KR101228728B1 - 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기억 매체 - Google Patents

기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기억 매체 Download PDF

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Abstract

기판 처리 장치에 있어서, 성막 장치와, 어닐 처리를 행하는 열처리 장치를 진공 반송실에 기밀하게 접속하는 동시에, 진공 반송실 내에 자전 기구인 회전 스테이지를 설치한다. 웨이퍼에 대해 BTBAS 가스를 공급하여 이 가스를 흡착시키고, 계속해서 BTBAS 가스와 반응하여 유동성을 갖는 실록산 중합체를 생성하는 에탄올 가스 및 실록산 중합체를 산화하는 O3 가스를 이 순서로 웨이퍼에 공급하여 성막 처리를 행하는 동시에, 이 성막 처리의 도중에 성막 장치로부터 웨이퍼를 취출하고, 기판을 회전시켜 그 방향을 변경하고, 또한 어닐 처리를 행하여 반응 생성물을 치밀화한다.

Description

기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기억 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING METHOD, STORAGE MEDIUM}
본 출원은 2009년 4월 9일에 출원한 일본 특허 출원 제2009-095213호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이고, 이 특허 출원의 전체 내용을 본 출원에 원용한다.
본 발명은 진공 용기 내에 있어서, 서로 반응하는 복수의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고 또한 이 공급 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 적층하여 박막을 형성하는 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 이 기판 처리 방법이 기억된 기억 매체에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스에 있어서의 성막 방법으로서, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함)에 대해 진공 분위기 하에서 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 공급함으로써 박막을 형성하는 방법이 알려져 있다. 구체적으로는, 이 방법은, 예를 들어 웨이퍼의 표면에 제1 반응 가스를 흡착시킨 후, 공급하는 가스를 제2 반응 가스로 절환하고, 웨이퍼 표면에서의 양 가스의 반응에 의해 1층 혹은 복수층의 원자층이나 분자층을 형성하고, 이 사이클을 복수회, 예를 들어 수백회 행함으로써, 이들 층을 적층하여 웨이퍼 상에 박막을 성막하는 프로세스이다. 이 프로세스는, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)나 MLD(Molecular Layer Deposition) 등으로 불리고 있고, 종래부터 사용되고 있는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법과 비교하여 사이클 수에 따라서 막 두께를 고정밀도로 컨트롤할 수 있는 동시에, 막질의 면내 균일성도 양호해, 반도체 디바이스의 박막화에 대응할 수 있는 유효한 방법이다.
이 성막 방법을 실시하는 데 있어서는, 예를 들어 특허 문헌 1 내지 8에 기재된 장치가 알려져 있다. 이들 장치에 대해 개략적으로 설명한다. 이 장치의 진공 용기 내에는 복수매의 웨이퍼를 둘레 방향(회전 방향)으로 배열하여 적재하기 위한 적재대와, 이 적재대에 대향하도록 진공 용기의 상부에 설치되어, 처리 가스(반응 가스)를 웨이퍼에 공급하는 복수의 가스 공급부가 설치되어 있다.
웨이퍼를 적재대에 적재하여 진공 용기 내를 소정의 처리 압력이 되도록 감압하고, 웨이퍼를 가열하는 동시에 적재대와 상기한 가스 공급부를 연직축 주위로 상대적으로 회전시킨다. 또한, 복수의 가스 공급부로부터 웨이퍼의 표면으로, 예를 들어 각각 상술한 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급하는 동시에, 반응 가스를 공급하는 가스 공급부끼리의 사이에 물리적인 격벽을 설치하거나, 혹은 불활성 가스를 에어 커튼으로서 분출함으로써, 진공 용기 내에 있어서 제1 반응 가스에 의해 형성되는 처리 영역과 제2 반응 가스에 의해 형성되는 처리 영역을 구획한다.
이와 같이, 공통의 진공 용기 내에 복수 종류의 반응 가스를 동시에 공급하고 있지만, 이들 반응 가스가 웨이퍼 상에 있어서 혼합되지 않도록 각각의 처리 영역을 구획하고 있다. 적재대 상의 웨이퍼로부터 보면, 예를 들어 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스가 상기한 격벽이나 에어 커튼을 통해 순서대로 공급되게 된다. 그로 인해, 예를 들어 진공 용기 내에 공급하는 반응 가스의 종류를 절환할 때마다 진공 용기 내의 분위기를 치환할 필요가 없다. 또한, 웨이퍼에 공급하는 반응 가스를 고속으로 절환할 수 있다. 상기한 방법에 의한 성막 처리를 빠르게 행할 수 있다.
그런데, 상술한 성막 장치는 테이블 및 가스 공급부가 상대적으로 회전함으로써 형성되는 가스류와, 가스 공급부 및 배기구의 위치 관계로 정해지는 가스류가 조합되어 웨이퍼 표면 상에 가스가 흐르고, 또한 테이블의 직경 방향의 위치에 의해 상기 상대적 회전에 있어서의 주속도가 변화된다. 웨이퍼의 면내에 있어서의 가스류는, 통상의 매엽식 진공 처리 장치에 비해 균일성이 낮다. 이로 인해, 본래 면내 균일성이 높은 성막 처리를 행할 수 있는 ALD법이면서, 상술한 성막 장치는 그 이점을 충분히 발휘할 수 없을 우려가 있다.
또한, 반도체 디바이스의 패턴의 미세화에 수반하여, 패턴인 오목부의 매립에 대해 양호한 특성이 요구되고 있다. 이로 인해, 오목부의 어스펙트비가 높은 경우 등에 대해서는, CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 박막을 형성하여 매립한 후, 내부에 형성된 공동을 막기 위해, 예를 들어 어닐 처리에 의해 박막을 유동시키는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이 방법은 성막을 행하여 오목부를 매립한 후에 어닐 처리를 행하고 있다. 오목부 내에 형성된 공동을 막기 위해서는, 높은 가열 온도와 긴 처리 시간이 필요해진다. 이로 인해, 처리량의 저하의 하나의 원인이 되고, 또한 이미 형성되어 있는 디바이스 구조에 대해 큰 열이력을 부여할 우려도 있다.
상술한 ALD법은, 매립 특성은 매우 우수하지만, 막이 치밀하기 때문에, 어닐했을 때에 유동성이 얻어지지 않는다. ALD법은 오목부가 높은 어스펙트비이거나, 역테이퍼 형상인 경우에는, 매립 부분에 있어서 공동이 발생하는 경우가 있지만, 이 경우에는 어닐에 의한 유동화가 곤란하여, 결과적으로 매립이 양호하게 행해지지 않을 우려가 있다. 또한, 이와 같은 ALD법에 있어서, 예를 들어 박막 중에 포함되는 유기물 등의 불순물을 효율적으로 저감시키는 기술도 필요하다.
특허 문헌 9에는 웨이퍼의 표면에 소스 영역이나 드레인 영역을 형성하기 위해, 디스크 상에 복수매의 웨이퍼를 둘레 방향으로 배치하고, 이 디스크를 지지하는 회전 아암을 축 주위로 회전시키는 동시에, 이 디스크 상의 웨이퍼에 이온 빔을 주입하는 기술이 기재되어 있다. 이온 빔의 전체 주입량의 1/4을 주입하여 웨이퍼를 90도 둘레 방향으로 회전(자전)시키고, 계속해서 다시 1/4을 주입하고 또한 웨이퍼를 90도 회전시키고, 이와 같이 하여 웨이퍼를 1주시키는 동안에 전체 주입량을 주입함으로써, 디스크의 왕복 직선 운동에 대해 여러 방향을 향하고 있는 트랜지스터에 대해 균일하게 이온을 주입하고 있다. 그러나, ALD를 행하는 장치에 있어서의 상술한 과제 및 해결 수단에 대해서는 전혀 시사되어 있지 않다.
특허 문헌 10에는 ALD법에 의해 SiO2 절연막을 성막하는 데 있어서, Si 원료 가스를 공급한 후, 오존 가스를 공급하고, 계속해서 수증기를 공급하는 기술이 기재되어 있지만, 이와 같은 과제에 대해서는 전혀 검토되어 있지 않다.
[특허 문헌 1] 미국 특허 제6634314호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 제2001-254181호 공보 [특허 문헌 3] 일본 특허 제3144664호 공보 [특허 문헌 4] 일본 특허 출원 공개 평4-287912호 공보 [특허 문헌 5] 미국 특허 제7153542호 공보 [특허 문헌 6] 일본 특허 출원 공개 제2007-247066호 공보 [특허 문헌 7] 미국 특허 공개 제2007-218701호 공보 [특허 문헌 8] 미국 특허 공개 제2007-218702호 공보 [특허 문헌 9] 일본 특허 출원 공개 평5-152238호 공보 [특허 문헌 10] 일본 특허 출원 공개 제2006-269621호 공보
본 발명의 목적은, 테이블 상의 기판을 가스 공급부에 대해 상대적으로 공전시키고, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하여 성막 처리를 행할 때에, 면내 균일성이 높고 또한 양호한 막질(오목부로의 양호한 매립 특성이나 불순물이 적은 막)을 얻을 수 있는 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 이 기판 처리 방법이 기억된 기억 매체를 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 기판 처리 장치는 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고 또한 이 공급 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 적층하여 박막을 형성하는 기판 처리 장치이며, 기판에 대해 성막 처리를 행하는 성막 장치와, 이 성막 장치에 기밀하게 접속된 진공 반송실과, 이 진공 반송실 내에 설치되어, 상기 성막 장치와 이 진공 반송실 사이에 있어서 기판을 반송하는 반송 수단과, 상기 진공 반송실에 기밀하게 접속되어, 그 내부에 기판 적재대가 설치된 처리 용기와, 이 처리 용기 내에 설치되어, 상기 기판 적재대 상의 기판에 대해 열처리를 행하기 위한 수단을 갖는 열처리 장치와, 상기 진공 반송실 내 또는 상기 열처리 장치 내에 설치되어, 상기 반송 수단 상에 적재된 기판을 연직축 주위로 자전시키기 위한 자전 기구와, 기판에 대해 박막 형성 처리를 행하도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하고, 상기 성막 장치는 상기 진공 용기 내에 설치된 테이블과, 상기 테이블의 상면에 대향하도록 또한 테이블의 둘레 방향으로 서로 이격되도록 설치되어, 기판의 표면에 복수의 반응 가스를 각각 공급하기 위한 복수의 반응 가스 공급 수단과, 이들 복수의 반응 가스 공급 수단으로부터 각각 반응 가스가 공급되는 복수의 처리 영역끼리의 분위기를 구획하기 위해, 상기 테이블의 둘레 방향에 있어서 이들 처리 영역 사이에 형성되어, 분리 가스 공급 수단으로부터 분리 가스를 공급하기 위한 분리 영역과, 상기 반응 가스 공급 수단 및 분리 가스 공급 수단과, 상기 테이블을 연직축 주위로 상대적으로 회전시키는 회전 기구와, 상기 회전 기구의 회전에 의해 상기 복수의 처리 영역 및 상기 분리 영역을 기판이 순서대로 위치하도록, 회전 기구의 회전 방향을 따르도록 상기 테이블에 형성된 기판 적재 영역과, 상기 진공 용기 내를 진공 배기하는 진공 배기 수단을 구비하고, 상기 제어부는 박막 형성 처리의 도중에 상기 회전 기구에 의한 상대적 회전을 멈추고, 상기 진공 용기로부터 상기 반송 수단에 의해 기판을 취출하고, 상기 자전 기구에 의해 기판의 방향을 바꾸도록 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 기판 처리 방법은, 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고 또한 이 공급 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 적층하여 박막을 형성하는 기판 처리 방법이며, 성막 장치의 진공 용기 내에 설치된 테이블 상의 기판 적재 영역에 기판을 적재하는 공정과, 상기 테이블의 상면에 대향하도록 또한 상기 테이블의 둘레 방향으로 서로 이격되도록 설치된 복수의 반응 가스 공급 수단으로부터, 상기 테이블 상의 기판의 적재 영역측의 면으로 각각 반응 가스를 공급하는 공정과, 상기 복수의 반응 가스 공급 수단으로부터 각각 반응 가스가 공급되는 복수의 처리 영역끼리의 분위기를 구획하기 위해, 상기 테이블의 둘레 방향에 있어서 이들 처리 영역 사이에 형성된 분리 영역에 대해 분리 가스 공급 수단으로부터 분리 가스를 공급하고, 이 분리 영역으로의 상기 반응 가스의 침입을 저지하는 공정과, 상기 반응 가스 공급 수단 및 상기 분리 가스 공급 수단과, 상기 테이블을 회전 기구에 의해 연직축 주위로 상대적으로 회전시키고, 상기 복수의 처리 영역 및 상기 분리 영역에 기판을 순서대로 위치시켜 반응 생성물의 층을 적층하여 박막을 성막하는 공정과, 상기 박막을 성막하는 공정의 도중에, 상기 회전 기구에 의한 상대적 회전을 멈추고, 상기 성막 장치에 기밀하게 접속된 진공 반송실로부터, 이 진공 반송실 내에 설치된 반송 수단에 의해 성막 장치로부터 상기 기판을 취출하고, 이 진공 반송실 내 또는 이 진공 반송실에 기밀하게 접속된 열처리 장치 내에 설치된 자전 기구에 의해 상기 기판을 연직축 주위로 자전시켜 그 방향을 변경하는 공정과, 상기 기판의 방향을 변경하기 위해 상기 성막 장치로부터 취출한 기판을, 상기 열처리 장치 내로 반입하고, 이 기판에 대해 열처리를 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 성막 장치를 구비한 기판 처리 장치에 있어서, 성막 장치 내에 있어서 기판에 대해 프로세스를 행하고 있는 도중에, 이 성막 장치에 기밀하게 접속된 진공 반송실에 기판을 취출하여 연직축 주위로 자전시켜 그 방향을 변경하는 동시에, 이 기판에 대해 열처리를 행한다. 성막 장치 내에 있어서의 기판의 면내에 있어서의 가스의 흐름의 불균일이 완화되어, 그 결과 면내에 걸쳐서 막이나 막질의 균일성이 높은 성막 처리가 행해지도록 기판 처리를 행할 수 있다. 또한, 프로세스의 도중에 실라놀화 처리나 열처리를 행하므로, 오목부로의 매립 특성이나 박막의 불순물의 농도가 낮은 양호한 막질의 박막을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 일례를 도시하는 평면도.
도 2는 상기한 기판 처리 장치를 일부 확대하여 도시하는 사시도.
도 3은 상기한 기판 처리 장치에 접속되는 열처리 장치의 일례를 도시하는 종단면도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단면도.
도 5는 상기한 성막 장치의 내부의 개략 구성을 도시하는 사시도.
도 6은 상기한 성막 장치의 횡단 평면도.
도 7a, 도 7b는 상기한 성막 장치에 있어서의 처리 영역 및 분리 영역을 도시하는 종단면도.
도 8은 상기한 성막 장치의 횡단면의 확대도.
도 9는 상기한 성막 장치를 확대하여 도시하는 사시도.
도 10은 상기한 성막 장치의 횡단면의 확대도.
도 11은 상기한 성막 장치의 일부를 도시하는 사시도.
도 12는 상기한 성막 장치에 있어서의 퍼지 가스의 흐름을 도시하는 모식도.
도 13은 상기한 기판 처리 장치에 있어서 성막 처리가 행해지는 기판의 표면 구조의 일례를 도시하는 모식도.
도 14는 상기한 기판 처리 장치에 있어서 행해지는 성막 처리의 흐름을 도시하는 흐름도.
도 15a, 도 15b, 도 15c, 도 15d는 상기한 성막 장치에 있어서 기판에 대해 성막 처리가 행해져 가는 모습을 도시하는 모식도.
도 16은 상기한 성막 장치에 있어서의 가스의 흐름을 도시하는 모식도.
도 17a, 도 17b는 상기한 기판 처리 장치에 있어서 기판을 자전시킬 때의 모습을 도시하는 모식도.
도 18은 상기한 기판 처리 장치에 있어서 기판에 대해 성막 처리가 행해져 갈 때의 기판의 방향과 성막량을 모식적으로 도시하는 모식도.
도 19는 상기한 기판 처리 장치에 있어서 성막 처리가 행해진 기판을 모식적으로 도시하는 모식도.
도 20은 상기한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 21은 상기한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 22는 상기한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 23은 상기한 다른 예에 있어서의 플라즈마 인젝터의 일례를 도시하는 사시도.
도 24는 상기한 플라즈마 인젝터를 도시하는 종단면도.
도 25는 상기한 기판 처리 장치의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 26a, 도 26b는 상기한 기판 처리 장치의 다른 예에 있어서의 기판을 자전시키는 기구의 일례를 도시하는 모식도.
도 27a, 도 27b는 상기한 성막 장치의 바람직한 예를 도시하는 개략도.
도 28은 상기한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 29는 상기한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 종단면도.
도 30은 상기한 다른 예에 있어서의 성막 장치를 도시하는 사시도.
도 31은 상기한 다른 예에 있어서의 성막 장치를 도시하는 평면도.
도 32는 상기한 다른 예에 있어서의 성막 장치를 도시하는 사시도.
도 33은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 시뮬레이션 결과를 나타내는 특성도.
본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면과 함께 설명한다.
본 발명의 제1 실시 형태인 기판 처리 장치에 대해, 도 1을 참조하여 설명한다. 이 기판 처리 장치는 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 「웨이퍼」라고 함)(W)에 대해 실리콘 산화막으로 이루어지는 박막의 성막 처리를 행하기 위한 성막 장치(101)와, 웨이퍼(W)에 대해 어닐 처리(열처리)를 행하기 위한 열처리 장치(102)와, 이들 성막 장치(101)와 열처리 장치(102) 사이에 기밀하게 접속된 진공 반송실(103)을 구비하고 있다. 성막 장치(101)와 열처리 장치(102) 사이의 벽면에는, 후술하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 이 진공 반송실(103) 내는, 예를 들어 나비 밸브로 이루어지는 압력 조정부가 배치된 배기로를 통해, 진공 펌프(모두 도시하지 않음)에 의해 소정의 진공도로 유지되도록 구성되어 있다.
이 진공 반송실(103) 내에는 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송 수단인 2기의 진공 반송 아암(104)이 설치되어 있고, 이들 진공 반송 아암(104, 104)은 각각 연직축 주위로 회전 가능하게 구성되는 동시에, 웨이퍼(W)를 수평으로 보유 지지하여 성막 장치(101), 열처리 장치(102) 및 후술하는 로드 로크실(105)에 대해 진퇴 가능하게 구성되어 있다. 또한, 진공 반송실(103) 내에 있어서, 2기의 진공 반송 아암(104, 104)을 각각 액세스할 수 있는 위치, 예를 들어 2기의 진공 반송 아암(104, 104)의 중간 위치에 있어서의 성막 장치(101)에 근접하는 위치에는, 도 2에도 도시한 바와 같이, 진공 반송 아암(104) 상에 보유 지지된 웨이퍼(W)를 이면측으로부터 픽업하여 연직축 주위로 회전시키기 위한 승강축(130)과, 이 승강축(130)을 하측으로부터 연직축 주위로 회전 가능 및 승강 가능하게 보유 지지하는 구동부(131)로 이루어지는 자전 기구(132)가 설치되어 있다. 이 자전 기구(132)는, 후술하는 바와 같이 성막 장치(101)에서 성막 도중의 웨이퍼(W)에 대해 그 방향을 변경하여, 성막을 속행하기 위한 것이다. 도 1에서는 진공 반송 아암(104)을 간략화하여 묘화하고 있고, 또한 도 2에서는 1기의 반송 아암(104)만을 묘화하고 있다.
또한, 진공 반송실(103)의 측벽에는 대기 분위기와 진공 분위기 사이에서 분위기가 절환 가능한 2개의 로드 로크실(예비 진공실)(105)을 통해, 내부에 대기 반송 아암(106)이 배치된 대기 반송실(107)이 접속되어 있다. 이 대기 반송 아암(106)은 연직축 주위로 회전 가능, 승강 가능, 진퇴 가능 및 2개의 로드 로크실(105, 105)의 배열에 따라서 수평 이동 가능하게 구성되어 있다. 도 1 중 부호 108은, 예를 들어 25매의 웨이퍼(W)가 수납된 후프라고 불리는 밀폐형의 반송 용기이고, 웨이퍼(W)는 이 반송 용기(108)로부터 대기 반송 아암(106)에 의해 대기 반송실(107)로 취출되고, 로드 로크실(105) 및 진공 반송실(103)을 통해 진공 반송 아암(104)에 의해 성막 장치(101)나 열처리 장치(102)로 반송되게 된다. 도 1 중 부호 G는 게이트 밸브이다.
상기한 열처리 장치(102)에 대해 설명한다. 이 열처리 장치(102)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 처리 용기(111)와, 이 처리 용기(111) 내에 설치된 기판 적재대(112)를 구비하고 있다. 이 적재대(112)는 웨이퍼(W)를 100℃ 내지 450℃, 바람직하게는 350℃로 가열하기 위한 가열 수단(113), 예를 들어 히터가 매설된 지지대(114)와, 이 지지대(114) 상에 설치된 정전 척(115)을 구비하고 있다. 적재대(112)의 내부에는 웨이퍼(W)를 이면측으로부터 픽업하여 승강시키기 위한 전달 수단, 예를 들어 3개의 승강 핀(119)이 설치되어 있고, 이 승강 핀(119)에는 하방측으로부터 승강 핀(119)을 승강 가능하게 지지하는 승강 장치(121)가 접속되어 있다. 이 적재대(112)의 내부에는 승강 핀(119)이 승강하기 위한 관통 구멍(120)이 형성된다. 승강 핀(119)이 승강 장치(121)에 의해 승강함으로써, 상술한 진공 반송 아암(104)과 승강 핀(119) 사이에 있어서 웨이퍼(W)의 전달을 행하도록 구성되어 있다. 도 3 중 부호 128은 승강 핀(119)과 처리 용기(111)의 저면 사이를 기밀하게 접속하는 벨로즈이다.
적재대(112)의 주위에 있어서의 바닥면에는 배기구(123)가 형성된다. 이 배기구(123)로부터 연신되는 배기관(124)에는, 예를 들어 나비 밸브 등의 압력 조정 수단(도시하지 않음)을 통해 진공 펌프 등의 진공 배기 수단(125)이 접속되어 있다. 또한, 처리 용기(111)의 측벽에는, 이 처리 용기(111) 내에 불활성 가스, 예를 들어 N2(질소) 가스를 공급하기 위한 가스 공급로(127)가 접속된다. 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)에 대해 열처리를 행할 때에는 불활성 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 도 1 중 부호 122는 반송구이다.
다음에, 상기한 성막 장치(101)에 대해 상세하게 서술한다. 이 성막 장치(101)는, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이 평면 형상이 대략 원형인 편평한 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되어, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는 이 회전 테이블(2)을 수납하는 대략 컵형의 용기 본체(12)와, 이 용기 본체(12)의 상면의 개구부를 기밀하게 막도록 원형상으로 형성된 천장판(11)을 구비하고 있다. 이 천장판(11)은 용기 본체(12)의 상면의 주연부에 링 형상으로 설치된 시일 부재, 예를 들어 O링(13)을 통해 용기 본체(12)측에 기밀하게 접속된다. 천장판(11)은 개폐 기구(도시하지 않음)에 의해 승강하여 개폐되도록 구성되어 있다.
회전 테이블(2)은 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정된다. 코어부(21)는 연직 방향으로 연신되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(22)은 진공 용기(1)의 저면부(14)를 관통하여, 그 하단부가 회전축(22)을 연직축 주위로, 본 예에서는 시계 방향으로 회전시키는 회전 기구인 구동부(23)에 설치되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는 상면이 개방된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 케이스체(20)는 그 상면에 설치된 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저면부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있고, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지되어 있다.
회전 테이블(2)의 표면부에는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 회전 방향(둘레 방향)을 따라서 복수매, 예를 들어 5매의 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)(W)를 적재하기 위한 원형 형상의 오목부(24)가 형성되어 있고, 오목부(24)는 회전 테이블(2)의 회전에 의해 회전 테이블(2)의 회전 중심을 중심으로 하여 연직축 주위로 공전하도록 구성되어 있다. 도 6에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 그리고 있다. 도 7a 및 도 7b는 회전 테이블(2)을, 동심원을 따라서 절단하고 또한 가로로 전개하여 도시하는 전개도이다. 오목부(24)는, 도 7a에 도시한 바와 같이 그 직경이 웨이퍼(W)의 직경보다도 약간, 예를 들어 4㎜ 크고, 또한 그 깊이는 웨이퍼(W)의 두께와 동등한 크기로 설정되어 있다. 따라서, 웨이퍼(W)를 오목부(24)에 떨어뜨려 넣으면, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면[웨이퍼(W)가 적재되지 않은 영역]이 정렬되게 된다. 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면 사이의 높이의 차가 크면 그 단차 부분에서 압력 변동이 발생한다. 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면의 높이를 정렬시키는 것이, 막 두께의 면내 균일성을 정렬시키는 관점에서 바람직하다. 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면의 높이를 정렬시킨다는 것은, 동일한 높이이거나 혹은 양면의 차가 5㎜ 이내인 것을 말하지만, 가공 정밀도 등에 따라서 가능한 한 양면의 높이의 차를 제로에 근접시키는 것이 바람직하다. 오목부(24)의 저면에는 웨이퍼(W)의 이면을 지지하여 웨이퍼(W)를 승강시키기 위한. 예를 들어 후술하는 3개의 승강 핀(16)(도 9 참조)이 관통하는 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
오목부(24)는 웨이퍼(W)를 위치 결정하여 회전 테이블(2)의 회전에 수반하는 원심력에 의해 튀어나오지 않도록 하기 위한 것으로, 본 발명의 기판 적재 영역에 상당하는 부위이지만, 이 기판 적재 영역(웨이퍼 적재 영역)은 오목부로 한정되지 않고, 예를 들어 회전 테이블(2)의 표면에 웨이퍼(W)의 주연을 가이드하는 가이드 부재를 웨이퍼(W)의 둘레 방향을 따라서 복수 배열한 구성이라도 좋고, 혹은 회전 테이블(2)측에 정전 척 등의 척 기구를 갖게 하여 웨이퍼(W)를 흡착하는 경우에는, 그 흡착에 의해 웨이퍼(W)가 적재되는 영역이 기판 적재 영역으로 된다.
도 5, 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)에 있어서의 오목부(24)의 통과 영역과 각각 대향하는 상부 위치에는, 각각, 예를 들어 석영으로 이루어지는 제1 반응 가스 노즐(31) 및 제2 반응 가스 노즐(32)과, 2개의 분리 가스 노즐(41, 42)과, 보조 노즐(200)이 진공 용기(1)의 둘레 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 본 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 볼 때 시계 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 분리 가스 노즐(41), 제1 반응 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42), 보조 노즐(200) 및 제2 반응 가스 노즐(32)이 이 순서로 배열된다. 이들 노즐(41, 31, 42, 200, 32)은 진공 용기(1)의 측벽에 있어서, 반송구(15)에 대략 대향하는 위치로부터 반송구(15)의 상기 회전 방향 상류측에 근접하는 위치까지 순서대로 설치되어 있다. 이들 반응 가스 노즐(31, 32), 보조 노즐(200) 및 분리 가스 노즐(41, 42)은, 예를 들어 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 회전 테이블(2)의 회전 중심을 향해 웨이퍼(W)에 대향하여 수평으로 연신되도록 라인 형상으로 설치되어 있고, 그 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 200a, 41a, 42a)는 외주벽을 관통하고 있다.
이들 반응 가스 노즐(31, 32), 보조 노즐(200)은 각각 제1 반응 가스 공급 수단, 제2 반응 가스 공급 수단 및 보조 가스 공급 수단을 이루고, 분리 가스 노즐(41, 42)은 분리 가스 공급 수단을 이루고 있다. 이들 노즐(31, 32, 200, 41, 42)은 진공 용기(1)의 측벽의 복수 개소에 형성된 관통 구멍(100)에 설치되어 있다. 노즐(31, 32, 200, 41, 42)이 설치되어 있지 않은 관통 구멍(100)은 덮개 부재(도시하지 않음)에 의해 기밀하게 밀폐되어 있다.
반응 가스 노즐(31, 32)에는 밸브나 유량 조정부(도시하지 않음)가 배치된 가스 공급관(31b, 32b)에 의해, 제1 반응 가스인 BTBAS(비스터셜부틸아미노실란) 가스 및 제2 반응 가스인 O3(오존) 가스가 공급된다. 보조 노즐(200)에는 밸브나 유량 조정부(도시하지 않음)가 배치된 가스 공급관(200b)에 의해, 수산기(OH기)를 갖는 실라놀화용 보조 가스, 예를 들어 알코올(R-OH, R : 알킬기) 또는 순수(純水 ; H2O) 혹은 과산화수소수(H2O2), 본 예에서는 에탄올(C2H5OH) 가스가 공급된다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 41)은 밸브나 유량 조정부(도시하지 않음)가 배치된 가스 공급관에 의해, 분리 가스인 N2 가스(질소 가스)가 공급된다.
반응 가스 노즐(31, 32)에는, 하방측에 반응 가스를 토출하기 위한, 예를 들어 구경이 0.5㎜인 가스 토출 구멍(33)이 바로 아래를 향해 노즐의 길이 방향[회전 테이블(2)의 반경 방향]에 걸쳐서, 예를 들어 10㎜의 간격을 두고 등간격으로 배열되어 있다. 또한, 보조 노즐(200)에는, 하방측에 반응 가스를 토출하기 위한, 예를 들어 구경이 0.5㎜인 가스 토출 구멍(201)이 바로 아래를 향해 노즐의 길이 방향[회전 테이블(2)의 반경 방향]에 걸쳐서, 예를 들어 10㎜의 간격을 두고 등간격으로 배열되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)에는, 하방측에 분리 가스를 토출하기 위한, 예를 들어 구경이 0.5㎜인 가스 토출 구멍(40)이 바로 아래를 향해 길이 방향으로, 예를 들어 10㎜ 정도의 간격을 두고 등간격으로 천공되어 있다.
반응 가스 노즐(31, 32)의 가스 토출 구멍(33)과 웨이퍼(W) 사이의 거리는, 예를 들어 1 내지 4㎜ 바람직하게는 2㎜이고, 보조 노즐(200)의 가스 토출 구멍(201)과 웨이퍼(W) 사이의 거리는, 예를 들어 1 내지 4㎜, 바람직하게는 2㎜이다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)의 가스 토출 구멍(40)과 웨이퍼(W) 사이의 거리는, 예를 들어 1 내지 4㎜, 바람직하게는 3㎜이다. 반응 가스 노즐(31, 32)의 하방 영역은 각각 BTBAS 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(91) 및 O3 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제2 처리 영역(92)으로 된다. 또한, 보조 노즐(200)의 하방 영역은 에탄올 가스와 웨이퍼(W) 상에 흡착한 BTBAS 가스를 반응시켜 중간 생성물을 생성시키기 위한 보조 영역(90)으로 된다.
분리 가스 노즐(41, 42)은 상기 제1 처리 영역(91)과 보조 영역(90) 및 제2 처리 영역(92)을 분리하기 위한 분리 영역(D)을 형성하기 위한 것으로, 분리 영역(D)에 있어서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는, 도 5 내지 도 7b에 도시한 바와 같이 회전 테이블(2)의 회전 중심을 중심으로 하고 또한 진공 용기(1)의 내주벽의 근방을 따라서 그려지는 원을 둘레 방향으로 분할하여 이루어지는, 평면 형상이 부채형이고 하방으로 돌출된 볼록 형상부(4)가 형성되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은 볼록 형상부(4)에 있어서의 상기 원의 둘레 방향 중앙에서 원의 반경 방향으로 연신되도록 형성된 홈부(43) 내에 수납되어 있다. 즉, 분리 가스 노즐[41(42)]의 중심축으로부터 볼록 형상부(4)인 부채형의 양 테두리[회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측의 테두리 및 하류측의 테두리]까지의 거리는 동일한 길이로 설정되어 있다.
홈부(43)는, 본 실시 형태에서는 볼록 형상부(4)를 이등분하도록 형성되어 있지만, 다른 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 홈부(43)로부터 볼 때 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측이 상기 회전 방향 하류측보다도 넓어지도록 홈부(43)를 형성해도 좋다.
따라서, 분리 가스 노즐(41, 42)에 있어서의 상기 회전 방향 양측에는 상기 볼록 형상부(4)의 하면인, 예를 들어 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)이 존재하고, 천장면(44)의 상기 회전 방향 양측에는 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 존재하게 된다. 볼록 형상부(4)의 역할은 회전 테이블(2)과의 사이에 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스의 침입을 저지하여 이들 반응 가스의 혼합을 저지하기 위한 협애한 공간인 분리 공간을 형성하는 데 있다.
즉, 분리 가스 노즐(41)의 경우, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 에탄올 가스 및 O3 가스가 침입하는 것을 저지하고, 또한 회전 방향 하류측으로부터 BTBAS 가스가 침입하는 것을 저지한다. 「가스의 침입을 저지한다」라고 함은, 분리 가스 노즐(41)로부터 토출된 분리 가스인 N2 가스가 제1 천장면(44)과 회전 테이블(2)의 표면 사이로 확산되고, 본 예에서는 제1 천장면(44)에 인접하는 제2 천장면(45)의 하방측 공간으로 분출되고, 이에 의해 인접 공간으로부터의 가스가 침입할 수 없게 되는 것을 의미한다. 「가스가 침입할 수 없게 된다」라고 함은, 인접 공간으로부터 볼록 형상부(4)의 하방측 공간으로 전혀 들어갈 수 없는 경우만을 의미하는 것은 아니고, 다소 침입은 하지만, 양측으로부터 각각 침입한 에탄올 가스 및 O3 가스와 BTBAS 가스가 볼록 형상부(4) 내에서 서로 섞이지 않는 상태가 확보되는 경우도 의미하고, 이와 같은 작용이 얻어지는 한, 분리 영역(D)의 역할인 보조 영역(90)의 분위기 및 제1 처리 영역(91)의 분위기와 제2 처리 영역(92)의 분위기의 분리 작용을 발휘할 수 있다. 따라서, 협애한 공간에 있어서의 협애의 정도는, 협애한 공간[볼록 형상부(4)의 하방 공간]과 공간에 인접한 영역[본 예에서는 제2 천장면(45)의 하방 공간]의 압력차가 「가스가 침입할 수 없게 된다」는 작용을 확보할 수 있을 정도의 크기로 되도록 설정되고, 그 구체적인 치수는 볼록 형상부(4)의 면적 등에 따라서 다르다고 할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에 흡착한 가스에 대해서는 당연히 분리 영역(D) 내를 통과할 수 있고, 가스의 침입 저지는 기상 중의 가스를 의미하고 있다. 여기서, 에탄올 가스와 O3 가스 사이에는 분리 영역(D)이 형성되어 있지 않다. 이들 양 가스는 후술하는 배기구(62)에 이를 때까지 서로 섞이지만, 웨이퍼(W)에 악영향을 미치지 않는다.
본 예에서는 직경 300㎜의 웨이퍼(W)를 피처리 기판으로 하고 있고, 이 경우 볼록 형상부(4)는 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 140㎜ 외주측으로 이격된 부위[후술하는 돌출부(5)와의 경계 부위]에 있어서는, 둘레 방향의 길이[회전 테이블(2)과 동심원의 원호의 길이]가, 예를 들어 146㎜이고, 웨이퍼(W)의 적재 영역[오목부(24)]의 가장 외측 부위에 있어서는, 둘레 방향의 길이가, 예를 들어 502㎜이다. 도 7a에 도시한 바와 같이, 외측 부위에 있어서 분리 가스 노즐[41(42)]의 양 옆으로부터 각각 좌우에 위치하는 볼록 형상부(4)의 둘레 방향의 길이(L)에서 보면, 길이(L)는 246㎜이다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(4)의 하면, 즉 천장면(44)에 있어서의 회전 테이블(2)의 표면까지의 높이(h)는, 예를 들어 0.5㎜ 내지 10㎜라도 좋고, 약 4㎜이면 적합하다. 이 경우, 회전 테이블(2)의 회전 수는, 예를 들어 1rpm 내지 500rpm으로 설정되어 있다. 그로 인해, 분리 영역(D)의 분리 기능을 확보하기 위해서는, 회전 테이블(2)의 회전수의 사용 범위 등에 따라서, 볼록 형상부(4)의 크기나 볼록 형상부(4)의 하면[제1 천장면(44)]과 회전 테이블(2)의 표면과의 높이(h)를, 예를 들어 실험 등에 기초하여 설정하게 된다. 분리 가스로서는, 질소(N2) 가스로 한정되지 않고 아르곤(Ar) 가스 등의 불활성 가스 등을 사용할 수 있지만, 이와 같은 가스로 한정되지 않고 수소(H2) 가스 등이라도 좋고, 성막 처리에 영향을 미치지 않는 가스이면, 가스의 종류에 관해서는 특별히 한정되는 것은 아니다.
한편, 천장판(11)의 하면에는 회전 테이블(2)에 있어서의 코어부(21)보다도 외주측의 부위와 대향하도록, 또한 코어부(21)의 외주를 따라서 돌출부(5)가 형성되어 있다. 돌출부(5)는 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전 중심측의 부위와 연속해서 형성된다. 그 하면이 볼록 형상부(4)의 하면[천장면(44)]과 동일한 높이로 형성되어 있다. 도 5 및 도 6은 상기 천장면(45)보다도 낮고 또한 분리 가스 노즐(41, 42)보다도 높은 위치에서 천장판(11)을 수평으로 절단하여 도시하고 있다. 돌출부(5)와 볼록 형상부(4)는 반드시 일체인 것으로 한정되는 것은 아니고, 별체라도 좋다.
진공 용기(1)의 천장판(11)의 하면, 즉 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역[오목부(24)]으로부터 본 천장면은, 상술한 바와 같이 제1 천장면(44)과 천장면(44)보다도 높은 제2 천장면(45)이 둘레 방향에 존재하지만, 도 4에서는 높은 천장면(45)이 설치되어 있는 영역에 대한 종단면을 도시하고 있고, 도 10에서는 낮은 천장면(44)이 설치되어 있는 영역에 대한 종단면을 도시하고 있다. 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부[진공 용기(1)의 외측 테두리측의 부위]는, 도 5 및 도 10에 도시되어 있는 바와 같이 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡하여 굴곡부(46)를 형성하고 있다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)측에 형성되어 있고, 용기 본체(12)로부터 제거할 수 있도록 되어 있다. 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 약간 간극이 있다. 굴곡부(46)도 볼록 형상부(4)와 마찬가지로 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 방지하고, 양 반응 가스의 혼합을 방지할 목적으로 형성되어 있고, 굴곡부(46)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면의 간극 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극은 회전 테이블(2)의 표면에 대한 천장면(44)의 높이(h)와 동일한 치수로 설정되어 있다. 본 예에 있어서는, 회전 테이블(2)의 표면측 영역으로부터는, 굴곡부(46)의 내주면이 진공 용기(1)의 내주벽을 구성하고 있다고 볼 수 있다.
용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역(D)에 있어서는 도 10에 도시한 바와 같이 상기 굴곡부(46)의 외주면과 접근하여 수직면으로 형성되어 있지만, 분리 영역(D) 이외의 부위에 있어서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저면부(14)에 걸쳐서 종단면 형상이 직사각형으로 절결되어 외측으로 움푹 패인 구조로 되어 있다. 이 움푹 패인 부위에 있어서의 상술한 제1 처리 영역(91) 및 제2 처리 영역(92)에 연통하는 영역을 각각 제1 배기 영역(E1) 및 제2 배기 영역(E2)이라고 한다. 이들 제1 배기 영역(E1) 및 제2 배기 영역(E2)의 저부에는, 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이 각각 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)가 형성되어 있다. 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 상술한 도 4에 도시한 바와 같이, 밸브(65)가 배치된 배기로(63)를 통해 진공 배기 수단인, 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다.
이들 배기구(61, 62)는, 분리 영역(D)의 분리 작용이 확실하게 작용하도록, 평면에서 보았을 때에 상기 분리 영역(D)의 상기 회전 방향 양측에 형성되어 있다. 상세하게 말하면, 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 볼 때 제1 처리 영역(91)과 제1 처리 영역(91)에 대해, 예를 들어 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역(D) 사이에 제1 배기구(61)가 형성되고, 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 볼 때 제2 처리 영역(92)과 제2 처리 영역(92)에 대해, 예를 들어 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역(D) 사이에 제2 배기구(62)가 형성되어 있다. 배기구(61)는 BTBAS 가스의 배기를 전용으로 행하도록, 또한 배기구(62)는 에탄올 가스와 O3 가스의 배기를 전용으로 행하도록 그 위치가 설정되어 있다. 본 예에서는, 한쪽의 배기구(61)는 제1 반응 가스 노즐(31)과 반응 가스 노즐(31)에 대해 상기 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역(D)의 제1 반응 가스 노즐(31)측의 테두리의 연장선 사이에 형성되고, 또한 다른 쪽의 배기구(62)는 제2 반응 가스 노즐(32)과 반응 가스 노즐(32)에 대해 상기 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역(D)의 제2 반응 가스 노즐(32)측의 테두리의 연장선 사이에 형성되어 있다. 즉, 제1 배기구(61)는 도 6 중에 1점 쇄선으로 나타낸 회전 테이블(2)의 중심과 제1 처리 영역(91)을 통과하는 직선(L1)과, 회전 테이블(2)의 중심과 상기 제1 처리 영역(91)의 하류측에 인접하는 분리 영역(D)의 상류측의 테두리를 지나는 직선(L2) 사이에 형성되고, 제2 배기구(62)는 도 6에 2점 쇄선으로 나타낸 회전 테이블(2)의 중심과 제2 처리 영역(92)을 지나는 직선(L3)과, 회전 테이블(2)의 중심과 상기 제2 처리 영역(92)의 하류측에 인접하는 분리 영역(D)의 상류측의 테두리를 지나는 직선(L4) 사이에 위치하고 있다.
배기구의 설치 수는 2개로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 분리 가스 노즐(42)을 포함하는 분리 영역(D)과 분리 영역(D)에 대해 상기 회전 방향 하류측에 인접하는 제2 반응 가스 노즐(32) 사이에 배기구를 더 형성하여 3개로 해도 좋고, 이 경우에는 노즐(200, 32) 사이의 영역에 배기구를 형성해도 좋다. 또한, 노즐(200, 32) 사이의 영역에 분리 영역(D)을 형성하고, 에탄올 가스와 O3 가스를 각각 전용으로 배기하도록 해도 좋다.
또한, 배기구의 형성 수는 4개 이상이라도 좋다. 본 예에서는, 배기구(61, 62)는 회전 테이블(2)보다도 낮은 위치에 형성함으로써 진공 용기(1)의 내주벽과 회전 테이블(2)의 주연 사이의 간극으로부터 배기하도록 하고 있지만, 진공 용기(1)의 저면부에 형성하는 것으로 한정되지 않고, 진공 용기(1)의 측벽에 형성해도 좋다. 또한, 배기구(61, 62)는 진공 용기(1)의 측벽에 형성하는 경우에는, 회전 테이블(2)보다도 높은 위치에 형성하도록 해도 좋다. 이와 같이 배기구(61, 62)를 형성함으로써 회전 테이블(2) 상의 가스는, 회전 테이블(2)의 외측을 향해 흐르기 때문에, 회전 테이블(2)에 대향하는 천장면으로부터 배기하는 경우에 비해 파티클의 말려 올라감이 억제된다고 하는 관점에 있어서 유리하다.
상기 회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저면부(14) 사이의 공간에는, 도 4 및 도 11에 도시한 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되어 있고, 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 프로세스 레시피에서 정해진 온도로 가열하도록 구성되어 있다. 상기 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 배기 영역(E)에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여 있는 분위기를 구획하기 위해, 히터 유닛(7)을 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸도록 커버 부재(71)가 설치되어 있다. 커버 부재(71)는 상부 테두리가 외측으로 굴곡되어 플랜지 형상으로 형성되고, 그 굴곡면과 회전 테이블(2)의 하면 사이의 간극을 작게 하여, 커버 부재(71) 내에 외측으로부터 가스가 침입하는 것을 억제하고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심 근처의 부위에 있어서의 저면부(14)는, 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근, 코어부(21)에 접근하여 그 사이는 좁은 공간으로 되어 있고, 또한 저면부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍에 대해서도 그 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있고, 이들 좁은 공간은 상기 케이스체(20) 내에 연통되어 있다. 상기 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 N2 가스를 상기 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 설치되어 있다. 또한, 진공 용기(1)의 저면부(14)에는 히터 유닛(7)의 하방측 위치에서 둘레 방향의 복수 부위에, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이 설치되어 있다.
이와 같이 퍼지 가스 공급관(72, 73)을 설치함으로써 도 12에 퍼지 가스의 흐름을 화살표로 나타낸 바와 같이, 케이스체(20) 내로부터 히터 유닛(7)의 배치 공간에 이르기까지의 공간이 N2 가스로 퍼지되어, 퍼지 가스가 회전 테이블(2)과 커버 부재(71) 사이의 간극으로부터 배기 영역(E)을 통해 배기구(61, 62)로 배기된다. 이에 의해, 상술한 제1 처리 영역(91)과 제2 처리 영역(92)의 한쪽으로부터 회전 테이블(2)의 하방을 통해 다른 쪽으로 BTBAS 가스 혹은 O3 가스(에탄올 가스)의 돌아 들어감이 방지되므로, 퍼지 가스는 분리 가스의 역할도 발휘하고 있다.
또한, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있고, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 N2 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 공간(52)에 공급된 분리 가스는 상기 돌출부(5)와 회전 테이블(2) 사이의 좁은 간극(50)을 통해 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라서 주연을 향해 토출되게 된다. 돌출부(5)로 둘러싸이는 공간에는 분리 가스가 가득 차 있다. 제1 처리 영역(91)과 제2 처리 영역(92) 사이에서 회전 테이블(2)의 중심부를 통해 반응 가스[BTBAS 가스와 O3 가스(에탄올 가스)]가 혼합되는 것을 방지하고 있다. 즉, 이 성막 장치는 제1 처리 영역(91)의 분위기와 제2 처리 영역(92)의 분위기 및 보조 영역(90)의 분위기를 분리하기 위해 회전 테이블(2)의 회전 중심부와 진공 용기(1)에 의해 구획되어, 분리 가스가 퍼지되는 동시에 회전 테이블(2)의 표면에 분리 가스를 토출하는 토출구가 상기 회전 방향을 따라서 형성된 중심부 영역(C)을 구비하고 있다고 할 수 있다. 여기서 말하는 토출구는 상기 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)에 상당한다.
또한, 진공 용기(1)의 측벽에는 도 5, 도 6 및 도 9에 도시한 바와 같이 외부의 반송 아암(10)[상술한 진공 반송 아암(104)]과 회전 테이블(2) 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성된다. 반송구(15)는 게이트 밸브(G)에 의해 개폐되도록 되어 있다. 또한, 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 오목부(24)는 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해진다. 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 전달 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 전달용 승강 핀(16)의 승강 기구(도시하지 않음)가 설치된다.
또한, 이 성막 장치는, 상술한 도 4에 도시한 바와 같이 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(80)를 구비하고 있다. 제어부(80)는 CPU, 메모리 및 처리 프로그램을 구비하고 있다. 메모리에는, 노즐(31, 32, 200, 41, 42)로부터 공급되는 BTBAS 가스, O3 가스, 에탄올 가스 및 N2 가스의 유량, 진공 용기(1) 내의 처리 압력, 히터 유닛(7) 및 가열 수단(113)에 공급되는 전력치[웨이퍼(W)의 가열 온도], 또한 웨이퍼(W)에 대해 성막하는 박막의 목표 막 두께(T) 및 후술하는 실리콘 산화막의 성막 처리를 행하는 횟수(N), 자전 기구(132)에 있어서 웨이퍼(W)를 자전시키는 자전 각도(θ) 등의 처리 조건이 기입되는 영역이 레시피마다 형성되어 있다. 상기한 처리 프로그램은 메모리에 기입된 레시피를 판독하여, 레시피에 맞추어 성막 장치의 각 부로 제어 신호를 보내고, 후술하는 각 스텝을 진행시킴으로써 웨이퍼(W)의 처리를 행하도록 명령이 내장되어 있다. 프로그램은 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(85)로부터 제어부(80) 내로 인스톨된다.
다음에, 상술한 제1 실시 형태의 작용에 대해, 도 13 내지 도 19를 참조하여 설명한다. 우선, 기판 처리 장치에서 박막을 성막하는 웨이퍼(W)에 대해 설명한다. 웨이퍼(W)의 표면에는, 예를 들어 홈 형상의 오목부(230)가 복수개 평행하게 형성된다. 도 13에서는 오목부(230)가 형성된 웨이퍼(W)의 표면부의 일부를 단면으로 도시하고 있다. 오목부(230)의 어스펙트비는, 예를 들어 3 내지 50 정도이다. 오목부(패턴)(230)는, 예를 들어 STI(Shallow Trench Isolation) 구조를 형성하기 위한 것으로, 실제로는, 예를 들어 실리콘 기판 상에 형성되어 있다. 또한, 이 패턴은, 예를 들어 웨이퍼(W)의 상층에 적층된 마스크층을 사용하여, 예를 들어 포토리소그래피 공정 등에 의해 형성되어 있다. 오목부(230)에는 포토리소그래피 공정에 있어서의 처리의 오차 등에 의해, 하단부측의 개구 치수보다도 상단부측의 개구 치수가 넓어지는 테이퍼부(233)나, 하단부측의 개구 치수보다도 상단부측의 개구 치수가 좁아지는 역테이퍼부(234)가 형성되어 있는 경우가 있다. 도 13에서는 오목부(230)의 형상의 편차를 과장하여 기재하고 있다.
다음에, 웨이퍼(W)에 대한 성막 처리에 대해, 이하에 설명한다. 본 예에서는, 웨이퍼(W)의 표면에 목표로 하는 성막량(막 두께)이 T㎚, 예를 들어 80㎚인 실리콘 산화막으로 이루어지는 박막을 성막하는 예에 대해 설명한다. 우선, 상술한 도 1에 도시하는 기판 처리 장치에 있어서, 반송 용기(FOUP)(108)를, 적재대(도시하지 않음)를 구비한 반입 반출 포트에 외부로부터 반송하여, 대기 반송실(107)에 접속한다. 개폐 기구(도시하지 않음)에 의해 반송 용기(108)의 덮개를 개방하는 동시에, 대기 반송 아암(106)에 의해 반송 용기(108) 내로부터 웨이퍼(W)를 취출한다(스텝 S1). 계속해서, 대기 반송 아암(106)에 의해 로드 로크실(105) 내로 웨이퍼(W)를 반입하고, 로드 로크실(105) 내의 분위기를 대기 분위기로부터 진공 분위기로 절환한다. 계속해서, 게이트 밸브(G)를 개방하여 진공 반송 아암(104)[반송 아암(10)]에 의해 진공 반송실(103)에 웨이퍼(W)를 취출하고, 반송구(15)를 통해 성막 장치(101)로 웨이퍼(W)를 반입하여 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내로 전달한다(스텝 S2). 이 전달은 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지했을 때에, 반송 아암(10)에 의해 웨이퍼(W)를 승강 핀(16)의 상방 위치로 반입하고, 계속해서 승강 핀(16)이 상승하여 웨이퍼(W)를 수취함으로써 행해진다.
반송 아암(10)을 진공 용기(1)의 외부로 퇴피시키는 동시에, 승강 핀(16)을 하강시켜 오목부(24) 내에 웨이퍼(W)를 수납한다. 이와 같은 웨이퍼(W)의 전달을, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜 행하고, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다. 계속해서, 회전 테이블(2)을 소정의 회전수, 예를 들어 240rpm으로 시계 방향으로 회전시키고, 밸브(65)를 완전 개방으로 하여 진공 용기(1) 내를 진공화하는 동시에, 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 설정 온도, 예를 들어 350℃로 가열한다.
계속해서, 진공 용기(1) 내가 소정의 진공도로 되도록 밸브(65)의 개방도를 조정하여, 제1 반응 가스 노즐(31) 및 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 진공 용기(1) 내로, 예를 들어 각각 200sccm, 10000sccm으로 BTBAS 가스 및 O3 가스를 공급하는 동시에, 보조 노즐(200)로부터 진공 용기(1) 내로 에탄올 가스를 소정의 유량, 예를 들어 100sccm으로 공급한다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터, 예를 들어 각각 10000sccm, 10000sccm으로 진공 용기(1) 내에 N2 가스를 공급하는 동시에, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72)으로부터도 소정의 유량으로 N2 가스를 중심부 영역(C) 및 상술한 좁은 공간 내에 공급한다.
웨이퍼(W)는 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 제1 처리 영역(91), 보조 영역(90) 및 제2 처리 영역(92)을 이 순서로 통과해 간다. 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(91)을 통과한다. 웨이퍼(W)의 표면에는 분자층이 1층 혹은 복수층의 BTBAS 가스가 흡착된다.
도 15a 내지 도 15d는 역테이퍼 형상의 오목부(230)에 실리콘 산화막이 매립되어 가는 모습을 도시한다. 도 15a는 BTBAS 가스의 분자층(241)의 두께를 편의상 과장하여 도시한다. 계속해서, 웨이퍼(W)가 보조 영역(90)을 통과한다. 웨이퍼(W)의 표면에 흡착한 분자층(241)은 이하의 반응식 1에 따라서 반응하여(실라놀화되어), t-부틸아민(CH3C-NH2)과 중간 생성물인 실록산 중합체[-(Si-O)n-]를 생성한다.
[반응식 1]
BTBAS ＋ C2H5OH → [-(Si-O)n-] ＋ CH3C-NH2↑
실록산 중합체는 클러스터 형상으로, 웨이퍼(W)에 강하게 흡착되어 있지 않으므로, 웨이퍼(W)의 표면(패턴의 내부)에서 점성이 높은 상태로 되어 있어 유동하기 쉽게 되어 있다. 그로 인해, 도 15b에 도시한 바와 같이, 실록산 중합체는 중력의 작용에 의해 하방측이 두꺼워지도록 적층 부분이 유동한다. 예를 들어, 역테이퍼 형상의 오목부(230)에 있어서는, 측면이 수직에 근접하도록, 즉 끝으로 갈수록 퍼지는 정도가 완화된다. 또한, 실록산 중합체와 함께 생성된 유기물은, 예를 들어 기화되어 웨이퍼(W)의 상방을 향해 배기되어 간다.
계속해서, 웨이퍼(W)가 제2 처리 영역(92)을 통과한다. 웨이퍼(W)의 표면에서는 상기한 실록산 중합체가 산화되어, 실리콘과 산소를 포함하는 반응 생성물인, 예를 들어 막 두께가 0.1㎚ 정도인 실리콘 산화막(SiO2막)(242)이 형성된다. 또한, 실리콘 산화막(242)과 함께 생성된 유기물 등의 불순물은, 예를 들어 기화되어 웨이퍼(W)의 상방으로 배기되어 간다. 이때, 반응 전의 실록산 중합체가 유동성을 갖고 있다. 이 사이클로 형성한 실리콘 산화막(242)의 적층 부분에 대해서도 마찬가지로 유동하게 된다. 이와 같이 하여 회전 테이블(2)의 회전[각 영역(91, 90, 92)에 있어서의 반응]이 소정의 횟수, 예를 들어 100회 행해짐으로써, 웨이퍼(W)의 표면에는 막 두께가 목표 막 두께(T)의 1/N(N ≥ 2), 본 예에서는 1/8(N ＝ 8, 80/8 ＝ 10㎚)의 실리콘 산화막(242)이 적층된다(스텝 S3).
이때, 제1 처리 영역(91)과 제2 처리 영역(92) 및 보조 영역(90) 사이에 있어서 N2 가스를 공급하고, 또한 중심부 영역(C)에 있어서도 분리 가스인 N2 가스를 공급하고 있다. 도 16에 도시한 바와 같이 BTBAS 가스와 O3 가스 및 에탄올 가스가 혼합되지 않도록 각 가스가 배기되게 된다. 또한, 분리 영역(D)에 있어서는, 굴곡부(46)와 회전 테이블(2)의 외측 단부면 사이의 간극이 상술한 바와 같이 좁게 되어 있다. BTBAS 가스와 O3 가스 및 에탄올 가스는 회전 테이블(2)의 외측을 통해서도 혼합되지 않는다. 따라서, 제1 처리 영역(91)의 분위기와 제2 처리 영역(92)의 분위기 및 보조 영역(90)의 분위기가 완전히 분리되어, BTBAS 가스는 배기구(61)에, 또한 O3 가스 및 에탄올 가스는 배기구(62)에 각각 배기된다. 이 결과, BTBAS 가스와 O3 가스 및 에탄올 가스가 분위기 중에 있어서도, 웨이퍼(W) 상에 있어서도 서로 섞이는 경우가 없다.
또한, 본 예에서는 반응 가스 노즐(31, 32)이 배치되어 있는 제2 천장면(45)의 하방측의 공간을 따른 용기 본체(12)의 내주벽에 있어서는, 상술한 바와 같이 내주벽이 절결되어 넓게 되어 있고, 이 넓은 공간의 하방에 배기구(61, 62)가 위치하고 있다. 제1 천장면(44)의 하방측의 협애한 공간 및 상기 중심부 영역(C)의 각 압력보다도 제2 천장면(45)의 하방측의 공간의 압력의 쪽이 낮아진다.
회전 테이블(2)의 하방측을 N2 가스에 의해 퍼지하고 있으므로, 배기 영역(E)으로 유입된 가스가 회전 테이블(2)의 하방측을 빠져나가고, 예를 들어 BTBAS 가스가 O3 가스나 에탄올 가스의 공급 영역으로 유입되는 등의 우려는 전혀 없다.
계속해서, BTBAS 가스의 공급을 정지하거나, 혹은 BTBAS 가스와 함께 각 가스(O3 가스, 에탄올 가스 및 분리 가스)의 공급을 정지하고, 오목부(24)가 상술한 승강 핀(16)의 상방 위치로 되도록 회전 테이블(2)의 회전을 정지한다. 이때, BTBAS 가스의 공급을 정지한다. 진공 용기(1) 내의 BTBAS 가스가 빠르게 배기되어 간다. 회전 테이블(2)의 회전을 정지해도, 각 웨이퍼(W)는 BTBAS 가스의 영향을 받지 않는다. BTBAS 가스의 공급을 정지한 후, 예를 들어 진공 용기(1) 내의 진공도가 상술한 진공 반송실(103) 내의 진공도와 동일한 정도로 되도록 밸브(65)의 개방도를 조정하는 동시에, 게이트 밸브(G)를 개방하여 진공 반송 아암(104)을 진공 용기(1) 내에 진입시켜 승강 핀(16)과의 협동 작용에 의해 웨이퍼(W)를 진공 반송 아암(104)으로 전달한다.
다음에, 도 17a에 도시한 바와 같이, 진공 반송 아암(104) 상의 웨이퍼(W)를 자전 기구(132)의 상방 위치로 이동시키는 동시에, 하방측으로부터 승강축(130)을 상방으로 픽업하여 웨이퍼(W)를 들어올린다. 계속해서, 도 17b에 도시한 바와 같이, 구동부(131)에 의해 승강축(130)을 연직축 주위로 회전시켜, 웨이퍼(W)를, 예를 들어 시계 방향으로 360°/N(본 예에서는 360/8 ＝ 45°) 회전시켜 그 방향을 변경한다(스텝 S4). 승강축(130)을 하강시켜 진공 반송 아암(104)으로 웨이퍼(W)를 전달하는 동시에, 웨이퍼(W)를 열처리 장치(102) 내로 반입하고, 적재대(112) 상에 적재하여 정전 흡착한다. 계속해서, 처리 용기(111) 내의 진공도가 소정의 값으로 되도록 배기관(124)에 배치된, 나비 밸브 등의 압력 조정 수단(도시하지 않음)의 개방도를 조정하는 동시에, 처리 용기(111) 내에 소정의 유량의 N2 가스를 공급한다. 또한, 적재대(112) 상의 웨이퍼(W)가 100℃ 내지 450℃(바람직하게는 350℃)의 설정 온도로 되도록 가열 수단(113)에 통전되어 있다. 적재대(112) 상에 적재된 웨이퍼(W)는 설정 온도로 가열된다(스텝 S5).
웨이퍼(W) 상에 성막된 실리콘 산화막(242)이 상기한 설정 온도로 가열된다. 실리콘 산화막(242)은 막 중의 Si-O 결합이 많이 형성되어 SiOH 결합이 적어지는 동시에, 말하자면 쪼그라들어 결합이 견고해져 치밀화되어 가고, 상기와 같이 끝으로 갈수록 퍼지는 정도가 완화된 상태에서 고화되게 된다.
또한, 가열 수단(113)에 의해 웨이퍼(W)가 가열된다. 실리콘 산화막(242) 내에 유기물 등의 불순물이 남아 있었다고 해도, 기화되어 실리콘 산화막(242)으로부터 이탈하여 배출되어 간다. 이때, 불순물이 실리콘 산화막(242)의 막 중에 들어가 있는 경우라도, 실리콘 산화막(242)이 상기와 같이 매우 얇다. 불순물은 빠르게 배출되게 된다.
다음에, 진공 반송 아암(104)에 의해 열처리 장치(102)로부터 웨이퍼(W)를 취출하여 목표 막 두께(T)로 되어 있는지 여부[성막 처리가 횟수(N)에 도달하였는지 여부]를 확인하여(스텝 S6), 목표 막 두께(T)에 도달하고 있지 않은 경우에는, 다시 진공 용기(1) 내로 웨이퍼(W)를 반입하여 원래의 오목부(24) 내에 수납한다.
회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜, 회전 테이블(2) 상의 남은 4매의 웨이퍼(W)에 대해 마찬가지로 방향의 변경과 가열 처리를 행하고, 각 웨이퍼(W)에 대해서도 목표 막 두께(T)에 도달하고 있지 않은 경우에는 원래의 오목부(24) 내에 수납한다. 이때, 회전 테이블(2) 상에는 둘레 방향으로 웨이퍼(W)가 적재되어 있다. 예를 들어, 표면의 분자층(241)에 대해 아직 상술한 에탄올 가스에 의한 실라놀화 처리 및 산화 처리가 행해져 있지 않은 웨이퍼(W)에 대해서는, 반송구(15)로부터 취출하기 전에 게이트 밸브(G)를 폐쇄하여 각 가스(BTBAS 가스, 에탄올 가스, O3 가스 및 N2 가스)의 공급을 재개하여 각 영역(90, 92)을 이 순서로 통과시켜 실리콘 산화막(242)을 생성시켜 두고, 웨이퍼(W)를 취출할 때에는 BTBAS 가스 혹은 각 가스의 공급을 정지한다. 상기한 스텝 S6에 있어서의 목표 막 두께(T)로 되어 있는지 여부의 확인은, 예를 들어 처음에 취출하는 웨이퍼(W)에 대해 행하고, 이어지는 남은 4매의 웨이퍼(W)에 대해서는 처음에 취출한 웨이퍼(W)와 동일한 처리를 행하도록 해도 좋다.
그 후, 이들 웨이퍼(W)를 진공 용기(1) 내에 수납한 후, 회전 테이블(2)을 회전시키는 동시에 진공 용기(1) 내의 분위기가 소정의 진공도로 되도록 밸브(65)의 개방도를 조정하여 BTBAS 가스 및 각 가스의 공급을 개시하고, 스텝 S3의 성막 처리와 마찬가지로 막 두께가 10㎚[막 두께(T)/N ＝ 80/8]인 실리콘 산화막(242)의 성막을 행한다. 이때, 상기와 같이 각 웨이퍼(W)를 시계 방향으로 45° 회전시킨다. 웨이퍼(W)는 전번의 성막 처리를 행하였을 때의 수평 자세에 대해, 시계 방향으로 45° 어긋난 수평 자세로 노즐(31, 200, 32)의 하방 위치인 영역(91, 90, 92)을 통과하게 되고, 웨이퍼(W) 상에는 합계 20㎚[막 두께(T)/N × 2 ＝ 80/8 × 2]인 실리콘 산화막(242)이 성막된다.
각 웨이퍼(W) 상에 목표 막 두께(T)의 실리콘 산화막(242)이 성막될 때까지, 상기 각 스텝을 반복한다. 웨이퍼(W)는 10㎚의 실리콘 산화막(242)이 성막될 때마다(성막 처리의 도중에) 시계 방향으로 45°씩 그 방향이 변경된다. 따라서, 성막 전[진공 용기(1)로 반입되었을 때]의 웨이퍼(W)로부터 보면, 성막 후의 웨이퍼(W)는 시계 방향으로 315°자전하고, 80㎚의 실리콘 산화막(242)으로 이루어지는 박막이 성막된다.
상기한 성막 처리에 있어서의 웨이퍼(W)의 자전된 각도와 막 두께의 관계를 도 18에 도시한다. 도 18 중 웨이퍼(W) 상에 묘화한 화살표는, 웨이퍼(W)가 자전해 가는 모습을 모식적으로 나타내기 위해, 예를 들어 1회째의 성막 처리를 행하기 전의 위치로부터의 웨이퍼(W)의 자전 각도를 나타낸다. 도 18 중 횡축은 각 스텝의 합계 수를 나타낸다.
여기서, 상기와 같이 성막 처리를 행할 때마다 실라놀화 처리를 행하여 실리콘 산화막(242)을 유동시킨다. 오목부(230) 내에서는 실라놀화 처리를 행할 때마다, 도 15c에 도시한 바와 같이 단계적으로 역테이퍼 형상이 완화되어 간다. 도 15d 및 도 19에 도시한 바와 같이, 공극이 없는 상태에서 매립이 종료된다.
상기와 같이 각 영역(91, 90, 92)을 웨이퍼(W)가 순서대로 통과할 때, 웨이퍼(W)가 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 5개소의 오목부(24)에 배치된다. 웨이퍼(W)는 분자층(241)이 형성되기 전에 에탄올 가스나 O3 가스가 공급되는 경우도 있지만, 특히 성막에는 악영향을 미치지 않는다.
성막 처리가 종료되면, 기판 처리 장치로부터 웨이퍼(W)를 반입 시와 역의 동작에 의해 순차적으로 반송 아암(10)에 의해 반출한다(스텝 S7). 상술한 바와 같이, 웨이퍼(W)가 반입 전(성막 전)에 비해 시계 방향으로 315° 자전되어 있다. 기판 처리 장치로부터 반출하기 전에, 웨이퍼(W)를 자전 기구(132)에 의해 시계 방향으로 45° 자전시켜 반입 시와 동일한 방향으로 복귀시키도록 해도 좋다.
여기서, 처리 파라미터의 일례에 대해 설명한다. 회전 테이블(2)의 회전수는, 300㎜ 직경의 웨이퍼(W)를 피처리 기판으로 하는 경우에는, 예를 들어 1rpm 내지 500rpm, 진공 용기(1)의 중심부의 분리 가스 공급관(51)으로부터의 N2 가스의 유량은, 예를 들어 5000sccm이다.
상술한 실시 형태에 따르면, 웨이퍼(W)의 표면에 반응 가스(BTBAS 가스 및 O3 가스)를 순서대로 공급하여 박막을 형성하는 데 있어서, 각각 처리 영역(91, 90, 92)과, 이들 처리 영역[91(90, 92)] 사이의 분리 영역(D) 사이를 웨이퍼(W)가 순서대로 통과하도록, 회전 테이블(2)을 연직축 주위로 회전시켜 웨이퍼(W) 상에 실리콘 산화막(242)을 적층한 후, 웨이퍼(W)를 진공 용기(1)로부터 취출하여 자전 기구(132)에 있어서 연직축 주위로 자전시키고, 계속해서 다시 반응 생성물의 층을 적층하여 박막을 형성하고 있다. 그로 인해, 예를 들어 회전 테이블(2)의 각 오목부(24)에 있어서 막 두께가 두꺼워지는 경향의 영역이나 막 두께가 얇아지는 경향의 영역이 편재하고 있었다고 해도, 즉 예를 들어 1회째의 성막 처리에 있어서 성막된 실리콘 산화막(242)의 막 두께가 불균일했다고 해도, 계속되는 성막 처리에서는 연직축 주위로 자전시킨 상태로 성막 처리를 행하고 있고, 상기한 각 편재 영역이 웨이퍼(W)의 둘레 방향으로 어긋나도록(막 두께의 치우침이 커지지 않도록) 다음의 실리콘 산화막(242)이 성막된다. 면내에 걸쳐서 막 두께의 균일성이 높게 성막 처리를 행할 수 있다. 따라서, 예를 들어 진공 용기(1)의 노즐(31, 32)의 길이 방향[회전 테이블(2)의 반경 방향] 혹은 회전 테이블(2)의 둘레 방향(회전 방향)에 있어서, 가스의 농도 분포나 가스류가 불균일하게 되어 있었다고 해도, 그 불균일이 완화된다. 면내에 걸쳐서 막이나 막질이 균일해지도록 성막 처리를 행할 수 있다.
이때, 목표의 성막량(T)에 대해 성막 처리를 복수회, 예를 들어 8회로 나누어 웨이퍼(W)를 45°씩 시계 방향으로 자전시키고 있다. 각 성막 처리에 있어서의 막 두께의 편차를 면내에 걸쳐서 고르게 할 수 있고, 후술하는 시뮬레이션 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 면내에 있어서의 균일성을 1％ 이하까지 향상시킬 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)를 자전시키는 동작은 기판 처리 장치의 내부에서 행하고 있다. 예를 들어, 기판 처리 장치의 외부의 대기 분위기의 환경에서 자전시키는 경우보다도 자전에 필요로 하는 시간을 짧게 할 수 있고, 그로 인해 처리량의 저하를 억제하여 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 웨이퍼(W) 상에 BTBAS 가스를 흡착시킨 후, O3 가스를 공급하기 전에 에탄올 가스를 공급함으로써, 분자층(241)에 대해 유동성이 높은 상태(실록산 중합체)가 얻어지도록 하고 있다. 그로 인해, 실록산 중합체가 유동하고, 또한 O3 가스에 의한 산화 처리에 의해 생성된 실리콘 산화막(242)도 유동한다. 실리콘 산화막(242)이 오목부(230)의 내부로 들어가므로, 오목부(230)가, 예를 들어 역테이퍼 형상으로 형성되어 있는 경우라도, 오목부(230) 내에 공동(보이드) 등이 개재되지 않은 상태로 실리콘 산화막(242)을 매립할 수 있다. 따라서, 양호하게 매립이 행해진(양호한 막질의) 실리콘 산화막(242)을 얻을 수 있다. 그로 인해, 예를 들어 STI 구조의 디바이스를 제조하는 경우에는 양호한 절연 특성을 얻을 수 있다.
또한, 실리콘 산화막(242)을 유동(실라놀화)시키는 데 있어서, 박막의 성막이 완료된 후가 아니라, 각 성막 처리를 행할 때마다 행하도록 하고 있다. 각 실라놀화 처리에서는 순차적으로 적층되어 가는 실록산 중합체의 층을 순서대로 유동시키면 된다. 그로 인해, 각 실라놀화 처리에 있어서 실록산 중합체를 유동시키는 양은 약간이고, 따라서 빠르게 실리콘 산화막(242)을 유동시킬 수 있다. ALD를 행하기 위해 회전 테이블(2)을 회전시키고 있는 각 사이클 중에서 실라놀화(유동)를 행하고 있다. 실라놀화를 행하는 것에 의한 시간적인 손실이 없으므로, 높은 처리량을 유지할 수 있다. 또한, 실리콘 산화막(242)을 유동시킨 후에 열처리 장치(102)에 있어서 가열 처리를 행함으로써, 실리콘 산화막(242) 중에 불순물이 포함되어 있었다고 해도 저감시킬 수 있다. 실리콘 산화막(242)을 치밀화할 수 있고, 가일층 양호한 막질의 박막을 얻을 수 있다.
또한, 상기와 같이 회전 테이블(2)의 회전 방향으로 복수의 웨이퍼(W)를 배치하고, 회전 테이블(2)을 회전시켜 각 처리 영역(91, 90, 92)을 순서대로 통과시켜 ALD(혹은 MLD)를 행하도록 하고 있으므로, 높은 처리량으로 성막 처리를 행할 수 있다. 상기 회전 방향에 있어서 제1 처리 영역(91) 및 보조 영역(90)과 제2 처리 영역(92) 사이에 낮은 천장면을 구비한 분리 영역(D)을 형성하는 동시에, 회전 테이블(2)의 회전 중심부와 진공 용기(1)에 의해 구획한 중심부 영역(C)으로부터 회전 테이블(2)의 주연을 향해 분리 가스를 토출하고, 상기 분리 영역(D)의 양측으로 확산되는 분리 가스 및 상기 중심부 영역(C)으로부터 토출되는 분리 가스와 함께 상기 반응 가스가 회전 테이블(2)의 주연과 진공 용기의 내주벽의 간극을 통해 배기되도록 하고 있으므로, 양 반응 가스의 혼합을 방지할 수 있고, 이 결과 양호한 성막 처리를 행할 수 있다. 회전 테이블(2) 상에 있어서 반응 생성물이 발생하는 경우가 전혀 없거나, 최대한 억제되어, 파티클의 발생이 억제된다. 본 발명은, 회전 테이블(2)에 1개의 웨이퍼(W)를 적재하는 경우에도 적용할 수 있다.
상기한 기판 처리 장치에 따르면, 예를 들어 5매 처리용 성막 장치를 설치함으로써, ALD(MLD)를 높은 처리량으로 실시할 수 있다. 또한, 진공 반송실(103)에 상기한 성막 장치(101)를 2기 기밀하게 접속하고, 이들 성막 장치(101, 101)에 있어서 병행하여 성막 처리를 행해도 좋다. 그 경우에는, 상기한 ALD(MLD)를 더욱 높은 처리량으로 행할 수 있다.
또한, 상기한 예에 있어서는, 각 성막 처리에 있어서 회전 테이블(2)을 100회 회전시킨 후의 웨이퍼(W)를 자전시키는 동시에 가열 처리를 행하였지만, 회전 테이블(2)을 1회 회전시킬 때마다 웨이퍼(W)를 진공 용기(1) 내로부터 취출하여 웨이퍼(W)를 자전시켜 가열해도 좋다.
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해, 도 20을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 실리콘 산화막(242)이 더욱 빠르게 유동(리플로우)하도록, 실리콘 산화막(242) 중에 붕소(B) 및 인(P) 중 적어도 한쪽이 혼입되도록 하고 있다. 구체적인 성막 장치에 대해 설명한다. 이 성막 장치에는 이들 붕소 및 인 중 한쪽, 예를 들어 인을 포함하는 화합물, 예를 들어 PH4(포스핀) 가스를 제3 반응 가스로서 공급하기 위한 제3 반응 가스 공급 수단인, 예를 들어 석영제의 제3 가스 노즐(280)이 설치되어 있고, 노즐(280)은 회전 테이블(2)의 회전 방향에 있어서, 예를 들어 제2 반응 가스 노즐(32)과 반송구(15) 사이에 설치되어 있다.
노즐(280)은 상술한 각 노즐(31, 32, 200, 41, 42)과 마찬가지로 구성된다. 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 회전 테이블(2)의 회전 중심을 향해 웨이퍼(W)에 대향하여 수평으로 연신되도록 설치되어 있고, 그 기단부인 가스 도입 포트(281)는 외주벽을 관통하고 있다. 노즐(280)에는 밸브나 유량 조정부(도시하지 않음)가 배치된 가스 공급관(282)에 의해 제3 반응 가스가 공급된다. 노즐(280)의 하방측에는 이 반응 가스를 하방측의 웨이퍼(W)를 향해 토출하기 위한, 예를 들어 구경이 0.5㎜인 가스 토출 구멍(도시하지 않음)이 바로 아래를 향하고, 노즐의 길이 방향에 걸쳐서 등간격(예를 들어, 10㎜의 간격)으로 배열되어 있다. 노즐(280)의 가스 토출 구멍과 웨이퍼(W) 사이의 거리는, 예를 들어 1 내지 4㎜(바람직하게는, 2㎜)이다. 본 예에서는, 열처리 장치(102)에 있어서의 웨이퍼(W)의 가열 온도는, 예를 들어 700℃ 내지 800℃ 정도로 설정된다.
노즐(280)을 구비한 성막 장치에 있어서의 작용에 대해 이하에 설명한다. 상술한 바와 같이, 회전 테이블(2) 상에, 예를 들어 5매의 웨이퍼(W)를 적재하고, 회전 테이블(2)을 회전시키는 동시에, 각 노즐(31, 32, 200, 280, 41, 42)로부터 각 반응 가스 및 분리 가스를 공급하고, 중심부 영역(C) 및 회전 테이블(2)의 하방 영역에 퍼지 가스를 공급한다. 그리고, 제2 처리 영역(92)을 통과하여 표면에 실리콘 산화막(242)이 형성된 웨이퍼(W)에 대해 상기한 제3 반응 가스가 공급된다. 이 반응 가스가 실리콘 산화막(242) 중에 도입된다. 계속해서, 웨이퍼(W)를 자전시킨 후, 열처리 장치(102)에 있어서 제3 반응 가스가 도입된 실리콘 산화막(242)을 상기와 같이 700℃ 내지 800℃ 정도로 가열하면, 예를 들어 제3 반응 가스 중에 포함되어 있던 유기물이 기화되어 이 막으로부터 상방을 향해 배기되어 가는 동시에, 실리콘 산화막(242) 중에, 예를 들어 인이 도입된다. 이때, 실리콘 산화막(242)은 인에 의해 글래스 전이되기 쉬워진다. 실리콘 산화막(242)이 리플로우(유동)하여, 역테이퍼 형상의 오목부(230)의 끝으로 갈수록 퍼지는 정도가 완화되게 된다. 그 후, 상술한 예와 마찬가지로 다층의 실리콘 산화막(242)이 적층되어 간다.
노즐(280)의 배치 위치로서는, 회전 테이블(2)의 회전 방향에 있어서 제1 반응 가스 노즐(31)과 반송구(15) 사이이면 좋고, 예를 들어 제1 반응 가스 노즐(31)의 가스 공급관(31b)에 가스 공급관(282)을 배치하고, 제3 반응 가스와 상술한 BTBAS 가스의 혼합 가스를 공급해도 좋다. 또한, 제3 반응 가스로서는, 상기한 가스 대신에, 혹은 이 가스와 함께 붕소를 포함하는 화합물, 예를 들어 TMB(트리메틸 붕소) 가스를 공급하고, 실리콘 산화막(242) 중에 인 및 붕소 중 적어도 한쪽을 혼입시키도록 해도 좋다.
상기 예에 있어서는, 보조 노즐(200)로부터 공급하는 보조 가스로서는 에탄올 가스를 사용하였다. 다른 알코올, 예를 들어 메탄올(CH3OH)을 사용해도 좋다. 혹은 순수(H2O)나 과산화수소수(H2O2) 등을 사용해도 좋다. 즉, 수산기(OH)를 갖는 화합물의 가스이면 좋다. 보조 가스로서 순수를 사용한 경우에는, 순수의 가스와 웨이퍼(W)의 표면에 흡착한 BTBAS 가스는, 예를 들어 하기의 식 2에 따라서 반응하여 실라놀화된다.
[반응식 2]
BTBAS ＋ H2O → (-SiO-)n ＋ CH3C-NH2↑
이 반응에 있어서 생성되는 중간 생성물인 (-SiO-)n은 상술한 실록산 중합체와 마찬가지로 유동성을 나타내고, 또한 (-SiO-)n과 O3 가스가 반응하여 생성되는 실리콘 산화막(242)은 마찬가지로 유동성을 나타내므로 유동하여 양호하게 오목부(230)가 매립되게 된다.
상기한 각 실시 형태에서는, 패턴(232)이 형성된 웨이퍼(W)에 대해 실리콘 산화막(242)의 성막 처리를 행할 때에, 보조 노즐(200)로부터 에탄올 가스를 공급하여 실리콘 산화막(242)에 대해 유동성을 갖게 하였다. 패턴(232)이 형성되어 있지 않은 웨이퍼(W)에 대해서도 에탄올 가스를 공급해도 좋고, 혹은 패턴(232)이 형성되어 있지 않은 웨이퍼(W)에 대해서는 에탄올 가스를 공급하지 않아도 좋다. 그 경우에는, 예를 들어 도 21에 도시한 바와 같이, 보조 노즐(200)이 설치되어 있지 않은 성막 장치(101)에서 성막 처리가 행해진다.
상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 각 웨이퍼(W)에 대해 성막 처리와, 웨이퍼(W)의 자전과, 열처리가 이 순서로 복수회 반복되어, 다층의 실리콘 산화막(242)으로 이루어지는 박막이 형성된다. 본 실시 형태에서는, 각 성막 처리마다 열처리를 행함으로써, 예를 들어 실리콘 산화막(242) 중에 도입된 탄소 성분 등의 불순물이 기화되어 배출되기 쉬워진다. 또한, 실리콘 산화막(242)이, 말하자면, 쪼그라들어 치밀해진다. 불순물의 함유량이 적고, 또한 양호한 경도의 박막을 얻을 수 있다. 이때, 불순물이 기화되어 배출되기 위해서는, 예를 들어 실리콘 산화막(242)의 막 두께 방향으로 불순물이 이동할 필요가 있다. 박막의 성막이 완료된 후에 열처리를 행하는 경우에는, 막 속으로부터 불순물이 배출되기 위해서는 장시간의 가열 처리를 필요로 한다. 본 실시 형태에 있어서는, 성막 처리를 행할 때마다 가열 처리를 행하고 있다. 즉, 실리콘 산화막(242)의 막 두께가 얇은 상태로 가열 처리를 행하고 있다. 성막의 완료 후에 가열 처리를 행하는 경우에 비해 실리콘 산화막(242)으로부터의 불순물의 배출을 빠르게 행할 수 있고, 따라서 양호한 막질의 박막을 얻을 수 있다.
제3 실시 형태의 발명은, 예를 들어 고유전체(high-k)막, 예를 들어 STO막 등을 성막하는 경우에 적절하게 적용할 수 있고, 그 경우에는 각 노즐(31, 32)로부터 공급하는 각 반응 가스로서는, 예를 들어 각각 Ti(MPD)(THD)2 가스 및 Sr(THD)2 가스 등이 사용된다. 이 경우에는, 열처리 장치(102)에 있어서의 웨이퍼(W)의 가열 온도는, 예를 들어 300℃ 내지 400℃로 설정된다.
다음에, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해, 도 22 내지 도 24를 참조하여 설명한다. 본 실시 형태는 상술한 제1 실시 형태에 있어서의 성막 장치(101)를 예로 들어 설명한다. 도 22에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)의 회전 방향에 있어서, 상술한 제2 반응 가스 노즐(32)과 반송구(15) 사이에 플라즈마 공급 수단인 플라즈마 인젝터(250)가 설치되어 있다.
플라즈마 인젝터(250)는 하우징으로 이루어지는 인젝터 본체(251)를 구비하고 있다. 도 23, 도 24에 도시한 바와 같이 인젝터 본체(251) 내에는 격벽(252)에 의해 길이 방향으로 구획된 폭이 다른 2개의 공간이 형성되어 있고, 일측은 플라즈마 발생용 가스를 플라즈마화하기 위한 가스 활성화용 유로인 가스 활성화실(253), 타측은 가스 활성화실(253)로 플라즈마 발생용 가스를 공급하기 위한 가스 도입용 유로인 가스 도입실(254)로 되어 있다.
도 22 내지 도 24에 있어서, 부호 255는 가스 도입 노즐, 부호 256은 가스 구멍, 부호 257은 가스 도입 포트, 부호 258은 조인트부, 부호 259는 가스 공급 포트이다. 가스 도입 노즐(255)로부터 플라즈마 발생용 가스가 가스 구멍(256)으로부터 토출되어 가스 도입실(254) 내로 공급되고, 가스 도입실(254)로부터 격벽(252)의 상부에 형성된 절결부(271)를 통해 가스 활성화실(253)로 가스가 통류하도록 구성되어 있다.
가스 활성화실(253) 내에는 2개의 유전체로 이루어지는, 예를 들어 세라믹스제의 시스관(272, 272)이 가스 활성화실(253)의 기단부측으로부터 선단측을 향해 격벽(252)을 따라서 연신되어 있고, 이들 시스관(272, 272)의 관 내에는 막대 형상의 전극(273, 273)이 관통 삽입되어 있다. 이들 전극(273, 273)의 기단부측은 인젝터 본체(251)의 외부로 인출되어, 진공 용기(1)의 외부에서 정합기(274)를 통해 고주파 전원(275)과 접속되어 있다. 인젝터 본체(251)의 저면에는 전극(273, 273) 사이의 영역인 플라즈마 발생부(290)에서 플라즈마화하여 활성화된 플라즈마를 하방측에 토출하기 위한 가스 토출 구멍(291)이 인젝터 본체(251)의 길이 방향으로 배열되어 있다.
인젝터 본체(251)는 그 선단측을, 회전 테이블(2)의 중심부를 향해 연신된 상태로 되도록 배치되어 있다. 도 22중 부호 262 내지 264는 밸브, 부호 265 내지 267은 유량 조정부, 부호 268 내지 270은 각각 플라즈마 발생용 가스인, 산소(O2) 가스, 아르곤(Ar) 가스 및 질소(N2) 가스가 저류된 가스원이다.
본 실시 형태의 작용에 대해 이하에 설명한다. 본 실시 형태에 있어서도, 마찬가지로 회전 테이블(2) 상에 웨이퍼(W)를 5매 적재하고, 회전 테이블(2)을 회전시켜, 각 가스 노즐(31, 32, 200, 41, 42)로부터 BTBAS 가스, O3 가스, 에탄올 가스 및 질소 가스를 웨이퍼(W)를 향해 각각 공급하는 동시에, 상술한 바와 같이 퍼지 가스를 중심부 영역(C)이나 회전 테이블(2)의 하방의 영역에 공급한다. 히터 유닛(7)에 상술한 바와 같이 통전하고, 플라즈마 인젝터(250)에 대해 플라즈마 발생용 가스, 예를 들어 Ar 가스를 공급하는 동시에, 고주파 전원(275)으로부터 플라즈마 발생부(290)[전극(273, 273)]로, 예를 들어 13.56㎒, 예를 들어 10W 내지 200W의 범위의, 예를 들어 100W의 고주파 전력을 공급한다.
진공 용기(1) 내는 진공 분위기로 되어 있다. 가스 활성화실(253)의 상방부로 유입된 플라즈마 발생용 가스는 상기한 고주파 전력에 의해 플라즈마화(활성화)된 상태로 되어 가스 토출 구멍(291)을 통해 웨이퍼(W)를 향해 공급된다.
플라즈마가 제2 처리 영역(92)을 통과하여 상술한 실리콘 산화막(242)이 성막된 웨이퍼(W)에 도달한다. 실리콘 산화막(242) 내에 남아 있던 탄소 성분이나 수분이 기화되어 배출되거나, 혹은 실리콘과 산소 사이의 결합이 강해지게 된다. 이와 같이 하여 1회의 성막 처리가 종료될 때까지, 회전 테이블(2)이 회전할 때마다 플라즈마의 공급이 행해진다. 그 후, 웨이퍼(W)는 진공 용기(1)로부터 취출되어 그 방향이 변경된 후, 열처리 장치(102)에 있어서 상술한 바와 같이 열처리가 행해진다.
이와 같이 플라즈마 인젝터(250)를 설치함으로써, 상술한 제1 실시 형태보다도 불순물이 더욱 적고, 또한 결합 강도가 강한 실리콘 산화막(242)을 성막할 수 있다.
본 예에 있어서는, 상기와 같이 플라즈마 발생용 가스로서 Ar 가스를 사용하였다. 혹은 이 가스와 함께 O2 가스나 N2 가스를 사용해도 좋다. Ar 가스를 사용한 경우에는, 막 중의 Si-O 결합을 만들어 SiOH 결합을 없앤다고 하는 효과가 얻어지고, 또한 O2 가스를 사용한 경우에는 미반응 부분의 산화를 촉진하여, 막 중의 C(탄소) 성분을 감소시켜, 전기 특성을 개선한다고 하는 효과가 얻어진다. 또한, 이 플라즈마 인젝터(250)를, 상술한 제2 실시 형태나 제3 실시 형태의 성막 장치(101)에 적용해도 좋다.
상기한 실시 형태에 있어서는, 열처리 장치(102)로서 1매씩 열처리를 행하는 장치를 사용하였다. 복수매(예를 들어, 5매)의 웨이퍼(W)에 대해 동시에 가열 처리를 행해도 좋다.
구체적으로는, 제5 실시 형태에 있어서의 기판 처리 장치는, 도 25에 도시한 바와 같이 열처리 장치(109)를 구비하고 있고, 열처리 장치(109)는 상술한 진공 반송실(103)에 기밀하게 접속되어 있다. 열처리 장치(109)는 상술한 성막 장치(101)와 대략 동일한 구성이고, 예를 들어 각 노즐(31, 32, 200) 대신에, 불활성 가스, 예를 들어 N2 가스를 공급하는 노즐이 설치되어 있는 동시에, 히터 유닛(7)은 상술한 열처리 장치(102)에 있어서의 가열 수단(113)과 동일한 가열 온도로 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 가열할 수 있도록 구성되어 있다.
본 실시 형태에 있어서의 기판 처리 장치에 있어서 성막 처리를 행하는 경우에는, 성막 장치(101)에 있어서 성막 처리를 행한 웨이퍼(W)를 진공 반송실(103)에 취출하여 자전시킨 후, 웨이퍼(W)를 열처리 장치(109)의 회전 테이블(2) 상에 적재한다. 계속해서, 성막 장치(101) 내의 웨이퍼(W)를 순서대로 취출하여 자전시키는 동시에, 열처리 장치(109) 내의 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜 각 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2) 상에 적재한다. 계속해서, 열처리 장치(109)에 있어서 회전 테이블(2)을 회전시키면서 진공 용기(1) 내에 불활성 가스를 공급하는 동시에 소정의 진공도로 조정하여 웨이퍼(W)를 상술한 가열 온도로 가열한다.
이 열처리에 의해, 각 웨이퍼(W)에 대해 동시에 상술한 실리콘 산화막(242)의 치밀화가 행해지게 된다. 그 후, 각 웨이퍼(W)를 순서대로 취출하여 성막 장치(101)로 복귀시키고, 계속되는 성막 처리 등의 각 스텝이 행해진다. 본 실시 형태에서는, 상기한 각 실시 형태의 효과가 얻어지고, 또한 각 웨이퍼(W)에 대한 열처리를 한번에 행하고 있으므로 처리량을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 기판 처리 장치에 있어서, 진공 반송실(103)에 상술한 열처리 장치(102)를 기밀하게 접속하여, 열처리 장치(102)에 있어서도 열처리 처리를 행하도록 해도 좋다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 성막 장치(101)로서는, 상술한 각 실시 형태에 있어서의 장치 중 어느 것을 적용해도 좋다.
상기한 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)를 자전시키는 공정을 성막 처리와 열처리 사이에서 행하도록 하였지만, 열처리 후에 행하도록 해도 좋다. 즉, 전회의 성막 처리와 그 후에 행해지는 성막 처리 사이에 있어서 웨이퍼(W)의 방향을 변경하면 좋다.
또한, 상기한 자전 기구(132)로서는, 열처리 장치[102(109)] 내에 설치해도 좋다. 그 경우에 있어서도, 예를 들어 진공 반송 아암(104)이 자전 기구(132)의 상방 위치로 이동하고, 마찬가지로 웨이퍼(W)의 자전이 행해진다. 또한, 열처리 장치(102)에 있어서의 승강 장치(121)에, 승강 핀(119)을 승강시키는 기구에 추가하여 승강 핀(119)을 연직축 주위로 회전시키는 기구를 부가하고, 열처리 장치(102) 내에 있어서 열처리의 전후 혹은 열처리를 행하면서 웨이퍼(W)를 자전시켜도 좋다. 또한, 자전 기구(132)를 대기 반송실(107)에 설치하고, 대기 반송실(107)에 있어서 웨이퍼(W)를 자전시켜도 좋다.
또한, 웨이퍼(W)를 자전시키는 데 있어서, 진공 반송실(103) 내에 자전 기구(132)를 설치하였지만, 진공 반송 아암(104)에 자전 기구(132)를 조합하여 설치해도 좋다. 진공 반송 아암(104)으로서, 구체적으로는 도 26a 및 도 26b에 도시한 바와 같이, 지지판(141) 상에 형성된 레일(142)을 따라서 진퇴하는 슬라이드 아암을 사용해도 좋다. 상술한 자전 기구(132)는 각각의 반송 아암(104, 104)에 설치되는 동시에, 각 지지판(141) 내에 매설되어, 반송 아암(104)이 후퇴했을 때에 반송 아암(104) 상에 보유 지지된 웨이퍼(W)에 대해 승강 가능 및 연직축 주위로 회전 가능하게 구성된다. 반송 아암(104)에 있어서도, 상기한 예와 마찬가지로 웨이퍼(W)의 자전이 행해져 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 상술한 대기 반송 아암(106) 대신에, 진공 반송 아암(104)을 상술한 대기 반송실(107)에 설치하고, 대기 반송실(107)에 있어서 웨이퍼(W)를 자전시켜도 좋다. 또한, 웨이퍼(W)를 자전시키는 기구로서는, 상기한 각 예에서는 웨이퍼(W)를 이면측으로부터 픽업하여 회전시키는 기구로 하였지만, 예를 들어 웨이퍼(W)를 상방측으로부터 직경 방향을 클램프하여 들어올려 회전시키는 기구라도 좋다.
본 발명에서 적용되는 처리 가스(제1 반응 가스)로서는, 상술한 예 외에, DCS[디클로로실란], HCD[헥사클로로디실란], TMA[트리메틸알루미늄], 3DMAS[트리스디메틸아미노실란], TEMAZr[테트라키스에틸메틸아미노지르코늄], TEMHF[테트라키스에틸메틸아미노하프늄], Sr(THD)2[스트론튬비스테트라메틸헵탄디오나토], Ti(MPD)(THD)[티타늄메틸펜탄디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토], 모노아미노실란 등을 들 수 있다.
또한, 상기 분리 영역(D)의 천장면(44)에 있어서, 상기 분리 가스 노즐(41, 42)에 대해 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측 부위는 외측 테두리에 위치하는 부위일수록 상기 회전 방향의 폭이 큰 것이 바람직하다. 그 이유는 회전 테이블(2)의 회전에 의해 상류측으로부터 분리 영역(D)을 향하는 가스의 흐름이 외측 테두리에 근접할수록 빠르기 때문이다. 이 관점에서 보면, 상술한 바와 같이 볼록 형상부(4)를 부채형으로 구성하는 것은 좋은 방법이다.
상기 분리 가스 노즐[41(42)]의 양측에 각각 위치하는 협애한 공간을 형성하는 상기 제1 천장면(44)은, 도 27a 및 도 27b에 상기 분리 가스 노즐(41)을 대표하여 도시한 바와 같이, 예를 들어 300㎜ 직경의 웨이퍼(W)를 피처리 기판으로 하는 경우, 웨이퍼(W)의 중심(WO)이 통과하는 부위에 있어서 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따른 폭 치수(L)가 50㎜ 이상인 것이 바람직하다. 볼록 형상부(4)의 양측으로부터 볼록 형상부(4)의 하방(협애한 공간)으로 반응 가스가 침입하는 것을 유효하게 저지하기 위해서는, 상기 폭 치수(L)가 짧은 경우에는 그것에 따라서 제1 천장면(44)과 회전 테이블(2) 사이의 거리(h)도 작게 할 필요가 있다. 또한, 제1 천장면(44)과 회전 테이블(2) 사이의 거리(h)를 어느 치수로 설정하면, 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 이격될수록, 회전 테이블(2)의 속도가 빨라지게 된다. 반응 가스의 침입 저지 효과를 얻기 위해 요구되는 폭 치수(L)는 회전 중심으로부터 이격될수록 길어지게 된다. 이와 같은 관점에서 고찰한다. 웨이퍼(W)의 중심(WO)이 통과하는 부위에 있어서의 상기 폭 치수(L)가 50㎜보다도 작으면, 제1 천장면(44)과 회전 테이블(2)의 거리(h)를 매우 작게 할 필요가 있으므로, 회전 테이블(2)을 회전시켰을 때에 회전 테이블(2) 혹은 웨이퍼(W)와 천장면(44)의 충돌을 방지하기 위해, 회전 테이블(2)의 요동을 최대한 억제하는 고안이 요구된다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전수가 높을수록, 볼록 형상부(4)의 상류측으로부터 볼록 형상부(4)의 하방측으로 반응 가스가 침입하기 쉬워진다. 상기 폭 치수(L)를 50㎜보다도 작게 하면, 회전 테이블(2)의 회전수를 낮게 해야만 해, 처리량의 점에서 좋은 방법은 아니다.
따라서, 폭 치수(L)가 50㎜ 이상인 것이 바람직하지만, 50㎜ 이하라도 본 발명의 효과가 얻어지지 않는 것은 아니다. 즉, 상기 폭 치수(L)가 웨이퍼(W)의 직경의 1/10 내지 1/1인 것이 바람직하고, 약 1/6 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 분리 가스 공급 수단에 있어서의 회전 방향 양측에 낮은 천장면(44)이 위치하는 것이 바람직하지만, 분리 가스 노즐(41, 42)의 양측에 볼록 형상부(4)를 형성하지 않고, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 하방을 향해 N2 가스를 분출하여 에어 커튼을 형성하고, 이 에어 커튼에 의해 처리 영역(91, 92)을 분리하도록 해도 좋다.
성막 장치(101)에 있어서 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 가열 수단으로서는 저항 발열체를 사용한 히터로 한정되지 않고 램프 가열 장치라도 좋고, 회전 테이블(2)의 하방측에 설치하는 대신에, 회전 테이블(2)의 상방측에 설치해도 좋고, 상하 양쪽에 설치해도 좋다. 또한, 상기한 반응 가스에 의한 반응이 저온, 예를 들어 상온에 있어서 일어나는 경우에는, 이와 같은 가열 수단을 설치하지 않아도 좋다.
여기서 처리 영역(91, 92) 및 분리 영역의 각 레이아웃에 대해 상기한 실시 형태 이외의 다른 예를 들어 둔다. 분리 영역(D)은 부채형의 볼록 형상부(4)를 둘레 방향으로 2개로 분할하고, 그 사이에 분리 가스 노즐[41(42)]을 설치하는 구성이라도 좋은 것을 이미 서술하였지만, 도 28은 상술한 제1 실시 형태의 성막 장치를 예로 들어 이와 같은 구성의 일례를 도시하는 평면도이다. 이 경우, 부채형의 볼록 형상부(4)와 분리 가스 노즐[41(42)]의 거리나 부채형의 볼록 형상부(4)의 크기 등은 분리 가스의 토출 유량이나 반응 가스의 토출 유량 등을 고려하여 분리 영역(D)이 유효한 분리 작용을 발휘할 수 있도록 설정된다.
상술한 실시 형태에서는, 상기 제1 처리 영역(91), 보조 영역(90) 및 제2 처리 영역(92)은 그 천장면이 상기 분리 영역(D)의 천장면보다도 높은 영역에 상당한다. 그러나, 제1 처리 영역(91), 보조 영역(90) 및 제2 처리 영역(92) 중 적어도 1개는 분리 영역(D)과 마찬가지로 반응 가스 공급 수단의 상기 회전 방향 양측에서 상기 회전 테이블(2)에 대향하여 형성되고, 회전 테이블(2)과의 사이에 가스의 침입을 저지하기 위한 공간을 형성하도록, 또한 상기 분리 영역(D)의 상기 회전 방향 양측의 천장면[제2 천장면(45)]보다도 낮은 천장면, 예를 들어 분리 영역(D)에 있어서의 제1 천장면(44)과 동일한 높이의 천장면을 구비하고 있는 구성으로 해도 좋다.
또한, 반응 가스 노즐[31(32, 200)]의 양측에도 낮은 천장면을 설치하고, 분리 가스 노즐[41(42)] 및 반응 가스 노즐[31(32)]이 설치되는 개소 이외는, 회전 테이블(2)에 대향하는 영역 전체면에 볼록 형상부(4)를 형성하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 각 노즐[31, 32, 200, 41, 42(310)]의 설치 위치를 변경해도 좋고, 각각의 반응 가스가 서로 섞이지 않도록 배기되면서, 웨이퍼(W)의 표면에 BTBAS가 흡착하여, 그 후 에탄올 가스에 의해 중간 생성물이 생성되고, 계속해서 O3 가스에 의해 중간 생성물이 산화되는 사이클 또는 이 중간 생성물을 거치지 않고 실리콘 산화막(242)이 형성되는 사이클이 다수회 반복되도록 구성해도 좋다.
또한, 상기한 각 실시 형태의 성막 장치로서는, 가스 공급계[노즐(31, 32, 200, 280, 41, 42)]에 대해 회전 테이블(2)을 연직축 주위로 회전시키는 구성으로 하였지만, 가스 공급계가 회전 테이블(2)에 대해 연직축 주위로 회전하는 구성으로 해도 좋다. 이와 같은 구체적인 장치 구성에 대해, 상술한 제3 실시 형태[노즐(200, 280) 등이 설치되어 있지 않음]의 성막 장치(101)에 적용한 예를 도 29 내지 도 32를 참조하여 설명한다. 상술한 성막 장치(101)와 동일한 부위에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
진공 용기(1) 내에는 상술한 회전 테이블(2) 대신에, 테이블인 서셉터(300)가 배치되어 있다. 서셉터(300)의 저면 중앙에는 회전축(22)의 상단부측이 접속되어 있고, 웨이퍼(W)의 반입출을 행할 때에는 서셉터(300)를 회전시킬 수 있도록 구성되어 있다. 서셉터(300) 상에는 상술한 오목부(24)가 둘레 방향에 걸쳐서 복수 개소, 예를 들어 5개소에 형성되어 있다.
도 29 내지 도 31에 도시한 바와 같이, 상술한 노즐(31, 32, 41, 42)은 서셉터(300)의 중앙부의 바로 위에 설치된 편평한 원반 형상의 코어부(301)에 설치되어 있고, 기단부가 코어부(301)의 측벽을 관통하고 있다. 코어부(301)는 후술하는 바와 같이, 예를 들어 연직축 주위로 반시계 방향으로 회전하도록 구성된다. 코어부(301)를 회전시킴으로써 각 가스 공급 노즐(31, 32, 41, 42)을 서셉터(300)의 상방 위치에 있어서 회전시킬 수 있도록 되어 있다. 도 30은 진공 용기(1)[천장판(11) 및 용기 본체(12)] 및 천장판(11)의 상면에 고정된 후술하는 슬리브(304)를 제거한 상태를 도시하고 있다.
상술한 볼록 형상부(4)는 상기한 코어부(301)의 측벽부에 고정된다. 각 가스 공급 노즐(31, 32, 41, 42)과 함께 서셉터(300) 상을 회전할 수 있도록 구성되어 있다. 코어부(301)의 측벽부에는, 도 30, 도 31에 도시한 바와 같이 각 반응 가스 공급 노즐(31, 32)의 회전 방향 상류측이며, 상류측에 형성되어 있는 볼록 형상부(4)와 코어부(301)의 접합부의 앞의 위치에, 2개의 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 이들 배기구(61, 62)는 각각 후술하는 배기관(302)에 접속되어 있고, 반응 가스 및 분리 가스를 각 처리 영역(91, 92)으로부터 배기하는 역할을 발휘한다. 배기구(61, 62)는, 상술한 예와 마찬가지로 분리 영역(D)의 상기 회전 방향 양측에 형성되어, 각 반응 가스(BTBAS 가스 및 O3 가스)의 배기를 전용으로 행하도록 하고 있다.
도 29에 도시한 바와 같이, 코어부(301)의 상면 중앙부에는 원통 형상의 회전통(303)의 하단부가 접속된다. 진공 용기(1)의 천장판(11) 상에 고정된 슬리브(304) 내에서 회전통(303)을 회전시킴으로써, 진공 용기(1) 내에서 코어부(301)와 함께 노즐(31, 32, 41, 42) 및 볼록 형상부(4)를 회전시키는 구성으로 되어 있다. 코어부(301) 내는 하면측이 개방된 공간으로 되어 있고, 코어부(301)의 측벽을 관통한 반응 가스 공급 노즐(31, 32), 분리 가스 공급 노즐(41, 42)은 공간에 있어서 각각 BTBAS 가스를 공급하는 제1 반응 가스 공급관(305), O3 가스를 공급하는 제2 반응 가스 공급관(306), 분리 가스인 N2 가스를 공급하는 분리 가스 공급관(307, 308)과 접속되어 있다[편의상, 도 29에는 분리 가스 공급관(307, 308)만을 도시하고 있음].
각 공급관(305 내지 308)은 코어부(301)의 회전 중심 근방, 상세하게는 후술하는 배기관(302)의 주위에서 L자로 굴곡되어 상방을 향해 연신되고, 코어부(301)의 천장면을 관통하여, 수직 상방을 향해 원통 형상의 회전통(303) 내로 연신되어 있다.
도 29, 도 30, 도 31에 도시한 바와 같이, 회전통(303)은 외경이 다른 2개의 원통을 상하 2단으로 적층한 외관 형상으로 구성된다. 외경이 큰 상단측의 원통의 저면을 슬리브(304)의 상단부면에 걸리게 함으로써, 회전통(303)을 상면측에서 볼 때 둘레 방향으로 회전 가능한 상태로 슬리브(304) 내에 삽입하는 한편, 회전통(303)의 하단부측은 천장판(11)을 관통하여 코어부(301)의 상면과 접속되어 있다.
천장판(11)의 상방 위치에 있어서의 회전통(303)의 외주면측에는 외주면의 둘레 방향의 전체면에 걸쳐서 형성된 환형상 유로인 가스 확산로가 상하 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 본 예에 있어서는 상단 위치에 분리 가스(N2 가스)를 확산시키기 위한 분리 가스 확산로(309)가 배치되고, 중단 위치에 BTBAS 가스를 확산시키기 위한 제1 반응 가스 확산로(310), 하단 위치에 O3 가스를 확산시키기 위한 제2 반응 가스 확산로(311)가 배치되어 있다. 도 29 중, 부호 312는 회전통(303)의 덮개부이고, 부호 313은 덮개부(312)와 회전통(303)을 밀착시키는 O링이다.
각 가스 확산로(309 내지 311)에는 회전통(303)의 전체 둘레에 걸쳐서, 회전통(303)의 외면을 향해 개방되는 슬릿(320, 321, 322)이 형성되어 있고, 각각의 가스 확산로(309 내지 311)에는 이들 슬릿(320, 321, 322)을 통해 각종 가스가 공급되도록 되어 있다. 한편, 회전통(303)을 덮는 슬리브(304)에는 각 슬릿(320, 321, 322)에 대응하는 높이 위치에, 가스 공급구인 가스 공급 포트(323, 324, 325)가 설치되어 있고, 도시하지 않은 가스 공급원으로부터 이들 가스 공급 포트(323, 324, 325)로 공급된 가스는 각 포트(323, 324, 325)를 향해 개방되는 슬릿(320, 321, 322)을 통해 각 가스 확산로(309, 310, 311) 내에 공급된다.
여기서, 슬리브(304) 내에 삽입된 회전통(303)의 외경은 회전통(303)이 회전 가능한 범위이고, 가능한 한 슬리브(304)의 내경과 가까운 크기로 형성된다. 각 포트(323, 324, 325)의 개구부 이외의 영역에 있어서는, 각 슬릿(320, 321, 322)은 슬리브(304)의 내주면에 의해 막힌 상태로 되어 있다. 이 결과, 각 가스 확산로(309, 310, 311)로 도입된 가스는 가스 확산로(309, 310, 311) 내만을 확산하고, 예를 들어 다른 가스 확산로(309, 310, 311)나 진공 용기(1) 내, 성막 장치의 외부 등으로 누출되지 않도록 되어 있다. 도 29 중, 부호 326은 회전통(303)과 슬리브(304)의 간극으로부터의 가스 누설을 방지하기 위한 자기 시일이고, 자기 시일(326)은 각 가스 확산로(309, 310, 311)의 상하에도 설치되어 있어, 각종 가스를 가스 확산로(309, 310, 311) 내에 확실하게 밀봉하는 구성으로 되어 있다. 도 29에서는 이들 자기 시일(326)의 기재는 편의상 생략하고 있다. 또한, 도 32에 있어서도 자기 시일(326)의 기재는 생략하고 있다.
도 32에 도시한 바와 같이, 회전통(303)의 내주면측에 있어서, 가스 확산로(309)에는 가스 공급관(307, 308)이 접속되고, 각 가스 확산로(310, 311)에는 상술한 각 가스 공급관(305, 306)이 각각 접속되어 있다. 이에 의해, 가스 공급 포트(323)로부터 공급된 분리 가스는, 가스 확산로(309) 내를 확산하여 가스 공급관(307, 308)을 통해 노즐(41, 42)로 흐르고, 또한 각 가스 공급 포트(324, 325)로부터 공급된 각종 반응 가스는 각각 가스 확산로(310, 311) 내를 확산하여 가스 공급관(305, 306)을 통해 각 노즐(31, 32)로 흘러, 진공 용기(1) 내에 공급되도록 되어 있다. 도 32에 있어서, 편의상, 후술하는 배기관(302)의 기재는 생략하고 있다.
도 32에 도시한 바와 같이, 분리 가스 확산로(309)에는 퍼지 가스 공급관(330)이 더 접속된다. 퍼지 가스 공급관(330)은 회전통(303) 내를 하방측으로 연신되고, 도 31에 도시한 바와 같이 코어부(301) 내의 공간에 개방되어 있고, 공간 내에 N2 가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 도 29에 도시한 바와 같이 코어부(301)는 서셉터(300)의 표면으로부터, 예를 들어 상술한 높이(h)의 간극을 두고 뜬 상태로 되도록 회전통(303)에 지지된다. 서셉터(300)에 대해 코어부(301)가 고정되어 있지 않은 것에 의해 자유롭게 회전시킬 수 있다. 그러나, 서셉터(300)와 코어부(301) 사이에 간극이 개방되어 있으면, 상술한 처리 영역(91, 92)의 한쪽으로부터 코어부(301)의 하방을 통해 다른 쪽으로 BTBAS 가스 혹은 O3 가스가 돌아 들어갈 우려가 있다.
따라서, 코어부(301)의 내측을 공동으로 하고, 공동의 하면측을 서셉터(300)를 향해 개방하는 동시에, 공동 내에 퍼지 가스 공급관(330)으로부터 퍼지 가스(N2 가스)를 공급하고, 상기 간극을 통해 각 처리 영역(91, 92)을 향해 퍼지 가스를 분출함으로써, 전술한 반응 가스의 돌아 들어감을 방지할 수 있다. 이 성막 장치는 처리 영역(91, 92)의 분위기를 분리하기 위해 서셉터(300)의 중심부와 진공 용기(1)에 의해 구획되어, 서셉터(300)의 표면에 퍼지 가스를 토출하는 토출구가 코어부(301)의 회전 방향을 따라서 형성된 중심부 영역(C)을 구비하고 있다. 이 경우, 퍼지 가스는, 코어부(301)의 하방을 통해 다른 쪽으로 BTBAS 가스 혹은 O3 가스가 돌아 들어가는 것을 방지하기 위한 분리 가스의 역할을 발휘하고 있다. 상기한 토출구는 코어부(301)의 측벽과 서셉터(300) 사이의 간극에 상당한다.
도 29에 도시한 바와 같이, 회전통(303)의 상단측의 외경이 큰 원통부의 측 주위면에는 구동 벨트(335)가 감겨 있고, 구동 벨트(335)는 진공 용기(1)의 상방에 배치된 회전 기구인 구동부(336)에 의해, 구동 벨트(335)를 통해 구동부(336)의 구동력을 코어부(301)로 전달하고, 이에 의해 슬리브(304) 내의 회전통(303)을 회전시킬 수 있다. 도 29 중 부호 337은 진공 용기(1)의 상방 위치에 있어서 구동부(336)를 보유 지지하기 위한 보유 지지부이다.
회전통(303) 내에는 그 회전 중심을 따라서 배기관(302)이 배치되어 있다. 배기관(302)의 하단부는 코어부(301)의 상면을 관통하여 코어부(301) 내의 공간으로 연장되고, 그 하단부면은 밀봉되어 있다. 한편, 코어부(301) 내에 연신된 배기관(302)의 측 주위면에는, 예를 들어 도 31에 도시한 바와 같이 각 배기구(61, 62)와 접속된 배기 인입관(341, 342)이 설치되어 있고, 퍼지 가스로 가득 찬 코어부(301) 내의 분위기와는 격리하여 각 처리 영역(91, 92)으로부터의 배기 가스를 배기관(302) 내로 흡인할 수 있다.
상술한 바와 같이 도 32에 있어서는, 배기관(302)의 기재는 생략하고 있다. 그러나, 도 32에 기재된 각 가스 공급관(305, 306, 307, 308) 및 퍼지 가스 공급관(330)은 배기관(302)의 주위에 배치되어 있다.
도 29에 도시한 바와 같이, 배기관(302)의 상단부는 회전통(303)의 덮개부(312)를 관통하여, 진공 배기 수단인, 예를 들어 진공 펌프(343)에 접속되어 있다. 도 29 중, 부호 344는 하류측의 배관에 대해 배기관(302)을 회전 가능하게 접속하는 로터리 조인트이다.
이 장치를 사용한 성막 처리의 흐름에 대해, 상술한 실시 형태의 작용과 다른 점에 대해 설명한다. 우선, 진공 용기(1) 내에 웨이퍼(W)를 반입할 때에는, 서셉터(300)를 간헐적으로 회전시켜, 반송 아암(10)과 승강 핀(16)의 협동 작업에 의해 5개의 오목부(24)에 웨이퍼(W)를 각각 적재한다.
웨이퍼(W)를 성막 장치(101)에 있어서 가열할 때에는 회전통(303)을 반시계 방향으로 회전시킨다. 도 32에 도시한 바와 같이, 회전통(303)에 설치된 각 가스 확산로(309 내지 312)는 회전통(303)의 회전에 수반하여 회전하지만, 이들 가스 확산로(309 내지 311)에 형성된 슬릿(320 내지 322)의 일부가 각각 대응하는 가스 공급 포트(323 내지 325)의 개구부를 향해 항상 개방되어 있음으로써, 가스 확산로(309 내지 312)에는 각종 가스가 연속적으로 공급된다.
가스 확산로(309 내지 312)에 공급된 각종 가스는 각각의 가스 확산로(309 내지 312)에 접속된 가스 공급관(305 내지 308)을 통해 반응 가스 공급 노즐(31, 32), 분리 가스 공급 노즐(41, 42)로부터 각 처리 영역(91, 92), 분리 영역(D)으로 공급된다. 이들 가스 공급관(305 내지 308)은 회전통(303)에 고정되고, 또한 반응 가스 공급 노즐(31, 32) 및 분리 가스 공급 노즐(41, 42)에 대해서는 코어부(301)를 통해 회전통(303)에 고정되어 있다. 회전통(303)의 회전에 수반하여, 가스 공급관(305 내지 308) 및 가스 공급 노즐(31, 32, 41, 42)도 회전하면서 각종 가스를 진공 용기(1) 내에 공급하고 있다.
이때, 회전통(303)과 일체로 되어 회전하고 있는 퍼지 가스 공급관(330)으로부터도 분리 가스인 N2 가스를 공급하고, 이에 의해 중심부 영역(C)으로부터, 즉 코어부(301)의 측벽부와 서셉터(300)의 중심부 사이로부터 서셉터(300)의 표면을 따라서 N2 가스가 토출된다. 또한, 본 예에서는 반응 가스 공급 노즐(31, 32)이 배치되어 있는 제2 천장면(45)의 하방측의 공간을 따른 코어부(301)의 측벽부에 배기구(61, 62)가 위치하고 있다. 제1 천장면(44)의 하방측의 협애한 공간 및 상기 중심부 영역(C)의 각 압력보다도 제2 천장면(45)의 하방측의 공간의 압력의 쪽이 낮게 되어 있다. 그로 인해, BTBAS 가스와 O3 가스는 상술한 성막 장치와 마찬가지로 서로 섞이지 않고 독립되어 배기되게 된다.
따라서, 서셉터(300) 상에서 정지하고 있는 각각의 웨이퍼(W)로부터 보면, 각 처리 영역(91, 92)이 분리 영역(D)을 통해 순서대로 통과하게 되어, 상술한 바와 같이 성막 처리가 행해진다. 소정의 막 두께의 실리콘 산화막(242)이 성막되면, 소정의 타이밍에서 상기한 예와 마찬가지로, 웨이퍼(W)가 진공 용기(1)로부터 취출되어 자전하게 된다.
본 실시 형태에 있어서도, 마찬가지로 면내에 있어서 균일성이 높은 성막 처리가 행해지고, 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 이와 같은 성막 장치(101)에 있어서도, 보조 노즐(200)이나 제3 반응 가스 노즐(280)을 설치해도 좋고, 그 경우에는 이들 노즐(200, 280)에는 본 실시 형태에 있어서의 각 가스 노즐(31, 32, 41, 42)과 마찬가지로 회전통(303) 내에 수납된 가스 공급관이 접속되어, 슬리브(304)에 형성된 슬릿을 통해 각 가스가 공급되게 된다. 또한, 이 성막 장치(101)에 상술한 플라즈마 인젝터(250)를 설치해도 좋다.
다음에, 상기한 성막 방법을 실시한 경우에 면내의 균일성이 어느 정도 개선되는지 평가하기 위해 행한 시뮬레이션에 대해 설명한다. 시뮬레이션은 이하의 조건을 기초로 행하였다.
(시뮬레이션 조건)
회전 테이블(2)의 회전수 : 120rpm, 240rpm
목표 막 두께(T) : 약 155㎚
웨이퍼의 자전 횟수 : 없음(비교 대상), 1회(자전 각도 : 180°), 8회(자전 각도 : 45°), 4회(자전 각도 : 90°)
웨이퍼(W)를 자전시키는 경우에는 각각의 조건에 있어서 동일한 각도씩 자전시킨다. 또한, 막 두께의 측정(계산)은 각각의 웨이퍼(W)에 있어서 둘레 방향으로 49점씩 행하였다. 또한, 웨이퍼(W)의 자전 횟수가 8회 및 4회인 시뮬레이션에 대해서는, 웨이퍼(W)의 반경 방향에 있어서 각각 8개소씩 및 4개소씩 막 두께를 측정하여, 그 평균치를 사용하였다.
상기 시뮬레이션의 결과, 도 33에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)를 1회 자전시킨 것만으로도 면내 균일성이 개선되고, 자전 횟수를 늘릴수록 균일성이 향상되는 것을 알 수 있었다. 웨이퍼(W)를 8회 자전시키면, 회전 테이블(2)의 회전 수가 240rpm의 조건에서는 균일성이 1％ 이하로 크게 개선되는 것을 알 수 있었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 기술하였지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위 내에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 다양한 변형ㆍ변경이 가능하다.

Claims (9)

  1. 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고 또한 이 공급 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 적층하여 박막을 형성하는 기판 처리 장치에 있어서,
    기판에 대해 성막 처리를 행하는 성막 장치와,
    이 성막 장치에 기밀하게 접속된 진공 반송실과,
    이 진공 반송실 내에 설치되어, 상기 성막 장치와 이 진공 반송실 사이에 있어서 기판을 반송하는 반송 수단과,
    상기 진공 반송실에 기밀하게 접속되어, 그 내부에 기판 적재대가 설치된 처리 용기와, 이 처리 용기 내에 설치되어, 상기 기판 적재대 상의 기판에 대해 열처리를 행하기 위한 수단을 갖는 열처리 장치와,
    상기 진공 반송실 내 또는 상기 열처리 장치 내에 설치되어, 상기 반송 수단 상에 적재된 기판을 연직축 주위로 자전시키기 위한 자전 기구와,
    기판에 대해 박막 형성 처리를 행하도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하고,
    상기 성막 장치는,
    상기 진공 용기 내에 설치된 테이블과,
    상기 테이블의 상면에 대향하도록 또한 당해 테이블의 둘레 방향으로 서로 이격되도록 설치되어, 기판의 표면에 복수의 반응 가스를 각각 공급하기 위한 복수의 반응 가스 공급 수단과,
    이들 복수의 반응 가스 공급 수단으로부터 각각 반응 가스가 공급되는 복수의 처리 영역끼리의 분위기를 구획하기 위해, 상기 테이블의 둘레 방향에 있어서 이들 처리 영역 사이에 형성되어, 분리 가스 공급 수단으로부터 분리 가스를 공급하기 위한 분리 영역과,
    상기 반응 가스 공급 수단 및 분리 가스 공급 수단과, 상기 테이블을 연직축 주위로 상대적으로 회전시키는 회전 기구와,
    상기 회전 기구의 회전에 의해 상기 복수의 처리 영역 및 상기 분리 영역을 기판이 순서대로 위치하도록, 당해 회전 기구의 회전 방향을 따르도록 상기 테이블에 형성된 기판 적재 영역과,
    상기 진공 용기 내를 진공 배기하는 진공 배기 수단을 구비하고,
    상기 제어부는 박막 형성 처리 도중에 상기 회전 기구에 의한 상대적 회전을 멈추고, 상기 진공 용기로부터 상기 반송 수단에 의해 기판을 취출하고, 상기 자전 기구에 의해 기판의 방향을 바꾸도록 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 테이블의 회전에 의해 상기 복수의 처리 영역 및 분리 영역을 기판이 순서대로 통과하도록 구성되고,
    상기 복수의 반응 가스 공급 수단은, 상기 기판에 제1 반응 가스를 공급하여 이 제1 반응 가스를 흡착시키는 제1 반응 가스 공급 수단과, 기판 상에 흡착한 상기 제1 반응 가스와 반응하여 유동성을 갖는 중간 생성물을 생성하는 보조 가스를 상기 기판에 공급하는 보조 가스 공급 수단과, 이 중간 생성물과 반응하여 반응 생성물을 생성하는 제2 반응 가스를 기판에 공급하는 제2 반응 가스 공급 수단에 의해 구성되고,
    상기 제1 반응 가스 공급 수단, 상기 보조 가스 공급 수단 및 상기 제2 반응 가스 공급 수단은, 상기 성막 장치와 상기 진공 반송실 사이에 기판을 전달하기 위해 형성된 반송구로부터 볼 때 상기 테이블의 회전 방향 하류측에 이 순서로 설치되고,
    상기 열처리 장치는 상기 기판에 대해 열처리를 행함으로써 상기 반응 생성물을 치밀화하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 테이블의 회전 방향에 있어서의 상기 제2 반응 가스 공급 수단과 상기 반송구 사이에는, 테이블 상의 기판에 대해 플라즈마를 공급하기 위한 플라즈마 공급 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 반응 가스 공급 수단과 상기 반송구 사이에는, 상기 반응 생성물 내에 붕소 및 인 중 적어도 한쪽을 혼입시키기 위해, 상기 테이블 상의 기판에 대향하도록 상기 기판의 표면에 제3 반응 가스를 공급하여 당해 기판의 표면에 제3 반응 가스를 흡착시키기 위한 제3 반응 가스 공급 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분리 영역은 상기 분리 가스 공급 수단에 있어서의 상기 회전 기구의 회전 방향 양측에 위치하여, 당해 분리 영역으로부터 처리 영역측으로 분리 가스가 흐르기 위한 협애한 공간을 상기 테이블과의 사이에 형성하기 위한 천장면을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 상기 진공 용기 내의 중심부에 위치하고, 상기 테이블의 기판 적재면측에 분리 가스를 토출하는 토출 구멍이 형성된 중심부 영역을 구비하고,
    상기 반응 가스는 상기 분리 영역의 양측으로 확산되는 분리 가스 및 상기 중심부 영역으로부터 토출되는 분리 가스와 함께 상기 진공 배기 수단에 의해 배기되는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  7. 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고 또한 이 공급 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 적층하여 박막을 형성하는 기판 처리 방법에 있어서,
    성막 장치의 진공 용기 내에 설치된 테이블 상의 기판 적재 영역에 기판을 적재하는 공정과,
    상기 테이블의 상면에 대향하도록 또한 상기 테이블의 둘레 방향으로 서로 이격되도록 설치된 복수의 반응 가스 공급 수단으로부터, 상기 테이블 상의 기판의 적재 영역측의 면에 각각 반응 가스를 공급하는 공정과,
    상기 복수의 반응 가스 공급 수단으로부터 각각 반응 가스가 공급되는 복수의 처리 영역끼리의 분위기를 구획하기 위해, 상기 테이블의 둘레 방향에 있어서 이들 처리 영역 사이에 형성된 분리 영역에 대해 분리 가스 공급 수단으로부터 분리 가스를 공급하여, 이 분리 영역으로의 상기 반응 가스의 침입을 저지하는 공정과,
    계속해서, 상기 반응 가스 공급 수단 및 상기 분리 가스 공급 수단과, 상기 테이블을 회전 기구에 의해 연직축 주위로 상대적으로 회전시키고, 상기 복수의 처리 영역 및 상기 분리 영역에 기판을 순서대로 위치시켜 반응 생성물의 층을 적층하여 박막을 성막하는 공정과,
    상기 박막을 성막하는 공정의 도중에, 상기 회전 기구에 의한 상대적 회전을 멈추고, 상기 성막 장치에 기밀하게 접속된 진공 반송실로부터, 이 진공 반송실 내에 설치된 반송 수단에 의해 성막 장치로부터 상기 기판을 취출하고, 이 진공 반송실 내 또는 이 진공 반송실에 기밀하게 접속된 열처리 장치 내에 설치된 자전 기구에 의해 상기 기판을 연직축 주위로 자전시켜 그 방향을 변경하는 공정과,
    상기 기판의 방향을 변경하기 위해 상기 성막 장치로부터 취출한 기판을, 상기 열처리 장치 내로 반입하고, 이 기판에 대해 열처리를 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 박막을 성막하는 공정은,
    상기 테이블을 회전시키는 공정과,
    상기 성막 장치와 상기 진공 반송실 사이로 기판을 전달하기 위해 형성된 반송구로부터 볼 때, 상기 테이블의 회전 방향 하류측에 설치된 제1 반응 가스 공급 수단으로부터, 상기 기판의 표면에 제1 반응 가스를 공급하고, 이 제1 반응 가스를 기판의 표면에 흡착시키는 공정과,
    계속해서, 상기 테이블의 회전 방향에 있어서 상기 제1 반응 가스 공급 수단과 상기 반송구 사이에 설치된 보조 가스 공급 수단으로부터 이 기판 상에 보조 가스를 공급하고, 상기 기판의 표면에 흡착한 상기 제1 반응 가스와 이 보조 가스를 반응시켜 유동성을 갖는 중간 생성물을 생성하는 공정과,
    계속해서, 상기 테이블의 회전 방향에 있어서 상기 보조 가스 공급 수단과 상기 반송구 사이에 설치된 제2 반응 가스 공급 수단으로부터 이 기판 상에 제2 반응 가스를 공급하고, 상기 기판의 표면의 중간 생성물과 제2 반응 가스를 반응시켜 반응 생성물을 생성하는 공정을 포함하고,
    상기 기판에 대해 열처리를 행하는 공정은 상기 기판에 대해 열처리를 행함으로써, 상기 반응 생성물을 치밀화하는 공정인 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
  9. 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고 또한 이 공급 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은 제7항에 기재된 기판 처리 방법을 실시하도록 스텝이 짜여져 있는 것을 특징으로 하는, 기억 매체.
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