TWI677592B - 成膜裝置及成膜方法 - Google Patents

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多田國弘
Kunihiro Tada
鈴木健二
Kenji Suzuki
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Takeshi Shinohara
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Abstract

本發明提供一種能夠穩定進行良質之成膜作業的成膜裝置及成膜方法。
該成膜裝置，係具備：載置部(2)(載置台)，其是設置於處理容器(1)內，可供基板(晶圓)(W)載置；及頂部，其是與載置部(2)對向配置；以及反應氣體供應部(GS1、321、322)，其是連通於載置部(2)與頂部(31)之間的處理空間，在載置部(2)的外周部與頂部(31)的外周部之間，係環於此等的圓周方向，存在有俯視觀察(從Z方向觀察的情況)呈環狀的間隙，從反應氣體供應部經由頂部(31)而供應至處理空間內的反應氣體，係經由環狀的間隙，朝向處理空間之外部流出，在施予間隙的頂部(31)之外周部，係設置有複數個氣流牆幕形成用的氣體流路(H)。

Description

成膜裝置及成膜方法
本發明係關於一種合適於ALD(Atomic Layer Deposition：原子層沉積)處理的成膜裝置。
以往的成膜裝置，例如已記載於專利文獻1。該成膜裝置，係具備：載置部，其是設置於處理容器內，可供基板載置；及頂部，其是與載置部對向配置；以及反應氣體供應部，其是連通於載置部與頂部之間的處理空間，在下側具有凹部的頂部，是接觸於載置部，並劃分成閉塞空間。在該處理容器內，係交替地供應第1反應氣體和第2反應氣體，且進行ALD的成膜作業。
在該成膜裝置中，係使氣體排氣孔連通於閉塞空間，且控制其他路徑對該氣體排氣孔內的氣體供應，並抑制排氣的傳導率(conductance)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2012-237026號公報
然而，以往的成膜裝置，並無法充分穩定地進行良質的成膜作業。本發明係有鑑於如此的課題而開發完成者，其目的在於提供一種能夠穩定地進行良質之成膜作業的成膜裝置及成膜方法。
本案發明人等經專心檢討穩定地進行良質之成膜作業的手法後之結果，在以往的成膜裝置中，發現了如下的原因。亦即，在以往的成膜裝置中，發現了：因在下側具有凹部的頂部，是接觸於載置部，並劃分成閉塞空間，故而會發生起因於此等之接觸所造成的粉塵等，且影響到成膜的品質及裝置的耐久性。
於是，為了解決上述之課題，第1成膜裝置之特徵係具備：載置部，其是設置於處理容器內，可供基板載置；及頂部，其是與載置部對向配置；以及反應氣體供應部，其是連通於載置部與頂部之間的處理空間，在載置部的外周部與頂部的外周部之間，係環於此等的圓周方向，存在有俯視觀察呈環狀的間隙，從反應氣體供應部經由頂部而供應至處理空間內的反應氣體，係經由環狀的間隙，朝向處理空間之外部流出，在施予間隙的頂部之外周 部，係設置有複數個氣流牆幕形成用的氣體流路。
依據該成膜裝置，藉由從反應氣體供應部供應反應氣體至配置有基板的處理空間內，就能在基板上進行成膜作業。在此，因在處理空間的外周部，係形成有環狀的間隙，故而在將反應氣體排出時，可以高速地排氣，另一方面，因在間隙，係從複數個氣流牆幕形成用的氣體流路，導入有氣流牆幕形成用氣體，故而能藉此形成氣流牆幕(氣體簾幕：gas curtain)，且在成膜時，可以在處理空間內保持反應氣體。在該構造中，因能夠進行高速的排氣，並且環狀的間隙是存在於載置部與頂部之間，故而不會發生起因於此等之接觸所造成的粉塵等，從而，能夠穩定地進行良質的成膜作業。
另外，與以往的閉塞空間中之氣體流控制相較，在採用具有環狀間隙之開放空間的構造中，雖然具有上述的優點，但是從阻斷性較高的氣流牆幕之形成的觀點來看，仍有更進一步改良的餘地。
於是，在第2成膜裝置中，前述氣流牆幕形成用的氣體流路，係從頂部中的外周部之與載置部對向的面，朝向上方延伸，並朝向與載置部之載置表面呈垂直的方向延伸。
在該構造的情況下，具有以下的優點：藉由使氣體碰撞於被覆載置表面或載置部的蓋體構件之上表面而容易產生紊流。
在第3成膜裝置中，氣流牆幕形成用的氣體 流路，係從頂部中的外周部之與載置部對向的面，朝向上方延伸，且與包含氣流牆幕形成用的氣體流路之氣體排出開口端上之至少三點的平面呈垂直的方向，係隨著轉向上方，而朝向接近頂部之中央部的方向延伸。
在該構造的情況下，具有以下的優點：容易產生紊流，且降低牆幕氣體流入處理空間內。
在第4成膜裝置中，氣流牆幕形成用的氣體流路，係從頂部中的外周部之與載置部對向的面，朝向上方延伸，且隨著轉向上方，而朝向接近頂部之中央部的方向延伸。
在該構造的情況下，具有以下的優點：相較第3成膜裝置的構造，更進一步降低牆幕氣體流入處理空間內。
在第5成膜裝置中，更具備：被覆載置部之外周部的環狀之蓋體構件，蓋體構件，係以從氣流牆幕形成用的氣體流路排出的氣體，碰撞於蓋體構件的方式所配置。
在該構造的情況下，因在蓋體構件與載置部的境界中，容易產生渦流，故而氣體不易從處理空間流出。
在第6成膜裝置中，從反應氣體供應部，係使第1及第2反應氣體交替地供應至處理容器內，從氣流牆幕形成用的氣體流路，係使牆幕氣體，與第1及第2反應氣體之供應同步而間歇性地供應至間隙。在此情況下， 藉由交替地供應第1及第2反應氣體，就可以形成ALD膜等。又，在供應有第1及第2反應氣體的情況時，係能與此同步而形成氣流牆幕，而在未供應的情況時，係能解除氣流牆幕，且執行迅速的成膜和排氣處理。
在第7成膜裝置中，從第1反應氣體開始導入處理容器內之導入開始時刻起，有所延遲之後，才開始牆幕氣體對間隙內之供應，從第1反應氣體結束導入處理容器內之導入結束時刻起，有所延遲之後，才結束牆幕氣體對間隙內之供應。在第2反應氣體的情況也是可以同樣的。藉由如此的牆幕氣體之延遲供應，就可以高速地使反應氣體充滿於處理空間內，而藉由延遲供應結束，就可以提高成膜時間的控制性。
在第8成膜裝置中，間隙之最小值(D1)，為0.3mm以上且10.0mm以下。為何如此，可視為在最小值D1，為下限值未滿的情況下，起因於構件的熱膨脹，或是起因於處理容器內從大氣壓減壓至真空狀態的過程中的處理容器之伸縮，會使載置部和蓋體接近，且使此等干涉。又，另一方面，是因在最小值D1，超過上限值的情況下，處理空間內的氣體之侷限效應會消失所致。因而，在間隙的最小值D1，為上述規定範圍內的情況下，能達成高速排氣和氣體的閉鎖之並存的功效。
又，本發明的成膜方法，係使用上述之任一個成膜裝置而進行的成膜方法，且達成上述的作用功效。又，在該成膜方法中，特佳是從反應氣體供應部，使第1 及第2反應氣體交替地供應至處理容器內，從氣流牆幕形成用的氣體流路，使牆幕氣體，與第1及第2反應氣體之供應同步而供應至上述間隙。此是因在供應有第1及第2反應氣體的情況下，能與此同步而形成氣流牆幕，而在未供應的情況下，則能解除氣體流部所致。
依據本發明的成膜裝置及成膜方法，就能夠穩定地進行良質的成膜作業。
1‧‧‧處理容器
2‧‧‧載置部
4a‧‧‧氣體分散部
4b‧‧‧中央氣體吐出部
5‧‧‧周圍氣體供應部
7‧‧‧控制部
11‧‧‧搬出入口
12‧‧‧閘閥
13‧‧‧排氣導管
21‧‧‧加熱器
22‧‧‧蓋體構件
23‧‧‧支承構件
24‧‧‧升降機構
25‧‧‧支承銷
26‧‧‧升降機構
31‧‧‧頂部
32‧‧‧支承板
61、63‧‧‧氮氣供應部
62‧‧‧氨氣供應部
64‧‧‧氯化鈦氣體供應部
65‧‧‧排氣部
131‧‧‧開口部
132‧‧‧排氣口
133‧‧‧O環
201‧‧‧貫通孔
231‧‧‧伸縮囊
232‧‧‧支承板
311‧‧‧擴散空間
313‧‧‧處理空間
314‧‧‧板緣
321‧‧‧氨供應路徑
322‧‧‧氯化鈦供應路徑
323‧‧‧螺栓
601‧‧‧流量調整部
602‧‧‧開閉閥
C‧‧‧渦流
D0‧‧‧距離
D1‧‧‧間隙之高度(間隙之最小值)
DP‧‧‧凹部
Dr1‧‧‧第1凹部
GS1、321、322‧‧‧反應氣體供應部
GS2‧‧‧氣流牆幕形成用氣體源
H‧‧‧氣體流路
L3‧‧‧水平面
MIX‧‧‧區域
PL1‧‧‧平面
PR‧‧‧區域
Pr1‧‧‧第1凸部
Pr2‧‧‧第2凸部
RG‧‧‧內環
RG(S)‧‧‧內環之上表面
S2‧‧‧載置表面
S22‧‧‧蓋體構件之上表面
S31‧‧‧板緣之下表面
S31L‧‧‧頂部中的外周部之與載置部對向的面
SW‧‧‧開口構件
W‧‧‧基板
第1圖係使用縱剖面來顯示成膜裝置之構造的示意圖。
第2圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造(A型式)的示意圖。
第3圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造(B型式)的示意圖。
第4圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造(C型式)的示意圖。
第5圖係顯示從上方觀察頂部之情況的下表面之構造的示意圖。
第6圖係處理氣體(反應氣體)和牆幕氣體的導入時序圖。
第7圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造(第1變化A型式)的示意圖。
第8圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造(第1變化B型式)的示意圖。
第9圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造(第1變化C型式)的示意圖。
第10圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造(第2變化A型式)的示意圖。
第11圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造(第2變化B型式)的示意圖。
第12圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造(第2變化C型式)的示意圖。
以下，針對實施形態的成膜裝置及成膜方法加以說明。另外，在同一要件上係使用同一符號，且省略重複的說明。
第1圖係使用縱剖面來顯示成膜裝置之構造的示意圖。該成膜裝置，為ALD(原子層沉積)或是MLD(分子層沉積)成膜裝置。
在該成膜裝置中，係在處理容器1內之載置部2上配置基板W，且在基板W之露出表面上交替地供應反應氣體，並在該露出表面上進行成膜作業。處理對象的基板W，例如是直徑為300mm之圓形的晶圓。
在本例中，在基板W之表面，係交替地供應彼此反應的氯化鈦(TiCL4)氣體(第1反應氣體)、和氨(NH3)氣體(第2反應氣體)，且藉由ALD或MLD法，形成氮化鈦(TiN)膜。
處理容器1的平面形狀係大致為圓形，且為由鋁等金屬所構成的真空容器。該成膜裝置，係具備：處理容器1，其是構成處理室；及載置部(載置台)2，其是設置於該處理容器1內，可供基板W載置；以及頂部(頂板構件)31，其是以與載置部2對向的方式所設置，用以在與載置部2之間形成處理空間313。在處理容器1之側面，係設置有：搬出入口11，其是在與載置部2之間進行基板W之收授時，用以使被設置於外部之真空搬運路徑的基板搬運機構進入處理容器1內；以及閘閥(gate valve)12，其是開閉該搬出入口11。在處理空間313內，係設置有被配置成二次元狀之具有複數個孔的開口構件SW，且具有使被供應至處理空間內的氣體分散並傳遞至基板W的功能。
在比搬出入口11更靠上部側的位置，係以重疊於構成處理容器1之本體的側壁之上方的方式而設置有排氣導管13，該排氣導管13係由鋁等金屬所構成，且使縱剖面之形狀為角型的導管(duct)彎曲成圓環狀所構成。在排氣導管13之內周面，係形成有沿著圓周方向而延伸之狹縫(slit)狀的開口部131，從處理空間313流出的氣體係經由該開口部131而排出至排氣導管13內。在 排氣導管13之外壁面係形成有排氣口132，在該排氣口132係連接有由真空泵浦等所構成的排氣部65。排氣口132或排氣部65，係相當於進行處理空間313內之真空排氣的排氣部。
在處理容器1內，係在排氣導管13之內側的位置，配置有載置部2。載置部2，係由比基板W更大一圈的圓板所構成，且藉由例如氮化鋁(AlN)、石英玻璃(SiO2)等的陶瓷或鋁(Al)、哈氏合金(Hastelloy)(註冊商標)等的金屬所構成。在載置部2之內部，係埋設有用以將基板W加熱至例如350℃至450℃之成膜溫度的加熱器21。又，亦可按照需要，而設置用以將基板W固定於該載置部2之上表面側的載置區域內之未圖示的靜電夾頭。
在該載置部2，係設置有以環於圓周方向而覆蓋載置區域之外周側的區域、及載置部2之側周面的方式所構成的蓋體構件22。蓋體構件22，係例如由氧化鋁等所構成，且上下端分別形成開口的概略圓筒形狀(環狀)，並且其上端部，係環於圓周方向，而朝向內側在水平方向屈曲。該屈曲部，係利用載置部2之周緣部來卡止，該屈曲部的厚度尺寸，係比基板W之厚度尺寸(0.8mm)更厚，例如為1mm至5mm之範圍內的3mm。在蓋體構件22之外周，係設置有內環(inner ring)RG。
在載置部2之下表面側中央部，係連接有貫通載置部2之底面，且朝向上下方向延伸的支承構件 23。在該支承構件23之下端部，係透過水平地配置於處理容器1之下方側的板狀之支承板232而連接於升降機構24。升降機構24，係使載置部2在收授位置(以第1圖之一點鏈線所記載)與處理位置之間進行升降，該收授位置係在從搬出入口11進入時在與基板搬運機構之間收授基板W，該處理位置係位在該收授位置之上方側，能對基板W進行成膜作業。
在該支承構件23所貫通的載置部2之底面、與支承板232之間，係以從圓周方向之外部側覆蓋支承構件23的方式設置有伸縮囊(bellows)231，該伸縮囊231係與外部來劃分處理容器1內的環境，且伴隨支承板232之升降動作而進行伸縮。
在載置部2之下方側，係設置有例如三根支承銷25，該三根支承銷25係在外部與基板搬運機構之間進行基板W的收授時，將基板W從下表面側支承並予以往上舉起。支承銷25，係連接於升降機構26並成為升降自如，且透過將載置部2朝向上下方向貫通的貫通孔201而從載置部2之上表面突出及沉降，藉此在與基板搬運機構之間進行基板W之收授作業。
在排氣導管13之上表面側，係以堵塞圓形之開口的方式設置有圓板狀的支承板32，而在此等排氣導管13與支承板32之間係設置有用以將處理容器1內維持氣密的O環133。在支承板32之下表面側，係設置有用以將反應氣體或置換氣體供應至處理空間313的金屬製之 頂部31，而頂部31係藉由螺栓323而支承固定於支承板32。
在頂部31之下表面側係形成有凹部(參照第5圖的凹部DP)，而該凹部的中央側之區域係成為平坦。在該平坦的區域之外周側，係從中央側朝向外周側形成有尾寬形狀的傾斜面。在該傾斜面之更外側，係設置有平坦的板緣(rim)314(外周部)。另外，凹部的形狀，也可為單純的圓筒形等沒有傾斜的形狀，而凹部的底面(頂部之下表面)，也可非為平坦。
在使載置部2上升至處理位置時，頂部31係以如下方式所配置：使設置於載置部2的蓋體構件22之上表面、和板緣314之下表面透過間隙而相互地對向。藉由頂部31之凹部和載置部2之上表面所包圍的空間，係成為對基板W進行成膜的處理空間313。設置有前述凹部的頂部31，係構成本成膜裝置的頂部。
如第2圖至第4圖所示，在頂部31的板緣314之下表面S31、與蓋體構件22的屈曲部之上表面之間隙設定有高度D1的間隙。排氣導管13之開口部131，係朝向該間隙而開口。板緣314之下表面S31與蓋體構件22的間隙之高度D1、即間隙之最小值D1，係設定為例如0.3mm以上且10.0mm以下之範圍內的0.5mm。
在從下方側以平面觀察頂部31時，在凹部的中央部係設置有將氣體朝向處理空間313內吐出的中央氣體吐出部4b，又在該中央氣體吐出部4b之周圍，係隔出 間隔地配置有例如八個圓環狀的氣體分散部4a。在本成膜裝置中，此等中央氣體吐出部4b、氣體分散部4a係藉由具有共通之構造的氣體分散器所構成。
氣體分散器，係具備：頭部，其是內部為中空的圓筒形狀；以及渦流形成部，其是以堵塞被形成於頭部之上表面側的開口之方式設置於頭部上，且將氣體形成渦流並導入頭部內。頭部，為扁平之圓筒形狀的金屬製構件，且以從頂部31之下表面朝向下方側突出的方式設置於前述凹部內。在圓筒形狀的頭部之側面，係形成有隔出間隔地設置於圓周方向的複數個氣體吐出口。氣體吐出口，較佳是設置例如三個以上，在本例中係設置有八個。又，頭部之下表面係被堵塞而並未設置有氣體吐出口，另一方面，頭部之上表面側係呈開口狀態，並連接於渦流形成部。
渦流形成部，為在筒狀的外筒部之內側，配置有直徑比該外筒部更小的內筒部之雙層圓筒形狀的金屬製構件，而外筒部之下端部和內筒部之下端部係藉由連結部所連結。又，內筒部之上端部係以比外筒部之上端部更靠上方側延伸出的方式突出。另一方面，在頂部31側係設置有以沿著內筒部之上端部或外筒部之外面形狀的方式所形成的插入孔。
然後，藉由將外筒部及內筒部插入頂部31之插入孔內，就能在預先設定的位置配置各氣體分散器。例如在外筒部之外周面和前述插入孔之內周面，係分別切削 出未圖示的公螺紋、母螺紋，藉此被插入插入孔內的外筒部就能支承、固定於頂部31。內筒部之上表面，係朝向形成於頂部內的氣體供應路而開口，且使氣體經由該開口部而流入內筒部內。
在上述的中央氣體吐出部4b及氣體分散部4a，係從處理氣體源GS1，供應有處理氣體。在支承板32，係形成有氨供應路徑321及氯化鈦供應路徑322，該氨供應路徑321係用以將氨氣及置換用的氮氣供應至擴散空間311，該氯化鈦供應路徑322係同樣地用以將氯化鈦氣體及置換用的氮氣供應至擴散空間311。氨供應路徑321及氯化鈦供應路徑322，係透過配管而連接於氨氣供應部62、氯化鈦氣體供應部64，而此等的配管，係分別在中途分歧而連接於氮氣供應部61、63。在各配管，係設置有：開閉閥602，其是進行氣體的供應及阻斷；以及流量調整部601，其是進行氣體供應量的調整。另外，為了圖示之方便起見，雖然在第1圖中係分別顯示氮氣供應部61、63，但是此等也可使用共通的氮供應源。
又，在頂部31的外周部之位置(板緣之位置)，係設置有貫通支承板32及頂部31之氣流牆幕形成用的氣體流路H，且從氣流牆幕形成用氣體源GS2，使惰性氣體供應至該氣體流路H內。作為惰性氣體，係可以使用Ar(氬)或N2。藉由該氣體，被供應至高度D1的間隙內，就可以在頂部31與載置部2之間形成氣流牆幕。
具備有以上說明之構成的成膜裝置，係如第1 圖所示地與控制部7連接。控制部7係由具備有未圖示之CPU和記憶部的電腦所構成，而在記憶部係記錄有成膜裝置之作用、即有關以下之控制之步驟(指令)群所編入而得的程式，該控制係指使被載置於載置部2上的基板W上升至處理位置，且以預先決定的順序將反應氣體、置換用的氣體、氣流牆幕形成用的氣體供應至處理空間313內並執行TiN的成膜作業，且將已進行成膜作業後的基板W予以搬出為止的控制。該程式，係儲存於例如硬碟(hard disk)、光碟(compact disk)、磁光碟(magneto optical disk)、記憶卡(memory card)等的記憶媒體，且從該處安裝(install)於電腦中。
接著，針對本成膜裝置的作用加以說明。首先，在事先將處理容器1內減壓至真空環境之後，使載置部2下降至收授位置。然後，開放閘閥12，且使基板搬運機構之搬運手臂進入，而在與支承銷25之間進行基板W的收授作業。此後，使支承銷25下降，將基板W載置於已藉由加熱器21而被加熱至已述之成膜溫度的載置部2上。
其次，閉合閘閥12，使載置部2上升至處理位置，並且在進行處理容器1內的壓力調整之後，從氯化鈦氣體供應部64供應氯化鈦氣體。被供應的氯化鈦氣體，係經由氯化鈦供應路徑322及擴散空間311，而流入各氣體分散部4a、中央氣體吐出部4b。
已流入中央氣體吐出部4b內的氯化鈦氣體， 係經由氣體吐出口而供應至處理空間313。另一方面，已流入各氣體分散部4a內的氯化鈦氣體，係經由頭部而流入周圍氣體供應部5內，進而經由形成於周圍氣體供應部5的氣體吐出口而供應至處理空間313內。
已供應至處理空間313的氯化鈦氣體，係從頂部31之中央部側朝向外周部側，在徑向以輻射狀擴展於處理空間313。又，流動於處理空間313內的氯化鈦氣體，也會朝向下方側擴展，且當接觸於載置部2上的基板W之表面時，氯化鈦氣體就吸附於基板W。然後，流動於處理空間313內，且已到達板緣314與蓋體構件22間之間隙的氯化鈦氣體，係在從該間隙流出至處理容器1內之後，經由排氣導管13而朝向外部排出。
其次，停止氯化鈦氣體的供應，並且從氮氣供應部63供應作為置換用的氣體之氮氣。氮氣，係通過與氯化鈦氣體同樣的路徑而供應至處理空間313內，且使該路徑及處理空間313內的氯化鈦氣體與氮氣置換。
之後，停止氮氣的供應，且從氨氣供應部62供應氨氣。被供應的氨氣，係經由氨供應路徑321、擴散空間311，而流入各氣體分散部4a、中央氣體吐出部4b。然後，使氨氣從中央氣體吐出部4b直接供應至處理空間313內、使氣體從氣體分散部4a經由周圍氣體供應部5而供應至處理空間313內的此點，係與氯化鈦氣的情況同樣。
當流動於處理空間313內的氨氣到達基板W 之表面時，就先將吸附於基板W的氯化鈦氣體之成分予以氮化而形成氮化鈦。此後，將供應至氣體供應路徑的氣體切換成來自氮氣供應部61之置換用的氮氣，並將氨氣之供應路徑及處理空間313內的氨氣與氮氣進行置換。
如此，以氯化鈦氣體、氮氣、氨氣、氮氣之順序反覆供應反應氣體(氯化鈦氣體、氨氣)和置換用的氣體(氮氣)，藉此能在基板W之表面積層有氮化鈦(TiN)的分子層，且形成有氮化鈦的膜。
在處理空間313，係從在基板W之徑向彼此分離之位置所設置的中央氣體吐出部4b、和包圍該中央氣體吐出部4b的周圍氣體供應部5，分散並均一地供應有氣體。然後，藉由如此地從多數個氣體吐出口分散並橫向供應氣體，就可在反應氣體(氯化鈦氣體、氨氣)的情況下，使從各氣體吐出口吐出的氣體之流量變小。結果，到達基板W之表面時的反應氣體之流速會變低，而能提高膜厚的面內均一性。
另一方面，在置換用的氣體(氮氣)的情況下，由於藉由對處理空間313內的容量供應充分的流量，就能在使其事先分散於較寬之區域的狀態下供應氣體，所以可以迅速地排除處理空間313內的反應氣體，且與置換用的氣體進行置換。
若如此地反覆進行氯化鈦氣體的供應和氨氣的供應例如數十次至數百次，而形成所期望膜厚之氮化鈦的膜，則在供應置換用的氮氣並排出最後的氨氣之後，就 會使載置部2下降至收授位置。然後將閘閥12開啟並使搬運手臂進入，且以與搬入時為相反的順序從支承銷25對搬運手臂收授基板W，在使成膜後的基板W搬出之後，等待下一個基板W的搬入。
其次，針對氣流牆幕的形成加以說明。
如上述般，該成膜裝置，係具備：載置部2，其是設置於處理容器1內，可供基板W載置；及頂部31，其是與載置部2對向配置；以及反應氣體供應部(GS1、321、322)，其是連通於載置部2與頂部31之間的處理空間313，在載置部2的外周部與頂部31的外周部之間，係環於此等的圓周方向，存在有俯視觀察呈環狀的間隙，從反應氣體供應部經由頂部31而供應至處理空間313內的反應氣體，係經由環狀的間隙，朝向處理空間313之外部流出，在施予間隙的頂部31之外周部，係設置有複數個氣流牆幕形成用的氣體流路H。
依據該成膜裝置，藉由從反應氣體供應部供應反應氣體至配置有基板W的處理空間313內，就能在基板W上進行成膜作業。在此，因在處理空間的外周部，係形成有環狀的間隙，故而在將反應氣體排出時，可以高速地排氣，另一方面，因在間隙，係從複數個氣流牆幕形成用的氣體流路H，導入有氣流牆幕形成用氣體，故而能藉此形成氣流牆幕(氣體簾幕)，且在成膜時，可以在處理空間313內保持反應氣體。在該構造中，因能夠進行高速的排氣，並且環狀的間隙是存在於載置部2與頂部 31之間，故而不會發生起因於此等之接觸所造成的粉塵等，從而，能夠穩定地進行良質的成膜作業。
第2圖係放大顯示頂部31的外周部附近之構造(A型式)的示意圖。
在該構造的情況下，氣流牆幕形成用的氣體流路H，係從頂部31中的外周部之與載置部2對向的面S31，朝向上方延伸，並朝向對載置部2中的基板之載置表面S2呈垂直的方向延伸。詳言之，在XYZ正交座標系中，載置表面S2係朝向Z軸垂直地延伸，而氣流牆幕形成用的氣體流路H，係朝向Z軸平行地延伸。在此情況下，沿著X軸，而朝向箭頭F1之方向，從處理空間內流出來的處理氣體，係藉由從氣體流路H流出的牆幕氣體所阻斷。在該構造的情況下，具有以下的優點：藉由將氣體碰撞於被覆載置表面或載置部的蓋體構件之上表面S22而容易產生紊流。
該成膜裝置，係更具備被覆載置部2之外周部的環狀之蓋體構件22，蓋體構件22，係以從氣流牆幕形成用的氣體流路H排出的氣體，碰撞於蓋體構件22的方式所配置。在該構造的情況下，因在蓋體構件22與載置部2的境界中，容易產生渦流C，故而氣體不易從處理空間流出。尤其是，牆幕氣體，係碰撞於蓋體構件22，另一方面，在蓋體構件22之上表面S22與載置表面S2之間係具有段差，在段差之附近會產生渦流C，而可抑制反應氣體之流出。
以與蓋體構件22鄰接，並包圍該蓋體構件22之外側的方式所設置的內環之上表面RG(S)的高度，係與蓋體構件22之表面S22的高度一致，且不具阻力地使氣體沿著箭頭F2，朝向外側而流動。另外，載置表面S2與頂部31的外周部之下表面之間的距離D0，為D1加上蓋體構件22之厚度所得的距離。D0的值，較佳為13mm以下。為何如此，是為了要將處理空間形成為最小，並以最小的氣體量來獲得最快的成膜效率所致。
另外，間隙的最小值(D1)，為0.3mm以上且10.0mm以下。為何如此，此是考慮最小值D1為下限值未滿的情況下，起因於構件的熱膨脹，或起因於將處理容器內將大氣壓減壓至真空狀態之過程中的處理容器之伸縮，會使載置部和蓋體接近，且使此等干涉。又，另一方面，是因在最小值D1，超過上限值的情況下，處理空間內的氣體之侷限效應會消失所致。因而，在間隙的最小值D1，為上述規定範圍內的情況下，能達成高速排氣和氣體的閉鎖之並存的功效。
載置部2及頂部31之外周部，係可以用存在有環狀之間隙的區域、且蓋體構件22所設置的區域PR來規定。第5圖係顯示從上方觀察頂部之情況的下表面之構造的示意圖，而環狀之外周部的區域PR，係包圍頂部31(及載置部2)的周圍。
又，如第5圖所示，在環狀之外周部的區域PR係設置有複數個氣流牆幕形成用的氣體流路H。在此 情況下，在氣體流路H之附近，係可充分地抑制反應氣體的流出。又，在徑向鄰接的氣體流路H之間的區域MIX，雖然有並未形成氣流牆幕的情況，但是當縮窄沿著徑向而鄰接的氣體流路H之間隔時，就能形成氣流牆幕，且在處理空間內閉鎖氣體。
另外，第2圖中之基本的氣體流路H之構造，也可以適用於以下的構造。因而，以下，雖然是針對其他型式的氣體流路H加以說明，但是與上述之構造重複的點，將省略記載。
第3圖係放大顯示頂部31的外周部附近之構造(B型式)的示意圖。
該氣流牆幕形成用的氣體流路H，係從頂部31中的外周部之與載置部2對向的面S31L，朝向上方(+Z方向)延伸，且與包含氣流牆幕形成用的氣體流路H之氣體排出開口端上之至少三點的平面PL1呈垂直的方向，係隨著轉向上方，而朝向接近頂部31之中央部的方向延伸。換言之，雖然間隙的最小值為D1，但是與氣體排出開口端之上端平行的水平面L3與蓋體構件22的表面S22之間的距離，係比D1更大。如此，因氣體排出開口端是依平面PL1而斜向開放，故而牆幕氣體可順利地流動。
在該構造的情況下，具有以下的優點：容易產生紊流，且降低牆幕氣體流入處理空間內。
第4圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造 (C型式)的示意圖。
該氣流牆幕形成用的氣體流路H，係從頂部31中的外周部之與載置部2對向的面S31，朝向上方(+Z方向)延伸，且隨著轉向上方，而朝向接近頂部31之中央部的方向延伸。在此情況下，雖然牆幕氣體能順利地流動，但是渦流C之大小會變小。在該構造的情況下，具有以下的優點：比B型式的成膜裝置之構造，更降低牆幕氣體流入處理空間內。另外，氣體流路H，係在頂部31內，例如朝向垂直上方屈曲。
第6圖係處理氣體(反應氣體)和牆幕氣體的導入時序圖。在進行氣體供應的情況下，圖的位準(level)係變高，而在停止的情況下，圖的位準係變低。
如同圖所示，從反應氣體供應部，係使第1及第2反應氣體交替地供應至處理容器內。另一方面，從氣流牆幕形成用的氣體流路，係使牆幕氣體，與第1及第2反應氣體之供應同步而間歇性地供應至上述的間隙。另外，用以將反應氣體從處理空間內逐出的置換氣體，係在停止處理氣體之供應的期間被供應。
反應氣體、牆幕氣體、置換氣體之控制，係藉由第1圖所示的控制部7，控制用以控制此等氣體之流通的閥而進行。
如上述般，藉由交替地供應第1及第2反應氣體，就可以形成ALD膜等。又，在供應第1及第2反應氣體的情況下，係能與此同步，形成有氣流牆幕，而在 未供應的情況下，係能解除氣流牆幕，且執行快速的成膜和排氣處理。
在此，從第1反應氣體開始導入處理容器內的導入開始時刻起，僅延遲△t0(例如：10毫秒以下)之後，才開始牆幕氣體對間隙內的供應，而從第1反應氣體結束導入處理容器內的導入結束時刻起，僅延遲△t1(例如：10毫秒以下)之後，才結束牆幕氣體對間隙內的供應。在第2反應氣體的情況也是可以同樣的。藉由如此的牆幕氣體之延遲供應，就可以高速地使反應氣體充滿於處理空間內，而藉由延遲供應結束，就可以提高成膜時間的控制性。另外，△t0，也可以從第1反應氣體開始導入處理容器內的導入開始時刻，設定為-10毫秒以上，而△t1，也可以從第1反應氣體結束導入處理容器內的導入結束時刻，設定為-10毫秒以上。
另外，第2圖至第4圖所示的構造，係可以變化成以下之第7圖至第9圖所示的構造。
第7圖係放大顯示頂部31的外周部附近之構造(第1變化A型式)的示意圖。
該構造、與第2圖所示的A型式之差異點，係在於：在蓋體構件22之上表面S22設置有第1凸部Pr1，在頂部31之下表面S31設置有第2凸部Pr2，而其他的構造則為相同。第1凸部Pr1，係設置在：與將氣體流路H朝向-Z方向形成延長線的蓋體構件22上之投影圖重疊的位置，且使氣體直接碰撞。藉此，可以產生紊流， 且有效率地形成氣流牆幕。第2凸部Pr2，係設置在：與將蓋體構件22之處理空間側的邊緣(edge)，朝向垂直上方延長時的頂部下表面中之投影線重疊的位置，藉此，可以產生使該邊緣附近之渦流更擾動的紊流，且有效率地形成氣流牆幕。
第8圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造(第1變化B型式)的示意圖。
該構造、與第3圖所示的B型式之差異點，係在於：在蓋體構件22之上表面S22設置有第1凸部Pr1，在頂部31之下表面的水平區域之面S31L設置有第2凸部Pr2，而其他的構造則為相同。第1凸部Pr1，係設置在：與將氣體流路H朝向-Z方向形成延長線的蓋體構件22上之投影圖重疊的位置，且使氣體直接碰撞。藉此，可以產生紊流，且有效率地形成氣流牆幕。第2凸部Pr2，係設置在：與將蓋體構件22之處理空間側的邊緣，朝向垂直上方延長時的頂部下表面中之投影線重疊的位置，藉此，可以產生使該邊緣附近之渦流更擾動的紊流，且有效率地形成氣流牆幕。
第9圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造(第1變化C型式)的示意圖。
該構造、與第4圖所示的C型式之差異點，係在於：在蓋體構件22之上表面S22設置有第1凸部Pr1，在頂部31之下表面S31設置有第2凸部Pr2，而其他的構造則為相同。第1凸部Pr1，係設置在：與將氣體 流路H朝向-Z方向側形成延長線的蓋體構件22上之投影圖重疊的位置，且使氣體直接碰撞。藉此，可以產生紊流，且有效率地形成氣流牆幕。第2凸部Pr2，係設置在：與將蓋體構件22之處理空間側的邊緣，朝向垂直上方延長時的頂部下表面中之投影線重疊的位置，藉此，可以產生使該邊緣附近之渦流更擾動的紊流，且有效率地形成氣流牆幕。
第10圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造(第2變化A型式)的示意圖。
該構造、與第7圖所示的第1變化A型式之差異點，係在於：取代在蓋體構件22之上表面S22所設置的第1凸部，在該位置，形成有第1凹部Dr1，而其他的構造則為相同。藉此，可以使來自氣體流路H的氣體，碰撞於第1凹部Dr1，且產生紊流，而有效率地形成氣流牆幕。
第11圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造(第2變化B型式)的示意圖。
該構造、與第8圖所示的第1變化B型式之差異點，係在於：取代在蓋體構件22之上表面S22所設置的第1凸部，在該位置，形成有第1凹部Dr1，而其他的構造則為相同。藉此，可以使來自氣體流路H的氣體，碰撞於第1凹部Dr1，且產生紊流，而有效率地形成氣流牆幕。
第12圖係放大顯示頂部的外周部附近之構造 (第2變化C型式)的示意圖。
該構造、與第9圖所示的第1變化C型式之差異點，係在於：取代在蓋體構件22之上表面S22所設置的第1凸部，在該位置，形成有第1凹部Dr1，而其他的構造則為相同。藉此，可以使來自氣體流路H的氣體，碰撞於第1凹部Dr1，且產生紊流，而有效率地形成氣流牆幕。
另外，在上述的成膜裝置中，除了已述的TiN膜之成膜以外，也可形成金屬元素、例如包含週期表之第三周期元素的Al(鋁)、Si(矽)等、週期表之第四週期元素的Ti(鈦)、Cr(鉻)、Mn(錳)、Fe(鐵)、Co(鈷)、Ni(鎳)、Cu(銅)、Zn(鋅)、Ge(鍺)等、週期表之第五週期元素的Zr(鋯)、Mo(鉬)、Ru(釕)、Rh(銠)、Pd(鈀)、Ag(銀)等、週期表之第六週期元素的Ba(鋇)、Hf(鉿)、Ta(鉭)、W(鎢)、Re(錸)、Ir(銥)、Pt(鉑)等元素的膜。作為使吸附於基板W表面的金屬原料，係可列舉將此等金屬元素的有機金屬化合物或無機金屬化合物等當作反應氣體(原料氣體)來使用的情況。作為金屬原料之具體例，係除了上述的TiCl4以外，還可列舉BTBAS(二(叔丁基氨基)矽烷：(bistertial butylamino)silane)、DCS(二氯矽烷：dichlorosilane)、HCD(六氯二矽烷：hexachlorodisilane)、TMA(三甲鋁：trimethylaluminum)、3DMAS(三(二甲基胺)矽烷)：tris( dimethylamino)silane)等。
又，在使吸附於基板W之表面的原料氣體反應，而獲得所期望之膜的反應中，也可利用例如利用O2、O3、H2O等的氧化反應、利用H2、HCOOH、CH3COOH等的有機酸、CH3OH、C2H5OH等的醇類等的還原反應、利用CH4、C2H6、C2H4、C2H2等的碳化反應、利用NH3、NH2NH2、N2等的氮化反應等之各種反應。
更且，作為反應氣體，也可使用三種的反應氣體或四種的反應氣體。例如，作為使用三種反應氣體的情況之例，係有形成鈦酸鍶(SrTiO3)膜的情況，且可使用例如作為Sr原料的Sr(THD)2(雙(四甲基-庚二酮酸)鍶：strontium bis-tetramethyl heptanedionate)、和作為Ti原料的Ti(OiPr)2(THD)2((二異丙氧基)(雙(四甲基-庚二酮酸))鈦：titanium isopropoxide bis(tetra methyl heptanedionate))、和作為此等之氧化氣體的臭氧氣體。在此情況下，能以Sr(鍶)原料氣體→置換用的氣體→氧化氣體→置換用的氣體→Ti(鈦)原料氣體→置換用的氣體→氧化氣體→置換用的氣體之順序來切換氣體。又，雖然已針對圓形的基板W作為進行成膜處理的基板加以說明，但是也可將本發明應用於例如矩形的玻璃基板(LCD用基板)。

Claims (9)

  1. 一種成膜裝置，其特徵為，具備：載置部，其是設置於處理容器內，可供基板載置；及頂部，其是與前述載置部對向配置；反應氣體供應部，其是連通於前述載置部與前述頂部之間的處理空間；以及環狀的蓋體構件，被覆前述載置部的外周部且在其與前述載置部的交界形成段差，前述頂部，具備有：形成於其下表面側的凹部、及位於前述凹部的外側的外周部；在前述載置部的外周部與前述頂部的外周部之間，係環於此等的圓周方向，存在有俯視觀察呈環狀的間隙，從前述反應氣體供應部經由前述頂部而供應至前述處理空間內的反應氣體，係經由環狀的前述間隙，朝向前述處理空間之外部流出，在施予前述間隙的前述頂部之前述外周部，係設置有複數個氣流牆幕形成用的氣體流路；前述蓋體構件配置成：與前述氣體流路的氣體排出開口相對向，且讓從前述氣體流路排出的氣體碰撞於前述蓋體構件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的成膜裝置，其中，前述氣流牆幕形成用的氣體流路，係從前述頂部中的前述外周部之與前述載置部對向的面，朝向上方延伸，並朝向與前述載置部之載置表面呈垂直的方向延伸。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的成膜裝置，其中，前述氣流牆幕形成用的氣體流路，係從前述頂部中的前述外周部之與前述載置部對向的面，朝向上方延伸，且與包含前述氣流牆幕形成用的氣體流路之氣體排出開口端上之至少三點的平面呈垂直的方向，係隨著轉向上方，而朝向接近前述頂部之中央部的方向延伸。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的成膜裝置，其中，前述氣流牆幕形成用的氣體流路，係從前述頂部中的前述外周部之與前述載置部對向的面，朝向上方延伸，且隨著轉向上方，而朝向接近前述頂部之中央部的方向延伸。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中之任一項所述的成膜裝置，其中，從前述反應氣體供應部，係使第1及第2反應氣體交替地供應至前述處理容器內，從前述氣流牆幕形成用的氣體流路，係使牆幕氣體，與前述第1及第2反應氣體之供應同步而間歇性地供應至前述間隙。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的成膜裝置，其中，從前述第1反應氣體開始導入前述處理容器內之導入開始時刻起，有所延遲之後，才開始前述牆幕氣體對前述間隙內之供應，從前述第1反應氣體結束導入前述處理容器內之導入結束時刻起，有所延遲之後，才結束前述牆幕氣體對前述間隙內之供應。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中之任一項所述的成膜裝置，其中，前述間隙之最小值，為0.3mm以上且10.0mm以下。
  8. 一種成膜方法，係使用成膜裝置而進行的成膜方法，其特徵為：前述成膜裝置，係具備：載置部，其是設置於處理容器內，可供基板載置；及頂部，其是與前述載置部對向配置；反應氣體供應部，其是連通於前述載置部與前述頂部之間的處理空間；以及環狀的蓋體構件，被覆前述載置部的外周部且在其與前述載置部的交界形成段差，前述頂部，具備有：形成於其下表面側的凹部、及位於前述凹部的外側的外周部；在前述載置部的外周部與前述頂部的外周部之間，係環於此等的圓周方向，存在有俯視觀察呈環狀的間隙，從前述反應氣體供應部經由前述頂部而供應至前述處理空間內的反應氣體，係經由環狀的前述間隙，朝向前述處理空間之外部流出，在施予前述間隙的前述頂部之前述外周部，係設置有氣流牆幕形成用的氣體流路；前述蓋體構件配置成：與前述氣體流路的氣體排出開口相對向，且讓從前述氣體流路排出的氣體碰撞於前述蓋體構件。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的成膜方法，其中，從前述反應氣體供應部，係使第1及第2反應氣體交替地供應至前述處理容器內，從前述氣流牆幕形成用的氣體流路，係使牆幕氣體，與前述第1及第2反應氣體之供應同步而供應至前述間隙。
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