TWI609987B - 成膜裝置 - Google Patents

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Abstract

一種成膜裝置，係將處理氣體供給於基板來得到薄膜者；具備：旋轉台，係配置於真空容器內，於其一面側所設之載置區域載置基板而使其公轉；處理氣體供給機構，係對於該旋轉台之一面側之氣體供給區域供給該處理氣體，藉由該公轉而於複數次反覆通過該氣體供給區域之基板進行成膜；第1齒輪，係設置於該旋轉台之另一面側，沿著該旋轉台之旋轉方向旋轉自如；由行星齒輪所構成之第2齒輪，係咬合於該第1齒輪，以連同該載置區域做公轉的方式設置，並以藉由自轉而讓基板做自轉的方式使得該載置區域進行旋轉；以及旋轉驅動部，係使得該第1齒輪做旋轉，用以調整該基板之自轉速度。

Description

成膜裝置
本發明係關於一種將處理氣體供給於基板來得到薄膜之成膜裝置。
於半導體晶圓(以下稱為「晶圓」)等基板形成矽氧化物(SiO2)等薄膜之手法已知有例如進行ALD(Atomic Layer Deposition)之成膜裝置。此成膜裝置之一例有在內部成為真空雰圍之處理容器內設有例如載置晶圓之旋轉台的裝置。旋轉台上配置著噴出例如成為矽氧化膜原料之原料氣體的氣體噴嘴、以及噴出氧化此原料氣體之氧化氣體的氣體噴嘴。此外，晶圓隨著旋轉台之旋轉而公轉，使得晶圓交互反覆通過被供給原料氣體之吸附區域、以及被供給氧化氣體之氧化區域，來形成前述矽氧化膜。
前述ALD中為了控制晶圓之面內膜厚分布，必須控制吸附於晶圓之原料氣體的分布，從而，於上述成膜裝置中，針對在原料氣體之氣體噴嘴所設之噴出口數量以及位置進行適宜的調整。再者，針對氣體噴嘴形狀之選擇、為了區劃吸附區域與氧化區域對於所供給之分離氣體之供給量調整、以及原料氣體中之載氣濃度的調整等也被適宜進行。
另一方面，針對晶圓之周緣部與中央部有可能藉由成膜處理後所進行之蝕刻處理來調整個別蝕刻速率之情況。該情況由於蝕刻後可使得周緣部與中央部之膜厚一致，故尤其針對晶圓之周向謀求得到高均一性之膜厚。但是，因著上述之公轉，晶圓各部係於從旋轉台之旋轉中心離開既定距離之相同軌道上反覆移動。從而，吸附區域之原料氣體分布的不均恐會成為晶圓沿著該旋轉台徑向所見膜厚之不均而顯現，針對上述噴出口之調整等恐無法充分解決此膜厚不均。
已知有在上述旋轉台設置複數晶圓之載置區域，再者對於載置區域個別設置複數旋轉機構，藉此使得公轉中之各晶圓進行自轉。但是，以此方式設置複數旋轉機構會造成裝置之製造成本的上升。
本發明提供一種成膜裝置，在使得載置於旋轉台上的基板公轉來進行成膜之際，可提高基板面內之周向上的膜厚均一性，並可抑制製造成本。
本發明之一種成膜裝置，係將處理氣體供給於基板來得到薄膜者；具備：旋轉台，係配置於真空容器內，於其一面側所設之載置區域載置基板而使其公轉；處理氣體供給機構，係對於該旋轉台之一面側之氣體供給區域供給該處理氣體，藉由該公轉而於複數次反覆通過該氣體供給區域之基板進行成膜；第1齒輪，係設置於該旋轉台之另一面側，沿著該旋轉台之旋轉方向旋轉自如；由行星齒輪所構成之第2齒輪，係咬合於該第1齒輪，以連同該載置區域做公轉的方式設置，並以藉由自轉而讓基板做自轉的方式使得該載置區域進行旋轉；以及旋轉驅動部，係使得該第1齒輪做旋轉，用以調整該基板之自轉速度。
1‧‧‧成膜裝置
2‧‧‧旋轉台(晶座)
11‧‧‧真空容器(處理容器)
12‧‧‧頂板
13‧‧‧容器本體
14‧‧‧突出部
15‧‧‧N2氣體流路
16‧‧‧空間
17,18‧‧‧流路
19‧‧‧開口部
21‧‧‧台本體
22‧‧‧載置部
23‧‧‧凹部
24‧‧‧圓形部
25‧‧‧支撐臂
26‧‧‧支柱
27‧‧‧環構件
28‧‧‧貫通孔
29‧‧‧軸承
30‧‧‧排氣機構
31‧‧‧凹部
32‧‧‧狹縫
33‧‧‧加熱器
34‧‧‧屏蔽件
35‧‧‧狹縫
36,37‧‧‧排氣口
38‧‧‧排氣流路
39‧‧‧氣體噴嘴
41‧‧‧旋轉軸(自轉軸)
42‧‧‧行星齒輪
43‧‧‧中心軸
44‧‧‧公轉用旋轉驅動部
45‧‧‧搬送口
46‧‧‧閘閥
47‧‧‧氣體供給流路
48‧‧‧氣體噴嘴
51‧‧‧第1齒輪
52‧‧‧軸承
53‧‧‧驅動齒輪
54‧‧‧旋轉軸
55‧‧‧自轉用旋轉驅動部
60‧‧‧噴嘴蓋
61‧‧‧原料氣體噴嘴
62‧‧‧分離氣體噴嘴
63‧‧‧氧化氣體噴嘴
64‧‧‧電漿產生用氣體噴嘴
65‧‧‧分離氣體噴嘴
66‧‧‧噴出口
71‧‧‧電漿形成部
72‧‧‧突條部
73‧‧‧法拉第屏蔽件
74‧‧‧絕緣用板構件
75‧‧‧天線
76‧‧‧高頻電源
77‧‧‧狹縫
81‧‧‧第1齒輪
82‧‧‧磁石
83‧‧‧行星齒輪
84‧‧‧磁石
100‧‧‧控制部
A1~A5‧‧‧箭頭
C‧‧‧中心區域形成部
D‧‧‧分離區域
R1‧‧‧吸附區域
R2‧‧‧氧化區域
R3‧‧‧電漿形成區域
V1,V2‧‧‧閥
W,W1~W5‧‧‧晶圓
所附圖式係納入本說明書一部分來顯示本發明之實施形態，上述一般性說明以及後述實施形態之詳細內容均為說明本發明之概念。
圖1係本發明之成膜裝置之縱剖側視圖。
圖2係前述成膜裝置之橫剖俯視圖。
圖3係前述成膜裝置之縱剖立體圖。
圖4係顯示前述成膜裝置之內部之立體圖。
圖5係顯示前述成膜裝置之旋轉台表面之分解立體圖。
圖6係前述旋轉台之內面側立體圖。
圖7係顯示各齒輪之旋轉動作之說明圖。
圖8~圖11係顯示成膜處理時之晶圓位置以及朝向之說明圖。
圖12係顯示前述成膜處理時之前述旋轉台上之氣流之說明圖。
圖13係顯示前述成膜裝置之旋轉台下方氣流之說明圖。
圖14係顯示其他齒輪之構成例之說明圖。
圖15係顯示評價試驗中晶圓之膜厚分布之示意圖。
圖16係顯示評價試驗中晶圓之膜厚分布之示意圖。
圖17係顯示評價試驗中晶圓之膜厚分布之圖。
圖18係顯示評價試驗中晶圓之膜厚分布之圖。
以下，參見所附圖式針對本發明之各種實施形態詳述之。下述詳細說明中係以可充分理解本發明的方式舉出許多具體的詳細內容。但是，即使無如此之詳細說明，業界人士仍可完成本發明乃為自明之理。其他例中，為避免難以理解各種實施形態，針對公知方法、順序、系統與構成要素並未詳細顯示。
針對本發明之真空處理裝置之一實施形態，於做為基板之晶圓W進行ALD之成膜裝置1來說明。此成膜裝置1係於晶圓W吸附BTBAS(雙四丁基胺基矽烷)氣體做為含Si(矽)處理氣體之原料氣體，並供給使得被吸附之BTBAS氣體產生氧化之氧化氣體的臭氧(O3)氣體來形成SiO2(氧化矽)之分子層，為了對此分子層進行改質而暴露於從電漿產生用氣體所產生之電漿中。此一連串的處理係反覆進行複數次，來形成SiO2膜。
圖1、圖2、圖3分別為成膜裝置1之縱剖側視圖、橫剖俯視圖、縱剖立體圖。
成膜裝置1具備有：大致圓形狀之扁平的真空容器(處理容器)11、以及圓板狀之水平旋轉台(晶座)2(設置於真空容器11內並於其周向上旋轉)。真空容器11係由頂板12、成為真空容器11之側壁以及底部之容器本體13所構成。
此外，於真空容器11之頂板12之下面形成有：俯視圓形之中心區域形成部C，係以對向於旋轉台2之中心部的方式突出；以及，俯視扇狀之突出部14,14，係以從中心區域形成部C往旋轉台2之外側擴展的方式形成。亦即，此等中心區域形成部C以及突出部14,14相較於其外側區域係構成低天花板面。中心區域形成部C與旋轉台2之中心部的間隙係構成N2氣體流路15。於晶圓W之處理中，N2氣體從連接於頂板12處的氣體供給管供給於流路15，從此流路15往旋轉台2之外側全周噴出。此N2氣體係防止原料氣體以及氧化氣體在旋轉台2之中心部上接觸。
圖4係顯示容器本體13之內部底面之立體圖。容器本體13在旋轉台2之下方以沿著該旋轉台2之圓周的方式形成有扁平的環狀之凹部31。此外，此凹部31之底面有沿著該凹部31周向上之環狀的狹縫32開口著。再者於凹部31之底面上，用以對於載置在旋轉台2上的晶圓W進行加熱之加熱器33係配置成為7個環狀。此外，圖4中為了避免繁複而將加熱器33之一部分切除顯示。
加熱器33係沿著以旋轉台2之旋轉中心為中心之同心圓而配置，7個加熱器33當中的4個設置於狹縫32之內側，其他3個設置於狹縫32之外側。此外，以覆蓋各加熱器33之上方並阻塞凹部31上側的方式設有屏蔽件34(參見圖1以及圖3)。屏蔽件34係以重疊於狹縫32的方式設有環狀的狹縫35。於容器本體13之底面在凹部31之外側處開口有對真空容器11內進行排氣之排氣口36、37。排氣口36、37分別經由設置於容器本體13處的排氣流路38而連接於以真空泵等所構成之排氣機構30。
再者於凹部31之下方形成有沿著旋轉台2之旋轉方向的環狀之空間16，該環狀空間16經由上述狹縫32而連接於凹部31內。凹部31內，環狀空間16分別經由流路17、18而連接於排氣口36之下游側的排氣流路38(參見圖1)。圖中V1、V2為分別介設於流路17、18之閥，於晶圓W處理時成為適切的開度，環狀空間16與凹部31內藉由上述排氣機構30而受到排氣。雖圖示省略，但例如排氣口37之下游側的排氣流路38也和排氣口36之下游側的排氣流路38同樣地經由分別具備閥之流路17、18而分別連接於凹部31內、環狀空間16。圖1以及圖3中之符號47為開口於環狀空間16之氣體供給流路。圖 中符號48為氣體噴嘴，係例如晶圓W之處理中經由氣體供給流路47對環狀空間16供給N2氣體而對該環狀空間16進行沖洗。
接著針對旋轉台2，參見顯示其表面側(一面側)之各部的分解立體圖之圖5以及內面側(另一面側)之立體圖之圖6來說明。旋轉台2具備有水平之圓形的台本體21，台本體21於其周向上隔著間隔設有5個圓形的貫通孔(將該台本體21朝厚度方向加以貫通)。此外，以從台本體21之內面側阻塞貫通孔的方式設有圓形之載置部22(形成晶圓W之載置區域)，藉由載置部22與前述貫通孔之側壁來形成凹部23。此凹部23內收納晶圓W。
台本體21之內面側中央部構成往下方突出之圓形部24，從該圓形部24以放射狀延伸出例如5根的支撐臂25。支柱26從支撐臂25之前端部往下方延伸而出，支柱26之下端經由上述狹縫35、32而進入容器本體13之環狀空間16(參見圖1、圖3)，連接於該環狀空間16所設之扁平的環構件27之上面。
環構件27沿著旋轉台2之旋轉方向來形成，其周向上隔著間隔而設有將該環構件27朝上下方向貫通之貫通孔28。此外，從上述各載置部22之下面中心部朝鉛直下方延伸出用以使得晶圓W自轉之旋轉軸(自轉軸)41，各自轉軸41之下端經由狹縫35、32進入環狀空間16，貫通上述貫通孔28而和構成第2齒輪之行星齒輪42連接著。藉由行星齒輪42之旋轉，自轉軸41繞軸旋轉，於貫通孔28內設有繞自轉軸41之側周進行支撐之軸承29。
此外，從前述圓形部24之中心部往鉛直下方延伸出中心軸43，連接於公轉用旋轉驅動部44(以將在容器本體13底部開口之開口部19加以阻塞的方式所設者)。公轉用旋轉驅動部44包含馬達，經由中心軸43來支撐旋轉台2並使其例如繞俯視順時鐘方向旋轉。此外，圖1以及圖3中符號39為對於中心軸43與容器本體13之間隙噴出N2(氮)氣體之氣體噴嘴，具有於晶圓W之處理中噴出N2氣體以防止原料氣體以及氧化氣體從旋轉台2之表面回繞至內面的功用。
針對於上述容器本體13之底部所設之環狀空間16再次說明，該環狀空間16有做為太陽齒輪之環狀的第1齒輪51沿著旋轉台2之旋轉方向來形成。第1齒輪51經由設置於其內周之軸承52而於周向上旋轉自如地構成，其外周咬合於上述行星齒輪42。此外，圖6中，為了防止圖的複雜化而省略了軸承52 之顯示。再者，於環狀空間16以咬合第1齒輪51之外周的方式設有驅動齒輪53。驅動齒輪53經由垂直設置之旋轉軸54而和設置於環狀空間16外側之自轉用旋轉驅動部55連接著。自轉用旋轉驅動部55和公轉用旋轉驅動部44同樣地包含馬達，成膜裝置1之操作者可經由後述控制部100而讓驅動齒輪53以所希望之旋轉速度來旋轉。
藉由上述構成，此成膜裝置1在晶圓W之處理中係使得該晶圓W之自轉與公轉相互併行地進行。使用圖7之顯示各齒輪動作之示意圖，針對該晶圓W之自轉以及公轉來說明。此外，此圖7以外之各圖係省略齒輪之齒。
旋轉台2藉由公轉用旋轉驅動部44例如繞俯視順時鐘旋轉，載置於旋轉台2之晶圓W若繞該旋轉台2之中心軸做公轉，則連接於此旋轉台2之環構件27會繞前述旋轉台2之中心軸做旋轉，藉此被支撐於該環構件27之自轉軸41以及行星齒輪42也繞該中心軸做旋轉。亦即，和晶圓W一同公轉。伴隨此旋轉台2之旋轉，驅動齒輪53藉由自轉用旋轉驅動部55做旋轉，做為太陽齒輪之第1齒輪51例如繞俯視逆時鐘旋轉。行星齒輪42藉由上述公轉與第1齒輪51之旋轉而繞俯視順時鐘旋轉，經由自轉軸41連接於行星齒輪42之旋轉台2之載置部22進行旋轉。藉此，晶圓W繞俯視順時鐘自轉。如此般由於晶圓W藉由第1齒輪51之旋轉而自轉，故晶圓W之自轉速度被自轉用旋轉驅動部55所致驅動齒輪53之旋轉速度所控制。亦即，不受晶圓W之公轉速度的影響，可調整晶圓W之自轉速度。
此晶圓W之自轉速度係以該晶圓W之自轉與晶圓W之公轉不同步的方式做設定。所謂自轉與公轉同步，意指晶圓W因自轉而旋轉1次之過程中晶圓W公轉整數次。亦即，以晶圓W每公轉1次時，第1齒輪51以使得該晶圓W朝向成為不同方向的自轉速度進行旋轉。此乃由於若晶圓W之自轉係使得晶圓W每次位於後述原料氣體之吸附區域R1的朝向改變，則即使吸附區域R1之原料氣體的分布不均，仍可使得晶圓W之周向上原料氣體之吸附量一致，而於該周向以均一性高的膜厚來成膜之故。
此外，若晶圓W之自轉速度快，由於通過吸附區域R1之際，晶圓W之朝向會大幅變化，故晶圓W周向上之原料氣體的吸附程度偏差受到抑制，可提高該周向上之膜厚均一性。但是，若晶圓W之自轉速度過快，晶圓W 會因離心力而從旋轉台2上浮脫離，故以晶圓W之自轉速度例如成為10rpm以下的方式控制第1齒輪51之旋轉。
回到圖1、圖2，針對成膜裝置1之其他各部做說明。於容器本體13之側壁設有晶圓W之搬送口45、開閉該搬送口45之閘閥46(參見圖2)，在經由搬送口45進入真空容器11內之搬送機構與旋轉台2之凹部23之間進行晶圓W之傳輸。具體而言，於構成凹部23之載置部22以及容器本體13之底部，分別在相互對應之位置形成有貫通孔，銷的前端經由各貫通孔而在載置部22與容器本體13之下方之間進行升降。經由此銷來進行晶圓W之傳輸。此銷以及該銷所貫通之各部的貫通孔之圖示予以省略。
此外，如圖2所示般，於旋轉台2上以原料氣體噴嘴61、分離氣體噴嘴62、氧化氣體噴嘴63、電漿產生用氣體噴嘴64、分離氣體噴嘴65之順序在旋轉台2之旋轉方向上保有間隔地配置此等構件。各氣體噴嘴61~65係從真空容器11之側壁朝中心部沿著旋轉台2之徑向來水平延伸形成為棒狀，從沿著該徑向形成之多數的噴出口66使得氣體往下方噴出。
成為處理氣體供給機構之原料氣體噴嘴61係噴出上述BTBAS(雙四丁基胺基矽烷)氣體。圖2中符號60為覆蓋原料氣體噴嘴61之噴嘴蓋，從原料氣體噴嘴61往旋轉台2之旋轉方向上游側以及下游側分別擴展形成為扇狀。噴嘴蓋60具有提高其下方之BTBAS氣體濃度、提高BTBAS氣體朝晶圓W之吸附性的功用。此外，氧化氣體噴嘴63係噴出上述臭氧氣體。分離氣體噴嘴62、65為噴出N2氣體之氣體噴嘴，以分別將上述頂板12之扇狀突出部14,14朝周向做分割的方式來配置。
電漿產生用氣體噴嘴64係噴出例如由氬(Ar)氣體與氧(O2)氣體之混合氣體所構成之電漿產生用氣體。於前述頂板12沿著旋轉台2之旋轉方向設有扇狀開口部，並設有以阻塞此開口部的方式對應於該開口部形狀之由石英等介電質所構成之頂蓋狀的電漿形成部71。此電漿形成部71從旋轉台2之旋轉方向觀看係設置於氧化氣體噴嘴63與突出部14之間。圖2中以鏈線顯示設有電漿形成部71之位置。
於電漿形成部71之下面，沿著該電漿形成部71之周緣部設有突條部72，上述電漿產生用氣體噴嘴64之前端部係以可對此突條部72所包圍之區域噴 出氣體的方式從旋轉台2之外周側貫通該突條部72。突條部72具有抑制N2氣體、臭氧氣體以及BTBAS氣體進入電漿形成部71之下方、抑制電漿產生用氣體之濃度降低的功用。
於電漿形成部71之上方側形成有凹陷，此凹陷配置有朝上方側開口之箱型的法拉第屏蔽件73。於法拉第屏蔽件73之底面上經由絕緣用板構件74設有由金屬線繞鉛直軸捲繞為線圈狀之天線75，天線75處連接著高頻電源76。於上述法拉第屏蔽件73之底面形成有狹縫77，可阻止對天線75施加高頻時在該天線75所產生之電磁場當中的電場成分朝下方前進，並使得磁場成分朝下方前進。此狹縫77相對於天線75之捲繞方向在正交(交叉)方向上延伸，沿著天線75之捲繞方向形成多數。如此般，藉由構成各部，一旦開啟高頻電源76對天線75施加高頻，可使得朝電漿形成部71下方供給之電漿產生用氣體被電漿化。
旋轉台2上，將原料氣體噴嘴61之噴嘴蓋60之下方區域當作進行原料氣體之BTBAS氣體的吸附之吸附區域R1，將氧化氣體噴嘴63之下方區域當作利用臭氧氣體來氧化BTBAS氣體之氧化區域R2。此外，將電漿形成部71之下方區域當作利用電漿進行SiO2膜之改質的電漿形成區域R3。突出部14、14之下方區域藉由從分離氣體噴嘴62、65所噴出之N2氣體將吸附區域R1與氧化區域R2相互分離，分別構成為用以防止原料氣體與氧化氣體之混合的分離區域D、D。
上述排氣口36開口於吸附區域R1與相對於該吸附區域R1鄰接於旋轉台2之旋轉方向下游側的分離區域D之間的外側處，對剩餘之BTBAS氣體進行排氣。排氣口37係開口於電漿形成區域R3與相對於該電漿形成區域R3鄰接於前述旋轉方向下游側之分離區域D的交界附近之外側處，對剩餘之O3氣體以及電漿產生用氣體進行排氣。各排氣口36、37也對於從各分離區域D、旋轉台2下方之氣體供給管39、旋轉台2之中心區域形成部C所分別供給之N2氣體進行排氣。
此成膜裝置1設有用以對裝置全體之動作進行控制之電腦所構成之控制部100(參見圖1)。此控制部100如後述般儲存有實行成膜處理之程式。前述程式係對於成膜裝置1之各部發送控制訊號來控制各部之動作。具體而言， 依據控制訊號來對於來自各氣體噴嘴61~66之氣體供給量、加熱器33所致晶圓W之溫度、來自氣體供給管39以及中心區域形成部C之N2氣體之供給量、公轉用旋轉驅動部44所致旋轉台2之旋轉速度、自轉用旋轉驅動部55所致晶圓W之自轉速度、以及來自排氣口36、37之排氣流量等進行控制。上述程式係以進行此等控制來實行後述各處理的方式組入了步驟群。該程式可從硬碟、光碟、光磁碟、記憶卡、軟碟等記憶媒體安裝至控制部100內。
針對上述成膜裝置1所進行之成膜處理來說明。晶圓W藉由未圖示之搬送機構而載置於各凹部23(圖8)。其後，適宜參見示意顯示出載置於旋轉台2的晶圓W之圖8~圖11做說明。圖8~圖11中為使圖明確起見針對各晶圓W係顯示出W1~W5。此外，為了顯示出成膜處理中位移之晶圓W的朝向，係針對成膜處理前此等晶圓W1~W5之直徑，在和旋轉台2之直徑為一致之區域賦予朝旋轉台2中心之箭頭A1~A5來表示。
上述晶圓W1~W5之載置後關閉閘閥46，藉由從排氣口36、37之排氣使得真空容器11內成為既定壓力之真空雰圍，從分離氣體噴嘴62、65對旋轉台2供給N2氣體。此外，從旋轉台2之中心區域形成部C以及旋轉台2下方側之氣體供給管39供給做為沖洗氣體之N2氣體，從旋轉台2之中心部側往周緣部側流動。再者，加熱器33之溫度上升，藉由來自加熱器33之輻射熱來加熱旋轉台2，藉由來自該旋轉台2之傳熱將各晶圓W1~W5加熱至既定溫度。
之後，使得基於公轉用旋轉驅動部44之旋轉台2之旋轉以及基於自轉用旋轉驅動部55之載置部22之旋轉一同開始。亦即開始晶圓W之公轉與自轉。例如在此等公轉以及自轉開始的同時，也開始來自原料氣體噴嘴61、氧化氣體噴嘴63、電漿產生用氣體噴嘴64之各氣體之供給、以及從高頻電源76對天線75施加高頻而形成電漿。圖9顯示以上述方式開始成膜後經過時間，旋轉台2從成膜開始旋轉180°，藉由前述自轉而改變了晶圓W朝向的狀態。
圖12以箭頭顯示了供給於旋轉台2上之各氣流。由於在吸附區域R1與氧化區域R2之間設有被供給N2氣體之分離區域D，故供給於吸附區域R1之原料氣體不會和被供給於氧化區域R2之氧化氣體在旋轉台2上做混合，而連同前述N2氣體從排氣口36受到排氣。此外，由於在吸附區域R1與電漿形 成區域R3之間也設有被供給N2氣體之分離區域D，故原料氣體、被供給於電漿形成區域R3之電漿產生用氣體以及從電漿形成區域R3之旋轉方向上游側往該分離區域D之氧化氣體不會在旋轉台2上相互混合，可和前述N2氣體一同從排氣口37被排氣。從上述中心區域形成部C被供給之N2氣體也從排氣口36、37被去除。
此外，圖13中以箭頭顯示從氣體供給管39供給至旋轉台2下方之N2氣流。前述N2氣體之一部分沿著旋轉台2之內面往排氣口36、37流動，和流動於旋轉台2之表面的各氣體一同被去除。此外，圖13中僅顯示流向排氣口36、37當中之排氣口36之N2氣體。前述N2氣體之其他一部分係從自轉軸41與屏蔽件34之狹縫35之側壁的間隙流入凹部31，進而流入了凹部31之N2氣體之一部分係從自轉軸41與狹縫32之側壁的間隙流入環狀空間16。流入了此等凹部31、環狀空間16之N2氣體係經由流路17、18而流入排氣流路38被去除。此外，圖13也以箭頭顯示了從氣體供給管48所供給之N2氣流。此N2氣體被供給至環狀空間16，連同從氣體供給管39所供給之氣體經由流路18而流入排氣流路38。如此般，藉由來自氣體供給管39、48之N2氣體來沖洗環狀空間16。
在如上述般進行了各氣體之供給與排氣之狀態下，晶圓W1~W5一邊自轉一邊依序反覆移動經過原料氣體噴嘴61之噴嘴蓋60下方的吸附區域R1、氧化氣體噴嘴63下方之氧化區域R2、電漿形成部71下方之電漿形成區域R3。於吸附區域R1，從原料氣體噴嘴61所噴出之BTBAS氣體被吸附於晶圓W，於氧化區域R2，所吸附之BTBAS氣體會被從氧化氣體噴嘴63所供給之O3氣體所氧化，而形成1層或是複數層之氧化矽分子層。於電漿形成區域R3，前述氧化矽分子層暴露於電漿中受到改質。
如上述般晶圓W之載置部22並不和旋轉台2之旋轉做同步旋轉，各晶圓W1~W5每當位於吸附區域R1之既定位置會朝向不同方向。圖10顯示旋轉台2從成膜處理開始經過1次旋轉後的狀態，圖11顯示旋轉台2進而持續旋轉，做為一例係晶圓W1~W5之朝向從成膜處理開始時之朝向成為面向於經180°旋轉後之朝向的狀態。如此般，藉由改變晶圓W1~W5之朝向，則晶圓W周向上之各部會通過吸附區域R1內之互異的各位置。從而，即使原料氣 體之濃度分布在吸附區域R1內之前述各位置發生不均，從成膜處理開始到成膜處理結束為止吸附於晶圓W之原料氣體量在晶圓W周向之各部會成為一致。其結果，可抑制於晶圓W所形成之氧化矽膜在前述晶圓W周向上的各部出現膜厚之偏動。
如上述般旋轉台2之旋轉持續進行而依序積層氧化矽分子層，不但形成氧化矽膜且其膜厚逐漸變厚。若旋轉台2旋轉達既定次數，則停止晶圓W之公轉以及自轉而結束成膜處理。例如，此成膜處理結束時，各晶圓W1~W5之朝向係成為和成膜處理開始時相同朝向。亦即，晶圓W1~W5從成膜處理開始自轉整數次。如此般讓自轉次數成為整數次可更為提高周向上之膜厚均一性。此外，此成膜處理結束時，例如各晶圓W1~W5之位置係位於和成膜處理開始時為相同位置。從而，各晶圓W1~W5將置於圖8所示位置以及朝向。再者，此成膜處理結束時也停止自氣體噴嘴61~氣體噴嘴65供給各氣體以及形成電漿。此成膜處理結束後，晶圓W1~W5藉由搬送機構從真空容器11內被搬出。
依據此成膜裝置1，藉由自轉用旋轉驅動部55使得第1齒輪51做旋轉而讓複數行星齒輪42旋轉，並使得經由自轉軸41連接於各行星齒輪42之載置部22做旋轉，藉此使得公轉中之晶圓W做自轉。如此般讓晶圓W做自轉，藉此每當位於吸附區域R1R時可變更晶圓W之朝向，而可提高晶圓W周向上之SiO2膜的膜厚均一性。此外，此成膜裝置1可藉由旋轉第1齒輪51來使得5個行星齒輪42做旋轉，從而使得5個晶圓W經由自轉軸41而做自轉。亦即，使得晶圓W自轉之自轉用旋轉驅動部55係於旋轉台2之各凹部23受到共用，從而無須針對各個晶圓W設置個別的旋轉驅動部，而可抑制裝置之製造成本。
此外，藉由氣體供給管39、48所供給之N2氣體，相對於旋轉台2之表面受到區劃之區域亦即凹部31內以及環狀空間16被沖洗。環狀空間16若被如此沖洗，即便因著第1齒輪51、行星齒輪42以及驅動齒輪53之咬合而產生粒子，該粒子也會流入排氣流路38而從真空容器11內被去除，防止其附著於旋轉台2上之晶圓W。此外，沖洗凹部31內可防止原料氣體以及氧化氣體附著於加熱器33，可防止該加熱器33劣化。
此外，依據此成膜裝置1，以經由支柱26垂吊於旋轉台2的方式受到支撐之環構件27處支撐自轉軸41的方式來構成。此外，在支柱26以及自轉軸41基於旋轉台2之旋轉所致移動路徑的內側、外側分別配置著加熱器33。藉由如此之構成，加熱器33不會妨礙支柱26以及自轉軸41之移動，可經由旋轉台2來加熱晶圓W。
上述例中，氣體噴嘴61係供給ALD之原料氣體，但也可供給藉由CVD(Chemical Vapor Deposition)進行成膜之成膜氣體，每當晶圓W移動至被供給此成膜氣體之區域之時利用晶圓W之自轉來變更朝向。亦即也可成為未設置氧化氣體噴嘴或分離氣體噴嘴之裝置構成。
此外，齒輪之構成上不限於上述例。圖14中顯示太陽齒輪之第1齒輪與行星齒輪之其他構成例。以和上述第1齒輪51、行星齒輪42之差異點為中心來說明，圖14所示第1齒輪81和第1齒輪51同樣地形成為環狀(圖中基於說明方便起見僅將其一部分切除顯示)，其外周在周向上設有多數的磁石82。圖14中，針對各磁石82分別顯示齒輪81外端側之磁極，關於此外端側之磁極係以從齒輪81之周向觀看交互反覆為N極與S極的方式配置著各磁石82。
此外，關於行星齒輪83和第1齒輪81同樣地於其外周設有複數磁石84，關於外端側之磁極從齒輪83之周向觀看係交互反覆為N極與S極。此外，藉由第1齒輪81之磁石82與行星齒輪83之磁石84之間的磁力，隨著第1齒輪81之旋轉，行星齒輪83以非接觸方式旋轉於第1齒輪81上，藉此晶圓W進行自轉。亦即，第1齒輪81以及行星齒輪83係以磁性齒輪的方式所構成，如此般當以磁性齒輪構成第1齒輪81以及行星齒輪83之情況，例如使得第1齒輪81做旋轉之驅動齒輪53也以外周具備有磁石之磁性齒輪的方式來構成，以非接觸方式使得第1齒輪81做旋轉。
如此般以非接觸方式使得各齒輪做旋轉，則可更確實地抑制粒子之產生以及該粒子附著於晶圓W。此外，圖14之例中第1齒輪以及第2齒輪均具備磁石，但只要行星齒輪83可藉由第1齒輪81之旋轉而做旋轉即可，故也可將磁石82以及磁石84當中的一者更換為非磁石之鐵等磁性體。此外，也可使得驅動齒輪53成為磁性體並使得第1齒輪81成為磁性齒輪。
(評價試驗)
針對本發明關連之評價試驗1說明之。此評價試驗1之說明中，針對載置於旋轉台2之凹部23處的晶圓W，將成膜處理開始時和旋轉台2之直徑一致之晶圓W的直徑記載為Y線。從而，Y線在圖8中係以箭頭A1~A5顯示之區域。此外，將相對於此Y線為正交之晶圓W之直徑記載為X線。
進行試驗來調查直徑300mm之晶圓W因自轉所致膜厚分布之變化。在評價試驗1-1方面，係實施成膜裝置1中不使得晶圓W自轉來進行成膜之模擬。此外，評價試驗1-2方面除了進行晶圓W之自轉以外，係和評價試驗1-1係相同條件來實施進行成膜之模擬。但是，此評價試驗1-2有別於實施形態，從成膜處理開始至成膜處理結束為止係設定為晶圓W僅自轉180°。此外，評價試驗1-3方面係和評價試驗1-2進行同樣的試驗，但差異點方面係設定為晶圓W僅自轉45°。再者評價試驗1-4方面，除了和實施形態同樣地設定為使得晶圓W自轉整數次以外，係以和評價試驗1-1~1-3相同條件來實施模擬。評價試驗1-1~1-4分別係測定晶圓W面內之膜厚分布。
圖15之上段、下段分別示意顯示評價試驗1-1、1-2之晶圓W之面內之膜厚分布，圖16之上段、下段分別示意顯示評價試驗1-3、1-4之晶圓W之面內之膜厚分布。實際所取得之試驗結果係在晶圓W之面內對應於膜厚而著色之電腦圖示，但圖15、圖16中基於圖示之權宜起見，係將晶圓W之面內依照膜厚成為既定範圍之區域以等高線包圍，而賦予圖樣表示。
此外，圖17之上段係顯示評價試驗1-1、1-4之各Y線之膜厚分布圖，下段係顯示評價試驗1-1、1-4之各X線之膜厚分布圖。各圖之橫軸表示相對於晶圓W一端之距離(單位：mm)。Y線之圖中所謂的晶圓W一端係旋轉台2之中心軸側的端。各圖縱軸表示膜厚(單位：nm)。圖18之上段係顯示評價試驗1-2、1-3之各Y線之膜厚分布圖，下段係顯示評價試驗1-2、1-3之各X線之膜厚分布圖。
從圖15、圖16之晶圓W之示意圖可知，晶圓W周向上之膜厚分布之均一性會因為使得晶圓W自轉而變高，在經過整數次旋轉之評價試驗1-4中，該周向之均一性變得極高。此外，若從各圖來看，X線之膜厚分布在評價試驗1-1~1-4中未見到明顯的差異。關於Y線之膜厚分布，在評價試驗1 -1中所見之Y線的一端部與另一端部之間的膜厚的若干差異在評價試驗1-2、1-3中則變小，而於評價試驗1-4變成幾乎沒有。從而，從各圖可知關於晶圓W周向上之膜厚分布的均一性變高。
此外，關於評價試驗1-1~1-4個別情況，包含X線上以及Y線上之各測定位置，從根據晶圓W面內之49部位的位置所測定出之膜厚而算出之膜厚之平均值、膜厚之最大值、膜厚之最小值、膜厚之最大值與最小值之差、以及表示面內均一性之指標亦即WinW係顯示於下述表1。所謂WinW乃±{(膜厚之最大值-膜厚之最小值)/(膜厚之平均值)}/2×100(%)，表1中顯示其絕對值。此絕對值愈小則面內均一性愈高。比較評價試驗1-1~1-4之WinW，可知藉由使得晶圓W自轉，則不僅是周向上而是在晶圓W之面內全體之膜厚均一性變高，且評價試驗1-4在面內全體之膜厚均一性變得最高。從而，從此評價試驗1可知，如實施形態所說明般使得晶圓W自轉乃為提高晶圓W之面內的膜厚均一性之有效方式，而自轉之次數為整數尤其有效。
Figure TWI609987BD00001
依據本發明，具備有：第1齒輪，係沿著旋轉台之旋轉方向做旋轉；由行星齒輪所構成之第2齒輪，係藉由前述旋轉台之旋轉而自轉並進行公轉，並藉由前述自轉使得載置於前述旋轉台之一面側之載置區域處的基板進行自轉；以及，旋轉驅動部，係使得前述第1齒輪做旋轉。藉由基板之自轉，每當基板位於處理氣體之供給區域可改變該基板之朝向，而可提高基板周向上之膜厚均一性。此外，由於無須將包含使得基板自轉之馬達的前述旋轉驅動部在每個載置區域設置複數個，而可壓低成膜裝置之製造成本。
本次所揭示之實施形態在所有的點均應視為例示而非產生限制。實際上，上述實施形態能以多樣的形態來體現。此外，上述實施形態可在不超脫所附申請專利範圍及其主旨的前提下以各種形態進行省略、置換、變更。本 發明之範圍希望包含所附申請專利範圍及其均等涵義以及範圍內的所有變更。
本發明係基於2014年11月13日提出申請之日本專利申請第2014-230907號之優先權利益，將該日本申請專利之內容全部以參酌文獻的方式納入。
21‧‧‧台本體
22‧‧‧載置部
23‧‧‧凹部
24‧‧‧圓形部
25‧‧‧支撐臂
26‧‧‧支柱
27‧‧‧環構件
28‧‧‧貫通孔
29‧‧‧軸承
41‧‧‧旋轉軸(自轉軸)
42‧‧‧行星齒輪
43‧‧‧中心軸
44‧‧‧公轉用旋轉驅動部
51‧‧‧第1齒輪
52‧‧‧軸承
53‧‧‧驅動齒輪
54‧‧‧旋轉軸
55‧‧‧自轉用旋轉驅動部
W‧‧‧晶圓

Claims (2)

  1. 一種成膜裝置，係將處理氣體供給於基板來得到薄膜者；具備：旋轉台，係配置於真空容器內，於其一面側所設之載置區域載置基板而使其公轉；處理氣體供給機構，係對於該旋轉台之一面側之氣體供給區域供給該處理氣體，藉由該公轉而於複數次反覆通過該氣體供給區域之基板進行成膜；第1齒輪，係設置於該旋轉台之另一面側，沿著該旋轉台之旋轉方向旋轉自如；由行星齒輪所構成之第2齒輪，係咬合於該第1齒輪，以連同該載置區域做公轉的方式設置，並以藉由自轉而讓基板做自轉的方式使得該載置區域進行旋轉；旋轉驅動部，係使得該第1齒輪做旋轉，用以調整該基板之自轉速度；自轉軸，係設置該第2齒輪以使得該載置區域做旋轉；軸承，係支撐該自轉軸；以及支撐構件，係將該軸承支撐於該旋轉台；其中該支撐構件具備有：支柱，係相對於該自轉軸在旋轉台之旋轉方向上分離設置者；以及連接部，係從該旋轉台之另一面分離設置，將該支柱與該軸承做連接；於該連接部之上方，在該自轉軸以及支柱之移動路徑的內側、外側分別設置用以加熱基板之加熱機構。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中該第1齒輪以及該第2齒輪係設置於從旋轉台之一面側所區劃出之區劃區域；設有對該區劃區域供給氣體之氣體供給部、以及對該區劃區域進行排氣之排氣流路。
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