KR101403818B1 - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 적재 영역의 주연에 기판의 주위 방향을 따라 링 형상으로 형성된 링 부재를, 회전 테이블을 관통하여 승강 가능한 승강 핀에 고정한다. 기판을 오목부 내로 반송한 후, 승강 핀을 강하하여 링 부재를 기판의 표면 주연부에 접하는 위치 혹은 약간 상방 위치에 두고, 기판이 부상하려고 하였을 때에 로크하여 튀어 나오는 것을 방지한다.

Description

성막 장치 및 성막 방법 {FILM DEPOSITION APPARATUS AND FILM DEPOSITION METHOD}
본 출원은, 2009년 12월 25일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2009-296182호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용을 본원에 원용한다.
본 발명은, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 차례로 웨이퍼의 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, 웨이퍼인 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼」라 함) 등의 표면에 진공 분위기하에서 제1 반응 가스를 흡착시킨 후, 공급하는 가스를 제2 반응 가스로 전환하여, 양 가스의 반응에 의해 1층 혹은 복수층의 원자층이나 분자층을 형성하고, 이 사이클을 다수회 행함으로써, 이들 층을 적층하여, 웨이퍼 상에의 성막을 행하는 프로세스가 알려져 있다. 이 프로세스는, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)나 MLD(Molecular Layer Deposition) 등이라 불리고 있고, 사이클수에 따라서 막 두께를 고정밀도로 컨트롤할 수 있는 동시에, 막질의 면내 균일성도 양호하여, 반도체 디바이스의 박막화에 대응할 수 있는 유효한 방법이다.
이러한 성막 방법이 적합한 예로서는, 예를 들어 게이트 산화막에 사용되는 고유전체막의 성막을 들 수 있다. 일례를 들면, 산화실리콘막(SiO2막)을 성막하는 경우에는, 제1 반응 가스(원료 가스)로서, 예를 들어 비스터셜부틸아미노실란(이하 「BTBAS」라 함) 가스 등이 사용되고, 제2 반응 가스(산화 가스)로서 오존 가스 등이 사용된다.
이러한 성막 방법을 실시하는 장치로서는, 진공 용기의 상부 중앙에 가스 샤워 헤드를 구비한 매엽식 성막 장치를 사용하여, 웨이퍼의 중앙부 상방측으로부터 반응 가스를 공급하고, 미반응의 반응 가스 및 반응 부(副)생성물을 처리 용기의 저부로부터 배기하는 방법이 검토되고 있다. 그런데 상기 매엽식 성막 방법은, 퍼지 가스에 의한 가스 치환에 긴 시간이 걸리고, 또한 사이클수도 예를 들어 10 내지 600회나 되므로, 처리 시간이 길다고 하는 문제가 있어, 고처리량으로 처리할 수 있는 장치, 방법이 요망되고 있다.
ALD의 성막 방법으로서, 2개의 방법으로 크게 구별된다.
우선, 제1 방법으로서는, 진공화 가능한 반응 챔버 내에 고정되는 적재부에 웨이퍼가 적재되는 장치에서 ALD 성막을 행하는 경우의 설명을 한다.
(1) 우선, 반응 챔버에 웨이퍼를 반입하여 적재부에 적재한다. 이 경우, 적재부에는 1매의 웨이퍼가 적재되어도 좋고(매엽식), 복수의 웨이퍼가 적재되어도 좋다(뱃치식).
(2) 반응 챔버 내의 적재부에 웨이퍼를 적재한 후, 반응 챔버를 진공으로 배기한다. 진공으로 배기하면서, 성막 조건을 갖춘다. 구체적으로는, 예를 들어 적재부의 온도(웨이퍼의 온도)를 ALD 성막에 필요한 온도로 설정하고, 반응 챔버 내의 압력 등을 ALD 반응에 필요한 압력으로 설정한다.
(3) 성막 조건을 갖추고, 반응 가스 A를 소정 시간 흘린다.
(4) 반응 가스 A를 정지한다. 그 후, 반응 챔버로부터 반응 가스 A를 배기한다. 이것은, 다음에 공급되는 반응 가스 B와, 반응 챔버 내에 잔류하는 반응 가스 A가 반응 챔버 내에서 혼합되어 반응하는 것을 억제하기 위함이다.
(5) 반응 가스 B를 소정 시간 흘린다.
(6) (4)와 마찬가지로 반응 가스 B를 정지하고, 반응 챔버로부터 반응 가스 B를 배기한다. 이것도, 다음에 다시 공급되는 반응 가스 A와, 반응 챔버 내에 잔류하는 반응 가스 B가 반응 챔버 내에서 혼합되어 반응하는 것을 방지하기 위함이다.
(7) 이상의 (3) 내지 (6)의 시퀀스를 반복하여 ALD 성막을 행한다.
(8) 웨이퍼 상에 퇴적되는 막이 소정의 막 두께에 도달하면, 모든 반응 가스를 정지하고, 반응 챔버를 상압으로 복귀시켜, 웨이퍼를 취출한다.
제1 방법의 장점으로서, 반응 가스 A, B를 각각 흘리기 전에, 반응 챔버를 배기하므로, 다음 반응 가스를 공급해도, 반응 가스 A와 반응 가스 B는 혼합되는 일 없이 ALD 퇴적이 가능하다. 한편 단점으로서는, 반응 가스 A의 공급, 반응 가스 A의 정지, 반응 가스 A의 배기 및 반응 가스 B의 공급이라고 하는 스텝을 반복하므로, 상세하게는 반응 가스 A와 B가 혼합되지 않도록 진공화 공정이 필요해지므로, 성막 시간이 길어지는 것을 들 수 있다. 또한, 긴 성막 시간 동안에, 반응 가스의 가스 공급계 배관 및 가스 배기계 배관에 설치되어 있는 밸브나 매스 플로우 미터 등의 제어 기기류가, 상당한 횟수 온/오프되므로, 이들 제어 기기류의 정기 메인터넌스가 필요해진다. 이 정기 메인터넌스를 빈번히 행하면, 장치 가동률이 저하되어, 생산성이 저해된다.
이들, 반응 가스의 치환 공정에 의한 성막 시간이 길어지거나, 장치의 제어 기기의 정기 메인터넌스 증대화 등을 개선시키는 방법으로서, 회전식 서셉터에 의한 복수매 처리 수단이 있다.
이것을, 제2 방법으로서 설명한다.
제2 방법에서는, 회전 방식 미니 뱃치 ALD 장치가 사용된다. 이 ALD 장치, 내부를 진공 유지 가능한 반응 챔버와, 반응 챔버 내에 회전 가능하게 설치되는 회전 테이블을 구비하고, 회전 테이블은, 처리되는 웨이퍼의 사이즈와 회전 테이블의 직경에 따라서, 최대한 허용되는 매수의 웨이퍼를 효율적으로 적재할 수 있다. 제2 방법에서는,
(1) 반응 챔버 내의 회전 테이블에 복수의 웨이퍼를 적재하고,
(2) 복수의 웨이퍼를 적재한 후, 반응 챔버를 배기하여 소정의 챔버 압력으로 설정하고, 회전 테이블의 회전을 개시하여, 회전 테이블 상의 웨이퍼의 온도가 소정의 온도에 도달한 후,
(3) 복수의 반응 영역을 분리하기 위해, 반응 영역 사이에 소정의 유량으로 분리 가스를 공급하고,
(4) 웨이퍼의 표면에 소정의 반응 가스를 소정의 유량으로 공급하면, 웨이퍼 표면이 각각의 반응 가스를 교대로 노출시켜 ALD 성막이 행해지고,
(5) 소정의 막 두께가 얻어지면, 모든 반응 가스를 정지하여, 회전 테이블의 회전을 정지하고, 반응 챔버를 상압으로 복귀시켜, 웨이퍼를 취출한다.
제2 방법의 장점으로서, 회전 테이블의 회전 속도에 따라서 퇴적되는 막의 막 두께를 제어하는 것이 가능해지는 것을 들 수 있다. 반응 가스의 종류에 따라, 120 내지 500rpm으로 고속 회전으로 ALD 성막을 행하는 것이 가능해져, 성막 속도가 상승되어 생산성이 향상된다.
또한, 반응 가스 A, 반응 가스 B와, 배기를 동시에 행하므로, 제1 방법과 비교하여 반응 가스 공급계로 및 배기계로에 있는 밸브나 매스 플로우 미터 등의 제어 기기류의 온/오프 횟수가 적어져, 정기 보수의 기간이 연장되고, 정기 메인터넌스의 기간은 연장되어 생산성 향상이 가능해져, 경제적 효과가 얻어진다.
제2 방법에서는, 하나의 반응 챔버 공간에 복수의 반응 가스를 각각 공급하는 영역과 반응 가스를 배기하는 영역이 필요해진다. 반응 챔버 내에서 서로의 반응 가스의 혼재를 없애기 위해서는, 격벽에 의해 독립된 반응 영역(컴파트먼트)을 마련하는 것은 용이하게 생각할 수 있다. 예를 들어, 진공 용기 내에서 구획벽을 만들어 반응 영역을 마련하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 반응 영역 사이에서의 반응 가스의 유통을 저감하기 위해서는, 구획벽과 회전 테이블은 한없이 근접시키거나, 완전한 분리를 고려한 경우, 연속 회전을 단념하고, 각각의 반응 영역의 구획벽과 회전 테이블의 웨이퍼 적재부를 O-Ring 등을 사용하여 가스의 누설을 방지하고, 각 반응 영역을 점차로 이동하게 된다.
그러나 이 방식에서는 웨이퍼의 연속 회전 동작은 할 수 없다. 따라서, 회전 테이블을 고속으로 회전시켜도 복수의 반응 가스를 챔버 내에서 혼합되는 일 없이, 웨이퍼 표면에 교대로 폭로시키기 위해서는 반응 가스가 분리되는 기구가 필요해진다.
특허 문헌 1은, 분리 가스의 토출구와 반응 가스의 공급 영역 사이에 상향의 배기구를 설치하여, 반응 가스를 이 배기구로부터 분리 가스와 함께 배기하는 방법을 개시하고 있다.
특허 문헌 2는, 웨이퍼 지지 부재가 회전하여, 분리 가스 노즐로부터의 에어 커튼 작용에 의해 반응 가스를 분리하는 방법을 개시하고 있다.
특허 문헌 3은, 격벽과 원심력에 대응하기 위한 경사가 있는 적재부에 웨이퍼를 적재하여, 처리실과 배기실을 회전하는 성막 방법을 개시하고 있다.
특허 문헌 4는, 2개의 반응 가스를 노즐로부터 교대로 토출시켜 성막하는 방법을 개시하고 있다.
특허 문헌 5는, 반응 영역에 진공 배기구를 갖는 처리 영역이 있고, 회전식 노즐에 의해 소스 가스 반응 가스를 공급한 후, 마찬가지로 회전식 노즐에 의해 퍼지 가스로 치환하는 방법을 개시하고 있다.
특허 문헌 6(특허 문헌 7, 8)에 개시된 성막 장치 및 성막 방법을 사용하는 경우, 각 적재 영역에 소스 가스 혹은 반응 가스를 공급한 후, 분리 가스 노즐에 의해 당해 적재 영역의 분위기를 퍼지 가스로 치환한다.
또한 특허 문헌 9는, 복수매의 웨이퍼가 그 표면에 배치되는 회전 테이블과, 챔버 상부의 이면에는 회전 테이블의 직경 방향으로 신장되어, 각각 다른 반응 가스를 공급하는 복수의 흡기 존(공급구)이, 주위 방향으로 간격을 두고 설치되고, 주위 방향으로 인접하는 각 공급구 사이에는 직경 방향으로 신장되는 2개의 배기 존(배기구)이 서로 주위 방향으로 설치되는 것을 개시하고 있다.
특허 문헌 10에 기재되어 있는 발명에서는, 웨이퍼 적재 영역은 서셉터(플래튼)를 회전시켰을 때에, 원심력에 의해 웨이퍼가 웨이퍼 적재 영역 내를 이동하고, 웨이퍼 적재 영역의 벽면과 접촉하여, 웨이퍼 등이 파손되는 경우가 있다. 파손을 방지하기 위해, 클램프링에 의해 웨이퍼가 고정된다.
[특허 문헌 1] 미국 특허 공보 제7,153,542호 : 도 6 (a), (b) [특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 제2001-254181호 공보 : 도 1 및 도 2 [특허 문헌 3] 일본 특허 제3144664호 공보 :도 1, 도 2, 청구항 1 [특허 문헌 4] 일본 특허 출원 공개 평4-287912호 공보 : [특허 문헌 5] 미국 특허 공보 제6,634,314호 [특허 문헌 6] 일본 특허 출원 공개 제2007-247066호 공보 : 단락 0023 내지 0025, 0058, 도 12 및 도 18 [특허 문헌 7] 미국 특허 공개 공보 제2007-218701호 [특허 문헌 8]미국 특허 공개 공보 제2007-218702호 [특허 문헌 9] 일본 특허 출원 공표 제2008-516428호 공보(US2006/0073276): 단락 0035, 도 1 내지 도 4 [특허 문헌 10] 일본 특허 출원 공개 평9-115994호 : 도 4, 도 6, 도 7
상기와 같이 복수매의 웨이퍼를 진공 용기 내의 회전 테이블에 회전 방향으로 배치하여 성막 처리를 행하는 장치로서, 발명자는 도 1 및 도 2에 도시하는 구성을 검토하고 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면서 성막 장치의 구성을 구체적으로 설명한다. 도 2는 회전 테이블(2)의 회전 방향으로 장치를 종단하여 전개한 전개도이다. 도면 중의 참조 부호 31은 BTBAS 가스의 공급 수단인 제1 반응 가스 노즐이고, 이 반응 가스 노즐(31)의 하방의 영역이 제1 처리 영역 P1이다. 또한 참조 부호 32는 제2 반응 가스, 예를 들어 오존 가스를 공급하는 수단인 제2 반응 가스 노즐이고, 이 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역이 제2 처리 영역 P2이다. 참조 부호 41, 42는 분리 가스 공급 수단인 분리 가스 노즐이다. 이들 반응 가스 노즐 및 분리 가스 노즐은 회전 테이블(2)의 상방에, 그 회전 테이블(2)의 직경 방향으로 신장되도록 형성되어 있다. 이들 가스 노즐에는, 길이 방향을 따라 배치되는 복수의 토출 구멍이 형성되어 있고, 성막 가스인 BTBAS 가스, 분리 가스인 질소 가스가 대응하는 가스 노즐로부터 하방을 향해 토출된다. 분리 가스 노즐(41, 42)의 양측에는, 천장으로부터 하방으로 돌출된 부채 형상의 볼록 형상부(4)가 설치되고, 이 볼록 형상부(4)와 회전 테이블(2) 사이의 좁은 공간이 분리 영역 D로 된다.
분리 영역 D의 압력의 저하를 방지하기 위해, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 토출된 질소 가스는 분리 영역 D로부터 직접 배기되지 않고, 처리 영역을 향한 후에 배기되도록 되어 있다. 구체적으로 설명하면, 도 17에 실선의 화살표로 나타내는 바와 같이 분리 영역 D로부터 회전 테이블(2)의 회전 방향의 하류측을 향해 흘러 처리 영역 P1을 향한 질소 가스는, 반응 가스 노즐(31)의 상방을 타고 넘어, 반응 가스 노즐(31)과 그 상방의 천장면(45) 사이에 설치된 간극을 통과하고, 그 반응 가스 노즐(31)로부터 또한 상기 회전 방향 하류측에 있어서의 당해 회전 테이블(2)의 외측 위치에 설치된 배기구에 반응 가스 노즐(31)로부터 토출된 BTBAS 가스와 함께 유입되어 배기된다. 도 1의 참조 부호 C는 중심 영역이며, 이 중심 영역 C에는, 처리 영역 P1과 처리 영역 P2의 분위기를 분리하기 위해, 회전 테이블(2)의 기판 적재측에 분리 가스를 토출하는 토출 구멍이 형성되어 있다. 분리 가스로서는 예를 들어 질소 가스 등의 불활성 가스가 사용된다.
그런데, 발명자는 이 장치에 있어서 검토한 결과, 이하의 지식을 얻었다. 회전 테이블(2)의 회전수가 낮은 경우에는 BTBAS 가스의 분자가 반응 가스 노즐(31)의 하방의 처리 영역 P1에 있어서 포화되어, 웨이퍼(W)에 대해 포화 흡착된다고 생각된다. 그러나 높은 처리량을 얻기 위해 회전 테이블(2)이, 예를 들어 120rpm 이상으로 고속 회전하는 경우는, 도 17에 실선의 화살표로 그 흐름을 나타내는 질소 가스의 유속이 높아져, 반응 가스 노즐(31)의 하방의 처리 영역 P1로 잠입하여, 처리 영역 P1 있어서의 BTBAS 가스 농도가 저하되므로 BTBAS 가스의 포화 흡착은 행해지지 않는다고 생각된다. BTBAS 분자의 웨이퍼(W)에의 흡착량은 당해 처리 영역 P1에 있어서의 가스의 농도와 접촉 시간에 비례한다. 그리고 이 경우는 상기와 같이 가스 농도가 저하되어 있으므로, BTBAS 가스 분자의 흡착량이 저하되어 버린다.
또한, 어느 물체를 향해 흐르는 가스류는, 유체 역학상, 가스를 향해 흐르는 정면측보다도, 압력이 낮은 배면측으로 돌아 들어가려고 한다. 즉, 반응 가스 노즐(31)을 향해 흘러 당해 반응 가스 노즐(31)의 하방의 처리 영역 P1로 잠입한 질소 가스는 회전 테이블(2)로부터 상방으로 날아 올라가, 반응 가스 노즐(31)의 상기 회전 방향의 하류측으로 돌아 들어간다. 이때, 반응 가스 노즐(31)로부터 처리 영역 P1로 토출된 BTBAS 가스도 그 질소 가스의 흐름에 따라서, 회전 테이블(2)로부터 상방으로 날아 올라가므로, 처리 영역 P1에 있어서의 BTBAS 가스 농도가 더욱 낮아지는 동시에 BTBAS 가스의 웨이퍼(W)에의 접촉 시간이 짧아져, 결과적으로 BTBAS 가스 분자의 흡착량이 더욱 저하된다.
이들 이유로부터 반응 가스의 웨이퍼(W)에의 접촉 시간을 길게 하여, 반응 가스 농도의 저하를 방지하고, 반응 가스 분자를 충분히 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위해서는 회전 테이블(2)의 회전수를 제한하는 것이 필요해지므로, 처리량을 충분히 상승시킬 수 없게 될 우려가 있었다.
따라서, 본 발명자들은 진공 용기 내에서 웨이퍼의 표면에 서로 반응하는 복수의 반응 가스를 차례로 공급하여 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하고, 웨이퍼가 적재되는 회전 테이블의 주위 방향을 따라 설치되는 제1 반응 가스가 공급되는 처리 영역과, 제2 반응 가스가 공급되는 처리 영역을 이들 처리 영역의 분위기를 분리하기 위한 분리 영역을 구비한 성막 장치에 있어서의 처리량의 향상을 도모해 왔다.
그러나 발명자들은 이 성막 장치에 있어서, 이 반응 챔버 내에서 회전 테이블을 고속으로 회전하면, 웨이퍼가 웨이퍼 적재부인 오목부로부터 부양하여, 회전 테이블로부터 튀어 나올 우려가 있는 것을 발견하였다.
이 성막 장치에 있어서의 프로세스 파라미터의 일례는, ALD를 처리할 때의 챔버 내 압력은, 예를 들어 1067㎩(8Torr)이고, 처리 영역 P1에 공급되는 BTBAS 가스의 유량은 100sccm이고, 처리 영역 P2에 공급되는 오존 가스의 유량은 10slm이고, 분리 공간 D의 각각에 공급되는 질소 가스의 유량은 20slm이다. 이 경우, 챔버 내에서는, 100배 이상의 유량차가 발생하고, 이에 의해 챔버 내의 공간에는 100배 이상의 압력의 차가 발생되어 있다. 이러한 압력차가 있는 공간을, 회전 테이블에 적재된 웨이퍼는 240rpm의 고속 회전하면서 처리 영역 P1, 분리 영역 D, 처리 영역 P2 및 분리 영역 D를 이 순서로 통과할 때에, 웨이퍼는 부양할 우려가 있다.
또한, 회전 테이블의 웨이퍼 적재부(오목부)에 웨이퍼를 적재하였을 때, 웨이퍼의 외주와, 적재부의 오목부 내주에는, 웨이퍼를 이동 탑재하기 위해 기계적 정밀도의 범위에서 간극이 있다. 이 간극에 반응 가스나, 분리 공간에서 사용하는 분리 가스가 10slm의 유량으로 간극에 불어 들어가면, 상술한 압력의 차와 더불어 웨이퍼를 부양시킬 확률을 높이게 된다.
발명자는, 웨이퍼의 부양 현상을 방지하기 위해 웨이퍼의 로크 기구를 생각하였지만, 이 로크 기구에는 웨이퍼 부양을 위한 웨이퍼 주위를 갈고리 형상의 구조물이 필요해진다. 그러나 ALD 성막의 진공 조건은, 1067㎩(8torr)와 점성류 영역이고, 웨이퍼를 로크하는 갈고리 형상의 구조물이 반응 가스나, 분리 공간 D 사이로부터 토출되는 분리 가스의 흐름을 흐트러뜨려, 웨이퍼 표면에 줄무늬 모양을 형성하게 된다.
또한, 이때, 회전 테이블에 적재된 웨이퍼에는, 원심력의 작용도 있는 것은 주지와 같다. 본 발명은, 이러한 압력차, 가스의 토출, 원심력의 작용에 의한 부양 방지와, 그 부양 방지 기구가 부여하는, ALD 성막의 불균일성을 없애는 성막 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 형태는, 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 차례로 웨이퍼의 표면에 공급하고 또한 이 공급 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서, 상기 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블과, 상기 회전 테이블에 웨이퍼를 적재하기 위해 설치된 웨이퍼 적재 영역과, 상기 회전 테이블의 회전 방향으로 서로 이격되어 설치되고, 상기 회전 테이블에 있어서의 상기 웨이퍼의 적재 영역측의 면에 각각 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 위치하는 분리 영역과, 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 진공 용기 내의 중심부에 위치하고, 회전 테이블의 웨이퍼 적재면측에 분리 가스를 토출하는 토출 구멍이 형성된 중심 영역과, 상기 분리 영역의 양측으로 확산되는 분리 가스 및 상기 중심 영역으로부터 토출되는 분리 가스와 함께 상기 반응 가스를 배기하기 위한 배기구와, 상기 분리 영역은, 분리 가스를 공급하기 위한 분리 가스 공급 수단과, 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 천장면과, 상기 웨이퍼 적재부에 설치된 상기 웨이퍼를 승강하기 위한 승강 기구를 구비하고, 상기 승강 기구는, 상기 회전 테이블에 대해 상하 방향으로 이동하는 동시에, 회전 테이블의 반경 방향으로도 이동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2 형태는, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순차 웨이퍼의 표면에 공급하는 사이클을 복수회 행함으로써, 반응 생성물을 적층시켜 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서, 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블과, 상기 회전 테이블의 동일 원주상에 상기 웨이퍼를 적재하기 위해 회전 테이블에 설치된 복수의 웨이퍼 적재부와, 상기 진공 용기 내의 상기 웨이퍼 적재부가 형성된 측에 설치된 제1 반응 가스를 공급하기 위한 제1 반응 가스 공급 수단과, 상기 진공 용기 내의 상기 웨이퍼 적재부가 형성된 측이며, 상기 제1 반응 가스 공급 수단에 대해 이격된 위치에 설치된 제2 반응 가스를 공급하기 위한 제2 반응 가스 공급 수단과, 상기 제1 반응 가스 공급 수단에 의해 제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과, 상기 제2 반응 가스 공급 수단에 의해 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역을 분리하기 위해, 제1 처리 영역과 제2 처리 영역 사이에 설치된 제1 분리 가스를 공급하기 위한 제1 분리 가스 공급 수단과, 상기 진공 용기의 외부로부터 진공 용기의 내부로 상기 웨이퍼를 반송하기 위해 상기 진공 용기의 측벽에 설치된 게이트 밸브에 의해 개폐하는 반송구와, 상기 반송구에 있어서 상기 웨이퍼를 반송하기 위한 웨이퍼 보유 지지 아암을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제3 형태는, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순차 웨이퍼의 표면에 공급하는 사이클을 복수회 행함으로써, 반응 생성물을 적층시켜 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서, 진공 용기의 외부로부터 반송구를 통해 상기 웨이퍼를 반송하고, 진공 용기 내부의 회전 테이블에 웨이퍼를 적재하기 위해 설치된 웨이퍼 적재부에 있어서, 회전 테이블의 중심으로부터 가장 이격된 위치에 웨이퍼를 각 적재하는 공정과, 상기 회전 테이블을 회전시키는 공정과, 상기 진공 용기 내에 서로 이격되어 설치된 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단으로부터, 회전 테이블에 있어서의 웨이퍼 적재부가 형성된 면에, 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급하는 동시에, 제1 반응 가스 공급 수단과 제2 반응 가스 공급 수단 사이에 설치된 분리 가스 공급 수단에 의해 분리 가스를 공급하여, 성막을 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제4 형태는, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순차 웨이퍼의 표면에 공급하는 사이클을 복수회 행함으로써, 반응 생성물을 적층시켜 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서, 진공 용기의 외부로부터 반송구를 통해 반송된 상기 웨이퍼를 적재하기 위해 회전 테이블에 오목 형상으로 형성된 웨이퍼 적재부에 있어서 설치된 승강 기구 상에 배치하는 공정과, 상기 웨이퍼를 배치하는 공정의 종료 후, 상기 승강 기구가 하강함으로써, 상기 회전 테이블의 표면보다도 낮은 위치로 웨이퍼를 이동시키는 제1 하강 이동 공정과, 상기 제1 하강 이동 공정의 종료 후, 상기 승강 기구를 상기 회전 테이블의 반경 방향이며, 외측 방향으로 이동시킴으로써, 상기 웨이퍼가 상기 웨이퍼 적재부의 벽면에 접촉 또는 근접시키는 수평 이동 공정과, 상기 수평 이동 공정의 종료 후, 상기 승강 기구가 하강하여, 상기 웨이퍼를 상기 웨이퍼 적재부의 저부에 적재하는 제2 하강 이동 공정과, 상기 제2 하강 이동 공정의 종료 후, 상기 회전 테이블을 회전시키는 공정과, 상기 진공 용기 내에 서로 이격되어 설치된 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단으로부터, 회전 테이블에 있어서의 웨이퍼 적재부가 형성된 면에, 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급하는 동시에, 제1 반응 가스 공급 수단과 제2 반응 가스 공급 수단 사이에 설치된 분리 가스 공급 수단에 의해 분리 가스를 공급하여, 성막을 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제5 형태는, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순차 웨이퍼의 표면에 공급하는 사이클을 복수회 행함으로써, 반응 생성물을 적층시켜 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서, 반응 가스나, 반응 가스를 분리하기 위한 불활성 가스는, 대유량으로 웨이퍼 적재부인 오목부와 웨이퍼 원주의 간극에 분사되고, 분사된 가스는 웨이퍼(W)의 이면으로 돌아 들어가 웨이퍼(W)를 부양시키는, 이 토출에 의해 부양을 억제하기 위해 웨이퍼 이면과, 오목부의 표면에 홈 혹은 요철을 설치하여, 토출된 불활성 가스를, 반대측으로 유도함으로써 부양을 억제하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제6 형태는, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순차 웨이퍼의 표면에 공급하는 사이클을 복수회 행함으로써, 반응 생성물을 적층시켜 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서, 적재된 웨이퍼는, 복수의 처리 영역과, 복수의 분리 영역을 갖는, 진공 용기에 있어서, 각각의 영역에 있어서 각각 압력이 다른 영역을 회전 테이블에 적재된 웨이퍼가 회전할 때에 발생하는 웨이퍼가 부양하는 현상이 있다. 이 현상을 억제하기 위해, 회전 테이블에 오목부를 형성하고, 웨이퍼에 적재부로 한다. 웨이퍼는, 적재부에 적재되는 동시에, 웨이퍼 원주부를 클램프링으로 로크하여 웨이퍼의 부양을 억제하는 로크 기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제7 형태는, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순차 웨이퍼의 표면에 공급하는 사이클을 복수회 행함으로써, 반응 생성물을 적층시켜 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서, 이때 점성류 영역의 진공도로 성막을 행하는 ALD 성막에서는, 상기 로크 기구를 구비하면, 반응 가스는 흐름의 장해로 되는 구조물이 웨이퍼의 근방에 있으면, 성막의 균일성은 나빠진다. 따라서, 로크 기구의 형상은, 예를 들어 유선 형상으로 하여 반응 가스의 흐름에 난류를 야기시키지 않는 형상으로 하고, 또한 로크 기구와, 회전 테이블의 표면과, 웨이퍼의 표면의 높이의 위치 관계로부터도, 반응 가스의 흐트러짐을 일으키지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제8 형태는, 진공 용기의 외부로부터 반송구를 통해 웨이퍼를 진공 용기로 반송한 후, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순차 웨이퍼의 표면에 공급하는 사이클을 복수회 행함으로써, 반응 생성물을 적층시켜 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서, 상기 웨이퍼를 보유 지지하기 위한 2개의 막대 형상의 보유 지지부를 갖는 웨이퍼 보유 지지 아암이며, 한쪽 보유 지지부에는, 웨이퍼를 보유 지지하기 위한 웨이퍼 보유 지지부가 적어도 1개소 설치되어 있고, 다른 쪽 보유 지지부에는, 웨이퍼를 보유 지지하기 위한 웨이퍼 보유 지지부가 적어도 2개소 설치되어 있는 웨이퍼 보유 지지 아암에 의해, 웨이퍼를 적재하기 위해 회전 테이블에 오목 형상으로 형성된 웨이퍼 적재부의 바로 위로 반송하는 웨이퍼 도입 공정과, 상기 웨이퍼 도입 공정의 종료 후, 상기 웨이퍼 보유 지지 아암을 하강시킴으로써, 상기 회전 테이블의 표면보다도 낮은 위치로 상기 웨이퍼를 이동시키는 제1 하강 이송 공정과, 상기 제1 하강 이송 공정의 종료 후, 상기 웨이퍼 보유 지지 아암을 상기 회전 테이블의 반경 방향이며, 회전 테이블의 외측 방향으로 이동시킴으로써, 상기 웨이퍼가 상기 웨이퍼 적재부의 벽면에 접촉 또는 근접시키는 수평 이송 공정과, 상기 수평 이송 공정의 종료 후, 상기 웨이퍼가 상기 웨이퍼 적재부의 저부에 접촉할 때까지 상기 웨이퍼 보유 지지 아암을 하강시키는 제2 하강 이송 공정과, 상기 제2 하강 이송 공정의 종료 후, 상기 회전 테이블을 회전시키는 공정과, 상기 진공 용기 내에 서로 이격되어 설치된 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단으로부터, 회전 테이블에 있어서의 웨이퍼 적재부가 형성된 면에, 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급하는 동시에, 제1 반응 가스 공급 수단과 제2 반응 가스 공급 수단 사이에 설치된 분리 가스 공급 수단에 의해 분리 가스를 공급하여, 성막을 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단면도.
도 2는 상기한 성막 장치의 내부의 개략 구성을 도시하는 사시도.
도 3은 상기한 성막 장치의 횡단 평면도.
도 4는 상기한 성막 장치에 있어서의 처리 영역 및 분리 영역을 도시하는 종단면도.
도 5는 웨이퍼와 오목부의 직경의 차이를 도시하는 개략도.
도 6은 상기한 성막 장치의 일부 파단 사시도.
도 7은 웨이퍼와 오목부의 웨이퍼 접촉면의 홈 형상과 볼록 형상 돌기물을 도시하는 도면.
도 8은 상기한 성막 장치의 웨이퍼 승강 핀, 클램프링 승강 핀 단면 개략도.
도 9는 클램프링 단면 형상을 도시하는 도면.
도 10은 상기 클램프링의 다른 예를 도시하는 도면.
도 11은 클램프링 및 갈고리의 형상을 도시하는 개략도.
도 12는 클램프링, 웨이퍼, 회전 테이블의 위치 관계를 모식적으로 도시하는 측면도.
도 13은 웨이퍼 승강 핀과 클램프링 승강 핀을 포함하는 승강 기구를 도시하는 단면도.
도 14는 웨이퍼의 중심과 오목부의 중심이 어긋나도록(편심되도록) 웨이퍼를 오목부에 적재하기 위해 이용되는 위치 검출부를 모식적으로 도시하는 도면.
도 15a, 도 15b는 회전 테이블 상에 웨이퍼를 적재하는 시퀀스를 도시하는 측면도.
도 16은 본 발명의 성막 장치를 사용한 웨이퍼 처리 시스템의 일례를 도시하는 개략 평면도.
도 17은 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스 및 분리 가스의 흐름을 도시하는 도면.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 웨이퍼의 표면이 서로 반응하는 복수의 반응 가스를 순차 공급하여 반응 생성물로 이루어지는 층을 적층함으로써 박막을 형성하는 경우에 있어서, 고속으로 회전하는 회전 테이블에 적재된 웨이퍼의 튀어 나옴을 방지하여 성막되는 웨이퍼의 균열이나 절결을 방지할 수 있다. 이에 의해, 불량품의 발생을 방지하는 동시에, 파티클 등의 발생을 방지하여, 청정한 환경에 있어서 성막을 행하는 것이 가능해지므로, 콘타미네이션의 혼입을 최대한 줄일 수 있어, 불순물이 혼입되지 않는 고품질의 박막의 성막을 행하는 것이 가능해진다.
또한, 다른 발명에 따르면 고속으로 회전하는 회전 테이블에 설치한, 웨이퍼를 적재하는 오목부 중에서 웨이퍼가 이동하거나, 진동하는 것을 방지하여 성막되는 웨이퍼의 균열이나 절결을 방지할 수 있다. 이에 의해, 불량품의 발생을 방지하는 동시에, 파티클 등의 발생을 방지하여, 청정한 환경에 있어서 성막을 행하는 것이 가능해지므로, 콘타미네이션의 혼입을 최대한 줄일 수 있어, 불순물이 혼입되지 않는 고품질의 박막의 성막을 행하는 것이 가능해진다.
본 발명의 실시 형태인 성막 장치는, 도 1에 도시하는 바와 같이 평면 형상이 대략 원형인 편평한 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되고, 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 들어올려진다.
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 저부(14)를 관통하고, 그 하단부가 당해 회전축(22)을 연직축 주위로, 이 예에서는 시계 방향으로 회전시키는 구동부(23)에 장착되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는 상면이 개방된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 케이스체(20)는 플랜지 부분(20a)을 통해 진공 용기(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 장착되어 있어, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지되어 있다.
회전 테이블(2)의 표면에는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이 회전 방향(주위 방향)을 따라 복수매, 예를 들어 5매의 웨이퍼를 적재하기 위한 원 형상의 적재부를 이루는 오목부(24)가 형성되어 있다. 또한 도 4에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 그리고 있다. 여기서 도 4는, 회전 테이블(2)을 동심원을 따라 절단하고 또한 가로로 전개하여 도시하는 전개도이며, 웨이퍼를 적재하는 오목부(24)는, 도 5에 도시하는 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 적재하면, 웨이퍼(W)의 표면은 회전 테이블(2)의 표면[웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역]과 동등한 높이에 있다. 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면 사이의 높이의 차가 크면 그 단차 부분에서 가스의 흐름에 흐트러짐이 발생하므로, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면의 높이를 일치시키는 것이, 막 두께의 면내 균일성을 고르게 하는 관점에서 바람직하다. 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면이 높이가 동등하다라 함은, 동일한 높이이거나 혹은 양면의 차가 5㎜ 이내인 것을 말하지만, 가공 정밀도 등에 따라서 가능한 한 양면의 높이의 차를 제로에 근접하게 하는 것이 바람직하다. 오목부(24)의 저부에는, 웨이퍼(W)의 이면을 지지하여 당해 웨이퍼(W)를 승강시키기 위한, 예를 들어 후술하는 3개의 승강 핀(16)(도 6 참조)이 관통하는 통과 구멍이 형성되어 있다.
오목부(24)의 원주부와, 적재된 웨이퍼의 주연부의 간극에, 반응 가스나 불활성 가스의 다량의 가스의 분사에 의해, 웨이퍼가 떠올려질 우려가 있다. 이것을 억제하기 위해 오목부(24)의 표면(저면)에, 도 7의 (a), 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이 방사상의 연통 홈(24a)을 구비하여, 회전 테이블 원주부와 웨이퍼 주연부로부터 불어 넣어진 가스를 방사상의 연통 홈(24a)을 통해 우회시켜 웨이퍼의 부양을 억제하도록 해도 좋다. 또한, 연통 홈(24a) 대신에 도 7의 (a), 도 7의 (c)에 도시하는 바와 같이 하여, 섬부(24b)를 형성하여 웨이퍼의 이면측에 가스의 통과 공간을 확보해도 좋다.
또한, 오목부(24)의 표면(저면)에 연통 홈(24a)이나 섬부(24b)를 형성하는 대신에, 도 7의 (b) 및 도 7의 (c)에 도시하는 바와 같이, 연통 홈(24a)이나 섬부(24b)가 형성된, 오목부(24)에 적재 가능한 플레이트(또는 페디스털)(24P)를 오목부(24)에 적재해도 좋다.
오목부(24)는 웨이퍼(W)를 위치 결정하여 회전 테이블(2)의 회전에 수반되는 원심력에 의해 튀어 나오지 않도록 하기 위한 것으로, 본 발명의 웨이퍼 적재부에 상당하는 부위이지만, 웨이퍼 적재부는, 오목부에 한정되지 않고 예를 들어 회전 테이블(2)의 표면에 웨이퍼의 주연을 가이드하는 가이드 부재라도 좋다. 회전 테이블(2)에는, 도 13에 도시하는 바와 같이 각 오목부(24)에 대응하여 웨이퍼 승강용 승강 핀(16)이 통과하기 위한 관통 구멍(16a)과, 클램프링 승강용 승강 핀(17)이 관통하는 관통 구멍(17a)이 형성되어 있다. 관통 구멍(16a)은, 예를 들어 오목부(24)의 저면에 3개소 형성되고, 관통 구멍(17a)은 오목부의 주위에 4개소 형성되어 있다. 도 8은 오목부(24a) 및 그 주위 부분을 도시하고 있고, 승강 핀(16, 17)과 클램프링(18)을 도시하고 있다. 클램프링(18)은, 오목부(24)의 주위 방향을 따른 링 형상으로 형성되고, 링 형상의 내경은 웨이퍼(W)의 외경보다도 작다. 또한, 클램프링(18)은 승강 핀(17)에 의해 승강되고, 승강 핀(17)이 하강하였을 때에 오목부(24) 내의 웨이퍼(W)의 표면 주연부에 적재된다. 즉, 클램프링(18)은, 회전 테이블(2)의 회전시에 웨이퍼(W)의 튀어 나옴을 방지하는 로크부로서 기능한다. 또한, 클램프링(18)은 웨이퍼의 표면 주연부에 접촉하지 않고, 간극을 남기도록 구성해도 좋다.
클램프링(18)은, 도 9의 (a)에 도시하는 구조라도 좋지만, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이 웨이퍼의 표면을 흐르는 반응 가스 및 분리 가스의 기류를 흐트러뜨리지 않도록 원호 형상의 단면을 갖고 있으면 바람직하다. 도 10에, 상기 클램프링의 형상의 다른 예를 도시한다. 도 10의 (a), (b), (c)는, 성막에 따라 다른 반응 가스의 종류에 따라, 최량의 형상을 선택하면 된다.
클램프링(18)은, 웨이퍼(W)를, 회전 테이블(2)의 회전에 수반되는 원심력과 챔버 내에 존재하는 압력차에 의한 웨이퍼(W)의 부양에 의해 튀어 나오지 않도록 하기 위한 것이므로, 클램프링(18)의 링 형상의 내경을 웨이퍼(W)의 외경보다도 크게 하고(예를 들어 직경 300㎜인 웨이퍼에 대해 직경 300㎜＋1 내지 5㎜), 도 11의 (a)에 도시하는 바와 같이, 링 본체로부터 내측으로 돌출되도록 복수의 갈고리(25)를 형성하고, 이 갈고리에 의해 웨이퍼(W)의 표면 주연부를 로크하도록 클램프링(18)을 구조해도 좋다. 또한, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이, 복수의 갈고리(25)는 회전 테이블(2)의 회전 중심을 중심으로 하는 원(화살표로 나타내는 선)의 원주를 따른 위치에 배치되고, 이에 의해 가스 기류의 흐트러짐에 의한 웨이퍼(W)에의 영향이 저감된다. 이 경우, 갈고리(25)는 회전 테이블(2)의 회전 중심을 중심으로 하는 원의 원주를 따라 만곡되어 있어도 좋다. 또한, 도 11의 (c)에 도시하는 바와 같이, 클램프링(18)은 갈고리(25) 대신에, 웨이퍼의 표면 주연부를 덮도록 클램프링(18)의 본체로부터 내측으로 돌출되는 플랜지 형상부(26)를 가져도 좋다. 이 클램프링(18)은, 반응 가스가 웨이퍼 이면으로 돌아 들어가 웨이퍼의 이면에 성막되는 것을 저감할 수 있는 점에서 유리하다. 클램프링(18)의 형상은, 상술한 바와 같이 반응 가스의 종류에 따라 최량의 형상을 선택하면 된다.
다음에, 도 12의 (a) 내지 (f)를 참조하면서, 회전 테이블(2)의 표면 상을 흐르는, 반응 가스 기류를 정류하기 위한 구조를 설명한다. 도 12의 (a) 내지 (c)는, 회전 테이블(2)의 표면과 클램프링(18)의 상면이 동일면을 형성하는 예를 도시하고 있다. 도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이, 클램프링(18)은 플랜지 형상부(26)를 갖고, 플랜지 형상부(26)의 하면이 웨이퍼(W)의 표면 외주부에 접촉되어 있다. 도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이, 클램프링(18)은 갈고리(25) 또는 플랜지 형상부(26)를 갖고, 갈고리(25) 또는 플랜지 형상부(26)의 하면은 웨이퍼(W)의 표면에는 접촉되지 않는다. 도 12의 (c)에 도시하는 바와 같이, 클램프링(18)은 갈고리(25) 또는 플랜지 형상부(26)를 갖고, 갈고리(25) 또는 플랜지 형상부(26)의 하면은, 웨이퍼(W)의 외측 테두리를 향해 낮아지도록 경사지고, 웨이퍼(W)의 표면은 선 접촉을 한다.
도 12의 (d) 내지 (f)는, 회전 테이블(2)과 웨이퍼 표면은 동일한 높이에 있고, 이들에 비해 클램프링(18)의 상면이 높다. 도 12의 (d)에 도시하는 바와 같이, 클램프링(18)은 플랜지 형상부(26)를 갖고, 플랜지 형상부(26)의 하면이 웨이퍼(W)의 표면 외주부에 접촉되어 있다. 도 12의 (e)에 도시하는 바와 같이, 클램프링(18)은 갈고리(25) 또는 플랜지 형상부(26)를 갖고, 갈고리(25) 또는 플랜지 형상부(26)의 하면은 웨이퍼(W)의 표면에는 접촉되지 않는다. 도 12의 (f)에 도시한 바와 같이, 클램프링(18)은 갈고리(25) 또는 플랜지 형상부(26)를 갖고, 갈고리(25) 또는 플랜지 형상부(26)의 하면은, 웨이퍼(W)의 외측 테두리를 향해 낮아지도록 경사지고, 웨이퍼(W)의 표면은 선 접촉을 한다.
또한 진공 용기(1)의 측벽에는 도 2, 도 3 및 도 5에 도시하는 바와 같이 외부의 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있고, 이 반송구(15)는 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다. 또한 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재부인 적재부의 오목부(24)는 이 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해지므로, 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재부의 하방측에 있어서 당해 전달 위치에 대응하는 부위에, 적재부의 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어 올리기 위한 전달용 승강 핀(16)을 상하로 움직이게 하는 구동부(19)(도 13 참조)가 설치된다.
또한, 웨이퍼의 부양을 제한하는 클램프링(18)에 대해서도 회전 테이블(2)의 적재부의 하방측에 있어서 당해 전달 위치에 대응하는 부위에, 오목부 주변부를 관통하여 클램프링(18)을 이면으로부터 들어 올리기 위한 전달용 승강 핀(17)이 도 13에 도시하는 바와 같이 설치된다. 승강 핀(16)과 승강 핀(17)의 길이는 서로 다르고, 구동부(19)는 승강 핀(16, 17)의 양쪽을 승강한다.
다음에 상술한 실시 형태의 작용(또는 성막 방법)에 대해 설명한다. 우선, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하고, 외부로부터 반송 아암(10)에 의해 반송구(15)를 통해 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재부, 적재부의 오목부(24) 내에 전달한다. 이 전달은, 적재부의 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지하였을 때에 도 6에 도시하는 바와 같이 적재부의 오목부(24)의 저부의 관통 구멍을 통해 진공 용기의 저부측으로부터 웨이퍼 승강 핀(16)과 클램프링 승강 핀(17)이 승강함으로써 행해진다.
본 실시 형태에 있어서 사용하는 웨이퍼(W)의 직경은 300㎜이고, 오목부(24)의 직경은 304㎜이다. 따라서, 오목부(24)가 웨이퍼(W)보다도 4㎜ 크다. 원심력에 의해 오목부(24) 내에서 웨이퍼가 이동하는 것을 억제하기 위해, 웨이퍼(W)가 오목부(24) 내로 편심되도록 적재하는 방법을 서술한다. 웨이퍼(W)를 웨이퍼 승강 핀(16) 상에 적재하기 전에, 도 14에 도시하는 예를 들어 CCD 카메라(104)를 포함하는 위치 검출부에 의해, 오목부의 원주 위치를 측정하여, 원주부 위치 데이터를 도 3에 도시하는 제어부(100)로 송신한다. 송신된 제어부(100)는, 일시 보관 에어리어에 오목부 원주 위치 검출 데이터를 보관한다. 보관된 오목부 원주 위치 검출 데이터를 바탕으로, 오목부(24) 내에 있어서 웨이퍼(W)가 회전 테이블(2)의 외측 테두리측으로 최대한 어긋나 적재되도록 하기 위해 필요한, 반송 아암(10)의 이동 거리를 산출한다. 또한, CCD 카메라(104)는 고정되어 있고, CCD 카메라(104)의 각 화소 상의 XY 좌표에 있어서 오목부(24)의 중심 위치가 파악되어 있고, 이 중심 위치와, CCD 카메라(104)의 촬영 결과로부터 구한 웨이퍼(W)의 중심 위치로부터, 제어부는, 오목부 내의 소정 위치(오목부의 중심에 대해 웨이퍼의 중심이 회전 테이블의 회전에 수반되는 원심력이 작용하는 방향으로 변이한 위치)에 웨이퍼가 배치되도록 반송 아암(10)을 제어한다. 이 소정 위치는 제어부의 메모리 내에 미리 기억되어 있고, 웨이퍼가 오목부의 측벽에 닿거나 혹은 극히 가까운 위치이다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 회전 테이블(2)의 오목부(24)에 있어서, 웨이퍼(W)의 전달을 위한 승강 핀(16)을 상하 방향 및 반경 방향으로 이동시키기 위한 구동부(19)가 설치되어 있다. 이 구동부(19)의 동작은, 도 3에 도시하는 제어부(100)로부터의 제어 신호에 기초하여 제어된다. 구체적으로는, 3개의 승강 핀(16)을 승강시키는 것이 가능하다. 또한 3개의 승강 핀(16)을 동시에 반경 방향으로 이동시키도록 해도 좋다. 이 경우, 반송 아암(10)은, 웨이퍼(W)의 중심과 오목부(24)의 중심이 일치하도록 웨이퍼를 오목부(24)의 상방에 보유 지지하고, 승강 핀(16)에 웨이퍼(W)를 수취시킨 후에, 승강 핀(16)이 반경 방향으로 소정의 거리 이동함으로써, 웨이퍼(W)를 오목부(24)의 외주측에 위치시킬 수 있다. 또한, 승강 핀(16)만이 상하 방향 및 반경 방향으로 이동해도 좋고, 승강 핀(16) 및 승강 핀 이동부(도 13의 참조 부호 17a 참조)가 일체로 되어, 상하 방향 및 반경 방향으로 이동해도 좋다.
다음에, 도 15a, 도 15b를 참조하면서, 본 실시 형태에 있어서의 웨이퍼(W)의 전달의 수순에 대해 설명한다.
도 15의 (a)에 도시하는 바와 같이, 이동 탑재를 개시하기 전에 있어서는, 회전 테이블(2)은 미리 설치된 위치 검출 수단에 의해 회전 테이블(2)에 개방된 관통 구멍을 웨이퍼용 승강 핀(16), 클램프링용 승강 핀(17)이 통과할 수 있도록 위치하고 있다. 반송 아암(10)에 적재되어 있는 웨이퍼(W)는, 웨이퍼 케이스(도시하지 않음)로부터 1매 취출된다.
도 15의 (b)에 도시하는 바와 같이, 승강 핀(17)이 구동부(19)에 의해 상승하여, 오목부(24)의 저부에 형성된 관통 구멍(17a)으로 들어가, 도 15의 (c)에 도시하는 바와 같이, 클램프링(18)을 들어 올린다. 이때, 웨이퍼용 승강 핀(16)도 또한 구동부(19)에 의해 상승하여, 도 15의 (d)에 도시하는 바와 같이 관통 구멍(16a)을 빠져 나간다. 계속해서, 반송 아암(10)이 클램프링(18)과 웨이퍼용 승강 핀(16)의 선단 사이로 진입하고, 이 위치에 웨이퍼(W)를 보유 지지한다. 이때의 웨이퍼(W)는, 오목부(24)의 상방에 있어서, 위치 검출부를 이용하여 산출된 이동 거리만큼 반송 아암(10)이 이동함으로써, 웨이퍼(W)가 오목부(24)에 편심되어 적재될 수 있는 위치에 보유 지지되어 있다. 이 후, 승강 핀(16)이 구동부(19)에 의해 더욱 상승하고, 도 15의 (f)에 도시하는 바와 같이 반송 아암(10)으로부터 웨이퍼(W)를 들어 올린다.
도 15의 (g) 및 (h)에 도시하는 바와 같이, 반송 아암(10)이 클램프링(18)의 하방의 위치로부터 퇴출된 후, 클램프링(18)용 승강 핀(17), 웨이퍼(W)용 승강 핀(16)은 하강을 개시한다. 이에 의해, 도 15의 (i)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)는 오목부(24)에 적재되고, 도 15의 (j)에 도시하는 바와 같이, 클램프링(18)이 회전 테이블(2) 상에 적재된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면 외측 테두리부를 로크한다. 도 15의 (k)에 도시하는 바와 같이, 클램프링(18)용 승강 핀(17)이 더 하강하여, 관통 구멍(17a)으로부터 빠져 나오면, 회전 테이블(2)은 회전 가능해진다.
웨이퍼(W)는, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 외주 방향에 있어서, 회전 테이블(2)의 오목부(24)의 내벽면과 접촉 또는 근접하고 있으므로, 회전 테이블(2)이 고속으로 회전해도, 원심력에 의해 웨이퍼(W)가 회전 테이블(2)의 적재부의 오목부(24)의 벽면과 강하게 충돌하는 일은 없으므로, 웨이퍼(W)의 균열의 발생이나, 절결이 발생할 가능성은 극히 낮다. 이로 인해, 웨이퍼(W)와 회전 테이블(2)의 적재부의 오목부(24)의 벽면이 접촉함으로써 발생하는 파티클의 발생을 방지할 수 있고, 이것에 기인하여 발생하는 장치 내의 환경 오염이나 성막되는 막 중에의 불순물의 혼입을 방지할 수 있다.
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, 플로피(등록 상표) 디스크 등의 기억 매체로부터 제어부(100) 내에 인스톨된다.
이상 서술한 성막 장치를 사용한 웨이퍼 처리 장치에 대해 도 16에 도시해 둔다. 도 16 중, 참조 부호 101은 예를 들어 25매의 웨이퍼를 수납하는 후프라 불리는 밀폐형의 반송 용기를 나타내고, 참조 부호 102는 반송 아암(103)이 배치된 대기 반송실을 나타내고, 참조 부호 104 및 105는 대기 분위기와 진공 분위기 사이에서 분위기가 전환 가능한 로드 로크실(예비 진공실)을 나타내고, 참조 부호 106은 2기의 반송 아암(107a 및 107b)이 배치된 진공 반송실을 나타내고, 참조 부호 108 및 109는 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 장치를 나타내고 있다. 반송 용기(101)는 도시하지 않은 적재부를 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(105)] 내로 반입되어 당해 실 내를 대기 분위기로부터 진공 분위기로 전환하고, 그 후 반송 아암(107a 또는 107b)에 의해 웨이퍼가 취출되어 성막 장치(108 및 109) 중 한쪽에 반입되어, 상술한 성막 처리가 행해진다. 이와 같이 예를 들어 5매 처리용 본 발명의 성막 장치를 복수개, 예를 들어 2개 구비함으로써, 이른바 ALD(MLD)를 높은 처리량으로 실시할 수 있다.
이상과 같은 성막 장치의 구성에 있어서 웨이퍼가 튀어 나오는 원인으로서 생각할 수 있는 것은, 도 17에 도시하는 바와 같이 기류의 흐름을 생각할 수 있다.
상술한 바와 같이, 예를 들어 처리 영역 P1에 공급되는 BTBAS 가스의 유량은 100sccm이고, 처리 영역 P2에 공급되는 오존 가스의 유량은 1slm이고, 2개의 분리 영역에 각각 공급되는 분리 가스의 유량은 10slm이고, 중심부로부터 반응 가스의 혼합을 방지하기 위해 중심 영역 C로부터 공급되는 질소 가스의 유량은 10slm이다. 또한, 챔버 압력은 8Torr이고, 회전 테이블의 회전 속도는 240rpm이다. 이 경우, 반응 가스 및 분리 가스는 도 17에 도시하는 화살표와 같은 흐름을 형성한다. 동시에, 챔버 내에 있어서는, 처리 영역 P1, 분리 영역 D 및 처리 영역 P2의 각각에서 압력이 다르므로, 웨이퍼를 로크하지 않고 회전 테이블(2)에 적재하면 웨이퍼는 부양되어 파손될 우려가 있다.
도 17을 사용하여 본 실시 형태에 의한 성막 장치의 다른 특징을 서술한다. 이 예는, 오목부(24), 승강 핀(16, 17), 클램프링(18)의 구조나 웨이퍼의 이동 탑재의 방법에 대해서는 상술한 바와 같다.
도시한 바와 같이, 진공 용기(1) 내에는, 제1 반응 가스(예를 들어 BTBAS 가스)가 공급되는 처리 영역 P1을 포함하는 확산 영역(48)과, 제2 반응 가스(예를 들어, 오존 가스)가 공급되는 처리 영역 P2를 포함하는 확산 영역(49)이 형성되어 있다. 여기서 확산 영역(49)의 면적은, 확산 영역(48)의 면적에 비교하여 2배 이상 크고, 구체적으로는 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 보아 약 180의 중심 각도를 갖고 있다. 또한, 이 확산 영역(49)에 있어서의 반응 가스 노즐(32)의 위치가, 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측 전반 중에 위치하고 있고, 배기 영역(6)이 하류측 후반에 위치하고, 이 배기 영역(6) 중에 배기구(62)가 설치되어 있다. 이 구성에 의해 분리 영역 D의 대략 중앙에 배치된 분리 가스 노즐(42, 41)로부터 공급된 질소 가스와, 반응 가스 노즐(32)로부터 공급한 오존 가스가 함께 실선 화살표와 같이 배기구(62)로부터 배기된다.
이러한 가스의 흐름하에서는, 회전 테이블(2)에 보유 지지되어 회전하는 웨이퍼의 표면에 대해, 확산 영역(48), 상세하게는 처리 영역 P1에 있어서 반응 가스 노즐(31)로부터 공급된 BTBAS 가스가 흡착된다. 계속해서, 웨이퍼가 확산 영역(49)으로 들어가 확산 영역(49) 내를 이동하는 동안, 상술한 바와 같이 흐르는 오존 가스에 웨이퍼의 표면이 노출되고, 이에 의해 웨이퍼의 표면의 BTBAS 가스와 오존 가스에 의해 산화된다. 약 180도의 중심 각도를 갖는 확산 영역(49)의 비교적 긴 거리를 이동 중에, 산화 반응이 일어나므로, 웨이퍼의 표면에 흡착된 BTBAS 가스가 충분히 산화된다. 이 결과, 1회전당 성막 속도를 크게 향상시킬 수 있다. 즉, 확산 영역(48) 및 확산 영역(49)이 동등한 면적을 갖는 경우에 비해, 성막 속도를 향상시킬 수 있는 이점을 제공할 수 있다.
도 17에 있어서, 중심 영역 C로부터는, 불활성 가스가 실선 화살표와 같이 방사상으로 진공 용기(1) 내부에 공급되고 있으므로, 처리 영역 P1 및 P2에 각각 공급되는 반응 가스로부터, 회전 테이블(2)의 중앙부에 존재하는 코어부(21)를 포함하는 회전 기구에 반응 부생성물이 부착되거나, 회전 기구가 반응 가스에 의해 부식되는 일이 없다. 또한, 중앙으로부터 공급되는 불활성 가스는 분리 영역 D로부터 공급되는 불활성 가스와 함께, 처리 영역 P1 및 P2에 각각 공급되는 반응 가스가, 진공 용기(1) 내부에서 혼합되어 반응함으로써, 진공 용기(1)의 내벽 등에 부착되는 것을 저감하고 있다.
ALD 프로세스의 제1 반응 가스로서의 BTBAS는, 반응 가스 노즐(31)로부터 진공 용기 내의 처리 영역 P1의 내부에 공급된다. 반응 가스 노즐(31)이, 진공 용기(1)의 측벽으로부터 회전 테이블의 중심 영역 C의 방향으로, 반응 가스 노즐(31)의 상방에 공간이 생기도록 도입되므로, 분리 가스는 반응 가스 노즐(31)과 천장면(45) 사이의 공간을 흐르기 쉽고, 반응 노즐(31)의 하방의 처리 영역 P1을 흐르기 어려워진다. 즉, 처리 영역 P1을 우회하고 나서, 처리 영역 P1의 외주측이고, 또한 회전 테이블(2)의 외주측에 설치된 배기 영역(6) 중의 배기구(61)를 향하는 분리 가스의 흐름이 형성된다. 처리 영역 P1의 회전 테이블(2)에 있어서의 양측에는, 2개의 분리 영역 D가 각각 형성되어 있다. 이들 분리 영역의 중앙에는 질소 가스 노즐(41 및 42)이 설치되어 불활성 가스인 N2 가스가 회전 테이블의 방향으로 분사되는 구성으로 되어 있다. 불활성 가스는, 분리 영역 D를 구성하는 볼록 형상부(4)와 회전 테이블(2) 사이에 설치된 극히 협애한 공간[볼록 형상부(4)의 하면{도 4에 도시하는 천장면(44)}과 회전 테이블(2) 사이의 공간] 중에서 확산되어, 인접하는 처리 영역 P1과 처리 영역 P2의 방향으로 배기되는 기류의 흐름을 형성한다. 이에 의해, 처리 영역 P1 및 처리 영역 P2의 각각에 공급되는 반응 가스가 분리 영역 D의 협애한 공간으로 흘러 들어가 반응하는 일이 없다. 분리 영역의 외주측이며, 또한 회전 테이블(2)의 외주측에 있어서의 진공 용기의 측벽(챔버 월)과 분리 영역 사이의 간극을, 회전 테이블이 원활하게 회전하기 위해서는 충분한 간격이기는 하지만, 가스의 배기 공간으로서는 작용하기 어려운 좁은 간극으로 하는 것과, 처리 영역 P1의 외주에 설치한 배기구(61)와 처리 영역 P2의 외주에 설치한 배기구(62)의 방향으로, 처리 영역 P1 및 P2에 각각 공급되는 반응 가스와 인접하는 분리 영역 D로부터 공급되는 불활성 가스(질소 가스)의 양자를 배기함으로써, 양 반응 가스를 충분히 분리할 수 있다. 이 양자의 가스를 배기구(61, 62)에 흘리는 기류의 흐름(도 17의 실선의 화살표로 도면 중에 기재되어 있음)에 의해, 다음 3가지의 효과를 달성할 수 있다.
제1 효과 : 반응 가스 노즐(31, 32)로부터 각각 공급된 반응 가스가 회전 테이블 상에 적재된 웨이퍼에 공급되어 표면 반응에 사용되면, 반응 가스 노즐(31, 32)의 길이 방향에 대해 교차하는 방향으로 가스의 기류의 흐름이 형성되므로, 항상 웨이퍼 상에 새로운 가스를 공급할 수 있다. 환언하면 인접한 노즐 내의 개구 구멍으로부터 공급되는 프로세스 가스를 사용 완료 가스(반응에 사용된 가스)에 의해 새롭게 공급되는 프로세스 가스가 방해되지 않는다.
제2 효과 : 처리 영역에 공급된 반응 가스가, 분리 영역 내로 들어가, 반응하지 않도록 할 수 있다.
제3 효과 : 반응 가스 노즐(32)로부터 공급되는 가스가, 확산 영역(49) 중에서 흐름을 형성함으로써, 확산 영역(48)보다도 넓은 면적으로 구성된 확산 영역(49)의 면적 내에서 시간을 들여, ALD 반응의 성막 처리를 회전 테이블 상에 적재된 웨이퍼 상에서 실행할 수 있다. 따라서, 확산 영역(48)과 확산 영역(49)이 동등한 면적을 갖는 경우에 비해, 동일한 회전 속도라도 비교적 고속의 성막 속도를 달성할 수 있다.
이상과 같이 예를 들어 240rpm의 고속의 회전 속도로 성막을 실시하면, 예를 들어 10 내지 30rpm의 저속의 회전 속도로 성막을 실시할 때에 비해, 각 웨이퍼에 대해 큰 원심력이 작용하여, 웨이퍼를 수납하고 있는 회전 테이블(2) 표면에 설치한 오목부 중에서 웨이퍼가 이동하거나, 떠오르거나, 진동하거나, 최후에는 튀어 나오는 현상을 야기시킬 우려가 있다. 따라서, 본 발명의 발명자는, 웨이퍼에 미치는 이들 현상의 원인을 명확하게 하기 위해, 진공 용기의 천장판(11)을 투명한 아크릴판으로 변경하여 상술한 성막 조건하에서 웨이퍼의 모습을 진공 용기(1)의 상부로부터 관찰한 결과, 웨이퍼의 떠오름, 진동, 튀어 나옴이 발생하는 원인이, 원심력과 함께, 웨이퍼가 회전 테이블의 회전에 수반하여, 진공 용기(1) 내에 있어서 분리 영역 D로부터 처리 영역 P1(또는 P2)에 접어들었을 때에 웨이퍼가 받는 가스 압력의 차, 환언하면 각 영역에 공급되는 가스 유량의 차이가 웨이퍼에 미치는 영향이 부가되어, 이들 현상이 발생하는 것을 알 수 있었다.
이들의 복합적인 원인에 기초하는 웨이퍼의 튀어 나옴, 이동, 충돌, 진동 중에서 특히 튀어 나옴에 대해, 적어도 회전 테이블(2)의 웨이퍼를 수납하는 오목부(24)의 근방에, 웨이퍼가 튀어 나오는 것을 방지하는 로크부를 설치하는 것이 좋다는 결론을 얻는 것에 이르렀다. 실시예의 성막 조건에서는 반응 가스로서, BTBAS : 100sccm, 오존 : 10slm, 질소 : 10slm을 흘려 SiO2막의 성막을 행하였기 때문에, sccm 및 slm의 단위의 차로부터도 용이하게 이해되는 큰 유량의 차가 분리 영역과 처리 영역의 경계를 사이에 두고 발생하고 있다. 이와 같이 진공 용기(1) 내에서 큰 압력차가 발생하는 것은, 복수의 처리 영역이 서로 연통되어 있기는 하지만, 복수의 처리 영역 사이에 설치되는, 불활성 가스를 흘리고 있는 협애한 공간에 의해, 복수의 반응 가스가 서로 분리되어 있는 상태가 형성되기 때문이다. 또한, 성막 속도를 대폭 향상시키는 기술로서, 웨이퍼를 적재하고 있는 회전 테이블(2)을 240rpm이라고 하는 고속 회전을 해도, 분리 영역 D의 기능을 유지할 수 있는 구성이 실현되었다.
본 발명의 실시 형태에 있어서는, 회전식 미니 뱃치 ALD 장치에, 회전 테이블에 적재된 웨이퍼가 부양하는 것을 억제하기 위해, 클램프링(18)을 이용하고 있다. 클램프링(18)에는, 갈고리(25) 또는 플랜지 형상부(26) 및 이들 형상에 따라 다양한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 클램프링(18) 및 갈고리(25)의 형상을, 공기 저항을 저감할 수 있는 유선형으로 해도 좋다. 또한, 웨이퍼가 부양하는 것을 억제하기 위해, 오목부(24)에 적재된 웨이퍼가 원심력에 의해 오목부(24) 내에서 외향으로 이동하지 않도록 웨이퍼를 오목부(24) 내의 외주측으로 편심하여 적재하면 바람직하다.
본 발명의 실시 형태에 의한 성막 장치는, 산화실리콘막의 성막에 한정되지 않고, 질화 실리콘의 분자층 성막에도 적용할 수 있다. 또한, 트리메틸알루미늄(TMA)과 O3 가스를 사용한 산화알루미늄(Al2O3)의 분자층 성막, 테트라키스에틸메틸아미노지르코늄(TEMAZr)과 O3 가스를 사용한 산화지르코늄(ZrO2)의 분자층 성막, 테트라키스에틸메틸아미노하프늄(TEMAH)과 O3 가스를 사용한 산화하프늄(HfO2)의 분자층 성막, 스트론튬비스테트라메틸헵탄디오나토[Sr(THD)2]와 O3 가스를 사용한 산화스트론튬(SrO)의 분자층 성막, 티타늄메틸펜탄디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토[Ti(MPD)(THD)]와 O3 가스를 사용한 산화티타늄(TiO)의 분자층 성막 등을 행할 수 있다. 또한, O3 가스가 아닌, 산소 플라즈마를 이용하는 것도 가능하다. 이들 가스의 조합을 사용해도, 상술한 효과가 발휘되는 것은 물론이다.
이상, 본 발명을 실시 형태에 의해 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능한 것은 물론이다.

Claims (11)

  1. 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 차례로 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,
    상기 회전 테이블에, 기판을 적재하기 위해 설치된 기판 적재부와,
    상기 회전 테이블의 회전 방향으로 서로 이격되어 설치되고, 상기 회전 테이블에 있어서의 상기 기판의 적재 영역측의 면에 각각 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, 이들 처리 영역 사이에 위치하는 분리 영역과,
    상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역의 분위기를 분리하는 진공 용기 내의 중심부에 위치하고, 회전 테이블의 기판 적재면측에 분리 가스를 토출시키는 토출 구멍이 형성된 중심 영역과,
    상기 진공 용기 내의 회전 테이블에 대해 기판을 반입 및 반출하는 반송 기구와,
    상기 기판 적재부에 적재된 기판에 대해 비접촉 상태로 배치되어, 기판의 튀어 나옴시에 로크하도록 구성되어 있는 로크부와,
    상기 로크부와 기판을 회전 테이블로부터 들어 올리기 위한 승강 기구를 구비하고,
    상기 로크부는, 상기 회전 테이블의 회전시에, 기류의 흐트러짐을 억제하기 위한 유선형 형상을 갖는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판 적재부가 오목부이고, 상기 회전 테이블 상면과 오목부 내의 기판의 표면이 일치하는, 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 승강 기구는, 기판을 승강하는 3개 이상의 기판용 제1 승강 핀과, 로크부를 승강하는 3개 이상의 로크부용 제2 승강 핀을 포함하는, 성막 장치.
  4. 삭제
  5. 진공 용기 내에 있어서, 복수의 기판을 회전 테이블 표면에 설치한 복수의 오목부 내에 각각 적재하여 회전시킴으로써, 상기 기판이 복수의 다른 처리 영역에 공급된 다른 반응 가스와 순차 접촉하여, 상기 기판의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서,
    상기 처리 영역의 천장으로부터 이격되어 상기 기판의 근방에 설치되고, 상기 기판의 방향을 향해 상기 다른 반응 가스를 각각 공급하는 복수의 반응 가스 공급 수단과,
    상기 다른 반응 가스가 반응하는 것을 방지하는 불활성 가스를, 상기 복수의 처리 영역 사이에 설치된 분리 공간 내에 공급하는 불활성 가스 공급 수단과,
    상기 처리 영역의 각각의 외측에 있어서, 상기 회전 테이블의 외주 방향에 대응하여 설치된 배기구에 연통하여 상기 진공 용기 내부를 진공 배기하는 진공 배기 수단과,
    상기 처리 영역에 공급한 반응 가스와 상기 분리 영역에 공급한 불활성 가스를 상기 처리 영역을 경유하여 배기하는 상기 진공 배기 수단과,
    상기 회전 테이블에 설치된 상기 각 오목부의 근방에 설치되고, 상기 오목부 내에 적재된 기판에 대해 비접촉 상태로 배치되어, 기판의 튀어 나옴시에 로크하도록 구성되어 있는 로크부를 구비하고,
    상기 로크부는, 상기 회전 테이블의 회전시에, 기류의 흐트러짐을 억제하기 위한 유선형 형상을 갖는, 성막 장치.
  6. 진공 용기 내에 있어서, 복수의 기판을 회전 테이블 표면에 설치한 복수의 오목부 내에 각각 적재하여 회전시킴으로써, 상기 기판이 복수의 다른 처리 영역에 공급된 다른 반응 가스와 순차 접촉하여, 상기 기판의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서,
    상기 진공 용기의 측벽으로부터 상기 회전 테이블의 회전 중심을 향해 배치되고, 상기 처리 영역의 천장으로부터 이격되어 상기 기판의 근방에 설치되고, 상기 기판의 방향을 향해 상기 다른 반응 가스를 각각 공급하는 복수의 반응 가스 공급 수단과,
    상기 다른 반응 가스가 반응하는 것을 방지하는 불활성 가스를, 상기 복수의 처리 영역 사이에 설치된 분리 공간 내에 있어서 상기 회전 테이블에 적재된 기판 방향을 향해 토출시키는 불활성 가스 공급 수단과,
    상기 복수의 처리 영역의 각각의 외측에 있어서, 상기 회전 테이블의 외주 방향에 대응하여 설치된 배기구에 연통하여 상기 진공 용기 내부를 진공 배기하는 진공 배기 수단과,
    상기 처리 영역에 공급한 반응 가스와 상기 분리 영역에 공급한 불활성 가스를 상기 처리 영역을 경유하여 배기하는 상기 진공 배기 수단과,
    상기 회전 테이블에 설치된 상기 오목부의 근방에 설치되고, 상기 기판이 상기 회전 테이블의 회전 중에 튀어 나오는 것을 방지하는 로크부를 구비하고,
    상기 로크부는, 오목부 내에, 적재된 기판에 대해 비접촉 상태로 배치되어, 기판의 튀어 나옴시에 로크하도록 구성되어 있는, 성막 장치.
  7. 진공 용기 내에 있어서, 복수의 기판을 회전 테이블 표면에 설치한 복수의 오목부 내에 각각 적재하여 회전시킴으로써, 상기 기판이 복수의 다른 처리 영역에 공급된 다른 반응 가스와 순차 접촉하여, 상기 기판의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서,
    상기 처리 영역의 천장으로부터 이격되어 상기 기판의 근방에 설치되고, 상기 기판의 방향을 향해 상기 다른 반응 가스를 각각 공급하는 복수의 반응 가스 공급 수단과,
    상기 다른 반응 가스가 반응하는 것을 방지하는 불활성 가스를, 상기 복수의 처리 영역 사이에 설치된 분리 공간 내에 공급하는 불활성 가스 공급 수단과,
    상기 복수의 처리 영역의 각각의 외측에 있어서, 상기 회전 테이블의 외주 방향에 대응해 대응하여 설치된 배기구에 연통하여 상기 진공 용기 내부를 진공 배기하는 진공 배기 수단과,
    상기 처리 영역에 공급한 반응 가스와 상기 분리 영역에 공급한 불활성 가스를 상기 처리 영역을 경유하여 배기하는 상기 진공 배기 수단과,
    상기 회전 테이블에 설치된 상기 각 오목부의 근방에 설치되고, 상기 오목부 내에 적재된 기판에 대해 비접촉 상태로 배치되어, 기판의 튀어 나옴시에 로크하도록 구성되어 있는 로크부를 구비하고,
    상기 회전 테이블의 회전 전에, 상기 기판을, 기판의 중심이 상기 오목부의 중심에 대해, 상기 회전 테이블의 회전에 수반되는 원심력의 방향으로 편이한 위치로 되도록 제어를 행하는 제어부를 구비하는, 성막 장치.
  8. 진공 용기 내에 있어서, 복수의 기판을 회전 테이블 표면에 설치한 복수의 오목부 내에 각각 적재하여 회전시킴으로써, 상기 기판이 복수의 다른 처리 영역에 공급된 다른 반응 가스와 순차 접촉하여, 상기 기판의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서,
    상기 처리 영역의 천장으로부터 이격되어, 상기 기판의 방향을 향해 상기 다른 반응 가스를 각각 공급하는 복수의 반응 가스 공급 수단과,
    상기 다른 반응 가스가 반응하는 것을 방지하는 불활성 가스를, 상기 복수의 처리 영역 사이에 설치된 분리 공간 내에 공급하는 불활성 가스 공급 수단과,
    상기 복수의 처리 영역의 각각의 외측에 있어서, 상기 회전 테이블의 외주 방향에 대응하여 설치된 배기구에 연통하여 상기 진공 용기 내부를 진공 배기하는 진공 배기 수단과,
    상기 처리 영역에 공급한 반응 가스와 상기 분리 영역에 공급한 불활성 가스를 상기 처리 영역을 경유하여 배기하는 상기 진공 배기 수단과,
    상기 회전 테이블에 설치된 상기 각 오목부의 근방에 설치되고, 상기 기판에 대해 비접촉 상태로 배치되어, 기판의 튀어 나옴시에 로크하도록 구성되는 로크부를 구비하고,
    상기 로크부는, 상기 회전 테이블의 회전시에, 기류의 흐트러짐을 억제하기 위한 유선형 형상을 갖는, 성막 장치.
  9. 진공 용기 내에 있어서, 복수의 기판을 회전 테이블 표면에 설치한 복수의 오목부 내에 각각 적재하여 회전시킴으로써, 상기 기판이 복수의 다른 처리 영역에 공급된 반응 가스와 순차 접촉하여, 상기 기판의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서,
    상기 처리 영역의 천장으로부터 이격되어 상기 회전 테이블의 근방에 설치되고, 상기 회전 테이블의 방향을 향해 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 수단과,
    상기 다른 반응 가스가 반응하는 것을 방지하는 불활성 가스를, 상기 복수의 처리 영역 사이에 설치된 분리 공간 내에 공급하는 불활성 가스 공급 수단과,
    상기 진공 용기의 중심부로부터 불활성 가스를 공급하는 제2 불활성 가스 공급 수단과,
    상기 복수의 처리 영역의 각각의 외측에 있어서, 상기 회전 테이블의 외주 방향에 대응하여 설치된 배기구에 연통하여 상기 진공 용기 내부를 진공 배기하는 진공 배기 수단과,
    상기 처리 영역에 공급한 반응 가스와 상기 분리 영역에 공급한 불활성 가스와 상기 회전 중심으로부터 공급되는 불활성 가스를 상기 처리 영역을 경유하여 상기 배기구로 유도하고 상기 진공 용기로부터 배기하는 상기 진공 배기 수단과,
    상기 각 오목부의 근방에 설치되고, 상기 기판에 대해 비접촉 상태로 배치되어, 상기 기판이 상기 회전 테이블의 회전 중에 튀어 나오는 것을 방지하기 위해 기판의 표면을 로크하는 로크부를 구비하는, 성막 장치.
  10. 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순차 기판의 표면에 공급하는 사이클을 복수회 행함으로써, 반응 생성물을 적층시켜 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서,
    진공 용기의 외부로부터 반송구를 통해 상기 기판을 반송하고, 진공 용기 내부의 회전 테이블에 기판을 적재하기 위해 설치된 기판 적재부에 있어서, 회전 테이블의 중심으로부터 가장 이격된 위치에 기판을 각 적재하는 공정과,
    상기 회전 테이블을 회전시키는 공정과,
    상기 기판 적재부에 적재된 기판에 대해 비접촉 상태로 배치되며, 기류의 흐트러짐을 억제하기 위한 유선형 형상을 갖는 로크부가 상기 회전 테이블의 회전시에, 기판의 튀어 나옴시에 로크하도록 구성되며,
    상기 진공 용기 내에 서로 이격되어 설치된 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단으로부터, 상기 회전 테이블에 있어서의 기판 적재부가 형성된 면에, 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급하는 동시에, 제1 반응 가스 공급 수단과 제2 반응 가스 공급 수단 사이에 설치된 분리 가스 공급 수단에 의해 분리 가스를 공급하여, 성막을 행하는 공정을 포함하는, 성막 방법.
  11. 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순차 기판의 표면에 공급하는 사이클을 복수회 행함으로써, 반응 생성물을 적층시켜 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서,
    진공 용기의 외부로부터 반송구를 통해 반송된 상기 기판을 적재하기 위해 회전 테이블에 오목 형상으로 형성된 기판 적재부에 있어서 설치된 승강 기구 상에 배치하는 공정과,
    상기 기판을 배치하는 공정의 종료 후, 상기 승강 기구가 하강함으로써, 상기 회전 테이블의 표면보다도 낮은 위치로 기판을 이동시키는 제1 하강 이동 공정과,
    상기 제1 하강 이동 공정의 종료 후, 상기 승강 기구를 상기 회전 테이블의 반경 방향이며, 외측 방향으로 이동시킴으로써, 상기 기판이 상기 기판 적재부의 벽면에 접촉 또는 근접시키는 수평 이동 공정과,
    상기 수평 이동 공정의 종료 후, 상기 승강 기구가 하강하여, 상기 기판을 상기 기판 적재부의 저부에 적재하는 제2 하강 이동 공정과,
    상기 제2 하강 이동 공정의 종료 후, 상기 회전 테이블을 회전시키는 공정과,
    상기 기판 적재부에 적재된 기판에 대해 비접촉 상태로 배치된 로크부가 상기 회전 테이블의 회전시에, 기판의 튀어 나옴시에 로크하도록 구성되며,
    상기 진공 용기 내에 서로 이격되어 설치된 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단으로부터, 상기 회전 테이블에 있어서의 기판 적재부가 형성된 면에, 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급하는 동시에, 제1 반응 가스 공급 수단과 제2 반응 가스 공급 수단 사이에 설치된 분리 가스 공급 수단에 의해 분리 가스를 공급하여, 성막을 행하는 공정을 포함하는, 성막 방법.
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