成膜装置的制作方法

专利名称：成膜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种成膜装置，该成膜装置通过在容器内执行多次将彼此反应的至少两种反应气体依次供给到基板上的供给循环，从而层叠多层反应生成物而形成薄膜。
背景技术：
半导体集成电路(IC)的制造工艺之一例如有被称作ALD (Atomic Layer D印osition，原子层沉积)、MLD (Molecular Layer D印osition，分子层沉积)的成膜方法。 该成膜方法多利用所谓的旋转台式的ALD装置进行。本申请的申请人提出过该种ALD装置的一例(参照专利文献1)。在专利文献1的ALD装置中，将例如能载置5片基板的旋转台能旋转地配置在真空容器内，在旋转台的上方沿旋转台的旋转方向分开地设有用于向旋转台上的基板供给第 1反应气体的第1反应气体供给部和用于向旋转台上的基板供给第2反应气体的第2反应气体供给部。另外，在真空容器内设有分离区域，该分离区域用于分离被从第1反应气体供给部供给第1反应气体的第1处理区域和被从第2反应气体供给部供给第2反应气体的第 2处理区域。在分离区域设有分离气体供给部，其用于供给分离气体；顶面，其为了利用来自分离气体供给部的分离气体将分离区域维持成比第1处理区域的压力、第2处理区域的压力高的压力，与旋转台形成狭窄的空间。采用该种结构，由于利用被维持成高压力的分离区域分离第1处理区域和第2处理区域，因此能够将第1反应气体和第2反应气体充分地分离。而且，即使在使旋转台高速地旋转的情况下，也能将反应气体彼此分离开，能够提高制造生产率。专利文献1 日本特开2010-56470号公报但是，人们希望能够进一步提高ALD的生产率。为了满足该种要求，进行了通过在 ALD装置中设置多个真空容器来谋求ALD装置的实质性的大型化的研究。另外，也有通过使所用的基板大口径化来谋求提高生产率和降低I C制造成本的动向。但是，当使ALD装置实质性地大型化时，排气系统、用于供给反应气体的设备等也需要加强，可能导致ALD装置的制造成本的增加、占用面积的增加等。

发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种能够防止附带设备、占用面积的过度增大且能提高生产率的成膜装置。根据本发明的第1技术方案，提供如下这种成膜装置，该成膜装置在容器内向基板依次供给彼此反应的至少两种反应气体，层叠该两种反应气体的反应生成物的层而形成薄膜。该成膜装置包括第1旋转台，其能旋转地设于上述容器内，包括能分别载置直径为 300mm的基板的10个以上的基板载置区域；第1反应气体供给部，其配置在上述容器内的第1区域内，沿与上述第1旋转台的旋转方向相交的方向延伸，向上述第1旋转台供给第1 反应气体；第2反应气体供给部，其配置在沿上述第1旋转台的上述旋转方向与上述第1区
4域分开的第2区域内，沿与上述旋转方向相交的方向延伸，向上述第1旋转台供给第2反应气体；第1排气口，其设于上述第1区域；第2排气口，其设于上述第2区域；分离区域，其配置在上述第1区域与上述第2区域之间，包括分离气体供给部和顶面，该分离气体供给部喷出用于分离上述第1反应气体与上述第2反应气体的分离气体，在该顶面与上述第1旋转台之间划分出供自该分离气体供给部供给的上述分离气体流动的空间，且该顶面具有能将上述分离气体流动的该空间的压力维持得比上述第1区域中的压力和上述第2区域中的压力高的高度。采用本发明的实施方式，能够提供一种可防止附带设备、占用面积的过度增大且能提高生产率的成膜装置。


图1是示意性地表示本发明的第1实施方式的成膜装置的俯视图。图2是示意性地表示图1的成膜装置的剖视图。图3是说明图1的成膜装置的旋转台和用于固定旋转台的芯部的说明图。图4是图1的辅助线S的局部剖视图。图5是说明图1的成膜装置的旋转台的基板载置部的说明图。图6A是说明图1的成膜装置的优点的说明图。图6B是说明图1的成膜装置的优点的另一说明图。图7是表示图1的成膜装置的旋转台的变形例的图。图8是示意性地表示本发明的第2实施方式的成膜装置的俯视图。图9是表示图8的成膜装置所具有的气体喷射器(gas injector)的立体图。图10是表示图8的成膜装置所具有的气体喷射器的剖视图。图11是表示图8的成膜装置所具有的气体喷射器的、具有断裂面的局部放大立体图。图12是示意性地表示本发明的第3实施方式的成膜装置的俯视图。图13是用于说明本发明的实施方式的成膜装置的优点的曲线图。
具体实施例方式下面，参照所添加的

本发明的非限定性的例示的实施方式。在添加的所有附图中，对于相同或相对应的构件或零件，标注相同或相对应的参照附图标记，省略重复的说明。另外，附图不是以表示构件或零件间的相对比为目的，因而，具体的厚度、尺寸应该由本领域技术人员参照以下的非限定性的实施方式而决定。第1实施方式参照图1 图6B说明本发明的第1实施方式的成膜装置。如图1和图2所示，本实施方式的成膜装置10包括扁平的真空容器1，其具有大致为圆形的平面(俯视)形状； 旋转台2，其设于该真空容器1内，在真空容器1的中心具有旋转中心。如图2(图1的I-I剖视图)所示，真空容器1包括容器主体12，其为大致扁平的有底圆筒状；顶板11，其夹着例如O型密封圈等密封构件13气密地载置在容器主体12的上表面上。顶板11和容器主体12例如由铝(Al)等金属制成。
参照图1，在旋转台2上形成有多个用于载置晶圆的载置部24。详细而言，在本实施方式中，沿着旋转台2的外周缘在外侧设有11个载置部24，在这些载置部24的内侧设有5个载置部24。各载置部24在本实施方式中构成为凹部，为了能够载置具有300mm的直径的晶圆，各载置部24具有比该直径例如大4mm左右的内径，各载置部24具有与该晶圆的厚度大致相等的深度。由于载置部24如上述那样构成，因此，在将晶圆载置在载置部24中时，晶圆的表面与旋转台2的表面(未形成有载置部24的区域)处于相同的高度。即，由于不存在由晶圆的厚度引起的高度差，因此能够降低旋转台2上的气体的气流发生紊乱的可能性。另外，由于晶圆被收容在载置部24中，因此，即使旋转台2旋转，载置在载置部24 中的晶圆也不会向旋转台2的外侧飞出，能够停留在载置部24内。但是，为了使晶圆可靠地停留在载置部24中，也可以使用后述的晶圆导向环。另外，具有300mm的直径的晶圆(直径为300mm的晶圆)不是指直径严格地为 300mm，而是指作为直径是300mm的晶圆或直径是12英寸的晶圆在市面上销售的晶圆。后述的具有450mm的直径的晶圆(直径为450mm的晶圆)也是此意。另外，如图2所示，旋转台2在中央具有圆形的开口部，在开口部的周围利用圆筒形状的芯部21从上下夹持且保持旋转台2。详细而言，如图3所示，芯部21由上毂21a和下毂21b构成。在上毂21a的自芯部21的中心偏离了的位置形成有通孔127，在下毂21b 的与通孔127相对应的位置形成有螺纹孔128。通过将螺栓123隔着垫圈124插入到通孔 127中且拧入螺纹孔128中，上毂21a和下毂21b从上下按压旋转台2，由此能固定旋转台 2。通过卸下螺栓123，能够容易地进行例如旋转台2的更换。另外，在图3中表示了 1个螺栓123，但也可以设置多个通孔127和与之相对应的螺纹孔128，利用多个螺栓123将芯部 21固定在旋转台2上。芯部21的下毂21b固定在转轴221上，如图2所示，转轴221借助旋转轴222与驱动部23相连接。芯部21、转轴221和旋转轴222具有彼此共用的旋转轴线，由此能够利用驱动部23的旋转，使旋转轴222、转轴221、芯部21和旋转台2旋转。另外，转轴221和驱动部23收纳在上表面敞口的筒状的壳体20内。该壳体20借助设置在其上表面的凸缘部20a气密地安装在真空容器1的底部背面上，由此，壳体20的内部气氛被与外部气氛隔离开。再参照图1，在真空容器1内，在旋转台2的上方设有彼此分开的两个凸状部4A、 4B。如图所示，凸状部4A、4B具有大致扇形的上表面形状。扇形的凸状部4A、4B的顶部与突出部5的外周相接近，该突出部5包围芯部21地安装于顶板11，凸状部4A、4B的圆弧沿容器主体12的内周壁配置。凸状部4A、4B例如可以由铝等金属形成。为了方便说明，在图 1中省略表示顶板11，而凸状部4A、4B安装于顶板11的下表面。另外，虽然省略图示，但凸状部4B的结构也与凸状部4A大致相同，且同样地配置， 因此，以下说明凸状部4B，省略对凸状部4A的重复说明。参照图4，凸状部4B具有将凸状部4B两分割地沿径向延伸的槽部43，在槽部43 中收容有分离气体喷嘴42。如图1所示，分离气体喷嘴42自容器主体12的周壁部向真空容器1内导入而沿真空容器1的径向延伸。另外，分离气体喷嘴42的基端部安装在容器主体12的外周壁上，由此，与旋转台2的表面大致平行地支承分离气体喷嘴42。另外，在凸状部4A中同样地配置有分离气体喷嘴41。
分离气体喷嘴41 (42)与分离气体的气体供给源(未图示)相连接。分离气体可以是氮气(N2)、不活性气体，另外，只要是不影响成膜的气体即可，分离气体的种类没有特别限定。在本实施方式中，利用N2气体为分离气体。另外，分离气体喷嘴41 (42)具有用于向旋转台2的表面喷出N2气体的喷出孔41h(图4)。喷出孔41h具有大约0.5mm的口径，沿分离气体喷嘴41 (42)的长度方向以大约IOmm的间隔排列。另外，从分离气体喷嘴41 (42) 的下端到旋转台2的表面的间隔为0. 5mm 4mm。如图4(图1的辅助线S的剖视图)所示，利用旋转台2和凸状部4B形成具有高度hi (凸状部4B的下表面44距旋转台2的表面的高度)的分离空间H。优选高度hi例如为0. 5mm 10mm，更优选尽量小。但是，为了避免旋转台2的旋转振动使旋转台2与顶面44碰撞，优选高度hi为3. 5mm 6. 5mm左右。另一方面，在凸状部4B的两侧的区域形成有利用旋转台2的表面和顶板11的下表面划分出的第1区域481和第2区域482。第1 区域481和第2区域482的高度(从旋转台2到顶板11的高度)例如为15mm 150mm。 在第1区域481中设有反应气体喷嘴31，在第2区域482中设有反应气体喷嘴32。如图1 所示，这些反应气体喷嘴31、32自容器主体12的外周壁向真空容器1内导入，沿真空容器 1的径向延伸。在反应气体喷嘴31、32上形成有向下开口的多个喷出孔33(图4)，该喷出孔33沿反应气体喷嘴31、32的长度方向以大约IOmm的间隔排列，具有大约0. 5mm的口径。 自反应气体喷嘴31供给第1反应气体，自反应气体喷嘴32供给第2反应气体。在本实施方式中，在反应气体喷嘴31上连接有作为氧化硅膜的硅原料的双叔丁基氨基硅烷(BTBAS) 的供给源，在反应气体喷嘴32上连接有用于将BTBAS氧化而生成氧化硅的作为氧化气体的臭氧气体(O3)的供给源。在自分离气体喷嘴41供给氮气(N2)时，该N2气体自分离空间H向第1区域481 和第2区域482流动。由于分离空间H的高度如上所述那样比第1区域481和第2区域 482低，因此，能够容易地将分离空间H中的压力维持得比第1区域481中的压力和第2区域482中的压力高。换言之，优选使能够将分离空间H中的压力维持得比第1区域481中的压力和第2区域482中的压力高地设定凸状部4B的高度和宽度以及自分离气体喷嘴41 供给N2气体的供给量。为了进行该设定，更优选考虑第1反应气体和第2反应气体、旋转台 2的旋转速度等。这样，分离空间H能够对第1区域481和第2区域482提供压力屏障，由此，能够将第1区域481和第2区域482可靠地分离。S卩，在图4中，即使自反应气体喷嘴31向第1区域481供给第1反应气体(例如 BTBAS气体)，该第1反应气体利用旋转台2的旋转流向凸状部4B，也能利用形成于分离空间H的压力屏障，使该第1反应气体不能穿过分离空间H而到达第2区域482。另外，自反应气体喷嘴32供给到第2区域482中的第2反应气体(例如O3气体)也因形成于凸状部 4A(图1)的下方的分离空间H的压力屏障而不能穿过分离空间H到达第1区域481。艮口， 能够有效地抑制第1反应气体(例如BTBAS气体)和第2反应气体(例如O3气体)通过分离空间H而混合。根据本发明的发明人的研究可知，采用以上结构，即使在旋转台2以例如大约240rpm的旋转速度旋转的情况下，仍能更加可靠地分离BTBAS气体和O3气体。再参照图2，将固定旋转台2的芯部21包围起来地安装于顶板11的下表面的突出部5与旋转台2的表面相接近。在图示的例子中，突出部5的下表面处于与凸状部4A(4B) 的下表面44大致相同的高度，因而突出部5的下表面距旋转台2的高度与下表面44距旋转台2的高度hi相同。另外，芯部21与顶板11之间的间隔以及芯部21的外周与突出部5 的内周之间的间隔也设定为与高度hi大致相等。另一方面，分离气体供给管51与顶板11 的上部中央相连接，由此能够供给N2气体。利用自分离气体供给管51供给的N2气体，能够使芯部21与顶板11之间的空间、芯部21的外周与突出部5的内周之间的空间和突出部5 与旋转台2之间的空间(以下为了方便说明，有时将这些空间称作中央空间)具有比第1 区域481和第2区域482高的压力。即，中央空间能够对第1区域481和第2区域482提供压力屏障，由此，能够可靠地分离第1区域481和第2区域482。即，能够有效地抑制第1 反应气体(例如BTBAS气体)和第2反应气体(例如O3气体)通过中央空间而混合。如图2所示，在旋转台2与容器主体12的底部之间的空间内设有作为加热部的环状的加热单元7，由此能够将旋转台2上的晶圆W隔着旋转台2加热到规定的温度。另外， 在旋转台2的下方和外周的附近包围加热单元7地设有块状构件71a。因此，从加热单元7 的外侧区域划分出供加热单元7放置的空间。为了防止气体自块状构件71a流入到块状构件71a的内侧，在块状构件71a的上表面与旋转台2的下表面之间维持微小的间隙地配置。 在收容有加热单元7的区域中，为了吹扫该区域，以贯穿容器主体12的底部的方式隔开规定间隔地连接有多个吹扫气体供给管73。另外，在加热单元7的上方，利用块状构件71a和后述的隆起部R支承用于保护加热单元7的保护板7a，由此，即使BTBAS气体、O3气体流入到设有加热单元7的空间内，保护板7a也能保护加热单元7。优选保护板7a由例如石英制成。另外，加热单元7可以例如由同心圆状地配置的多个灯加热器构成。这样，通过独立地控制各灯加热器，能够使旋转台2的温度均勻化。进一步参照图2，在容器主体12的底部，在环状的加热单元7的内侧具有隆起部 R0隆起部R的上表面与旋转台2和芯部21相接近，在隆起部R的上表面与旋转台2的背面之间以及隆起部R的上表面与芯部21的背面之间留有微小的间隙。另外，容器主体12 的底部具有供转轴22穿过的中心孔。该中心孔的内径比转轴22的直径稍大，留有供凸缘部20a通过而与壳体20相连通的间隙。吹扫气体供给管72与凸缘部20a的上部相连接。采用该种结构，如图2所示，N2气体自吹扫气体供给管72通过转轴22与容器主体 12的底部的中心孔之间的间隙、芯部21与旋转台2的底部的隆起部R之间的间隙以及隆起部R与旋转台2的背面之间的间隙而流向加热单元7下方的空间。另外，N2气体自吹扫气体供给管73流向加热单元7下方的空间。并且，这些N2气体通过块状构件71a与旋转台 2的背面之间的间隙而流入排气口 61。以这种方式流动的N2气体作为抑制BTBAS气体(O3 气体)的反应气体在旋转台2下方的空间回流而与O3气体(BTBAS气体)混合的分离气体而发挥作用。另外，参照图1，在容器主体12的内周面与旋转台2的外周缘之间的空间的、与凸状部4A的下部抵接的位置设有弯曲部46A，在与凸状部4B的下部抵接的位置设有弯曲部 46B。弯曲部46A和46B的结构相同，因此参照图2说明弯曲部46A。如图所示，在本实施方式中，弯曲部46A与凸状部4A —体地形成。弯曲部46A大致填满旋转台2与容器主体12 之间的空间，阻止来自反应气体喷嘴31的第1反应气体(BTBAS气体)通过该空间而混合。 弯曲部46A与容器主体12之间的间隙的大小以及弯曲部46A与旋转台2之间的间隙的大小例如可以与从旋转台2到凸状部4的顶面44的高度h 1大致相同。另外，由于存在弯曲部46A，因此，来自分离气体喷嘴41(图1)的N2气体很难向旋转台2的外侧流动。由此，能够有助于较高地维持分离空间H(凸状部4A的下表面44与旋转台2之间的空间)的压力。 另外，当在弯曲部46A的下方设有块状构件71b时，能够进一步抑制分离气体流至旋转台2 的下方，因此更优选这样设置。另外，考虑到旋转台2的热膨胀，优选将弯曲部46A、46B与旋转台2之间的间隙设定为在旋转台2被后述的加热单元加热了的情况下达到上述间隔(h 1左右)。另外，如图1所示，在第1区域481中，容器主体12的一部分向外侧扩展，在该扩展的部分的下方形成有排气口 61，在第2区域482中，容器主体12的一部分也向外侧扩展， 在该部分的下方形成有排气口 62。排气口 61、62分别或共同与例如包括压力调整器和涡轮分子泵等的排气系统相连接，由此，能够调整真空容器1内的压力。排气口 61、62分别针对第1区域481和第2区域482形成，因此主要对第1区域481和第2区域482进行排气，因而，如上所述，能够使第1区域481和第2区域482的压力低于分离空间H的压力。另外， 排气口 61设在反应气体喷嘴31与凸状部4B之间，该凸状部4B相对于该反应气体喷嘴31 位于沿旋转台2的旋转方向A的下游侧。排气口 62靠近凸状部4A地设置在反应气体喷嘴 32与凸状部4A之间，该凸状部4A相对于该反应气体喷嘴32位于沿旋转台2的旋转方向A 的下游侧。由此，自反应气体喷嘴31供给的第1反应气体(例如B TBAS气体)全部自排气口 61排出，自反应气体喷嘴32供给的第2反应气体(O3气体)全部自排气口 62排出。 即，该种排气口 61、62的配置方式有助于分离两反应气体。参照图1，在容器主体12的周壁部形成有输送口 15。利用输送臂10将晶圆W通过输送口 15输送到真空容器1中或自真空容器1输送到外部。在该输送口 15处设有闸阀 15a，由此能够开闭输送口 15。接下来，参照图5，说明与输送臂10进行协作而将晶圆载置在旋转台2上或将晶圆自旋转台2搬出的提升销(lift pin)和晶圆导向环。图5的(a)是表示旋转台2的一部分的立体图。如图所示，在旋转台2的载置部24上形成有3个通孔，且设有能够通过这些各个通孔上下动作的提升销16a。3个提升销16a支承推进器P，能够使推进器P上下动作。 另外，在载置部24上形成有锪孔部24b，该锪孔部24b能够收容推进器P，且具有与推进器 P的形状相对应的形状。在提升销16a下降而将推进器P收容在锪孔部24b中时，推进器P 的上表面与载置部24的底面位于相同的高度。另外，如图5的(b)所示，在载置部24的外周形成有晶圆支承部24a。晶圆支承部24a沿载置部24的外周形成有多个(例如8个)， 向载置部24载置的晶圆W由晶圆支承部24a支承。由此，能在晶圆W与载置部24的底面之间维持一定的间隔，晶圆W的背面不会与载置部24的底面直接接触。因此，能够利用旋转台2隔着晶圆与载置部24的底面之间的空间加热晶圆，由此能够均勻地加热晶圆W。再参照图5的(a)，在载置部24的周围形成有圆形的导向槽18g，在该导向槽18g 嵌合有晶圆导向环18。图5的(c)表示与导向槽18g嵌合的晶圆导向环18。如图所示，晶圆导向环18具有比晶圆W的外径稍大的内径，在晶圆导向环18与导向槽18g嵌合时，晶圆 W配置在晶圆导向环18的内侧。另外，在晶圆导向环18的上表面设有爪部18a。爪部18a 不与晶圆W接触，而从晶圆W的外缘朝向晶圆导向环18的内方延伸至稍靠内侧的位置。例如，在真空容器1内因某些原因而发生了急剧的压力变动的情况下，该压力变动可能使晶圆W自载置部24飞出。但是，由于能够利用设于晶圆导向环18的爪部18a来按压晶圆W，因此能够将晶圆W维持在载置部24内。另外，在导向槽18g的外侧设有用于使晶圆导向环18升降的4个升降销16b。在升降销16b举起起晶圆导向环18的期间内，利用输送臂10(图1)将晶圆W搬入到旋转台 2与晶圆导向环18之间。当利用提升销16a举起推进器P、推进器P自输送臂10接收晶圆 W时，输送臂10退出，提升销16a下降而将推进器P收容在载置部24的锪孔部24b内。由此，晶圆W被晶圆支承部24a支承而载置在载置部24上。然后，当升降销16b下降而将晶圆导向环18收容在导向槽18g中时，利用晶圆导向环18将晶圆W可靠地收容在载置部24 中。另外，如图1所示，本实施方式的成膜装置10设有用于控制装置整体的动作的控制部100。该控制部100包括用户接口部100b、存储装置IOOc和例如由计算机构成的工艺控制器100a。用户接口部IOOb包括显示成膜装置的动作状况的显示器和用于供成膜装置的操作者选择工艺制程程序或供工艺管理者改变工艺制程程序的参数的键盘、触摸面板 (未图示)等。存储装置IOOc用于存储使工艺控制器IOOa实施各种工艺的控制程序、工艺制程程序和各种工艺中的参数等。另外，在这些程序中，有的程序具有例如用于进行后述的成膜方法的步骤组。按照来自用户接口部IOOb的指示，利用工艺控制器IOOa读取并执行这些控制程序、工艺制程程序。另外，这些程序可以存储在计算机可读存储介质IOOd中，通过与存储介质IOOd相对应的输入输出装置(未图示)而安装到存储装置IOOc中。计算机可读存储介质IOOd可以是硬盘、⑶、⑶-R/RW、DVD-R/RW、软盘、半导体存储器等。另外，程序也可以借助通信线路下载到存储装置IOOc中。接下来，适当地参照以上参照过的

本实施方式的成膜装置10的动作(成膜方法)。首先，使旋转台2旋转，使旋转台2内侧的5个载置部24中的1个载置部24与输送口 15对齐，打开闸阀15a。然后，在利用升降销16b举起晶圆导向环18时，利用输送臂 10将晶圆W通过输送口 15搬入到真空容器1内，保持在旋转台2与晶圆导向环18之间。 晶圆W由被升降销16a举起的推进器P接收，在输送臂10自真空容器1退出之后，利用提升销16a和推进器P将晶圆W载置在载置部24中。然后，利用升降销16b使晶圆导向环18 与导向槽18g嵌合。反复进行5次上述一连串的动作，在旋转台2的内侧的5个载置部24 中分别载置晶圆W。然后，以同样的方法在旋转台2的外侧的11个载置部24中分别载置晶圆W，晶圆W的输送结束。接着，利用未图示的排气系统对真空容器1内进行排气，并且自分离气体喷嘴41、 42、分离气体供给管51和吹扫气体供给管72、73供给N2气体，利用未图示的压力调整器将真空容器1内的压力维持在预先设定好的压力。接着，使旋转台2俯视看来开始顺时针旋转。利用加热单元7预先将旋转台2加热到规定温度(例如300°C )，晶圆W由于被载置在旋转台2上而被加热。在晶圆W被加热而维持在规定温度后，通过反应气体喷嘴31向第1 区域481供给BTBAS气体，通过反应气体喷嘴32向第2区域482供给O3气体。在晶圆W通过反应气体喷嘴31的下方时，BTBAS分子吸附于晶圆W的表面，在晶圆 W通过反应气体喷嘴32的下方时，O3分子吸附于晶圆W的表面，BTBAS分子被O3氧化。因而，在利用旋转台2的旋转使晶圆W在第1区域481和第2区域482这两者中通过了一次时，在晶圆W的表面上形成氧化硅的一分子层(或两层以上的分子层)。反复进行该动作，在晶圆W的表面上堆积具有规定膜厚的氧化硅膜。在堆积了具有规定膜厚的氧化硅膜后， 停止供给BTBAS气体和O3气体，使旋转台2停止旋转。然后，利用输送臂10以与搬入动作相反的动作将晶圆W自真空容器1搬出，成膜工艺结束。采用本实施方式的成膜装置10，能够在旋转台2上载置11片具有300mm的直径的晶圆，因此，与在旋转台上载置例如5片晶圆的情况相比，能够将生产率提高到2. 2倍。另外，与具有两个设有能载置例如5片300mm的晶圆的旋转台2的真空容器的成膜系统相比，本实施方式的成膜装置10具有以下优点。图6A的(a)是作为比较例的成膜系统，该成膜系统包括两个真空容器10c、与这两个真空容器IOc相连接的真空输送室106、 经由加载互锁真空室105a 105c与真空输送室106相连接的大气输送室102和用于载置与大气输送室102结合的FOUP (Front-Opening Unified Pod，前开式晶圆传送盒)等晶圆承载件的工作台F。如图所示，在真空容器IOc内设有具有5个能载置300mm的晶圆的载置部240的旋转台200。另一方面，图6A的(b)所示的成膜系统包括本发明的实施方式的成膜装置10、真空输送室106、经由加载互锁真空室105a 105c与真空输送室106相连接的大气输送室102和用于载置与大气输送室102结合的晶圆承载件的工作台F。图6B的(a) 是与图6A的(a)的成膜系统相对应地配置在例如无尘室地面的空间内的附带设备的图。 如图所示，与两个真空容器IOc相对应地设有两个变压器TS、两个臭氧生成器0G、两个冷机 CH,4个排气装置ES和两个除害设备TT。另外，在这些设备的周围设有用于保养检查这些设备的空间MS。这些空间MS总计需要约5. 4mX约4m =约21. 6m2的空间。另一方面，如图6B的(b)所示，采用具有本发明的实施方式的成膜装置10的成膜系统(图6A的(b))， 虽然各设备稍微大型化，但每种设备只需设置1个，因此约5. 4mX约3m =约16. 2m2左右的空间就足够了。即，能够节省约25% ((21.6-16. 2)/16. 2 = 0.25)的空间。另外，关于在图6A的(a)、(b)中分别表示的成膜系统彼此的占用面积的差，由于真空输送室106等大致相同，因此相当于两个真空容器IOc与1个真空容器1的差。比较例的真空容器IOc的外径约为1. 6m,因此由(1. 6/2)2X 3. 14X 2得出，两个真空容器IOc的专有面积为4. 02m2。另一方面，真空容器1的外径约为2. 4m，因此由(2.4/2)2X3. 14得出，真空容器1的专有面积为4. 52mm2。因而，图6A的(b)所示的成膜系统的占用面积较大。但是，例如真空输送室106和真空容器1 (IOc)等与外部环境隔离的装置也可以配置在无尘室的维护区等清洁度较低的环境中。于是，几乎没有对无尘室内的专有面积的增大的影响。另外，采用本实施方式的成膜装置10，由于凸状部4A、4B与旋转台2之间的分离空间H(参照图4)的高度hi低于第1区域481和第2区域482的高度，因此，利用自分离气体喷嘴41、42的N2气体的供给，能够将分离区域H的压力维持成比第1区域481中的压力和第2区域482中的压力高的压力。因而，能够容易地分离第1区域481和第2区域482。 换言之，第1反应气体和第2反应气体几乎不会在真空容器1内的气相中混合。另外，由于反应气体喷嘴31、32与旋转台2的上表面相接近且与顶板11分开，因此，自分离空间H流向第1区域481和第2区域482的N2气体容易在反应气体喷嘴31、32与顶板11之间的空间内流动。因而，能够利用N2气体将分别自反应气体喷嘴31、32供给的第1反应气体和第 2反应气体大幅度地稀释。另外，在本实施方式中，旋转台2并不限定于图1所示的具有11个载置部24的结构，可以变形成各种结构。例如，如图7的(a)所示，也可以在旋转台2的内侧设置5个能载置直径为300mm的晶圆的载置部24，在旋转台2的外侧设置10个能载置直径为300mm的晶圆的载置部24。另外，如图7的(b)所示，也可以仅在外侧(沿外周的区域)设置11个载置部24，还可以设置10个载置部24。在仅在外侧设有载置部24的情况下，与在内侧设有5个载置部24的情况相比，也能增加生产率。第2实施方式接下来，参照图8 图11说明本发明的第2实施方式的成膜装置100。另外，以下以与第1实施方式的成膜装置10的不同点为中心进行说明，省略说明实际相同的结构。如图8所示，在成膜装置100的旋转台2a上设有5个能载置直径为450mm的晶圆的载置部24。也可以在旋转台2a上设置参照图5说明过的晶圆支承部24a、提升销16a、晶圆导向环18、爪部18a和升降销16b等。另外，在成膜装置100中设有3根用于供给第1反应气体(例如BTBAS气体)的反应气体喷嘴31A、31B、31C。这些喷嘴贯穿容器主体12的侧周壁而向真空容器1内导入， 沿旋转台2a的径向与旋转台2a的上表面大致平行地被支承。反应气体喷嘴31A 31C的下端与旋转台2a的上表面之间的间隔例如可以是0. 5mm 4mm。如图所示，反应气体喷嘴 31A、31B、31C的长度各不相同，按照反应气体喷嘴31A、反应气体喷嘴31B、反应气体喷嘴 31C的顺序依次变短。另外，在这些反应气体喷嘴31A 31C上设有朝向旋转台2a开口的多个喷出孔(省略图示)，该多个喷出孔沿反应气体喷嘴31A 31C各自的长度方向以规定的间隔排列。喷出孔的直径可以约为0.5mm。另外，各反应气体喷嘴31A、31B、31C利用分别设有质量流量控制器等流量控制器的配管(未图示)与供给第1反应气体的反应气体供给源相连接。由此，能够独立地控制自各反应气体喷嘴31A、31B、31C供给的第1反应气体的流量。采用反应气体喷嘴31A、31B、31C，通过自反应气体喷嘴31A沿旋转台2a的径向均勻地供给第1反应气体，并且也自例如反应气体喷嘴31B、31C供给第1反应气体，能够抑制在旋转台2a的外缘附近的区域中的第1反应气体的实质性的浓度的下降。在旋转台2a的外缘附近的区域中，线速度较大，气体流速快，因此也存在第1反应气体不易吸附于晶圆的状况。但是，通过也自反应气体喷嘴31B、31C供给第1反应气体，能够促进旋转台2a的外缘附近的区域中的第1气体的吸附。另外，在成膜装置100中设有气体喷射器320。以下，参照图9 11说明气体喷射器320。气体喷射器320具有利用等离子体使规定的气体活化而向晶圆供给该气体的功能。如图9所示，气体喷射器320具有扁平且细长的长方体形状的气体喷射器主体 321，如图9和图10所示，该气体喷射器主体321的内部为空腔。气体喷射器320例如由耐等离子蚀刻性优异的石英制成。在内部的空腔中形成有利用沿长度方向延伸的分隔壁324划分而成的宽度不同的两个空间，一个空间是用于使规定的气体等离子化的气体活化室323， 另一个空间是用于向该气体活化室323均勻地供给规定的气体的气体导入室322。如图11 所示，气体活化室323的宽度与气体导入室322的宽度之比例如大约为2 3，气体导入室 322的容积较大。如图10和图11所示，在气体导入室322内，沿气体喷射器主体321的侧壁、即沿分隔壁324从基端侧向前端侧延伸地配置有管状的气体导入喷嘴34。在该气体导入喷嘴34的与分隔壁324面对的侧周壁上，沿喷嘴34的长度方向隔开间隔地穿设有气孔341，能够向气体导入室322内喷出规定的气体。另一方面，气体导入喷嘴34的基端侧在气体喷射器主体321的侧壁部与气体导入部39(图9)相连接，该气体导入部39与未图示的气体供给源相连接。自该气体供给源通过气体导入部39向喷嘴34提供规定的气体。在与气体导入喷嘴34的气孔341面对的分隔壁324的上部，在相当于与气体喷射器主体321的顶面相连接的连接部的高度位置，沿气体导入室322的长度方向(沿后述的电极36a、36b的长度方向)隔开间隔地设有在长度方向上细长的矩形的作为连通孔的缺口部325，能够将被供给到气体导入室322内的规定的气体供给到气体活化室323的上方。这里，例如从气体导入喷嘴34的气孔341到分隔壁324的距离“Li”设定为如下距离能够使例如从相邻的气孔341喷出的气体在气体导入室322内沿长度方向扩散、混合，沿该长度方向形成均勻的浓度而流入到各缺口部325。在气体活化室323内，两根由电介质构成的例如陶瓷制的鞘管35a、35b从该空间 323的基端侧向前端侧沿分隔壁324延伸，这些鞘管35a、35b隔开间隔地沿水平方向彼此平行地配置。在各鞘管35a、35b的管内，从基端部向前端部贯穿有例如耐热性优异的镍合金制的例如直径为5mm左右的电极36a、36b (图10)。由此，一对电极36a、36b配置为以被作为鞘管35a、35b的材料的陶瓷包覆的状态例如隔开2mm IOmm间的例如4mm的间隔地彼此平行地延伸。各电极36a、36b的基端侧伸出到气体喷射器主体321的外部，在真空容器 1的外部借助匹配器与高频电源(均未图示)相连接。通过向这些电极36a、36b供给例如 13. 56MHz、例如IOW 200W的范围内的例如100W的高频电力，在两根鞘管35a、35b间的等离子体产生部351内流动的规定的气体被电容耦合型等离子体方式等离子化(活化)。另外，两根鞘管35a、35b贯穿气体喷射器主体321的基端部侧的侧壁而伸出到外部，这些鞘管 35a、35b被固定在气体喷射器主体321的侧壁部上的例如陶瓷制的保护管37包覆。并且，气体喷射器主体321的在该等离子体产生部351下方的底面，沿气体喷射器主体321的长度方向、即沿电极36a、36b的长度方向隔开间隔地排列有气体喷出孔33，该气体喷出孔33用于将在该等离子体产生部351中等离子化而随后被活化了的规定气体向下方喷出。另外，如图10所示，从鞘管35b的顶部到气体活化室351的顶面的距离“h2”和从鞘管35b的侧壁面到鞘管35b所面对的分隔壁324的距离“W”的关系例如为“h2 ^ w”，因此，与在分隔壁324与鞘管35b之间的空间通过相比，自气体导入室322向气体活化室323 流入的规定的气体主要通过两个鞘管35a、35b之间而流向气体喷出孔33。具有以上说明的结构的气体喷射器主体321例如以下述方式配置，S卩，通过将上述导入部39、保护管37固定在容器主体12的侧周壁上，形成为悬臂支承气体喷射器主体 321的基端侧且使气体喷射器主体321的前端侧向旋转台2的中心部延伸的状态。另外，将气体喷射器主体321的底面调节为如下高度位置，即，从气体活化室323的气体喷出孔33 到载置在旋转台2的凹部24中的晶圆W表面的距离例如达到Imm IOmm的范围中的例如 10mm。这里，气体喷射器主体321构成为相对于容器主体12装卸自如，在保护管37与容器主体12相连接的连接部，例如使用未图示的0型密封圈维持真空容器1内的气密状态。作为向气体喷射器320的气体喷嘴34供给的规定气体，例如可以是O2气体。在该情况下，可以将活化了的O2气体供给到晶圆W，因此，能够使吸附于晶圆的BTBAS分子被O3 气体氧化而产生的氧化硅膜致密化，或者能够去除氧化硅膜中的有机物等杂质。另外，规定
13的气体也可以是氨气(NH3)。采用氨气，能够使活化了的NH3分子或氮自由基等吸附于利用 BTBAS和O3产生的一个分子(或多个分子)层的氧化硅膜，由此能够堆积氮氧化硅膜。采用第2实施方式的成膜装置100，由于能够在旋转台2a上载置5片直径为450mm 的晶圆，因此与载置5片例如直径为300mm的晶圆的情况相比，能够提高实质性的生产率。另外，由于在成膜装置100中设有3根用于供给第1反应气体的反应气体喷嘴 31A、31B、31C，因此能够使第1反应气体沿旋转台2a的径向均勻地吸附，由此能够使晶圆上的膜厚、膜质均勻化。此外，由于在成膜装置100中设有气体喷射器320，因此能够使气体活化后供给该气体，具有能够对利用自反应气体喷嘴31、32分别供给的第1反应气体和第2反应气体产生的膜进行改性的优点。第3实施方式接下来，参照图12说明本发明的第3实施方式的成膜装置。如图所示，在本实施方式的成膜装置101中，作为旋转台，使用图7的(b)所示的旋转台。在该旋转台2上沿该旋转台2的外周缘形成有11个载置部24，内侧没有载置部24。在本实施方式中，与旋转台 2的没有载置部的内侧(的区域)相对应地突出部5的外径较大。此外，凸状部4A、4B的内圆弧的长度也相应变大。在上述这些结构上，本实施方式的成膜装置101与第1实施方式的成膜装置10不同，其他结构实际相同。采用该种结构，突出部5与旋转台2之间的空间变大，因此能够可靠地抑制来自反应气体喷嘴31的第1反应气体和来自反应气体喷嘴32的第2反应气体通过突出部5和芯部21的周边的区域而混合。另外，凸状部4A、4B的内圆弧变长，因此能够可靠地抑制来自反应气体喷嘴31的第1反应气体和来自反应气体喷嘴32的第2反应气体通过突出部5和凸状部4A、4B的边界区域而混合。在真空容器1内的压力较低的情况(例如ITorr)下，凸状部4A、4B与旋转台2之间的分离空间H(图4)的压力和第1区域481及第2区域482的压力之差变小，分离效果可能下降，但采用本实施方式，由于能够增加分离空间H的沿旋转台2的旋转方向的长度，因此能够获得充分的分离效果。另夕卜，由于能够在旋转台2上载置11片直径为300mm的晶圆，因此与例如能够载置5片的情况相比，可以提高生产率。以上，参照几个实施方式说明了本发明，但本发明并不限定于所公开的实施方式， 可以参照所添加的权利要求，进行各种变更和变形。例如，也可以将第2实施方式的成膜装置100的旋转台2a设于第1实施方式的成膜装置10中，还可以将第1实施方式的成膜装置10的旋转台2设于第2实施方式的成膜装置100中。另外，也可以将图7所示的旋转台2设于第2实施方式的成膜装置100中。艮口， 在本发明的实施方式的成膜装置中，通过更换能载置300mm的直径的晶圆的旋转台和能载置450mm的直径的晶圆的旋转台，既能在300mm的直径的晶圆上堆积膜，又能在450mm的直径的晶圆上堆积膜。即，采用本发明的实施方式的成膜装置，具有如下优点，即，即使在从直径为300mm的晶圆转变成直径为450mm的晶圆的情况下，也不用导入直径为450mm的晶圆用的成膜装置或进行大规模的改装，能够应对直径为450mm的晶圆。另外，可以利用参照图3说明过的芯部21的拆卸处理，容易地更换旋转台。另外，形成于旋转台上的载置部24的数量不限定于例示的数量，可以适当地变更。例如在增加载置部24的数量时，能够减少每片晶圆所需的N2气体，能够降低制造成本。 图13表示利用计算机模拟求得的用凸状部4A、4B与旋转台2(2a)之间的分离空间H分离第1反应气体和第2反应气体所需的、要自分离气体喷嘴41、42供给的N2气体的流量的结果。详细而言，考虑到能载置一定片数的晶圆的旋转台的直径、能收容该旋转台的真空容器的大小和该真空容器中的凸状部4A、4B的大小等，将晶圆片数表示为函数。如图所示，随着增大旋转台的直径，能载置在旋转台上的晶圆(直径为300mm)的数量也增加。于是，真空容器也变大，因此，要供给的N2气体的流量也增加。但是，与晶圆片数的增加(真空容器也变大)无关，换算成每片晶圆所需的流量的N2气体的流量反倒减少。另外，在上述实施方式中，槽部43形成为将凸状部4两等分，但在其他实施方式中，例如也可以使凸状部4的旋转台2的旋转方向上游侧扩宽地形成槽部43。另外，在成膜装置10、100、101中，也可以不是自容器主体12的周壁部导入反应气体喷嘴31、32，而是自真空容器1的中心侧导入这些喷嘴。此外，也可以相对于径向呈规定角度地导入反应气体喷嘴31、32。另外，在第2实施方式中，使用3根反应气体喷嘴31A、31B、31C来供给第1反应气体(例如BTBAS气体)，但也可以取而代之地使用长度互不相同的多根气体喷嘴供给第2反应气体(例如O3气体)，或者除了使用3根反应气体喷嘴31A、31B、31C来供给第1反应气体(例如BTBAS气体)以外，还使用长度互不相同的多根气体喷嘴供给第2反应气体(例如O3气体)。另外，也可以将该种多根喷嘴设置在第1实施方式的成膜装置10、第3实施方式的成膜装置101中。此外，也可以将第2实施方式中的气体喷射器320设在第1实施方式的成膜装置10、第3实施方式的成膜装置101中。另外，优选凸状部4A、4B的沿旋转台2的旋转方向的长度例如是与载置在旋转台 2内侧的载置部24中的晶圆的中心所通过的路径相对应的圆弧的长度，是晶圆W的直径的大约1/10 大约1/1，优选为晶圆W的直径的大约1/6以上。由此，能够容易地将分离空间 H维持为高压力。本发明的实施方式的成膜装置不限定于用于氧化硅膜的成膜，也可以应用在氮化硅的分子层成膜中。另外，也可以进行使用了三甲基铝(TMA)和O3气体的氧化铝(Al2O3)的分子层成膜、使用了四(二乙基氨基)锆(TEMAZr)和O3气体的氧化锆(ZrO2)的分子层成膜、使用了四(乙基甲基氨基)铪(TEMAH)和O3气体的二氧化铪(HfO2)的分子层成膜、使用了双(四甲基庚二酮酸)锶(Sr(THD)2)和O3气体的氧化锶(SrO)的分子层成膜、使用了 (甲基戊二酮酸)双(四甲基庚二酮酸)钛(Ti(MPD) (THD))和O3气体的氧化钛(TiO2)的分子层成膜等。另外，也可以不利用O3气体，而是利用氧等离子体。组合使用上述这些气体，当然也能起到上述效果。本申请基于2010年9月3日向日本专利厅提交的日本特许出愿2010-197953号要求优先权，并在此引用其全部内容。
权利要求
1.一种成膜装置，该成膜装置在容器内向基板依次供给彼此反应的至少两种反应气体，层叠该两种反应气体的反应生成物的层而形成薄膜，该成膜装置包括第1旋转台，其能旋转地设于上述容器内，包括能分别载置直径为300mm的基板的10 个以上的基板载置区域；第1反应气体供给部，其配置在上述容器内的第1区域内，沿与上述第1旋转台的旋转方向相交的方向延伸，向上述第1旋转台供给第1反应气体；第2反应气体供给部，其配置在沿上述第1旋转台的上述旋转方向与上述第1区域分开的第2区域内，沿与上述旋转方向相交的方向延伸，向上述第1旋转台供给第2反应气体；第1排气口，其设于上述第1区域； 第2排气口，其设于上述第2区域；分离区域，其配置在上述第1区域与上述第2区域之间，包括分离气体供给部和顶面， 该分离气体供给部喷出用于分离上述第1反应气体与上述第2反应气体的分离气体，在该顶面与上述第1旋转台之间划分出供自该分离气体供给部供给的上述分离气体流动的空间，且该顶面具有能将上述分离气体流动的该空间的压力维持得比上述第1区域中的压力和上述第2区域中的压力高的高度。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，该成膜装置还具有以上述第1旋转台能旋转的方式能装卸地支承上述第1旋转台的支承部；利用上述支承部，能够将上述第1旋转台更换为第2旋转台，该第2旋转台包括能分别载置直径为450mm的基板的5个以上的基板载置区域。
3.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，上述第1反应气体供给部和第2反应气体供给部均具有或其中一方具有沿与上述旋转方向相交的方向延伸的、长度互不相同的多个气体喷嘴。
4.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，该成膜装置还具有气体喷射器，该气体喷射器包括 流路形成构件，其被分隔壁划分成气体活化室和气体导入室； 气体导入部，其用于将处理气体导入到上述气体导入室内；一对电极，其设置为在上述气体活化室内沿上述分隔壁彼此平行延伸，施加用于使气体活化的电力；连通孔，其沿电极的长度方向设于上述分隔壁上，用于将上述气体导入室内的气体供给到上述气体活化室内；气体喷出口，其沿上述电极的长度方向设于上述气体活性室，用于喷出在上述气体活化室中被活化了的气体。
5.根据权利要求1所述的成膜装置，其中， 上述第1旋转台包括槽部，其包围上述基板载置区域；晶圆导向环，其具有比上述基板的直径大的内径，能与上述槽部嵌合，上述晶圆导向环具有爪部，该爪部延伸到比载置在上述晶圆导向环内侧的上述基板的外缘靠内侧的位置。
6.根据权利要求2所述的成膜装置，其中， 上述第2旋转台包括 槽部，其包围上述基板载置区域；晶圆导向环，其具有比上述基板的直径大的内径，能与上述槽部嵌合， 上述晶圆导向环具有爪部，该爪部延伸到比载置在上述晶圆导向环内侧的上述基板的外缘靠内侧的位置。
全文摘要
本发明提供一种成膜装置。该成膜装置包括旋转台，包括能分别载置直径为300mm的基板的10个以上的载置区域；第1反应气体供给部，配置在容器内的第1区域，向旋转台供给第1反应气体；第2反应气体供给部，配置在沿旋转台的旋转方向与第1区域分开了的第2区域，向旋转台供给第2反应气体；第1排气口和第2排气口，与第1区域和第2区域相对应；分离区域，配置在第1区域与第2区域之间，包括分离气体供给部和顶面，分离气体供给部喷出用于分离第1反应气体和第2反应气体的分离气体，在顶面与旋转台之间划分供自分离气体供给部供给的分离气体流动的空间，顶面具有能够将该空间的压力维持得比第1区域和第2区域中的压力高的高度。
文档编号C23C16/458GK102383110SQ20111026114
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月2日 优先权日2010年9月3日
发明者冈部庸之, 加藤寿, 本间学, 熊谷武司, 竹内靖 申请人:东京毅力科创株式会社