TWI494459B - 成膜裝置、成膜方法及記憶媒體 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種成膜裝置、成膜方法及記憶媒體,其係將至少2種會互相反應的反應氣體依序供給至基板表面並實施多次該供給循環,以沉積多層反應生成物的層而形成薄膜。
作為半導體製程之成膜方法,已知有一種在真空氣氛下使得第1反應氣體吸附於基板(半導體晶圓;以下簡稱「晶圓」)等之表面後,將供給氣體切換為第2反應氣體,藉由兩氣體的反應以形成1層或複數層的原子層或分子層,並藉由多數次地進行前述供給循環來層積該等之層,以於基板上進行成膜的製程。該製程被稱作例如ALD(Atomic Layer Deposition)或MLD(Molecular Layer Deposition)等,能對應循環次數而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。
作為適用於該成膜方法的範例例舉有使用在閘極氧化膜的高介電體膜之成膜。舉出一範例,在形成矽氧化膜(SiO2
膜)時,可使用例如二(特丁胺基)矽烷(以下稱作「BTBAS」)氣體等來作為第1反應氣體(原料氣體),可使用臭氧氣體等來作為第2反應氣體(氧化氣體)。BTBAS氣體在常溫下為液體,故經加熱、氣化後再供給至基板。
作為實施前述成膜方法的裝置係使用了一種於真空容器之上部中央處具備淋氣頭的枚葉式成膜裝置,而考慮從基板之中央部上方側供給反應氣體,並從處理容器之底部將未反應之反應氣體及反應副生成物排出的方法。然而,前述成膜方法係藉由吹淨氣體來進行氣體置換而需花費較長時間,且循環次數亦可能高達例如數百次,故會有處理時間冗長的問題,而急需有能以高產能地進行處理的成膜裝置、成膜方法。
在前述背景下,已評估一種利用將複數片基板設置於真空容器內的迴轉台迴轉方向上來進行成膜處理之裝置以進行ALD或MLD之方法。更具體而言,此種成膜裝置係在例如於該真空容器內之迴轉台的迴轉方向相互遠離的位置處形成有複數個分別供給不同的反應氣體來進行成膜處理之處理區域,又,該迴轉方向之處理區域與處理區域之間的區域係構成為具有供給分離氣體以將該等處理區域的氣氛分離的分離氣體供給機構之分離區域。
在成膜處理時,從該分離氣體供給機構供給分離氣體,該分離氣體會在迴轉台上向迴轉方向兩側擴散,而在分離區域形成有用以阻止各反應氣體彼此之間相互混合之分離空間。然後,被供給至處理區域的反應氣體會連同例如向該迴轉方向兩側擴散之分離氣體一起從真空容器內所設置之排氣口被排氣。如上所述分別將處理氣體供給至處理區域,將分離氣體供給至分離區域,並旋轉該迴轉台以使載置於該迴轉台之晶圓從其中一個處理區域向其他處理區域或從其他處理區域向其中一個處理區域交互地反覆移動,以進行ALD或MLD處理。此種成膜裝置不需在上述般處理氣氛的氣體置換,且可在複數片基板同時進行成膜,故預期能獲得高產能。
專利文獻1等記載了將複數片晶圓利用保持具保持於上下方向,並在石英所構成之反應管中進行處理之內容,但為了容易進行加工並容易製造大型物等,係使用一種以例如鋁等金屬來構成用以進行該ALD或MLD之成膜裝置。
然而,上述成膜處理中,必須針對例如每個批次改變晶圓的加熱溫度(350℃~600℃的範圍)。但在用以進行該成膜處理之裝置中,利用加熱機構來加熱晶圓時,會受到來自該加熱機構的熱而使得真空容器亦被加熱。然後,在鋁所構成的真空容器之情況下,當晶圓的加熱溫度相較於上述範圍為較低時(例如為350℃左右時),該真空容器會較不易升溫。如此地在真空容器的溫度較低之狀態下將BTBAS氣體供給至晶圓時,則該氣體會在真空容器的表面液化,而有無法正常地進行成膜處理之虞。
為了防止該BTBAS氣體液化,亦可考慮設置一種具有包覆真空容器的絕熱材料之包覆式加熱器(Mantle heater),以在低溫下進行成膜處理時用以加熱真空容器。然而,如上所述當晶圓的加熱溫度較低時會有問題外,當晶圓的加熱溫度較高時(例如600℃),該真空容器的溫度會過度上升,使得其強度降低,導致無法將容器內維持在真空或無法將迴轉台的晶圓載置面水平地支撐,而有無法正常地進行成膜處理之虞。如上所述設置包覆式加熱器時,會因絕熱材料而抑制來自真空容器的放熱而使得真空容器的溫度變高,而有上述問題更加容易發生之虞。
又,如上所述,雖然晶圓的加熱溫度會對真空容器的溫度造成影響,但加熱真空容器後,真空容器的溫度亦會對晶圓的加熱溫度造成影響,因此即使如上所述將真空容器的溫度控制在不會發生反應氣體液化或固化且真空容器的強度不會降低之範圍內,但為了提高所成膜之膜質,仍係高精度地控制真空容器的溫度較佳。然而,如上所述只設置有包覆式加熱器時,會因絕熱材料而使得真空容器不容易放熱,因而亦有難以高精度地控制真空容器的溫度之問題。
已知將晶圓載置在迴轉台以進行成膜之裝置有下述裝置。專利文獻2所揭示之裝置,係將扁平圓筒狀之真空容器左右分離,並於左側區域及右側區域設置有沿著半圓輪廓所形成的排氣口以朝上方進行排氣,同時在該左側半圓輪廓與右側半圓輪廓之間處,即真空容器之直徑區域處形成有分離氣體的噴出口。右側半圓區域及左側半圓區域形成有不同原料氣體的供給區域,並藉由旋轉真空容器內之迴轉台以使得加工件通過右側半圓區域、分離區域D及左側半圓區域,同時從排氣口將兩原料氣體排出。然後,供給有分離氣體之分離區域的頂部係設置為較原料氣體供給區域更低。
然而上述裝置因係採用了在分離氣體噴出口與反應氣體供給區域之間設置有朝上排氣的排氣口,來使反應氣體與分離氣體一同自該排氣口處排出的方法,故噴出至加工件的反應氣體會朝上方流動而從排氣口處被吸入,因而伴隨地揚起微粒,會有容易使得晶圓受微粒汚染之問題。
專利文獻3所揭示之裝置的結構係沿迴轉方向將4片晶圓等距離地設置在晶圓支撐組件(迴轉台)上,另一方面,沿迴轉方向等距離地設置有面向晶圓支撐組件的第1反應氣體噴嘴及第2反應氣體噴嘴,且於該等噴嘴之間設置有吹淨噴嘴,並可水平地迴轉該晶圓支撐組件。藉由晶圓支撐組件來支撐各晶圓,且晶圓之表面係位於相距晶圓支撐組件上方面僅晶圓厚度的位置處。又,記載有:各噴嘴係設置為朝晶圓支撐組件的徑向延伸,且晶圓與噴嘴之距離為0.1mm以上。從晶圓支撐組件外緣與處理容器內壁之間處進行真空排氣。依前述裝置,吹淨氣體噴嘴之下方係可發揮所謂氣幕的功能而防止第1反應氣體與第2反應氣體相互混合。
然而,因晶圓支撐組件係會旋轉,僅依靠來自吹淨氣體噴嘴的氣幕作用,其兩側的反應氣體仍會通過,特別是無法避免來自迴轉方向上游側而於該氣幕中擴散的現象。又再者,從第1反應氣體噴嘴所噴出的第1反應氣體會容易地通過晶圓支撐組件(相當於迴轉台)之中心部而流至第2反應氣體(來自第2反應氣體噴嘴)之擴散區域。當第1反應氣體與第2反應氣體如前述般地於晶圓上相互混合,則反應生成物便會吸附於晶圓表面,而無法進行良好之ALD(或MLD)處理。
專利文獻4所揭示之裝置的結構係藉由分隔壁而沿圓周方向將真空容器內部區分為複數個處理室,同時設置有能相對於該分隔壁下端處而相隔有細間隙來旋轉的圓形載置台,且於載置台上設置有複數個晶圓。該裝置中,製程氣體會從分隔壁與載置台或晶圓之間的間隙而擴散至鄰近的處理室,又因複數個處理室之間設置有排氣室,故當晶圓通過該排氣室時,來自上游側及下游側之處理室的氣體會在該排氣室內相互混合。因此便無法適用於所謂ALD方式之成膜方法。
專利文獻5係揭示了一種沿圓周方向將圓形之氣體供給板區分為8塊,且分別間隔90度角而設置有AsH3
氣體之供給口、H2
氣體之供給口、TMG氣體之供給口及H2
氣體之供給口,再於該等氣體供給口之間設置有排氣口,並面向該氣體供給板讓支撐有晶圓的晶座旋轉之方法。然而,該方法因並無揭露任何關於能分離該2種反應氣體的實際手段,故不僅是於晶座中心附近,實際上於中心附近以外處,2種反應氣體仍會有通過H2
氣體供給口的設置區域而相互混合的問題。又再者,將排氣口設置在面向該晶圓通過區域的面上時,亦會有因晶座表面揚起微粒而容易使得晶圓受微粒污染的致命性問題。
又,專利文獻6係揭示了一種以4個垂直壁將迴轉台的上方區域劃分成十字形,並於將晶圓載置於如前述般劃分為4塊的載置區域內,沿迴轉方向交互地設置有來源氣體噴嘴、反應氣體噴嘴、吹淨氣體噴嘴以構成十字形的噴嘴單元,水平旋轉該噴嘴單元以使得前述噴嘴能依序移置到前述4個載置區域內,並從迴轉台周邊進行真空排氣的結構。然而此種結構中,將來源氣體或反應氣體供給至各載置區域後,藉由吹淨氣體噴嘴來以吹淨氣體置換該載置區域的氣氛需花費較長時間。又,來源氣體或反應氣體會從一載置區域跨越垂直壁而擴散至鄰接的載置區域內,而有使得兩氣體於載置區域內相互反應的可能性極大之問題。
又,專利文獻7係揭示一種在使複數種氣體交互吸附於目標物(相當於晶圓)上以實施原子層CVD方法時,旋轉載置有晶圓的晶座,並從該晶座上方供給來源氣體與吹淨氣體之裝置。段落0023至0025係記載有:自處理室中心呈放射狀延伸地設置有分隔壁,並在分隔壁下方設置有將反應氣體或吹淨氣體供給至晶座的氣體噴出孔,藉由自分隔壁處的氣體噴出孔所噴出的非活性氣體而形成氣幕。自段落0058係記載關於排氣手段,依此處記載,係各自從排氣流道30a、30b將來源氣體與吹淨氣體分別地排出。該結構係具有在吹淨氣體區域內無法避免其兩側之來源氣體區域的來源氣體相互混合,而產生反應生成物導致微粒污染晶圓的問題。該專利文獻6由於較難解讀,故難以掌握上述以外的結構。
專利文獻1:日本特開2008-186852號公報
專利文獻2:美國專利公報第7,153,542號
專利文獻3:日本特開2001-254181號公報
專利文獻4:日本特許第3144664號公報
專利文獻5:日本特開平4-287912號公報
專利文獻6:美國專利公報第6,634,314號
專利文獻7:日本特開2007-247066號公報
專利文獻8:美國專利公開公報第2007-218701號
專利文獻9:美國專利公開公報第2007-218702號
本發明有鑑於前述問題點,其目的在於提供一種將複數種會相互反應的反應氣體依序供給至基板表面以層積多層反應生成物的層而形成薄膜時,能抑制因加熱基板而對成膜處理造成的影響之成膜裝置、成膜方法及包含有實施該成膜方法的程式之記憶媒體。
為解決上述問題,本發明之成膜裝置,係於真空容器內將至少2種會互相反應的反應氣體依序供給至基板表面並實施該供給循環,以堆積多層反應生成物的層而形成薄膜,其中係具備:迴轉台,係設置於該真空容器內並具有用以載置基板之基板載置區域;基板加熱機構,係用以加熱該迴轉台所載置之基板而設置;第1反應氣體供給機構及第2反應氣體供給機構,係相互分離地設置於該迴轉台的圓周方向處,以分別將第1反應氣體及第2反應氣體供給至該迴轉台之基板載置區域側的面;分離氣體供給機構,係為了分離供給有第1反應氣體之第1的處理區域與供給有第2反應氣體之第2的處理區域的氣氛,將分離氣體供給至於該圓周方向處而位於該等處理區域之間的分離區域;排氣口,係用以將被供給至該迴轉台的各反應氣體及分離氣體排氣;以及溫度調節機構,係可加熱或冷卻該真空容器。
又,為解決上述課題,本發明之成膜方法係於真空容器內將至少2種會互相反應的反應氣體依序供給至基板表面並實施該供給循環,以堆積多層反應生成物的層而形成薄膜,其中係包含有以下步驟:將基板載置於該真空容器內的迴轉台之基板載置區域並迴轉該迴轉台之步驟;從在該迴轉台的圓周方向處相互分離地設置於該真空容器之第1反應氣體供給機構及第2反應氣體供給機構,向該迴轉台之基板載置區域側的面分別供給第1反應氣體及第2反應氣體之步驟;從設置於位在該迴轉方向之第1反應氣體供給機構與第2反應氣體供給機構之間的分離區域之分離氣體供給機構來供給分離氣體,以分離供給有第1反應氣體之第1的處理區域與供給有第2反應氣體之第2的處理區域的氣氛之步驟;從排氣口將被供給至該迴轉台的各反應氣體及分離氣體排氣之步驟;利用基板加熱機構來加熱迴轉台所載置之基板之步驟;以及利用溫度調節機構來加熱或冷卻該真空容器之步驟。
本發明係設置有:迴轉台,係設置於真空容器內並具有用以載置基板之基板載置區域;基板加熱機構,係用以加熱該迴轉台所載置之基板而設置;反應氣體供給機構,係用以形成處理區域;分離氣體供給機構,係將分離氣體供給至分離區域;以及溫度調節機構,係可加熱或冷卻該真空容器。因此可抑制真空容器的溫度被該基板加熱機構影響,故可抑制該真空容器因被過度加熱而導致其強度降低或真空容器內的溫度對各氣體造成影響。其結果便可抑制成膜處理所受到的影響。
以下,參考圖式加以說明本發明之實施形態。
本發明實施型態之成膜裝置係具有如圖1(沿著圖3的I-I’線之剖面圖)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內並於該真空容器1的中心具有迴轉中心之迴轉台2。真空容器1係由鋁所構成,而為能自容器本體12處將其頂板11分離的結構。頂板11係藉由內部之減壓狀態並經由密封組件(例如O型環13)而壓接於容器本體12側以維持氣密狀態,但將頂板11自容器本體12分離時,則係藉由未圖示之驅動機構而被提昇到上方。
迴轉台2係以中心部固定於圓筒狀核心部21,該核心部21係固定於朝鉛直方向延伸之迴轉軸22上端。迴轉軸22係貫穿真空容器1的底面部14,其下端係裝設於使該迴轉軸22以鉛直軸迴轉(本例中為順時鐘方向)之驅動部23。迴轉軸22及驅動部23係收納於上面具有開口的筒狀殼體20內。該殼體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2及圖3所示,迴轉台2的表面部沿著迴轉方向(周圍方向)設置有載置複數片晶圓W(例如5片基板)之圓形凹部24(基板載置區域),該凹部24的直徑係形成為僅較晶圓W的直徑略大,而具有定位晶圓W的位置以使其不會因迴轉台2的迴轉所產生之離心力而飛出之功能。另外,圖3為了方便,僅在1個凹部24處描繪出晶圓W。
此處,圖4A及圖4B係將迴轉台2沿著同心圓裁切並橫向展開的展開圖。如圖4A所示,當晶圓落入至凹部24時,凹部24係為了使晶圓表面與迴轉台2表面(未載置晶圓的區域)對齊而形成,以抑制因晶圓W表面與迴轉台2表面之間的高度差所產生之壓力變動,並統一膜厚的面均勻性。在凹部24的底面形成有供例如後述3根升降銷(參照圖9)貫通之貫通孔(未圖示),3根升降銷係用來支撐晶圓W的內面、升降該晶圓W並與搬送機構10進行晶圓W的收送。
如圖2及圖3所示,真空容器1在分別對向於迴轉台2之凹部24的通過區域之位置處,係於真空容器1的圓周方向(迴轉台2的迴轉方向)相間隔地從中心部呈放射狀延伸有第1反應氣體噴嘴31、第2反應氣體噴嘴32與2根分離氣體噴嘴41、42。該等反應氣體噴嘴31、32及分離氣體噴嘴41、42係裝設於例如真空容器1的側周壁,其基端部(氣體導入埠31a、32a、41a、42a)係貫穿該側壁。
氣體噴嘴31、32、41、42在圖式之範例中,係自真空容器1的周壁部被導入真空容器1內,但亦可自後述之環狀突出部5來導入。此時,可採用一種在突出部5的外周面與頂板11的外表面處設置具有開口之L形導管,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,並於真空容器1外部將氣體導入埠31a(32a、41a、42a)連接至L形導管的另側開口。
反應氣體噴嘴31、32係分別連接至第1反應氣體(BTBAS氣體,二(特丁胺基)矽烷)的氣體供給源及第2反應氣體(O3
氣體,臭氧)的氣體供給源(皆未圖示),而分離氣體噴嘴41、42係皆連接至分離氣體(N2
氣體,氮氣)的氣體供給源(未圖示)。本例中,第2反應氣體噴嘴32、分離氣體噴嘴41、第1反應氣體噴嘴31及分離氣體噴嘴42係依該順序而順時針方向地排列設置。
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向下側噴出反應氣體之噴出孔33。又,分離氣體噴嘴41、42係於長度方向間隔地穿設有用以向下側噴出分離氣體之噴出孔40。反應氣體噴嘴31、32分別相當於第1反應氣體供給機構及第2反應氣體供給機構,其下方區域係分別成為用以使BTBAS氣體吸附於晶圓表面之第1處理區域P1及用以使O3
氣體吸附於晶圓表面之第2處理區域P2。
分離氣體噴嘴41、42係形成用以分離該第1處理區域P1與第2處理區域P2之分離區域D,該分離區域D之真空容器1的頂板11如圖2~圖4B所示,係以迴轉台2的迴轉中心為中心且設置有於圓周方向將沿著真空真器1內周壁的附近所描繪之圓分割所構成的俯視形狀為扇形並向下方突出之凸狀部4。分離氣體噴嘴41、42係被收納於該凸狀部4以該圓的圓周方向中央向該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)的中心軸至凸狀部4的扇形兩緣(迴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。又,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之迴轉台2的迴轉方上游側較該迴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的該圓周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)),該頂面44的該圓周方向兩側則存在有較該頂面44更高的頂面45(第2頂面)。該凸狀部4的功能係與迴轉台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。
例如在分離氣體噴嘴41的情況,係阻止O3
氣體從迴轉台2之迴轉方向上游側侵入,並阻止BTBAS氣體從迴轉方向下游側侵入。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與迴轉台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,藉此使得來自該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,亦指雖然有少許侵入,但是分別從兩側侵入之O3
氣體及BTBAS氣體在凸狀部4內無法交會的情況,只要有這樣的作用,便可以發揮分離區域D角色之分離第1處理區域P1及第2處理區域P2之氣氛的作用。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)與鄰接於該空間之區域(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。其具體尺寸係依凸狀部4的面積等而異。又,吸附在晶圓表面的氣體當然能通過分離區域D內,所指的氣體的阻止侵入係指氣相中的氣體。
另一方面,頂板11的下面沿著該核心部21的外周設置有與較迴轉台2之核心部21要更外周側的部位呈對向之突出部5。該突出部5係接連著凸狀部4之該迴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2及圖3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。此外,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。
凸狀部4及分離氣體噴嘴41(42)的組合構造的製作方式不限於在構成凸狀部4之1片扇形板中央形成溝部43且於該溝部43內設置分離氣體噴嘴41(42)的構造,而亦可為利用2片扇形板,並於分離氣體噴嘴41(42)的兩側位置藉由螺栓鎖固等而固定於頂板本體下面的結構。本例中,分離氣體噴嘴41(42)係沿著噴嘴的長度方向以間隔10mm排列設置有朝向正下方之例如口徑為0.5mm的噴出孔。又,反應氣體噴嘴31、32亦為沿著噴嘴的長度方向以間隔10mm排列設置有朝向正下方之例如口徑為0.5mm的噴出孔。
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在與自迴轉中心相距140mm的突出部5的交界部位,其圓周方向的長度(與迴轉台2為同心圓之圓弧長度)為例如146mm,而於晶圓載置區域(凹部24)的最外周部,其圓周方向的長度為例如502mm。又,如圖4A所示,該外側部位中,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。
又,如圖4A所示,凸狀部4的下面,亦即頂面44至迴轉台2表面的高度h可為例如約0.5mm~約10mm,以約4mm為佳。此時,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,宜對應迴轉台2的迴轉數的使用範圍等,例如基於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表面之高度h。又,分離氣體不限於N2
氣體而可利用He或Ar氣體等惰性氣體,但不限於惰性氣體而亦可為氫氣等,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。
真空容器1之頂板11的下面,亦即從迴轉台2的晶圓載置部(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1係顯示設置有高頂面45之區域的縱剖面,圖5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2及圖5所示,形成有對向於迴轉台2的外端面而彎曲呈L形之彎曲部46。由於扇形凸狀部4係設置於頂板11側,並可自容器本體12卸下,因此該彎曲部46的外周面與與容器本體12之間存在有極微小的間隙。設置該彎曲部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,該彎曲部46內周面與迴轉台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迴轉台2表面之頂面44的高度h相同的尺寸。本例中,從迴轉台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5所示,係接近該彎曲部46的外周面而被形成為垂直面,而於分離區域D以外的部位處如圖1所示,例如從對向於迴轉台2外端面之部位橫跨底面部14而成為縱剖面形狀係具有矩形缺角而向外側凹陷之構造。將該凹陷部分稱為排氣區域6,該排氣區域6的底部係設置有如圖1及圖3所示之例如2個排氣口61、62,該等排氣口61、62係經由各個排氣管63而連接至真空排氣機構(例如共通的真空幫浦64)。又圖1中,元件符號65係壓力調整機構,可於每個排氣口61、62設置,亦可共通化。為了確實發揮分離區域D的分離作用,排氣口61、62從俯視方向來看時係設置於該分離區域D的該迴轉方向兩側,而專門進行各反應氣體(即BTBAS氣體及O3
氣體)之排氣。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而鄰接於該迴轉方向下游側的分離區域D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而鄰接於迴轉方向下游側的分離區域D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而鄰接於迴轉方向下游側的第2反應氣體噴嘴32之間再增設第3個或第4個以上排氣口。本例係藉由將排氣口61、62設置於較迴轉台2要低的位置來將氣體從真空容器1內周壁與迴轉台2周緣間的間隙排除,但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,亦可設置在較迴轉台2要高的位置。藉由以上述方式來設置排氣口61、62,則迴轉台2上的氣體便會流向迴轉台2外側,因此與從對向於迴轉台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1、圖2及圖6所示,基板加熱機構(加熱器單元7)係設置於該迴轉台2與真空容器1的底面部14之間的空間,而透過迴轉台2來將迴轉台2上的晶圓加熱至製程條件所決定的溫度。於該迴轉台2周緣附近的下側,為了將從迴轉台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,而設置有將加熱器單元7整圈圍繞之覆蓋組件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迴轉台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之空間更接近迴轉中心的部位之底面部14,係接近迴轉台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之迴轉軸22的貫穿孔處,其內周面與迴轉軸22的間隙亦非常狭窄。該等狭窄空間係連通至該殼體20內。然後該殼體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7中以箭頭來表示吹淨氣體的流動,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,該吹淨氣體係從迴轉台2與覆蓋組件71之間的間隙經由排氣區域6而從排氣口61、62被排氣。藉此可防止BTBAS氣體或O3
氣體從上述第1處理區域P1與第2處理區域P2中的一者經由迴轉台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與迴轉台2的狹窄間隙50而沿著迴轉台2之晶圓載置區域側的表面朝向周緣被噴出。由於被該突出部5圍繞的空間充滿了分離氣體,因此可防止反應氣體(BTBAS氣體或O3
氣體)在第1處理區域P1與第2處理區域P2之間經由迴轉台2的中心部而發生混合。亦即,為了分離第1處理區域P1與第2處理區域P2的氣氛,該成膜裝置係具有藉由迴轉台2之迴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,且沿著該迴轉方向形成有將分離氣體噴出至該迴轉台2表面的噴出口之中心部區域C。此外,此處所指的噴出口係相當於該突出部5與迴轉台2的狹窄間隙50。
再者,如圖2、圖3及圖10所示,真空容器1的側壁形成有用以在外部的搬送臂10與迴轉台2之間進行基板(晶圓)的收送之搬送口15。該搬送口15係藉由閘閥(未圖示)而加以開閉。又,迴轉台2之晶圓載置區域(凹部24)係在面臨該搬送口15的位置來與搬送臂10之間進行晶圓W的收送,因此在迴轉台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)。
如圖1及圖9所示,於真空容器1之底面部14的下側,從該底面部14向真空容器1的周緣部側、中心部側突出之該殼體20、吹淨氣體供給管73及排氣管63以外的部位處係分別形成有溝槽81a、81b。溝槽81b形成為漩渦狀,溝槽81a係如同將底面部14環繞般地形成於該溝槽81b的外側。各溝槽81a、81b內沿著溝槽81a、81b設置有溫度調節用配管82a、82b。溫度調節用配管82a、82b裡流動有與真空容器1進行熱交換而用以調節真空容器1的溫度之溫度調節用流體(例如Galden(註冊商標)等)。藉由該溫度調節用流體與底面部14的熱交換來調節底面部14的溫度。
又,如圖1及圖10所示,於真空容器1之頂板11的上側,於真空容器1的周緣部側、中心部側分別形成有例如漩渦狀溝槽81c、81d,各溝槽81c、81d內沿著該溝槽81c、81d繞設有溫度調節用配管82c、82d。溫度調節用配管82c、82d係與配管82a、82b同樣地裡面流動有Galden(註冊商標)。藉由該Galden與頂板11的熱交換來調節頂板11的溫度。
再者,如圖1及圖3所示,於真空容器1的側壁,從上方朝向下方形成有如同將真空容器15環繞般之溝槽81e,該溝槽81e內沿著該溝槽81e設置有溫度調節用配管82e。溫度調節用配管82e裡亦與溫度調節用配管82a~82d同樣地流動有Galden以調節該側壁的溫度。各溫度調節用配管82a~82e係構成申請專利範圍中之溫度調節機構。
真空容器1之底面部14的溫度調節用配管82a、82b、真空容器1之頂板11的溫度調節用配管82c、82d與真空容器1之側壁的溫度調節用配管82e的上游側係從各溝槽81a~81e的一端側延伸出並相互匯流,其匯流管係依序透過閘閥V1、幫浦83而連接至流體溫度調整部8。閘閥V1的開閉及幫浦83的動作係藉由控制部100來加以控制。
又,溫度調節用配管82a~82e的下游側係從各溝槽81a~81e的另一端側延伸出並相互匯流,其匯流管係連接至該流體溫度調整部8,藉由溫度調節用配管82a~82e與流體溫度調整部8而形成溫度調節用流體的循環路徑。流體溫度調整部8係儲存有溫度調節用流體,並具有分別連接於該溫度調節用配管82a~82e的上游側、下游側之儲存槽、與該儲存槽內的溫度調節用流體進行熱交換以冷卻該溫度調節用流體之冷媒流道、以及用以加熱儲存槽內的溫度調節流體之加熱器。然後,藉由利用控制部100來控制該冷媒的流動量與該加熱器的電功率來控制儲存在該儲存槽之溫度調節用流體的溫度。
又,本實施形態之成膜裝置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100,該控制部100的記憶體內收納有用以使裝置運轉的程式。該程式係由用以實施後述裝置動作之步驟群所組成,並從硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡、軟碟等記憶媒體被安裝至控制部100內。
又,例如控制部100的記憶體係記憶有配合使用者所設定之晶圓的加熱溫度來將真空容器1維持在特定的溫度範圍(例如80℃~100℃)之Galden的溫度,當使用者利用輸入機構(未圖示)來設定該晶圓的加熱溫度時,則流體溫度調整部8之Galden的溫度會被調節為對應於該加熱溫度的溫度。本實施形態中係使用BTBAS氣體,故上述真空容器1的溫度範圍係該BTBAS氣體在真空容器1內不會液化且可充分維持該真空容器1的強度之溫度範圍。
接著說明上述實施形態的作用。首先使用者將晶圓的加熱溫度輸入至輸入機構(未圖示)。此時真空容器1的溫度為例如40℃。輸入該加熱溫度後,控制部100的記憶體會讀取對應於該加熱溫度之Galden的溫度,並控制該流體溫度調整部8之加熱器的電功率及冷媒的流動量,以使儲存在該流體溫度調整部8之Galden的溫度被調節為該記憶體所讀取之溫度。
該成膜處理之範例中係將晶圓W的加熱溫度升溫至350℃來進行處理,而該Galden的溫度係以流體溫度調整部8調節為90℃。
之後,打開閘閥V1、使幫浦83作動,並使經溫度調節後的Galden通過溫度調節用配管82a~82e向下游側流動。該Galden會在真空容器1之頂板11、底面部14及側壁的各表面流動,並將其熱量供至該等各部而使真空容器1的溫度上升的同時會被冷卻,回到溫度調整部8後溫度會在該處被再次調節為90℃並通過溫度調節用配管82a~82e向下游側流動。接著使加熱器單元7升溫,則迴轉台2會被加熱並受到來自加熱器單元7的熱輻射,而使得真空容器1的溫度更加上升。
之後,打開閘閥(未圖示)並利用搬送臂10經由搬送口15來將晶圓從外部收送至迴轉台2的凹部24內。該收送係當凹部24停止在面臨搬送口15的位置時,如圖8所示,藉由升降銷16經由凹部24底部的貫通孔而從真空容器1的底部側升降所進行。
此種晶圓W的收送係藉由間歇地迴轉迴轉台2而進行,以分別將晶圓W載置於迴轉台2的5個凹部24內。接著,以真空幫浦64將真空容器1內真空抽氣至預先設定壓力,並使迴轉台2順時針方向地迴轉。以溫度感測器(未圖示)確認晶圓W的溫度達到設定溫度350℃後,從第1反應氣體噴嘴31及第2反應氣體噴嘴32分別噴出BTBAS氣體及O3
氣體,並從分離氣體噴嘴41、42噴出分離氣體(N2
氣體)。此時真空容器1的溫度係藉由上述Galden的流動與來自加熱器單元7的熱輻射而被維持在例如80℃~100℃。
晶圓W係藉由迴轉台2的迴轉,而交互地通過設置有第1反應氣體噴嘴31之第1處理區域P1與設置有第2反應氣體噴嘴32之第2處理區域P2,故BTBAS氣體會吸附在晶圓W,接著會吸附O3
氣體以使得BTBAS分子被氧化,而形成1層或複數層的氧化矽分子層,藉以使氧化矽分子層依序層積而形成特定膜厚的矽氧化膜。
此時亦從分離氣體供給管51供給分離氣體(N2
氣體),藉以從中心部區域C(亦即從突出部5與迴轉台2的中心部之間)而沿著迴轉台2表面將N2
氣體噴出。本例中,沿著設置有反應氣體噴嘴31、32的第2頂面45下側空間之容器本體512內周壁處,係如上所述地內周壁被裁切而變得寬廣。排氣口561、562係位於該寬廣空間的下方,因此,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。將從各部位所噴出氣體時的氣體流動狀態概略顯示於圖7。從第2反應氣體供給噴嘴32向下側被噴出而碰撞到迴轉台2表面(晶圓W的表面及未載置有晶圓W區域的表面雙方)並沿著其表面而朝向迴轉方向下游側之O3
氣體,會一邊被自上游側流來的N2
氣體推回一邊流入迴轉台2周緣與真空容器1內周壁之間的排氣區域6而從排氣口62被排氣。
又,從第2反應氣體供給噴嘴32向下側被噴出而碰撞到迴轉台2表面並沿著其表面而朝向迴轉方向下游側之O3
氣體,係藉由中心部區域C所噴出之N2
氣體的流動與排氣口62的吸引作用而朝向該排氣口62,但一部分會朝向鄰接於下游側之分離區域D而流入至扇形凸狀部4的下側。然而,由於凸狀部4之頂面44的高度及圓周方向的長度係設定為包含各氣體流量等運轉時之製程參數中,可防止氣體侵入該頂面44下側之尺寸,因此亦如圖4B所顯示地,O3
氣體幾乎不會流入扇形凸狀部4下側,或即使有些許流入亦不會到達分離氣體供給噴嘴41附近,而是藉由分離氣體噴嘴41所噴出之N2
氣體來被推回至迴轉方向上游側(亦即處理區域P2側),並連同中心部區域C所噴出之N2
氣體經由排氣區域6一起從迴轉台2周緣與真空容器1內周壁的間隙被排氣至排氣口62。
又,從第1反應氣體供給噴嘴31向下側被噴出,並沿著迴轉台2表面分別朝向迴轉方向上游側及下游側之BTBAS氣體,係完全無法侵入鄰接於其迴轉方向上游側及下游側之扇形凸狀部4的下側,或即使侵入亦會被推回至第1處理區域P1側,而連同中心部區域C所噴出之N2
氣體經由排氣區域6而從迴轉台2周緣與真空容器1內周壁的間隙一起被排氣至排氣口61。亦即於各分離區域D中,雖阻止了在氣氛中流動之反應氣體(BTBAS氣體或O3
氣體)的侵入,但吸附在晶圓W的氣體分子仍會直接通過分離區域(亦即扇形凸狀部4的低頂面44下方)而有助於成膜。
再者,第1處理區域P1的BTBAS氣體(第2處理區域P2的O3
氣體)仍會欲侵入至中心部區域C內。但如圖7及圖9所示,由於分離氣體會從中心部區域C朝向迴轉台2的周緣被噴出,因此可藉由該分離氣體來阻止BTBAS氣體侵入,或即使有些許侵入亦會被推回,故能阻止其通過該中心部區域C而流入第2處理區域P2(第1處理區域P1)。
然後於分離區域D,由於扇形凸狀部4的周緣部係向下方彎曲,且彎曲部46與迴轉台2外端面之間的間隙係如上所述地變得狭窄而實質上阻止了氣體的通過,因此亦可阻止第1處理區域P1的BTBAS氣體(第2處理區域P2的O3
氣體)經由迴轉台2外側而流入第2處理區域P2(第1處理區域P1)。因此,藉由兩個分離區域D來將第1處理區域P1的氣氛與第2處理區域P2的氣氛完全地分離,以使BTBAS氣體及O3
氣體分別被排氣至排氣口61及排氣口62。其結果為,兩反應氣體(在本例中為BTBAS氣體及O3
氣體)即使在氣氛中、在晶圓上也不會相互混合。此外,在本例中,由於係藉由N2
氣體來吹淨迴轉台2下側,因此完全沒有流入排氣空間6的氣體會通過迴轉台2下側(例如BTBAS氣體流入O3
氣體的供給區域)之虞。如此地成膜處理結束後,藉由搬送臂10依序將各晶圓以和搬入動作相反的動作搬出。
此處,說明處理參數的一例。利用直徑300mm之晶圓W來作為被處理基板時,迴轉台2的轉速為例如1rpm~500rpm,處理壓力為例如1067Pa(8Torr),BTBAS氣體及O3
氣體的流量例如分別為100sccm及10000sccm,來自分離氣體噴嘴41、42的N2
氣體流量為例如20000sccm,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。又,針對1片晶圓之反應氣體的供給循環數,亦即晶圓分別通過第1處理區域P1及第2處理區域P2的次數係配合目標膜厚而改變,但為多數次(例如600次)。
又,上述之範例中,係針對以晶圓W的加熱溫度為350℃並藉由溫度調節用配管82a~82e來加熱真空容器1的情況加以說明,以下則針對使用者將晶圓W的加熱溫度設定為例如600℃,並藉由來溫度調節用配管82a~82e來冷卻真空容器的情況加以說明。設定晶圓的加熱溫度後,控制部100會配合該晶圓W的加熱溫度600℃而將儲存在流體溫度調整部8之Galden的溫度調節為90℃。然後,打開閘閥V1、使幫浦83作動,並使經溫度調節後的Galden通過溫度調節用配管82a~82e而向下游側流動。接著使加熱器單元7升溫,則迴轉台2會被加熱並受到來自加熱器單元7的熱輻射,而使得真空容器1的溫度上升。在真空容器1之頂板11、底面部14及側壁的各表面流動之Galden會將該等各部冷卻,並受到來自該等頂板11、底面部14及側壁的熱量而被加熱,回到溫度調整部8後溫度會在該處被再次冷卻為90℃並通過溫度調節用配管82a~82e而向下游側流動。
之後,如上述般地使晶圓被送到迴轉台2且真空容器1內被真空抽氣後,以溫度感測器(未圖示)確認晶圓W的溫度達到設定溫度600℃,從各反應氣體噴嘴31、32分別噴出BTBAS氣體、O3
氣體並從分離氣體噴嘴41、42噴出N2
氣體。此時真空容器1的溫度係藉由上述Galden的流動與來自加熱器單元7的熱輻射而被維持在例如80℃~100℃。之後,與當晶圓W的加熱溫度設定為350℃的情況同樣地進行成膜處理。
該成膜裝置係設置有設置於真空容器1內並用以載置晶圓W之迴轉台2、用以加熱該迴轉台2所載置的基板W而設置之加熱器單元7、噴出BTBAS氣體以進行成膜處理之反應氣體噴嘴31、將分離氣體供給至分離區域D之分離氣體噴嘴41、42、可加熱或冷卻該真空容器1且裡面流動有溫度調節用流體之溫度調節用配管82a~82e。因此可抑制晶圓的加熱溫度對真空容器溫度所造成的影響,故當晶圓W的加熱溫度高時,真空容器1的溫度不會變得過高而使得其強度降低,或當晶圓W的加熱溫度低時,可抑制反應氣體噴嘴31所噴出之BTBAS氣體被液化,並防止成膜處理無法正常進行或形成於晶圓W之膜的膜質降低之情況發生。
該成膜裝置中,雖真空容器1的頂板11、底面部14、側壁分別形成有溫度調節用配管82a~82e,但不限於上述般地於頂板11、底面部14及側壁皆設置溫度調節用配管,而該配管的設置位置亦不限於上述範例。然而,由於晶圓W係設置於迴轉台2的圓周方向,故該成膜裝置的頂板11及底面部14相較於針對每1片基板進行成膜處理之枚葉式成膜裝置的頂板及底面部會較大。其結果為,來自該等頂板11及底面部14的放熱會較多,而在成膜處理中該等頂板11及底面部14的溫度會容易變高。因此如上述實施形態般地於頂板11、底面部14設置溫度調節用配管82a~82d,則能在以高溫來加熱晶圓W時,藉由冷卻該等頂板11及底面部14來有效率地使真空容器1的溫度降低,故為一種有效的發明。
本發明適用的處理氣體除了上述例子中所提到的,亦可為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。
如上所述,該成膜裝置係使固體或液體氣化來作為處理氣體使用,故可防止真空容器1內發生液化及固化而為一種特別有效的裝置。
該成膜裝置中,亦可使溫度調節用配管82a~82e流動有冷卻水或帕耳帖(Peltier)元件等冷媒(冷卻流體)來取代Galden,而藉由與該冷媒進行熱交換來進行真空容器1的冷卻,並藉由設置於該真空容器之加熱機構(加熱器)來進行真空容器1的加熱。圖12係顯示如上所述而設置有由電熱線所構成的加熱器84a~84g(圖示中為了方便係顯示為板狀)及冷卻用配管85a、85b之底面部14。各冷卻用配管85a、85b的結構除了所流動之物體非為Galden而是上述冷卻水等冷媒以外,其他皆與上述各溫度調節用配管82a、82b相同。又,流體溫度調整部8A係構成為與流體溫度調整部8相同的習知急冷器單元,而具有儲存該冷媒之儲存部,以及藉由熱交換來將儲存在儲存部之冷媒冷卻之冷卻機構。圖中元件符號86為電功率控制器,係接受來自控制部100的控制訊號,來控制供給至各加熱器84a~84g的電功率。又,不限於真空容器1的底面部14,亦可在頂板11或側壁設置此類加熱器及冷卻用配管。
又,於真空容器1設置此類冷卻用配管時,亦可設置先前技術該處所說明的包覆式加熱器來作為加熱機構,以控制冷卻用配管的冷媒溫度,藉由包覆式加熱器可有效地防止真空容器1的溫度變得過高。
該分離區域D的頂面44中,相對於該分離氣體噴嘴41、42之迴轉台2的迴轉方向上游側部位,較佳地係越接近外緣部位則該迴轉方向的寬度越寬。其原因為因為迴轉台2的迴轉,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,如上所述地將凸狀部4構成為扇形實為良策。
然後,如圖13A及圖13B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沿著迴轉台2之迴轉方向所通過部分的寬度尺寸L為50mm以上。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與迴轉台2間的距離變小。再者,將第1頂面44與迴轉台2間的距離設定為某個尺寸時,由於愈遠離迴轉台2的迴轉中心,則迴轉台2的速度愈快,因此為了獲得阻止反應氣體侵入之效果,愈離開迴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與迴轉台2的距離相當地小,因此在迴轉迴轉台2時,為了防止迴轉台2或晶圓W與第1頂面44碰撞,必須想辦法盡量抑制迴轉台2的振動。再者,迴轉台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,則必須降低迴轉台2的轉速,而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。
此處,有關處理區域P1、P2及分離區域D的各配置則舉出上述實施形態以外的其他例子加以說明。圖14係使第2反應氣體噴嘴32較搬送口15要更位於迴轉台2的迴轉方上游側之範例,此種配置亦可獲得同樣的效果。又,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供給噴嘴41(42)之結構,而圖15則係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P1及該第2處理區域P2,其頂面係相當於較該分離區域D的頂面更高之區域,但本發明亦可與分離區域D同樣地,為第1處理區域P1及第2處理區域P2中至少其中一者具有面向該迴轉台2而設置於反應氣體供給機構之該迴轉方向兩側,並較該分離區域D之該迴轉方向兩側的頂面(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迴轉台2之間的空間之結構。圖16係顯示此種結構的一例,於第2處理區域P2(本例中為O3
氣體的吸附區域),扇形凸狀部30下側設置有第2反應氣體供給噴嘴32。又,第2處理區域P2除了設置第2反應氣體供給噴嘴32來取代分離氣體噴嘴41(42)以外,其他皆與分離區域D相同。
本發明雖為了於分離氣體噴嘴41(42)兩側形成狹窄空間而必須設置有低頂面(第1頂面)44,但如圖17所示,亦可為在反應氣體供給噴嘴31(32)兩側同樣地設置有低頂面,並使該等頂面連續之結構,亦即在設置有分離氣體噴嘴41(42)及反應氣體供給噴嘴31(32)之區域以外,於面向迴轉台2的區域整面設置有凸狀部4的結構亦可獲得同樣的效果。此結構從別的看法來看,分離氣體噴嘴41(42)兩側的第1頂面44係延伸至反應氣體供給噴嘴31(32)的例子。此時,分離氣體會擴散至分離氣體噴嘴41(42)兩側,而反應氣體會擴散至反應氣體供給噴嘴31(32)兩側,雖然兩氣體會在凸狀部4的下側(狹窄空間)匯流,但該等氣體會從位在分離氣體噴嘴31(32)與反應氣體供給噴嘴42(41)之間的排氣口61(62)被排出。
以上的實施形態中,迴轉台2的迴轉軸22係位於真空容器1的中心部,並利用分離氣體來吹淨迴轉台2中心部與真空容器1上面部之間的空間,但亦可為如圖18所示之結構。圖18之成膜裝置中,真空容器1中央區域的底面部14係向下側突出而形成有驅動部的收納空間90,並於真空容器1中央區域的上面形成有凹部90a,於真空容器1中心部處,在收納空間90底部與真空容器1之該凹部90a上面之間介設有支柱91,以防止來自第1反應氣體噴嘴31的BTBAS氣體與來自第2反應氣體噴嘴32的O3
氣體經由該中心部而發生混合。
關於旋轉該迴轉台2的機構,係圍繞該支柱91而設置有迴轉套筒92,並沿著該迴轉套筒92而設置有環狀迴轉台2。然後,於該收納空間90設置有藉由馬達93來驅動的驅動齒輪部94,利用該驅動齒輪部94而藉由形成於迴轉套筒92下部外周的齒輪部95來旋轉該迴轉套筒92。元件符號96、97及98為軸承部。又,吹淨氣體供給管74係連接於該收納空間90的底部,而吹淨氣體供給管75係連接於該真空容器1的上部,以供給吹淨氣體至凹部90a側面與該迴轉套筒92上端部之間的空間。圖18中,用以將吹淨氣體供給至凹部90a側面與迴轉套筒92上端部之間的空間之開口部係記載為左右2處,但較佳地,宜設計開口部(吹淨氣體供給口)的排列個數以使得BTBAS氣體與O3
氣體不會經由迴轉套筒92附近的區域而相互混合。
圖18之實施形態中,從迴轉台2側觀之,該凹部90a側面與迴轉套筒92上端部之間的空間係相當於分離氣體噴出孔,然後藉由該分離氣體噴出孔、迴轉套筒92及支柱91而構成位於真空容器1中心部之中心部區域。本實施形態亦與圖1之實施形態同樣地,係於真空容器1的頂板、側壁及底面部設置有溫度調節用配管81a~81e。
本發明不限於利用2種反應氣體,而亦可適用於將3種以上的反應氣體依序供給至基板上的情況。此時可依照例如第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、分離氣體噴嘴的順序來將各氣體噴嘴設置於真空容器1的圓周方向,並使包含有各分離氣體噴嘴之分離區域為上述實施形態之結構。
上述範例係顯示了進行MLD之成膜裝置,但本發明亦可適用於例如進行CVD(Chemical Vapor Deposition)之裝置。該情況下,亦可於裝置的頂板處設置氣體淋氣頭來取代該氣體噴嘴而作為氣體供給機構,以將反應氣體供給至晶圓W。
利用上述成膜裝置之基板處理裝置顯示於圖19。圖19中,元件符號101係收納例如25片晶圓而被稱為晶圓匣盒的密閉型搬送容器、元件符號102係設置有搬送臂103之大氣搬送室、元件符號104、105係可將氣氛在大氣氣氛與真空氣氛間切換之裝載室(預備真空室)、元件符號106係設置有2座搬送臂107a、107b之真空搬送室、元件符號108、109係本發明之成膜裝置。將搬送容器101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102後,藉由開閉機構(未圖示)來將蓋子打開,並利用搬送臂103將晶圓W從該搬送容器101內取出。接下來,搬入至裝載室104(105)內並將該室內從大氣氣氛切換至真空氣氛,之後利用搬送臂107a、107b來將晶圓W取出,並搬入至成膜裝置108、109其中一者以實施上述成膜處理。如此地藉由具備複數個(例如2個)例如5片處理用之上述實施型態的成膜裝置,而可高產能地進行所謂的ALD(MLD)。
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,而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。
C...中心區域
D...分離區域
L...長度
P1...第1處理區域
P2...第2處理區域
V1...閘閥
W...晶圓
WO...晶圓中心
1...真空容器
2...迴轉台
4...凸狀部
5...突出部
6...排氣區域
7...加熱器單元
8...溫度調整部
8A...流體溫度調整部
10...搬送臂
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...迴轉軸
23...驅動部
24...凹部
30...凸狀部
31a、32a、41a、42a...氣體導入埠
31...第1反應氣體噴嘴
32...第2反應氣體噴嘴
33、40...噴出孔
41、42...分離氣體噴嘴
43...溝部
44...低頂面(第1頂面)
45...高頂面(第2頂面)
46...彎曲部
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...壓力調整機構
71...覆蓋組件
72、73、74、75...吹淨氣體供給管
81a~81e...溝槽
82a~82e...溫度調節用配管
83...幫浦
84a~84g...加熱器
85a、85b...冷卻用配管
86...電功率控制器
90...收納空間
90a...凹部
91...支柱
92...迴轉套筒
93...馬達
94...驅動齒輪部
95...齒輪部
96、97、98...軸承部
100...控制部
101...搬送容器
102...大氣搬送室
103...搬送臂
104、105...裝載室
106...真空搬送室
107a、107b...搬送臂
108、109...成膜裝置
圖1係顯示本發明實施形態之成膜裝置的剖面圖。
圖2係顯示上述實施形態之成膜裝置內部的概略結構之立體圖。
圖3係上述實施形態之成膜裝置的俯視圖。
圖4A、4B係顯示上述實施形態之成膜裝置的處理區域及分離區域之剖面圖。
圖5係顯示上述實施形態之成膜裝置的部分剖面圖。
圖6係上述實施形態之成膜裝置的部份剖切立體圖。
圖7係顯示分離氣體或吹淨氣體的流動樣態之說明圖。
圖8係上述實施形態之成膜裝置的部份剖切立體圖。
圖9係顯示上述實施形態之成膜裝置的真空容器下側之仰視圖。
圖10係顯示上述實施形態之成膜裝置的真空容器上側之俯視圖。
圖11係顯示第1反應氣體及第2反應氣體被分離氣體分離並排除的樣態之說明圖。
圖12係顯示上述實施形態之成膜裝置的真空容器上側的其他結構之俯視圖。
圖13A、13B係用以說明用於分離區域之凸狀部的尺寸例之說明圖。
圖14係顯示本發明其他實施形態的成膜裝置之俯視圖。
圖15係顯示本發明另一其他實施形態的成膜裝置之俯視圖。
圖16係顯示本發明再一其他實施形態的成膜裝置內部概略結構之立體圖。
圖17係顯示本發明上述實施形態以外的成膜裝置之俯視圖。
圖18係顯示本發明上述實施形態以外的成膜裝置之剖面圖。
圖19係利用本發明成膜裝置之基板處理系統的一例之概略俯視圖。
V1...閘閥
8...溫度調整部
14...底面部
15...搬送口
20...殼體
61、62...排氣口
63...排氣管
73...吹淨氣體供給管
81a、81b...溝槽
82a、82b...溫度調節用配管
83...幫浦
Claims (16)
- 一種成膜裝置,係於真空容器內將至少2種會互相反應的反應氣體依序供給至基板表面並實施該供給循環,以堆積多層反應生成物的層而形成薄膜,其特徵在於具備:迴轉台,係設置於該真空容器內並具有用以載置基板之基板載置區域;基板加熱機構,係用以加熱該迴轉台所載置之基板而設置;第1反應氣體供給機構及第2反應氣體供給機構,係相互分離地設置於該迴轉台的圓周方向處,以分別將第1反應氣體及第2反應氣體供給至該迴轉台之基板載置區域側的面;分離氣體供給機構,係為了分離供給有第1反應氣體之第1的處理區域與供給有第2反應氣體之第2的處理區域的氣氛,將分離氣體供給至於該圓周方向處而位於該等處理區域之間的分離區域;排氣口,係用以將被供給至該迴轉台的各反應氣體及分離氣體排氣;以及溫度調節機構,係可加熱或冷卻該真空容器。
- 如申請專利範圍第1項之成膜裝置,其中該溫度調節機構係包含設置於該真空容器之溫度調節流體流道。
- 如申請專利範圍第1項之成膜裝置,其中該溫度調節機構係包含設置於該真空容器之冷卻流體流道及設置於該真空容器之加熱機構。
- 如申請專利範圍第1項之成膜裝置,其中該溫度調節機構係設置於真空容器的底部及頂部至少其中一者。
- 如申請專利範圍第4項之成膜裝置,其中該溫度調節機構係設置於真空容器側壁。
- 如申請專利範圍第1項之成膜裝置,其中該第1反應氣體係將固體原料或液體原料氣化之反應氣體。
- 如申請專利範圍第1項之成膜裝置,其中該溫度調節機構係配合基板的設定溫度來加熱真空容器,以使得將該固體原料或液體原料氣化所獲得之反應氣體維持在氣體狀態。
- 如申請專利範圍第1項之成膜裝置,其中該基板加熱機構係設置於該迴轉台下側。
- 如申請專利範圍第1項之成膜裝置,其中該分離區域係具有位於分離氣體供給機構之該迴轉方向兩側,並用以與迴轉台之間形成使分離氣體從該分離區域流至處理區域側的狹窄空間之頂面。
- 如申請專利範圍第1項之成膜裝置,其係具有中心部區域,該中心部區域係位於真空容器內中心部處而用以分離該第1的處理區域與第2的處理區域的氣氛,並形成有將分離氣體噴出至該迴轉台之基板載置面側處之噴出孔;該反應氣體係連同擴散至該分離區域兩側之分離氣體以及從該中心部區域噴出之分離氣體一起從該排氣口被排氣。
- 一種成膜方法,係於真空容器內將至少2種會互相反應的反應氣體依序供給至基板表面並實施該供給循環,以堆積多層反應生成物的層而形成薄膜,其特徵在於包含有以下步驟:將基板載置於該真空容器內的迴轉台之基板載置區域並迴轉該迴轉台之步驟;從在該迴轉台的圓周方向處相互分離地設置於該真空容器之第1反應氣體供給機構及第2反應氣體供給機構,向該迴轉台之基板載置區域側的面分別供給第1反應氣體及第2反應氣體之步驟;從設置於位在該迴轉方向之第1反應氣體供給機構與第2反應氣體供給機構之間的分離區域之分離氣體供給機構來供給分離氣體,以分離供給有第1反應氣體之第1的處理區域與供給有第2反應氣體之第2的處理區域的氣氛之步驟;從排氣口將被供給至該迴轉台的各反應氣體及分離氣體排氣之步驟;利用基板加熱機構來加熱迴轉台所載置之基板之步驟;以及利用溫度調節機構來加熱或冷卻該真空容器之步驟。
- 如申請專利範圍第11項之成膜方法,其中利用溫度調節機構來加熱或冷卻該真空容器之步驟係包含使溫度調節流體流通於設置在真空容器的流道之步驟。
- 如申請專利範圍第11項之成膜方法,其中利用溫度調節機構來加熱或冷卻該真空容器之步驟係包含使冷卻流體流通於設置在真空容器的流道之步驟,及利用加熱機構來加熱真空容器之步驟。
- 如申請專利範圍第11項之成膜方法,其中該分離區域係具有位於分離氣體供給機構之該迴轉方向兩側,並用以與迴轉台之間形成使分離氣體從該分離區域流至處理區域側的狹窄空間之頂面。
- 如申請專利範圍第11項之成膜方法,其係包含從為了分離該第1的處理區域與第2的處理區域的氣氛而設置於位在真空容器內中心部的中心部區域之噴出口,來將分離氣體噴出至該迴轉台的基板載置面側之步驟;該排氣步驟係將該反應氣體連同擴散至該分離區域兩側之分離氣體及從該中心部區域噴出之分離氣體一起從該排氣口被排氣。
- 一種記憶媒體,係收納有成膜裝置用之程式,該成膜裝置係於真空容器內將至少2種會互相反應的反應氣體依序供給至基板表面並實施該供給循環,以堆積多層反應生成物的層而形成薄膜;其特徵在於:該程式係由實施申請專利範圍第11項所記載之成膜方法的步驟群所組成。
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