在晶座300上旋轉之結構。核心部301的側壁部如圖30、圖31所示，各反應氣體供給噴嘴31、32的旋轉方向上游側，且為上游側所設置之凸狀部4與核心部301之接合部的前方位置處係設置有2個排氣口61、62。該等排氣口61、62係分別連接於後述排氣管302，而具有將反應氣體及分離氣體從各處理區域91、92排氣之功能。排氣口61、62係與上述實施例同樣地設置於分離區域D的上述旋轉方向兩側，而專門進行各反應氣體(BTBAS氣體及O3 氣體)的排氣。
如圖29所示，核心部301的上面中央部係連接有圓筒狀旋轉筒303的下端部。藉由使旋轉筒303在固定於真空容器1的頂板11上之套筒304內旋轉，而為使噴嘴31、32、41、42及凸狀部4連同核心部301一起在真空容器1內旋轉之結構。核心部301內的下面側為開放空間，貫穿核心部301側壁之反應氣體供給噴嘴31、32、分離氣體供給噴嘴41、42係於該空間中分別連接於供給BTBAS氣體之第1反應氣體供給管305、供給O3 氣體之第2反應氣體供給管306，供給分離氣體(N2 氣體)之分離氣體供給管307、308(圖29中為了方便僅圖示分離氣體供給管307、308)。
各供給管305~308係於核心部301的旋轉中心附近處，詳細來說係於後述排氣管302周圍處呈L型地彎曲而朝向上方延伸，並貫穿核心部301頂面而朝向垂直上方地延伸於圓筒狀旋轉筒303內。
如圖29、圖30、圖31所示，旋轉筒303係構成為將外徑相異的2個圓筒上下2段地重疊之外觀形狀。藉由以套筒304的上端面來將外徑大之上段側的圓筒底面卡固，則旋轉筒303從上面側觀之，係在圓周方向可旋轉之狀態下插入至套筒304內，而旋轉筒303的下端側則是貫穿頂板11而連接於核心部301的上面。
頂板11上方位置之旋轉筒303的外周面側處，係於上下方向間隔地配置有遍佈外周面的圓周方向整面所形成之環狀通道(氣體擴散通道)。本例中係於上段位置設置有用以使分離氣體(N2 氣體)擴散之分離氣體擴散通道309，中段位置係設置有用以使BTBAS氣體擴散之第1反應氣體擴散通道310，下段位置係設置有用以使O3 氣體擴散之第2反應氣體擴散通道311。圖29中，元件符號312為旋轉筒303的蓋部，元件符號313為使蓋部312與旋轉筒303密著之O型環。
於各氣體擴散通道309~311，係設置有遍佈旋轉筒303全周而朝向旋轉筒303的外面開口之狹縫320、321、322，以經由該等狹縫320、321、322來將各種氣體供給至各氣體擴散通道309~311。另一方面，覆蓋旋轉筒303之套筒304係在對應於各狹縫320、321、322之高度位置處設置有氣體供給口(氣體供給埠323、324、325)，而藉由未圖示之氣體供給源被供給至該等氣體供給埠323、324、325之氣體係經由朝向各埠323、324、325開口之狹縫320、321、322而被供給至各氣體擴散通道309、310、311內。
此處，插入至套筒304內之旋轉筒303的外徑係在旋轉筒303可旋轉之範圍內而儘可能地形成為接近套筒304內徑的大小。於各埠323、324、325之開口部以外的區域處，各狹縫320、321、322係藉由套筒304的內周面而被封閉之狀態。其結果為，被導入至各氣體擴散通道309、310、311之氣體便只會在氣體擴散通道309、310、311內擴散，而不會漏出至例如其他的氣體擴散通道309、310、311、真空容器1內或成膜裝置的外部等。圖29中，元件符號326為用以防止氣體從旋轉筒303與套筒304的間隙溢漏之磁氣密封片，磁氣密封片326在各氣體擴散通道309、310、311的上下皆有設置，而為可確實地將各種氣體密封於氣體擴散通道309、310、311內之結構。圖29中為了方便而省略該等磁氣密封片326的標示。又，圖32中亦省略磁氣密封片326的標示。
圖32所示，旋轉筒303的內周面側處，氣體擴散通道309係連接有氣體供給管307、308，各氣體擴散通道310、311係分別連接有上述各氣體供給管305、306。藉此，氣體供給埠323所供給之分離氣體會在氣體擴散通道309內擴散並經由氣體供給管307、308而流動至噴嘴41、42，又各氣體供給埠324、325所供給之各種反應氣體會分別在氣體擴散通道310、311內擴散並經由氣體供給管305、306而流動至各噴嘴31、32，再被供給至真空容器1內。圖32中為了方便而省略後述排氣管302的標示。
如圖32所示，分離氣體擴散通道309更連接有吹淨氣體供給管330。吹淨氣體供給管330係在旋轉筒303內朝下側延伸而如圖31所示般地於核心部301內的空間具有開口，以將N2 氣體供給空間內。例如圖29所示，核心部301係以從晶座300表面浮起例如上述高度h的間隙之狀態而被支撐於旋轉筒303。藉由使核心部301未被固定於晶座300，則核心部301可自由地旋轉。然而，當晶座300與核心部301之間具有間隙時，則會有BTBAS氣體或O3 氣體從上述處理區域91、92的一側經由核心部301的下方而繞入到另一側之虞。
因此，藉由使核心部301的內側為空洞，而將空洞的下面側朝向晶座300開放，並從吹淨氣體供給管330將吹淨氣體(N2 氣體)供給至空洞內，而經由該間隙將吹淨氣體朝向各處理區域91、92噴出，則可防止前述反應氣體的繞入。該成膜裝置係具有為了分離處理區域91、92的氣氛而藉由晶座300中心部與真空容器1被加以區劃，並沿著核心部301的旋轉方向而形成有將吹淨氣體噴出到晶座300表面的噴出口之中心部區域C。此時，吹淨氣體係具有用以防止BTBAS氣體或O3 氣體經由核心部301下方繞入到另一側之分離氣體的功能。上述噴出口係相當於核心部301側壁與晶座300之間的間隙。
如圖29所示，旋轉筒303上段側之大外徑圓筒部的側周面處捲掛有驅動帶335，驅動帶335係藉由真空容器1上方所配置之旋轉機構(驅動部336)，來透過驅動帶335將驅動部336的驅動力傳達至核心部301，藉此可使套筒304內的旋轉筒303旋轉。圖29中元件符號337係於真空容器1的上方位置處用以將驅動部336保持之保持部。
旋轉筒303內係沿著其旋轉中心而設置有排氣管302。排氣管302的下端部係貫穿核心部301的上面而延伸至核心部301內的空間，且其下端面為密封狀態。另一方面，延伸而出至核心部301內之排氣管302的側周面處，例如圖31所示，係設置有與各排氣口61、62相連接之排氣引入管341、342，該排氣引入管341、342可與充滿吹淨氣體之核心部301內的氣氛隔離地將來自各處理區域91、92的排出氣體引入到排氣管302內。
如上所述地，圖32中雖省略了排氣管302的標示，但圖32中之各氣體供給管305、306、307、308及吹淨氣體供給管330係配置於排氣管302的周圍。
如圖29所示，排氣管302的上端部係貫穿旋轉筒303的蓋部312而連接於真空排氣機構(例如真空幫浦343)。圖29中，元件符號344為用以使排氣管302可旋轉地連接於下游側的配管之旋轉接頭。
針對使用該裝置之成膜處理的流程，加以說明與上述實施形態的作用之相異點。首先，將晶圓W搬入真空容器1內時，係使晶座300間歇地旋轉，並藉由搬送臂10與昇降銷16的協動作業來將晶圓W分別載置於5個凹部24。
於成膜裝置101中加熱晶圓W時，係使旋轉筒303逆時針方向地旋轉。如圖32所示，雖然旋轉筒303所設置之各氣體擴散通道309~312會隨著旋轉筒303的旋轉而旋轉，但藉由使該等氣體擴散通道309~311所設置之狹縫320~322的一部分朝向分別對應之氣體供給埠323~325的開口部經常地呈開口狀態，便可將各種氣體連續地供給至氣體擴散通道309~312。
供給至氣體擴散通道309~312之各種氣體係分別經由連接於氣體擴散通道309~312之氣體供給管305~308而從反應氣體供給噴嘴31、32、分離氣體供給噴嘴41、42被供給至各處理區域91、92、分離區域D。該等氣體供給管305~308係固定於旋轉筒303，又，反應氣體供給噴嘴31、32及分離氣體供給噴嘴41、42係透過核心部301而固定於旋轉筒303。隨著旋轉筒303的旋轉，氣體供給管305~308及氣體供給噴嘴31、32、41、42亦會邊旋轉邊將各種氣體供給至真空容器1內。
此時，與旋轉筒303一體地旋轉之吹淨氣體供給管330亦會供給分離氣體(N2 氣體)，藉此則N2 氣體會從中心部區域C(亦即從核心部301側壁部與晶座300中心部之間)而沿著晶座300表面被噴出。又該例中，排氣口61、62係沿著設置有反應氣體供給噴嘴31、32之第2頂面45下側的空間而位於核心部301的側壁部。第2頂面45下側空間的壓力係較第1頂面44下側的狭隘空間及該中心部區域C的各壓力要低。因此，與上述成膜裝置同樣地，BTBAS氣體與O3 氣體不會相互混合地而被單獨排氣。
因此，從停止於晶座300上之各晶圓W觀之，各處理區域91、92會介隔著分離區域D而依序地通過，並進行上述成膜處理。當形成有特定膜厚的矽氧化膜242膜時，與上述實施例同樣地在特定的時間點下將晶圓W從真空容器1取出並使其自轉。
本實施形態中亦同樣地可進行高面內均勻性的成膜處理，並可獲得同樣的效果。又，此種成膜裝置101中亦可設置有補助噴嘴200或第3反應氣體噴嘴280，此時該等噴嘴200、280係與本實施形態之各氣體噴嘴31、32、41、42同樣地連接有收納於旋轉筒303內之氣體供給管，而經由套筒304所形成之狹縫狀來供給各氣體。再者，此成膜裝置101亦可設置有上述電漿注入器250。
接下來，針對為了評估實施上述成膜方法時，面內均勻性有何種程度的改善所進行之模擬加以說明。該模擬係依下列條件來進行。
(模擬條件)
旋轉台2的轉速：120rpm、240rpm
目標膜厚T：約155nm
晶圓的自轉次數：無(比較對象)，1次(自轉角度：180°)，8次(自轉角度：45°)，4次(自轉角度：90°)
使晶圓W自轉時，係在各自的條件下每次旋轉相同角度地來使晶圓W自轉。又，膜厚的測量(計算)係在各個晶圓W的圓周方向每次測量49點地進行。又，在晶圓W的自轉次數為8次及4次之模擬中，係分別測量晶圓W半徑方向上8個部位及4個部位的膜厚，而取其平均值。
上述模擬的結果，如圖33所示，可知即使是使晶圓W自轉1次，面內均勻性仍會有改善，而愈增加自轉次數則均勻性會更加提高。使晶圓W自轉8次時，可知在旋轉台2的轉速為240rpm之條件下，均勻性會大幅改善至1%以下。
以上已記載有關本發明之較佳實施形態，但本發明並非限定於前述特定之實施形態，可在申請專利範圍所記載之本發明宗旨範圍內進行各種變形或變更。
本發明係根據向日本專利局所申請之特願2009-095213號而主張優先權，並援用其所有內容於此。
h．．．高度
C．．．中心部區域
D．．．分離區域
E1．．．第1排氣區域
E2．．．第2排氣區域
G．．．閘閥
L．．．長度
L1、L2、L3、L4．．．直線
W．．．半導體晶圓
WO．．．中心
1．．．真空容器
2．．．旋轉台
4．．．凸狀部
5．．．突出部
7．．．加熱器單元
11．．．頂板
12．．．容器本體
13．．．O型環
14．．．底面部
15．．．搬送口
16．．．升降銷
20．．．殼體
21．．．核心部
22．．．旋轉軸
23．．．驅動部
24．．．凹部
31．．．第1反應氣體噴嘴
31a、32a、41a、42a．．．氣體導入埠
31b、32b．．．氣體供給管
32．．．第2反應氣體噴嘴
41、42．．．分離氣體噴嘴
43．．．溝部
44．．．第1頂面
45．．．第2頂面
46．．．彎曲部
50．．．間隙
51．．．分離氣體供給管
52．．．空間
61．．．第1排氣口61
62．．．第2排氣口
63．．．排氣管
64．．．真空幫浦
65．．．閘閥
71．．．覆蓋組件
72、73．．．吹淨氣體供給管
80．．．控制部
85．．．記憶部
90．．．補助區域
91．．．第1處理區域
92．．．第2處理區域
100．．．貫穿孔
101．．．成膜裝置
102．．．熱處理裝置
103．．．真空搬送室
104．．．真空搬送臂
105．．．預抽腔室
106．．．大氣搬送臂
107．．．大氣搬送室
108．．．搬送容器
109．．．熱處理裝置
111．．．處理容器
112．．．基板載置台
113．．．加熱機構
114．．．支撐台
115．．．靜電夾頭
119．．．昇降銷
120．．．貫穿孔
121．．．昇降裝置
122．．．搬送口
123．．．排氣口
124．．．排氣管
125．．．真空排氣機構
127．．．氣體供給通道
128．．．波紋管
130．．．旋轉軸
131．．．驅動部
132．．．自轉機構
141．．．支撐板
142．．．軌道
200．．．補助噴嘴
200a．．．氣體導入埠
200b．．．氣體供給管
201．．．氣體噴出孔
230．．．凹部
232．．．圖案
233．．．錐狀部
234．．．逆錐狀部
241．．．分子層
242．．．矽氧化膜
250．．．電漿注入器
251．．．注入器本體
252．．．分隔壁
253．．．氣體活性化室
254．．．氣體導入室
255．．．氣體導入噴嘴
256．．．氣體孔
257．．．氣體導入埠
258．．．接合部
259．．．氣體供給埠
262~264．．．閘閥
265~267．．．流量調整部
268~270．．．氣體源
275．．．高頻電源
271．．．缺陷部
272．．．護套管
273．．．電極
274．．．匹配器
280．．．第3氣體噴嘴
281．．．氣體導入埠
282．．．氣體供給管
290．．．電漿產生部
291．．．氣體噴出孔
300．．．晶座
301．．．核心部
302．．．排氣管
303．．．旋轉筒
304．．．套筒
305．．．第1反應氣體供給管
306．．．第2反應氣體供給管
307、308．．．分離氣體供給管
309．．．分離氣體擴散通道
310．．．第1反應氣體擴散通道
311．．．第2反應氣體擴散通道
312．．．蓋部
313．．．O型環
320、321、322．．．狹縫
323、324、325．．．氣體供給埠
326．．．磁氣密封片
330．．．吹淨氣體供給
335．．．驅動帶
336．．．驅動部
337．．．保持部
341、342．．．排氣引入管
343．．．真空幫浦
344．．．旋轉接頭
圖1係顯示本發明實施形態之基板處理裝置的一實施例之俯視圖。
圖2係顯示將上述基板處理裝置的一部分放大顯示之立體圖。
圖3係顯示上述基板處理裝置所連接之熱處理裝置的一實施例之縱剖面圖。
圖4係本發明實施形態之成膜裝置的縱剖面圖。
圖5係顯示上述成膜裝置內部的概略結構之立體圖。
圖6係上述成膜裝置之橫剖俯視圖。
圖7A、圖7B係顯示上述成膜裝置中的處理區域及分離區域之縱剖面圖。
圖8係上述成膜裝置的橫剖面之放大圖。
圖9係上述成膜裝置放大顯示立體圖。
圖10係上述成膜裝置的橫剖面之放大圖。
圖11係顯示上述成膜裝置的一部分之立體圖。
圖12係顯示上述成膜裝置之吹淨氣體的流動之概略圖。
圖13係顯示上述基板處理裝置中實施有成膜處理之基板表面構造的一例之概略圖。
圖14係顯示在上述基板處理裝置中所進行之成膜處理流程之流程圖。
圖15A、圖15B、圖15C、圖15D係顯示上述成膜裝置中對基板進行成膜處理時的樣態之概略圖。
圖16係顯示上述成膜裝置之氣體的流動之概略圖。
圖17A、圖17B係顯示上述基板處理裝置中基板自轉時的樣態之概略圖。
圖18係概略地顯示在上述基板處理裝置中對基板進行成膜處理時之基板的方向與成膜量之概略圖。
圖19係概略地顯示上述基板處理裝置中實施有成膜處理的基板之概略圖。
圖20係顯示上述成膜裝置的其他實施例之俯視圖。
圖21係顯示上述成膜裝置的其他實施例之俯視圖。
圖22係顯示上述成膜裝置的其他實施例之俯視圖。
圖23係顯示上述其他實施例之電漿注入器的一實施例之立體圖。
圖24係顯示上述電漿注入器之縱剖面圖。
圖25係顯示上述基板處理裝置的其他實施例之俯視圖。
圖26A、圖26B係顯示上述基板處理裝置的其他實施例之基板自轉機構的一實施例之概略圖。
圖27A、圖27B係顯示上述成膜裝置的較佳實施例之概略圖。
圖28係顯示上述成膜裝置的其他實施例之俯視圖。
圖29係顯示上述成膜裝置的其他實施例之縱剖面圖。
圖30係顯示上述其他實施例之成膜裝置之立體圖。
圖31係顯示上述其他實施例之成膜裝置之俯視圖。
圖32係顯示上述其他實施例之成膜裝置之立體圖。
圖33係顯示本發明實施例中所獲得的模擬結果之特性圖。
G．．．閘閥
101．．．成膜裝置
102．．．熱處理裝置
103．．．真空搬送室
104．．．真空搬送臂
105．．．預抽腔室
106．．．大氣搬送臂
107．．．大氣搬送室
108．．．搬送容器
132．．．自轉機構

Claims (9)

  1. 一種基板處理裝置，係藉由在真空容器內依序地將會相互反應之至少2種反應氣體供給到基板表面且執行此供給循環來層積反應產物的層而形成薄膜，其特徵在於具有：成膜裝置，係對基板進行成膜處理；真空搬送室，係氣密地連接於該成膜裝置；搬送機構，係設置於該真空搬送室內，而在該成膜裝置與該真空搬送室之間搬送基板；熱處理裝置，係具有氣密連接於該真空搬送室並於其內部設置有基板載置台之處理容器，以及設置於該處理容器內而用以對該基板載置台上的基板進行熱處理之機構；自轉機構，係設置於該真空搬送室內或該熱處理裝置內，而用以使該搬送機構上所載置之基板繞鉛直軸周圍自轉；以及控制部，係輸出控制訊號，以對基板進行薄膜形成處理；該成膜裝置係具有：旋轉台，係設置於該真空容器內；複數個反應氣體供給機構，係對向於該旋轉台的上面且相間隔地設置於該旋轉台的圓周方向，而用以對基板表面分別供給複數種反應氣體；分離區域，係為了將自該等複數個反應氣體供給機構分別供給有反應氣體之複數個處理區域彼此之間的氣氛加以區隔，而設置於該旋轉台的圓周方向上之該等處理區域之間，並用以自分離氣體供給機構供給分離氣體；旋轉機構，係使該反應氣體供給機構以及分離氣體供給機構與該旋轉台繞鉛直軸周圍相對地旋轉；基板載置區域，係為了能藉由該旋轉機構的旋轉來使基板依序地位於該複數個處理區域及該分離區域，而沿著該旋轉機構的旋轉方向形成於該旋轉台；以及真空排氣機構，係將該真空容器內真空排氣；該控制部係輸出控制訊號而在薄膜形成處理的中途藉由該旋轉機構來停止相對旋轉、藉由該搬送機構來將基板從該真空容器取出，並藉由該自轉機構來改變基板的方向。
  2. 申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中係藉由該旋轉台的旋轉來使基板依序地通過該複數個處理區域及分離區域所構成；該複數個反應氣體供給機構係由第1反應氣體供給機構、補助氣體供給機構及第2反應氣體供給機構所構成；該第1反應氣體供給機構係供給第1反應氣體到該基板來使該第1反應氣體吸附在該基板；補助氣體供給機構係供給補助氣體到該基板，其中該補助氣體會與吸附在基板上之該第1反應氣體反應而產生具有流動性之中間生成物；第2反應氣體供給機構係供給第2反應氣體到基板，其中該第2反應氣體會與該中間生成物反應而產生反應生成物；該第1反應氣體供給機構、該補助氣體供給機構及該第2反應氣體供給機構從為了將基板收送到該成膜裝置與該真空搬送室之間所形成之搬送口來看，係以該順序而設置於該旋轉台的旋轉方向下游側；該熱處理裝置之結構係藉由對該基板進行熱處理來使該反應生成物緻密化。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中該旋轉台的旋轉方向之該第2反應氣體供給機構與該搬送口之間係設置有用以對旋轉台上的基板供給電漿之電漿供給機構。
  4. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中該第1反應氣體供給機構與該搬送口之間，係為了將硼及磷的至少其中一者混入該反應生成物內而設置有第3反應氣體供給機構，該第3反應氣體供給機構係對向於該旋轉台上的基板，並供給第3反應氣體到該基板表面來使第3反應氣體吸附在該基板表面。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該分離區域係具有頂面，該頂面係位於該分離氣體供給機構中之該旋轉機構的旋轉方向兩側，而用以在與該旋轉台之間形成有使分離氣體從該分離區域流至處理區域側之狭隘空間。
  6. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其係具有中心部區域，該中心部區域係為了分離該複數個處理區域的氣氛而位於該真空容器內的中心部，並形成有噴出分離氣體到該旋轉台的基板載置面側之噴出孔；該反應氣體係藉由該真空排氣機構來將擴散至該分離區域兩側之分離氣體及自該中心部區域所噴出之分離氣體一起排除。
  7. 一種基板處理方法，係藉由在真空容器內依序地將會相互反應之至少2種反應氣體供給到基板表面且執行此供給循環來層積反應產物的層而形成薄膜，其包含有以下步驟：將基板載置在成膜裝置之真空容器內所設置的旋轉台上之基板載置區域；從對向於該旋轉台的上面且相間隔地設置於該旋轉台的圓周方向之複數個反應氣體供給機構，分別供給反應氣體到該旋轉台上之基板載置區域側的面；為了將自該等複數個反應氣體供給機構分別供給有反應氣體之複數個處理區域彼此之間的氣氛加以區隔，而自分離氣體供給機構對著該旋轉台的圓周方向上之該等處理區域之間所設置之分離區域來供給分離氣體，以阻止該反應氣體侵入至該分離區域；接下來，藉由旋轉機構來使該反應氣體供給機構以及該分離氣體供給機構與該旋轉台繞鉛直軸周圍相對地旋轉，來使基板依序地位於該複數個處理區域及該分離區域而層積反應生成物的層以形成薄膜；在該薄膜成膜步驟的中途，藉由該旋轉機構來停止相對旋轉，並從氣密地連接於該成膜裝置之真空搬送室，而藉由該真空搬送室內所設置之搬送機構來將該基板從成膜裝置取出，並藉由氣密連接於該真空搬送室內或該真空搬送室之熱處理裝置內所設置的自轉機構來使該基板繞鉛直軸周圍自轉而改變其方向；將為了改變該基板的方向而從該成膜裝置取出之基板搬入至該熱處理裝置內，以對該基板進行熱處理。
  8. 如申請專利範圍第7項之基板處理方法，其中該形成薄膜步驟係包含有以下步驟：旋轉該旋轉台；從為了將基板收送到該成膜裝置與該真空搬送室之間所形成之搬送口來看，係自設置於該旋轉台的旋轉方向下游側之第1反應氣體供給機構來供給第1反應氣體該基板表面，以使該第1反應氣體吸附在基板表面；接下來，從設置於該旋轉台的旋轉方向之該第1反應氣體供給機構與該搬送口之間之補助氣體供給機構來供給補助氣體到該基板上，以使吸附在該基板表面之該第1反應氣體與該補助氣體反應而形成具有流動性之中間生成物；以及接下來，從設置於該旋轉台的旋轉方向之該補助氣體供給機構與該搬送口之間之第2反應氣體供給機構來供給第2反應氣體該基板上，以使該基板表面的中間生成物與第2反應氣體反應而形成反應生成物；其中該對基板進行熱處理之步驟係藉由對該基板進行熱處理來使該反應生成物緻密化。
  9. 一種記憶媒體，係容納有使用於成膜裝置的電腦程式，該成膜裝置係藉由在真空容器內依序地將會相互反應之至少2種反應氣體供給到基板表面且執行此供給循環來層積反應產物的層而形成薄膜；該電腦程式係由能夠實施申請專利範圍第7項所記載之成膜方法的步驟所組成。
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