KR102022153B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

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유키오 오히즈미
마나부 혼마
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판을 회전 테이블에 의해 공전시키면서 당해 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리하는 기판 처리 장치에 있어서, 기판의 둘레 방향으로 균일성 높은 처리를 행함과 함께, 회전 테이블이 받는 부하를 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것이다. 처리 용기 내에 설치된 회전 테이블과, 상기 회전 테이블을 회전시키기 위한 회전 기구와, 상기 회전 테이블의 하방측에서 상기 회전 테이블의 회전축에 설치된 지지부와, 기판의 적재 위치에 대응해서 상기 회전 테이블에 형성된 개구부와, 상기 개구부를 통해서 상기 지지부에 자전 가능하게 지지되고, 기판의 상면의 높이 위치가 상기 회전 테이블의 상면의 높이 위치에 정렬되도록 기판을 적재하기 위한 적재부와, 상기 적재부를 자전시키기 위한 자전 기구를 구비하도록 장치를 구성한다. 그에 의해, 회전 테이블에 가해지는 중량의 부하를 억제한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은 기판을 공전시키면서 처리 가스를 기판에 공급함으로써 처리를 행하는 기술분야에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서는, 에칭 마스크 등을 형성하기 위한 각종 막을 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 기재함)에 성막하기 위해서, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)가 행하여진다. 반도체 장치의 생산성을 높게 하기 위해서 상기 ALD는, 복수의 웨이퍼를 적재한 회전 테이블을 회전시킴으로써 당해 웨이퍼를 공전시켜, 당해 회전 테이블의 직경 방향을 따르도록 배치되는 처리 가스의 공급 영역(처리 영역)을 반복해서 통과시키는 장치에 의해 행하여지는 경우가 있다.
반도체 장치를 구성하는 배선의 미세화에 수반하여, 예를 들어 웨이퍼의 면내 각 부의 막 두께에 대해서, 목표 값으로부터의 어긋남이 1％ 이하로 수습되는, 균일성 높은 성막 처리가 행하여지는 것이 요구되는 경우가 있다. 또한, 상기 배선의 미세화에 의해 에칭 시에 있어서의 웨이퍼의 면 내에서의 로딩 효과가 비교적 크므로, 예를 들어 웨이퍼의 중심부의 막 두께가 주연부의 막 두께보다도 큰 동심원 형상의 막 두께 분포로 하는 것이 요구되는 경우가 있다. 즉, 웨이퍼의 둘레 방향에 대해서는, 균일성 높게 성막을 행하는 것이 요구되고 있다.
그러나, 상기 웨이퍼를 공전시키는 성막 장치에 있어서는, 회전 테이블의 직경 방향을 따라서 처리 가스가 공급되므로, 웨이퍼에 형성되는 막 두께 분포는, 회전 테이블의 중심측으로부터 주연측을 향함에 따라서 막 두께가 변이하는 막 두께 분포로 되는 경향이 있어, 상기 웨이퍼의 둘레 방향으로 균일성 높은 막 두께 분포를 형성하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다. 특허문헌 1에는, 웨이퍼의 면 내에 소정의 온도 분포를 형성해서 CVD(Chemical Vapor Deposition)을 행함으로써, 상기 동심원 형상의 막 두께 분포를 형성하는 성막 장치가 기재되어 있지만, 이 성막 장치에서는 성막 처리 중에 웨이퍼는 공전하지 않는다. 따라서, 특허문헌 1은, 상기 문제를 해결할 수 있는 것이 아니다.
일본 특허 공개 제2009-170822호 공보
상기 회전 테이블을 구비하는 성막 장치에 대해서, 웨이퍼를 적재하는 적재대를 당해 웨이퍼의 둘레 방향으로 회전(자전)시키는 회전 기구를 당해 회전 테이블에 설치함으로써, 웨이퍼의 둘레 방향에 있어서의 막 두께의 균일성을 높게 하는 것이 검토되고 있다. 그러나, 그와 같이 성막 장치를 구성하면, 회전 테이블에는 적재대의 회전에 의한 원심력 이외에 회전 기구에 의한 하중이 가해지게 되기 때문에, 파손을 방지하기 위해서 회전 테이블을 비교적 견고한 재질, 예를 들어 Al(알루미늄) 등의 금속에 의해 구성해야 한다고 생각된다. 그리고, 그렇게 금속에 의해 회전 테이블을 구성하면, 열에 의한 변형을 방지하기 위해서 비교적 저온, 예를 들어 200℃ 이하의 온도에서 웨이퍼에 처리를 행할 필요가 있어, 원하는 종류의 막이나, 원하는 막질을 갖는 막을 형성할 수 없게 되어버린다는 우려가 있다.
본 발명은, 기판을 회전 테이블에 의해 공전시키면서 당해 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리하는 기판 처리 장치에 있어서, 기판의 둘레 방향으로 균일성 높은 처리를 행함과 함께, 회전 테이블이 받는 부하를 억제할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명의 기판 처리 장치는, 기판을 공전시키면서 상기 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리하는 기판 처리 장치로서, 처리 용기 내에 설치된 회전 테이블과, 상기 회전 테이블을 회전시키기 위한 회전 기구와, 상기 회전 테이블의 하방측에서 상기 회전 테이블의 회전축에 설치된 지지부와, 기판의 적재 위치에 대응해서 상기 회전 테이블에 형성된 개구부와, 상기 개구부를 통해서 상기 지지부에 자전 가능하게 지지되고, 기판의 상면의 높이 위치가 상기 회전 테이블의 상면의 높이 위치에 정렬되도록 기판을 적재하기 위한 적재부와, 상기 적재부를 자전시키기 위한 자전 기구를 포함한다.
또한, 본 발명의 기판 처리 방법은, 기판을 공전시키면서 상기 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리하는 기판 처리 방법으로서, 처리 용기 내에 설치된 회전 테이블을 회전 기구에 의해 회전시키는 공정과, 기판의 적재 위치에 대응해서 상기 회전 테이블에 형성된 개구부를 통해서 적재부를 상기 회전 테이블의 하방측에서 상기 회전 테이블의 회전축에 설치된 지지부에 자전 가능하게 지지하는 공정과, 기판의 상면의 높이 위치가 상기 회전 테이블의 상면의 높이 위치에 정렬되도록 기판을 적재부에 적재하는 공정과, 상기 적재부를 자전 기구에 의해 자전시키는 공정을 포함한다.
본 발명은, 회전 테이블의 하방측에서 당해 회전 테이블의 회전축에 지지부가 설치되고, 회전 테이블에 형성된 개구부를 통해서 당해 지지부에, 기판의 적재부가 자전 가능하게 지지되어 있다. 이러한 장치 구성에 의하면, 기판의 둘레 방향에 있어서의 처리의 균일성을 높게 하고, 적재부 및 자전 기구가 회전 테이블에 부여하는 부하를 경감시킬 수 있다. 또한, 그와 같이 회전 테이블의 부하가 경감되는 결과로서, 회전 테이블에 사용할 수 있는 재료의 자유도를 높게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기판 처리 장치의 실시 형태에 따른 성막 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 성막 장치의 횡단 평면도이다.
도 3은 상기 성막 장치의 종단 사시도이다.
도 4는 상기 성막 장치에 설치되는 회전 테이블 및 링판의 하면측 사시도이다.
도 5는 상기 성막 장치에 설치되는 자전용 구동 유닛, 공전용 구동 유닛 및 자기 기어의 평면도이다.
도 6은 상기 공전용 구동 유닛 및 자전용 구동 유닛을 구성하는 플레이트의 상면도이다.
도 7은 상기 플레이트의 사시도이다.
도 8은 상기 구동 유닛을 구성하는 전원부의 회로도이다.
도 9는 상기 전원부와 플레이트에 권회되는 코일과의 접속을 도시하는 설명도이다.
도 10은 상기 전원부와 플레이트에 권회되는 코일과의 접속을 도시하는 설명도이다.
도 11은 상기 전원부와 플레이트에 권회되는 코일과의 접속을 도시하는 설명도이다.
도 12는 상기 링판에 설치되는 자극이 전진하는 모습을 도시하는 설명도이다.
도 13은 상기 링판에 설치되는 자극이 전진하는 모습을 도시하는 설명도이다.
도 14는 상기 링판에 설치되는 자극이 전진하는 모습을 도시하는 설명도이다.
도 15는 상기 링판에 설치되는 자극이 전진하는 모습을 도시하는 설명도이다.
도 16은 삼상 교류와 상기 플레이트의 자극의 변화를 나타내는 그래프도이다.
도 17은 삼상 교류와 상기 플레이트의 자극의 변화를 나타내는 그래프도이다.
도 18은 상기 자기 기어의 동작을 나타내는 작용 도이다.
도 19는 상기 자기 기어의 동작을 나타내는 작용 도이다.
도 20은 상기 자기 기어의 동작을 나타내는 작용 도이다.
도 21은 웨이퍼에 성막이 행하여지는 모습을 나타내는 작용 도이다.
도 22는 웨이퍼에 성막이 행하여지는 모습을 나타내는 작용 도이다.
도 23은 웨이퍼에 성막이 행하여지는 모습을 나타내는 작용 도이다.
도 24는 웨이퍼에 성막이 행하여지는 모습을 나타내는 작용 도이다.
도 25는 상기 진공 용기 내에 공급되는 각 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다.
본 발명의 기판 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 행해져, SiO2막이 형성된다.
도 1, 도 2, 도 3은, 성막 장치(1)의 종단 측면도, 횡단 평면도, 종단 사시도이다. 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)(3)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(3)은, 비교적 높은 온도로 가열되어도 변형이 억제되도록, 예를 들어 석영에 의해 구성되어 있고, 후술하는 바와 같이 평면에서 볼 때 시계 방향으로 둘레 방향으로 회전한다. 용기 본체(13)의 측벽은, 당해 회전 테이블(3)의 이면측을 향해서 돌출되어, 평면에서 볼 때 링 형상의 상단측 돌출부(14)를 구성하고 있다. 상단측 돌출부(14)의 상면에는, 당해 상단측 돌출부(14)의 둘레를 따라 오목부(15)가 형성되어 있고, 오목부(15) 내에는 회전 테이블(3)의 주연부를 가열하기 위한 링 형상의 히터(16)가 회전 테이블(3)의 둘레를 따라 설치되어 있다. 도면 중 도면부호 15A는 오목부(15)를 상측에서 막는 덮개이다. 도면 중 도면부호 16A는 히터(16)에 전력을 공급하기 위한 급전 라인이며, 히터(16)로부터 진공 용기(11)의 측벽을 관통해서 당해 진공 용기(11)의 외부로 인출되어, 전원부(17)에 접속되어 있다.
도면 중 도면부호 14A는, 오목부(15)의 외측에서 상단측 돌출부(14)로부터 상방으로 돌출된 볼록부이며, 회전 테이블(3)의 회전축을 중심으로 해서 동심원 형상으로 복수 형성되어 있고, 회전 테이블(3)의 이면의 주연부에, 당해 회전 테이블(3)의 회전 방향을 따라서 동심원 형상으로 형성된 복수의 홈부(14B)에 진입하도록 형성되어 있다. 이들 볼록부(14A) 및 홈부(14B)는, 회전 테이블(3)의 표면측에 공급된 처리 가스가 당해 회전 테이블(3)의 이면측으로 돌아들어가는 것을 방지하기 위해서 형성되어 있다.
용기 본체(13)의 저부의 중앙부에는 기립한 원통부(18)가 설치되어 있고, 원통부(18)의 상단은 외측으로 넓어져, 플랜지(18A)를 구성하고 있다. 플랜지(18A)의 주연부는 상방으로 돌출되어, 오목부(18B)가 형성되어 있다. 오목부(18B) 내에는 회전 테이블(3)의 중심부를 가열하는, 예를 들어 원판 형상의 히터(19)가 설치되어 있다. 도면 중 18C는, 오목부(18B)를 상측에서 막는 덮개이다. 도면 중 도면부호 19A는 히터(19)에 전력을 공급하기 위한 급전 라인이며, 히터(19)로부터 원통부(18) 내를 통과하도록 하방으로 연장되어, 진공 용기(11)의 저부를 관통해서 당해 진공 용기(11)의 외측으로 인출되어 상기 전원부(17)에 접속되어 있다. 히터(16, 19)의 복사열에 의해, 회전 테이블(3) 전체가 가열된다. 즉, 성막 장치(1)에서는, 회전 테이블(3)을 가열하기 위한 히터가, 회전 테이블(3)의 중심부측과, 주연부측으로 분할되어서 설치되어 있게 된다.
상기 플랜지(18A)와 상단측 돌출부(14)와의 사이는, 링 형상의 슬릿(14C)으로서 구성되어 있고, 플랜지(18A) 및 상단측 돌출부(14)의 하방에는, 원통부(18)를 둘러싼 수평한 원형의 링판(21)이 설치되어 있다. 지지부인 링판(21)의 하면에는, 내측 돌기(21A) 및 외측 돌기(21B)가 링판(21)의 중심을 중심으로 해서 동심원 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 용기 본체(13)의 저부에는, 링판(21)의 둘레를 따라 형성된 돌기(13A)가 내측 돌기(21A)의 외측에 형성되어 있고, 내측 돌기(21A)와 돌기(13A)와의 사이에는 베어링(20)이 설치되어 있다. 이 베어링(20)에 의해, 링판(21)은, 둘레 방향으로 회전 가능하게 용기 본체(13)에 지지되어 있다. 링판(21)이 회전함으로써 회전 테이블(3)도 회전하기 때문에, 상기 내측 돌기(21A)는, 회전 테이블(3)의 회전축을 구성하고 있다고 할 수 있고, 링판(21)의 수평판을 이루는 부분은, 당해 회전 테이블(3)의 회전축에 설치되어 있다고 할 수 있다.
도 4는 링판(21) 및 회전 테이블(3)의 이면측 사시도이며, 이 도 4도 참조하면서 설명을 계속한다. 단 도 4에서는 편의상, 내측 돌기(21A) 및 후술하는 홈(23A, 23B)의 표시를 생략하고 있다. 상기 외측 돌기(21B)의 하단부는, 내방으로 연장되어 플랜지(21C)를 형성하고 있고, 이 플랜지(21C)에는 예를 들어 2개의 자석(22)이 둘레 방향으로 간격을 두고 설치되어 있다. 자석(22)은, 영구 자석이며, 당해 자석(22)을 구성하는 N극인 자극(22A) 및 S극인 자극(22B)은, 플랜지(21C)의 둘레 방향, 즉 링판(21)의 회전 방향으로 배치되어 있다.
링판(21)의 하면측에 있어서, 내측 돌기(21A)보다도 내측의 내주연부, 외측 돌기(21B)보다도 외측의 외주연부에는, 복수의 홈(23A), 복수의 홈(23B)이 각각 링판(21)의 둘레를 따라 동심원 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 상기 상단측 돌출부(14)의 하방측에 있어서, 용기 본체(13)의 측벽의 일부는, 약간 내방측으로 돌출된 평면에서 볼 때 링 형상의 하단측 돌출부(24)를 형성하고 있다. 이 하단측 돌출부(24)의 상면에는, 홈(23B)에 진입하는 복수의 돌기(24A)가 링판(21)의 둘레를 따라 동심원 형상으로 설치되어 있다.
또한, 용기 본체(13)의 저부에는, 기립한 원통 형상의 외통부(25)가, 원통부(18)의 외측을 둘러싸도록 설치되어 있다. 외통부(25)의 상단부는 외방으로 약간 직경 확장되고, 당해 상단부의 상면에는, 상기 홈(23A)에 진입하는 복수의 돌기(25A)가 링판(21)의 둘레를 따라 동심원 형상으로 설치되어 있다. 또한, 도면 중 도면부호 13B는 원통 형상의 돌기이며, 돌기(13B)는, 외통부(25) 및 내측 돌기(21A)에 근접하도록, 용기 본체(13)의 저부에서 이들 외통부(25)와 내측 돌기(21A)와의 사이에 설치되어 있다.
용기 본체(13)의 저부에 있어서, 돌기(13A)의 외측에는, 오목부(26, 27)가 링판(21)의 회전축 둘레에 동심원 형상으로 형성되어 있다. 오목부(26)는, 슬릿(14C)의 하방에 위치하고, 오목부(27)는, 링판(21)의 자석(22)의 이동로의 하방에 위치하고 있다. 도면 중 도면부호 13C는, 오목부(26, 27)를 상측에서 막는 덮개이다. 상기 홈(23A, 23B) 및 돌기(24A, 25A)는, 처리 가스의 흐름을 규제하고, 베어링(20), 후술하는 오목부(26, 27) 내에 설치되는 플레이트 및 자석(22)에 처리 가스가 부착되는 것을 방지하기 위해서 설치되어 있다.
링판(21)의 상면으로부터는 지주(31)가 슬릿(23)의 상방으로 수직으로 연장되고, 회전 테이블(3)의 하면은 당해 지주(31)에 지지되어 있다. 지주(31)는, 링판(21)의 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 설치되어 있다. 이렇게 지주(31)에 의해 링판(21)과 회전 테이블(3)이 서로 접속됨으로써, 후술하는 바와 같이 링판(21)이 공전용 구동 유닛(5)에 의해 둘레 방향으로 회전하면, 회전 테이블(3)도 둘레 방향으로 회전한다.
회전 테이블(3)의 표면측(일면측)에는, 당해 회전 테이블(3)의 회전 방향을 따라서 5개의 원형의 오목부가 형성되어 있고, 각 오목부에는, 원형의 웨이퍼 홀더(32)가 설치되어 있다. 웨이퍼 홀더(32)의 표면에는 오목부(32A)가 형성되어 있고, 오목부(32A) 내에 웨이퍼(W)가 수평하게 수납된다. 따라서, 웨이퍼 홀더(32)는, 웨이퍼(W)의 적재부를 이룬다. 웨이퍼 홀더(32)에 적재된 웨이퍼(W)의 표면의 높이 위치는, 웨이퍼(W)의 면내 및 웨이퍼(W)간에서 균일성 높은 성막 처리를 행하기 위해서, 회전 테이블(3)의 표면의 높이 위치에 정렬되어 있다. 웨이퍼 홀더(32)의 하방 중심부로부터는, 웨이퍼 홀더(32)와 함께 회전하는 웨이퍼(W)의 자전용의 회전축(33)이, 회전 테이블(3)의 오목부의 저면에 형성된 개구부(32B)를 통해서 연직 하방으로 연장되어 있고, 회전축(33)의 하단부는, 상기 링판(21)에 설치되는 베어링 유닛(34)을 관통해서 자기 기어(35)에 접속되어 있다. 자기 기어(35)는, 회전축(33)을 둘러싸는 수평한 링 형상으로 구성된 자석이며, 둘레 방향으로 S극과 N극이, 예를 들어 4개씩 교대로 배치되어 구성되어 있다.
상기 베어링 유닛(34)은, 베어링(36)을 구비하고, 당해 베어링(36)에 의해 회전축(33)이 축 주위로 회전 가능하게 구성됨과 함께 링판(21)에 지지되어 있다. 도면 중 도면부호 37A, 37B는, 회전축(33)의 상하에 간격을 두고 설치되는 플랜지이며, 플랜지(37A)의 하측, 플랜지(37B)의 상측에는 각각 회전축(33)의 회전 방향으로 복수의 홈(33A, 33B)이 동심원 형상으로 형성되어 있다. 베어링 유닛(34)의 상부에는, 홈(33A)에 대응하도록 동심원 형상으로 형성된 링 형상의 돌기(34A)가 당해 홈(33A)에 진입하도록 형성되고, 베어링 유닛(34)의 하부에는, 홈(33B)에 대응하도록 동심원 형상으로 형성된 링 형상의 돌기(34B)가 당해 홈(33B)에 진입하도록 형성되어 있다. 이렇게 홈(33A, 33B)에 돌기(34A, 34B)가 각각 진입된 구성으로 함으로써, 베어링 유닛(34) 내에의 처리 가스의 진입을 방지하고 있다.
진공 용기(11)의 천장판(12)의 하면에는, 회전 테이블(3)의 중심부에 대향하도록 돌출된 평면에서 볼 때 원형의 중심 영역 형성부(C)와, 중심 영역 형성부(C)로부터 회전 테이블(3)의 외측을 향해서 넓어지도록 형성된 평면에서 볼 때 부채 형상의 돌출부(28, 28)가 형성되어 있다(도 2 참조). 즉, 이들 중심 영역 형성부(C) 및 돌출부(28, 28)는, 그 외측 영역에 비해 낮은 천장면을 구성하고 있다. 중심 영역 형성부(C)와 회전 테이블(3)의 중심부와의 간극은, N2(질소) 가스의 유로(29)를 구성하고 있다.
웨이퍼(W)의 처리 중에 있어서, 천장판(12)에 접속되는 가스 공급관으로부터 N2 가스가 유로(29)에 공급되고, 이 유로(29)로부터 회전 테이블(3)의 외측 전체 둘레를 향해서 토출된다. 이 N2 가스는, 원료 가스 및 산화 가스가 회전 테이블(3)의 중심부상에서 접촉하는 것을 방지한다. 또한, 용기 본체(13)의 저면에서 평면에서 볼 때 회전 테이블(3)의 외측에는, 진공 용기(11) 내를 배기하는 배기구(38, 39)가 개구되어 있다. 배기구(38, 39)에는, 진공 펌프 등에 의해 구성되는 도시하지 않은 배기 기구가 접속되어 있다.
계속해서, 자전용 구동 유닛(4) 및 공전용 구동 유닛(5)에 대해서 설명한다. 도 5, 도 6은, 자전용 구동 유닛(4) 및 공전용 구동 유닛(5)의 평면도이며, 도 7은 자전용 구동 유닛(4) 및 공전용 구동 유닛(5)의 사시도이다. 도 5 중의 도면부호 P1은, 회전 테이블(3) 및 링판(21)의 회전의 중심축을 나타내고 있고, 회전 테이블(3) 및 링판(21)이 회전함으로써, 상기 자기 기어(35)는, 중심축(P1) 주위를 주회하도록 공전한다. 이 주회 궤도에 있어서, 각 자기 기어(35)는 서로 등간격으로 배열되어 있다. 자전 기구인 자전용 구동 유닛(4)은, 기립한 플레이트(41)를, 예를 들어 240매 구비하고 있다. 각 플레이트(41)는, 상기 오목부(26) 내, 즉 자기 기어(35)의 주회 궤도의 하방에 당해 주회 궤도를 따라서 배치되어 있다. 또한, 각 플레이트(41)의 길이 방향이 회전 테이블(3)의 직경을 따르도록, 당해 각 플레이트(41)가 설치되어 있다.
플레이트(41)는, 측면에서 볼 때 대략 오목 형상으로 형성되어 있다. 그렇게 오목 형상으로 구성되어 있음으로써, 1개의 플레이트(41)는, 2개의 기립 판(42A, 42B)을 구비하고 있다. 중심축(P1)에 가까운 기립 판을 도면부호 42A, 중심축(P1)측과는 반대측의 기립 판을 도면부호 42B로서 각각 나타내고 있다. 기립 판(42A, 42B)은, 각각 개별의 전자석으로서 구성된다. 각 기립 판(42A, 42B)의 상측은, 전자석의 자극(43A, 43B)으로서 구성되어 있고, 자극(43A, 43B)은, 기립 판(42A, 42B) 상으로부터 각각 플레이트(41)의 길이 방향의 중심을 향해서 수평 방향으로 약간, 연장되도록 형성되어 있다. 각 플레이트(41)의 자극(43A)은 내측 자극군을, 자극(43B)은 외측 자극군을 각각 구성한다.
기립 판(42A, 42B)에는, 각각 코일(44A, 44B)이 권회되어 있다. 후술하는 바와 같이 코일(44A, 44B)에는, 자극(43A, 43B)의 극성이 각각 시간의 경과에 따라 전환되도록 전류가 공급된다. 그것에 의해서 자기 기어(35)가 둘레 방향으로, 당해 자기 기어(35)의 중심축 주위로 회전 가능하게 구성되어 있다. 이 자기 기어(35)의 회전에 의해, 당해 자기 기어(35)에 접속된 웨이퍼 홀더(32)가 회전하고, 당해 웨이퍼 홀더(32)에 적재된 웨이퍼(W)가 그 중심 주위로 수평 방향으로 회전한다. 이러한 웨이퍼(W)의 회전 및 자기 기어(35)의 회전에 대해서, 상기 공전과 구별하기 위해 자전이라 기재하는 경우가 있다.
자전용 구동 유닛(4)은, 전원 유닛(전원부)(45A, 45B)을 구비하고 있다. 각 코일(44A)에는 전원 유닛(45A)으로부터 전류가 공급되고, 각 코일(44B)에는 전원 유닛(45B)으로부터 전류가 공급된다. 전원 유닛(45A, 45B)에 대해서는 서로 마찬가지로 구성되어 있고, 여기서는 대표해서 전원 유닛(45A)에 대해 설명한다. 이 전원 유닛(45A)은 삼상 교류 전원이며, 그 회로 구성으로서는, 예를 들어 도 8에 나타내는, 소위 Δ 결선을 구비하고, 위상이 서로 120° 어긋난 전류를 공급할 수 있다. 각 전류의 상에 대해서는 각각 R상, S상, T상이라 기재하기로 한다. 또한, 도 8 중, 상기 Δ 결선으로부터 각 상의 전류를 취출하기 위한 각 단자를 도면부호 46, 47, 48로서 나타내고 있다.
도 9 내지 도 11에서는, 각 플레이트(41)의 코일(44A, 44B)과, 전원 유닛(45A, 45B)의 단자(46 내지 48)와의 접속을 나타내고 있다. 각 플레이트(41)의 코일(44A, 44B)은, 도 9 내지 도 11 중 어느 하나의 도면에서 도시되는 바와 같이 전원 유닛(45A, 45B)에 접속된다. 도 9, 도 10, 도 11에서 각각 도시되는 바와 같이, 코일(44A, 44B)이 접속되는 플레이트(41)를 도면부호 41A, 41B, 41C라 기재하는 경우가 있다. 도 9의 플레이트(41A)의 코일(44A)의 양단에는 전원 유닛(45A)의 단자(46, 47)가 접속되어 있고, 플레이트(41A)의 코일(44B)의 양단에는 전원 유닛(45B)의 단자(46, 47)가 접속되어 있다. 이렇게 접속됨으로써, 플레이트(41A)의 코일(44A, 44B)에는 R상의 전류가 공급된다.
도 10의 플레이트(41B)의 코일(44A)의 양단에는 전원 유닛(45A)의 단자(47, 48)가 접속되어 있고, 플레이트(41B)의 코일(44B)의 양단에는 전원 유닛(45B)의 단자(47, 48)가 접속되어 있다. 이렇게 접속됨으로써, 플레이트(41B)의 코일(44A, 44B)에는 S상의 전류가 공급된다. 도 11의 플레이트(41C)의 코일(44A)의 양단에는 전원 유닛(45A)의 단자(48, 46)가 접속되어 있고, 플레이트(41C)의 코일(44B)의 양단에는 전원 유닛(45B)의 단자(48, 46)가 접속되어 있다. 이렇게 접속됨으로써, 플레이트(41C)의 코일(44A, 44B)에는 T상의 전류가 공급된다. 이와 같이, 플레이트(41A 내지 41C)의 코일(44A) 및 코일(44B)에 교류가 각각 공급됨으로써, 자극(43A, 43B)의 각 극성이, S극과 N극의 사이에서 전환된다. 이 예에서는, 플레이트(41)의 배열 방향에서 보면, 3개의 플레이트(41A)와, 3개의 플레이트(41B)와, 3개의 플레이트(41C)가 이 순서대로 반복해서 배치되어 있다.
회전 기구인 공전용 구동 유닛(5)은, 플레이트가 배치되는 위치를 제외하고 자전용 구동 유닛(4)과 마찬가지로 구성되어 있다. 편의상, 플레이트(41A, 41B, 41C)에 상당하는 플레이트를, 도면부호 51A, 51B, 51C로서 나타내고 있다. 따라서, 플레이트(51A, 51B, 51C)의 각 코일(44A 및 44B)에는 R상, S상, T상의 전류가 각각 공급된다. 플레이트(51A 내지 51C)는, 길이 방향이 회전 테이블(3)의 직경 방향으로 정렬되도록, 오목부(27) 내에서 당해 오목부(27)의 둘레 방향으로 간격을 두고 배치되어 있고, 예를 들어 3개의 플레이트(51B), 3개의 플레이트(51C), 3개의 플레이트(51A)가 이 순서대로 반복해서 배열되고 있다. 또한, 도 5에서는, 플레이트(51)군에 대해서는 일부만 나타내고 있지만, 플레이트(41)군과 마찬가지로 중심축(P1) 주위로 다수 설치되어 있다. 각 도면 중에서, 플레이트(41)의 기립 판(42A, 42B)에 상당하는 플레이트의 기립 판을 도면부호 52A, 52B로 각각 나타내고, 자극(43A, 43B)에 상당하는 플레이트(51)의 자극을 도면부호 53A, 53B로 나타내고, 코일(44A, 44B)에 상당하는 코일을 도면부호 54A, 54B로 나타내고 있다. 또한, 전원 유닛(45A, 45B)에 상당하는 전원 유닛을 도면부호 55A, 55B로서 나타내고 있다(도 1 참조). 상기 자전용 구동 유닛(4)의 플레이트(41) 및 공전용 구동 유닛(5)의 플레이트(51)는, 회전 테이블(3) 및 링판(21)의 회전에 의해 회전하지 않는다. 즉, 플레이트(41, 51)는, 회전 테이블(3) 및 링판(21)에 대하여 독립적으로 설치되어 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 자전용 구동 유닛(4) 및 공전용 구동 유닛(5) 이외의 각 부의 구성을 설명한다. 용기 본체(13)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반송구(11A)와, 당해 반송구(11A)를 개폐하는 게이트 밸브(11B)가 설치되고(도 2 참조), 반송구(11A)를 통해서 진공 용기(11) 내에 진입한 반송 기구와 오목부(32A)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수가 행하여진다. 구체적으로는 오목부(32A)의 저면, 용기 본체(13)의 저부 및 회전 테이블(3)에 있어서, 각각 서로 대응하는 위치에 관통 구멍이 형성되어 있고, 각 관통 구멍을 통해서 핀의 선단이 오목부(32A) 위와 용기 본체(13)의 하방과의 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(3) 상에는, 원료 가스 노즐(61), 분리 가스 노즐(62), 산화 가스 노즐(63), 플라즈마 발생용 가스 노즐(64), 분리 가스 노즐(65)이 이 순서대로, 회전 테이블(3)의 회전 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 각 가스 노즐(61 내지 65)은, 진공 용기(11)의 측벽으로부터 중심부를 향해서, 회전 테이블(3)의 직경을 따라 수평하게 신장되는 막대 형상으로 형성되고, 당해 직경을 따라 형성된 다수의 토출구(66)로부터, 가스를 하방으로 토출한다.
처리 가스 공급 기구를 이루는 원료 가스 노즐(61)은, 상기 BTBAS(비스터셔리부틸아미노실란) 가스를 토출한다. 도면 중 도면부호 67은, 원료 가스 노즐(61)을 덮는 노즐 커버이며, 원료 가스 노즐(61)로부터 회전 테이블(3)의 회전 방향 상류측 및 하류측을 향해서 각각 넓어지는 부채 형상으로 형성되어 있다. 노즐 커버(67)는, 그 하방에서의 BTBAS 가스의 농도를 높여, 웨이퍼(W)에의 BTBAS 가스의 흡착성을 높게 하는 역할을 갖는다. 또한, 산화 가스 노즐(63)은, 상기 오존 가스를 토출한다. 분리 가스 노즐(62, 65)은, N2 가스를 토출하는 가스 노즐이며, 상기 천장판(12)의 부채 형상의 돌출부(28, 28)를 각각 둘레 방향으로 분할하도록 배치되어 있다.
플라즈마 발생용 가스 노즐(64)은, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스와 산소(O2) 가스와의 혼합 가스로 이루어지는 플라즈마 발생용 가스를 토출한다. 상기 천장판(12)에는 회전 테이블(3)의 회전 방향을 따른 부채 형상의 개구부가 형성되어 있고, 이 개구부를 막도록 당해 개구부의 형상에 대응한, 석영 등의 유전체로 이루어지는 컵 모양의 플라즈마 형성부(71)가 설치되어 있다. 이 플라즈마 형성부(71)는, 회전 테이블(3)의 회전 방향에서 볼 때, 산화 가스 노즐(63)과 돌출부(28)와의 사이에 설치되어 있다. 도 2에서는 플라즈마 형성부(71)가 설치되는 위치를 쇄선으로 나타내고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 형성부(71)의 하면에는, 당해 플라즈마 형성부(71)의 주연부를 따라서 돌출부(72)가 형성되어 있고, 상기 플라즈마 발생용 가스 노즐(64)의 선단부는, 이 돌출부(72)에 둘러싸인 영역에 가스를 토출할 수 있도록, 회전 테이블(3)의 외주측으로부터 당해 돌출부(72)를 관통하고 있다. 돌출부(72)는, 플라즈마 형성부(71)의 하방으로의 N2 가스, 오존 가스 및 BTBAS 가스의 진입을 억제하여, 플라즈마 발생용 가스의 농도의 저하를 억제하는 역할을 갖는다.
플라즈마 형성부(71)의 상방측에 형성되는 오목부에는, 상방측으로 개구되는 상자형의 패러데이 실드(73)가 배치되어 있다. 패러데이 실드(73)의 저면 상에는, 절연용의 판 부재(74)를 개재하여, 금속선을 연직축 둘레에 코일 형상으로 권회한 안테나(75)가 설치되어 있고, 안테나(75)에는 고주파 전원(76)이 접속되어 있다. 상기 패러데이 실드(73)의 저면에는, 안테나(75)에의 고주파 인가 시에 당해 안테나(75)에서 발생하는 전자계 중 전계 성분이 하방을 향하는 것을 저지함과 함께, 자계 성분을 하방을 향하게 하기 위한 슬릿(77)이 형성되어 있다. 이 슬릿(77)은, 안테나(75)의 권회 방향에 대하여 직교(교차)하는 방향으로 신장되어, 안테나(75)의 권회 방향을 따라서 다수 형성되어 있다. 이렇게 각 부가 구성됨으로써, 고주파 전원(76)을 온으로 해서 안테나(75)에 고주파가 인가되면, 플라즈마 형성부(71)의 하방에 공급된 플라즈마 발생용 가스를 플라즈마화할 수 있다.
그리고, 도 2에 도시한 바와 같이 회전 테이블(3) 상에서, 원료 가스 노즐(61)의 노즐 커버(67)의 하방 영역을, 원료 가스인 BTBAS 가스의 흡착이 행하여지는 흡착 영역(R1)으로 하고, 산화 가스 노즐(63)의 하방 영역을, 오존 가스에 의한 BTBAS 가스의 산화가 행하여지는 산화 영역(R2)으로 한다. 또한, 플라즈마 형성부(71)의 하방 영역을, 플라즈마에 의한 SiO2막의 개질이 행하여지는 플라즈마 형성 영역(R3)으로 한다. 돌출부(28, 28)의 하방 영역은, 분리 가스 노즐(62, 65)로부터 토출되는 N2 가스에 의해, 흡착 영역(R1)과 산화 영역(R2)을 서로 분리하여, 원료 가스와 산화 가스와의 혼합을 방지하기 위한 분리 영역(D, D)을 각각 구성한다.
상기 배기구(39)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(38)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(38, 39)로부터는, 각 분리 영역(D) 및 회전 테이블(3)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(61 내지 65)로부터의 각 가스의 공급 유량, 히터(16, 19)에 의한 웨이퍼(W)의 온도, 중심 영역 형성부(C)로의 N2 가스의 공급 유량, 공전용 구동 유닛(5)에 의한 회전 테이블(3)의 회전 속도(공전 속도) 및 자전용 구동 유닛(4)에 의한 웨이퍼 홀더(32)의 회전 속도(자전 속도) 등이 제어 신호에 따라서 제어된다. 상기 프로그램에서는, 이들 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.
계속해서, 공전용 구동 유닛(5)의 동작에 대해서 도 12 내지 도 15를 참조하면서 설명한다. 이 공전용 구동 유닛(5)에 있어서, 동일한 플레이트(51)의 자극(53A, 53B)에 대해서는, 서로 극성이 동일해지도록 전류의 공급이 제어된다. 도 12의 예에서는, 플레이트(51A)의 자극(53A, 53B)이 S극, 플레이트(51B)의 자극(53A, 53B)이 S극, 플레이트(51C)의 자극(53A, 53B)이 N극으로 되어 있고, 링판(21)에 설치되는 N극인 자극(22A)이 플레이트(51A 및 51C) 상에, S극인 자극(22B)이 플레이트(51C 및 51B) 상에 위치하고 있다.
시계 방향의 방향을 전방으로 하면, 자극(22A), 자극(22B)에서 각각 보았을 때 바로 전방에는, 자극(22A, 22B)의 극성과는 반대인 극성으로 되어 있는 플레이트(51A, 51C)가 위치하고, 자력에 의해 자극(22A, 22B)이 이들 플레이트(51A, 51C)에 각각 가까이 끌어당겨진다. 또한, 자극(22A, 22B)에서 각각 보았을 때 바로 후방에는, 자극(22A, 22B)과 동극으로 되어 있는 플레이트(51C, 51B)가 위치하고 있고, 자력에 의해, 자극(22A, 22B)이 이들 플레이트(51A, 51C)에 각각 반발한다. 이 흡인과 반발에 의해, 자극(22A, 22B)이 전진한다. 즉, 링판(21) 및 회전 테이블(3)이 시계 방향으로 회전하여, 자기 기어(35) 및 회전 테이블(3)에 적재된 웨이퍼(W)가 공전한다.
그리고, 자극(22A)이 플레이트(51B 및 51A) 상에, 자극(22B)이 플레이트(51A 및 51C) 상에 위치함과 함께, 플레이트(51A)의 자극(53A, 53B)이 S극에서 N극으로, 플레이트(51B)의 자극(53A, 53B)이 N극에서 S극으로 각각 전환된다(도 13). 자극(22A), 자극(22B)에서 각각 보았을 때 바로 전방에는, 자극(22A, 22B)의 극성과는 반대인 극성으로 되어 있는 플레이트(51B, 51A)가 위치하고, 자력에 의해 자극(22A, 22B)이 이들 플레이트(51B, 51A)에 각각 가까이 끌어당겨진다. 또한, 자극(22A, 22B)에서 각각 보았을 때 바로 후방에는, 자극(22A, 22B)와 동극으로 되어 있는 플레이트(51A, 51C)가 위치하고 있고, 자력에 의해 자극(22A, 22B)이 이들 플레이트(51A, 51C)에 각각 반발한다. 이 흡인과 반발에 의해, 자극(22A, 22B)이 더 전진하여, 자기 기어(35) 및 웨이퍼(W)의 공전이 계속된다.
그 후, 자극(22A)이 플레이트(51C 및 51B) 상에, 자극(22B)이 플레이트(51B 및 51A) 상에 위치함과 함께, 플레이트(51A)의 자극(53A, 53B)이 N극에서 S극으로, 플레이트(51B)의 자극(53A, 53B)이 S극에서 N극으로 각각 전환된다(도 14). 자극(22A), 자극(22B)에서 각각 보았을 때 바로 전방에는, 자극(22A, 22B)의 극성과는 반대인 극성으로 되어 있는 플레이트(51C, 51B)가 위치하고, 자력에 의해 자극(22A, 22B)이 이들 플레이트(51C, 51B)에 각각 가까이 끌어당겨진다. 또한, 자극(22A, 22B)에서 각각 보았을 때 바로 후방에는, 자극(22A, 22B)와 동극으로 되어 있는 플레이트(51B, 51A)가 위치하고 있고, 자력에 의해, 자극(22A, 22B)이 이들 플레이트(51B, 51A)에 각각 반발한다. 이 흡인과 반발에 의해, 자극(22A, 22B)이 더 전진하여, 자기 기어(35) 및 웨이퍼(W)의 공전이 계속된다.
그러한 후, 자극(22A)이 플레이트(51A 및 51C) 상에, 자극(22B)이 플레이트(51C 및 51B) 상에 위치함과 함께, 플레이트(51B)의 자극(53A, 53B)이 N극에서 S극으로, 플레이트(51C)의 자극(53A, 53B)이 N극에서 S극으로 각각 전환된다(도 15). 자극(22A), 자극(22B)에서 각각 보았을 때 전방측에는, 자극(22A, 22B)과는 반대인 극으로 되어 있는 플레이트(51A, 51C)가 위치하고, 자력에 의해 자극(22A, 22B)이 이들 플레이트(51A, 51C)에 각각 가까이 끌어당겨진다. 또한, 자극(22A, 22B)에서 각각 보았을 때 후방측에는, 자극(22A, 22B)과 동극으로 되어 있는 플레이트(51C, 51B)가 위치하고 있고, 자력에 의해, 자극(22A, 22B)이 이들 플레이트(51C, 51B)에 각각 반발한다. 이 흡인과 반발에 의해, 자극(22A, 22B)이 더 전진한다.
이후도, 마찬가지로 플레이트(51A 내지 51C)의 자극(53A, 53B)의 극성이 전환되고, 당해 플레이트(51A 내지 51C)의 자극(53A, 53B)과 자극(22A, 22B)과의 사이의 자력의 작용에 의해 링판(21) 및 회전 테이블(3)의 회전이 계속된다. 그 후, 각 플레이트(51A 내지 51C)의 코일(54A, 54B)에의 전류의 공급이 정지됨으로써, 링판(21) 및 회전 테이블(3)의 회전이 정지된다. 코일(54A, 54B)에 공급되는 전류의 주기를 조정함으로써, 링판(21) 및 회전 테이블(3)의 회전 속도가 임의의 속도로 되도록 조정할 수 있다.
계속해서 도 16 내지 도 20에 의해, 플레이트(41A 내지 41C)에의 전류의 공급과, 자기 기어(35)의 동작에 대해서 설명한다. 도 16, 도 17의 그래프(81, 82)에 있어서, 플레이트(41A 내지 41C)의 각 코일(44A, 44B)에 공급되는 R상, S상, T상의 전류의 파형을 나타내고 있다. 더 자세하게 설명하면, 그래프(81)는, 플레이트(41A 내지 41C)의 코일(44A)에 공급되는 각 상의 전류를 나타내고 있고, 그래프(82)는, 플레이트(41A 내지 41C)의 코일(44B)에 공급되는 각 상의 전류를 나타내고 있다. 그래프(81, 82) 중, R상의 전류를 실선으로, S상의 전류를 점선으로, T상의 전류를 쇄선으로 각각 나타내고 있다.
그래프(81, 82)의 횡축은 시간을 나타내고 있다. 그래프(81, 82)의 종축은 전류의 크기 및 전류의 정부를 나타내고 있고, 당해 전류의 변화에 따라서 플레이트(41A 내지 45C)의 자극(43A, 43B)의 N극과 S극이 전환된다. 이 예에서는, 전류가 +인 경우에는 자극(43A, 43B)이 S극으로, 전류가 -인 경우에는 자극(43A, 43B)이 N극으로 된다. 도시 및 설명의 편의상, 각 그래프(81, 82)의 횡축에서는, 소정의 시간 간격으로 점선의 눈금을 표시하고 있고, 1 주기 동안에 표시된 눈금에는, 횡축의 좌측에서부터 우측을 향해서 1 내지 12의 번호를 원숫자로서 표시하여 나타내고 있다. 이하의 자기 기어(35)의 동작 설명에 있어서, 그래프 중의 시각을, 이 번호로 나타내는 경우가 있다.
(자기 기어(35)가 공전하지 않고 자전하는 경우)
도 18에서는, 자기 기어(35)가 공전하지 않고 자전하는 경우의 동작에 대해서, 자기 기어(35)의 모습을 그래프(81, 82)와 대응시켜서 나타내고 있다. 도 18에서는 칼럼 A1 내지 A12 내에서, 자기 기어(35)와 자기 기어(35)의 하방에 위치하는 플레이트(41A 내지 41C)를 나타내고 있다. 이 칼럼 A1 내지 A12에 대해서는, A 후에 붙인 번호가 클수록, 시간적으로 나중의 상태인 것을 나타낸다. 그리고, 각 칼럼에 있어서 자극(43A)측에 원숫자로서 기재한 번호는, 상기 그래프(81)의 시각의 번호에 대응하고, 당해 시각의 번호로 나타내는 바와 같이 각 상의 전류가 공급되고 있는 것을 나타낸다. 또한, 각 칼럼 내에서 자극(43B)측에 원숫자로서 표시한 번호는, 상기 그래프(82)의 시각 번호에 대응하고, 당해 시각의 번호로 나타내는 바와 같이 각 상의 전류가 공급되고 있는 것을 나타낸다. 또한 자극(43A) 및 자극(43B)의 극성에 대해서, 자극(43A) 및 자극(43B) 상에 나타낸 가상의 ○ 내에 원, ×표시를 각각 붙임으로써, S극, N극으로 되어 있는 것을 각각 나타내고 있다.
또한, 설명의 편의상, 각 칼럼 내의 자기 기어(35)에 대해서 자극을 35A 내지 35H로 둘레 방향으로 순서대로 나타내고 있다. 자극(35A, 35C, 35E, 35G)은, N극, 자극(35B, 35D, 35F, 35H)은 S극이다. 또한, 자기 기어(35)의 중심에는, 당해 자기 기어(35)의 방향을 나타내기 위해서, 자극(35E)의 방향을 향하는 화살표를 표시하고 있다. 또한, 도면의 번잡화를 방지하기 위해서, 플레이트(41)는, 직선 형상으로 배열되어 있도록 도시되어 있다.
회전 테이블(3)의 회전이 정지한 상태에서, 그래프(81, 82)의 횡축을 우측에 향하도록, 각 상의 전류가 변화한다. 코일(44A)에 공급되는 전류의 주기와, 코일(44B)에 공급되는 전류의 주기는 서로 동등해지도록 제어된다. 도 18의 칼럼 A1에서는, 자극(43A, 43B)에 대해서, 각각 그래프(81), 그래프(82)의 시각 ①로 나타내는 상태로 되어 있다. 즉, R상의 전류가 +의 극대값으로 되어 있고, S상 및 T상의 전류가 -이며, 또한 서로 동일한 값으로 되어 있다. 따라서, 플레이트(41A)의 자극(43A, 43B)이 S극, 플레이트(41B)의 자극(43A, 43B) 및 플레이트(41C)의 자극(43A, 43B)이 N극으로 되어 있다.
그리고, 이들 자극 43A군, 43B군의 자력에 의해 흡인됨으로써, 자기 기어(35)의 자극(35B, 35A, 35H, 35D, 35E, 35F)이 플레이트(41C)의 자극(43A), 플레이트(41A)의 자극(43A), 플레이트(41B)의 자극(43A), 플레이트(41C)의 자극(43B), 플레이트(41A)의 자극(43B), 플레이트(41B)의 자극(43B) 상에 각각 위치하고 있다.
칼럼 A1로 나타내는 상태로부터, 자극(43A)군에 대해서는 R상 및 T상의 전류가 저하됨과 함께 S상의 전류가 증가하고, 자극(43B)군에 대해서는 R상 및 T상의 전류가 저하됨과 함께 S상의 전류가 증가한다. 그에 의해, 플레이트(41C)의 자극(43A) 및 플레이트(41B)의 자극(43B)은 무극성으로 되고(칼럼 A2, 그래프(81, 82)의 시각 ②), 그 후, S극이 된다. 그에 의해, 자기 기어(35)의 N극인 자극(35E)이 플레이트(41B)의 자극(43B)에, 자기 기어(35)의 N극인 자극(35A)이 플레이트(41C)의 자극(43A)에 각각 가까이 끌어당겨지고, 자기 기어(35)가 평면에서 볼 때 시계 방향으로 자전한다(칼럼 A3, 그래프(81, 82)의 시각 ③).
그러한 후, 자극(43A)군에 대해서는, R상의 전류가 하강을 계속하고, S상의 전류는 극소값으로부터 증가하고, T상의 전류는 증가를 계속한다. 자극(43B)군에 대해서는, R상의 전류가 하강을 계속하고, S상의 전류는 상승을 계속하고, T상의 전류는 극소값으로부터 상승한다. 그에 의해, 플레이트(41A)의 자극(43A) 및 자극(43B)이 무극성으로 되고(칼럼 A4, 그래프(81, 82)의 시각 ④), 그러한 후, N극이 된다. 그에 의해 자기 기어(35)의 S극인 자극(35H)이 플레이트(41A)의 자극(43A)에, 자기 기어(35)의 S극인 자극(35D)이 플레이트(41A)의 자극(43B)에 각각 가까이 끌어당겨지고, 자기 기어(35)가 또한 평면에서 볼 때 시계 방향으로 자전한다(칼럼 A5, 그래프(81, 82)의 시각 ⑤).
그 후, 자극(43A)군에 대해서는 R상의 전류가 하강을 계속하고, S상의 전류가 증가를 계속하고, T상의 전류가 극대값으로부터 하강한다. 자극(43B)군에 대해서는, R상의 전류가 하강을 계속하고, S상의 전류가 극대값으로부터 하강하고, T상의 전류가 증가를 계속한다. 그에 의해, 플레이트(41B)의 자극(43A) 및 플레이트(41C)의 자극(43B)이 무극성으로 된 후(칼럼 A6, 그래프(81, 82)의 시각 ⑥), S극이 된다. 그에 의해 자기 기어(35)의 N극인 자극(35G)이 플레이트(41B)의 자극(43A)에, 자기 기어(35)의 N극인 자극(35C)이 플레이트(41C)의 자극(43B)에 각각 가까이 끌어당겨지고, 자기 기어(35)가 또한 평면에서 볼 때 시계 방향으로 회전한다(칼럼 A7, 그래프(81, 82)의 시각 ⑦).
이 이후에도 3상 교류의 전류 변화에 의해, 플레이트에(41A 내지 41C)의 자극(43A, 43B)의 극성이 변화하고, 극성이 변화한 자극(43A, 43B)의 자력에 의해, 당해 극성이 변화한 자극(43A, 43B)의 부근에 위치하는 자기 기어(35)의 자극이 가까이 끌어당겨짐으로써, 자기 기어(35)의 평면에서 볼 때 시계 방향의 회전이 계속된다. 칼럼 A8 내지 A12의 동작을 간단하게 설명하면, 플레이트(41C)의 자극(43A) 및 플레이트(41B)의 자극(43B)이 무극성으로 된 후(칼럼 A8, 그래프(81, 82)의 시각 ⑧), 이들 자극(43A, 43B)이 N극으로 되고, 자기 기어(35)의 S극인 자극(35D, 35H)이 가까이 끌어당겨진다(칼럼 A9, 그래프(81, 82)의 시각 ⑨).
계속해서, 플레이트(41A)의 자극(43A) 및 자극(43B)이 무극성으로 된 후(칼럼 A10, 그래프(81, 82)의 시각 ⑩), 이들 자극(43A, 43B)이 S극으로 되고, 자기 기어(35)의 N극인 자극(35C, 35G)이 가까이 끌어당겨진다(칼럼 A11, 그래프(81, 82)의 시각 ⑪). 그러한 후, 플레이트(41B)의 자극(43A) 및 플레이트(41C)의 자극(43B)이 무극성으로 된다(칼럼 A12, 그래프(81, 82)의 시각 ⑫. 자극(43A) 군 및 자극(43B)군의 극성에 대해서는, 이 칼럼 A12의 상태 후, 칼럼 A1에서 나타내는 상태로 복귀되고, 이후, 칼럼 A1 내지 A12에서 설명한 극성의 변화가 반복된다. 그에 의해, 자기 기어(35)의 자전이 계속된다. 그리고, 자극(43A)군 및 자극(43B)군에의 급전이 정지되면, 자기 기어(35)의 자전이 정지한다. 각 상의 전류의 주기가 제어됨으로써, 이 도 18에서 나타내는 자기 기어(35)의 자전 속도가 제어된다.
(자기 기어(35)가 자전하지 않고 공전하는 경우)
도 19에서는, 자기 기어(35)가 자전하지 않고 공전하는 경우의 동작에 대해서, 도 18과 마찬가지로 자기 기어(35)의 모습을 그래프(81, 82)에 대응시켜서 칼럼 B1 내지 B9에 나타내고 있다. 이 경우, 플레이트(41)의 코일(44A)에 대해서는, 그래프(81)의 횡축을 우측에서부터 좌측을 향하도록 각 전류값이 제어되고, 플레이트(41)의 코일(44B)에 대해서는, 그래프(82)의 횡축을 좌측에서부터 우측을 향하도록 각 전류값이 제어된다. 그리고, 코일(44A)에 공급되는 전류의 주기와, 코일(44B)에 공급되는 전류의 주기는 서로 동일하다.
우선, 칼럼 B1에서는 자극(43A)군 및 자극(43B)군에 대해서, 도 18의 칼럼 A1에서 설명한 바와 같이, 각각 그래프(81), 그래프(82)의 시각 ①에서 나타내는 바와 같이 전류가 공급되고 있다. 즉, 플레이트(41A)의 자극(43A, 43B)이 S극, 플레이트(41B)의 자극(43A, 43B) 및 플레이트(41C)의 자극(43A, 43B)이 N극으로 되어 있다. 그리고, 자극(35A 내지 35H) 중, 자극(35A)이 회전 테이블(3)의 가장 중심축에 가깝게, 자극(35E)이 회전 테이블(3)의 가장 주연에 가깝게 위치하고 있고, 이 자극(35A), 자극(35E)이 플레이트(41A)의 자극(43A, 43B) 상에 각각 위치하고 있다.
상기 칼럼 B1의 상태로부터, 자전용 구동 유닛(4)에 의해 자기 기어(35)가 공전하고, 자극(43A)군 및 자극(43B)군의 상방을 평면에서 볼 때 시계 방향으로 이동함과 함께, 자극(43A)군 및 자극(43B)군에 대해서, R상 및 T상의 전류가 하강함과 함께 S상의 전류가 증가한다. 그에 의해, 자극(35A, 35E)의 진행로의 하방에서의 플레이트(41B)의 자극(43A, 43B)의 극성이 N극에서 무극성으로 되고(칼럼 B2, 그래프(81)의 시각 ⑫, 그래프(82)의 시각 ②), 계속해서 S극이 됨과 함께 자극(35A, 35E)이 이 플레이트(41B)의 자극(43A, 43B)의 상방에 위치한다(칼럼 B3, 그래프(81)의 시각 ⑪, 그래프(82)의 시각 ③). 그리고, 자극(35A, 35E)이, 이렇게 극성이 변화한 자극(43A, 43B)에 흡인됨으로써, 자기 기어(35)의 방향이 유지되는, 즉 자기 기어(35)의 자전이 일어나지 않는다.
그 후, 자극(43A)군 및 자극(43B)군에 대해서, R상의 전류의 하강 및 S상의 전류의 상승이 계속됨과 함께 T상의 전류가 극소값으로부터 증가하고, 플레이트(41A)의 자극(43A, 43B)의 극성이 S극에서 무극성으로 된 후(칼럼 B4, 그래프(81)의 시각 ⑩, 그래프(82)의 시각 ④), N극이 된다(칼럼 B5, 그래프(81)의 시각 ⑨, 그래프(82)의 시각 ⑤). 그러한 후, 자극(43A)군 및 자극(43B)군에 대해서, R상의 전류가 저하를 계속하고, S상의 전류가 극대값으로부터 하강하고, T상의 전류가 증가를 계속한다. 그에 의해, 자극(35A, 35B)의 진행로의 하방에서의 플레이트(41C)의 자극(43A, 43B)의 극성이 N극에서 무극성으로 되고(칼럼 B6, 그래프(81)의 시각 ⑧, 그래프(82)의 시각 ⑥), 계속해서 S극이 됨과 함께 자극(35A, 35E)이 이 플레이트(41A)의 자극(43A, 43B)의 상방에 위치한다(칼럼 B7, 그래프(81)의 시각 ⑦, 그래프(82)의 시각 ⑦). 그리고, 자극(35A, 35E)이 이렇게 극성이 변화한 자극(43A, 43B)에 흡인됨으로써, 자기 기어(35)의 방향이 유지된다.
이후에는, 자극(43A)군 및 자극(43B)군에 대해서, R상의 전류가 극소값으로부터 증가하고, S상의 전류가 하강을 계속하고, T상의 전류가 상승을 계속하고, 플레이트(41B)의 자극(43A, 43B)의 극성이 S극에서 무극성으로 되고(칼럼 B8, 그래프(81)의 시각 ⑧, 그래프(82)의 시각 ⑥), 그 후 N극으로 변화한다(칼럼 B9, 그래프(81)의 시각 ⑦, 그래프(82)의 시각 ⑦).
칼럼 B9에 나타낸 상태 후, 자극(43A)군 및 자극(43B)군에 공급되는 전류의 변화에 따라, 자극(35A, 35E)의 진행로의 하방에서의 플레이트(41A)의 자극(43A, 43B)의 극성이 N극에서 무극성으로 되고, 자극(35A, 35E)이 당해 플레이트(41A)의 자극(43A, 43B) 상에 위치할 때는 S극이 된다. 그에 의해, 자기 기어(35)의 방향이 유지되고, 자기 기어(35)는 자전하지 않고 공전을 계속한다. 그 후, 회전 테이블(3)의 회전이 정지함과 함께 자극(43A)군 및 자극(43B)군에의 급전이 정지함으로써, 자전하지 않는 자기 기어(35)의 공전이 종료된다.
그런데, 설명의 편의상, 자극(43A)군 및 자극(43B)군에 있어서, 자극(35A, 35E)의 하방의 자극의 극성을 중심으로 설명해 왔지만, 상기와 같이 자기 기어(35)의 공전 중의 자극(43A)군 및 자극(43B)군에 공급되는 전류가 제어됨으로써, 회전 테이블(3)의 중심축측에 위치하는 S극인 자극(35B, 35H), 회전 테이블(3)의 둘레단측에 위치하는 S극인 자극(35D, 35F)의 하방에 위치하는 자극(43A 및 43B)에 대해서는 N극으로 된다. 즉, 자극(43A)군 및 자극(43B)군 중, 자극(35A, 35E)의 하방에 위치하는 자극은 S극, 자극(35B, 35H, 35D, 35F)의 하방에 위치하는 자극은 N극으로 되도록 각 자극의 극성이 제어됨으로써, 자기 기어(35)는 자전하지 않고 공전을 계속할 수 있다. 이렇게 자기 기어(35)가 자전하지 않고 공전하는 경우, 자기 기어(35)의 공전 속도에 따라, 전류의 주기가 제어되게 된다.
(자기 기어(35)가 자전하면서 공전하는 경우)
도 20에서는, 자기 기어(35)가 자전하면서 공전하는 경우의 동작에 대해서, 도 18과 마찬가지로, 자기 기어(35)의 모습을 그래프(81, 82)에 대응시켜서 칼럼 C1 내지 C9에 나타내고 있다. 이 경우, 플레이트(41)의 코일(44A)에 대해서는 그래프(81)의 횡축을 우측에서부터 좌측을 향하도록 각 전류값이 제어되고, 플레이트(41)의 코일(44B)에 대해서는, 그래프(82)의 횡축을 좌측에서부터 우측을 향하도록 각 전류값이 제어된다. 그리고, 코일(44A)에 공급되는 전류의 주기와, 코일(44B)에 공급되는 전류의 주기는 서로 상이하고, 코일(44B)에 공급되는 전류의 주기가 더 짧다.
우선, 칼럼 C1에 나타내는 상태에서는, 자극(43A)군 및 자극(43B)군에 대해서, 도 18의 칼럼 A1에서 설명한 바와 같이, 각각 그래프(81), 그래프(82)의 시각 ①에서 나타내는 바와 같이 전류가 공급되고 있다. 즉, 플레이트(41A)의 자극(43A, 43B)이 S극, 플레이트(41B)의 자극(43A, 43B) 및 플레이트(41C)의 자극(43A, 43B)이 N극으로 되어 있다. 그리고, 자극(35A), 자극(35E)이 플레이트(41A)의 자극(43A, 43B) 상에 각각 위치하고 있다.
상기 칼럼 C1의 상태로부터, 자기 기어(35)가 공전하고, 자극(43A)군 및 자극(43B)군의 상방을 평면에서 볼 때 시계 방향으로 이동함과 함께, 자극(43A)군, 자극(43B)군에 대해서, R상 및 T상의 전류가 하강함과 함께 S상의 전류가 증가한다. 그에 의해, 플레이트(41B)의 자극(43A)의 극성이 N극에서 무극성으로 됨과 함께, 플레이트(41B)의 자극(43B)의 극성이 N극에서 무극성으로 된 후, S극이 된다(칼럼 C2, 그래프(81)의 시각 ⑫, 그래프(82)의 시각 ②-③ 사이). 자기 기어(35)의 N극인 자극(35E)에서 볼 때 바로 전방측에 위치하는 플레이트(41B)의 자극(43B)의 극성이 S극으로 되고, 및 자기 기어(35)의 N극인 자극(35A)에서 볼 때 후방을 향하는 플레이트(41A)의 자극(43A)이 여전히 S극으로 되어 있음으로써, 공전하는 자기 기어(35)는, 평면에서 볼 때 시계 방향으로 자전한다.
그러한 후, 자극(43A)군에 대해서는, 계속해서 R상 및 T상의 전류가 하강함과 함께 S상의 전류가 증가한다. 자극(43B)군에 대해서는, R상의 전류가 하강을 계속하고, S상의 전류가 증가를 계속하고, T상의 전류가 하강해서 극소값으로 된 후에 상승한다. 그에 의해, 플레이트(41A)의 자극(43B)에 대해서는 S극에서 N극으로 변이한다(칼럼 C3, 그래프(81)의 시각 ⑪, 그래프(82)의 시각 ④-⑤ 사이). 이 플레이트(41A)의 자극(43B)이 자기 기어(35)에 있어서 당해 자극(43B) 부근에 위치하고 있는 S극인 자극(35D)을 가까이 끌어당기어, 자기 기어(35)의 자전이 더욱 진행된다.
그 후, 자극(43A)군에 대해서는, R상의 전류가 하강을 계속하고, S상의 전류가 상승을 계속하고, T상의 전류가 극소값으로부터 증가한다. 자극(43B)군에 대해서는, R상의 전류가 하강을 계속하고, S상의 전류가 극대값으로 된 후에 하강하고, T상의 전류가 상승한다. 그에 의해, 플레이트(41A)의 자극(43A) 및 플레이트(41C)의 자극(43B)에 대해서는 무극성으로 된다(칼럼 C4, 그래프(81)의 시각 ⑩, 그래프(82)의 시각 ⑥). 계속해서, 자극(43A)군에 대해서는, R상의 전류가 하강을 계속하고, S상의 전류가 상승을 계속하고, T상의 전류가 상승을 계속한다. 자극(43B)군에 대해서는, R상의 전류가 극소값으로 된 후에 상승하고, S상의 전류가 하강을 계속하고, T상의 전류가 상승을 계속한다. 그에 의해, 플레이트(41A)의 자극(43A)은 N극이 되고, 플레이트(41C)의 자극(43B)에 대해서는 S극이 된다. 자기 기어(35)의 N극인 자극(35E)에서 볼 때 바로 전방측에 위치하는 플레이트(41C)의 자극(43B)의 극성이 S극으로 되고, 자기 기어(35)의 N극인 자극(35A)에서 볼 때 후방을 향하는 플레이트(41B)의 자극(43A)의 극성이 여전히 S극으로 되어 있음으로써, 공전하는 자기 기어(35)는 더욱 자전한다(칼럼 C5, 그래프(81)의 시각 ⑨, 그래프(82)의 시각 ⑦-⑧ 사이).
그 후, 자극(43A)군에 대해서는, R상의 전류가 하강을 계속하고, S상의 전류가 극대값으로부터 하강하고, T상의 전류가 증가를 계속한다. 자극(43B)군에 대해서는, R상의 전류가 상승을 계속하고, S상의 전류가 하강을 계속하고, T상의 전류가 극대값으로 된 후에 하강한다. 그에 의해, 플레이트(41C)의 자극(43A)에 대해서는 무극성이 되고, 플레이트(41B)의 자극(43B)에 대해서는 N극이 된다(칼럼 C6, 그래프(81)의 시각 ⑧, 그래프(82)의 시각 ⑨-⑩ 사이). 그리고, 자극(43A)군에 대해서는, R상 및 S상의 전류가 하강을 계속하고, T상의 전류가 증가를 계속한다. 자극(43B)군에 대해서는, R상의 전류가 상승을 계속하고, S상의 전류가 하강을 계속해서 극소값이 되고, T상의 전류가 하강을 계속한다. 그에 의해, 플레이트(41C)의 자극(43A)에 대해서는 S극이 되고, 플레이트(41A)의 자극(43B)에 대해서는 S극이 된다. 자기 기어(35)의 N극인 자극(35E)에서 볼 때 바로 전방측에 위치하는 플레이트(41A)의 자극(43B)의 극성이 S극으로 되고, 자기 기어(35)의 N극인 자극(35A)에서 볼 때 후방을 향하는 플레이트(41B)의 자극(43A)의 극성이 여전히 S극으로 되어 있음으로써, 공전하는 자기 기어(35)는 더욱 자전하고, S극인 자극(35D)이 회전 테이블(3)의 둘레단부에 가깝게, S극인 자극(35H)이 회전 테이블(3)의 중심축에 가깝게 이동한다(칼럼 C7, 그래프(81)의 시각 ⑦, 그래프(82)의 시각 ⑪).
그 후, 자극(43A)군에 대해서는, R상의 전류가 극소값으로부터 증가하고, S상의 전류가 하강을 계속하고, T상의 전류가 증가를 계속한다. 자극(43B)군에 대해서는, R상의 전류가 상승을 계속하고, S상의 전류가 극소값으로부터 증가하고, T상의 전류가 하강을 계속한다. 그에 의해, 플레이트(41B)의 자극(43A)에 대해서는 무극성이 되고, 플레이트(41C)의 자극(43B)에 대해서는 N극이 된다(칼럼 C8, 그래프(81)의 시각 ⑥, 그래프(82)의 시각 ⑫-① 사이). 그리고 자극(43A)군에 대해서는, R상의 전류가 증가를 계속하고, S상의 전류가 하강을 계속하고, T상의 전류가 증가를 계속해서 극대값이 된다. 자극(43B)군에 대해서는, R상의 전류가 극대값이 된 후에 하강하고, S상의 전류가 증가를 계속하고, T상의 전류가 하강을 계속한다. 그에 의해, 플레이트(41B)의 자극(43A)에 대해서는 N극이 되고, 플레이트(41B)의 자극(43B)에 대해서는 S극이 된다.
이때, 자기 기어(35)의 N극인 자극(35E), S극인 자극(35D)에서 볼 때, 각각 바로 전방측에 위치하는 플레이트(41A)의 자극(43B)의 극성이 S극, N극으로 되어 있다. 또한, 자기 기어(35)의 N극인 자극(35A)에서 볼 때 후방을 향하는 플레이트(41C)의 자극(43A)이 S극, 자기 기어(35)의 S극인 자극(35H)에서 볼 때 후방을 향하는 플레이트(41A)의 자극(43A)이 N극으로 되어 있다. 그에 의해, 공전하는 자기 기어(35)는 더욱 자전한다(칼럼 C9, 그래프(81)의 시각 ⑤, 그래프(82)의 시각 ②-③ 사이). 이후도 마찬가지로 그래프(81, 82)에 나타내는 전류의 변화에 따라서 자극(43A)군, 자극(43B)군의 자극이 변화하고, 공전하는 자기 기어(35)가 자극(43A)군, 자극(43B)군의 자력을 받아, 자기 기어(35)의 자전이 계속된다. 그 후, 회전 테이블(3)의 회전이 정지함과 함께 자극(43A)군 및 자극(47B)군에의 급전이 정지함으로써, 자전하지 않는 자기 기어(35)의 공전이 종료된다. 또한, 이 도 20에서 설명한 자기 기어(35)가 회전하는 모습은 일례이며, 전류의 주기 및 공전의 속도를 조정함으로써, 공전 속도에 대한 자기 기어(35)의 자전 속도를 조정할 수 있다. 이상, 도 18 내지 도 20에서 나타낸 바와 같이, 자기 기어(35)에 대해서는 자전과 공전을 서로 독립적으로 행할 수 있다.
계속해서, 성막 장치(1)에 의해 행하여지는 성막 처리의 일례에 대해서 설명한다. 이하에 나타내는 예에서는, 도 20에서 설명한 바와 같이 자기 기어(35)의 공전과 자전이 병행해서 행하여지고, 그에 의해 웨이퍼(W)가 자전 및 공전해서 성막 처리가 행하여진다. 이 성막 처리에서는, 회전 테이블(3)의 회전과 웨이퍼 홀더(32)의 회전은 동기하지 않는다. 보다 구체적으로는, 진공 용기(11) 내의 소정의 위치에 제1 방향을 향한 상태로부터 회전 테이블(3)이 1회전하고, 다시 소정의 위치에 위치했을 때, 웨이퍼(W)가 제1 방향과는 상이한 제2 방향을 향하게 되는 회전 속도(자전 속도)로 웨이퍼(W)가 자전한다.
우선, 도시하지 않은 반송 기구에 의해 웨이퍼(W)가, 각 웨이퍼 홀더(32)에 적재된다(도 21). 이후, 회전 테이블(3)에 적재된 웨이퍼(W)를 모식적으로 도시한 도 21 내지 도 24를 적절히 참조하여 설명한다. 도 21 내지 도 24에서는, 도시의 편의상, 각 웨이퍼(W)를 도면부호 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(3)의 직경과 일치하는 영역에 회전 테이블(3)의 중심을 향하는 화살표 A1 내지 A5를 붙이어 나타내고 있다.
상기 웨이퍼(W1 내지 W5)의 적재 후에 게이트 밸브(11B)가 폐쇄되고, 배기구(38, 39)로부터의 배기에 의해 진공 용기(11) 내가 소정의 압력의 진공 분위기로 되고, 분리 가스 노즐(62, 65)로부터 N2 가스가 회전 테이블(3)에 공급된다. 또한, 회전 테이블(3)의 중심 영역 형성부(C) 및 회전 테이블(3)의 하방측의 가스 공급관(도시하지 않음)로부터 퍼지 가스로서 N2 가스가 공급되어, 회전 테이블(3)의 중심부측으로부터 주연부측에 흐른다. 또한, 히터(16, 19)의 온도가 상승하여, 히터(16, 19)로부터의 복사열에 의해 회전 테이블(3) 및 웨이퍼 홀더(32)가 가열되고, 웨이퍼 홀더(32)로부터의 열전달에 의해 각 웨이퍼(W1 내지 W5)가 소정의 온도, 예를 들어 600℃ 이상의 온도로 가열된다.
그러한 후, 도 12 내지 도 15 및 도 20에서 설명한 회전 테이블(3)의 자기 기어(35)의 자전 및 공전, 즉 웨이퍼 홀더(32)에 적재된 웨이퍼(W1 내지 W5)의 공전과 자전이 개시된다. 예를 들어 이들 공전 및 자전의 개시와 동시에, 원료 가스 노즐(61), 산화 가스 노즐(63), 플라즈마 발생용 가스 노즐(64)로부터의 각 가스의 공급과, 고주파 전원(76)으로부터 안테나(75)에의 고주파의 인가에 의한 플라즈마의 형성이 개시된다. 도 22는, 그렇게 성막이 개시되고 나서 시간이 경과하고, 회전 테이블(3)이 성막 개시로부터 180° 회전하여, 상기 자전에 의해 웨이퍼(W)의 방향이 바뀐 상태를 나타내고 있다.
도 25는, 진공 용기(11) 내의 각 가스의 흐름을 화살표로 나타내고 있다. 흡착 영역(R1)과 산화 영역(R2)과의 사이에 N2 가스가 공급되는 분리 영역(D)을 형성하고 있으므로, 흡착 영역(R1)에 공급되는 원료 가스, 산화 영역(R2)에 공급되는 산화 가스는, 회전 테이블(3) 상에서 서로 혼합되지 않고 상기 N2 가스와 함께 각각 배기구(39, 38)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(3) 상에서 서로 혼합되지 않고, 상기 N2 가스와 함께 배기구(39)로부터 배기된다. 상기 중심 영역 형성부(C)로부터 공급된 N2 가스도, 배기구(38, 39)로부터 배기된다.
상기와 같이 각 가스의 공급과 배기가 행하여진 상태에서, 웨이퍼(W1 내지 W5)는, 자전하면서 원료 가스 노즐(61)의 노즐 커버(67)의 하방의 흡착 영역(R1), 산화 가스 노즐(63)의 하방의 산화 영역(R2), 플라즈마 형성부(71)의 하방의 플라즈마 형성 영역(R3)을, 순서대로 반복 이동한다. 흡착 영역(R1)에서는 원료 가스 노즐(61)로부터 토출된 BTBAS 가스가 웨이퍼(W)에 흡착되고, 산화 영역(R2)에서는 흡착된 BTBAS 가스가, 산화 가스 노즐(63)로부터 공급된 O3 가스에 의해 산화되어, 산화 실리콘의 분자층이 1층 또는 복수층 형성된다. 플라즈마 형성 영역(R3)에서는, 상기 산화 실리콘의 분자층이 플라즈마에 노출되어 개질된다.
상기와 같이 웨이퍼 홀더(32)는, 회전 테이블(3)의 회전과 동기하지 않고 회전하여, 각 웨이퍼(W1 내지 W5)는, 흡착 영역(R1)의 소정의 위치에 위치할 때마다, 서로 다른 방향으로 향하여 진다. 도 23은 성막 처리 개시로부터 회전 테이블(3)이 1회전한 상태를 나타내고 있다. 그리고, 도 24는, 도 23에 나타내는 상태로부터 회전 테이블(3)의 회전이 더욱 계속되어, 일례로서 웨이퍼(W1 내지 W5)의 방향이 성막 처리 개시 시의 방향으로부터 180° 회전한 방향을 향하게 된 상태를 나타내고 있다. 이렇게 웨이퍼(W1 내지 W5)의 방향이 변화함으로써, 웨이퍼(W1 내지 W5)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 편차가 발생해도, 성막 처리 개시부터 성막 처리 종료까지 웨이퍼(W1 내지 W5)에 흡착되는 원료 가스의 양을 웨이퍼(W1 내지 W5)의 둘레 방향에서의 각 부에서 정렬시킬 수 있다. 결과로서, 상기 웨이퍼(W1 내지 W5)의 둘레 방향에서의 각 부에서, 웨이퍼(W1 내지 W5)에 형성되는 SiO2막의 막 두께의 치우침을 억제할 수 있다.
이렇게 회전 테이블(3)의 회전이 계속되어 산화 실리콘의 분자층이 순차적으로 적층되어, 산화 실리콘막이 형성됨과 함께 그 막 두께가 점차 커진다. 그리고, 설정된 목표 막 두께가 얻어지도록 성막 처리가 행하여지면, 회전 테이블(3)의 회전과 웨이퍼 홀더(32)의 회전이 정지하고, 성막 처리가 종료된다. 예를 들어, 이 성막 처리 종료 시에는, 웨이퍼(W1 내지 W5)는 성막 처리 개시 시와 동일한 위치에 위치하고, 각 웨이퍼(W1 내지 W5)의 방향은, 성막 처리 개시 시와 동일한 방향을 향하게 된다. 따라서, 웨이퍼(W1 내지 W5)는, 도 21에서 나타낸 위치, 방향으로 놓이고, 성막 처리 개시부터 종료까지 각각 정수회 자전하고 있다. 또한, 이 성막 처리 종료 시에는, 가스 노즐(61) 내지 가스 노즐(65)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)에 있어서는, 회전 테이블(3)의 회전축을 구성하는 내측 돌기(21A)를 구비하는 링판(21)에, 웨이퍼 홀더(32), 회전축(33) 및 베어링 유닛(34)이 지지되어 있다. 그리고, 자전용 구동 유닛(4)에 의해 자력으로 회전축(33)이 회전함으로써 웨이퍼(W)가 자전하고, 공전용 구동 유닛(5)에 의해 자력으로 링판(21)을 회전시킴으로써 회전 테이블(3)이 회전한다. 이러한 구성으로 함으로써, 웨이퍼(W)의 둘레 방향으로 균일성 높은 성막 처리를 행할 수 있다. 또한, 상기와 같이 링판(21)에 각 부가 지지되어 있음으로써, 웨이퍼 홀더(32), 회전축(33) 및 베어링 유닛(34)의 무게가 회전 테이블(3)에 가해지는 것을 방지할 수 있으므로, 회전 테이블(3)로서 사용할 수 있는 재료의 자유도가 높아진다. 그리고, 그렇게 재료의 자유도가 높기 때문에, 상기와 같이 회전 테이블(3)을 석영에 의해 구성할 수 있으므로, 비교적 높은 온도에서 웨이퍼(W)에 가열 처리를 행할 수 있다. 그 결과, 원하는 막질을 갖는 SiO2막을 웨이퍼(W)에 성막할 수 있다.
그런데, 성막 처리로서는 도 21 내지 도 24에서 나타낸 바와 같이 행하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 25에서 설명한 바와 같이 진공 용기(11) 내에 각 가스를 공급한 상태에서, 도 19에서 설명한 바와 같이 자기 기어(35)가 자전하지 않도록 회전 테이블(3)을 m 회전시켜서 성막을 행한다(스텝 S1). m은 임의의 숫자이다. 그 후, 예를 들어 일단 원료 가스의 공급, 산화 가스의 공급 및 플라즈마의 형성을 정지하고, 도 18에서 설명한 바와 같이, 회전 테이블(3)의 회전이 정지한 상태에서 웨이퍼(W)의 방향이 예를 들어 90° 변경되도록, 당해 웨이퍼(W)를 자전시킨다(스텝 S2).
그 후, 원료 가스의 공급, 산화 가스의 공급 및 플라즈마의 형성을 재개함과 함께 자기 기어(35)가 자전하지 않도록 회전 테이블(3)을 m 회전시켜서 성막을 행한다. 즉, 스텝 S1을 다시 행한다. 이렇게 스텝 S1, S2를 4회 반복해서 행한다. 스텝 S1, S2를 4회 반복해서 행한 후, 스텝 S1, S2를 4회 더 반복해서 행해도 된다. 이러한 성막 처리를 행하는 경우에도 웨이퍼(W)에 대해서, 영역 R1 내지 R3을 통과할 때의 방향이 변경됨으로써, 웨이퍼(W)의 둘레 방향에 있어서 균일성 높은 막 두께의 막을 성막할 수 있다.
또한, 스텝 S2에서 웨이퍼(W)의 방향을 바꾸는 각도는 90°에 한정되지 않고, 이 각도가 작을수록 웨이퍼(W)의 면내 전체에 균일성 높은 처리를 행할 수 있다. 단, 웨이퍼(W)의 둘레 방향으로 균일성 높은 처리를 행하기 위해서, (360°/웨이퍼(W)의 방향을 바꾸는 각도)의 배수만큼, 스텝 S1의 회전 테이블(3)을 m 회전시키는 성막 처리를 행한다. 즉 상기 90° 방향을 바꾸는 경우에는, 360°/90°=4이므로, 4×A(A는 정수)회 스텝 S1을 행한다.
그런데, 상기 성막 장치(1)에서는 n상 교류(n은 정수)로서 3상 교류를 플레이트(41)에 공급하고 있지만, n상 교류는 2상 교류이어도 되고, 또는 5상 교류 등이어도 된다. 또한, 자극(43A)군, 자극(43B)군은, 자기 기어(35)의 측면과 대향하도록 배치되어도 된다. 즉, 자기 기어(35)와 자극(43A)군 및 자극(43B)군과의 위치 관계는 도 3 등에서 나타낸 예에는 한정되지 않는다. 또한 링판(21)의 측 둘레에 자석(22)을 배치하고, 링판(21)을 둘러싸도록 플레이트(51)군을 링판(21)의 외측에 배치함으로써, 링판(21)을 회전할 수 있도록 해도 된다. 즉, 자석(22)과 플레이트(51)군과의 위치 관계에 대해서도, 도 3 등에서 나타낸 예에 한정되지 않는다.
그런데, 본 발명의 기판 처리 장치는, 회전 테이블(3)에 적재된 웨이퍼(W)에 가스 처리를 행하는 장치에 적용할 수 있다. 따라서, ALD를 행하는 성막 장치에 적용되는 것에 한정되지 않고, CVD를 행하는 성막 장치에 적용되어도 된다. 또한, 성막 장치에 적용되는 것에도 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명은 상기 성막 장치(1)에서 가스 노즐(61, 63)에 의한 원료 가스 및 산화 가스의 공급이 행하여지지 않고, 플라즈마 형성부(71)에 의한 웨이퍼(W) 표면의 개질 처리만이 행하여지는 개질 장치로서 구성되어도 된다.
또한, 상기 예에서는 링판(21)에, 자성체로서 자석(22)을 설치하고 있지만, 자성체로서 자석이 아닌 철 등의 금속 등을 설치해도 된다. 그 경우, 예를 들어 플레이트(51)마다 전류가 공급된 상태와, 전류의 공급이 정지된 상태를 전환되도록 구성해 둔다. 그리고, 자성체의 전방측에 근접해서 위치하는 플레이트(51)에만 전류를 공급해서 자석으로 하고, 다른 플레이트(51)에는 전류를 공급하지 않는다. 즉 자성체의 위치에 대응한 플레이트(51)에만 전류를 공급함으로써, 자력에 의해 자성체를 전방에 가까이 끌어당겨서 링판(21)을 회전시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 회전 테이블(3)의 둘레 방향으로 배치된 전자석군에 의해 당해 회전 테이블(3)을 회전시키는 구성에 한정되지는 않고, 도 1의 회전축을 이루는 내측 돌기(21A)의 하방에 모터를 포함한 구동 기구를 설치하고, 당해 구동 기구에 의해 링판(21)을 회전시키는 것이어도 된다. 또한, 베어링 유닛(34)은, 회전축(33)을 회전시키기 위한 모터를 포함한 것이어도 된다. 즉, 전자석인 플레이트(41) 및 자기 기어(35)를 설치하여, 회전축(33)을 회전시키는 구성으로 하는 것에 한정되지는 않는다. 단, 상기와 같이 전자석을 사용하고, 이 전자석에 대하여 비접촉으로 자기 기어(35) 및 링판(21)을 회전시키는 것이, 파티클의 발생이 더 억제되기 때문에 유리하다.
또한, 상기의 예에서는 회전 테이블(3)의 오목부에 형성된 개구부(32B) 내를 회전축(33)이 하방으로 연장되어 있지만, 회전 테이블(3)에 웨이퍼 홀더(32)와 동일한 직경의 관통 구멍, 즉 개구부를 형성하여, 당해 관통 구멍 내에 웨이퍼 홀더(32)를 설치하고, 회전축(33)의 상단은, 관통 구멍의 하방 외측에 설치되어 웨이퍼 홀더(32)를 지지하는 구성이어도 된다. 이 경우도 개구부를 통해서 적재부(웨이퍼 홀더(32))가 지지부(링판(21))에 지지되어 있는 것에 포함된다.
그런데, 성막 장치(1)에 대해서는 웨이퍼(W)의 자전과 공전을 독립적으로 행할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 자전의 회전수를 비교적 낮게 설정할 수 있다. 이렇게 설정하면, 웨이퍼(W)의 자전의 원심력에 의해 당해 웨이퍼(W)가 회전 테이블(3)로부터 튀어나오는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 비교적 고속으로 웨이퍼(W)를 공전시키는 경우에는, 상술한 바와 같이 웨이퍼(W)의 자전을 정지시켜 두고, 공전이 정지하고 있을 때 웨이퍼(W)의 방향을 변경하는 운용을 행할 수 있기 때문에, 이 운용이 가능한 점에서도 웨이퍼(W)가 회전 테이블(3)로부터 튀어나오는 것을 방지할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 자전이 개시할 때의 방향이 미리 설정된 방향으로부터 어떠한 요인에 의해 어긋났다고 해도, 웨이퍼(W)를 공전시키지 않고 보정할 수 있다. 따라서, 이 방향의 보정을 행하기 위해서 진공 용기(11)를 개방할 필요가 없어, 당해 보정이 용이하다는 이점이 있다.
또한, 성막 장치(1)에서는 전자석인 플레이트(41)에 인가하는 전압에 의해, 회전 테이블(3)의 둘레 방향으로 설치된 5개의 자기 기어(35)의 토크를 제어하여, 각 자기 기어(35)를 동시에 회전시킬 수 있다. 그렇게 자기 기어(35)가 동시에 회전함으로써, 회전 테이블(3)에 있어서 한 방향으로 큰 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있으므로, 회전 테이블(3)의 회전을 원활하게 행할 수 있다. 또한, 상기 각 도면에 의한 설명에서는, 전류에 의해 자기 기어(35)의 자전을 제어하고 있는 취지를 기재했지만, 플레이트(41)에 공급되는 전압에 대해서도 전류와 마찬가지로 제어되므로, 전압에 의해 자기 기어(35)의 자전을 제어하고 있다고도 할 수 있다.
그런데, 영구 자석으로 이루어지는 자기 기어(35)는, 회전 중에, 회전 테이블(3)의 중심측, 주연측으로부터 자력으로 각각 인장되는 것이기 때문에, 회전축(33)이 기우는 것이 억제된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 공전 시에 회전축(33)이 다른 부재에 접촉하는 것이 억제되기 때문에, 회전축(33)과 주위의 부재와의 간격을 크게 이격할 필요가 없어져, 장치의 설계 자유도가 높아진다는 이점이 있다.
또한, 성막 장치(1)에 대해서, 둘레 방향으로 분할된 복수, 예를 들어 5개의 에리어를 설정한다. 그리고, 플레이트(41)군에 대해서 에리어마다 독립적으로 전압이 공급되도록 구성하여, 공전 이동하는 웨이퍼(W)의 자전 속도가 에리어마다 제어되도록 해도 된다. 그렇게 함으로써, 예를 들어 웨이퍼(W)가 공전에 의해 제1 에리어, 제2 에리어, 제3 에리어, 제4 에리어, 제5 에리어를 각각 통과하는 중에, 서로 다른 제1 자전 속도, 제2 자전 속도, 제3 자전 속도, 제4 자전 속도, 제5 자전 속도가 되는 운용이 가능하다. 이들 제1 내지 제5 자전 속도 중 어느 하나의 속도에 대해서는 0, 즉 공전 중, 소정의 영역에서만 자전이 정지되는 운용으로 해도 된다. 또한, 원료 가스의 흡착 영역(R1), 산화 영역(R2), 플라즈마 형성 영역(R3)이 서로 다른 에리어에 속하여, 원료 가스의 흡착, 산화, 플라즈마에 의한 개질 시에 웨이퍼(W)가 각각 상이한 속도로 자전하도록 해도 된다. 또한, 이렇게 에리어마다 전압이 개별로 공급되는 경우, 5개의 자기 기어(35)에 대해서, 서로 병행하여 회전시켜, 상기 각 자기 기어(35)의 방향의 보정을 행할 수 있다.
W : 웨이퍼 1 : 성막 장치
11 : 진공 용기 21 : 링판
22 : 자석 3 : 회전 테이블
32 : 웨이퍼 홀더 33 : 회전축
35 : 자기 기어 5 : 공전용 구동 유닛
51 : 플레이트 53A, 53B : 자극
54A, 54B : 코일 55A, 55B : 전원 유닛
61 : 원료 가스 노즐 63 : 산화 가스 노즐
100 : 제어부

Claims (7)

  1. 기판을 공전시키면서 상기 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리하는 기판 처리 장치로서,
    처리 용기 내에 설치된 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블을 회전시키기 위한 회전 기구와,
    상기 회전 테이블의 하방측에서 상기 회전 테이블의 회전축에 설치된 지지부와,
    기판의 적재 위치에 대응해서 상기 회전 테이블에 형성된 개구부와,
    상기 개구부를 통해서 상기 지지부에 자전 가능하게 지지되고, 기판의 상면의 높이 위치가 상기 회전 테이블의 상면의 높이 위치에 정렬되도록 기판을 적재하기 위한 적재부와,
    상기 적재부를 자전시키기 위한 자전 기구와,
    상기 적재부의 하방에 설치된, 상기 자전 기구에 의해 상기 적재부와 함께 회전하는 자전용의 회전축과,
    상기 자전용의 회전축에 설치된, 둘레 방향을 따라 배치된 복수의 자극을 포함하고,
    상기 자전 기구는,
    상기 회전 테이블에 대하여 독립적으로 설치되고, 상기 회전 테이블의 둘레 방향을 따라 복수의 자극이 배열된, 상기 자전용의 회전축 구동용의 자극군을 형성하는 제1 전자석군과,
    상기 자전용의 회전축에 배치된 자극과 상기 자전용의 회전축 구동용의 자극군의 각 자극과의 사이의 자력에 의해 상기 자전용의 회전축이 자전하도록 상기 제1 전자석군의 코일에 전류를 공급하기 위한 제1 전원부를 포함하고,
    상기 자전용의 회전축 구동용의 자극군은, 상기 회전 테이블의 회전에 의한 상기 자전용의 회전축의 이동 영역에 대하여 내측, 외측에 각각 상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 열을 이루는 복수의 자극에 의해 형성된 내측 자극군 및 외측 자극군에 의해 구성되는 것을 특징으로하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전 테이블의 회전에 의한 상기 자전용의 회전축의 이동로의 내측, 외측에 각각 상기 기판을 가열하기 위한 서로 분할된 제1 히터, 제2 히터가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회전 기구는,
    상기 지지부에 설치된 자성체와,
    상기 회전 테이블에 대하여 독립적으로 설치되고, 상기 회전 테이블의 둘레 방향을 따라 배열된 상기 회전 테이블 구동용의 복수의 자극을 포함하는 제2 전자석군과,
    상기 제2 전자석군의 각 자극의 상기 자성체에 대한 자력의 작용에 의해 상기 지지부가 회전하도록, 상기 제2 전자석군의 코일에 전류를 공급하기 위한 제2 전원부,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자성체는, 상기 지지부의 회전 방향으로 설치된 복수의 자극인 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  5. 기판을 공전시키면서 상기 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리하는 기판 처리 방법으로서,
    처리 용기 내에 설치된 회전 테이블을 회전 기구에 의해 회전시키는 공정과,
    기판의 적재 위치에 대응해서 상기 회전 테이블에 형성된 개구부를 통해서, 적재부를 상기 회전 테이블의 하방측에서 상기 회전 테이블의 회전축에 설치된 지지부에 자전 가능하게 지지하는 공정과,
    기판의 상면의 높이 위치가 상기 회전 테이블의 상면의 높이 위치에 정렬되도록 기판을, 하방에 둘레 방향을 따라 배치된 복수의 자극을 구비하는 자전용의 회전축이 설치되고, 상기 자전용의 회전축과 함께 회전하는 적재부에 적재하는 공정과,
    상기 적재부를 자전 기구에 의해 자전시키는 자전 공정을 포함하고,
    상기 자전 기구는, 상기 회전 테이블에 대하여 독립적으로 설치되고, 상기 회전 테이블의 둘레 방향을 따라 복수의 자극이 배열되어 있는 상기 자전용의 회전축 구동용의 자극군을 형성하는 제1 전자석군을 포함하고,
    상기 자전용의 회전축 구동용의 자극군은, 상기 회전 테이블의 회전에 의한 상기 자전용의 회전축의 이동 영역에 대하여 내측, 외측에 각각 상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 열을 이루는 복수의 자극에 의해 형성된 내측 자극군 및 외측 자극군에 의해 구성되고,
    상기 자전 공정은,
    상기 자전 기구를 구성하는 제1 전원부에 의해, 상기 제1 전자석군의 코일에 전류를 공급하고, 상기 자전용의 회전축에 배치된 자극과 상기 자전용의 회전축 구동용의 자극군의 각 자극과의 사이의 자력에 의해 상기 자전용의 회전축을 자전시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
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  7. 삭제
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