TWI513850B - 成膜裝置及成膜方法 - Google Patents

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Hitoshi Kato
Shigehiro Miura
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Tokyo Electron Ltd
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Description

成膜裝置及成膜方法
本發明係關於一種藉由旋轉台將基板公轉，藉由依序供給會相互反應之處理氣體而於基板表面層積反應生成物來成膜矽氧化膜之技術。
對半導體晶圓(以下稱為「晶圓」)等之基板進行例如矽氧化膜(SiO2 )等之薄膜的成膜方法之一，已知有ALD(Atomic Layer Deposition)法。此ALD法係將會相互反應之複數種類的處理氣體(反應氣體)依序供給至晶圓表面而層積反應生成物之方法。日本特開2010-245448中提出有以ALD法進行成膜之成膜裝置，係於真空容器內，設置將複數片晶圓於周圍方向排列般載置之旋轉台，並以對向該旋轉台之方式配置複數氣體噴嘴之構成。處理氣體係使用例如含矽(Si)之氣體，例如BTBAS(二(特丁胺基)矽烷)氣體，氧化用氣體係使用例如臭氧(O3 )氣體。成膜處理係藉由旋轉台下方側所設置之加熱器將晶圓加熱，並將旋轉台相對於氣體噴嘴進行旋轉來加以進行。藉此，含Si氣體及臭氧氣體會依序被供給至晶圓，經由以臭氧氣體將含Si氣體氧化之反應來成膜SiO2 膜。
然而今後，半導體元件中依SiO2 膜之適用部位則預想會被要求高緻密度。為了獲得此般SiO2 膜，需要以超過例如650℃之高溫加以反應，但欲使用藉由旋轉台來將晶圓W公轉之成膜裝置時，要建構出用以維持真空氛圍之密封部位的耐熱構造卻不容易。又，旋轉台的熱會加熱從該旋轉台上方側所伸出般設置之氣體噴嘴，故旋轉台超過650℃時，氣體噴嘴的溫度便會上升，其內部溫度會超過臭氧氣體熱分解之溫度(550℃)。因此，臭氧氣體在到達旋轉台前，便會熱分解而成為氧，導致氧化力降低，故無法使用臭氧氣體作為氧化氣體。這因如此，在製造與使用臭氧氣體型式之裝置為 不同之特殊樣式的裝置時，裝置的製造成本便會提高。
日本特開2010-245448中，記載有除了旋轉台下方側所設置之加熱單元外，於旋轉台上方側具備有棒狀紅外線燈之構成。
於是，本發明實施例有鑑於上述情事而欲將其解決，乃提供一種新穎且有用之成膜裝置及成膜方法。更詳細而言，本發明實施例係提供一種在藉由旋轉台將基板公轉而重複處理氣體之吸附及氧化來成膜矽氧化膜時，關於裝置本體耐熱性之設計，可為使用臭氧來作為氧化氣體之式樣，並以臭氧氣體之熱分解溫度以上之高溫來進行成膜處理之成膜裝置及成膜方法。
依本發明之一觀點，係在真空容器內將旋轉台一面側所配置之基板藉由該旋轉台加以公轉，重複複數次將相互不同之處理氣體依序供給之循環來層積反應生成物層以獲得薄膜之成膜裝置中，具備有：第1處理氣體供給部，係為了將含矽之第1處理氣體吸附於該基板，而對該基板供給第1處理氣體；第2處理氣體供給部，係相對於該第1處理氣體供給部而離間設置於該旋轉台之旋轉方向，為了將吸附於基板之第1處理氣體氧化來產生矽氧化物，而用以供給包含將氧活性化所獲得之活性種之第2處理氣體；分離區域，係在該旋轉台之周圍方向設置於該第1處理氣體供給部及第2處理氣體供給部之間，用以避免第1處理氣體與第2處理氣體之混合；主加熱機構，係用以藉由加熱該旋轉台來透過該旋轉台從下方側加熱基板；以及輔助加熱機構，係以對向於該旋轉台上之基板通過區域之方式設置於該旋轉台上方側，由將基板吸收波長區域之光線照射至該主加熱機構所加熱之基板來將該基板藉由輻射熱直接加熱至臭氧氣體會熱分解的溫度以上之處理溫度的加熱燈所構成；其中裝置性能上所容許之旋轉台最高溫度係較臭氧會熱分解之溫度要低的溫度；藉由該處理溫度使得該第1處理氣體吸附在基板，藉由第2處理氣體 將所吸附之第1處理氣體加以氧化。
再者，本發明目的及優點，一部分記載於說明書，一部分則可由說明書所自明。本發明目的及優點係藉由所添附之申請專利範圍所特別指出之要素及其組合而實現來達成。上述一般性記載與下述詳細說明乃屬例示說明者，並非用以限定申請專利範圍之本發明。
W‧‧‧晶圓
1‧‧‧真空容器
2‧‧‧旋轉台
31‧‧‧處理氣體噴嘴
32‧‧‧活性化氣體噴射器
42‧‧‧分離氣體噴嘴
5‧‧‧加熱單元
7‧‧‧燈單元
71‧‧‧加熱燈
73‧‧‧反射體
P1‧‧‧第1處理區域
P2‧‧‧第2處理區域
D1,D2‧‧‧分離區域
H‧‧‧加熱區域
圖1係顯示實施例1之成膜裝置一範例的縱剖視圖。
圖2係成膜裝置之橫剖俯視圖。
圖3係成膜裝置之橫剖俯視圖。
圖4係顯示成膜裝置一部分之立體圖。
圖5係顯示成膜裝置所設置之活性化氣體噴射器之立體圖。
圖6係顯示活性化氣體噴射器之縱剖剖視圖。
圖7係顯示成膜裝置內部之一部分的立體分解圖。
圖8係顯示成膜裝置一部分之縱剖視圖。
圖9係顯示成膜裝置所設置之燈單元一部分之縱剖視圖。
圖10係概略顯示燈單元之加熱燈的概略立體圖。
圖11係顯示成膜裝置一部分之立體圖。
圖12係顯示成膜裝置中之處理區域、分解區域及加熱區域之縱剖剖視圖。
圖13係顯示成膜裝置中之氣體流動的概略圖。
圖14係顯示實施例2之成膜裝置的縱剖剖視圖。
圖15係顯示實施例2之成膜裝置的再一其他範例之縱剖剖視圖。
圖16係顯示上述成膜裝置之橫剖俯視圖。
圖17係顯示用於燈單元之加熱模擬的解析模型之立體圖。
圖18係顯示燈單元之加熱模擬結果之特性圖。
圖19係顯示燈單元之加熱模擬結果之特性圖。
圖20係顯示燈單元之加熱模擬結果之特性圖。
上述先前技術構成中，晶圓係以加熱單元加熱至例如350℃，並藉由加熱燈來將晶圓表層部加熱至350℃以上，以去除矽氧化膜中之雜質(有機 物)。又，在矽氧化膜中混入有磷(P)的情況，記載有將晶圓加熱至700℃~800℃來將磷置入到該膜中。但是，將旋轉台加熱至700℃以上時，會如所述般臭氧在被供給至晶圓前就熱分解。
以下，利用圖1至14來說明本發明之實施例。
另外，以下實施例中，下述符號係典型地表示下述要素。
W 晶圓
1 真空容器
2 旋轉台
31 處理氣體噴嘴
32 活性化氣體噴射器
42 分離氣體噴嘴
5 加熱單元
7 燈單元
71 加熱燈
73 反射體
P1 第1處理區域
P2 第2處理區域
D1,D2 分離區域
H 加熱區域
實施例1
實施例1之成膜裝置如圖1及圖2所示，係具備有俯視形狀為概略圓形之真空容器1，及設於該真空容器1內，於該真空容器1中心具有旋轉中心之旋轉台2。真空容器1係具備頂板11及容器本體12，而構成為頂板11可從容器本體12裝卸自如。頂板11上面側之中央部係連接有分離氣體供給管40。此分離氣體供給管40係為了防止真空容器1內之中心部區域C的相互不同處理氣體彼此之混合，而用以供給作為分離氣體之氮(N2 )氣體之機構。圖1中13係環狀地設置在容器本體12上面之密封構件，例如O型環。
旋轉台2係以中心部固定在概略圓筒形狀之核心部21，藉由連接至此 核心部21下面並沿鉛直方向延伸之旋轉軸22，而構成為繞鉛直軸，此範例中係繞順時針而旋轉自如。旋轉台2材質係使用石英。圖1中23係將旋轉軸22繞鉛直軸旋轉之驅動部，20係收納旋轉軸22及驅動部23之殼體。為了達成產能之提升，較佳地旋轉台係以60rpm以上之轉速旋轉。該殼體20上面側之凸緣部分係氣密地組裝在真空容器1之底面部14下面。又，該殼體20係連接有用以將作為吹淨氣體之N2 氣體供給至旋轉台2下方區域之吹淨氣體供給管15。真空容器1之底面部14的核心部21外周側係以從下方側接近旋轉台2之方式形成環狀而成為突出部12a。
旋轉台2表面部如圖2及圖3所示，係設有用以沿旋轉方向(周圍方向)載置複數片，例如5片晶圓W之圓形狀凹部24來作為基板載置區域。凹部24在置入(收納)直徑尺寸為例如300mm尺寸之晶圓W於該凹部24時，係以晶圓W表面會與旋轉台2表面(未載置有晶圓W之區域)一致之方式，來設定其直徑尺寸及深度尺寸。凹部24底面如後述般，係形成有用以供從下方側將晶圓W頂升之升降銷貫穿之貫穿孔(未圖示)。另外，圖2係顯示拆下後述燈單元7之狀態，圖3係顯示組裝了該燈單元7之狀態。
如圖2及圖3所示，各自對向於旋轉台2之凹部24的通過區域之位置係設有例如由石英所構成之3根噴嘴31,41,42。該等各噴嘴31,41,42係相互隔有間隔而放射狀地配置在真空容器1之周圍方向(旋轉台2之旋轉方向)。又，該等各噴嘴31,41,42係各自以例如從真空容器1外周壁朝中心部區域C而對向於晶圓W水平地延伸之方式來加以組裝。此範例中，從後述搬送口16觀之，於繞順時針(旋轉台2旋轉方向)係依序配列有分離氣體噴嘴41、處理氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴42。該等各噴嘴31,41,42係以該噴嘴31,41,42與旋轉台2上面之離間距離為例如1~5mm左右之方式加以配置。
該處理氣體噴嘴31係成為第1處理氣體供給部，分離氣體噴嘴41,42係各自成為分離氣體供給部。各噴嘴31,41,42係透過流量調整閥分別連接至以下各氣體供給源(未圖示)。亦即，處理氣體噴嘴31係連接至含Si氣體(以下稱為「含Si氣體」)之第1處理氣體，例如3DMAS[三(二甲胺基)矽烷：Si(N(CH3 )2 )3 H]氣體供給源。此第1處理氣體可稱作矽氧化膜之原料氣體。分離氣體噴嘴41,42係各自連接至分離氣體之N2 氣體的供給源。氣體噴嘴31,41,42下面側係沿旋轉台2徑向於複數位置處例如等間隔地形成有氣體噴 出孔(參照圖12)。
又，為分離氣體噴嘴42之旋轉台2旋轉方向下游側，分離氣體噴嘴41之旋轉台2旋轉方向上游側係設有活性化氣體噴射器32。該活性化氣體噴射器32如圖4~圖6所示，係具備框體所構成之噴射器本體321。該噴射器本體321內係藉由分隔壁322於長度方向形成有所區隔寬度相異之2個空間，一側係構成用以將處理氣體電漿化(活性化)而為氣體活性化用流道之氣體活性化室323。又，另側係成為用以將處理氣體朝該氣體活性化室323供給而為氣體導入用流道之氣體導入室324。
圖2~圖6中，325為氣體導入孔，326為氣體孔，327為氣體導入埠，328為接頭部，329為氣體供給埠。欲電漿化之處理氣體會從氣體導入噴嘴325之氣體孔326噴出而被供給至氣體導入室324內。接著，處理氣體會從該氣體導入室324透過形成於分隔壁322上部之缺口部331而流通至氣體活性化室323。氣體活性化室323內係從該氣體活性化室323基端側朝前端側沿著分隔壁322而延伸出有2根由介電體所構成之例如陶瓷製鞘管332,332，該等鞘管332,332管內係貫穿插入有棒狀電極333,333。該等電極333,333之基端側係被拉出至噴射器本體321之外部，於真空容器1外部透過匹配器334與高頻電源335連接。
噴射器本體321底面係於噴射器本體321之長度方向配列有用以將在為該電極333,333之間的區域之電漿產生部340電漿活性化之電漿朝下方側噴出之氣體噴出孔341。該噴射器本體321係以其前端朝旋轉台2中心部延伸而出之狀態來加以配設。圖中351為閥，352為流量調整部，353為儲存處理氣體，例如氧(O2 )氣體之氣體源。此般活性化氣體噴射器32中，係供給處理氣體之O2 氣體，並從高頻電源335將高頻電功率供給至電漿產生部340(電極333,333)。另一方面，由於真空容器1內為真空氛圍，故朝氣體活性化室323上方側流入之O2 氣體會因該高頻電功率而電漿化(活性化)，如此獲得之電漿(以下稱為氧電漿)會透過氣體噴出孔341朝晶圓W被加以供給。該氧電漿係相當於包含藉由電場將氧活性化所獲得之活性種的第2處理氣體。
處理氣體噴嘴31下方區域係成為用以將第1處理氣體吸附於晶圓W之第1處理區域P1，活性化氣體噴射器32下方區域係成為對晶圓W表面所 吸附之第1處理氣體供給第2處理氣體之第2處理區域P2。
分離氣體噴嘴41,42係用以形成將各第1處理區域P1及第2處理區域P2加以分離之分離區域D者。將第1處理區域P1之旋轉台2旋轉方向下游側作為第1分離區域D1，將第1處理區域P1之旋轉台2旋轉方向上游側作為第2分離區域D來進行說明。該等分離區域D1,D2中真空容器1之頂板11係如圖2及圖3所示，係設有俯視為概略扇形之凸狀部4。該分離氣體噴嘴41,42如圖12所示，係被收納在該凸狀部4所形成之溝部43內。從而，分離氣體噴嘴41,42中旋轉台2之周圍方向兩側為了阻止第1處及第2處理氣體彼此之混合，係配置有為該凸狀部4之底面的較低頂面44(第1頂面)(參照圖12)。另一方面，頂板11之未設有凸狀部4之區域係配置有較該頂面44要高之頂面45(第2頂面)。
旋轉台2與真空容器1之底面部14之間的空間如圖1所示，係設有加熱單元5。該加熱單元5係成為主加熱機構，藉由加熱旋轉台2，透過該旋轉台2來從下面側將晶圓W加熱。本範例中，加熱單元5之輻射熱會被為石英之旋轉台2吸收來加熱該旋轉台2。又，裝置性能上所容許之旋轉台2最高溫度(容許最高溫度)係設定在到達旋轉台前較臭氧氣體熱分解之溫度要低之溫度。亦即，藉由加熱單元5加熱旋轉台2時(未藉由後述輔助加熱機構加熱時)，基板載置區域之溫度係設定在較臭氧氣體在到達該基板載置區域前會熱分解之溫度要低之溫度。該旋轉台2之容許最高溫度係考量到例如氟系橡膠所構成之密封構件(O型環13)或氣體噴嘴31,41,42之密封構件(未圖示)之耐熱溫度而加以設定之溫度。圖1中51為設於加熱單元5側邊側之罩構件，52係覆蓋該加熱單元5上方側之覆蓋構件。又，真空容器1底面部14在加熱單元5下方側中係橫跨周圍方向於複數位置處設有用以吹淨加熱單元5之配置空間的吹淨氣體供給管53。
此處，就臭氧氣體會熱分解之溫度加以說明。本實施形態相關之成膜裝置係使用活性化氣體噴射器32來產生氧電漿形式者。相對於此，構成除了輔助加熱機構及活性化氣體噴射器32而利用其他裝置構成取代氧電漿來使用臭氧形式之裝置的情況，係與處理氣體噴嘴31同樣地例如以從旋轉台2周緣側朝中央部側延伸之方式來配置氣體噴嘴(噴射器)。此情況，由於臭氧用氣體噴嘴係延伸至旋轉台2上方側，故會因旋轉台2之熱而被加熱， 在旋轉台2之基板載置區域溫度被加熱至630℃的情況，氣體噴嘴之溫度為530℃左右。從而，氣體噴嘴內之臭氧氣體溫度會成為530℃左右。另一方面，含Si氣體之因臭氧氣體的氧化反應係與臭氧氣體之供給一瞬間加以進行。因此，假設即便該基板載置區域之溫度超過臭氧氣體之熱分解溫度(550℃)，臭氧氣體會熱分解而成為氧，在氧化力降地前便與含Si氣體反應。如此般，所謂臭氧氣體不會熱分解的情況係表示為臭氧氣體在到達基板載置區域前不會熱分解的情況。從而，本實施例1中，較臭氧氣體會熱分解之溫度要低的溫度實際上係只要是將旋轉台2加熱至從氣體噴嘴所供給之臭氧氣體在到達基板載置區域前不會熱分解之溫度狀態即可。因此，溫度實際上會因氣體噴嘴與旋轉台之離間距離、氣體噴嘴之形狀或材質、供給至氣體噴嘴之臭氧氣體溫度等而有所改變。從而，即便將旋轉台2(基板載置區域)之溫度設定在630℃以上之溫度，例如650℃，亦有氣體噴嘴所供給之臭氧氣體在到達基板載置區域前不會熱分解的情況。由於如此，本範例中，旋轉台2之溫度係設定在550℃~650℃。
又，頂板11係設有穿透構件6，並於該穿透構件6上方側配設有燈單元7。該等係設於較活性化氣體噴射器32要靠旋轉台2之旋轉方向下游側，較第2分離區域D2稍靠活性化氣體噴射器32側之位置。如圖7所示，頂板11為了裝設穿透構件6，係形成有例如俯視為概略扇形之開口部17。該開口部17係由例如從旋轉台2旋轉中心離間例如60mm左右之外緣側的位置橫跨至較旋轉台2外緣離開80mm左右外側之位置而加以形成。又，開口部17係以不會干涉真空容器1中心部區域所設置之後述迂迴構造部18之方式，以俯視觀之時旋轉台2中心側之端部係沿著該迂迴構造部18外緣之方式而凹陷呈圓弧狀。
然後，該開口部17如圖18所示，係以從頂板11上端側朝下端側該開口部17之開口徑會階段地變小之方式，橫跨周圍方向而形成例如3段之段部17a。該等段部17a中最下段之段部(口緣部)係橫跨周圍方向形成有溝19a，該溝19a內係配置有密封構件，例如O型環19。該O型環19係由具耐熱性之材料，例如全氟彈性體(perfluoroelastomer)所構成。另外，為了圖示之方便，圖7中係將段部17a為2段，並在圖式中省略溝19a及O型環19、後述按壓部65。
該開口部17係嵌合有透過紅外線光之材質，例如石英所構成之穿透構件6。該穿透構件6如圖7及圖8所示，係具備水平的窗部61，該窗部61周緣部係橫跨周圍方向朝上方側豎起，而成為側壁部62。又，側壁部62上端係橫跨周圍方向構成朝外側水平地延伸而出之凸緣部63，穿透構件6下面側如圖8所示，外緣部係橫跨周圍方向朝下方側(旋轉台2側)垂直延伸而出，成為氣體限制用突起部64。藉由該突起部64，會阻止N2 氣體或氧電漿朝該穿透構件6下方區域之侵入，而抑制於窗部61之成膜。
將該穿透構件6置入所述開口部17內時，凸緣部63與段部17a中之最下段段部17a會相互卡固。然後，藉由O型環19使得該段部17a(頂板11)與穿透構件6氣密地連接。穿透構件6上方側係設有沿開口部17外緣而形成為框狀之按壓構件65。藉由該按壓構件65來將該凸緣部63朝下方側橫跨周圍方向按壓，並將該按壓構件65藉由未圖示之螺栓固定於頂板11，來將真空容器1之內部氛圍設定為氣密。
如圖3及圖8所示，該穿透構件6在晶圓W位於該穿透構件6下方時，係以覆蓋晶圓W表面整體之方式，來設定其大小及形狀。舉一範例，該窗部61之厚度尺寸t1係設定在例如20mm。又，中心部區域C之穿透構件6內壁面與晶圓W外緣之間的距離為70mm，旋轉台2外緣側之穿透構件6內壁面與晶圓W外緣之間的距離為70mm。再者，穿透構件6之窗部61下面與旋轉台2上之晶圓W表面之間的離間尺寸t2係設定在4mm~60mm，本例中為30mm。又再者，穿透構件62之突起部64下端與旋轉台2表面之離間尺寸係設定在例如0.5mm~4mm，本例中為2mm。
該燈單元7係具備多數加熱燈71。該加熱燈71係構成會將晶圓W之吸收波長區域之光線照射至藉由該加熱單元5加熱後之晶圓W，來將該晶圓W藉由輻射熱直接加熱至臭氧氣體會熱分解溫度以上的處理溫度之輔助加熱機構。該處理溫度係設定在臭氧氣體會熱分解之溫度以上，為第1處理氣體及第2處理氣體不會熱分解之溫度，且即便晶圓W被加熱至該處理溫度，亦不會對裝置耐熱性構成影響之溫度。
例如，加熱燈71如圖9所示，係具備於玻璃體72a內部設置成為輻射源之光緣72b的燈體72，該燈體72周圍係設有反射體73。該光源72b係構成為會輻射出穿透構成穿透構件6之材料(石英)，而會被構成晶圓W之 材料(矽)吸收之吸收波長區域的紅外線光。
具體而言，燈體72係使用例如會產生0.5μm以上3μm以下波長之紅外線光之鹵素燈等。本範例中，從燈體72所照射之紅外波長區域係設定在會被構成晶圓W之矽所吸收，而會穿透構成旋轉台2之石英的區域。該反射體73係用以將光源72b之紅外線光朝旋轉台2側(下方側)反射者。該反射體73係以會將光源72b之光能有效率地照射至晶圓W之方式，而構成例如朝旋轉台2側會慢慢變廣之圓錐形狀，其內壁係施有例如金鍍覆。又，由於因反射體73使得光源72b之光能會照射至晶圓W，故會抑制朝晶圓W方向以外之輻射熱擴散。
加熱燈71如圖8所示，係被支撐在支撐構件74a,74b，而配列在穿透構件6上方側。具體而言，該燈體72係透過形成於長度方向一端側之電極部72c組裝在第1支撐構件74a，反射體73係組裝在第2支撐構件74b。如此一來，加熱燈71便會以燈體72之長度方向於上下方向一致之方式加以排列。圖5中75係用以透過供電線75a供電至各燈體72之電極部72c的電源部。
本範例中，加熱燈71係使用相同大小(容量)者，如圖10所示，係沿著以旋轉台2旋轉中心為中心之同心圓的線L1~L5而加以排列。又，該線L1~L5上所排列之加熱燈71的個數係以從旋轉台2中心部朝外緣部變多之方式加以設定。該等加熱燈71係基於未圖示之熱電偶等之溫度檢出部的檢出結果，以將晶圓W加熱至能進行後述加熱處理之較佳處理溫度之方式，來控制對各個加熱燈71之電功率供給量。
如此般，藉由調整加熱燈71之個數或配置、對各加熱燈71之電功率供給量，而可如所述實施例般，控制燈單元7下方側所形成之加熱區域H之溫度分布。旋轉台2旋轉時，外緣側會比中心部側之週速度要快。因此本範例中，係在外緣側配置較中心部側要多個數的加熱燈71來確保大的熱量，以將旋轉台2徑向之被供給至晶圓W的熱量加以一致。又，藉由改變加熱燈71之容量，亦可改變供給相同電功率時之加熱燈71的輻射量(輸出)，來控制該加熱區域H之溫度分布。
設有該等加熱燈71之區域如圖8及圖11所示，係藉由罩構件76加以覆蓋，該罩構件76係由例如不鏽鋼等之具耐熱性材料所構成，而例如於上 壁76a或側壁76c形成有散熱用之多數缺槽77。
如此般，藉由加熱單元5將旋轉台2加熱至較臭氧氣體在到達基板載置區域前會熱分解之溫度要低之溫度，例如600℃之狀態，藉由加熱單元7之加熱燈71從上方側加熱晶圓W。藉此，晶圓W便會被加熱至臭氧氣體會熱分解以上之處理溫度，例如700℃。又，關於旋轉台2，由於加熱燈71之紅外線會穿透，故會被抑制因該紅外線而升溫。
接著，回到真空容器1各部之說明。真空容器1側壁如圖2及圖3所示，係形成有用以在未圖示之外部搬送臂與旋轉台2之間進行晶圓W之收授的搬送口16，該搬送口16係構成為藉由閘閥G而氣密地開閉自如。又，旋轉台2之凹部24係於面臨該搬送口16之位置在與搬送臂之間進行晶圓W之收授。因此，旋轉台2下方側在對應於該收授位置之部位係設有用以貫穿凹部24來從內面將晶圓W頂升之收授用升降銷及其升降機構(均未圖示)。
旋轉台2外緣側較該旋轉台2要稍靠下方側之位置如圖2及圖8所示，係配置有側環81。該側環81於例如裝置之清潔中，在取代各處理氣體而流通氟系清潔氣體時，係用以從該清潔氣體保護真空容器1內壁者。本範例中，各分離區域D及穿透構件6之外緣側區域係露出於該側環81之上方。旋轉台2外周部與真空容器1內壁之間可謂是橫跨周圍方向環狀地形成有形成橫向氣流(排氣流)之凹部狀氣流通道。因此，此側環81係以真空容器1之內壁面盡可能地不露出於氣流通道之方式來設置於該氣流通道。
側環81上面係以相互於周圍方向離間之方式於2位置處分別形成有第1排氣口82及第2排氣口83。換言之，係於該氣流通道下方側形成2個排氣口，對應於該等排氣口位置的側環81係分別形成有第1及第2排氣口82,83。該第1排氣口82係在處理氣體噴嘴31與較該處理氣體噴嘴31要靠旋轉台旋轉方向下游側之分離區域D1之間，形成在靠近該分離區域D1側之位置。第2排氣口83係在活性化氣體噴射器32與較該活性化氣體噴射器32要靠旋轉台旋轉方向下游側之分離區域D2之間，形成在靠近該分離區域D2側之位置。第1排氣口82係用以將第1處理氣體及分離氣體加以排氣者，第2排氣口83係用以將第2處理氣體及分離氣體加以排氣者。該等第1排氣口82及第2排氣口83如圖1所示，係藉由各自介設有蝶閥等 之壓力調整部85的排氣管84連接至為真空排氣機構之例如真空泵86。
如所述般，由於從中心部區域C側橫跨至外緣側配置有穿透構件6，故較該穿透構件6要靠旋轉台2旋轉方向上游側所噴出之各氣體會因該穿透構件6而被限制為欲朝第2排氣口83之氣流。於是，穿透構件6外側之所述側環81上面便形成有用以流通第2處理氣體及分離氣體之溝狀氣體流道87。氣體流道87如圖3所示，係從穿透構件6中較旋轉台2旋轉方向上游側端部要靠活性化氣體噴射器32側之位置橫跨至所述第2排氣口83而形成為圓弧狀。
頂板11下面之中央部如圖2所示，係設有橫跨周圍方向與凸狀部4之中心部區域C側的部位連續地形成為概略環狀，並且其下面係形成為與凸狀部4下面(頂面44)為相同高度之突出部10。又，較該突出部10要靠旋轉台2旋轉中心側之核心部21的上方側係配置有迂迴構造部18。該迂迴構造部18係用以作為氣體流道，來抑制中心部區域C中第1處理氣體與第2處理氣體之相互混合者。該迂迴構造部18如圖8所示，係具備有從旋轉台2側朝頂板11側垂直延伸之第1壁部18a，及從頂板11側朝旋轉台2側垂直延伸之第2壁部18b。該第1壁部18a及第2壁部18b係採用各自橫跨周圍方向所形成且該等壁部18a,18b為交互地配置於旋轉台2徑向之構造。
又，該成膜裝置係設有用以進行裝置整體動作控制的電腦所構成之控制部100，該控制部100之記憶體內係收納有用以進行後述成膜處理及改質處理之程式。該程式係由實行後述裝置動作之步驟群所組成，由為硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡、軟碟等記憶媒體之記憶部100安裝至控制部100內。
接著，就上述實施形態之作用加以說明。首先，在藉由加熱單元5將旋轉台2加熱之狀態下，開啟閘閥G，使旋轉台2間歇地旋轉，藉由未圖示之搬送臂透過搬送口16將例如5片晶圓W依序載置至旋轉台2。該晶圓W係已施有使用乾蝕刻處理或CVD法等之配線埋入工序，而在該晶圓W內部形成有電氣配線構造。接著，關閉閘閥G，藉由真空泵86將真空容器1成為抽氣狀態，並將旋轉台2以例如120rpm繞順時針旋轉。又，使得燈單元7作動。
燈單元7下方側之加熱區域H會從加熱燈71放射出波長為0.5μm以上 3μm以下之紅外線光。因此，加熱燈71之光能會穿透穿透構件6之窗部61，通過該加熱區域H而被晶圓W吸收，藉由該輻射熱使得晶圓W被加熱。又，如所述般，由於藉由反射體73會將該光能有效地照射至晶圓W，故晶圓W在因旋轉台2之旋轉而通過加熱區域H時，便會被燈單元7加熱，使得表面溫度上升。如此一來，晶圓W便會藉由加熱單元5透過旋轉台被間接地加熱，並藉由燈單元7被直接地加熱，而成為臭氧氣體會熱分解之溫度以上的處理溫度。
晶圓W表面在被加熱至該處理溫度後，從處理氣體噴嘴31以既定流量噴出3DMAS氣體，並從活性化氣體噴射器32以既定流量供給氧電漿。又，從分離氣體噴嘴41,42噴出分離氣體，並藉由壓力調整部85將真空容器1調整至預設之處理壓力，例如400~500Pa。
此時之氣流狀態如圖13所示。由於係分別將N2 氣體供給至第1處理區域P1與第2處理區域P2之間的分離區域D1,D2，並如所述般形成第1及第2排氣口82,83，故3DMAS氣體與氧電漿係以不會相互混合之方式流動而被加以排氣。又，由於旋轉台2下方側供給有吹淨氣體，故欲朝旋轉台2下方側擴散之氣體會因該吹淨氣體而朝該排氣口82,83側被推回。再者，由於該中心部區域C係設有迂迴構造部18，故如所述般，會防止中心部區域C之該等處理氣體彼此之混合。
又再者，從較穿透構件6要靠旋轉台2旋轉方向上游側會隨著旋轉台2之旋轉使得氧電漿及N2 氣體朝著該穿透構件6流通。但是，由於穿透構件6外周側之側環81係形成有氣體流道87，故該氧電漿及N2 氣體便會以避開穿透構件6之方式流動，並通過該氣體流道87而被加以排氣。
另一方面，從該穿透構件6上游側或中心部區域C朝該穿透構件6流通之氣體中的一部分氣體會欲侵入至穿透構件6下方。但是此穿透構件6係以突起部64覆蓋穿透構件6下方側區域之方式加以形成。因此，氣體會與此突起部64衝撞而改變流道，並朝側環81流去，而阻止了朝穿透構件6下方側之氧電漿或N2 氣體的侵入。
如此般，將3DMAS氣體供給至第1處理區域P1，將氧電漿供給至第2處理區域P2。從而，藉由旋轉台2之旋轉，使得晶圓W到達第1處理區域P1時，在該處理區域P1中，晶圓W表面會吸附有1層或複數層分子層之 3DMAS氣體。亦即，以臭氧氣體會熱分解之溫度以上的溫度使得3DMAS吸附在晶圓W，藉由氧電漿將所吸附之3DMAS氣體氧化，來成膜為薄膜成分之矽氧化膜(SiO2 )。
如此一來，在高處理溫度下藉由氧電漿將晶圓W上所吸附之3DMAS氣體氧化時，氧電漿之活性會提高，使得矽與氧之鍵結會快速地進行。又，氫或有機物等雜質會因氣化而被加以去除。因此，膜中的Si-O鍵結會多數形成，而SiOH鍵結會變少，使得鍵結穩度而緻密化，可形成高緻密度的膜。從而，便能對應於使用者之要求而獲得對應於SiO2 膜之適用部位的膜質之薄膜。
依上述實施形態，係考量到裝置本體之耐熱性，讓因加熱單元5所加熱之旋轉台2的溫度設定在較臭氧氣體會熱分解之溫度要低的溫度，除此外，藉由燈單元7之輻射熱來加熱該晶圓W。亦即，由於旋轉台2之驅動部23的密封機構，或頂板11與容器本體12之間的O型環13的耐熱溫度並不那麼地高，故裝置性能上所容許之旋轉台2最高溫度係設定在較臭氧氣體會熱分解之溫度要低的溫度。另一方面，由於係由燈單元7之輻射熱直接地加熱晶圓W，故會抑制旋轉台2之溫度上升，而可僅將晶圓W加熱至臭氧會熱分解之溫度以上的處理溫度。又，即便如此般地將晶圓加熱至高溫的處理溫度，由於旋轉台2本身係設定在較臭氧氣體會熱分解之溫度要低的溫度，故不會對裝置本體的耐熱性造成不良影響，不需要讓旋轉台2之密封機構等具有大的耐熱性。又，第2處理氣體係使用熱分解溫度較臭氧氣體要高的氧之活性種。
藉此，便可將裝置本體的耐熱性作為使用臭氧氣體作為氧化氣體的情況的式樣，並僅將晶圓W加熱至臭氧氣體會熱分解之溫度以上的處理溫度，即便在臭氧氣體之熱分解溫度以上之高溫下仍可進行矽氧化膜之成膜處理。
如此般在高溫度下進行矽氧化膜之成膜處理時，如所述般，由於可獲得膜緻密度高之硬膜，故可對應於要求獲得有例如以提升濕蝕刻特性為目的之硬膜情況等之使用者需求來進行成膜處理。
從而，裝置製造商側只要針對裝置本體耐熱性設計，預先準備將臭氧氣體作為氧化氣體之式樣的裝置，便能針對使用臭氧氣體之使用者設計出 不使用輔助加熱機構之構成，而對以臭氧氣體之熱分解溫度以上來進行成膜之使用者設計出設置輔助加熱機構之構成。從而，不需要製造與使用臭氧氣體般之設計的裝置為不同特殊式樣之裝置，對應於任何式樣均可使得裝置本體的構造共通化，故可讓生產效率變佳，抑制裝置製造成本之高昂。
再者，上述實施形態中，燈單元7係設置在為活性化氣體噴射器32之旋轉台2旋轉方向下游側，在第2分離區域D2之上游側附近。因此，燈單元7會從由活性化氣體噴射器32而供給有氧電漿之區域遠離，故晶圓W在通過穿透構件6下方側時，隨著晶圓W之移動，未吸附於晶圓W之3DMAS氣體與氧電漿繞入加熱區域H之虞很小。藉此，3DMAS氣體與氧電漿之反應生成物附著在穿透構件6的情況便難以產生，可維持窗部61之穿透率於一定的狀態。從而，每批次晶圓W之溫度差異的產生之虞會變少，而可進行穩定之成膜處理。又，不需要去除窗部61所附著之反應生成物的清潔處理，或進行清潔處理的頻率會變少。
再者，燈單元7由於係使用會放射紅外線光之複數加熱燈71，故依該加熱燈71之配列或電功率供給量，便可控制加熱區域之大小或加熱時之溫度分布等。例如上述範例中，係藉由旋轉台2旋轉，而外緣側之周速度較中心側要快，但由於旋轉台2外緣側中係較中心側增加了加熱燈71之個數，故可在旋轉台2徑向將加熱程度加以一致。
又再者，上述實施形態中，頂板11係設有穿透構件6，燈單元7係以以透過該穿透構件6而對向於旋轉台2之方式設置於該頂板11之上方側。從而，燈單元7係設置在大氣氛圍，故維修容易，而不會有反應生成物附著之虞。
再者，本範例之穿透構件6由於係構成為形成有從頂板11凹陷至旋轉台2側之凹部，故可將燈單元7接近旋轉台2上之晶圓W，而可將晶圓W表面有效率地加熱。又，如此般將穿透構件6形成為凹部狀時，亦可達成真空容器1之容積的縮減。
又，藉由將燈單元7之加熱燈71在俯視觀之時，以從該旋轉台2之旋轉中心側朝外緣側變廣之方式排列成扇狀，便可遍及晶圓W之通過區域來加熱。
實施例2
接著，就本發明之其他實施例2進行例舉。圖14所示之實施例2係構成為在穿透構件6下方側設有供給吹淨氣體之吹淨氣體供給管81。該吹淨氣體供給管81係以從真空容器1外周壁朝中心部區域C而對向於晶圓W水平地延伸之方式設置於例如突起部64內周面、穿透構件6下面及旋轉台2上面所包圍之區域。又，吹淨氣體供給管81係透過具備未圖示之流量調整閥的供給道而與吹淨氣體，例如氮氣的供給源連接。如此一來，便構成為透過例如其下面所形成之氣體噴出孔來將吹淨氣體噴出至穿透構件6之下方區域。
此構成中，係將吹淨氣體噴出至穿透構件6下方側，並進行成膜處理。該吹淨氣體會衝撞至突起部64下方側，將欲從該上游側流入之氧電漿或N2 氣體朝該穿透構件6之外側推出，故會阻止氧電漿等朝穿透構件6下方側之侵入。藉此，可確實地抑制反應生成物於窗部61之成膜。
又，本實施例2之穿透構件6A不一定要構成為從頂板11凹陷至下方側之凹部狀，如圖15所示，亦可藉由板狀體來構成穿透構件6A，並透過密封構件19嵌合於頂板11所形成之開口部17。再者，如此圖15所示，並不一定要在穿透構件6A之內面側周緣部設置突起部。如圖3所示之範例，在燈單元7係設置於從活性化氣體噴射器32充分遠離於旋轉台2旋轉方向之位置的情況，氧電漿係不易侵入至穿透構件6A下方側。因此，幾乎不會有3DMAS氣體與氧電漿之反應生成物附著在穿透構件6A之虞。
又再者，本實施例2中之燈單元只要不是會干涉分離區域D1,D2之位置，則設置在何處均可。例如圖16係將燈單元7A設置在為較處理氣體噴嘴31要靠旋轉台2旋轉方向下游側，且較活性氣體噴射器32要靠旋轉台2旋轉方向上游側之構成例。又，穿透構件6B之形狀不限於俯視呈扇形，例如圖16所示，亦可構成為將晶圓W表面罩蓋大小之俯視圓形。再者，燈單元7A之加熱燈71的排列亦係對應於穿透構件6B之形狀來適當地設定。
以上中，該加熱單元亦可埋設在旋轉台2。又，如所述般，晶圓W由於係在通過燈單元7下方側而被加熱，最後到達該處理溫度即可，故燈單元7不一定要是將光能照射至晶圓W表面整體之構成，亦可是將光能照射在晶圓W表面一部分者。
再者，亦可於旋轉台之旋轉方向相互離間地設置複數個燈單元。又再 者，構成穿透構件6之材質亦可取代石英而使用耐熱玻璃等。
又，亦可於上述裝置設置用以供給臭氧氣體之氣體供給部。此情況，在使用1台裝置而進行使用臭氧氣體之程序時，係不使用輔助加熱機構來進行成膜處理，在以臭氧氣體之熱分解溫度以上之處理溫度進行之成膜程序可藉由使用輔助加熱機構來加以對應。因此，可以1台裝置藉由複數種類之程序來進行矽氧化膜之成膜處理，能提高使用者側之程序選擇的自由度。
本實施例2所使用之第1處理氣體除了上述範例以外，可舉出有BTBAS氣體、DCS[二氯矽烷]、HCD[六氯二矽甲烷]、單胺基矽烷等。此時，在將旋轉台2表面溫度加熱至630℃以上之情況，較佳地係使用3DMAS氣體或4DMAS[四(二甲胺基)矽烷：Si(N(CH3 )2 )4 ]氣體作為第1處理氣體。又，不限制於使用2種類之反應氣體，亦可適用於依序將3種類以上之反應氣體供給至基板上的情況。此情況，係使用例如3DMAS氣體作為第1處理氣體(含Si氣體)，氧電漿作為第2處理氣體，Ar電漿氣體作為第3處理氣體，藉由加熱單元及燈單元將晶圓W加熱至臭氧氣體會熱分解之溫度以上的處理溫度，來成膜矽氧化膜。
又，上述範例中，加熱燈係使用會被為基板之矽晶圓所吸收，但會穿透為旋轉台2材質之石英的波長區域之紅外線。但是，本實施例2只要是會照射相較於旋轉台2，對基板的吸收程度會較大的波長之輻射光，亦即相較於基板，對旋轉台2的穿透性會較大的波長區域之輻射光的燈，則不限定於所述之加熱燈。
實施例3
接著，就藉由所述燈單元7加熱晶圓W時，晶圓W表面之溫度分布的模擬結果進行說明。此模擬如圖17所示，燈體91係沿著同心圓L1~L5而形成圓弧狀，該燈體91之同心圓中心側及同心圓外側分別設有反射體92來假想進行了解析模型。此時，藉由加熱單元5將晶圓W加熱至600℃，改變對同心圓L1~L5之燈體91的電功率供給量來進行解析。
將對同心圓L1~L5之燈體91的電功率供給量分別為300W之情況的解析結果表示於圖18。又，圖19係顯示同心圓L1之燈體91供給有300W，同心圓L2供給有280W，同心圓L3供給有260W，同心圓L4供給有240W， 同心圓L5供給有200W之電功率情況的解析結果。再者，圖20係顯示同心圓L1供給有300W，同心圓L2供給有250W，同心圓L3供給有200W，同心圓L4供給有150W，同心圓L5供給有100W之電功率情況的解析結果。
該模擬解析中，圖18之範例中，係在最高溫度為849℃，最低溫度為774℃時，將溫度分布分為5階段之溫度來加以表示。同樣地，圖19之範例中，係在最高溫度為724℃，最低溫度為709℃，圖20之範例中，係在最高溫度為679℃，最低溫度為633℃時，將溫度分布分為5階段之溫度來加以表示。從該等圖18~圖20之解析結果，被認為藉由加熱單元5將晶圓W加熱至600℃，藉由燈單元7之作動，可將晶圓W表面加熱至700℃以上。又，改變對配列於同心圓L1~L5各線的加熱燈71之電功率供給量時，被認為晶圓W表面之溫度分布會有較大差異，藉由達成對加熱燈71之電功率供給量或加熱燈71之配列等的是適當化，便會獲得所欲之溫度分布。
本實施例在藉由將旋轉台上之基板加以旋轉之所謂ALD法來成膜矽氧化膜時，係將旋轉台之容許最高溫度設定在較臭氧氣體會熱分解之溫度要低的溫度。另一方面，藉由以主加熱機構透過旋轉台將基板加熱的間接加熱外，進行輔助加熱機構之直接加熱，便會將基板溫度加熱至臭氧氣體會熱分解之溫度以上的溫度，並且不使用臭氧氣體而是使用氧的活性種來作為氧化氣體。因此，旋轉台之密封機構等不需具有較大的耐熱性，可對應於來自使用者之要求，以臭氧氣體會熱分解溫度以上之高溫來進行成膜處理。然後，裝置製造商側只要預先準備將臭氧氣體作為氧化氣體之式樣的裝置，便能針對使用臭氧氣體之使用者設計出不使用輔助加熱機構之構成，而對以臭氧氣體之熱分解溫度以上來進行成膜之使用者設計出設置輔助加熱機構之構成。從而，對應於任何式樣均可使得裝置本體的構造共通化，故可讓生產效率變佳，抑制裝置製造成本之高昂。
以上，基於各實施形態所進行本發明之說明乃是盡量說明來促進發明之理解，係有助於技術更加精進所加以記載者。從而實施形態所示之要件並非用於限定本發明。又，實施形態之例示並非表示其優缺點。雖將實施形態記載於詳細說明，但在不脫離發明精神的範圍下可有各種各樣之變更、置換、改變。
本申請案係以2012年7月6日所申請之日本國特願2012-152940號為 主張優先權之基礎申請案，基於此主張優先權並將其所有內容以參考而置入。
C‧‧‧中心部區域
G‧‧‧閘閥
D1,D2‧‧‧分離區域
P1‧‧‧第1處理區域
W(24)‧‧‧晶圓(凹部)
16‧‧‧搬送口
2‧‧‧旋轉台
31‧‧‧處理氣體噴嘴
32‧‧‧活性化氣體噴射器
327‧‧‧氣體導入埠
328‧‧‧接頭部
329‧‧‧氣體供給部
334‧‧‧匹配器
335‧‧‧高頻電源
351‧‧‧閥
352‧‧‧流量調整部
353‧‧‧氣體源
4‧‧‧凸狀部
41‧‧‧噴嘴
42‧‧‧噴嘴
6‧‧‧穿透構件
7‧‧‧燈單元
71‧‧‧加熱燈
81‧‧‧側環
82‧‧‧第1排氣口
83‧‧‧第2排氣口
87‧‧‧氣體流道

Claims (7)

  1. 一種成膜裝置，係在真空容器內將旋轉台一面側所配置之基板藉由該旋轉台加以公轉，重複複數次將相互不同之處理氣體依序供給之循環來層積反應生成物層以獲得薄膜之成膜裝置中，具備有：第1處理氣體供給部，係為了將含矽之第1處理氣體吸附於該基板，而對該基板供給第1處理氣體；第2處理氣體供給部，係相對於該第1處理氣體供給部而離間設置於該旋轉台之旋轉方向，為了將吸附於基板之第1處理氣體氧化來產生矽氧化物，而用以供給包含將氧活性化所獲得之活性種之第2處理氣體；分離區域，係在該旋轉台之周圍方向設置於該第1處理氣體供給部及第2處理氣體供給部之間，用以避免第1處理氣體與第2處理氣體之混合；主加熱機構，係用以藉由加熱該旋轉台來透過該旋轉台從下方側加熱基板；以及輔助加熱機構，係以對向於該旋轉台上之基板通過區域之方式設置於該旋轉台上方側，由將基板吸收波長區域之光線照射至該主加熱機構所加熱之基板來將該基板藉由輻射熱直接加熱至臭氧氣體會熱分解的溫度以上之處理溫度的加熱燈所構成；其中裝置性能上所容許之旋轉台最高溫度係較臭氧會熱分解之溫度要低的溫度；藉由該處理溫度使得該第1處理氣體吸附在基板，藉由第2處理氣體將所吸附之第1處理氣體加以氧化。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中該輔助加熱機構係照射對旋轉台之吸收程度會較對基板材質之吸收要小之波長區域的光線者。
  3. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中該輔助加熱機構係照射會對旋轉台之材質穿透波長區域之光線者。
  4. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中該基板為矽晶圓，該旋轉台之材質為石英； 該輔助加熱機構係照射會被矽吸收，而會對石英穿透之波長區域的輻射光線者。
  5. 如申請專利範圍第4項之成膜裝置，其中從該輔助加熱機構所照射之輻射光線波長為0.5μm以上、3μm以下。
  6. 一種成膜方法，係重複複數次將相互不同之處理氣體依序供給至基板之循環來層積反應生成物層以獲得矽氧化膜之成膜方法，其使用成膜裝置，該成膜裝置係具備有：旋轉台，係配置於真空容器內；第1處理氣體供給部，係為了將含矽之第1處理氣體吸附於該旋轉台一側面所配置之基板，而對該基板供給第1處理氣體；第2處理氣體供給部，係相對於該第1處理氣體供給部而離間設置於該旋轉台之旋轉方向，為了將吸附於基板之第1處理氣體氧化來產生矽氧化物，而用以供給包含將氧活性化所獲得之活性種之第2處理氣體；以及分離區域，係在該旋轉台之周圍方向設置於該第1處理氣體供給部及第2處理氣體供給部之間，用以避免第1處理氣體與第2處理氣體之混合；其中裝置性能上所容許之旋轉台最高溫度係較臭氧會熱分解之溫度要低的溫度；該方法包含有：藉由旋轉該旋轉台來將基板公轉之工序；藉由主加熱機構加熱該旋轉台來透過該旋轉台從下方側加熱基板之工序；由以對向於該旋轉台上之基板通過區域之方式設置於該旋轉台上方側之加熱燈所構成之輔助加熱機構，將基板吸收波長區域之光線照射至該主加熱機構所加熱之基板來將該基板藉由輻射熱直接加熱至臭氧氣體會熱分解的溫度以上之處理溫度的工序；藉由該處理溫度將該第1處理氣體吸附於基板之工序；以及藉由第2處理氣體將吸附於該基板之第1處理氣體加以氧化之工序。
  7. 如申請專利範圍第6項之成膜方法，其中該輔助加熱機構係照射對旋轉台之吸收程度會較對基板材質之吸收要小之波長區域的光線者。
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