KR101563749B1 - 성막 장치 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

성막 장치는, 회전 테이블과, 회전 테이블의 주연으로부터 회전 중심을 향하여 설치되는 제1 반응 가스 공급부 및 제2 반응 가스 공급부와, 그 사이에 설치되는 제1 분리 가스 공급부를 포함한다. 제1 반응 가스 공급부를 포함하고 제1 높이를 갖는 제1 공간과, 제2 반응 가스 공급부를 포함하고 제2 높이를 갖는 제2 공간과, 제1 분리 가스 공급부를 포함하고 제1 및 제2 높이보다 낮은 제3 공간이 형성된다. 회전 테이블의 회전 중심의 하방에 설치된 모터가, 회전 테이블을 회전 구동시킨다. 회전 테이블의 회전축과 모터의 구동축은 공전하지 않도록 결합된다.
Figure R1020090082743
회전 테이블, 반응 가스 공급부, 회전 중심, 모터, 구동축

Description

성막 장치 및 기판 처리 장치 {FILM FORMATION APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
<관련출원>
본 출원은 2008년 9월 4일 출원한 우선권 주장 일본 특허 출원2008-227028호에 기초한 것이며, 그 전체 내용은 여기에 원용된다.
본 발명은, 성막 장치 및 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히 적어도 2종류의 원료 가스를 교대로 공급하여 박막을 성막하는 성막 장치 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스에 있어서의 박막 퇴적 기술로서, 소위 원자층 퇴적(ALD) 또는 분자층 퇴적(MLD)이 알려져 있다. 이러한 박막 퇴적 기술에 있어서는, 진공 하에서 제1 반응 가스가 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼)의 표면에 흡착되고, 다음에 그 웨이퍼의 표면에 제2 반응 가스가 흡착되어 그 웨이퍼의 표면 상에서의 제1 및 제2 반응 가스의 반응을 통해 1 이상의 원자층 또는 분자층이 형성된다. 그리고, 그러한 가스의 교대 흡착이 복수회 반복되어 웨이퍼 위에 막이 퇴적된다. 이 기술은, 가스의 교대 공급의 횟수에 의하여 막 두께를 높은 정밀도로 제 어할 수 있는 점, 퇴적막이 웨이퍼 위에서 우수한 균일성을 가질 수 있는 점에서 유리하다. 따라서, 이 퇴적 방법은, 반도체 디바이스의 가일층의 미세화에 대처할 수 있는 박막 퇴적 기술로서 유망하다고 여겨지고 있다.
이러한 성막 방법은, 예를 들어 게이트 절연체에 사용되는 유전체막을 성막하기 위하여 적절하게 사용할 수 있다. 게이트 절연체로서 실리콘 산화막(SiO2막)을 성막할 경우에는, 제1 반응 가스(원료 가스)로서, 예를 들어 비스터셜부틸아미노실란(이하 「BTBAS」라고 한다) 가스 등이 사용되고, 제2 반응 가스(산화 가스)로서 오존 가스 등이 사용된다.
이와 같은 성막 방법을 실시하기 위해 진공 용기와 이 진공 용기의 상부 중앙에 가스 샤워 헤드를 갖는 낱장의 성막 장치를 사용하는 것이 검토되어 왔다. 이러한 성막 장치에서는, 반응 가스가 상부 중앙으로부터 공급되고, 미반응의 반응 가스 및 반응 부생성물이 처리 용기의 저부로부터 배기된다. 이러한 진공 용기를 사용한 경우, 퍼지 가스에 의한 가스 치환에 긴 시간이 걸리고, 사이클 수도, 예를 들어 수백회나 달하기 때문에, 처리 시간이 오래 걸린다. 이로 인해, 고처리량을 실현 가능한 성막 장치 및 성막 방법이 요망되고 있다.
이러한 배경으로부터, 진공 용기와, 복수매의 기판을 회전 방향을 따라 보유 지지하는 회전 테이블을 갖는 성막 장치가 제안되고 있다.
아래에 예로 든 특허 문헌1은 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 직경을 따라 분리 가스를 도입하는 가스 주입구를 갖고 있다. 이들 구성에 의해, 서로 다른 반응 가스가 각각의 영역으로 공급되어 각각의 배기 포트에 의하여 위로부터 배기되는 동시에, 회전 테이블이 회전하여 회전 테이블에 적재된 웨이퍼가 2개의 영역을 교대로 빠져 나간다. 그리고 분리 가스가 공급되는 분리 영역은, 원료 가스가 공급되는 영역보다도 낮고 천장을 갖고 있다.
특허 문헌2는, 복수의 웨이퍼를 지지하고 수평 회전 가능한 웨이퍼 지지 부재(회전 테이블)와, 웨이퍼 지지 부재에 대향하여, 웨이퍼 지지 부재의 회전 방향을 따라 등각도 간격으로 배치되는 제1 및 제2 가스 토출 노즐과, 제1 및 제2 가스 토출 노즐 사이에 배치되는 퍼지 노즐을 갖는 처리 챔버를 개시하고 있다. 가스 토출 노즐은 웨이퍼 지지 부재의 반경 방향으로 연장되어 있다. 웨이퍼의 표면은 웨이퍼 지지 부재의 표면보다도 웨이퍼의 두께만큼 높고, 가스 토출 노즐과 웨이퍼 지지 부재 상의 웨이퍼의 간격은 약 0.1㎜ 이상이다. 진공 배기 장치가, 웨이퍼 지지 부재의 외측 단부와 처리 챔버의 내벽 사이의 어느 한 부위에 접속되어 있다. 이와 같이 구성된 처리 용기에 의하면, 퍼지 가스 노즐이 퍼지 가스를 방출하여 가스 커튼을 형성하여, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 혼합되는 것을 방지하고 있다.
특허 문헌3은 복수의 격벽에 의하여 복수의 처리 영역으로 분할되는 처리 챔버를 개시하고 있다. 격벽의 아래에는 복수의 웨이퍼가 적재되는 원형의 회전 서 셉터가, 격벽에 대하여 약간의 간극을 두고 설치되어 있다.
특허 문헌4는 90도의 각도 간격으로 배치되는 90도의 꼭지각을 갖는 4개의 부채형의 가스 공급판과, 2개의 인접하는 가스 공급판 사이에 배치되어 처리 용기 내를 배기하는 배기구와, 복수의 웨이퍼를 지지하고, 가스 공급판에 대향하는 서셉터를 갖는 처리 챔버를 개시하고 있다. 4개의 가스 공급판은, 아르신(AsH3) 가스, 수소(H2) 가스, 트리메틸 갈륨(TMG) 가스, 및 H2 가스를 각각 방출한다.
특허 문헌5는 격벽에 의해 4개의 구역으로 분할되어, 4개의 구역 각각에 설치된 서셉터를 갖는 원형의 플레이트와, 십자형으로 접속된 4개의 인젝터 파이프와, 4개의 서셉터 각각의 가까이에 배치된 2개의 배기구를 갖는 처리 챔버를 개시하고 있다. 이 처리 챔버에 있어서는 4개의 웨이퍼가 4개의 서셉터에 각각 탑재되고, 4개의 인젝터 파이프가 원료 가스, 퍼지 가스, 원료 가스, 다른 퍼지 가스를 각각 방출하면서 원형의 플레이트의 상방에서 십자형의 중앙을 중심으로 하여 회전한다. 인젝터 파이프가 4개의 적재 영역에 순서대로 위치하도록 인젝터 유닛을 수평 회전시키고 또한 회전 테이블의 주변으로부터 진공 배기한다.
또한, 특허 문헌6(특허 문헌7, 8)은, 복수의 가스를 타깃(웨이퍼)에 교대로 흡착시키는, 원자층 CVD에 적합하게 사용되는 성막 장치를 개시하고 있다. 이 장치에서는 상방으로부터 서셉터에 소스 가스와 퍼지 가스를 공급하면서 웨이퍼를 보유 지지하는 서셉터가 회전한다. 이 문헌의 단락 0023, 0024, 0025에는 챔버의 중심으로부터 반경 방향으로 연장되는 격벽과, 소스 가스 또는 퍼지 가스를 공급하기 위하여 격벽의 저부에 형성된 가스 토출 구멍이 기재되어 있다. 또한, 퍼지 가스로서 불활성 가스가 가스 토출 구멍으로부터 토출되어 가스 커튼을 형성하고 있다. 가스의 배기에 관해서는, 이 문헌의 단락 0058에 있어서, 소스 가스가 배기 채널(30a)을 통하여 배기되고, 퍼지 가스가 배기 채널(30b)을 통하여 배기되는 것이 기재되어 있다.
특허 문헌1 : 미국 특허 공보 7, 153, 542호 : 도 6(a), (b)
특허 문헌2 : 일본 특허 출원 공개 제2001-254181호 공보 : 도 1 및 도 2
특허 문헌3 : 일본 특허 3144664호 공보 : 도 1, 도 2, 청구항 1
특허 문헌4 : 일본 특허 출원 공개평4-287912호 공보
특허 문헌5 : 미국 특허 공보6, 634, 314호
특허 문헌6 : 일본 특허 출원 공개 제2007-247066호 공보 : 단락 0023 내지 0025, 0058, 도 12 및 도 18
특허 문헌7 : 미국 특허 공개 공보2007-218701호
특허 문헌8 : 미국 특허 공개 공보2007-218702호
그러나, 특허 문헌1에 기재되어 있는 장치에서는 반응 가스와 분리 가스가 하향으로 공급되어, 챔버의 일부에 설치된 배기 포트로부터 상향으로 배기되기 때문에 챔버 내의 파티클이 가스의 상향의 흐름에 의해 위로 불어올려져 웨이퍼 위에 떨어져, 웨이퍼가 오염될 우려가 있다.
또한, 특허 문헌2에 기재되어 있는 기술에서는, 가스 커튼은 이들 반응 가스의 혼합을 완전하게 방지할 수 없고, 가스는 웨이퍼 지지 부재의 회전에 의하여 회전 방향으로 흐르는 일도 있어, 반응 가스의 한쪽이 가스 커튼을 통과하여 흘러 다른 반응 가스와 혼합되는 것을 허용해버린다. 또한, 회전하고 있는 웨이퍼 지지 부재의 중심 부근에서는 가스에 대하여 큰 원심력이 작용하지 않기 때문에, 제1(제2) 가스 출구 노즐로부터 분출된 제1(제2) 반응 가스가, 웨이퍼 지지 부재의 중심부를 통과하여 제2(제1) 반응 가스와 접하는 경우가 있다. 반응 가스가 챔버 내에서 혼합되어버리면, MLD(또는 ALD) 모드에서의 박막의 퇴적을 기대한 대로 실시할 수 없다.
특허 문헌3에 기재되어 있는 장치에서는 처리 챔버에 있어서, 처리 영역의 하나로 도입된 처리 가스가, 격벽 아래의 간극을 통과하여 인접하는 처리 영역으로 확산되어, 그 인접 처리 영역에 도입되는 다른 처리 가스와 혼합되는 경우가 있다. 또한, 처리 가스는, 배기 챔버에서 혼합되어, 웨이퍼가 2개의 처리 가스에 동시에 노출되는 경우도 있다. 따라서, 이 처리 챔버에 의해서는 MLD(ALD) 모드에서의 박 막의 퇴적을 적절하게 실시할 수 없다.
특허 문헌4의 개시는, 2개의 원료 가스(AsH3, TMG)가 혼합되어버리는 것을 방지하기 위한 현실적인 방책을 전혀 제공하고 있지 않다. 그러한 방책이 없기 때문에, 2개의 반응 가스는 서셉터의 중심 부근이나 H2 가스의 공급판을 통하여 혼합되어버리는 경우가 있다. 또한, 배기구가 인접하는 2개의 가스 공급판 사이에 배치되어 있기 때문에, 가스를 상향으로 배기하게 되어, 서셉터 표면으로부터 파티클을 뿜어 올려 웨이퍼의 오염을 초래한다.
특허 문헌5에 개시된 처리 챔버에서는, 인젝터 파이프 중 하나가 4개의 구획 중 1개 위를 통과한 후, 이 구획을 단시간에 퍼지할 수 없다. 또한, 4개의 구획 중 1개에 있어서의 반응 가스는 인접하는 구획에 용이하게 흘러들 가능성이 있다. 따라서, MLD(ALD) 모드에서의 박막의 퇴적을 행하는 것은 곤란하다.
특허 문헌6에 개시된 기술에 따르면 소스 가스는, 퍼지 가스 컴파트먼트의 양측에 위치하는 소스 가스 컴파트먼트로부터 퍼지 가스 컴파트먼트로 유입되어버려, 퍼지 가스 컴파트먼트에 있어서 서로 혼합되어버린다. 그 결과, 반응 생성물이 퍼지 가스 컴파트먼트에서 생성되어, 웨이퍼 위로 파티클이 낙하될 가능성이 있다.
특허 문헌1 내지 5에 개시된 성막 장치 및 성막 방법을 행할 경우, 회전 테이블은, 예를 들어 4매 내지 6매의 복수매의 웨이퍼를 원 형상으로 배열하여 적재하기 위한 큰 직경을 갖기 때문에, 관성(이하 이너셔라고 한다)이 크다. 이로 인 해, 진공 용기 내에서 성막하는 성막 장치에서 통상 사용되는 회전 테이블의 구동 방법인 벨트 드라이브를 통하여 스테핑 모터로 구동하는 방법을 사용한 경우에, 가속 시 또는 감속 시에 회전 테이블이 모터에 대하여 공전하여, 모터에 지시된 회전 각도에 대하여 실제의 회전 각도가 어긋난다. 이하, 이러한 회전 각도의 어긋남을 탈조라고 칭한다. 특허 문헌1 내지 5에는 회전 테이블을 회전 구동하는 모터 및 동력 전달 방법에 관하여 개시되어 있지 않지만, 일반적으로 진공 용기를 사용한 성막 장치에 있어서 사용되는 벨트 드라이브를 통하여 스테핑 모터로 구동하는 방식에서는, 회전 테이블의 이너셔가 크기 때문에 회전 개시 시 또는 회전 정지 시에 벨트의 슬립이나 신장 등에 기인하여 회전 테이블과 모터축 사이에 회전 각도의 어긋남(공전)이 발생하여 탈조가 일어난다. 그 결과, 진공 용기의 외부와의 사이에서 기판의 반출입을 행할 경우, 기판을 회전 테이블의 소정의 영역에 고정밀도로 위치시켜 적재할 수 없거나, 혹은 기판을 회전 테이블로부터 확실하게 취출할 수 없는 등의 문제가 발생할 우려가 있다.
본 발명의 총괄적인 목적은 상술한 문제를 해결한 신규이고 유용한 성막 장치 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 구체적인 목적은 기판의 표면에 서로 반응하는 복수의 반응 가스를 순서대로 공급하여 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 것에 있어서, 높은 처리량을 얻을 수 있고, 기판 상에서 복수의 반응 가스가 혼합되는 것을 방지하여 양호한 처리를 행할 수 있는 성막 장치 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 진공 용기의 외부와의 사이에서 기판의 반출입을 확실하게 행할 수 있는 성막 장치 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 진공 용기 내에서 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 포함하는 적어도 2종류의 원료 가스를 순서대로 공급하고 또한 상기 적어도 2종류의 상기 원료 가스를 순서대로 공급하는 공급 사이클을 실행함으로써 박막을 성막하는 성막 장치에 있어서, 상기 진공 용기 내에 회전 가능하게 설치되어, 기판을 적재하는 기판 적재부를 구비하는 회전 테이블과, 상기 제1 반응 가스 및 상기 제2 반응 가스를 공급하기 위해 상기 회전 테이블 주연의 서로 다른 위치로부터 회전 중심을 향하여 각각 설치되는 제1 반응 가스 공급부 및 제2 반응 가스 공급부와, 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스를 분리하는 제1 분리 가스를 공급하기 위해, 상기 제1 반응 가스 공급부와 상기 제2 반응 가스 공급부 사이의 상기 회전 테이블의 주연의 위치로부터 회전 중심을 향하여 설치되는 제1 분리 가스 공급부와, 상기 제1 반응 가스 공급부를 포함하는 상기 진공 용기의 천장판의 하면으로서, 상기 회전 테이블로부터 제1 높이로 설치되는 제1 하면의 영역과, 상기 제1 하면의 영역과 상기 회전 테이블 사이에 형성되는 제1 공간과, 상기 제2 반응 가스 공급부를 포함하는 상기 천장판의 하면으로서, 상기 제1 하면의 영역과 이격된 위치에 상기 회전 테이블로부터 제2 높이로 설치되는 제2 하면의 영역과, 상기 제2 하면의 영역과 상기 회전 테이블 사이에 형성되는 제2 공간과, 상기 제1 분리 가스 공급부를 포함하고 외부 회전 테이블의 회전 방향을 따라 상기 제1 분리 가스 공급부의 양측에 위치하는 상기 천장판의 하면으로서, 상기 회전 테이블로부터 상기 제1 높이 및 상기 제2 높이보다 낮은 제3 높이로 설치되는 제3 하면의 영역과, 상기 제3 하면의 영역과 상기 회전 테이블 사이에 형성되고, 상기 제1 분리 가스 공급부로부터 공급된 상기 제1 분리 가스가 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간으로 흐르기 위한 상기 제3 높이를 갖는 협애한 제3 공간과, 상기 회전 테이블의 회전 중심의 하방에 설치되고, 상기 회전 테이블을 회전 구동하는 모터와, 상기 천장판의 하면으로서, 상기 회전 테이블의 회전 중심의 상기 기판 적재부측에 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스를 분리하는 제2 분리 가스를 공급하는 제2 분리 가스 공급부가 설치되는 중심부 영역과, 상기 제3 공간의 양측으로 토출되는 상기 제1 분리 가스 및 상기 중심부 영역으로부터 토출되는 상기 제2 분리 가스와 함께 상기 제1 반응 가스 및 상기 제2 반응 가스를 배기하기 위한 배기구를 구비하고, 상기 회전 테이블의 회전축과 상기 모터의 구동축은 공전하지 않도록 결합되는 성막 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면 상술한 성막 장치와, 상기 성막 장치에 기밀하게 접속되어, 내부에 기판 반송부가 설치된 진공 반송실과, 상기 진공 반송실에 기밀하게 접속되어, 진공 분위기와 대기 분위기 사이에서 분위기가 절환 가능한 예비 진공실을 구비한 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 높은 처리량을 얻을 수 있고, 기판 상에서 복수의 반응 가스가 혼합되는 것을 방지하여 양호한 처리를 행할 수 있다. 또한, 회전 테이블 이 모터에 대하여 공전이나 탈조를 일으키는 일이 없기 때문에, 진공 용기의 외부와의 사이에서 기판의 반출입을 확실하게 행할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치 및 성막 방법에 대해서, 도 1 내지 도 13을 참조하면서 설명한다. 우선, 도 1 내지 도 12를 참조하면서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치의 구성을 설명한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 성막 장치는, 진공 용기(1), 회전 테이블(2), 제1 반응 가스 공급부(31), 제2 반응 가스 공급부(32), 제1 분리 가스 공급부(41, 42)를 갖는다. 진공 용기(1)는 평면 형상이 대략 원형이며 편평한 형상을 갖는다. 진공 용기(1)는, 천장판(11), 용기 본체(12), O링(13), 저면부(14)를 갖는다. 천장판(11)은, 용기 본체(12)로부터 분리 가능하게 구비된다. 천장판(11)은, 내부의 감압 상태에 의해 밀봉 부재, 예를 들어 O링(13)을 통하여 용기 본체(12)측으로 압박되어 기밀 상태를 유지한다. 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 분리될 경우, 천장판(11)은 도시하지 않은 구동 기구에 의하여 상방으로 들어 올려진다.
다음에, 진공 용기(1) 및 진공 용기(1)에 수용되는 각 부분 중 천장판(11), 회전 테이블(2), 천장판(11)보다 하측이고 회전 테이블(2)보다 상측에 설치되는 부분 및 관련되는 부분을 설명한다. 즉, 회전 테이블(2), 제1 반응 가스 공급부(31), 제2 반응 가스 공급부(32), 제1 분리 가스 공급부(41, 42), 천장판(11), 제2 분리 가스 공급부(51)에 대하여 설명한다.
회전 테이블(2)은, 도 1에 도시된 바와 같이 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심이 일치하도록 배치된다. 회전 테이블(2)은 케이스체(20), 코어부(21), 회전부(22), 구동부(23), 오목부(24)를 구비한다. 회전 테이블(2)은 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정된다. 코어부(21)는 연직 방향으로 신장되는 회전부(22)의 상단부에 고정된다. 회전부(22)는 진공 용기(1)의 저면부(14)를 관통하고, 그 하단부가 회전부(22)를 연직축 주위로 시계 방향으로 회전시키는 구동부(23)에 설치된다. 회전부(22) 및 구동부(23)는 상면이 개방된 원통 형상의 케이스체(20)에 수납된다. 케이스체(20)는 케이스체(20)의 상면에 설치된 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저면부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지된다. 회전부(22)는, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 베어링부(25), 결합부(26)를 구비한다. 회전 테이블(2)의 회전 중심의 하측에, 위에서부터 베어링부(25), 결합부(26)의 순서로 설치된다.
베어링부(25)는 결합부(26)와 회전 테이블(2) 사이에 설치된다. 베어링부(25)는 회전부(22)의 회전축(81)의 회전 운동을 지지하기 위한 것이다. 베어링부(25)는 진공 용기(1)에 수용하기 때문에, 마모분(abrasion powder)이 발생하지 않으면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 공지의 자성 유체 베어링을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이 자성 유체 베어링이 사용된다. 베어링부(25)는, 회전축(81), 베어링부 케이스체(82), 영구 자석(83), 자성 유체(84)를 구비한다. 베어링부(25)는, 회전축(81)이 자유롭게 회전 운동할 수 있는 상태를 유지하면서, 영구 자석(83)에 흡인되는 자성 유체(84)가 회전축(81)과 베어링부 케이스체(82) 사이를 시일할 수 있어, 마모분을 발생하는 일 없이 베어링 작용을 갖는다.
결합부(26)는, 베어링부(25)와 후술하는 구동부(23)의 감속 장치(28) 사이에 설치된다. 결합부(26)는 도 4에 도시된 바와 같이 조인트(85), 결합부 케이스체(86)를 갖고, 회전축(81)과 구동부(23)의 구동축(87a)을 공전하지 않도록 결합하기 위한 것이다. 단, 회전축(81)과 구동부(23)의 구동축(87a)은 공전하지 않도록 결합되는 것이면 특별히 직접 접합되는 구성으로 한정되는 것이 아니라, 동력 전달 장치나 감속 장치를 통하여 결합될 수 있다. 본 실시예에 있어서는, 회전축(81)과 구동축(87a)은, 후술하는 감속 장치를 통하여 결합된다.
구동부(23)는 서보 모터(27), 감속 장치(28)를 구비한다. 서보 모터(27)는 구동부(23)에 있어서, 감속 장치(28)의 하측에 설치된다. 서보 모터(27)는 회전 테이블(2)을 회전시키는 회전 구동력을 발생시키기 위한 것이다. 서보 모터(27)는 특별히 한정되는 것이 아니라, 공지의 DC 서보 모터, AC 서보 모터 등을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이 AC 서보 모터가 사용된다. 서보 모터(27)는 모터축(구동축)(87), 로터(회전자)(88), 모터 자석(89), 모터용 권선(91), 센서용 권선(92), 서보 앰프(93), 인코더(94)를 구비한다.
서보 모터(27)의 회전 구동력을 발생하는 방법에 대하여 설명한다. 서보 앰프(93)로부터 지령 펄스를 수반하여 모터용 권선(91)에 전압을 인가하여 전류를 통전함으로써 모터용 권선(91)에 로터(88)의 회전 중심 방향을 향하는 자계가 발생하여, 모터용 권선(91)과 모터 자석(89)을 흡인 상태 또는 반발 상태로 제어할 수 있 다. 또한, 모터축(87) 주위에 환상으로 배치된 각각의 모터용 권선(91)에, 인접하는 모터용 권선(91)에 소정의 위상차가 발생하는 교류 전류를 통전함으로써, 환상으로 배치된 모터용 권선(91)에 회전 자계를 발생시킬 수 있다. 그 회전 자계를 추종하도록, 모터 자석(89)이 회전하기 때문에 모터 자석(89)이 고정된 로터(88)가 회전하여 모터축(87)에 구동력이 발생한다.
다음에, 서보 모터(27)가 회전 위치를 제어하는 방법에 대하여 설명한다. 로터(88)의 회전 위치는 센서용 권선(92)에 의하여 검출되어, 인코더(94)에서 인코더 펄스로 변환되어, 서보 앰프(93)로 보내진다. 서보 앰프(93)는 지령 펄스의 양과 인코더 펄스의 양을 비교하여 인코더 펄스가 지령 펄스보다 지연되는 경우에는 모터용 권선(91)에 인가하는 전압을 증가시켜 통전 전류를 증대시킨다. 반대로, 인코더 펄스가 지령 펄스보다 진행하는 경우에는, 모터용 권선(91)에 인가하는 전압을 감하여 통전 전류를 감소시킨다. 이렇게 서보 모터(27)에 주어지는 지령 펄스의 양과 인코더 펄스의 양이 일치하도록 제어를 행함으로써 서보 모터(27)의 탈조를 방지한다.
감속 장치(28)는 구동부(23)의 서보 모터(27)의 상측에 설치된다. 즉, 감속 장치(28)는 회전부(22)의 결합부(26)와 서보 모터(27) 사이에 설치된다. 감속 장치(28)는 서보 모터(27)의 회전 속도를 감속하여 결합부(26)로 회전 구동력을 전달하기 위한 것이다. 감속 장치(28)는 공전이 발생하지 않는 동력 전달 방식의 것이면, 특별히 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 공지의 기어 상자(기어 박스)를 사용할 수 있다. 여기서, 「공전이 발생하지 않는다」란, 감속 장치의 입력축과 출력 축 사이에 슬립이 발생하지 않고, 헐거움이 없는 것을 의미한다. 즉, 「공전이 발생하지 않는다」란, 입력축과 출력축이 완전하게 대응하여 회전하여, 입력축과 출력축의 회전 각도 어긋남이 없는 것을 의미한다. 따라서, 공전이 발생하지 않는 감속 장치에서는 시동 시 등에 입력축의 회전에 지연되어 출력축이 회전하는 일이 없다.
본 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이 1/3의 기어비를 갖는 기어 박스를 2단 사용한 1/9의 기어비를 갖는 감속 장치가 사용된다. 즉, 1단째 입력 기어(감속 장치 입력 기어)(95a), 1단째 기어(96a, 96b), 1단째 출력 기어(97a), 2단째 입력 기어(95b), 2단째 기어(96c, 96d), 2단째 출력 기어(감속 장치 출력 기어)(97b)를 갖는다. 1단째 입력 기어(95a)와 1단째 기어(96a 및 96b)의 기어비는1/1이며, 1단째 기어(96a 및 96b)와 1단째 출력 기어(97a)의 기어비는 1/3이며, 2단째 입력 기어(95b)와 2단째 기어(96c 및 96d)의 기어비는 1/1이며, 2단째 기어(96c 및 96d)와 2단째 출력 기어(97b)의 기어비는 1/3이다. 예를 들어 이와 같은 구성의 감속 장치(28)를 사용함으로써, 서보 모터(27)의 회전 속도를 1/9로 감속하는 동시에, 서보 모터(27)의 회전 구동력(이하 회전 토크라고 한다)을 9배로 증대시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 예를 들어 직경이 960㎜, 두께가 20㎜인 카본으로 이루어지는 회전 테이블(2)이 사용된다. 이로 인해, 상술한 바와 같이 1/9의 감속비를 갖는 감속 장치(28)가 사용되고, 예를 들어 입력 전압이 200V, 최대 소비 전력이 500W인 서보 모터(27)가 사용된다. 따라서, 서보 모터(27)는 회전 테이블(2)의 이 너셔에 대하여 충분히 큰 회전 토크를 발생할 수 있어, 슬립 및 탈조를 수반하지 않고 회전 테이블(2)을 회전 구동할 수 있다.
오목부(24)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 회전 방향(둘레 방향)을 따라 복수매, 예를 들어 5매의 기판인 웨이퍼를 적재하기 위해, 회전 테이블(2)의 표면부에 형성된다. 오목부(24)는, 원형 형상이다. 오목부(24)는 웨이퍼를 위치 결정하여 회전 테이블(2)의 회전에 수반하는 원심력에 의하여 튀어나오는 일이 없도록 하기 위한 것으로, 본 발명의 기판 적재부에 상당한다. 또한 도 3에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 도시한다.
오목부(24)는, 도 5a에 도시된 바와 같이 오목부(24)의 직경이 웨이퍼의 직경보다도 약간, 예를 들어 4㎜ 크고, 또한 그 깊이는 웨이퍼의 두께와 동등한 크기로 설정된다. 따라서, 웨이퍼를 오목부(24)에 떨어뜨려 넣으면, 웨이퍼의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(웨이퍼가 적재되지 않은 영역)의 높이가 정렬된다. 웨이퍼의 표면과 회전 테이블(2)의 표면 사이의 높이의 차가 크면 그 단차 부분에서 압력 변동이 발생하므로 막 두께의 면내 균일성을 정렬시키기 위해서는 웨이퍼의 표면과 회전 테이블(2)의 표면의 높이를 정렬시키는 것이 필요하다. 웨이퍼의 표면과 회전 테이블(2)의 표면의 높이를 정렬시키는 것은, 오목부(24)(기판 적재부)에 적재된 웨이퍼(기판)의 표면이 회전 테이블(2)의 표면과 동일한 높이이거나, 회전 테이블(2)의 표면보다 웨이퍼(기판)의 표면이 낮은 위치인 것을 의미하지만, 가공 정밀도 등에 따라 가능한 한 양면의 높이의 차를 제로에 근접시키는 것이 좋고, 양면의 높이는 5㎜ 이내가 좋다. 오목부(24)의 저면에는 웨이퍼의 이면을 지지하여 웨이 퍼를 승강시키기 위해, 예를 들어 도 10을 사용하여 후술하는 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍이 형성된다.
기판 적재부는, 오목부에 한하지 않고, 예를 들어 회전 테이블(2)의 표면에 웨이퍼의 주연을 가이드하는 가이드 부재를 웨이퍼의 둘레 방향을 따라 복수 배열한 구성이어도 좋고, 혹은 회전 테이블(2)측에 정전 척 등의 척 기구를 설치한 구성이어도 좋다. 회전 테이블(2)측에 척 기구를 설치하여 웨이퍼를 흡착하는 경우에는 흡착에 의하여 웨이퍼가 적재되는 영역이 기판 적재부로 된다.
제1 반응 가스 공급부(31), 제2 반응 가스 공급부(32) 및 2개의 제1 분리 가스 공급부(41, 42)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급하기 위해, 회전 테이블(2)에 있어서의 오목부(24)의 기판 적재부와 각각 대향하는 위치에, 진공 용기(1)의 주연[회전 테이블(2)의 주연]의 서로 다른 위치로부터 회전 중심을 향하여 각각 설치된다. 제1 반응 가스 공급부(31), 제2 반응 가스 공급부(32) 및 2개의 제1 분리 가스 공급부(41, 42)는, 하방측에 반응 가스를 토출하기 위한 토출 구멍이 길이 방향으로 간격을 두고 형성되는 노즐이다.
제1 반응 가스 공급부(31), 제2 반응 가스 공급부(32) 및 2개의 제1 분리 가스 공급부(41, 42)는, 예를 들어 진공 용기(1)의 측벽에 설치되고, 그 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a, 42a)는 측벽을 관통한다. 본 실시예에서는, 일부 도 6에 도시된 바와 같이, 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a, 42a)는 진공 용기(1)의 측벽으로부터 도입되어 있지만, 환상의 돌출부(53)(후술)로부터 도입되어도 좋다. 이 경우, 돌출부(53)의 외주면과 천장판(11)의 외표면에 개방되는 L자형의 도관을 설치하고, 진공 용기(1) 내에서 L자형의 도관의 한쪽의 개구에 제1 반응 가스 공급부(31), 제2 반응 가스 공급부(32) 및 2개의 제1 분리 가스 공급부(41, 42)를 접속하고, 진공 용기(1)의 외부에서 L자형의 도관의 다른 쪽의 개구에 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a, 42a)를 접속할 수 있다.
제1 반응 가스 공급부(31) 및 제2 반응 가스 공급부(32)에는, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 하방측에 반응 가스를 토출하기 위한 토출 구멍(33)이 노즐의 길이 방향으로 간격을 두고 형성된다. 본 실시예에서는, 예를 들어 제1 반응 가스 공급부(31), 제2 반응 가스 공급부(32)를 구성하는 가스 노즐의 길이 방향을 따라, 바로 아래를 향한 예를 들어 구경이 0.5㎜인 토출 구멍이 10㎜의 간격으로 형성된다.
제1 분리 가스 공급부(41, 42)에는, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 하방측으로 분리 가스를 토출하기 위한 토출 구멍(40)이 길이 방향으로 간격을 두고 형성된다. 본 실시예에서는, 예를 들어 제1 분리 가스 공급부(41, 42)를 구성하는 가스 노즐의 길이 방향을 따라, 바로 아래를 향한 예를 들어 구경이 0.5㎜인 토출 구멍이 10㎜의 간격으로 형성된다.
제1 반응 가스 공급부(31), 제2 반응 가스 공급부(32)는 진공 용기(1)의 외부에 배치되는 제1 반응 가스의 가스 공급원 및 제2 반응 가스의 가스 공급원에 접속된다. 제1 분리 가스 공급부(41, 42)는 진공 용기(1)의 외부에 배치되는 제1 분리 가스의 가스 공급원에 접속된다. 본 실시예에서는, 제2 반응 가스 공급부(32), 제1 분리 가스 공급부(41), 제1 반응 가스 공급부(31) 및 제1 분리 가스 공급 부(42)가 이 순서대로 시계 방향으로 배치된다.
본 실시예에서는, 제1 반응 가스로서, 예를 들어 BTBAS(비스터셜 부틸아미노실란) 가스를 사용할 수 있고, 또한 제2 반응 가스로서 예를 들어 O3(오존) 가스를 사용할 수 있다. 또한, 제1 분리 가스로서, 예를 들어 N2(질소) 가스를 사용할 수 있다. 또한, 제1 분리 가스는 N2 가스에 한정되지 않고 Ar 등의 불활성 가스를 사용할 수 있지만, 불활성 가스에 한하지 않고 수소 가스 등이어도 좋고, 성막 처리에 영향을 주지 않는 가스이면, 가스의 종류에 관해서는 특별히 한정되는 것이 아니다.
천장판(11)의 하면은, 도 2, 도 3, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상면과 거리(H1)만큼 이격된 면인 제1 하면부(제1 하면의 영역)(45), 회전 테이블(2)의 상면과 거리(H2)만큼 이격된 면인 제2 하면부(제2 하면의 영역)(45a) 및 제1 하면부(45)와 제2 하면부(45a) 사이에 형성되고, 회전 테이블의 상면과 거리(H3)만큼 이격된 면인 제3 하면부(제3 하면의 영역)(44)의 3개의 영역을 갖는다. 또한, 천장판(11)의 하면은, 제1 하면부(45) 및 제2 하면부(45a)에 있어서, 각각의 영역의 회전 중심측에 인접하는 돌출부(53), 또한 코어부(21)에 대응하는 회전 중심측부(5)를 갖는다.
제1 하면부(45), 제2 하면부(45a) 및 제3 하면부(44)는, 각각 제1 반응 가스 공급부(31), 제2 반응 가스 공급부(32) 및 제1 분리 가스 공급부(41)를 포함하는 천장판(11)의 하면의 영역이다. 또한, 제3 하면부(44)는, 제1 분리 가스 공급 부(41)에 의하여 이분되어 있다. 따라서, 천장판(11)의 하면인 제1 하면부(45), 제2 하면부(45a) 및 2개의 제3 하면부(44)의 4개의 영역 각각에는 도 2, 도 3, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 회전 테이블(2)과의 사이에 제1 공간(P1), 제2 공간(P2) 및 2개의 제3 공간(D)이 형성된다.
천장판(11)의 제1 하면부(45)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 반응 가스 공급부(31)를 포함하는 천장판(11)의 하면의 영역이다. 제2 하면부(45a)는, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 제2 반응 가스 공급부(32)를 포함하는 천장판(11)의 하면의 영역이다. 제3 하면부(44)는, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 분리 가스 공급부(41, 42)를 포함하는 천장판(11)의 하면의 영역이다. 또한, 제1 분리 가스 공급부(41, 42)의 중심축으로부터 부채형의 형상을 갖는 제3 하면부(44)의 회전 테이블(2)의 순회전 방향 및 역회전 방향에 있어서의 양 테두리까지의 거리는 동일한 길이로 설정된다.
천장판(11)의 제3 하면부(44)는, 각각 제1 분리 가스 공급부(41, 42)에 대한 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측에 있어서, 회전 테이블(2)의 주연에 위치하는 부위일수록 폭을 크게 할 수 있다. 회전 테이블(2)이 회전함으로써, 회전 테이블(2)의 주연에 가까운 부위일수록, 회전 방향 상류측으로부터 제3 하면부(44)를 향하는 가스의 흐름이 빠르기 때문이다. 본 실시예에서는, 직경 300㎜의 웨이퍼(W)를 피처리 기판으로 하고 있으며, 제3 하면부(44)의 둘레 방향의 길이[회전 테이블(2)과 동심원의 원호의 길이]는, 회전 중심으로부터 140㎜ 이격된 돌출부(53)에 가까운 부위에 있어서 예를 들어 146㎜이며, 오목부(24)(기판 적재부)의 가장 외측의 위치에 있어서 502㎜이다. 또한, 도 5a에 도시된 바와 같이, 이 가장 외측의 위치에 있어서 제1 분리 가스 공급부[41(42)]의 양단부로부터 각각 좌우에 위치하는 천장판(11)의 제3 하면부(44)의 둘레 방향의 길이(L)로 보면, 길이(L)는 246㎜이다.
제1 반응 가스 공급부(31)를 포함하는 천장판(11)의 제1 하면부(45)는, 도 1 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)로부터 제1 높이(H1)로 설치된다. 제2 반응 가스 공급부(32)를 포함하는 제2 하면부(45a)는, 도 1 및 도 5a에 도시된 바와 같이 회전 테이블(2)로부터 제2 높이(H2)로 설치된다. 제1 분리 가스 공급부(41)를 포함하는 제3 하면부(44)는, 도 5a에 도시된 바와 같이 회전 테이블(2)로부터 제3 높이(H3)로 설치된다. 제3 높이(H3)는, 제1 높이(H1) 및 제2 높이(H2)보다도 낮다. 제1 높이(H1)와 제2 높이(H2)의 대소 관계는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 예를 들어 H1=H2로 할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 H3 < H1 = H2로 한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 분리 가스 공급부(41)에 있어서의 회전 방향 양측에는, 회전 테이블(2)로부터 제3 높이(H3)로 설치되는 천장판(11)의 하면인 제3 하면부(44)가 존재하고, 제3 하면부(44)의 회전 방향 양측에는 제3 하면부(44)보다 높은 제1 하면부(45) 및 제2 하면부(45a)가 존재한다. 바꾸어 말하면, 제1 분리 가스 공급부(41)에 있어서의 회전 방향 양측에는 제3 공간(D)이 존재하고, 제3 공간(D)의 회전 방향 양측에는 제1 공간(P1) 및 제2 공간(P2)이 존재한다. 마찬가지로, 제1 공간(P1)의 반대측 및 제2 공간(P2)의 반대측 사이에는 제3 공간(D)이 존재한다.
제3 공간(D)에 대응하는 천장판(11)의 주연부[진공 용기(1)의 외측 테두리측의 부위]는, 도 7에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되어 굴곡부(46)를 형성한다. 천장판(11)은 용기 본체(12)로부터 분리시킬 수 있게 되어 있기 때문에, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 약간의 간극이 있다. 이 굴곡부(46)도 제3 하면부(44)와 마찬가지로, 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스가 침입함으로써 혼합되는 것을 방지하는 목적으로 설치되어 있다. 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 제3 하면부(44)의 높이(H3)와 마찬가지의 치수로 설정된다. 즉, 회전 테이블(2)의 표면측 영역에 있어서는, 굴곡부(46)의 내주면이 진공 용기(1)의 내주벽과 마찬가지의 기능을 갖는다.
또한, 도 3 및 도 5는 제1 하면부(45) 및 제2 하면부(45a)보다도 낮고, 제1 분리 가스 공급부(41, 42)보다도 높은 위치에 있어서의, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 단면도이다.
여기서, 제3 공간(D)의 역할인 제1 공간(P1)의 분위기와 제2 공간(P2)의 분위기의 분리 작용에 대하여 설명한다.
제3 하면부(44)는 제1 분리 가스 공급부(41)와 조합시킴으로써, 제3 공간(D)으로 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스의 침입을 저지하여, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스의 혼합을 저지하기 위한 것이다. 즉, 제3 공간(D)에 있어서는, 회전 테이 블(2)의 역회전 방향측으로부터의 제2 반응 가스의 침입이 저지되고, 회전 테이블(2)의 순회전 방향측으로부터의 제1 반응 가스의 침입도 저지된다. 「가스의 침입이 저지된다」란, 제1 분리 가스 공급부(41)로부터 토출된 제1 분리 가스가 제3 공간(D)으로 확산되어, 인접하는 제2 하면부(45a)의 하방측 공간인 제2 공간(P2)으로 분출되고, 이에 의하여 인접하는 제1 공간(P1) 및 제2 공간(P2)으로부터의 가스가 침입할 수 없는 것을 의미한다. 「가스가 침입할 수 없다」란, 인접하는 제1 공간(P1) 및 제2 공간(P2)으로부터 제3 공간(D)으로 가스가 전혀 인입할 수 없는 상태만을 의미하는 것이 아니라, 다소 침입은 하더라도, 양측으로부터 각각 침입한 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스가 제3 공간(D)에서 혼합되지 않는 상태도 의미한다. 이들 상태가 얻어지는 한, 제3 공간(D)의 역할인 제1 공간(P1)의 분위기와 제2 공간(P2)의 분위기의 분리 작용이 확보된다. 웨이퍼에 흡착된 가스는 제3 공간(D) 내를 통과할 수 있기 때문에, 「가스의 침입」에 있어서의 가스란, 기상 중의 가스를 의미한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 천장판(11)의 제3 하면부(44)의 회전 테이블(2)로부터의 높이(H3)는, 예를 들어 약 0.5㎜로부터 약 10㎜이어도 되고, 약 4㎜이면 적합하다. 이 경우, 회전 테이블(2)의 회전수는 예를 들어 1rpm 내지 500rpm으로 설정된다. 제3 하면부(44)의 분리 기능을 확보하기 위해서는, 회전 테이블(2)의 회전수의 사용 범위 등에 따라, 제3 하면부(44)의 크기나 제3 하면부의 회전 테이블(2)로부터의 높이(H3)를 예를 들어 실험 등에 기초하여 설정하게 된다. 또한 제 1 분리 가스로서는 N2 가스에 한정되지 않고 Ar 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있으나, 불활성 가스에 한하지 않고 수소 가스이어도 좋고, 성막 처리에 영향을 주지 않는 가스이면 가스의 종류에 관해서는 특별히 한정되는 것이 아니다.
그리고 제1 분리 가스 공급부[41(42)]의 양측에 각각 위치하는 협애한 공간을 형성하는 제3 하면부(44)는, 도 8a 및 도 8b에 제1 분리 가스 공급부(41)를 대표하여 도시한 바와 같이, 예를 들어 300㎜ 직경의 웨이퍼(W)를 피처리 기판으로 할 경우, 웨이퍼(W)의 중심(WO)이 통과하는 부분의 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따른 폭 치수(L)가 50㎜ 이상인 것이 바람직하다. 제3 하면부(44)의 양측으로부터 제3 하면부(44)의 하방인 제3 공간(D)[제1 높이(H1) 및 제2 높이(H2)보다도 낮은 제3 높이(H3)를 갖는 협애한 공간]으로 반응 가스가 침입하는 것을 유효하게 저지하기 위해서는, 폭 치수(L)가 짧은 경우에는 그에 따라 제3 하면부(44)와 회전 테이블(2) 사이의 거리인 제3 높이(H3)도 작게 할 필요가 있다. 또한, 제3 하면부(44)와 회전 테이블(2) 사이의 거리인 제3 높이(H3)를 어느 한 치수로 설정했다고 하면, 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 이격될수록, 회전 테이블(2)의 속도가 빨라져 오므로, 반응 가스의 침입 저지 효과를 얻기 위하여 요구되는 폭 치수(L)는 회전 중심으로부터 이격될수록 길어진다. 이러한 관점에서 고찰하면, 웨이퍼(W)의 중심(WO)이 통과하는 부분에 있어서의 폭 치수(L)가 50㎜보다도 작으면, 제3 하면부(44)와 회전 테이블(2)의 거리인 제3 높이(H3)를 상당히 작게 할 필요가 있기 때문에, 회전 테이블(2)을 회전했을 때에 회전 테이블(2) 혹은 웨이퍼(W)와 제3 하면부(44)의 충돌을 방지하기 위해, 회전 테이블(2)의 요동을 최대한 억제하는 고안이 요구된다. 또한 회전 테이블(2)의 회전수가 높을수록, 제3 하면부(44)의 상류측으로부터 제3 하면부(44)의 하방측으로 반응 가스가 침입하기 쉬워지므로, 폭 치수(L)를 50㎜보다도 작게 하면, 회전 테이블(2)의 회전수를 낮게 해야 하으로, 처리량면에서 득책이 아니다. 따라서, 폭 치수(L)가 50㎜ 이하인 것이 바람직하다. 그러나 제3 하면부(44)의 사이즈는, 상기한 사이즈에 한정되지 않고, 사용되는 프로세스 파라미터나 웨이퍼 사이즈에 따라 조정하면 된다. 또한, 협애한 공간인 제3 공간(D)이, 제3 공간(D)으로부터 제1(제2) 공간[P1(P2)]으로의 분리 가스의 흐름이 형성될 정도의 높이를 갖고 있는 한, 상술한 설명으로부터 명백해진 바와 같이, 협애한 공간[제3 공간(D)]의 높이[(제3 높이)H3]도 또한, 사용되는 프로세스 파라미터나 웨이퍼 사이즈 외에 추가로 예를 들어 제3 하면부(44)의 면적에 따라 조정하면 된다.
천장판(11)의 돌출부(53)는, 제1 하면부(45) 및 제2 하면부(45a)에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 영역의 회전 중심측과, 코어부(21)의 외주측의 사이이며 회전 테이블(2)과 대향하는 영역이다. 또한, 천장판(11)의 돌출부(53)는 2개의 제3 하면부(44)에 있어서, 도 7에 도시된 바와 같이 각각의 영역의 회전 중심측과 연속하여 일체로 형성되고, 그 하면은 제3 하면부(44)와 동일한 높이로 형성된다. 단, 천장판(11)의 돌출부(53)와 제3 하면부(44)는 반드시 일체가 아니어도 되며, 별체이어도 된다.
천장판(11)의 회전 중심측부(5)는 돌출부(53)의 회전 중심측에 위치하는 영 역이다. 본 실시예에 있어서, 회전 중심측부(5)와 돌출부(53)의 경계는, 예를 들어 회전 중심으로부터 140㎜의 반경을 갖는 원주 상에 설정할 수 있다.
제2 분리 가스 공급부(51)는, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이 진공 용기(1)의 천장판(11)을 관통하여, 진공 용기(1)의 중심부에 접속된다. 제2 분리 가스 공급부(51)는 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간인 중심부 영역(C)(중앙 영역이라고 칭해지는 경우도 있다)에 제2 분리 가스를 공급하기 위한 것이다. 제2 분리 가스로서, 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 N2 가스가 사용된다.
중심부 영역(C)에 공급된 제2 분리 가스는, 돌출부(53)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)을 통하여 회전 테이블(2)의 기판 적재부측의 표면을 따라 주연을 향하여 토출된다. 돌출부(53)로 둘러싸인 공간에는 제2 분리 가스가 채워지므로, 제1 공간(P1)과 제2 공간(P2) 사이에서 회전 테이블(2)의 중심부를 개재하여 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 혼합되는 것을 저지한다. 즉, 성막 장치는 제1 공간(P1)과 제2 공간(P2)의 분위기를 분리하기 위하여 회전 테이블(2)의 회전 중심부와 진공 용기(1)에 의하여 구획되고, 제2 분리 가스가 공급되는 동시에 회전 테이블(2)의 표면으로 분리 가스를 토출하는 토출구가 회전 방향을 따라 형성된 중심부 영역(C)을 구비한다. 또한, 토출구는 돌출부(53)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)에 상당한다.
다음에, 진공 용기(1)에 수용되는 각 부분 중, 회전 테이블(2)의 외주면측 및 회전 테이블(2)의 하측으로서 저면부(14)보다도 상측에 있는 부재에 대하여 설 명한다. 즉, 용기 본체(12), 배기 공간(6)에 관하여 설명한다.
용기 본체(12)의 내주벽은, 제3 공간(D)에 있어서, 도 7에 도시된 바와 같이 굴곡부(46)의 외주면과 접근하여 수직면에 형성된다. 한편, 제3 공간(D) 이외의 부위에 있어서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저면부(14)에 걸쳐 종단면 형상이 직사각형으로 절결되어 외측으로 패인 구조를 갖는다. 이 패인 부분은 배기 공간(6)이다. 배기 공간(6)의 저부에는, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 예를 들어 2개의 배기구(61, 62)가 설치된다. 배기구(61, 62)는 각각 배기관(63)을 통하여 진공 배기 수단인, 예를 들어 공통의 진공 펌프(64)에 접속된다. 또한, 배기구(61)와 진공 펌프(64) 사이에 있어서, 압력 조정 수단(65)이 배기관(63)에 설치된다. 압력 조정 수단(65)은, 배기구(61, 62)마다 설치해도 좋고, 공통화해도 좋다. 배기구(61, 62)는 제3 공간(D)의 분리 작용이 확실하게 작용하도록 평면에서 보아 제3 공간(D)의 회전 방향 양측에 설치되어, 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스의 배기를 전용으로 행한다. 본 실시예에 있어서, 한쪽의 배기구(61)는 제1 반응 가스 공급부(31)와, 제1 반응 가스 공급부(31)에 대하여 회전 방향 하류측에 인접하는 제3 공간(D) 사이에 설치되고, 다른 쪽의 배기구(62)는 제2 반응 가스 공급부(32)와, 제2 반응가스 공급부(32)에 대하여 회전 방향 하류측에 인접하는 제3 공간(D) 사이에 설치된다.
배기구의 설치수는 2개에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 제1 분리 가스 공급부(42)를 포함하는 제3 공간(D)과 제3 공간(D)에 대하여 회전 방향 하류측에 인접하는 제2 반응 가스 공급부(32) 사이에 배기구를 더 설치하여 3개로 해도 되고, 4개 이상이어도 된다. 이 예에서는 배기구(61, 62)는 진공 용기(1)의 저면부(14)로서 회전 테이블(2)보다도 낮은 위치에 설치함으로써 진공 용기(1)의 내주벽과 회전 테이블(2)의 주연 사이의 간극으로부터 배기하도록 하고 있으나, 진공 용기(1)의 저면부(14)에 설치하는 것으로는 한정되지 않고, 진공 용기(1)의 측벽에 설치해도 좋다. 또한, 배기구(61, 62)는 진공 용기(1)의 측벽에 설치할 경우에는, 회전 테이블(2)보다도 높은 위치에 설치해도 된다. 이렇게 배기구(61, 62)를 설치함으로써, 회전 테이블(2) 상의 가스는, 회전 테이블(2)의 외측을 향하여 흐르기 때문에 회전 테이블(2)에 대향하는 천장면으로부터 배기하는 경우에 비교하여 파티클이 말려올라가는 것이 억제된다고 하는 관점에 있어서 유리하다.
다음에, 진공 용기(1)에 수용되는 각 부분 중, 회전 테이블(2)보다 하측으로서 진공 용기(1)의 저면부(14)까지의 부분을 설명한다. 즉, 히터 유닛(가열부)(7), 커버 부재(71), 저면부(14), 제3 분리 가스 공급부(72), 제4 분리 가스 공급부(73)를 설명한다.
히터 유닛(7)은, 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)과, 진공 용기(1)의 저면부(14) 사이의 공간에 설치된다. 히터 유닛(7)은 회전 테이블(2)을 통하여 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼를 프로세스 레시피에서 결정된 온도로 가열하기 위한 것이다. 히터 유닛(7)은 회전 테이블(2)의 하방측에 설치하는 대신에, 회전 테이블(2)의 상방측에 설치해도 좋고, 상하 양측에 설치해도 좋다. 또한, 히터 유닛(7)은 저항 발열체를 사용하는 것에 한정되지 않고, 적외선 램프를 사용하는 것이어도 좋다. 또한, 히터 유닛(7)의 하반부의 부분에는 히터 유닛(7)으로부터 발생한 열 중, 하측을 향하여 발생된 열을 상측으로 반사하여 열 효율을 향상시키기 위한 리플렉터(반사판)가 설치되어도 좋다.
히터 유닛(7)에 의하여 가열되는 회전 테이블(2)의 온도는 진공 용기 저면부(14)에 매립되는 열전대에 의하여 측정된다. 열전대에 의하여 측정된 온도의 값은, 제어부(100)로 전달되어 히터 유닛(7)에 회전 테이블(2)의 온도를 소정 온도로 유지하도록 제어부(100)로부터 제어가 행하여진다.
커버 부재(71)는 회전 테이블(2)의 주연측 또한 하방측에 있어서, 회전 테이블(2)의 하방 공간과 배기 공간(6)을 구획하기 위해 설치된다. 커버 부재(71)는, 히터 유닛(7)을 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸도록 형성된다. 커버 부재(71)는 상부 테두리가 외측으로 굴곡되어 플랜지 형상으로 형성되고, 굴곡면과 회전 테이블(2)의 하면 사이의 간극을 작게 하여 커버 부재(71)의 내주측으로 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스가 침입하여 혼합되는 것을 방지한다.
저면부(14)는 히터 유닛(7)이 배치되는 공간보다 회전 중심측의 부위에 있어서, 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근 및 코어부(21)에 좁은 간극을 갖고 접근한다. 저면부(14)는 저면부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍에 있어서도, 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극은 좁다. 또한, 관통 구멍은 케이스체(20)에 연통된다.
제3 분리 가스 공급부(72)는 케이스체(20)에 설치된다. 제3 분리 가스 공급부(72)는 제3 분리 가스를 좁은 공간 내로 공급하기 위한 것이다. 제3 분리 가스 로서, 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 N2 가스가 사용된다.
제4 분리 가스 공급부(73)는 진공 용기(1)의 저면부(14)에 있어서, 히터 유닛(7)의 하방측의 위치로서 회전 방향의 복수 개소에 설치된다. 제4 분리 가스 공급부(73)는 히터 유닛(7)이 배치되는 공간에 제4 분리 가스를 공급하기 위한 것이다. 제4 분리 가스로서, 특별히 한정되는 것이 아니나, 예를 들어 N2 가스가 사용된다.
도 9에 있어서, 제3 분리 가스 및 제4 분리 가스의 흐름이 화살표로 도시되어 있다. 제3 분리 가스 공급부(72), 제4 분리 가스 공급부(73)를 설치함으로써, 케이스체(20) 내로부터 히터 유닛(7)의 배치 공간에 이르기까지의 공간에 예를 들어 N2 가스가 공급되고, N2 가스가 회전 테이블(2)과 커버 부재(71)의 간극으로부터 배기 공간(6)을 통하여 배기구(61, 62)로 배기된다. 이에 의해, 제1 공간(P1) 및 제2 공간(P2)의 한쪽으로부터 회전 테이블(2)의 하방을 통하여 다른 쪽에 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스가 돌아 들어가는 것이 저지되기 때문에, 제3 분리 가스는, 분리 가스로서의 작용을 갖는다. 또한, 제1 공간(P1) 및 제2 공간(P2)으로부터 회전 테이블(2) 하방에 있는 히터 유닛(7)이 배치된 공간으로 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스가 침입하는 것을 저지할 수 있기 때문에, 제4 분리 가스는, 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스가 히터 유닛(7)에 흡착되는 것을 방지할 수 있다.
다음에, 진공 용기(1)의 외부에 설치되는 부분 및 외부에 설치되는 부분의 반송을 위한 부분에 대하여 설명한다.
진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2, 도 3 및 도 10에 도시된 바와 같이, 외부의 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 웨이퍼의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성된다. 반송구(15)는 도시하지 않은 게이트 밸브에 의하여 개폐된다. 회전 테이블(2)에 있어서의 기판 적재부인 오목부(24)에 있어서, 반송구(15)의 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행하여지기 때문에, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 전달 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼를 이면으로부터 들어 올리기 위한 전달용의 승강 핀(16)인 승강 기구가 설치된다.
본 실시예에 따른 성막 장치는, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치된다. 제어부(100)에는, 도 11에 도시된 바와 같이 CPU를 구비하고 성막 장치의 각 부를 제어하는 프로세스 컨트롤러(100a)와, 유저 인터페이스부(100b)와, 기억부(100c)가 설치된다. 유저 인터페이스부(100b)는 공정 관리자가 성막 장치를 관리하기 위하여 코맨드의 입력 조작을 행하는 키보드나, 성막 장치의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 구성된다. 기억부(100c)에는 성막 장치에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(100a)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나 처리 조건 데이터 등이 기억된 레시피가 저장된다. 그리고, 필요에 따라, 유저 인터페이스부(100b)로부터의 지시 등에 의하여 임의의 레시피를 기억부(100c)로부터 불러내어 프로세스 컨트롤러(100a)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(100a)의 제어 하에서 성막 장치에서의 원하는 처리가 행하여진다. 또한, 제어 프로그램이나 처리 조건 데이터 등의 레시피는 컴퓨터에서 판독 가능한 프로그램 기록 매체(예를 들어, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플로피 디스크 등)에 저장된 상태의 것을 프로세스 컨트롤러(100a)에 인스톨하여 이용하거나, 혹은 다른 장치로부터, 예를 들어 전용 회선을 통하여 수시로 전송시켜 온라인에서 이용하거나 하는 것도 가능하다.
다음에, 도 10 및 도 12를 사용하여 본 실시예에 따른 성막 장치를 사용한 성막 방법에 대하여 설명한다.
도 12는 본 실시예에 따른 성막 장치를 사용한 성막 방법을 설명하기 위한 도면이며, 제1 반응 가스, 제2 반응 가스 및 제1 분리 가스가 흐르는 모습을 도시한다. 도 12는 도 3과 마찬가지로, 제1 하면부(45) 및 제2 하면부(45a)보다도 낮고, 제1 분리 가스 공급부(41, 42)보다도 높은 위치에 있어서의, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 단면도이다.
우선, 도 10에 도시된 바와 같이 게이트 밸브를 개방하고, 외부로부터 반송 아암(10)에 의하여 반송구(15)를 통하여 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2)의 오목부(24)로 전달한다. 이 전달은, 도 10에 도시된 바와 같이 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지했을 때에, 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통하여 진공 용기의 저부측으로부터 승강 핀(16)이 승강함으로써 행하여진다. 이러한 웨이퍼(W)의 전달을 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시키면서 행하여, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다.
다음에, 진공 펌프(64)에 의하여 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 압력으로 진공화하는 동시에, 제1 분리 가스 공급부(41, 42), 제2 분리 가스 공급부(51), 제3 분리 가스 공급부(72) 및 제4 분리 가스 공급부(73) 각각으로부터 제2 분리 가스, 제3 분리 가스 및 제4 분리 가스를 공급한다.
다음에, 히터 유닛(7)에 의하여 기판(W)을 가열한다. 웨이퍼(W)가 회전 테이블(2)에 적재된 후, 히터 유닛(7)에 의하여 예를 들어 300℃로 가열된다. 한편, 회전 테이블(2)이 히터 유닛(7)에 의하여 예를 들어 미리 300℃로 가열되어 있어, 웨이퍼(W)가 이 회전 테이블(2)에 적재됨으로써 가열되는 공정을 행할 수도 있다.
다음에, 제1 반응 가스 공급부(31) 및 제2 반응 가스 공급부(32) 각각으로부터 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급한다. 제1 반응 가스 공급부(31) 및 제2 반응 가스 공급부(32)로부터 각각 BTBAS 가스 및 O3 가스를 토출시킨다. 이때, 기판(W)의 온도가 설정 온도로 안정되어 있는 것을 온도 센서로 계측하면서 행한다.
웨이퍼(W)는 회전 테이블(2)의 회전에 의해 제1 반응 가스 공급부(31)가 설치되는 제1 공간(P1)과 제2 반응 가스 공급부(32)가 설치되는 제2 공간(P2)을 교대로 통과하기 때문에 BTBAS 가스가 흡착되고, 이어서 O3 가스가 흡착되고, BTBAS 분자가 산화되어 산화 실리콘의 분자층이 1층 혹은 복수층 형성되고, 이렇게 하여 산화 실리콘의 분자층이 순차적으로 적층되어 소정의 막 두께의 실리콘 산화막이 성막된다.
이때 제2 분리 가스 공급부(51)로부터도 분리 가스인 N2 가스를 공급하고, 이에 의하여 중심부 영역(C)으로부터 즉 돌출부(53)와 회전 테이블(2)의 중심부 사이로부터 회전 테이블(2)의 표면을 따라 N2 가스가 토출된다. 이 예에서는 제1 반응 가스 공급부(31) 및 제2 반응 가스 공급부(32)가 배치되는 제1 하면부(45) 및 제2 하면부(45a)의 하방측의 공간을 따른 진공 용기(1)의 내주벽에 있어서는, 상술한 바와 같이 내주벽이 절결되어 넓게 되어 있고, 이 넓은 공간의 하방에는 배기구(61, 62)가 위치하고 있으므로, 제3 하면부(44) 하방측의 협애한 공간 및 상기 중심부 영역(C)의 각 압력보다도 제1 하면부(45) 및 제2 하면부(45a)의 하방측의 공간의 압력이 더 낮아진다. 이, 제3 하면부(44)의 하방측의 공간 및 중심부 영역(C)의 각 압력보다도 제1 하면부(45) 및 제2 하면부(45a)의 하방측의 공간의 압력이 더 낮아지는 것은, 제3 하면부(44)의 하방측의 협애한 공간이 제1(제2) 반응 가스 공급부[31(32)]가 배치되어 있는 공간 또는 제1(제2) 공간[P1(P2)]과 협애한 공간 사이의 압력차가 제3 높이(H3)에 의하여 유지될 수 있도록 형성되어 있기 때문이기도 하다.
가스를 각 부위로부터 토출시켰을 때의 가스의 흐름의 상태를 모식적으로 도 12에 도시한다. 제2 반응 가스 공급부(32)로부터 하방측으로 토출되어, 회전 테이블(2)의 표면[오목부(24)에 적재된 웨이퍼(W)의 표면, 웨이퍼(W)가 적재되지 않은 오목부(24) 및 오목부(24) 이외의 표면]에 닿아, 회전 테이블(2)의 표면을 따라 회전 방향 상류측을 향하는 O3 가스는 회전 방향 상류측으로부터 흘러 온 N2 가스에 되밀려져 회전 테이블(2)의 주연과 진공 용기(1)의 내주벽 사이의 간극을 통과하여 배기 공간(6)으로 흘러 들어 배기구(62)에 의하여 배기된다.
또한 제2 반응 가스 공급부(32)로부터 하방측으로 토출되어, 회전 테이블(2)의 표면에 닿아, 회전 테이블(2)의 표면을 따라 회전 방향 하류측을 향하는 O3 가스는, 중심부 영역(C)으로부터 토출되는 N2 가스의 흐름과 배기구(62)의 흡인 작용에 의하여 당해 배기구(62)를 향하려고 하지만, 일부는 하류측에 인접하는 제3 공간(D)을 향하여, 부채형의 제3 하면부(44)의 하방측으로 유입하려고 한다. 그런데이 제3 하면부(44)의 높이 및 회전 방향의 길이는, 각 가스의 유량 등을 포함하는 운전 시의 프로세스 파라미터에 있어서 제3 하면부(44)의 하방측으로의 가스의 침입을 방지할 수 있는 치수로 설정되어 있기 때문에, 도 5b에도 도시된 바와 같이 O3 가스는 부채형 제3 하면부(44)의 하방측으로 대부분 유입될 수 없거나 혹은 조금 유입되었다고 해도 제1 분리 가스 공급부(41) 부근까지는 도달할 수 있는 것이 아니라, 제1 분리 가스 공급부(41)로부터 토출된 N2 가스에 의하여 회전 방향 상류측, 즉 제2 공간(P2)측으로 되밀려버려, 중심부 영역(C)으로부터 토출되고 있는 N2 가스와 함께, 회전 테이블(2)의 주연과 진공 용기(1)의 내주벽 사이의 간극을 통과하여 배기 공간(6)으로 흘러 들어 배기구(62)에 의하여 배기된다.
제1 반응 가스 공급부(31)로부터 하방측으로 토출되어, 회전 테이블(2)의 표면을 따라 회전 방향 상류측 및 하류측을 각각 향하는 BTBAS 가스는, 그 회전 방향 상류측 및 하류측에 인접하는 부채형의 제3 하면부(44) 하방측으로 전혀 침입할 수 없거나 혹은 침입했다고 해도 제1 공간(P1)측으로 되밀려져, 중심부 영역(C)으로부터 토출되고 있는 N2 가스와 함께, 배기 공간(6)을 통하여 배기구(61)로 배기된다. 즉, 각 제3 공간(D)에 있어서는, 분위기 중을 흐르는 반응 가스인 BTBAS 가스 혹은 O3 가스의 침입을 저지하지만, 웨이퍼에 흡착되어 있는 가스 분자는 그대로 분리 영역, 즉 부채형의 제3 하면부(44)의 하방을 통과하여 성막에 기여하게 된다.
제1 공간(P1)의 BTBAS 가스 및 제2 공간(P2)의 O3 가스는 중심부 영역(C) 내로 침입하려고 하지만, 도 9 및 도 12에 도시된 바와 같이 중심부 영역(C)으로부터는 제2 분리 가스가 회전 테이블(2)의 주연을 향하여 토출되고 있으므로, 제2 분리 가스에 의하여 침입이 저지되거나, 혹은 다소 침입했다고 해도 되밀려져 이 중심부 영역(C)을 통과하여 제1 공간(P1) 및 제2 공간(P2)으로 유입되는 것이 저지된다.
제3 공간(D)에 있어서는, 천장판(11)의 부채형의 주연부가 하방으로 굴곡되고, 굴곡부(46)와 회전 테이블(2)의 외측 단부면 사이의 간극이 이미 상술한 바와 같이 좁아져 있어 가스의 통과를 실질적으로 저지하고 있으므로, 제1 공간(P1)의 BTBAS 가스[제2 공간(P2)의 O3 가스]는, 회전 테이블(2)의 외측을 통하여 제2 공간(P2)[제1 공간(P1)]으로 유입되는 것도 저지된다. 따라서 2개의 제3 공간(D)에 의해 제1 공간(P1)의 분위기와 제2 공간(P2)의 분위기가 완전하게 분리되어, BTBAS 가스는 배기구(61)로, 또한 O3 가스는 배기구(62)로 각각 배기된다. 그 결과, 제1 반응 가스 BTBAS 가스 및 제2 반응 가스 O3 가스는, 분위기 중에 있어서도 웨이퍼 상에 있어서도 혼합되는 일이 없다. 또한 이 예에서는, 제2 분리 가스인 N2 가스가 회전 테이블(2)의 하방측으로 공급되기 때문에 배기 공간(6)으로 유입된 가스가 회전 테이블(2)의 하방측을 빠져나가, 예를 들어 제2 반응 가스인 BTBAS 가스가 제2 반응 가스인 O3 가스의 공급 영역으로 흘러드는 일은 없다.
여기서 처리 파라미터의 일례에 대하여 기재해 두면, 회전 테이블(2)의 회전수는 300㎜ 직경의 웨이퍼(W)를 피처리 기판으로 할 경우, 예를 들어 1rpm 내지 500rpm, 프로세스 압력은 예를 들어 1067Pa(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 제2 분리 가스 공급부(51)로부터의 N2 가스의 유량은 예를 들어 5000sccm이다. 또한 1매의 웨이퍼에 대한 반응 가스 공급의 사이클 수, 즉 웨이퍼가 제1 공간(P1) 및 제2 공간(P2) 각각을 통과하는 횟수는 목표 막 두께에 따라 바뀌지만, 다수회 예를 들어 600회이다.
본 실시예에 따르면 회전 테이블(2)의 회전 방향으로 복수의 웨이퍼(W)를 배치하고, 회전 테이블(2)을 회전시켜 제1 공간(P1)과 제2 공간(P2)을 순서대로 통과시켜 소위 ALD(혹은 MLD)를 행하도록 하고 있기 때문에, 높은 처리량으로 성막 처리를 행할 수 있다. 그리고 회전 방향에 있어서 제1 공간(P1)과 제2 공간(P2) 사이에 낮은 천장면을 구비한 제3 공간(D)을 형성하는 동시에 회전 테이블(2)의 회전 중심부와 진공 용기(1)에 의하여 구획된 중심부 영역(C)으로부터 회전 테이블(2)의 주연을 향하여 분리 가스를 토출하여, 제3 공간(D)의 양측으로 확산되는 분리 가스 및 중심부 영역(C)으로부터 토출되는 분리 가스와 함께 반응 가스가 회전 테이블(2)의 주연과 진공 용기(1)의 내주벽의 간극을 통하여 배기되기 때문에 양 반응 가스의 혼합을 방지할 수 있다. 그 결과, 양호한 성막 처리를 행할 수 있고, 또한 회전 테이블(2) 상에 있어서 반응 생성물이 발생하는 것이 최대한 억제되어, 파티클의 발생이 억제된다. 또한 본 발명은 회전 테이블(2)에 1개의 웨이퍼(W)를 적재하는 경우에도 적용할 수 있다.
본 발명에서 적용되는 처리 가스로서는, 상술한 예 외에, DCS(디클로로실란), HCD(헥사클로로디실란), TMA(트리메틸알루미늄), 3DMAS(트리디메틸아민실란), TEMAZ(테트라키스에틸메틸아미노지르코늄), TEMAH(테트라키스에틸메틸아미노하프늄), Sr(THD)2(스트론튬비스테트라메틸헵탄디오나토), Ti(MPD)(THD)2(티타늄메틸펜탄디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토), 모노아미노실란 등을 들 수 있다.
이상, 본 실시예에 따른 성막 장치에 따르면 높은 처리량을 얻을 수 있고, 기판 상에서 복수의 반응 가스가 혼합되는 것을 방지하여 양호한 처리를 행할 수 있어, 진공 용기의 외부 사이에서 기판의 반출입을 확실하게 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 성막 장치에 있어서, 2종류의 반응 가스를 사용하는 예를 나타내지만, 본 발명은 2종류의 반응 가스를 사용하는 것에 한정되지 않고, 3 종류 이상의 반응 가스를 순서대로 기판 상으로 공급할 경우에도 적용할 수 있다. 예를 들어 제1 반응 가스, 제2 반응 가스 및 제3 반응 가스의 3종류의 가스를 반응 가스로서 사용할 경우, 제1 반응 가스 공급부, 제1 분리 가스 공급부, 제2 반응 가스 공급부, 제1 분리 가스 공급부, 제3 반응 가스 공급부 및 제1 분리 가스 공급부를 이 순서가 되도록 진공 용기(1)의 둘레 방향을 따라 배치함으로써, 각 가스 공급부를 포함하는 진공 용기(1)의 천장판(11)의 하면의 영역이 형성된다.
또한, 본 실시예에 따른 성막 장치에서는, 회전 테이블을 회전 구동하는 모터로서 클로즈 루프 제어되는 서보 모터를 사용하고 있으나, 회전 테이블의 회전축과 모터의 구동축이 공전하지 않도록 결합되는 것이면, 특별히 서보 모터에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 오픈 루프 제어되는 스테핑 모터로서, 소프트 상에서 인코더의 값을 자세하게 감시하도록 제어되는 스테핑 모터, 또는 감속기 등을 통하지 않고, 회전 테이블의 회전축에 직결할 수 있는 다이렉트 드라이브 모터 등을 사용할 수 있다.
다음에, 도 13을 참조하면서 본 발명의 제1 실시예의 제1 변형예에 따른 성막 장치에 대하여 설명한다. 도 13은 본 변형예에 따른 성막 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 회전 테이블의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 단, 이하의 문중에서는 상술한 부분에는 동일한 번호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다(이하의 변형예, 실시 형태에 대해서도 마찬가지임). 본 변형예에 따른 성막 장치는, 회전 테이블이 감속 장치를 통하지 않고 서보 모터와 직결되는 점에서 제1 실시예에 따른 성막 장치와 상이하다.
제1 실시예에 있어서 회전 테이블의 회전부가 감속 장치를 통하여 서보 모터 에 구동되는 것과 달리, 본 변형예에 있어서는 감속 장치를 통하지 않고, 회전 테이블(2a)의 회전부(22a)는 서보 모터(27)와 직결된다. 회전 테이블(2a)은 회전 중심의 하방에 제1 실시예와 다른 회전부(22a), 구동부(23a)를 구비한다. 구동부(23a)는 제1 실시예와는 달리, 감속 장치를 구비하지 않고, 서보 모터(27)를 구비한다. 서보 모터(27)의 구성은 제1 실시예와 마찬가지이다. 회전부(22a)는 베어링부(25), 결합부(26a)를 구비한다. 회전 테이블(2)의 회전 중심의 하측에 위로부터 베어링부(25), 결합부(26a)의 순서로 설치되는 것은, 제1 실시예와 마찬가지이다. 한편, 베어링부(25)의 구성도, 제1 실시예와 마찬가지이다. 한편, 결합부(26a)에 있어서, 회전 테이블의 회전축(81)과 서보 모터(27)의 구동축(87)은 공전하지 않도록 조인트(85)를 사용하여 결합된다. 여기서, 「공전하지 않는다」란, 회전축(81)과 서보 모터(27)가 기계적으로 견고하게 고정되어 있어, 회전축(81)과 서보 모터(27)의 회전축(87) 사이에 슬립이나 헐거움이 없는 것을 의미한다.
본 변형예에서는, 예를 들어 직경이 960㎜, 두께가 20㎜인 카본으로 이루어지는 회전 테이블(2a)이 사용된다. 이로 인해, 예를 들어 입력 전압이 200V, 최대 소비 전력이 1000W인 서보 모터(27)가 사용됨으로써 감속 장치를 사용하지 않아도 회전 테이블(2a)의 이너셔에 대하여 충분히 큰 회전 토크를 얻을 수 있어 모터의 슬립 및 탈조를 수반하지 않고 회전 테이블(2a)을 회전 구동할 수 있다.
본 실시예에 따른 성막 장치에서는, 회전 테이블을 회전 구동하는 모터로서 클로즈 루프 제어되는 서보 모터를 사용하고 있으나, 회전 테이블의 회전축과 모터의 구동축이 공전하지 않도록 직결되는 것이면, 특별히 서보 모터에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 오픈 루프 제어되는 스테핑 모터로서, 소프트 상에서 인코더의 값을 자세하게 감시하도록 제어되는 스테핑 모터 등을 사용할 수 있다.
다음에, 도 14를 참조하면서 본 발명의 제1 실시예의 제2 변형예에 따른 성막 장치에 대하여 설명한다. 도 14는 본 변형예에 따른 성막 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 회전 테이블의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 본 변형예에 따른 성막 장치는 회전 테이블이 서보 모터와 벨트를 통하여 동력을 전달받는 점에서 제1 실시예의 제1 변형예에 따른 성막 장치와 상이하다.
제1 실시예의 제1 변형예에 있어서, 회전 테이블의 회전부가 조인트를 통하여 서보 모터에 직결되는 것과 달리, 본 변형예에 있어서는 회전 테이블(2b)의 회전부(22b)는 벨트를 통하여 서보 모터(27)로부터의 동력이 전달된다. 회전 테이블(2b)은, 회전 중심의 하방에, 제1 실시예와 다른 회전부(22b), 구동부(23b)를 구비한다. 구동부(23b)는 제1 실시예의 제1 변형예와 마찬가지로, 감속 장치를 구비하지 않고, 서보 모터(27)를 구비한다. 회전부(22b)는 베어링부(25), 결합부(26b)를 구비한다. 회전 테이블(2)의 회전 중심의 하측에, 위에서부터 베어링부(25), 결합부(26b)의 순서로 설치되는 것, 또한 베어링부(25)의 구성은, 제1 실시예와 마찬가지이다. 결합부(26b)는 베어링부(25)와 서보 모터(27) 사이에 설치된다. 결합부(26b)는 서보 모터(27)의 구동력을 회전 테이블(2b)의 회전축(81)으로 전달하기 위한 것이다. 결합부(26b)는 벨트(98a, 98b), 풀리(99a, 99b, 99c, 99d)에 의해 서보 모터(27)의 구동축(87)의 회전 토크를 회전 테이블(2b)의 회전축(81)으로 전달할 수 있다.
본 변형예에서는, 예를 들어 직경이 960㎜, 두께가 20㎜인 카본으로 이루어지는 회전 테이블(2b)이 사용되기 때문에, 예를 들어 입력 전압이 200V, 최대 소비 전력이 1500W인 서보 모터(27)가 사용됨으로써 감속 장치가 없어도 회전 테이블(2b)의 이너셔에 대하여 충분히 큰 회전 토크를 얻을 수 있어, 모터의 탈조가 발생하지 않고 회전 테이블(2b)을 회전 구동할 수 있다.
서보 모터(27)의 회전 토크가 충분히 크고 또한 회전 테이블(2b)의 이너셔가 작기 때문에, 벨트를 사용하여 구동하는 방식에 의해서도, 회전 개시 시 및 회전 정지 시에 회전 테이블(2b)의 회전 위치를 고정밀도로 제어할 수 있다. 즉, 서보 모터의 구동축(87)의 회전을 고정밀도로 회전 테이블(2b)로 전달할 수 있어, 회전 테이블(2b)을 공전의 수반없이 회전시킬 수 있다. 또한, 본 변형예에서 사용되는 벨트는 매우 짧기 때문에, 벨트의 신장 등에 기인한 공전은 발생하지 않는다. 따라서, 벨트를 통하여 구동축(87) 회전을 회전축(81)으로 전달할 수 있어, 기어를 사용한 감속 장치를 구비하는 경우보다도 부품 개수를 감할 수 있다.
본 변형예에 따른 성막 장치에서는 회전 테이블을 회전 구동하는 모터로서 클로즈 루프 제어되는 서보 모터를 사용하고 있으나, 회전 테이블의 회전축과 모터의 구동축이 공전을 수반하지 않고 벨트를 통하여 결합되는 것이면, 특별히 서보 모터에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 오픈 루프 제어되는 스테핑 모터로서, 소프트 상에서 인코더의 값을 자세하게 감시하도록 제어되는 스테핑 모터 등을 사용할 수 있다.
다음에, 도 15를 참조하면서, 본 발명의 제1 실시예의 제3 변형예에 따른 성 막 장치에 대하여 설명한다. 도 15는 본 변형예에 따른 성막 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 제3 하면부에 있어서의 천장판의 형상의 다른 예를 도시하는 종단면도이다. 본 변형예에 따른 성막 장치는, 제3 공간(D)에 있어서의 천장판(11)의 내부에 제1 분리 가스의 통류실(47)이 회전 테이블(2)의 반경 방향에 형성되는 점에서, 제1 실시예에 따른 성막 장치와 상이하다.
제1 실시예에 있어서 제1 분리 가스 공급부의 양측에 제3 하면부가 배치되도록 제1 분리 가스 공급부에 대응한 부분에 홈이 형성되는 것과 달리, 본 변형예에 있어서는, 제3 공간(D)에 있어서의 진공 용기(1)의 천장판(11)의 내부에 제1 분리 가스의 통류실(47)이 회전 테이블(2)의 반경 방향에 형성되고, 통류실(47)의 저부에 길이 방향을 따라 다수의 가스 토출 구멍(40)이 형성된다. 따라서, 통류 실(47) 외에 제1 분리 가스 공급부를 새롭게 설치할 필요가 없어, 제1 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 동시에 부품 개수를 감할 수 있다.
다음에, 도 16a 내지 도 16c를 참조하면서, 본 발명의 제1 실시예의 제4 변형예에 따른 성막 장치에 대하여 설명한다. 도 16a 내지 도 16c는 본 변형예에 따른 성막 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 제3 하면부에 있어서의 천장판의 하면의 형상의 다른 예를 도시하는 단면도이다. 본 변형예에 따른 성막 장치는, 제3 공간(D)에 있어서의 제3 하면부가 곡면인 점에서, 제1 실시예에 따른 성막 장치와 상이하다.
도 16a 내지 도 16c를 참조하면 제1 실시예에 있어서, 제1 분리 가스 공급의 양측에 있어서의 제3 하면부는 평면인 것과 달리, 본 변형예에 있어서는, 제1 분리 가스 공급부(41)의 양측에 있어서의 제3 하면부(44)는 곡면이다.
제3 하면부(44)는 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 분리할 수 있는 것이면, 제1 실시예와 같이 평면인 경우에 한정되는 것은 아니다. 제3 하면부(44)는, 예를 들어 도 16a에 도시된 바와 같이 오목면이어도 좋고, 도 16b에 도시된 바와 같이 볼록면이어도 좋고, 도 16c에 도시된 바와 같이 파형 형상이어도 좋다. 도 16a에 도시된 바와 같이 오목면인 경우, 제3 하면부(44)가 제1 하면부(45) 또는 제2 하면부(45a)와 인접하는 단부에 있어서, 회전 테이블(2)로부터 제3 하면부(44) 까지의 높이를 낮게 할 수 있기 때문에, 제3 하면부(44)로의 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스의 침입을 보다 효율적으로 저지할 수 있다. 도 16b에 도시된 바와 같이 볼록면인 경우, 볼록면의 정점에 대응하는 제3 하면부(44)에 있어서 회전 테이블(2)로부터 제3 하면부(44)까지의 높이를 낮게 할 수 있기 때문에, 제3 하면부(44)로의 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스의 침입을 보다 효율적으로 저지할 수 있다. 도 16c에 도시된 바와 같이 파형 형상일 경우, 도 16b에 도시된 바와 같은 볼록면의 정점을 복수 설치하는 것에 대응하기 때문에, 제3 하면부(44)로의 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스의 침입을 보다 효율적으로 저지할 수 있다. 또한, 제3 하면부(44)는 천장판(11)의 하면이지만, 천장판(11)과는 다른 부재의 하면을 상기한 형상으로 하여, 천장판(11)에 설치하는 구성을 갖는 것도 가능하다.
다음에, 도 17a 내지 도 17g를 참조하면서, 본 발명의 제1 실시예의 제5 변형예에 따른 성막 장치에 대하여 설명한다. 도 17a 내지 도 17c는 본 변형예에 따른 성막 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 제1 반응 가스 공급부의 가스 분출 구 멍의 형상의 다른 예를 도시하는 저면도이다. 또한, 도 17d 내지 도 17g는 본 발명의 제1 실시예의 제5 변형예에 따른 성막 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 제3 하면부의 형상의 다른 예를 도시하는 저면도이다. 또한, 도 17a 내지 도 17c에 있어서 제3 하면부(44) 및 토출 구멍(33)의 배치 위치가 도시된다. 본 변형예에 따른 성막 장치는, 제1 분리 가스 공급부에 형성되는 토출 구멍이, 회전 테이블(2)의 주연으로부터 회전 중심으로 직선 형상으로 배열되지 않는 점에서 제1 실시예에 따른 성막 장치와 상이하다.
제1 분리 가스 공급부에 형성되는 분출 구멍(33)이, 회전 테이블(2)의 주연으로부터 회전 중심으로 직선 형상으로 배열되도록 배치되는 것과 달리, 본 변형예에 있어서는, 회전 테이블(2)의 주연으로부터 회전 중심으로 직선 형상으로 배열되도록 배치되지 않는다. 토출 구멍(33)은, 기판에 대하여 제1 분리 가스를 균일하게 공급할 수 있는 것이면 제1 실시예와 같이 회전 테이블(2)의 주연으로부터 회전 중심으로 직선 형상으로 배열되도록 배치되는데 한정되는 것이 아니고, 이하와 같이 배치되어도 좋다.
도 17a에 도시된 바와 같이 회전 테이블(2)의 직경에 대하여 비스듬하게 향한 직사각형 형상을 갖는 슬릿으로 이루어지는 다수의 분출 구멍(33)이, 직경 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어도 좋다. 도 17b에 도시된 바와 같이, 다수의 원형 형상을 갖는 토출 구멍(33)이 사행되도록 배치되어도 좋다. 도 17c에 도시된 바와 같이 다수의 원호 형상을 갖는 슬릿으로 이루어지는 토출 구멍(33)이 회전 테이블(2)의 회전 중심에 대하여 동심으로 배치되어도 좋다.
제3 하면부(44)는 중공이어도 좋고, 중공 내에 제1 분리 가스를 도입하도록 구성해도 좋다. 이 경우도, 복수의 가스 분출 구멍(33)을, 도 17a, 도 17b, 도 17c에 도시된 바와 같이 배열할 수 있다.
또한, 본 변형예에서는, 제3 하면부(44)는 거의 부채형의 상면 형상을 갖지만, 도 17d에 도시된 직사각형, 또는 정방형의 상면 형상을 가져도 된다. 제3 하면부(44)는, 도 17e에 도시된 바와 같이, 상면은 전체적으로 부채형으로서, 오목 형상으로 만곡된 측면(44Sc)을 갖고 있어도 된다. 또한, 제3 하면부(44)는 도 17f에 도시된 바와 같이, 상면은 전체적으로 부채형으로서, 볼록 형상으로 만곡된 측면(44Sv)을 갖고 있어도 된다. 또한, 도 17g에 도시된 바와 같이, 제3 하면부(44)의 회전 테이블(2)(도 1)의 회전 방향의 상류측 부분이 오목 형상의 측면(44Sc)을 갖고, 제3 하면부(44)의 회전 테이블(2)(도 1)의 회전 방향의 하류측 부분이 평면 형상의 측면(44Sf)을 갖고 있어도 된다. 또한, 도 17d 내지 도 17g에 있어서, 점선은 제3 하면부(44)에 형성된 홈부(43)(도 4a, 도 4b)를 나타내고 있다. 이들의 경우, 홈부(43)에 수용되는 제1 분리 가스 공급부(41, 42)(도 2)는 진공 용기(1)의 중앙부, 예를 들어 돌출부(53)(도 1)로부터 연장된다. 이와 같이 토출 구멍(33)이 배치됨으로써 제3 하면부(44)에 있어서 제1 분리 가스가 보다 균일하게 공급되기 때문에, 제3 하면부(44)로의 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스의 침입을 보다 효율적으로 저지할 수 있다.
다음에, 도 18을 참조하면서 본 발명의 제1 실시예의 제6 변형예에 따른 성막 장치에 대하여 설명한다. 도 18은 본 변형예에 따른 성막 장치의, 진공 용 기(1)의 천장판(11)이 분리된 상태에 있어서의 평면도이다. 본 변형예에 따른 성막 장치는, 제2 반응 가스 공급부가 반송구보다도 회전 테이블의 회전 방향 상류측에 설치되는 점에서, 제1 실시예에 따른 성막 장치와 상이하다.
제1 실시예에 있어서 제2 반응 가스 공급부가 반송구보다도 회전 테이블의 회전 방향 하류측에 설치되는 것과 달리, 본 변형예에 있어서는, 제2 반응 가스 공급부(32)가 반송구(15)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측에 설치된다. 이러한 레이아웃이어도 제1 반응 가스와 제2 반응 가스를 보다 효율적으로 분리할 수 있는 동시에, 제1 분리 가스의 제1 하면부(45) 및 제2 하면부(45a)로의 침입을 저지할 수 있다. 이로 인해, 제1 하면부(45) 및 제2 하면부(45a)에 있어서, 각각 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 보다 효율적으로 웨이퍼에 공급할 수 있다.
다음에, 도 19를 참조하면서 본 발명의 제1 실시예의 제7 변형예에 따른 성막 장치에 대하여 설명한다. 도 19는 본 변형예에 따른 성막 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 횡단 평면도이다. 도 19는, 제1 하면부(45) 및 제2 하면부(45a)보다도 낮고, 제1 분리 가스 공급부(41, 42)보다도 높은 위치에 있어서의, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 단면도이다. 본 변형예에 따른 성막 장치는, 제3 하면부가 둘레 방향으로 2개로 분할되어, 그 사이에 제1 분리 가스 공급부가 설치되는 점에서, 제1 실시예에 따른 성막 장치와 상이하다.
제1 실시예에 있어서 제3 하면부의 모든 부분에서 회전 테이블로부터 천장판의 하면까지의 높이가 동일한 것과 달리, 본 변형예에 있어서는 제1 분리 가스 공급부(41, 42)를 포함하고, 회전 테이블(2)로부터 제3 높이(H3)보다 높게 설치되는 제3 하면부(44a)와, 제3 하면부(44a)에 인접하는 회전 테이블로부터 제3 높이(H3)로 설치되는 제3 하면부(44b)를 구비한다. 이러한 영역을 설치함으로써, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스를 보다 효율적으로 분리할 수 있는 동시에, 제1 분리 가스의 제1 하면부(45) 및 제2 하면부(45a)로의 침입을 저지할 수 있기 때문에 제1 하면부(45) 및 제2 하면부(45a)에 있어서, 각각 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 보다 효율적으로 웨이퍼에 공급할 수 있다. 또한, 제3 하면부(44b)와 제1 분리 가스 공급부(41, 42)의 거리나, 제3 하면부(44b)의 형상 및 크기는 제1 반응 가스, 제2 반응 가스 및 제1 분리 가스의 분출 유량 등을 고려하여 최적으로 설계할 수 있다.
다음에, 도 20을 참조하면서 본 발명의 제1 실시예의 제8 변형예에 따른 성막 장치에 대하여 설명한다. 도 20은 본 변형예에 따른 성막 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다. 본 변형예에 따른 성막 장치는, 제2 하면부를 대신하여 제6 하면부와 제7 하면부를 구비하는 점에서, 제1 실시예에 따른 성막 장치와 상이하다.
제1 실시예에 있어서 제2 하면부의 모든 부분에서 회전 테이블로부터 진공 용기의 천장판의 하면까지의 높이가 동일한 것과 달리, 본 변형예에 있어서는, 제2 하면부를 대신하여 제2 반응 가스 공급부(32)를 포함하고, 회전 테이블(2)로부터 제2 높이(H2)보다 낮게 설치되는 제6 하면부(45b)와, 제6 하면부(45b)에 인접하여, 회전 테이블(2)로부터 제2 높이(H2)로 설치되는 제7 하면부(45c)를 구비한다. 따라서, 제6 하면부(45b)는 제1 분리 가스 공급부(41 또는 42) 대신에 제2 반응 가스 공급부(32)를 설치한 것 이외에는 제3 하면부(44)와 완전히 마찬가지이다.
이렇게, 제6 하면부(45b)를 설치함으로써, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스를 보다 효율적으로 분리할 수 있는 동시에, 제1 분리 가스 및 제1 반응 가스의 제6 하면부(45b)로의 침입을 저지할 수 있기 때문에, 제6 하면부(45b)에 있어서, 제2 반응 가스를 보다 효율적으로 웨이퍼에 공급할 수 있다. 또한, 제6 하면부(45b)는, 도 17a 내지 도 17c에 일례를 나타내는 중공의 제3 하면부(44)와 마찬가지로 구성되어도 좋다.
또한, 본 변형예에서는, 제2 하면부를 대신하여, 제6 하면부와 제7 하면부를 구비하지만, 제1 하면부를 대신하여 제1 반응 가스 공급부를 포함하고, 회전 테이블로부터 제1 높이(H1)보다 낮게 설치되는 제4 하면부와, 제4 하면부에 인접하여 회전 테이블로부터 제1 높이(H1)로 설치되는 제5 하면부를 구비할 수도 있다. 제4 하면부를 설치함으로써도, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스를 보다 효율적으로 분리할 수 있는 동시에, 제1 분리 가스 및 제1 반응 가스의 제4 하면부로의 침입을 저지할 수 있기 때문에, 제4 하면부에 있어서, 제1 반응 가스를 보다 효율적으로 웨이퍼에 공급할 수 있다.
다음에, 도 21을 참조하면서, 본 발명의 제1 실시예의 제9 변형예에 따른 성막 장치에 대하여 설명한다. 도 21은 본 변형예에 따른 성막 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 횡단 평면도이다. 또한, 도 21은 진공 용기의 천장판이 분리된 상태에 있어서의 평면도이다. 본 변형예에 따른 성막 장치는, 제1 반응 가스 공급부 및 제2 반응 가스 공급부의 양측에도 낮은 천장이 설치되는 점에서, 제1 실시예에 따른 성막 장치와 상이하다.
제1 실시예에 있어서 제1 분리 가스 공급부의 양측에 협애한 공간을 형성하기 위하여 제1 하면부 및 제2 하면부보다 낮은 천장면인 제3 하면부가 설치되는 것과 달리, 본 변형예에 있어서는, 제1 반응 가스 공급부(31) 및 제2 반응 가스 공급부(32)의 양측에도 제3 하면부와 마찬가지로 낮은 천장면인 제3 하면부(44c 내지 44f)가 설치되고, 이들 제3 하면부(44c 내지 44f)가 연속하는 구성을 갖는다.
제1 분리 가스 공급부[41(42)], 제1 반응 가스 공급부(31) 및 제2 반응 가스 공급부(32)가 설치되는 영역 이외는 회전 테이블(2)에 대향하는 영역 전체면에 있어서, 제3 하면부가 설치되는 구성을 갖는다. 이 구성은, 다른 견해에서 보면, 제1 분리 가스 공급부[41(42)]의 양측의 폭(3)의 하면부(44)가 제1 및 제2 반응 가스 공급부(31, 32)까지 확장된 예이다. 이 경우에는, 제1 분리 가스 공급부[41(42)]의 양측으로 제1 분리 가스가 확산되고, 제1 반응 가스 공급부(31) 및 제2 반응 가스 공급부(32)의 양측으로 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스가 확산되어, 양 가스가 제3 하면부(44c 내지 44f)의 하방측으로서 제3 하면부(44c 내지 44f)와 회전 테이블(2) 사이의 공간(협애한 공간)에서 합류된다. 이들 가스는 제1(제2) 반응 가스 공급부[31(32)]와 제1 분리 가스 공급부[42(41)] 사이에 위치하는 배기구[61(62)]로부터 배기된다. 이와 같이, 본 변형예에 있어서도, 제1 실시예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 제3 하면부(44c 내지 44f)는 도 17a 내지 도 17c 중 어느 하나에 도시된 중공의 하면부를 조합시킴으로써 구성하고, 제1 반응 가스 공급부(31), 제2 반응 가스(32), 제1 분리 가스 공급부(41, 42)를 사용하지 않고, 제1 반응 가스, 제2 반응 가스 및 분리 가스를, 대응하는 중공의 제3 하면부(44c 내지 44f)의 토출 구멍(33)으로부터 각각 가스를 토출하도록 해도 좋다.
다음에, 도 22를 참조하면서, 본 발명의 제1 실시예의 제10 변형예에 따른 성막 장치에 대하여 설명한다. 도 22는 본 변형예에 따른 성막 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 종단면도이다. 본 변형예에 따른 성막 장치는, 진공 용기의 중심부에 있어서 진공 용기의 저면부와 천장판 사이에 지주를 개재시켜 반응 가스의 혼합을 방지하는 점에서, 제1 실시예에 따른 성막 장치와 상이하다.
제1 실시예에 있어서 회전 테이블의 회전축은 진공 용기의 중심부에 설치되어, 회전 테이블의 중심부와 천장판 사이의 공간에 분리 가스가 퍼지되는 것과 달리, 본 변형예에 있어서는, 진공 용기(1)의 중앙 영역의 상면에 오목부(80a)가 형성되고, 진공 용기(1)의 중심부에 있어서 수용 공간(80)의 저부와 오목부(80a)의 상면 사이에 지주(81)가 설치된다. 진공 용기(1)의 중앙 영역의 저면부(14)가 하방측으로 돌출되어, 구동부의 수용 공간(80)이 형성되는 동시에, 진공 용기(1)의 중앙 영역의 상면에 오목부(80a)가 형성되고, 진공 용기(1)의 중심부에 있어서 수용 공간(80)의 저부와 오목부(80a)의 상면 사이에 지주(81)를 개재시킴으로써 제1 반응 가스 공급부(31)로부터의 BTBAS 가스와 제2 반응 가스 공급부(32)로부터의 O3 가스가 중심부를 통하여 혼합되는 것을 방지하고 있다.
회전 테이블(2)을 회전시키는 기구에 대해서는, 지주(81)를 둘러싸듯이 회전 슬리브(82)를 설치하고, 이 회전 슬리브(82)를 따라 링 형상의 회전 테이블(2)을 설치하고 있다. 그리고 수용 공간(80)에 모터(83)에 의하여 구동되는 구동 기어부(84)를 설치하고, 이 구동 기어부(84)에 의해, 회전 슬리브(82)를 회전시키도록 하고 있다. 참조 부호 86, 87 및 88은 베어링부이다. 또한 수용 공간(80)의 저부에 제3 분리 가스를 공급하는 제3 분리 가스 공급부(72)를 접속하는 동시에, 오목부(80a)의 측면과 회전 슬리브(82)의 상단부 사이의 공간에 제2 분리 가스를 공급하기 위한 제2 분리 가스 공급부(51)를 진공 용기(1)의 상부에 접속하고 있다. 도 22에서는, 오목부(80a)의 측면과 회전 슬리브(82)의 상단부 사이의 공간으로 제2 분리 가스를 공급하기 위한 개구부(51a)는 좌우 2개소에 기재하고 있지만, 회전 슬리브(82)의 근방 영역을 통하여 BTBAS 가스와 O3 가스가 혼합되지 않도록 하기 위해서, 개구부(51a)[제2 분리 가스 공급부(51)]의 배열수를 설계하는 것이 바람직하다.
또한, 도 22의 실시예에서는, 회전 테이블(2)측으로부터 보면, 오목부(80a)의 측면과 회전 슬리브(82)의 상단부 사이의 공간은 분리 가스 토출 구멍에 상당하고, 그리고 이 분리 가스 토출 구멍, 회전 슬리브(82) 및 지주(81)에 의해 진공 용기(1)의 중심부에 위치하는 중심부 영역(C)이 구성된다.
다음에, 도 23을 참조하면서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명한다. 도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 23에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 반송 용 기(101), 대기 반송실(102), 반송 아암(103), 로드 로크실(본 발명에 있어서의 예비 진공실에 해당한다)(104, 105), 진공 반송실(106), 반송 아암(107), 성막 장치(108, 109)를 구비한다. 반송 용기(101)는, 예를 들어 25매의 웨이퍼를 수납하는 후프라고 하는 밀폐형의 반송 용기이다. 대기 반송실(102)은 반송 아암(103)이 배치되는 대기 반송실이다. 로드 로크실(104, 105)은 대기 분위기와 진공 분위기 사이에서 분위기가 절환 가능하다. 진공 반송실(106)은 2기의 반송 아암(107)이 배치된 진공 반송실이다. 성막 장치(108, 109)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치이다. 반송 용기(101)는 도시하지 않은 적재대를 구비한 반입 반출 포트에 외부로부터 반송되어, 설치된다. 반송 용기(101)가 설치된 후, 도시하지 않은 개폐 기구에 의하여 대기 반송실(102)의 덮개가 열려, 반송 아암(103)에 의하여 반송 용기(101) 내로부터 웨이퍼가 취출된다. 반송 용기(101) 내로부터 취출된 웨이퍼는 로드 로크실(104 또는 105) 내로 반입된다. 다음에, 로드 로크실(104 또는 105)의 내부가 대기 분위기로부터 진공 분위기로 절환된다. 다음에, 반송 아암(107)에 의하여 웨이퍼가 로드 로크실(104 또는 105)로부터 취출되어, 성막 장치(108 또는 109)로 반입된다. 그 후, 성막 장치(108 또는 109)에 있어서, 이미 상술한 성막 방법을 행함으로써, 성막 처리가 실시된다.
본 실시예에서는, 본 발명 제1 실시예에 따른 예를 들어 5매 처리용의 성막 장치를 복수개 예를 들어 2개 구비함으로써, ALD 또는 MLD의 성막 처리를 높은 처리량으로 실시하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치(108, 109) 를 사용하기 때문에 성막 장치에 있어서, 회전 테이블이 모터에 대하여 공전이나 탈조를 일으키는 일이 없기 때문에, 진공 용기의 외부와의 사이에서 기판의 반출입을 확실하게 행할 수 있다.
본 발명은 구체적으로 개시된 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이 다양한 변형예·변경예가 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 종단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 횡단 평면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치에 있어서의 회전 테이블의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치에 있어서의 제1 내지 제3 공간을 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치에 있어서의 제1 반응 가스 공급부의 사시도.
도 7은 도 3에 있어서의 VⅡ-VⅡ선을 따라 자른 단면도.
도 8a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치를 설명하기 위한 평면도.
도 8b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치를 설명하기 위한 단면도.
도 9는 도 3에 있어서의 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 자른 단면도.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치의 일부의 파단 사시도.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치의 제어부의 구성을 도시하는 모식도.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 장치에 있어서, 제1 반응 가스, 제2 반응 가스 및 제1 분리 가스가 흐르는 모습을 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제1 실시예의 제1 변형예에 따른 성막 장치에 있어서의 회전 테이블의 단면도.
도 14는 본 발명의 제1 실시예의 제2 변형예에 따른 성막 장치에 있어서의 회전 테이블의 단면도.
도 15는 본 발명의 제1 실시예의 제3 변형예에 따른 성막 장치에 있어서의 제3 하면부에 있어서의 천장판의 단면도.
도 16a 내지 도 16c는 본 발명의 제1 실시예의 제4 변형예에 따른 성막 장치에 있어서의 제3 하면부에 있어서의 천장판의 단면도.
도 17a 내지 도 17g는 본 발명의 제1 실시예의 제5 변형예에 따른 성막 장치에 있어서의 제1 반응 가스 공급부의 가스 분출 구멍 형상의 다른 예를 도시하는 저면도.
도 18은 본 발명의 제1 실시예의 제6 변형예에 따른 성막 장치의 내부의 평면도.
도 19는 본 발명의 제1 실시예의 제7 변형예에 따른 성막 장치의 내부의 평면도.
도 20은 본 발명의 제1 실시예의 제8 변형예에 따른 성막 장치의 사시도.
도 21은 본 발명의 제1 실시예의 제9 변형예에 따른 성막 장치의 내부의 평면도.
도 22는 본 발명의 제1 실시예의 제10 변형예에 따른 성막 장치의 단면도.
도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 간략 평면도.
<부호의 설명>
1 : 진공 장치
2 : 회전 테이블
11 : 천장판
12 : 용기 본체
14 : 저면부
31 : 제1 반응 가스 공급부
32 : 제2 반응 가스 공급부
41, 42 : 제1 분리 가스 공급부

Claims (20)

  1. 진공 용기 내에서 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 포함하는 적어도 2종류의 원료 가스를 순서대로 공급하고 또한 상기 적어도 2종류의 상기 원료 가스를 순서대로 공급하는 공급 사이클을 실행함으로써 박막을 성막하는 성막 장치로서,
    상기 진공 용기 내에 회전 가능하게 설치되어, 기판을 적재하는 기판 적재부를 구비하는 회전 테이블과,
    상기 제1 반응 가스 및 상기 제2 반응 가스를 공급하기 위해서, 상기 회전 테이블의 주연의 서로 다른 위치로부터 회전 중심을 향하여 각각 설치된 제1 반응 가스 공급부 및 제2 반응 가스 공급부와,
    상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스를 분리하는 제1 분리 가스를 공급하기 위해서, 상기 제1 반응 가스 공급부와 상기 제2 반응 가스 공급부 사이의 상기 회전 테이블의 주연의 위치로부터 회전 중심을 향하여 설치된 제1 분리 가스 공급부와,
    상기 제1 반응 가스 공급부를 포함하는 상기 진공 용기의 천장판의 하면이며, 상기 회전 테이블로부터 제1 높이로 설치되는 제1 하면의 영역과,
    상기 제1 하면의 영역과, 상기 회전 테이블 사이에 형성되는 제1 공간과,
    상기 제2 반응 가스 공급부를 포함하는 상기 천장판의 하면이며, 상기 제1 하면의 영역과 이격된 위치에 상기 회전 테이블로부터 제2 높이로 설치되는 제2 하면의 영역과,
    상기 제2 하면의 영역과 상기 회전 테이블 사이에 형성되는 제2 공간과,
    상기 제1 분리 가스 공급부를 포함하고 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따라 상기 제1 분리 가스 공급부의 양측에 위치하는 상기 천장판의 하면이며, 상기 회전 테이블로부터 상기 제1 높이 및 상기 제2 높이보다 낮은 제3 높이로 설치된 제3 하면의 영역과,
    상기 제3 하면의 영역과 상기 회전 테이블 사이에 형성되고, 상기 제1 분리 가스 공급부로부터 공급된 상기 제1 분리 가스가 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간으로 흐르기 위한 상기 제3 높이를 갖는 협애한 제3 공간과,
    상기 천장판의 하면이며, 상기 회전 테이블의 회전 중심의 상기 기판 적재부측에 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스를 분리하는 제2 분리 가스를 공급하는 제2 분리 가스 공급부가 설치되는 중심부 영역과,
    상기 제3 공간의 양측으로 토출되는 상기 제1 분리 가스 및 상기 중심부 영역으로부터 토출되는 상기 제2 분리 가스와 함께 상기 제1 반응 가스 및 상기 제2 반응 가스를 배기하기 위한 배기구와
    상기 회전 테이블의 회전축의 하방에 설치되고, 상기 회전 테이블을 회전 구동하는 모터를 갖고,
    상기 회전 테이블의 회전축과 상기 모터의 구동축은 공전하지 않도록 결합되는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전 테이블의 회전축의 중심과 상기 모터의 구동축의 중심은 일치하고 있으며, 상기 회전 테이블의 회전축과 상기 모터의 구동축은 서로 각도 위치 어긋남이 발생하지 않도록 결합되는, 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서, 기어를 사용하여 상기 모터의 회전 속도를 감속하고, 상기 모터의 구동력을 상기 회전 테이블로 전달하는 전달 장치를 구비하는, 성막 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모터는 서보 모터를 포함하는, 성막 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회전 테이블의 회전 중심의 하측에 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스를 분리하는 제3 분리 가스를 공급하는 제3 분리 가스 공급부를 구비하는, 성막 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 진공 용기의 저면과 상기 회전 테이블 사이에 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스를 분리하는 제4 분리 가스를 공급하는 제4 분리 가스 공급부를 구비하는, 성막 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 진공 용기의 중심부에서 상기 천장판의 하면과 상기 진공 용기의 저면 사이에 설치된 지주와,
    상기 지주를 둘러싸고, 연직축의 주위로 회전 가능한 회전 슬리브를 더 구비하고,
    상기 회전 슬리브는, 상기 회전 테이블의 회전축인, 성막 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 하면의 영역을 대신하여
    상기 제1 반응 가스 공급부를 포함하고, 상기 회전 테이블로부터 상기 제1 높이보다 낮게 설치되는 제4 하면의 영역과,
    상기 제4 하면의 영역에 인접하여 상기 회전 테이블로부터 상기 제1 높이로 설치되는 제5 하면의 영역을 구비하는, 성막 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 하면의 영역에 대신하여,
    상기 제2 반응 가스 공급부를 포함하고, 상기 회전 테이블로부터 상기 제2 높이보다 낮게 설치되는 제6 하면의 영역과,
    상기 제6 하면의 영역에 인접하여 상기 회전 테이블로부터 상기 제2 높이로 설치되는 제7 하면의 영역을 구비하는, 성막 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 기판 적재부에 적재된 상기 기판의 표면은 상기 회전 테이블의 표면과 동일한 높이이거나, 상기 회전 테이블의 상기 표면보다 상기 기판의 상기 표면이 낮은 위치인, 성막 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 가스 공급부, 상기 제2 반응 가스 공급부 및 상기 제1 분리 가스 공급부로 가스를 각각 도입하기 위한 가스 도입 포트는, 상기 회전 테이블의 회전 중심측 또는 주연측에 설치되는, 성막 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 분리 가스 공급부에는, 상기 회전 테이블의 회전 중심측으로부터 주연측을 향하여 토출 구멍이 배열되는, 성막 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제3 하면의 영역이며, 상기 제3 하면의 영역에 포함되는 상기 제1 분리 가스 공급부의 상기 토출 구멍에 의해 이분되는 2개의 영역은, 상기 기판 적재부에 적재되는 상기 기판의 중심이 통과하는 부분의 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따른 폭 치수의 각각이 50㎜ 이상인, 성막 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 진공 용기의 저면의 주연이며, 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 가까이에 각각 설치된 제1 배기구 및 제2 배기구를 구비하는, 성막 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제3 공간의 압력은, 상기 제1 공간의 압력 및 상기 제2 공간의 압력보다 높은, 성막 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 회전 테이블 아래에 상기 회전 테이블을 가열하는 가열부를 구비하는, 성막 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 진공 용기 밖으로 상기 기판의 반출입을 행하기 위해 서, 상기 진공 용기의 측면에 설치되고, 게이트 밸브에 의하여 개폐 가능한 반송구를 구비하는, 성막 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 제3 하면의 영역은, 상기 회전 테이블의 회전 중심으로부터 주연에 위치할수록 폭이 넓은 형상을 갖는, 성막 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 제3 하면의 영역은, 평면에서 보아 부채형의 형상을 갖는, 성막 장치.
  20. 제1항에 기재된 성막 장치와,
    상기 성막 장치에 기밀하게 접속되어, 내부에 기판 반송부가 설치된 진공 반송실과,
    상기 진공 반송실에 기밀하게 접속되어, 진공 분위기와 대기 분위기 사이에서 분위기가 절환 가능한 예비 진공실을 구비하는, 기판 처리 장치,
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