KR101654968B1 - 기판 처리 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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다케시 고바야시
시게히로 미우라
다카후미 기무라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

회전 테이블(2)의 하방측에서 개질 영역(S1)에 대향하는 위치에 바이어스 전극(120)을 배치함과 함께, 개질 영역(S1)의 상방측에 패러데이 실드(95)를 배치하고, 이들 바이어스 전극(120)과 패러데이 실드(95)를 용량 결합시켜 상기 개질 영역(S1)에 바이어스 전계를 형성한다. 그리고, 바이어스 전극(120)에 대해서, 회전 테이블(2)의 회전 방향에서의 폭 치수(t)가 서로 인접하는 웨이퍼(W)끼리의 이격 치수(d)보다도 작게 되도록 형성하여, 서로 인접하는 웨이퍼(W)에 대해 동시에 바이어스 전계가 가해지는 것을 방지하면서, 각 웨이퍼(W)에 대해 개별로 바이어스 전계를 형성한다.

Description

기판 처리 장치 및 성막 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF DEPOSITING A FILM}
본 발명은, 2013년 2월 6일 출원한 일본 특허 출원 제2013-021384호를 우선권 주장의 기초 출원으로 하고 있고, 여기서 이것에 기초하는 우선권을 주장함과 함께, 그 전체 내용을 참조에 의해 삽입한다.
1. 본 발명의 분야
본 발명은, 기판에 대해 플라즈마 처리를 행하는 기판 처리 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
2. 관련 기술
반도체 웨이퍼 등의 기판(이하 「웨이퍼」라고 함)에 실리콘 산화막(SiO2) 등의 박막을 성막하는 방법으로서, 예를 들어 일본 특허 공개 제2010-239102에 기재된 장치를 사용한 ALD(Atoic Layer Deposition)법이 알려져 있다. 이 장치에서는, 회전 테이블 상에 5매의 웨이퍼를 주위 방향으로 배열함과 함께, 이 회전 테이블의 상방측에 복수의 가스 노즐을 배치하고 있다. 그리고, 공전하고 있는 각각의 웨이퍼에 대해 서로 반응하는 복수 종류의 반응 가스를 순서대로 공급하여, 반응 생성물을 적층하고 있다.
이와 같은 ALD법에 있어서, 웨이퍼 상에 적층되는 반응 생성물에 대해서 플라즈마 개질을 행하기 위해, 일본 특허 공개 제2011-40574와 같이, 가스 노즐에 대해 주위 방향으로 이격한 위치에 플라즈마 개질을 행하는 부재를 설치한 장치가 알려져 있다. 그러나, 웨이퍼의 표면에 예를 들어 수십 내지 수백을 초과하는 큰 어스펙트비를 갖는 홀이나 홈(트렌치) 등의 오목부가 형성되어 있는 경우에는, 이 오목부의 깊이 방향에서의 개질의 정도에 편차가 발생해 버릴 우려가 있다.
즉, 이와 같이 어스펙트비가 큰 오목부가 형성되어 있으면, 플라즈마(상세하게는 아르곤 이온)가 오목부 내에 진입하기 어려워진다. 또한, 진공 용기 내에서는 플라즈마 개질 처리와 함께 성막 처리를 행하고 있으므로, 당해 진공 용기 내에 있어서의 처리 압력은, 플라즈마가 양호하게 활성을 유지할 수 있는 진공 분위기와 비교해서 고압으로 되어 있다. 그로 인해, 오목부의 내벽면에 플라즈마가 접촉하였을 때에 당해 플라즈마가 실활되기 쉬우므로, 이 점으로부터도 오목부의 깊이 방향에서의 개질의 정도에 편차가 발생하기 쉽게 되어 있다. 또한, 오목부가 형성되어 있지 않은 웨이퍼라도, 회전 테이블이 1회전하는 동안에 개질 처리를 행하기 위해서는, 즉 서로 인접하는 가스 노즐끼리의 사이가 좁은 영역에서 양호하게 개질을 행하기 위해서는, 웨이퍼의 근방에 고밀도의 플라즈마를 형성해 둘 필요가 있다. 일본 특허 공개 평8-213378에는, 하부 전극에 바이어스 전압을 인가하는 장치에 대해서 기재되어 있지만, 회전 테이블에 의해 웨이퍼를 공전시키는 기술에 대해서는 기재되어 있지 않다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 회전 테이블에 의해 각각 공전하고 있는 복수의 기판에 대해 플라즈마 처리를 행하는 데 있어서, 각각의 기판 표면의 오목부의 깊이 방향에서 균일성이 높은 플라즈마 처리를 행할 수 있는 기판 처리 장치 및 성막 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 기판 처리 장치는, 진공 용기 내에서 기판에 대해 플라즈마 처리를 행하기 위한 기판 처리 장치에 있어서, 기판을 적재하기 위한 기판 적재 영역을 상기 진공 용기의 주위 방향을 따라서 복수 개소에 배치함과 함께 이들 기판 적재 영역을 각각 공전시키기 위한 회전 테이블과, 상기 회전 테이블의 회전에 수반하여 기판 상에 분자층 혹은 원자층을 순차 적층하여 박막을 형성하기 위해 상기 기판 적재 영역의 통과 영역에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리 가스 공급부에 대해 상기 회전 테이블의 회전 방향으로 이격해서 위치하고, 기판에 대해 상기 분자층 혹은 원자층의 개질 처리인 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마 발생 영역에 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 플라즈마 발생용 가스 공급부와, 상기 플라즈마 발생용 가스에 에너지를 공급하여 당해 가스를 플라즈마화하기 위한 에너지 공급부와, 상기 회전 테이블의 하방측에서 상기 플라즈마 발생 영역에 대향하도록 설치되고, 플라즈마 중의 이온을 기판 표면에 인입하기 위한 바이어스 전극과, 상기 회전 테이블의 상방측에서 상기 바이어스 전극에 대향하도록 배치된 용량 결합용의 대향 전극과, 상기 대향 전극 및 상기 바이어스 전극을 용량 결합시켜 기판에 바이어스 전위를 발생시키기 위해, 이들 전극의 사이에 고주파 전력을 공급하기 위한 바이어스용의 고주파 전원과, 상기 진공 용기 내를 배기하기 위한 배기구를 구비하고, 상기 바이어스 전극은, 상기 회전 테이블의 회전 중심측으로부터 외측 테두리측을 향하여 신장하도록 형성됨과 함께, 상기 회전 테이블의 회전 방향에서의 폭 치수가 서로 인접하는 기판 적재 영역끼리의 이격 치수보다도 작게 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 성막 방법은, 진공 용기 내에서 기판에 대해 성막 처리를 행하기 위한 성막 방법에 있어서, 상기 진공 용기의 주위 방향을 따라서 회전 테이블 상에 복수 개소에 설치된 기판 적재 영역에, 표면에 오목부가 형성된 기판을 각각 적재하는 공정과, 상기 회전 테이블을 회전시켜 이들 기판 적재 영역을 각각 공전시키는 공정과, 상기 회전 테이블의 회전에 수반하여 기판 상에 분자층 혹은 원자층을 순차 적층하여 박막을 형성하기 위해 상기 기판 적재 영역의 통과 영역에 처리 가스를 공급하는 공정과, 상기 회전 테이블을 회전시키면서, 상기 처리 가스의 공급 영역에 대해 회전 테이블의 회전 방향으로 이격한 플라즈마 발생 영역에 플라즈마 발생용 가스를 공급함과 함께, 이 플라즈마 발생용 가스를 플라즈마화하여, 플라즈마에 의해 상기 분자층 혹은 원자층의 개질 처리를 행하는 공정과, 상기 회전 테이블의 하방측에서 상기 플라즈마 발생 영역에 대향하도록 설치된 바이어스 전극과, 상기 회전 테이블의 상방측에서 상기 바이어스 전극에 대향하도록 배치된 대향 전극 사이에 고주파 전력을 공급하여 이들 전극을 용량 결합시키며, 이에 의해 기판에 바이어스 전위를 발생시켜 플라즈마 중의 이온을 기판 표면에 인입하는 공정과, 상기 진공 용기 내를 배기하는 공정을 포함하고, 상기 인입하는 공정에서 사용되는 상기 바이어스 전극은, 상기 회전 테이블의 회전 중심측으로부터 외측 테두리측을 향하여 신장하도록 형성됨과 함께, 상기 회전 테이블의 회전 방향에서의 폭 치수가 서로 인접하는 기판 적재 영역끼리의 이격 치수보다도 작게 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 성막 장치의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 상기 성막 장치를 도시하는 사시도이다.
도 3은 상기 성막 장치를 도시하는 횡단 평면도이다.
도 4는 상기 성막 장치를 도시하는 횡단 평면도이다.
도 5는 상기 성막 장치의 회전 테이블을 도시하는 사시도이다.
도 6은 상기 성막 장치의 플라즈마 처리부를 도시하는 분해 사시도이다.
도 7은 상기 성막 장치의 바이어스 전극을 도시하는 분해 사시도이다.
도 8은 플라즈마 처리부 및 바이어스 전극을 확대해서 도시하는 종단면도이다.
도 9는 상기 성막 장치를 주위 방향을 따라서 상하 방향으로 절단한 종단면을 전개한 전개도이다.
도 10은 바이어스 전극을 2매의 웨이퍼에 걸치도록 형성한 경우에 플라즈마가 발생하는 부위를 모식적으로 도시하는 횡단 평면도이다.
도 11은 바이어스 전극을 2매의 웨이퍼에 걸치도록 형성한 경우의 플라즈마의 특성을 모식적으로 도시하는 종단면도이다.
도 12는 바이어스 전극을 2매의 웨이퍼에 걸치도록 형성한 경우의 플라즈마의 특성을 모식적으로 도시하는 종단면도이다.
도 13은 본 발명에 있어서의 플라즈마의 특성을 모식적으로 도시하는 종단면도이다.
도 14는 본 발명에 있어서의 플라즈마의 특성을 모식적으로 도시하는 종단면도이다.
도 15는 상기 플라즈마 처리부 및 바이어스 전극에 관한 전기 회로를 모식적으로 도시하는 종단면도이다.
도 16은 상기 성막 장치에 있어서의 작용을 도시하는 모식도이다.
도 17은 상기 성막 장치에 있어서의 작용을 도시하는 모식도이다.
도 18은 상기 성막 장치의 다른 예를 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 19는 상기 성막 장치의 다른 예를 나타내는 종단면도이다.
도 20은 상기 성막 장치의 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 21은 상기 성막 장치의 다른 예를 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 22는 상기 성막 장치의 다른 예의 일부를 도시하는 사시도이다.
도 23은 상기 성막 장치의 다른 예를 나타내는 횡단 평면도이다.
도 24는 상기 성막 장치의 다른 예를 나타내는 횡단 평면도이다.
도 25는 상기 성막 장치의 다른 예를 나타내는 횡단 평면도이다.
도 26은 상기 성막 장치의 다른 예를 나타내는 종단면도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 설명을 행한다.
또한, 이하의 실시예 중, 하기의 부호는 전형적으로는 하기의 요소를 나타낸다.
본 발명의 실시 형태의 기판 처리 장치(성막 장치)에 대해서, 도 1 내지 도 15를 참조하여 설명한다. 이 장치는, 도 1 내지 도 4에 도시하는 바와 같이, 평면 형상이 대략 원형인 진공 용기(1)와, 진공 용기(1)의 중심으로 회전 중심을 가짐과 함께 복수매 이 예에서는 5매의 웨이퍼(W)를 각각 공전시키는 회전 테이블(2)을 구비하고 있고, 이들 웨이퍼(W)에 대해 성막 처리 및 플라즈마 개질 처리를 행하도록 구성되어 있다. 또한, 플라즈마 개질 처리를 행하는 데 있어서, 회전 테이블(2)의 하방측에 바이어스 전극(120)을 배치하여, 플라즈마 중의 이온을 웨이퍼(W)측으로 인입하도록 하고 있다. 그리고, 각 웨이퍼(W) 사이에서 높은 균일성으로 플라즈마 개질 처리를 행하기 위해, 회전 테이블(2)의 회전 방향에서의 바이어스 전극의 폭 치수(t)에 대해서, 후술하는 도 9에 도시하는 바와 같이, 서로 인접하는 웨이퍼(W)끼리의 이격 치수(d)보다도 작게 하고 있다. 계속해서, 이미 설명한 바이어스 전극에 대해서 상세하게 설명하기 전에, 장치의 전체의 개요에 대해서 간단히 설명한다.
진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는, 후술하는 처리 영역(P1, P2)을 구획하기 위해, 당해 진공 용기(1) 내에 분리 가스(N2 가스)를 통류시키는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있다. 회전 테이블(2)의 하측에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가열 기구인 히터 유닛(7)이 설치되어 있고, 당해 회전 테이블(2)을 통해 웨이퍼(W)를 성막 온도 예를 들어 300℃로 가열하도록 되어 있다. 도 1 중 부호 7a는 커버 부재, 부호 73은 퍼지 가스 공급관이다.
회전 테이블(2)은, 예를 들어 석영 등의 유전체에 의해 구성되어 있고, 중심부에서 대략 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있다. 이 회전 테이블(2)은 코어부(21)의 하면에 접속된 회전축(22)에 의해, 연직축 주위 이 예에서는 시계 방향으로 회전 가능하도록 구성되어 있다. 도 1 중 부호 23은 회전축(22)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(회전 기구)이며, 부호 20은 회전축(22) 및 구동부(23)를 수납하는 케이스체, 부호 72는 퍼지 가스 공급관이다.
회전 테이블(2)의 표면부에는, 도 3 내지 도 4에 도시하는 바와 같이, 직경 치수가 예를 들어 300㎜의 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 적재 영역을 이루는 오목부(24)가 당해 회전 테이블(2)의 회전 방향(주위 방향)을 따라서 복수 개소 예를 들어 5개소에 형성되어 있다. 회전 테이블(2)의 회전 방향에서 서로 인접하는 오목부(24, 24) 사이의 이격 치수(d)는, 30㎜ 이상, 120㎜ 이하로 되어 있다. 회전 테이블(2)의 하면은, 도 5 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 각각의 오목부(24)의 저면과 회전 테이블(2)의 하면 사이의 치수[회전 테이블(2)의 판 두께 치수]가 가능한 한 작게 되도록, 회전 테이블(2)과 동심원 형상으로 링 형상으로 오목한 바이어스 전극(120)을 수납하기 위한 오목부인 홈부(2a)를 이루고 있다. 또한, 도 5는 회전 테이블(2)을 하측으로부터 본 사시도를 도시하고 있다.
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 방향으로 서로 간격을 두고 방사상으로 배치되어 있다. 이들 노즐(31, 32, 34, 41, 42)은, 예를 들어 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심부를 향하여 웨이퍼(W)에 대향하여 수평하게 신장하도록 각각 설치되어 있다. 후술하는 반송구(15)로부터 볼 때 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.
처리 가스 노즐(31, 32)은, 각각 제1 처리 가스 공급부 및 제2 처리 가스 공급부를 이루고, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)은 플라즈마 발생용 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)은, 각각 분리 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 도 2 및 도 3은 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)이 보이도록 후술하는 플라즈마 처리부(80) 및 하우징(90)을 제거한 상태, 도 4는 이들 플라즈마 처리부(80) 및 하우징(90)을 설치한 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 2에 대해서는 회전 테이블(2)에 대해서도 제거한 상태를 나타내고 있다.
각 노즐(31, 32, 34, 41, 42)은, 유량 조정 밸브를 통해 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 오존(O3) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스의 공급원(상세하게는 오조나이저가 설치된 산소 가스 공급원)에 접속되어 있다. 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)은, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스와 산소 가스의 혼합 가스로 이루어지는 플라즈마 발생용 가스의 공급원에 접속되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은 분리 가스인 질소 가스의 가스 공급원에 각각 접속되어 있다. 이들 가스 노즐(31, 32, 34, 41, 42)의 예를 들어 하면측에는, 가스 토출 구멍(33)이 각각 형성되어 있고, 이 가스 토출 구멍(33)은 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 복수 개소에 예를 들어 등간격으로 배치되어 있다. 도 2 및 도 3 중 부호 31a는 노즐 커버이다.
처리 가스 노즐(31, 32)의 하방 영역은, 각각 제1 처리 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(성막 영역)(P1) 및 웨이퍼(W)에 흡착한 제1 처리 가스의 성분과 제2 처리 가스를 반응시키기 위한 제2 처리 영역(P2)이 된다. 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 하방측의 영역은, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)에 대해 플라즈마 개질 처리를 행하기 위한 개질 영역(플라즈마 발생 영역)(S1)이 된다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 각각 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)을 분리하는 분리 영역(D)을 형성하기 위한 것이다. 분리 영역(D)에서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는, 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위해, 볼록 형상부(4)의 하면인 낮은 천장면이 배치되어 있다.
다음에, 이미 설명한 플라즈마 처리부(80)에 대해서 설명한다. 이 플라즈마 처리부(80)는, 도 1 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 금속선으로 이루어지는 안테나(83)를 연직축 주위에 코일 형상으로 권회하여 구성되어 있고, 평면에서 보았을 때에 회전 테이블(2)의 중앙부측으로부터 외주부측에 걸쳐 웨이퍼(W)의 통과 영역을 넘도록 배치되어 있다. 이 안테나(83)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 신장하는 띠 형상의 영역을 둘러싸도록 대략 8각형을 이루고 있다.
안테나(83)는 진공 용기(1)의 내부 영역으로부터 기밀하게 분리되도록 배치되어 있다. 즉, 이미 설명한 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 상방측에 있어서의 천장판(11)은, 평면적으로 보았을 때에 대략 부채형으로 개방되어 있고, 도 6에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 석영 등의 유전체로 이루어지는 하우징(90)에 의해 기밀하게 막아져 있다. 이 하우징(90)은, 주연부가 주위 방향에 걸쳐 플랜지 형상으로 수평하게 신장함과 함께, 중앙부가 진공 용기(1)의 내부 영역을 향하여 오목하도록 형성되어 있고, 이 하우징(90)의 내측에 상기 안테나(83)가 수납되어 있다. 도 1 중 부호 11a는, 하우징(90)과 천장판(11) 사이에 설치된 시일 부재이며, 부호 91은 하우징(90)의 주연부를 하방측을 향하여 가압하기 위한 가압 부재이다.
안테나(83)에는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 스위치(84a), 정합기(매칭 박스)(84b) 및 필터(84c)를 통해, 주파수가 예를 들어 13.56㎒ 및 출력 전력이 예를 들어 5000W의 고주파 전원(85)이 에너지 공급부로서 접속되어 있다. 또한, 필터(84c)는, 후술하는 고주파 전원(128)의 주파수대의 신호를 저지(커트)하기 위한 것이다. 도 1 중 부호 86은, 후술하는 플라즈마 고주파 전원(85)에 안테나(83)를 전기적으로 접속하기 위한 접속 전극이다.
하우징(90)의 하면은, 당해 하우징(90)의 하방 영역에의 질소 가스나 오존 가스 등의 침입을 저지하기 위해, 도 1에 도시하는 바와 같이, 외측 테두리부가 주위 방향에 걸쳐 하방측[회전 테이블(2)측]을 향하여 수직으로 신장하여, 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, 이미 설명한 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)이 수납되어 있다.
하우징(90)과 안테나(83) 사이에는, 도 1, 도 4 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 상면측이 개방되는 대략 상자형의 패러데이 실드(95)가 대향 전극으로서 배치되어 있고, 이 패러데이 실드(95)는 도전성의 판상체인 금속판에 의해 구성되어 있다. 패러데이 실드(95)는, 당해 패러데이 실드(95)에 있어서의 수평면이 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)에 대해 평행하게 되도록 배치되어 있다.
패러데이 실드(95)의 수평면에는, 안테나(83)에 있어서 발생하는 전계 및 자계(전자계) 중 전계 성분이 하방의 웨이퍼(W)를 향하는 것을 저지함과 함께, 자계를 웨이퍼(W)에 도달시키기 위해, 슬릿(97)이 형성되어 있다. 이 슬릿(97)은, 안테나(83)의 권회 방향에 대해 직교(교차)하는 방향으로 신장하도록 형성되어 있고, 안테나(83)를 따르도록 주위 방향에 걸쳐 당해 안테나(83)의 하방 위치에 설치되어 있다. 도 6 등에 있어서의 부호 94는, 패러데이 실드(95)와 안테나(83)를 절연하기 위한 예를 들어 석영으로 이루어지는 절연판이다.
여기서, 도 15를 참조하여 패러데이 실드(95)에 관계되는 전기 회로에 대해서 설명한다. 패러데이 실드(95)는, 예를 들어 가변 용량 콘덴서(400)나 인덕턴스(401) 등을 포함하는 바이어스 인입 회로(402)를 통해 접지되어 있다. 이 바이어스 인입 회로(402)의 전단측[패러데이 실드(95)측]에는, 전류값을 검출하기 위한 검출부(403)가 설치되어 있고, 검출부(403)에 있어서의 검출값에 기초하여 예를 들어 가변 용량 콘덴서(400)의 용량값을 액추에이터(도시하지 않음)에 의해 조정하도록 하고 있다. 구체적으로는, 상기 전류값이 사전에 구한 최대값 부근의 설정값을 초과하도록, 패러데이 실드(95)와 바이어스 전극(120) 사이에서의 임피던스를 조정하고, 고주파가 이상 경로를 흐르는 것을 억제하여, 이상 방전을 방지하고 있다.
혹은, 후술하는 제어부(200)에 의해, 패러데이 실드(95)와 바이어스 전극(120) 사이에서의 임피던스를 자동으로 조정해도 좋다. 이와 같이 상기 임피던스를 자동으로 조정하는 경우에는, 검출부(403)에 대해서, 전류값을 검출하는 것 대신에, 혹은 이 전류값과 함께, 패러데이 실드(95)와 바이어스 전극(120) 사이의 임피던스(주로 리액턴스 성분)를 측정하도록 구성해도 좋다. 그리고, 상기 임피던스의 변화로부터, 가변 용량 콘덴서(400)의 용량값을 사전에 어떻게 조정할지, 구체적으로는 임피던스가 증가하였을 때, 상기 용량값을 증가시키도록 조정할지, 혹은 용량값을 저감시키도록 조정할지, 미리 정해 두어도 좋다. 즉, 제어 파라미터(전류값이나 임피던스)를 모니터하면서, 제어부(200)가 자동으로 임피던스를 조정해도 좋고, 임피던스를 사전에 맞추어 넣어도 좋다. 따라서, 제어부(200)를 통해 자동으로 상기 임피던스를 조정하는 경우에는, 플라즈마 처리의 동안에 걸쳐 이상 방전이 방지된다.
그리고, 이상 설명한 패러데이 실드(95)의 하방측에 있어서의 진공 용기(1)의 저면부에는, 이미 설명한 도 1 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 평면에서 보았을 때에 안테나(83)가 배치된 영역과 중첩되는 위치에 개구부(121)가 형성되어 있다. 구체적으로는, 이 개구부(121)는, 평면에서 보았을 때에 이미 설명한 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)에 대해 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측에 이격한 위치에서, 당해 회전 테이블(2)의 회전 중심측으로부터 외측 테두리측을 향하여 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 가늘고 길게 형성되어 있다.
이 개구부(121) 내에는, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 대략 원통형의 절연 부재(122)가 하방측으로부터 기밀하게 삽입되어 있고, 이 절연 부재(122)는 하방측이 개방됨과 함께 평면에서 보았을 때에 개구부(121)와 마찬가지로 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 가늘고 길게 형성되어 있다. 절연 부재(122)의 하단부측 외주 단부는, 외측을 향하여 주위 방향에 걸쳐 플랜지 형상으로 신장하고 있고, 이 하단부측 외주 단부의 상면측에 주위 방향을 따라서 설치된 O-링 등의 시일 부재(123)에 의해, 진공 용기(1)의 저면부에 기밀하게 접촉하고 있다. 이 절연 부재(122)와 회전 테이블(2) 사이의 영역을 플라즈마 비여기 영역(S2)이라고 칭하면, 절연 부재(122)의 상면부의 대략 중앙부에는, 당해 플라즈마 비여기 영역(S2)에 대해서 후술하는 플라즈마 저지용 가스를 토출하기 위해, 당해 절연 부재(122)를 상하 방향으로 관통하는 가스 토출구(124)가 형성되어 있다. 이 예에서는, 절연 부재(122)는, 예를 들어 석영 등의 유전체에 의해 구성되어 있다.
계속해서, 바이어스 전극(120)에 대해서 상세하게 설명한다. 이 바이어스 전극(120)은, 당해 바이어스 전극(120)과 패러데이 실드(95)를 용량 결합시켜 바이어스 전계를 형성하고, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)에 플라즈마 중의 이온을 인입하기 위한 것이고, 회전 테이블(2)의 하방측에서 개질 영역(S1)에 대향하도록 배치되어 있다. 그리고, 이 바이어스 전극(120)은, 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 당해 바이어스 전극(120)의 상방측에 웨이퍼(W)가 위치하였을 때, 당해 웨이퍼(W)에 있어서의 회전 중심측의 단부와, 외측 테두리측의 단부 사이에 걸치도록 배치됨과 함께, 이미 설명한 절연 부재(122)의 내부에 수납되어 있다. 즉, 바이어스 전극(120)은, 도 8에 도시하는 바와 같이, 하단부측이 개방됨과 함께 이 하단부측 외주 단부가 플랜지 형상으로 외측을 향하여 신장하는 대략 원통 형상을 이루고 있고, 절연 부재(122)보다도 한단계 작게 형성되어 있다. 이 예에서는, 바이어스 전극(120)은, 예를 들어 니켈(Ni)이나 구리(Cu) 등의 도전 부재에 의해 구성되어 있다.
그리고, 바이어스 전극(120)[상세하게는 후술하는 유로 부재(127)]에는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 스위치(130), 정합기(132) 및 필터(133)를 통해, 주파수가 50㎑ 내지 40㎒ 및 출력 전력이 500 내지 5000W의 고주파 전원(128)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 예에서는, 이 고주파 전원(128)의 주파수와 이미 설명한 플라즈마 발생용의 플라즈마 고주파 전원(85)의 주파수와는 서로 다른 주파수[고주파 전원(128)의 주파수:13.56 내지 100㎒]로 되어 있다. 이 고주파 전원(128)과 이미 설명한 바이어스 인입 회로(402)의 각 접지측은, 도시하지 않은 도전로에 의해 서로 접속되어 있다.
필터(133)는 플라즈마 발생용의 플라즈마 고주파 전원(85)의 주파수대의 신호를 커트하기 위한 것이고, 예를 들어 당해 필터(133)를 흐르는 전류값을 검출하기 위한 전류 검출부(134)에 접속되어 있다. 또한, 전류 검출부(134)로서는, 상기 전류값 대신에, 혹은 당해 전류값과 함께, 필터(133)에 있어서의 전압을 검지하는 구성이어도 좋다.
여기서, 바이어스 전극(120)은, 이미 설명한 도 3에 파선으로 나타내는 바와 같이, 서로 인접하는 2매의 웨이퍼(W)에 대해 동시에 바이어스 전계가 가해지지 않도록, 평면에서 보았을 때에 이들 2매의 웨이퍼(W)에 동시에 걸치지 않도록 배치되어 있다. 즉, 회전 테이블(2)의 회전 방향에서의 바이어스 전극(120)의 폭 치수(t)는, 도 9에도 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2) 상에 있어서의 서로 인접하는 오목부(24, 24)끼리의 이격 치수(d)보다도 작게 되도록 형성되어 있고, 구체적으로는 20㎜ 내지 90㎜[폭 치수(t)=이격 치수(d)×(50％ 내지 90％)]로 되어 있다. 이하에, 바이어스 전극(120)의 폭 치수(t)를 이와 같은 값으로 설정한 이유에 대해서 상세하게 설명한다.
즉, 바이어스 전극(120)에 대해 후술하는 바와 같이 고주파 전력을 공급하면, 평면에서 보았을 때에, 당해 바이어스 전극(120)의 중앙부에서는 주연부보다도 전압이 높아진다. 따라서, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)의 단부가 당해 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 이동하여 바이어스 전극(120)의 상방측에 도달할 때, 상기 단부에는 바이어스 전극(120)의 중앙부에 대응하는, 비교적 강한 바이어스 전압이 인가되게 된다.
그로 인해, 이 전압이 웨이퍼(W)의 주위 방향을 따라서 전달되어, 의도하지 않은 영역에서 플라즈마가 발생하게 될 우려가 있다. 구체적으로는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 개질 영역(S1)에 대해 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로 벗어난 위치에서 플라즈마가 발생할 우려가 있다. 이와 같이 예기치 않은 위치에서 플라즈마가 발생하면, 예정하지 않은 반응(파티클의 발생)이 일어나거나, 웨이퍼(W)에 데미지가 발생하게 되거나 하는 경우가 있다. 또한, 개질 영역(S1)을 웨이퍼(W)가 빠져나오려고 할 때, 마찬가지로 당해 웨이퍼(W)에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측의 단부에 대해서도, 상기 비교적 강한 전압이 인가된다. 따라서, 이미 개질 영역(S1) 밖에 위치하는 웨이퍼(W)의 반대측[회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측]의 단부에서 플라즈마가 발생할 우려도 있다. 또한, 도 10에서는, 개질 영역(S1)으로부터 벗어난 영역에서 플라즈마가 발생하는 부위에 대해서, 일점 쇄선으로 둘러싸인 사선을 부여하여 모식적으로 도시하고 있다.
또한, 평면에서 보았을 때에 바이어스 전극(120)이 서로 인접하는 2매의 웨이퍼(W)에 걸치도록 배치되어 있으면, 바이어스 전계는, 이들 2매의 웨이퍼(W)의 각각에 대해 인가된다. 따라서, 이와 같이 2매의 웨이퍼(W)에 대해 한번에(동시에) 바이어스 전계가 인가되면, 회전 테이블(2) 상의 5매의 웨이퍼(W)에 있어서 플라즈마 처리의 정도에 편차가 발생해 버릴 우려가 있다. 즉, 예를 들어 회전축(22)의 변형이나 흔들림, 혹은 웨이퍼(W)의 두께 치수나 오목부(24)의 깊이 치수의 아주 약간의 오차 등에 의해, 웨이퍼(W)의 표면의 높이 위치는, 각 웨이퍼(W)마다 제각각으로 되어 있다. 또한, 5매의 웨이퍼(W) 중 어느 특정한 웨이퍼(W)에 대해서도, 회전 테이블(2)이 1회전하는 중에, 마찬가지로 이미 설명한 변형 등에 의해, 개질 영역(S1)에 도달할 때마다 상기 높이 위치가 바뀌는 경우가 있다.
따라서, 도 11 및 도 12에 도시하는 바와 같이, 2매의 웨이퍼(W) 중 한쪽의 웨이퍼(W)에 대해, 다른 쪽의 웨이퍼(W)보다도 큰 바이어스 전계가 인가될 우려가 있다. 그리고, 이들 서로 인접하는 2매의 웨이퍼(W) 사이에서의 상대적인 높이 위치는 각 웨이퍼(W)마다 변하기 때문에, 웨이퍼(W) 사이에서 플라즈마 처리의 정도에 편차가 발생해 버린다. 도 11 및 도 12에 있어서, 개질 영역(S1)에서의 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측의 웨이퍼(W) 및 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측의 웨이퍼(W)에 각각 「1」 및 「2」를 부여하면, 바이어스 전계는, 도 11에서는 웨이퍼(W2)보다도 웨이퍼(W1)의 쪽이 크게 되고, 도 12에서는 웨이퍼(W1)보다도 웨이퍼(W2)가 크게 되어 있다.
따라서, 바이어스 전극(120)의 폭 치수(t)에 대해서, 이미 설명한 바와 같이, 서로 인접하는 웨이퍼(W)[오목부(24)]끼리의 이격 치수(d)보다도 작게 설정하고 있다. 그로 인해, 5매의 웨이퍼(W) 중 하나의 웨이퍼(W)에 대해 플라즈마 처리가 행해지고 있을 때, 도 13 및 도 14에 도시하는 바와 같이, 다른 4매의 웨이퍼(W)에 대해서는 플라즈마가 조사되지 않지만(바이어스 전계가 인가되지 않지만), 혹은 플라즈마가 조사되었다고 해도 그 플라즈마 강도는 상기 하나의 웨이퍼(W)보다도 작다. 즉, 하나의 웨이퍼(W)[웨이퍼(W1)]가 바이어스 전극(120)에 겹치지 않고 그 상방측에 위치하고 있을 때, 도 13에 도시하는 바와 같이, 당해 하나의 웨이퍼(W)에 대해 플라즈마 처리가 행해진다. 다음에, 도 14에 도시하는 바와 같이, 이 하나의 웨이퍼(W)가 개질 영역(S1)으로부터 빠져나오려고 할 때, 당해 하나의 웨이퍼(W)에 대해 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측에 위치하는 다른 웨이퍼(W)[웨이퍼(W2)]는, 바이어스 전극(120)의 상방측의 영역에 대해 상기 상류측으로 이격되어 있다. 그리고, 상기 다른 웨이퍼(W)가 바이어스 전극(120)의 상방측의 영역에 도달하였을 때에는, 상기 하나의 웨이퍼(W)는, 당해 영역으로부터 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측으로 이미 이탈되어 있다. 따라서, 각 웨이퍼(W)에 대해, 개별로 플라즈마 처리(바이어스 전계의 인가)가 행해진다.
계속해서, 바이어스 전극(120)의 구성의 설명으로 되돌아가면, 이 바이어스 전극(120)에 있어서의 하단부측 외주 단부는, 이미 설명한 도 8에 도시하는 바와 같이, 진공 용기(1)의 저면부에 접촉하지 않도록, 절연 부재(122)의 외측 단부부보다도 내측 근방에 위치하도록 배치되어 있다. 그리고, 바이어스 전극(120)은, 상기 하단부측 외주 단부의 상면측에 설치된 O-링 등의 시일 부재(125)에 의해, 절연 부재(122)에 대해 기밀하게 배치되어 있다. 따라서, 바이어스 전극(120)은 회전 테이블(2)에 접촉하지 않도록(비접촉이 되도록), 또한 진공 용기(1)에 대해 전기적으로 절연되도록 배치되어 있다.
바이어스 전극(120)의 대략 중앙부에는, 절연 부재(122)의 가스 토출구(124)의 배치 위치에 대응하도록, 당해 바이어스 전극(120)의 상단부면을 상하로 관통하는 관통구(126)가 형성되어 있다. 이 관통구(126)의 하방측에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 비여기 영역(S2)에 대해서 플라즈마 저지용 가스[예를 들어 질소(N2) 가스나 헬륨(He) 가스 등]를 공급하기 위해, 도전 부재에 의해 구성된 유로 부재(127)가 기밀하게 설치되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 바이어스 전극(120)의 하방측에는 밀봉 부재(131)가 배치되어 있고, 이 밀봉 부재(131)는, 예를 들어 석영 등의 절연체에 의해 구성됨과 함께 대략 원판 형상으로 형성되어 있다. 밀봉 부재(131)의 외주 단부는 진공 용기(1)의 저면부와 바이어스 전극(120)의 외주 단부 사이에서, 상방측의 절연 부재(122)를 향하여 주위 방향에 걸쳐 기립하고 있다. 따라서, 진공 용기(1)의 개구부(121)에 절연 부재(122), 바이어스 전극(120) 및 밀봉 부재(131)를 하방측으로부터 이 순서로 삽입함과 함께, 이 밀봉 부재(131)를 진공 용기(1)의 저면부에 대해 예를 들어 도시하지 않은 볼트 등에 의해 고정하면, 진공 용기(1)에 대해 절연 부재(122)가 기밀하게 접촉한다. 또한, 절연 부재(122)에 대해 바이어스 전극(120)이 기밀하게 접촉한다. 또한, 밀봉 부재(131)에 의해, 바이어스 전극(120)과 진공 용기(1) 사이가 전기적으로 절연된다.
그리고, 도 8의 하측에 확대해서 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 하면측의 홈부(2a) 내에 절연 부재(122)의 상면이 위치함과 함께, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)와 바이어스 전극(120)이 면 내에 걸쳐 평행하게 된다. 이들 회전 테이블(2)의 하면과 절연 부재(122)의 상면 사이의 이격 치수는, 예를 들어 0.5㎜ 내지 3㎜가 된다. 또한, 도 7에서는, 시일 부재(123, 125)에 대해서는 묘화를 생략하고 있다.
회전 테이블(2)의 외주측에는, 환형상의 사이드 링(100)이 배치되어 있고, 이미 설명한 하우징(90)의 외측 테두리측에 있어서의 사이드 링(100)의 상면에는, 당해 하우징(90)을 피해서 가스를 통류시키기 위한 홈 형상의 가스 유로(101)가 형성되어 있다. 이 사이드 링(100)의 상면에는, 제1 처리 영역(P1) 및 제2 처리 영역(P2)에 각각 대응하도록 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 이들 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)로부터 각각 신장하는 배기관(63)에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 각각 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(65)를 통해, 배기 기구인 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다.
진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2 내지 도 4에 도시하는 바와 같이, 도시하지 않은 외부의 반송 아암과 회전 테이블(2) 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있고, 이 반송구(15)는 게이트 밸브(G)에 의해 기밀하게 개폐 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 이 반송구(15)를 면하는 위치에서의 회전 테이블(2)의 하방측에는, 회전 테이블(2)의 관통구를 통해 웨이퍼(W)를 이면측으로부터 들어올리기 위한 승강 핀(모두 도시하지 않음)이 설치되어 있다.
따라서, 이상 설명한 바이어스 전극(120)과 패러데이 실드(95)로 이루어지는 구성은, 도 15에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 대향 전극을 이루고 있고, 개질 영역(S1)의 하방측에 웨이퍼(W)가 위치하였을 때, 평면에서 보면 당해 웨이퍼(W)와 겹치는 위치에 각각 배치되어 있다. 그리고, 도 15와 같이, 바이어스 전극(120)에 대해서 고주파 전원(128)으로부터 공급되는 고주파 전력에 의해, 이들 대향 전극간에 용량 결합이 형성되어, 바이어스 공간(S3)이 발생한다. 그로 인해, 플라즈마 처리부(80)에 의해 진공 용기(1) 내에 형성되는 플라즈마 중의 이온은, 후술하는 바와 같이, 이 바이어스 공간(S3)에서 상하 방향으로 진동(이동)한다. 따라서, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 이 바이어스 공간(S3)에 위치하면, 이온이 상하 이동하는 중에 당해 웨이퍼(W)에 충돌하므로, 이온이 웨이퍼(W)에 인입되게 된다. 또한, 도 1에서는, 이상 설명한 전기 회로에 대해서는 생략하고 있다.
또한, 이 성막 장치에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(200)가 설치되어 있고, 이 제어부(200)의 메모리 내에는 후술하는 성막 처리 및 플라즈마 개질 처리를 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 그리고, 플라즈마 개질 처리를 행하는 데 있어서, 제어부(200)는 진공 용기(1) 내에 발생하는 플라즈마 밀도를 조정하기 위한 피드백 기능을 갖고 있다. 구체적으로는, 제어부(200)는 바이어스 전극(120)에 접속된 필터(133)를 흐르는 전류값에 기초하여, 당해 필터(133)의 리액턴스나 정합기(84b)의 용량값을 조정하도록 구성되어 있다. 이 프로그램은, 후술하는 장치의 동작을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(201)로부터 제어부(200) 내에 인스톨된다.
다음에, 상술한 실시 형태의 작용에 대해서 설명한다. 우선, 게이트 밸브(G)를 개방하여, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시키면서, 도시하지 않은 반송 아암에 의해 반송구(15)를 통해 회전 테이블(2) 상에 예를 들어 5매의 웨이퍼(W)를 적재한다. 각각의 웨이퍼(W)의 표면에는, 홈이나 홀 등으로 이루어지는 오목부(10)(도 16 참조)가 형성되어 있고, 이 오목부(10)의 어스펙트비[오목부(10)의 깊이 치수÷오목부(10)의 폭 치수]는, 예를 들어 수십 내지 백을 초과하는 크기로 되어 있다. 다음에, 게이트 밸브(G)를 폐쇄하고, 진공 펌프(64)에 의해 진공 용기(1) 내를 진공 상태로 함과 함께, 회전 테이블(2)을 예를 들어 2rpm 내지 240rpm으로 시계 방향으로 회전시킨다. 그리고, 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 예를 들어 300℃ 정도로 가열한다.
계속해서, 처리 가스 노즐(31, 32)로부터 각각 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 토출함과 함께, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)로부터 플라즈마 발생용 가스를 토출한다. 또한, 플라즈마 비여기 영역(S2)에 대해, 당해 영역(S2)의 가스 압력이 개질 영역(S1)보다도 정압(고압)으로 되도록, 즉 영역(S2)에서 플라즈마의 발생을 저지하기 위해, 플라즈마 저지용의 가스를 토출한다. 이 플라즈마 저지용 가스는 회전 테이블(2)의 하방측을 통류하여 배기구(62)로부터 배기된다.
또한, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스를 소정의 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 72)으로부터도 질소 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 그리고, 압력 조정부(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 조정한다. 또한, 안테나(83) 및 바이어스 전극(120)에 대해 각각 고주파 전력을 공급한다.
제1 처리 영역(P1)에서는, 웨이퍼(W)의 표면에 제1 처리 가스의 성분이 흡착되어 흡착층이 생성한다. 다음에, 제2 처리 영역(P2)에서는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W) 상의 흡착층이 산화되어, 박막 성분인 실리콘 산화막(SiO2)의 분자층이 1층 혹은 복수층 형성되어 반응 생성물인 반응층(301)이 형성된다. 이 반응층(301)에는, 예를 들어 제1 처리 가스에 포함되는 잔류기이므로, 수분(OH기)이나 유기물 등의 불순물이 남을 경우가 있다.
플라즈마 처리부(80)에서는, 플라즈마 고주파 전원(85)으로부터 공급되는 고주파 전력에 의해, 전계 및 자계가 발생한다. 이들 전계 및 전계 중 전계는, 패러데이 실드(95)에 의해 반사 혹은 흡수(감쇠)되어, 진공 용기(1) 내에의 도달이 저해된다. 한편, 자계는 패러데이 실드(95)에 슬릿(97)을 형성하고 있으므로, 이 슬릿(97)을 통과하여, 하우징(90)의 저면을 통해 진공 용기(1) 내의 개질 영역(S1)에 도달한다.
따라서, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)로부터 토출된 플라즈마 발생용 가스는 자계에 의해 활성화되어, 예를 들어 이온(아르곤 이온:Ar+)이나 래디컬 등의 플라즈마가 생성한다. 이미 설명한 바와 같이, 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 신장하는 띠 형상체 영역을 둘러싸도록 안테나(83)를 배치하고 있는 점으로부터, 이 플라즈마는 안테나(83)의 하방측에 있어서, 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 신장하도록 대략 라인 형상으로 된다.
여기서, 플라즈마는 안테나(83)의 권회 방향을 따라서, 말하자면 평면적으로 분포하고자 한다. 그러나, 패러데이 실드(95)와 바이어스 전극(120) 사이를 용량 결합시켜 고주파 전계를 형성하고 있는 점으로부터, 이 플라즈마 중의 이온에 대해 상하 방향의 전계가 가해지므로, 이미 설명한 바와 같이 이온이 웨이퍼(W)측으로 인입된다. 따라서, 플라즈마 중의 이온은, 도 17에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면[서로 인접하는 오목부(10, 10)끼리의 사이에서의 수평면]뿐만 아니라, 오목부(10)의 내벽면이나 당해 오목부(10)의 저면에까지 걸쳐 접촉한다. 이렇게 하여 반응층(301)에 아르곤 이온이 충돌하면, 반응층(301)으로부터 수분이나 유기물 등의 불순물이 방출되거나, 반응층(301) 내의 원소의 재배열이 일어나서 당해 반응층(301)의 치밀화(고밀도화)가 도모되거나 하여, 당해 반응층(301)이 개질된다. 그로 인해, 개질 처리는 웨이퍼(W)의 면 내에 걸쳐, 또한 오목부(10)의 깊이 방향에 걸쳐 균등하게 행해진다. 또한, 이미 설명한 바와 같이 바이어스 전극(120)의 폭 치수(t)에 대해서, 서로 인접하는 웨이퍼(W)끼리의 이격 치수(d)보다도 작게 설정하고 있고, 각 웨이퍼(W)에 대해 개별로 바이어스 전계가 형성되므로, 개질 처리는 5매의 웨이퍼(W) 사이에 걸쳐 균등하게 행해진다.
그 후, 회전 테이블(2)의 회전을 계속함으로써, 흡착층의 흡착, 반응층(301)의 생성 및 반응층(301)의 개질 처리가 이 순서로 다수회에 걸쳐 행해져, 반응층(301)의 적층에 의해 박막이 형성된다. 이 박막은 오목부(10)의 깊이 방향에 걸쳐, 또한 웨이퍼(W)의 면 내에 걸쳐, 나아가서는 웨이퍼(W) 사이에 걸쳐, 치밀하고 균질한 막질이 된다. 또한, 도 17에서는, 패러데이 실드(95), 바이어스 전극(120) 및 웨이퍼(W)에 대해서 모식적으로 도시하고 있다.
이상의 일련의 프로세스를 행하고 있는 동안, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2) 사이에 질소 가스를 공급하고 있으므로, 제1 처리 가스와 제2 처리 가스 및 플라즈마 발생용 가스가 서로 혼합되지 않도록 각 가스가 배기된다. 또한, 회전 테이블(2)의 하방측에 퍼지 가스를 공급하고 있으므로, 회전 테이블(2)의 하방측으로 확산시키고자 하는 가스는, 상기 퍼지 가스에 의해 배기구(61, 62)측으로 되밀린다.
상술한 실시 형태에 따르면, 회전 테이블(2) 상에서 각각 공전하고 있는 복수매의 웨이퍼(W)에 대해 플라즈마 처리를 행하는 데 있어서, 회전 테이블(2)의 하방측에서 개질 영역(S1)에 대향하는 위치에 바이어스 전극(120)을 배치하고 있다. 그리고, 이 바이어스 전극(120)에 대해서, 회전 테이블(2)의 회전 방향에서의 폭 치수(t)가 서로 인접하는 웨이퍼(W)끼리의 이격 치수(d)보다도 작게 되도록 형성하고 있다. 그로 인해, 서로 인접하는 웨이퍼(W)에 대해 동시에 바이어스 전계가 가해지는 것을 억제하면서, 각 웨이퍼(W)에 대해 개별로 바이어스 전계를 형성하여 플라즈마 중의 이온을 인입할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 표면에 어스펙트비가 큰 오목부(10)가 형성되어 있어도, 오목부(10)의 깊이 방향에 걸쳐, 또한 웨이퍼(W)의 면 내에 걸쳐, 나아가서는 복수의 웨이퍼(W) 사이에 걸쳐 막질이 균일한 박막을 형성할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리부(80)의 바로 아래에 바이어스 공간(S3)을 형성하여, 말하자면 개질 영역(S1)과 바이어스 공간(S3)을 서로 중첩하고 있으므로, 당해 개질 영역(S1) 이외의 영역에 있어서의 불필요한 플라즈마의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 이미 설명한 바와 같이, 안테나(83)의 하방 위치에서 플라즈마를 발생시키고자 하고 있지만, 예를 들어 진공 용기(1) 내에서 국소적으로 압력이 낮아지고 있는 장소나, 진공 용기(1)의 내벽면 등 금속면이 노출되어 있는 장소 등에서, 의도하지 않고 플라즈마가 발생(확산)하게 될 경우가 있다. 그리고, 이와 같은 의도하지 않은 플라즈마가 예를 들어 Si계 가스에 간섭하면, 웨이퍼(W)에 흡착되기 전에 가스 분해가 일어나, 막질의 열화에 연결되어 버린다. 그러나, 이미 상세하게 설명한 바와 같이, 안테나(83)의 하방측에 바이어스 공간(S3)을 형성하고, 플라즈마(이온)를 웨이퍼(W)측으로 인입하고 있다. 그로 인해, 플라즈마 개질 처리를 행하면서, 의도하지 않은 플라즈마의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 패러데이 실드(95)와 바이어스 전극(120) 사이에 용량 결합을 형성하고, 이온을 웨이퍼(W)측으로 인입하고 있으므로, 이온이 웨이퍼(W)에 충돌할 때, 이 이온이 충돌하는 에너지가 열로 변환되어 당해 웨이퍼(W)의 온도가 상승한다. 이 웨이퍼(W)의 온도 변화(온도 상승)는 고주파 전원(128)에 공급하는 전력량에 비례한다. 따라서, 웨이퍼(W) 상의 반응 생성물의 개질 처리를 행하는 데 있어서, 당해 웨이퍼(W)에 대해 이온을 공급할 뿐만 아니라, 웨이퍼(W)의 온도를 상승시킬 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 온도 상승분만큼 또한 양호한 막질의 박막을 형성할 수 있다.
여기서, 바이어스용의 고주파는, 1주파에 한정되지 않고, 2주파(서로 주파수가 다른 고주파 전원을 2개 사용함)이어도 좋고, 3주파 이상이어도 좋다. 즉, 바이어스 전극(120)에 대해 서로 주파수가 다른 고주파 전원을 접속함으로써, 웨이퍼(W)의 중심부와 외측 테두리부 사이에서의 플라즈마 처리의 정도를 조정할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 면 내에 걸쳐 막질이 균일한 박막을 형성할 수 있다.
도 18은 패러데이 실드(95)와 바이어스 전극(120)을 용량 결합시키는 구성으로서, 고주파 전원(128)에 대해, 바이어스 전극(120)에 접속하는 것 대신에, 대향 전극에 상당하는 패러데이 실드(95)에 접속한 예를 나타내고 있다. 바이어스 전극(120)에 대해서는, 바이어스 인입 회로(402)를 통해 접지하고 있다. 이와 같이 패러데이 실드(95)에 고주파 전원(128)을 접속하는 경우에는, 플라즈마 발생용의 플라즈마 고주파 전원(85)을 이용해도 좋다. 즉, 고주파 전원(128)을 사용하지 않고, 플라즈마 고주파 전원(85)에 대해서, 안테나(83) 및 패러데이 실드(95)에 대해 병렬로 접속해도 좋다. 또한, 도 18에 대해서, 이미 설명 완료된 부재에 대해서는, 이미 설명한 예와 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략함과 함께, 장치 구성을 간략화하여 묘화하고 있다.
또한, 안테나(83)의 하방측에 바이어스 전극(120)을 배치하였지만, 예를 들어 회전 테이블(2)의 회전 방향에서의 플라즈마의 분포 상태를 조정하는 경우 등에 있어서, 안테나(83)에 대해 예를 들어 상기 회전 방향 상류측에 바이어스 전극(120)을 어긋나게 해도 좋다. 따라서, 바이어스 전극(120)에 대해서, 「회전 테이블(2)의 하방측에서 개질 영역(S1)에 대향하는 위치」란, 당해 개질 영역(S1)의 직하뿐만 아니라, 개질 영역(S1)으로부터 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측 혹은 상류측에 각각 0㎜ 내지 100㎜만큼 이격한 위치도 포함된다.
또한, 도 19 및 도 20에 도시하는 바와 같이, 금속[Cu(구리), Al(알루미늄)] 등의 도전체 및 Si 등의 반도체 중 적어도 한쪽을 포함하는 원판 형상의 보조 전극(140)을 회전 테이블(2)의 내부에 매설해도 좋다. 도 20에 도시하는 바와 같이, 이 보조 전극(140)은, 각각의 웨이퍼(W)마다 개별로 설치됨과 함께, 평면에서 보았을 때에 각각의 웨이퍼(W)의 투영 영역과 동일하거나 이 투영 영역보다도 크게 되도록 형성되어 있다. 이와 같이 회전 테이블(2)의 내부에 보조 전극(140)을 매설하면, 패러데이 실드(95)와 바이어스 전극(120) 사이의 용량 결합은, 당해 보조 전극(140)을 통해 형성된다. 따라서, 보조 전극(140)의 두께 치수분만큼, 웨이퍼(W)를 바이어스 전극(120)측에 전기적으로 근접시킬 수 있으므로, 이온을 웨이퍼(W)측으로 인입하는 작용을 보다 한층 높일 수 있다.
또한, 보조 전극(140)에 대해 급전하는 데 있어서, 예를 들어 회전 테이블(2)이나 회전축(22) 등을 도전재에 의해 구성하고, 당해 회전축(22)에 대해 예를 들어 도시하지 않은 슬립 링 기구를 통해 급전하도록 구성해도 좋다. 또한, 안테나(83)에 대해서는, 일단부측의 단자를 고주파 전원(85)에 접속함과 함께, 타단부측의 단자를 접지하였지만, 이들 일단부측 및 타단부측을 각각 고주파 전원(85)에 접속해도 좋다. 또한, 안테나(83)의 일단부측의 단자를 고주파 전원(85)에 접속함과 함께, 타단부측의 단자에 대해서는 플로트 상태에(주위의 도전부로부터 부유한 상태로 지지)해도 좋다.
게다가 또한, 플라즈마 중의 이온을 웨이퍼(W)측으로 인입하는 데 있어서, 이미 설명한 각 예에서는 패러데이 실드(95)와 바이어스 전극(120)을 용량 결합시켰지만, 웨이퍼(W)와 바이어스 전극(120) 사이에서의 정전 결합을 이용해도 좋다. 즉, 패러데이 실드(95)를 배치하지 않고, 바이어스 전극(120)에 대해 고주파 전원(128)으로부터 급전하였을 때에 있어서의 어느 순간을 보면, 도 21에 도시하는 바와 같이, 당해 바이어스 전극(120)에는 마이너스의 직류 전압이 인가되어 있다고 할 수 있다. 즉, 바이어스 전극(120)에 대해 고주파 전원(128)으로부터 전자가 공급되어, 당해 바이어스 전극(120)은 마이너스로 대전하고 있다. 그리고, 이들 바이어스 전극(120)과 웨이퍼(W)가 비접촉으로 되어 있고, 또한 전기적으로 절연되어 있다. 또한, 비여기 영역(S2)에서는, 이미 설명한 바와 같이 플라즈마의 발생이 저지되어 있다. 그로 인해, 바이어스 전극(120)의 상방측에 웨이퍼(W)가 도달하면, 바이어스 전극(120)의 마이너스의 직류 전압에 의해, 당해 웨이퍼(W)에는 정전 유도에 의해 두께 방향에서의 전하의 치우침이 발생한다. 즉, 웨이퍼(W) 내부의 전자는, 상기 마이너스의 직류 전압의 척력에 의해, 웨이퍼(W)의 표면측으로 이동한다. 이 전자의 이동량[웨이퍼(W)의 표면측의 대전량]은, 웨이퍼(W)에 대해 바이어스 전극(120)의 상면이 평행하게 되도록 배치하고 있는 점으로부터, 웨이퍼(W)의 면 내에 걸쳐 균일하다.
한편, 바이어스 전극(120)에 대해 고주파 전원(128)으로부터 고주파 전력을 공급하고 있는 다른 순간을 보면, 당해 바이어스 전극(120)에는 플러스의 직류 전압이 인가되어 있다고 할 수 있다. 그로 인해, 바이어스 전극(120)에 대해, 고주파 전원(128)으로부터 플러스의 전하(양자)가 이동하고자 한다. 그러나, 이미 설명한 바와 같이 고주파 전원(128)에서는 고주파를 사용하고 있고, 플러스의 직류 전압과 마이너스의 직류 전압이 고속으로 전환되어 있다. 따라서, 바이어스 전극(120)에 플러스의 직류 전압이 인가되는 시간[고주파 전원(128)으로부터 인가되는 극성이 유지되는 시간]은 매우 짧다. 그리고, 전자와 비교해서 양자의 질량이 3자릿수 정도나 크고, 따라서 양자는 전자보다도 이동하기 어렵다. 그로 인해, 고주파 전원(128)으로부터 바이어스 전극(120)에 양자가 도달하기 전에, 당해 고주파 전원(128)의 극성이 전환되고, 한편 전자는 바로 이 바이어스 전극(120)에 도달하므로, 결과적으로 바이어스 전극(120)은 마이너스로 대전한 상태가 된다. 이렇게 해서 웨이퍼의 표면의 마이너스의 전하에 의해, 개질 영역(S1)에서의 정의 이온 구체적으로는 아르곤 이온이 웨이퍼(W)측으로 끌어 당겨진다.
이와 같이 바이어스 전극(120)과 웨이퍼(W) 사이의 정전 결합을 이용하는 경우에서도, 안테나(83)와 개질 영역(S1) 사이에 이미 설명한 패러데이 실드(95)를 배치해도 좋다. 이 경우에는, 안테나(83)의 접지측의 단자와, 바이어스 전극(120)[고주파 전원(128)]의 접지측의 단자는, 패러데이 실드(95)와 바이어스 전극(120)이 용량 결합되지 않도록, 서로 다른 경로로 접지된다. 또한, 패러데이 실드(95)로서는, 접지하는 것 대신에, 진공 용기(1)의 다른 도전 부재로부터 전기적으로 플로트(부유한) 상태가 되도록 유지해도 좋다.
이상의 예에 있어서, 도 21에 도시하는 바와 같이, 고주파 전원(128) 대신에, 마이너스의 직류 전원(129)을 사용해도 좋다.
또한, 이상 설명한 각 예에서는, 플라즈마 처리부(80)로서 안테나(83)를 권회하여 유도 결합형의 플라즈마(ICP:Inductively coupled plasma)를 발생시켰지만, 용량 결합형의 플라즈마(CCP:Capacitively Coupled Plasma)를 발생시키도록 해도 좋다. 이 경우에는, 도 22에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)에 대해 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측에, 한 쌍의 대향 전극(170, 170)이 배치된다.
또한, 바이어스 전극(120)의 폭 치수(t)에 대해서, 평면에서 보았을 때에 서로 인접하는 웨이퍼(W)끼리의 이격 치수(d)보다도 작게 하는 데 있어서, 이하와 같이 구성해도 좋다. 도 23은, 바이어스 전극(120)에 대해서, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)에 대해 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측에 이격한 위치에 배치하는 데 있어서, 당해 가스 노즐(34)과 평행하게 되도록 배치한 예를 나타내고 있다. 따라서, 바이어스 전극(120)은 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 신장하는 가상선과 교차하도록(상기 가상선과 평행하게 되지 않도록) 배치되어 있다.
도 24는, 바이어스 전극(120)에 대해서, 회전 테이블(2)의 중심측으로부터 외측 테두리측을 향함에 따라서, 평면에서 보았을 때에 대략 직경 확장하도록 배치한 예를 나타내고 있다. 즉, 서로 인접하는 웨이퍼(W)끼리의 이격 치수(d)는, 회전 테이블(2)의 회전 중심측 및 외측 테두리측에서는 비교적 크게 되어 있고, 이들 회전 중심과 외측 테두리 사이의 영역에서는 작게 되어 있다. 바꾸어 말하면, 상기 이격 치수(d)는, 평면에서 보았을 때에 5매의 웨이퍼(W)의 각각의 중심을 연결한 원을 지나는 위치에서 가장 작게 되고, 당해 위치로부터 회전 중심측 혹은 외주부측을 향할수록 크게 되어 있다. 따라서, 도 24에서는, 바이어스 전극(120)의 폭 치수(t)를 당해 바이어스 전극(120)의 길이 방향에 걸쳐 상기 이격 치수(d)보다 작게 설정하면서도, 외측 테두리측을 향함에 따라서 직경 확장하도록 형성하고 있다. 그로 인해, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 상기 외측 테두리측에서 중심측보다도 플라즈마 처리의 정도가 작게 되려고 해도, 회전 테이블(2)의 반경 방향에서의 플라즈마 처리의 정도를 균일하게 할 수 있다.
또한, 도 25는, 바이어스 전극(120)에 대해서, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측의 테두리부 및 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측의 테두리부를 각각 웨이퍼(W)의 외측 테두리를 따르도록 대략 원호 형상으로 형성한 예를 나타내고 있다. 라서, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)가 바이어스 전극(120)의 상방측 영역에 진입할 때 당해 영역으로부터 빠져나올 때의 모든 경우에 대해서도, 웨이퍼(W)의 외측 테두리부는 회전 테이블(2)의 반경 방향에 걸쳐 당해 플라즈마에 접촉한다. 그로 인해, 예를 들어 웨이퍼(W)의 단부에서 국소적으로 바이어스 전계가 가해지는 것을 억제할 수 있다. 이 들 24 및 도 25에 대해서도, 바이어스 전극(120)은, 평면에서 보았을 때에 서로 인접하는 2매의 웨이퍼(W)에 동시에 걸치지 않도록 형성되어 있다.
또한, 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼(W)의 적재 매수로서는, 이미 설명한 예에서는 5매로 설정한 예에 대해서 설명하였지만, 복수매 예를 들어 2매 이상이면 좋다. 그리고, 직경 치수를 어느 임의의 값으로 설정한 회전 테이블(2)에 웨이퍼(W)를 적재하는 데 있어서, 웨이퍼(W)의 적재 매수가 증가할수록, 서로 인접하는 웨이퍼(W)끼리의 이격 치수(d)가 작게 되어 가고, 따라서 서로 인접하는 2매의 웨이퍼(W)에 대해 동시에 바이어스 전계가 형성되기 쉬워진다. 한편, 웨이퍼(W)의 적재 매수가 증가할수록, 동시에 처리할 수 있는 웨이퍼(W)의 수량이 증가하여 스루풋의 향상에 연결되므로, 회전 테이블(2)에 적재하는 웨이퍼(W)의 매수로서는, 4매 이상이 바람직하다.
또한, 회전 테이블(2)의 중심측으로부터 외측 테두리측을 향하는 방향(반경 방향)에 있어서의 상기 바이어스 전극(120)의 길이 치수에 대해서, 웨이퍼(W)의 직경 치수(300㎜)보다도 길어지도록 형성함과 함께, 당해 웨이퍼(W)의 직경 부분과 겹치도록 배치하였지만, 이 직경 부분의 일부와만 겹치도록 배치해도 좋다. 즉, 예를 들어 웨이퍼(W)의 중앙부에만 이미 설명한 어스펙트비를 갖는 오목부가 형성되어 있는 경우에는, 회전 테이블(2)의 반경 부분에 있어서의 중앙부에만 대향하도록 바이어스 전극(120)을 배치해도 좋다.
여기서, 회전 테이블(2)의 하방측에 바이어스 전극(120)을 비접촉으로 배치하는 경우에서, 당해 바이어스 전극(120)이 바람직한 높이 위치에 대해서 설명한다. 회전 테이블(2)에 대해 바이어스 전극(120)을 이격시켜 배치하는 데 있어서, 회전 테이블(2)과 바이어스 전극(120)이 지나치게 이격하고 있으면, 비여기 영역(S2)에서 플라즈마(이상 방전)가 발생하게 될 우려가 있다. 따라서, 상기 이상 방전을 억제하기 위해서는, 회전 테이블(2)에 대해 바이어스 전극(120)을 가능한 한 근접시킨 쪽이 좋은 것은 당연하다. 그러나, 진공 용기(1) 내의 가열 온도에 따라서, 회전 테이블(2)의 열팽창량이 바뀌므로, 바이어스 전극(120)이 최적인 높이 위치는, 처리 레시피마다 제각각으로 된다고 할 수 있다. 또한, 예를 들어 진공 용기(1) 내의 진공도에 따라서, 상기 이상 방전의 일어나기 쉬움이 바뀐다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전 속도[회전 테이블(2)의 흔들리기 쉬움], 회전 테이블(2)의 하면의 가공 정밀도 등에 의해서도, 바이어스 전극(120)이 최적인 높이 위치가 다른 경우가 있다.
따라서, 바이어스 전극(120)에 대해서, 승강 가능하게 구성하는 것이 바람직하다. 도 26은, 이와 같은 예를 나타내고 있고, 유로 부재(127)는 진공 용기(1)의 하방측에 있어서 승강 기구(720)에 접속되어 있다. 도 26 중 부호 721은 유로 부재(127)와 진공 용기(1)의 저면 사이를 기밀하게 밀폐하기 위한 벨로즈이다. 또한, 바이어스 전극(120)의 상방측에 이미 설명한 절연 부재(122)를 설치하여, 당해 바이어스 전극(120)과 함께 승강 가능하게 구성해도 좋고, 혹은 바이어스 전극(120)의 표면에 예를 들어 석영 등의 절연재를 사용해서 코팅막을 형성해도 좋다.
이하의 표 1은, 회전 테이블(2)의 하면과 바이어스 전극(120)의 상면 사이의 이격 거리 및 바이어스 전극(120)에 공급하는 고주파 전력값을 다양하게 바꾸어, 이들 회전 테이블(2)과 바이어스 전극(120) 사이의 영역에서의 플라즈마의 발생 상태(전압)를 확인한 결과를 나타내고 있다. 표 1에 있어서, 옅은 회색을 띈 부위는 조건에 따라서는 비여기 영역(S2)에서 플라즈마가 발생한 결과, 짙은 회색을 띈 부위는 상기 영역(S2)에 플라즈마가 발생한 결과를 나타내고 있다. 또한, 백색(회색 이외의 장소)은, 영역(S2)에는 플라즈마가 발생하지 않았던 결과를 나타내고 있다.
Figure 112014011401028-pat00001
또한, 이 표 1의 실험에는, 안테나(83)에 공급하는 고주파 전력을 1500W로 설정함과 함께, 바이어스 전극(120)에는 주파수가 40㎒의 고주파 전원(129)을 접속하였다. 또한, 회전 테이블(2)의 하방측에 공급하는 가스로서는, Ar 가스와 O2 가스의 혼합 가스(Ar:700sccm, O2:70sccm)를 사용하였다.
이 결과, 회전 테이블(2)과 바이어스 전극(120) 사이의 이격 치수가 작을수록, 비여기 영역(S2)에서는 플라즈마가 발생하기 어려워지는 것을 알 수 있었다. 또한, 바이어스용의 고주파 전력값이 작게 될수록, 이상 방전이 억제되는 것을 알 수 있었다.
또한, 바이어스 전극(120)에 접속하는 고주파 전원(128)의 주파수에 대해서, 3.2㎒로 설정한 바, 이하의 표 2에 나타내는 바와 같이, 마찬가지의 결과가 얻어졌다.
Figure 112014011401028-pat00002
또한, 이와 같이 바이어스 전극(120)을 승강 가능하게 구성하는 데 있어서, 회전 테이블(2)과 바이어스 전극(120) 사이의 영역[비여기 영역(S2)]에 대해 불활성 가스를 도입함으로써, 당해 영역(S2)을 진공 용기(1)의 내부 분위기보다도 고압으로 해도 좋다. 또한, 도시하지 않은 진공 펌프로부터 신장하는 배기로를 당해 영역(S2)에서 개방시켜, 이 영역(S2)을 진공 용기(1)의 내부 영역보다도 저압으로 설정해도 좋다.
이상 설명한 실리콘 산화막을 성막하는 데 있어서 사용하는 제1 처리 가스로서는, 이하의 표 3의 화합물을 사용해도 좋다. 또한, 이하의 각 표에 있어서, 「원료 A 에어리어」란, 제1 처리 영역(P1)을 나타내고 있고, 「원료 B 에어리어」란, 제2 처리 영역(P2)을 나타내고 있다. 또한, 이하의 각 가스는 일례이며, 이미 설명한 가스에 대해서도 아울러 기재하고 있다.
Figure 112014011401028-pat00003
또한, 표 3의 제1 처리 가스를 산화하기 위한 제2 처리 가스로서는, 표 4의 화합물을 사용해도 좋다.
Figure 112014011401028-pat00004
또한, 이 표 4에 있어서의 「플라즈마+O2」나 「플라즈마+O3」이란, 예를 들어 제2 처리 가스 노즐(32)의 상방측에 이미 설명한 플라즈마 처리부(80)를 설치하여, 이들 산소 가스나 오존 가스를 플라즈마화하여 사용하는 것을 의미하고 있다.
또한, 이미 설명한 표 3의 화합물을 제1 처리 가스로서 사용함과 함께, 표 5의 화합물로 이루어지는 가스를 제2 처리 가스로서 사용하여, 실리콘 질화막(SiN막)을 형성해도 좋다.
Figure 112014011401028-pat00005
또한, 이 표 5에 있어서의 「플라즈마」에 대해서도, 표 4와 마찬가지로 「플라즈마」의 용어에 이어지는 각 가스를 플라즈마화하여 사용하는 것을 의미하고 있다.
또한, 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스로서 표 6의 화합물로 이루어지는 가스를 각각 사용하여, 탄화 실리콘(SiC)막을 성막해도 좋다.
Figure 112014011401028-pat00006
또한, 위에 예로 든 표 6의 제1 처리 가스를 사용하여, 실리콘막(Si막)을 성막해도 좋다. 즉, 이 경우에는 제2 처리 가스 노즐(32)이 설치되어 있지 않고, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)는, 제1 처리 영역(성막 영역)(P1)과 개질 영역(S1)을 분리 영역(D)을 개재하여 교대로 통과하게 된다. 그리고, 제1 처리 영역(P1)에서 웨이퍼(W)의 표면에 제1 처리 가스의 성분이 흡착되어 흡착층이 형성되면, 회전 테이블(2)에 의해 회전하는 동안에, 히터 유닛(7)의 열에 의해 웨이퍼(W)의 표면에서 흡착층이 열분해를 일으켜 수소나 염소 등의 불순물이 탈리되어 간다. 따라서, 흡착층의 열분해 반응에 의해 반응층(301)이 형성되어 간다.
그러나, 회전 테이블(2)이 연직축 주위로 회전하고 있는 점으로부터, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)을 통과한 후, 개질 영역(S1)에 이르기까지의 시간, 즉 흡착층으로부터 불순물을 배출하기 위한 시간은 매우 짧다. 그로 인해, 개질 영역(S1)에 도달하기 직전의 웨이퍼(W)의 반응층(301)에는, 여전히 불순물이 포함되어 있다. 따라서, 개질 영역(S1)에서 예를 들어 아르곤 가스의 플라즈마를 웨이퍼(W)에 공급함으로써, 반응층(301)으로부터 불순물이 제거되어, 양호한 막질의 반응층(301)이 얻어진다. 이렇게 해서 영역(P1, S1)을 교대로 통과시킴으로써, 반응층(301)이 다층 적층되어 실리콘막이 성막된다. 따라서, 본 발명에 있어서 「플라즈마 개질 처리」란, 반응층(301)으로부터 불순물을 제거하여 당해 반응층(301)의 개질을 행하는 처리 외에, 흡착층을 반응(열분해 반응)시키기 위한 처리도 포함된다.
실리콘막의 플라즈마 처리에 사용하는 플라즈마 발생용 가스로서는, 웨이퍼(W)에 대해 이온의 에너지를 부여하는 플라즈마를 발생시키는 가스가 사용되고, 구체적으로는 이미 설명한 아르곤 가스 외에, 헬륨(He) 가스 등의 희가스 혹은 수소 가스 등이 사용된다.
또한, 실리콘막을 형성하는 경우에는, 제2 처리 가스로서 표 7의 도프재를 사용하여, 붕소(B)나 인(P)을 당해 실리콘막에 도프해도 좋다.
Figure 112014011401028-pat00007
또한, 이하의 표 8에 나타내는 화합물로 이루어지는 가스를 제1 처리 가스로서 사용함과 함께, 이미 설명한 제2 처리 가스를 사용함으로써, 금속 산화막, 금속 질화막, 금속 탄화 막 혹은 High-k막(고유전율막)을 형성해도 좋다.
Figure 112014011401028-pat00008
또한, 플라즈마 개질용 가스 혹은 당해 플라즈마 개질용 가스와 함께 사용하는 플라즈마 이온 주입 가스로서는, 이하의 표 9의 화합물로 이루어지는 가스의 플라즈마를 사용해도 좋다.
Figure 112014011401028-pat00009
또한, 이 표 7에 있어서, 산소 원소(O)를 포함하는 플라즈마, 질소 원소(N)를 포함하는 플라즈마 및 탄소 원소(C)를 포함하는 플라즈마에 대해서는, 산화막, 질화막 및 탄화막을 성막하는 프로세스만큼 각각 사용해도 좋다.
또한, 이상 설명한 플라즈마 개질 처리는, 회전 테이블(2)이 회전할 때마다, 즉 반응층(301)을 성막할 때마다 행하였지만, 예를 들어 10 내지 100층의 반응층(301)을 적층할 때마다 행해도 좋다. 이 경우에는, 성막 개시 시에는 플라즈마 고주파 전원(85, 128)에의 급전을 정지해 두고, 회전 테이블(2)을 반응층(301)의 적층수분만큼 회전시킨 후, 노즐(31, 32)에의 가스의 공급을 정지함과 함께, 이들 플라즈마 고주파 전원(85, 128)에 대해 급전해서 플라즈마 개질을 행한다. 그 후, 다시 반응층(301)의 적층과 플라즈마 개질을 반복한다.
게다가 또한, 이미 박막이 형성된 웨이퍼(W)에 대해 플라즈마 개질 처리를 행해도 좋다. 이 경우에는, 진공 용기(1) 내에는, 각 가스 노즐(31, 32, 41, 42)은 설치되지 않고, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34), 회전 테이블(2) 및 바이어스 전극(120) 등이 배치된다. 이와 같이 진공 용기(1) 내로 플라즈마 개질 처리만을 행하는 경우라도, 바이어스 공간(S3)에 의해 오목부(10) 내에 플라즈마(이온)를 인입할 수 있으므로, 당해 오목부(10)의 깊이 방향에 걸쳐 균일한 플라즈마 개질 처리를 행할 수 있다.
게다가 또한, 웨이퍼(W)에 대해 행하는 플라즈마 처리로서는, 개질 처리 대신에, 처리 가스의 활성화를 행해도 좋다. 구체적으로는, 이미 설명한 제2 처리 가스 노즐(32)에 플라즈마 처리부(80)를 조합함과 함께, 당해 노즐(32)의 하방측에 바이어스 전극(120)을 배치해도 좋다. 이 경우에는, 노즐(32)로부터 토출하는 처리 가스(산소 가스)가 플라즈마 처리부(80)에서 활성화되어 플라즈마가 생성하고, 이 플라즈마가 웨이퍼(W)측으로 인입된다. 따라서, 오목부(10)의 깊이 방향에 걸쳐, 반응층(301)의 막 두께나 막질을 균일하게 할 수 있다.
이와 같이 처리 가스를 플라즈마화하는 경우라도, 처리 가스의 플라즈마화와 함께, 이미 설명한 플라즈마 개질 처리를 행해도 좋다. 또한, 처리 가스를 플라즈마화하는 구체적인 프로세스로서는, 이미 설명한 Si-O계의 박막의 성막 이외에도, 예를 들어 Si-N(질화실리콘)계의 박막에 적용해도 좋다. 이 Si-N계의 박막을 성막하는 경우에는, 제2 처리 가스로서 질소(N)를 포함하는 가스 예를 들어 암모니아(NH3) 가스가 사용된다.
본 발명은, 회전 테이블 상에서 각각 공전하고 있는 복수의 기판에 대해 플라즈마 처리를 행하는 데 있어서, 회전 테이블의 하방측에서 플라즈마 발생 영역에 대향하는 위치에, 이온 인입용의 바이어스 전극을 배치하고 있다. 그리고, 이 바이어스 전극에 대해서, 회전 테이블의 회전 중심측으로부터 외측 테두리측을 향하여 신장하도록 형성함과 함께, 상기 회전 테이블의 회전 방향에서의 폭 치수가 서로 인접하는 기판 적재 영역끼리의 이격 치수보다도 작게 되도록 형성하고 있다. 그로 인해, 서로 인접하는 2매의 기판에 대해 동시에 바이어스 전계가 가해지는 것을 억제하면서, 각각의 기판에 대해 플라즈마 중의 이온을 개별로 인입할 수 있다. 따라서, 기판 표면에 이미 설명한 큰 어스펙트비의 오목부가 형성되어 있어도, 오목부의 깊이 방향에 걸쳐 플라즈마 처리를 균질하게 행할 수 있음과 함께, 당해 플라즈마 처리의 정도를 면 내에 걸쳐 또한 복수의 기판 사이에 걸쳐 균일하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치 및 성막 방법에 의하면, 개질 처리와 기판의 반출 동작을 동시에 행함으로써, 복수의 기판의 성막 처리에 필요로 하는 합계 시간을 단축할 수 있다.
이상, 성막 장치와 성막 방법의 설명을 행해 온 것은 설명에 최선을 다하여 실시예의 이해를 촉진하고, 기술을 더욱 진척시키는 데 도움이 되도록 기재한 것이다. 따라서, 실시 형태에 나타낸 요건으로 성막 방법이 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시 형태에서의 예시는 그 장단점을 의미하는 것은 아니다. 성막 방법을 기재하였지만, 발명의 취지로부터 벗어나는 범위에서 다종 다양한 변경, 치환, 개변이 가능하다.
W : 웨이퍼
1 : 진공 용기
2 : 회전 테이블
P1, P2 : 처리 영역
S3 : 바이어스 공간
10 : 오목부
31, 32, 34 : 가스 노즐
80 : 플라즈마 처리부
83 : 안테나
95 : 패러데이 실드
120 : 바이어스 전극
85, 128 : 고주파 전원

Claims (9)

  1. 진공 용기 내에서 기판에 대해 플라즈마 처리를 행하기 위한 기판 처리 장치에 있어서,
    기판을 적재하기 위한 기판 적재 영역을 상기 진공 용기의 주위 방향을 따라서 복수 개소에 배치함과 함께 이들 기판 적재 영역을 각각 공전시키기 위한 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블의 회전에 수반하여 기판 상에 분자층 혹은 원자층을 순차 적층하여 박막을 형성하기 위해 상기 기판 적재 영역의 통과 영역에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리 가스 공급부에 대해 상기 회전 테이블의 회전 방향으로 이격해서 위치하고, 기판에 대해 상기 분자층 혹은 원자층의 개질 처리인 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마 발생 영역에 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 플라즈마 발생용 가스 공급부와,
    상기 플라즈마 발생용 가스에 에너지를 공급하여 당해 가스를 플라즈마화하기 위한 에너지 공급부와,
    상기 회전 테이블의 하방측에서 상기 플라즈마 발생 영역에 대향하도록 설치되고, 플라즈마 중의 이온을 기판 표면에 인입하기 위한 바이어스 전극과,
    상기 회전 테이블의 상방측에서 상기 바이어스 전극에 대향하도록 배치된 용량 결합용의 대향 전극과,
    상기 대향 전극 및 상기 바이어스 전극을 용량 결합시켜 기판에 바이어스 전위를 발생시키기 위해, 이들 전극의 사이에 고주파 전력을 공급하기 위한 바이어스용의 고주파 전원과,
    상기 진공 용기 내를 배기하기 위한 배기구를 구비하고,
    상기 바이어스 전극은, 상기 회전 테이블의 회전 중심측으로부터 외측 테두리측을 향하여 신장하도록 형성됨과 함께, 상기 회전 테이블의 회전 방향에서의 폭 치수가 서로 인접하는 기판 적재 영역끼리의 이격 치수보다도 작게 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    플라즈마 중의 이온을 상기 회전 테이블 상의 기판 표면에 인입하기 위한 바이어스 전위를 정전 유도에 의해 당해 기판에 발생시키기 위한 전원부를 구비한 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 공급부는, 플라즈마 발생 영역에 상기 플라즈마로서 유도 결합 플라즈마를 발생시키기 위해, 연직축 주위에 권회된 안테나와, 이 안테나에 접속된 플라즈마 발생용의 고주파 전원을 구비하고,
    대향 전극은, 상기 안테나와 상기 플라즈마 발생 영역 사이에 설치되고, 상기 안테나에 의해 형성되는 전자계의 전계를 차단하고, 자계를 통과시키기 위해, 상기 안테나의 주위 방향과 교차하도록 형성된 슬릿을 안테나의 주위 방향을 따라서 복수 배열한 도전판인 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 공급부는, 상기 플라즈마 발생 영역에 상기 플라즈마로서 용량 결합 플라즈마를 발생시키기 위해, 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 전극을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판 적재 영역은, 상기 회전 테이블 상에 4개소 이상 설치되고,
    서로 인접하는 기판 적재 영역끼리의 이격 치수는, 30㎜ 이상 120㎜ 이하인 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 전극을 승강시키기 위한 승강 기구를 구비한 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  9. 진공 용기 내에서 기판에 대해 성막 처리를 행하기 위한 성막 방법에 있어서,
    상기 진공 용기의 주위 방향을 따라서 회전 테이블 상에 복수 개소에 설치된 기판 적재 영역에, 표면에 오목부가 형성된 기판을 각각 적재하는 공정과,
    상기 회전 테이블을 회전시켜 이들 기판 적재 영역을 각각 공전시키는 공정과,
    상기 회전 테이블의 회전에 수반하여 기판 상에 분자층 혹은 원자층을 순차 적층하여 박막을 형성하기 위해 상기 기판 적재 영역의 통과 영역에 처리 가스를 공급하는 공정과,
    상기 회전 테이블을 회전시키면서, 상기 처리 가스의 공급 영역에 대해 회전 테이블의 회전 방향으로 이격한 플라즈마 발생 영역에 플라즈마 발생용 가스를 공급함과 함께, 이 플라즈마 발생용 가스를 플라즈마화하여, 플라즈마에 의해 상기 분자층 혹은 원자층의 개질 처리를 행하는 공정과,
    상기 회전 테이블의 하방측에서 상기 플라즈마 발생 영역에 대향하도록 설치된 바이어스 전극과, 상기 회전 테이블의 상방측에서 상기 바이어스 전극에 대향하도록 배치된 대향 전극 사이에 고주파 전력을 공급하여 이들 전극을 용량 결합시키며, 이에 의해 기판에 바이어스 전위를 발생시켜 플라즈마 중의 이온을 기판 표면에 인입하는 공정과,
    상기 진공 용기 내를 배기하는 공정을 포함하고,
    상기 인입하는 공정에서 사용되는 상기 바이어스 전극은, 상기 회전 테이블의 회전 중심측으로부터 외측 테두리측을 향하여 신장하도록 형성됨과 함께, 상기 회전 테이블의 회전 방향에서의 폭 치수가 서로 인접하는 기판 적재 영역끼리의 이격 치수보다도 작게 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
KR1020140013114A 2013-02-06 2014-02-05 기판 처리 장치 및 성막 방법 KR101654968B1 (ko)

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