KR102020704B1 - 성막 장치 - Google Patents

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다카히토 우메하라
마사유키 하세가와
기이치 다카하시
유야 사사키
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 진공 용기 내에서 회전 테이블을 회전시켜 회전 테이블 상의 기판에 성막 처리를 행함에 있어서, 기판의 주연부의 둘레 방향에 있어서의 양호한 막 두께의 균일성을 확보할 수 있는 성막 장치를 제공하는 것이다. 상기 회전 테이블의 일면측에 둘레 방향을 따라 복수 형성되고, 상기 기판이 각각 수용되도록 형성된 오목부와, 상기 오목부 내에서 기판의 주연부보다도 중앙 근처의 부위를 지지하기 위한 적재부와, 상기 오목부 내에서 상기 적재부를 둘러싸도록 형성된 환 형상의 홈부와, 상기 적재부의 중심에서 볼 때 상기 회전 테이블의 회전 중심측의 상기 홈부의 영역으로부터, 당해 오목부의 외부의 영역에 연통하도록 형성된 연통 홈 또는 연통 구멍으로 이루어지는 연통로와, 상기 진공 용기 내를 진공 배기하기 위한 배기구를 구비하도록 장치를 구성한다. 환 형상의 홈부에 고인 처리 가스가 상기 연통로를 통해서 상기 외부의 영역에 흐름으로써, 상기 과제를 해결할 수 있다.

Description

성막 장치{FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은, 진공 용기 내에서 회전 테이블을 회전시켜서 회전 테이블 상의 기판을, 원료 가스의 공급 영역, 원료와 반응하는 반응 가스의 공급 영역을 순차적으로 통과시킴으로써 기판 상에 성막하는 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판(이하, 「웨이퍼」라고 함)에 실리콘 산화막(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 공전시켜, 원료 가스가 공급되는 영역과, 원료 가스와 반응하는 반응 가스가 공급되는 영역을 차례로 통과시키는 장치가 기재되어 있다. 회전 테이블 상에는, 각각의 웨이퍼를 떨어뜨려서 유지하기 위한 오목부가 배치되어 있고, 이 오목부는, 웨이퍼의 외측 테두리에 클리어런스를 형성하기 위해서(웨이퍼를 착탈 가능하게 유지하기 위해서), 평면에서 보았을 때 웨이퍼보다도 약간 크게 되도록 형성되어 있다.
웨이퍼는, 외부로부터의 반송 아암에 의해, 회전 테이블의 오목부 내에 전달된 직후에, 가열 시의 면내 온도의 불균일에 의해, 그 중앙부가 주연부보다도 불룩해지도록 휘고, 면내 온도의 균일성이 높아짐에 따라서 상기 휨이 잦아들어 가는 것으로 알려져 있다. 한편, 회전 테이블을 회전시키고 있기 때문에, 이 회전에 수반하는 원심력에 의해, 웨이퍼는 오목부 내에서, 상기 클리어런스 분만큼 회전 테이블의 외주측으로 이동한다. 이렇게 웨이퍼는, 휜 상태에서 평탄한 상태로 복귀되려고 하면서 이동하기 때문에, 그 주연부가 오목부 저면을 문지르듯이 해서 이동하게 되어, 파티클이 발생할 우려가 있다.
이 때문에 특허문헌 1에서는, 상기 오목부의 저면에, 평면 형상이 웨이퍼보다 작은 웨이퍼의 적재대를 설치하는 구성이 제안되어 있다. 이 구성에 의하면, 웨이퍼의 주연부와 오목부 저면과의 마찰이 억제되기 때문에, 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은, 회전 테이블의 회전수가 높은 프로세스나, 처리 분위기의 압력이 높은 프로세스를 행하는 경우에, 웨이퍼의 주연부의 일부에서, 국소적으로 막 두께가 커지는 현상이 발생한다는 지견을 얻었다. 본 발명자는, 이 현상은, 적재대의 주위의 홈부 내에 국소적으로 짙은 가스가 체류하고, 이 짙은 가스가 웨이퍼의 표면에 돌아 들어가는 것에 기인하고 있는 것이 아닌가 추측하고 있다. 그런데, 웨이퍼의 중심측의 막 두께가 비교적 크고, 웨이퍼의 주연측을 향함에 따라서 막 두께가 작아짐과 함께, 웨이퍼의 둘레 방향에 있어서의 막 두께는 균일성이 높아지도록 성막하는 것이 요청되고 있다. 그러나, 상기와 같이 짙은 가스의 표면에의 돌아 들어감이 발생하면, 웨이퍼의 주연부의 둘레 방향에 있어서 막 두께의 편차가 발생하여, 이 요청에 충분히 응할 수 없는 우려가 있다.
일본 특허 공개 제2013-222948호 공보
본 발명은, 진공 용기 내에서 회전 테이블을 회전시켜 회전 테이블 상의 기판에 성막 처리를 행함에 있어서, 기판의 주연부의 둘레 방향에 있어서의 양호한 막 두께의 균일성을 확보할 수 있는 성막 장치를 제공한다.
본 발명의 성막 장치는, 진공 용기 내에서 회전 테이블을 회전시켜 회전 테이블 상의 복수의 기판을, 처리 가스의 공급 영역에 순차적으로 통과시킴으로써 기판 상에 성막하는 장치로서,
상기 회전 테이블의 일면측에 둘레 방향을 따라 복수 형성되고, 상기 기판이 각각 수용되도록 형성된 오목부와,
상기 오목부 내에서 기판의 주연부보다도 중앙 근처의 부위를 지지하기 위한 적재부와,
상기 오목부 내에서 상기 적재부를 둘러싸도록 형성된 환 형상의 홈부와,
상기 적재부의 중심에서 볼 때 상기 회전 테이블의 회전 중심측의 상기 홈부의 영역으로부터, 상기 오목부의 외부의 영역에 연통하도록 형성된 연통 홈 또는 연통 구멍으로 이루어지는 연통로와,
상기 진공 용기 내를 진공 배기하기 위한 배기구를 포함하고,
상기 외부의 영역은, 상기 오목부에 인접하는 다른 오목부 내에서의 적재부의 주위의 환 형상의 홈부 또는 상기 회전 테이블의 외주연의 외측이다.
본 발명은, 회전 테이블 상의 복수의 오목부 내의 적재부에 각각 기판을 적재하고, 회전 테이블을 처리 가스의 공급 영역에 순차적으로 통과시켜서 성막 처리를 행하는 장치를 대상으로 하고 있다. 그리고, 오목부 내에서의 적재부의 주위의 환 형상의 홈부로서, 적재부의 중심에서 볼 때 회전 테이블의 회전 중심측의 상기 홈부의 영역으로부터, 당해 오목부의 외부 영역에 연통하도록 형성된 연통로를 설치하고 있다. 이 때문에 오목부 내의 환 형상의 홈부 내의 가스가 연통로에 유출되므로, 결과로서 오목부 내에서 국부적으로 성막용의 가스 농도가 높아지는 것이 억제되어, 기판의 주연부의 둘레 방향에서의 막 두께의 균일성이 양호해진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치를 도시하는 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치를 도시하는 횡단면도이다.
도 3은 성막 장치의 회전 테이블을 도시하는 평면도이다.
도 4는 회전 테이블의 일부를 도시하는 사시도이다.
도 5는 회전 테이블을 직경 방향을 따른 단면으로 도시하는 종단면도이다.
도 6은 회전 테이블을 A-A'선을 따른 단면으로 도시하는 종단면도이다.
도 7은 참고예에서, 회전 테이블의 오목부와 웨이퍼의 막 두께 분포를 대응지어서 도시하는 설명도이다.
도 8은 참고예에서, 회전 테이블의 오목부 내의 가스류의 모습을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에서, 회전 테이블의 오목부 내의 가스류의 모습을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 형태에서의 회전 테이블의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 형태에서의 회전 테이블의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태와 참고예에 대해서 웨이퍼의 면내 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치에 대해서, 종단 측면도, 횡단 평면도인 도 1, 도 2를 각각 참조하여 설명한다. 이 성막 장치는, 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 수평한 원형의 회전 테이블(2)을 구비하고 있고, 회전 테이블(2)에 적재되는 웨이퍼(W)에 대하여 처리 가스를 공급해서 성막 처리를 행한다. 또한, 도 2 중의 도면부호 N은, 웨이퍼(W)의 주연부에 형성된 절결인 노치를 나타내고 있다.
도 1 중 도면부호 11, 12는, 각각 진공 용기(1)를 구성하는 천장판, 용기 본체이다. 천장판(11)의 상면측에서의 중앙부에는, 진공 용기(1) 내의 중심부 영역(C)에서 서로 다른 처리 가스끼리 혼합되는 것을 억제하기 위해서, 질소(N2) 가스를 분리 가스로서 공급하기 위한 분리 가스 공급관(13)이 접속되어 있다.
용기 본체(12)의 저면부(14)에는, 진공 용기(1)의 둘레를 따라 원환 형상의 오목부(15)가 형성되어 있다(도 1 참조). 이 오목부(15) 내에는 가열 기구인 히터 유닛(16)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 통하여 당해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 소정의 성막 온도, 예를 들어 620℃로 가열하도록 되어 있다. 도면 중 도면부호 17은 오목부(15)를 막는 커버이며, 도면 중 도면부호 18은 오목부(15) 내를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하는 공급관이다.
상기 회전 테이블(2)의 중심부의 하방측에는 수직 회전축(22)을 통하여 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 회전시키는 회전 기구(21)가 설치되어 있다. 도면 중 도면부호 23은 회전축(22) 및 회전 기구(21)를 수납하는 케이스체이며, 도면 중 도면부호 24는 케이스체(23) 내에 N2 가스를 퍼지 가스로서 공급하기 위한 퍼지 가스 공급관이다.
도 3은 회전 테이블(2)의 일면측(표면측)을 나타내고 있다. 이 일면측에는, 오목부나 홈부가 형성됨으로써 단차가 형성되어 있고, 도 3에서는 각 부의 식별을 용이하게 하기 위해서, 그와 같이 오목부나 홈부가 형성되어 주위보다도 높이가 낮은 영역을 그레이스케일로 나타내고 있다. 회전 테이블(2)의 일면측에는, 원형의 웨이퍼(W)를 떨어뜨려 유지하기 위해서, 원형의 오목부(25)가, 당해 회전 테이블(2)의 회전 방향(둘레 방향)을 따라 6군데에 형성되어 있다. 각각의 오목부(25)는, 웨이퍼(W)의 외측 테두리와의 사이에 간극 영역(클리어런스)을 형성하기 위해서, 평면에서 보았을 때 웨이퍼(W)보다도 직경이 커지도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 웨이퍼(W)의 직경 치수 및 오목부(25)의 직경 치수는, 각각 예를 들어 300mm 및 302mm이다. 또한 회전 테이블(2)의 직경 치수는 예를 들어 1000mm 정도로 되어 있다.
도 4는 상기 오목부(25)의 사시도이며, 도 5는 오목부(25)의 회전 테이블(2)의 직경 방향을 따른 종단 측면도이며, 도 6은 도 3에서의 A-A' 화살표 방향에서 본 단면도이다. 이들 각 도면도 참조하여, 회전 테이블(2)에 대해서 재차 설명한다. 오목부(25)의 저부의 주연부는, 하방으로 더 오목해짐으로써 원환 형상의 홈부(27)를 형성하고 있고, 이 환 형상 홈부(27)에 둘러싸인 오목부(25)의 저부는, 상단면이 수평한 원형의 적재부(26)로서 구성되어 있다. 평면에서 볼 때, 적재부(26)의 중심과 오목부(25)의 중심은 서로 일치하고, 적재부(26)의 직경은 웨이퍼(W)의 직경보다도 작다.
이와 같은 구성에 의해, 웨이퍼(W)가 적재부(26)에 적재되었을 때, 도 5, 도 6에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 주연부보다도 중앙부에 치우친 영역이 당해 적재부(26)에 지지되고, 웨이퍼(W)의 주연부는 당해 오목부(25)의 저면으로부터 부상된다. 이렇게 웨이퍼(W)가 적재되도록 적재부(26) 및 환 형상 홈부(27)를 형성하는 것은, 배경기술의 항목에서 설명한 바와 같이, 가열되어 휜 웨이퍼(W)와 오목부(25)의 저면과의 마찰을 방지하기 위해서이다. 또한, 도 3 중 도면부호 25a는 적재부(26)에 형성되는 관통 구멍이며, 웨이퍼(W)를 하방측으로부터 밀어올려서 승강시키기 위한 3개의 승강 핀(도시하지 않음)이 돌몰된다.
도 5에 도시하는 적재부(26)의 높이 치수(h)는, 예를 들어 0.1mm 내지 1.0mm이며, 적재부(26)에 적재된 웨이퍼(W)의 표면보다, 회전 테이블(2)의 표면이 더 약간 높아지도록 형성되어 있다. 적재부(26)의 직경 치수(d)는 예를 들어 297mm이며, 이미 설명한 환 형상 홈부(27)의 폭 치수(오목부(25)의 내벽면과 적재부(26)의 외벽면과의 사이의 치수)(L1)는, 예를 들어 3mm이다. 또한, 도 5 등에서는, 폭 치수(L1)나 높이 치수(h)에 대해서 과장해서 크게 도시하고 있다.
오목부(25) 내에서의 적재부(26)의 주위의 공간과 회전 테이블(2)의 외측의 공간을 연통하는 연통로인 협폭의 직선 형상 홈부(28)가, 오목부(25)마다 예를 들어 5개씩 형성되어 있다. 이 5개의 직선 형상 홈부(28)(281 내지 285로서 표기하는 경우가 있음)는, 오목부(25)의 내벽면으로부터 회전 테이블(2)의 외주에 이르는 길이의 절결이며, 오목부(25)의 중앙에서 볼 때 회전 테이블(2)의 회전 중심(도 3에 O1로서 표기하고 있음)과는 반대측의 오목부(25)의 단부 영역에, 회전 테이블(2)의 둘레 방향으로 간격을 두고 배열되도록 형성되어 있다. 이 단부 영역이란, 회전 테이블(2)의 회전 중심(O1)과, 오목부(25)의 중심(O2)을 통과하는 직선(A)이 회전 테이블(2)의 외주와 교차하는 점을 P라 하면(도 3 참조), 오목부(25)의 중심(O2)으로부터 점(P)에 대하여 좌측으로 30도의 열림각을 형성하는 직선(S1)과, 상기 중심(O2)으로부터 점(P)에 대하여 우측으로 30도의 열림각을 형성하는 직선(S2)과의 사이의 영역이다.
또한, 회전 테이블(2)의 표면에는 6개의 연결 홈부(29)가 형성되어 있다. 이들 연결 홈부(29)는, 회전 테이블(2)의 회전 방향으로 서로 인접하는 오목부(25)에 대해서, 회전 방향 하류측의 오목부(25)와, 회전 방향 상류측의 오목부(25)를 접속하도록, 회전 테이블(2)의 둘레 방향으로 서로 이격되어 형성되어 있다. 이 연결 홈부(29)의 일단부는, 회전 방향 하류측의 오목부(25)의 중심(O2)에서 볼 때, 당해 오목부(25)의 환 형상 홈부(27) 중 회전 테이블(2)의 회전 중심(O1)측의 부위가, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로 인출되도록 형성되어 있다. 그리고, 연결 홈부(29)의 타단부는, 회전 방향 상류측의 오목부(25)의 중심(O2)에서 볼 때, 당해 오목부(25)의 환 형상 홈부(27) 중 회전 테이블(2)의 회전 중심(O1)과는 반대측의 부위가, 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측으로 인출되도록 형성되어 있다. 이렇게 연결 홈부(29)가 형성됨으로써, 상기 회전 방향에 서로 인접하는 오목부(25)가 서로 접속되어 있다.
이 연결 홈부(29)를 형성하는 이유에 대해서, 도 7, 도 8을 참조하여 설명한다. 도 7, 도 8은, 연결 홈부(29)가 형성되어 있지 않은 회전 테이블(20)을 사용해서 성막 처리가 행하여지는 모습을 각각 나타내고 있다. 성막 처리 시에 있어서, 오목부(25)의 중심(O2)으로부터 회전 테이블(20)의 회전 중심(O1)을 향해 보았을 때, 도 7에 도시한 바와 같이, 환 형상 홈부(27)의 전방측(회전 중심(O1)측)의 좌우에 서로 이격된 영역에 처리 가스의 고임(Q1)이 형성되어, 당해 영역의 처리 가스의 농도가 높아진다는 지견을 발명자는 얻었다. 즉 성막 처리 중에, 환 형상 홈부(27)의 둘레 방향의 각 부에 있어서, 처리 가스의 농도에 비교적 큰 차가 발생한다. 그리고, 상기 가스 고임(Q1)을 형성하는 처리 가스가 도 8에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면의 주연부에 돌아 들어감으로써, 웨이퍼(W) 표면에 있어서 이 돌아 들어감이 발생한 주연부의 처리 가스의 농도가, 다른 영역의 처리 가스의 농도에 비해 상승하는 결과, 웨이퍼(W)의 표면의 주연부의 둘레 방향에서의 막의 두께의 분포의 균일성이 저하된다고 생각된다.
상기 회전 테이블(2)의 연결 홈부(29)는, 회전 방향 하류측의 오목부(25)의 환 형상 홈부(27)의 가스 고임(Q1)을 형성하는 처리 가스를, 회전 방향 상류측의 오목부(25)의 환 형상 홈부(27)에 있어서 가스 고임(Q1)이 형성되어 있지 않은 개소(즉, 처리 가스의 농도가 낮은 개소)로 가이드한다. 그에 의해, 가스 고임(Q1)의 처리 가스가 웨이퍼(W) 표면에 들어 들어가는 것을 방지할 수 있다.
도 1, 도 2로 돌아가서 성막 장치의 다른 각 부를 설명한다. 도 2 중 도면부호 19는 진공 용기(1)의 측벽에 형성된 웨이퍼(W)의 반송구이며, 게이트 밸브(G)에 의해 개폐된다. 도시하지 않은 웨이퍼(W)의 반송 기구는, 당해 반송구(19)를 통해서 진공 용기(1) 내를 진퇴한다. 이 반송구(19)를 면하는 위치에서의 회전 테이블(2)의 하방측에는, 앞서 서술한 오목부(25)의 관통 구(25a)를 통해서 웨이퍼(W)를 이면측으로부터 들어올리기 위한 도시하지 않은 승강 핀이 설치되어 있고, 웨이퍼(W)의 반송 기구와 오목부(25)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 오목부(25)의 통과 영역과 각각 대향하는 위치에는, 각각 예를 들어 석영으로 이루어지는 5개의 노즐(31, 32, 33, 41, 42)이 진공 용기(1)의 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 방사상으로 배치되어 있다. 이 예에서는, 상술하는 반송구(19)에서 볼 때 시계 방향(회전 테이블(2)의 회전 방향)으로 플라즈마 발생용 가스 노즐(33), 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(33)의 상방측에는, 후술하는 플라즈마 발생부(5)가 설치되어 있다.
각 노즐(31, 32, 33, 41, 42)은, 유량 조정 밸브를 통해서 각각 노즐에 가스를 공급하는 가스 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 제1 처리 가스 노즐(31)은, 실리콘(Si)을 포함하는 제1 처리 가스인 원료 가스, 예를 들어 3DMAS(Tris(dimethylamino)silane: SiH[N(CH3)2]3)의 공급원에 접속되어 있다. 제2 처리 가스 노즐(32)은, 원료 가스와 반응하는 제2 처리 가스인 반응 가스, 예를 들어 오존(O3) 가스와 산소(O2) 가스와의 혼합 가스의 공급원에 접속되어 있다. 플라즈마 발생용 가스 노즐(33)은, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스와 O2 가스와의 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, 33, 41, 42)의 예를 들어 하면측에는, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 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)이 된다. 분리 가스 노즐(41, 42)의 하방 영역은, 각각 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)을 분리하는 분리 영역(D)을 형성한다. 이 분리 영역(D)에 있어서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 대략 부채형의 볼록 형상부(43)가 설치되어 있고, 분리 가스 노즐(41, 42)은, 이 볼록 형상부(43)에 깊이 박히듯이 설치되어 있다.
따라서, 분리 가스 노즐(41, 42)에 있어서의 회전 테이블(2)의 둘레 방향 양측에는, 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하는 역할을 갖는 낮은 제1 천장면(볼록 형상부(43)의 하면)이 배치되고, 이 제1 천장면의 상기 둘레 방향 양측에는, 당해 제1 천장면보다도 높은 제2 천장면이 배치되어 있다. 볼록 형상부(43)의 주연부(진공 용기(1)의 외연측의 부위)는, 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위해서, 회전 테이블(2)의 외단면에 대향함과 함께 용기 본체(12)에 대하여 약간 이격되도록, L자 형으로 굴곡되어 있다. 또한, 천장판(11)의 하면에서의 중앙부에는, 당해 중앙부에서의 처리 가스끼리의 혼합을 방지하기 위해서 링 형상으로 하방으로 돌출되는 돌출부(44)가 형성되고, 돌출부(44)의 하면은, 볼록 형상부(43)의 하면에 연속되도록 형성되어 있다.
상기 플라즈마 발생부(5)는, 금속선으로 이루어짐과 함께 코일 형상으로 권회된 안테나(51)를 포함한다. 도 2 중 도면부호 52는 고주파 전원이며, 안테나(51)에 고주파 전력을 공급한다. 고주파 전원(52)과 안테나(51)와의 사이에는 정합기(53)가 개재한다. 도면 중 도면부호 54는 컵 형상의 하우징이며, 진공 용기(1)의 천장판(11)에 있어서 플라즈마 발생용 가스 노즐(33)의 상방측에 평면에서 볼 때 부채형으로 개구된 개구부를 막고, 상기 안테나(51)를 수납하고 있다. 도 1 중 도면부호 55는, 하우징(54)의 하방 영역에의 N2 가스나 제2 처리 가스의 침입을 저지하기 위한 가스 규제용의 돌기부이며, 하우징(54)의 주연부를 따라서 형성되어 있고, 상기 플라즈마 발생용 가스 노즐(33)은, 당해 돌기부(55)의 외측으로부터 돌기부(55)를 관통해서 돌기부(55)에 둘러싸인 영역에 진입하도록 설치되어 있다.
하우징(54)과 안테나(51)와의 사이에는 상면측이 개구되는 상자형의 패러데이 실드(56)가 설치되어 있다. 패러데이 실드(56)는, 도전성 재료에 의해 구성되어, 접지되어 있다. 패러데이 실드(56)의 저면에는, 안테나(51)에 있어서 발생하는 전계 및 자계(전자계) 중, 자계를 웨이퍼(W)에 도달시킴과 함께, 전계 성분이 하방으로 향하는 것을 저지하기 위해서, 슬릿(57)이 형성되어 있다. 도면 중 도면부호 58은 절연판이며, 패러데이 실드(56)와 안테나(51)의 사이를 절연한다.
도면 중 도면부호 61은, 용기 본체(12)의 저면부(14)의 주연을 따라 설치되는 링판이며, 회전 테이블(2)의 외주보다도 외측 위치에 위치하고 있다. 이 링판(61)의 상면에는, 서로 둘레 방향으로 이격해서 제1 배기구(62) 및 제2 배기구(63)가 형성되어 있다. 제1 배기구(62)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)과의 사이에서, 당해 분리 영역(D)측에 치우친 위치에 형성되어 있고, 제1 처리 가스 및 분리 가스를 배기한다. 제2 배기구(63)는, 플라즈마 발생용 가스 노즐(33)과, 당해 플라즈마 발생용 가스 노즐(33)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측에 있어서의 분리 영역(D)과의 사이에서, 당해 분리 영역(D)측에 치우친 위치에 형성되어 있고, 제2 처리 가스, 분리 가스 및 플라즈마 발생용 가스를 배기한다.
도면 중 도면부호 64는, 링판(61)의 표면에 형성되는 홈 형상의 가스 유로이며, 회전 테이블(2)의 외측에 흐른 제2 처리 가스, 분리 가스 및 플라즈마 발생용 가스를 제2 배기구(63)에 가이드한다. 제1 배기구(62) 및 제2 배기구(63)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 각각 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(65)가 설치된 배기관(66)에 의해, 진공 배기 기구인 예를 들어 진공 펌프(67)에 접속되어 있다.
또한, 이 성막 장치에는, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되어 있고, 이 제어부(100)에는 후술하는 성막 처리를 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은, 후술하는 장치의 동작을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있으며, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(101)로부터 제어부(100) 내에 인스톨된다.
다음으로 상기 성막 장치에 의한 성막 처리에 대해서 설명한다. 우선, 히터 유닛(16)에 의해 회전 테이블(2)이 가열된다. 그리고 게이트 밸브(G)가 개방되고, 회전 테이블(2)의 간헐적인 회전과, 회전 테이블(2)의 회전 정지 중에서의 승강 핀의 승강 동작에 의해 반송 기구에 의해 진공 용기(1) 내에 반입된 웨이퍼(W)가 오목부(25)의 적재부(26)에 순차적으로 적재된다. 적재된 웨이퍼(W)는 소정의 온도, 예를 들어 620℃로 가열된다.
6개의 오목부(25)에 웨이퍼(W)가 적재되면, 게이트 밸브(G)가 폐쇄되고, 회전 테이블(2)이 20rpm 내지 240rpm, 예를 들어 180rpm으로 시계 방향으로 회전한다. 그리고, 분리 가스 노즐(41, 42), 분리 가스 공급관(13) 및 퍼지 가스 공급관(18, 24)으로부터, 각각 N2 가스가 소정의 유량으로 토출된다. 계속해서, 처리 가스 노즐(31, 32)로부터 각각 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스가 토출됨과 함께, 플라즈마 발생용 가스 노즐(33)로부터 플라즈마 발생용 가스가 토출된다. 이렇게 각 가스가 토출되었을 때, 진공 용기(1) 내의 압력은 미리 설정한 처리 압력인 133Pa 내지 1333Pa, 예를 들어 1260Pa(9.5Torr)의 압력으로 되도록 각 배기구(62, 63)로부터 배기된다. 또한, 이러한 각 가스의 토출, 배기 및 회전 테이블(2)의 회전에 병행하여, 플라즈마 발생부(5)의 안테나(51)에 고주파 전력이 공급된다.
회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에서는 제1 처리 영역(P1)에서 제1 처리 가스(원료 가스)가 흡착되고, 계속해서 제2 처리 영역(P2)에서 웨이퍼(W) 상에 흡착된 제1 처리 가스(원료 가스)와 제2 처리 가스(반응 가스)와의 반응이 일어나, 박막 성분인 실리콘 산화막(SiO2)의 분자층이 1층 또는 복수 층 형성되어 반응 생성물이 형성된다. 한편, 안테나(51)에 공급된 고주파 전력에 의해 발생한 전계 및 자계 중, 자계만이 패러데이 실드(56)를 통과해서 진공 용기(1) 내에 도달하고, 플라즈마 발생용 가스가 활성화되어, 예를 들어 이온이나 라디칼 등의 플라즈마(활성종)가 생성된다. 이 플라즈마에 의해 반응 생성물이 개질된다. 구체적으로는 플라즈마가 웨이퍼(W)의 표면에 충돌함으로써, 예를 들어 반응 생성물로부터의 불순물의 방출이나, 반응 생성물 내의 원소의 재배열에 의한 치밀화(고밀도화)가 일어난다.
이 성막 처리 중에 도 7, 도 8에서 설명한 바와 같이, 각 오목부(25)의 환 형상 홈부(27)에 있어서, 오목부(25)의 중심(O2)보다도 회전 테이블(2)의 회전 중심(O1) 근처의 영역에 처리 가스의 고임(Q1)이 형성되어, 당해 회전 중심(O1) 근처의 영역의 처리 가스의 농도가 높아진다. 그러나, 그와 같이 오목부(25)에 있어서 이 가스 고임(Q1)을 형성하는 처리 가스는 연결 홈부(29)에 가이드되어, 당해 오목부(25)에 대하여 회전 방향 상류측에 인접하는 오목부(25)의 환 형상 홈부(27)에 있어서의 처리 가스의 농도가 비교적 낮은, 중심(O2)보다도 회전 테이블(2)의 둘레 끝 근처의 영역으로 흐른다. 도 9는, 이 연결 홈부(29)에 있어서의 처리 가스의 흐름을 모식적으로 도시하고 있다.
이 연결 홈부(29)에 있어서의 처리 가스의 흐름에는, 연결 홈부(29)의 일단측과 타단측과의 사이에서의 처리 가스의 농도 구배에 의한 확산 작용이나, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 오목부(25)가 분리 영역(D)에 진입할 때, 당해 분리 영역(D)으로부터 공급되는 N2 가스에 의해 가스 고임(Q1)이 쓸려 내려가는 것이 관여하는 것으로 생각된다. 이렇게 처리 가스가 흐름으로써, 각 환 형상 홈부(27)의 둘레 방향에서의 농도의 차가 억제되는 결과, 환 형상 홈부(27)로부터 웨이퍼(W)의 표면으로 돌아 들어가는 처리 가스에 의해, 웨이퍼(W)의 주연부 중 일부의 영역에서의 당해 처리 가스의 농도가, 다른 영역에 비해 높아지는 것이 억제된다. 따라서, 당해 일부 영역의 막 두께가 다른 영역의 막 두께보다도 커지는 것이 억제된다.
그리고, 그렇게 연결 홈부(29)를 통해서 회전 방향 상류측의 오목부(25)의 환 형상 홈부(27)에 흐른 처리 가스는, 회전 테이블(2)의 원심력에 의해 당해 오목부(25)에 적재되는 웨이퍼(W)의 이면측을 따라 직선 형상 홈부(28)로 흘러, 당해 직선 형상 홈부(28)로부터 회전 테이블(2)의 외측에 배출된다. 또한, 회전 테이블(2)의 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 표면을 따라 당해 회전 테이블(2)의 외주를 향해서 흐르는 처리 가스도, 당해 환 형상 홈부(27)로부터 회전 테이블(2)의 외측으로 배출된다.
상기와 같이 회전 테이블(2)의 회전을 계속함으로써, 웨이퍼(W) 표면에의 제1 처리 가스의 흡착, 웨이퍼(W) 표면에 흡착된 제1 처리 가스의 성분과 제2 처리 가스와의 반응에 의한 반응 생성물의 생성, 및 당해 반응 생성물의 플라즈마 개질이 이 순서로 다수 회에 걸쳐서 행하여져, 웨이퍼(W) 표면에 형성되는 SiO2막의 막 두께가 상승한다. 그리고, 소정의 막 두께의 SiO2막이 형성되면, 각 처리 가스 및 플라즈마 발생용 가스의 공급이 정지하고, 진공 용기(1)에의 반입 시와는 반대의 동작으로 웨이퍼(W)가 진공 용기(1)로부터 반출된다.
상술한 성막 장치에 의하면, 회전 테이블(2) 상의 6개의 오목부(25) 내의 적재부(26)에 각각 웨이퍼(W)를 적재하고, 오목부(25)를 처리 가스가 공급되는 처리 영역(P1, P2)에 순차적으로 통과시켜서 성막 처리가 행하여진다. 그리고, 하나의 오목부(25) 내에서의 적재부(26)의 주위의 환 형상 홈부(27)로서, 적재부(26)의 중심(O2)에서 볼 때 회전 테이블(2)의 회전 중심(O1)측의 부위로부터, 하나의 오목부(25)의 회전 방향 상류측에 인접하는 다른 오목부(25) 내에 형성된 환 형상 홈부(27)에 연통하는 연결 홈부(29)가 형성되어 있다. 그에 의해, 하나의 오목부(25)의 환 형상 홈부(27)에 고인 처리 가스가 연결 홈부(29)로 유출되어, 다른 오목부(25)의 환 형상 홈부(27)에 있어서의 처리 가스의 농도가 비교적 낮은 영역으로 이동할 수 있다. 따라서, 각 오목부(25)의 환 형상 홈부(27)에 있어서 회전 테이블(2)의 회전 중심(O1)측의 부위의 처리 가스 농도가 국소적으로 높아지는 것이 억제된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 표면의 주연부에, 높은 농도의 처리 가스가 돌아 들어가는 것이 억제되기 때문에, 웨이퍼(W)의 주연부에 있어서의 막 두께의 균일성의 저하를 억제할 수 있다.
또한 상술한 성막 장치에 의하면, 원심력에 의해 오목부(25) 내에 회전 테이블(2)의 둘레 끝측을 향하는 처리 가스를 당해 오목부(25)로부터 배출할 수 있도록, 앞서 설명한 오목부(25)의 단부 영역에 직선 형상 홈부(28)가 형성되어 있다. 따라서, 웨이퍼(W) 표면에 있어서 처리 가스의 농도가 국소적으로 높아지는 영역이 발생하는 것을, 보다 확실하게 억제할 수 있다.
처리 가스의 고임(Q1)을 환 형상 홈부(27)로부터 배출하기 위한, 다른 홈부의 형성 예에 대해서 도 10에 도시한다. 이 도 10의 회전 테이블(2)에 있어서는, 각 오목부(25)의 중심(O2)으로부터 회전 테이블(2)의 회전 중심(O1)을 향해서 볼 때, 환 형상 홈부(27)의 측벽의 전방측의 좌우에 서로 이격된 영역이, 각각 회전 테이블(2)의 둘레 끝을 향해서 인출됨으로써, 각 오목부(25)의 좌우에 각각 홈부(71)가 형성되어 있다. 회전 테이블(2)의 회전 방향으로 인접하는 오목부(25)에 대해서, 회전 방향 하류측의 오목부(25)의 우측(회전 방향 상류측)의 홈부(71), 회전 방향 상류측의 오목부(25)의 좌측(회전 방향 하류측)의 홈부(71)가, 회전 테이블(2)의 둘레 끝을 향하는 도중에 서로 합류되고, 합류된 홈부(71)의 단부는, 회전 테이블(2)의 외측에 개방되어 있다.
이렇게 형성된 홈부(71)에 의해, 도 7에서 설명한 바와 같이 형성되는 처리 가스의 고임(Q1)은, 홈부(71)에 의해 회전 테이블(2)의 외측으로 가이드되어 환 형상 홈부(27)로부터 배출된다. 따라서, 이미 설명한 연결 홈부(29)를 회전 테이블(2)에 형성한 경우와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 연결 홈부(29) 대신에 홈부(71)가 형성되는 것을 제외하고, 도 10의 회전 테이블(2)은, 도 3 등에서 설명한 회전 테이블(2)과 마찬가지로 구성되어 있다.
이와 같이, 처리 가스를 배출하기 위해서 하나의 환 형상 홈부(27)에 연통하는 외부의 영역은, 다른 환 형상 홈부(27)인 것에 한정되지 않고, 회전 테이블(2)의 외주연의 외측이어도 된다. 또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 홈부(71)는, 회전 테이블(2) 상에서 합류되지 않고, 서로 독립되어 있어도 된다. 즉, 도 10에 도시하는 바와 같이 2개의 적재부(26)에 공유의 홈부(71)를 형성해도 되고, 도 11에 도시하는 바와 같이 적재부(26)마다 개별의 홈부(71)를 형성해도 된다.
이렇게 처리 가스를 환 형상 홈부(27)의 오목부(25)의 외부의 영역에 배출하기 위해서 회전 테이블(2)에 형성되는 연통로로서는, 상방측이 개방된 홈부로서 형성되는 것에 한정되지 않고, 하나의 환 형상 홈부(27)와 다른 환 형상 홈부(27)를 접속하는 연통 구멍 또는 하나의 환 형상 홈부(27)와 회전 테이블(2)의 외주연의 외측을 접속하는 연통 구멍이어도 된다. 그런데, 회전 테이블(2)의 반경 상에 오목부(25)를, 당해 회전 테이블(2)의 직경 방향에 인접하도록 형성해도 된다. 그 경우, 당해 직경 방향에 인접하는 오목부(25) 사이를 접속하도록, 연결 홈부(29)를 형성해도 된다. 또한, 상기 성막 장치는, 종류가 상이한 처리 가스가 공급되는 영역이 분리 영역(D)에 의해 서로 분리되지 않고, CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 성막이 행해지도록 구성되어 있어도 된다.
(평가 시험)
계속해서, 본 발명에 관련해서 행하여진 평가 시험 1에 대해서 설명한다. 이 평가 시험 1에서는, 상기 발명의 실시 형태에서 설명한 성막 장치를 사용해서 웨이퍼(W)에 성막 처리를 행하였다. 이 성막 처리 중에 있어서의 웨이퍼(W)의 온도는 620℃, 회전 테이블(2)의 회전 속도는 180rpm, 중심부 영역(C)에의 N2 가스의 공급량은 6000sccm, 진공 용기(1) 내의 압력은 9.5Torr(1.27×103Pa), 3DMAS의 공급량은 500sccm으로 각각 설정하였다. 그리고, 웨이퍼(W)의 면내 각 부의 막 두께를 측정하였다. 또한, 비교 시험 1로서, 회전 테이블(2) 대신에 회전 테이블(2)에 연결 홈부(29)가 형성되어 있지 않은 것을 제외하고, 평가 시험 1에서 사용한 성막 장치와 마찬가지의 구성의 성막 장치를 사용하여, 평가 시험 1과 동일한 조건에서 성막 처리를 행하고, 평가 시험 1과 마찬가지로 웨이퍼(W)의 막 두께를 측정하였다.
도 12의 그래프는, 평가 시험 1 및 비교 시험 1의 결과를 나타내고 있다. 그래프의 횡축은, 막 두께를 측정한 위치를 1 내지 49의 수치로 나타내고 있고, 그래프의 종축은, 막 두께비 및 막 두께(단위: nm)를 나타내고 있다. 종축에서의 막 두께비란, 웨이퍼(W)의 중심의 막 두께를 1로 하고, 웨이퍼(W)의 각 부의 막 두께를 이 중심의 막 두께에 대한 상대값으로서 나타낸 것이다. 또한, 횡축에 대해서 보충 설명하면, 횡축의 수치 1은 웨이퍼(W)의 중심을 나타내고 있다. 그리고, 수치 2 내지 9는 웨이퍼(W)의 중심을 중심으로 하는 반경이 약 50mm인 원주 상의 위치, 수치 10 내지 25는 웨이퍼(W)의 중심을 중심으로 하는 반경이 약 100mm인 원주 상의 위치, 수치 26 내지 49는 웨이퍼(W)의 중심을 중심으로 하는 반경이 약 150mm인 원주 상의 위치를 각각 나타내고 있다. 동일한 원주 상에 있어서의 막 두께의 각 측정 위치는, 원주 방향에 인접하는 측정 위치간의 거리가 서로 동등해지도록 설정되어 있다.
실선의 꺽은선 그래프는, 평가 시험 1로부터 취득된 막 두께에 대응하는 플롯을 선으로 연결한 것이며, 점선의 꺽은선 그래프는, 비교 시험 1로부터 취득된 막 두께에 대응하는 플롯을 선으로 연결한 것이다. 단, 각 플롯에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 그래프를 보면, 수치 1 내지 25의 각 위치의 막 두께에 대해서는, 평가 시험 1과 비교 시험 1의 사이에서 큰 차이는 없다. 그러나, 수치 26 내지 49의 각 위치를 보면, 대부분의 위치에 있어서 평가 시험 1의 막 두께가 비교 시험 1의 막 두께보다도 더 작다. 따라서, 평가 시험 1에서는, 상술한 바와 같이 환 형상 홈부(27)로부터 웨이퍼(W) 표면의 주연부에의 처리 가스의 돌아 들어감이 억제되어 있다고 생각된다. 특히 수치 29 및 그 부근의 위치와, 수치 48 및 그 부근의 위치에 있어서, 비교 시험 1에서는 막 두께비가 1 이상 또는 1에 가까운 값으로 되어 있는 것에 반해, 평가 시험 1의 막 두께비는 1보다도 크게 저하된 값으로 되어 있고, 이들 각 위치에서는 웨이퍼(W) 표면에의 처리 가스의 돌아 들어감을 특히 억제할 수 있었음을 알 수 있다.
그리고, 비교 시험 1에 대하여 평가 시험 1에서는, 상기 수치 29 및 그 부근의 위치의 막 두께와, 수치 48 및 그 부근의 위치의 막 두께가 저하되어 있음으로써, 수치 26 내지 49의 각 위치의 막 두께는, 수치 1 내지 25의 각 위치의 막 두께보다도 작게 되어 있다. 즉, 배경기술의 항목에서 설명한 바와 같이 웨이퍼의 중심부의 막 두께에 비해 웨이퍼의 주연부의 막 두께가 작은 막 두께 분포를 갖도록 성막할 것이 요구되어 있는데, 평가 시험 1에서는 그러한 막 두께 분포를 갖도록 성막되어 있다. 이러한 평가 시험 1의 결과로부터, 본 발명의 효과가 확인되었다.
W : 웨이퍼 Q1 : 가스 고임
1 : 진공 용기 2 : 회전 테이블
25 : 오목부 26 : 적재부
27 : 환 형상 홈부 28 : 선상 홈부
29 : 연결 홈부 31, 32 : 처리 가스 노즐
62, 63 : 배기구

Claims (6)

  1. 진공 용기 내에서 회전 테이블을 회전시켜서 회전 테이블 상의 복수의 기판을, 처리 가스의 공급 영역에 순차적으로 통과시킴으로써 기판 상에 성막하는 장치에 있어서,
    상기 회전 테이블의 일면측에 둘레 방향을 따라 복수 형성되고, 상기 기판이 각각 수용되도록 형성된 오목부와,
    상기 오목부 내에서 기판의 주연부보다도 중앙 근처의 부위를 지지하기 위한 적재부와,
    상기 오목부 내에서 상기 적재부를 둘러싸도록 형성된 환 형상의 홈부와,
    상기 적재부의 중심에서 볼 때 상기 회전 테이블의 회전 중심측의 상기 홈부의 영역으로부터, 상기 오목부의 외부의 영역에 연통하도록 형성된 직선 형상의 연통 홈 또는 연통 구멍으로 이루어지는 연통로와,
    상기 진공 용기 내를 진공 배기하기 위한 배기구를 포함하고,
    상기 외부의 영역은, 상기 오목부에 인접하는 다른 오목부 내에서의 적재부의 주위의 환 형상 홈부로서, 상기 다른 오목부의 적재부의 중심에서 볼 때 상기 회전 테이블의 회전 중심과는 반대측의 영역인 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  2. 진공 용기 내에서 회전 테이블을 회전시켜서 회전 테이블 상의 복수의 기판을, 처리 가스의 공급 영역에 순차적으로 통과시킴으로써 기판 상에 성막하는 장치에 있어서,
    상기 회전 테이블의 일면측에 둘레 방향을 따라 복수 형성되고, 상기 기판이 각각 수용되도록 형성된 오목부와,
    상기 오목부 내에서 기판의 주연부보다도 중앙 근처의 부위를 지지하기 위한 적재부와,
    상기 오목부 내에서 상기 적재부를 둘러싸도록 형성된 환 형상의 홈부와,
    상기 적재부의 중심에서 볼 때 상기 회전 테이블의 회전 중심측의 상기 홈부의 영역으로부터, 상기 오목부의 외부의 영역에 연통하도록 형성된 직선 형상의 연통 홈 또는 연통 구멍으로 이루어지는 연통로와,
    상기 진공 용기 내를 진공 배기하기 위한 배기구를 포함하고,
    상기 외부의 영역은, 상기 오목부에 인접하는 다른 오목부 내에서의 적재부의 주위의 환 형상 홈부 또는 상기 회전 테이블의 외주연의 외측이고,
    상기 연통로는, 오목부의 중앙에서 볼 때 상기 회전 테이블의 중심과는 반대측의 오목부의 단부 영역에서, 상기 오목부 내에서의 적재부의 주위의 공간과 상기 회전 테이블의 외측의 공간을 연통하도록 상기 오목부의 벽부에 형성되는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오목부의 단부 영역은, 오목부의 중심과 회전 테이블의 회전 중심을 연결하는 직선이 회전 테이블의 외주와 교차하는 점을 P로 하면, 오목부의 중심으로부터 점 P에 대하여 좌우에 30도씩의 열림각을 각각 형성하는 직선의 사이의 영역인 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오목부에 인접하는 다른 오목부는, 오목부에서 볼 때 성막 시에 있어서의 회전 테이블의 회전 방향의 상류측에 인접하는 다른 오목부인 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 가스의 공급 영역은, 회전 테이블의 회전 방향을 따라서 서로 이격된, 원료 가스의 공급 영역, 및 원료와 반응하는 반응 가스의 공급 영역이며,
    상기 원료 가스의 공급 영역과 반응 가스의 공급 영역과의 사이에는, 이들 영역의 사이에서 원료 가스와 반응 가스가 혼합되는 것을 방지하기 위해, 그 상류측 및 하류측을 향해서 분리 가스가 분출되는 분리 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  6. 삭제
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