专利名称：成膜装置和成膜方法
技术领域：
本发明涉及在真空气氛中将多种反应气体按顺序供给到基板的表面上而形成薄膜的成膜装置和成膜方法。
背景技术：
当在半导体晶圆等基板(以下称作“晶圆”)的表面上形成例如二氧化硅(SiO2)膜等薄膜时，有时采用被称作ALD (Atomic Layer Deposition,原子层沉积)、MLD (Molecular Layer D印osition，分子层沉积)等的成膜方法。作为实施该成膜方法的装置，例如，如专利文献1、2所述那样公知有如下结构，S卩，沿真空容器的周向配置分别供给彼此发生反应的多种反应气体的多个处理区域和在上述处理区域之间供给分离气体(吹扫气体)的分离区域，使例如基座绕铅垂轴线旋转，以使晶圆按顺序通过被分离区域隔开的上述处理区域。在该种装置中，为了防止反应气体彼此在气氛中相互混合，可以将分离气体的流量设定为比反应气体的供给量大的流量。但是，在以大流量供给分离气体时，容易产生以下问题，因此需要使分离气体的供给量尽可能少。即，根据真空度、基座的转速等工艺条件的不同，例如有时分离气体在基座的旋转的带动下进入到处理区域中，稀释反应气体。在该情况下，例如反应气体与晶圆接触的时间比设定的值短、晶圆所接触的反应气体的浓度比设定的值小，可能无法获得期望的成膜率(成膜率降低)。另外，在供给大流量的分离气体时，需要自真空容器内排出该大流量的分离气体， 因此导致施加于真空泵的负荷较大。另一方面，当为了使真空泵的负荷尽量小而例如想要使真空泵具有较强的排气能力时，需要昂贵的真空泵，因此装置的成本增加。此外，当分离气体的消耗量增加时，该分离气体的成本也增加。因而，在该种结构的装置中，越想提高成膜率、即越加快基座的转速、或提高真空容器内的压力(降低真空度)，分离气体的供给量就越多，因此成膜率明显下降、装置的成本明显上升。在上述专利文献1、2中，并未研究上述问题。专利文献1 日本特开2007-247066号公报专利文献2 日本特开平4-187912号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供如下技术，S卩，在使载置有基板的工作台相对于多个处理区域和配置在这些处理区域彼此之间的分离区域旋转，层叠反应生成物的层而形成薄膜时，能够确保分离区域对处理区域彼此的气氛的分离功能，并且能够抑制被供给到该分离区域内的分离气体的消耗量。根据本发明的一技术方案，本发明的成膜装置在真空气氛中反复进行多次将多种反应气体按顺序供给到基板上的循环，形成薄膜，其特征在于，该成膜装置包括
载置台，其设在真空容器内，具有用于载置基板的基板载置区域；多个反应气体供给部，其沿上述真空容器的周向彼此分开地设置，以将上述多种反应气体分别供给到载置在上述基板载置区域内的基板上；分离区域，其设在各处理区域彼此之间，以将分别被供给上述反应气体的处理区域彼此的气氛分离；分离气体供给部，其以如下方式设在该分离区域内，即，向上述基板载置区域中的真空容器的中央侧和真空容器的周缘侧分别供给分离气体，并且使上述周缘侧的分离气体的供给量大于上述中央侧的分离气体的供给量；顶面，在上述分离区域内在该顶面与上述载置台之间形成狭窄的空间，以使分离气体在上述中央侧与上述周缘侧之间的整个范围内从该分离区域流向处理区域侧；真空排气机构，其用于对上述真空容器内进行真空排气；旋转机构，其用于使上述载置台相对于上述多个反应气体供给部和分离区域旋转。上述分离气体供给部具有气体喷嘴，该气体喷嘴以与基板载置区域相对的方式设置，且自上述周缘侧延伸到上述中央侧；该气体喷嘴沿该气体喷嘴的长度方向彼此隔有间隔地配置有多个气体喷出孔，该气体喷出孔用于向基板载置区域喷出分离气体；为了使上述气体喷出孔在上述周缘侧的分离气体的供给量大于在上述中央侧的分离气体的供给量，可以对上述气体喷出孔之间的间隔尺寸、上述气体喷出孔的开口直径和上述气体喷出孔的配置密度中的至少1个条件进行设定。根据本发明的另一技术方案，本发明的成膜方法是在真空气氛中反复进行多次将多种反应气体按顺序供给到基板上的循环、形成薄膜的方法，其特征在于，该成膜方法包括如下工序将基板载置到载置台的基板载置区域内，该载置台设于真空容器内；对上述真空容器内进行真空排气；然后，自沿上述真空容器的周向彼此分开地设置的多个反应气体供给部，向上述基板载置区域分别供给上述多种反应气体；自分离气体供给部，向设在分别被供给上述反应气体的处理区域彼此之间的分离区域，以上述基板载置区域中的真空容器的周缘侧的供给量大于真空容器的中央侧的供给量的方式供给分离气体；经由在上述分离区域内形成在顶面与上述载置台之间的狭窄的空间，在上述中央侧与上述周缘侧之间的整个范围内自该分离区域向处理区域侧喷出分离气体，分离处理区域彼此的气氛；使上述载置台相对于上述多个反应气体供给部和分离区域旋转，使基板按顺序位于被上述分离区域隔开的上述多个处理区域内。上述真空容器内的压力为133Pa以上；在上述使基板按顺序位于被上述分离区域隔开的上述多个处理区域内的工程中， 使上述载置台相对于上述多个反应气体供给部和分离区域旋转的转速可以为120rpm以上。
根据本发明的另一技术方案，本发明的存储介质存储有成膜装置所使用的计算机程序，该成膜装置在真空容器内反复进行多次将多种反应气体按顺序供给到基板上的循环，形成薄膜，该存储介质的特征在于，上述计算机程序编有步骤，以实施上述成膜方法。此外，本发明的目的和优点，一部分记载在说明书中，一部分能够根据说明书自然明了。本发明的目的和优点能够利用权利要求中特别指出的技术特征及其组合而实现、达到。上述笼统的叙述和下述详细的说明是作为例示而进行说明的，并不限定已写入权利要求的本发明。
图1是图3的1-1’纵剖视图，表示本发明的实施方式的成膜装置的纵剖面。图2是表示上述成膜装置的内部的大概结构的立体图。图3是上述成膜装置的横剖俯视图。图4是示意性地表示将上述成膜装置的内部沿旋转台的周向展开的纵剖视图。图5是将上述成膜装置的内部的一部分放大表示的横剖俯视图。图6是将上述成膜装置的内部的一部分放大表示的纵剖视图。图7是示意性地放大表示上述成膜装置的一部分的立体图。图8是将上述成膜装置的内部放大表示的纵剖视图。图9是将上述成膜装置的内部放大表示的纵剖视图。图10是示意性地表示上述成膜装置中的气体的气流的横剖俯视图。图11是示意性地表示被供给到上述成膜装置的分离区域内的分离气体的供给量的特性图。图12是表示上述成膜装置的另一例的纵剖视图。图13是表示上述成膜装置的另一例的纵剖视图。图14是表示上述成膜装置的另一例的俯视图。图15是表示上述成膜装置的另一例的俯视图。
具体实施例方式下面，使用图1 图9说明本申请的实施例。另外，在以下的实施例中，下述附图标记典型地表示下述部件。W、晶圆；1、真空容器；2、旋转台；4、凸状部；D、分离区域；24、凹部；31、第一反应气体喷嘴；32、第二反应气体喷嘴；41、42、分离气体喷嘴；33、喷出孔；P1、处理区域；P2、处理区域。首先，参照图1 图9说明作为本发明的实施方式的一例的成膜装置。另外，在图中，作为一例，例示了成膜装置的主要部分为金属制，但成膜装置的主要部分的材质并不限定于此。该成膜装置如图1 (沿图3中的1-1’线的剖视图)所示，包括扁平的真空容器1， 其俯视形状为大致圆形；旋转台2，其设在该真空容器1内，是在该真空容器1的中心具有旋转中心的载置台。真空容器1的顶板11能够安装在容器主体12上或自容器主体12卸下。通过对真空容器1内减压，而使顶板11隔着呈环状地设于容器主体12的上表面的周缘部的密封构件、例如0型密封圈13，被拉向容器主体12侧，维持气密状态，当顶板11自容器主体12分离时，利用未图示的驱动机构向上方抬起顶板11。旋转台2在中心部固定于圆筒形状的芯部21，该芯部21固定于沿铅垂方向延伸的旋转轴22的上端。旋转轴22贯穿真空容器1的底面部14，旋转轴22的下端安装于驱动部 23，该驱动部23是使该旋转轴22绕铅垂轴线旋转、在本例中为顺时针旋转的旋转机构。旋转轴22和驱动部23收纳在上表面开口的筒状的壳体20内。该壳体20的设在其上表面的凸缘部分气密地安装在真空容器1的底面部14的下表面上，维持壳体20的内部气氛和外部气氛之间的气密状态。如图2和图3所示，在旋转台2的表面部设有圆形的凹部M，该凹部M用于沿旋转方向(周向)载置多片例如5片作为基板的半导体晶圆(以下称作“晶圆”)W，俯视观察时的旋转台2的旋转中心与凹部M的位于该旋转中心侧的端部之间的距离例如为160mm， 旋转台2的外缘部与凹部M的位于该外缘部侧的端部之间的距离例如为30mm。该晶圆W 的直径尺寸例如为300mm。另外，在图3中，为了方便图示，只在1个凹部M中描画了晶圆 I将凹部M的直径设定为比晶圆W的直径稍大例如4mm，且将凹部M的深度设定为与晶圆W的厚度相同的程度。因而，在使晶圆W落入到凹部M内时，晶圆W的表面与旋转台2的表面(不用来载置晶圆W的区域)一致。在凹部M的底面形成有通孔(未图示)， 该通孔供用于支承晶圆W的背面而使该晶圆W升降的例如后述的3根升降销贯穿。凹部M 用于定位晶圆W而防止晶圆W在伴随旋转台2的旋转而产生的离心力的作用下飞出去，是相当于本发明的基板载置区域的部位。如图2和图3所示，在与旋转台2上的凹部M的经过区域相对的各位置上，沿真空容器1的周向(旋转台2的旋转方向)彼此隔有间隔地呈放射状配置有分别由例如石英构成的第一反应气体喷嘴31、第二反应气体喷嘴32和两个分离气体喷嘴41、42。在本例中，从后述的输送口 15看去，沿顺时针方向(旋转台2的旋转方向)按照第二反应气体喷嘴32、 分离气体喷嘴41、第一反应气体喷嘴31和分离气体喷嘴42的顺序排列这些喷嘴，例如以自真空容器1的外周壁朝向旋转台2的旋转中心与晶圆W相对地水平延伸的方式，分别安装上述喷嘴31、32、41、42。作为各喷嘴31、32、41、42的基端部的气体导入部31a.32a.41a, 42a贯穿真空容器1的外周壁。上述反应气体喷嘴31构成第一反应气体供给部，上述反应气体喷嘴32构成第二反应气体供给部，分离气体喷嘴41、42分别构成分离气体供给部。第一反应气体喷嘴31经由流量调整阀等与含有Si (硅)的第一反应气体、例如二异丙基氨基硅烷气体(日语乂 π O 7 S 7 *，>力‘7 )或BTBAS (双叔丁基氨基硅烷、SiH2 (NH-C (CH3) 3)2)气体的气体供给源(均未图示)相连接。第二反应气体喷嘴32 同样经由流量调整阀等与第二反应气体、例如O3(臭氧)气体和O2(氧)气体这两者的混合气体的气体供给源(未图示)相连接。上述第一反应气体的流量及上述第二反应气体的流量例如分别设定为IOsccm 1000sccm、lslm IOslm左右。作为上述第一反应气体和第二反应气体，除了上述列举的气体以外，也可以采用下表所示的气体，形成该表的右侧的栏中所示的薄膜，还可以组合使用上述反应气体而形成上述薄膜的混合物、层叠体。此外，在采用O3气体为第二反应气体的情况下，也可以代替该O3气体使用氧(0)等离子体或与03气体一起使用氧(0)等离子体。表
权利要求
1.一种成膜装置，其在真空气氛中反复进行多次将多种反应气体按顺序供给到基板上的循环，形成薄膜，其特征在于，该成膜装置包括载置台，其设在真空容器内，具有用于载置基板的基板载置区域； 多个反应气体供给部，其沿上述真空容器的周向彼此分开地设置，以将上述多种反应气体分别供给到载置在上述基板载置区域内的基板上；分离区域，其设在各处理区域彼此之间，以将分别被供给上述反应气体的处理区域彼此的气氛分离；分离气体供给部，其以如下方式设在该分离区域内，即，向上述基板载置区域中的真空容器的中央侧和真空容器的周缘侧分别供给分离气体，并且使上述周缘侧的分离气体的供给量大于上述中央侧的分离气体的供给量；顶面，在上述分离区域内在该顶面与上述载置台之间形成狭窄的空间，以使分离气体在上述中央侧与上述周缘侧之间的整个范围内从该分离区域流向处理区域侧； 真空排气机构，其用于对上述真空容器内进行真空排气；旋转机构，其用于使上述载置台相对于上述多个反应气体供给部和分离区域旋转。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，上述分离气体供给部具有气体喷嘴，该气体喷嘴以与基板载置区域相对的方式设置， 且自上述周缘侧延伸到上述中央侧；该气体喷嘴沿该气体喷嘴的长度方向彼此隔有间隔地配置有多个气体喷出孔，该气体喷出孔用于向基板载置区域喷出分离气体；为了使上述气体喷出孔在上述周缘侧的分离气体的供给量大于在上述中央侧的分离气体的供给量，对上述气体喷出孔之间的间隔尺寸、上述气体喷出孔的开口直径和上述气体喷出孔的配置密度中的至少1个条件进行了设定。
3.一种成膜方法，该方法为在真空气氛中反复进行多次将多种反应气体按顺序供给到基板上的循环、形成薄膜，其特征在于，该成膜方法包括如下工序将基板载置到载置台的基板载置区域内，该载置台设于真空容器内； 对上述真空容器内进行真空排气；然后，自沿上述真空容器的周向彼此分开地设置的多个反应气体供给部，向上述基板载置区域分别供给上述多种反应气体；自分离气体供给部，向设在分别被供给上述反应气体的处理区域彼此之间的分离区域，以上述基板载置区域中的真空容器的周缘侧的供给量大于真空容器的中央侧的供给量的方式供给分离气体；经由在上述分离区域内形成在顶面与上述载置台之间的狭窄的空间，在上述中央侧与上述周缘侧之间的整个范围内自该分离区域向处理区域侧喷出分离气体，分离处理区域彼此的气氛；使上述载置台相对于上述多个反应气体供给部和分离区域旋转，使基板按顺序位于被上述分离区域隔开的上述多个处理区域内。
4.根据权利要求3所述的成膜方法，其特征在于，上述真空容器内的压力为133Pa以上；在上述使基板按顺序位于被上述分离区域隔开的上述多个处理区域内的工程中，使上述载置台相对于上述多个反应气体供给部和分离区域旋转的转速为120rpm以上。
全文摘要
本发明提供成膜装置和成膜方法。在真空气氛中反复进行多次将多种反应气体按顺序供给到基板上的循环，形成薄膜的成膜装置包括载置台，设在真空容器内，具有用于载置基板的基板载置区域；多个反应气体供给部，沿真空容器的周向彼此分开地设置，将多种反应气体分别供给到载置在基板载置区域内的基板上；分离区域，设在各处理区域之间，将处理区域彼此的气氛分离；分离气体供给部，设在该分离区域内，向基板载置区域中的真空容器的中央侧和周缘侧分别供给分离气体且周缘侧的分离气体供给量比中央侧多；顶面，在分离区域内在其与载置台之间形成狭窄的空间，使分离气体遍布中央侧与周缘侧之间地从该分离区域流向处理区域侧；真空排气机构；旋转机构。
文档编号C23C16/455GK102443782SQ201110306629
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月8日 优先权日2010年10月7日
发明者加藤寿, 竹内靖 申请人:东京毅力科创株式会社