KR101895658B1 - 성막 장치 - Google Patents

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다카히토 우메하라
마사유키 하세가와
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

성막 장치는, 진공 용기와, 상기 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블을 갖는다. 또한, 성막 장치는, 상기 회전 테이블의 일면측에, 상기 기판이 수용되도록 형성된 오목부와, 이 오목부 내에서 기판의 주연부보다도 중앙 부근의 부위를 지지하기 위한 적재부를 갖는다. 또한, 성막 장치는, 상기 회전 테이블의 회전에 의한 원심력에 의해 상기 오목부 내에서 상기 회전 테이블의 외주측에 치우친 가스를 배출하기 위해, 오목부의 중앙에서 볼 때 상기 회전 테이블의 중심과는 반대측의 오목부의 단부 영역에 있어서, 상기 오목부 내에 있어서의 적재부의 주위의 공간과 상기 회전 테이블의 외측의 공간을 연통하도록 당해 오목부의 벽부에 형성된 연통로와, 상기 진공 용기 내를 진공 배기하기 위한 배기구를 구비한다.

Description

성막 장치{FILM FORMING APPARATUS}
본 출원은, 2014년 5월 30일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2014-113029호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본 특허 출원 제2014-113029호의 전체 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은 진공 용기 내에서 회전 테이블을 회전시켜 회전 테이블 상의 기판을, 원료 가스의 공급 영역, 원료와 반응하는 반응 가스의 공급 영역을 순차적으로 통과시킴으로써 기판 상에 성막하는 성막 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판(이하 「웨이퍼」라 함)에 실리콘산화막(SiO2) 등의 박막을 성막하는 방법으로서, 소위 ALD(Atomic Layer Deposition)법이 알려져 있다. 이 ALD법을 실시하는 장치로서, 특허문헌 1에는, 진공 용기 내의 회전 테이블 상에 배치한 복수의 웨이퍼를 회전 테이블에 의해 공전시키고, 원료 가스가 공급되는 영역과, 원료 가스와 반응하는 반응 가스가 공급되는 영역을 순서대로 통과시키는 장치가 기재되어 있다. 회전 테이블 상에는, 각각의 웨이퍼를 떨어뜨려 보유 지지하기 위한 오목부가 배치되어 있고, 이 오목부는, 웨이퍼의 외측 테두리에 클리어런스를 형성하기 위해(웨이퍼를 착탈 가능하게 보유 지지하기 위해), 평면에서 보았을 때에 웨이퍼보다도 한층 더 커지도록 형성되어 있다.
웨이퍼는, 외부로부터의 반송 아암에 의해, 회전 테이블의 오목부 내에 전달된 직후에, 가열 시의 면내 온도의 불균일에 의해, 그 중앙부가 주연부보다도 융기되도록 휘고, 면내 온도의 균일성이 높아짐에 따라 상기 휨이 가라앉아 가는 것이 알려져 있다. 한편, 회전 테이블을 회전시키고 있으므로, 이 회전에 수반하는 원심력에 의해, 웨이퍼는 오목부 내에 있어서, 상기 클리어런스만큼 회전 테이블의 외주측으로 이동한다. 이와 같이 웨이퍼는, 휜 상태로부터 평탄한 상태로 복귀되려고 하면서 이동하므로, 그 주연부가 오목부 저면을 마찰하도록 하여 이동하게 되어, 파티클이 발생할 우려가 있다.
이로 인해 일본 특허 출원 공개 제2013-222948호 공보에서는, 상기 오목부의 저면에, 평면 형상이 웨이퍼보다 작은 웨이퍼의 적재대를 설치하는 구성이 제안되어 있다. 이 구성에 따르면, 웨이퍼의 주연부와 오목부 저면의 마찰이 억제되므로, 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은, 회전 테이블의 회전수가 높은 프로세스나, 처리 분위기의 압력이 높은 프로세스를 행하는 경우에, 웨이퍼의 주연부의 일부에 있어서, 국소적으로 막 두께가 커지는 현상이 발생한다고 하는 지식을 얻고 있다. 이 현상은, 웨이퍼가 원심력에 의해 회전 테이블의 외주측으로 이동하면, 웨이퍼의 외측 단부 테두리가 오목부의 내벽면에 가압되고, 적재대의 측면과 오목부의 내벽면 사이에 형성된 홈부의 상부가 부분적으로 웨이퍼에 의해 막아진 상태로 되고, 가스가 이 영역에 봉입되는 것에 기인하여 발생한다고 추정된다.
본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 진공 용기 내에서 회전 테이블을 회전시켜 회전 테이블 상의 기판에 성막 처리를 행하는 데 있어서, 기판에 있어서의 양호한 막 두께의 면내 균일성을 확보할 수 있는 성막 장치를 제공하는 데 있다.
이로 인해, 본 발명의 일 형태에 관한 성막 장치는, 진공 용기와, 상기 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블을 갖는다.
또한, 성막 장치는, 상기 회전 테이블의 일면측에, 상기 기판이 수용되도록 형성된 오목부와,
이 오목부 내에서 기판의 주연부보다도 중앙 부근의 부위를 지지하기 위한 적재부를 갖는다.
또한, 성막 장치는, 상기 회전 테이블의 회전에 의한 원심력에 의해 상기 오목부 내에서 상기 회전 테이블의 외주측에 치우친 가스를 배출하기 위해, 오목부의 중앙에서 볼 때 상기 회전 테이블의 중심과는 반대측의 오목부의 단부 영역에 있어서, 상기 오목부 내에 있어서의 적재부의 주위의 공간과 상기 회전 테이블의 외측의 공간을 연통하도록 당해 오목부의 벽부에 형성된 연통로와,
상기 진공 용기 내를 진공 배기하기 위한 배기구를 구비한다.
도 1은 본 발명의 성막 장치의 일례를 나타내는 종단 측면도.
도 2는 성막 장치의 횡단 평면도.
도 3은 성막 장치의 횡단 평면도.
도 4는 성막 장치의 내부의 일부를 도시하는 사시도.
도 5는 성막 장치의 회전 테이블의 일부를 도시하는 사시도.
도 6은 회전 테이블의 일부를 도시하는 종단 측면도.
도 7은 회전 테이블을 개략적으로 도시하는 평면도.
도 8은 회전 테이블의 일부를 도시하는 평면도.
도 9는 회전 테이블의 일부를 도시하는 평면도.
도 10은 회전 테이블의 작용을 나타내는 종단 측면도.
도 11은 회전 테이블의 작용을 나타내는 종단 측면도.
도 12는 성막 장치에 있어서의 가스의 흐름을 나타내는 평면도.
도 13은 회전 테이블의 작용을 나타내는 종단 측면도.
도 14는 회전 테이블의 작용을 나타내는 종단 측면도.
도 15는 회전 테이블의 다른 예를 나타내는 평면도.
도 16은 회전 테이블의 또 다른 예를 나타내는 평면도.
도 17은 회전 테이블의 다른 예의 작용을 나타내는 종단 측면도.
도 18은 회전 테이블의 또 다른 예를 나타내는 평면도.
도 19는 회전 테이블의 또 다른 예의 작용을 나타내는 종단 측면도.
도 20은 회전 테이블의 또 다른 예를 나타내는 종단 측면도.
도 21은 회전 테이블의 또 다른 예를 나타내는 종단 측면도.
도 22는 성막 장치의 다른 예를 나타내는 종단 측면도.
도 23은 회전 테이블의 또 다른 예를 나타내는 평면도.
도 24는 회전 테이블의 또 다른 예를 나타내는 종단 측면도.
도 25는 실시예 1의 결과를 나타내는 특성도.
도 26은 비교예 1의 결과를 나타내는 특성도.
도 27은 막 두께와 웨이퍼 상의 위치의 관계를 나타내는 특성도.
도 28은 막 두께의 면내 균일성을 나타내는 특성도.
도 29는 막 두께의 면내 균일성을 나타내는 특성도.
도 30은 막 두께의 면내 균일성을 나타내는 특성도.
(제1 실시 형태)
본 발명의 제1 실시 형태의 성막 장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 이 성막 장치는, 도 1∼도 4에 도시하는 바와 같이, 평면 형상이 대략 원형인 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되고, 당해 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 가짐과 함께 예를 들어 석영에 의해 구성된 회전 테이블(2)을 구비하고 있고, 웨이퍼(W)에 대해 성막 처리를 행하는 성막 장치로서 구성되어 있다.
진공 용기(1)는, 천장판(11) 및 용기 본체(12)를 구비하고 있고, 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 착탈할 수 있도록 구성되어 있다. 천장판(11)의 상면측에 있어서의 중앙부에는, 진공 용기(1) 내의 중심부 영역(C)에 있어서 서로 다른 처리 가스끼리가 혼합되는 것을 억제하기 위해, 질소(N2) 가스를 분리 가스로서 공급하기 위한 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있다.
진공 용기(1)의 저면부(14)의 상방측에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가열 기구인 히터 유닛(7)이 설치되어 있고, 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 성막 온도, 예를 들어 620℃로 가열하도록 되어 있다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 히터 유닛(7)의 측방측에 커버 부재(71a)가 설치되고, 또한 히터 유닛(7)의 상방측을 덮는 덮개 부재(7a)가 설치된다. 또한, 저면부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방측에 있어서, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이 둘레 방향에 걸쳐 복수 개소에 설치되어 있다.
회전 테이블(2)은, 중심부에서 개략 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있고, 이 코어부(21)의 하면에 접속됨과 함께 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)에 의해, 연직축 주위, 이 예에서는 시계 방향으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 회전축(22)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(회전 기구)(23)가 설치되고, 또한 회전축(22) 및 구동부(23)를 수납하는 케이스체(20)가 설치된다. 또한, 이 케이스체(20)에는, 회전 테이블(2)의 하방 영역에 질소 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 일면측(표면부)에는, 도 2∼도 5에 도시하는 바와 같이, 원판 형상(원형)의 실리콘에 의해 구성된 웨이퍼(W)를 떨어뜨려 보유 지지하기 위해, 원형의 오목부(24)가, 당해 회전 테이블(2)의 회전 방향(둘레 방향)을 따라 복수 개소, 예를 들어 6개소에 형성되어 있다. 각각의 오목부(24)는, 웨이퍼(W)의 외측 테두리와의 사이에 간극 영역(클리어런스)을 형성하기 위해, 평면에서 보았을 때에 웨이퍼(W)보다도 직경이 커지도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 웨이퍼(W)의 직경 치수 r 및 오목부(24)의 직경 치수 R은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 각각 예를 들어 300㎜ 및 302㎜로 되어 있다. 또한 회전 테이블(2)의 직경 치수는 예를 들어 1000㎜ 정도로 되어 있다. 도 4에 도시되는 바와 같이, 웨이퍼(W)를 하방측으로부터 밀어올려 승강시키기 위한, 예를 들어 3개의 승강 핀(도시하지 않음)이 돌출 함몰하는 관통 구멍(24a)이 형성된다. 이 관통 구멍(24a)에 대해서는 도 4 이외에서는 기재를 생략하고 있다.
각각의 오목부(24)의 내부에는, 도 4∼도 6에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 주연부보다도 중앙 부근의 부위를 지지하기 위한 적재부(25)가 설치되어 있다. 각각의 적재부(25)는, 편평한 원통 형상으로 되도록 구성됨과 함께, 상단부면이 수평면으로서 형성되어 있다. 이들 적재부(25)는, 웨이퍼(W)의 주연부를 둘레 방향에 걸쳐 오목부(24)의 저면으로부터 부상시키기 위해, 평면에서 보았을 때에 웨이퍼(W)보다도 작은 원 형상으로 되도록 형성되어 있고, 예를 들어 평면에서 보았을 때에 적재부(25)의 중심과, 오목부(24)의 중심은 겹치도록 구성되어 있다. 이와 같이 하여 오목부(24)의 내벽면과 적재부(25)의 외벽면 사이에는, 링 형상의 홈부(26)가 형성되어 있다고 할 수 있다.
적재부(25)의 높이 치수 h는, 0.1㎜∼1.0㎜, 예를 들어 0.4㎜로 되어 있고, 이 예에서는, 적재부(25) 상에 웨이퍼(W)를 적재하면, 당해 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면의 높이 위치가 서로 맞추어지도록 설정되어 있다. 적재부(25)의 직경 치수 d는 예를 들어 297㎜이며, 이미 설명한 홈부(26)를 평면에서 보았을 때의 폭 치수[오목부(24)의 내벽면과 적재부(25)의 외벽면 사이의 치수]를 「폭 치수 L1」이라고 하면, 폭 치수 L1은 예를 들어 3㎜로 되어 있다. 또한, 도 6 등에서는, 폭 치수 L1이나 높이 치수 h에 대해 과장하여 크게 묘화하고 있다.
또한 오목부(24)의 벽부에는, 오목부(24) 내에 있어서의 적재부(25)의 주위의 공간과 회전 테이블(2)의 외측의 공간을 연통하도록 연통로가 형성되고, 이 예에서는 협폭의 슬릿(27)으로 이루어지는 연통로가 복수개 형성되어 있다. 상기 복수개의 슬릿[27(271∼275)]은, 오목부(24)의 중앙에서 볼 때 회전 테이블(2)의 중심과는 반대측의 오목부(24)의 단부 영역에 형성되어 있다. 이 단부 영역에 대해 도 7∼도 9를 사용하여 설명한다. 회전 테이블(2)의 회전 중심 O1과, 오목부(24)의 중심 O2를 연결하는 직선 A가 회전 테이블(2)의 외주와 교차하는 점을 P로 하면, 단부 영역은, 상기 중심 O2로부터 점 P에 대해 좌측으로 30도의 개방각을 형성하는 직선 S1과, 상기 중심 O2로부터 점 P에 대해 우측으로 30도의 개방각을 형성하는 직선 S2 사이의 영역이다. 또한 도 8은 웨이퍼(W)가 적재부(25)에 전달되었을 때의 모습을 나타내고, 도 9는 회전 테이블(2)의 회전에 수반하여, 웨이퍼(W)가 원심력에 의해 회전 테이블(2)의 외주측으로 이동하였을 때의 모습을 나타내고 있다. 이 예에서는, 웨이퍼(W)는 적재부(25)에 대해, 노치(N)가 상기 단부 영역, 예를 들어 점 P에 면하는 방향으로 되도록 전달된다.
도 5∼도 9에 도시하는 바와 같이, 상기 슬릿(271∼275)은, 오목부(24)의 홈부(26)와, 오목부(24)보다도 회전 테이블(2)의 외주측의 표면 및 회전 테이블(2)의 외주측의 공간에 각각 연통되도록 형성되어 있다. 이들 슬릿(271∼275)은, 회전 테이블(2)의 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 배열되도록 형성되고, 예를 들어 회전 테이블(2)의 표면에, 오목부(24)의 내벽면으로부터 회전 테이블(2)의 외주에 이르는 길이의 절결을 형성함으로써 구성된다.
이 예에서는, 5개의 슬릿(271∼275)의 둘레 방향의 중앙의 슬릿(273)이, 회전 테이블(2)의 회전 중심 O1과, 오목부(24)의 중심 O2를 연결하는 직선 A 상에 위치하도록 형성되어 있다. 그리고 이 슬릿(273)을 중심으로 하여 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측에 2개의 슬릿(271, 272)이 형성됨과 함께, 상기 슬릿(273)을 중심으로 하여 회전 테이블(2)의 회전 방향의 하류측에 2개의 슬릿(274, 275)이 형성되어 있다. 이들 슬릿(271∼275)은, 도 9에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 각각의 슬릿의 폭(둘레 방향의 크기)의 중심과 오목부(24)의 중심 O2를 연결하는 직선 A1, A2, A, A4, A5를 그렸을 때에, 인접하는 직선끼리가 이루는 각 θ가 각각 동일해지도록 방사상으로 형성되고, 이 예에서는 이루는 각 θ는 예를 들어 10도로 설정되어 있다. 또한 각 슬릿(271∼275)은, 예를 들어 그 길이 방향(직경 방향)을 따라 동일한 폭으로 형성됨과 함께, 5개의 슬릿(271∼275)의 폭 L2는 서로 맞추어지도록 설정되어 있다. 슬릿(271∼275)의 크기의 일례를 들면, 상기 폭 L2는 2㎜∼10㎜, 예를 들어 6㎜이다.
상술한 예에서는, 슬릿(271∼275)으로 이루어지는 복수의 연통로가 상기 단부 영역에 형성되어 있지만, 당해 단부 영역에만 연통로가 형성되어 있는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어 복수의 연통로(슬릿)를 형성한 경우에, 그 중 하나가 상기 단부 영역에 형성되고, 다른 연통로가 당해 단부 영역으로부터 벗어난 영역에 형성되어 있는 경우라도, 본 발명의 범위에 당연히 포함된다.
계속하여 성막 장치의 각 부의 설명으로 되돌아간다. 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 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 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 방사상으로 배치되어 있다. 이 예에서는, 후술하는 반송구(15)에서 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. 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 상방측에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 후술하는 플라즈마 발생부(80)가 설치되어 있다. 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 2 및 도 4는 플라즈마 발생부(80) 및 후술하는 하우징(90)을 제거한 상태, 도 3은 이들 플라즈마 발생부(80) 및 하우징(90)을 장착한 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, 실리콘(Si)을 포함하는 원료 가스, 예를 들어 3DMAS(Tris(dimethylamino) silane:SiH[N(CH3)2]3) 등의 공급원에 접속되어 있다. 제2 처리 가스 노즐(32)은, 원료 가스와 반응하는 반응 가스인 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(N2) 가스의 가스 공급원에 각각 접속되어 있다. 이들 가스 노즐(31, 32, 34, 41, 42)의 예를 들어 하면측에는, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 복수 개소에 가스 토출 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
처리 가스 노즐(31, 32)의 하방 영역은, 각각 제1 처리 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1) 및 웨이퍼(W)에 흡착된 제1 처리 가스의 성분과 제2 처리 가스를 반응시키기 위한 제2 처리 영역(P2)으로 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. 이 분리 영역(D)에 있어서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는, 도 2∼도 4에 도시하는 바와 같이, 개략 부채형의 볼록 형상부(4)가 형성되어 있고, 분리 가스 노즐(41, 42)은, 이 볼록 형상부(4) 내에 수용되어 있다. 이와 같이 하여 분리 가스 노즐(41, 42)에 있어서의 회전 테이블(2)의 둘레 방향 양측에는, 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위해, 상기 볼록 형상부(4)의 하면인 낮은 천장면이 배치되고, 이 천장면의 상기 둘레 방향 양측에는, 당해 천장면보다도 높은 천장면이 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 대향함과 함께 용기 본체(12)에 대해 약간 이격하도록, L자형으로 굴곡되어 있다.
상기 플라즈마 발생부(80)는, 금속선으로 이루어지는 안테나(83)를 코일 형상으로 권회하여 구성되고, 이 안테나(83)는, 정합기(84)를 통해 주파수가 예를 들어 13.56㎒ 및 출력 전력이 예를 들어 5000W인 고주파 전원(85)에 접속되어 있다. 또한 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 상방측에 있어서의 천장판(11)은, 평면적으로 보았을 때에 개략 부채형으로 개방됨과 함께, 예를 들어 석영 등으로 이루어지는 하우징(90)에 의해 기밀하게 막아져 있고, 이 하우징(90)의 내측에 상기 안테나(83)가 수납되어 있다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 플라즈마 발생부(80)와 정합기(84) 및 고주파 전원(85)을 전기적으로 접속하기 위한 접속 전극이 형성되고, 또한 하우징(90)의 하방 영역에의 N2 가스나 O3 가스 등의 침입을 저지하기 위한 가스 규제용의 돌기부(92)가 형성된다.
하우징(90)과 안테나(83) 사이에는, 도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 상면측이 개방되는 도전성 재료에 의해 이루어지는 개략 상자형이며, 접지된 패러데이 실드(95)가 배치되어 있다. 이 패러데이 실드(95)의 저면에는, 안테나(83)에 있어서 발생하는 전계 및 자계(전자계) 중 자계를 웨이퍼(W)에 도달시킴과 함께, 전계 성분이 하방을 향하는 것을 저지하기 위해, 슬릿(97)이 형성되어 있다. 패러데이 실드(95)와 안테나(83) 사이에는, 예를 들어 석영으로 이루어지는 절연판(94)이 개재하고 있다.
회전 테이블(2)의 외주보다도 외측 위치에는, 링 형상의 사이드 링(100)이 배치되어 있고, 이 사이드 링(100)의 상면에는, 서로 둘레 방향으로 이격함과 함께, 각각 진공 용기(1) 내에 개방되는 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)가 형성되어 있다. 제1 배기구(61)는, 제1 처리 가스 노즐(31)과, 당해 제1 처리 가스 노즐(31)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측에 있어서의 분리 영역(D) 사이에 있어서, 당해 분리 영역(D)측에 치우친 위치에 형성되어 있다. 제2 배기구(62)는, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)과, 당해 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측에 있어서의 분리 영역(D) 사이에 있어서, 당해 분리 영역(D)측에 치우친 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 가스에 더하여, 플라즈마 발생용 가스를 배기하기 위한 것이다. 그리고, 하우징(90)의 외측 테두리측에 있어서의 사이드 링(100)의 상면에는, 가스를 제2 배기구(62)에 통류시키기 위한 홈 형상의 가스 유로(101)가 형성되어 있다. 이들 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 각각 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(65)가 개재 설치된 배기관(63)에 의해, 진공 배기 기구인, 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다.
천장판(11)의 하면에 있어서의 중앙부에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 볼록 형상부(4)에 있어서의 중심부 영역(C)측의 부위와 연속하여 둘레 방향에 걸쳐 개략 링 형상으로 형성됨과 함께, 그 하면이 볼록 형상부(4)의 하면과 동일한 높이로 형성된 돌출부(5)가 형성되어 있다. 이 돌출부(5)보다도 회전 테이블(2)의 회전 중심측에 있어서의 코어부(21)의 상방측에는, 중심부 영역(C)에 있어서 제1 처리 가스와 제2 처리 가스가 서로 혼합되는 것을 억제하기 위한 래비린스 구조부(110)가 배치되어 있다.
진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이 도시하지 않은 외부의 반송 아암과 회전 테이블(2) 사이에 있어서 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있고, 이 반송구(15)는 게이트 밸브(G)로부터 기밀하게 개폐 가능하게 구성되어 있다. 또한 이 반송구(15)를 면하는 위치에 있어서의 회전 테이블(2)의 하방측에는, 회전 테이블(2)의 관통구(24a)를 통해 웨이퍼(W)를 이면측으로부터 들어 올리기 위한 도시하지 않은 승강 핀이 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 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(121)로부터 제어부(120) 내에 인스톨된다.
다음으로 상술한 실시 형태의 작용에 대해 설명한다. 회전 테이블(2)은, 당해 회전 테이블(2) 상에 적재되는 웨이퍼(W)가 성막 온도, 예를 들어 620℃ 정도로 되도록, 히터 유닛(7)에 의해 이미 가열되어 있다. 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 6매의 웨이퍼(W)를 적재한다. 이들 웨이퍼(W)는, 도 8 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 오목부(24)의 중앙 위치에 각각 적재된다.
이어서 게이트 밸브(G)를 폐쇄하고, 진공 펌프(64)에 의해 진공의 상태로 함과 함께, 회전 테이블(2)을 20rpm∼240rpm, 예를 들어 180rpm으로 시계 방향으로 회전시킨다. 각각의 웨이퍼(W)는, 도 9 및 도 11에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 회전에 의한 원심력에 의해, 오목부(24) 내에 있어서 당해 회전 테이블(2)의 외주측에 치우쳐, 웨이퍼(W)의 외측 단부 테두리가 오목부(24)의 측벽(내벽면)에 접촉한 상태로 된다. 이와 같이 웨이퍼가 오목부(24)에 접촉하였을 때, 웨이퍼(W)의 외측 단부 테두리에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 오목부(24)의 중앙측에서 볼 때 회전 테이블(2)의 중심 O1에 가까운 부위가 가장 오목부(24)와의 간극이 커지고, 적재부(25)로부터 웨이퍼(W)의 외측 단부 테두리가 돌출되는 길이 치수 t가 작아진다. 이 예에서는 길이 치수 t는 1∼2㎜ 정도로 되도록 설정되어 있다(도 11 참조).
여기서 회전 테이블(2)을 정지 상태로부터 회전시키면, 각각의 웨이퍼(W)는 정지한 상태로 있으려고 하므로, 당해 회전 테이블(2)의 회전 방향 후방측[회전 테이블(2)의 진행 방향과는 반대 방향]으로 이동하려고 한다. 그러나 이미 설명한 바와 같이 웨이퍼(W)의 외측 단부 테두리가 오목부(24)의 내벽면에 접촉하도록, 상기 원심력에 의해 웨이퍼(W)가 말하자면 압박되므로, 오목부(24) 및 원심력에 의해 회전 테이블(2)의 회전 방향에 있어서의 웨이퍼(W)의 위치가 규제된다. 이에 의해 웨이퍼(W)는 노치(N)와 점 P의 둘레 방향에 있어서의 상대적인 위치 관계가 거의 바뀌지 않는 상태에서 이동한다.
그리고 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 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스를 소정의 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 73)으로부터도 질소 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 그리고 압력 조정부(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력인 133㎩∼1333㎩, 예를 들어 1260㎩(9.5Torr)의 압력으로 조정함과 함께, 플라즈마 발생부(80)에 대해 고주파 전력을 공급한다.
이와 같이 하여 웨이퍼(W)의 표면에서는, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 제1 처리 영역(P1)에 있어서 제1 처리 가스(원료 가스)가 흡착되고, 이어서 제2 처리 영역(P2)에 있어서 웨이퍼(W) 상에 흡착된 제1 처리 가스(원료 가스)와 제2 처리 가스(반응 가스)의 반응이 일어나고, 박막 성분인 실리콘산화막(SiO2)의 분자층이 1층 혹은 복수층 형성되어 반응 생성물이 형성된다. 한편, 플라즈마 발생부(80)의 하방측에서는, 고주파 전원(85)으로부터 공급되는 고주파 전력에 의해 발생한 전계 및 자계 중, 자계만이 패러데이 실드(95)의 슬릿(97)을 통과하여 진공 용기(1) 내에 도달한다. 따라서, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)로부터 토출된 플라즈마 발생용 가스는, 상기 자계에 의해 활성화되어, 예를 들어 이온이나 래디컬 등의 플라즈마(활성종)가 생성되고, 이 플라즈마에 의해 반응 생성물의 개질 처리가 행해진다. 구체적으로는 플라즈마가 웨이퍼(W)의 표면에 충돌함으로써, 예를 들어 반응 생성물로부터의 불순물의 방출이나, 반응 생성물 내의 원소의 재배열에 의한 치밀화(고밀도화)가 도모된다. 이와 같이 하여 회전 테이블(2)의 회전을 계속함으로써, 웨이퍼(W) 표면에의 제1 처리 가스의 흡착, 웨이퍼(W) 표면에 흡착된 제1 처리 가스의 성분의 반응 및 반응 생성물의 플라즈마 개질이 이 순서로 다수회에 걸쳐 행해지고, 반응 생성물이 적층되어 박막이 형성된다.
도 12는 진공 용기(11)의 횡단면도이며, 이 성막 처리 시의 각 부의 가스류를 화살표로 나타내고 있다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2) 사이의 2개의 분리 영역(D)에 각각 분리 가스를 공급하고 있으므로, 제1 처리 가스와 제2 처리 가스의 혼합이 저지되도록, 제1 처리 가스, 제2 처리 가스 및 분리 가스가 제1 및 제2 배기구(61, 62)측으로 각각 흐르고, 배기된다. 또한 회전 테이블(2)의 하방측에 퍼지 가스를 공급하고 있으므로, 회전 테이블(2)의 하방측에 확산하려고 하는 가스는, 상기 퍼지 가스에 의해 제1 및 제2 배기구(61, 62)측으로 되밀린다.
계속하여 웨이퍼에 대해 공급되는 제1 및 제2 처리 가스에 대해 설명한다. 웨이퍼(W)에 대해 공급되는 각 처리 가스는, 도 13 및 도 14에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 외측 단부 테두리와 오목부(24)의 내벽면 사이의 간극을 통해 웨이퍼(W)의 이면측의 영역[홈부(26)]에 돌아 들어가려고 한다. 그리고 홈부(26) 내의 가스의 거동에 대해서는 다음과 같이 추측된다. 우선 슬릿(27)을 형성하지 않는 경우에 대해서는, 다음과 같이 파악하고 있다. 이미 설명한 바와 같이, 웨이퍼(W)는 회전 테이블(2)의 회전에 수반하는 원심력에 의해, 웨이퍼(W)의 외측 단부 테두리가 오목부(24)의 내벽면에 가압되고, 도 13에 도시하는 바와 같이, 홈부(26)의 상면이 웨이퍼(W)에 의해 막아진 상태로 된다. 그리고 회전 테이블(2)의 회전수가 180rpm 정도로 크면, 회전의 원심력에 의해, 처리 가스는 오목부(24)의 홈부(26) 내를 회전 테이블(2)의 외주측에 치우쳐 간다. 이와 같이 오목부(24) 내에 있어서 처리 가스가 치우쳐 가는 영역은, 웨이퍼(W)에 의해 상면이 막아진 영역이므로, 처리 가스가 유출되어 가기 어렵고, 이 영역에 처리 가스가 저류되게 된다. 또한 처리 분위기의 압력이 1.26㎪(9.5Torr) 정도로 높은 경우에는, 진공 용기(1) 내에 공급되는 처리 가스의 양이 많다는 것이므로, 결과적으로 회전 테이블(2)의 외주측, 즉, 오목부(24)의 내벽면에 가압된 웨이퍼(W)의 외측 단부 테두리의 하면 근방에 저류되는 가스의 양이 많아진다.
이와 같이 상기 웨이퍼(W)의 하면 근방에 저류되는 가스는, 도 9 및 도 13에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 외측 단부 테두리가 오목부(24)의 내벽면에 접촉하고 있는 부위의 양측에 있어서의 웨이퍼(W)와 오목부(24)의 내벽면 사이의 간극 c1, c2로부터 회전 테이블(2)의 표면측으로 유출되어 간다. 한편, 제2 처리 가스 노즐(32)과, 이 처리 가스 노즐(32)의 하류측의 분리 영역(D) 사이에 있어서는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 제2 배기구(62)를 향해, 즉, 회전 방향 하류측을 향해 가스가 통류해 간다. 이로 인해, 상기 웨이퍼(W)의 양측의 간극 c1, c2로부터 유출된 가스는, 회전 테이블(2)의 표면측에 말려 올라가고, 배기구(62)를 향해 흘러가지만, 상기 간극 c1, c2로부터는, 배기구(62)에 가까운 간극 c2로부터 보다 처리 가스가 유출되기 쉽다고 생각된다. 그리고 간극 c2를 통해 회전 테이블(2)의 표면측에 말려 올라간 가스 상을 웨이퍼(W)가 통과하므로, 간극 c2로부터 유출된 가스가 당해 간극 c2에서 볼 때 회전 방향 상류측의 웨이퍼(W) 표면에 부착된다고 추정된다.
또한, 이미 설명한 바와 같이 노치(N)가 오목부(24)의 회전 테이블(2)의 외주측에 위치하는 경우에는, 노치(N)로부터도 처리 가스가 유출되고, 웨이퍼(W)의 표면에 부착된다. 이러한 것이 아울러, 웨이퍼(W)의 회전 테이블(2)의 외주에 가까운 부위[이 예에서는 노치(N) 근방]에 공급되는 가스량이 많아지고, 당해 부위의 막 두께가 다른 영역보다도 국소적으로 커지는 것으로 추정된다. 또한 노치(N)의 위치가, 예를 들어 오목부(24)에 있어서의 회전 테이블(2)의 중심측으로 설정되어 있는 경우라도, 웨이퍼(W)의 회전 테이블(2)의 외주에 가까운 부위에 있어서는, 막 두께가 커지는 정도는 작아지지만, 역시 다른 부위보다도 두꺼워지는 것은 확인하고 있다.
한편, 회전 테이블(2)에 슬릿(271∼275)을 형성한 경우에는, 다음과 같이 추정된다. 즉, 슬릿(271∼275)의 외측에 형성된 제1 및 제2 배기구(61, 62)를 통해 진공 용기(1) 내가 배기되고 있으므로, 도 14에 도시하는 바와 같이, 오목부(24) 내에 있어서 회전 테이블(2)의 외주측에 치우쳐 온 가스가 이 슬릿(27)을 통해, 오목부(24)보다도 회전 테이블(2)의 외주측에 배기되어 간다. 슬릿(271∼275)은 회전 테이블(2)의 표면에도 개방되어 있지만, 회전 테이블(2)의 외주측으로부터 배기되고 있으므로, 오목부(24) 내의 가스의 대부분은 회전 테이블(2)의 측방을 통해 배기구(61, 62)를 향해 흘러 간다. 이에 의해 회전 테이블(2)의 웨이퍼(W)의 적재 영역에 유입되는 가스의 양이 극히 적어지므로, 웨이퍼(W)의 주연부의 일부에 집중하여 처리 가스가 공급되는 상태가 억제된다. 이와 같이 하여 웨이퍼(W)의 주연부의 어느 부위에 있어서, 국소적으로 막 두께가 다른 영역보다도 커지는 것과 같은 현상의 발생이 억제된다.
상술한 실시 형태에 따르면, 오목부(24)의 회전 테이블(2)의 외주측에 치우친 위치에 있어서, 오목부(24) 내의 홈부(26)와 회전 테이블(2)의 외측의 공간을 연통하도록, 오목부(24)의 벽부에 연통로[슬릿(27)]를 형성하고 있다. 이로 인해 회전 테이블(2)의 회전에 의한 원심력에 의해, 오목부(24) 내에 있어서 회전 테이블(2)의 외주측에 치우친 가스가, 이 슬릿(27)을 통해 빠르게 배출된다. 이에 의해 회전 테이블(2)의 회전수가 크고, 처리 압력이 높은 프로세스이며, 오목부(24) 내의 회전 테이블(2)의 외주측에 다량의 처리 가스가 치우쳐 가기 쉬운 상태라도, 오목부(24) 내에 처리 가스가 저류되지 않고 회전 테이블(2)의 외측을 향해 유출되어 간다.
이와 같이 웨이퍼(W)의 이면측에 돌아 들어간 처리 가스가, 웨이퍼(W) 표면에는 도달하지 않고 배기되어 가므로, 웨이퍼(W)의 주연부에 있어서 국소적으로 가스의 공급량이 많아지는 일이 없고, 막 두께가 커지는 부위의 발생이 억제되어 양호한 막 두께의 면내 균일성이 얻어진다. 또한 회전 테이블(2)의 회전수가 크고, 처리 압력이 높은 프로세스 이외라도, 즉, 회전 테이블(2)의 회전수가 120rpm 정도, 처리 압력이 0.89㎪(6.7Torr) 정도인 프로세스를 행하는 경우라도, 양호한 막 두께의 면내 균일성이 얻어지는 것이 확인되고 있다. 따라서 본 발명과 같이 오목부(24)에 연통로를 형성하여 오목부(24) 내의 가스를 회전 테이블(2)의 외측에 배출하는 구성은, 다양한 프로세스 조건에 있어서, 양호한 막 두께의 면내 균일성이 얻어지는 처리를 행할 수 있다. 이에 의해 1대의 성막 장치에 있어서 실시할 수 있는 프로세스의 폭이 커져, 장치의 범용성이 높아진다.
또한 이미 설명한 바와 같이 복수의 슬릿(271∼275)을 형성함으로써, 오목부(24) 내의 가스가 복수의 슬릿(271∼275)으로부터 분산되어 배출되고, 각 슬릿(271∼275)을 통해 배출되는 가스의 양이 고르게 된다. 이로 인해 슬릿으로부터 가스가 배출될 때에, 보다 웨이퍼(W) 표면에 가스가 말려 올라가기 어려워지고, 국소적으로 막 두께가 커지는 부위의 발생이 억제되므로, 복수개의 연통로를 형성하는 구성은 한층 더 바람직하다.
이 예에서는, 슬릿(27)은 오목부(24)의 중심 O2로부터 상기 점 P에 대해 좌우로 30도씩의 개방각을 각각 형성하는 직선 S1, S2의 사이의 단부 영역에 형성되어 있지만, 회전 테이블(2)의 회전에 수반하는 원심력에 의해, 당해 단부 영역 근방의 홈부(26) 내에 처리 가스가 저류되기 쉬우므로, 이 영역에 슬릿(27)을 형성함으로써, 확실하고 또한 빠르게 가스가 배출된다. 또한 슬릿(27)을 오목부(24)의 내벽면(측벽)에 형성하고, 배기구(61, 62)를 평면적으로 볼 때 회전 테이블(2)의 외주보다도 외측 위치에서 진공 용기(1) 내에 개방되도록 형성하고 있다. 이로 인해 오목부(24) 내의 가스는, 회전 테이블(2)의 측방으로 빠져 나가기 쉽고, 웨이퍼(W)의 표면측에의 가스의 말려 올라감을 확실하게 억제할 수 있다.
이미 설명한 바와 같이 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측의 간극 c2로부터 유출되는 가스가 웨이퍼(W) 표면에 부착되어, 막 두께가 국소적으로 커진다고 생각되므로, 연통로는, 적어도 오목부(24)의 중심 O2와 회전 테이블(2)의 회전 중심 O1을 연결하는 직선 A에서 볼 때 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측에 배치되어 있으면 된다. 연통로가 이 영역에 형성되면, 오목부(24) 내의 가스가 연통로를 통해, 상기 직선 A보다도 상기 회전 방향의 상류측으로부터 회전 테이블(2)의 외측에 배출되므로, 상기 간극 c2로부터의 가스의 유출이 억제되어, 웨이퍼 표면에의 국소적인 공급을 방지할 수 있기 때문이다. 이로 인해 도 15에 도시하는 바와 같이, 상기 직선 A 상에 형성된 슬릿(273)과, 당해 슬릿(273)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측에 형성된 슬릿(274, 275)을 구비하는 구성이라도, 양호한 막 두께의 면내 균일성을 확보할 수 있다.
(제2 실시 형태)
계속하여 본 발명의 다른 실시 형태에 대해 도 16 및 도 17을 사용하여 설명한다. 이 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 점은, 협폭의 복수개의 슬릿 대신에, 회전 테이블(2)의 오목부(24)의 중앙에서 볼 때 회전 테이블(2)의 중심 O1과는 반대측의 오목부(24)의 단부 영역에, 폭이 큰 절결부(28)로 이루어지는 연통로를 형성한 것이다. 이 절결부(28)는, 오목부(24)의 홈부(26)와, 회전 테이블(2)의 외주측의 표면측 및 측방측의 공간을 연통하도록 오목부(24)의 벽부에 형성되어 있다. 그 밖의 구성은 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 이 구성에 있어서도, 오목부(24) 내에 있어서 회전 테이블(2)의 외주측에 치우친 가스가 절결부(28)를 통해 회전 테이블(2)의 외측에 배출되므로, 상기 간극 c2로부터 회전 테이블(2)의 표면측에의 가스의 유출이 억제되고, 결과적으로 양호한 막 두께의 면내 균일성을 확보할 수 있다.
또한 도 16에 도시하는 절결부(28)의 폭(둘레 방향의 길이)을 더욱 크게 하여, 도 18 및 도 19에 도시하는 형상의 절결부(281)를 연통로로 해도 된다. 이 구성은, 절결부(281)의 폭이 큰 것 이외는, 도 16에 도시하는 절결부(28)를 구비한 구성과 마찬가지이다. 이 절결부(281)는, 웨이퍼(W)가 회전 테이블(2)의 외측으로 튀어나오지 않도록, 평면적으로 보았을 때에, 절결부(281)의 폭이 웨이퍼(W)의 직경보다도 작아지도록 형성되어 있다. 이 예에서는, 절결부(281)가, 상기 직선 S1, S2의 사이의 단부 영역을 포함하고, 당해 단부 영역보다도 크게 형성되어 있지만, 이 경우도 본 발명의 범위에 포함된다.
또한 연통로는, 도 20에 도시하는 바와 같이 구성하도록 해도 된다. 이 예는, 회전 테이블(2)의 오목부(24)의 중앙에서 볼 때 회전 테이블(2)의 중심 O1과는 반대측의 오목부(24)의 단부 영역에, 오목부(24)의 측벽부(241)를 관통하는 대략 수평한 연통로(270)를 형성한 것이다. 이 연통로(270)는, 오목부(24)의 홈부(26)와, 회전 테이블(2)의 외주측의 측방측의 공간을 연통하도록 형성되어 있다. 그 밖의 구성은 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 이 구성에 있어서도, 오목부(24) 내에 있어서 회전 테이블(2)의 외주측에 치우친 가스가 연통로(270)를 통해 회전 테이블(2)의 외측에 배출되므로, 결과적으로 양호한 막 두께의 면내 균일성을 확보할 수 있다. 또한 연통로(270)의 일단부측을 회전 테이블(2)의 측방측에 개방시키는 대신, 연통로(270)를 L자형으로 굴곡시켜, 회전 테이블(2)의 표면측이나 하면측에 개방시키도록 해도 된다.
(제3 실시 형태)
계속하여 본 발명의 다른 실시 형태에 대해 도 21을 사용하여 설명한다. 이 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 점은, 연통로(29)를 오목부(24)의 측벽부에 형성하는 대신, 오목부(24)의 저부에 형성한 것이다. 이 연통로(29)는, 회전 테이블(2)의 오목부(24)의 중앙에서 볼 때 회전 테이블(2)의 중심 O1과는 반대측의 오목부(24)의 단부 영역에 있어서의, 오목부(24)의 홈부(26)의 저부(261)에 형성되어 있다. 연통로(29)는, 상기 홈부(26)와, 회전 테이블(2)의 외주측 근방의 하방측 공간을 연통하도록 형성되어 있다. 연통로(29)를 오목부(24)의 측벽부(241)가 아니라, 저부(261)에 형성한 점 이외의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
이와 같이 연통로(29)를 형성한 경우라도, 연통로(29)보다도, 회전 테이블(2)의 외주측의 측방에 배기구(61, 62)가 형성되어 있으므로, 오목부(24) 내의 가스는 연통로(29)를 통해 회전 테이블(2)의 하방측으로 흘러, 배기구(61, 62)에 의해 배출된다. 따라서 상기 간극 c2로부터 회전 테이블(2)의 표면측에의 가스의 유출이 억제되므로, 결과적으로 양호한 막 두께의 면내 균일성을 확보할 수 있다.
또한 도 22에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태의 배기구(61, 62)에 더하여, 또한 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서의, 연통로(29)의 통과 영역의 근방에 배기구(60)를 형성하여, 연통로(29)로부터 가스를 배출시키도록 해도 된다. 도 22 중 부호 631은 배기관, 부호 651은 압력 조정부, 부호 641은 진공 펌프이다.
또한 도 23에 도시하는 바와 같이, 적재부(251)에 있어서의, 회전 테이블(2)의 오목부(24)의 중앙에서 볼 때 회전 테이블(2)의 중심 O1과는 반대측의 영역을 오목부(24)의 중심 O2측에 평면에서 볼 때 우묵하게 들어가게 하고, 그 오목부의 저면에 연통로(291)를 형성해도 된다. 이 예에서는 홈부(262)는, 적재부(251)측에 일부가 파고들어간 형상을 이루고 있고, 당해 적재부(251)측에 우묵하게 들어간 영역의 저면에 연통로(291)가 형성되어 있다. 연통로(291)의 위치가 다른 것 이외는, 도 21 및 도 22의 구성과 마찬가지이다.
또한 본 발명은, 도 24에 도시하는 바와 같이, 원통 형상의 적재부(25) 대신 복수의 돌기부(252)를 형성하고, 이 위에 웨이퍼(W)를 지지시키도록 해도 된다. 이 경우에도, 제1 실시 형태, 제2 실시 형태, 제3 실시 형태의 연통로가 적용되고, 적재부(25) 대신 복수의 돌기부(252)가 형성되어 있는 점 이외는, 상술한 각각의 실시 형태와 마찬가지로 구성된다. 도 24는 제1 실시 형태의 슬릿(27)을 형성한 구성이며, 오목부(24) 내에 들어간 가스는, 돌기부(252)의 사이를 통과하여 회전 테이블(2)의 외주측으로 이동하고, 슬릿(27)으로부터 배출된다. 이로 인해 상기 간극 c2로부터 회전 테이블(2)의 표면측에의 가스의 유출이 억제되므로, 결과적으로 양호한 막 두께의 면내 균일성을 확보할 수 있다.
이상에 있어서, 본 발명의 오목부는, 오목부의 중심과 적재부의 중심이 일치하지 않고, 적재부의 중심이 오목부의 중심에 대해 예를 들어 회전 테이블의 외주측에 편심되어 있는 구성이어도 되고, 오목부 및 적재부의 평면 형상은 원형에 한정되는 것은 아니다. 또한 적재부에 정전 척을 설치하고, 회전 테이블의 회전 시에 있어서도 웨이퍼가 적재부로부터 이동하지 않고, 웨이퍼의 외측 단부 테두리가 오목부의 내벽에 접촉하지 않는 경우에도 적용된다. 또한 적재부에 적재된 웨이퍼의 표면과, 회전 테이블의 표면의 높이 위치는, 한쪽이 다른 쪽에 대해 높은 경우나 낮은 경우여도 된다.
또한 이상 설명한 성막 장치에 있어서의 성막 처리로서는, 이미 설명한 실리콘산화막 이외에도, 이하의 표 1의 좌란에 나타내는 반응 생성물을 성막해도 된다. 이 표 1에 있어서 반응 생성물의 우측에는, 각각의 성막 처리에 사용되는 각 처리 가스의 일례에 대해서도 병기하고 있고, 또한 실리콘산화막을 성막할 때에 사용되는 가스종에 대해서도 이미 설명한 각 가스와는 다른 예를 나타내고 있다.
Figure 112015050695511-pat00001
따라서, 플라즈마 발생용 가스에 대해서도, 반응 생성물의 종별에 따라 적절히 변경해도 된다.
또한, 이상 설명한 성막 장치로서는, 성막 처리와 함께 플라즈마 개질 처리를 행하는 예를 들었지만, 반드시 플라즈마 개질 처리를 행할 필요는 없고, 이 경우에는 예를 들어 플라즈마 발생부(80) 등, 개질 처리에 사용하는 구성 부재에 대해서는 설치할 필요는 없다.
이상의 각 예에서는, 회전 테이블(2)을 석영에 의해 구성한 예에 대해 설명하였지만, 석영 대신에, 카본(C), 탄화실리콘(SiC), 알루미늄(Al) 등에 의해 회전 테이블(2)을 구성해도 된다. 또한, 회전 테이블(2)을 연직축 주위로 회전시키는 데 있어서, 이미 설명한 각 예에서는 시계 방향으로 회전시키는 예에 대해 설명하였지만, 반시계 방향으로 회전시켜 이상 설명한 각 처리를 행하도록 해도 된다.
[실시예]
(평가 시험 1)
이미 설명한 도 1의 성막 장치를 사용하여, 6매의 모니터 웨이퍼(1∼6)에 대해, 상술한 성막 처리를 행하고, 엘립소미터를 사용하여 막 두께를 측정하였다. 성막 처리의 조건은, 웨이퍼 온도가 620℃, 처리 압력은 1.26㎪(9.5Torr), 회전 테이블(2)의 회전 속도를 180rpm으로 하였다(실시예 1). 이 결과를 도 25에 나타낸다. 도면 중 종축은 막 두께, 횡축은 웨이퍼 직경 상의 위치이며, 0㎜는 회전 테이블(2)의 중심 O1측의 위치, 300㎜는 회전 테이블(2)의 외주측의 위치를 각각 나타낸다. 이 예에서는 300㎜의 위치에 노치(N)가 형성되어 있다. 실제로는 6매의 웨이퍼에 대해 막 두께를 측정하였지만, 그 중의 가장 막 두께의 면내 균일성이 양호한 웨이퍼(6)에 대해 ○로, 가장 면내 균일성이 불량한 웨이퍼(4)에 대해 △로, 이들의 사이의 면내 균일성을 구비하는 웨이퍼(5)에 대해서는 □로 플롯하고 있다.
회전 테이블(2)에 연통로를 이루는 슬릿(271∼275)이 형성되어 있지 않은 것 이외는, 도 1의 성막 장치와 마찬가지로 구성된 성막 장치를 사용하고, 실시예와 마찬가지의 프로세스 조건으로 6매의 모니터 웨이퍼에 대해 성막 처리를 행하여 막 두께를 측정하였다(비교예 1). 이 결과를 도 26에 나타낸다. 도면 중 종축은 막 두께, 횡축은 웨이퍼 직경 상의 위치이며, 실시예 1과 마찬가지로 웨이퍼(6)에 대해서는 ○, 웨이퍼(4)에 대해서는 △, 웨이퍼(5)에 대해서는 □로 플롯하고 있다. 이들 도 25 및 도 26으로부터, 비교예 1의 성막 장치에서는, 300㎜의 위치에 있어서 국소적으로 급격하게 막 두께가 커지는 것, 실시예 1의 성막 장치에 있어서도 300㎜의 위치에 있어서 막 두께의 증가가 인정되는 웨이퍼도 있지만, 증가량은 비교예에 비해 상당히 작은 것이 인정되었다. 이에 의해, 본 발명과 같이 오목부(24)에 연통로를 형성하여, 오목부(24) 내의 가스를 회전 테이블(2)의 외측에 배출함으로써, 막 두께의 면내 균일성이 개선되는 것이 이해된다.
(평가 시험 2)
실시예 1과 동일한 장치 및 프로세스 조건으로 모니터 웨이퍼에 대해 성막 처리를 행하고, 웨이퍼의 면내의 49개소의 측정 포인트에 대해 막 두께를 측정하였다(실시예 2). 그 결과에 대해 도 27에 □의 플롯으로 나타낸다. 도면 중 종축은 막 두께, 횡축은 웨이퍼 상의 위치이다. 상기 49개소의 측정 포인트는, 웨이퍼의 중심을 중심으로 하고, 반경이 50㎜씩 커지는 복수의 동심원을 그렸을 때에, 각각의 동심원 상의 복수 개소로 하였다. 위치 P1은 웨이퍼의 중심, 위치 P38은 웨이퍼(W)의 회전 테이블(2)의 외주에 가장 가까운 위치이며, 노치(N)가 형성되어 있는 위치이다. 마찬가지로 비교예 1과 동일한 장치 및 프로세스 조건으로 모니터 웨이퍼에 대해 성막 처리를 행한 경우(비교예 2)에 대해서도, 동일한 측정 포인트에서 막 두께의 측정을 행하였다. 이 결과에 대해, 도 27에 ◇의 플롯으로 나타낸다.
이 도 27에 의해, 연통로가 형성된 성막 장치에서 성막한 웨이퍼에 대해서는, 웨이퍼(W)의 막 두께가 거의 일정하고, 노치(N) 근방에 있어서도 막 두께의 증가가 인정되지 않는 것이 확인되었다. 한편 연통로가 형성되어 있지 않은 성막 장치에서 성막한 웨이퍼에 대해서는, 노치(N) 근방에 있어서 급격하게 막 두께가 커지는 것이 인정되었다. 이 결과로부터도, 오목부 내의 가스를 연통로를 통해 회전 테이블(2)의 외측에 배출함으로써, 국소적인 막 두께의 증가를 억제하여 양호한 막 두께의 면내 균일성이 얻어지는 것이 확인되었다.
(평가 시험 3)
실시예 1과 동일한 장치 및 프로세스 조건으로 성막 처리를 행한 6매의 모니터 웨이퍼에 대해, 막 두께의 면내 균일성을 측정하였다(실시예 3). 이 면내 균일성은, 실시예 2와 마찬가지로 웨이퍼 면내의 49개소의 측정 포인트의 막 두께를 측정하고, 다음의 (1)식에 의해 구하고 있다.
Figure 112015050695511-pat00002
이 결과를 도 28에 □의 플롯으로 나타낸다. 도면 중 종축은 면내 균일성, 횡축은 6매의 웨이퍼이며, 각각에 1∼6으로 부호를 부여하고 있다. 마찬가지로 비교예 1과 동일한 장치 및 프로세스 조건으로 6매의 모니터 웨이퍼에 대해 성막 처리를 행한 경우(비교예 3)에 대해서도, 면내 균일성의 측정을 행하였다. 이 결과에 대해, 도 28에 ◇의 플롯으로 나타낸다.
이 도 28에 의해, 연통로가 형성된 성막 장치에서 성막한 웨이퍼에 대해서는, 연통로가 형성되어 있지 않은 성막 장치에서 성막한 웨이퍼보다도 현격하게 면내 균일성이 개선되는 것이 인정되었다.
(평가 시험 4)
이미 설명한 도 1의 성막 장치를 사용하여, 6매의 모니터 웨이퍼(1∼6)에 대해, 프로세스 조건을 바꾸어 성막 처리를 행하고, 실시예 3과 마찬가지로 면내 균일성을 측정하였다(실시예 4). 이때의 프로세스 조건은, 웨이퍼 온도가 620℃, 처리 압력은 0.89㎪(6.7Torr), 회전 테이블(2)의 회전 속도를 120rpm으로 하였다. 이 결과를 도 29에 □의 플롯으로 나타낸다. 도면 중 종축은 면내 균일성, 횡축은 6매의 웨이퍼이다. 또한 마찬가지로, 비교예 1과 동일한 장치에서, 실시예 4와 동일한 프로세스 조건으로 6매의 모니터 웨이퍼에 대해 성막 처리를 행한 경우(비교예 4)에 대해서도, 면내 균일성의 측정을 행하였다. 이 결과에 대해, 도 29에 ◇의 플롯으로 나타낸다.
이 도 29에 의해, 처리 압력이 0.89㎪, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 120rpm인 경우에는, 연통로의 유무에 관계없이, 면내 균일성이 거의 동일한 것이 인정되었다. 따라서, 본 발명의 성막 장치에 따르면, 처리 압력의 고저나, 회전 테이블(2)의 회전 속도의 대소에 관계없이, 양호한 막 두께의 면내 균일성이 얻어지는 것이 확인되었다. 이에 의해 본 발명의 성막 장치를 사용함으로써, 실시 가능한 프로세스가 많아져, 장치의 범용성이 높은 것이 이해된다.
또한 실시예 3 및 4, 비교예 3 및 4의 각각 조건으로 성막 처리를 행한 각각 6매의 모니터 웨이퍼의 막 두께에 대해, 웨이퍼간의 막 두께의 편차를, 각각의 웨이퍼의 막 두께의 평균값을 사용하여 (1)식에 의해 구하였다. (1)식 중, 최대 막 두께라 함은 6매의 웨이퍼 중에서 상기 평균값이 가장 큰 막 두께, 최소 막 두께라 함은 6매의 웨이퍼 중에서 상기 평균값이 가장 작은 막 두께, 평균 막 두께라 함은 6매의 웨이퍼의 막 두께(각각의 상기 평균값)의 평균을 구하여 얻어진 막 두께를 말한다.
이 결과를 도 30에 나타내고, 도 30 중 종축은 막 두께의 편차를 나타내고 있다. 또한 도 30 중, 「유」라 함은 슬릿이 있는 경우, 「무」라 함은 슬릿이 없는 경우를 각각 나타내고, 프로세스 조건을 아울러 나타내고 있다. 따라서, 실시예 3은, 1.26㎪, 180rpm, 「유」의 데이터, 비교예 3은 1.26㎪, 180rpm, 「무」의 데이터, 실시예 4는, 0.89㎪, 120rpm, 「유」의 데이터, 비교예 4는, 0.89㎪, 120rpm, 「무」의 데이터에 상당한다. 이에 의해, 프로세스 조건이 달라도, 슬릿(연통로)이 형성되어 있는 성막 장치를 사용하여 성막 처리를 행함으로써, 막 두께의 편차가 작아지고, 웨이퍼간의 막 두께의 면내 균일성이 개선되는 것이 확인되었다.
본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치는, 회전 테이블의 일면측에 형성된 오목부 내에, 기판의 주연부보다도 중앙 부근의 부위를 지지하기 위한 적재부를 설치함과 함께, 상기 오목부 내에 있어서의 상기 적재부의 주위의 공간과 상기 회전 테이블의 외측의 공간을 연통하도록, 상기 오목부의 벽부에 연통로를 형성하고 있다. 상기 오목부 내에는 상기 회전 테이블의 회전에 의한 원심력에 의해 상기 회전 테이블의 외주측에 가스가 치우친 상태로 되지만, 이 가스는 상기 연통로를 통해 상기 회전 테이블의 외측의 공간에 배출된다. 이로 인해 상기 오목부 내의 가스가 상기 회전 테이블의 표면에 말려 올라가, 기판에 공급되는 것이 억제된다. 이에 의해 기판 면내의 일부에 대해 가스의 공급량이 많아지는 것이 억제되어, 국소적으로 막 두께가 커지는 부위의 발생이 억제되므로, 기판에 있어서의 막 두께의 면내 균일성이 개선된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 제한되는 일은 없고, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이, 상술한 실시 형태에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.

Claims (8)

  1. 성막 장치이며,
    진공 용기와,
    상기 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블의 일면측에, 기판이 수용되도록 형성된 복수의 오목부와,
    이 오목부 내에서 기판의 주연부보다도 중앙 부근의 부위를 지지하기 위한 적재부와,
    오목부의 중앙에서 볼 때 상기 회전 테이블의 중심과는 반대측의 오목부의 단부 영역에 있어서, 상기 오목부 내에 있어서의 적재부의 주위의 공간과 상기 회전 테이블의 외측의 공간을 연통하도록 당해 오목부의 벽부에 형성된 연통로와,
    상기 진공 용기 내를 진공 배기하기 위한 배기구를 구비하며,
    상기 배기구는, 반응 가스의 공급 영역에 있어서는, 회전 테이블의 회전 방향의 하류측을 향해 배기류가 형성되는 위치에 형성되고,
    상기 연통로는, 오목부의 중심과 회전 테이블의 회전 중심을 연결하는 직선에서 볼 때, 회전 테이블의 회전 방향의 상류측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오목부는, 평면 형상이 원형인 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 오목부의 단부 영역은, 오목부의 중심과 회전 테이블의 회전 중심을 연결하는 직선이 회전 테이블의 외주와 교차하는 점을 P로 하면, 오목부의 중심으로부터 점 P에 대해 좌우로 30도씩의 개방각을 각각 형성하는 직선의 사이의 영역인 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연통로는, 상기 회전 테이블의 회전에 의한 원심력에 의해 상기 오목부 내에서 상기 회전 테이블의 외주측에 치우친 가스를 배출하기 위해 형성되고,
    상기 회전 테이블의 회전 시에 원심력에 의해 기판이 상기 회전 테이블의 외주측에 치우쳐 오목부의 측벽에 접촉한 상태로 되는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연통로는, 상기 오목부의 측벽에 형성되고,
    상기 배기구는, 평면적으로 볼 때 상기 회전 테이블의 외주보다도 외측 위치에서 진공 용기 내에 개방되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 연통로는, 상기 오목부의 측벽에, 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 복수개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 회전 테이블의 상방에 형성되고, 원료 가스가 공급 가능한 원료 가스 공급 영역과,
    상기 회전 테이블의 상방에 상기 원료 가스 공급 영역과 상기 회전 테이블의 회전 방향에 있어서 이격하여 형성되고, 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스가 공급 가능한 반응 가스 공급 영역을 더 갖고,
    상기 회전 테이블의 회전에 의해 상기 회전 테이블 상의 상기 기판은 상기 원료 가스 공급과 상기 반응 가스 공급 영역을 교대로 통과 가능한, 성막 장치.
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