KR101563773B1 - 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체 - Google Patents

성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 성막 장치에 있어서, 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스가 순서대로 복수회 그 내부에 공급되는 진공 용기, 기판 적재 영역을 포함하는 일면을 갖고, 상기 기판 적재 영역을 상기 진공 용기 내에서 회전시키는 회전 테이블, 상기 제1 처리 가스를 제1 영역에 공급하는 제1 처리 가스 공급부, 상기 제2 처리 가스를 분리 영역을 통하여 상기 제1 영역으로부터 상기 회전 테이블의 주위 방향으로 이격한 제2 영역에 공급하는 제2 처리 가스 공급부, 상기 진공 용기 내에 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 플라즈마 발생 가스 공급부, 상기 회전 테이블의 상기 일면에 대향하고, 유도 결합에 의해 상기 플라즈마 발생용 가스로부터 플라즈마를 플라즈마 공간에서 발생시키는 안테나, 상기 안테나와 상기 플라즈마 공간 사이에 설치되고, 상기 안테나에 직교하는 방향으로 배열되어 있는 복수의 슬릿을 갖고, 접지된, 패러데이 쉴드를 구비하는, 성막 장치에 관한 것이다.

Description

성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체{FILM FORMING APPARATUS, FILM FORMING METHOD AND STORAGE MEDIUM}
본 출원은 2011년 5월 12일 및 2011년 9월 12일 출원의 우선권 주장 일본 특허 출원 제2011-107350 및 제2011-198396호에 기초하는 것이고, 그 전체 내용은 여기에 원용된다.
본 발명은, 서로 반응하는 처리 가스를 순서대로 공급하여 기판의 표면에 반응 생성물을 적층하는 동시에 이 반응 생성물에 대하여 플라즈마 개질을 행하는 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판(이하 「웨이퍼」라고 한다)에 대하여, 예를 들어 실리콘 산화막(SiO2) 등의 박막의 성막을 행하는 방법의 하나로서, 서로 반응하는 복수 종류의 처리 가스(반응 가스)를 웨이퍼의 표면에 순서대로 공급하여 반응 생성물을 적층하는 ALD(Atomic Layer Deposition)법을 들 수 있다. 이 ALD법을 사용하여 성막 처리를 행하는 성막 장치로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블 상에 복수매의 웨이퍼를 주위 방향으로 배열하는 동시에, 예를 들어 회전 테이블에 대향하도록 배치된 복수의 가스 공급부에 대하여 회전 테이블을 상대적으로 회전시킴으로써, 이들 웨이퍼에 대하여 각 처리 가스를 순서대로 공급하는 장치가 알려져 있다.
그런데, ALD법에서는, 통상의 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 비하여, 웨이퍼의 가열 온도(성막 온도)가, 예를 들어 300℃ 정도로 낮으므로, 예를 들어 처리 가스 중에 포함되어 있는 유기물 등이 박막 중에 불순물로서 들어가 버리는 경우가 있다. 따라서, 예를 들어 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 박막의 성막과 함께 플라즈마를 사용한 개질 처리를 행함으로써, 이러한 불순물을 박막으로부터 제거하거나, 혹은 저감시킬 수 있다고 생각된다.
그러나, 플라즈마 처리를 행하는 장치를 이미 설명한 성막 장치와는 별도로 설치하여 개질 처리를 행하고자 하면, 이들 장치 사이에서 웨이퍼의 반송을 행하는 만큼 시간의 손실이 발생하여 스루풋의 저하로 이어져 버리는 경우가 있다. 한편, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마원을 성막 장치에 조합하여 설치하고, 성막 처리를 행하면서 혹은 성막 처리의 종료 후에 개질 처리를 행하는 경우에는, 플라즈마에 의해 웨이퍼의 내부에 형성되어 있는 배선 구조에 대하여 전기적으로 데미지를 부여할 우려가 있다. 따라서, 웨이퍼에 대한 플라즈마 데미지를 억제하기 위하여 플라즈마원을 웨이퍼로부터 이격시키면, 성막 처리를 행하는 압력 조건에서는 플라즈마 중의 이온이나 라디칼 등의 활성종이 실활되기 쉬우므로, 활성종이 웨이퍼에 도달하기 어려워져 양호한 개질 처리가 행해지지 않게 되어 버릴 우려가 있다.
특허문헌 3 내지 5에는, ALD법에 의해 박막을 성막하는 장치에 대하여 기재되어 있지만, 이미 설명한 과제에 대해서는 기재되어 있지 않다.
일본 특허 공개 제2010-239102호 일본 특허 공개 제2011-40574호 미국 특허 공보 제7,153,542호 일본 특허 제3144664호 공보 미국 특허 공보 제6,869,641호
이러한 사정에 기초하여, 본 발명의 일 실시예는, 서로 반응하는 처리 가스를 순서대로 공급하여 기판의 표면에 반응 생성물을 적층하는 동시에 이 반응 생성물에 대하여 플라즈마 개질을 행하는 데 있어서, 기판에 대한 플라즈마 데미지를 억제할 수 있는 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 성막 장치에 있어서, 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스가 순서대로 복수회 그 내부에 공급되는 진공 용기, 기판 적재 영역을 포함하는 일면을 갖고, 상기 기판 적재 영역을 상기 진공 용기 내에서 회전시키는 회전 테이블, 상기 제1 처리 가스를 제1 영역에 공급하는 제1 처리 가스 공급부, 상기 제2 처리 가스를 분리 영역을 통하여 상기 제1 영역으로부터 상기 회전 테이블의 주위 방향으로 이격한 제2 영역에 공급하는 제2 처리 가스 공급부, 상기 진공 용기 내에 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 플라즈마 발생 가스 공급부, 상기 회전 테이블의 상기 일면에 대향하고, 유도 결합에 의해 상기 플라즈마 발생용 가스로부터 플라즈마를 플라즈마 공간에서 발생시키는 안테나, 상기 안테나와 상기 플라즈마 공간 사이에 설치되고, 상기 안테나에 직교하는 방향으로 배열되어 있는 복수의 슬릿을 갖고, 접지된, 패러데이 쉴드를 구비하는, 성막 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 성막 장치의 일례를 나타내는 종단면.
도 2는 상기 성막 장치의 횡단 단면도.
도 3은 상기 성막 장치의 횡단 평면도.
도 4는 상기 성막 장치의 내부의 일부를 도시하는 분해 사시도.
도 5는 상기 성막 장치의 내부의 일부를 도시하는 종단면도.
도 6은 상기 성막 장치의 내부의 일부를 도시하는 사시도.
도 7은 상기 성막 장치의 내부의 일부를 도시하는 종단면도.
도 8은 상기 성막 장치의 내부의 일부를 도시하는 평면도.
도 9는 상기 성막 장치의 패러데이 쉴드의 일부를 도시하는 사시도.
도 10은 상기 성막 장치의 사이드 링을 도시하는 분해 사시도.
도 11은 상기 성막 장치의 래비린스 구조부의 일부를 도시하는 종단면도.
도 12는 상기 성막 장치에 있어서의 가스의 흐름을 도시하는 모식도.
도 13은 상기 성막 장치에 있어서의 플라즈마의 발생의 모습을 도시하는 모식도.
도 14는 상기 성막 장치의 다른 예의 일부를 도시하는 사시도.
도 15는 상기 다른 예에 있어서의 성막 장치의 일부를 도시하는 평면도.
도 16은 상기 성막 장치의 또 다른 예를 도시하는 평면도.
도 17은 상기 성막 장치의 또 다른 예를 도시하는 평면도.
도 18은 상기 성막 장치의 다른 예의 일부를 도시하는 종단면도.
도 19는 상기 성막 장치의 다른 예의 일부를 도시하는 종단면도.
도 20은 상기 성막 장치의 다른 예의 일부를 도시하는 종단면도.
도 21은 상기 성막 장치의 다른 예의 일부를 도시하는 사시도.
도 22는 상기 성막 장치의 다른 예의 일부를 도시하는 평면도.
도 23은 이미 설명한 패러데이 쉴드를 도시하는 평면도.
도 24는 상기 패러데이 쉴드의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 25는 상기 패러데이 쉴드의 또 다른 예를 도시하는 평면도.
도 26은 상기 패러데이 쉴드의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 27은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
도 28은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
도 29는 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
도 30은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
도 31은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
도 32는 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
도 33은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
도 34는 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
도 35는 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
도 36은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
도 37은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
도 38은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
도 39는 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
도 40은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 도시하는 특성도.
본 발명의 실시 형태의 성막 장치의 일례에 대해, 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한다. 이 성막 장치는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 평면 형상이 대략 원형인 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. 그리고, 이 성막 장치에서는, 상세히 후술하는 바와 같이 ALD법에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 반응 생성물을 적층하여 박막을 성막하는 동시에, 이 박막에 대하여 플라즈마 개질을 행하도록 구성되어 있다. 이때, 플라즈마 개질을 행하는 데 있어서, 플라즈마에 의해 전기적인 데미지가 웨이퍼(W)에 가해지지 않도록, 혹은 상기 데미지가 가능한 한 작아지도록, 상기 성막 장치가 구성되어 있다. 계속해서, 성막 장치의 각 부에 대하여 상세하게 설명한다.
진공 용기(1)는, 천장판(11) 및 용기 본체(12)를 구비하고 있고, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 착탈할 수 있도록 구성되어 있다. 천장판(11)의 상면측에 있어서의 중앙부에는, 진공 용기(1) 내의 중심부 영역 C에 있어서 서로 다른 처리 가스끼리 혼합되는 것을 억제하기 위해, N2(질소) 가스를 분리 가스로서 공급하기 위한 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있다. 도 1 중 참조 부호 13은, 용기 본체(12)의 상면의 주연부에 링 형상으로 설치된 시일 부재, 예를 들어 O링이다.
회전 테이블(2)은, 중심부에서 개략 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있고, 이 코어부(21)의 하면에 접속되는 동시에 연직 방향으로 연장되는 회전축(22)에 의해, 연직축 주위, 이 예에서는 시계 방향으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 도 1 중 참조 부호 23은 회전축(22)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부이며, 참조 부호 20은 회전축(22) 및 구동부(23)를 수납하는 케이스체이다. 이 케이스체(20)는, 상면측의 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저면부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있다. 또한, 이 케이스체(20)에는, 회전 테이블(2)의 하방 영역에 N2 가스를 퍼지 가스로서 공급하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 접속되어 있다. 진공 용기(1)의 저면부(14)에 있어서의 코어부(21)의 외주측은, 회전 테이블(2)에 하방측으로부터 근접하도록 링 형상으로 형성되어 돌출부(12a)를 이루고 있다.
회전 테이블(2)의 표면부에는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 회전 방향(주위 방향)을 따라 복수매, 예를 들어 5매의 기판인 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 기판 적재 영역으로서 형성되어 있다. 오목부(24)는, 직경 치수가, 예를 들어 300mm 크기의 웨이퍼(W)를 당해 오목부(24)에 떨어뜨리면(수납하면), 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면[웨이퍼(W)가 적재되지 않은 영역]이 맞추어지도록, 직경 치수 및 깊이 치수가 설정되어 있다. 오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼(W)를 하방측으로부터 밀어올려 승강시키기 위한, 예를 들어 후술하는 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)에 있어서의 오목부(24)의 통과 영역과 각각 대향하는 위치에는, 각각 예를 들어 석영으로 이루어지는 5개의 노즐(31, 32, 34, 41, 42)이 진공 용기(1)의 주위 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 서로 간격을 두고 방사상으로 배치되어 있다. 이들 각 노즐(31, 32, 34, 41, 42)은, 예를 들어 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심부 영역 C를 향하여 웨이퍼(W)에 대향하여 수평하게 연장되도록 각각 설치되어 있다. 이 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 보아 시계 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 플라즈마 발생용 가스 노즐(34), 분리 가스 노즐(41), 제1 처리 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42) 및 제2 처리 가스 노즐(32)이 이 순서로 배열되어 있다. 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 상방측에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 당해 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)로부터 토출되는 가스를 플라즈마화하기 위해, 플라즈마 발생부(80)가 형성되어 있다. 이 플라즈마 발생부(80)에 대해서는 상세히 후술한다.
처리 가스 노즐(31, 32)은, 각각 제1 처리 가스 공급부, 제2 처리 가스 공급부를 이루고, 분리 가스 노즐(41, 42)은, 각각 분리 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 도 2는 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)이 보이도록 플라즈마 발생부(80) 및 후술하는 하우징(90)을 제거한 상태, 도 3은 이들 플라즈마 발생부(80) 및 하우징(90)을 설치한 상태를 도시하고 있다. 또한, 도 1에서는, 플라즈마 발생부(80)에 대해, 모식적으로 일점쇄선으로 나타내고 있다.
각 노즐(31, 32, 34, 41, 42)은, 유량 조정 밸브를 개재하여 각각 이하의 각 가스 공급원(도시하지 않음)에 각각 접속되어 있다. 즉, 제1 처리 가스 노즐(31)은, Si(실리콘)을 포함하는 제1 처리 가스, 예를 들어 BTBAS[비스터셜부틸아미노실란, SiH2(NH-C(CH3)3)2] 가스 등의 공급원에 접속되어 있다. 제2 처리 가스 노즐(32)은, 제2 처리 가스, 예를 들어 O3(오존) 가스와 O2(산소) 가스의 혼합 가스의 공급원에 접속되어 있다. 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)은, 예를 들어 Ar(아르곤) 가스와 O2 가스의 혼합 가스(Ar:O2=100:0.5 내지 100:20 정도의 체적비)의 공급원에 접속되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 분리 가스인 N2(질소) 가스의 가스 공급원에 각각 접속되어 있다. 또한, 이하에 있어서는, 편의상 제2 처리 가스를 O3 가스로서 설명한다. 또한, 제2 처리 가스 노즐(32)에는 O3 가스를 생성시키기 위한 오조나이저가 설치되어 있지만, 여기에서는 도시를 생략하고 있다.
가스 노즐(31, 32, 41, 42)의 하면측에는, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 복수 개소에 가스 토출 구멍(33)이, 예를 들어 등간격으로 형성되어 있다. 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 측면에는, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측[제2 처리 가스 노즐(32)측] 또한 하방측(비스듬히 아래)을 향하도록, 당해 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 개구 직경이 0.3 내지 0.5mm인 가스 토출 구멍(33)이 복수 개소에, 예를 들어 등간격으로 형성되어 있다. 이렇게 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 가스 토출 구멍(33)의 방향을 설정한 이유에 대해서는, 후술한다. 이들 각 노즐(31, 32, 34, 41, 42)은, 당해 노즐(31, 32, 34, 41, 42)의 하단부 테두리와 회전 테이블(2)의 상면의 이격 거리가, 예를 들어 1 내지 5mm 정도로 되도록 배치되어 있다.
처리 가스 노즐(31, 32)의 하방 영역은, 각각 Si 함유 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역 P1 및 웨이퍼(W)에 흡착한 Si 함유 가스와 O3 가스를 반응시키기 위한 제2 처리 영역 P2로 된다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 각각 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2를 분리하는 분리 영역 D를 형성하기 위한 것이다. 이 분리 영역 D에 있어서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 개략 부채형의 볼록 형상부(4)가 형성되어 있고, 분리 가스 노즐(41, 42)은, 이 볼록 형상부(4)에 형성된 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 따라서, 분리 가스 노즐(41, 42)에 있어서의 회전 테이블(2)의 주위 방향 양측에는 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위해, 상기 볼록 형상부(4)의 하면인 낮은 천장면(44)(제1 천장면)이 배치되고, 이 천장면(44)의 상기 주위 방향 양측에는, 당해 천장면(44)보다 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 배치되어 있다. 볼록 형상부(4)의 주연부[진공 용기(1)의 외측 테두리측의 부위]는, 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위해, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하는 동시에 용기 본체(12)에 대하여 약간 이격하도록 L자형으로 굴곡되어 있다.
이어서, 이미 설명한 플라즈마 발생부(80)에 대하여 상세하게 설명한다. 이 플라즈마 발생부(80)는, 예를 들어 구리(Cu) 등의 금속선으로 이루어지는 안테나(83)를 코일 형상으로 권회하여 구성되어 있고, 진공 용기(1)의 내부 영역으로부터 기밀하게 구획되도록, 당해 진공 용기(1)의 천장판(11) 상에 형성되어 있다. 이 예에서는, 안테나(83)는, 구리의 표면에 니켈 도금 및 금 도금을 이 순서로 실시한 재질에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 도 4에 도시한 바와 같이, 이미 설명한 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 상방측[상세하게는 이 노즐(34)보다 약간 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측의 위치부터 이 노즐(34)의 상기 회전 방향 하류측의 분리 영역 D보다 약간 노즐(34)측에 근접한 위치까지]에 있어서의 천장판(11)에는, 평면적으로 보았을 때에 개략 부채형으로 개구하는 개구부(11a)가 형성되어 있다.
이 개구부(11a)는, 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터, 예를 들어 60mm 정도 외주측으로 이격한 위치부터, 회전 테이블(2)의 외측 테두리보다 80mm 정도 외측으로 이격된 위치까지에 걸쳐 형성되어 있다. 또한, 개구부(11a)는, 진공 용기(1)의 중심부 영역 C에 형성된 후술하는 래비린스 구조부(110)에 간섭하지 않도록(피하도록), 평면에서 보았을 때에 회전 테이블(2)의 중심측에 있어서의 단부가 당해 래비린스 구조부(110)의 외측 테두리를 따르도록 원호 형상으로 오목하게 되어 있다. 그리고, 이 개구부(11a)는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 천장판(11)의 상단부측으로부터 하단부측을 향하여 당해 개구부(11a)의 개구 직경이 단계적으로 작아지도록, 예를 들어 3단의 단차부(11b)가 주위 방향에 걸쳐 형성되어 있다. 이들 단차부(11b) 중 최하단의 단차부(개구 테두리부)(11b)의 상면에는, 도 5에 도시한 바와 같이 주위 방향에 걸쳐 홈(11c)이 형성되어 있고, 이 홈(11c) 내에는 시일 부재, 예를 들어 O-링(11d)이 배치되어 있다. 또한, 홈(11c) 및 O-링(11d)에 대해서는, 도 4에서는 도시를 생략하고 있다.
이 개구부(11a)에는, 도 6에도 도시된 바와 같이 상방측의 주연부가 주위 방향에 걸쳐 플랜지 형상으로 수평하게 연장되어 플랜지부(90a)를 이루는 동시에, 중앙부가 하방측의 진공 용기(1)의 내부 영역을 향하여 오목해지도록 형성된 하우징(90)이 배치되어 있다. 이 하우징(90)은, 예를 들어 석영 등의 유전체에 의해 구성된 투자체(자력을 투과시키는 재질)이며, 도 9에 도시한 바와 같이 상기 오목한 부분의 두께 치수 t가, 예를 들어 20mm로 되어 있다. 또한, 이 하우징(90)은, 당해 하우징(90)의 하방에 웨이퍼(W)가 위치했을 때에 중심부 영역 C측에 있어서의 하우징(90)의 내벽면과 웨이퍼(W)의 외측 테두리 사이의 거리가 70mm로 되고, 회전 테이블(2)의 외주측에 있어서의 하우징(90)의 내벽면과 웨이퍼(W)의 외측 테두리 사이의 거리가 70mm로 되도록 구성되어 있다. 따라서, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측 및 하류측에 있어서의 개구부(11a)의 2개의 변과 당해 회전 테이블(2)의 회전 중심이 이루는 각도 α는, 예를 들어 68°로 되어 있다.
이 하우징(90)을 이미 설명한 개구부(11a) 내에 떨어뜨리면, 플랜지부(90a)와 단차부(11b) 중 최하단의 단차부(11b)가 서로 걸린다. 그리고, 이미 설명한 O-링(11d)에 의해, 당해 단차부(11b)[천장판(11)]와 하우징(90)이 기밀하게 접속된다. 또한, 개구부(11a)의 외측 테두리를 따르도록 프레임 형상으로 형성된 가압 부재(91)에 의해 상기 플랜지부(90a)를 하방측을 향하여 주위 방향에 걸쳐 가압하는 동시에, 이 가압 부재(91)를 도시하지 않은 볼트 등에 의해 천장판(11)에 고정함으로써, 진공 용기(1)의 내부 분위기가 기밀하게 설정된다. 이렇게 하우징(90)을 천장판(11)에 기밀하게 고정했을 때의 당해 하우징(90)의 하면과 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)의 표면 사이의 이격 치수 h는 4 내지 60mm, 이 예에서는 30mm로 되어 있다. 또한, 도 6은 하우징(90)을 하방측에서 본 도면을 도시하고 있다.
하우징(90)의 하면은, 당해 하우징(90)의 하방 영역으로의 N2 가스나 O3 가스 등의 침입을 저지하기 위해, 도 1 및 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이 외측 테두리부가 주위 방향에 걸쳐 하방측[회전 테이블(2)측]으로 수직으로 연장되어, 가스 규제용의 돌기부(92)를 이루고 있다. 그리고, 이 돌기부(92)의 내주면, 하우징(90)의 하면 및 회전 테이블(2)의 상면에 의해 둘러싸인 영역에는, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측에, 이미 설명한 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)이 수납되어 있다.
즉, 하우징(90)의 하방 영역[플라즈마 공간(10)]에 있어서 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)로부터 공급되는 가스가 플라즈마화되므로, 당해 하방 영역에 N2 가스가 침입하면, N2 가스의 플라즈마와 O3 가스(O2 가스)의 플라즈마가 서로 반응하여 NOx 가스가 생성된다. 이 NOx 가스가 발생하면, 진공 용기(1) 내의 부재가 부식되어 버린다. 따라서, 하우징(90)의 하방 영역에 N2 가스가 침입하기 어려워지도록 당해 하우징(90)의 하면측에 이미 설명한 돌기부(92)를 형성하고 있다.
플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 기단부측[진공 용기(1)의 측벽측]에 있어서의 돌기부(92)는, 당해 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 외형을 따르도록 개략 원호 형상으로 형성되어 있다. 돌기부(92)의 하면과 회전 테이블(2)의 상면 사이의 이격 치수 d는 0.5 내지 4mm, 이 예에서는 2mm로 되어 있다. 이 돌기부(92)의 폭 치수 및 높이 치수는, 각각 예를 들어 10mm 및 28mm로 되어 있다. 또한, 도 7은, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라 진공 용기(1)를 절단한 종단면도를 도시하고 있다.
또한, 성막 처리 중에는 회전 테이블(2)이 시계 방향으로 회전하므로, N2 가스가 이 회전 테이블(2)의 회전에 연동되어 회전 테이블(2)과 돌기부(92) 사이의 간극으로부터 하우징(90)의 하방측으로 침입하려고 한다. 그로 인해, 상기 간극을 통하여 하우징(90)의 하방측으로의 N2 가스의 침입을 저지하기 위해, 상기 간극에 대하여 하우징(90)의 하방측으로부터 가스를 토출시키고 있다. 구체적으로는, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 가스 토출 구멍(33)에 대해, 도 5 및 도 7에 도시한 바와 같이 이 간극을 향하도록, 즉 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측이면서 또한 하방을 향하도록 배치하고 있다. 연직축에 대한 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 가스 토출 구멍(33)이 향하는 각도 θ는, 도 7에 도시한 바와 같이, 예를 들어 45° 정도로 되어 있다.
여기서, 하우징(90)의 하방[플라즈마 공간(10)]측으로부터 천장판(11)과 하우징(90) 사이의 영역을 시일하는 이미 설명한 O-링(11d)을 보면, 도 5에 도시한 바와 같이, 당해 플라즈마 공간(10)과 O-링(11d) 사이에는 돌기부(92)가 주위 방향에 걸쳐 형성되어 있다. 그로 인해, O-링(11d)은, 플라즈마에 직접 노출되지 않도록, 플라즈마 공간(10)으로부터 격리되어 있다고 할 수 있다. 따라서, 플라즈마 공간(10) 중의 플라즈마가, 예를 들어 O-링(11d)측으로 확산하려고 해도 돌기부(92)의 하방을 경유해 가게 되므로, O-링(11d)에 도달하기 전에 플라즈마가 실활되게 된다.
하우징(90)의 내부[하우징(90)에 있어서 하방측으로 오목한 영역]에는, 당해 하우징(90)의 내부 형상을 개략 따르도록 형성된 두께 치수 k가, 예를 들어 1mm 정도인 도전성의 판상체인 금속판으로 이루어지고, 접지된 패러데이 쉴드(95)가 수납되어 있다. 이 예에서는, 패러데이 쉴드(95)는, 구리(Cu)판 또는 구리판에 니켈(Ni)막 및 금(Au)막을 하측으로부터 도금한 판재에 의해 구성되어 있다. 즉, 이 패러데이 쉴드(95)는, 하우징(90)의 저면을 따르도록 수평하게 형성된 수평면(95a)과, 이 수평면(95a)의 외주 단부로부터 주위 방향에 걸쳐 상방측으로 연장되는 수직면(95b)을 구비하고 있고, 상방측에서 보았을 때에 하우징(90)의 내측 테두리를 따라 개략 부채 형상으로 되도록 구성되어 있다. 이 패러데이 쉴드(95)는, 예를 들어 금속판의 압연 가공에 의해, 혹은 금속판에 있어서의 수평면(95a)의 외측에 대응하는 영역을 상방측으로 절곡함으로써 형성되어 있다.
또한, 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 패러데이 쉴드(95)를 보았을 때의 우측 및 좌측에 있어서의 패러데이 쉴드(95)의 상단부 테두리는, 각각 우측 및 좌측으로 수평하게 연장되어 지지부(96)를 이루고 있다. 그리고, 패러데이 쉴드(95)를 하우징(90)의 내부에 수납하면, 패러데이 쉴드(95)의 하면과 하우징(90)의 상면이 서로 접촉하는 동시에, 상기 지지부(96)가 하우징(90)의 플랜지부(90a)에 의해 지지된다. 이 수평면(95a) 상에는, 패러데이 쉴드(95)의 상방에 적재되는 플라즈마 발생부(80)와의 절연을 취하기 위해, 두께 치수가, 예를 들어 2mm 정도인, 예를 들어 석영으로 이루어지는 절연판(94)이 적층되어 있다. 상기 수평면(95a)에는 다수의 슬릿(97)이 형성되어 있으나, 이 슬릿(97)의 형상이나 배치 레이아웃에 대해서는, 플라즈마 발생부(80)의 안테나(83)의 형상과 함께 상세하게 설명한다. 또한, 절연판(94)에 대해서는, 후술하는 도 8 및 도 9 등에서는 묘화를 생략하고 있다.
플라즈마 발생부(80)는, 패러데이 쉴드(95)의 내부에 수납되도록 구성되어 있고, 따라서 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 하우징(90), 패러데이 쉴드(95) 및 절연판(94)을 개재하여 진공 용기(1)의 내부[회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)]를 면하도록 배치되어 있다. 이 플라즈마 발생부(80)는, 이미 설명한 바와 같이 안테나(83)를 연직축 주위에 권회하여 구성되어 있고, 이 예에서는 2개의 플라즈마 발생부(80, 80)가 형성되어 있다. 각각의 플라즈마 발생부(81, 82)는, 안테나(83)가 각각 3중으로 권회되어 있다. 이들 2개의 플라즈마 발생부(80, 80) 중 한쪽을 제1 플라즈마 발생부(81), 다른 쪽을 제2 플라즈마 발생부(82)라고 칭하면, 제1 플라즈마 발생부(81)는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 평면적으로 보았을 때에 하우징(90)의 내측 테두리를 따르도록 개략 부채 형상으로 되어 있다. 또한, 제1 플라즈마 발생부(81)는, 당해 제1 플라즈마 발생부(81)의 하방에 웨이퍼(W)가 위치했을 때에 이 웨이퍼(W)에 있어서의 중심부 영역 C측의 단부와 회전 테이블(2)의 외측 테두리측의 단부 사이에 걸쳐 플라즈마를 조사(공급)할 수 있도록, 중심부 영역 C측 및 외주측의 단부가 각각 하우징(90)의 내벽면에 근접하도록 배치되어 있다. 또한, 안테나(83) 내부에는 냉각수가 통류하는 유로가 형성되어 있으나, 여기서는 생략하고 있다.
제2 플라즈마 발생부(82)는, 회전 테이블(2)의 반경 방향 외주측에 있어서 웨이퍼(W)에 플라즈마를 공급할 수 있도록, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)의 중심 위치로부터 200mm 정도 외주측으로 이격한 위치와, 회전 테이블(2)의 외측 테두리로부터 90mm 정도 외주측으로 이격한 위치 사이에 배치되어 있다. 즉, 회전 테이블(2)이 회전하면, 중심부측에 비하여 외주부측에서는 원주 속도가 빨라진다. 그로 인해, 외주부측에서는 내주부측보다 웨이퍼(W)에 공급되는 플라즈마의 양이 적어지는 경우가 있다. 따라서, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 웨이퍼(W)에 공급되는 플라즈마의 양을 같게 하기 위해, 말하자면 제1 플라즈마 발생부(81)에 의해 웨이퍼(W)에 공급되는 플라즈마의 양을 보상하기 위해, 제2 플라즈마 발생부(82)를 형성하고 있다.
제1 플라즈마 발생부(81) 및 제2 플라즈마 발생부(82)에 있어서의 각각의 안테나(83)는, 각각 정합기(84)를 통하여 주파수가, 예를 들어 13.56MHz 및 출력 전력이, 예를 들어 5000W인 고주파 전원(85)에 개별로 접속되어 있고, 제1 플라즈마 발생부(81) 및 제2 플라즈마 발생부(82)에 대하여 독립적으로 고주파 전력을 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 도 3 등에 있어서는 정합기(84) 및 고주파 전원(85)에 대하여 간략화하고 있다. 또한, 도 1, 도 3 및 도 4 등에서의 참조 부호 86은, 각각의 플라즈마 발생부(81, 82)와 정합기(84) 및 고주파 전원(85)을 전기적으로 접속하기 위한 접속 전극이다.
여기서, 이미 설명한 패러데이 쉴드(95)의 슬릿(97)에 대하여 상세하게 설명한다. 이 슬릿(97)은, 각각의 플라즈마 발생부(81, 82)에 있어서 발생하는 전계 및 자계(전자계) 중 전계 성분이 하방의 웨이퍼(W)를 향하는 것을 저지하는 동시에, 자계를 웨이퍼(W)에 도달시키기 위한 것이다. 즉, 전계가 웨이퍼(W)에 도달하면, 당해 웨이퍼(W)의 내부에 형성되어 있는 전기 배선이 전기적으로 데미지를 받아 버리는 경우가 있다. 한편, 패러데이 쉴드(95)는, 이미 설명한 바와 같이 접지된 금속판에 의해 구성되어 있으므로, 슬릿(97)을 형성하지 않으면, 전계 외에 자계도 차단해 버린다. 또한, 안테나(83)의 하방에 큰 개구부를 형성하면, 자계뿐만 아니라 전계도 통과해 버린다. 따라서, 전계를 차단하고 자계를 통과시키기 위해, 이하와 같이 치수 및 배치 레이아웃을 설정한 슬릿(97)을 형성하고 있다.
구체적으로는, 슬릿(97)은, 도 8에 도시한 바와 같이 제1 플라즈마 발생부 (81) 및 제2 플라즈마 발생부(82) 각각의 안테나(83)의 권회 방향에 대하여 직교하는 방향으로 연장되도록, 주위 방향에 걸쳐 안테나(83)의 하방 위치에 각각 형성되어 있다. 따라서, 예를 들어 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 안테나(83)가 배치된 영역에서는, 슬릿(97)은 회전 테이블(2)의 접선 방향 혹은 원주 방향을 따르도록 직선상 또는 원호 형상으로 형성되어 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 외측 테두리를 따르도록 원호 형상으로 안테나(83)가 배치된 영역에서는, 슬릿(97)은 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 외측 테두리를 향하는 방향으로 직선상으로 형성되어 있다. 그리고, 상기 2개의 영역간에 있어서 안테나(83)가 굴곡하는 부분에서는, 슬릿(97)은 당해 굴곡하는 부분에 있어서의 안테나(83)가 연장되는 방향에 대하여 직교하도록, 회전 테이블(2)의 주위 방향 및 반경 방향에 대하여 각각 경사지는 방향으로 형성되어 있다. 따라서, 슬릿(97)은, 안테나(83)가 연장되는 방향을 따라 다수 배열되어 있다.
여기서, 안테나(83)에는, 이미 설명한 바와 같이 주파수가 13.56MHz인 고주파 전원(85)이 접속되어 있고, 이 주파수에 대응하는 파장은 22m이다. 그로 인해, 슬릿(97)은, 이 파장의 1/10000 이하 정도의 폭 치수로 되도록, 도 9에 도시한 바와 같이 폭 치수 d1이 1 내지 5mm, 이 예에서는 2mm, 슬릿(97, 97) 사이의 이격 치수 d2가 1 내지 5mm, 이 예에서는 2mm로 되도록 형성되어 있다. 또한, 이 슬릿(97)은, 이미 설명한 도 8에 도시한 바와 같이, 안테나(83)가 연장되는 방향에서 보았을 때에 길이 치수가, 예를 들어 각각 60mm로 되도록, 당해 안테나(83)의 우측 단부보다 30mm 정도 우측으로 이격한 위치부터, 안테나(83)의 좌측 단부보다 30mm 정도 좌측으로 이격한 위치까지에 걸쳐 형성되어 있다. 이들 슬릿(97)의 형성 영역으로부터 벗어난 영역, 즉 안테나(83)가 권회된 영역의 중앙측에는, 회전 테이블(2)의 회전 중심측 및 외주측에 있어서 패러데이 쉴드(95)에 개구부(98)가 형성되어 있다. 또한, 도 3에서는 슬릿(97)을 생략하고 있다. 또한, 도 4 및 도 5 등에서는 슬릿(97)에 대하여 간략화하고 있지만, 슬릿(97)은, 예를 들어 150개 정도 형성되어 있다. 슬릿(97)은, 개구부(98)에 근접하는 영역으로부터 당해 개구부(98)로부터 이격된 영역을 향함에 따라, 폭 치수 d1이 넓어지도록 형성되어 있으나, 여기서는 도시를 생략하고 있다.
계속해서, 진공 용기(1)의 각 부의 설명으로 되돌아간다. 회전 테이블(2)의 외주측에 있어서 당해 회전 테이블(2)보다 약간 아래 위치에는, 도 2, 도 5 및 도 10에 도시한 바와 같이 커버체인 사이드 링(100)이 배치되어 있다. 이 사이드 링(100)은, 예를 들어 장치의 클리닝 시에 있어서, 각 처리 가스 대신에 불소계의 클리닝 가스를 통류시켰을 때에, 당해 클리닝 가스로부터 진공 용기(1)의 내벽을 보호하기 위한 것이다. 즉, 사이드 링(100)을 설치하지 않으면, 회전 테이블(2)의 외주부와 진공 용기(1)의 내벽 사이에는, 횡방향으로 기류(배기류)가 형성되는 오목부 형상의 기류 통로가 주위 방향에 걸쳐 링 형상으로 형성되어 있다고 할 수 있다. 그로 인해, 이 사이드 링(100)은, 기류 통로에 진공 용기(1)의 내벽면이 가능한 한 노출되지 않도록, 당해 기류 통로에 설치되어 있다. 이 예에서는, 각 분리 영역 D 및 하우징(90)에 있어서의 외측 테두리측의 영역은, 이 사이드 링(100)의 상방측에 노출되어 있다.
사이드 링(100)의 상면에는, 서로 주위 방향으로 이격하도록 2개소에 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 상기 기류 통로의 하방측에 2개의 배기구가 형성되고, 이들 배기구에 대응하는 위치에 있어서의 사이드 링(100)에, 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 이들 2개의 배기구(61, 62) 중 한쪽 및 다른 쪽을 각각 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)라고 칭하면, 제1 배기구(61)는, 제1 처리 가스 노즐(31)과, 당해 제1 처리 가스 노즐(31)보다 회전 테이블의 회전 방향 하류측에 있어서의 분리 영역 D 사이에 있어서, 당해 분리 영역 D측에 접근한 위치에 형성되어 있다. 제2 배기구(62)는, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)과, 당해 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)보다 회전 테이블의 회전 방향 하류측에 있어서의 분리 영역 D 사이에 있어서, 당해 분리 영역 D측 근방의 위치에 형성되어 있다. 제1 배기구(61)는, 제1 처리 가스 및 분리 가스를 배기하기 위한 것이고, 제2 배기구(62)는, 제2 처리 가스 및 분리 가스 외에, 플라즈마 발생용 가스를 배기하기 위한 것이다. 이들 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 도 1에 도시한 바와 같이 각각 나비 밸브 등의 압력 조정부(65)가 개재 설치된 배기관(63)에 의해, 진공 배기 기구인, 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다.
여기서, 이미 설명한 바와 같이, 중심부 영역 C측으로부터 외측 테두리측에 걸쳐 하우징(90)을 형성하고 있으므로, 이 하우징(90)보다 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측에 토출된 각 가스는, 당해 하우징(90)에 의해 제2 배기구(62)를 향하려고 하는 가스류가, 말하자면 규제되어 버린다. 따라서, 하우징(90)의 외측에 있어서의 이미 설명한 사이드 링(100)의 상면에, 제2 처리 가스 및 분리 가스가 흐르기 위한 홈 형상의 가스 유로(101)를 형성하고 있다. 구체적으로는, 이 가스 유로(101)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 하우징(90)에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측의 단부보다, 예를 들어 60mm 정도 제2 처리 가스 노즐(32)측에 근접한 위치로부터, 이미 설명한 제2 배기구(62)까지의 사이에 걸쳐, 깊이 치수가, 예를 들어 30mm로 되도록 원호 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 이 가스 유로(101)는, 하우징(90)의 외측 테두리를 따르도록, 또한 상방측에서 보았을 때에 당해 하우징(90)의 외측 테두리부에 걸쳐지도록 형성되어 있다. 이 사이드 링(100)은, 도시를 생략하고 있지만, 불소계 가스에 대한 내부식성을 갖게 하기 위해, 표면이, 예를 들어 알루미나 등에 의해 코팅되어 있거나 혹은 석영 커버 등에 의해 덮여 있다.
천장판(11)의 하면에 있어서의 중앙부에는, 도 2에 도시한 바와 같이 볼록 형상부(4)에 있어서의 중심부 영역 C측의 부위와 연속하여 주위 방향에 걸쳐 개략 링 형상으로 형성되는 동시에, 그 하면이 볼록 형상부(4)의 하면[천장면(44)]과 동일한 높이로 형성된 돌출부(5)가 형성되어 있다. 이 돌출부(5)보다 회전 테이블(2)의 회전 중심측에 있어서의 코어부(21)의 상방측에는, 중심부 영역 C에 있어서 제1 처리 가스와 제2 처리 가스가 혼합되는 것을 억제하기 위한 래비린스 구조부(110)가 배치되어 있다. 즉, 이미 설명한 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 하우징(90)을 중심부 영역 C측 근방의 위치까지 형성하고 있으므로, 회전 테이블(2)의 중앙부를 지지하는 코어부(21)는, 회전 테이블(2)의 상방측의 부위가 하우징(90)을 피하도록 상기 회전 중심측에 근접한 위치에 형성되어 있다. 따라서, 중심부 영역 C측에서는, 외측 테두리부측보다, 예를 들어 처리 가스끼리 혼합되기 쉬운 상태로 되어 있다고 할 수 있다. 따라서, 래비린스 구조부(110)를 형성함으로써, 가스의 유로를 확보하여 간격을 떨어뜨려 처리 가스끼리 혼합되는 것을 방지하고 있다.
구체적으로는, 이 래비린스 구조부(110)는, 도 11에 당해 래비린스 구조부(110)를 확대하여 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)측으로부터 천장판(11)측을 향하여 수직으로 연장되는 제1 벽부(111)와, 천장판(11)측으로부터 회전 테이블(2)을 향하여 수직으로 연장되는 제2 벽부(112)가 각각 주위 방향에 걸쳐 형성되는 동시에, 이들 벽부(111, 112)가 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 교대로 배치된 구조를 채용하고 있다. 구체적으로는, 이미 설명한 돌출부(5)측으로부터 중심부 영역 C측을 향하여, 제2 벽부(112), 제1 벽부(111) 및 제2 벽부(112)가 이 순서로 배치되어 있다. 이 예에서는, 돌출부(5)측의 제2 벽부(112)는, 다른 벽부(111, 112)보다 당해 돌출부(5)측으로 불룩한 구조로 되어 있다. 이러한 벽부(111, 112)의 각 치수에 대하여 일례를 들면, 벽부(111, 112) 사이의 이격 치수 j는, 예를 들어 1mm, 벽부(111)와 천장판(11) 사이의 이격 치수[벽부(112)와 코어부(21) 사이의 간극 치수] m은, 예를 들어 1mm로 되어 있다.
따라서, 래비린스 구조부(110)에서는, 예를 들어 제1 처리 가스 노즐(31)로부터 토출되어 중심부 영역 C를 향하고자 하는 제1 처리 가스는, 벽부(111, 112)를 타고 넘을 필요가 있어, 중심부 영역 C를 향함에 따라 유속이 느려져, 확산되기 어려워진다. 그로 인해, 처리 가스가 중심부 영역 C에 도달하기 전에, 당해 중심부 영역 C에 공급되는 분리 가스에 의해 처리 영역 P1측으로 되밀려지게 된다. 또한, 중심부 영역 C를 향하고자 하는 제2 처리 가스에 대해서도, 마찬가지로 래비린스 구조부(110)에 의해 중심부 영역 C에 도달하기 어려워진다. 그로 인해, 이들 처리 가스끼리 중심부 영역 C에 있어서 혼합되는 것이 방지된다.
한편, 이 중심부 영역 C에 상방측으로부터 공급된 N2 가스는, 주위 방향으로 급격하게 퍼져 가고자 하지만, 래비린스 구조부(110)를 형성하고 있으므로, 당해 래비린스 구조부(110)에 있어서의 벽부(111, 112)를 타고 넘는 동안 유속이 억제되어 간다. 이때, 상기 N2 가스는, 예를 들어 회전 테이블(2)과 돌기부(92) 사이의 지극히 좁은 영역에도 침입하고자 하지만, 래비린스 구조부(110)에 의해 유속이 억제되어 있으므로, 당해 좁은 영역보다 넓은 영역(예를 들어 처리 영역 P1, P2측)으로 흘러 간다. 그로 인해, 하우징(90)의 하방측으로의 N2 가스의 유입이 억제된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 하우징(90)의 하방측의 공간[플라즈마 공간(10)]은, 진공 용기(1) 내의 다른 영역보다 양압으로 설정되어 있는 점에서도, 당해 공간으로의 N2 가스의 유입이 억제되고 있다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저면부(14) 사이의 공간에는, 도 1에 도시한 바와 같이 가열 기구인 히터 유닛(7)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 개재하여 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를, 예를 들어 300℃로 가열하게 되어 있다. 도 1 중 참조 부호 71a는 히터 유닛(7)의 측방측에 설치된 커버 부재, 참조 부호 7a는 이 히터 유닛(7)의 상방측을 덮는 덮개 부재이다. 또한, 진공 용기(1)의 저면부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방측에 있어서, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이 주위 방향에 걸쳐 복수 개소에 설치되어 있다.
진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 도시하지 않은 외부의 반송 아암과 회전 테이블(2) 사이에 있어서 웨이퍼(W)의 교환을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있고, 이 반송구(15)는 게이트 밸브 G보다 기밀하게 개폐 가능하게 구성되어 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 오목부(24)는, 이 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 아암과의 사이에서 웨이퍼(W)의 교환이 행해지는 점에서, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 당해 교환 위치에 대응하는 부위에는, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어 올리기 위한 교환용의 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
또한, 이 성막 장치에는, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(120)가 설치되어 있고, 이 제어부(120)의 메모리 내에는 후술하는 성막 처리 및 개질 처리를 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은, 후술하는 장치의 동작을 실행하도록 스텝군이 조합되어 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(121)로부터 제어부(120) 내에 인스톨된다.
이어서, 상술한 실시 형태의 작용에 대하여 설명한다. 우선, 게이트 밸브 G를 개방하고, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시키면서, 도시하지 않은 반송 아암에 의해 반송구(15)를 통하여 회전 테이블(2) 상에, 예를 들어 5매의 웨이퍼(W)를 적재한다. 이 웨이퍼(W)에는, 건식 에칭 처리나 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등을 사용한 배선 매립 공정이 이미 실시되어 있고, 따라서 당해 웨이퍼(W)의 내부에는 전기 배선 구조가 형성되어 있다. 계속해서, 게이트 밸브 G를 폐쇄하여, 진공 펌프(64)에 의해 진공 용기(1) 내를 완전히 진공 상태로 하는 동시에, 회전 테이블(2)을, 예를 들어 120rpm으로 시계 방향으로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를, 예를 들어 300℃로 가열한다.
계속해서, 처리 가스 노즐(31, 32)로부터 각각 Si 함유 가스 및 O3 가스를 토출하는 동시에, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)로부터 Ar 가스 및 O2 가스의 혼합 가스를, 예를 들어 5slm으로 토출한다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스를 소정의 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 72)으로부터도 N2 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 그리고, 압력 조정부(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력, 예를 들어 400 내지 500Pa, 이 예에서는 500Pa로 조정한다. 또한, 각각의 플라즈마 발생부(81, 82)에 대하여, 예를 들어 각각 1500W 및 1000W로 되도록 고주파 전력을 공급한다.
이때, 하우징(90)보다 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터, 예를 들어 당해 회전 테이블(2)의 회전에 연동되어 당해 하우징(90)을 향하여 통류해 오는 O3 가스 및 N2 가스는 이 하우징(90)에 의해 가스류가 흐트러지려고 한다. 그러나, 하우징(90)의 외주측에 있어서의 사이드 링(100)에 가스 유로(101)를 형성하고 있으므로, 상기 O3 가스 및 N2 가스는, 하우징(90)을 피하도록, 당해 가스 유로(101)를 통하여 배기된다.
한편, 상기 하우징(90)의 상류측으로부터 당해 하우징(90)을 향하여 통류해 오는 가스 중 일부의 가스는, 하우징(90)의 하방으로 침입하려고 한다. 그러나, 이미 설명한 하우징(90)의 하방측의 영역에서는, 돌기부(92)가 당해 영역을 덮도록 형성되는 동시에, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 가스 토출 구멍(33)이 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측의 경사 하방을 향하고 있다. 따라서, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)로부터 토출된 플라즈마 발생용 가스는, 돌기부(92)의 하방측에 충돌하여, 상기 상류측으로부터 유입하고자 하는 O3 가스나 N2 가스를 이 하우징(90)의 외측으로 방출한다. 그리고, 이 플라즈마 발생용 가스는, 돌기부(92)에 의해 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측으로 되밀려져 간다. 이때, 이미 설명한 각 가스 유량으로 설정함으로써, 또한 돌기부(92)를 형성하고 있음으로써, 하우징(90)의 하방에 있어서의 플라즈마 공간(10)은, 진공 용기(1) 내의 다른 영역보다, 예를 들어 10Pa 정도 양압으로 되어 있다. 이 점에서도, 하우징(90)의 하방측으로의 O3 가스나 N2 가스의 침입이 저지된다.
그리고, Si 함유 가스 및 O3 가스는, 중심부 영역 C에 침입하고자 하지만, 이 중심부 영역 C에는 이미 설명한 래비린스 구조부(110)를 형성하고 있으므로, 이 래비린스 구조부(110)에 의해 이미 설명한 바와 같이 가스류가 저해되어, 중심부 영역 C에 상방측으로부터 공급되는 분리 가스에 의해 원래의 처리 영역 P1, P2측으로 되밀려지게 된다. 따라서, 중심부 영역 C에 있어서의 이들 처리 가스끼리의 혼합이 방지된다. 또한, 마찬가지로 래비린스 구조부(110)에 의해, 중심부 영역 C로부터 외주측에 토출되는 N2 가스에 관한 하우징(90)의 하방측으로의 침입이 억제된다.
또한, 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2 사이에 있어서 N2 가스를 공급하고 있으므로, 도 12에 도시한 바와 같이, Si 함유 가스와 O3 가스 및 플라즈마 발생용 가스가 서로 혼합하지 않도록 각 가스가 배기되게 된다. 또한, 회전 테이블(2)의 하방측에 퍼지 가스를 공급하고 있기 때문에, 회전 테이블(2)의 하방측으로 확산하고자 하는 가스는, 상기 퍼지 가스에 의해 배기구(61, 62)측으로 되밀려진다.
이때, 플라즈마 발생부(80)에서는, 고주파 전원(85)으로부터 공급되는 고주파 전력에 의해, 도 13에 모식적으로 도시된 바와 같이 전계 및 자계가 발생한다. 이들 전계 및 자계 중 전계는, 이미 설명한 바와 같이 패러데이 쉴드(95)를 형성하고 있는 점에서, 이 패러데이 쉴드(95)에 의해 반사 혹은 흡수(감쇠)되어, 진공 용기(1) 내에의 도달이 저해된다(차단된다). 한편, 자계는, 패러데이 쉴드(95)에 슬릿(97)을 형성하고 있으므로, 이 슬릿(97)을 통과하여 하우징(90)의 저면을 통하여 진공 용기(1) 내에 도달한다. 또한, 플라즈마 발생부(81, 82)의 측방측에 있어서의 패러데이 쉴드(95)에는 주위 방향에 걸쳐 슬릿(97)이 형성되어 있지 않으므로, 전계 및 자계는, 당해 측방측을 통하여 하방측으로 돌아 들어가지 않는다.
따라서, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)로부터 토출된 플라즈마 발생용 가스는, 슬릿(97)을 통하여 통과해 온 자계에 의해 활성화되어, 예를 들어 이온이나 라디칼 등의 플라즈마가 생성된다. 이때, 2개의 플라즈마 발생부(81, 82)를 형성하고 있는 점에서, 진공 용기(1) 내에 생성하는 플라즈마의 강도는, 회전 테이블(2)의 중심부측보다 외주부측이 더 커진다. 또한, 도 12에서는 플라즈마 발생부(81, 82)에 대하여 모식적으로 도시하고, 이들 플라즈마 발생부(81, 82), 패러데이 쉴드(95), 하우징(90) 및 웨이퍼(W) 사이의 각 치수에 대해서는 모식적으로 크게 묘화하고 있다.
한편, 웨이퍼(W)의 표면에서는, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 제1 처리 영역 P1에 있어서 Si 함유 가스가 흡착하고, 계속하여 제2 처리 영역 P2에 있어서 웨이퍼(W) 상에 흡착한 Si 함유 가스가 산화되고, 박막 성분인 실리콘 산화막(SiO2)의 분자층이 1층 혹은 복수층 형성되어 반응 생성물이 형성된다. 이때, 실리콘 산화막 중에는, 예를 들어 Si 함유 가스 중에 포함되는 잔류기 때문에, 수분(OH기)이나 유기물 등의 불순물이 포함되어 있는 경우가 있다.
그리고, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 이미 설명한 플라즈마(활성종)가 접촉하면, 실리콘 산화막의 개질 처리가 행해지게 된다. 구체적으로는, 예를 들어 플라즈마가 웨이퍼(W)의 표면에 충돌함으로써, 예를 들어 실리콘 산화막으로부터 상기 불순물이 방출되거나, 실리콘 산화막 내의 원소가 재배열되어 실리콘 산화막의 치밀화(고밀도화)가 도모되거나 하게 된다.
이때, 회전 테이블(2)이 회전함으로써, 중심부측보다 외주부측에 있어서 원주 속도가 빨라지고 있으므로, 당해 외주부측에서는 중심부측보다 개질의 정도가 작아지려고 한다. 그러나, 회전 테이블(2)의 중심부측보다 외주부측에 있어서 플라즈마의 강도가 강하게 되어 있는 점에서, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 개질의 정도가 같아진다. 이렇게 하여 회전 테이블(2)의 회전을 계속함으로써, 웨이퍼(W) 표면으로의 Si 함유 가스의 흡착, 웨이퍼(W) 표면에 흡착한 Si 함유 가스의 성분의 산화 및 반응 생성물의 플라즈마 개질이, 이 순서로 다수회에 걸쳐 행해지고, 반응 생성물이 적층되어 박막이 형성된다.
여기서, 이미 설명한 바와 같이 웨이퍼(W)의 내부에는 전기 배선 구조가 형성되어 있으나, 플라즈마 발생부(80)와 웨이퍼(W) 사이에 패러데이 쉴드(95)를 형성하여 전계를 차단하고 있으므로, 이 전기 배선 구조에 대한 전기적 데미지가 억제된다.
상술한 실시 형태에 의하면, 플라즈마 발생부(80)를 형성하여 반응 생성물의 개질 처리를 행하는 데 있어서, 이 플라즈마 발생부(80)를 하우징(90)의 내부에 수납하는 동시에, 플라즈마 발생부(80)와 웨이퍼(W) 사이에 패러데이 쉴드(95)를 형성하고 있다. 그로 인해, 플라즈마 발생부(80)에 있어서 발생하는 전계에 대해서는 차단할 수 있고, 한편 자계에 대해서는 패러데이 쉴드(95)에 형성된 슬릿(97)을 통하여 진공 용기(1) 내에 도달시킬 수 있다. 따라서, 플라즈마에 의한 웨이퍼(W)의 내부의 전기 배선 구조에 대한 전기적 데미지를 억제하여 개질 처리를 행할 수 있으므로, 양호한 막질 및 전기적 특성을 갖는 박막을 얻을 수 있다.
또한, 패러데이 쉴드(95)를 형성하고 있는 점에서, 후술하는 실시예에 도시한 바와 같이, 플라즈마에 의한 하우징(90) 등의 석영 부재에 대한 데미지(에칭)를 억제할 수 있다. 그로 인해, 상기 석영 부재의 장수명화를 도모할 수 있고, 또한 오염의 발생을 억제할 수 있고, 또 석영(SiO2)의 박막(SiO2) 중으로의 혼입에 의한 막 두께의 불균일화를 억제할 수 있다.
또한, 하우징(90)을 형성하고 있으므로, 플라즈마 발생부(81, 82)를 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)에 근접시킬 수 있다. 그로 인해, 성막 처리를 행하는 정도가 높은 압력 분위기(낮은 진공도)에서도, 플라즈마 중의 이온이나 라디칼의 실활을 억제하여 양호한 개질 처리를 행할 수 있다. 그리고, 하우징(90)에 돌기부(92)를 형성하고 있으므로, 플라즈마 공간(10)에 O-링(11d)이 노출되지 않는다. 그로 인해, O-링(11d)에 포함되는, 예를 들어 불소계 성분의 웨이퍼(W)로의 혼입을 억제할 수 있고, 또한 당해 O-링(11d)의 장수명화를 도모할 수 있다.
또한 하우징(90)의 하면에 돌기부(92)를 형성하는 동시에, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 가스 토출 구멍(33)이 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측을 향하도록 하고 있다. 그로 인해, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)로부터 토출하는 가스 유량이 이미 설명한 바와 같이 소 유량이어도, 하우징(90)의 하방 영역으로의 O3 가스나 N2 가스의 침입을 억제할 수 있다. 그리고, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)이 배치된 영역[플라즈마 공간(10)]의 압력이 다른 영역(예를 들어 처리 영역 P1, P2)의 압력보다 높아지도록 하고 있다. 이상으로부터, 플라즈마 공간(10)에 있어서의 NOx 가스의 생성을 억제할 수 있으므로, NOx 가스에 의한 진공 용기(1) 내의 부재의 부식을 억제할 수 있고, 그 때문에 웨이퍼(W)의 메탈 오염을 억제할 수 있다. 그리고, 이상과 같이 O3 가스나 N2 가스 등의 하우징(90)의 하방측으로의 침입을 억제할 수 있으므로, 성막 처리와 함께 개질 처리를 공통된 성막 장치로 행하는 데 있어서, 예를 들어 하우징(90)과 제2 처리 가스 노즐(32) 사이에 개별로 배기구나 펌프를 설치하지 않아도 되고, 나아가 이들 하우징(90)과 노즐(32) 사이에 분리 영역 D를 형성하지 않아도 되므로, 장치 구성을 간략화할 수 있다.
또한, 하우징(90)을 배치하는 데 있어서, 당해 하우징(90)의 외주측에 있어서의 사이드 링(100)에 가스 유로(101)를 형성하고 있으므로, 이 하우징(90)을 피하여 각 가스를 양호하게 배기할 수 있다.
또한, 하우징(90)의 내부에 플라즈마 발생부(81, 82)를 수납하고 있으므로, 이들 플라즈마 발생부(81, 82)를 대기 분위기의 영역[진공 용기(1)의 외측 영역]에 배치할 수 있고, 따라서 플라즈마 발생부(81, 82)의 유지 보수가 용이하게 된다.
여기서, 하우징(90)의 내부에 플라즈마 발생부(81, 82)를 수납하고 있으므로, 예를 들어 중심부 영역 C측에서는, 이 하우징(90)의 측벽의 두께 치수만큼, 플라즈마 발생부(81)의 단부가 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 이격하게 된다. 그로 인해, 중심부 영역 C측에 있어서의 웨이퍼(W)의 단부에는, 후술하는 시뮬레이션의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 플라즈마가 도달하기 어려워진다. 한편, 중심부 영역 C측에 있어서의 웨이퍼(W)의 단부에 플라즈마가 도달하도록 하우징(90)[플라즈마 발생부(81)]을 중심부 영역 C측 근방의 위치에까지 형성하고자 하면, 이미 설명한 바와 같이 중심부 영역 C가 좁아진다. 이 경우에는, 처리 가스끼리 중심부 영역 C에 있어서 혼합되어 버릴 우려가 있다. 그러나, 본 발명에서는, 중심부 영역 C에 래비린스 구조부(110)를 형성하여, 가스 유로를 확보하고 있으므로, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 걸쳐 넓은 플라즈마 공간(10)을 확보하면서, 중심부 영역 C에 있어서의 처리 가스끼리의 혼합 및 당해 플라즈마 공간(10) 내에의 N2 가스의 유입을 억제할 수 있다.
또한, 플라즈마 발생부(81, 82)를 형성하고, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 웨이퍼(W)의 개질의 정도를 같게 하고 있으므로, 면 내에 걸쳐 균질한 막질의 박막을 얻을 수 있다.
이미 설명한 예에서는, 반응 생성물의 성막과 당해 반응 생성물의 개질 처리를 교대로 행했지만, 반응 생성물을, 예를 들어 70층(약 10nm의 막 두께) 정도 적층한 후, 이들 반응 생성물의 적층체에 대하여 개질 처리를 행해도 좋다. 구체적으로는, Si 함유 가스 및 O3 가스를 공급하여 반응 생성물의 성막 처리를 행하고 있는 동안은 플라즈마 발생부(81, 82)로의 고주파 전력의 공급을 정지한다. 그리고, 적층체의 형성 후, 이들 Si 함유 가스 및 O3 가스의 공급을 정지하고 플라즈마 발생부(81, 82)에 고주파 전력을 공급한다. 이러한, 말하자면 일괄 개질의 경우에도, 이미 설명한 예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
여기서, 이상 설명한 성막 장치의 다른 예에 대하여 열거한다. 도 14 및 도 15는, 플라즈마 발생부(80)를 1개만 형성하는 동시에, 당해 플라즈마 발생부(80)에 대해 평면에서 보았을 때에 개략 사각형(개략 팔각형)으로 되도록 안테나(83)를 배치한 예를 도시하고 있다. 이 예에 있어서도, 슬릿(97)은, 개구부(98)에 근접하는 영역으로부터 당해 개구부(98)로부터 이격된 영역을 향함에 따라 폭 치수 d1이 확대되도록 형성되어 있지만 도시를 생략하고 있다.
도 16은, 2개의 플라즈마 발생부(81, 82)를 도 14 및 도 15와 같이 개략 사각형으로 되도록 배치하는 동시에, 플라즈마 발생부(81)에 대해서는 회전 테이블(2)의 반경 방향 내측에 배치하고, 플라즈마 발생부(82)에 대해서는 상기 반경 방향 외측에 배치한 예를 도시하고 있다. 이 예에서는, 이들 플라즈마 발생부(81, 82)는, 서로 동일한 면적으로 되도록 안테나(83)가 각각 권회되어 있다. 또한, 도 16은, 천장판(11)을 상방측으로부터 본 모습을 도시하고 있으며, 이들 플라즈마 발생부(81, 82)에 있어서의 안테나(83)를 모식적으로 묘화하고 있다. 이하의 도 17에 대해서도 마찬가지이다.
도 17은, 도 14 및 도 15와 같이 2개의 플라즈마 발생부(81, 82)를 개략 사각형으로 되도록 배치하는 동시에, 플라즈마 발생부(81)에 대해서는 이미 설명한 도 8과 마찬가지로 회전 테이블(2)의 반경 방향에 걸쳐 안테나(83)를 배치하고, 한편 플라즈마 발생부(82)에 대해서는 회전 테이블(2)의 외주부측에 배치한 예를 도시하고 있다.
도 18은, 이미 설명한 패러데이 쉴드(95)에 대해, 하우징(90)의 내부에 매설한 예를 도시하고 있다. 구체적으로는, 플라즈마 발생부(80)의 하방에 있어서의 하우징(90)은, 상단부면이 착탈 가능하게 구성되어 있고, 이 상단부면을 제거한 부위에 패러데이 쉴드(95)를 수납할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 패러데이 쉴드(95)는, 플라즈마 발생부(80)와 웨이퍼(W) 사이에 형성되어 있으면 된다.
도 19는, 플라즈마 발생부(80) 및 패러데이 쉴드(95)를 하우징(90)의 내부에 수납하는 것 대신에, 이들 플라즈마 발생부(80) 및 패러데이 쉴드(95)를 천장판(11)의 상방에 배치한 예를 도시하고 있다. 이 예에서는, 플라즈마 발생부(80)의 하방에 있어서의 천장판(11)은, 다른 부위에 있어서의 천장판(11)과는 별도의 부재로서, 예를 들어 석영 등의 유전체에 의해 구성되어 있고, 하면 주연부가 이미 설명한 바와 같이 주위 방향에 걸쳐 O-링(11d)에 의해 상기 다른 부위에 있어서의 천장판(11)과 기밀하게 접속되어 있다.
도 20은, 사이드 링(100)을 배치하지 않은 예를 도시하고 있다. 즉, 사이드 링(100)은, 예를 들어 장치의 클리닝 시에 사용되는 클리닝 가스가 회전 테이블(2)의 하방 영역으로 돌아 들어가지 않도록 하기 위한 것이다. 따라서, 클리닝을 행하지 않는 경우에는, 사이드 링(100)을 설치하지 않아도 좋다.
도 21은, 안테나(83)를 연직축 방향으로 권회하는 것 대신에, 수평축 방향으로 권회한 예를 도시하고 있다. 구체적으로는, 이 안테나(83)는, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라 원호 형상으로 연장되는 축의 주위에 권회되어 있다. 또한, 도 21은 안테나(83) 및 패러데이 쉴드(95) 이외에 대해서는 생략하고 있다.
또한, 이미 설명한 예에서는 Si를 포함하는 가스와 O3 가스를 웨이퍼(W)에 이 순서로 공급하여 반응 생성물을 성막한 후, 플라즈마 발생부(80)에 의해 당해 반응 생성물의 개질을 행하는 예에 대하여 설명했지만, 반응 생성물을 성막할 때에 사용되는 O3 가스를 플라즈마화해도 좋다. 즉, 도 22에 도시한 바와 같이, 이 예에서는 이미 설명한 처리 가스 노즐(32)이 설치되어 있지 않고, 웨이퍼(W) 상에 흡착한 Si 함유 가스의 성분을 플라즈마 공간(10)에 있어서 산화하여 반응 생성물을 형성하고, 또한 이 플라즈마 공간(10)에 있어서 당해 반응 생성물의 개질을 행하도록 구성되어 있다. 바꾸어 말하면, 플라즈마 공간(10)에 공급되는 플라즈마 발생용의 가스는, 제2 처리 가스를 겸용하고 있다. 따라서, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)은, 처리 가스 노즐(32)을 겸용하고 있다. 이렇게 플라즈마 공간(10)에 있어서 웨이퍼(W)의 표면에 흡착한 Si 함유 가스의 성분을 산화함으로써, 처리 가스 노즐(32)의 오조나이저가 불필요해지므로, 장치의 비용을 저감할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 바로 위의 위치에 있어서 O3 가스를 생성시킴으로써, 예를 들어 처리 가스 노즐(32)의 길이 치수만큼 O3 가스의 유로를 짧게 할 수 있으므로, O3 가스의 실활을 억제하여 상기 Si 함유의 성분을 양호하게 산화할 수 있다.
이상의 각 예에 있어서, 패러데이 쉴드(95)를 구성하는 재질로서는, 자계를 가능한 한 투과하도록, 비투자율이 가능한 한 낮은 재질이 바람직하고, 구체적으로는, 은(Ag), 알루미늄(Al) 등을 사용해도 좋다. 또한, 패러데이 쉴드(95)의 슬릿(97)의 수량으로서는, 지나치게 적으면 진공 용기(1) 내에 도달하는 자계가 작아지고, 한편, 지나치게 많으면 패러데이 쉴드(95)를 제조하기 어렵게 되는 점에서, 예를 들어 안테나(83)의 길이 1m에 대하여 100 내지 500개 정도인 것이 바람직하다. 또한, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 가스 토출 구멍(33)에 대해, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측을 향하도록 형성했지만, 이 가스 토출 구멍(33)을 하방측 혹은 하류측을 향하도록 배치해도 좋다.
하우징(90)을 구성하는 재질로서는, 석영 대신에, 알루미나(Al2O3), 이트리아 등의 내플라즈마 에칭재를 사용해도 좋고, 예를 들어 파이렉스 유리(코닝사의 내열 유리, 상표) 등의 표면에 이들 내플라즈마 에칭재를 코팅해도 좋다. 즉, 하우징(90)은 플라즈마에 대한 내성이 높고, 또한 자계를 투과하는 재질(유전체)에 의해 구성하면 된다.
또한, 패러데이 쉴드(95)의 상방에 절연판(94)을 배치하고, 당해 패러데이 쉴드(95)와 안테나(83)[플라즈마 발생부(80)]의 절연을 취하도록 했지만, 이 절연판(94)을 배치하지 않고, 예를 들어 안테나(83)를 석영 등의 절연재에 의해 피복하도록 해도 좋다.
또한, 이미 설명한 예에서는, Si 함유 가스와 O3 가스를 사용하여 실리콘 산화막을 성막하는 예에 대하여 설명했지만, 예를 들어 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스로서 각각 Si 함유 가스와 암모니아(NH3) 가스를 사용하여 질화 실리콘막을 성막해도 좋다. 이 경우에는, 플라즈마를 발생시키기 위한 처리 가스로서는, 아르곤 가스 및 질소 가스 또는 암모니아 가스 등이 사용된다.
또한, 예를 들어 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스로서 각각 TiCl2(염화티타늄) 가스와 NH3(암모니아) 가스를 사용하여 질화티타늄(TiN)막을 성막해도 좋다.
이 경우에는, 웨이퍼(W)로서는 티타늄으로 이루어지는 기판이 사용되고, 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 생성 가스로서는, 아르곤 가스 및 질소 가스 등이 사용된다. 또한, 3종류 이상의 처리 가스를 순서대로 공급하여 반응 생성물을 적층하도록 해도 좋다. 구체적으로는, 예를 들어 Sr(THD)2(스트론튬비스테트라메틸헵탄디오네이트)나 Sr(Me5Cp)2(비스펜타메틸시클로펜타디에닐스트론튬) 등의 Sr 원료와, 예를 들어 Ti(OiPr)2(THD)2(티타늄비스이소프로폭시드비스테트라메틸헵탄디오네이트)나 Ti(OiPr)(티타늄테트라이소프로폭시드) 등의 Ti 원료를 웨이퍼(W)에 공급한 후, 웨이퍼(W)에 O3 가스를 공급하여, Sr과 Ti를 포함하는 산화막인 STO막으로 이루어지는 박막을 적층해도 좋다. 또한, 분리 영역 D에 가스 노즐(41, 42)로부터 N2 가스를 공급했지만, 이 분리 영역 D로서는, 각 처리 영역 P1, P2 사이를 구획하는 벽부를 형성하고, 가스 노즐(41, 42)을 배치하지 않아도 좋다.
또한, 안테나(83)로서는, 진공 용기(1)의 내부 영역으로부터 기밀하게 구획된 영역[하우징(90)의 내부 혹은 천장판(11) 상]에 배치했지만, 진공 용기(1)의 내부 영역에 배치해도 좋다. 구체적으로는, 예를 들어 천장판(11)의 하면보다 약간 하방측에 안테나(83)를 배치해도 좋다. 이 경우에는, 플라즈마에 의해 안테나(83)가 에칭되지 않도록, 당해 안테나(83)는, 예를 들어 석영 등의 유전체에 의해 표면이 코팅된다. 또한, 이 경우에 있어서 패러데이 쉴드(95)는, 마찬가지로 플라즈마에 의해 에칭되지 않도록, 안테나(83)와 웨이퍼(W) 사이에 있어서 석영 등의 유전체에 의해 표면이 코팅된다. 또한, 안테나(83)로서는, 코일 형상으로 권회된 구성 이외에도, 기단부측이, 예를 들어 진공 용기(1)의 외측으로부터 당해 진공 용기(1) 내에 기밀하게 삽입되는 동시에, 타단부측이 중심부 영역 C를 향하여 직선상으로 연장되는 구성이어도 좋다.
이상의 예에 있어서, 각 처리 가스[구체적으로는 장치의 유지 보수 시에 노즐(31, 32)로부터 공급되는 클리닝 가스]로부터 진공 용기(1)의 내벽면 및 천장판(11)을 보호하기 위해, 이들 내벽면 및 천장판(11)보다 처리 분위기측에는, 약간의 간극을 개재하여 도시하지 않은 보호 커버가 설치되어 있다. 그리고, 상기 간극의 압력이 처리 분위기보다 약간 양압으로 되도록, 당해 간극에 도시하지 않은 가스 공급부로부터 퍼지 가스가 공급되도록 구성되어 있지만 설명을 생략하고 있다.
여기서, 회전 테이블(2)의 중심부측과 외주부측에 있어서 플라즈마 개질의 정도를 같아지게 하는 데 있어서, 이미 설명한 도 8에서는, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 걸쳐 플라즈마를 발생시키는 제1 플라즈마 발생부(81) 외에 상기 외주부측에 있어서 플라즈마를 발생시키는 제2 플라즈마 발생부(82)를 형성하는 예에 대하여 설명했지만, 2개의 플라즈마 발생부(81, 82)를 형성하는 것 대신에, 패러데이 쉴드(95)의 슬릿(97)의 배치 레이아웃을 조정해도 좋다.
즉, 이미 상세하게 설명한 바와 같이, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)로부터 보면, 회전 테이블(2)의 중심부측에서는 외측 테두리부측보다 플라즈마가 조사되는 시간이 길다. 그로 인해, 중심부측에서는 외측 테두리부측보다 플라즈마 개질의 정도가 커지려고 한다. 따라서, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 걸쳐 플라즈마 개질의 정도를 같게 하기 위해, 패러데이 쉴드(95)의 슬릿(97)의 배치 레이아웃을 조정해도 좋다. 구체적으로는, 진공 용기(1) 내의 플라즈마는, 플라즈마 발생부(80)에 있어서 발생한 전자계 중, 패러데이 쉴드(95)의 슬릿(97)을 통과한 자계에 의해 발생한다. 따라서, 이하의 예에서는, 플라즈마 개질의 정도가 큰 중심부측에서는, 플라즈마 개질의 정도가 작은 외측 테두리부측에 비하여, 진공 용기(1) 내에 도달하는 자계가 작아지도록, 슬릿(97)의 개구 면적을 작게 하고 있다.
이러한 예에 대해, 이미 설명한 도 15와 같이 안테나(83)를 개략 가늘고 긴 팔각형으로 형성하는 동시에, 플라즈마 발생부(80)를 1개만[제1 플라즈마 발생부(81)만] 형성한 경우에 대하여 설명한다. 처음에, 도 15의 슬릿(97)의 배치 레이아웃에 대해, 도 23을 참조하여 재차 설명한다. 각각의 슬릿(97)은, 안테나(83)의 길이 방향[회전 테이블(2)의 반경 방향]에 있어서는, 개략 직사각형으로 되도록 형성되어 있고, 안테나(83)가 굴곡하는 부분[회전 테이블(2)의 중심부측 및 외측 테두리부측]에서는, 안테나(83)의 권회 영역의 외측으로부터 내측을 향할수록 폭 치수 d1이 작아져, 말하자면 쐐기 형상을 이루고 있다. 그리고, 이 도 23(도 15)에서는, 각 슬릿(97)은, 회전 테이블(2)의 중심부측 및 외주부측에 있어서 상기 폭 치수 d1이 같게 되어 있다. 또한, 도 23에서는 안테나(83)를 파선으로 나타내고 있으며, 패러데이 쉴드(95) 이외의 부위에 대해서는 기재를 생략하고 있다. 이하의 도 24 내지 도 26에 대해서도 마찬가지이다.
계속해서, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 플라즈마 개질의 정도가 같아지도록 슬릿(97)의 배치 레이아웃을 조정한 예에 대해, 이하에 설명한다. 도 24는, 회전 테이블(2)의 중심부측에 대해서는, 외측 테두리부측의 다른 슬릿(97)보다 길이 치수가 짧은 보조 슬릿(97a)을 형성한 예를 도시하고 있다. 즉, 이 보조 슬릿(97a)은, 다른 슬릿(97)보다 길이 치수가, 예를 들어 20mm 정도 짧게 되어 있고, 이미 설명한 개구부(98)에 근접하는 위치부터 안테나(83)의 하방 위치보다 약간 패러데이 쉴드(95)의 외측 테두리측에 접근한 위치까지에 걸쳐 형성되어 있다. 그리고, 회전 테이블(2)의 중심부측에서는, 이 보조 슬릿(97a)과 슬릿(97)이 교대로 배치되어 있고, 보조 슬릿(97a)은 9개소에 형성되어 있다.
따라서, 회전 테이블(2)의 중심부측에 있어서의 안테나(83)의 권회 영역보다 외측에서는, 보조 슬릿(97a)의 분량만큼 슬릿(97, 97) 사이의 이격 치수 d2가 다른 부위보다 넓게 되어 있다. 즉, 도 24에서는, 회전 테이블(2)의 중심부측에 있어서 외측 테두리부측보다 슬릿(97)의 개구 면적을 작게 하는 데 있어서, 슬릿(97)의 길이 치수를 짧게 조정하고 있다고 할 수 있다.
이렇게 슬릿(97)의 배치 레이아웃을 조정함으로써, 후술하는 실시예에도 기재한 바와 같이 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 플라즈마 개질의 정도가 같아진다. 그로 인해, 예를 들어 웨이퍼(W)의 면 내에 있어서 플라즈마 개질의 정도를 같아지게 하고 싶은 경우에는 도 24의 패러데이 쉴드(95)를 사용할 수 있고, 한편 회전 테이블(2)의 중심부측에 있어서 외측 테두리부측보다 플라즈마 개질의 정도를 강화하고 싶은 경우에는 이미 설명한 도 23의 패러데이 쉴드(95)를 사용할 수 있고, 따라서 레시피나 프로세스에 따라 패러데이 쉴드(95)를 선택할 수 있다.
이때, 회전 테이블(2)의 중심부측에 있어서는, 보조 슬릿(97a)과 함께 슬릿(97)을 배치했지만, 슬릿(97) 대신에 보조 슬릿(97a)을 형성하여 복수의 보조 슬릿(97a)을 배열해도 좋고, 보조 슬릿(97a)의 수량으로서는 10 내지 50개소로 해도 좋다.
또한, 안테나(83)를 개략 가늘고 긴 팔각형으로 함으로써, 장치의 비용을 억제할 수 있다. 즉, 하우징(90)은, 이미 설명한 바와 같이 플라즈마 발생부(80)에 있어서 발생하는 자계를 진공 용기(1) 내에 도달시키기 위해, 고순도의 석영에 의해 구성되는 동시에, 평면에서 보았을 때에 안테나(83)보다 큰 치수로 되도록[안테나(83)의 하방측에 걸쳐 석영 부재가 위치하도록] 형성되어 있다. 따라서, 평면에서 보았을 때의 안테나(83)의 치수가 크면 클수록, 당해 안테나(83)의 하방측의 하우징(90)에 대해서도 크게 할 필요가 있어, 장치[하우징(90)]의 비용이 늘어나게 된다. 따라서, 본 발명에서는, 평면에서 보았을 때에 하우징(90)의 치수가 가능한 한 작아지도록, 안테나(83)에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측의 부위 및 하류측의 부위끼리를 서로 근접시키고 있다.
도 25는, 이미 설명한 도 24에 있어서 보조 슬릿(97a)을 형성하지 않고, 회전 테이블(2)의 중심부측에서는 슬릿(97, 97) 사이의 이격 치수 d2를 도 24와 마찬가지로 설정한 예를 도시하고 있다. 따라서, 도 23의 패러데이 쉴드(95)와 비교하면, 도 25의 패러데이 쉴드(95)는, 회전 테이블(2)의 중심부측에서는 슬릿(97)이, 말하자면 1개 건너뛰어 배치되어 있다. 이렇게 회전 테이블(2)의 중심부측에 있어서 외측 테두리부측보다 슬릿(97, 97) 사이의 이격 치수 d2를 크게 취함으로써, 말하자면 슬릿(97)의 피치를 확장함으로써, 또한 플라즈마의 개질의 정도를 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 같아지게 할 수 있다. 회전 테이블(2)의 중심부측에 있어서의 슬릿(97)의 피치로서는 4 내지 12mm 정도이어도 좋고, 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 외측 테두리부측을 향하여 슬릿이 작아지도록 해도 좋다.
도 26은, 회전 테이블(2)의 중심부측에서는, 외측 테두리부측보다 슬릿(97)의 폭 치수 d1을 작게 한 예를 도시하고 있다. 구체적으로는, 폭 치수 d1은, 상기 중심부측에서는, 예를 들어 2 내지 3mm로 되어 있고, 이 폭 치수 d1의 슬릿(97)이, 예를 들어 9개 배치되어 있다. 이러한 예에 있어서도, 이미 설명한 각 예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
이상 설명한 도 24 내지 도 26에서는, 회전 테이블(2)의 중심부측에 있어서 외측 테두리부측보다 슬릿(97)의 개구 면적을 작게 하는 데 있어서, 슬릿(97)의 길이 치수, 피치 및 폭 치수 d1을 각각 조정했지만, 이들을 조합해도 좋다. 즉, 회전 테이블(2)의 중심부측에서는, 예를 들어 외측 테두리부측보다 슬릿(97)의 길이 치수를 짧게 하는 동시에 슬릿(97)의 피치를 확장하거나, 혹은 폭 치수 d1을 좁게 하거나 해도 좋다.
또한, 회전 테이블(2)의 중심부측에 있어서 슬릿(97)의 개구 면적을 작게 하는 예에 대하여 설명했지만, 외측 테두리부측에 있어서 슬릿(97)의 개구 면적을 크게 해도 좋다. 구체적으로는, 회전 테이블(2)의 외측 테두리부측에서는, 중심부측보다 슬릿(97)의 길이 치수를 크게 취하거나, 슬릿(97)의 피치를 좁게 하거나, 또 슬릿(97)의 폭 치수 d1을 크게 하거나 해도 좋다. 또한, 회전 테이블(2)의 중심부측과 외주부측에 있어서 각각 슬릿(97)의 배치 레이아웃을 조정해도 좋다. 그러나, 이미 설명한 예에서는 회전 테이블(2)의 외측 테두리부측에서는 슬릿(97)의 길이 치수 및 폭 치수 d1이 각각 가능한 한 커지도록 설정되는 동시에 상기 피치에 대해서도 가능한 한 작아지도록 설정되어 있는 점에서, 회전 테이블(2)의 중심부측에 있어서의 슬릿(97)의 배치 레이아웃을 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 이미 설명한 도 8과 같이, 2개의 플라즈마 발생부(81, 82)를 배치한 경우나 안테나(83)를 개략 부채형 형상으로 되도록 형성한 경우에 대해서도, 도 24 내지 도 26과 마찬가지로 패러데이 쉴드(95)의 슬릿(97)의 배치 레이아웃을 조정해도 좋다.
<실시예>
이하에, 이미 설명한 성막 장치를 사용하여 행한 각 실험예에 대하여 설명한다.
(실험예 1)
처음에, 래비린스 구조부(110)를 형성하지 않고, 중심부 영역 C에 있어서 각 처리 가스끼리 서로 혼합되지 않도록 당해 중심부 영역 C의 길이 치수를 길게 취한 장치에 대하여 평가했다. 따라서, 천장판(11)에 있어서의 개구부(11a) 및 하우징(90)은, 이 중심부 영역 C를 피하도록, 회전 테이블(2)의 회전 중심측의 단부가 이미 설명한 도 1 등에 도시한 각 예와 비교하여 15mm 정도 외주측 근방의 위치로 되어 있다. 이 예에서는, 플라즈마 발생부(80)를 1개만 형성하는 동시에, 이미 설명한 도 14 및 도 15와 같이 배치했다. 이 장치를 사용하여, 이미 설명한 바와 같이 성막 처리 및 개질 처리를 행했다. 또한, 이들 성막 처리 및 개질 처리의 상세한 실험 조건에 대해서는 생략한다.
그 결과, 도 27에 도시한 바와 같이, 플라즈마 개질을 행함으로써, 플라즈마 개질을 행하지 않는 경우에 비하여, 사이클 레이트가 감소하고 있었다. 이러한 점에서, 플라즈마 개질을 행함으로써, 박막의 치밀화가 촉진되어 견고한 박막이 형성되어 있는 것을 알았다. 따라서, 패러데이 쉴드(95)를 플라즈마 발생부(80)와 웨이퍼(W) 사이에 형성해도 당해 웨이퍼(W)에 플라즈마가 도달하는 것을 알았다.
이때, 도 28에 박막의 막 두께 분포를 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)의 회전 중심측 및 외주측 부위에 있어서, 각각의 부위보다 약간 웨이퍼(W)의 중앙 근방의 영역과 비교하여 막 두께가 두껍게 되어 있었다. 따라서, 이들 중심측 및 외주측에서는, 플라즈마의 강도가 다른 부위에 비교하여 부족한 것이 시사되었다. 그로 인해, 상기 중심측에 대해서는 하우징(90)을 당해 중심측에 근접시키는 것[래비린스 구조부(110)를 형성하는 것]이 바람직한 것을 알았다. 또한, 외주측에 대해서는 플라즈마의 양을 많이 설정하는 것[2개의 플라즈마 발생부(81, 82)를 형성하여, 중심측보다 외주측의 고주파 전력을 크게 하거나, 혹은 플라즈마 발생부(80)를 부채 형상으로 배치한다]이 바람직한 것을 알았다. 또한, 도 27에 있어서 「사이클 레이트」란, 회전 테이블(2)의 1회전당 성막량(막 두께)을 나타내고 있다.
(실험예 2)
이상의 실험예 1에 의해, 중심부 영역 C측에 하우징(90)을 근접 배치함으로써, 당해 중심부 영역 C측에 있어서 개질의 정도가 같아지는 것을 알았다. 이 경우에는, 회전 테이블(2)을 지지하는 코어부(21)에 대해, 회전 테이블(2)의 하방측보다 상방측이 작아진다. 또한, 천장판(11)에 대해서는 개구부(11a)를 형성하고 있으므로, 강도적으로 부족할 우려도 있다. 그로 인해, 이 실험에서는, 천장판(11)의 중량이나 진공 용기(1) 내를 진공화했을 때의 차압 하중 등의 부하에, 당해 천장판(11)이나 볼록 형상부(4)와 돌출부(5)의 접속부 등이 견딜 수 있는지의 여부에 대하여 강도 해석을 행했다. 이 해석은, 이미 설명한 진공 용기(1)의 내벽면 및 천장판(11)을 보호하기 위한 보호 커버와 이들 내벽면 및 천장판(11) 사이의 압력 및 처리 분위기의 압력을 각각 Pm 및 Pn으로 했을 때에, 이들의 차압 ΔP(ΔP=Pm-Pn)가 1Torr 및 4Torr인 경우에 대하여 계산을 행했다.
그 결과, 도 29 및 도 30에 도시한 바와 같이, 어느 경우에 대해서든 볼록 형상부(4)와 돌출부(5)의 접속부에 대하여 강도는 부족하지 않음을 알았다. 또한, 사이드 링(100)에 대해서도 마찬가지로 충분한 강도로 되어 있었다.
그리고, 도 31에 도시한 바와 같이 천장판(11)에 대해서도 충분한 강도로 되어 있었다.
(실험예 3)
계속해서, 패러데이 쉴드(95)의 유무에 따라 웨이퍼(W)[구체적으로는 웨이퍼(W)에 형성된 디바이스의 게이트 산화막]가 받는 전기적 데미지가 어떻게 되는지의 여부를 평가했다. 실험에는, 전기적 데미지의 허용량이 서로 다른 더미 웨이퍼를 복수 종류(6종류) 준비하고, 이 웨이퍼에 대하여 플라즈마를 조사했다.
패러데이 쉴드(95)를 형성하지 않은 경우에는, 도 32의 상단에 도시한 바와 같이, 어느 웨이퍼(우측 단부의 웨이퍼는 가장 상기 허용량이 큰 웨이퍼에 관한 결과를 나타내고 있고, 당해 웨이퍼로부터 좌측을 향하여 점차 상기 허용량이 작은 웨이퍼에 관한 결과를 배열하고 있다)에 대해서든, 전기적 데미지를 받고 있는 것을 알았다. 한편, 도 32의 중단에 도시한 바와 같이, 패러데이 쉴드(95)를 형성함으로써, 어느 웨이퍼에 대해서든 전기적 데미지가 각별히 작게 되어 있었다. 따라서, 패러데이 쉴드(95)를 형성함으로써, 게이트 산화막의 절연 파괴가 억제된다.
이때, 실험에 사용한 안테나(83)의 형상은, 어느 일부가 슬릿(97)의 방향에 대하여 직교하는 방향으로부터 어긋나 있는 것을 알았다. 따라서, 주위 방향에 걸쳐 슬릿(97)의 방향에 대하여 직교하는 방향으로 되도록 안테나(83)를 조정하고, 다시 실험을 행했다. 그 결과, 도 32의 하단에 도시한 바와 같이 전기적 데미지는, 어느 웨이퍼에 대해서든 거의 보이지 않았다.
(실험예 4)
이어서, 박막을 형성한 후, 플라즈마 개질을 행할지의 여부에 따라, 또 패러데이 쉴드(95)의 유무에 따라 전기적 특성(산화막의 내전압 특성)이 어떻게 변화하는지 실험을 행했다. 즉, 웨이퍼(W)의 표면의 산화막에 수은 프로브를 접촉시켜, 전기적 스트레스(전류)를 이 산화막에 가했을 때의 전압을 측정했다. 따라서, 전압이 작은 쪽이 누설 전류가 적고, 산화막에 포함되는 불순물 농도가 작다고 할 수 있다.
그 결과, 도 33 및 도 34에 도시한 바와 같이, 플라즈마 개질을 행함으로써, 플라즈마 개질을 행하지 않은 예보다 전기적 특성이 향상되어, 열산화막의 전기적 특성과 거의 동일 정도로 되어 있었다. 구체적으로는, 플라즈마 개질을 행하지 않은 경우에는, 1×10-8A/cm2의 전류 밀도를 가했을 때의 전계가 0.4MV/cm이며, 플라즈마 개질을 행한 경우에 동일한 전류 밀도를 가했을 때의 전계가 8MV/cm로 되어 있었다. 따라서, 플라즈마 개질을 행함으로써, 불순물 농도 및 누설 전류가 작은 산화막이 얻어지는 것을 알았다.
이때, 패러데이 쉴드(95)의 유무에 따라서는, 전기적 특성에는 변화가 없었다. 따라서, 패러데이 쉴드(95)는, 플라즈마 개질에 악영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다. 도 33은, 박막의 성막 후에 일괄하여 플라즈마 개질을 행한 예, 도 34는 회전 테이블(2)이 회전할 때마다 플라즈마 개질을 행한 예를 도시하고 있다. 이 실험에서는, 패러데이 쉴드(95)를 형성하지 않은 경우에는 안테나(83)의 권회 횟수를 1회로 설정하는 동시에, 패러데이 쉴드(95)를 형성한 경우에는 안테나(83)의 권회 횟수를 3회 정도로 하고 있다.
(실험예 5)
이 실험예에서는, 박막의 습식 에칭 레이트를 조사했다. 즉, 박막이 치밀하면 할수록, 습식 에칭 레이트가 낮아지고, 한편 박막 중에, 예를 들어 불순물 등이 포함되어 있을수록, 습식 에칭 레이트가 높아지므로, 습식 에칭 레이트를 통하여 박막의 치밀함을 측정했다. 이 실험은, 불산 수용액에 웨이퍼를 침지하여, 불산 수용액에 의해 에칭된 박막의 막 두께를 계산했다.
그 결과, 도 35에 도시한 바와 같이, 박막을 형성한 후 플라즈마 개질을 행하지 않은 경우(각 참고예)에 비해, 박막의 형성과 함께 플라즈마 개질을 행함으로써 박막이 치밀화되어 있었다. 그리고, 비교예[패러데이 쉴드(95) 없음]의 결과에 대하여, 패러데이 쉴드(95)를 형성한 예(실시예 31, 32)의 박막은, 거의 동일 정도의 막질로 되어 있었다.
그로 인해, 이 실험에서도, 패러데이 쉴드(95)는, 플라즈마 개질에 악영향을 미치지 않는 것을 알았다. 도 35에 있어서, 실시예 31은 회전 테이블(2)이 회전할 때마다 플라즈마 개질을 행한 예, 실시예 32는 플라즈마 개질을 행하지 않고 회전 테이블(2)을 9회 회전시켜 반응 생성물을 적층한 후, 각 처리 가스의 공급을 정지하여 플라즈마 개질을 행한 예를 나타내고 있다. 또한, 이 실험에 있어서도, 패러데이 쉴드(95)를 형성하지 않은 경우에는 안테나(83)의 권회 횟수를 1회로 설정하는 동시에, 패러데이 쉴드(95)를 형성한 경우에는 안테나(83)의 권회 횟수를 3회 정도로 하고 있다.
도 36은, 습식 에칭을 행한 후의 박막의 막 두께의 분포를 도시하고 있다. 박막의 막 두께에 대해서도, 패러데이 쉴드(95)의 유무에 따라 거의 변화하지 않는 것을 알았다.
(실험예 6)
도 37은, 패러데이 쉴드(95)의 유무에 따라 막 두께의 균일성이 어떻게 될지 평가한 결과를 나타내고 있다. 도 37의 상단에 나타낸 결과는, 좌측으로부터 우측을 향하여 순서대로 「개질 없음」, 「일괄 개질[패러데이 쉴드(95) 없음]」 및 「일괄 개질[패러데이 쉴드(95) 있음]」을 나타내고 있다. 이 결과로부터, 거의 박막 성막 후의 막 두께 분포대로의 막 두께 분포가 되도록 플라즈마 개질이 행해지고 있는 것을 알았다. 즉, 플라즈마 개질에 의해 막 두께 분포가 거의 변화하지 않는다. 또한, 도 37의 하단에는, 좌측에 「매사이클 개질[패러데이 쉴드(95) 없음]」 및 「매사이클 개질[패러데이 쉴드(95) 있음]」을 나타내고 있다.
(실험예 7)
계속해서, 패러데이 쉴드(95)의 유무에 따라 석영의 스퍼터량이 어떻게 바뀌는지 실험을 행했다. 이 실험은, 각 처리 가스를 공급하지 않고, 즉 박막을 형성하지 않고, 웨이퍼를 적재한 회전 테이블(2)을 회전시켜 플라즈마 공간(10)을 통과시켰다. 그 결과, 도 38에 도시한 바와 같이 패러데이 쉴드(95)를 형성함으로써 석영의 스퍼터량이 대폭 감소하고 있었다.
또한, CCP 타입(한 쌍의 전극 사이에서 플라즈마를 발생시키는 타입)의 플라즈마 발생부를 사용하여 마찬가지의 실험을 행한 바, 도 39의 결과가 얻어졌다. 따라서, 이미 설명한 바와 같이 안테나(83)를 코일 형상으로 권회한 ICP 타입의 플라즈마 발생부를 사용함으로써, 석영의 스퍼터량이 약 100배 오더 정도 적어지는 것을 알 수 있다.
(실험예 8)
도 40은, 이미 설명한 도 24[다른 슬릿(97)보다 길이 치수가 짧은 보조 슬릿(97a)을 형성한 예] 및 도 25[슬릿(97)의 피치를 확장한 예]의 패러데이 쉴드(95)를 사용했을 때에, 도 23[슬릿(97)의 배치 레이아웃의 조정 없음]의 패러데이 쉴드(95)를 사용한 경우와 비교하여 플라즈마 개질의 정도가 어떻게 되는지 실험한 결과를 나타내고 있다. 이 실험에서는, 각 처리 가스를 공급하지 않고, 플라즈마 발생용 가스(Ar 가스, O2 가스 및 NH3 가스)를 공급하는 동시에 이 가스를 플라즈마화했다. 그리고, 웨이퍼(W)가 노출된 플라즈마의 양을 확인하기 위해, 웨이퍼(W)의 표면(실리콘층)이 플라즈마에 의해 산화되어 형성되는 산화막의 막 두께에 대해, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 각각 복수 개소에서 측정했다.
그 결과, 슬릿(97)의 배치 레이아웃을 조정함으로써, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 막 두께의 균일성이 개선되어 있었다. 구체적으로는, 회전 테이블(2)의 중심부측에 있어서 슬릿(97)의 개구 면적을 작게 하면, 당해 중심부측에 있어서의 산화막의 막 두께가 감소하고 있었다. 또한, 회전 테이블(2)의 중심부측의 슬릿(97)의 개구 면적이 작을수록, 상기 균일성이 양호하게 되어 있었다. 즉, 막 두께의 균일성은, 도 23<도 24<도 25의 순서로 양호하게 되어 있었다. 따라서, 반응 생성물의 성막 처리와 함께 이 반응 생성물의 플라즈마 개질 처리를 행하는 경우에 있어서도, 마찬가지로 플라즈마의 개질의 정도가 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 맞추어지는 것을 알았다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 기술했지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 특허 청구 범위 내에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 다양한 변형·변경이 가능하다.

Claims (23)

  1. 성막 장치에 있어서,
    제1 처리 가스 및 제2 처리 가스가 순서대로 복수회 공급되는 진공 용기,
    기판 적재 영역을 포함하는 일면을 갖고, 상기 기판 적재 영역을 상기 진공 용기 내에서 회전시키는 회전 테이블,
    상기 제1 처리 가스를 상기 회전 테이블 상의 제1 영역에 공급하는 제1 처리 가스 공급부,
    상기 제2 처리 가스를 상기 회전 테이블 상의 분리 영역을 통하여 상기 제1 영역으로부터 상기 회전 테이블의 주위 방향으로 이격한 상기 회전 테이블 상의 제2 영역에 공급하는 제2 처리 가스 공급부,
    상기 진공 용기 내에 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 플라즈마 발생 가스 공급부,
    상기 회전 테이블의 상기 일면에 대향하고, 유도 결합에 의해 상기 플라즈마 발생용 가스로부터 플라즈마를 플라즈마 공간에서 발생시키는 안테나,
    상기 안테나와 상기 플라즈마 공간 사이에 설치되고, 상기 안테나에 직교하는 방향으로 배열되어 있는 복수의 슬릿을 갖고, 접지된, 패러데이 쉴드를 구비하고,
    유전체로 이루어지는 하우징,
    상기 회전 테이블에 연통하는 개구부를 갖는 천장판,
    상기 하우징과 상기 천장판을 접속하는 시일 부재를 더 구비하고,
    상기 하우징은, 상기 안테나를 수용하고,
    상기 개구부는, 개구 테두리부를 갖고,
    상기 개구 테두리부에 상기 시일 부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 쉴드는, 도전성의 판상체로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 안테나 및 상기 패러데이 쉴드를 상기 플라즈마 공간으로부터 기밀하게 구획하는 유전체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 분리 가스를 상기 분리 영역에 공급하는 분리 가스 공급부 및,
    상기 하우징의 하면측의 주연부에 하방측으로 연장되는 돌기부를 더 구비하고,
    상기 돌기부는, 상기 제1 처리 가스, 상기 제2 처리 가스 및 상기 분리 가스가 상기 하우징의 하방의 영역에 침입하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 회전 테이블의 주위와 상기 진공 용기의 내벽의 사이에 형성되고, 오목부 형상의 기류 통로,
    상기 기류 통로에 설치되고, 상기 기류 통로에 각각 연통하는 제1 배기구 및 제2 배기구를 갖는 링 형상의 커버체를 더 구비하고,
    상기 제1 배기구는, 상기 회전 테이블의 회전 방향에 있어서 상기 제1 처리 가스가 공급되는 제1 처리 영역의 하류측에 위치하고,
    상기 제2 배기구는, 상기 플라즈마 발생용 가스가 공급되는 플라즈마 영역의 하류측에 위치하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 안테나는, 권회 구조를 갖고, 평면적으로 보았을 때에 상기 회전 테이블의 회전 중심측으로부터 외주측을 향하여 넓어지도록 부채 형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 가스 공급부는, 상기 회전 테이블의 반경 방향으로 연장되는 동시에 측면에 복수의 가스 토출구가 형성된 가스 노즐이며,
    상기 플라즈마 발생 가스 공급부는, 상기 하우징의 하방 영역에서 상기 회전 테이블의 회전 방향 상류측에 배치되고,
    상기 가스 토출구의 각각은, 상기 상류측을 향하고 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 슬릿은, 상기 회전 테이블의 외측 테두리부측보다 중심부측의 개구 면적이 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  10. 성막 장치에 있어서,
    제1 처리 가스 및 제2 처리 가스가 순서대로 복수회 공급되는 진공 용기,
    기판 적재 영역을 포함하는 일면을 갖고, 상기 기판 적재 영역을 상기 진공 용기 내에서 회전시키는 회전 테이블,
    상기 제1 처리 가스를 상기 회전 테이블 상의 제1 영역에 공급하는 제1 처리 가스 공급부,
    상기 제2 처리 가스를 상기 회전 테이블 상의 분리 영역을 통하여 상기 제1 영역으로부터 상기 회전 테이블의 주위 방향으로 이격한 상기 회전 테이블 상의 제2 영역에 공급하고, 플라즈마 발생용 가스를 상기 진공 용기 내에 공급하는 플라즈마 발생 가스 공급부,
    상기 회전 테이블의 상기 일면에 대향하고, 유도 결합에 의해 상기 플라즈마 발생용 가스로부터 플라즈마를 플라즈마 공간에서 발생시키는 안테나,
    상기 안테나와 상기 플라즈마 공간 사이에 설치되고, 상기 안테나에 직교하는 방향으로 배열되어 있는 복수의 슬릿을 갖고, 접지된, 패러데이 쉴드를 구비하고,
    유전체로 이루어지는 하우징,
    상기 회전 테이블에 연통하는 개구부를 갖는 천장판,
    상기 하우징과 상기 천장판을 접속하는 시일 부재를 더 구비하고,
    상기 하우징은, 상기 안테나를 수용하고,
    상기 개구부는, 개구 테두리부를 갖고,
    상기 개구 테두리부에 상기 시일 부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 패러데이 쉴드는, 도전성의 판상체로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 안테나 및 상기 패러데이 쉴드를 상기 플라즈마 공간으로부터 기밀하게 구획하는 유전체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서, 분리 가스를 상기 분리 영역에 공급하는 분리 가스 공급부 및,
    상기 하우징의 하면측의 주연부에 하방측으로 연장되는 돌기부를 더 구비하고,
    상기 돌기부는, 상기 제1 처리 가스, 상기 제2 처리 가스 및 상기 분리 가스가 상기 하우징의 하방의 영역에 침입하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 회전 테이블의 주위와 상기 진공 용기의 내벽의 사이에 형성되고, 오목부 형상의 기류 통로,
    상기 기류 통로에 설치되고, 상기 기류 통로에 각각 연통하는 제1 배기구 및 제2 배기구를 갖는 링 형상의 커버체를 더 구비하고,
    상기 제1 배기구는, 상기 회전 테이블의 회전 방향에 있어서 상기 제1 처리 가스가 공급되는 제1 처리 영역의 하류측에 위치하고,
    상기 제2 배기구는, 상기 플라즈마 발생용 가스가 공급되는 플라즈마 영역의 하류측에 위치하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 안테나는, 권회 구조를 갖고, 평면적으로 보았을 때에 상기 회전 테이블의 회전 중심측으로부터 외주측을 향하여 넓어지도록 부채 형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 가스 공급부는, 상기 회전 테이블의 반경 방향으로 연장되는 동시에 측면에 복수의 가스 토출구가 형성된 가스 노즐이며,
    상기 플라즈마 발생 가스 공급부는, 상기 하우징의 하방 영역에서 상기 회전 테이블의 회전 방향 상류측에 배치되고,
    상기 가스 토출구 각각은, 상기 상류측을 향하고 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  18. 제10항에 있어서, 상기 슬릿은, 상기 회전 테이블의 외측 테두리부측보다 중심부측의 개구 면적이 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  19. 진공 용기로 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 순서대로 복수회 공급하는 성막 방법에 있어서,
    진공 용기 내에 형성된 회전 테이블의 일면측의 기판 적재 영역을 회전시키는 공정,
    상기 제1 처리 가스를 상기 회전 테이블 상의 제1 영역에 공급하는 공정,
    상기 제2 처리 가스를 상기 회전 테이블 상의 분리 영역을 통하여 상기 제1 영역으로부터 상기 회전 테이블의 주위 방향으로 이격한 상기 회전 테이블 상의 제2 영역에 공급하는 공정,
    상기 진공 용기 내에 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 공정,
    상기 회전 테이블의 상기 일면에 대향하는 안테나에 의해, 유도 결합에 의해 상기 플라즈마 발생용 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 공정,
    상기 플라즈마를 발생시키는 공정은,
    상기 안테나를 유전체로 이루어지는 하우징에 수용하고,
    상기 회전 테이블에 연통하는 개구부를 갖는 천장판과 상기 하우징을 상기 개구부의 개구 테두리부에 형성된 시일 부재를 개재하여 접속한 상태에서 행해지고,
    상기 안테나와 상기 플라즈마 공간 사이에 설치되고, 상기 안테나에 직교하는 방향으로 배열되어 있는 복수의 슬릿을 갖고, 접지된, 패러데이 쉴드로, 상기 안테나 주위에 발생한 전자계에 있어서의 전계 성분의 통과를 저지하는 공정을 구비하는, 성막 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 플라즈마를 발생시키는 공정은, 유전체에 의해, 상기 안테나를 상기 플라즈마 공간으로부터 기밀하게 구획하여 행해지고,
    상기 저지하는 공정은, 상기 유전체에 의해, 상기 패러데이 쉴드를 상기 플라즈마 공간으로부터 기밀하게 구획하여 행해지는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
  21. 삭제
  22. 제19항에 있어서, 상기 전계 성분의 통과를 저지하는 공정은, 상기 회전 테이블의 외측 테두리부측보다 중심부측의 개구 면적이 작아지도록 형성된 슬릿이 형성된 상기 패러데이 쉴드를 사용하여 행해지는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
  23. 성막 장치의 전자 계산기에 성막 방법을 실행시키는 프로그램이 기록된 전자 계산기 판독 가능 기억 매체에 있어서, 상기 성막 방법은, 진공 용기로 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 순서대로 복수회 공급하는 방법이며,
    진공 용기 내에 형성된 회전 테이블의 일면측의 기판 적재 영역을 회전시키는 공정,
    상기 제1 처리 가스를 상기 회전 테이블 상의 제1 영역에 공급하는 공정,
    상기 제2 처리 가스를 상기 회전 테이블 상의 분리 영역을 통하여 상기 제1 영역으로부터 상기 회전 테이블의 주위 방향으로 이격한 상기 회전 테이블 상의 제2 영역에 공급하는 공정,
    상기 진공 용기 내에 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 공정,
    상기 회전 테이블의 상기 일면에 대향하는 안테나에 의해, 유도 결합에 의해 상기 플라즈마 발생용 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 공정,
    상기 플라즈마를 발생시키는 공정은,
    상기 안테나를 유전체로 이루어지는 하우징에 수용하고,
    상기 회전 테이블에 연통하는 개구부를 갖는 천장판과 상기 하우징을 상기 개구부의 개구 테두리부에 형성된 시일 부재를 개재하여 접속한 상태에서 행해지고,
    상기 안테나와 상기 플라즈마 공간 사이에 설치되고, 상기 안테나에 직교하는 방향으로 배열되어 있는 복수의 슬릿을 갖고, 접지된, 패러데이 쉴드로, 상기 안테나의 주위에 발생한 전자계에 있어서의 전계 성분의 통과를 저지하는 공정을 구비하는, 기억 매체.
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