KR101355234B1

KR101355234B1 - 성막 장치

Info

Publication number: KR101355234B1
Application number: KR1020117008481A
Authority: KR
Inventors: 히또시 가또오; 야스시 다께우찌
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2014-01-27
Also published as: WO2010055926A1; CN102150245A; CN102150245B; JP5445044B2; JP2011100956A; US20110214611A1; US8951347B2; TW201033399A; KR20110095859A; TWI443222B

Abstract

성막 장치는, 반응 가스를 토출하는 토출 구멍이, 그 길이 방향을 따라서 형성된 가스 노즐과, 상기 가스 노즐로부터 회전 테이블의 회전 방향 상류측 또는 회전 방향 하류측을 향해 돌출된 정류 부재를 구비한다. 이와 같은 구성에 있어서, 상기 회전 방향 상류측으로부터 당해 가스 노즐을 향해 흐르는 분리 가스가, 상기 가스 노즐과 기판을 적재한 회전 테이블 사이로 유입되는 것을 제한하거나, 또는 분리 가스에 의한 반응 가스의 회전 테이블로부터의 떠오름을 제한함으로써 처리 영역의 반응 가스의 농도 저하를 방지한다.

Description

성막 장치 {FILM FORMING APPARATUS}

본 발명은 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고, 또한 이 공급 사이클을 다수회 실행함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스에 있어서의 성막 방법으로서, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 「웨이퍼」라고 함) 등의 표면에 진공 분위기 하에서 제1 반응 가스를 흡착시킨 후, 공급하는 가스를 제2 반응 가스로 전환하여, 양 가스의 반응에 의해 1층 혹은 복수층의 원자층이나 분자층을 형성하여, 이 사이클을 다수회 행함으로써, 이들 층을 적층하여, 기판 상으로의 성막을 행하는 프로세스가 알려져 있다. 이 프로세스는, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)나 MLD(Molecular Layer Deposition) 등이라고 불리고 있고, 사이클 수에 따라서 막 두께를 고정밀도로 컨트롤할 수 있는 동시에, 막질의 면내 균일성도 양호해, 반도체 디바이스의 박막화에 대응할 수 있는 유효한 방법이다.

이와 같은 성막 방법의 적합한 예로서는, 예를 들어 게이트 산화막에 사용되는 고유전체막의 성막을 들 수 있다. 일례를 들면, 실리콘 산화막(SiO₂막)을 성막하는 경우에는, 제1 반응 가스(또는 원료 가스)로서, 예를 들어 비스터셜부틸아미노실란(이하, 「BTBAS」라고 함) 가스 등이 사용되고, 제2 반응 가스(또는 산화 가스)로서 오존 가스 등이 사용된다.

이와 같은 성막 방법을 실시하는 장치로서는, 진공 용기의 상부 중앙에 가스 샤워 헤드를 구비한 매엽식 성막 장치를 사용하여, 기판의 중앙부 상방측으로부터 반응 가스를 공급하여, 미반응의 반응 가스 및 반응 부생성물을 처리 용기의 저부로부터 배기하는 방법이 검토되고 있다. 그런데 상기한 성막 방법은, 퍼지 가스에 의한 가스 치환에 긴 시간이 걸리고, 또한 사이클 수도, 예를 들어 수백회나 되므로, 처리 시간이 길다고 하는 문제가 있어, 고처리량으로 처리할 수 있는 장치, 방법이 요망되고 있다.

상술한 배경으로부터, 복수매의 기판을 진공 용기 내의 회전 테이블에 회전 방향으로 배치하여 성막 처리를 행하는 장치를 사용하여 ALD 또는 MLD를 행하는 것이 검토되고 있다. 보다 구체적으로, 이와 같은 성막 장치에서는, 예를 들어 상기 진공 용기 내의 회전 테이블의 회전 방향으로 서로 이격된 위치에 각각 다른 반응 가스가 공급되어 성막 처리가 행해지는 처리 영역이 복수 형성되고, 또한 상기 회전 방향에 있어서 처리 영역과 처리 영역 사이의 영역은, 이들 처리 영역의 분위기를 분리하기 위한 분리 가스가 공급되는 분리 가스 공급 수단을 구비한 분리 영역으로서 구성된다.

성막 처리 시에는, 상기 분리 가스 공급 수단으로부터 분리 가스가 공급되어, 그 분리 가스가 회전 테이블 상을 회전 방향 양측으로 퍼져, 분리 영역에서 각 반응 가스끼리의 혼합을 저지하기 위한 분리 공간이 형성된다. 그리고, 처리 영역에 공급된 반응 가스는, 예를 들어 그 회전 방향 양측으로 퍼진 분리 가스와 함께 진공 용기 내에 형성된 배기구로부터 배기된다. 이와 같이 처리 영역에서 처리 가스를, 분리 영역에서 분리 가스를 각각 공급하는 한편, 상기 회전 테이블을 회전시키고 그 테이블에 적재된 웨이퍼를 하나의 처리 영역으로부터 다른 처리 영역으로, 다른 처리 영역으로부터 하나의 처리 영역으로 교대로 반복해서 이동시켜, ALD 또는 MLD 처리를 행한다. 이와 같은 성막 장치에서는, 상기와 같은 처리 분위기에 있어서의 가스 치환이 불필요해지고, 또한 복수매의 기판에 동시에 성막할 수 있으므로, 높은 처리량이 얻어지는 것이 예상된다.

예를 들어 특허 문헌 1에는, 편평한 원통 형상의 진공 용기를 좌우로 분리하여, 좌측 반원의 윤곽과 우측 반원의 윤곽 사이, 즉 진공 용기의 직경 영역에는 분리 가스의 토출구가 형성된 성막 장치가 제안되어 있다. 또한, 예를 들어 특허 문헌 2에는 웨이퍼 지지 부재(또는 회전 테이블) 상에 회전 방향을 따라서 4매의 웨이퍼를 등거리에 배치하는 한편, 웨이퍼 지지 부재와 대향하도록 제1 반응 가스 토출 노즐 및 제2 반응 가스 토출 노즐을 회전 방향을 따라서 등거리에 배치하고 또한 이들 노즐 사이에 분리 가스 노즐을 배치하여, 웨이퍼 지지 부재를 수평 회전시켜 성막 처리를 행하는 장치의 구성이 제안되어 있다. 그러나, 이들 제안된 성막 장치에 있어서, 후술하는 처리 영역에 있어서의 반응 가스의 농도 및 기판으로의 접촉 시간이 저하되는 결과로서, 기판으로의 성막 속도가 저하된다고 하는 문제는 인식되어 있지 않아, 이 문제를 해결할 수 있는 것은 아니다.

또한, 예를 들어 특허 문헌 3, 4 또는 5에는 타깃(웨이퍼에 상당함)에 복수의 가스를 교대로 흡착시키는 원자층 CVD 방법을 실시하는 데 있어서, 웨이퍼를 적재하는 서셉터를 회전시켜, 서셉터의 상방으로부터 소스 가스와 퍼지 가스를 공급하는 장치가 제안되어 있다. 특허 문헌 3에는 챔버의 중심으로부터 방사상으로 격벽이 연장되어 있고, 격벽의 아래에 반응 가스 또는 퍼지 가스를 서셉터에 공급하는 가스 유출 구멍을 형성하는 것, 격벽으로부터의 가스 유출 구멍으로부터 불활성 가스를 유출시킴으로써 가스 커튼을 형성하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 이 예에 있어서도, 분리 가스에 의한 기판으로의 성막 속도가 저하된다고 하는 문제는 인식되어 있지 않아, 이 문제를 해결할 수 있는 것은 아니다.

또한, 예를 들어 특허 문헌 6에는 회전 방향을 따라서 복수매의 웨이퍼가 그 표면에 배치되는 회전 테이블과, 상기 회전 테이블에 대향하는 챔버 상부를 구비한 ALD 장치가 제안되어 있다. 챔버 상부의 이면에는 회전 테이블의 직경 방향으로 신장되어, 각각 다른 반응 가스를 공급하는 복수의 흡기 존(또는, 공급구)이, 둘레 방향으로 간격을 두고 설치되고, 둘레 방향에 인접하는 각 공급 구간에는 상기 직경 방향으로 신장되는 2개의 배기 존(또는, 배기구)이 서로 둘레 방향으로 설치되어 있다. 이 챔버 상부의 이면에 있어서, 각 흡기 존과 각 토출구 사이는 회전 테이블로부터의 거리가 서로 동등하고, 평탄한 천장면으로서 형성되어 있다. 그리고, 회전 테이블의 회전 중에 각 흡기 존으로부터 공급된 각 반응 가스는, 상기 천장면과 회전 테이블 사이의 간극을 흘러, 그 반응 가스를 공급한 흡기 존에 인접하는 배기 존으로부터 배기된다. 이에 의해, 각 반응 가스가 공급되는 영역을 구획하여 ALD 처리 또는 MLD 처리를 행한다. 그러나, 서로 인접하는 배기 존끼리는 근접하고 있으므로, 실제로는 각 흡기 존으로부터 이들 배기 존을 향한 각 반응 가스가 서로 혼합되어, 챔버 내부에서 파티클의 원인이 되는 반응 부생성물이 발생할 가능성이 있다.

특허 문헌 1 : 미국 특허 제7153542호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 제2001-254181호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 제2007-247066호 공보 특허 문헌 4 : 미국 특허 출원 공개 제2007/0218701호 공보 특허 문헌 5 : 미국 특허 출원 공개 제2007/0218702호 공보 특허 문헌 6 : 일본 특허 출원 공표 제2008-516426호 공보(또는, 미국 특허 출원 공개 제2006/0073276호 공보)

그런데, 상기와 같이 복수매의 기판을 진공 용기 내의 회전 테이블에 회전 방향으로 배치하여 성막 처리를 행하는 장치에 있어서, 본 발명자들은 도 1에 도시한 바와 같이 생각되는 구성을 검토하였다. 이 도 1을 참조하면서 성막 장치의 구성을 구체적으로 설명한다. 도 1은 회전 테이블(2)의 회전 방향으로 장치를 종단하여 전개한 전개도이다. 도 1 중, 부호 31은 BTBAS 가스의 공급 수단인 제1 반응 가스 노즐이고, 이 제1 가스 노즐(31)의 하방의 영역이 제1 처리 영역 P1로서 구성되어 있다. 부호 41, 부호 42는 분리 가스 공급 수단인 분리 가스 노즐이다. 이들 반응 가스 노즐 및 분리 가스 노즐은 회전 테이블(2) 상에, 그 회전 테이블(2)의 직경 방향으로 신장되도록 형성되어 있고, 하방을 향해 상기 직경 방향을 따라서 성막 가스인 BTBAS 가스, 분리 가스인 N₂ 가스를 각각 토출한다.

분리 영역 D의 압력의 저하를 방지하기 위해, 토출된 상기 N₂ 가스는 분리 영역 D로부터 직접 배기되지 않고, 처리 영역을 향한 후에 배기되도록 되어 있다. 구체적으로 설명하면, 도 1에 실선의 화살표로 나타낸 바와 같이 분리 영역 D로부터 회전 테이블(2)의 회전 방향의 하류측을 향해 흘러 처리 영역 P1을 향한 N₂ 가스는, 제1 반응 가스 노즐(31)의 상방을 타고 넘어, 반응 가스 노즐(31)과 그 상방의 천장면(45) 사이에 형성된 간극(R)을 통과하고, 그 반응 가스 노즐(31)로부터 더욱 상기 회전 방향 하류측에 있어서의 당해 회전 테이블(2)의 외측 위치에 형성된 배기구에 반응 가스 노즐(31)로부터 토출된 BTBAS 가스와 함께 유입되어 배기된다.

그런데, 본 발명자들은 이 장치에 있어서 검토한 결과, 이하의 지식을 얻었다. 회전 테이블(2)의 회전수가 낮은 경우에는 BTBAS 가스의 분자가 가스 노즐(31)의 하방에 포화되어, 웨이퍼(W)에 대해 포화 흡착한다고 생각되지만, 높은 처리량을 얻기 위해 회전 테이블(2)은, 예를 들어 120rpm 이상으로 고속 회전할 필요가 있다. 그러나, 이와 같이 회전수를 높게 하면, 도 2에 실선의 화살표로 그 흐름을 나타낸 바와 같이 N₂ 가스가, 그 유속이 높아짐으로써 반응 가스 노즐(31)의 하방으로 파고들어, 제1 처리 영역 P1에 있어서의 BTBAS 가스 농도가 저하된다. 그렇게 되면 BTBAS 가스의 포화 흡착은 행해지지 않고, BTBAS 분자의 웨이퍼(W)로의 흡착량은 당해 처리 영역 P1에 있어서의 가스의 농도와 접촉 시간에 비례하게 된다. 그리고, 이 경우에는 상기와 같이 가스 농도가 저하되어 있으므로, BTBAS 가스 분자의 흡착량이 저하되어 버린다.

또한, 어떤 물체를 향해 흐르는 가스류는 유체 역학상, 물체의 그 가스류를 받는 측을 정면측으로 하면, 압력이 낮은 배면측으로 돌아 들어가려고 하는 성질을 갖는다. 즉, 반응 가스 노즐(31)을 향해 흘러 당해 반응 가스 노즐(31)의 하방으로 파고든 N₂ 가스는 회전 테이블(2)로부터 볼 때 상방으로 떠올라, 가스 노즐(31)의 상기 회전 방향의 하류측으로 돌아 들어간다. 이때, 도 2 중 점선의 화살표로 그 흐름을 나타낸 바와 같이, 반응 가스 노즐(31)로부터 처리 영역 P1로 토출된BTBAS 가스도 그 N₂ 가스의 흐름에 따라서, 회전 테이블(2)로부터 상방으로 떠오르므로, 처리 영역 P1에 있어서의 BTBAS 가스 농도가 더욱 낮아지는 동시에 BTBAS 가스의 웨이퍼(W)로의 접촉 시간이 짧아져 버린다. 결과적으로 BTBAS 가스 분자의 흡착량이 더욱 저하되어 버린다.

이들의 이유로부터 반응 가스의 웨이퍼(W)로의 접촉 시간을 확보하여, 반응 가스 농도의 저하를 방지하고, 반응 가스에 포함되는 분자를 정상적으로 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위해서는 회전 테이블(2)의 회전수를 제한하는 것이 필요해지므로, 처리량을 충분히 상승시킬 수 없게 될 가능성이 있었다.

본 발명은 이와 같은 사정에 기초하여 행해진 것으로, 그 목적의 하나는, 진공 용기 내에서 기판의 표면에 서로 반응하는 복수의 반응 가스를 순서대로 공급하여 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하고, 기판이 적재되는 회전 테이블의 둘레 방향을 따라서 설치되는 제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과, 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역을 이들 처리 영역의 분위기를 분리하기 위한 분리 영역을 구비한 성막 장치에 있어서, 성막 속도의 저하를 억제할 수 있는 성막 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 관점에 따르면, 성막 장치는 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고, 또한 이 공급 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서, 상기 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블과, 이 회전 테이블에 기판을 적재하기 위해 설치된 기판 적재 영역과, 상기 회전 테이블의 회전 방향으로, 당해 회전 테이블 상방에 서로 이격되어 고정하여 설치되고, 각각 기판에 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급하기 위한 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단과, 상기 제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 상기 회전 방향에 있어서 이들 처리 영역 사이에 위치하고, 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급 수단이 설치된 분리 영역과, 상기 진공 용기 내를 진공 배기하기 위한 배기구를 구비하고, 상기 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단의 적어도 한쪽은, 상기 기판 적재 영역의 이동 방향과 교차하도록 신장되는 동시에, 상기 회전 테이블을 향해 반응 가스를 토출하는 토출 구멍이, 그 길이 방향을 따라서 형성된 가스 노즐로서 구성되고, 상기 가스 노즐의 상방측에는, 분리 가스를 통류시키기 위한 통류 공간이 형성되고, 상기 가스 노즐로부터 상기 상류측 및 하류측의 적어도 한쪽을 향해 돌출된 정류 부재를 구비한다.

상기 정류 부재는 상기 가스 노즐로부터 상기 상류측 및 상기 하류측의 양쪽에 돌출되어 있어도 좋고, 각 정류 부재는, 예를 들어 회전 테이블의 중심부측으로부터 이격되는 부위일수록 상기 회전 방향의 폭이 크고, 그 경우 상기 정류 부재의 평면 형상은 부채형으로 형성되어 있어도 좋다. 상기 분리 영역은, 예를 들어 상기 분리 가스 공급 수단의 상기 회전 방향 양측에 위치하고, 당해 분리 영역으로부터 처리 영역측으로 분리 가스가 흐르기 위한 협애한 공간을 회전 테이블과의 사이에 형성하기 위한 천장면을 구비하고 있고, 상기 제1 처리 영역과 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 진공 용기 내의 중심부에 위치하고, 회전 테이블의 기판 적재면측에 분리 가스를 토출하는 토출 구멍이 형성된 중심부 영역이 형성되어 있어도 좋고, 그 경우, 예를 들어 상기 중심부 영역은 회전 테이블의 회전 중심부와 진공 용기의 상면측에 의해 구획되어, 분리 가스가 퍼지되는 영역이다. 또한, 그 경우, 예를 들어 상기 배기구는 분리 영역의 양측으로 확산되는 분리 가스 및 상기 중심부 영역으로부터 토출되는 분리 가스와 함께 상기 반응 가스를 배기하도록 형성되어 있다. 배기구는 각 반응 가스의 배기를 전용으로 행하기 위해, 평면에서 보았을 때에 상기 분리 영역의 상기 회전 방향 양측에 형성되어 있어도 좋다.

또한, 성막 장치에 있어서, 상기 분리 가스 공급 수단의 가스 토출 구멍은, 예를 들어 회전 테이블의 회전 중심부 및 주연부의 일측으로부터 타측을 향해 배열되어 있고, 상기 분리 영역의 천장면에 있어서의 진공 용기의 외측 테두리측의 부위는 상기 회전 테이블의 외측 단부면에 대향하도록 굴곡되어 진공 용기의 내주벽의 일부를 구성하고, 당해 천장면의 굴곡 부위와 상기 회전 테이블의 외측 단부면의 간극은, 반응 가스의 침입 방지 효과가 얻어지는 치수로 설정되어 있어도 좋다. 또한, 상기 분리 영역의 천장면에 있어서, 상기 분리 가스 공급 수단에 대해 회전 테이블의 상대적 회전 방향의 상류측 부위는, 예를 들어 외측 테두리에 위치하는 부위일수록 상기 회전 방향의 폭이 큰 구성이라도 좋다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 성막 장치는 진공 용기 내에서 복수의 기판을 적재한 회전 테이블을 회전시켜, 상기 기판이 복수의 다른 처리 영역에 공급된 반응 가스와 순차적으로 접촉함으로써, 상기 기판의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서, 상기 복수의 처리 영역 사이에 설치되고, 다른 반응 가스가 상기 기판 표면으로부터 이격된 공간에서 반응하는 것을 방지하는 분리 가스를 공급하는 분리 영역과, 상기 처리 영역의 천장으로부터 이격되어 기판 근방에 있어서 기판의 방향으로 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 수단과, 상기 분리 영역으로부터 상기 처리 영역으로 유입된 분리 가스가 상기 반응 가스 공급 수단과 상기 기판의 간극으로 유입되어 상기 기판에 공급되는 반응 가스의 농도가 저하되는 것을 억제하는 정류 부재와, 처리 영역의 천장과, 상기 반응 가스 공급 수단 사이에 형성되어, 상기 정류 부재에 의해 분리 가스가 가이드되는 통류 공간을 구비한다. 상기 처리 영역의 천장의 회전 테이블에 적재된 기판 표면으로부터의 높이는, 상기 분리 영역의 천장보다도 높게 형성되어 있어도 좋고, 복수의 다른 반응 영역에 있어서, 처리 영역의 천장의 높이는, 상기 처리 영역에 공급되는 반응 가스의 종류, 공급되는 가스량에 따라서 각각 선택적으로 결정되어 있어도 좋다.

본 발명의 성막 장치에 따르면, 회전 테이블의 기판 적재 영역의 이동 방향과 교차하도록 신장되어, 그 길이 방향을 따라서 형성된 토출 구멍을 구비한 반응 가스 공급 수단을 이루는 가스 노즐과, 그 가스 노즐로부터 상기 회전 테이블의 회전 방향 상류측 또는 하류측의 적어도 한쪽을 향해 돌출된 정류 부재를 구비하고 있고, 이 정류 부재에 의해 상기 상류측 및 하류측의 어느 일측으로부터 타측으로 분리 가스를 통류시키기 위한 통류 공간으로 분리 가스가 가이드된다. 그 결과로서, 분리 가스에 의한 처리 영역의 반응 가스 농도의 저하를 억제할 수 있으므로, 회전 테이블의 회전수를 올려도 처리 영역에서 기판으로 반응 가스를 흡착시킬 수 있다. 따라서, 성막 속도의 저하가 억제된다. 또한, 기판에 균일성 높게 성막할 수 있어, 막질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 성막 장치에 있어서의 가스의 흐름을 도시한 설명도이다.
도 2는 가스 노즐의 주위에 있어서의 가스류를 상세하게 도시한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단면도이다.
도 4는 도 3의 성막 장치의 내부의 개략 구성을 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 3의 성막 장치의 횡단 평면도이다.
도 6은 도 3의 성막 장치에 있어서의 처리 영역 및 분리 영역의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 7은 도 3의 성막 장치에 있어서의 처리 영역 및 분리 영역의 다른 예를 도시하는 종단면도이다.
도 8은 반응 가스 노즐 및 정류 부재의 구성도이다.
도 9는 도 3의 성막 장치의 종단면도이다.
도 10은 반응 가스 노즐을 도시하는 종단면도이다.
도 11은 분리 가스 혹은 퍼지 가스가 흐르는 모습을 도시하는 설명도이다.
도 12는 도 3의 성막 장치의 일부 파단 사시도이다.
도 13은 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스가 분리 가스에 의해 분리되어 배기되는 모습을 도시하는 설명도이다.
도 14는 도 3의 성막 장치의 회전 테이블 상의 가스의 흐름을 도시한 설명도이다.
도 15는 정류 부재에 의해 규제된 가스의 상세한 흐름을 도시한 설명도이다.
도 16은 분리 영역에 사용되는 볼록 형상부의 치수예를 설명하기 위한 설명도이다.
도 17은 가스 노즐의 다른 예를 도시한 사시도 및 종단면도이다.
도 18은 정류판의 다른 예를 도시한 상면도이다.
도 19는 또 다른 가스 노즐의 구성을 도시한 종단면도 및 파단 사시도이다.
도 20은 상기 가스 노즐의 측면도 및 상면도이다.
도 21은 또 다른 가스 노즐의 구성을 도시한 종단면도 및 파단 사시도이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 횡단 측면도이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 횡단 측면도이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 종단 측면도이다.
도 25는 본 발명의 성막 장치를 사용한 기판 처리 시스템의 일례를 도시하는 개략 평면도이다.
도 26은 평가 시험을 행하기 위해 시뮬레이션으로 설정한 반응 가스 노즐의 상면도이다.
도 27은 평가 시험의 결과를 나타낸 그래프의 도면이다.
도 28은 평가 시험의 결과를 나타낸 그래프의 도면이다.
도 29는 평가 시험에서 사용한 웨이퍼의 막 두께 측정 범위 및 그 결과를 나타낸 설명도이다.
도 30은 평가 시험에 있어서의 가스의 농도 분포를 나타낸 설명도이다.
도 31은 평가 시험에 있어서의 가스의 농도 분포를 나타낸 설명도이다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 성막 장치는, 도 3(후술하는 도 5의 I-I'선을 따른 단면도)에 도시한 바와 같이 평면 형상이 대략 원형인 편평한 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되어, 당해 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 분리할 수 있도록 구성되어 있다. 천장판(11)은 내부의 감압 상태에 의해 밀봉 부재, 예를 들어 O링(13)을 통해 용기 본체(12)측으로 압박되어 있어 기밀 상태를 유지하고 있지만, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 분리할 때에는 도시하지 않은 구동 기구에 의해 상방으로 들어 올려진다.

회전 테이블(2)은 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되고, 이 코어부(21)는 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(22)은 진공 용기(1)의 저면부(14)를 관통하여, 그 하단부가 당해 회전축(22)을 연직축 주위로, 이 예에서는 시계 방향으로 회전시키는 구동부(23)에 설치되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는 상면이 개방된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다.

회전 테이블(2)의 표면부에는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 회전 방향(또는 둘레 방향)을 따라서 복수매, 예를 들어 5매의 기판인 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 기판 적재 영역인 원형 형상의 오목부(24)가 형성되어 있고, 이 오목부(24)는 그 직경이 웨이퍼(W)의 직경보다도 약간 크게 형성되어, 웨이퍼(W)를 위치 결정하여 회전 테이블(2)의 회전에 수반하는 원심력에 의해 튀어나오지 않도록 하는 역할을 갖는다. 또한, 도 5에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 도시하고 있다. 복수의 웨이퍼(W)는 공통의 평탄한 회전 테이블(2)에 적재되고, 이 회전 테이블(2)은 오목부(24)에 웨이퍼(W)가 적재되었을 때에, 당해 웨이퍼(W)의 표면의 높이와 회전 테이블(2)의 표면의 높이가 대략 일치하도록 구성되어 있다. 대략 일치하는 높이라 함은, 구체적으로는, 예를 들어 이들 높이의 차가 5㎜ 이내인 것을 말한다. 이와 같은 회전 테이블(2)을 사용함으로써, 복수의 분할된 부재가 조합되어 구성된 회전 테이블을 사용하는 경우나, 오목부(24)에 적재된 웨이퍼(W)의 표면의 높이와 그 표면의 높이가 대략 일치하지 않는 회전 테이블을 사용하는 경우에 비해, 회전 테이블(2)의 표면 및 웨이퍼(W)의 표면을 흐르는 기류가 흐트러지는 것이 억제된다.

여기서 도 6은 회전 테이블(2)을 동심원을 따라서 절단하고, 또한 가로로 전개하여 도시하는 전개도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 웨이퍼를 오목부(24)에 떨어뜨려 넣으면, 웨이퍼의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(즉, 웨이퍼가 적재되지 않는 영역)이 대략 0으로 되도록 오목부(24)가 형성되어 있어, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면 사이의 높이의 차에 의해 발생하는 압력 변동을 억제하여, 막 두께의 면내 균일성을 정렬시킬 수 있도록 되어 있다. 오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼(W)의 이면을 지지하여 당해 웨이퍼(W)를 승강시켜, 웨이퍼(W)의 반송 기구(10)와 전달을 행하기 위한, 예를 들어 후술하는 3개의 승강 핀(후술하는 도 12 참조)이 관통하는 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 진공 용기(1)에는 회전 테이블(2)에 있어서의 오목부(24)의 통과 영역과 각각 대향하는 위치에 제1 반응 가스 노즐(31) 및 제2 반응 가스 노즐(32)과 2개의 분리 가스 노즐(41, 42)이 진공 용기(1)의 둘레 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 서로 간격을 두고 중심부로부터 방사상으로 신장되어 있다. 이들 반응 가스 노즐(31, 32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)은, 예를 들어 진공 용기(1)의 측 주위벽에 설치되어 있고, 그 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a, 42a)는 당해 측벽을 관통하고 있다.

반응 가스 노즐(31, 32)은 각각 제1 반응 가스인 BTBAS(비스터셜부틸아미노실란) 가스의 가스 공급원 및 제2 반응 가스인 O₃(오존) 가스의 가스 공급원(모두 도시하지 않음)에 접속되어 있고, 분리 가스 노즐(41, 42)은 모두 분리 가스인 N₂ 가스(질소 가스)의 가스 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 이 예에서는, 제2 반응 가스 노즐(32), 분리 가스 노즐(41), 제1 반응 가스 노즐(31) 및 분리 가스 노즐(42)이 이 순서대로 시계 방향으로 배열되어 있다.

반응 가스 노즐(31, 32)에는 하방측으로 반응 가스를 토출하기 위한 토출 구멍(33)이 노즐의 길이 방향으로 간격을 두고 배열되어 있다. 이 예에서는 각 가스 노즐의 토출구의 구경은 0.5㎜이고, 각 노즐의 길이 방향을 따라서, 예를 들어 10㎜의 간격을 두고 배열되어 있다. 반응 가스 노즐(31, 32)은 각각 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단에 상당하고, 그 하방 영역은 각각 BTBAS 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역 P1 및 O₃ 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제2 처리 영역 P2로 된다.

또한, 엄밀하게 말하면, 웨이퍼(W)에는 처리 영역 P1을 통과한 후에도 상방에 잔류하고 있는 BTBAS 가스가 흡착되고, 또한 처리 영역 P2를 통과한 후에도 상방에 잔류하고 있는 O₃ 가스가 웨이퍼(W) 상의 BTBAS 가스의 성분과 반응한다. 후술하는 바와 같이, 상기 분리 가스 노즐(41, 42)은 제1 천장면(44)에 의해 형성되는 2개의 분리 영역 D에 포함되어 있고, 각 분리 영역 D는 평면에서 볼 때 부채 형상이고, 회전 테이블(2)의 회전 방향으로 서로 이격되어 형성되어 있다. 이들 분리 영역 D에 인접하도록 평면에서 볼 때 부채 형상의 영역(48, 49)이 형성되어 있다. 이들 영역(48, 49)을 다른 영역의 명칭과 구별하기 위해, 이후 확산 영역(48, 49)이라고 부른다. 확산 영역(48, 49)은 회전 테이블(2)로부터의 높이가, 상기 분리 영역 D를 형성하는 제1 천장면(44)보다도 높은 제2 천장면(45)에 의해 형성되어 있고, 상기 처리 영역 P1, P2는 확산 영역(48, 49)에 각각 포함된다.

웨이퍼(W)로의 각 가스의 흡착성, 반응 시간의 특성, 회전 테이블(2)의 회전 속도(또는, 처리 속도) 등을 고려하여 최적의 처리를 행하기 위해, 확산 영역(48, 49)의 크기, 즉 당해 확산 영역(48, 49)의 회전 방향의 길이 및 상기 제2 천장면(45)의 높이 위치가 적절하게 설계된다. 또한, 확산 영역(48, 49)에 있어서, 반응 가스 노즐(31, 32)은 각각 상기 회전 방향의 중앙부가, 그 중앙부보다도 당해 회전 방향의 상류측에 설치되는 것이 바람직하다. 이는, 웨이퍼(W)에 공급한 반응 가스의 성분을 충분히 웨이퍼(W)에 흡착시키거나, 이미 웨이퍼(W)에 흡착된 반응 가스의 성분과 새롭게 웨이퍼(W)에 공급한 반응 가스를 충분히 반응시키기 위해서이다. 본 실시 형태에서는, 후술하는 성막 처리가 행해지는 데 있어서 웨이퍼(W)에 흡착된 BTBAS를 확실하게 산화시키기 위해, 도 3에 도시한 바와 같이 제2 반응 가스 노즐(42)은 확산 영역(49)의 상기 회전 방향의 중앙보다도 상류측에 설치되고, 또한 이 제2 반응 가스 노즐(42)이 포함되는 확산 영역(49)의 회전 방향의 길이는, 제1 반응 가스 노즐(41)이 포함되는 확산 영역(48)의 회전 방향의 길이보다도 길게 구성되어 있다. 그리고, 제1 반응 가스 노즐(41)로부터의 BTBAS 가스의 유량은, 예를 들어 100sccm으로 설정되는 것에 대해, 산화를 확실하게 행하기 위해 제2 반응 가스 노즐(42)로부터의 O₃ 가스의 유량은, 예를 들어 10000sccm으로 설정된다. 이와 같이, 비교적 큰 유량의 O₃ 가스를 공급하기 위해, 확산 영역(49)의 천장면(45)은 확산 영역(48)의 천장면(45)보다도 높게 형성되어 있다.

또한, 도 7의 (a), 도 7의 (b)는 각 확산 영역(48, 49)의 제2 천장면(45)을 동일한 높이로 구성한 예를 도시하고 있고, 이와 같이 장치를 구성해도 좋다. 도 7의 (b)에서는 분리 가스의 흐름을 실선의 화살표로 나타내고 있다. 도 7 중, 도 6과 실질적으로 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하여, 그 설명은 생략한다.

상기 반응 가스 노즐(31, 32)에는 도 8의 (a)에 도시하는 노즐 커버(34)가 설치되어 있다. 노즐 커버(34)는 가스 노즐(31, 32)의 길이 방향을 따라서 신장되고, 그 종단면이 ㄷ자형을 이루는 기부(35)를 구비하고 있고, 이 기부(35)에 의해 가스 노즐(31, 32)의 상방 및 측방이 피복된다. 그리고, 기부(35)의 하단부의 좌우로부터 수평 방향으로, 즉 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측, 하류측에 정류판(36A), 정류판(36B)이 돌출되어 있다. 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 판(36A, 36B)은 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 주연부측을 향할수록 크게 기부(35)로부터 돌출되도록 형성되고, 평면에서 볼 때 부채 형상으로 구성되어 있다. 이 예에서는 정류 부재를 이루는 부채판(36A, 36B)은 기부(35)에 대해 좌우 대칭으로 형성되어 있고, 도 8의 (b) 중에 점선으로 나타낸 부채판(36A, 36B)의 윤곽선의 연장선이 이루는 각도(부채의 개방 각도)(θ)는, 예를 들어 10°이다. 여기서, θ는 N₂ 가스가 공급되는 분리 영역 D의 둘레 방향의 크기나 상기 확산 영역(48, 49)의 둘레 방향의 크기를 고려함으로써 적절하게 설계되지만, 예를 들어 5° 이상 90° 미만이다.

도 5에 도시한 바와 같이 노즐 커버(34)는 평면에서 볼 때 그 부채판(36A, 36B)의 선단측(또는 폭이 좁은 측)이 돌출부(5)에 근접하는 동시에 후단부측(또는 폭이 넓은 측)이 회전 테이블(2)의 외측 테두리를 향하도록 설치되어 있다. 또한, 노즐 커버(34)는 분리 영역 D로부터 이격되고, 또한 제2 천장면(45)과의 사이에 가스의 통류 공간인 간극(R)을 개재하도록 설치되어 있다. 도 6에서는 회전 테이블(2) 상에 있어서의 각 가스의 흐름을 점선의 화살표로 나타내고 있고, 도 6에 도시한 바와 같이 간극(R)은 분리 영역 D로부터 처리 영역 P1, P2를 향한 N₂ 가스의 통류로를 이루고 있다. 도 6에 h3으로 나타낸 확산 영역(48)[반응 가스 노즐(31)이 배치된 영역]에 있어서의 이 간극(R)의 높이는, 예를 들어 10㎜ 내지 70㎜이고, h5로 나타낸 확산 영역(49)[반응 가스 노즐(32)이 배치된 영역]에 있어서의 간극(R)의 높이는, 예를 들어 10㎜ 내지 100㎜이다. 또한, 도 6 중, h3'로 나타낸 확산 영역(48)에 있어서의 웨이퍼(W)의 표면으로부터 제2 천장면(45)까지의 높이는 15㎜ 내지 100㎜로, 예를 들어 32㎜이고, h5'로 나타낸 확산 영역(49)에 있어서의 웨이퍼(W)의 표면으로부터 제2 천장면(45)까지의 높이는, 예를 들어 15㎜ 내지 150㎜이다. 여기서, 간극(R)의 높이(h3, h5)에 대해서는 가스의 종류나 프로세스 조건에 따라서 적절하게 그 크기를 변경할 수 있고, 노즐 커버(34)에 의한 분리 가스(또는 N₂ 가스)를 간극(R)으로 가이드하여 처리 영역 P1, P2로의 유입을 억제하는 정류 효과가 가능한 한 유효해지는 크기로 설정된다. 그와 같은 정류 효과를 얻기 위해, 예를 들어 높이(h3, h5)는 회전 테이블(2)과 가스 노즐(31, 32)의 하단부의 높이 이상인 것이 바람직하다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 노즐 커버(34)의 부채판(36A, 36B)의 하면은 반응 가스 노즐(31, 32)의 토출구(33)의 하단부와 동일한 높이 위치에 형성되어 있고, 이 도 31 중에 h4로서 나타내는 부채판(36A, 36B)의 회전 테이블(2)의 표면[또는 웨이퍼(W)의 표면]으로부터의 높이는 0.5㎜ 내지 4㎜이다. 또한, 높이(h4)는 0.5㎜ 내지 4㎜로 한정되는 것은 아니고, N₂ 가스를 상기와 같이 간극(R)으로 가이드하여, 처리 영역 P1, P2에 있어서의 반응 가스 농도를 웨이퍼(W)에 처리를 행할 수 있는 충분한 농도로 확보할 수 있는 높이로 설정하면 되며, 예를 들어 0.2㎜ 내지 10㎜라도 좋다. 노즐 커버(34)의 부채판(36A, 36B)은, 후술하는 바와 같이 분리 영역 D로부터 진입한 N₂ 가스의 가스 노즐(31, 32)의 하방측으로 파고드는 유량을 감소시키는 동시에, 반응 가스 노즐(31, 32)로부터 각각 공급된 BTBAS 가스, O₃ 가스의 회전 테이블(2)로부터의 떠오름을 제한하여 방지하는 역할을 갖고 있고, 그 역할을 발휘할 수 있으면, 여기에 도시한 위치에 설치하는 것으로 한정되지 않는다.

그런데, 회전 테이블(2)에 있어서는 회전 중심으로부터 회전 테이블(2)의 주연부를 향할수록 그 회전 속도가 커지므로, 예를 들어 회전하는 회전 테이블의 중심측과, 주연부측에서 각각 동일한 유량의 가스를 공급한 경우, 주연부측의 가스 농도가 중심측에 비해 저하되기 쉬워진다. 그러나, 이 성막 장치에서는, 반응 가스 노즐(31, 32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)은 진공 용기(1)의 외주측으로부터 회전 테이블(2)의 회전 중심을 향해 신장되도록 설치되어, 상기 외주측으로부터 각 노즐로 분리 가스 및 반응 가스가 공급되고 있다. 따라서, 각 노즐에 있어서 회전 테이블(2)의 주연부측일수록 가스압이 높기 때문에, 길이 방향에 있어서, 예를 들어 가스 구멍의 직경을 동일하게 하면 회전 테이블(2)의 주연부측일수록 유량을 크게 할 수 있다. 각 노즐의 가스 구멍의 직경을 길이 방향에 있어서 동일하게 하는 것으로 한정되지 않지만, 이와 같은 토출 유량 분포를 용이하게 형성할 수 있는 점에서 바람직하다. 그리고, 이와 같은 노즐의 길이 방향의 토출 유량 분포는 주연부측에서의 가스 농도의 저하를 억제할 수 있고, 회전 테이블(2)의 길이 방향에 있어서의 가스 농도를 정렬시킬 수 있는 점에서 바람직하다.

또한, 상기 부채판(36A, 36B)의 작용에 대해 상세하게는 후술하지만, 이들 부채판(36A, 36B)은 회전 테이블의 회전 방향으로 신장되어 있고, 당해 부채판(36A, 36B)에 의해 당해 부채판(36A, 36B)의 하방측으로 파고드는 N₂ 가스의 유량을 감소시켜, 부채판(36A, 36B)의 하방에서의 반응 가스의 농도를 향상시킬 수 있다. 또한, 부채판(36A, 36B)의 상기 회전 방향으로의 길이를 조정함으로써, 반응 가스의 농도를 컨트롤하는 에어리어의 면적 및 간극(R)으로 가이드하는 N₂ 가스의 양을 조정할 수도 있다.

분리 가스 노즐(41, 42)에는 하방측에 분리 가스를 토출하기 위한 토출 구멍(40)이 길이 방향으로 간격을 두고 천공되어 있고, 이 예에서는 각 가스 노즐의 토출구의 구경은 0.5㎜이고, 각 노즐의 길이 방향을 따라서, 예를 들어 10㎜의 간격을 두고 배열되어 있다. 이들 분리 가스 노즐(41, 42)은 상기 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2를 분리하기 위한 분리 영역 D를 형성하기 위한 것으로, 이 분리 영역 D에 있어서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는, 도 4, 도 5 및 도 6에 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 설치되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은 이 볼록 형상부(4)에 있어서의 상기 원의 둘레 방향 중앙에서 당해 원의 반경 방향으로 신장되도록 형성된 홈부(43) 내에 수납되어 있다. 즉, 분리 가스 노즐[41(또는 42)]의 중심축으로부터 볼록 형상부(4)인 부채형의 양 테두리(회전 방향 상류측의 테두리 및 하류측의 테두리)까지의 거리는 동일한 길이로 설정되어 있다. 또한, 홈부(43)는, 본 실시 형태에서는 볼록 형상부(4)를 이등분하도록 형성되어 있지만, 예를 들어 당해 홈부(43)로부터 볼 때 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측이 상기 회전 방향 하류측보다도 넓어지도록 형성되어 있어도 좋다.

분리 가스 노즐(41, 42)에 있어서의 상기 둘레 방향 양측에는, 상기 볼록 형상부(4)의 하면인, 예를 들어 평탄한 낮은 천장면(44)(또는 제1 천장면)이 존재하고, 이 천장면(44)의 상기 둘레 방향 양측에는 당해 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(또는 제2 천장면)이 존재하게 되고, 이들은 천장판(11)의 하면을 구성한다. 이 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)을 예로 들면, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 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, 이 예에서는 당해 제1 천장면(44)에 인접하는 제2 천장면(45)의 하방측 공간으로 분출되고, 이에 의해 당해 인접 공간으로부터의 가스가 침입할 수 없게 되는 것을 의미한다. 그리고 「가스가 침입할 수 없게 된다」라고 함은, 인접 공간으로부터 볼록 형상부(4)의 하방측 공간으로 전혀 인입할 수 없는 경우만을 의미하는 것은 아니고, 다소 침입은 하지만, 양측으로부터 각각 침입한 O₃ 가스 및 BTBAS 가스가 볼록 형상부(4) 내에서 서로 섞이지 않는 상태가 확보되는 경우도 의미하고, 이와 같은 작용이 얻어지는 한, 분리 영역 D의 역할인 제1 처리 영역 P1의 분위기와 제2 처리 영역 P2의 분위기의 분리 작용을 발휘할 수 있다.

따라서, 협애한 공간에 있어서의 협애의 정도는, 협애한 공간[즉, 볼록 형상부(4)의 하방 공간]과 당해 공간에 인접한 영역[즉, 이 예에서는 제2 천장면(45)의 하방 공간]과의 압력차가 「가스가 침입할 수 없게 된다」는 작용을 확보할 수 있을 정도의 크기가 되도록 설정되고, 그 구체적인 치수는 볼록 형상부(4)의 면적 등에 따라서 다르다고 할 수 있다. 또한, 웨이퍼에 흡착한 가스에 대해서는 당연히 분리 영역 D 내를 통과할 수 있고, 가스의 침입 저지는 기상 중의 가스를 의미하고 있다. 분리 가스로서는 N₂ 가스로 한정되지 않고, 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 당해 코어부(21)의 외주를 따라서 돌출부(5)가 설치되어 있다. 이 돌출부(5)는 볼록 형상부(4)에 있어서의 상기 회전 중심측의 부위와 연속해서 형성되어 있고, 그 하면이 볼록 형상부(4)의 하면[천장면(44)]과 동일한 높이로 형성되어 있다. 도 4 및 도 5는 상기 제2 천장면(45)보다도 낮고 또한 분리 가스 노즐(41, 42)보다도 높은 위치에서 천장판(11)을 수평으로 절단하여 도시하고 있다. 또한, 돌출부(5)와 볼록 형상부(4)는 반드시 일체인 것으로 한정되는 것은 아니고, 별체라도 좋다.

이 예에서는 직경 300㎜의 웨이퍼(W)를 피처리 기판으로 하고 있고, 이 경우 볼록 형상부(4)는 회전 중심으로부터 140㎜ 이격된 돌출부(5)와의 경계 부위에 있어서는, 둘레 방향의 길이[즉, 회전 테이블(2)과 동심원의 원호의 길이]가, 예를 들어 146㎜이고, 웨이퍼의 적재 영역[즉, 오목부(24)]의 가장 외측 부위에 있어서는, 둘레 방향의 길이가, 예를 들어 502㎜이다. 또한, 당해 외측 부위에 있어서 분리 가스 노즐[41(또는 42)]의 양쪽으로부터 각각 좌우에 위치하는 볼록 형상부(4)의 둘레 방향의 길이(L)는 246㎜이다.

도 6에 도시한 바와 같이 볼록 형상부(4)의 하면, 즉 천장면(44)에 있어서의 회전 테이블(2)의 표면으로부터의 높이(h1)는, 예를 들어 0.5㎜ 내지 4㎜이고, 분리 가스 노즐[41(또는 42)]의 하단부로부터 회전 테이블(2)의 표면까지의 높이(h2)는 0.5㎜ 내지 4㎜이다.

도 3 및 도 9에서는, 높은 제2 천장면(45), 낮은 제1 천장면(44)이 설치되어 있는 영역에 대한 각각의 종단면을 도시하고 있다. 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부[즉, 진공 용기(1)의 외측 테두리측의 부위]는 도 4 및 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡하여 굴곡부(46)를 형성하고 있다. 이 굴곡부(46)도 볼록 형상부(4)와 마찬가지로 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 방지하여, 양 반응 가스의 혼합을 방지하는 목적으로 설치되어 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(h1)와 동일한 치수로 설정되어 있다.

용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역 D에 있어서는 도 8에 도시한 바와 같이 상기 굴곡부(46)의 외주면과 접근하여 수직면으로 형성되어 있지만, 분리 영역 D 이외의 부위에 있어서는, 도 3에 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 부분을 배기 영역(6)이라고 부르는 것으로 하면, 이 배기 영역(6)의 저부에는 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 예를 들어 2개의 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 이들 배기구(61, 62)는 각각 배기관(63)을 통해 진공 배기 수단인, 예를 들어 공통의 진공 펌프(64)에 접속되어 있다. 또한, 도 3 중, 부호 65는 압력 조정 수단으로, 배기구(61, 62)마다 설치해도 좋고, 공통화되어 있어도 좋다. 이와 같은 구조에 의해, 회전 테이블(2)의 외측을 향하는 배기류를 형성하여, 진공 용기(1)에 공급된 가스를 배기할 수 있다.

그런데, 이와 같이 회전 테이블(2)의 외측 영역에 배기구(61, 62)를 형성하여 가스를 배기하는 경우, 배기구(61, 62)로서는 하방으로 개방되는 것으로 한정되지 않고, 상방이나 측방으로 개방되는 구성이라도 좋다. 또한, 회전 테이블(2)의 둘레 단부보다도 내측 영역에 배기구를 형성하는 경우에도 상방이나 측방으로 개방되도록 배기구를 형성해도 좋지만, 파티클의 발생을 억제하는 것을 고려하면, 하방으로 개방되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 통상 진공 용기(1)는, 예를 들어 메인터넌스 등을 용이하게 행하기 위해, 바닥으로부터 이격된 상방 위치에 설치된다. 따라서, 하방을 향해 배기구(61, 62)가 개방되면, 배기관(63)도 하방으로 인출할 수 있고, 바닥과 진공 용기(1) 사이에 있어서의 스페이스에 당해 배관(63)을 배치할 수 있으므로, 성막 장치의 설치 스페이스를 억제할 수 있다.

또한, 배기구[61(또는 62)] 혹은 배기구에 상당하는 진공 용기(1) 내의 가스를 보다 많이 배기하는 부위는, 반응 가스 노즐[31(또는 32)]보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향의 하류측에 위치하고, 또한 그 위치는 반응 가스 노즐[31(또는 32)]이 포함되는 확산 영역[48(또는 49)] 내 혹은 당해 확산 영역[48(또는 49)]의 외주측인 것이 바람직하다. 이와 같은 배치에 의해, 반응 가스가 회전 방향에 대해 역류하거나, 회전 테이블(2)의 외주측을 향하지 않고 내주측을 향하는 것이 억제된다. 또한, 부채판(36A, 36B)의 정류 작용에 의해, 분리 가스는 간극(R)을 통해 원활하게 배기구(61, 62)로 유입된다. 배기구(61, 62)는 각각 배기 영역(6) 중에 형성되어 있다. 또한, 배기 영역(6)은 제1 및 제2 확산 영역(48, 49)에 있어서의 회전 테이블(2)의 직경 방향 외측에 배치되어 있지만, 분리 영역 D에 있어서의 회전 테이블(2)의 직경 방향 외측에는 형성되어 있지 않다. 따라서, 이와 같은 부채판(36A, 36B)의 정류 작용 및 배기구(61, 62)의 배치에 의해, 각 가스 노즐로부터 공급된 각 가스는 원활하게 배기구(61, 62)로 유입되어, 회전 테이블(2) 상의 확산 영역(48, 49)에서 제1 및 제2 반응 가스가 분리되는 흐름이 형성되어 있다.

배기구(61, 62)는 분리 영역 D의 분리 작용이 확실하게 작용하도록, 평면에서 보았을 때에 상기 분리 영역 D의 상기 회전 방향 양측에 형성되어, 각 반응 가스(BTBAS 가스 및 O₃ 가스)의 배기를 전용으로 행하도록 하고 있다. 배기구(61)는 제1 반응 가스 노즐(31)과 이 반응 가스 노즐(31)에 대해 상기 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역 D 사이에 형성되고, 배기구(62)는 제2 반응 가스 노즐(32)과 이 반응 가스 노즐(32)에 대해 상기 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역 D 사이에 형성되어 있다. 또한, 예를 들어 배기구(61)는 제1 반응 가스 노즐(31)과 이 반응 가스 노즐(31)에 대해 상기 회전 방향 상류측에 인접하는 분리 영역 D 사이에 형성되어 있어도 좋고, 배기구(62)는 제2 반응 가스 노즐(32)과 이 반응 가스 노즐(32)에 대해 상기 회전 방향 상류측에 인접하는 분리 영역 D 사이에 형성되어 있어도 좋다.

상기 회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저면부(14) 사이의 공간에는, 도 3 및 도 10에 도시한 바와 같이 히터 유닛(7)이 설치되어, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼를 프로세스 레시피로 결정된 온도로 가열한다. 도 10 중, 부호 71은 그 상부 테두리가 외측으로 굴곡되어 플랜지 형상으로 형성된 커버 부재이고, 그 내측에 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 당해 저면부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍에 대해서도 그 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있어, 퍼지 가스 공급관(72)으로부터의 퍼지 가스인 N₂ 가스에 의해 퍼지된다. 또한, 도 10 중, 부호 73은 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관이다.

도 11에서는 퍼지 가스의 흐름을 화살표로 나타내고 있고, 케이스체(20) 내로부터 히터 유닛(7)의 배치 공간에 이르기까지의 공간이 N₂ 가스로 퍼지되고, 이 퍼지 가스가 회전 테이블(2)과 커버 부재(71) 사이의 간극으로부터 배기 영역(6)을 통해 배기구(61, 62)에 배기된다. 이에 의해 상술한 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2의 한쪽으로부터 회전 테이블(2)의 하방을 통해 다른 쪽으로 BTBAS 가스 혹은 O₃ 가스가 돌아 들어가는 것이 방지되므로, 이 퍼지 가스는 분리 가스의 역할도 발휘하고 있다.

또한, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있어 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 N₂ 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이 공간(52)에 공급된 분리 가스는, 상기 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)을 통해 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라서 주연을 향해 토출된다. 이 돌출부(5)로 둘러싸이는 공간에는 분리 가스가 가득 차 있으므로, 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2 사이에서 회전 테이블(2)의 중심부를 통해 반응 가스(BTBAS 가스 혹은 O₃ 가스)가 혼합되는 것을 방지하고 있다. 즉, 이 성막 장치는 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2의 분위기를 분리하기 위해 회전 테이블(2)의 회전 중심부와 진공 용기(11)에 의해 구획되어, 분리 가스가 퍼지되는 동시에 당해 회전 테이블(2)의 표면에 분리 가스를 토출하는 토출구가 상기 회전 방향을 따라서 형성된 중심부 영역 C를 구비하고 있다고 할 수 있다. 또한, 여기서 말하는 토출구는 상기 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)에 상당한다.

또한, 진공 용기(1)의 측벽에는 도 4, 도 5 및 도 12에 도시한 바와 같이 외부의 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 웨이퍼의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있고, 반송구(15)는 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다.

또한, 이 실시 형태의 성막 장치는 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되고, 이 제어부(100)의 메모리 내에는 장치를 운전하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은 후술하는 장치의 동작을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체로부터 제어부(100) 내로 인스톨된다.

다음에, 상술한 실시 형태의 작용에 대해 설명한다. 우선 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하여, 외부로부터 반송 아암(10)에 의해 반송구(15)를 통해 웨이퍼를 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내로 전달한다. 이 전달은 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지했을 때에, 도 12에 도시한 바와 같이 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해 진공 용기의 저부측으로부터 승강 핀(16)이 승강함으로써 행해진다. 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 진공 펌프(64)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 압력으로 진공화하는 동시에, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 가열한다. 상세하게는, 회전 테이블(2)은 히터 유닛(7)에 의해 미리, 예를 들어 300℃로 가열되어 있고, 웨이퍼(W)가 이 회전 테이블(2)에 적재됨으로써 가열된다. 웨이퍼(W)의 온도가 도시하지 않은 온도 센서에 의해 설정 온도로 된 것을 확인한 후, 제1 반응 가스 노즐(31) 및 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 각각 BTBAS 가스 및 O₃ 가스를 토출시키는 동시에, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스인 N₂ 가스를 토출한다. 또한, 이때 분리 가스 공급관(51)으로부터도 분리 가스인 N₂ 가스를 공급하고, 이에 의해 중심부 영역 C로부터, 즉 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 중심부 사이로부터 회전 테이블(2)의 표면을 따라서 N₂ 가스가 토출된다.

그런데, 본 실시 형태와 같이 배기구(61, 62)를 배치함으로써, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 공급된 N₂ 가스가, 각각 반응 가스 노즐(31, 32)이 배치된 영역을 통과하여, 배기구(61, 62)로 유입된다. 이와 같은 N₂ 가스의 기류가 형성되면, 발명이 해결하려고 하는 과제의 란에서 설명한 바와 같이 상기 N₂ 가스의 기류가 반응 가스 노즐(31, 32)의 하방으로 유입되어 버린다. 이 문제에 대해, 발명자들은 예의 연구하여, 본 실시 형태에서는 그 하방으로의 유입을 억제하기 위해 가스 노즐(31, 32)로 부채판(36A, 36B)을 설치하고 있다.

분리 가스 노즐(41, 42)로부터 하방측으로 토출된 N₂ 가스는 회전 테이블(2)의 표면[웨이퍼(W)의 표면 및 웨이퍼(W)의 비적재 영역의 표면의 양쪽]에 부딪쳐 그 표면을 따라서 회전 방향 상류측, 하류측을 향한다. 또한, 각 반응 가스 노즐(31, 32)로부터 각각 하방측으로 토출된 BTBAS 가스, O₃ 가스는 상기 회전 테이블(2)의 표면에 부딪쳐, 상기 분리 가스의 흐름을 타고 회전 방향 하류측을 향한다.

이 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 확장되어 있고, 이 넓은 공간의 하방에 배기구(61, 62)가 위치하고 있으므로, 제1 천장면(44)의 하방측의 협애한 공간 및 상기 중심부 영역 C의 각 압력보다도 제2 천장면(45)의 하방측의 공간의 압력의 쪽이 낮아진다.

도 13은 각 부위로부터 토출된 회전 테이블(2) 상의 가스의 흐름의 상태를 모식적으로 도시한 것이고, 도 14는 회전 테이블(2)의 둘레 방향을 따라서 장치를 종단하여, 종이면에 전개한 전개도이다. 또한, 이 성막 장치에서는 처리 영역 P1, P2 및 분리 영역 D보다도 외측 영역에 배기구(61, 62)가 형성되어 있지만, 도 14에서는 각 가스의 흐름을 도시하기 위해 편의상 처리 영역 P1, P2 및 분리 영역 D와 배기구(61, 62)를 동일 평면에 도시하고 있다. 단, 도 14에서는 편의상, 도 7의 (a)와 마찬가지로 확산 영역(48, 49)의 제2 천장면(45)의 높이를 동일한 높이로 구성한 장치에 대해 도시하고 있다. 도 6과 같이 각 제2 천장면(45)의 높이 위치가 각각 다른 경우에도 이 도 14와 마찬가지로 각 가스가 흐른다.

도 13 및 도 14를 참조하면서 회전 테이블(2) 상에 있어서의 각 가스의 흐름을 설명하면, 분리 가스 노즐(41)로부터 토출되어 회전 방향 하류측으로 흐른 N₂ 가스는, 분리 영역 D로부터 제2 천장면(45)의 하방으로 흐르고, 제1 반응 가스 노즐(31)의 하류측에 형성된 배기구(61)에 의해 배기가 행해지고 있으므로, 그 천장면(45)의 하방을 하류측의 제1 반응 가스 노즐(31)을 향해 흐른다.

도 15의 (a)에는 그 N₂ 가스의 제1 반응 가스 노즐(31) 주변에 있어서의 흐름을 실선의 화살표로 나타내고 있다. 반응 가스 노즐(31)의 하방의 제1 처리 영역 P1에는 BTBAS 가스가 토출되고 있고, 점선의 화살표로 그 흐름을 나타내고 있다. 토출된 BTBAS 가스는 부채판(36A, 36B)에 의해, 부채판(36A, 36B)의 하방으로부터 상방으로의 떠오름이 규제되고 있으므로, 부채판(36A, 36B)의 하방 영역은 부채판(36A, 36B)의 상방 영역에 비해 압력이 높게 되어 있다. 회전 방향의 상류측으로부터 반응 가스 노즐(31)을 향하는 N₂ 가스에 대해서는, 이와 같은 압력차 및 회전 방향의 상류측으로 돌출된 부채판(36A)에 의해, 그 흐름이 규제되므로, 상기 처리 영역 P1로의 파고들기가 방지되어 하류측을 향한다. 그리고, 상기 N₂ 가스는, 노즐 커버(34)와 천장면(45) 사이에 형성된 간극(R)을 통해 상기 회전 방향을 제1 반응 가스 노즐(31)의 하류측을 향한다. 즉, 반응 가스 노즐(31)의 상류측으로부터 하류측을 향하는 N₂ 가스에 대해, 그 대부분을 반응 가스 노즐(31)의 하방측을 우회하여 간극(R)으로 가이드할 수 있는 위치에 상기 부채판(36A)은 배치되어 있고, 따라서 제1 처리 영역 P1로 유입되는 N₂ 가스의 양이 억제된다.

또한, 생각되는 구성과 함께 상술한 바와 같이, 제1 처리 영역 P1로 유입된 N₂ 가스는, 가스를 받는 반응 가스 노즐(31)의 상류측(정면측)에 비해 하류측(배면측)의 압력이 낮게 되어 있으므로, 이 반응 가스 노즐(31)의 하류측의 위치를 향해 상승하려고 하고, 그것에 수반하여 반응 가스 노즐(31)로부터 토출되어 회전 방향 하류측을 향하는 BTBAS 가스도 회전 테이블(2)로부터 떠오르려고 한다. 그러나, 도 15의 (a)에 도시한 바와 같이, 회전 방향 하류측에 설치된 부채판(36B)에 의해 이들 BTBAS 가스 및 N₂ 가스는, 그 떠오름이 제한되고 방지되어, 당해 부채판(36B)과 회전 테이블(2) 사이를 하류측을 향하고, 처리 영역 P1의 하류측으로부터 상기한 반응 가스 노즐(31)의 상측의 간극(R)을 통과하여 하류측으로 흐른 N₂ 가스와 합류한다.

그리고, 이들 BTBAS 가스 및 분리 가스 노즐(41)로부터 공급된 N₂ 가스는, 처리 영역 P1의 하류측에 위치하는 분리 가스 노즐(42)로부터 상류측을 향한 N₂ 가스에 밀려, 당해 분리 가스 노즐(42)이 설치된 볼록 형상부(4)의 하방측으로 침입하는 것이 방지되어, 이 분리 가스 노즐(42)로부터의 N₂ 가스와, 중심부 영역 C로부터 토출되고 있는 N₂ 가스와 함께 배기 영역(6)을 통해 배기구(61)로부터 배기된다.

또한, 분리 가스 노즐(42)로부터 토출되어 회전 방향 하류측으로 흐른 N₂ 가스는, 분리 영역 D로부터 제2 천장면(45)의 하방으로 흐르고, 제2 반응 가스 노즐(32)의 하류측에 형성된 배기구(62)에 의해 배기가 행해지고 있으므로, 그 천장면(45)의 하방을 제2 반응 가스 노즐(32)을 향해 흐른다. 반응 가스 노즐(32)의 하방의 제2 처리 영역 P2에는 O₃ 가스가 토출되고 있고, 도 15의 (b)에서는 점선의 화살표로 그 흐름을 나타내고 있다. 토출된 O₃ 가스는 부채판(36A, 36B)에 의해, 부채판(36A, 36B)의 하방으로부터 상방으로의 떠오름이 규제되고 있으므로, 부채판(36A, 36B)의 하방 영역은 부채판(36A, 36B)의 상방 영역에 비해 압력이 높게 되어 있다. 그리고, 회전 방향의 상류측으로부터 반응 가스 노즐(32)을 향하는 상기 N₂ 가스에 대해서는, 이와 같은 압력차 및 회전 방향의 상류측으로 돌출된 부채판(36A)에 의해 그 흐름이 규제된다. 그로 인해, 상기 N₂ 가스가 반응 가스 노즐(32)의 하방의 처리 영역 P2로 파고드는 것이 방지되어, 노즐 커버(34) 상을 하류측으로 향하고, 노즐 커버(34)와 천장면(45) 사이에 형성된 간극(R)을 통해 처리 영역 P2의 하류측으로 흐른다. 즉, 반응 가스 노즐(32)의 상류측으로부터 하류측을 향하는 N₂ 가스에 대해, 그 대부분을 반응 가스 노즐(32)의 하방측을 우회하여 간극(R)으로 가이드할 수 있는 위치에 상기 부채판(36A)은 배치되어 있고, 따라서 제2 처리 영역 P2로 유입되는 N₂ 가스의 양이 억제된다.

또한, 제2 처리 영역 P2로 유입된 N₂ 가스는, 그 N₂ 가스류를 받는 반응 가스 노즐(32)의 상류측(정면측)에 비해 하류측(배면측)의 압력이 낮게 되어 있으므로, 이 반응 가스 노즐(32)의 하류측의 위치를 향해 상승하려고 하고, 그것에 수반하여 반응 가스 노즐(32)로부터 토출되어 회전 방향 하류측을 향하는 O₃ 가스도 그 위치로 떠오르려고 한다. 그러나, 도 15의 (b)에 도시한 바와 같이, 회전 방향 하류측에 설치된 부채판(36B)에 의해 이들 O₃ 가스 및 N₂ 가스는, 그 떠오름이 제한되고 방지되어, 당해 부채판(36B)과 회전 테이블(2) 사이를 하류측을 향하고, 처리 영역 P2의 하류측에서 상기한 반응 가스 노즐(32)의 상측의 간극(R)을 통과하여 하류측으로 흐른 N₂ 가스와 합류한다.

그리고, 이들 O₃ 가스 및 분리 가스 노즐(42)로부터 공급된 N₂ 가스는, 처리 영역 P2의 하류측에 위치하는 분리 가스 노즐(41)로부터 상류측을 향한 N₂ 가스에 밀려, 당해 분리 가스 노즐(41)이 설치된 볼록 형상부(4)의 하방측으로의 침입이 방지되고, 이 분리 가스 노즐(41)로부터의 N₂ 가스와, 중심부 영역 C로부터 토출되고 있는 N₂ 가스와 함께 배기 영역(6)을 통해 배기구(62)로부터 배기된다.

웨이퍼(W)는 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 제1 반응 가스 노즐(31)이 설치되는 제1 처리 영역 P1과 제2 반응 가스 노즐(32)이 설치되는 제2 처리 영역 P2를 교대로 통과하므로, BTBAS 가스가 흡착하고, 계속해서 O₃ 가스가 흡착하고 BTBAS 분자가 산화되어 산화 실리콘의 분자층이 1층 혹은 복수층 형성되고, 이와 같이 하여 산화 실리콘의 분자층이 순차적으로 적층되어 소정의 막 두께의 실리콘 산화막이 성막된다.

이 성막 장치에서는 볼록 형상부(4)의 천장면(44)의 높이 및 둘레 방향의 길이는, 각 가스의 유량 등을 포함하는 운전 시의 프로세스 파라미터에 있어서 당해 천장면(44)의 하방측으로의 가스의 침입을 방지할 수 있는 치수로 설정되어 있으므로, BTBAS 가스 및 O₃ 가스는 부채형의 볼록 형상부(4)의 하방측으로 대부분 유입할 수 없거나, 혹은 조금 유입했다고 해도 분리 가스 노즐(41) 부근까지는 도달할 수 있는 것은 아니고, 분리 가스 노즐(41)로부터 토출된 N₂ 가스에 의해 회전 방향 상류측, 하류측으로 되밀려, 상술한 바와 같이 배기된다. 또한, 각 분리 영역 D에 있어서는, 분위기 중을 흐르는 반응 가스인 BTBAS 가스 혹은 O₃ 가스의 침입을 저지하지만, 웨이퍼에 흡착되어 있는 가스 분자는 그대로 분리 영역, 즉 부채형의 볼록 형상부(4)에 의한 낮은 천장면(44)의 하방을 통과하여, 성막에 기여하게 된다.

이와 같이 하여 성막 처리가 종료되면, 각 웨이퍼는 반입 동작과 역의 동작에 의해 순차적으로 반송 아암(10)에 의해 반출된다. 여기서 처리 파라미터의 일례에 대해 기재해 두면, 회전 테이블(2)의 회전수는, 300㎜ 직경의 웨이퍼(W)를 피처리 기판으로 하는 경우, 예를 들어 1rpm 내지 500rpm, 프로세스 압력은, 예를 들어 1067㎩(8Torr), 웨이퍼(W)의 가열 온도는, 예를 들어 350℃, BTBAS 가스 및 O₃ 가스의 유량은, 예를 들어 각각 100sccm 및 10000sccm, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터의 N₂ 가스의 유량은, 예를 들어 20000sccm, 진공 용기(1)의 중심부의 분리 가스 공급관(51)으로부터의 N₂ 가스의 유량은, 예를 들어 5000sccm이다. 또한, 1매의 웨이퍼에 대한 반응 가스 공급의 사이클 수, 즉 웨이퍼가 처리 영역 P1, P2의 각각을 통과하는 횟수는 목표 막 두께에 따라서 바뀌지만, 다수회, 예를 들어 6000회이다. 이상과 같은 가스의 유량의 비율로부터 말할 수 있는 것은, 제1 처리 영역 P1 및 제2 처리 영역 P2에 있어서의 가스의 흐름은 분리 영역 D로부터 공급되는 N₂ 가스에 의해 크게 영향을 받는다. 따라서, N₂ 가스의 제1 처리 영역 P1 및 제2 처리 영역 P2로의 유입을 억제하는 것이 중요하고, 그로 인해 상술한 바와 같이 부채판(36A, 36B)을 설치하는 것이 유효하다.

상술한 실시 형태에 따르면, 웨이퍼(W)가 적재된 회전 테이블(2) 상에 설치된 제1 반응 가스 노즐(31)의 상방으로 분리 영역 D로부터 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측으로부터 하류측을 향하는 N₂ 가스의 통류로를 이루는 간극(R)이 형성되는 동시에 제1 반응 가스 노즐(31)에는 상기 회전 방향의 상류측으로 돌출된 부채판(36A)을 구비한 노즐 커버(34)가 설치되어 있다. 이 부채판(36A)에 의해 분리 가스 노즐(41)이 설치된 분리 영역 D로부터, 제1 처리 영역 P1측을 향해 흐르는 N₂ 가스에 대해서는, 그 대부분이 상기 간극(R)을 통해 당해 제1 처리 영역 P1의 하류측으로 흘러 배기구(61)로 유입되므로, 제1 처리 영역 P1로 유입되는 것이 억제된다. 따라서, 제1 처리 영역 P1에 있어서의 BTBAS 가스의 농도가 저하되는 것이 억제되어, 회전 테이블(2)의 회전수를 상승시킨 경우라도 BTBAS 가스의 분자를 확실하게 웨이퍼(W)에 흡착시켜, 정상적으로 성막을 행할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)로의 성막 속도가 향상되므로, 처리량을 향상시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에 균일성 높게 성막할 수 있다. 또한, 막질이 향상되는, 즉 원하는 성질의 막을 얻을 수 있다.

또한, 상기 노즐 커버(34)에는 회전 방향의 하류측으로 돌출되도록 부채판(36B)이 설치되어 있다. 이 부채판(36B)에 의해 상류측의 분리 영역 D로부터 제1 처리 영역 P1로 흐른 N₂ 가스가, 그 처리 영역 P1로부터 당해 반응 가스 노즐(31)로부터 토출된 BTBAS 가스를 수반하여 회전 테이블(2)로부터 제1 반응 가스 노즐(31)의 회전 방향 하류측에서 제1 반응 가스 노즐(31)의 배면으로 상승하는 것이 억제된다. 따라서, 처리 영역 P1에 있어서 BTBAS 가스의 농도의 저하가 억제되는 동시에 BTBAS 가스의 웨이퍼(W)와의 접촉 시간이 저하되는 것이 억제되므로, 회전 테이블(2)의 회전수를 상승시킨 경우라도 BTBAS 가스의 분자를 확실하게 웨이퍼(W)에 흡착시켜, 정상적으로 성막을 행할 수 있다. 결과적으로, 처리량을 향상시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에 균일성 높게 성막할 수 있어, 막질을 향상시킬 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에 따르면, 제2 반응 가스 노즐(32)의 상방에도 제1 반응 가스 노즐과 마찬가지로 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측으로부터 하류측을 향하는 N₂ 가스의 통류로를 이루는 간극(R)이 형성되는 동시에, 이 제2 반응 가스 노즐(32)에는 상기 회전 방향의 상류측으로 돌출된 부채판(36A)을 구비한 노즐 커버(34)가 설치되어 있다. 이 부채판(36A)에 의해 분리 가스 노즐(41)이 설치된 분리 영역 D로부터, 제2 처리 영역 P2측을 향해 흐르는 N₂ 가스에 대해서는, 그 대부분이 상기 간극(R)을 통해 당해 제2 처리 영역 P2의 하류측으로 흘러 배기구(62)로 유입되므로, 제2 처리 영역 P2로 유입되는 것이 억제된다. 따라서, 제2 처리 영역 P2에 그 N₂ 가스가 유입되는 것이 억제되어, 제2 처리 영역 P2의 O₃ 가스 농도가 저하되는 것이 억제된다. 따라서, 회전 테이블(2)의 회전수가 높은 경우에도 BTBAS의 산화를 충분히 행할 수 있어, 불순물이 적은 막을 형성할 수 있으므로, 성막 속도를 높일 수 있다. 결과적으로 처리량을 향상시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에 균일성 높게 성막할 수 있어, 막질을 향상시킬 수 있다.

또한, 제2 반응 가스 노즐(32)에도 제1 반응 가스 노즐(31)과 마찬가지로 회전 방향의 하류측을 향해 돌출된 부채판(36B)이 설치되어 있어, 분리 영역 D로부터, 제2 처리 영역 P2로 흐른 N₂ 가스가, 그 처리 영역 P2로부터 당해 반응 가스 노즐(32)로부터 토출된 O₃ 가스를 수반하여 회전 테이블(2)로부터 제2 반응 가스 노즐(32)의 회전 방향 하류측으로 상승하는 것이 억제되므로, 처리 영역 P2에 있어서 O₃ 가스의 농도가 저하되는 것이 억제되는 동시에 당해 O₃ 가스와 웨이퍼(W)의 접촉 시간이 저하되는 것이 억제된다. 이것으로부터도 회전 테이블(2)의 회전수가 높은 경우에도 BTBAS의 산화를 충분히 행할 수 있어, 불순물이 적은 막을 형성할 수 있으므로, 성막 속도를 높일 수 있다. 결과적으로 처리량을 향상시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에 균일성 높게 성막할 수 있어, 막질을 향상시킬 수 있다.

또한, 가스 노즐(31, 32)의 상하에 압력차를 형성하여, 이 압력차에 의해 가스 노즐(31, 32)과 회전 테이블 사이에 분리 가스인 N₂ 가스의 유입을 억제하기 위해서는, 가스 노즐(31, 32)로부터 각각 회전 방향의 상류측에만 부채판(36A)을 돌출시키는 구성이라도 좋다. 그러나, 회전 방향 하류측에도 부채판(36B)을 돌출시킴으로써, 보다 확실하게 상기 압력차를 형성할 수 있으므로, 상기한 효과가 확실하게 얻어진다. 또한, 반응 가스의 떠오름을 제한하여 방지하기 위해서는, 가스 노즐(31, 32)로부터 각각 회전 방향의 하류측에만 부채판(36B)을 돌출시키는 구성이라도 좋다. 그러나, 상류측에도 부채판(36A)을 돌출시킴으로써, 예를 들어 반응 가스가 회전 테이블(2)에 충돌한 기세로, 일단 가스 노즐(31, 32)의 상류측으로 흐른 후 하류측을 향하는 경우, 이 상류측으로 흐른 가스가, 분리 가스에 의해 떠오르는 것을 당해 부채판(36A)으로 제한하여 방지할 수 있다. 따라서, 이와 같이 양 방향으로 부채판(36A, 36B)을 설치함으로써, 보다 확실하게 반응 가스의 떠오름을 제한하여 방지할 수 있다.

또한, 상기한 예에서는, 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측으로부터 반응 가스 노즐(31, 32)로 분리 가스가 흐르고 있지만, 분리 가스 노즐(41, 42), 반응 가스 노즐(31, 32) 및 배기구(61, 62)의 각 배치나, 각 가스 노즐로부터 토출되는 가스의 압력에 따라서는, 상기 분리 가스는 회전 방향의 상류측 및 하류측의 양방향으로부터 반응 가스 노즐(31, 32)을 향하는 경우도 있다. 그와 같이 분리 가스가 회전 방향의 하류측으로부터도 반응 가스 노즐(31, 32)을 향하는 경우, 상기 하류측으로 돌출된 부채판(36B)이, 그 상하에 압력차를 형성하는 동시에 상기 하류측으로부터 당해 반응 가스 노즐(31, 32)을 향하는 분리 가스를 간극(R)으로 가이드한다. 즉, 부채판(36B)은 회전 방향의 하류측으로부터 반응 가스 노즐(31, 32)로 흐르는 분리 가스에 대해, 회전 방향의 상류측으로부터 흐르는 분리 가스에 대한 부채판(36A)의 역할과 동일한 역할을 발휘한다. 또한, 마찬가지로 분리 가스가 회전 방향의 하류측으로부터도 반응 가스 노즐(31, 32)을 향하는 경우, 상기 분리 가스에 의한 반응 가스 노즐(31, 32)의 회전 방향 상류측으로의 반응 가스의 떠오름을, 상기 상류측으로 돌출된 부채판(36A)에 의해 제한하여 방지할 수 있다. 즉, 부채판(36A)은 회전 방향의 하류측으로부터 흐르는 분리 가스에 대해, 회전 방향의 상류측으로부터 흐르는 분리 가스에 대한 부채판(36B)의 역할과 동일한 역할을 발휘한다. 또한, 부채판은 회전 방향의 하류측에만 설치되어 있어도 좋다. 부채판을 하류측에만 설치한 경우, 하류측으로부터 반응 가스 노즐(31, 32)을 향하는 분리 가스를 간극(R)으로 가이드하여, 처리 영역 P1, P2의 반응 가스의 농도의 저하를 방지할 수 있다.

본 실시 형태에서 사용할 수 있는 처리 가스로서는, 상술한 예 이외에, DCS[디클로로실란], HCD[헥사클로로디실란], TMA[트리메틸알루미늄], 3DMAS[트리스디메틸아미노실란], TEMAZ[테트라키스에틸메틸아미노지르코늄], TEMHF[테트라키스에틸메틸아미노하프늄], Sr(THD)₂[스트론튬비스테트라메틸헵탄디오나토], Ti(MPD)(THD)₂[티타늄메틸펜탄디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토], 모노아미노실란 등을 들 수 있다.

또한, 상기 분리 영역 D의 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 D를 향하는 가스의 흐름이 외측 테두리에 근접할수록 빠르기 때문이다. 이 관점에서 보면, 상술한 바와 같이 볼록 형상부(4)를 부채형으로 구성하는 것은 득책이다.

그리고, 상기 분리 가스 공급 노즐[41(42)]의 양측에 각각 위치하는 협애한 공간을 형성하는 상기 제1 천장면(44)은, 도 16의 (a), 도 16의 (b)에 상기 분리 가스 공급 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 당해 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 거리도 작게 할 필요가 있다.

또한, 제1 천장면(44)과 회전 테이블(2) 사이의 거리를 어느 치수로 설정했다고 하면, 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 이격될수록, 회전 테이블(2)의 속도가 빨라지므로, 반응 가스의 침입 저지 효과를 얻기 위해 요구되는 폭 치수(L)는 회전 중심으로부터 이격될수록 길어진다. 이와 같은 관점으로부터 고찰하면, 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 거리를 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 당해 볼록 형상부(4)의 하방측으로 반응 가스가 침입하기 쉬워지므로, 상기 폭 치수(L)를 50㎜보다도 작게 하면, 회전 테이블(2)의 회전수를 낮게 해야만 해, 처리량의 점에서 득책이 아니다. 따라서, 폭 치수(L)가 50㎜ 이상인 것이 바람직하지만, 50㎜ 미만이라도 본 실시 형태의 효과가 얻어지지 않는다고 하는 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.

그런데, 도 17의 (a), 도 17의 (b)에 도시한 바와 같이 반응 가스 노즐(31, 32)에는 기부(34)를 설치하지 않고, 부채판만을 설치해도 좋다. 도 17의 (a)는 그 하단부로부터 회전 방향의 상류측, 하류측으로 각각 돌출되도록 부채판(36A, 36B)과 마찬가지로 구성된 부채판(37A, 37B)이 설치된 반응 가스 노즐[31(또는 32)]의 사시도이고, 도 17의 (b)는 그 반응 가스 노즐[31(또는 32)]의 종단면도이다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 회전 테이블(2)의 외측 테두리를 향할수록, 회전 테이블(2)의 이동 거리가 커져, 당해 회전 테이블(2) 상에 있어서의 가스의 흐름이 빨라진다. 따라서, 상술한 바와 같이 반응 가스 노즐(31, 32)에 설치되는 정류판으로서는 각 가스의 흐름을 확실하게 규제하기 위해, 상기 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 이격될수록, 회전 방향 상류측, 하류측으로 크게 돌출되는 것이 바람직하므로, 정류판으로서는 36A, 36B, 37A, 37B와 같이 그 평면 형상이 부채로 되도록 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 정류판의 돌출되는 방향으로서는, 상기한 각 예와 같이 수평 방향으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 17의 (c)에 도시한 바와 같이 반응 가스 노즐(31)로부터 각각 경사 하방을 향해 돌출되도록 상기 부채판(37A, 37B)을 설치해도 좋다. 회전 테이블(2)의 회전 속도가 큰 경우에는 회전 테이블(2) 상에 있어서의 가스의 흐름이 빨라지므로, 상기의 이유로부터 정류판은 부채 형상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나 정류판으로서는, 처리 영역에 있어서 가스 농도가 옅어지는 부위를 커버할 수 있으면 되며, 따라서 그 가스 농도에 따라서 자유롭게 그 형상을 변경할 수 있다. 도 18의 (a)는 도 17의 (a)에 도시한 상기한 부채판(37A, 37B)을 설치한 가스 노즐(31)의 상면측을 도시하고, 도 18의 (b) 내지 도 18의 (d)는 부채판(37A, 37B) 대신에, 당해 부채판(37A, 37B)과는 다른 형상의 정류판(301A 내지 304A, 301B 내지 304B)을 설치한 가스 노즐(31)의 상면측을 도시하고 있다. 이들 도 18의 (b) 내지 도 18의 (d)에 도시한 바와 같이, 정류판은 부채 형상으로 한정되지 않는다. 또한, 정류판은 반응 가스 노즐과 일체화하여 정류 기능을 갖는 것이라도 좋다. 또한, 정류판은 반응 가스 노즐과 이격되어 별체로 형성해도 좋다.

계속해서 상기한 성막 장치에 설치되는 반응 가스 노즐의 다른 예에 대해 도 19 내지 도 20의 (b)를 사용하여 설명한다. 반응 가스 노즐(3)은 가늘고 긴 각통 형상의 노즐 본체(321)와, 이 노즐 본체(321)의 측면에 설치된 안내판(325)을 구비하고 있다. 그리고, 노즐 본체(321)와 안내판(325)을 사이에 두도록, 이들 노즐 본체(321) 및 안내판(325)의 하단부에 상술한 부채판(37A, 37B)이 설치되어 있다. 노즐 본체(321)의 내부는 공동으로 되어 있어, 노즐 본체(321)의 기단부에 설치된 가스 도입관(327)으로부터 공급되는 반응 가스를 통류시키기 위한 통류 공간(322)을 구성하고 있다.

도 19 및 도 20의 (a)에 도시한 바와 같이, 노즐 본체(321)의 관벽인 측벽부의 일측, 예를 들어 회전 테이블(2)의 회전 방향으로부터 볼 때 상류측의 측벽부에는, 예를 들어 구경 0.5㎜의 반응 가스 유출 구멍(323)이 노즐 본체(321)의 길이 방향을 따라서, 예를 들어 5㎜의 간격을 두고 복수개 배열되어 있다. 또한, 이 측벽부에는 간극 조절 부재(324)를 통해 당해 측벽부에 평행하도록 안내판(325)이 고정되어 있다. 도 20의 (a)는 안내판(325)을 제거한 상태에 있어서의 반응 가스 노즐(3)의 측면도이다. 도 20의 (a)에 도시한 바와 같이, 간극 조절 부재(324)는 두께가 동등한 복수의 판재로 구성되어, 노즐 본체(321)의 측벽부의 반응 가스 유출 구멍(323)이 배열되어 있는 영역을 둘러싸도록, 예를 들어 당해 영역의 상측과 좌우에 배치된다.

이들 구성에 의해, 상기 측벽부의 외면, 간극 조절 부재(324) 및 안내판(325)으로 둘러싸이는 공간은 반응 가스 유출 구멍(323)으로부터 토출된 가스가 통류하는 편평한 띠 형상의 가스 통류 공간(326)으로 된다. 여기서 반응 가스 유출 구멍(323)이 배열되어 있는 영역의 하방측에는 간극 조절 부재(324)가 배치되어 있지 않으므로, 당해 가스 통류 공간(326)에는, 도 20의 (b)의 저면도에 도시한 바와 같이 슬릿 형상의 가스 토출구(328)가 형성되고, 반응 가스 노즐(3)은 이 가스 토출구(328)를 회전 테이블(2)을 향한 상태에서 반응 가스 노즐(31, 32)과 마찬가지로 회전 테이블(2)의 반경 상에 배치된다. 또한, 간극 조절 부재(324)의 두께는, 예를 들어 0.3㎜이고, 따라서 반응 가스 유출 구멍(323)의 출구인 토출구(328)로부터 안내판(325)까지의 가스 통류 공간(326)의 폭도 0.3㎜로 되어 있다.

그리고, 반응 가스 노즐(3)로부터 가스를 토출시키는 데 있어서는, 상기 반응 가스 유출 구멍(323)으로부터 토출된 반응 가스를, 당해 반응 가스 유출 구멍(323)에 대향하는 위치에 설치된 안내판(325)에 충돌시킨 후 진공 용기(1) 내에 공급함으로써, 안내판(325)과의 사이에 형성되어 있는 가스 통류 공간(326)의 확장 방향, 즉 노즐 본체(321)가 신장되는 방향으로 반응 가스의 흐름을 분산시킬 수 있다. 이 결과, 각 반응 가스 토출구로부터 토출된 가스를 회전 테이블(2) 상에 적재된 웨이퍼(W)에 직접 분사하는 경우에 비해 반응 가스 토출구의 배치 위치에 따라서 막 두께가 다른 리플링 현상의 발생을 억제하여, 웨이퍼(W) 면내에 있어서 보다 두께가 균일한 막을 성막할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 다른 반응 가스 노즐의 구성예에 대해 도시한다. 도 21의 (a), 도 21의 (b)에 도시하는 반응 가스 노즐(3A)은 노즐 본체(321)를 원통 형상의 부재로 구성한 점과, 안내판(325)을 부분 원통 형상의 부재로 구성한 점이, 상기 반응 가스 노즐(3)과 다르다. 이 반응 가스 노즐(3)에 있어서, 원관 형상의 노즐 본체(321)의 측벽면에는, 예를 들어 구경 0.5㎜의 반응 가스 유출 구멍(323)이 노즐 본체(321)의 길이 방향을 따라서, 예를 들어 10㎜의 간격을 두고 복수개 배열되어 있다. 또한, 안내판(325)은, 예를 들어 노즐 본체(321)보다도 직경이 큰 원통을 직경 방향으로 잘라내서 얻어진, 종단 측면이 원호 형상인 부분 원통의 길이 방향으로 신장되는 일단부를, 노즐 본체(321)의 상단부에 고정한 구성으로 되어 있다. 그리고, 노즐(3)과 마찬가지로 노즐 본체(321)와 안내판(325)을 사이에 두도록 부채판(37A, 37B)이 설치되어 있다.

반응 가스 토출 구멍(323)이 형성되어 있는 노즐 본체(321)의 외벽면과 안내판(325) 사이에는 반응 가스의 통류 공간(326)이 형성되고, 예를 들어 도 21의 (b)에 도시한 바와 같이 반응 가스 유출 구멍(323)으로부터 토출된 반응 가스는 안내판(325)과 충돌하여 통류 공간(326)을 좌우로 퍼지면서 하방으로 흐르고, 반응 가스 노즐(3A)의 길이 방향으로 혼합되면서 토출구(328)로부터 처리 영역으로 공급된다. 따라서, 이 반응 가스 노즐(3A)에 있어서도, 농담 차가 적은 상태에서 처리 영역에 반응 가스를 공급하는 것이 가능해져, 리플링이 적은 막을 성막하는 것이 가능해지므로 바람직하다.

여기서, 처리 영역 P1, P2 및 분리 영역 D의 각 레이아웃에 대해 상기한 실시 형태 이외의 다른 예를 들어 둔다. 도 22는 제2 반응 가스 노즐(32)을 반송구(15)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측에 위치시킨 예이고, 이와 같은 레이아웃이라도 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 분리 영역 D는 부채형의 볼록 형상부(4)를 둘레 방향으로 2개로 분할하고, 그 사이에 분리 가스 노즐[41(또는 42)]을 설치하는 구성이라도 좋은 것을 이미 서술하였지만, 도 23은 이와 같은 구성의 일례를 도시하는 평면도이다. 이 경우, 부채형의 볼록 형상부(4)와 분리 가스 노즐[41(또는 42)]의 거리나 부채형의 볼록 형상부(4)의 크기 등은, 분리 가스의 토출 유량이나 반응 가스의 토출 유량 등을 고려하여 분리 영역 D가 유효한 분리 작용을 발휘할 수 있도록 설정된다. 또한, 반응 가스 노즐이 포함되는 처리 영역은 3개 이상 형성해도 좋고, 제1, 제2 반응 가스 노즐(31, 32) 이외의 각 반응 가스 노즐에 상술한 정류판을 설치할 수 있다. 예를 들어, 3종류 이상의 반응 가스를 순서대로 기판 상에 공급하는 경우에는, 제1 반응 가스 노즐, 분리 가스 노즐, 제2 반응 가스 노즐, 분리 가스 노즐, 제3 반응 가스 노즐 및 분리 가스 노즐의 순서로 진공 용기(1)의 둘레 방향으로 각 가스 노즐을 배치하여, 각 분리 가스 노즐을 포함하는 분리 영역을 상술한 실시 형태와 같이 구성하면 좋다. 그리고, 제1 내지 제3 각 반응 가스 노즐에 상술한 정류판을 설치할 수 있다.

이상의 실시 형태에서는, 회전 테이블(2)의 회전축(22)이 진공 용기(1)의 중심부에 위치하여, 회전 테이블(2)의 중심부와 진공 용기(1)의 상면부 사이의 공간으로 분리 가스를 퍼지하고 있지만, 본 발명은 도 23에 도시한 바와 같은 구성에 적용해도 좋다. 도 24의 성막 장치에 있어서는, 진공 용기(1)의 중앙 영역의 저면부(14)가 하방측으로 돌출되어 있고 구동부의 수용 공간(80)을 형성하고 있는 동시에, 진공 용기(1)의 중앙 영역의 상면에 오목부(80a)가 형성되고, 진공 용기(1)의 중심부에 있어서 수용 공간(80)의 저부와 진공 용기(1)의 상기 오목부(80a)의 상면 사이에 지주(81)를 개재시켜, 제1 반응 가스 노즐(31)로부터의 BTBAS 가스와 제2 반응 가스 노즐(32)로부터의 O₃ 가스가 상기 중심부를 통해 서로 섞이는 것을 방지하고 있다.

회전 테이블(2)을 회전시키는 기구에 대해서는, 지주(81)를 둘러싸도록 회전 슬리브(82)를 설치하여 이 회전 슬리브(81)를 따라서 링 형상의 회전 테이블(2)을 설치하고 있다. 그리고, 상기 수용 공간(80)에 모터(83)에 의해 구동되는 구동 기어부(84)를 설치하여, 이 구동 기어부(84)에 의해, 회전 슬리브(82)의 하부의 외주에 형성된 기어부(85)를 통해 당해 회전 슬리브(82)를 회전시키도록 하고 있다. 부호 86, 부호 87 및 부호 88은 베어링부이다. 또한, 상기 수용 공간(80)의 저부에 퍼지 가스 공급관(74)을 접속하는 동시에, 상기 오목부(80a)의 측면과 회전 슬리브(82)의 상단부 사이의 공간에 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 공급관(75)을 진공 용기(1)의 상부에 접속하고 있다. 도 24에서는, 상기 오목부(80a)의 측면과 회전 슬리브(82)의 상단부 사이의 공간에 퍼지 가스를 공급하기 위한 개구부는 좌우 2개소에 기재하고 있지만, 회전 슬리브(82)의 근방 영역을 통해 BTBAS 가스와 O₃ 가스가 서로 섞이지 않도록 하기 위해, 개구부(즉, 퍼지 가스 공급구)의 배열 수를 설계하는 것이 바람직하다.

도 24의 실시 형태에서는, 회전 테이블(2)측으로부터 보면, 상기 오목부(80a)의 측면과 회전 슬리브(82)의 상단부 사이의 공간은 분리 가스 토출 구멍에 상당하고, 이 분리 가스 토출 구멍, 회전 슬리브(82) 및 지주(81)에 의해, 진공 용기(1)의 중심부에 위치하는 중심부 영역이 구성된다.

이상에 서술한 성막 장치를 사용한 기판 처리 장치에 대해 도 25에 도시해 둔다. 도 25 중, 부호 101은, 예를 들어 25매의 웨이퍼를 수납하는 후프라고 불리는 밀폐형의 반송 용기, 부호 102는 반송 아암(103)이 배치된 대기 반송실, 부호 104, 부호 105는 대기 분위기와 진공 분위기 사이에서 분위기가 전환 가능한 로드 로크실(또는, 예비 진공실), 부호 106은 2기의 반송 아암(107a, 107b)이 배치된 진공 반송실, 부호 108, 부호 109는 본 실시 형태에 있어서의 성막 장치이다. 반송 용기(101)는 도시하지 않은 적재대를 구비한 반입 반출 포트에 외부로부터 반송되어, 대기 반송실(102)에 접속된 후, 도시하지 않은 개폐 기구에 의해 덮개가 개방되어 반송 아암(103)에 의해 당해 반송 용기(101) 내로부터 웨이퍼가 취출된다. 계속해서, 로드 로크실[104(또는 105)] 내로 반입되어 당해 실내를 대기 분위기로부터 진공 분위기로 전환하고, 그 후 반송 아암(107a, 107b)에 의해 웨이퍼가 취출되어 성막 장치(108, 109)로 반입되어, 상술한 성막 처리가 행해진다. 이와 같이, 예를 들어 5매 처리용의 본 실시 형태에 있어서의 성막 장치를 복수개, 예를 들어 2개 구비함으로써, 소위 ALD(또는 MLD)를 높은 처리량으로 실시할 수 있다.

(평가 시험 1)

본 실시 형태의 효과를 확인하기 위해 컴퓨터에 의한 시뮬레이션을 행하였다. 우선, 회전 테이블(2)과, 그 회전 테이블(2) 상에 상기한 실시 형태와 마찬가지로 설치된 반응 가스 노즐(31)을 시뮬레이션으로 설정하였다. 이 반응 가스 노즐(31)에 대해서는, 도 17의 (a), 도 17의 (b)에서 설명한 그 하단부에 부채판(37A, 37B)을 설치한 것과, 부채판(37A, 37B)을 설치하고 있지 않은 것을 각각 설정하였다. 그리고, 회전 테이블(2)의 회전수를 120rpm로 설정하여, 반응 가스 노즐(31)로부터 반응 가스를 토출했을 때의 그 회전 테이블(2) 상에 있어서의 반응 가스의 농도 분포를, 부채판(37A, 37B)을 설치한 경우, 부채판(37A, 37B)을 설치하고 있지 않은 경우 각각에 대해 조사하였다. 이 부채판(37A, 37B)으로서는, 도 26의 (a)에 도시한 바와 같이 회전 방향 상류측, 하류측에 각각 돌출된 외형선의 연장선이 이루는 각(θ1)이 10°로 되도록 설정하였다. 또한, 반응 가스 농도의 측정 영역으로서는, 도 26의 (b)에 점선을 그은 영역 U1, U2, U3으로서 나타낸 바와 같이, 회전 테이블(2)의 중심점(P)으로부터 주연을 향해 각각 160㎜, 310㎜, 460㎜ 이격하여, 회전 방향을 따른 영역으로 하였다. 또한, 영역 U1, U2, U3은, 도면 중 쇄선으로 나타내는 반응 가스 노즐(31)의 길이 방향을 0°로 한 경우에, 회전 방향 상류측, 하류측에 각각 상기 점(P)을 중심으로 30° 이하의 범위에서 어긋난 영역이다.

도 27의 (a), 도 27의 (b), 도 27의 (c)의 그래프에 영역 U1, U2, U3에 대한 각각의 측정 결과를 나타내고 있다. 각 그래프의 종축은 측정 위치에 있어서의 반응 가스의 가스 농도(％)를, 각 그래프의 횡축은 측정 위치를 각각 나타내고 있다. 횡축에 대해 구체적으로 설명하면, 도 26의 (b)에 쇄선으로 나타낸 반응 가스 노즐(31)의 길이 방향(0°)으로서, 점(P)과 측정 위치를 연결하는 선분과 상기 반응 가스 노즐(31)이 이루는 각도를 그 횡축의 값으로서 표시하고 있고, 측정 위치가 반응 가스 노즐(31)에 대해 회전 방향 상류측에 위치하는 경우에 ＋의 부호를, 회전 방향 하류측에 위치하는 경우에 －의 부호를 각각 부여하고 있다. 또한, 각 그래프 중의 쇄선 사이를 연결하는 화살표는, 상기 각 측정 영역 U1 내지 U3에 있어서 부채판(37A, 37B) 및 반응 가스 노즐(31)에 덮인 범위를 나타내고 있고, 영역 U1에서는 ＋7.3° 내지 －7.3°의 범위, 영역 U2에서는 ＋6.2° 내지 －6.2°의 범위, 영역 U3에서는 ＋5.8° 내지 －5.8°의 범위이다. 그리고, 실선의 그래프는 부채판(37A, 37B)을 설치한 경우의 측정 결과, 점선의 그래프는 부채판(37A, 37B)을 설치하고 있지 않은 경우의 결과에 대해 나타내고 있다.

각 그래프로부터 명백한 바와 같이, 어떤 측정 영역에 있어서도 반응 가스 노즐(3)의 회전 방향의 하류측의 영역에 대해, 부채판(37A, 37B)을 설치한 경우에는 부채판(37A, 37B)을 설치하지 않은 경우에 비해 반응 가스의 농도가 상승되어 있다. 따라서, 이 평가 시험 1로부터 본 실시 형태의 효과가 증명되었다.

(평가 시험 2)

회전 테이블(2)의 회전수를 240rpm으로 변경한 것 외에는 평가 시험 1과 동일한 시뮬레이션을 행하였다. 도 28의 (a), 도 28의 (b), 도 28의 (c)는 각각 영역 U1, U2, U3에 있어서의 가스의 농도 분포에 대해, 각각 평가 시험 1과 마찬가지로 나타낸 것이다. 이들 그래프에 나타나는 바와 같이, 어느 측정 영역에 있어서도 반응 가스 노즐(31)의 회전 방향의 하류측의 영역에 대해, 부채판(37A, 37B)을 설치함으로써 반응 가스의 농도가 상승되어 있다. 따라서, 이 평가 시험 2의 결과로부터 상기와 같이 부채판(37A, 37B)을 설치함으로써, 회전 테이블(2)의 회전수가 높아져도 유효하게 처리 영역의 가스 농도를 상승시킬 수 있는 것이 나타냈다.

(평가 시험 3)

상기한 도 3에서 도시하는 실시 형태의 성막 장치를 사용하여 성막 처리를 행하고, 도 29의 (a)에 쇄선으로 나타낸 바와 같이 웨이퍼(W)에 대해 회전 테이블(2)의 중심으로부터 주연부측을 향한 그 직경 방향에 있어서의 막 두께를 조사하였다. 또한, 제1 반응 가스 노즐(31), 제2 반응 가스 노즐(32)에 대해 각각 부채판(36A, 36B)을 설치하지 않고, 마찬가지로 성막 처리를 행하여 웨이퍼(W)의 직경 방향에 있어서의 막 두께를 조사하였다. 각 측정에 있어서 회전 테이블(2)의 회전수는 240rpm, 그 온도는 350℃로 각각 설정하였다.

도 29의 (b)는 상기한 각 측정 결과를 나타낸 그래프로, 그래프의 횡축은 웨이퍼(W)에 있어서의 막 두께의 측정 위치를 나타내고 있고, 회전 테이블(2)의 중심측의 단부를 0㎜, 회전 테이블(2)의 주연측의 단부를 300㎜로 하고, 그들 사이의 직경 방향에 있어서의 위치를 나타내고 있다. 종축은 각 측정 위치에서 측정된 막 두께를 성막 처리를 행하였을 때의 회전 테이블(2)의 회전수로 나눈 값이고, 따라서 1회전당 웨이퍼(W)에 형성되는 막 두께(㎚/ 횟수)를 나타내고 있다. 그리고, 그래프 중에는 실선으로 부채판(36A, 36B)을 설치한 경우의 측정 결과를, 점선으로 부채판(36A, 36B)을 설치하지 않았던 경우의 측정 결과를 각각 나타내고 있다. 이 그래프로부터 노즐 커버(34)를 설치함으로써 웨이퍼(W)의 면 내의 각 부에서 1회전당 성막할 수 있는 막 두께를 크게 하는 것을 알 수 있다. 따라서, 회전 테이블(2)의 회전수를 상승시켜도 정상적으로 성막을 행할 수 있으므로, 처리량을 높게 할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 부채판(36A, 36B)을 설치함으로써, 약간 막 두께의 면내 균일성이 저하되어 있지만, 반응 가스 노즐(31, 32)의 토출구(33)의 형상이나 간격 등을 조정함으로써, 그 면내 균일성의 저하는 방지할 수 있다고 생각된다.

(평가 시험 4)

계속해서 평가 시험 1과 마찬가지로, 회전 테이블(2)과, 그 회전 테이블(2) 상에 상기한 실시 형태와 마찬가지로 설치된 반응 가스 노즐(31)을 시뮬레이션으로 설정하고, 이 반응 가스 노즐(31)에 대해서는, 도 17의 (a), 도 17의 (b)에서 설명한 그 하단부에 부채판(37A, 37B)을 설치한 것과, 부채판(37A, 37B)을 설치하고 있지 않은 것을 각각 설정하였다. 그리고, 회전 테이블(2)의 회전수를 120rpm으로 설정하여, 반응 가스 노즐(31)로부터 반응 가스를 토출했을 때의 그 회전 테이블(2) 상에 있어서의 반응 가스의 농도 분포를, 부채판(37A, 37B)을 설치한 경우, 부채판(37A, 37B)을 설치하고 있지 않은 경우 각각에 대해 조사하였다.

도 30의 (a)는 부채판(37A, 37B)을 설치하고 있지 않은 경우의 농도 분포에 대해, 도 30의 (b)는 부채판(37A, 37B)을 설치한 경우의 농도 분포에 대해 각각 도시한 것이다. 실제의 시뮬레이션 결과는, 컴퓨터 그래픽스에 의해 반응 가스의 농도 분포(단위 : ％)가 그라데이션 표시되도록 컬러 화면에 의해 아웃풋되어 있지만, 도시의 편의상, 도 30의 (a), 도 30의 (b) 및 후술하는 도 31의 (a), 도 31의 (b)에서는 개략의 농도 분포를 나타내고 있다. 따라서, 도 30의 (a), 도 30의 (b) 및 도 31의 (a), 도 31의 (b)에서 실제로 농도 분포가 여기저기 흩어져 있는 것은 아니고, 이들 도면에 등농도선으로 구획한 영역 사이에 급한 농도 구배가 존재하고 있는 것을 의미하고 있다. 도 30의 (a), 도 30의 (b)를 비교하여 명백한 바와 같이 부채판(37A, 37B)을 설치한 경우에는, 설치하지 않은 경우에 비해 그 반응 가스 노즐(31)의 주위에 높은 가스 농도 분위기가 형성되어 있다. 따라서, 본 실시 형태의 효과가 증명되었다.

(평가 시험 5)

계속해서 평가 시험 4와 마찬가지로, 시뮬레이션을 행하였다. 단, 회전 테이블(2)의 회전수는 240rpm으로 설정하였다. 평가 시험 4와 마찬가지로, 도 31의 (a), 도 31의 (b)에 부채판(37A, 37B)을 설치하지 않은 경우, 부채판(37A, 37B)을 설치한 경우에 대해 각각 개략의 반응 가스의 농도 분포를 나타냈다. 이들 도 31의 (a), 도 31의 (b)를 비교하여 명백한 바와 같이 부채판(37A, 37B)을 설치함으로써 반응 가스 노즐(31) 주변의 반응 가스의 농도가 상승되어 있다. 이 결과로부터, 회전 테이블(2)의 회전수를 상승시켜도 반응 가스 노즐(31)의 주위에 높은 가스의 농도 분위기를 형성할 수 있는 것을 알 수 있고, 따라서 본 실시 형태의 효과가 증명되었다.

본 출원은 2008년 11월 14일에 출원된 일본 특허 출원인 일본 특허 출원 제2008-292508, 2009년 10월 7일에 출원된 일본 특허 출원인 일본 특허 출원 제2009-233047 및 2009년 11월 12일에 출원된 일본 특허 출원인 일본 특허 출원 제2009-258644에 기초하는 것으로, 그들의 우선권을 주장하는 것이고, 그들의 모든 내용을 인용함으로써 포함하는 것이다.

이상, 본 발명을 실시 형태에 의해 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능한 것은 물론이다.

W : 웨이퍼
1 : 진공 용기
2 : 회전 테이블
21 : 코어부
24 : 오목부(기판 적재 영역)
31 : 제1 반응 가스 노즐
32 : 제2 반응 가스 노즐
34 : 정류 부재
35A, 35B : 부채판
P1 : 제1 처리 영역
P2 : 제2 처리 영역
D : 분리 영역
C : 중심부 영역
41, 42 : 분리 가스 노즐
4 : 볼록 형상부
61, 62 : 배기구
63 : 배기관
65 : 냉각부
7 : 히터 유닛
72, 73 : 퍼지 가스 공급관
81 : 분리 가스 공급관

Claims

진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고 또한 이 공급 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서,
상기 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블과,
이 회전 테이블에 기판을 적재하기 위해 설치된 기판 적재 영역과,
상기 회전 테이블의 회전 방향으로, 당해 회전 테이블 상방에 서로 이격되어 고정하여 설치되고, 각각 기판에 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급하기 위한 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단과,
상기 제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 상기 회전 방향에 있어서 이들 처리 영역 사이에 위치하여, 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급 수단이 설치된 분리 영역과,
상기 진공 용기 내를 진공 배기하기 위한 배기구를 구비하고,
상기 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단의 적어도 한쪽은, 상기 기판 적재 영역의 이동 방향(상기 회전 테이블의 회전 방향)과 교차하도록 신장되는 동시에, 상기 회전 테이블을 향해 반응 가스를 토출하는 토출 구멍이, 그 길이 방향을 따라서 형성된 가스 노즐로서 구성되고,
상기 가스 노즐의 상방측에는 분리 가스를 통류시키기 위한 통류 공간이 형성되고,
상기 가스 노즐로부터 상기 회전 테이블의 회전 방향의 상류측 및 하류측의 적어도 한쪽을 향해 돌출된 정류 부재를 구비한, 성막 장치.
제1항에 있어서, 상기 정류 부재는 상기 가스 노즐로부터 상기 상류측 및 상기 하류측의 양쪽에 돌출되어 있는, 성막 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 각 정류 부재는 회전 테이블의 중심부측으로부터 이격되는 부위일수록 상기 회전 방향의 폭이 큰, 성막 장치.
제3항에 있어서, 상기 정류 부재의 평면 형상은 부채형으로 형성되어 있는, 성막 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리 영역은 상기 분리 가스 공급 수단의 상기 회전 방향 양측에 위치하고, 당해 분리 영역으로부터 처리 영역측으로 분리 가스가 흐르기 위한 협애한 공간을 회전 테이블과의 사이에 형성하기 위한 천장면을 구비한, 성막 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 처리 영역과 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 진공 용기 내의 중심부에 위치하여, 회전 테이블의 기판 적재면측에 분리 가스를 토출하는 토출 구멍이 형성된 중심부 영역이 형성된, 성막 장치.
제6항에 있어서, 상기 중심부 영역은 회전 테이블의 회전 중심부와 진공 용기의 상면측에 의해 구획되어, 분리 가스가 퍼지되는 영역인, 성막 장치.
제7항에 있어서, 상기 배기구는 분리 영역의 양측으로 확산되는 분리 가스 및 상기 중심부 영역으로부터 토출되는 분리 가스와 함께 상기 반응 가스를 배기하도록 형성되어 있는, 성막 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기구는 각 반응 가스의 배기를 전용으로 행하기 위해, 평면에서 보았을 때에 상기 분리 영역의 상기 회전 방향 양측에 형성되어 있는, 성막 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리 가스 공급 수단은 분리 가스를 토출하기 위한 가스 토출 구멍을 구비하고, 이 토출구는 회전 테이블의 회전 중심부 및 주연부의 일측으로부터 타측을 향해 배열되어 있는, 성막 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리 영역의 천장면에 있어서의 진공 용기의 외측 테두리측의 부위는 상기 회전 테이블의 외측 단부면에 대향하도록 굴곡되어 진공 용기의 내주벽의 일부를 구성하고, 당해 천장면의 굴곡 부위와 상기 회전 테이블의 외측 단부면의 간극은 반응 가스의 침입 방지 효과가 얻어지는 치수로 설정되어 있는, 성막 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리 영역의 천장면에 있어서, 상기 분리 가스 공급 수단에 대해 회전 테이블의 상대적 회전 방향의 상류측 부위는 외측 테두리에 위치하는 부위일수록 상기 회전 방향의 폭이 큰, 성막 장치.
진공 용기 내에서 복수의 기판을 적재한 회전 테이블을 회전시켜, 상기 기판이 복수의 다른 처리 영역에 공급된 반응 가스와 순차적으로 접촉함으로써, 상기 기판의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서,
상기 복수의 처리 영역 사이에 형성되어, 다른 반응 가스가 상기 기판 표면으로부터 이격된 공간에서 반응하는 것을 방지하는 분리 가스를 공급하는 분리 영역과,
상기 처리 영역의 천장으로부터 이격되어 기판 근방에 있어서 기판의 방향으로 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 수단과,
상기 분리 영역으로부터 상기 처리 영역으로 유입된 분리 가스가 상기 반응 가스 공급 수단과 상기 기판의 간극으로 유입되어 상기 기판에 공급되는 반응 가스의 농도가 저하되는 것을 억제하는 정류 부재와,
상기 처리 영역의 천장과, 상기 반응 가스 공급 수단 사이에 설치되어, 상기 정류 부재에 의해 분리 가스가 가이드되는 통류 공간을 구비한, 성막 장치.
제13항에 있어서, 상기 회전 테이블에 적재된 기판 표면으로부터 상기 처리 영역의 천장의 높이는, 상기 회전 테이블에 적재된 기판 표면으로부터 상기 분리 영역의 천장보다도 높게 형성되어 있는, 성막 장치.
제13항 또는 제14항에 있어서, 복수의 다른 반응 영역에 있어서, 처리 영역의 천장의 높이는, 상기 처리 영역에 공급되는 반응 가스의 종류, 공급되는 가스량에 따라서 각각 선택적으로 결정되는, 성막 장치.