KR101522739B1 - 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체 - Google Patents

성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 성막 장치는 진공 용기 내에 설치되어, 기판을 적재하기 위해 설치된 기판 적재 영역을 포함하는 회전 테이블과, 상기 회전 테이블의 기판 적재 영역측의 면을 향해 제1 반응 가스를 공급하도록 구성된 제1 반응 가스 공급 수단과, 상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 상기 제1 반응 가스 공급 수단으로부터 이격되어 배치되어, 상기 회전 테이블의 기판 적재 영역측의 면을 향해 제2 반응 가스를 공급하도록 구성된 제2 반응 가스 공급 수단과, 제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 상기 둘레 방향에 있어서 이들 처리 영역 사이에 위치하는 분리 영역과, 상기 분리 영역의 양측으로 확산되는 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급 수단과, 상기 분리 가스 공급 수단에 공급되는 분리 가스를 가열하는 가열부와, 상기 회전 테이블에 공급된 상기 제1 반응 가스, 상기 제2 반응 가스 및 상기 분리 가스를 배기하기 위한 배기구와, 상기 기판에 박막을 적층하기 위해 상기 제1 반응 가스, 상기 제2 반응 가스 및 상기 분리 가스가 상기 회전 테이블에 공급되어 있을 때에, 상기 회전 테이블을 자전시키는 구동부를 구비한다.
Figure R1020090080147
성막 장치, 기억 매체, 반응 가스 노즐, 퍼지 가스, 분리 가스

Description

성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체 {FILM DEPOSITION APPARATUS, FILM DEPOSITION METHOD AND STORAGE MEDIUM}
본 출원은 2008년 8월 29일 출원의 일본 특허 출원 제2008-222733호에 기초하는 것으로, 그 전체 내용은 여기에 원용된다.
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 장치, 성막 방법 및 이 방법을 실시하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스에 있어서의 성막 방법으로서, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함) 등의 표면에 진공 분위기 하에서 제1 반응 가스를 흡착시키고, 계속해서 웨이퍼의 표면에 제2 반응 가스를 흡착시켜, 웨이퍼의 표면 상에서의 양 가스의 반응에 의해 1층 혹은 복수층의 원자층이나 분자층을 형성하고, 이 가스의 교대 흡착을 다수회 반복함으로써, 웨이퍼 상으로 막을 퇴적하는 ALD(Atomic Layer Deposition) 또는 MLD(Molecular Layer Deposition)가 알려져 있다. 이 방법은 가스를 교대로 공급하는 횟수에 따라서 막 두께를 고정밀도로 컨트 롤할 수 있어, 퇴적된 막의 면내 균일성도 양호한 점에서 유리하다. 따라서, 이 퇴적 방법은 반도체 디바이스의 박막화에 대응할 수 있는 성막 방법으로서 유망하다고 생각되고 있다.
이와 같은 성막 방법은, 예를 들어 게이트 산화막에 사용되는 고유전체막의 퇴적에 적절하게 이용된다. 실리콘 산화막(SiO2막)을 성막하는 경우에는, 제1 반응 가스(원료 가스)로서, 예를 들어 비스터셜부틸아미노실란(이하, 「BTBAS」라고 함) 가스 등이 사용되고, 제2 반응 가스(산화 가스)로서 오존 가스 등이 사용된다.
이와 같은 성막 방법을 실시하기 위해, 진공 용기와, 진공 용기의 상부 중앙에 가스 샤워 헤드를 갖는 매엽식 성막 장치 및 그와 같은 성막 장치를 사용한 성막 방법이 검토되고 있다. 이 성막 장치에 있어서는, 기판의 중앙부 상방측으로부터 반응 가스를 공급하여, 미반응의 반응 가스 및 반응 부생성물이 처리 용기의 저부로부터 배기된다. 이와 같은 성막 장치가 사용되는 경우, 퍼지 가스가 반응 가스를 퍼지하는 데 긴 시간이 걸리고, 또한 사이클 수도, 예를 들어 수백회나 되므로, 성막 시간이 극히 긴 결과로 된다. 이로 인해, 높은 처리량을 실현하는 성막 장치 및 방법이 요망되고 있다.
상술한 배경으로부터, ALD 또는 MLD를 행하기 위해, 복수매의 기판을 진공 용기 내의 회전 테이블에 회전 방향으로 배치하여 성막 처리를 행하는 장치가 검토되고 있다. 구체적으로는, 이와 같은 성막 장치는, 예를 들어 진공 용기 내의 회전 테이블의 회전 방향으로 서로 이격되어 위치하고, 대응한 반응 가스가 공급되는 복수의 처리 영역과, 회전 방향에 있어서의 처리 영역과 처리 영역 사이의 영역에 있어서, 이들 처리 영역의 분위기를 분리하기 위한 분리 가스가 공급되는 분리 영역을 갖고 있다.
성막 처리 시에는, 분리 가스 공급 수단으로부터 분리 가스가 공급되어, 그 분리 가스가 회전 테이블 상을 회전 방향 양측으로 확산되어, 분리 영역에서 각 반응 가스끼리의 혼합을 저지하기 위한 분리 공간이 형성된다. 그리고, 처리 영역에 공급된 반응 가스는, 예를 들어 그 회전 방향 양측으로 확산된 분리 가스와 함께 진공 용기 내에 형성된 배기구로부터 배기된다. 이와 같이 처리 영역에서 처리 가스를, 분리 영역에서 분리 가스를 각각 공급하는 한편, 회전 테이블을 회전시켜 그 테이블에 적재된 웨이퍼를 하나의 처리 영역으로부터 다른 처리 영역으로, 다른 처리 영역으로부터 하나의 처리 영역으로 교대로 반복하여 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.
그런데, 그 성막 장치에서는 상기와 같이 분리 영역으로 각 반응 가스가 유입되어, 그들 반응 가스가 혼합되면, 웨이퍼에 박막이 형성되지 않게 되거나, 막 두께에 편차가 발생하여, 정상적인 성막 처리를 행할 수 없게 되어 버리므로, 분리 영역에서는 각 반응 가스끼리의 혼합을 확실하게 억제하기 위해, 분리 가스가 높은 유속으로 공급될 필요가 있다. 이를 위해서는, 분리 가스의 유량을 크게 하는 것이 고려되지만, 그와 같이 분리 가스의 유량이 커진 경우, 처리 영역으로 이 분리 가스가 유입되어, 반응 가스가 희석되므로, 성막 효율이 저하되어 버릴 우려가 있다. 그것을 방지하기 위해서는, 배기구로부터의 가스의 배기량을 크게 하는 것이 고려되지만, 그렇게 하면, 배기구에 접속된 배기 펌프 등의 진공 배기 수단의 부하가 커져 버린다고 하는 문제가 있다.
하기의 특허 문헌 1은 처리 챔버가 편평한 실린더로 형성된 퇴적 장치를 개시하고 있다. 이 처리 챔버는 2개의 반원 영역으로 분할되어 있다. 각 영역은 각 영역의 상부에 있어서 그 영역을 둘러싸도록 설치된 배기 포트를 갖고 있다. 또한, 처리 챔버는 2개의 영역 사이에서 처리 챔버의 직경에 따라서, 분리 가스를 도입하는 가스 주입구를 갖고 있다. 이들 구성에 의해, 상이한 반응 가스가 각각의 영역으로 공급되어 각각의 배기 포트에 의해 상향으로 배기되는 동시에, 회전 테이블이 회전하여, 회전 테이블에 적재된 웨이퍼가 2개의 영역을 교대로 빠져나간다.
또한, 특허 문헌 2에는 웨이퍼 지지 부재(회전 테이블) 상에 회전 방향에 따라서 4매의 웨이퍼를 등거리에 배치하는 한편, 웨이퍼 지지 부재와 대향하도록 제1 반응 가스 토출 노즐 및 제2 반응 가스 토출 노즐을 회전 방향에 따라서 등거리에 배치하고, 또한 이들 노즐 사이에 분리 가스 노즐을 배치하여, 웨이퍼 지지 부재를 수평 회전시켜 성막 처리를 행하는 장치의 구성이 기재되어 있다.
그러나 이들 특허 문헌의 성막 장치에 있어서는, 분리 가스의 공급량을 감소시키는 구성에 대해서는 개시되어 있지 않아, 상기의 문제를 해결할 수 있는 것은 아니다.
또한, 특허 문헌 3(특허 문헌 4, 5)은 복수의 가스를 타깃(웨이퍼)에 교대로 흡착시키고, 원자층 CVD에 적절하게 사용되는 성막 장치를 개시하고 있다. 이 장치에서는 상방으로부터 서셉터로 소스 가스와 퍼지 가스를 공급하면서, 웨이퍼를 유지하는 서셉터가 회전한다. 이 문헌의 단락 0023 내지 0025에는 챔버의 중심으로부터 반경 방향으로 연장되는 격벽과, 소스 가스 또는 퍼지 가스를 공급하기 위해 격벽의 저부에 형성된 가스 토출 구멍이 기재되어 있다. 또한, 퍼지 가스로서 불활성 가스가 가스 토출 구멍으로부터 토출되어 가스 커튼을 형성하고 있다. 그러나, 이 문헌도 퍼지 가스의 유량을 적게 하는 방법을 개시하고 있지 않다.
[특허 문헌 1] 미국 특허 공보 7,153,542호 : 도 6a, 도 6b
[특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 제2001-254181호 공보 : 도 1 및 도 2
[특허 문헌 3] 일본 특허 출원 공개 제2007-247066호 공보 : 단락 0023 내지 0025, 0058, 도 12 및 도 18
[특허 문헌 4] 미국 특허 공개 공보 제2007-218701호
[특허 문헌 5] 미국 특허 공개 공보 제2007-218702호
본 발명은 상기에 비추어 행해진 것으로, 진공 용기 내에서 기판의 표면에 서로 반응하는 복수의 반응 가스를 순서대로 공급하여 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서, 기판이 적재되는 회전 테이블의 둘레 방향을 따라서 설치되는 제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역의 분위기와, 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위한 분리 영역에 공급되는 분리 가스의 사용량을 저감시킬 수 있는 성막 장치, 성막 방법 및 이 방법을 실시하는 프로그램을 저장한 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태는 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 장치를 제공한다. 이 성막 장치는 진공 용기 내에 설치되어, 기판을 적재하기 위해 설치된 기판 적재 영역을 포함하는 회전 테이블과, 회전 테이블의 기판 적재 영역측의 면을 향해 제1 반응 가스를 공급하도록 구성된 제1 반응 가스 공급 수단과, 회전 테이블의 둘레 방향에 제1 반응 가스 공급 수단으로부터 이격되어 배치되어, 회전 테이블의 기판 적재 영역측의 면을 향해 제2 반응 가스를 공급하도록 구성된 제2 반응 가스 공급 수단과, 제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 둘레 방향에 있어서 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역 사이에 위치하는 분리 영역과, 분리 영역의 양측으로 확산되는 제1 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급 수단과, 분리 가스 공급 수단에 공급되는 제1 분리 가스를 가열하는 제1 가열부와, 회전 테이블에 공급된 제1 반응 가스, 제2 반응 가스 및 제1 분리 가스를 배기하기 위한 배기구와, 기판에 박막을 적층하기 위해 제1 반응 가스, 제2 반응 가스 및 제1 분리 가스가 회전 테이블에 공급되고 있을 때에, 회전 테이블을 제1 처리 영역, 제2 처리 영역 및 분리 영역에 대해 상대적으로 둘레 방향으로 회전시키는 구동부를 구비한다.
본 발명의 제2 형태는, 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 방법을 제공한다. 이 성막 방법은 진공 용기 내의 회전 테이블에 기판을 대략 수평으로 적재하는 공정과, 제1 반응 가스 공급 수단으로부터 회전 테이블의 기판 적재 영역측의 면을 향해 제1 반응 가스를 공급하는 공정과, 회전 테이블의 둘레 방향으로 이격되어 배치되는 제2 반응 가스 공급 수단으로부터, 회전 테이블의 기판 적재 영역측의 면을 향해 제2 반응 가스를 공급하는 공정과, 둘레 방향에 있어서 제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과, 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역 사이에 위치하는 분리 영역에 설치된 분리 가스 공급 수단으로부터 제1 분리 가스를 공급하는 공정과, 분리 가스 공급 수단에 공급되는 제1 분리 가스를 가열하는 공정과, 기판에 박막을 형성하기 위해 제1 반응 가스, 제2 반응 가스 및 분리 가스가 회전 테이블에 공급되고 있을 때에, 당해 회전 테이블을 제1 처리 영역, 제2 처리 영역 및 분리 영역에 대해 상대적으로 둘레 방향으로 회전시키는 공정과, 회전 테이블에 공급된 제1 반응 가스, 제2 반응 가스 및 제1 분리 가스를 배기구를 통해 배기하는 공정을 포함한다.
본 발명의 제3 형태는 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고, 또한 이 공급 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치에 사용되는 프로그램을 저장하는 기억 매체를 제공한다. 이 프로그램은 상술한 성막 방법을 실시하도록 짜여진 스텝군을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 분리 가스가 가열되어 팽창되어, 빠른 유속으로 진공 용기 내의 회전 테이블에 공급되므로, 분리 가스의 사용량을 저감시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 한정적이 아닌 예시의 실시 형태를 설명한다. 첨부한 전체 도면 중, 동일 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일 또는 대응하는 참조 번호를 부여하여 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면은 부재 혹은 부품 사이의 상대비를 나타내는 것을 목적으로 하지 않고, 따라서, 구체적인 치수는 이하의 한정적이 아닌 실시 형태에 비추어, 당업자에 의해 결정되어야 하는 것이다.
본 발명의 실시 형태인 성막 장치를 도 1에 도시한다. 도 1은 후술하는 분 리 가스 노즐(41, 42)의 신장 방향을 따른 성막 장치(1)의 단면도로, 도 3의 I-I'선을 따른 단면도이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 성막 장치는 대략 원형의 평면 형상을 갖는 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 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 분리될 수 있도록 구성되어 있다. 천장판(11)은 내부가 감압으로 유지되어 있을 때에는, 밀봉 부재, 예를 들어 O링(13)을 통해 용기 본체(12)측으로 압박되어, 진공 용기(1) 사이의 기밀이 보다 확실하게 유지된다. 한편, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 분리할 때에는, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 천장판(11)이 상방으로 들어 올려진다.
회전 테이블(2)은 진공 용기의 대략 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정된다. 코어부(21)는 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(22)은 용기 본체(12)의 저면부(14)를 관통하여, 그 하단부가 회전축(22)을 연직축 주위로, 본 예에서는 시계 방향으로 회전시키는 구동부(23)에 설치되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는, 상면이 개방된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 이 케이스체(20)는 상면에 플랜지 부분을 갖고, 플랜지 부분을 통해 진공 용기(1)의 저면부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있다.
회전 테이블(2)의 표면부에는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 회전 방향(둘레 방향)을 따라서 복수매, 예를 들어 5매의 기판인 웨이퍼를 적재하기 위한 기판 적재 영역인 원형상의 오목부(24)가 형성되어 있고, 이 오목부(24)는 그 직경이 웨이퍼의 직경보다도 약간 크게 형성되어, 웨이퍼를 위치 결정하여, 회전 테이 블(2)의 회전에 수반하는 원심력에 의해 웨이퍼가 회전 테이블(2)로부터 튀어나오지 않도록 한다. 도 3에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 도시하고 있다.
도 4a 및 도 4b는 회전 테이블(2)의 동심원을 따라서 취한 전개도이다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 웨이퍼를 오목부(24)에 적재하면, 웨이퍼의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(웨이퍼가 적재되지 않는 영역)이, 높이의 차가 대략 제로로 되도록 오목부(24)가 형성되어 있다. 이에 의해, 웨이퍼의 표면과 회전 테이블(2)의 표면 사이의 높이의 차에 의해 발생하는 압력 변동을 억제하여, 막 두께의 면내 균일성을 맞출 수 있다.
또한, 진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2, 도 3 및 도 5에 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, 회전 테이블(2)에 있어서의 기판 적재 영역인 오목부(24)가 반송구(15)에 면하여 게이트 밸브가 개방되면, W가 반송 아암(10)에 의해 진공 용기(1) 내로 반송되어 오목부(24)로 적재된다. 웨이퍼를 오목부(24)로 내리거나 들어올리기 위해, 회전 테이블(2)의 오목부(24)에 형성된 관통 구멍을 통해 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 오르내려지는 승강 핀(16)(도 5 참조)이 설치되어 있다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 진공 용기(1)에는 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 중심부로부 터 방사상으로 신장되어 있다. 이 구성에 의해, 오목부(24)는 회전 테이블(2)이 회전하면, 노즐(31, 32, 41, 42)의 하방을 빠져나갈 수 있다. 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 측벽을 관통하고 있다. 본 예에서는, 제2 반응 가스 노즐(32), 분리 가스 노즐(41), 제1 반응 가스 노즐(31) 및 분리 가스 노즐(42)이 이 순서로 시계 방향으로 배열되어 있다. 그런데, 가스 노즐(31, 32, 41, 42)은, 도시한 예에서는 진공 용기(1)의 주위벽부로부터 진공 용기(1) 내로 도입되어 있지만, 후술하는 환상의 돌출부(54)로부터 도입해도 좋다. 이 경우, 돌출부(54)의 외주면과 천장판(11)의 외표면으로 개방되는 L자형의 도관을 설치하면 좋다. 이와 같은 L자형의 도관에서는 진공 용기(1) 내에서 L자형의 도관의 한쪽 개구에 가스 노즐(31, 32, 41, 42)을 접속하고, 진공 용기(1)의 외부에서 L자형의 도관의 다른 쪽 개구에 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a, 42a)를 접속해도 좋다.
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 있다. 반응 가스 노즐(31, 32)은 하방측에 반응 가스를 토출하기 위한 복수의 토출 구멍을 갖고 있다. 복수의 토출 구멍은 노즐의 길이 방향으로 소정의 간격으로 배열되어 있다. 반응 가스 노즐(31, 32)은 각각 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단에 상당한다. 또한, 반응 가스 노즐(31)의 하방 영역은 BTBAS 가스를 웨이퍼에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)이고, 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역은 O3 가스를 웨이퍼에 흡착시키기 위한 제2 처리 영역(P2)이다.
분리 가스 공급 수단인 분리 가스 노즐(41, 42)은 반응 가스 노즐(31, 32)과 마찬가지로 구성되어 있고, 도 1 및 도 6에 도시한 바와 같이, 분리 가스 노즐(41, 42)에는 하방측으로 분리 가스를 토출하기 위한, 예를 들어 토출 구멍(40)이 노즐의 길이 방향으로 간격을 두고 배열되어 있다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)의 가스 공급 포트(41a, 42a)는 각각 가스 공급관(41b, 42b)을 통해 분리 가스인 N2 가스(질소 가스)의 가스 공급원(43)에 접속되어 있다. 가스 공급관(41b, 42b)에는 가열부(41c, 42c)가 각각 설치되어 있고, 또한 이들 가열부(41c 및 42c)와 가스 공급원(43) 사이에는 밸브나 매스플로우 컨트롤러 등에 의해 구성된 가스 공급 기기군(44)이 설치되어 있다. 가스 공급 기기군(44)은 제어부(100)로부터의 제어 신호에 기초하여, 가스 공급관(41b, 42b) 및 후술하는 진공 용기(1) 내로 N2 가스를 공급하는 각 관에 있어서의 N2 가스의 공급 및 차단을 제어한다.
가열부(41c 및 42c)는, 예를 들어 히터를 포함하여, 후술하는 제어부(100)에 의해 그 히터로 공급되는 전력이 제어되고, 가스 공급관(41b, 42b)의 온도가 제어된다. 이에 의해, 가스 공급관(41b, 42b) 내를 하류측으로 흐르는 N2 가스의 온도가 제어된다. 구체적으로는, 가열부(41c, 42c)는 가스 공급원(43)으로부터 공급된 N2 가스가 진공 용기(1) 내에서의 성막 처리에 영향을 미치지 않고 그 체적을 충분히 증가시킬 수 있는 온도, 예를 들어 200℃ 내지 300℃로 N2 가스를 가열한다. 여기서는, 가스 공급원(43)에 저류되어 있는 N2 가스의 온도는, 예를 들어 20℃이고, 가열부(41c, 42c)는 이 N2 가스를 200℃로 가열하는 것으로 한다. 기체의 체적은 압력이 일정한 것에서는 절대 온도에 비례하므로, 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 가열된 N2 가스(45)는 가열되기 전에 비해, 그 체적이 273 ＋ 200(K)/273 ＋ 20(K) ＝ 약 1.61배로 증가하여, 그 유량이 증가한다. 그리고, 유량의 증가에 따라서 그 유속도 증가하여, 빠른 유속으로 이 N2 가스(45)는 분리 가스 노즐(41, 42)을 통해 진공 용기(1) 내에 공급된다.
분리 가스 노즐(41, 42)은 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)을 분리하기 위한 분리 영역(D)을 형성한다. 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 진공 용기(1)의 천장판(11)에는 분리 영역(D)에 대응하는 영역에 있어서, 정상부가 회전 테이블(2)의 회전 중심에 대략 위치하고, 원호가 진공 용기(1)의 내주벽의 근방에 따른 대략 부채형의 평면 형상을 갖는 볼록 형상부(5)가 설치되어, 하방으로 돌출되어 있다.
분리 가스 노즐(41, 42)은 볼록 형상부(5)에 있어서의 부채형의 원호 방향 중앙에서 부채형의 반경 방향으로 신장되도록 형성된 홈부(51) 내에 수납되어 있다. 즉, 분리 가스 노즐(41, 42)의 중심축으로부터 볼록 형상부(5)인 부채형의 양 테두리(회전 방향 상류측의 테두리 및 하류측의 테두리)까지의 거리는 동일한 길이로 설정되어 있다. 또한, 홈부(51)는, 본 실시 형태에서는 볼록 형상부(5)를 이등분하도록 형성되어 있지만, 다른 실시 형태에 있어서는, 분리 가스 노즐(41, 42)의 중심축으로부터 볼록 형상부(5)의 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측의 테두리까지의 거리가 길어지도록 홈부(51)를 형성해도 좋다.
분리 가스 노즐(41, 42)에 있어서의 둘레 방향 양측에는 볼록 형상부(5)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(52)(제1 천장면)이 형성되고, 이 천장면(52)의 둘레 방향 양측에는 천장면(52)보다도 높은 천장면(53)(제2 천장면)이 형성되게 된다.
볼록 형상부(5)는 회전 테이블(2)과의 사이에 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스의 침입을 저지하여 이들 반응 가스의 혼합을 저지하기 위한 협애한 공간인 분리 공간을 형성한다. 즉, 분리 가스 노즐(41)을 예로 들면, 이 노즐(41)은 O3 가스 및 BTBAS 가스가, 각각 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측 및 하류측으로부터 볼록 형상부(5)와 회전 테이블(2) 사이로 침입하는 것을 저지한다. 「가스의 침입을 저지한다」는 것은, 분리 가스 노즐(41)로부터 토출된 분리 가스인 N2 가스가 제1 천장면(52)과 회전 테이블(2)의 표면 사이로 확산되어, 본 예에서는 제1 천장면(52)에 인접하는 제2 천장면(53)의 하방측 공간으로 분출되고, 이에 의해 인접 공간으로부터의 가스가 침입할 수 없게 되는 것을 의미한다. 그리고 「가스가 침입할 수 없게 된다」는 것은, 인접 공간으로부터 볼록 형상부(5)의 하방측 공간으로 전혀 인입할 수 없는 경우만을 의미하는 것이 아니라, 다소 침입은 하지만, 양측으로부 터 각각 침입한 O3 가스 및 BTBAS 가스가 볼록 형상부(5) 내에서 서로 합쳐지지 않는 경우도 의미하고, 이와 같은 작용이 얻어지는 한, 분리 영역(D)의 역할인 제1 처리 영역(P1)의 분위기와 제2 처리 영역(P2)의 분위기의 분리 작용을 발휘할 수 있다. 따라서, 협애한 공간에 있어서의 협애의 정도는 협애한 공간[볼록 형상부(5)의 하방 공간]과 공간에 인접한 영역[본 예에서는 제2 천장면(52)의 하방 공간]의 압력차가 「가스가 침입할 수 없게 된다」는 작용을 확보할 수 있을 정도의 크기로 되도록 설정되어, 협애한 공간의 구체적인 높이는 볼록 형상부(5)의 면적 등에 따라서 상이하다고 할 수 있다. 또한, 웨이퍼에 흡착한 가스에 대해서는 당연히 분리 영역(D) 내를 통과할 수 있고, 가스의 침입 저지는 기상 중의 가스에 대해 서술하고 있다.
한편, 천장판(11)의 하면에는 내주면이 코어부(21)의 외주면을 향하도록 돌출부(54)가 설치되어 있다. 돌출부(54)는 코어부(21)의 외측의 영역에 있어서 회전 테이블(2)에 대향하고 있다. 또한, 돌출부(54)의 하면과, 볼록 형상부(5)의 하면은 하나의 면을 형성하고 있다. 바꾸어 말하면, 돌출부(54)의 회전 테이블(2)로부터의 높이는 볼록 형상부(5)의 하면[천장면(52)]의 높이와 동등하고, 이 높이를 이하에서는 높이(h)라고 칭한다. 다른 실시 형태에 있어서는, 돌출부(54)는 볼록 형상부(5)와 일체가 아닌, 별개로 형성되어도 좋다. 도 2 및 도 3은 볼록 형상부(5)를 진공 용기(1) 내에 남긴 상태로 천장판(11)이 제거된, 진공 용기(1)의 내부 구성을 도시하고 있다.
본 예에서는 분리 가스 노즐(41, 42) 및 반응 가스 노즐(31, 32)에 있어서, 바로 아래를 향한, 예를 들어 구경이 0.5㎜인 토출 구멍이 노즐의 길이 방향을 따라서, 예를 들어 10㎜의 간격을 두고 배열되어 있다.
또한, 직경 300㎜의 웨이퍼(W)가 처리되게 되는 경우, 볼록 형상부(5)는 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 140㎜ 이격된 돌출부(54)와의 경계 부위에 있어서는, 둘레 방향의 길이[회전 테이블(2)과 동심원의 원호의 길이]가, 예를 들어 146㎜이고, 웨이퍼의 적재 영역[오목부(24)]의 가장 외측 부위에 있어서는, 둘레 방향의 길이가, 예를 들어 502㎜이다. 또한, 도 4a에 도시한 바와 같이 볼록 형상부(5)의 하나의 측벽으로부터, 가장 가까운 홈(51)의 내벽까지의 둘레 방향 길이(L)는 246㎜이다.
또한, 도 4b에 도시한 바와 같이 볼록 형상부(5)의 하면, 즉 천장면(52)에 있어서의 회전 테이블(2)의 표면으로부터의 높이(h)는, 예를 들어 0.5㎜ 내지 10㎜라도 좋고, 약 4㎜이면 적합하다. 이 경우, 회전 테이블(2)의 회전 속도는, 예를 들어 1rpm 내지 500rpm으로 설정되어 있다. 분리 영역(D)의 분리 기능을 확보하기 위해서는, 회전 테이블(2)의 회전 속도 등에 따라서, 볼록 형상부(5)의 크기나 볼록 형상부(5)의 하면[제1 천장면(52)]과 회전 테이블(2)의 표면의 높이(h)를, 예를 들어 실험 등에 기초하여 설정하면 된다.
이미 서술한 바와 같이, 진공 용기(1)에는 제1 천장면(52)과 이 천장면(52)보다도 높은 제2 천장면(53)이 둘레 방향에 존재한다. 도 8a는 높은 천장면(53)이 설치되어 있는 영역의 단면을 도시하고 있고, 도 8b는 낮은 천장면(52)이 설치되어 있는 영역의 단면을 도시하고 있다. 부채형의 볼록 형상부(5)의 주연부[진공 용기(1)의 외연측의 부위]에는, 도 2 및 도 8b에 도시되어 있는 바와 같이 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡하여 굴곡부(55)가 형성되어 있다. 이 굴곡부(55)도 볼록 형상부(5)와 마찬가지로 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 방지하여, 양 반응 가스의 혼합을 방지할 목적으로 설치되어 있다. 굴곡부(55)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면의 간극 및 굴곡부(55)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극은, 회전 테이블(2)의 표면에 대한 천장면(52)의 높이(h)와 동일한 치수로 설정되어 있다. 본 예에 있어서는, 회전 테이블(2)의 표면측 영역으로부터는, 굴곡부(55)의 내주면이 진공 용기(1)의 내주벽을 구성하고 있다고 볼 수 있다.
용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역(D)에 있어서는, 도 6 및 도 8b에 도시한 바와 같이 굴곡부(55)의 외주면과 접근하여 수직이지만, 분리 영역(D) 이외의 부위에 있어서는, 도 8a에 도시한 바와 같이, 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 진공 용기(1)의 저면부(14)에 걸쳐서 외측으로 움푹 들어가 있다. 이하, 이 움푹 들어간 부분을 배기 영역(6)이라고 칭한다.
배기 영역(6)의 저부에 있어서는 2개의 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 배기구(61)는 BTBAS 가스 및 N2 가스를 배기하기 위해 제1 반응 가스 노즐(31)과 이 반응 가스 노즐(31)에 대해 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역(D) 사이에 형성된다. 배기구(62)는 O3 가스 및 N2 가스를 배기하기 위해 제2 반응 가스 노즐(32)과 이 반응 가스 노즐(32)에 대해 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역(D) 사이에 형성되어 있다.
배기구(61, 62)는, 도 2 및 도 8a에 도시한 바와 같이 각각 배기관(63)을 통해, 예를 들어 진공 펌프 등에 의해 구성된 공통의 진공 배기 수단(64)에 접속되어 있다. 도면 중 부호 65는 배기관(63)에 개재 설치된 압력 조정 수단이다. 압력 조정 수단(65)의 상류측에서, 배기관(63)에는 그 관로의 일부가 직경 확장된, 직경 확장부(66)가 형성되어 있다. 그 직경 확장부(66)에 있어서는 관로의 일부를 차단하도록 판상의 냉각부(67)가 설치되어 있고, 직경 확장부(66)에 있어서의 가스의 컨덕턴스는 배기관(63)에 있어서 그 직경 확장부(66)보다도 상류측에 있어서의 컨덕턴스에 비해 낮게 되어 있다. 냉각부(67)의 내부에는 도시하지 않은 냉매의 유로가 형성되어 있고, 그 냉매가 유통됨으로써 직경 확장부(66)로 유입된 가스를 냉각할 수 있다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저면부(14) 사이의 공간에는, 도 1, 도 2 및 도 6에 도시한 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼를 프로세스 레시피에 의해 결정된 온도, 예를 들어 350℃로 가열하도록 되어 있다. 회전 테이블(2)의 주연부의 하방에는 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 분리 영역(D)에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여 있는 히터 유닛 배치 공간(75) 내의 분위기와 히터 유닛 배치 공간(75) 외의 분위기를 분리하기 위해, 히터 유닛(7)을 둘러싸도록 커버 부재(71)가 설치되어 있다.
도 1을 참조하면, 저면부(14)의, 히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 테이블(2)의 회전 중심 근처의 부위는 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근, 코어부(21)에 접근하여 그 사이는 좁은 공간(74)으로 되어 있고, 또한 저면부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있고, 이들 좁은 공간(74)은 케이스체(20) 내에 연통하고 있다. 그리고, 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 N2 가스를 좁은 공간(74) 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 접속되어 있다. 또한, 진공 용기(1)의 저면부(14)에는 히터 유닛(7)의 하방측 위치에서 둘레 방향의 복수 부위에, 히터 유닛(7)의 배치 공간(75)을, 예를 들어 N2 가스로 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이 접속되어 있다.
퍼지 가스 공급관(72, 73)은 N2 가스 공급원(43)에 접속되고, 퍼지 가스 공급관(72, 73)에는 가열부(41c 및 42c)와 마찬가지로 구성된 가열부(72c, 73c)가 각각 설치되어 있다. N2 가스 공급원(43)과 가열부(72c, 73c) 사이에는 가스 공급 기기군(44)이 배치되어 있다.
이와 같이 퍼지 가스 공급관(72, 73)을 설치함으로써, 도 9에 N2 가스의 흐름을 화살표로 나타낸 바와 같이, 케이스체(20) 내로부터 히터 유닛(7)의 배치 공간에 이르기까지의 공간이 N2 가스로 퍼지되어, 이 퍼지 가스가 회전 테이블(2)과 커버 부재(71) 사이의 간극과 배기 영역(6)을 통해 배기구(61, 62)로부터 배기된 다. 이에 의해, BTBAS(O3) 가스는 회전 테이블(2)의 하방의 공간을 통해 제2(제1) 처리 영역(P2, P1)으로 유입되지 않는다. 즉, 이 N2 가스는 다른 분리 가스로서 작용한다.
진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(81)의 하류 단부가 접속되어 있고, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(82)에 분리 가스인 N2 가스를 공급할 수 있어, 분리 가스 공급관(81)의 상류 단부는 가스 공급 기기군(44)과 N2 가스 공급원(43)에 접속되어 있다. 분리 가스 공급관(81)은 가열부(41c)와 마찬가지로 구성된 가열부(81c)를 갖고 있다.
도 9를 참조하면, 공간(82)에 공급된 분리 가스는 돌출부(54)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(56)을 통해 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라서 흘러, 배기 영역(6)에 도달한다. 공간(82)과 간극(56)은 분리 가스로 가득 차 있으므로, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2) 사이에서 회전 테이블(2)의 중심부를 통해 반응 가스(BTBAS 가스 혹은 O3 가스)가 혼합되는 것이 방지된다.
즉, 본 실시 형태에 의한 성막 장치는 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)을 분리하기 위해 회전 테이블(2)의 회전 중심부와 진공 용기(11)에 의해 구획되어, 분리 가스가 퍼지되는 동시에 회전 테이블(2)의 표면에 분리 가스를 토출하는 토출구가 회전 방향을 따라서 형성된 중심부 영역(C)을 구비하고 있다고 할 수 있다. 또한, 여기서 말하는 토출구는 돌출부(54)와 회전 테이블(2)의 좁은 간 극(56)에 상당한다.
가열부(81c, 72c, 73c)에 대해서도 가열부(41c, 42c)와 마찬가지로 가스 공급원(43)으로부터 공급된 N2 가스를 가열한다. 가스의 가열 온도로서는 상기와 같이 성막 처리에 영향을 미치지 않고 N2 가스를 유효하게 팽창시킬 수 있는 온도로 설정된다. 구체적으로는, N2 가스는 가열부(81c, 72c, 73c)에 의해 200℃ 내지 300℃로 가열된다. 그리고, 이와 같이 각 가열부에서 가열되어 체적이 증가한 N2 가스가 고속으로 각 가스 공급관 및 분리 가스 노즐로부터 진공 용기(1) 내에 공급되어, 성막 처리 시에는 도 9에 화살표로 나타낸 바와 같은 N2 가스류가 형성된다. 가열부(41c, 42c)는 제1 가열부, 가열부(81c)는 제2 가열부, 가열부(72c, 73c)는 제3 가열부에 상당한다. 또한, 도 9에서는 진공 용기(1) 전체의 N2 가스의 흐름을 잘 나타내기 위해, 분리 영역(D)과 배기구(61, 62)를 동일 평면에 도시하고 있지만, 도 8b에 도시한 바와 같이, 진공 용기(1)의 내벽은 분리 영역(D)에 대응한[굴곡부(55)에 대향한] 영역에서는 외측으로 움푹 들어가 있지 않고, 배기구(61, 62)는 분리 영역(D)과는 둘레 방향으로 어긋난 위치에 형성되어 있다.
또한, 각 가열부에서 가열되어 진공 용기(1) 내에 공급된 N2 가스는, 예를 들어 진공 용기(1) 내에서 히터 유닛(7)의 열에 의해 가열된 BTBAS 가스 혹은 O3 가스와 함께 배기구(61, 62)로 유입된다. 도 10a 및 도 10b는 배기구(61)에 접속된 배기관(63)을 N2 가스와 BTBAS 가스의 혼합 가스(85)가 흐르는 패턴을 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 혼합 가스(85)는 배기관(63)을 직경 확장부(66)로 향하는 동안에 자연스럽게 냉각되고, 그리고 배기관(63)의 직경 확장부(66)를 통과하는 동안에 더욱 낮은 온도, 예를 들어 100℃ 내지 150℃로 냉각되어, 그 체적이 감소되어, 배기관(63)을 직경 확장부(66)의 하류측으로 배기된다. 배기구(62)에 접속된 배기관(63)에 있어서도, 혼합 가스(85)와 마찬가지로 N2 가스와 O3 가스의 혼합 가스가 배기관(63)을 흐르는 동안에 냉각되어, 직경 확장부(66)에 설치된 냉각부(67)에 의해 더욱 냉각되어 배기된다.
또한, 본 실시 형태의 성막 장치는 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 제어부(100)를 구비하고 있다. 제어부(100)는, 예를 들어 컴퓨터로 구성되는 프로세스 컨트롤러(100a), 유저 인터페이스부(100b) 및 메모리 디바이스(100c)를 포함하고 있다. 메모리 디바이스(100c)에는 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 매체(100d)로부터 메모리 디바이스(100c) 내로 인스톨되어도 좋다.
다음에, 상술한 성막 장치에 의해 성막을 행하는 프로세스에 대해 설명한다. 우선, 회전 테이블(2)이 회전하여, 오목부(24)가 반송구(15)에 정렬되도록 정지하여, 도시하지 않은 게이트 밸브가 개방된다. 다음에, 반송 아암(10)에 의해 반송구(15)를 통해 웨이퍼(W)가 진공 용기(1) 내로 반입된다. 그리고, 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해 승강 핀(16)이 상승하여 반송 아암(10)으로부터 웨이퍼(W)를 수취하여, 반송 아암(10)이 진공 용기(1)로부터 퇴거하고, 승강 핀(16)이 하강하여 웨이퍼(W)를 오목부(24)에 둔다. 이와 같은 동작이 5회 반복되어, 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)가 적재된다.
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 소정의 온도로 가열되어 있고, 웨이퍼(W)가 이 회전 테이블(2)[오목부(24)]에 적재됨으로써 가열된다. 또한, N2 가스를 상술한 소정의 온도, 예를 들어 200℃로 가열하기 위해, 가열부(41c, 42c, 72c, 73c 및 81c)의 히터를 승온시키고, 진공 용기(1)로부터의 배기 가스를 냉각하기 위해, 배기관(63)의 냉각부(67)에 냉매를 유통시킨다.
가열부(41c, 42c, 72c, 73c 및 81c)의 온도가 소정의 온도로 되고, 냉각부(67)의 온도가 소정의 온도로 되고, 웨이퍼(W)의 온도가 도시하지 않은 온도 센서에 의해 설정 온도, 예를 들어 350℃로 된 것을 확인한 후, 가스 공급원(43)으로부터 각 가스 공급관으로 N2 가스가 공급되고, N2 가스는 각 가스 공급관의 각 가열부(41c, 42c, 72c, 73c, 81c)에서 각각 가열되어, 그 체적 및 유속이 증가하여, 각 가스 공급관의 단부 및 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 진공 용기(1) 내에 공급된다. 분리 가스 노즐(41, 42)로부터의 N2 가스의 유량은, 예를 들어 20000sccm, 진 공 용기(1)의 중심부의 분리 가스 공급관(81)으로부터의 N2 가스의 유량은, 예를 들어 5000sccm이다. 또한, 진공 용기(1)의 중심부의 하방측으로 개방된 퍼지 가스 공급관(72)으로부터의 N2 가스의 유량은, 예를 들어 1000sccm이고, 히터 유닛(7)의 하부로 개방된 퍼지 가스 공급관(73)으로부터의 N2 가스의 유량은, 예를 들어 10000sccm이다. 또한, 이와 같이 진공 용기(1) 내에 N2 가스를 공급하는 동시에 제1 반응 가스 노즐(31), 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 각각 BTBAS 가스가 100sccm, O3 가스가 10000sccm으로 토출되어, 진공 용기(1) 내의 프로세스 압력은, 예를 들어 1067㎩(8Torr)로 된다.
웨이퍼(W)는 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 제1 반응 가스 노즐(31)이 설치되는 제1 처리 영역(P1)과 제2 반응 가스 노즐(32)이 설치되는 제2 처리 영역(P2)을 교대로 통과하므로, BTBAS 가스가 흡착되고, 계속해서 O3 가스가 흡착하여 BTBAS 분자가 산화되어 산화 실리콘의 분자층이 1층 혹은 복수층 형성되고, 이와 같이 회전 테이블(2)이 소정 횟수 회전한 후, 소정의 막 두께를 갖는 실리콘 산화막이 성막된다.
본 예에서는, 용기 본체(12)의 내주벽은 제2 천장면(53)의 하방의 공간[반응 가스 노즐(31, 32)이 각각 배치되어 있는 제1 처리 영역(P1) 및 제2 처리 영역(P2)]에 대응한 부분에 있어서 외측으로 움푹 들어가 있어, 배기구(61, 62)의 상방에 큰 공간이 발생되어 있다. 이로 인해, 제2 천장면(53)의 하방의 공간의 압력 은 제1 천장면(52)의 하방의 협애한 공간 및 중심부 영역(C)의 압력보다도 낮아진다.
도 11은 각 가스가 가스 노즐이나 공급관 등으로부터 진공 용기(1)로 공급되었을 때의 가스의 흐름의 패턴을 모식적으로 도시하고 있다. 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 하방측으로 토출되는 O3 가스의 일부는, 회전 테이블(2)의 표면[웨이퍼(W)의 표면 및 웨이퍼(W)의 비적재 영역의 표면의 양쪽]에 접하여 그 표면을 따라서 회전 방향 상류측을 향해 흐른다. 그리고, 이 O3 가스는 회전 방향을 따라서 흘러 온 N2 가스로 되밀어져 회전 테이블(2)의 주연과 진공 용기(1)의 내주벽으로 흐름의 방향이 변화된다. 결국에는, 이 O3 가스는 배기 영역(6)으로 유입되어, 배기구(62)를 통해 진공 용기(1)로부터 배기된다.
또한, 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 하방측으로 토출되어, 회전 테이블(2)의 표면에 부딪쳐 그 표면을 따라서 회전 방향 하류측을 향하는 O3 가스는, 주로 중심부 영역(C)으로부터 토출되는 N2 가스의 흐름과 배기구(62)의 흡인 작용에 의해 배기구(62)를 향해 흐른다. 한편, 이 O3 가스의 약간의 부분은 회전 테이블(2)의 회전 방향의 하류측에 위치하는 분리 영역(D)을 향해 흘러, 천장면(52)과 회전 테이블(2) 사이의 간극으로 유입하려고 한다. 그런데, 이 간극의 높이(h) 및 둘레 방향의 길이는 의도하는 성막 조건 하에서 천장면(52)의 하방으로의 O3 가스의 침입 을 방지할 수 있는 치수로 설정되어 있으므로, 도 4b에도 도시한 바와 같이 O3 가스는 부채형의 볼록 형상부(5)의 하방의 간극에는 거의 유입할 수 없다. 혹은, 조금 유입되었다고 해도 분리 가스 노즐(41) 부근까지는 도달할 수 없어, 분리 가스 노즐(41)로부터 토출한 N2 가스에 의해 회전 방향 상류측, 즉 처리 영역(P2)측으로 되밀어져 버린다. 그리고, 회전 테이블(2)의 표면을 따라서 회전 방향으로 흐르는 O3 가스의 거의 모두가, 도 11에 도시한 바와 같이, 중심부 영역(C)으로부터 토출되고 있는 N2 가스와 함께 회전 테이블(2)의 주연과 진공 용기(1)의 내주벽의 간극을 통해, 배기 영역(6)으로 유입되고, 배기구(62)를 통해 배기된다.
마찬가지로, 제1 반응 가스 노즐(31)로부터 하방으로 토출되고, 회전 테이블(2)의 표면을 따라서 회전 방향 상류측 및 하류측을 각각 향하는 BTBAS 가스는 그 회전 방향 상류측 및 하류측에 인접하는 부채형의 볼록 형상부(5)의 하방측으로 전혀 침입할 수 없다. 혹은, BTBAS 가스의 약간의 부분이 침입되었다고 해도, 처리 영역(P1, P2)측으로 되밀어진다. 그리고, 중심부 영역(C)으로부터 토출되고 있는 N2 가스와 함께, 회전 테이블(2)의 주연과 진공 용기(1)의 내주벽의 간극으로부터 배기 영역(6)을 통해 배기구(61)로 배기된다.
상술한 바와 같이, 분리 영역(D)은 BTBAS 가스 및 O3 가스가 유입되는 것을 방지하거나, 유입되는 BTBAS 가스 및 O3 가스의 양을 대폭으로 저감시키거나, BTBAS 가스 및 O3 가스를 되밀어낼 수 있다. 한편, 웨이퍼에 흡착되어 있는 가스 분자는 그대로 분리 영역(D)[부채형의 볼록 형상부(5)에 의한 낮은 천장면(52)의 하방]을 통과하여 성막에 기여하게 된다.
또한, 제1 처리 영역(P1)의 BTBAS 가스[제2 처리 영역(P2)의 O3 가스]는, 도 11에 도시한 바와 같이 중심부 영역(C)으로부터는 분리 가스가 회전 테이블(2)의 주연을 향해 토출되고 있으므로, 중심 영역(C)으로 유입되는 것이 저지된다. 약간의 부분이 유입되었다고 해도 되밀어져, 중심부 영역(C)을 통해 제2 처리 영역(P2)[제1 처리 영역(P1)]으로 유입되는 것이 저지된다.
또한, 제1 처리 영역(P1)의 BTBAS 가스[제2 처리 영역(P2)의 O3 가스]는, 회전 테이블(2)과 용기 본체(12)의 내주벽 사이의 공간을 통해 제2 처리 영역(P2)[제1 처리 영역(P1)]으로 유입되는 것이 저지된다. 이는, 굴곡부(55)가 볼록 형상부(5)로부터 하향으로 형성되어, 회전 테이블(2)과 굴곡부(55) 사이 및 굴곡부(55)와 용기 본체(12)의 내주면 사이의 간극이, 상술한 바와 같이, 볼록 형상부(5)의 천장면(52)의 높이(h)와 동일한 정도로 좁게 되어 있어, 2개의 처리 영역 사이의 유통이 회피되기 때문이다. 따라서, 2개의 분리 영역(D)에 의해 제1 처리 영역(P1)의 분위기와 제2 처리 영역(P2)의 분위기가 분리된다.
또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 회전 테이블의 하방의 공간은 가스 공급관(72, 73)으로부터 공급되는 N2 가스에 의해 퍼지된다. 따라서, BTBAS 가스가 회전 테이블(2)의 하방을 통해 제2 처리 영역(P2)으로 유입되는 경우도 없다. 따라서, BTBAS 가스는 N2 가스와 함께 배기구(61)로, O3 가스는 N2 가스와 함께 배기 구(62)로 각각 유입되고, 배기구(61) 및 배기구(62)를 통해 배기관(63)으로 유입된 각 가스는 냉각부(67)에서 냉각되어, 그 체적이 작아진 상태에서 배기관(63)을 하류로 흘러 배기된다.
웨이퍼가 처리 영역(P1, P2)의 각각을, 목표 막 두께에 따라서 설정되는 다수회, 예를 들어 600회 통과하여, 소정의 막 두께를 갖는 막이 성막되어 성막 처리가 종료되면, 각 웨이퍼는 반입 동작과 역동작에 의해 순차적으로 반송 아암(10)에 의해 반출된다.
본 실시 형태의 성막 장치에 따르면, BTBAS 가스, O3가 각각 공급되는 처리 영역(P1, P2) 사이에 위치하는 분리 영역(D)에 있어서, 웨이퍼(W)가 적재되는 회전 테이블(2)과 대향하는 천장면(52)과, 회전 테이블(2)과 천장면(52) 사이에 N2 가스를 공급하는 분리 가스 노즐(41, 42)이 설치되어 있다. 이들 분리 가스 노즐(41, 42)에 N2 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(41b, 42b)은 가열부(41c, 42c)가 설치되고, 분리 가스 노즐(41, 42)에 공급되는 N2 가스가 가열부(41c, 42c)에 의해 가열된다. 가열부(41c, 42c)에 의해 가열됨으로써 N2 가스는 팽창되어, 높은 유속으로 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 영역(D)으로 공급되므로, N2 가스의 사용량을 억제할 수 있다(또는, N2 가스의 소비의 증가를 막을 수 있음). 또한, 분리 영역(D)에 있어서의 BTBAS 가스와 O3 가스의 혼합을 억제할 수 있어, ALD(MLD) 모드의 성막을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명은 회전 테이블(2)에 1개의 웨이퍼(W)를 적 재하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 이 성막 장치는 분리 영역(D)에 있어서 반응 가스의 혼합을 억제하기 위해, 진공 용기(1)의 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(82)에 분리 가스인 N2 가스가 공급되고, 공간(82)으로부터 회전 테이블(2)의 주연부측으로 N2 가스가 흐른다. 이때, 이 N2 가스도 가열부(81c)에 의해 가열되어 팽창되어, 그 유속이 높아진 상태에서 공간(82)에 공급되므로, 이 공간(82)에 공급하는 N2 가스의 사용량도 억제할 수 있다.
또한, 가스 공급관(72, 73)을 흐르는 N2 가스도 가열부(72c, 73c)에 의해 가열되므로, 가열된 N2 가스가 높은 유속으로 회전 테이블(2)의 하방의 공간에 공급된다. 따라서, 가스 공급관(72, 73)으로부터 공급되는 N2 가스의 사용량도 억제할 수 있다.
또한, 배기관(63)에 설치된 냉각부(67)에 의해, 각 가열부에서 가열된 N2 가스는 냉각되어, 그 체적이 감소된 상태로 배기되므로, 진공 배기 수단(64)에 의한 배기량을 억제할 수 있고, 그 부하를 저감시켜, 진공 배기 수단(64)을 구동하기 위한 소비 전력을 억제할 수 있다. 이 냉각부(67)는 배기관(63)에 있어서, 가스의 컨덕턴스를 저하시키도록 설치되어 있으므로, 이 냉각부(67)로부터 가스의 흐름이 늦어져, 냉각 효율이 높아지는 결과로서, 보다 확실하게 N2 가스의 체적을 감소시킬 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 진공 용기(1) 내에 N2 가스를 공급하는 가스 공급관에 가열부가 설치되어 있지만, 다른 실시 형태에 있어서는, 도 12에 도시한 바와 같이 N2 가스 공급원(43)으로부터 공급된 N2 가스를 일단 저류하는 동시에 소정의 온도로 가열하는 가열 저류부(49)를 설치하여, 이 가열 저류부(49)로부터 각 가스 공급관을 통해 진공 용기(1)로 N2 가스를 공급하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 분리 영역(D)의 천장면(44)에 있어서, 분리 가스 노즐(41, 42)에 대해 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측 부위는 외측 테두리에 위치하는 부위일수록 회전 방향의 폭이 큰 것이 바람직하다. 그 이유는 회전 테이블(2)의 회전에 의해 상류측으로부터 분리 영역(D)을 향하는 가스의 흐름이 외측 테두리에 가까울수록 빠르기 때문이다. 이 관점에서 보면, 상술한 바와 같이 볼록 형상부(5)가 부채형을 가지면 바람직하다.
그리고, 분리 가스 공급 노즐(41, 42)의 양측에 각각 위치하는 협애한 공간을 형성하는 제1 천장면(52)은, 도 13a 및 도 13b에 도시한 바와 같이, 예를 들어 처리되는 웨이퍼가 300㎜의 직경을 갖는 경우, 웨이퍼(W)의 중심(WO)이 통과하는 부위에 있어서 회전 테이블(2)의 회전 방향에 따른 폭 치수(L)가 50㎜ 이상인 것이 바람직하다. 즉, 폭 치수(L)가 웨이퍼(W)의 직경의 1/10 내지 1/1인 것이 바람직하고, 약 1/6 이상인 것이 보다 바람직하다. 볼록 형상부(5)의 양측으로부터 볼록 형상부(5)의 하방(협애한 공간)으로 반응 가스가 침입하는 것을 유효하게 저지하기 위해서는, 폭 치수(L)가 짧은 경우에는 그것에 대응하여 제1 천장면(52)과 회전 테이블(2) 사이의 거리도 작게 할 필요가 있다.
또한, 제1 천장면(52)과 회전 테이블(2) 사이의 거리를 어느 치수로 설정하였다고 하면, 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 이격될수록 회전 테이블(2)의 속도가 빨라지므로, 반응 가스의 침입 저지 효과를 얻기 위해, 폭 치수(L)는 회전 중심으로부터 이격될수록 길게 해야만 한다. 이와 같은 관점에서 고찰하면, 웨이퍼(W)의 중심(WO)이 통과하는 부위에 있어서의 폭 치수(L)가 50㎜보다도 작으면, 제1 천장면(52)과 회전 테이블(2)의 거리를 상당히 작게 할 필요가 있으므로, 회전 테이블(2)을 회전했을 때에 회전 테이블(2) 혹은 웨이퍼(W)와 천장면(52)의 충돌을 방지하기 위해, 회전 테이블(2)의 요동을 최대한 억제하는 고안이 요구된다.
또한, 회전 테이블(2)의 회전수가 높을수록 볼록 형상부(5)의 상류측으로부터 볼록 형상부(5)의 하방측으로 반응 가스가 침입하기 쉬워지므로, 폭 치수(L)를 50㎜ 보다도 작게 하면, 회전 테이블(2)의 회전수를 낮게 해야만 해, 처리량의 점에서 상책이 아니다. 따라서 폭 치수(L)가 50㎜ 이상인 것이 바람직하지만, 50㎜ 이하라도 본 발명의 효과가 얻어지지 않는다고 하는 것은 아니다.
본 실시 형태에서는, 2개의 배기구(61, 62)가 용기 본체(12)에 형성되어 있지만, 다른 실시 형태에서는 3개의 배기구가 형성되어도 좋다. 예를 들어, 제2 반응 가스 노즐(32)과, 제2 반응 가스 노즐(32)에 대해 회전 테이블(2)의 시계 회전 방향의 상류에 위치하는 분리 영역(D) 사이에 추가의 배기구를 형성해도 좋다. 또한, 추가의 배기구를 용기 본체(12)의 소정의 위치에 형성해도 좋다. 도시한 예에 서는, 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, 용기 본체(12)의 측벽에 형성해도 좋다. 또한, 배기구(61, 62)를 용기 본체(12)의 측벽에 형성하는 경우, 배기구(61, 62)는 회전 테이블(2)보다도 높게 위치해도 좋다. 이 경우, 가스는 회전 테이블(2)의 표면을 따라 흘러, 회전 테이블(2)의 표면보다 높게 위치하는 배기구(61, 62)로 유입된다. 따라서, 용기(1) 내의 파티클을 불어 올릴 수 없다는 점에서, 배기구가, 예를 들어 천장판(11)에 형성된 경우에 비해, 유리하다.
다음에, 처리 영역(P1, P2) 및 분리 영역(D)의 배치의 다른 예를 설명한다. 도 14는 제2 반응 가스 노즐(32)을 반송구(15)보다도 회전 테이블(2)의 시계 방향 회전의 상류측에 위치시킨 예이다. 이와 같은 배치라도 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 분리 영역(D)은 2개의 부채형의 판을, 분리 가스 노즐(41, 42)의 양측에 위치하도록 천장판(11)의 하면에 설치함으로써 구성해도 좋다. 도 15는 이와 같은 구성을 도시하는 평면도이다. 이 경우, 볼록 형상부(5)(2개의 부채형의 판)와 분리 가스 노즐(41, 42)의 거리나 부채형의 볼록 형상부(5)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, 제1 처리 영역(P1) 및 제2 처리 영역(P2)은 분리 영역(D)의 천장면(52)보다도 높은 천장면(53)을 갖는 영역에 상당한다. 그러나, 제1 처리 영역(P1) 및 제2 처리 영역(P2)의 적어도 한쪽은 반응 가스 공급 노 즐(31, 32)의 양측에서 회전 테이블(2)에 대향하고, 천장면(53)보다도 낮은 다른 천장면을 갖고 있어도 좋다. 당해 천장면과 회전 테이블(2) 사이의 간극으로 가스가 유입되는 것을 방지하기 위해서이다. 이 천장면은 천장면(53)보다도 낮고, 분리 영역(D)의 천장면(52)과 동일한 정도로 낮아도 좋다. 도 16은 그와 같은 구성의 일례를 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 부채 형상의 볼록 형상부(30)는 O3 가스가 공급되는 제2 처리 영역(P2)에 배치되고, 반응 가스 노즐(32)이 볼록 형상부(30)에 형성된 홈부(도시하지 않음)에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 이 제2 처리 영역(P2)은 가스 노즐이 반응 가스를 공급하기 위해 사용되지만, 분리 영역(D)과 마찬가지로 구성되어 있다.
또한, 도 17에 도시한 바와 같이, 반응 가스 노즐(31, 32)의 양측에도 동일한 낮은 천장면을 설치하여, 이들 천장면을 연속시키는 구성, 즉 분리 가스 노즐(41, 42) 및 반응 가스 노즐(31, 32)이 설치되는 개소 이외는, 회전 테이블(2)에 대향하는 영역 전체면에 볼록 형상부(5)를 설치하는 구성으로 해도 동일한 효과가 얻어진다. 이 구성은 다른 관점에서 보면, 분리 가스 노즐(41, 42)의 양측의 제1 천장면(52)이 반응 가스 노즐(31, 32)까지 확산된 예이다. 이 경우에는, 분리 가스 노즐(41, 42)의 양측으로 분리 가스가 확산되고, 반응 가스 노즐(31, 32)의 양측으로 반응 가스가 확산되어, 양 가스가 볼록 형상부(5)의 하방측(협애한 공간)에서 합류하지만, 이들 가스는 분리 가스 노즐(31, 32)과 반응 가스 노즐(42)(41) 사이에 위치하는 배기구(61, 62)로부터 배기되게 된다.
이상의 실시 형태에서는, 회전 테이블(2)의 회전축(22)이 진공 용기(1)의 중심부에 위치하고, 회전 테이블(2)의 중심부와 진공 용기(1)의 상면부 사이의 공간에 분리 가스를 퍼지하고 있지만, 다른 실시 형태에 있어서는, 도 18에 도시한 바와 같이 구성해도 좋다. 도 18의 성막 장치에 있어서는, 진공 용기(1)의 중앙 영역의 저면부(14)가 하방으로 돌출되어 구동부의 수용 공간(90)을 형성하고 있는 동시에, 진공 용기(1)의 중앙 영역의 상면에 오목부(90a)가 형성되어, 진공 용기(1)의 중심부에 있어서 수용 공간(90)의 저부와 진공 용기(1)의 오목부(90a)의 상면 사이에 지주(91)를 개재시켜, 제1 반응 가스 노즐(31)로부터의 BTBAS 가스와 제2 반응 가스 노즐(32)로부터의 O3 가스가 중심부를 통해 서로 섞이는 것을 방지하고 있다.
회전 테이블(2)을 회전시키는 기구에 대해서는, 지주(91)를 동축 형상으로 둘러싸도록 회전 슬리브(92)를 설치하여 이 회전 슬리브(92)를 따라서 링 형상의 회전 테이블(2)을 설치하고 있다. 그리고 수용 공간(90)에 모터(93)에 의해 구동되는 구동 기어부(94)를 설치하여, 이 구동 기어부(94)에 의해 회전 슬리브(92)의 하부의 외주에 형성된 기어부(95)를 통해 회전 슬리브(92)를 회전시키도록 하고 있다. 부호 96, 부호 97 및 부호 98은 베어링부이다.
또한, 수용 공간(90)의 저부에 퍼지 가스 공급관(73)을 접속하는 동시에, 오목부(90a)의 측면과 회전 슬리브(92)의 상단부 사이의 공간에 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 공급관(91)을 진공 용기(1)의 상부에 접속하고 있다. 도 18에 서는 오목부(90a)의 측면과 회전 슬리브(92)의 상단부 사이의 공간에 퍼지 가스를 공급하기 위한 개구부는 좌우 2개소에 기재되어 있지만, 회전 슬리브(92)의 근방 영역을 통해 BTBAS 가스와 O3 가스가 서로 섞이지 않도록 하기 위해, 개구부(퍼지 가스 공급구)의 배열수를 설계하는 것이 바람직하다.
도 18의 실시 형태에서는 회전 테이블(2)측으로부터 보면, 오목부(90a)의 측면과 회전 슬리브(92)의 상단부 사이의 공간은 분리 가스 토출 구멍에 상당하고, 그리고 이 분리 가스 토출 구멍, 회전 슬리브(92) 및 지주(91)에 의해 진공 용기(1)의 중심부에 위치하는 중심부 영역이 구성된다.
이상, 서술한 성막 장치를 사용한 기판 처리 장치에 대해 도 19에 도시해 둔다. 도 19 중, 부호 101은, 예를 들어 25매의 웨이퍼를 수납하는 후프라고 불리는 밀폐형 반송 용기, 부호 102는 반송 아암(103)이 배치된 대기 반송실, 부호 104, 부호 105는 대기 분위기와 진공 분위기 사이에서 분위기를 절환 가능한 로드 로크실(예비 진공실), 부호 106은 2기의 반송 아암(107)이 배치된 진공 반송실, 부호 108, 부호 109는 본 발명의 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 반송 용기(101) 내로부터 웨이퍼가 취출된다. 계속해서, 로드 로크실(104)(105) 내에 반입되어 실내를 대기 분위기로부터 진공 분위기로 절환하고, 그 후 반송 아암(107)에 의해 웨이퍼가 취출되어 성막 장치(108, 109)의 한쪽으로 반입되어, 상 술한 성막 처리가 행해진다. 이와 같이, 예를 들어 5매 처리용의 본 발명의 성막 장치를 복수개, 예를 들어 2개 구비함으로써, 소위 ALD(MLD)를 높은 처리량으로 실시할 수 있다.
상기한 성막 장치에서 적용되는 처리 가스로서는, 상술한 예 이외에, DCS[ 디클로로실란], HCD[헥사클로로디실란], TMA[트리메틸알루미늄], 3DMAS[트리스디메틸아미노실란], TEMAZ[테트라키스에틸메틸아미노지르코늄], TEMHF[테트라키스에틸메틸아미노하프늄], Sr(THD)2[스트론튬비스테트라메틸헵탄디오나토], Ti(MPD)(THD)[티타늄메틸펜탄디오나토비스테트라메틸메틸헵탄디오나트], 모노아미노실란 등을 들 수 있다.
또한, 분리 가스 및 퍼지 가스로서는, N2 가스로 한정되지 않고 Ar 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있지만, 불활성 가스로 한정되지 않고 수소 가스 등이라도 좋고, 성막 처리에 영향을 미치지 않는 가스이면, 가스의 종류에 관해서는 특별히 한정되는 것이 아니다.
상기한 실시 형태를 참조하면서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 클레임된 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이나 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단면도.
도 2는 도 1의 성막 장치의 내부의 개략 구성을 도시하는 사시도.
도 3은 도 1의 성막 장치의 횡단 평면도.
도 4a 및 도 4b는 상기한 성막 장치에 있어서의 처리 영역 및 분리 영역을 도시하는 단면도.
도 5는 도 1의 성막 장치의 일부 사시도.
도 6은 반응 가스 노즐을 도시하는 종단면도.
도 7a는 가열부에 의해 가스가 팽창하는 모습을 도시한 설명도.
도 7b는 가열부에 의해 가스가 팽창하는 모습을 도시한 다른 설명도.
도 8a는 도 1의 성막 장치의 일부 단면도.
도 8b는 도 1의 성막 장치의 다른 일부 단면도.
도 9는 분리 가스 혹은 퍼지 가스가 흐르는 모습을 도시하는 설명도.
도 10a는 배기관에서 가스의 체적이 감소하는 모습을 도시한 설명도.
도 10b는 배기관에서 가스의 체적이 감소하는 모습을 도시한 다른 설명도.
도 11은 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스가 분리 가스에 의해 분리되어 배기되는 가스 패턴을 도시하는 설명도.
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단면도.
도 13a는 분리 영역에 사용되는 볼록 형상부의 치수의 예를 설명하기 위한 설명도.
도 13b는 분리 영역에 사용되는 볼록 형상부의 치수의 예를 설명하기 위한 설명도.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 평면도.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 횡단 평면도.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 성막 장치의 내부의 개략 구성을 도시하는 사시도.
도 17은 본 발명의 상기 이외의 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 평면도.
도 18은 본 발명의 상기 이외의 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 단면도.
도 19는 본 발명의 성막 장치를 사용한 기판 처리 시스템의 일례를 도시하는 개략 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 진공 용기
2 : 회전 테이블
11 : 천장판
12 : 용기 본체
13 : O링
14 : 저면부
20 : 케이스체
21 : 코어부
22 : 회전축
23 : 구동부

Claims (16)

  1. 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서,
    진공 용기 내에 설치되어, 기판을 적재하기 위해 설치된 기판 적재 영역을 포함하는 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블의 기판 적재 영역측의 면을 향해 제1 반응 가스를 공급하도록 구성된 제1 반응 가스 공급 수단과,
    상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 상기 제1 반응 가스 공급 수단으로부터 이격되어 배치되어, 상기 회전 테이블의 기판 적재 영역측의 면을 향해 제2 반응 가스를 공급하도록 구성된 제2 반응 가스 공급 수단과,
    제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역 사이에서 상기 둘레 방향을 따라 위치하는 분리 영역으로서, 상기 분리 영역은 하면 및 분리 가스 공급 수단을 포함하고, 하면은 회전 테이블에 대해 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역 각각의 천장면보다 낮고, 하면은 진공 용기의 주연부를 향해 커지고 회전 방향을 따르는 폭을 갖고, 이에 의해 회전 테이블에 대해 협애한 공간을 생성하며, 상기 분리 가스 공급 수단은 하면 내에 위치되고 제1 분리 가스를 협애한 공간으로 공급하고, 이에 의해 회전 방향에 대해 분리 영역으로부터 처리 영역 측면으로 분리 가스 유동을 생성하는, 분리 영역과,
    제1 분리 가스를 가열하고, 가열된 제1 분리 가스가 상기 분리 가스 공급 수단으로부터 협애한 공간으로 공급되게 하는 제1 가열부와,
    상기 회전 테이블에 공급된 상기 제1 반응 가스, 상기 제2 반응 가스 및 상기 제1 분리 가스를 배기하기 위한 배기구와,
    상기 기판에 박막을 적층하기 위해 상기 제1 반응 가스, 상기 제2 반응 가스 및 상기 제1 분리 가스가 상기 회전 테이블에 공급되고 있을 때에, 상기 회전 테이블을 상기 제1 처리 영역, 상기 제2 처리 영역 및 상기 분리 영역에 대해 상대적으로 상기 둘레 방향으로 회전시키는 구동부를 구비하는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 진공 용기 내의 중심부에 위치하여, 상기 회전 테이블의 기판 적재면을 향해 제2 분리 가스를 토출하는 토출구가 형성된 중심부 영역을 더 구비하고,
    상기 제1 반응 가스 및 상기 제2 반응 가스가, 상기 분리 영역의 양측으로 확산되는 상기 제1 분리 가스 및 상기 중심부 영역으로부터 토출되는 상기 제2 분리 가스와 함께 상기 배기구로부터 배기되는, 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 중심부 영역은 회전 테이블의 회전 중심부와 진공 용기의 상면측에 의해 구획되어, 제2 분리 가스가 흐르는 영역인, 성막 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 가열부에 추가 또는 대신하여, 상기 토출구에 공급되는 제2 분리 가스를 가열하는 제2 가열부가 설치되는, 성막 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분리 영역은 분리 가스 공급 수단의 상기 둘레 방향 양측에 위치하여, 당해 분리 영역으로부터 처리 영역측으로 분리 가스가 흐르기 위한 협애한 공간을 회전 테이블과의 사이에 형성하기 위한 천장면을 구비하는, 성막 장치.
  6. 제1항에 있어서, 당해 회전 테이블의 하방측 공간에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 수단과,
    상기 퍼지 가스 공급 수단에 공급되는 퍼지 가스를 가열하는 제3 가열부를 더 구비하는, 성막 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 배기구와 당해 배기구에 접속된 진공 배기 수단 사이에 설치되는 배기로를 유통하는 가스를 냉각하기 위한 냉각부를 더 구비하는, 성막 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 냉각부는 상기 배기로에 있어서의 가스의 흐름을 규제하여 상기 배기로의 컨덕턴스를 저하시키는 동시에, 당해 배기로에 있어서의 가스를 냉각하기 위한 냉매의 유로를 구비하는, 성막 장치.
  9. 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서,
    진공 용기 내의 회전 테이블에 기판을 수평으로 적재하는 공정과,
    제1 반응 가스 공급 수단으로부터 상기 회전 테이블의 기판 적재 영역측의 면을 향해 제1 반응 가스를 공급하는 공정과,
    상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 이격되어 배치되는 제2 반응 가스 공급 수단으로부터, 상기 회전 테이블의 기판 적재 영역측의 면을 향해 제2 반응 가스를 공급하는 공정과,
    상기 둘레 방향에 있어서 상기 제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과, 상기 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역 사이에 위치하는 분리 영역에 설치된 분리 가스 공급 수단으로부터 제1 분리 가스를 공급하는 공정으로서, 분리 영역은 하면 및 분리 가스 공급 수단을 포함하고, 하면은 회전 테이블에 대해 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역 각각의 천장면보다 낮고, 하면은 진공 용기의 주연부를 향해 커지고 회전 방향을 따르는 폭을 갖고, 이에 의해 회전 테이블에 대해 협애한 공간을 생성하며, 분리 가스 공급 수단은 하면 내에 위치되고 제1 분리 가스를 협애한 공간으로 공급하는, 제1 분리 가스를 공급하는 공정과,
    상기 분리 가스 공급 수단에 공급되는 제1 분리 가스를 가열하는 공정과,
    기판에 상기 박막을 형성하기 위해 상기 제1 반응 가스, 상기 제2 반응 가스 및 상기 제1 분리 가스가 상기 회전 테이블에 공급되고 있을 때에, 당해 회전 테이블을 상기 제1 처리 영역, 상기 제2 처리 영역 및 상기 분리 영역에 대해 상대적으로 상기 둘레 방향으로 회전시키는 공정과,
    상기 회전 테이블에 공급된 상기 제1 반응 가스, 상기 제2 반응 가스 및 상기 제1 분리 가스를 배기구를 통해 배기하는 공정을 포함하는, 성막 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 처리 영역과 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 진공 용기 내의 중심부에 위치하는 중심부 영역에 형성된 토출구로부터 상기 회전 테이블의 기판 적재면측에 제2 분리 가스를 토출하는 공정을 포함하고,
    상기 배기 공정에 있어서, 상기 제1 반응 가스, 상기 제2 반응 가스 및 상기 분리 영역의 양측으로 확산되는 상기 제1 분리 가스 및 상기 중심부 영역으로부터 토출되는 상기 제2 분리 가스가 상기 배기구로부터 배기되는, 성막 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 중심부 영역은 회전 테이블의 회전 중심부와 진공 용기의 상면측에 의해 구획되어, 제2 분리 가스가 흐르는 영역인, 성막 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 분리 영역은 분리 가스 공급 수단의 상기 둘레 방향 양측에 위치하여, 당해 분리 영역으로부터 처리 영역측으로 분리 가스가 흐르기 위한 협애한 공간을 회전 테이블과의 사이에 형성하기 위한 천장면을 구비하는, 성막 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 분리 가스 공급 수단에 공급되는 상기 제1 분리 가스를 가열하는 공정에 추가 또는 대신하여, 상기 토출구에 공급되는 상기 제2 분리 가스를 가열하는 공정을 구비하는, 성막 방법.
  14. 제9항에 있어서, 당해 회전 테이블의 하방측 공간에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 수단에 퍼지 가스를 공급하는 공정과,
    상기 퍼지 가스 공급 수단에 공급되는 퍼지 가스를 가열하는 공정을 더 포함 하는, 성막 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 배기구와 진공 배기 수단을 접속하는 배기로에 있어서의 가스를 냉각하는 공정을 포함하는, 성막 방법.
  16. 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치에 사용되는 프로그램을 저장하는 기억 매체이며,
    상기 프로그램은 제9항의 성막 방법을 실시하도록 짜여진 스텝군을 포함하는, 기억 매체.
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