衬底处理装置、半导体器件的制造方法及衬底处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及衬底处理装置、半导体器件的制造方法及衬底处理方法。
【背景技术】
[0002]在半导体器件的制造工序中，对晶片等衬底进行各种各样的工艺处理。作为工艺处理的一种，例如有利用交替供给法进行的薄膜形成处理。交替供给法为下述方法:对作为处理对象的衬底交替地供给原料气体及与该原料气体反应的反应气体这至少两种处理气体，使这些气体在衬底表面进行反应从而一层一层地形成膜，使该每一层的膜层合，从而形成所希望膜厚的膜。
[0003]作为利用交替供给法进行薄膜形成处理的衬底处理装置的一个方案，有具有如下结构的衬底处理装置。即，该方案的衬底处理装置中，处理室内被划分为:形成第一处理气体气氛的第一处理区域、形成第二处理气体气氛的第二处理区域和介于这两个区域之间将两个区域的气氛分离的吹扫区域。而且，形成如下结构:在处理室内使衬底载置台移动，使所述衬底载置台上的衬底依次通过各区域，由此对所述衬底进行薄膜形成处理(例如，参见专利文献1)。
[0004]专利文献1:日本特开2011-222960号公报
【发明内容】
[0005]然而，上述现有结构的衬底处理装置未必能对作为处理对象的衬底以高暴露量均匀地供给气体。例如，在从各区域的一端侧供给气体从另一端侧排出气体的情况下，可能会产生下述问题:在衬底的面内，所述一端侧的气体暴露量充分，而所述另一端侧的气体暴露量不足。此外，如果想要充分地确保对衬底的气体暴露量，则有可能导致成膜处理的生产量降低。例如，在各区域中衬底的上部空间宽的情况下，可能引起如下状况:该宽空间导致气体扩散从而无法确保高的气体流速，使气体扩散遍布到衬底的面上需要时间，或该区域的气体供给、气体排出等需要时间。
[0006]因此，本发明的目的在于提供一种能对衬底均匀地供给高暴露量的气体、并且能以高生产量进行处理的技术。
[0007]根据本发明的一个方案，提供一种衬底处理装置，其包括:
[0008]处理室，其具有形成第一处理气体气氛的第一处理区域及形成第二处理气体气氛的第二处理区域；
[0009]衬底载置台，其旋转自如地设置在上述处理室内，并载置作为处理对象的衬底；和
[0010]旋转机构，其使上述衬底载置台旋转，以使得上述衬底依次通过上述第一处理区域、上述第二处理区域，
[0011]在上述第一处理区域和上述第二处理区域中的至少一个区域内，设置有:
[0012]管线状气体供给部，其具有开口部，从上述开口部向上述至少一个区域内供给气体，所述开口部形成为在上述衬底载置台的旋转径向上延伸的管线状；和
[0013]空隙保持部件，其在上述开口部的周围从与上述衬底相对的上述处理室的顶面朝向上述衬底侧突出，以使得上述衬底表面的上部空间(形成通过上述管线状气体供给部供给的气体的流路)成为规定间隔的空隙。
[0014]根据本发明，可以对衬底均匀地供给高暴露量的气体，并且能以高生产量进行处理。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的一实施方式的簇型(clustertype)的衬底处理装置的横截面简图。
[0016]图2是本发明的一实施方式的簇型的衬底处理装置的纵截面简图。
[0017]图3是本发明的一实施方式的衬底处理装置所具有的处理腔室(processchamber)的横截面简图。
[0018]图4是本发明的一实施方式的衬底处理装置所具有的处理腔室的纵截面简图，为图3所示的处理腔室的A-A’线剖视图。
[0019]图5是本发明的一实施方式的衬底处理装置中设置有管线状气体供给部的一个区域内的纵截面简图，为图3所示的处理腔室的B-B’线剖视图。
[0020]图6是本发明的一实施方式的衬底处理装置中设置有管线状气体供给部的一个区域内的横截面简图。
[0021]图7是本发明的一实施方式中优选使用的衬底处理装置的控制器的结构简图。
[0022]图8是表不本发明的一实施方式的衬底处理工序的流程图。
[0023]图9是表示本发明的一实施方式的薄膜形成工序的流程图。
[0024]图10是示意性表示本发明的一实施方式中的从衬底处理装置所具有的管线状气体供给部供给气体时的气体流向的纵截面简图。
[0025]图11是示意性表示本发明的一实施方式中的从衬底处理装置所具有的管线状气体供给部供给气体时的气体流向的横截面简图(之1)。
[0026]图12是示意性表示本发明的一实施方式中的从衬底处理装置所具有的管线状气体供给部供给气体时的气体流向的横截面简图(之2)。
[0027]符号说明
[0028]10…衬底处理装置
[0029]200…晶片(衬底)
[0030]201…处理室
[0031]201a…第一处理区域
[0032]201b…第二处理区域
[0033]204a…第一吹扫区域
[0034]204b…第二吹扫区域
[0035]205…分隔板
[0036]217…衬托器(衬底载置台)
[0037]230 …排气口
[0038]267…旋转机构
[0039]281、281a、281b、281c…管线状气体供给部
[0040]283 …开口部
[0041]284…气体缓冲区域
[0042]286…空隙保持部件
[0043]287…气体排出区域
[0044]300…控制器(控制部)
【具体实施方式】
[0045]<本发明的一实施方式>
[0046]以下，针对本发明的一实施方式，一边参见附图一边进行说明。
[0047](1)衬底处理装置的构成
[0048]首先，利用图1及图2对本实施方式的衬底处理装置10的概要进行说明。
[0049]图1是本实施方式的簇型的衬底处理装置10的横截面图。图2是本实施方式的簇型的衬底处理装置10的纵截面简图。
[0050]需要说明的是，在以下说明中，前后左右以图1为基准。具体而言，图1所示的XI方向为右、X2方向为左、Y1方向为前、Y2方向为后。
[0051]本实施方式的衬底处理装置10利用交替供给法对作为处理对象的衬底进行薄膜形成处理。关于作为处理对象的衬底，例如可举出制作半导体器件(半导体装置)的半导体晶片衬底(以下，简称为“晶片”。)200。在本实施方式的衬底处理装置10中，作为搬送晶片200 的载体(carrier)，使用 FOUP (Front Opening Unified Pod:以下简称为“晶盒”。)100。
[0052]此外，本实施方式的衬底处理装置10是具备搬送装置和配置在搬送装置周围的多个处理腔室的所谓簇型的衬底处理装置。簇型的衬底处理装置10的搬送装置大致分为真空侧结构和大气侧结构。
[0053](真空侧结构)
[0054]如图1及图2所示，衬底处理装置10具备可承受真空状态等低于大气压的压力(负压)的第一搬送室103。第一搬送室103的壳体101在俯视下例如为五角形，并形成为上下两端被封闭的箱形状。需要说明的是，以下所述的“俯视”是指从衬底处理装置10的垂直上侧观察垂直下侧的状态。
[0055]在第一搬送室103内设置有能够在负压下同时移载2片晶片200的第一晶片移载机112。第一晶片移载机112被构成为:能够在维持第一搬送室103气密性的同时通过第一晶片移载机升降器115进行升降。
[0056]壳体101的5片侧壁中的位于前侧的侧壁分别经由闸阀126、127而连接有预备室(加载互锁室(load-lock chamber)) 122、123。预备室122、123形成为可同时使用搬入晶片200的功能和搬出晶片200的功能的结构，并分别以可承受负压的结构构成。
[0057]进而，在预备室122、123内，能够利用衬底支承台140将2片晶片200以堆叠的方式进行放置。在预备室122、123内设置有配置在晶片200之间的隔板(中间板)141。
[0058]第一搬送室103的壳体101的5片侧壁中位于后侧(背面侧)的4片侧壁分别经由闸阀150、151、152、153而相邻地连接有对衬底进行所希望的处理的第一处理腔室202a、第二处理腔室202b、第三处理腔室202c和第四处理腔室202d。关于这些处理腔室(第一处理腔室202a等)，后面将详述。
[0059](大气侧结构)
[0060]预备室122、123的前侧经由闸阀128、129而连接有能在真空下及大气压下的状态下搬送晶片200的第二搬送室121。在第二搬送室121内设置有移载晶片200的第二晶片移载机124。第二晶片移载机124被构成为通过设置在第二搬送室121内的第二晶片移载机升降器131而进行升降，并且被构成为通过线性执行机构132而在左右方向上进行往返移动。
[0061]在第二搬送室121的左侧设置有槽口对准装置106。需要说明的是，槽口对准装置106可以是定向平面对准装置。此外，在第二搬送室121的上部设置有供给清洁空气的清洁单元118。
[0062]在第二搬送室121的壳体125的前侧设置有用于将晶片200相对于第二搬送室121搬入搬出的衬底搬入搬出口 134和晶盒开启部108。在隔着衬底搬入搬出口 134与晶盒开启部108相反的一侧、即在壳体125的外侧，设置有装载端口(10台)105。晶盒开启部108具有:闭合部142，其将晶盒100的盖100a开闭，并且可将衬底搬入搬出口 134封闭；驱动机构136，其驱动闭合部142。晶盒开启部108能够通过开闭载置于装载端口 105的晶盒100的盖100a来实现晶片200相对于晶盒100的进出。此外，晶盒100通过未图示的工序内搬送装置(0ΗΤ等)而相对于装载端口 105被供给及排出。
[0063](2)处理腔室的构成
[0064]接着，主要使用图3及图4来说明作为本实施方式的衬底处理装置10所具有的处理炉的处理腔室的构成。图3是本实施方式的衬底处理装置10所具有的处理腔室的横截面简图。图4是本实施方式的衬底处理装置10所具有的处理腔室的纵截面简图，其为图3所示的处理腔室的A — A’线剖视图。
[0065]在本实施方式中，例如，第1处理腔室202a、第2处理腔室202b、第3处理腔室202c、第4处理腔室202d分别基本相同地构成。以下，将第1处理腔室202a、第2处理腔室202b、第3处理腔室202c、第4处理腔室202d统称为“处理腔室202”。
[0066]如下文详述，本实施方式的处理腔室202以衬底公转型的多片装置的形式构成。
[0067](处理室)
[0068]如图3及图4所示，作为处理炉的处理腔室202具备作为圆筒状气密容器的反应容器203。在反应容器203内形成有用于对晶片200进行处理的处理室201。
[0069]处理室201被划分为多个区域，例如，具有第一处理区域201a、第一吹扫区域204a、第二处理区域201b及第二吹扫区域204b。第一吹扫区域204a及第二吹扫区域204b以介于第一处理区域201a和第二处理区域201b之间的方式进行配置。如后文所述，在第一处理区域201a内，供给作为第一处理气体的原料气体，形成原料气体气氛。在第二处理区域201b内，生成作为第二处理气体的反应气体的等离子体，形成被等离子体激发了的反应气体气氛。此外，在第一吹扫区域204a及第二吹扫区域204b内，供给非活性气体，形成非活性气体气氛。由此，根据供给至各个区域内的气体，对晶片200施行规定的处理。
[0070]在反应容器203内的例如上侧，设置有从中心部以放射状延伸的4片分隔板205作为用于将处理室201内划分为多个区域的划分部。4片分隔板205被构成为:在通过后述的衬托器217的旋转而能使晶片200通过的状态下，将处理室201划分为第一处理区域201a、第一吹扫区域204a、第二处理区域201b、第二吹扫区域204b。具体而言，处理室201在多个分隔板205的下方具有能使晶片200通过的空隙。此外，多个分隔板205以遮挡从处理室201内的顶部直到衬托器217的正上方的空间的方式进行设置。分隔板205的下端，以分隔板205不干涉晶片200的程度，靠近衬托器217进行配置。由此，在分隔板205和衬托器217之间通过的气体变少，能抑制气体在处理室201内的各个区域间混合。
[0071]在通过分隔板205划分的第一处理区域201a、第二处理区域201b、第一吹扫区域204a及第二吹扫区域204b中的至少一个区域内，具体而言，在本实施方式中的第一处理区域201a、第一吹扫区域204a及第二吹扫区域204b的各区域内，设置有用于供给气体的管线状气体供给部281a、281b、281c。需要说明的是，关于管线状气体供给部281a、281b、281c，后文进行详述。此外，在本实施方式中，在第二处理区域201b内设置有等离子体生成部206的至少一部分。需要说明的是，关于等离子体生成部206，后文进行详述。
[0072]此外，在反应容器203内，可以在分隔板205的水平方向的端部与反应容器203的侧壁之间设置有规定宽度的空隙。在设置有这样的空隙的情况下，通过使第一吹扫区域204a内及第二吹扫区域204b内的气体压力比第一处理区域201a内及第二处理区域201b内的气体压力高，从而能使非活性气体经由该空隙喷出。由此，能够抑制第一处理气体或第二处理气体侵入到第一吹扫区域204a内及第二吹扫区域204b内，能够抑制处理气体在第一吹扫区域204a内及第二吹扫区域204b内进行反应。
[0073]当后述的衬托器217的旋转速度一定时，规定的晶片200通过第一处理区域201a、第一吹扫区域204a、第二处理区域201b、第二吹扫区域204b的各区域的时间(即晶片200在各区域内的处理时间)取决于各区域的宽度(容积)。此外，当后述的衬托器217的旋转速度一定时，晶片200在各区域内的处理时间取决于第一处理区域201a、第一吹扫区域204a、第二处理区域201b、第二吹扫区域204b的各区域的俯视下的面积。换言之，晶片200在各区域内的处理时间取决于相邻的分隔板205所形成的角度。在本实施方式中，配置有4片分隔板205使晶片200在各区域内的处理时间基本相同。
[0074](衬托器)
[0075]在分隔板205的下侧、即反应容器203内的底侧中央，设置有作为衬底载置台的衬托器217，该衬托器217例如在反应容器203的中心具有旋转轴，可自由旋转地构成。衬托器217例如由氮化铝(A1N)、陶瓷、石英等非金属材料形成，以便于能够减少对晶片200的金属污染。需要说明的是，衬托