KR101899634B1 - 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체 - Google Patents

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히로유키 기구치
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Abstract

본 발명은 회전 테이블에 적재된 기판을 공전시켜서 성막을 행함에 있어서, 기판의 면내의 둘레 방향에서의 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있는 기술을 제공한다. 기판이 자전하도록, 회전 테이블에서의 기판의 적재 영역을 회전시키는 회전 기구와, 회전 테이블의 일면측에서의 가스 공급 영역에 처리 가스를 공급하여, 공전에 의해 당해 가스 공급 영역을 복수회 반복 통과하는 기판에 성막을 행하기 위한 처리 가스 공급 기구와, 회전 테이블의 회전 속도를 포함하는 파라미터에 기초하여, 기판의 자전 속도를 연산하고, 연산된 자전 속도로 기판을 자전시키도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하도록 장치를 구성한다. 이 장치에서는, 가스 공급 영역에 기판이 위치할 때마다 기판의 방향이 바뀌도록 처리를 행할 수 있기 때문에, 둘레 방향에서의 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있다.

Description

성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체{FILM FORMING APPARATUS, FILM FORMING METHOD, AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은, 처리 가스를 기판에 공급해서 박막을 얻는 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함) 등의 기판에 실리콘 산화물(SiO2) 등의 박막을 성막하는 방법으로서, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)를 행하는 성막 장치가 알려져 있다. 이 성막 장치의 일례로서, 그 내부가 진공 분위기로 되는 처리 용기 내에, 예를 들어 웨이퍼가 적재되는 회전 테이블이 설치되는 장치가 있다. 회전 테이블 위에는, 예를 들어 실리콘 산화막의 원료로 되는 원료 가스를 토출하는 가스 노즐과, 이 원료 가스를 산화하는 산화 가스를 토출하는 가스 노즐이 배치된다. 그리고, 회전 테이블의 회전에 의해 웨이퍼가 공전하여, 원료 가스가 공급되는 흡착 영역과, 산화 가스가 공급되는 산화 영역을, 웨이퍼가 교대로 반복 통과하여, 상기 실리콘 산화막이 형성된다.
상기 ALD에 있어서 웨이퍼의 면내의 막 두께 분포를 제어하기 위해서는, 웨이퍼에 흡착되는 원료 가스의 분포를 제어하는 것이 필요하며, 따라서, 상기 성막 장치에 있어서, 원료 가스의 가스 노즐에 형성되는 토출구의 수 및 위치에 대한 조정이 적절히 행하여진다. 또한, 가스 노즐의 형상에 관한 선택이나 흡착 영역과 산화 영역을 구획하기 위해서 공급되는 분리 가스의 공급량의 조정, 원료 가스 중에 있어서의 캐리어 가스의 농도의 조정 등도 적절히 행하여진다.
그런데, 웨이퍼의 주연부와 중앙부에 대해서는 성막 처리 후에 행하여지는 에칭 처리에 의해, 각각의 에칭 레이트를 조정 가능한 경우가 있다. 그 경우에는, 에칭 후에 주연부와 중앙부에서 막 두께를 균일하게 할 수 있으므로, 특히 웨이퍼의 둘레 방향에 대해서, 균일성 높은 막 두께가 얻어지도록 요구된다. 그러나, 상기의 공전에 의해, 웨이퍼의 각 부는 회전 테이블의 회전 중심으로부터 소정의 거리를 이격시킨 동일한 궤도를 반복해서 이동한다. 따라서, 흡착 영역에서의 원료 가스의 분포의 변동은, 웨이퍼에 있어서 당해 회전 테이블의 직경 방향을 따라 보았을 때의 막 두께의 변동으로 되어서 나타날 우려가 있고, 상기 토출구에 관한 조정 등으로는, 이 막 두께의 변동을 충분히 해소할 수 없을 우려가 있었다.
특허문헌 1에는, 이와 같이 웨이퍼가 공전하는 성막 장치가 기재되어 있으며, 상기 둘레 방향에서의 막 두께의 균일성을 향상시키기 위해서, 회전 테이블이 소정의 방향에서 정지했을 때 회전 테이블 위에 놓인 웨이퍼를 당해 회전 테이블로부터 뜨게 해서 방향을 변경하고, 다시 회전 테이블에 놓는 기구가 설치되어 있다. 그러나, 이 특허문헌 1의 성막 장치에 의하면, 웨이퍼의 방향을 바꿀 때마다 회전 테이블을 정지시키기 때문에, 스루풋이 저하되어버릴 우려가 있다.
또한, 특허문헌 2에서도 웨이퍼가 공전하는 성막 장치에 대해서 기재되어 있으며, 이 성막 장치에서는 회전 테이블의 회전 중에, 당해 회전 테이블에 적재된 웨이퍼가 자전하는 취지가 기재되어 있다. 그러나 이 웨이퍼의 자전이, 어떤 회전 수로 설정되는지는 기재되어 있지 않다. 웨이퍼의 자전의 회전 수가 적절하게 설정되지 않으면, 웨이퍼의 자전과 공전이 동기한다. 즉, 웨이퍼가 상기 흡착 영역을 통과할 때 동일한 방향으로 통과해버려, 상기 웨이퍼의 둘레 방향에서의 막 두께의 균일성을, 충분히 향상시킬 수 없을 우려가 있다.
일본 특허 5093162 일본 특허 4817210
본 발명은 이러한 사정 하에 이루어진 것으로, 그 목적은, 회전 테이블에 적재된 기판을 공전시켜 성막을 행함에 있어서, 기판의 면내의 둘레 방향에서의 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 성막 장치는,
처리 가스를 기판에 공급해서 박막을 얻는 성막 장치로서,
진공 용기 내에 배치되고, 그 일면측에 형성되는 적재 영역에 기판을 적재해서 공전시키기 위한 회전 테이블과,
상기 기판이 자전하도록 상기 적재 영역을 회전시키는 회전 기구와,
상기 회전 테이블의 일면측에서의 가스 공급 영역에 상기 처리 가스를 공급하고, 상기 공전에 의해 당해 가스 공급 영역을 복수회 반복해서 통과하는 기판에 성막을 행하기 위한 처리 가스 공급 기구와,
상기 가스 공급 영역에 기판이 위치할 때마다 당해 기판의 방향이 바뀌도록, 상기 회전 테이블의 회전 속도를 포함하는 파라미터에 기초하여, 상기 기판의 자전 속도를 연산하고, 연산된 자전 속도로 기판을 자전시키도록 제어 신호를 출력하는 제어부,
를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 성막 방법은,
처리 가스를 기판에 공급해서 박막을 얻는 성막 방법으로서,
진공 용기 내에 배치되는 회전 테이블의 일면측에 형성되는 적재 영역에 기판을 적재해서 공전시키는 공정과,
자전 기구에 의해 상기 기판이 자전하도록 적재 영역을 회전시키는 공정과,
상기 회전 테이블의 일면측에서의 가스 공급 영역에 처리 가스 공급 기구에 의해 상기 처리 가스를 공급하고, 당해 가스 공급 영역을 복수회 반복해서 통과하는 기판에 성막을 행하는 공정과,
상기 가스 공급 영역에 기판이 위치할 때마다 당해 기판의 방향이 바뀌도록, 상기 회전 테이블의 회전 속도를 포함하는 파라미터에 기초하여, 상기 기판의 자전 속도를 연산하는 공정과,
연산된 자전 속도로 기판을 자전시키는 공정,
을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 기억 매체는, 처리 가스를 기판에 공급해서 박막을 얻는 성막 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체로서,
상기 컴퓨터 프로그램은, 상기 성막 방법을 실시하도록 스텝이 짜여져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 회전 테이블의 회전 속도를 포함하는 파라미터에 기초하여, 상기 기판의 자전 속도를 연산하고, 연산된 자전 속도로 기판을 자전시킨다. 그에 의해, 상기 회전 테이블 위의 가스 공급 영역에 기판이 위치할 때마다, 당해 기판의 방향을 확실하게 바꿀 수 있다. 따라서, 기판의 둘레 방향으로 균일성 높은 막 두께로 성막을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 성막 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 성막 장치의 횡단 평면도이다.
도 3은 상기 성막 장치의 내부를 도시하는 사시도이다.
도 4는 상기 성막 장치의 회전 테이블의 표면측 사시도이다.
도 5는 상기 회전 테이블의 이면측 사시도이다.
도 6은 상기 성막 장치에 설치되는 제어부를 구성하는 제어부의 블록도이다.
도 7은 성막 처리 시에 있어서의 웨이퍼의 위치 및 방향을 도시하는 설명도이다.
도 8은 성막 처리 시에 있어서의 웨이퍼의 위치 및 방향을 도시하는 설명도이다.
도 9는 성막 처리 시에 있어서의 웨이퍼의 위치 및 방향을 도시하는 설명도이다.
도 10은 성막 처리 시에 있어서의 웨이퍼의 위치 및 방향을 도시하는 설명도이다.
도 11은 상기 성막 처리 시에 있어서의 상기 회전 테이블 위의 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 12는 상기 회전 테이블에 설치되는 웨이퍼 홀더의 구성예를 나타내는 종단 측면도이다.
도 13은 상기 성막 장치의 진공 용기의 구성예를 나타내는 종단 측면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 성막 장치의 종단 측면도이다.
도 15는 상기 성막 장치의 회전 테이블의 표면측 사시도이다.
도 16은 회전 테이블에 적재된 웨이퍼의 자전을 도시하는 모식도이다.
도 17은 회전 테이블에 적재된 웨이퍼의 자전을 도시하는 모식도이다.
도 18은 회전 테이블에 적재된 웨이퍼의 자전을 도시하는 모식도이다.
도 19는 또 다른 성막 장치의 회전 테이블 구성을 나타내는 표면측 사시도이다.
도 20은 평가 시험에서의 웨이퍼의 막 두께 분포를 도시하는 모식도이다.
도 21은 평가 시험에서의 웨이퍼의 막 두께 분포를 도시하는 모식도이다.
도 22는 평가 시험에서의 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내는 그래프도이다.
도 23은 평가 시험에서의 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내는 그래프도이다.
도 24는 평가 시험에서의 웨이퍼의 막 두께 분포를 도시하는 모식도이다.
도 25는 평가 시험에서의 웨이퍼의 막 두께 분포를 도시하는 모식도이다.
도 26은 평가 시험에서의 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내는 그래프도이다.
도 27은 평가 시험에서의 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내는 그래프도이다.
도 28은 평가 시험에서의 웨이퍼의 막 두께 분포를 도시하는 모식도이다.
도 29는 평가 시험에서의 웨이퍼의 막 두께 분포를 도시하는 모식도이다.
도 30은 평가 시험에서의 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내는 그래프도이다.
본 발명의 진공 처리 장치의 일 실시 형태이며, 기판인 웨이퍼(W)에 ALD를 행하는 성막 장치(1)에 대해서 설명한다. 이 성막 장치(1)는, 웨이퍼(W)에 Si(실리콘)를 포함하는 처리 가스인 원료 가스로서 BTBAS(비스터셔리부틸아미노실란) 가스를 흡착시키고, 흡착된 BTBAS 가스를 산화하는 산화 가스인 오존(O3) 가스를 공급해서 SiO2(산화 실리콘)의 분자층을 형성하고, 이 분자층을 개질하기 위해서 플라즈마 발생용 가스로부터 발생한 플라즈마에 노출시킨다. 이 일련의 처리가 복수회 반복해서 행하여져, SiO2막이 형성되도록 구성되어 있다.
도 1, 도 2는 성막 장치(1)의 종단 측면도, 횡단 평면도이다. 성막 장치(1)는, 대략 원 형상의 편평한 진공 용기(처리 용기)(11)와, 진공 용기(11) 내에 설치된 원판 형상의 수평한 회전 테이블(서셉터)(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(11)는, 천장판(12)과, 진공 용기(11)의 측벽 및 저부를 이루는 용기 본체(13)에 의해 구성되어 있다.
회전 테이블(2)의 중심부로부터 연직 하방으로 신장되는 중심축(21)이 설치되어 있다. 중심축(21)은, 용기 본체(13)의 저부에 형성된 개구부(14)를 막도록 설치된 공전용 회전 구동부(22)에 접속되어 있다. 회전 테이블(2)은, 중심축(21) 및 공전용 회전 구동부(22)를 통해서 진공 용기(11) 내에 지지됨과 함께, 평면에서 보았을 때 시계 방향으로 회전한다. 도 1 중 15는, 중심축(21)과 용기 본체(13)의 간극에 N2(질소) 가스를 토출하는 가스 공급관이며, 웨이퍼(W)의 처리 중에 N2 가스를 토출해서 회전 테이블(2)의 표면으로부터 이면에의 원료 가스 및 산화 가스의 유입을 방지하는 역할을 갖는다.
또한, 진공 용기(11)의 천장판(12)의 하면에는, 회전 테이블(2)의 중심부에 대향하도록 돌출된, 평면에서 보았을 때 원형인 중심 영역 형성부(C)와, 중심 영역 형성부(C)로부터 회전 테이블(2)의 외측을 향해서 넓어지도록 형성된, 평면에서 보았을 때 부채 형상인 돌출부(17, 17)가 형성되어 있다. 즉, 이들 중심 영역 형성부(C) 및 돌출부(17, 17)는, 그 외측 영역에 비해서 낮은 천장면을 구성하고 있다. 중심 영역 형성부(C)와 회전 테이블(2)과의 중심부와의 간극은 N2 가스의 유로(18)를 구성하고 있다. 웨이퍼(W)의 처리 중에 있어서, 천장판(12)에 접속되는 가스 공급관으로부터 N2 가스가 유로(18)에 공급되고, 이 유로(18)로부터 회전 테이블(2)의 외측 전체 둘레를 향해서 토출된다. 이 N2 가스는, 원료 가스 및 산화 가스가 회전 테이블(2)의 중심부 상에서 접촉하는 것을 방지한다.
도 3은 용기 본체(13)의 내부의 저면을 도시하는 사시도이다. 용기 본체(13)에는, 회전 테이블(2)의 하방에서 당해 회전 테이블(2)의 둘레를 따르도록, 편평한 링 형상의 오목부(31)가 형성되어 있다. 그리고, 이 오목부(31)의 저면에는, 오목부(31)의 둘레 방향을 따른 링 형상의 슬릿(32)이 개구되어 있고, 당해 슬릿(32)은, 용기 본체(13)의 저부를 두께 방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 또한 오목부(31)의 저면 위에는, 회전 테이블(2)에 적재되는 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(33)가 7개의 링 형상으로 배치되어 있다. 또한, 도 3에서는 번잡화를 피하기 위해서, 히터(33)의 일부를 잘라내어 나타내고 있다.
히터(33)는, 회전 테이블(2)의 회전 중심을 중심으로 하는 동심원을 따라 배치되어 있고, 7개의 히터(33) 중 4개는 슬릿(32)의 내측에, 다른 3개는 슬릿(32)의 외측에 각각 설치되어 있다. 또한, 각 히터(33)의 상방을 덮고, 오목부(31)의 상측을 막도록, 실드(34)가 설치되어 있다(도 1 참조). 실드(34)에는, 슬릿(32)에 겹치도록 링 형상의 슬릿(37)이 형성되고, 후술하는 회전축(26) 및 지주(41)가 당해 슬릿(37)을 관통한다. 또한, 용기 본체(13)의 저면에 있어서 오목부(31)의 외측에는, 진공 용기(11) 내를 배기하는 배기구(35, 36)가 개구되어 있다. 배기구(35, 36)에는, 진공 펌프 등에 의해 구성된 도시하지 않은 배기 기구가 접속되어 있다.
계속해서 회전 테이블(2)에 대해서, 그 표면측, 이면측을 각각 도시한 도 4, 도 5도 참조하면서 설명한다. 회전 테이블(2)의 표면측(일면측)에는, 당해 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 5개의 원형의 오목부가 형성되어 있고, 각 오목부에는, 원형의 웨이퍼 홀더(24)가 설치되어 있다. 웨이퍼 홀더(24)의 표면에는 오목부(25)가 형성되어 있고, 오목부(25) 내에 웨이퍼(W)가 수평하게 수납된다. 따라서, 오목부(25)의 저면은, 웨이퍼가 적재되는 적재 영역을 구성한다. 이 예에서는, 오목부(25)의 측벽의 높이는, 웨이퍼(W)의 두께와 동일한, 예를 들어 1mm로 구성되어 있다.
회전 테이블(2)의 이면의 둘레 방향으로 서로 이격된 위치로부터 연직 하방을 향해서, 예를 들어 3개의 지주(41)가 연장되어 있고, 도 1에 도시한 바와 같이 각 지주(41)의 하단은, 슬릿(32)을 통해서 용기 본체(13)의 저부를 관통하여, 용기 본체(13)의 하방에 설치되는 접속부인 지지 링(42)에 접속되어 있다. 이 지지 링(42)은, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 형성되고, 지주(41)에 의해 용기 본체(13)에 현수되도록 수평하게 설치되어 있으며, 회전 테이블(2)과 함께 회전한다.
또한, 웨이퍼 홀더(24)의 하방 중심부로부터는 자전용 회전축인 회전축(26)이 연직 하방으로 연장되어 있다. 회전축(26)의 하단은 회전 테이블(2)을 관통하여, 도 1에 도시한 바와 같이 상기 슬릿(32)을 통해서 용기 본체(13)의 저부를 관통하고, 또한 지지 링(42)과, 당해 지지 링(42)의 하측에 설치되는 자기 시일 유닛(20)을 관통해서 자전용 회전 구동부(27)에 접속되어 있다. 자기 시일 유닛(20)은, 회전축(26)을 지지 링(42)에 대하여 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링과, 회전축(26)의 주위의 간극을 시일하는 자기 시일(자성 유체 시일)에 의해 구성된다.
상기 자기 시일은, 상기 베어링으로부터 발생하는 파티클, 예를 들어 당해 베어링에 사용되는 윤활유가, 자기 시일 유닛(20)의 외부의 진공 분위기에 확산하는 것을 억제할 수 있도록 설치되어 있다. 또한, 회전축(26)이 상기 베어링에 의해 지지됨으로써, 웨이퍼 홀더(24)는, 예를 들어 회전 테이블(2)로부터 약간 뜬 상태로 되어 있다. 또한, 자전용 회전 구동부(27)는 모터를 구비하고, 지지 링(42)의 하방에, 자기 시일 유닛(20)을 개재해서 지지 링(42)에 지지되도록 설치되어 있고, 상기 모터에 의해 당해 회전축(26)을 축 둘레로 회전시킨다. 이와 같이 회전축(26)이 지지됨과 함께 회전함으로써, 웨이퍼 홀더(24)는, 예를 들어 평면에서 보았을 때 반시계 방향으로 회전된다.
상기 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 당해 회전 테이블(2)의 중심축 둘레로 웨이퍼(W)가 회전(공전)하고, 상기 웨이퍼 홀더(24)의 회전에 의해, 당해 웨이퍼(W)가 그 중심 둘레로 회전한다. 이 웨이퍼(W)의 당해 웨이퍼(W)의 중심 둘레의 회전을, 웨이퍼(W)의 자전이라 기재하는 경우가 있다. 성막 장치(1)에서는, 웨이퍼(W)에의 성막 시에 이들의 공전과 자전이 서로 병행해서 행하여진다. 또한, 웨이퍼(W)의 자전에는, 웨이퍼(W)가 그 중심 둘레로 연속적으로 회전하는 경우 이외에, 간헐적으로 그 중심 둘레로 회전하는 것도 포함된다. 그리고, 간헐적으로 회전하는 경우에는, 상기 중심 둘레로 1회 이상 회전하기 전에 웨이퍼(W)의 회전이 정지하고, 그 후 당해 웨이퍼(W)의 회전이 재개되는 것도 포함된다.
도면 중 44는, 지지 링(42)에 겹치도록 설치된 실드 링이며, 도 4, 도 5에서는, 도면의 번잡화를 방지하기 위해서 쇄선으로 표시하고 있다. 실드 링(44)은, 도 1에 도시한 바와 같이 용기 본체(13)의 슬릿(32)을, 당해 용기 본체(13)의 하방측으로부터 막도록 설치되고, 회전 테이블(2)과 함께 회전하도록 구성되어 있다. 따라서, 상기 회전축(26) 및 지주(41)는, 이 실드 링(44)을 관통하도록 설치되어 있다. 실드 링(44)은, 자전용 회전 구동부(27)가 각 가스에 노출되는 것과 과도하게 가열되는 것을 방지하기 위한 차열판의 역할을 한다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이 용기 본체(13)의 하방에는, 단면에서 보았을 때 오목 형상으로 형성되고, 지지 링(42), 자전용 회전 구동부(27) 및 실드 링(44)을 둘러싸는 하방 벽부(45)가, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 링 형상으로 형성되어 있다. 또한, 하방 벽부(45)의 저부에는, 둘레 방향으로 이격되어 충전 기구(46)가 5개(도 1에서는 1개만 도시) 설치되어 있다. 웨이퍼(W)에 처리가 행하여지지 않을 때, 회전 테이블(2)은 자전용 회전 구동부(27)가 충전 기구(46)의 바로 위에 위치하도록 정지하고, 충전 기구(46)로부터의 비접촉 급전에 의해, 각 자전용 회전 구동부(27)의 충전을 행할 수 있도록 각 충전 기구(46)가 배치되어 있다. 도면 중 47은, 하방 벽부(45)에 둘러싸이는 공간에 개구되는 가스 공급로이다. 도면 중 48은 가스 노즐이며, 가스 공급로(47)를 통해서 하방 벽부(45)에 둘러싸이는 공간에, 예를 들어 웨이퍼(W)의 처리 중에 N2 가스를 공급하여, 당해 공간을 퍼지한다. 도 1에서는 표시를 생략하고 있지만, 예를 들어 당해 공간은, 후에 예를 들어 나타내는 바와 같이 배기구(36, 37)와 도시하지 않은 상기 배기 기구를 접속하는 배기로에 연통하여, 당해 공간 내에서 파티클이 발생해도 상기 N2 가스에 의해 이 배기로에 퍼지되어 제거된다.
용기 본체(13)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반송구(39)와, 당해 반송구(39)를 개폐하는 게이트 밸브(38)가 설치되고(도 2참조), 반송구(37)를 통해서 진공 용기(11) 내에 진입한 반송 기구와 오목부(25)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수가 행하여진다. 구체적으로는 오목부(25)의 저면, 용기 본체(13)의 저부 및 회전 테이블(2)에 있어서, 각각 서로 대응하는 위치에 관통 구멍을 형성해 두고, 각 관통 구멍을 통해서 핀의 선단이 오목부(25) 위와 용기 본체(13)의 하방의 사이에서 승강하도록 구성된다. 이 핀을 통해서, 웨이퍼(W)의 수수가 행하여진다. 이 핀 및 당해 핀이 관통하는 각 부의 관통 구멍의 도시는 생략하고 있다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2) 위에는, 원료 가스 노즐(51), 분리 가스 노즐(52), 산화 가스 노즐(53), 플라즈마 발생용 가스 노즐(54), 분리 가스 노즐(55)이 이 순서대로, 회전 테이블(2)의 회전 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 각 가스 노즐(51 내지 55)은 진공 용기(11)의 측벽으로부터 중심부를 향해서, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 수평하게 신장되는 막대 형상으로 형성되고, 당해 반경 방향을 따라 형성된 다수의 토출구(56)로부터, 가스를 하방으로 토출한다.
처리 가스 공급 기구를 이루는 원료 가스 노즐(51)은, 상기 BTBAS(비스터셔리부틸아미노실란) 가스를 토출한다. 도면 중 57은, 원료 가스 노즐(51)을 덮는 노즐 커버이며, 원료 가스 노즐(51)로부터 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측 및 하류측을 향해서 각각 넓어지는 부채 형상으로 형성되어 있다. 노즐 커버(57)는, 그 하방에서의 BTBAS 가스의 농도를 높여서, 웨이퍼(W)에의 BTBAS 가스의 흡착성을 높이는 역할을 갖는다. 또한, 산화 가스 노즐(53)은, 상기 오존 가스를 토출한다. 분리 가스 노즐(52, 55)은 N2 가스를 토출하는 가스 노즐이며, 상기 천장판(12)의 부채 형상의 돌출부(17, 17)를 각각 둘레 방향으로 분할하도록 배치되어 있다.
플라즈마 발생용 가스 노즐(54)은, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스로 이루어지는 플라즈마 발생용 가스를 토출한다. 상기 천장판(12)에는 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따른 부채 형상의 개구부가 형성되어 있고, 이 개구부를 막도록 당해 개구부의 형상에 대응한, 석영 등의 유전체로 이루어지는 컵 모양의 플라즈마 형성부(61)가 설치되어 있다. 이 플라즈마 형성부(61)는, 회전 테이블(2)의 회전 방향에 보았을 때, 산화 가스 노즐(53)과 돌출 형상부(17)와의 사이에 설치되어 있다. 도 2에서는 플라즈마 형성부(61)가 설치되는 위치를 쇄선으로 나타내고 있다.
플라즈마 형성부(61)의 하면에는, 당해 플라즈마 형성부(61)의 주연부를 따라서 돌출부(62)가 형성되어 있고, 상기 플라즈마 발생용 가스 노즐(54)의 선단부는, 이 돌출부(62)에 둘러싸이는 영역에 가스를 토출할 수 있도록, 회전 테이블(2)의 외주측으로부터 당해 돌출부(62)를 관통하고 있다. 돌출부(62)는, 플라즈마 형성부(61)의 하방에의 N2 가스, 오존 가스 및 BTBAS 가스의 진입을 억제하여, 플라즈마 발생용 가스의 농도의 저하를 억제하는 역할을 갖는다.
플라즈마 형성부(61)의 상방측에는 오목부가 형성되고, 이 오목부에는 상방측에 개구되는 상자형의 패러데이 실드(63)가 배치되어 있다. 패러데이 실드(63)의 저면 위에는, 절연용의 판 부재(64)를 개재하여, 금속선을 연직축을 중심으로 코일 형상으로 권회한 안테나(65)가 설치되어 있고, 안테나(65)에는 고주파 전원(66)이 접속되어 있다. 상기 패러데이 실드(63)의 저면에는, 안테나(65)에의 고주파 인가 시에 당해 안테나(65)에서 발생하는 전자계 중 전계 성분이 하방을 향하는 것을 저지함과 함께, 자계 성분을 하방으로 향하게 하기 위한 슬릿(67)이 형성되어 있다. 이 슬릿(67)은, 안테나(65)의 권회 방향에 대하여 직교(교차)하는 방향으로 신장되어, 안테나(65)의 권회 방향을 따라서 다수 형성되어 있다. 이와 같이 각 부가 구성됨으로써, 고주파 전원(66)을 온으로 해서 안테나(65)에 고주파가 인가되면, 플라즈마 형성부(61)의 하방에 공급된 플라즈마 발생용 가스를 플라즈마화할 수 있다.
회전 테이블(2) 위에서, 원료 가스 노즐(51)의 노즐 커버(57)의 하방 영역을, 원료 가스인 BTBAS 가스의 흡착이 행하여지는 흡착 영역(R1)으로 하고, 산화 가스 노즐(53)의 하방 영역을, 오존 가스에 의한 BTBAS 가스의 산화가 행하여지는 산화 영역(R2)으로 한다. 또한, 플라즈마 형성부(61)의 하방 영역을, 플라즈마에 의한 SiO2막의 개질이 행하여지는 플라즈마 형성 영역(R3)으로 한다. 돌출부(17, 17)의 하방 영역은, 분리 가스 노즐(52, 55)로부터 토출되는 N2 가스에 의해, 흡착 영역(R1)과 산화 영역(R2)을 서로 분리하여, 원료 가스와 산화 가스의 혼합을 방지하기 위한 분리 영역(D, D)을 각각 구성한다.
상기 배기구(35)는, 흡착 영역(R1)과, 당해 흡착 영역(R1)에 대하여 상기 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역(D)과의 사이의 외측에 개구되어 있어, 잉여의 BTBAS 가스를 배기한다. 배기구(36)는, 플라즈마 형성 영역(R3)과, 당해 플라즈마 형성 영역(R3)에 대하여 상기 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역(D)과의 경계 부근의 외측에 개구되어 있어, 잉여의 O3 가스 및 플라즈마 발생용 가스를 배기한다. 각 배기구(35, 36)로부터는, 각 분리 영역(D), 회전 테이블(2)의 하방의 가스 공급관(15), 회전 테이블(2)의 중심 영역 형성부(C)로부터 각각 공급되는 N2 가스도 배기된다.
이 성막 장치(1)에는, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되어 있다(도 1 참조). 이 제어부(100)에는, 후술하는 바와 같이 성막 처리를 실행하는 프로그램이 저장되어 있다. 상기 프로그램은, 성막 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 송신해서 각 부의 동작을 제어한다. 구체적으로는, 각 가스 노즐(51 내지 56)로부터의 가스 공급량, 히터(33)에 의한 웨이퍼(W)의 온도, 가스 공급관(15) 및 중심 영역 형성부(C)로부터의 N2 가스의 공급량, 공전용 회전 구동부(22)에 의한 회전 테이블(2)의 회전 속도, 자전용 회전 구동부(27)에 의한 웨이퍼 홀더(24)의 회전 속도 등이, 제어 신호에 따라서 제어된다. 상기 프로그램에서는 이러한 제어를 행하여, 후술하는 각 처리가 실행되도록 스텝 군이 짜여져 있다. 당해 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체로부터 제어부(100) 내에 인스톨된다.
이 성막 장치(1)에서는, 회전 테이블(2)이 회전함으로써, 웨이퍼(W)가 공전해서 처리가 행하여진다. 상기와 같이 당해 회전 테이블(2)의 회전과 병행하여, 웨이퍼 홀더(24)의 회전에 의한 웨이퍼(W)의 자전이 행하여지지만, 회전 테이블(2)의 회전과 웨이퍼 홀더(24)의 회전은 동기하지 않는다. 보다 구체적으로는, 진공 용기(11) 내의 소정의 위치에 제1 방향을 향한 상태로부터 회전 테이블(2)이 1회전하고, 다시 소정의 위치에 위치했을 때, 웨이퍼(W)가 제1 방향과는 상이한 제2 방향을 향할 수 있는 회전 속도(자전 속도)로 웨이퍼(W)가 자전한다. 이 웨이퍼(W)의 자전 속도(A)(단위: rpm)의 설정이, 오퍼레이터가 입력하는 파라미터에 기초하여, 제어부(100)에 의해 이루어진다.
제어부(100)의 블록도인 도 6을 참조하면서 설명을 계속한다. 제어부(100)는, 오퍼레이터가 파라미터를 입력해서 설정하기 위한, 예를 들어 버튼 등을 구비한 조작 패널로 이루어지는 설정부(101)와, 복수의 처리 레시피가 저장된 메모리(102)와, 사이클 레이트(R)(단위: nm/회)가 기억된 메모리(103)를 구비하고 있다. 처리 레시피는 예를 들어, 웨이퍼(W)에 형성하는 SiO2막의 목표 막 두께(T)(단위: nm)와, 성막 장치(1)의 각 부로부터 공급되는 가스의 유량과, 회전 테이블(2)의 회전 속도(V)(단위: rpm)가 서로 대응지어진 데이터이다. 사이클 레이트(R)는, 상기 원료 가스의 공급, 산화 가스의 공급, 플라즈마에 의한 개질로 이루어지는 ALD의 사이클이 하나 실시될 때마다의 막 두께의 증가량이며, 따라서, 회전 테이블(2)의 1회전당의 막 두께의 증가량이다.
또한, 제어부(100)에는 워크 메모리(104), 표시부(105)가 설치된다. 워크 메모리(104)에 있어서는, 메모리(102, 103)로부터 각종 파라미터가 입력되고, 당해 파라미터에 기초해서 상기 웨이퍼 홀더(24)의 회전 속도의 연산이 행하여진다. 표시부(105)에는, 워크 메모리(104)에 있어서의 연산 결과가 표시된다.
오퍼레이터가 설정부(101)로부터 소정의 조작을 행하면, 복수의 처리 레시피 중 1개가 선택되고, 메모리(102)로부터 선택된 처리 레시피에 포함되는 목표 막 두께(T) 및 회전 테이블(2)의 회전 속도(V)가, 워크 메모리(104)에 읽어 내어진다. 또한, 오퍼레이터가 설정부(101)로부터 소정의 조작을 행하면, 메모리(103)로부터 사이클 레이트(R)가, 워크 메모리(104)에 읽어 내어진다.
워크 메모리(104)에 있어서는, 읽어 내어진 목표 막 두께(T) 및 사이클 레이트(R)로부터, 성막 처리의 개시 시부터 성막 처리의 종료 시까지 회전 테이블(2)이 회전하는 회전 횟수 T/R=M이 산출된다. 성막 처리의 개시 시는, 회전 테이블(2)의 회전 및 원료 가스 노즐(51)로부터의 가스의 공급이 모두 행하여지는 시점이다. 성막 처리의 종료 시란, 회전 테이블(2)의 회전 및 원료 가스 노즐(51)로부터의 가스의 공급 중 적어도 한쪽이 정지하는 시점이다. 산출된, 회전 테이블(2)의 회전 횟수(M)에 대해서는, 표시부(105)에 표시된다. 이 표시에 기초하여, 오퍼레이터는, 웨이퍼 홀더(24)의 자전 횟수(N)(N=자연수)를 설정부(101)로부터 설정한다. 자전 횟수(N)는, 상기 성막 처리의 개시 시부터 성막 처리의 종료 시까지 웨이퍼 홀더(24)가 회전하는 횟수이다.
이 자전 횟수(N)로서는, 회전 테이블(2)의 회전 횟수(M)의 정수배의 수치와는 상이한 수치가 설정된다. 그와 같이 설정하는 것은, 회전 테이블(2)의 회전과 웨이퍼(W)의 자전과의 동기를 방지하기 위해서이다. N으로서는 1 이상의 정수를 설정하는 것이 바람직하다. 그 이유로서는, 상기의 자전 및 공전에 의해 웨이퍼(W)는 원료 가스의 흡착 영역(R1)을 다양한 방향에서 통과하게 되지만, 각 방향에서 통과하는 횟수를 균일하게 해서, 웨이퍼(W)의 둘레 방향에서의 막 두께 분포의 균일성을 보다 높게 하기 위해서이다.
자전 횟수(N)가 설정되면, 당해 자전 횟수(N)와, 회전 테이블(2)의 회전 속도(V)와, 회전 테이블(2)의 회전 횟수로부터 웨이퍼(W)의 자전 속도(A)(rpm)가 연산된다. 구체적으로는, 웨이퍼의 자전 속도(A)(rpm)=회전 테이블(2)의 회전 속도(V)(rpm)×1/M(회)×N이 연산되고, 그 연산 결과가 화면(105)에 표시된다. 또한, 이 자전 속도(A)가 산출되면, 예를 들어 웨이퍼(W)의 자전 속도가 기준값 이하, 예를 들어 10rpm 이하인지의 여부가 판정되고, 기준값 이하라고 판정된 경우에는, 처리 가능하다는 취지가 화면(105)에 표시되고, 설정부(101)로부터 소정의 조작을 행함으로써 성막 처리를 개시할 수 있다. 기준값을 초과한다고 판정된 경우에는, 예를 들어 각 파라미터의 재설정이 필요하다는 취지가 화면(105)에 표시된다.
웨이퍼(W)의 자전 속도(A)가 높은 쪽이, 흡착 영역(R1)을 통과 중에 웨이퍼(W)의 방향이 크게 변화함으로써, 이 흡착 영역(R1) 내에서의 원료 가스의 분포에 관계없이, 웨이퍼(W)의 둘레 방향에서의 막 두께 분포의 균일성을 높게 할 수 있지만, 웨이퍼(W)의 자전 속도(A)가 너무 높으면, 원심력에 의해 웨이퍼(W)가 웨이퍼 홀더(24)로부터 부상하여, 탈리되기 쉬워진다. 그 때문에, 웨이퍼(W)의 자전 속도(A)에 대해서는, 이와 같이 기준값 이하로 되도록 제한되는 것이 바람직하다.
상기 웨이퍼(W)의 자전 속도(A)(rpm)의 산출에 대해서, 구체적으로 예를 들어서 설명한다. 예를 들어 선택된 처리 레시피에서의 목표 막 두께(T), 회전 테이블(2)의 회전 속도(V)가, 각각 32nm, 60rpm이며, 사이클 레이트(R)가 0.095nm/회인 것으로 한다. 워크 메모리(104)에 있어서는, 회전 테이블의 회전 횟수(M)=T/R=32(nm)/0.095(nm/회)≒337회로서 산출된다. 그리고, 웨이퍼(W)의 자전 횟수(N)(회)가 설정되면, 웨이퍼(W)의 자전 속도(A)(rpm)=V(rpm)×1/M(회)×N=60×1/337×N≒0.178rpm과 같이 연산된다. 회전 테이블(2)의 회전 횟수(M)가 337회이기 때문에, 상기와 같이 동기를 방지하기 위해서, 자전 횟수(N)로서는 337회 이외의 자연수가 설정된다. 또한, 상기 각 연산이나 판정은, 제어부(100)의 프로그램에 의해 실행된다.
상기 성막 장치(1)에 의한 웨이퍼(W)에의 성막 처리에 대해서 설명한다. 도 6에서 설명한 바와 같이 처리 레시피가 선택되어, 목표 막 두께(T) 및 회전 테이블(2)의 회전 속도가 설정됨과 함께, 사이클 레이트(R)의 판독, 자전 횟수(N)의 설정이 행하여져, 웨이퍼(W)의 자전 속도에 대해서 설정된다. 그리고, 도시하지 않은 반송 기구에 의해 웨이퍼(W)가, 각 웨이퍼 홀더(24)에 적재된다(도 7). 이후, 회전 테이블(2)에 적재된 웨이퍼(W)를 모식적으로 도시한 도 7 내지 도 10을 적절히 참조하여 설명한다. 도 7 내지 도 10에서는, 도시의 편의상, 각 웨이퍼(W)를 W1 내지 W5로서 나타내고 있다. 또한, 성막 처리 중에 변위하는 웨이퍼(W)의 방향을 나타내기 위해서, 성막 처리 전의 이들 웨이퍼(W1 내지 W5)의 직경에 대해서, 회전 테이블(2)의 직경과 일치하는 영역에 회전 테이블(2)의 중심을 향하는 화살표 A1 내지 A5를 붙여서 나타내고 있다.
상기 웨이퍼(W1 내지 W5)의 적재 후에 게이트 밸브(38)가 폐쇄되고, 배기구(35, 36)로부터의 배기에 의해 진공 용기(11) 내가 소정의 압력의 진공 분위기로 되고, 분리 가스 노즐(52, 55)로부터 N2 가스가 회전 테이블(2)에 공급된다. 또한, 회전 테이블(2)의 중심 영역 형성부(C) 및 회전 테이블(2)의 하방측의 가스 공급관(15)으로부터 퍼지 가스로서 N2 가스가 공급되어, 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 주연부측으로 흐른다. 또한, 히터(33)의 온도가 상승하여, 히터(33)로부터의 복사열에 의해 회전 테이블(2) 및 웨이퍼 홀더(24)가 가열되고, 웨이퍼 홀더(24)로부터의 열전달에 의해 각 웨이퍼(W1 내지 W5)가 소정의 온도로 가열된다.
그러한 후, 오퍼레이터가 설정한 회전 속도(V)에 의한 회전 테이블(2)의 회전과, 산출된 웨이퍼(W)의 자전 속도(A)에 의한 웨이퍼 홀더(24)의 회전이, 모두 개시된다. 즉, 웨이퍼(W)의 공전과 자전이 개시된다. 예를 들어 이들 공전 및 자전의 개시와 동시에, 원료 가스 노즐(51), 산화 가스 노즐(53), 플라즈마 발생용 가스 노즐(54)로부터의 각 가스의 공급과, 고주파 전원(66)으로부터 안테나(65)에의 고주파의 인가에 의한 플라즈마의 형성이 개시된다. 각 가스는, 선택한 처리 레시피에 따른 유량으로 공급된다. 도 8은, 그와 같이 성막이 개시되고 나서 시간이 경과하고, 회전 테이블(2)이 성막 개시로부터 180° 회전하여, 상기 자전에 의해 웨이퍼(W)의 방향이 바뀐 상태를 나타내고 있다.
도 11은, 진공 용기(11) 내의 각 가스의 흐름을 화살표로 나타내고 있다. 흡착 영역(R1)과 산화 영역(R2)의 사이에 N2 가스가 공급되는 분리 영역(D)을 형성하고 있으므로, 흡착 영역(R1)에 공급되는 원료 가스 및 산화 영역(R2)에 공급되는 산화 가스는, 회전 테이블(2) 위에서 서로 혼합되지 않고 상기 N2 가스와 함께 배기구(35)로부터 배기된다. 또한, 흡착 영역(R1)과 플라즈마 형성 영역(R3)의 사이에도 N2 가스가 공급되는 분리 영역(D)을 형성하고 있으므로, 원료 가스와, 플라즈마 형성 영역(R3)에 공급되는 플라즈마 발생용 가스 및 플라즈마 형성 영역(R3)의 회전 방향 상류측으로부터 당해 분리 영역(D)을 향하는 산화 가스는, 회전 테이블(2) 위에서 서로 혼합되지 않고, 상기 N2 가스와 함께 배기구(36)로부터 배기된다. 상기 중심 영역 형성부(C) 및 가스 공급관(15)으로부터 공급된 N2 가스도, 배기구(35, 36)로부터 제거된다.
상기와 같이 각 가스의 공급과 배기가 행하여진 상태에서, 웨이퍼(W1 내지 W5)는, 자전하면서 원료 가스 노즐(51)의 노즐 커버(57)의 하방의 흡착 영역(R1), 산화 가스 노즐(53)의 하방의 산화 영역(R2), 플라즈마 형성부(61)의 하방의 플라즈마 형성 영역(R3)을 순서대로 반복해서 이동한다. 흡착 영역(R1)에서는 원료 가스 노즐(51)로부터 토출된 BTBAS 가스가 웨이퍼(W)에 흡착되고, 산화 영역(R2)에서는 흡착된 BTBAS 가스가, 산화 가스 노즐(53)로부터 공급된 O3 가스에 의해 산화되어서, 산화 실리콘의 분자층이 1층 또는 복수층 형성된다. 플라즈마 형성 영역(R3)에서는, 상기 산화 실리콘의 분자층이 플라즈마에 노출되어서 개질된다.
상기와 같이 웨이퍼 홀더(24)는, 회전 테이블(2)의 회전과 동기하지 않고 회전하여, 각 웨이퍼(W1 내지 W5)는, 흡착 영역(R1)의 소정의 위치에 위치할 때마다, 서로 다른 방향을 향한다. 도 9는 성막 처리 개시부터 회전 테이블(2)이 1회전한 상태를 나타내고 있다. 그리고, 도 10은, 도 9에 나타내는 상태에서 회전 테이블(2)의 회전이 더 계속되어, 일례로서 웨이퍼(W1 내지 W5)의 방향이 성막 처리 개시 시의 방향으로부터 180° 회전한 방향을 향한 상태를 나타내고 있다. 이와 같이 웨이퍼(W1 내지 W5)의 방향이 변화함으로써, 웨이퍼(W)의 둘레 방향에서의 각 부가, 흡착 영역(R1) 내의 서로 다른 각 위치를 통과한다. 따라서, 흡착 영역(R1) 내의 상기 각 위치에서 원료 가스의 농도 분포에 변동이 발생하고 있어도, 성막 처리 개시부터 성막 처리 종료까지 웨이퍼(W)에 흡착되는 원료 가스의 양이 웨이퍼(W)의 둘레 방향에서의 각 부에서 일정하게 된다. 결과적으로, 상기 웨이퍼(W)의 둘레 방향에서의 각 부에서, 웨이퍼(W)에 형성되는 SiO2막의 막 두께의 치우침을 억제할 수 있다.
이와 같이 회전 테이블(2)의 회전이 계속되어서 산화 실리콘의 분자층이 순차적으로 적층되어, 산화 실리콘막이 형성됨과 함께 그 막 두께가 점차 커진다. 그리고, 설정된 목표 막 두께가 얻어지도록 성막 처리가 행하여지면, 즉, 설정된 파라미터에 기초하여 산출되는 횟수 분, 회전 테이블(2)이 회전하면, 회전 테이블(2)의 회전과 웨이퍼 홀더(24)의 회전이 정지하고, 성막 처리가 종료된다. 이 성막 처리 종료 시에는, 웨이퍼(W1 내지 W5)는 성막 처리 개시 시와 동일한 위치에 위치하고, 또한 도 6에서 설명한 바와 같이 웨이퍼 자전 횟수(N)가 정수로서 설정되어 있기 때문에, 각 웨이퍼(W1 내지 W5)의 방향은, 성막 처리 개시 시와 동일한 방향으로 향하여 진다. 따라서, 웨이퍼(W1 내지 W5)는, 도 7에서 나타낸 위치, 방향으로 놓인다. 이 성막 처리 종료 시에는, 가스 노즐(51) 내지 가스 노즐(55)로부터의 각 가스의 공급 및 플라즈마의 형성에 대해서도 정지된다. 그러한 후, 웨이퍼(W1 내지 W5)가 반송 기구에 의해 진공 용기(11) 내로부터 반출된다.
상기 성막 장치(1)에서는, 회전 테이블(2)의 회전 속도(V), SiO2의 목표 막 두께(T), 사이클 레이트(R) 및 웨이퍼(W)의 자전 횟수(N)가 파라미터로서 설정되고, 설정된 이들 파라미터에 기초하여, 흡착 영역(R1)에 웨이퍼(W)가 위치할 때마다 서로 다른 방향을 향하도록, 웨이퍼(W)의 자전 속도(A)가 산출되고, 그 자전 속도(A)로 웨이퍼(W)가 회전한다. 따라서, 웨이퍼(W)의 둘레 방향에서의 SiO2막의 막 두께 균일성을 높게 할 수 있다.
또한, 이 성막 장치(1)에서는, 상기와 같이 자전 횟수(N)를 오퍼레이터가 자유롭게 설정할 수 있다. 자전 횟수(N)를 작게 할수록, 웨이퍼(W)가 흡착 영역(R1)에 위치하고 나서, 다음으로 흡착 영역(R1)에 위치할 때까지의 방향의 변화가 작아진다. 즉, 성막 처리 종료까지 흡착 영역(R1)에 위치할 때의 웨이퍼(W)의 방향의 분산 정도가 커진다. 즉, 이 성막 장치(1)에서는, 이 방향의 분산 정도를 용이하면서도 또한 확실하게 설정할 수 있다는 이점이 있다. N의 설정의 일례로서는, 상기와 같이 정수로 함으로써, 웨이퍼(W)가 각 방향에서 흡착 영역(R1)을 통과하는 횟수를 균일하게 하여, 보다 확실하게 상기 둘레 방향에서의 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있다. 또한, 웨이퍼 자전 횟수(N)로서는 그와 같이 정수로 하는 것이 바람직하지만, 소수를 포함하는 수가 설정되도록 해도, 둘레 방향에서의 막 두께 분포의 치우침을 경감할 수 있기 때문에, 예를 들어 소수를 포함하는 1 이상의 수를 설정해도 된다.
또한, 이 성막 장치(1)에 의하면 회전 테이블(2)에 지주(41)를 개재해서 지지된 지지 링(42)에 웨이퍼 홀더(24)를 지지하기 위한 회전축(26)이 지지되도록 구성되고, 회전 테이블(2)의 회전에 의한 지주(41) 및 회전축(26)의 이동로의 내측, 외측에 각각 히터(33)를 배치하고 있다. 이와 같은 구성에 의해, 히터(33)가 지주(41) 및 회전축(26)의 이동을 방해하지 않고, 회전 테이블(2)을 통해서 웨이퍼(W)를 가열할 수 있다.
상기 예에서는, 회전 테이블(2)의 회전 속도(V), SiO2의 목표 막 두께(T), 사이클 레이트(R)가 메모리(102, 103)로부터 워크 메모리(104)에 읽어 내어지는 구성으로 되어 있지만, 이 파라미터 중 적어도 1개가, 설정부(101)로부터 오퍼레이터에 의해 입력됨으로써, 워크 메모리(104)에 입력되어, 웨이퍼(W)의 자전 속도(A)가 연산되는 구성으로 되어 있어도 된다.
또한, 예를 들어 오퍼레이터가 설정부(101)로부터, 회전 테이블(2)의 회전 속도(V)와, V에 승산됨으로써 웨이퍼(W)의 회전 속도(A)를 결정하는 비율(K)을 설정할 수 있고, 워크 메모리(104)에서, A=V×K가 연산되어, 웨이퍼(W)의 자전 속도(A)가 설정되는 구성으로 해도 된다. 비율(K)로서는, 웨이퍼(W)의 자전이, 웨이퍼(W)의 공전과 비동기로 되는 수치가 설정되어, 예를 들어 K=0.1, 0.2, 0.3… 1.1, 1.2, 1.3,… 등의 수치로부터 선택된다.
그런데, 도 12에 도시한 바와 같이, 상기의 성막 장치(1)에서 웨이퍼 홀더(24)의 오목부(25)의 측벽의 높이(H1), 즉, 오목부(25)의 깊이를, 웨이퍼(W)의 두께(H2)보다도 크게 형성해도 된다. 이 예에서는 H1은, H2의 1.8배이며, H1은 1.8mm, H2는 1mm이다. 이러한 구성으로 하는 이유를 설명하면, 도 11에서 나타낸 바와 같이 중심 영역 형성부(C) 및 분리 가스 노즐(52, 55)로부터 토출된 N2 가스는, 회전 테이블(2)의 표면을 가로 방향으로 흘러서 배기된다. 도 12에서는 이들 N2 가스 중, 대표적으로 중심 영역 형성부(C)로부터 공급되는 N2 가스를 화살표로 나타내고 있다. 상기와 같이 H1>H2이기 때문에, 오목부(25)의 측벽의 정상부와 웨이퍼(W) 표면의 주연부와의 사이에 단차가 형성되어 있다. 흡착 영역(R1)의 외측에 있어서, 오목부(25) 위를 상기 가로 방향으로 흐르는 N2 가스는, 당해 오목부(25)에서 N2 가스가 흐르는 방향의 상류측의 단차에서 정체되어, 후술하는 도 25, 도 26에 도시한 바와 같은 막 두께가 두꺼운 부분을 형성한다. 즉, 당해 단차에서 가스의 고임부(71)를 형성한다.
흡착 영역(R1)의 외측으로부터 흡착 영역(R1)으로 오목부(25)가 이동하면, 웨이퍼(W)의 표면 분위기가 N2 가스로부터 원료 가스로 치환되어, 웨이퍼(W) 표면의 원료 가스의 농도가 높아져서, 당해 원료 가스가 웨이퍼(W)에 흡착된다. 그러나, N2 가스의 고임부(71)가 형성된 영역은, 그 외측의 영역에 비해 상기 치환에 의한 원료 가스의 농도 상승이 억제되기 때문에, 원료 가스의 흡착량이 작아진다. 상기와 같이 웨이퍼(W)는 자전하고 있기 때문에, 흡착 영역(R1)에 위치했을 때, 웨이퍼(W)의 주연부에 있어서 상기 N2 가스의 고임부(71)가 형성된 개소, 혹은 비교적 크게 형성된 개소는, 웨이퍼(W)가 당해 흡착 영역(R1)에 위치할 때마다 상이하므로, 웨이퍼(W)의 전체 둘레에 있어서 주연부의 막 두께를 웨이퍼(W)의 중앙부의 막 두께에 대하여 작게 할 수 있다. 예를 들어 성막 후의 에칭 처리에서, 웨이퍼(W)의 중앙부의 에칭 레이트가 주연부의 에칭 레이트보다도 높아지는 장치가 사용되어, 이 에칭 처리의 종료 시에 웨이퍼(W)의 주연부와 중앙부에서 막 두께의 균일성을 높게 하고자 하는 경우에, 상기와 같이 H1>H2로 되는 오목부(25)를 형성하는 것이 유효하다.
도 13은, 성막 장치(1)의 다른 구성예를 나타내고 있다. 도 1에 도시하는 이미 설명한 성막 장치(1)와의 차이점을 설명하면, 용기 본체(13)의 히터(33)가 설치되는 오목부(31)의 하방에 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 공간(72)이 형성되고, 이 공간(72)에 지지 링(42) 및 자전용 회전 구동부(27)가 수납되어 있다. 오목부(31)와 공간(72)의 사이의 벽부는, 도면 중 73으로 하고 있다. 또한, 용기 본체(13)에 있어서 배기구(36)의 하류측에 형성되는 유로(74)에 대하여 오목부(31) 내의 공간, 공간(72)이 밸브(V1, V2)를 통해서 각각 접속되어 있고, 성막 처리 중에 밸브(V1, V2)는 적절한 개방도로 개방된다.
도 13 중, 가스 공급관(15)으로부터 공급되는 N2 가스의 흐름을 화살표로 나타내고 있다. 가스 공급관(15)으로부터 회전 테이블(2)의 이면 중심부측에 공급된 N2 가스의 일부는, 회전 테이블(2)의 이면을 따라 배기구(36)에 흘러서, 회전 테이블(2)의 표면으로부터 흐른 각 가스와 함께 제거된다. 상기 N2 가스의 다른 일부는, 회전축(26)과 실드(34)의 간극, 벽부(73)와의 회전축(26)과의 간극을 각각 통해서, 오목부(31) 내, 공간(72) 내에 각각 유입되어, 유로(74)에 유입된다. 그리고, 배기구(36)에 유입된 각 가스와 함께 제거된다.
이와 같이 가스 공급관(15)으로부터 공급된 N2 가스에 의해, 오목부(31) 내와 공간(72)이 퍼지된다. 이에 의해 공간(72)에서 자전용 회전 구동부(27)로부터 발생한 파티클이 유로(74)로부터 제거되어, 주위에의 비산이 보다 확실하게 억제된다. 또한, 히터(33)에 원료 가스 및 산화 가스가 부착되어, 당해 히터(33)가 열화되는 것을 방지할 수 있다. 가스 공급관(15)과는 별도로, 오목부(31), 공간(72) 내에 N2 가스를 공급하는 공급관을 설치해도 된다.
상기 예에서는, 가스 노즐(51)은 ALD의 원료 가스를 공급하고 있지만, CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 성막을 행하기 위한 성막 가스를 공급하고, 이 성막 가스가 공급되는 영역에 웨이퍼(W)가 이동할 때마다 웨이퍼(W)의 자전에 의해 방향이 변경되도록 해도 된다. 즉 산화 가스 노즐이나 분리 가스 노즐이 설치되지 않는 장치 구성으로 해도 된다.
도 14에는, 또 다른 성막 장치의 구성예로서 성막 장치(8)를 나타내고 있고, 도 15에는 성막 장치(8)의 회전 테이블(2)의 사시도를 나타내고 있다. 이 성막 장치(8)에 대해서, 성막 장치(1)와의 차이점을 중심으로 설명한다. 성막 장치(8)의 회전 테이블(2)에서의 웨이퍼 홀더(24)의 회전축(26)은, 상기의 지지 링(42) 및 자기 시일 유닛(20)을 상하 방향으로 관통하도록 설치되어 있다. 그리고, 도 13에서 설명한 공간(72) 내에서 회전축(26)의 하단에는, 수평한 원판 형상으로 형성된 제1 회전체인 자기 기어(81)가 접속되어 있다. 자기 기어(81)는, 그 회전 방향인 둘레 방향을 따라 복수 배열된 자석으로 이루어지고, 각 자석은 N극과 S극이 상기 둘레 방향에서 교대로 위치되도록 배열된다. 자기 기어(81)의 회전에 의해 회전축(26)은, 축 둘레로 회전한다.
또한 공간(72) 내에서 자기 기어(81)의 하방에는, 수평한 원판 형상의 제2 회전체인 자기 기어(82)가 설치되어 있다. 자기 기어(82)는 예를 들어, 그 크기 및 자극의 수가 상이한 것을 제외하고, 자기 기어(81)와 마찬가지로, 복수의 자석에 의해 구성되어 있다. 후술하는 바와 같이 자기 기어(82)에 의해 자기 기어(81)를 회전시킬 수 있도록, 자기 기어(82)의 중심은, 자기 기어(81)의 중심보다도 회전 테이블(2)의 둘레 끝 근처에 위치하고 있다. 이 자기 기어(82)는, 회전축(83)을 통하여 성막 장치(8)의 저부에 설치되는 회전 구동부(84)에 접속되어 있다. 회전 구동부(84)는, 회전축(83)을 통하여 자기 기어(82)를 회전시킨다.
또한, 회전 구동부(84)는, 자기 시일 유닛(85)과 도시하지 않은 모터를 포함하고 있다. 자기 시일 유닛(85)은, 회전축(83)의 베어링과, 당해 회전축(83)의 주위의 간극을 시일하는 자기 시일을 구비하고 있고, 상기 베어링으로부터 발생한 파티클이 진공 분위기인 공간(72)에 비산되는 것을 억제할 수 있도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 예를 들어 당해 베어링에 사용되는 윤활유의 상기 공간(72)에의 비산을 방지할 수 있다. 또한, 이 자기 시일 유닛(85)은, 공간(72)의 진공 분위기와, 진공 용기(11)의 외부의 대기 분위기를 구획하는 역할도 갖는다. 성막 장치(8)에 있어서는, 도 13에서 설명한 바와 같이 오목부(31) 내 및 공간(72)에 가스 공급관(15)으로부터의 N2 가스가 유입되어, 퍼지를 할 수 있다. 또한, 성막 장치(1)와 마찬가지로 공간(72)에는, 가스 노즐(48)로부터 N2 가스가 공급되는 가스 유로(47)가 개구되어 있어, 당해 N2 가스에 의해 공간(72) 내를 퍼지할 수 있도록 구성되어 있다.
웨이퍼 홀더(24)의 공전과 함께 자기 기어(81)는 공전하고, 회전하는 자기 기어(82)의 상방을, 그 주연부가 자기 기어(82)의 주연부에 겹치도록 통과한다. 그와 같이 자기 기어(81)의 주연부와 자기 기어(82)의 주연부가 겹치는 동안에, 자기 기어(81) 및 자기 기어(82) 사이에 작용하는 자력에 의해, 자기 기어(82)의 회전 수에 따른 회전 수로 자기 기어(81)가 당해 자기 기어(82)에 대하여 비접촉으로 회전한다. 그리고, 이 자기 기어(81)의 회전에 의해 웨이퍼 홀더(24)가 회전하고, 웨이퍼(W)가 자전한다. 즉, 이 성막 장치(8)에서는, 자기 기어(82)가 자기 기어(81)에 중첩되는 동안에, 한정적으로 웨이퍼(W)의 자전이 행해지기 때문에, 공전 중에 웨이퍼(W)의 자전은 간헐적으로 행하여진다. 이 예에서는, 자기 기어(82)의 회전 속도에 대하여, 자기 기어(81)의 회전 속도가 작아지도록, 각 자기 기어(81, 82)의 크기 및 자극의 수가 설정되어 있다.
이 성막 장치(8)에서는, 예를 들어 성막 장치(1)와 마찬가지로 오퍼레이터가 설정부(101)로부터 레시피(목표 막 두께(T) 및 회전 테이블(2)의 회전 속도(V)), 사이클 레이트(R), 자전 횟수(N)를 선택함으로써, 웨이퍼의 자전 속도(A)(rpm)가 산출된다. 그리고, 산출된 자전 속도로 되도록, 자기 기어(82)를 회전시키는 회전 구동부(84)를 구성하는 모터의 회전 수가 제어된다.
도 16 내지 도 18은, 성막 처리 중에서의 웨이퍼(W)가 자전 및 공전하는 모습을 도시한 모식도이다. 이 모식도에서는, 도 7 내지 도 10과 마찬가지로 웨이퍼(W)를 W1 내지 W5로 나타내고, 이들 웨이퍼(W1 내지 W5)의 방향을 화살표 A1 내지 A5로 나타내고 있다. 성막 처리 시에는, 성막 장치(1)에서 설명한 바와 같이 각 가스가 공급된다. 그리고, 상기와 같이 오퍼레이터가 설정한 회전 속도로 회전 테이블(2)이 회전하고, 웨이퍼(W)가 공전한다. 이 공전과 함께, 상기와 같이 이 회전 테이블(2)의 회전 속도에 기초하여 산출된 회전 속도로 회전 구동부(84)의 모터가 회전하여, 자기 기어(82)를 회전시킨다(도 16).
회전 테이블(2)의 회전에 의해, 예를 들어 웨이퍼(W1)를 유지한 웨이퍼 홀더(24)에 접속되는 자기 기어(81)가, 회전 방향 상류측으로부터 자기 기어(82)의 상방으로 이동하여, 당해 자기 기어(82)에 겹치도록 위치하면, 자기 기어(81, 82) 사이의 자력에 의해 당해 자기 기어(81)의 회전이 개시되어, 웨이퍼(W1)가 자전한다(도 17). 또한 회전 테이블(2)의 회전이 계속되어, 상기 자기 기어(81)가 자기 기어(82)에 대하여 회전 방향 하류측으로 이동하면, 상기 자력이 약해져서, 웨이퍼(W1)의 자전이 정지한다. 이미 설명한 바와 같이 회전 테이블(2)의 회전 속도에 기초하여 웨이퍼(W)의 자전 속도가 산출되어 있음으로써, 이 자전 정지 시에 있어서의 웨이퍼(W1)의 방향은, 자전 개시 시에 있어서의 방향과는 상이한 방향으로 되고, 그와 같이 방향이 변화한 상태에서 당해 웨이퍼(W1)는, 공전에 의해 흡착 영역(R1)으로 이동한다. 이 방향의 변화량은, 상기와 같이 산출된 웨이퍼(W)의 자전 속도에 따른 것으로 된다.
또한 공전이 계속되어, 상기 자기 기어(81)가 자기 기어(82) 위로 이동할 때마다 웨이퍼(W1)가 자전하고, 그 방향이 상기와 같이 변경되어, 흡착 영역(R1)으로 이동한다. 웨이퍼(W2 내지 W5)에 대해서도 웨이퍼(W1)와 마찬가지로, 1회 공전할 때마다 자전에 의해 그 방향이 변경되어, 흡착 영역(R1)으로 이동한다. 따라서, 성막 장치(8)에 있어서도, 성막 장치(1)와 마찬가지로 웨이퍼(W)의 둘레 방향에서의 막 두께 균일성을 높게 할 수 있다. 또한, 이 성막 장치(8)에서는 웨이퍼(W1 내지 W5)를 자전시키기 위한 회전 구동부(84)를 복수 설치할 필요가 없기 때문에, 장치의 제조 비용을 억제할 수 있다. 또한, 이 회전 구동부(84)의 동력을 웨이퍼 홀더(24)에 전달하기 위한 자기 기어(81, 82) 사이는 비접촉이기 때문에, 파티클의 발생이 억제된다. 그리고, 웨이퍼(W)를 자전시키기 위한 회전축(26)과 당해 회전축(26)을 지지하는 지지 링(42)과의 사이에서 파티클이 발생해도, 이들 자전 축(26) 및 지지 링(42)은, 도 13에서 설명한 바와 같이, 성막 처리 시에 N2 가스에 의해 퍼지되는 공간(72)에 설치되어 있기 때문에, 당해 파티클이 웨이퍼(W)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
성막 장치(8)에서는, 자기 기어(82) 및 회전 구동부(84)를 1개만 설치하고 있지만, 이들을 복수 설치하여, 웨이퍼(W)가 1회 공전하는 동안에 복수 개소에서 자전하도록 해도 된다. 또한, 자기 기어(81, 82)는, 도 19에 도시한 바와 같이 서로 가로 방향으로 배치하여, 공전에 의해 자기 기어(82)에 근접한 자기 기어(81)가 선택적으로 회전됨으로써, 각 웨이퍼(W)가 간헐적으로 자전하도록 해도 된다. 또한, 도 19에 나타내는 예에서는, 자기 기어(81, 82)를 원기둥 형상으로 나타내고 있지만, 도 14, 도 15에서 나타낸 원판 형상의 자기 기어(81, 82)와 마찬가지로 자석이 배열됨으로써 구성된다. 또한, 상기의 예에서는 자기 기어(81, 82)의 양쪽을 자석에 의해 구성하고 있지만, 어느 한쪽을 자석이 아닌 자성체에 의해 구성해도 된다. 예를 들어 자기 기어(82)를 자석, 자기 기어(81)를 철 등의 자성체에 의해 각각 구성한다. 그에 의해, 상기의 예와 같이 자기 기어(81)가 자기 기어(82)에 접근하고 있을 때 자기 기어(82)의 회전에 추종해서 자기 기어(81)가 회전하도록 하여, 웨이퍼(W)를 자전시켜도 된다. 자기 기어(81)를 자성체, 자기 기어(82)를 자석으로 해도 된다.
(평가 시험)
본 발명에 관련한 평가 시험에 대해서 설명한다. 각 평가 시험의 설명에서는, 웨이퍼 홀더(24)에 적재된 웨이퍼(W)에 대해서, 성막 처리 개시 시에 있어서 회전 테이블(2)의 중심을 통과하는 선에 일치하는 웨이퍼(W)의 중심을 통과하는 선을 Y 라인이라고 기재한다. 따라서, Y 라인은 도 7 중에 화살표 A1 내지 A5로서 나타낸 영역이다. 그리고, 이 Y 라인에 대하여 직교하는 웨이퍼(W)의 중심을 통과하는 선을 X 라인이라고 기재한다.
평가 시험 1
직경이 300mm인 웨이퍼(W)의 자전에 의한 막 두께 분포의 변화를 조사하는 시험을 행하였다. 평가 시험 1-1로서, 성막 장치(1)에 있어서 웨이퍼(W)를 자전시키지 않고 성막하는 시뮬레이션을 실시하였다. 또한, 평가 시험 1-2로서, 웨이퍼(W)의 자전을 행하는 것을 제외하고는, 평가 시험 1-1과 동일 조건에서 성막을 행하는 시뮬레이션을 실시하였다. 단, 이 평가 시험 1-2에서는 실시 형태와 달리, 성막 처리 개시부터 성막 처리 종료까지 웨이퍼(W)는 180°만큼 자전하도록 설정하고 있다. 또한, 평가 시험 1-3으로서 평가 시험 1-2와 마찬가지의 시험을 행했지만, 차이점으로서 웨이퍼(W)는 45°만큼 자전하도록 설정하였다. 또한 평가 시험 1-4로서, 실시 형태와 마찬가지로 웨이퍼(W)가 정수 회, 자전하도록 설정한 것 외에는 평가 시험 1-1 내지 1-3과 동일 조건에서 시뮬레이션을 실시하였다. 평가 시험 1-1 내지 1-4의 각각에 있어서, 웨이퍼(W)의 면 내에서의 막 두께 분포를 측정하였다.
도 20의 상단, 하단은 각각 평가 시험 1-1, 1-2의 웨이퍼(W)의 면내의 막 두께 분포를 모식적으로 도시하고, 도 21의 상단, 하단은 각각 평가 시험 1-3, 1-4의 웨이퍼(W)의 면내의 막 두께 분포를 모식적으로 도시하고 있다. 실제로 취득된 시험 결과는, 웨이퍼(W)의 면내에 막 두께에 따른 색이 부여된 컴퓨터 그래픽스인데, 도 20, 도 21에서는 도시의 편의상, 웨이퍼(W)의 면 내를, 막 두께가 소정의 범위로 된 영역마다 등고선으로 둘러싸서, 모양을 부여해서 나타내고 있다.
또한, 도 22의 상단은, 평가 시험 1-1, 1-4의 각 Y 라인의 막 두께 분포를 나타내는 그래프이며, 하단은 평가 시험 1-1, 1-4의 각 X 라인의 막 두께 분포를 나타내는 그래프이다. 각 그래프의 횡축은 웨이퍼(W)의 일단으로부터의 거리(단위: mm)를 나타내고 있다. Y 라인의 그래프에서의 웨이퍼(W)의 일단이란, 회전 테이블(2)의 중심축측의 끝이다. 각 그래프의 종축은 막 두께(단위: nm)를 나타내고 있다. 도 23의 상단은, 평가 시험 1-2, 1-3의 각 Y 라인의 막 두께 분포를 나타내는 그래프이며, 하단은, 평가 시험 1-2, 1-3의 각 X 라인의 막 두께 분포를 나타내는 그래프이다.
도 20, 도 21의 웨이퍼(W)의 모식도로부터, 웨이퍼(W)를 자전시킴으로써 웨이퍼(W)의 둘레 방향에서의 막 두께 분포의 균일성이 높아지고, 정수 회 회전시킨 평가 시험 1-4에서는 당해 둘레 방향의 균일성이 매우 높아져 있는 것을 알 수 있다. 또한, 각 그래프에 대해서 보면, X 라인의 막 두께 분포는, 평가 시험 1-1 내지 1-4에서 큰 차이는 보이지 않는다. Y 라인의 막 두께 분포에 대해서는, 평가 시험 1-1에서 보이는 Y 라인의 일단부와 타단부의 사이의 막 두께의 약간의 차가, 평가 시험 1-2, 1-3에서는 작아져 있고, 평가 시험 1-4에서는 거의 없어져 있다. 따라서, 각 그래프로부터도 웨이퍼(W)의 둘레 방향의 막 두께 분포에 대해서 균일성이 높아져 있는 것을 알 수 있다.
또한, 평가 시험 1-1 내지 1-4의 각각에 대해서, X 라인 상 및 Y 라인 상의 각 측정 위치를 포함하는, 웨이퍼(W)의 면내의 49군데의 위치에서 측정된 막 두께로부터 산출된, 막 두께의 평균값, 막 두께의 최댓값, 막 두께의 최솟값, 막 두께의 최댓값과 최솟값과의 차, 및 면내 균일성을 나타내는 지표인 WinW를 다음의 표 1에 나타내었다. WinW란, ±{(막 두께의 최댓값-막 두께의 최솟값)/(막 두께의 평균값)}/2×100(％)이며, 표 1에서는 그 절댓값을 표시하고 있다. 이 절댓값이 작을수록 면내 균일성이 높다. 평가 시험 1-1 내지 1-4의 WinW를 비교하여, 웨이퍼(W)를 자전시킴으로써 둘레 방향뿐만 아니라 웨이퍼(W)의 면내 전체에서 막 두께의 균일성이 높아져 있는 것, 및 평가 시험 1-4가 가장 면내 전체에서 막 두께의 균일성이 높아져 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 평가 시험 1로부터는, 실시 형태에서 설명한 바와 같이 웨이퍼(W)를 자전시키는 것이 웨이퍼(W)의 면내의 막 두께의 균일성을 높게 하기 위해 유효한 것을 알 수 있으며, 자전의 횟수는 정수로 하는 것이 특히 유효한 것을 알 수 있다.
Figure 112015105353434-pat00001
평가 시험 2
평가 시험 2로서, 도 12에서 설명한 웨이퍼 홀더(24)의 오목부(25)에서의 측벽의 높이(H1), 및 웨이퍼(W)의 자전에 의한 막 두께 분포의 영향을 조사하기 위한 시험을 행하였다. 평가 시험 2-1로서 상기 측벽의 높이(H1)를 웨이퍼(W)의 두께(H2)와 동일한 1.0mm로서 설정하고, 평가 시험 1-1과 마찬가지로 웨이퍼(W)를 자전시키지 않고 성막 장치(1)에 의한 성막 처리를 행하는 시뮬레이션을 행하였다. 회전 테이블(2)의 회전 수는 120rpm으로 설정하였다. 또한, 평가 시험 2-2로서, 웨이퍼(W)의 공전 중에 웨이퍼(W)를 자전시킨 것을 제외하고는 평가 시험 2-1과 마찬가지의 조건에서 시뮬레이션을 행하여, 웨이퍼(W)의 각 부의 막 두께를 측정하였다. 평가 시험 2-3, 2-4로서, 측벽의 높이(H1)를 도 12에 도시한 바와 같이 1.8mm로 한 것 외에는, 평가 시험 2-1, 2-2와 각각 마찬가지의 조건에서 시뮬레이션을 행하였다. 평가 시험 2-1 내지 2-4에 대해서, 성막된 웨이퍼(W)의 각 부의 막 두께를 측정하였다.
도 24의 상단, 하단은 각각 평가 시험 2-1, 2-2의 웨이퍼(W)의 막 두께 분포에 대해서 얻어진 화상을, 평가 시험 1과 마찬가지로 모식도로서 나타내고 있다. 도 25의 상단, 하단은, 도 24와 마찬가지로, 평가 시험 2-3, 2-4에 관한 웨이퍼(W)의 모식도를 나타내고 있다. 또한, 도 26의 상단의 그래프는 평가 시험 2-1, 2-2의 X 라인의 막 두께 분포를 나타내고, 도 26의 하단의 그래프는 평가 시험 2-1, 2-2의 Y 라인의 막 두께 분포를 나타내고 있다. 도 27의 상단의 그래프는 평가 시험 2-3, 2-4의 X 라인의 막 두께 분포를 나타내고, 도 27의 하단의 그래프는 평가 시험 2-3, 2-4의 Y 라인의 막 두께 분포를 나타내고 있다. 도 26, 도 27의 각 그래프의 횡축은, 평가 시험 1의 각 그래프의 횡축과 동일하게, 웨이퍼(W)의 일단으로부터의 거리를 나타내고 있다. 단, 종축은, 막 두께 대신에 디포지션 레이트(단위: nm/분)를 나타내고 있다.
도 24 내지 도 27의 각 모식도 및 각 그래프로부터, 측벽의 높이(H1)의 크기에 관계없이 웨이퍼(W)를 자전시킴으로써, 웨이퍼(W)의 둘레 방향에서의 막 두께의 균일성이 높아지는 것을 알 수 있다. 또한, X 라인 및 Y 라인의 양단부의 막 두께에 대해서 보면, 측벽의 높이(H1)가 1mm인 평가 시험 2-2에서는 5.5mm 정도, 측벽의 높이(H1)가 1.8mm인 평가 시험 2-4에서는 5.0mm 정도로, 평가 시험 2-4가 더 낮아져 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 주연부의 막 두께를 작게 하기 위해서는, 웨이퍼(W)의 두께보다도 측벽의 높이(H1)를 크게 하여, 실시 형태에서 설명한 바와 같이 오목부(25)와 웨이퍼(W)의 표면에 단차를 형성하는 것이 유효하다.
또한, 평가 시험 1과 마찬가지로 평가 시험 2-1 내지 2-4에 대해서, 웨이퍼(W)의 각 측정 개소의 막 두께로부터 산출된, 막 두께의 평균값, 막 두께의 최댓값, 막 두께의 최솟값, 막 두께의 최댓값과 최솟값의 차 및 WinW를 다음의 표 2에 나타내었다. 평가 시험 2-1, 2-2의 각 시험 결과의 비교와, 평가 시험 2-3, 2-4의 각 시험 결과의 비교로부터, 웨이퍼(W)를 자전시킴으로써 WinW가 작아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)를 자전시킴으로써 둘레 방향뿐만 아니라 웨이퍼(W)의 면내 전체에서 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있음을 알 수 있다.
Figure 112015105353434-pat00002
평가 시험 3
웨이퍼 홀더(24)의 오목부(25)가 막 두께 분포에 끼치는 영향을 조사하였다. 이 평가 시험 3에서는, 웨이퍼(W)를 자전시키지 않고 성막 처리를 행하는 시뮬레이션을 행하여, 웨이퍼(W)의 각 부의 막 두께를 측정하였다. 평가 시험 3-1 내지 3-3에서는 오목부(25)의 측벽의 높이(H1)를 1.0mm로 설정하고, 평가 시험 3-4 내지 3-6에서는 오목부(25)의 측벽의 높이(H1)를 1.8mm로 설정하였다. 평가 시험 3-1, 3-4에서는 회전 테이블(2)의 회전 수를 20rpm, 평가 시험 3-2, 3-5에서는 회전 테이블(2)의 회전 수를 60rpm, 평가 시험 3-3, 3-6에서는 회전 테이블(2)의 회전 수를 120rpm으로 각각 설정하였다. 성막 처리 시의 웨이퍼(W)의 온도는 600℃, 진공 용기(11) 내의 압력은 1.8Torr(240.0Pa), 원료 가스의 유량은 200sccm(0.34Pa·m3/초), 산화 가스인 O3 가스의 유량은 6slm(1.01Pa·m3/초), 중심 영역 형성부(C)로부터의 N2 가스의 유량은 0sccm, 성막 처리를 행하는 시간은 10분으로 각각 설정하였다.
도 28의 상단, 중단, 하단은, 각각 평가 시험 3-1, 3-2, 3-3의 웨이퍼(W)의 막 두께 분포에 대해서 얻어진 화상을, 평가 시험 1의 도 20, 도 21과 마찬가지로 모식도로서 나타내고 있다. 도 28과 마찬가지로, 도 29의 상단, 중단, 하단은, 각각 평가 시험 3-1, 3-2, 3-3의 웨이퍼(W)의 막 두께 분포에 대해서 얻어진 화상을, 모식도로서 나타내고 있다. 또한, 도 30의 상단, 하단의 그래프는, 평가 시험 3-2 내지 3-6에서의 각기 X 라인, Y 라인의 막 두께 분포를 나타내고 있다. 도 30의 각 그래프의 횡축, 종축은 평가 시험 2의 도 26, 도 27의 각 그래프의 횡축, 종축과 동일하게, 웨이퍼(W)의 일단부로부터의 거리, 디포지션 레이트를 각각 나타내고 있다. 평가 시험 3-1의 X 라인 및 Y 라인의 각 막의 두께 분포는, 평가 시험 3-4의 X 라인 및 Y 라인의 각 막의 두께 분포와 대략 마찬가지의 결과로 되었기 때문에, 그래프 중의 표시를 생략하였다.
그래프 및 모식도로부터, 회전 테이블(2)의 회전 수가 비교적 높고, 또한 오목부(25)의 측벽의 높이(H1)를 1.8mm로 한 평가 시험 3-5, 3-6에서는, 웨이퍼(W)의 주연부 중의 일부의 막 두께가 다른 영역의 막 두께에 비해 작아지는 것을 알 수 있다. 웨이퍼(W)를 자전시킴으로써 웨이퍼(W)의 둘레 방향으로 막 두께 분포의 구배가 균일해지므로, 이와 같이 오목부의 측벽의 높이(H1)를 설정한 뒤에 웨이퍼(W)를 자전시켜, 회전 테이블(2)의 회전 수를 비교적 높게 함으로써, 웨이퍼(W)의 전체 둘레에서 주연부의 막 두께를 작게 할 수 있다고 추정된다.
W : 웨이퍼 1 : 성막 장치
11 : 진공 용기 2 : 회전 테이블
22 : 공전용 회전 구동부 24 : 웨이퍼 홀더
25 : 오목부 26 : 회전축
27 : 자전용 회전 구동부 33 : 히터
41 : 지주 51 : 원료 가스 공급 노즐
100 : 제어부 101 : 설정부

Claims (13)

  1. 처리 가스를 기판에 공급해서 박막을 얻는 성막 장치로서,
    진공 용기 내에 배치되고, 그 일면측에 형성되는 적재 영역에 기판을 적재해서 공전시키기 위한 회전 테이블과,
    상기 기판이 자전하도록 상기 적재 영역을 회전시키는 자전 기구와,
    상기 회전 테이블의 일면측에서의 처리 가스 공급 영역에 상기 처리 가스를 공급하여, 상기 공전에 의해 당해 처리 가스 공급 영역을 복수회 반복 통과하는 기판에 성막을 행하기 위한 처리 가스 공급 기구와,
    상기 처리 가스 공급 영역에 기판이 위치할 때마다 당해 기판의 방향이 바뀌도록, 상기 회전 테이블의 회전 속도를 포함하는 파라미터에 기초하여, 상기 기판의 자전 속도를 연산하고, 연산된 자전 속도로 기판을 자전시키도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하고,
    상기 자전 기구는, 상기 회전 테이블의 타면측에 설치됨과 함께, 상기 회전 테이블의 회전에 의해 공전하는 자전용 회전축을 구비하고,
    상기 자전용 회전축을 상기 회전 테이블에 대하여 지지하기 위해서 회전 테이블의 타면측에 설치되는 지지 부재가 설치되고,
    상기 회전 테이블을 타면측으로부터 가열하기 위한 히터가, 상기 자전용 회전축 및 지지 부재의 이동로의 내측, 외측에 각각 당해 회전 테이블의 회전 방향을 따라서 설치되고,
    상기 지지 부재는, 회전 테이블의 타면측에서 상기 자전용 회전축에 대하여 회전 테이블의 회전 방향으로 이격되어 설치되는 지주와, 상기 히터의 하방측에서 상기 지주와 상기 자전 기구를 접속해서 지주에 대하여 상기 자전 기구를 지지하는 접속부를 구비한 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연산은, 상기 회전 테이블의 회전 속도와, 회전 테이블의 1회전당 막 두께의 증가량을 목표 막 두께로 나눈 값과의 승산을 포함하는 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연산은, 상기 회전 테이블의 회전 속도와, 회전 테이블의 1회전당 막 두께의 증가량을 목표 막 두께로 나눈 값과, 1 이상의 자연수와의 승산을 포함하고,
    상기 자연수의 값을 오퍼레이터가 설정하기 위한 설정부를 구비하고 있는 성막 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적재 영역과 함께 공전하고, 또한 그 회전에 의해 상기 적재 영역을 회전시키는 자석 또는 자성체로 이루어지는 제1 회전체와,
    상기 자전 기구는, 자석 또는 자성체로 이루어지는 제2 회전체를 구비하고,
    상기 제1 회전체 및 상기 제2 회전체 중 적어도 한쪽은 자석으로 이루어지고,
    공전하는 상기 제1 회전체를, 당해 제1 회전체와 제2 회전체의 사이의 자력에 의해, 비접촉으로 간헐적으로 회전시키는 성막 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급 영역에 대하여 상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 이격되어 형성되는 반응 가스 공급 영역에, 상기 처리 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 기구와,
    상기 반응 가스 공급 영역과 상기 처리 가스 공급 영역의 사이에 형성된 분리 영역에 대하여 분리 가스를 공급하기 위한 분리 가스 공급부를 구비하고,
    상기 적재 영역은 오목부의 저면에 의해 구성되고, 오목부의 깊이는 기판의 두께보다도 큰 성막 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오목부의 깊이는, 기판의 두께의 1.8배인 성막 장치.
  9. 처리 가스를 기판에 공급해서 박막을 얻는 성막 방법으로서,
    진공 용기 내에 배치되는 회전 테이블의 일면측에 형성되는 적재 영역에 기판을 적재해서 공전시키는 공정과,
    자전 기구에 의해 상기 기판이 자전하도록 적재 영역을 회전시키는 공정과,
    상기 회전 테이블의 일면측에서의 처리 가스 공급 영역에 처리 가스 공급 기구에 의해 상기 처리 가스를 공급하여, 당해 처리 가스 공급 영역을 복수회 반복 통과하는 기판에 성막을 행하는 공정과,
    상기 처리 가스 공급 영역에 기판이 위치할 때마다 당해 기판의 방향이 바뀌도록, 상기 회전 테이블의 회전 속도를 포함하는 파라미터에 기초하여, 상기 기판의 자전 속도를 연산하는 공정과,
    연산된 자전 속도로 기판을 자전시키는 공정을 구비하고,
    상기 자전 기구는, 상기 회전 테이블의 타면측에 설치됨과 함께, 상기 회전 테이블의 회전에 의해 공전하는 자전용 회전축을 구비하고,
    상기 회전 테이블의 타면측에 설치되는 지지 부재에 의해 상기 자전용 회전축은 상기 회전 테이블에 대해 지지되고,
    상기 지지 부재는, 회전 테이블의 타면측에서 상기 자전용 회전 축에 대하여 회전 테이블의 회전 방향으로 이격되어 설치되는 지주와, 상기 자전용 회전축 및 상기 지지 부재의 이동로의 내측, 외측에 각각 당해 회전 테이블의 회전 방향을 따라 설치되는 히터의 하방측에서 상기 지주와 상기 자전 기구를 접속해서 지주에 대하여 상기 자전 기구를 지지하는 접속부를 구비하고,
    상기 히터에 의해, 상기 회전 테이블을 타면측으로부터 가열하는 공정을 구비하는, 성막 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기판의 자전 속도를 연산하는 공정은,
    상기 회전 테이블의 회전 속도와, 회전 테이블의 1회전당 막 두께의 증가량을 목표 막 두께로 나눈 값과의 승산을 행하는 공정을 포함하는 성막 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판의 자전 속도를 연산하는 공정은,
    상기 연산은, 상기 회전 테이블의 회전 속도와, 회전 테이블의 1회전당 막 두께의 증가량을 목표 막 두께로 나눈 값과, 1 이상의 자연수와의 승산을 행하는 공정과,
    상기 자연수의 값을 설정하는 공정,
    을 포함하는 성막 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적재 영역을 회전시키는 공정은,
    자석으로 이루어지는 제1 회전체를, 당해 적재 영역과 함께 공전시키는 공정과,
    상기 자전 기구를 구성함과 함께 자석으로 이루어지는 제2 회전체와, 상기 제1 회전체와의 사이에 작용하는 자력에 의해, 당해 제1 회전체를 비접촉으로 간헐적으로 회전시키는 공정과,
    상기 제1 회전체의 회전에 의해 상기 적재 영역을 회전시키는 공정,
    을 포함하는 성막 방법.
  13. 처리 가스를 기판에 공급해서 박막을 얻는 성막 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 성막 방법을 실시하도록 스텝이 짜여져 있는 기억 매체.
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