TWI486483B - 成膜裝置、成膜方法及電腦可讀式記憶媒體 - Google Patents

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Description

成膜裝置、成膜方法及電腦可讀式記憶媒體
本發明係關於一種可監測成膜中的膜厚之成膜裝置、成膜方法及電腦可讀式記憶媒體。
半導體積體電路之製造中，為了在基板上形成各種薄膜係進行各種成膜步驟。而隨著因高集積化而使得電路圖案更加微細化或薄膜更加薄層化，更加要求對成膜步驟中基板面內之膜厚均勻性與膜厚控制性的改善。為了能夠對應於此種要求，原子層成膜法(亦稱為分子層成膜法)便受到矚目(例如專利文獻1)。
適用於原子層成膜法的薄膜成膜裝置當中，有利用能夠平放2片至6片左右的晶圓之載置台。此種薄膜成膜裝置一般來說係設置有可迴轉之載置台、於載置台的上方朝載置台的半徑方向延伸之一種原料化合物氣體用氣體噴嘴、吹淨氣體用氣體噴嘴、其他原料氣體用氣體噴嘴及吹淨氣體用氣體噴嘴。該等氣體供給部係依照上述順序所配置，當一邊從該等氣體供給部供給相對應之氣體一邊迴轉載置台時，則針對載置台上所載置之基板，會依序地進行一種原料化合物氣體的分子的吸附、一種原料化合物氣體的吹淨、其他原料化合物氣體的分子的吸附及其他原料化合物氣體的吹淨。如此地當迴轉載置台1次時，便可使一種原料化合物氣體的分子與其他原料化合物氣體的分子1層分子層1層分子層地吸附在基板上，藉由兩者的反應，則可在基板上形成1層分子層的反應生成物。
因此，在原理上，將所欲成膜之物質的目標膜厚除以該物質每1層分子層的厚度，則可求得所需之載置台的迴轉數，而利用該迴轉數來達成目標膜厚。
專利文獻1：美國專利公報第6，646，235號說明書(圖2，圖3)
專利文獻2：日本特開2003-224108號公報
然而，本發明之發明者們檢討後的結果，發現因下述各種理由，會有只依靠迴轉數仍無法達成所欲膜厚的情況。例如所欲成膜之物質每1層分子層的厚度有依成膜溫度等成膜條件的不同而相異之情況。又，當該物質為多晶或非晶狀時，會與單晶時的情況不同，而亦多有每1層分子層的厚度(原子間距離)不明確的情況。再者，所欲成膜之物質為化合物時，亦有因組成而使得每1層分子層的厚度產生變化的情況。
又，依所使用之原料化合物氣體的不同，因其蒸氣壓或分子間吸引力等，而有吸附在基板的分子變成二分子層以上的情況。再者，依真空容器內的氣體流動樣態、載置台的迴轉速度、原料氣體的供給量、載置台的(微小的)溫度分佈等，亦會有吸附在基板的分子變成二分子層以上的情況。
因上述情事，即使以目標膜厚除以每1層分子層的厚度來求得所需迴轉數，未必一定能夠利用該迴轉數來達成目標膜厚。因此，一般係在特定的成膜條件下進行所謂的條件測試，來求得載置台的所需迴轉數。由於條件測試必須配合所欲成膜之膜的種類或所欲製造之元件的種類來進行，故會產生製造成本增加或裝置因條件測試而造成製造相關的運轉次數減少之問題。
另一方面，用於製造半導體裝置之蝕刻裝置中，已知有一種即使在製造過程中仍可以檢測出處理終點的方法(例如專利文獻2)，但依本發明者們所知，尚未有充分地進行具有優異的膜厚控制性之原子層成膜法的評估。但由於將來膜厚的控制性及膜厚的均勻性會被要求有更好的改善，故期望原子層成膜法中亦能夠測量成膜中的膜厚。
為達成上述目的，本發明之第1樣態係供一種成膜裝置，係藉由於容器內實行將至少2種會互相反應之反應氣體依序供給至基板的循環以於該基板上生成反應生成物的層而形成薄膜。該成膜裝置具有：迴轉台，係可迴轉地設置於該容器內，並於一面具有載置該基板之載置區域；窗部，係對向於該容器的該迴轉台而氣密地設置於該容器；膜厚測量部，係通過該窗部來光學地測量成膜於該迴轉台所載置之該基板的薄膜膜厚；第1反應氣體供給部，係將第1反應氣體供給至該一面所構成；第2反應氣體供給部，係沿該迴轉台的迴轉方向而與該第1反應氣體供給部相隔有距離，並將第2反應氣體供給至該一面所構成；分離區域，係沿該迴轉方向位於供給有該第1反應氣體之第1處理區域與供給有該第2反應氣體之第2處理區域之間，以將該第1處理區域與該第2處理區域加以分離；中央區域，係位於該容器的中央部，並具有沿該一面噴出第1分離氣體之噴出孔，以將該第1處理區域與該第2處理區域加以分離；以及排氣口，係設置於該容器以將該容器內排氣；其中該分離區域包含有：分離氣體供給部，係供給第2分離氣體；以及頂面，係相對於該迴轉台的該一面形成有可使該第2分離氣體相對於該迴轉方向而從該分離區域流至該處理區域側的狹窄空間。
本發明之第2樣態係提供一種成膜方法，係於容器內實行將至少2種會互相反應之反應氣體依序供給至基板的循環以於該基板上生成反應生成物的層而形成薄膜。該成膜方法包含有以下步驟：將該基板載置在可迴轉地設置於該容器內之迴轉台的一面所區劃來載置該基板的載置區域之步驟；迴轉載置有該基板的該迴轉台之步驟；從第1反應氣體供給部向該迴轉台供給第1反應氣體之步驟；從沿該迴轉台的迴轉方向而與該第1反應氣體供給部相隔有距離之第2反應氣體供給部向該迴轉台供給第2反應氣體之步驟；從位於從該第1反應氣體供給部供給有該第1反應氣體之第1處理區域與從該第2反應氣體供給部供給有該第2反應氣體之第2處理區域之間的分離區域所設置之分離氣體供給部來供給第1分離氣體，並於該分離區域的頂面與該迴轉台之間所形成的狹窄空間，使該第1分離氣體相對於該迴轉方向而從該分離區域流至該處理區域側之步驟；從位於該容器的中央部之中央部區域所形成的噴出孔來供給第2分離氣體之步驟；將該容器排氣之步驟；以及光學地測量藉由迴轉步驟而迴轉之該迴轉台上的該基板所成膜之薄膜膜厚之步驟。
本發明之第3種樣態係提供一種電腦可讀式記憶媒體，係於第1樣態之成膜裝置收納有實施第2樣態的成膜方法之程式。
本發明之實施形態係提供一種可即時監測成膜中的膜厚之成膜裝置、成膜方法及電腦可讀式記憶媒體。以下，針對本發明實施形態之成膜裝置，參照添附圖式加以說明。
本發明實施形態之成膜裝置200如圖1(沿圖3的B-B線之剖面圖)、圖2及圖3所示，係具備：扁平狀真空容器1，其平面形狀略呈圓形；迴轉台2，係設置於該真空容器1內，且其迴轉中心係位於該真空容器1的中心處。真空容器1係能自容器本體12處將頂板11分離的結構。頂板11係透過例如O型環等密封組件13而裝設於容器本體12，以維持真空容器1的氣密狀態。另一方面，欲使頂板11自容器本體12處分離時，則藉由圖中未顯示的驅動機構來將頂板11朝上方抬起。
又，頂板11設置有具有階段部之開口，利用該階段部並透過O型環等密封組件(未圖示)而裝設有透過窗201。藉以將透過窗201氣密地裝設於真空容器1。透過窗201係由例如石英玻璃所製作，係用於利用膜厚測量系統101來測量成膜在晶圓W上的薄膜膜厚。又，透過窗201的寬度大致與後述載置台所載置之晶圓W的直徑相等，並沿著真空容器1的直徑方向所設置。藉此，可沿著晶圓W的直徑方向測量複數個點的膜厚。膜厚測量系統101於本實施形態中為利用橢圓偏光法之膜厚測量系統。
迴轉台2在本實施形態中係利用厚度約20mm的碳板所製作，而形成為直徑約960mm的圓板形狀。又，迴轉台2上面、內面及側面亦可以SiC塗佈。但迴轉台2於其他實施形態中，亦可由石英等其他的材料來形成。參照圖1，迴轉台2於中央處具有圓形開口部，而在開口部的周圍藉由圓筒形核心部21將迴轉台2從上下挾持並持定。核心部21係固定於朝鉛直方向延伸之迴轉軸22上端。迴轉軸22係貫穿容器本體12的底面部14，其下端係裝設於使該迴轉軸22繞鉛直軸周圍迴轉之驅動部23。藉由該結構，可使迴轉台2以其中心為軸而朝例如圖2所示之迴轉方向RD迴轉。又，迴轉軸22及驅動部23係收納於上面具有開口之筒狀殼體20內。該殼體20係透過設置於其上面之凸緣部20a而氣密地裝設於真空容器1的底面部14下面，藉以將殼體20的內部氣氛自外部氣氛隔離。
如圖2及圖3所示，迴轉台2的上面處分別形成有用以載置晶圓W之複數個(圖式之範例中為5個)圓形凹部狀載置部24。但圖3中只顯示1片晶圓W。載置部24相互之間係以約72°的角度間隔設置於迴轉台2上。
參照圖4(a)，圖4(a)係顯示載置部24與被載置於載置部24之晶圓W的剖面。如該圖所示，載置部24之直徑僅較晶圓W之直徑稍大(例如大4mm)，又其深度係與晶圓W之厚度相等。因此將晶圓W置入載置部24時，晶圓W的表面會與除了載置部24以外的迴轉台2區域表面齊高。假設，當晶圓W與該區域之間具有較大段差時，該段差會導致氣體的流動產生亂流，而使得晶圓W上的膜厚均勻性受到影響。因此，兩表面為相同高度。「相同高度」在此處係指高度差約為5mm以下的意思，但可在加工精確度容許的範圍內而儘可能接近於零。
又，載置部24的底部形成有3個貫穿孔(未圖示)，而透過該等3個貫穿孔來將3個昇降銷(參照圖9)昇降。昇降銷係支撐晶圓W的內面以將晶圓W昇降。
如圖2、圖3及圖9所示，容器本體12的側壁處形成有搬送口15。晶圓W係經由搬送口15並藉由搬送臂10而朝真空容器1中，或從真空容器1朝外被搬送。該搬送口15設置有閘閥(未圖示)，而藉以開閉搬送口15。當一個載置部24對齊於搬送口15，而閘閥打開時，則晶圓W會藉由搬送臂10而被搬送至真空容器1內，並從搬送臂10被放置在載置部24。為了從搬送臂10將晶圓W卸下至載置部24或從載置部24提升，而設置有昇降銷16(圖9)，昇降銷係藉由昇降機構(未圖示)而透過形成於迴轉台2的載置部24之貫穿孔被昇降。依上述方式來將晶圓W載置在載置部24。
再次參照圖1。透過窗201的上方設置有膜厚測量系統101。膜厚測量系統101係具有：設置於透過窗201的上面之3個光學單元102a~102c、對應於光學單元102a~102c而光學地連接之光纖線104a~104c、該等光纖線104a~104c所光學地連接之測量單元106、以及為了控制測量單元106而與測量單元106電連接之控制單元108。控制單元108可為例如電腦，係與進行成膜裝置200整體的控制之控制部100電連接，而在兩者之間來進行訊號的傳送/接收。藉此，成膜裝置200與膜厚測量系統101可協力地動作。
圖5係顯示光學單元102a與測量單元106的結構之概略圖。如圖所示，光學單元102a具有光放射部LE與受光部D1。又，測量單元106具有包含有氙氣燈等之光源106a、分光器106b及分別接受來自分光器106b的光之受光器106c。再者，光纖線104a係具有2根光纖OF1、OF2。
此外，圖5中雖省略了光學單元102b及102c，但該等係與光學單元102a具有相同的結構，又，測量單元106係具有對應於光學單元102b及102c之分光器106b與受光器106c。
如圖所示，光學單元102a之光放射部LE係藉由光纖線104a的光纖OF1，而與測量單元106的光源106a光學地連接。藉此，來自光源106a的光會通過光纖OF1而被引導至光放射部LE，並從光放射部LE射出。又，光放射部LE為了將光纖OF1所引導之光以光束Bi朝向晶圓W射出，而具有包含有鏡片(未圖示)等之光學系統。該光學系統包含有使朝向晶圓W射出之光束Bi直線地偏光之偏光子P。再者，光放射部LE為了使光束Bi以特定的角度照射在晶圓W，而具有用以調整光學系統的角度之角度調整部(未圖示)。
另一方面，光學單元102a之受光部D1係藉由光纖線104a的光纖OF2而與測量單元106的分光器106b光學地連接。受光部D1係以能接受從光放射部LE對晶圓W以特定的角度射出之光束Bi在晶圓W的表面反射之反射光束Br之方式設置。例如，光放射部LE與受光部D1係以相對於晶圓W的法線以等角度傾斜，且光束Bi、反射光束Br及法線形成一平面之方式設置。又，受光部D1為了使依上述方式受光之反射光束Br入射至光纖OF2，而具有特定的光學系統。該光學系統包含有使反射光束Br圓形地偏光之光彈性調變器PEM與偏光子P。如此地，光學單元102a~102c便包含有相位調變型橢圓偏光儀所需之光學組件。
藉由受光部D1所受光之反射光束Br會通過光纖OF2而被引導至分光器106b，並在分光器106b中分光為反射光束Br(白色光)，分光光線會入射至受光器106c。受光器106c係包含有例如光二極體或光電子增倍管等，而將對應於入射至受光器106c之分光光線的強度之輸出訊號輸出至控制單元108。又，控制單元108係將控制訊號輸出至分光器106b，以驅動分光器106b。因此，控制單元108可取得分光器106b所分光之光線的波長(光子能量)與其光強度的關係。控制單元108根據該關係並依照特定的計算方式，便可求得晶圓W上所成膜之薄膜膜厚。
又，控制單元108可控制用以將電功率供給至測量單元106的光源106a之電源(未圖示)，並可透過將控制訊號輸出至電源來控制光源106a。又，光源106a與光纖OF1之間設置有用以將來自光源的光線入射至光纖OF1之光學系統(未圖示)。又，光源106a與光纖OF1之間設置有藉由控制單元108的控制而開閉之快門(未圖示)，藉以在特定的時間點對晶圓W照射光束Bi，並在特定的時間點測量晶圓W上所成膜之薄膜膜厚。
再次參照圖2及圖3，迴轉台2上方處設置有反應氣體噴嘴31、反應氣體噴嘴32及分離氣體噴嘴41、42，該等噴嘴係以特定的角度間隔朝半徑方向延伸。迴轉台2之載置部24可通過噴嘴31、32、41及42的下方。圖式之例中，反應氣體噴嘴32、分離氣體噴嘴41、反應氣體噴嘴31及分離氣體噴嘴42係以該順序而順時針方向地設置。該等氣體噴嘴31、32、41、42係貫穿容器本體12的周壁部，並藉由將端部(氣體導入埠31a、32a、41a、42a)裝設於容器本體12的外周壁而被加以支撐。氣體噴嘴31、32、41、42在圖式之例中，係從真空容器1的周壁部被導入至真空容器1內，但亦可從環狀突出部5(將敘述於後)來導入。該情況下，可在突出部5的外周面與頂板11的外表面設置具有開口之L形導管，並於真空容器1內將氣體噴嘴31(32、41、42)連接至L形導管的一側開口，而於真空容器1的外部將氣體導入埠31a(32a，41a，42a)連接至L形導管的另一側開口。
雖未加以圖示，但反應氣體噴嘴31係連接至二(特丁胺基)矽烷(BTBAS；第1反應氣體)的氣體供給源，反應氣體噴嘴32係連接至臭氧(O3 ；第2反應氣體)的氣體供給源。
反應氣體噴嘴31、32係於噴嘴的長度方向間隔地排列設置有用以朝下方側噴出反應氣體之噴出孔33。本實施形態中，噴出孔33的口徑約為0.5mm，而沿著反應氣體噴嘴31、32的長度方向以約10mm的間隔排列設置。又，亦有將反應氣體噴嘴31的下方區域稱為用以使BTBAS氣體吸附在晶圓的處理區域P1，並將反應氣體噴嘴32的下方區域稱為用以使吸附在晶圓之BTBAS氣體被O3 氣體氧化的處理區域P2之情況。
另一方面，分離氣體噴嘴41、42係連接至分離氣體的氣體供給源(未圖示)。分離氣體可為氮(N2 )氣或He氣或Ar氣等非活性氣體，又，只要是對成膜不會造成影響的氣體，對分離氣體的種類並未特別限定。本實施形態中，分離氣體係使用N2 氣體。分離氣體噴嘴41、42具有用以朝下方側噴出分離氣體之噴出孔40。噴出孔40係在長度方向以特定的間隔排列設置。本實施樣態中，噴出孔40的口徑約為0.5mm，並沿著分離氣體噴嘴41、42的長度方向以約10mm的間隔排列設置。
分離氣體噴嘴41、42係設置於以將處理區域P1與處理區域P2分離之方式所構成的分離區域D。各分離區域D中，如圖2、圖3、圖4(a)及圖4(b)所示，真空容器1的頂板11係設置有凸狀部4。凸狀部4的上面形狀為扇形，其頂部係位於真空容器1的中心，而圓弧則位於沿著容器本體12的內周壁附近。又，凸狀部4具有如同將凸狀部4劃分為二而朝半徑方向延伸的溝部43。溝部43收納有分離氣體噴嘴41(42)。分離氣體噴嘴41(42)的中心軸與扇形凸狀部4其中一邊之間的距離係與分離氣體噴嘴41(42)的中心軸與扇形凸狀部4另一邊之間的距離幾乎相同。此外，在本實施例中雖係以將凸狀部4劃分為二等分之方式來形成溝部43，但在其他的實施例中，亦可以例如凸狀部4中之迴轉台2的迴轉方向上游側較為寬廣之方式來形成溝部43。
依上述結構，如圖4(a)所示，分離氣體噴嘴41(42)兩側具有平坦的低頂面44(第1頂面)，低頂面44兩側則具有高頂面45(第2頂面)。凸狀部4(頂面44)形成有用以阻止第1及第2反應氣體侵入凸狀部4與迴轉台2之間並阻止該等反應氣體發生混合的狹窄空間(分離空間)。
參照圖4(b)，沿著迴轉台2的迴轉方向從反應氣體噴嘴32流向凸狀部4的O3 氣體會被阻止侵入該空間，又，沿著迴轉台2迴轉方向的相反方向而從反應氣體噴嘴31流向凸狀部4的BTBAS氣體會被阻止侵入該空間。所謂「阻止氣體侵入」係指分離氣體噴嘴41所噴出之分離氣體(N2 氣體)會在頂面44與迴轉台2的表面之間擴散，本例中係向鄰接於該頂面44之頂面45的下側空間噴出，藉以使來自頂面45下側空間的氣體無法侵入的意思。然後，所謂「氣體無法侵入」並不僅指完全無法從頂面45的下側空間進入至凸狀部4的下側空間的情況，而亦指即使有一部分反應氣體侵入，但該反應氣體卻無法朝向分離氣體噴嘴41再更加前進，故不會發生相互混合的意思。亦即，只要能得到這種的作用，分離區域D便可發揮分離處理區域P1及處理區域P2的功用。又，已吸附在晶圓之氣體當然可通過分離區域D內。因此，所指的阻止氣體侵入係指氣相中的氣體。
參照圖1、圖2及圖3，頂板11下面設置有內周圍係面向核心部21的外周面之方式所設置的環狀突出部5。突出部5在較核心部21要外側的區域係對向於迴轉台2。又，突出部5與凸狀部4為一體成型，且凸狀部4的下面與突出部5的下面形成一平面。亦即，突出部5下面自迴轉台2起的高度係與凸狀部4下面(頂面44)的高度相同。該高度將於後文以高度h加以敘述。但突出部5與凸狀部4可為非一體成型，而亦可為分別的個體。此外，圖2及圖3係顯示凸狀部4仍留在容器1內而將頂板11取下時的真空容器1內部結構。
本實施形態中，分離區域D係藉由於成為凸狀部4之扇形板處形成有溝部43，並將分離氣體噴嘴41(42)設置於溝部43而加以形成。但是亦可將兩片扇形板設置在分離氣體噴嘴41(42)的兩側，而以螺絲來將該等兩片扇形板組裝在頂板11的下面。
本實施形態中，於真空容器1內處理直徑約300mm的晶圓W時，凸狀部4之沿著自迴轉台之迴轉中心相距140mm的內側圓弧li(圖3)之圓周方向長度為例如140mm，而沿著對應於迴轉台2的載置部24最外部之外側圓弧lo(圖3)的圓周方向長度為例如502mm。又，沿著外側圓弧lo從凸狀部4的一邊側壁至溝部43附近的側壁之圓周方向長度約為246mm。
又，凸狀部4的下面，即頂面44自迴轉台2表面所測得的高度h(圖4(a))可為例如約0.5mm至約10mm，較佳地約為4mm。又，迴轉台2的迴轉數係設定為例如1rpm~500rpm。為了確保分離區域D的分離功能，可配合處理容器1內的壓力或迴轉台2的迴轉數等，而例如經由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)與迴轉台2表面的高度h。
圖6係顯示沿著圖3之A-A線的半剖面圖，此處顯示凸狀部4以及與凸狀部4一體成型之突出部5。參照圖6，凸狀部4係具有於其外緣處彎曲呈L形之彎曲部46。由於凸狀部4係裝設於頂板11，並可連同頂板11一起自容器本體12分離，因此雖然彎曲部46與迴轉台2之間及彎曲部46與容器本體12之間存在有極微小的間隙，但彎曲部46大致填補了迴轉台2與容器本體12之間的空間，故可防止來自反應氣體噴嘴31a的第1反應氣體(BTBAS)與來自反應氣體噴嘴32a的第2反應氣體(臭氧)通過該間隙而發生混合。彎曲部46與容器本體12之間的間隙及彎曲部46與迴轉台2之間的微小間隙，係與上述迴轉台至凸狀部4的頂面44之高度h為幾乎相同的大小。圖式之例中，彎曲部46面向迴轉台2外周面之側壁則構成了分離區域D的內周壁。
再參照沿著圖3所示之B-B線之剖面圖(圖1)，容器本體12在對向於迴轉台2外周面之容器本體12的內周部具有凹部。於後文中將該凹部稱為排氣區域6。排氣區域6下方設置有排氣口61(其他的排氣口62則參照圖3)，該等排氣口係透過其他的排氣口62亦可使用之排氣管63而連接至真空幫浦64。又，排氣管63設置有壓力調整器65。亦可將複數個壓力調整器65設置在相對應的排氣口61、62。
再參照圖3，從上方所見，排氣口61係設置於反應氣體噴嘴31與相對於反應氣體噴嘴31而位於迴轉台2的順時針迴轉方向下游處之凸狀部4之間。藉由該結構，排氣口61可實質地將來自反應氣體噴嘴31的BTBAS氣體專門排氣。另一方面，從上方觀之，排氣口62係設置於反應氣體噴嘴32與相對於反應氣體噴嘴32而位於迴轉台2的順時針迴轉方向下游之凸狀部4之間。藉由該結構，排氣口62可實質地將來自反應氣體噴嘴32的O3 氣體專門排氣。因此，依上述方式構成的排氣口61、62可幫助分離區域D防止BTBAS氣體與O3 氣體發生混合。
本實施形態係於容器本體12設置2個排氣口，但其他實施形態亦可設置3個排氣口。例如，亦可於反應氣體噴嘴32與相對於反應氣體噴嘴32而位於迴轉台2順時針迴轉方向上游處的分離區域D之間增設排氣口。又，亦可適當地再增設排氣口。圖式之例係藉由將排氣口61、62設置於較迴轉台2要低的位置，以從真空容器1內周壁與迴轉台2周緣之間的間隙來排氣，但亦可設置於容器本體12的側壁。又，將排氣口61、62設置於容器本體12的側壁處時，可將排氣口61、62設置在較迴轉台2要高的位置。此時，氣體係沿著迴轉台2的表面流動，而流入位於較迴轉台2的表面要高位置之排氣口61、62。因此，真空容器1內的微粒不會被吹起，這一點與將排氣口設置於例如頂板11的情況相比則較為有利。
如圖1、圖2及圖7所示，迴轉台2與容器本體12的底部14之間的空間設置有作為加熱部之環狀加熱器單元7，藉以透過迴轉台2來將迴轉台2上的晶圓W加熱至製程配方所決定的溫度。又，覆蓋組件71係於迴轉台2下方之迴轉台2外圍附近以圍繞加熱器單元7之方式設置，故加熱器單元7所設置之空間便從加熱器單元7的外側區域被加以區劃。覆蓋組件71於上端具有凸緣部71a，凸緣部71a係為了防止氣體流入覆蓋組件71內，而於迴轉台2下面與凸緣部之間以維持有微小間隙之方式設置。
參照圖6，底部14於環狀加熱器單元7的內側具有隆起部R。隆起部R上面係接近迴轉台2與核心部21，且隆起部R上面與迴轉台2之間及隆起部R上面與核心部21內面之間殘留有微小間隙。又，底部14係具有貫穿有迴轉軸22之中心孔。該中心孔內徑只稍微較迴轉軸22的直徑要大，且透過凸緣部20a殘留有與殼體20連通之間隙。吹淨氣體供給管72係連接至凸緣部20a的上部。又，由於係將收納有加熱器單元7的空間(加熱器單元收納空間)加以吹淨，因此複數個吹淨氣體供給管73係以特定的角度間隔而連接於加熱器單元7下方的區域。
藉由此種結構，N2 吹淨氣體會通過迴轉軸22與底部14之中心孔之間的間隙、核心部21與底部14之隆起部R之間的間隙及底部14之隆起部R與迴轉台2內面之間的間隙，而從吹淨氣體供給管72流向加熱器單元收納空間。又，N2 氣體會從吹淨氣體供給管73流向加熱器單元收納空間。然後，該等N2 吹淨氣體會通過覆蓋組件71之凸緣部71a與迴轉台2內面之間的間隙流入至排氣口61。在圖8中以箭頭來顯示此種N2 氣體的流動。N2 氣體係具有防止BTBAS氣體(O3 氣體)在迴轉台2的下方空間回流，並防止與O3 氣體(BTBAS氣體)發生混合之分離氣體的功用。
參照圖8，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，藉以將分離氣體(N2 氣體)供給至頂板11與核心部21之間的空間52。被供給至該空間52的分離氣體係通過突出部5與迴轉台2的狹窄間隙50，並沿著迴轉台2表面流動，而到達排氣區域6。由於該空間52與間隙50充滿了分離氣體，因此BTBAS氣體及O3 氣體不會經由迴轉台2的中心部而發生混合。亦即，本實施形態之成膜裝置200係藉由迴轉台2之迴轉中心部與真空容器1而被加以區劃以分離處理區域P1與處理區域P2，並設置有以具有朝迴轉台2上面噴出分離氣體之噴出口的方式所構成之中心區域C。此外，圖式之例中，噴出口係相當於突出部5與迴轉台2的狹窄間隙50。
又，該實施形態之成膜裝置200係設置有用以進行裝置整體作動的控制之控制部100。該控制部100具有例如電腦所構成的製程控制器100a、使用者界面部100b與記憶體裝置100c。使用者界面部100b具有顯示成膜裝置200的作動狀況之顯示器或成膜裝置之操作者用來選擇製程配方、製程管理者用來變更製程配方的參數之鍵盤或觸控式螢幕(未圖示)等。
記憶體裝置100c記憶有使製程控制器100a實施各種製程的控制程式、製程配方及各種製程參數等。又，該等程式係具有用以實施如後述作動(成膜方法(含有膜厚測量))之步驟群。該等控制程式或製程配方係依據來自使用者界面部100b的指示，而從製程控制器100a被讀取並實行。又，該等程式亦可收納於電腦可讀式記憶媒體100d，並透過與該等相對應之輸出入裝置(未圖示)而安裝至記憶體裝置100c。電腦可讀式記憶媒體100d可為硬碟、CD、CD-R/RW、DVD-R/RW、軟碟、半導體記憶體等。又，亦可透過通訊線路來將程式下載至記憶體裝置100c。
接下來，詳細說明本實施形態之成膜裝置200的作動(成膜方法)。
(晶圓搬入步驟)
首先，針對將晶圓W載置於迴轉台2上的步驟，再次參照目前已參照過的圖式加以說明。首先，迴轉迴轉台2以使載置部24對齊於搬送口15並打開閘閥(未圖示)。接下來，如圖9所示，藉由搬送臂10並透過搬送口15來將晶圓W搬入至真空容器1內，以將晶圓W保持於載置部24的上方。接下來，上升昇降銷16並從搬送臂10來收取晶圓W，且搬送臂10自真空容器1退出後，關閉閘閥(未圖示)，將升降銷16下降來將晶圓W載置於迴轉台2之載置部24。
此一連串的作動在重複進行一條生產線所處理之晶圓片數的次數後結束搬入晶園。
(成膜步驟)
晶圓搬入後，利用真空幫浦64(圖1)來將真空容器1內排氣至預先設定的壓力。接下來，從上方觀之，迴轉台2係順時針方向地開始迴轉(公轉)。迴轉台2係藉由加熱器單元7而被預先加熱至特定的溫度(例如300℃)，由於晶圓W係被載置於載置部24，因此晶圓W亦會被加熱。將晶圓W加熱並維持在特定溫度後，從分離氣體噴嘴41、42供給N2 氣體，BTBAS氣體係經由反應氣體噴嘴31而被供給至處理區域P1，O3 氣體係經由反應氣體噴嘴32而被供給至處理區域P2。
當晶圓W通過反應氣體噴嘴31下方之處理區域P1時，BTBAS分子會吸附在晶圓W表面，當通過反應氣體噴嘴32下方之處理區域P2時，O3 分子會吸附在晶圓W表面，而使得BTBAS分子被O3 氧化。因此，晶圓W係藉由迴轉台2的迴轉，當通過區域P1、P2兩者一次，則晶圓W表面便會形成氧化矽之1層分子層。
(膜厚測量)
依照上述方式，在成膜期間進行以下的膜厚測量。
首先，配合迴轉台2的迴轉速度來決定測量的時間點。測量時間點可藉由在用以迴轉迴轉台2之迴轉軸22外周的特定位置處(例如與迴轉台2之載置部24相對應之位置)，將例如磁石裝設在迴轉軸22並與迴轉軸22一起迴轉，並以特定的磁頭測量磁氣變化來掌握。
接下來，控制單元108(圖1及圖5)係控制光源106a的電源來將光源106a開啟，並根據所掌握的時間點來進行快門(未圖示)的開閉，以將來自光源106a的光線脈衝狀地入射至光纖OF1。藉此可將光線照射在測量對象之晶圓W。亦即，來自光源106a的光線係通過光纖OF1而到達光放射部LE，並從光放射部LE以光束Bi射出，而選擇性地照射在迴轉中之迴轉台2上的測量對象(晶圓W)。然後，在該晶圓W反射的反射光束Br會入射至受光部D1，並通過光纖OF2而到達分光器106b。此時，分光器106b係藉由控制單元108被加以控制，而在來自晶圓W的反射光束Br從光纖OF2射出之期間進行例如約248nm至約827nm(以光子能量換算約為1.5eV至5eV)的波長掃描(分光)。具體而言，控制單元108會與用以控制快門的開閉之訊號同步地將控制訊號傳送至分光器106，則分光器106b便可根據該控制訊號來進行波長掃描。依上述方式，於光束Bi脈衝狀地照射在晶圓W期間進行分光測量，來取得反射光束Br之分光強度的波長(光子能量)相關性數據。
之後，控制單元108會根據上述分光光強度的波長(光子能量)相關性數據並利用特定的計算方式來計算出晶圓W上所成膜之薄膜膜厚。然後，將所計算之膜厚與該膜的目標膜厚相比較。目標膜厚可藉由參照下載至例如控制部100之製程配方而在每一次比較時取得，抑或預先從控制部100傳送至控制單元108並加以記憶。當比較的結果係判斷為所計算之膜厚與目標膜厚相等，或為目標膜厚以上時，則藉由將通知訊號輸出至控制部100，來對控制部100通知應停止成膜一事。當控制部100收到通知訊號時，則會停止BTBAS氣體、O3 氣體及N2 氣體，並中止迴轉台2的迴轉，而開始接下來的晶圓搬出步驟。
此外，上述膜厚測量可在對應於光學單元102a~102c之位置處同時測量。此時，雖測量晶圓W上3點的膜厚，但可在3點皆為目標膜厚以上時停止成膜，抑或只有1點或2點為目標膜厚以上時中止成膜。又，可只針對迴轉台2上特定的載置部24所載置之一片晶圓W進行膜厚測量，抑或對迴轉台2上所有的晶圓W進行膜厚測量。
又，脈衝狀地照射在晶圓W之光束Bi的持續時間(duration)可配合例如迴轉台2的迴轉速度來決定。具體而言，光束Bi的持續時間(快門打開的時間)可為10ms至100ms的期間。又，不需針對迴轉台2每一次的迴轉測量膜厚，例如迴轉台2每迴轉5至20次再測量即可。
(晶圓搬出步驟)
成膜步驟結束後，將真空容器1內吹淨。接下來，以和搬入動作相反的動作，利用搬送臂10依序將晶圓W從真空容器1搬出。亦即，使載置部24對齊於搬送口15並打開閘閥後，上升昇降銷16以將晶圓W保持於迴轉台2的上方。接下來，搬送臂10會進入至晶圓W的下方，下降昇降銷16，並藉由搬送臂10來收取晶圓W。之後，搬送臂10會從真空容器1退出，以將晶圓W從真空容器1搬出。依上述方式，則結束一片晶圓W的搬出。接著，重複上述動作，將迴轉台2上的所有晶圓W搬出。
以下，針對利用本發明實施形態之成膜裝置的成膜步驟之優點加以說明。
圖10係概略顯示氣體從氣體噴嘴31、32、41、42被供給至真空容器1內的流動樣態之示意圖。如圖所示，反應氣體噴嘴32所噴出之O3 氣體的一部分會碰撞到迴轉台2表面(及晶圓W表面)，而沿著其表面向迴轉台2迴轉方向的反方向流動。接下來，該O3 氣體會被從迴轉台2迴轉方向上游側流來的N2 氣體推回，而朝迴轉台2周緣與真空容器1內周壁的方向改變方向。最後，O3 氣體會流入排氣區域6，並通過排氣口62而從真空容器1被排氣。
反應氣體噴嘴32所噴出之O3 氣體的其他部分會碰撞到迴轉台2表面(及晶圓W表面)，而沿著其表面流向與迴轉台2迴轉方向相同的方向。該部分的O3 氣體主要係藉由透過從中心區域C流來之N2 氣體與排氣口62的吸引力，而朝排氣區域6流動。另一方面，該部分之少部分的O3 氣體，會相對於反應氣體噴嘴32而朝位於迴轉台2迴轉方向下游側之分離區域D流動，而有進入頂面44與迴轉台2間的間隙之可能性。然而，由於該間隙的高度h係特意設定成可在成膜條件下阻止流入該間隙程度的高度，故可阻止O3 氣體進入該間隙。即使有少量O3 氣體流入該間隙，該O3 氣體並不會流至分離區域D的深處。流入間隙的少量O3 氣體會被分離氣體噴嘴41所噴出之分離氣體推回。因此，如圖10所示，在迴轉台2上面沿著迴轉方向流動之所有的O3 氣體會實質地流向排氣區域6而藉由排氣口62被排氣。
同樣地，從反應氣體噴嘴31被噴出並沿著迴轉台2表面向迴轉台2迴轉方向的反方向流動之一部份的BTBAS氣體，會被防止流入相對於反應氣體噴嘴31而位於迴轉方向上游側之凸狀部4的頂面44與迴轉台2之間的間隙。即使有少量的BTBAS氣體流入仍會被分離氣體噴嘴41所噴出之N2 氣體推回。被推回之BTBAS氣體會連同來自分離氣體噴嘴41之N2 氣體與從中心區域C所噴出之N2 氣體，一起朝迴轉台2外周緣與真空容器1內周壁流動，並透過排氣區域6而通過排氣口61被排氣。
從反應氣體噴嘴31向下側噴出，並沿著迴轉台2表面(及晶圓W表面)朝向迴轉台2迴轉方向的相同方向流動之其他部分的BTBAS氣體，會無法流入相對於反應氣體噴嘴31而位於迴轉方向下游側之凸狀部4的頂面44與迴轉台2之間。即使有少量的BTBAS氣體流入，仍會被分離氣體噴嘴42所噴出之N2 氣體推回。被推回之BTBAS氣體係連同來自分離區域D之分離氣體噴嘴42的N2 氣體與從中心區域C所噴出之N2 氣體，一起流向排氣區域6而藉由排氣口61被排氣。
如上所述，分離區域D可防止BTBAS氣體或O3 氣體流入至分離區域D、大量地減少流入至分離區域D之BTBAS氣體或O3 氣體的量，或將BTBAS氣體或O3氣體推回。已吸附於晶圓W之BTBAS分子與O3 分子可被容許通過分離區域D，而有助於薄膜的堆積。
又，如圖8及圖10所示，分離氣體係從中心區域C朝迴轉台2的外周緣被噴出，因此處理區域P1的BTBAS氣體(處理區域P2的O3 氣體)便無法流入中心區域C。即使有處理區域P1的少量BTBAS(處理區域P2的O3氣體)流入中心區域C，該BTBAS氣體(O3 氣體)仍會被N2 氣體推回，故可阻止處理區域P1的BTBAS氣體(處理區域P2的O3 氣體)通過中心區域C而流入處理區域P2(處理區域P1)。
又，處理區域P1的BTBAS氣體(處理區域P2的O3 氣體)亦會被阻止通過迴轉台2與容器本體12內周壁之間的空間而流入處理區域P2(處理區域P1)。由於此係因為彎曲部46係從凸狀部4朝下方形成，且彎曲部46與迴轉台2的間隙，及彎曲部46與容器本體12內周壁之間的間隙係與凸狀部4的頂面44自迴轉台2起的高度h差不多同樣地小，故可實質地避免2個處理區域之間相連通。因此，BTBAS氣體會從排氣口61被排氣，O3 氣體會從排氣口62被排氣，故該等2種反應氣體便不會發生混合。又，迴轉台2下方的空間(加熱器單元收納空間)係利用吹淨氣體供給管72、73所供給的N2 氣體來吹淨。因此，BTBAS氣體無法通過迴轉台2下方而流入處理區域P2。
又，上述之成膜步驟中，分離氣體供給管51亦供給分離氣體(N2 氣體)，藉此從中心區域C，亦即，從突出部5與迴轉台2之間的間隙50沿著迴轉台2表面噴出N2 氣體。該實施形態中，設置有反應氣體噴嘴31(32)的空間(頂面45下方空間)的壓力係較中心區域C及頂面44與迴轉台2之間的狹窄空間要低。此係因為鄰接於頂面45下方的空間設置有排氣區域6，而其空間則透過排氣區域6直接被排氣的緣故。又，另一因素為因狹窄空間係藉由高度h來維持反應氣體噴嘴31(32)所設置的空間與狹窄空間之間的壓力差。
如上所述，本實施形態之成膜裝置200中，由於可盡量抑制2種原料氣體(BTBAS氣體，臭氧氣體)在真空容器1內發生混合，故能實現接近理想的原子層成膜，並提供優異的膜厚控制性。再者，由於成膜裝置200設置有膜厚測量系統101，故能提供更優異的膜厚控制性。亦即，利用膜厚測量系統101即可於成膜中即時地監測膜厚，並在到達目標膜厚的時間點停止成膜，故能確實地達成目標膜厚。因此，若將本實施形態之成膜裝置200利用於半導體元件的製造，即可確實地發揮該半導體元件的性能，並提高製造良率。
又，通常在製造過程中，為了達成目標膜厚並確保成膜條件會先進行試作，但若利用具有膜厚測量系統101的成膜裝置200，則不需進行試作，從而可減少試作所需的費用及製造成本。又，可在進行試作的時間進行製造，故可處理更多的製造批次。再者，可減少試作部分的製造次數，故維修保養的間隔會拉長。
又，本實施形態之膜厚測量系統101係由橢圓偏光儀所構成，故如上所述，可在10ms至100ms極短的期間內測量膜厚。因此，即使晶圓W在迴轉中，仍可測量晶圓W面內極小部位(某個點)的膜厚。再者，亦可藉由一個光學單元102a來測量晶圓W面內數處的膜厚。亦可以3個光學單元102a~102c來測量晶圓W面內數處的膜厚，以求得晶圓W面內的膜厚分佈。
再者，本實施形態之膜厚測量系統101係由橢圓偏光儀所構成，故可針對層積有複數物質的層積膜測量各層的膜厚。因此，藉由本實施形態之成膜裝置200，即便是連續形成例如氧化膜-氮化膜-氧化膜(ONO膜)的情況，亦可測量各膜的膜厚。又，即使是例如欲以氧化鈦(TiO)膜與氧化鍶(SrO)膜來形成鈦酸鍶(SrTiO)膜的層積膜時，亦可測量TiO膜與SrO膜各別的膜厚。
又，如上所述，由於可有效地防止2種原料氣體在真空容器1內發生混合，故成膜會被限制於在晶圓W上及迴轉台2上。因此，在透過窗201幾乎不會形成有薄膜，從而可極度地降低透過窗201的維修保養頻率。亦即，幾乎不會因膜厚測量系統101而引起成膜裝置200的停機時間增加。
以下揭示本實施形態之成膜裝置200中，利用BTBAS氣體與O3 氣體來形成SiO2 膜之較佳製程參數。
‧迴轉台2的迴轉速度：1~500rpm(晶圓W的直徑為300mm時)
‧真空容器1的壓力：1067Pa(8Torr)
‧晶圓溫度：350℃
‧BTBAS氣體的流量：100sccm
‧O3 氣體的流量：10000sccm
‧來自分離氣體噴嘴41、42的N2 氣體流量：20000sccm
‧來自分離氣體供給管51的N2 氣體流量：5000sccm
‧迴轉台2的迴轉數：600轉(配合所需膜厚)
依本實施形態之成膜裝置200，由於成膜裝置200係在供給有BTBAS氣體的處理區域P1與供給有O3 氣體的處理區域P2之間，具有包含有低頂面44之分離區域D，因此可防止BTBAS氣體(O3 氣體)流入處理區域P2(處理區域P1)，並防止與O3 氣體(BTBAS氣體)混合。因此，藉由迴轉載置有晶圓W之迴轉台2，並使晶圓W通過處理區域P1、分離區域D、處理區域P2及分離區域D，來確實地進行氧化矽膜之分子層成膜。又，為了更確實地防止BTBAS氣體(O3 氣體)與流入處理區域P2(處理區域P1)而與O3 氣體(BTBAS氣體)發生混合，分離區域D可更進一步地包含有噴出N2 氣體之分離氣體噴嘴41、42。再者，本實施形態成膜裝置200的真空容器1由於係具備具有噴出N2 氣體之噴出孔的中心區域C，因此可防止BTBAS氣體(O3 氣體)通過中心區域C流入處理區域P2(處理區域P1)而與O3 氣體(BTBAS氣體)發生混合。又再者，由於BTBAS氣體與O3 氣體不會發生混合，因此迴轉台2上幾乎不會形成氧化矽膜，故可減少微塵粒子的問題。
此外，本實施形態成膜裝置200的迴轉台2係具有5個載置部24，而可一次處理對應之5個載置部24所載置的5片晶圓W，但亦可將1片晶圓W載置在5個載置部24中的其中一個，或只在迴轉台2形成一個載置部24。
再者，不限於氧化矽膜的分子層成膜，而亦可藉由成膜裝置200來進行氮化矽膜的分子層成膜。用以進行氮化矽膜的分子層成膜之氮化氣體可利用氨氣(NH3 )或聯胺(N2 H2 )等。
又，用以進行氧化矽膜或氮化矽膜的分子層成膜之原料氣體不限於BTBAS，可利用二氯矽烷(DCS)、六氯二矽甲烷(HCD)、三(二甲胺基)矽烷(3DMAS)、四乙氧基矽烷(TEOS)等。
又再者，本發明實施形態之成膜裝置及成膜方法不限於氧化矽膜或氮化矽膜，而亦可進行使用三甲基鋁(TMA)與O3 或氧電漿之氧化鋁(Al2 O3 )的分子層成膜、利用四(乙基甲基胺基酸)鋯(TEMAZr)與O3 或氧電漿之氧化鋯(ZrO2 )的分子層成膜、利用四(乙基甲基胺基酸)鉿(TEMAHf)與O3 或氧電漿之氧化鉿(HfO2 )的分子層成膜、利用二(四甲基庚二酮酸)鍶(Sr(THD)2 )與O3 或氧電漿之氧化鍶(SrO)的分子層成膜、或利用(甲基戊二酮酸)(雙四甲基庚二酮酸)鈦(Ti(MPD)(THD))與O3 或氧電漿之氧化鈦(TiO)的分子層成膜等。
距迴轉台2外周緣愈近則離心力的作用愈強，因此，例如在靠近迴轉台2外周緣的部分，則BTBAS氣體會以很快的速度朝向分離區域D。因此，在靠近迴轉台2外周緣的部分，BTBAS氣體流入頂面44與迴轉台2間之間隙的可能性很高。因此，若使凸狀部4的寬度愈向外周緣(沿著迴轉方向的長度)則愈寬，便可使BTBAS氣體較難以進入該間隙。從上述觀點來看，本實施形態如以上所述地，凸狀部4的俯視方向較佳地為扇形。
以下，再次例示凸狀部4(或頂面44)的尺寸。參照圖11(a)及11(b)，於分離氣體噴嘴41(42)兩側形成有狹窄空間之頂面44對應於晶圓中心WO通過路徑之圓弧長度L可為晶圓W直徑的約1/10~約1/1的長度，較佳地為約1/6以上。具體來說，當晶圓W直徑為300mm時，該長度L較佳地為約50mm以上。該長度L較短時，為了有效地防止反應氣體流入狹窄空間，因此必須使頂面44與迴轉台2間之狹窄空間的高度h較低。然而，當長度L過短、高度h極端地低時，迴轉台2會衝撞到頂面44，而有微粒產生而污染到晶圓或晶圓破損的可能性。因此，為避免迴轉台2衝撞頂面44，而必須要有抑制迴轉台2的振動，或穩定地迴轉迴轉台2的對策。另一方面，縮短長度L但使狹窄空間的高度h仍維持較大時，為了防止反應氣體流入頂面44與迴轉台2間的狹窄空間，因此必需降低迴轉台2的迴轉速度，但在產能這一點上反而較為不利。從該等考量來看，沿著對應於晶圓中心WO通過路徑之圓弧的頂面44之長度L較佳地為約50mm以上。然而，凸狀部4或頂面44的尺寸可不限定於上述尺寸，而可配合所使用的製程參數或晶圓尺寸來調整。又，只要狹窄空間的高度為分離氣體能自分離區域D流向處理區域P1(P2)左右的高度，從上述說明即可明瞭，狹窄空間的高度h亦可配合所使用之製程參數或晶圓尺寸加上例如頂面44的面積來調整。
又，上述實施形態中，設置於凸狀部4之溝部43係設置有分離氣體噴嘴41(42)，且分離氣體噴嘴41(42)兩側設置有低頂面44。然而，在其其他實施形態中，亦可取代分離氣體噴嘴41，而如圖12所示地在凸狀部4內部形成朝迴轉台2的直徑方向延伸之流道47，沿著該流道47的長度方向形成複數個氣體噴出孔40，並從該等氣體噴出孔40將分離氣體(N2 氣體)噴出。
分離區域D的頂面44可不限於平坦面，而可如圖13(a)所示地彎曲呈凹面狀、如圖13(b)所示地為凸面形狀、又亦可如圖13(c)所示地為波浪狀。
又，凸狀部4可為中空，而亦可為將分離氣體導入中空內之結構。此時，亦可將複數個氣體噴出孔33如圖14(a)至圖14(c)所示般地排列。
參照圖14(a)，複數個氣體噴出孔33係分別為傾斜槽縫的形狀。該等傾斜槽縫(複數氣體噴出孔33)係沿著迴轉台2半徑方向而與鄰接的槽縫部分地重疊。圖14(b)中，複數個氣體噴出孔33係分別為圓形。該等圓形孔(複數氣體噴出孔33)係沿著整體上沿著迴轉台2的半徑方向延伸之蛇行線而設置。圖14(c)中，複數個氣體噴出孔33係分別為圓弧狀槽縫的形狀。該等圓弧狀槽縫(複數氣體噴出孔33)係以特定的間隔設置於迴轉台2的半徑方向。
又，本實施形態之凸狀部4的上面形狀為接近扇形，但其他實施形態中，亦可為圖15(a)所示之上面形狀為長方形或正方形。又，如圖15(b)所示，凸狀部4亦可為其上面整體地為扇形但側面4Sc係凹狀地彎曲。另外，如圖15(c)所示，凸狀部4亦可為其上面整體地為扇形但側面4Sv係凸狀地彎曲。再者，如圖15(d)所示，凸狀部4之迴轉台2(圖1)迴轉方向上游側部分的側面4Sc為凹狀，但凸狀部4之迴轉台2(圖1)迴轉方向下游側部分的側面4Sf為平面狀亦可。此外，圖15(a)至圖15(d)中的虛線係表示形成於凸狀部4之溝部43(圖4(a)、圖4(b))。該等情況下，收納於溝部43之分離氣體噴嘴41(42)(圖2)係自真空容器1的中央部，例如突出部5(圖1)開始延伸。
用以加熱晶圓之加熱器單元7亦可取代電阻發熱體而為加熱燈。又，加熱器單元7可非設置在迴轉台2下側而是設置在迴轉台2上側，或上下兩側皆設置亦可。
在其他實施形態中，亦可將處理區域P1、P2及分離區域D如圖16所示般地設置。參照圖16，供給例如O3 氣體之反應氣體噴嘴32係設置於較搬送口15要更接近迴轉台2迴轉方向的上游側，且為搬送口15與分離氣體噴嘴42之間。即使是此種設置，從各噴嘴及中心區域C所噴出之氣體仍會大致地如同圖中以箭頭表示般地流動，而防止了兩反應氣體的混合。因此，此種設置亦可實現適當的分子層成膜。
又，如以上所述，亦可以於頂板11下面以螺絲將2片扇形板裝設於分離氣體噴嘴41(42)兩側之方式來構成分離區域D。圖17為顯示此種結構之平面圖。此時，為了有效地發揮分離區域D的分離作用，而可在考量分離氣體或反應氣體的噴出率後再決定凸狀部4與分離氣體噴嘴41(42)之間的距離或凸狀部4的尺寸。
上述實施形態中，處理區域P1及處理區域P2係相當於具有較分離區域D的頂面44要高之頂面45的區域。然而，處理區域P1及處理區域P2中的至少其中一者亦可具有於反應氣體噴嘴31(32)兩側處對向於迴轉台2，且較頂面45要低之其他的頂面。其係為了防止氣體流入該頂面與迴轉台2之間的間隙。該頂面可較頂面45要低，或亦可與分離區域D的頂面44差不多低。圖18係顯示此種結構的一例。如圖所示，扇狀凸狀部30係設置於供給有O3 氣體之處理區域P2，反應氣體噴嘴32係設置於凸狀部30所形成之溝部(未圖示)。換言之，該處理區域P2雖係被用於用以使氣體噴嘴供給反應氣體，但與分離區域D為相同的結構。此外，凸狀部30亦可與顯示於圖14(a)至圖14(c)中的一例之中空凸狀部為相同的結構。
又，為了在分離氣體噴嘴41(42)的兩側形成狹窄空間而設置有低頂面(第1頂面)44，但在其他實施形態中，係在反應氣體噴嘴31、32兩者皆設置上述頂面，亦即，較頂面45要低，且與分離區域D的頂面44差不多低的頂面，並延伸至頂面44為止。換言之，如圖19所示，亦可在頂板11的下面裝設其他的凸狀部400來取代凸狀部4。參照圖19，凸狀部400的形狀近似圓盤狀，大致與迴轉台2的上面整體呈對向，並具有分別收納氣體噴嘴31、32、41、42而朝半徑方向延伸之4個槽孔400a，且在凸狀部400下殘留有作為迴轉台2之狹窄空間。該狹窄空間的高度可為與上述高度h為大致相同的高度。當使用凸狀部400時，從反應氣體噴嘴31(32)所噴出之反應氣體會在凸狀部400下(或狹窄空間中)向反應氣體噴嘴31(32)的兩側擴散，而從分離氣體噴嘴41(42)所噴出之分離氣體則會在凸狀部400下(或狹窄空間中)向分離氣體噴嘴41(42)的兩側擴散。該反應氣體與分離氣體會在狹窄空間中匯流，並經由排氣口61(62)被排氣。即便在此情況下，從反應氣體噴嘴31所噴出之反應氣體仍不會與從反應氣體噴嘴32所噴出之反應氣體混合，從而可實現適當的分子層成膜。
此外，亦可不使用氣體噴嘴31、32、33、34及槽孔400a，而是藉由將凸狀部400以圖14(a)至圖14(c)中任一者所示之中空凸狀部4相組合的結構，來使反應氣體及分離氣體從相對應之中空凸狀部4的噴出孔33分別將氣體噴出。
上述實施形態中，用以迴轉迴轉台2之迴轉軸22係位於真空容器1的中央部。又，核心部21與頂板11之間的空間52，為了防止反應氣體經由中央部而混合，而利用分離氣體加以吹淨。然而，真空容器1在其他實施形態中，亦可如圖20所示之結構。參照圖20，容器本體12的底部14係具有中央開口，此處氣密地裝設有收納殼80。又，頂板11具有中央凹部80a。支柱81係載置於收納殼80的底面，支柱81的上端部係延伸至中央凹部80a的底面。支柱81可防止從反應氣體噴嘴31所噴出之BTBAS氣體與從反應氣體噴嘴32所噴出之O3 氣體經由真空容器1的中央部相互混合。
又，頂板11的開口處透過O型環等密封組件(未圖示)氣密地裝設有例如石英玻璃製的透過窗201。又，透過窗201的寬度大致與迴轉台2所載置之晶圓W的直徑相等，並沿著頂板11的直徑方向所設置。藉此，可沿著晶圓W的直徑方向測量複數個點的膜厚。
圖20所示之成膜裝置200中，亦設置有經由透過窗201來測量晶圓W上所成膜之薄膜膜厚的上述膜厚測量系統101。因此，利用該成膜裝置200即可在成膜中測量膜厚，從而能在達到目標膜厚的時間點停止成膜。因此，該成膜裝置200亦可達到上述的效果。
又，迴轉套筒82係同軸地圍繞支柱81而加以設置。迴轉套筒82係藉由裝設於支柱81外面之軸承部86、88與裝設於收納殼80內側面之軸承部87而被加以支承。再者，迴轉套筒82的外面裝設有齒輪部85。又，環狀迴轉台2的內周面係裝設於迴轉套筒82的外面。驅動部83係收納於收納殼80，並於從驅動部83延伸之軸上裝設有齒輪84。齒輪84係與齒輪部85相嚙合。藉由此種結構，迴轉套筒82及迴轉台2可藉由驅動部83而迴轉。
吹淨氣體供給管74係連接於收納殼80的底部，並向收納殼80供給吹淨氣體。藉此，可將收納殼80內部空間的壓力維持為較真空容器1內部空間要高的壓力，以防止反應氣體流入收納殼80內。因此，收納殼80內便不會發生成膜作用，並可減少維修保養的頻率。又，吹淨氣體供給管75係分別連接於從真空容器1上方的外面連通至凹部80a內壁之導管75a，以向迴轉套筒82的上端部供給吹淨氣體。由於該吹淨氣體，BTBAS氣體與O3 氣體便無法通過凹部80a內壁與迴轉套筒82外面之間的空間而發生混合。圖20中雖顯示了2個吹淨氣體供給管75與導管75a，但供給管75與導管75a的數量只要能確實地防止BTBAS氣體與O3 氣體在凹部80a內壁與迴轉套筒82外面之間的空間附近發生混合來加以決定即可。
如圖20之實施形態中，凹部80a側面與迴轉套筒82上端部之間的空間係相當於用以噴出分離氣體之噴出孔，然後藉由該分離氣體噴出孔、迴轉套筒82及支柱81而構成位於真空容器1的中心部位之中心區域。
本發明實施形態之成膜裝置200(圖1、圖20等)不限於利用2種反應氣體，而亦適用於將3種以上的反應氣體依序供給至基板上的情況。該情況下，亦可以例如第1反應氣體噴嘴、分離氣體噴嘴、第2反應氣體噴嘴、分離氣體噴嘴、第3反應氣體噴嘴及分離氣體噴嘴的順序來將各氣體噴嘴設置在真空容器1的圓周方向，並如以上所述之實施形態來構成對應於分離氣體噴嘴的分離區域。
本發明實施形態之成膜裝置200(圖1、圖20等)可組合至基板處理裝置，於圖21中概略地顯示其中一例。基板處理裝置係包含設置有搬送臂103之大氣搬送室102、可將氣氛在真空與大氣壓間切換之裝載室(準備室)105、設置有2個搬送臂107a、107b之搬送室1061、以及本發明實施形態之成膜裝置109、110。又，該處理裝置係包含載置有例如FOUP等晶圓匣盒F的晶圓匣盒站台(未圖示)。晶圓匣盒F係被運送至其中一個晶圓匣盒站台，並連接至晶圓匣盒站台與大氣搬送室102之間的搬入出埠。接下來，藉由開閉機構(未圖示)來打開晶圓匣盒F(FOUP)的蓋子，並利用搬送臂103來將晶圓從晶圓匣盒F取出。接下來，將晶圓搬送至裝載室104(105)。裝載室104(105)被排氣後，利用搬送臂107a(107b)將裝載室104(105)內的晶圓通過真空搬送室1061來搬送至成膜裝置109、110。於成膜裝置109、110中，則利用上述方法在晶圓上堆積薄膜。由於基板處理裝置具有與上述成膜裝置200相同的成膜裝置109、110，故能達成與成膜裝置200所可達成效果之相同效果。又，由於具備了可同時處理5片晶圓之2個成膜裝置109、110，因此可高產能地進行分子層成膜。
本發明實施形態之成膜裝置200(圖1、圖20等)可被組合至其他的基板處理裝置，於圖22中概略地顯示其中一例。
圖22係本發明其他實施形態之基板處理裝置700的概略俯視圖。如圖所示，基板處理裝置700具有2個真空容器111、分別裝設於真空裝置111側壁的搬送口之搬送通道270a、裝設於搬送通道270a之閘閥270G、藉由閘閥270G而可連通地設置之搬送模組270、透過閘閥272G而分別連接於搬送模組270之加載互鎖室272a、272b。
2個真空容器111皆真空容器1具有相同結構，頂板設置有透過窗201，透過窗201上設置有光學單元102a~102c。光學單元102a~102c連接有相對應之光纖線104a~104c，光纖線104a~104c係連接至測量單元106，而測量單元106係連接至控制單元108。又，控制單元108係連接至未圖示之控制部(控制部100)。藉由此種結構，可進行上述膜厚測量，並達成上述效果。
搬送模組270係於內部具有2個搬送臂10a、10b。該等搬送臂10a、10b可自由伸縮，並可以基部為中心轉動，且可向2個真空容器111及加載互鎖室272a、272b進行晶圓的收取。藉此，如圖22所示之搬送臂10a，閘閥270G打開時，可將晶圓W搬入真空容器111內，或從搬出真空容器111。又，打開閘閥272G時，可將晶圓W相對於加載互鎖室272a、272b搬出或搬入。
如沿圖22的II-II線之剖面圖(圖23)所示，加載互鎖室272b(272a)係具有可藉由未圖示之驅動部而昇降之例如5段的晶圓載置部272c，各晶圓載置部272c載置有晶圓W。又，加載互鎖室272a、272b的一側可作為暫時收納晶圓W之暫存室而發揮功能，而另一側則可作為用以從外部(在成膜步驟之前的步驟)將晶圓W搬入至基板處理裝置700之接口(interface)室而發揮功能。
此外，搬送模組270及加載互鎖室272a、272b處分別連接有未圖示之真空系統。該等真空系統可依需要包含有例如旋轉幫浦與渦輪分子幫浦。
以上結構可發揮與上述成膜裝置200相同的效果，並高產能地進行分子層成膜。
此外，上述實施形態之成膜裝置200(包含基板處理裝置所具有之組件)中，使反應氣體噴嘴31(32)的結構為於晶圓W的直徑方向具有長度相異的3根有孔管路，則根據例如光學單元102a~102c的各測量結果，藉由調整各有孔管路(的孔)所供給之原料氣體的流量，亦可提高膜厚均勻性。
又，以上的說明中，係在膜厚測量系統101的控制單元108中比較膜厚測量系統101所測量之膜厚與目標膜厚，但亦可將顯示有測量膜厚的資訊從控制單元108傳送至控制部100，而在控制部100中進行比較及判定。
又，上述實施形態中，膜厚測量系統101係例示相位調變型橢圓偏光儀，但不限於此，亦可為消光型、迴轉偏光子型、迴轉檢光子型、迴轉補償子型中任一者。又，光源106a不限於氙燈，而亦可使用鹵素燈或氚燈等。
再者，亦可在頂板11形成另一開口，並於該另一開口氣密地裝設其他的透過窗。此時，亦可不利用光學單元102a~102c(的箱體)，而於一個透過窗201設置光放射部LE，而於其他的透過窗設置受光部D1，以使來自光放射部LE之光束Bi(圖5)的反射光束Br入射至受光部D1。藉此，可容易使來自光放射部LE的光束Bi相對於晶圓W表面的入射角接近於偏光角的角度，並提高量測精確度。
又，光學單元102a等的數量不限於3個，亦可為4個以上。光學單元的數量可配合晶圓W的尺寸等來適當地決定。
再者，膜厚測量系統101可非根據橢圓偏光法來進行膜厚測量，而亦可為利用晶圓W上所成膜之膜的表面與該膜及下層膜或晶圓W間的界面之間所產生之多重反射來測量膜厚之結構。
以上已參照實施形態加以說明本發明，唯本發明並不限於所揭示之實施形態，可在申請專利範圍所記載之要旨內做各種變化或改良。
本發明係根據2009年3月4向日本專利局所申請之特願2009-051257號而主張優先權，並援用其所有內容於此。
h．．．高度
C．．．中心區域
Bi．．．光束
Br．．．反射光束
D．．．分離區域
D1．．．受光部
F．．．晶圓匣盒
L．．．長度
LE．．．光放射部
OF1、OF2．．．光纖
P1、P2．．．處理區域
P．．．偏光子
PEM．．．光彈性調變器
R．．．隆起部
RD．．．迴轉方向
W．．．晶圓
WO．．．晶圓中心
1．．．真空容器
2．．．迴轉台
4．．．凸狀部
4Sc、4Sv、4Sf．．．側面
5．．．突出部
6．．．排氣區域
7．．．加熱器單元
10．．．搬送臂
10a、10b．．．搬送臂
11．．．頂板
12．．．容器本體
13．．．密封組件
14．．．底面部
15．．．搬送口
16．．．升降銷
20．．．殼體
20a．．．凸緣部
21．．．核心部
22．．．迴轉軸
23．．．驅動部
24．．．載置部
30．．．凸狀部
31a、32a、41a、42a．．．氣體導入埠
31．．．第1反應氣體供給噴嘴
32．．．第2反應氣體供給噴嘴
33、40．．．噴出孔
41、42．．．分離氣體供給噴嘴
43．．．溝部
44．．．頂面
45．．．頂面
46．．．彎曲部
47．．．流道
50．．．間隙
51．．．分離氣體供給管
52．．．空間
61、62．．．排氣口
63．．．排氣管
64．．．真空幫浦
65．．．壓力調整器
71．．．覆蓋組件
71a．．．凸緣部
72、73、74、75．．．吹淨氣體供給管
75a．．．導管
80．．．收納殼
80a．．．凹部
81．．．支柱
82．．．迴轉套筒
83．．．驅動部
84．．．齒輪
85．．．齒輪部
86、87、88．．．軸承部
100．．．控制部
100a．．．製程控制器
100b．．．使用者界面部
100c．．．記憶體裝置
100d．．．電腦可讀取記憶媒體
101．．．膜厚測量系統
102．．．大氣搬送室
102a~102c．．．光學單元
103．．．搬送臂
104、105．．．裝載室
104a~104c．．．光纖線
106．．．測量單元
1061．．．搬送室
106a．．．光源
106b‧‧‧分光器
106c‧‧‧受光器
107a、107b‧‧‧搬送臂
108‧‧‧控制單元
109、110‧‧‧成膜裝置
111‧‧‧真空容器
200‧‧‧成膜裝置
201‧‧‧透過窗
270‧‧‧搬送模組
270a‧‧‧搬送通道
270G、272G‧‧‧閘閥
272a、272b‧‧‧加載互鎖室
272c‧‧‧晶圓載置部
400‧‧‧凸狀部
400a‧‧‧槽孔
700‧‧‧基板處理裝置
圖1係概略顯示本發明實施形態的成膜裝置之圖式。
圖2係顯示圖1之成膜裝置的容器本體內部之立體圖。
圖3係顯示圖1之成膜裝置的容器本體內之俯視圖。
圖4(a)、圖4(b)係顯示圖1之成膜裝置的容器本體內部之剖面圖。
圖5係概略顯示圖1之成膜裝置所設置的膜厚測量系統之圖式。
圖6為圖1之成膜裝置的部分剖面圖。
圖7為圖1之成膜裝置的部分剖面立體圖。
圖8係顯示圖1之成膜裝置的吹淨氣體流動之部分剖面圖。
圖9係顯示向圖1之成膜裝置的容器本體內進行存取之搬送臂的立體圖。
圖10係顯示於圖1之成膜裝置的容器本體內流動之氣體的流動樣態之俯視圖。
圖11(a)、圖11(b)係用以說明圖1之成膜裝置內的突出部形狀之圖式。
圖12係顯示圖1之成膜裝置的氣體噴嘴變形例之圖式。
圖13(a)~圖13(c)係顯示圖1之成膜裝置內的凸狀部變形例之圖式。
圖14(a)~圖14(c)係顯示圖1之成膜裝置內的凸狀部與氣體噴嘴的變形例之圖式。
圖15(a)~圖15(d)係顯示圖1之成膜裝置內的其他凸狀部變形例之圖式。
圖16係顯示圖1之成膜裝置的氣體噴嘴設置位置變形例之圖式。
圖17係顯示圖1之成膜裝置內的另一凸狀部變形例之圖式。
圖18係顯示於圖1之成膜裝置內，針對反應氣體噴嘴設置有凸狀部的範例之圖式。
圖19係顯示圖1之成膜裝置內的再一凸狀部變形例之圖式。
圖20係概略顯示本發明其他實施形態的成膜裝置之圖式。
圖21係概略顯示包含有圖1或圖23之成膜裝置的基板處理裝置之圖式。
圖22係概略顯示包含有圖1或圖23之成膜裝置的其他基板處理裝置之圖式。
圖23係沿圖22的II-II線之剖面圖。
Bi．．．光束
Br．．．反射光束
D1．．．受光部
P．．．偏光子
PEM．．．光彈性調變器
LE．．．光放射部
OF1、OF2．．．光纖線
W．．．晶圓
102a．．．光學單元
104a．．．光纖線
106．．．測量單元
106a．．．光源
106b．．．分光器
106c．．．受光器
108．．．控制單元
201．．．透過窗

Claims (10)

  1. 一種成膜裝置，係藉由於容器內實行將至少2種會互相反應之反應氣體依序供給至基板的循環以於該基板上生成反應生成物的層而形成薄膜，其具有：迴轉台，係可迴轉地設置於該容器內，並於一面具有載置該基板之載置區域；窗部，係對向於該容器的該迴轉台而氣密地設置於該容器；膜厚測量部，係通過該窗部來光學地測量成膜於該迴轉台所載置之該基板的薄膜膜厚；第1反應氣體供給部，係將第1反應氣體供給至該一面所構成；第2反應氣體供給部，係沿該迴轉台的迴轉方向而與該第1反應氣體供給部相隔有距離，並將第2反應氣體供給至該一面所構成；分離區域，係沿該迴轉方向位於供給有該第1反應氣體之第1處理區域與供給有該第2反應氣體之第2處理區域之間，以將該第1處理區域與該第2處理區域加以分離；中央區域，係位於該容器的中央部，並具有沿該一面噴出第1分離氣體之噴出孔，以將該第1處理區域與該第2處理區域加以分離；以及排氣口，係設置於該容器以將該容器內排氣； 其中該分離區域包含有：分離氣體供給部，係供給第2分離氣體；以及頂面，係相對於該迴轉台的該一面形成有可使該第2分離氣體相對於該迴轉方向而從該分離區域流至該處理區域側的狹窄空間。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中該膜厚測量部係包含有：複數個光放射部，係對該基板的複數個點分別放射光線；以及複數個受光部，係分別接受從該複數個光放射部放射至該複數個點之光線的反射光。
  3. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中更進一步地具有將利用該膜厚測量部來對成膜於該基板的薄膜進行測量之測量膜厚與該薄膜的目標膜厚相比較，當該比較結果係判斷該測量膜厚為該目標膜厚以上時則停止成膜所構成之控制部。
  4. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中該膜厚測量部包含有橢圓偏光計。
  5. 一種成膜方法，係藉由如申請專利範圍第1項之成膜裝置而形成薄膜，其包含有以下步驟：將該基板載置在可迴轉地設置於該容器內之迴轉台的一面所區劃來載置該基板的載置區域之步驟；迴轉載置有該基板的該迴轉台之步驟；從第1反應氣體供給部向該迴轉台供給第1反 應氣體之步驟；從沿該迴轉台的迴轉方向而與該第1反應氣體供給部相隔有距離之第2反應氣體供給部向該迴轉台供給第2反應氣體之步驟；從位於從該第1反應氣體供給部供給有該第1反應氣體之第1處理區域與從該第2反應氣體供給部供給有該第2反應氣體之第2處理區域之間的分離區域所設置之分離氣體供給部來供給第1分離氣體，並於該分離區域的頂面與該迴轉台之間所形成的狹窄空間，使該第1分離氣體相對於該迴轉方向而從該分離區域流至該處理區域側之步驟；從位於該容器的中央部之中央部區域所形成的噴出孔來供給第2分離氣體之步驟；將該容器排氣之步驟；以及光學地測量藉由迴轉步驟而迴轉之該迴轉台上的該基板所成膜之薄膜膜厚之步驟。
  6. 如申請專利範圍第5項之成膜方法，其中該膜厚測量步驟係包含有：照射步驟，係將光線照射在藉由該迴轉步驟而迴轉之該迴轉台上的該基板；受光步驟，係接受藉由上述光線照射步驟而照射在該基板之光線的反射光；以及膜厚計算步驟，係利用上述受光步驟所受光之該反射光的分光強度來計算該基板上所成膜的薄 膜膜厚。
  7. 如申請專利範圍第6項之成膜方法，其中該照射步驟中，係對該基板照射複數個光束，並使對應於該複數個光束之複數個反射光束分別受光；該膜厚計算步驟中，係利用各個該複數個反射光束的分光強度來計算該薄膜的膜厚。
  8. 如申請專利範圍第6項之成膜方法，其中更進一步地包含有將該膜厚計算步驟中所計算之膜厚與該膜的目標膜厚相比較之步驟。
  9. 如申請專利範圍第8項之成膜方法，其中更進一步地包含有當上述比較步驟中的比較結果係判斷該所計算之膜厚為該目標膜厚以上時，則停止供給該第1反應氣體與該第2反應氣體之步驟。
  10. 如申請專利範圍第6項之成膜方法，其中該膜厚計算步驟中係利用橢圓偏光法來計算該膜厚。
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