TWI570268B - Film forming device - Google Patents

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TWI570268B
TWI570268B TW102105461A TW102105461A TWI570268B TW I570268 B TWI570268 B TW I570268B TW 102105461 A TW102105461 A TW 102105461A TW 102105461 A TW102105461 A TW 102105461A TW I570268 B TWI570268 B TW I570268B
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Masahide Iwasaki
Satoshi Yonekura
Toshihiko Iwao
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Tokyo Electron Ltd
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Description

成膜裝置
本發明之實施形態係關於一種成膜裝置。
於基板上進行成膜之手法之一，已知有電漿激發原子層沉積(PE-ALD：Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)法。PE-ALD法中，係讓基板暴露於前驅體氣體中，而使得含有打算於基板上形成之薄膜構成元素的前驅體氣體進行化學吸附。其次，藉由讓基板暴露於沖洗氣體中，來去除於該基板上過度化學吸附之前驅體氣體。然後，讓基板暴露於含有打算形成之薄膜構成元素的反應氣體之電漿中，以於基板上形成所希望之薄膜。PE-ALD法中，藉由反覆如此之製程，而讓經由前驅體氣體所含原子或是分子之處理過的膜生成於基板上。
作為實施PE-ALD法之裝置方面，已知有單片式成膜裝置與半批次式成膜裝置。單片式成膜裝置係於單一處理室內反覆進行PE-ALD法之上述製程。亦即，單片式成膜裝置，係對單一處理室內供給前驅體氣體，其次，將沖洗氣體供給到處理室內，之後，對處理室內供給反應氣體，而生成反應氣體之電漿。此外，單片式成膜裝置中，於反應氣體之電漿生成後、後續前驅體氣體之供給前，係對於處理室內供給沖洗氣體。如此般，對於單片式成膜裝置而言，由於必須依照時間順序進行前驅體氣體之供給、沖洗氣體之供給、反應氣體電漿之生成、以及沖洗氣體之供給，故生產量相對變低。
另一方面，半批次式成膜裝置，係將供給前驅體氣體之區域與生成反應氣體電漿之區域個別地設置於處理室內，使得基板依序通過此等區域來移動。半批次式成膜裝置由於可在不同區域同時進行前驅體氣體之供給與 反應氣體電漿之生成，故相較於單片式成膜裝置有生產量高之優點。
作為如此之半批次式成膜裝置，存在有下述專利文獻1以及專利文獻2所記載者。專利文獻1所記載之成膜裝置具備有晶座單元以及氣體噴射單元。晶座單元係支撐基板者，繞旋轉軸線中心來進行旋轉。氣體噴射單元係面對晶座單元而配置，包含有供給前驅體氣體之第1區域、供給沖洗氣體之沖洗區域、供給反應氣體之自由基的第2區域、以及供給沖洗氣體之其他沖洗區域。第1區域、沖洗區域、第2區域、以及其他沖洗區域係配置於圓周方向上，於各區域間設有朝徑向延伸之排氣線路。此等排氣線路與沖洗區域有助於第1區域與第2區域之分離。專利文獻1所記載之成膜裝置中，第1區域、第2區域、以及二個沖洗區域分別相對於旋轉軸線延伸於圓周方向上的角度範圍係成為大致相同。
此外，專利文獻2所記載之成膜裝置具備有旋轉托盤、淋灑頭、以及電漿源。旋轉托盤用以支撐基板，可繞旋轉軸線中心來旋轉。淋灑頭以及電漿源係面對旋轉托盤而配置，於圓周方向上排列配置著。淋灑頭具有大致扇形之平面形狀而供給前驅體氣體。電漿源同樣具有大致扇形之平面形狀，係藉由供給反應氣體而從梳形電極供給高頻電力以生成反應氣體電漿。於淋灑頭周圍以及電漿源周圍設有排氣孔，於淋灑頭與電漿源之間設有供給沖洗氣體之淋灑板。專利文獻2所記載之成膜裝置，淋灑頭以及電漿源相對於旋轉軸線延伸於圓周方向之角度範圍大致相同，淋灑板相對於旋轉軸線延伸於圓周方向之角度範圍則相較於淋灑頭以及電漿源之上述角度範圍來得相當的大。
先前技術文獻
專利文獻1 日本特開2010-157736號公報
專利文獻2 日本特開2011-222960號公報
如上述般，專利文獻1以及專利文獻2所記載之以往之成膜裝置，被 供給前驅體氣體之區域延伸於圓周方向之角度範圍係和生成反應氣體電漿之區域延伸於圓周方向之角度範圍大致相等。此外，此等以往之成膜裝置，被供給沖洗氣體之區域延伸於圓周方向之角度範圍係成為被供給前驅體氣體之區域延伸於圓周方向之角度範圍與生成反應氣體自由基之區域延伸於圓周方向之角度範圍以上的角度範圍。基於如此之構造，以往之成膜裝置為了沉積所希望之膜質的膜，必須將被稱為旋轉托盤以及晶座單元之載置台進行一次旋轉之時間相對地加大。
從而，於本技術領域，需要能以更高生產量來成膜之成膜裝置。
本發明之一視點之成膜裝置係具備有載置台、處理容器、第1氣體供給部、排氣部、第2氣體供給部、以及電漿生成部。載置台具有基板載置區域。載置台係以基板載置區域可移動於圓周方向上的方式繞軸線中心進行旋轉地設置著。處理容器係將收容載置台之處理室加以區劃。處理室包含有第1區域以及第2區域，藉由載置台之旋轉而相對於軸線在圓周方向上移動之基板載置區域係依序通過第1區域以及第2區域。第1氣體供給部係從面對於載置台所設之噴射部對第1區域供給前驅體氣體。排氣部係從沿著圍繞噴射部周圍之封閉路徑而延伸之方式所形成的排氣口來進行排氣。第2氣體供給部係從沿著圍繞排氣口周圍之封閉路徑而延伸的方式所形成的噴射口來供給沖洗氣體。電漿生成部係於第2區域生成反應氣體之電漿。此成膜裝置，第2區域相對於該軸線延伸於圓周方向之角度範圍較第1區域相對於該軸線延伸於圓周方向之角度範圍來得大。
此處針對本成膜裝置可實現高成膜生產量之原理來說明。沉積於基板上之膜的膜質與其說取決於基板暴露於前驅體氣體之時間，不如說更取決於基板暴露於反應氣體電漿之時間。亦即，即便基板暴露於前驅體氣體之時間長達一定時間以上也不會對膜質造成顯著影響，但是若基板暴露於電漿之時間變長，則可得到更優異之膜質之膜。此外，膜質係例如利用沉積於基板上之膜對氫氟酸溶液之蝕刻速度來評價。此蝕刻速度愈慢，可評價 為膜質愈為良好。本成膜裝置，生成反應氣體電漿之第2區域延伸於圓周方向之角度範圍較被供給前驅體氣體之第1區域延伸於圓周方向之角度範圍來得大，可使得載置台進行一次旋轉之時間內，基板暴露於反應氣體電漿之時間相對於基板暴露於前驅體氣體之時間相對地變長。其結果，依據此成膜裝置，可提高成膜之生產量。
此外，本成膜裝置具有下述構造：寬度狹窄的排氣口係包圍前驅體氣體之噴射部外周，此外，寬度狹窄之沖洗氣體之噴射口係包圍排氣口外周。於一實施形態，基板載置區域可具有對應於基板尺寸之尺寸，於前驅體氣體之噴射部與電漿生成部之間延伸之沖洗氣體之噴射口以及排氣口之寬度可較基板載置區域之直徑來得小。相關構造、亦即排氣口以及沖洗氣體之噴射口沿著前驅體氣體之噴射部周圍的封閉路徑而延伸之構造有助於抑制電漿從第2區域侵入第1區域、以及抑制前驅體氣體從第1區域侵入第2區域，且可確保第2區域之角度範圍。
於一實施形態，前驅體氣體之噴射部可提供複數噴射口，複數噴射口係在愈接近前述軸線相互愈靠近之二個緣部之間分布著。於此實施形態，能以相對於軸線之距離愈大而設有愈多前驅體氣體之噴射口的方式來構成噴射部。伴隨載置台之旋轉，基板內各位置之速度會因為離開軸線之距離而不同。亦即，愈為離開軸線之基板內的位置、則其速度愈快。依據此實施形態，由於以愈為離開軸線之基板內的位置而面對愈多噴射口的方式來構成噴射部，可降低基板各位置暴露於前驅體氣體之時間的差異。
於一實施形態，電漿生成部可具有第3氣體供給部以及一以上之天線。第3氣體供給部可對第2區域供給反應氣體，一以上之天線可對第2區域供給微波。一以上之天線分別可含有介電質板以及一以上之導波管。較佳為，介電質板係以經由第2區域而面對載置台的方式來設置，一以上之導波管係設置於介電質板上，於該一以上之導波管形成有朝向介電質板讓微波通過之狹縫。較佳為，介電質板係具有面向第2區域之介電質窗，該介 電質窗包含二個緣部，該二個緣部係以在和前述軸線交差之方向上延伸而愈接近該軸線彼此愈接近的方式來構成。依據此實施形態，係以離開軸線之距離愈大則生成電漿之區域在圓周方向之長度愈大的方式來構成電漿生成部。從而，可降低基板各位置暴露於反應氣體之電漿的時間差異。
於一實施形態，電漿生成部亦可使得前述配置排列於圓周方向之複數天線以前述一以上之天線的形式存在。於其他實施形態，較佳為電漿生成部係使得單一天線以前述一以上之天線的形式來存在，該單一天線係設置於單一介電質板上，且讓配置排列於圓周方向上之複數導波管以前述一以上之導波管的形式來具備。依據此等實施形態，可提高對第2區域所供給之微波強度。
於一實施形態，較佳為從排氣口與第2氣體供給部之噴射口到載置台之間設置間距，而排氣口與第2氣體供給部之噴射口之間的距離為該間距長度的10倍以上。依據此實施形態，可更為確實地防止電漿從第2區域侵入第1區域以及，前驅體氣體從第1區域侵入第2區域。此外，排氣部之排氣量以及第2氣體供給部之沖洗氣體之供給量容許範圍可變大。
如以上所說明般，依據本發明之一視點以及實施形態，可提供一種能以更高生產量來成膜之成膜裝置。
10‧‧‧成膜裝置
12‧‧‧處理容器
14‧‧‧載置台
14a‧‧‧基板載置區域
16‧‧‧第1氣體供給部(前驅體氣體之氣體供給部)
16a‧‧‧噴射部
16h‧‧‧噴射口
18‧‧‧排氣部
18a‧‧‧排氣口
20‧‧‧第2氣體供給部(沖洗氣體之氣體供給部)
20a‧‧‧噴射口
22‧‧‧電漿生成部
22a‧‧‧天線
22b‧‧‧第3氣體供給部(反應氣體之氣體供給部)
40‧‧‧介電質板
40e‧‧‧緣部
40w‧‧‧介電質窗
42‧‧‧導波管
42s‧‧‧狹縫孔
48‧‧‧微波產生器
60‧‧‧控制部
C‧‧‧處理室
R1‧‧‧第1區域
R2‧‧‧第2區域
X‧‧‧軸線(旋轉軸線)
圖1係示意顯示一實施形態之成膜裝置之截面圖。
圖2係示意顯示一實施形態之成膜裝置之俯視圖。
圖3係顯示從圖2所示成膜裝置移除處理容器上部後狀態之俯視圖。
圖4係圖1所示成膜裝置之放大截面圖，係設有第1氣體供給部之噴射部、排氣部之排氣口、以及第2氣體供給部之噴射口的部分之放大截面圖。
圖5係顯示圖1所示成膜裝置之第1氣體供給部之噴射部、排氣部之排氣口、以及第2氣體供給部之噴射口之俯視圖。
圖6係區劃第1氣體供給部之噴射部、排氣部之排氣口、以及第2氣體供給部之噴射口的一實施形態之單元分解立體圖。
圖7係從上方觀看圖6所示單元之俯視圖。
圖8係顯示圖4所示第2氣體供給部之噴射口以及排氣部之排氣口與載置台之放大截面圖。
圖9係圖1所示成膜裝置之放大截面圖，係設有電漿生成部之部分的放大截面圖。
圖10係從上方觀看一實施形態之成膜裝置之一天線之俯視圖。
圖11係沿著圖10之XI-X1線所取截面圖。
圖12係顯示以排氣裝置34之排氣量以及第2氣體供給部20之沖洗氣體之流量作為參數進行變更而測定之從第1區域R1往第1區域R1外部之氣體漏洩量(圖中(a))、以及從第1區域R1外部往第1區域R1之氣體侵入量(圖中(b))之表。
圖13係顯示以排氣裝置34之排氣量以及第2氣體供給部20之沖洗氣體之流量為參數進行變更而測定之第1區域R1往第1區域R1外部之氣體漏洩量(圖中(a))、以及從第1區域R1外部往第1區域R1之氣體侵入量(圖中(b))之表。
圖14係顯示以排氣裝置34之排氣量以及第2氣體供給部20之沖洗氣體之流量為參數進行變更而測定之從第1區域R1往第1區域R1外部之氣體漏洩量(圖中(a))、以及從第1區域R1外部往第1區域R1之氣體侵入量(圖中(b))之表。
圖15係顯示以排氣裝置34之排氣量以及第2氣體供給部20之沖洗氣體之流量為參數進行變更而測定之從第1區域R1往第1區域R1外部之氣體漏洩量(圖中(a))、以及從第1區域R1外部往第1區域R1之氣體侵入量(圖中(b))之表。
圖16係示意顯示其他實施形態之成膜裝置之俯視圖。
圖17係示意顯示其他實施形態之成膜裝置之俯視圖。
圖18係沿著圖17所示XVIII-XVIII線所取截面圖。
以下，參見圖式針對各種實施形態來詳細說明。此外，各圖式中針對同一或是對應部分係賦予同一符號。
圖1係一實施形態之成膜裝置之截面圖。圖2係示意顯示一實施形態之成膜裝置之俯視圖。圖1係顯示沿著圖2之I-I線所取截面。圖3係顯示從圖2所示成膜裝置去除處理容器上部之狀態之俯視圖。圖1、圖2、以及圖3所示成膜裝置10具備有處理容器12、載置台14、第1氣體供給部16、排氣部18、第2氣體供給部20、以及電漿生成部22。
處理容器12係朝軸線X方向延伸之大致圓筒狀容器。處理容器12係於內部區劃有處理室C。處理容器12可為例如內面被施以耐電漿處理(例如耐酸鋁處理或是Y2O3之噴覆處理)之鋁等金屬所構成。一實施形態中，如圖1所示般，處理容器12包含有下部12a以及上部12b。下部12a具有朝上方開口之筒形狀，包含有區劃處理室C之側壁以及底壁。上部12b係將處理室C從上方加以區劃之蓋體。上部12b係以封閉下部12a之上部開口的方式裝設於下部12a之頂部。於此等下部12a與上部12b之間亦可設置用以密閉處理室C之彈性密封構件。
由處理容器12所區劃之處理室C內設有載置台14。載置台14具有大致圓板形狀。載置台14係以可繞軸線X中心的方式所構成。於一實施形態，載置台14係利用驅動機構24而於軸線X中心受到旋轉驅動。驅動機構24具有馬達等驅動裝置24a以及旋轉軸24b，被裝設於處理容器12之下部12a。旋轉軸24b係以軸線X作為中心軸線而延伸至處理室C內，藉由來自驅動裝置24a之驅動力而繞軸線X中心旋轉。此旋轉軸24b係支撐著載置台14之中央部分。藉此，載置台14係繞軸線X中心來旋轉。此外，於處理容器12之下部12a與驅動機構24之間亦能以密封處理室C的方式來設置O型環等彈性密封構件。
如圖1以及圖3所示般，於載置台14之上面設有一以上之基板載置區域14a。一實施形態中，複數基板載置區域14a相對於軸線X配置排列於圓周方向。基板載置區域14a係以具有和載置於該區域之基板W之直徑大致同樣或是較基板W之直徑若干大之直徑的凹部來構成。於處理室C內在載置台14之下方設有用以將載置於基板載置區域14a之基板W予以加熱之加熱器26。基板W係經由處理容器12所設之閘閥G而藉由機械臂等搬送裝置來搬送到處理室C，而載置於基板載置區域14a。此外，由成膜裝置10所處理後之基板W係藉由搬送裝置而經由閘閥G從處理室C取出。此處理室C包含有相對於軸線X配置排列於圓周方向之第1區域R1以及第2區域R2。從而，配置於基板載置區域14a之基板W係伴隨載置台14之旋轉而依序通過第1區域R1以及第2區域R2。
以下，除了圖2以及圖3亦一併參見圖4以及圖5。圖4係圖1所示成膜裝置之放大截面圖，乃設有第1氣體供給部之噴射部、排氣部之排氣口、以及第2氣體供給部之噴射口之部分的放大截面圖。圖5係顯示圖1所示成膜裝置之第1氣體供給部之噴射部、排氣部之排氣口、以及第2氣體供給部之噴射口之俯視圖，係從下方、亦即載置台側觀看第1氣體供給部之噴射部、排氣部之排氣口、以及第2氣體供給部之噴射口的俯視圖。如圖2~圖4所示般，於第1區域R1之上方係以面對載置台14上面的方式設有第1氣體供給部16之噴射部16a。換言之，處理室C所包含區域當中面對噴射部16a之區域成為第1區域R1。
如圖4以及圖5所示般，於噴射部16a形成有複數噴射口16h。第1氣體供給部16係從此等複數噴射口16h對第1區域R1供給前驅體氣體。藉由將前驅體氣體供給到第1區域R1，可於通過第1區域R1之基板W表面化學吸附前驅體氣體。此前驅體氣體可例示例如DCS(二氯矽烷)、單矽烷、二矽烷、有機矽含有物、金屬含有物等。
於一實施形態中，如圖5所示般，於區劃噴射部16a之緣部包含有從 圓周方向來區劃該噴射部16a之二個緣部16e。此等二個緣部16e係以愈接近軸線X彼此愈接近的方式延伸著。二個緣部16e可例如相對於軸線X以放射方向來延伸。亦即，噴射部16a亦可具有大致扇型之平面形狀。複數噴射口16h係橫跨此等二個緣部16e之間來設置。此處，伴隨載置台14之旋轉，基板W內各位置之速度隨相對於軸線X之距離而不同。亦即，愈離開軸線X之位置其速度愈快。於此實施形態，係以愈離開軸線X之基板W內位置則面對愈多噴射口16h的方式來構成噴射部16a。從而，可降低基板W各位置暴露於前驅體氣體之時間的差異。
如圖4以及圖5所示般，於噴射部16a周圍設有排氣口18a，排氣部18係從該排氣口18a進行第1區域R1之排氣。排氣部18之排氣口18a係面對於載置台14上面，如圖5所示般，沿著包圍噴射部16a外周的封閉路徑而延伸著。如此般，於成膜裝置10，寬度狹窄之排氣口18a係包圍著噴射部16a之周圍。
此外，如圖4以及圖5所示般，於排氣口18a周圍設有第2氣體供給部20之噴射口20a，第2氣體供給部20係從該噴射口20a噴射沖洗氣體。第2氣體供給部20之噴射口20a係面對於載置台14上面，沿著包圍排氣口18a外周之封閉路徑而延伸著。以第2氣體供給部20所供給之沖洗氣體方面可使用例如N2氣體、Ar氣體等惰性氣體。若如此之沖洗氣體吹送到基板W，可將過度地化學吸附於該基板W之前驅體氣體從基板去除。
成膜裝置10係藉由來自排氣口18a之排氣以及來自噴射口20a之沖洗氣體之噴射以抑制供給到第1區域R1之前驅體氣體洩漏到第1區域R1之外，此外，抑制在第2區域R2如後述般供給之反應氣體或是其自由基等侵入第1區域R1。亦即，排氣部18以及第2氣體供給部20係將第1區域R1與第2區域R2加以分離。此外，噴射口20a以及排氣口18a由於具有沿著包圍噴射部16a外周之封閉路徑而延伸之帶狀平面形狀，故噴射口20a以及排氣口18a分別的寬度變窄。從而，可一邊確保第2區域R2相對於軸線X延伸於圓周方向之角度範圍、一邊實現第1區域R1與第2區域R2之分離。一實施形態中，於第1 區域R1與第2區域R2之間延伸著之排氣口18a之寬度W2以及噴射口20a之寬度W3(參見圖5)係較基板載置區域14a之直徑W1(參見圖3)來得小。
一實施形態中，成膜裝置10可具備區劃噴射部16a、排氣口18a、以及噴射口20a之單元U。以下，亦參見圖6以及圖7。圖6係區劃第1氣體供給部之噴射部、排氣部之排氣口、以及第2氣體供給部之噴射口的一實施形態之單元分解立體圖。圖7係從上方觀看圖6所示單元之俯視圖。此外，圖7係顯示單元U之上面，圖5係顯示單元U之下面。如圖4~圖7所示般，單元U係由第1構件M1、第2構件M2、第3構件M3、以及第4構件M4所構成，具有第1~第4構件M1~M4從上依序重疊之構造。單元U係以抵接於處理容器12之上部12b下面的方式裝設於處理容器12，於處理容器12之上部12b下面與第1構件M1之間設有彈性密封構件30。此彈性密封構件30係沿著第1構件M1上面之外緣而延伸著。
第1~第4構件M1~M4具有大致扇型之平面形狀。第1構件M1於下部側區劃著收容第2~第4構件M2~M4之凹部。此外，第2構件M2於下部側區劃著收容第3~第4構件M3~M4之凹部。第3構件M3與第4構件M4具有大致同樣的平面尺寸。
於單元U設有貫通第1~第3構件M1~M3之氣體供給流路16p。氣體供給流路16p之上端係和在處理容器12之上部12b所設之氣體供給流路12p連接著。此氣體供給流路12p經由閥16v以及質流控制器等流量控制器16c而連接著前驅體氣體之氣體源16g。此外，氣體供給流路16p之下端係和形成於第3構件M3與第4構件M4之間的空間16d連接著。此空間16d連接著設置於第4構件M4之噴射部16a之噴射口16h。
於處理容器12之上部12b與第1構件M1之間係以將氣體供給流路12p與氣體供給流路16p之連接部分加以包圍的方式設有O型環等彈性密封構件32a。藉由此彈性密封構件32a，可防止供給到氣體供給流路16p以及氣體供給流路12p之前驅體氣體從處理容器12之上部12b與第1構件M1之交界漏出 。此外，於第1構件M1與第2構件M2之間、以及第2構件M2與第3構件M3之間係以包圍氣體供給流路16p的方式分別設有O型環等彈性密封構件32b、32c。藉由彈性密封構件32b以及32c，可防止供給到氣體供給流路16p之前驅體氣體從第1構件M1與第2構件M2之交界以及第2構件M2與第3構件M3之交界漏出。此外，於第3構件M3與第4構件M4之間係以包圍空間16d的方式設有彈性密封構件32d。藉由彈性密封構件32d，可防止供給到空間16d之前驅體氣體從第3構件M3與第4構件M4之交界漏出。
此外，於單元U係形成貫通第1~第2構件M1~M2之排氣流路18q。排氣流路18q之上端係和在處理容器12之上部12b所設之排氣流路12q連接著。此排氣流路12q係連接於真空泵等排氣裝置34。此外，排氣流路18q之下端係和在第2構件M2下面與第3構件M3上面之間所設之空間18d連接著。此外，如上述般，第2構件M2係區劃著收容第3構件M3以及第4構件M4之凹部，於區劃該凹部之第2構件M2之內側面與第3構件M3以及第4構件M4之側端面之間設有間距18g。空間18d係連接於間距18g。此間距18g之下端係發揮上述排氣口18a之功能。
於處理容器12之上部12b與第1構件M1之間係以將排氣流路18q與排氣流路12q之連接部分加以包圍的方式設有O型環等彈性密封構件36a。藉由此彈性密封構件36a，可防止通過排氣流路18q以及排氣流路12q之排氣氣體從處理容器12之上部12b與第1構件M1之交界漏出。此外，於第1構件M1與第2構件M2之間係以包圍排氣流路18q的方式設有O型環等彈性密封構件36b。藉由此彈性密封構件36b，可防止通過排氣流路18q之氣體從第1構件M1與第2構件M2之交界漏出。
再者，於單元U形成有貫通第1構件M1之氣體供給流路20r。氣體供給流路20r之上端係和在處理容器12之上部12b所設之氣體供給流路12r連接著。氣體供給流路12r係經由閥20v以及質流控制器等流量控制器20c而連接著沖洗氣體之氣體源20g。此外，氣體供給流路20r之下端係和在第1構件M1 下面與第2構件M2上面之間所設之空間20d連接著。此外，如上述般，第1構件M1係區劃將第2~第4構件M2~M4加以收容之凹部，於區劃該凹部之第1構件M1之內側面與第2構件M2之側面之間設有間距20p。此間距20p係連接於空間20d。此外，此間距20p之下端係發揮第2氣體供給部20之噴射口20a的功能。於處理容器12之上部12b與第1構件M1之間係以將氣體供給流路12r與氣體供給流路20r之連接部分加以包圍的方式設有O型環等彈性密封構件38。藉由此彈性密封構件38，可防止通過氣體供給流路20r以及氣體供給流路12r之沖洗氣體從上部12b與第1構件M1之交界漏出。
此處，如圖8所示般，於單元U下面與載置台14上面之間係以不致阻礙載置台14之旋轉的方式設有間距GH。亦即，於載置台14上面與噴射口20a之間、以及載置台14上面與排氣口18a之間存在著於軸線X方向具有長度(高度)WA之間距GH。此外，排氣口18a與噴射口20a之間的間隔(間距)係具有距離WB之長度。此距離WB以設定為間距GH之長度WA的10倍以上為佳。關於此理由將於後述。
以下，再次參見圖1~圖3、並進而參見圖9。圖9係圖1所示成膜裝置之放大截面圖，為設有電漿生成部之部分的放大截面圖。如圖1~圖3以及圖9所示般，成膜裝置10具備有電漿生成部22。電漿生成部22係藉由對第2區域R2供給反應氣體、並對該第2區域R2供給微波，而於第2區域R2生成反應氣體之電漿。一實施形態中，於第2區域R2，可使得化學吸附於基板W之前驅體氣體被氮化。當使得沉積於基板W之膜產生氮化之情況，反應氣體方面可使用例如N2氣體或是NH3氣體、氧、臭氧、氫、NO、NO2等。
電漿生成部22可具有用以對第2區域R2供給微波之一以上之天線22a。一以上之天線22a分別可包含介電質板40以及一以上之導波管42。圖1~圖3所示實施形態中，四個天線22a相對於軸線X配置排列於圓周方向上。各天線22a具有設置於第2區域R2上方之介電質板40、以及設置於該介電質板40上之導波管42。
此處，進一步參見圖10以及圖11。圖10係從上方觀看一實施形態之成膜裝置之一天線的俯視圖。圖11係沿著圖10之XI-XI線所取之截面圖。如圖9~圖11所示般，介電質板40係由石英等介電質材料所構成之大致板狀的構件。介電質板40係以面對於第2區域R2的方式所設者，由處理容器12之上部12b所支撐著。
具體而言，於處理容器12之上部12b係以介電質板40相對於第2區域R2露出的方式形成有開口AP。此開口AP之上側部分的平面尺寸(和軸線X交叉之面內尺寸)係大於該開口AP之下側部分的平面尺寸(和軸線X交叉之面內尺寸)。從而，於區劃開口AP之上部12b設有面向上方之段差面12s。另一方面，介電質板40之緣部係以被支撐部40s的方式來作用而抵接於段差面12s。此被支撐部40s抵接於段差面12s，藉此介電質板40被支撐於上部12b。此外，於段差面12s與介電質板40之間亦可設有彈性密封構件。
如此般，被上部12b所支撐之介電質板40係經由第2區域R2而和載置台14面對著。此介電質板40下面當中從上部12b之開口AP而露出之部分(亦即面向第2區域R2之部分)係做為介電質窗40w而發揮功能。於介電質窗40w之緣部包含有愈接近軸線X彼此愈接近之二個緣部40e。藉由介電質窗40w之該形狀(亦即隨著從軸線X離開而於圓周方向之長度變大之形狀)，可降低基板W之各位置暴露於反應氣體之電漿的時間差異。此外，包含介電質窗40w以及被支撐部40s之介電質板40之平面形狀亦可為大致扇形，此外，為了使得其加工容易，亦可為多角形狀。
於此介電質板40上設有導波管42。導波管42為矩形導波管，係以傳遞微波之內部空間42i在介電質窗40w上方相對於軸線X朝大致放射方向延伸的方式來設置於介電質板40上。一實施形態中，導波管42可包含狹縫板42a、上部構件42b、以及端部構件42c。
狹縫板42a為金屬製板狀構件，從下方來區劃導波管42之內部空間42i。狹縫板42a相接於介電質板40上面，而覆蓋著介電質板40之上面。狹縫板 42a於區劃內部空間42i之部分具有複數狹縫孔42s。
於此狹縫板42a上，金屬製上部構件42b係以覆蓋該狹縫板42a的方式來設置著。上部構件42b係從上方來區劃導波管42之內部空間42i。上部構件42b可相對於該上部12b而被螺固，以將狹縫板42a以及介電質板40夾持在該上部構件42b與處理容器12之上部12b之間。
端部構件42c為金屬製構件，設置於導波管42之長邊方向的一端。亦即，端部構件42c係以封閉內部空間42i之一端的方式安裝於狹縫板42a與上部構件42b之一端部。於導波管42之另一端連接著微波產生器48。微波產生器48係例如產生約2.45GHz之微波，將該微波供給於導波管42。由微波產生器48所產生而傳輸於導波管42之微波係通過狹縫板42a之狹縫孔42s而被供給到介電質板40，並經由介電質窗40w而供給到第2區域R2。一實施形態中，微波產生器48相對於複數導波管42亦可為共通者。此外，於其他實施形態，複數微波產生器48亦可分別連接於複數導波管42。如此般，使用連接於複數天線22a之一以上之微波產生器48，並對於該微波產生器48所產生之微波強度進行調整，藉此，可提高對第2區域R2所供給之微波強度。
此外，電漿生成部22包含有第3氣體供給部22b。第3氣體供給部22b係將反應氣體供給於第2區域R2。此反應氣體在如上述般使得化學吸附於基板W之含Si前驅體氣體進行氮化之情況，可為例如N2氣體或是NH3氣體。一實施形態中，第3氣體供給部22b可包含有氣體供給流路50a以及噴射口50b。氣體供給流路50a係以例如延伸於開口AP周圍的方式形成於處理容器12之上部12b。此外，於處理容器12之上部12b形成有用以將供給於氣體供給流路50a之反應氣體朝向介電質窗40w下方進行噴射的噴射口50b。一實施形態中，複數噴射口50b亦可設置於開口AP之周圍。此外，氣體供給流路50a係經由閥50v以及質流控制器等流量控制器50c而連接著反應氣體之氣體源50g。
依據以此方式構成之電漿生成部22，係藉由第3氣體供給部22b來對第 2區域R2供給反應氣體，此外，藉由天線22a對第2區域R2供給微波。藉此，於第2區域R2生成反應氣體之電漿。換言之，第2區域R2係生成反應氣體之電漿的區域。如圖3所示，此第2區域R2相對於軸線X延伸於圓周方向之角度範圍係大於第1區域R1延伸於圓周方向之角度範圍。藉由於此第2區域R2所生成之反應氣體之電漿，化學吸附於基板W上之前驅體氣體受到處理。例如，化學吸附於基板W上之含Si之前驅體氣體係被N2氣體之電漿處理所氮化。此外，於處理容器12之下部12a係如圖3所示般，於載置台14外緣下方形成有排氣口22h。於此排氣口22h連接著圖9所示排氣裝置52。
再次參見圖1，成膜裝置10可進一步具備用以控制該成膜裝置10之各要素的控制部60。控制部60可為具備有CPU(中央處理裝置)、記憶體、輸入裝置等之電腦。控制部60可藉由讓CPU隨著儲存於記憶體之程式而動作以控制成膜裝置10之各要素。一實施形態中，控制部60可為了控制載置台14之旋轉速度而對驅動裝置24a送出控制訊號，為了控制基板W之溫度而對連接於加熱器26之電源送出控制訊號，為了控制前驅體氣體之流量而對閥16v以及流量控制器16c送出控制訊號，為了控制連接於排氣口18a之排氣裝置34之排氣量而對該排氣裝置34送出控制訊號，為了控制沖洗氣體之流量而對閥20v以及流量控制器20c送出控制訊號，為了控制微波功率而對微波產生器48送出控制訊號，為了控制反應氣體之流量而對閥50v以及流量控制器50c送出控制訊號，為了控制排氣裝置52之排氣量而對該排氣裝置52送出控制訊號。
以下，針對使用成膜裝置10之基板處理方法來說明。於以下之說明，係利用該處理方法來於Si基板上生成矽氮化膜。
(基板搬送製程)
藉由成膜裝置10來處理基板W之情況，首先，利用機械臂等搬送裝置使得Si基板W經由閘閥G而搬送到載置台14之基板載置區域14a上。然後，載置台14因驅動機構24而旋轉，載置著基板W之基板載置區域14a以第2區域 R2為基點進行旋轉移動。
(氮化處理製程1)
其次，基板W受到氮化。具體而言，以第3氣體供給部22b來對第2區域R2供給含氮之反應氣體，來自微波產生器48之微波經由天線22a而供給於第2區域R2。藉此，於第2區域R2生成反應氣體之電漿。藉由此反應氣體之電漿，基板W之表面被氮化。
(利用前驅體氣體之處理製程)
其次，伴隨載置台14之旋轉，基板W移動到第1區域R1內。於第1區域R1，DCS等前驅體氣體藉由第1氣體供給部16而被供給。藉此，前驅體氣體所含Si會被化學性或是物理性吸附於基板W上。
(沖洗製程)
其次，伴隨載置台14之旋轉，基板W乃通過第1區域R1與第2區域R2之間。此時，基板W會暴露於由第2氣體供給部20所供給之沖洗氣體。藉此，過度地化學吸附於基板W之含Si前驅體氣體會被移除。
(氮化處理製程2)
其次，伴隨載置台14之旋轉，基板W移動到第2區域R2內。第2區域R2係藉由第3氣體供給部22b而被供給含氮之反應氣體，來自微波產生器48之微波經由天線22a而被供給。從而，於第2區域R2生成反應氣體之電漿。藉由此反應氣體之電漿，化學吸附於基板W表面之前驅體氣體被氮化。
基板W係藉由載置台14之旋轉而反覆受到前驅體氣體之處理製程、沖洗製程、以及氮化處理製程。藉此，於基板W上形成矽氮化膜。如上述般，於成膜裝置10，相較於第1區域R1在圓周方向之角度範圍，第2區域R2在圓周方向之角度範圍變大。從而，可增加基板W繞軸線X周圍進行一次旋轉期間中，以反應氣體之電漿來處理該基板W之時間。其結果，可提高對於基板W之成膜生產量。
以下，針對參見圖8所說明之載置台14上面與噴射口20a之間以及載置 台14上面與排氣口18a之間的間距GH之長度(高度)WA與排氣口18a與噴射口20a之間隔(間距)亦即距離WB之關係來說明。圖12~圖15係顯示成膜裝置10中以排氣部18之排氣量(亦即排氣裝置34之排氣量)以及第2沖洗氣體之流量為參數進行變更而測定之從第1區域R1往該第1區域R1外部之氣體漏洩量之表(圖中(a))、以及從第1區域R1外部往第1區域R1之氣體侵入量(圖中(b))之表。
得到圖12~圖15所示表之時的間距GH之長度(高度)WA、以及排氣口18a與噴射口20a之間隔(間距)係如以下所示。
<圖12>
‧間距GH之長度WA：2mm
‧排氣口18a與噴射口20a之距離WA：35mm
<圖13>
‧間距GH之長度WA：3mm
‧排氣口18a與噴射口20a之距離WA：35mm
<圖14>
‧間距GH之長度WA：2mm
‧排氣口18a與噴射口20a之距離WA：4mm
<圖15>
‧間距GH之長度WA：2mm
‧排氣口18a與噴射口20a之距離WA：20mm
此外，為了得到圖12~圖15所示表，從噴射部16a將前驅體氣體之代用物O2氣體供給於第1區域R1，從排氣口18a進行排氣，此外，從第2氣體供給部20供給Ar氣體，從第3氣體供給部22b供給N2氣體。O2氣體之流量定為500sccm，N2氣體之流量定為2000sccm。
此外，為了得到圖12~圖15所示表(a)，於處理室C內從第1區域R1觀看在第2氣體供給部20之噴射口20a外側配置四極形質量分析計，利用該四極 形質量分析計來測量氣體組成中之O2量。此外，為了得到圖12~圖15所示表(b)，於第1區域R1配置四極形質量分析計，利用該四極形質量分析計來測量氣體組成中之N2量。於圖12~圖15所示表內，「0」之標記在表(a)中表示檢測到之O2量相對於已供給之O2量為0%(檢測極限以下)，亦即表示沒有來自第1區域R1之氣體漏洩，表(b)中表示檢測到之N2量相對於已供給之N2為0%，亦即表示沒有往第1區域R1侵入之反應氣體。此外，「<0.2」之標記在表(a)中表示O2量小於0.2%，在表(b)中表示N2量之比例小於0.2%。此外，「<0.5」之標記在表(a)中表示O2量小於0.5%，在表(b)表示N2量小於0.5%。此外，於圖12~圖15所示表中，以粗線框圍繞之範圍表示既未檢測到來自第1區域R1之氣體漏洩亦未檢測到反應氣體侵入第1區域R1之範圍。亦即，藉由使用和圖12~圖15所示表中以粗線圍繞之範圍相對應之排氣部18之排氣量以及第2氣體供給部20之氣體流量，可防止前驅體氣體自第1區域R1往外部漏洩，並可防止反應氣體侵入第1區域R1。
參見圖12以及圖13所示表，當間距GH之長度WA為2mm與3mm之情況，確認到可防止來自第1區域R1之氣體漏洩並防止反應氣體侵入第1區域R1之排氣裝置34之排氣量以及第2氣體供給部20之氣體流量範圍不同。亦即，若間距GH之長度WA變大，則可防止前驅體氣體從第1區域R1往外部漏洩並防止反應氣體侵入第1區域R1之排氣部18之排氣量以及第2氣體供給部20之氣體流量範圍變窄。
此外，若參見圖12、圖14以及圖15所示之表，可確認可防止氣體從第1區域R1往外部之漏洩並防止反應氣體侵入第1區域R1之排氣部18之排氣量以及第2氣體供給部20之氣體流量的範圍會隨著加大排氣口18a與噴射口20a之距離WA而變大。
從而，為了確保可防止氣體從第1區域R1往外部之漏洩並防止反應氣體侵入第1區域R1之排氣部18之排氣量以及第2氣體供給部20之氣體流量之容許範圍，必須相應於間距GH之長度來加大排氣口18a與噴射口20a之距離 WA。
此外，若比較圖12、圖14以及圖15所示之表，可確認當間距GH之長度WA為2mm之情況，只要排氣口18a與噴射口20a之距離WA為20mm以上，則可於排氣裝置34之排氣量以及第2氣體供給部20之氣體流量之容許範圍上確保充分的寬裕度。由以上可確認：排氣口18a與噴射口20a之距離WA以間距GH之長度WA的10倍以上為佳。
其次，參見圖16。圖16係示意顯示其他實施形態之成膜裝置之俯視圖。圖16所示成膜裝置10B在具備單一天線22aB這點上係和成膜裝置10不同。此天線22aB係具有單一介電質板40B與構成複數導波管42之導波管單元42B。介電質板40B具有將成膜裝置10之複數介電質板40加以一體化之構成。介電質板40B具有愈接近軸線X則彼此愈接近之二個緣部40e，於此等緣部40e之間延伸著。此外，介電質板40B延伸於圓周方向之角度範圍係長於成膜裝置10之一個介電質板40延伸於圓周方向之角度範圍，而和第2區域R2在圓周方向的角度範圍大致同等。此介電質板40B亦可例如相對於軸線X在圓周方向上於180度以上之角度範圍內延伸。
導波管單元42B具有將成膜裝置10之複數狹縫板42a以及複數上部構件42b加以一體化之構成，而提供複數導波管42。如此般，亦可使用於單一介電質板40B上設有複數導波管42之構成的天線。此外，於其他實施形態，亦可於單一介電質板42B上設置單一導波管42。
其次參見圖17以及圖18。圖17係示意顯示其他實施形態之成膜裝置之俯視圖。圖18係沿著圖17所示XVIII-XVIII線所取之截面圖。圖17以及圖18所示之成膜裝置10C在具備有被稱為幅線槽形天線之一以上天線22aC這點上係有別於成膜裝置10。圖17以及圖18所示之實施形態中，成膜裝置10C具備有三個天線22aC。
天線22aC係具有介電質板70、狹縫板72、介電質板74、以及冷卻外套76。介電質板70為大致圓板上之介電質構件，例如由氧化鋁陶瓷所構成。 介電質板70係以其下面從形成於處理容器12之上部12b處的開口AP露出於第2區域R2的方式被該上部12b所支撐著。介電質板70之下面當中相對於第2區域R2露出之部分係以介電質窗70w來作用。介電質窗70w具有大致圓形狀之平面形狀。
於介電質板70上設有狹縫板72。狹縫板72係大致圓板狀之金屬製構件。於狹縫板72形成有複數狹縫對。各狹縫對含有彼此正交或是交叉之二個狹縫孔。此等狹縫對相對於狹縫板72之中心軸線係配置排列於徑向以及圓周方向上。此外，於狹縫板72上設有介電質板74。介電質板74為大致圓板狀之介電質構件，例如由氧化鋁陶瓷所構成。於介電質板74上設有冷卻外套76。冷卻外套76藉由讓冷媒流經形成於其內部之流路來冷卻天線22aC。冷卻外套76之表面為金屬製表面，介電質板74係被挾持在狹縫板72上面與冷卻外套76下面之間。
成膜裝置10C係進一步具備有微波產生器48C、導波管80、以及同軸導波管82。微波產生器48C係產生例如約2.45GHz之微波。此微波係經由導波管80而傳遞於同軸導波管82。同軸導波管82包含有內側導體82a以及外側導體82b。內側導體82a係延伸於軸線X方向，該內側導體82a之下端係連接於狹縫板72。此外，外側導體82b具有大致筒形狀，該外側導體82b之下端係連接於冷卻外套76之表面。
依據成膜裝置10C，由微波產生器48C所產生、傳遞於導波管80以及同軸導波管82之微波係從天線22aC之狹縫孔供給到介電質板70，而從介電質窗70w供給到第2區域R2。此外，第2區域R2係被供給來自第3氣體供給部22b之反應氣體。從而，即便於成膜裝置10C也可對化學吸附於基板W上之前驅體進行反應氣體之電漿處理。
此外，不限定於上述實施形態而可構成各種變形態樣。於上述實施形態中，於第2區域R2所進行之處理為氮化處理，但第2區域R2亦可進行氧化處理。於此情況，第3氣體供給部22b可將含氧之氣體供給到第2區 域R2。此外，可配合第1區域R1與第2區域R2之面積比、吸附效率、電漿處理效率來進行調整。
10‧‧‧成膜裝置
12‧‧‧處理容器
12a‧‧‧下部
12b‧‧‧上部
12p,12r‧‧‧氣體供給流路
14‧‧‧載置台
14a‧‧‧基板載置區域
16‧‧‧第1氣體供給部(前驅體氣體之氣體供給部)
16a‧‧‧噴射部
16c‧‧‧流量控制器
16h‧‧‧噴射口
16g‧‧‧氣體源
16v‧‧‧閥
18‧‧‧排氣部
18a‧‧‧排氣口
20‧‧‧第2氣體供給部(沖洗氣體之氣體供給部)
20a‧‧‧噴射口
20c‧‧‧流量控制器
20g‧‧‧氣體源
20v‧‧‧閥
22‧‧‧電漿生成部
22a‧‧‧天線
22b‧‧‧第3氣體供給部(反應氣體之氣體供給部)
24‧‧‧驅動機構
24a‧‧‧驅動裝置
24b‧‧‧旋轉軸
26‧‧‧加熱器
34‧‧‧排氣裝置
40‧‧‧介電質板
40w‧‧‧介電質窗
42‧‧‧導波管
42a‧‧‧狹縫板
42b‧‧‧上部構件
42c‧‧‧端部構件
48‧‧‧微波產生器
50a‧‧‧氣體供給流路
50b‧‧‧噴射口
50c‧‧‧流量控制器
50g‧‧‧氣體源
50v‧‧‧閥
52‧‧‧排氣裝置
60‧‧‧控制部
AP‧‧‧開口
C‧‧‧處理室
R2‧‧‧第2區域
X‧‧‧軸線(旋轉軸線)

Claims (6)

  1. 一種成膜裝置，具備有：載置台，係具有基板載置區域，該基板載置區域係以可繞軸線中心進行旋轉的方式來設置以移動於圓周方向上；處理容器，係將收容該載置台之處理室加以區劃，該處理室包括有第1區域與第2區域，使得因該載置台之旋轉而相對於該軸線在圓周方向上移動之該基板載置區域依序通過第1區域與第2區域；第1氣體供給部，係從面對該載置台所設之噴射部來對該第1區域供給前驅體氣體；排氣部，係從排氣口進行排氣，該排氣口係以沿著包圍該噴射部周圍之封閉路徑來延伸的方式所形成者；第2氣體供給部，係從噴射口供給沖洗氣體，該噴射口係以沿著圍繞該排氣口周圍之封閉路徑來延伸的方式所形成者；以及電漿生成部，係於該第2區域生成反應氣體之電漿；該第2區域相對於該軸線延伸於圓周方向之角度範圍係大於該第1區域相對於該軸線延伸於圓周方向之角度範圍；於該噴射部與該電漿生成部之間延伸之該噴射口以及該排氣口之寬度係小於該基板載置區域之直徑。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中該噴射部係提供複數噴射口；該複數噴射口係分布於隨著愈接近該軸線則彼此愈接近之二個緣部之間。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之成膜裝置，其中該電漿生成部具有：第3氣體供給部，係對該第2區域供給反應氣體；以及一以上之天線，係對該第2區域供給微波；該一以上之天線分別包括有：介電質板，係以經由該第2區域來面對該載置台的方式而設置；以及一以上之導波管，係設置於該介電質板上，形成有讓微波朝向該介電 質板而通過之狹縫；該介電質板具有面向該第2區域之介電質窗，該介電質窗包含有在交叉於該軸線之方向上延伸而隨著愈接近該軸線則彼此愈接近之二個緣部。
  4. 如申請專利範圍第3項之成膜裝置，其中該電漿生成部具有配置排列於該圓周方向上之複數天線作為該一以上之天線。
  5. 如申請專利範圍第3項之成膜裝置，其中該電漿生成部具有單一天線作為該一以上之天線；該單一天線係設置於單一該介電質板上，且具備配置排列於圓周方向上之複數導波管作為該一以上之導波管。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之成膜裝置，其中從該排氣口與該第2氣體供給部之該噴射口到該載置台之間設置有間距；該排氣口與該第2氣體供給部之該噴射口之間之距離為該間距之長度的10倍以上。
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