KR102106666B1 - 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기판 보유 지지 부재 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판 처리 장치는, 처리실과, 당해 처리실 내에 설치되며, 기판을 보유 지지 가능한 오목부 형상의 기판 보유 지지 영역이 주위 방향을 따라 표면에 복수 형성된 회전 테이블을 갖는다. 요철 패턴의 형성에 의해 상기 표면의 표면적을 평탄면보다도 증가시킨 표면적 증가 영역이, 상기 기판 보유 지지 영역 주위의 상기 표면에 형성된다. 상기 회전 테이블의 상기 표면에 처리 가스를 공급 가능한 처리 가스 공급 수단이 설치된다.

Description

기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기판 보유 지지 부재{SUBSTRATE TREATMENT APPARATUS, SUBSTRATE TREATMENT METHOD AND SUBSTRATE RETAINER MEMBER}
<관련 출원의 참조>
본 출원은, 2015년 11월 4일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2015-216320호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본 특허 출원 제2015-216320호의 전체 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은, 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기판 보유 지지 부재에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 회로 패턴의 더 한층의 미세화에 수반하여, 반도체 디바이스를 구성하는 다양한 막에 대해서도, 한층 더 박막화 및 균일화가 요구되고 있다. 이러한 요구에 대응하는 성막 방법으로서, 일본 특허 공개 제2010-56470호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 제1 반응 가스를 기판에 공급하여 기판의 표면에 제1 반응 가스를 흡착시키고, 이어서 제2 반응 가스를 기판에 공급하여 기판의 표면에 흡착한 제1 반응 가스와 제2 반응 가스를 반응시킴으로써, 반응 생성물로 구성되는 막을 기판에 퇴적시키는, 소위 분자층 성막법(MLD, Molecular Layer Deposition) 또는 원자층 성막법(ALD, Atomic Layer Deposition)이 알려져 있다. 이러한 성막 방법에 의하면, 반응 가스가 (준)자기 포화적으로 기판 표면에 흡착될 수 있기 때문에, 높은 성막 제어성, 우수한 균일성, 및 우수한 매립 특성을 실현할 수 있다.
그러나, 회로 패턴의 미세화에 수반하여, 예를 들어 트렌치 소자 분리 구조에 있어서의 트렌치나, 라인·스페이스·패턴에 있어서의 스페이스의 애스펙트비가 커짐에 따라서, 분자층 성막법에 있어서도, 트렌치나 스페이스를 매립하는 것이 곤란한 경우가 있다.
예를 들어, 약 30㎚의 폭을 갖는 스페이스를 산화 실리콘막으로 매립하려고 하면, 좁은 스페이스의 저부에 반응 가스가 진입하기 어렵기 때문에, 스페이스를 구획 형성하는 라인 측벽의 상단부 근방에서의 막 두께가 두꺼워져, 저부측에서 막 두께가 얇아지는 경향이 있다. 그로 인해, 스페이스에 매립된 산화 실리콘막에는 보이드가 발생하는 경우가 있다. 그러한 산화 실리콘막이, 예를 들어 후속 에칭 공정에 있어서 에칭되면, 산화 실리콘막의 상면에, 보이드와 연통되는 개구가 형성되는 경우가 있다. 그러면, 그러한 개구로부터 보이드에 에칭 가스(또는 에칭액)가 진입하여 오염이 발생하거나, 또는, 이후의 메타라이제이션 시에 보이드 내에 금속이 인입되어, 결함이 발생하거나 할 우려가 있다.
이러한 문제는, 분자층 성막법에 한하지 않고, 화학적인 기상 퇴적(CVD, Chemical Vapor Deposition)법에 있어서도 발생할 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판에 형성되는 접속 구멍을 도전성 물질의 막으로 매립하여 도전성의 접속 구멍(소위 플러그)을 형성할 때, 플러그 내에 보이드가 형성되어 버리는 경우가 있다. 따라서, 일본 특허 공개 제2003-142484호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 이러한 보이드의 발생을 억제하기 위해, 접속 구멍을 도전성 물질로 매립할 때, 접속 구멍의 상부에 형성되는 도전성 물질의 오버행 형상부를 에치 백에 의해 제거하는 공정을 반복함으로써, 보이드가 억제된 도전성 접속 구멍(소위 플러그)을 형성하는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 일본 특허 공개 제2003-142484호 공보에 기재된 구성에서는, 도전성 물질의 막의 성막과 에치 백을 상이한 장치로 행해야만 하여, 장치 간에서의 기판의 반송이나, 각 장치 내에서의 처리 조건의 안정화에 시간을 필요로 하기 때문에, 스루풋을 향상시킬 수 없다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 일본 특허 공개 제2015-19075호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 회전 테이블식 ALD 장치에 고속의 V자 에칭 처리 기능을 in-situ에서 실시하는 성막 장치 및 성막 방법이 제안되어 있다.
이러한 일본 특허 공개 제2015-19075호 공보에 기재된 구성에 의하면, 기판에 형성된 오목부에, 보이드의 발생을 저감하면서, 높은 스루풋으로 매립을 행할 수 있다.
그러나, 기판에 형성된 회로 패턴의 오목부에 매립을 행하고, 또한 에칭을 행할 때, 오목부의 형상이 너무 복잡하면, 평탄부와 비교하여 표면적이 현저하게 증대되기 때문에, 회로 패턴이 복잡한 개소와 회로 패턴이 거의 형성되지 않은 평탄부에 있어서, 표면적에 큰 차가 발생한다. 이러한 경우, 성막 후에 에칭을 행할 때에는, 로딩 현상에 의해 표면적이 큰 영역에서 에칭 가스가 많이 소비되는 한편, 표면적이 작은 평탄부에서는 에칭 가스의 소비가 적어도 족하지만, 에칭 가스의 공급량은 기판 전체면에 대하여 거의 균일하기 때문에, 회로 패턴이 복잡한 장소에서는 에칭 레이트가 낮아지고, 회로 패턴이 간단한 장소에서는 에칭 레이트가 높아져버려, 에칭의 면내 균일성을 양호하게 유지할 수 없는 경우가 있다. 또한, 이러한 현상은, 에칭뿐만 아니라, 로딩 현상이 발생하는 모든 기판 처리에 일어날 수 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2015-173154호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 종형 열처리 장치를 사용한 성막 처리에 있어서, 상하 방향에 있어서의 가스 분포를 조정하기 위해 가스 분포 조정 부재를 웨이퍼 보트의 상방 및 하방에 배치하고, 연직 방향에 있어서의 성막 처리의 균일성의 향상을 도모한 기술이 제안되어 있으나, 회전 테이블식 성막 처리, 에칭 처리와는 상이하여, 회전 테이블식 기판 처리 장치에 대한 적용은 곤란하다.
따라서, 본 발명의 실시 형태는, 복잡하고 표면적을 크게 증대시키는 패턴이 형성된 기판을 처리하는 경우에도, 면내 균일성을 양호하게 유지할 수 있는 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기판 보유 지지 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 양태에 관한 기판 처리 장치는, 처리실과,
당해 처리실 내에 설치되며, 기판을 보유 지지 가능한 오목부 형상의 기판 보유 지지 영역이 주위 방향을 따라 표면에 복수 형성된 회전 테이블과,
상기 기판 보유 지지 영역 주위의 상기 표면에 형성되며, 요철 패턴의 형성에 의해 상기 표면의 표면적을 평탄면보다도 증가시킨 표면적 증가 영역과,
상기 회전 테이블의 상기 표면에 처리 가스를 공급 가능한 처리 가스 공급 수단을 갖는다.
본 발명의 다른 양태에 관한 기판 처리 장치는, 처리실과,
당해 처리실 내에 설치된 회전 테이블과,
당해 회전 테이블의 주위 방향을 따라 표면에 복수 형성되며, 기판보다도 직경이 크고, 당해 기판의 측면과 내주면을 접촉시키는 일 없이 당해 기판을 적재 가능한 오목부 형상의 기판 적재 영역과,
당해 기판 적재 영역의 저면 내의 상기 내주면과 이격된 위치이며, 상기 기판의 외주 형상을 따라, 상기 회전 테이블의 회전에 의한 원심력에 저항하여 상기 기판을 보유 지지 가능한 위치에 설치된 적어도 3개 이상의 기판 보유 지지용 핀과,
상기 회전 테이블의 상기 표면에 처리 가스를 공급 가능한 처리 가스 공급 수단을 갖는다.
본 발명의 다른 양태에 관한 기판 처리 방법은, 처리실 내의 회전 테이블 위에 주위 방향을 따라 복수 형성된 오목부 형상의 기판 보유 지지 영역에 기판을 보유 지지하고, 상기 회전 테이블을 회전시키면서 상기 기판에 처리 가스를 공급하여 기판을 처리하는 기판 처리 방법이며,
상기 기판 보유 지지 영역의 주위에, 평탄면보다도 표면적을 증가시키는 요철 패턴이 형성된 표면적 증가 영역이 형성된 상태에서 상기 회전 테이블을 회전시키는 공정과,
상기 회전 테이블을 회전시키면서 상기 기판에 상기 처리 가스를 공급하여, 상기 기판을 처리하는 공정을 갖는다.
본 발명의 다른 양태에 관한 기판 보유 지지 부재는, 회전 테이블 상의 소정의 기판 보유 지지 영역에 기판을 보유 지지하여 상기 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 사용되는 기판 보유 지지 부재이며,
상기 기판을 보유 지지 가능한 내경 및 두께를 가짐과 함께, 상기 기판 보유 지지 영역에 적재 가능한 외형 및 저면 형상을 갖고,
상면에, 평탄면보다도 표면적을 증가시키는 요철 패턴을 갖는 원환 형상을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 개략 평면도.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에 있어서의 분리 영역을 설명하기 위한 일부 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 다른 단면을 도시하는 일부 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에 있어서의 제3 처리 영역 P3을 설명하기 위한 일부 단면도.
도 6은 샤워 헤드부의 하면의 일례를 도시한 평면도.
도 7은 웨이퍼 W의 전체면에 균일한 막을 형성한 웨이퍼를 종래의 기판 처리 장치로 성막 처리 및 에칭 처리한 경우의 실험 결과를 도시한 도면.
도 8은 종래의 기판 처리 장치의 회전 테이블의 오목부와 웨이퍼 W의 위치 관계를 도시한 단면도.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 회전 테이블의 오목부와 웨이퍼 W의 위치 관계의 일례를 도시한 도면.
도 10은 회전 테이블의 주위 방향에 따른 X 방향에 있어서의 에칭 레이트의 측정 결과를 도시한 도면.
도 11은 회전 테이블의 반경 방향에 따른 Y 방향에 있어서의 에칭 레이트의 측정 결과를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 일례를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 회전 테이블의 평면 구성의 일례를 도시한 도면.
도 14는 표면적 증가 영역을 링 형상 부재에 의해 구성하는 예를 도시한 사시도.
도 15는 링 형상 부재를 회전 테이블에 설치한 상태를 도시한 단면도.
도 16은 링 형상 부재의 일례의 단면도.
도 17은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 회전 테이블의 일례를 도시한 도면.
도 18은 오목부 및 표면적 증가 영역의 요철 패턴의 표면을 도시한 도면.
도 19는 오목부 및 표면적 증가 영역의 요철 패턴의 사시도.
도 20은 종래의 기판 처리 장치에 있어서 CF4의 유량을 변화시키고, 평탄면 상에 형성된 막과, 패턴이 형성된 웨이퍼 상에 형성된 막의 X축 상에 있어서의 에칭 레이트를 비교한 도면.
도 21은 종래의 기판 처리 장치에 있어서 회전 테이블의 회전 속도를 변화시켜, 평탄면 상에 형성된 막과, 패턴이 형성된 웨이퍼 상에 형성된 막의 X축 상에 있어서의 에칭 레이트를 비교한 도면.
도 22는 종래의 기판 처리 장치에 있어서 진공 용기 내의 압력을 변화시켜, 평탄면 상에 형성된 막과, 패턴이 형성된 웨이퍼 상에 형성된 막의 X축 상에 있어서의 에칭 레이트를 비교한 도면.
도 23은 종래의 기판 처리 장치의 오목부 주변의 4군데에 표면적 증가 영역을 형성하여 에칭 처리를 행하는 실험 방법을 설명하기 위한 도면.
도 24는 도 23에 도시한 트라이얼 실험의 X축 상에 있어서의 실험 결과.
도 25는 도 23에 도시한 트라이얼 실험의 Y축 상에 있어서의 실험 결과.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 설명을 한다.
[제1 실시 형태]
본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 개략 단면도이다. 도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 개략 평면도이다. 도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에 있어서의 분리 영역을 설명하기 위한 일부 단면도이다. 도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 다른 단면을 도시하는 일부 단면도이다.
본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 장치는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 거의 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되고, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 또한, 진공 용기(1) 및 회전 테이블(2)은, 예를 들어 석영으로 구성된다.
진공 용기(1)는, 웨이퍼 W를 내부에 수용하여 웨이퍼의 처리를 행하기 위한 처리실이다. 진공 용기(1)는, 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 대하여, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)를 개재하여 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 갖고 있다.
회전 테이블(2)은, 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되고, 이 코어부(21)는, 연직 방향으로 연장되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(22)은 진공 용기(1)의 저부(14)를 관통하고, 그 하단부가 회전축(22)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(23)에 설치되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는, 상면이 개구된 통상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 이 케이스체(20)는 그 상면에 설치된 플랜지 부분이 진공 용기(1) 저부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있고, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지되어 있다.
회전 테이블(2)의 표면에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 회전 방향(주위 방향)을 따라 복수(도시하는 예에서는 5장)의 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼 W」라고 함)를 적재 가능한 원 형상의 오목부 형상을 갖는 오목부(24)가 형성되어 있다. 또한, 웨이퍼 W는, 기판의 일례이며, 반도체 웨이퍼 이외에도 다양한 기판을 사용할 수 있다. 오목부(24)는, 웨이퍼 W의 직경보다도 충분히 큰 직경을 갖고, 내주면이 웨이퍼 W의 측면에 접촉되지 않는 상태에서 웨이퍼 W를 적재하는 것이 가능하다. 오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼 보유 지지용 핀(25)이 복수개 설치되어 있다. 오목부(24)의 면적은, 웨이퍼 W의 면적보다도 충분히 크므로, 회전 테이블(2)이 회전하면, 오목부(24)의 내주면에 웨이퍼 W가 보유 지지되지 않고, 웨이퍼 W가 오목부(24)로부터 튀어나와 버린다. 따라서, 웨이퍼 W의 보유 지지는, 웨이퍼 보유 지지용 핀(25)으로 행한다. 따라서, 핀(25)은, 웨이퍼 W의 외주 형상을 따르도록, 또한, 회전 테이블(2)이 회전했을 때, 웨이퍼 W에 가해지는 원심력에 저항하여 웨이퍼 W를 보유 지지할 수 있도록, 적어도 3개 이상, 서로 이격하여 설치된다. 도 2, 3의 예에 있어서는, 6개의 핀(25)이, 웨이퍼 W의 외주를 따라서 등간격으로 이격되고, 웨이퍼 W의 외주를 6등분하도록 배치되어 있다. 핀(25)은, 오목부(24)의 내주면으로부터 이격된 위치에 설치되고, 내주면으로부터 이격되어 있는 한, 용도에 맞게 임의의 위치에 설치해도 되지만, 예를 들어 모든 오목부(24)의 내주면으로부터 등거리가 되도록, 오목부(24)의 중심에 대하여 대칭으로 설치하도록 해도 된다.
또한, 오목부(24)는, 웨이퍼 W의 두께와 거의 동등한 깊이를 갖고 있다. 따라서, 웨이퍼 W를 오목부(24)에 적재하면, 웨이퍼 W의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(웨이퍼 W가 적재되지 않는 영역)이 동일한 높이가 된다. 오목부(24) 저면의 웨이퍼 보유 지지용 핀(25)보다도 내측의 영역에는, 웨이퍼 W의 이면을 지지하여 웨이퍼 W를 승강시키기 위한 예를 들어 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(29)(도 17 참조)이 형성되어 있다.
이와 같이, 오목부(24) 및 핀(25)으로, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 기판 보유 지지부를 구성하는데, 오목부(24)와 핀(25)의 구성 및 기능의 상세는 후술하기로 하고, 기판 처리 장치 전체의 설명을 이어서 한다.
회전 테이블(2)의 상방에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 처리 가스 노즐(31, 32), 분리 가스 노즐(41, 42) 및 에칭 가스 공급부(90)가 배치되어 있다. 도시하는 예에서는, 진공 용기(1)의 주위 방향으로 간격을 두고, 반송구(15)(후술)로부터 시계 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로, 에칭 가스 공급부(90), 분리 가스 노즐(41), 처리 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42) 및 처리 가스 노즐(32)의 순서대로 배열되어 있다. 또한, 처리 가스 노즐(31)은 제1 처리 가스 공급부의 일례이며, 처리 가스 노즐(32)은 제2 처리 가스 공급부의 일례이다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 기판 처리 장치가, 에칭 영역뿐만 아니라, 성막 영역을 갖는 예를 들어서 설명하지만, 성막 영역에 설치되는 처리 가스 노즐(31, 32)을 갖지 않고, 에칭 영역에 설치되는 에칭 가스 공급부(90)만 또는 에칭 가스 공급부(90) 및 분리 가스 노즐(41, 42)이 구비된 에칭 장치로서 구성되어도 된다. 단, 이후의 실시 형태에 있어서는, 에칭 영역 및 성막 영역의 양쪽을 구비한 기판 처리 장치를 예로 들어 설명한다.
처리 가스 노즐(31, 32)은, 각각의 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a)가 용기 본체(12)의 외주벽에 고정되고, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 진공 용기(1) 내에 도입되어 있다. 그리고, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라서 회전 테이블(2)에 대하여 처리 가스 노즐(31, 32)이 평행하게 연장되도록 설치되어 있다.
분리 가스 노즐(41, 42)은, 각각의 기단부인 가스 도입 포트(41a, 42a)가 용기 본체(12)의 외주벽에 고정되고, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 진공 용기(1) 내에 도입되어 있다. 그리고, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라서 회전 테이블(2)에 대하여 분리 가스 노즐(41, 42)이 평행하게 연장되도록 설치되어 있다.
또한, 에칭 가스 공급부(90)의 상세에 대해서는 후술한다.
처리 가스 노즐(31)은, 예를 들어 석영을 포함하고, 도시하지 않은 배관 및 유량 조정기 등을 통하여 제1 처리 가스로서의 Si(실리콘) 함유 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 처리 가스 노즐(32)은, 예를 들어 석영을 포함하고, 도시하지 않은 배관 및 유량 조정기 등을 통하여, 제2 처리 가스로서의 산화 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 모두 도시하지 않은 배관 및 유량 조정 밸브 등을 통하여, 분리 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
Si 함유 가스로서는, 예를 들어 유기 아미노실란 가스를 사용할 수 있고, 산화 가스로서는, 예를 들어 O3(오존) 가스, O2(산소) 가스를 사용할 수 있다. 분리 가스로서는, 예를 들어 Ar(아르곤) 가스, N2(질소) 가스를 사용할 수 있다.
처리 가스 노즐(31, 32)에는, 회전 테이블(2)을 향하여 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(33)(도 3 참조)이, 처리 가스 노즐(31, 32)의 길이 방향에 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 처리 가스 노즐(31)의 하방 영역은, Si 함유 가스를 웨이퍼 W에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역 P1이 된다. 처리 가스 노즐(32)의 하방 영역은, 제1 처리 영역 P1에 있어서 웨이퍼 W에 흡착된 Si 함유 가스를 산화시키는 산화 가스를 공급하는 제2 처리 영역 P2가 된다. 또한, 에칭 가스 공급부(90)의 하방 영역은, 웨이퍼 W 상에 퇴적된 반응 생성물을 에칭하는 에칭 가스를 공급하는 제3 처리 영역 P3이 된다.
또한, 제1 처리 영역 P1은, 원료 가스를 웨이퍼 W에 공급하는 영역이므로, 원료 가스 공급 영역 P1이라 불러도 되고, 제2 처리 영역 P2는, 원료 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성 가능한 반응 가스를 웨이퍼 W에 공급하는 영역이므로, 반응 가스 공급 영역 P2라 불러도 된다. 또한, 제3 처리 영역은, 웨이퍼 W에 에칭 처리를 실시하는 영역이므로, 에칭 영역 P3이라 불러도 된다.
도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 천장판(11)의 이면으로부터 회전 테이블(2)을 향하여 돌출되는 볼록 형상부(4)가 진공 용기(1)에 형성되어 있다. 볼록 형상부(4)는, 분리 가스 노즐(41, 42)과 함께 분리 영역 D를 구성한다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 볼록 형상부(4)는, 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖는다. 또한, 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 볼록 형상부(4)는, 내원호가 돌출부(5)(후술)에 연결되고, 외원호가 진공 용기(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다.
도 3은, 처리 가스 노즐(31)부터 처리 가스 노즐(32)까지 회전 테이블(2)의 동심원에 따른 진공 용기(1)의 단면을 도시하고 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 진공 용기(1) 내에는, 볼록 형상부(4)에 의해, 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 제1 천장면(44)과, 이 제1 천장면(44)의 주위 방향 양측에 위치하는, 제1 천장면(44)보다도 높은 제2 천장면(45)이 존재한다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 제1 천장면(44)은, 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한, 도 3에 도시되는 바와 같이, 볼록 형상부(4)에는 주위 방향 중앙에 있어서, 반경 방향으로 연장되도록 형성된 홈부(43)가 형성되고, 분리 가스 노즐(42)이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 다른 하나의 볼록 형상부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되고, 이 홈부(43) 내에 분리 가스 노즐(41)이 수용되어 있다. 또한, 높은 제2 천장면(45)의 하방 공간에 처리 가스 노즐(31, 32)이 각각 설치되어 있다. 이들 처리 가스 노즐(31, 32)은, 제2 천장면(45)으로부터 이격하여 웨이퍼 W의 근방에 설치되어 있다. 또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 외주측에서 보아, 높은 천장면(45)의 우측 하방 공간(481)에 처리 가스 노즐(31)이 설치되고, 높은 천장면(45)의 좌측 하방 공간(482)에 처리 가스 노즐(32)이 설치되어 있다.
제1 천장면(44)은, 회전 테이블(2)에 대하여, 좁은 공간인 분리 공간 H를 형성하고 있다. 분리 공간 H는, 제1 처리 영역 P1로부터의 Si 함유 가스와, 제2 영역 P2로부터의 산화 가스를 분리할 수 있다. 구체적으로는, 분리 가스 노즐(42)로부터 Ar 가스를 토출하면, Ar 가스는, 분리 공간 H를 통하여 공간(481) 및 공간(482)을 향해 흐른다. 이때, 공간(481 및 482)에 비하여 용적이 작은 분리 공간 H를 Ar 가스가 흐르기 때문에, 분리 공간 H의 압력은 공간(481 및 482)의 압력에 비하여 높일 수 있다. 즉, 공간(481과 482)의 사이에 압력 장벽이 형성된다. 또한, 분리 공간 H로부터 공간(481 및 482)으로 흘러나오는 Ar 가스가, 제1 처리 영역 P1로부터의 Si 함유 가스와, 제2 영역 P2로부터의 산화 가스에 대한 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서, Si 함유 가스도 산화 가스도 분리 공간 H로 유입되는 일은 거의 불가능하다. 따라서, 진공 용기(1) 내에서 Si 함유 가스와 산화 가스가 혼합하여, 반응하는 것이 억제된다.
한편, 천장판(11)의 하면에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)을 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸는 돌출부(5)가 형성되어 있다. 이 돌출부(5)는, 본 실시 형태에 있어서는, 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속되어 있고, 그 하면이 제1 천장면(44)과 동일한 높이에 형성되어 있다.
또한, 도 2에 있어서는, 설명의 편의상, 제2 천장면(45)보다도 낮고 또한 분리 가스 노즐(41, 42)보다도 높은 위치에서 용기 본체(12)가 절단되어 있는 것처럼, 용기 본체(12) 및 그 내부를 도시하고 있다.
앞서 참조한 도 1은, 도 2의 I-Ｉ'선을 따른 단면도이며, 제2 천장면(45)이 설치되어 있는 영역을 도시하고 있는 한편, 도 4는, 제1 천장면(44)이 설치되어 있는 영역을 도시하는 단면도이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 부채형 볼록 형상부(4)의 주연부[진공 용기(1)의 외측 테두리측 부위]에는, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 이 굴곡부(46)는, 볼록 형상부(4)와 마찬가지로, 분리 영역 D의 양측으로부터 처리 가스가 침입하는 것을 억제하여, 양쪽 처리 가스의 혼합을 억제한다. 부채형 볼록 형상부(4)는 천장판(11)에 설치되며, 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 분리될 수 있게 되어 있는 점에서, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 사이에는 약간 간극이 있다. 굴곡부(46)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면의 간극, 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극은, 예를 들어 회전 테이블(2)의 표면에 대한 제1 천장면(44)의 높이와 마찬가지의 치수로 설정되어 있다.
용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역 D에 있어서는 도 4에 도시하는 바와 같이 굴곡부(46)의 외주면과 접근하여 수직면에 형성되어 있으나, 분리 영역 D 이외에 있어서는 도 1에 도시하는 바와 같이 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저부(14)에 걸쳐서 외측으로 오목하게 되어 있다. 이하, 설명의 편의상, 직사각형 단면 형상을 갖는, 이 오목한 부분을 배기 영역 E라 기재한다. 구체적으로는, 제1 처리 영역 P1에 연통되는 배기 영역 E를 제1 배기 영역 E1이라 기재하고, 제2 처리 영역 P2에 연통되는 배기 영역 E를 제2 배기 영역 E2라 기재한다. 이들 제1 배기 영역 E1 및 제2 배기 영역 E2의 저부에는, 각각, 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)가 형성되어 있다. 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 각각, 배기관(63)을 통하여 진공 배기 수단인 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다. 또한, 배기구(61)와 진공 펌프(64) 사이의 배기관(63)에는, 압력 조정 수단(65)이 설치되어 있다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저부(14) 사이의 공간에는, 도 1 및 도 4에 도시하는 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(7)을 설치할 수 있고, 회전 테이블(2)을 통하여 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼 W를, 프로세스 레시피로 결정된 온도로 가열할 수 있다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는, 회전 테이블(2)의 하방 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해, 링 형상의 커버 부재(71)가 설치되어 있다. 커버 부재(71)는, 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 배기 영역 E1, E2에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여 있는 분위기를 구획하고 있다.
이 커버 부재(71)는, 회전 테이블(2)의 외측 테두리부 및 외측 테두리부보다도 외주측을 하방측으로부터 면하도록 설치된 내측 부재(71a)와, 이 내측 부재(71a)와 진공 용기(1)의 내벽면의 사이에 설치된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 외측 부재(71b)는, 분리 영역 D에 있어서 볼록 형상부(4)의 외측 테두리부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접하여 설치되어 있다. 내측 부재(71a)는, 회전 테이블(2)의 외측 테두리부 하방(및 외측 테두리부보다도 약간 외측 부분의 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심측의 부위에 있어서의 저부(14)는, 회전 테이블(2) 하면의 중심부 부근에 있어서의 코어부(21)에 접근하도록 상방측으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이루고 있다. 이 돌출부(12a)와 코어부(21)의 사이는 좁은 공간으로 되어 있고, 또한 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있으며, 이들 좁은 공간은 케이스체(20)에 연통되어 있다. 그리고, 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 Ar 가스를 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 설치되어 있다.
또한, 진공 용기(1)의 저부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방에 있어서 주위 방향으로 소정의 각도 간격으로, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 복수의 퍼지 가스 공급관(73)이 설치되어 있다[도 4에는 하나의 퍼지 가스 공급관(73)을 나타냄]. 또한, 히터 유닛(7)과 회전 테이블(2)의 사이에는, 히터 유닛(7)이 설치된 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해, 외측 부재(71b)의 내주벽[내측 부재(71a)의 상면]으로부터 돌출부(12a)의 상단부와의 사이를 주위 방향에 걸쳐서 덮는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다. 덮개 부재(7a)는, 예를 들어 석영으로 제작할 수 있다.
또한, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있고, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 Ar 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이 공간(52)에 공급된 분리 가스는, 돌출부(5)와 회전 테이블(2) 사이의 좁은 공간(50)을 통하여 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라 주연을 향하여 토출된다. 공간(50)은 분리 가스에 의해 공간(481) 및 공간(482)보다도 높은 압력으로 유지될 수 있다. 따라서, 공간(50)에 의해, 제1 처리 영역 P1에 공급되는 Si 함유 가스와 제2 처리 영역 P2에 공급되는 산화 가스가, 중심 영역 C를 통하여 혼합되는 것이 억제된다. 즉, 공간(50)(또는 중심 영역 C)은 분리 공간 H(또는 분리 영역 D)와 마찬가지로 기능할 수 있다.
또한, 진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 외부의 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 기판인 웨이퍼 W의 수수를 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 이 반송구(15)는, 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다. 또한, 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 오목부(24)에서는, 이 반송구(15)에 대향하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼 W의 수수가 행해진다. 이로 인해, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 수수 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)의 핀(25)보다도 내측의 영역을 관통하여 웨이퍼 W를 이면으로부터 들어올리기 위한 수수용 승강 핀, 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
이어서, 도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면서, 에칭 가스 공급부(90)에 대하여 설명한다. 도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에 있어서의 제3 처리 영역 P3을 설명하기 위한 일부 단면도이다.
에칭 가스 공급부(90)는, 제3 처리 영역(에칭 영역) P3에 있어서, 회전 테이블(2)에 대향하여 설치된다. 에칭 가스 공급부(90)는, 웨이퍼 W 위에 성막된 막에 대하여 활성화된 불소 함유 가스를 공급하여, 그 막을 에칭한다. 에칭 가스 공급부(90)는, 도 2 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 생성부(91)와, 에칭 가스 공급관(92)과, 샤워 헤드부(93)와, 배관(94)과, 수소 함유 가스 공급부(96)를 구비하고 있다. 또한, 샤워 헤드부(93)는, 에칭 가스 토출부의 일례이며, 예를 들어 샤워 헤드부(93) 대신에 에칭 가스 노즐이 사용되어도 된다.
플라즈마 생성부(91)는, 에칭 가스 공급관(92)으로부터 공급된 불소 함유 가스를 플라즈마원에 의해 활성화한다. 플라즈마원으로서는, 불소 함유 가스를 활성화함으로써 F(불소) 라디칼을 생성 가능하다면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 플라즈마원으로서는, 예를 들어 유도 결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma), 용량 결합형 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma), 표면파 플라즈마(SWP: Surface Wave Plasma)를 사용할 수 있다.
에칭 가스 공급관(92)은, 그 일단부가 플라즈마 생성부(91)와 접속되어 있고, 플라즈마 생성부(91)에 불소 함유 가스를 공급한다. 에칭 가스 공급관(92)의 타단부는, 예를 들어 개폐 밸브 및 유량 조정기를 통하여 불소 함유 가스가 저류된 에칭 가스 공급원과 접속되어 있다. 불소 함유 가스로서는, 웨이퍼 W에 성막된 막을 에칭 가능한 가스를 사용할 수 있다. 구체적으로는, CHF3(트리플루오로메탄) 등의 하이드로플루오로카본, CF4(사불화 탄소) 등의 플루오로카본 등, 산화 실리콘막을에칭하는 불소 함유 가스 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들 불소 함유 가스에, Ar 가스, O2 가스 등을 적절히 첨가할 수 있다.
샤워 헤드부(93)는, 배관(94)을 통하여 플라즈마 생성부(91)와 접속되어 있고, 플라즈마 생성부(91)에서 활성화된 불소 함유 가스를 진공 용기(1) 내에 공급하는 부분이다. 샤워 헤드부(93)는, 부채형의 평면 형상을 갖고, 부채형의 평면 형상의 외측 테두리를 따르도록 형성된 가압 부재(95)에 의해 하방측을 향하여 주위 방향에 걸쳐서 가압된다. 또한, 가압 부재(95)가 도시하지 않은 볼트 등에 의해 천장판(11)에 고정됨으로써, 진공 용기(1)의 내부 분위기가 기밀 상태로 된다. 천장판(11)에 고정되었을 때의 샤워 헤드부(93)의 하면과 회전 테이블(2)의 상면과의 간격은, 예를 들어 0.5㎜부터 5㎜ 정도로 할 수 있고, 이 샤워 헤드부(93)의 하방 영역이, 예를 들어 실리콘 산화막을 에칭하기 위한 제3 처리 영역 P3이 된다. 이에 의해, 샤워 헤드부(93)를 개재하여 진공 용기(1) 내에 공급되는 활성화된 불소 함유 가스에 포함되는 F 라디칼이 효율적으로 웨이퍼 W에 성막된 막과 반응한다.
샤워 헤드부(93)에는, 회전 테이블(2)의 각속도 차이에 대응하여 회전 중심측에서 적고, 외주측에서 많아지도록 복수의 가스 토출 구멍(93a)이 형성되어 있다. 복수의 가스 토출 구멍(93a)의 개수로서는, 예를 들어 수십 ~ 수백개로 할 수 있다. 또한, 복수의 가스 토출 구멍(93a)의 직경으로서는, 예를 들어 0.5㎜부터 3㎜ 정도로 할 수 있다. 샤워 헤드부(93)에 공급된 활성화된 불소 함유 가스는, 가스 토출 구멍(93a)을 통하여 회전 테이블(2)과 샤워 헤드부(93) 사이의 공간에 공급된다.
그러나, 가스 토출 구멍(93a)을, 외주측에서 많아지도록 배치해도, 에칭 레이트는, 중앙측보다도 외주측에서 크게 저하되는 경향이 있고, 외주측의 가스 토출 구멍(93a)의 비율을 중앙측보다도 증가시킨 것만으로는, 에칭 레이트의 저하를 효과적으로 방지할 수 없는 경우가 많다. 일반적으로, 성막 처리의 경우, 소정 영역에서 가스 토출 구멍의 비율을 증가시키고, 가스의 공급 비율을 증가시키면, 당해 소정 영역에서의 디포지션 레이트를 증가시킬 수 있다. 그러나, 에칭 처리의 경우, 에칭 가스의 공급 비율을 증가시켜도, 반드시 에칭 레이트의 증가로 이어지지 않는 경우도 많다. 이것은, 에칭 처리는 공급 율속이 아니라, 반응 율속인 것에 기인한다고 생각된다. 즉, 에칭 가스가 충분히 공급되고 있어도, 에칭 반응의 조건이 갖추어져 있지 않으면, 충분한 에칭 속도를 얻을 수는 없다. 에칭 반응의 조건이란, 충분한 에칭 반응 에너지가 있는 상태를 의미하고, 고압력, 고온의 경우에는, 에칭 반응 에너지를 높이 유지하는 것이 가능하다.
따라서, 본 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에서는, 샤워 헤드부(93)의 외주부에, 하방으로 돌출된 하방 돌출면(93c)을 형성하고, 에칭 영역 P3 내의 외주부의 압력 저하를 방지하는 구성으로 하고 있다. 하방 돌출면(93c)은, 회전 테이블(2)의 오목부(24)의 외측 테두리보다도 외측에, 회전 테이블(2)의 외주부 표면과 대향하도록 형성된다. 하방 돌출면(93c)은, 샤워 헤드부(93)의 하면(93b)의 내측 영역과 회전 테이블(2)의 사이의 간격 d1보다도 협소한 좁은 간격 d2를 외주부에 형성하고, 가스 토출 구멍(93a)으로부터 토출된 에칭 가스가, 외부로 빠져나가는 것을 방지한다. 그리고, 에칭 영역 P3의 외주측의 압력이 저하되는 것을 방지하고, 에칭 영역 P3의 외주측에서, 에칭 반응 에너지가 저하되는 것을 방지한다. 이에 의해, 에칭 영역 P3 내의 외주부에 있어서의 에칭 레이트의 저하를 방지하고, 에칭 영역 P3 내 전체에서 균일한 에칭 레이트를 얻을 수 있다.
또한, 하방 돌출면(93c)과 회전 테이블(2) 표면의 사이에 형성되는 좁은 간격 d2의 영역을 직경 방향으로 충분히 확보하기 위해, 회전 테이블(2)의 외주부를 통상의 회전 테이블(2)보다도 확대하여 구성해도 된다. 즉, 회전 테이블(2)의 오목부(24)보다도 외측의 영역을 확대하고, 회전 테이블(2)의 직경을 확대하는 구성으로 해도 된다. 좁은 간격 d2를 형성하는 클리어런스, 갭을 형성해도, 좁은 간격 d2를 유지하고 있는 경로가 너무 짧으면, 에칭 가스의 유출을 방지하여, 외주측의 압력을 높이는 효과를 충분히 얻지 못할 우려가 있기 때문이다. 도 5에 있어서는, 회전 테이블(2)의 외주부를 약간 확대한 예를 도시하고 있다.
또한, 샤워 헤드부(93) 내측의 하면(93b)과 회전 테이블(2) 사이의 간격 d1, 및 하방 돌출면(93c)과 회전 테이블(2) 사이의 좁은 간격 d2는, 0<d2<d1인 한, 용도에 따라서 다양한 값으로 설정할 수 있다.
또한, 하방 돌출면(93c)은, 평탄한 샤워 헤드부(93)의 하면에 판상의 부재를 설치하여 구성해도 되고, 샤워 헤드부(93)를, 처음부터 외주부에 하방 돌출면(93c)을 갖는 형상으로 가공하여 일부품으로서 구성해도 된다.
도 6은, 샤워 헤드부(93)의 하면의 일례를 도시한 평면도이다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 하방 돌출면(93c)은, 부채형 샤워 헤드부(93)의 하면(93b)의 외주를 따르도록, 띠 형상으로 형성되어도 된다. 이에 의해, 주위 방향으로 균일하게 에칭 영역 P3의 외주측의 압력의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 가스 토출 구멍(93a)은, 샤워 헤드부(93)의 하면(93b)의 주위 방향의 중앙에, 반경 방향으로 연장되로록 설치되어도 된다. 이에 의해, 회전 테이블(2)의 중심측으로부터 외주측으로 분산시켜서 에칭 가스를 공급할 수 있다.
도 5의 설명으로 되돌아간다. 배관(94)은, 샤워 헤드부(93)의 상류측에 설치되고, 플라즈마 생성부(91)와 샤워 헤드부(93)를 접속한다. 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 배관(94)의 외주측에는, 수소 함유 가스 공급부(96)가 설치되어 있다.
수소 함유 가스 공급부(96)는, 그 일단부가 배관(94)과 접속되어 있고, 배관(94)의 내부에 수소 함유 가스를 공급한다. 수소 함유 가스 공급부(96)의 타단부는, 예를 들어 개폐 밸브 및 유량 조정기를 통하여 수소 함유 가스 공급원과 접속되어 있다.
수소 함유 가스로서는, 예를 들어 H2(수소) 가스와 Ar 가스의 혼합 가스(이하 「H2/Ar 가스」라고 함)를 사용할 수 있다. 또한, H2 가스의 공급 유량으로서는, 예를 들어 1sccm 이상 50sccm 이하로 할 수 있고, Ar 가스의 공급 유량으로서는, 예를 들어 500sccm 이상 10slm 이하로 할 수 있다.
또한, 도 5의 예에서는, 하나의 수소 함유 가스 공급부(96)가 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 배관(94)의 외주측에 설치되어 있지만, 본 발명은 이 점에 있어서 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 수소 함유 가스 공급부(96)는, 회전 테이블(2)의 회전 방향에 있어서의 배관(94)의 전방 또는 후방에 설치되어 있어도 된다. 또한, 배관(94)에 복수의 수소 함유 가스 공급부(96)가 설치되어 있어도 된다.
또한, 도 1에 도시되는 바와 같이, 기판 처리 장치에는, 장치 전체의 동작 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터를 포함하는 제어부(100)가 설치되어 있다. 이 제어부(100)의 메모리 내에는, 제어부(100)의 제어 하에, 후술하는 기판 처리 방법을 기판 처리 장치에 실시시키는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은 후술하는 장치의 동작을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억부(101)로부터 제어부(100) 내에 인스톨된다.
이어서, 실험 결과도 참조하면서, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 기판 보유 지지부를 구성하는 오목부(24) 및 핀(25)에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 7은, 웨이퍼 W의 전체면에 균일한 막, 소위 솔리드 막을 형성한 솔리드 웨이퍼를 종래의 기판 처리 장치로 성막 처리 및 에칭 처리한 경우의 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 7에 있어서, 회전 테이블(2)의 주위 방향에 따른 X 방향에 있어서의 디포지션 레이트 및 에칭 레이트가 나타나 있다. 또한, 도 7에 있어서 횡축은 X 방향에 있어서의 웨이퍼 W 상의 좌표(㎜)를 나타내고, 종축은 디포지션 레이트 및 에칭 레이트(모두 ㎚/min)를 나타내고 있다. 또한, 곡선 A가 디포지션 레이트를 나타내고, 곡선 B가 에칭 레이트를 나타낸다.
또한, 에칭 조건으로서는, 진공 용기(1) 내의 압력이 1.3Torr, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 60rpm이며, Ar/CF4/O2의 유량은, 5000/10/100sccm이었다. 또한, H2/H2-Ar의 유량은 0/2000sccm이었다.
도 7에 도시되는 바와 같이, 디포지션 레이트를 나타내는 곡선 A는, X축 상의 모든 좌표에서 대략 균일하여, 양호한 면내 균일성이 얻어지고 있음을 알 수 있다. 한편, 에칭 레이트를 나타내는 곡선 B는, 중앙 영역에 비교하여 양단부의 에칭 레이트가 크게 저하되어 있다. 이와 같이, 종래의 기판 처리 장치에서는, 웨이퍼 W의 에지부에 있어서의 에칭 레이트의 저하가 현저한 것을 알 수 있다.
도 8은, 종래의 기판 처리 장치 회전 테이블(120)의 오목부(124)와 웨이퍼 W의 위치 관계를 도시한 단면도이다. 도 8에 도시되는 바와 같이, 종래의 기판 처리 장치의 오목부(124)는, 웨이퍼 W의 측면을 보유 지지하는 역할을 가지므로, 내주면이 웨이퍼 W의 단부(에지)와 접근하고 있다. 이 경우, 웨이퍼 W의 중앙 영역은 웨이퍼 W의 표면에만 에칭 가스가 공급되는 것에 반해, 웨이퍼 W의 에지부에서는, 웨이퍼 W의 에지부뿐만 아니라, 오목부(24)의 저면 및 내주면에도 에칭 가스가 공급된다. 그렇게 하면, 에칭 가스의 로딩 효과에 의해, 에칭 가스는, 웨이퍼 W의 에지부뿐만 아니라, 오목부(24)의 저면 및 내주면에도 소비된다. 에칭 가스의 유량은 웨이퍼 W의 위치에 관계없이 대략 일정하기 때문에, 웨이퍼 W의 중앙 영역에서는 에칭 가스가 모든 막의 에칭에 이용되는 것에 반해, 에지부에서는, 오목부(24)의 저면과 내주면에서도 여분으로 소비되어, 웨이퍼 W의 에지부의 에칭에 이용되는 에칭 가스의 양이 저하되어 버린다. 이러한 로딩 현상에 의해, 도 7에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼 W의 에지부에서의 에칭 레이트는 중앙 영역과 비교하여 저하되어 버린다.
도 9는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 회전 테이블(2)의 오목부(24)와 웨이퍼 W의 위치 관계의 일례를 도시한 도면이다.
도 9에 도시되는 바와 같이, 오목부(24)의 내경은 웨이퍼 W의 외경보다도 충분히 크고, 오목부(24)의 내주면과 웨이퍼 W의 측면의 사이에는 비교적 큰 거리가 유지된다. 그리고, 웨이퍼 W는, 핀(25)에 의해 오목부(24)의 중앙 위치에 보유 지지된다. 이러한 상태에서 에칭을 행하면, 웨이퍼 W의 에지부는, 오목부(24)의 내주면과 크게 이격되어 있으므로, 로딩 효과의 영향을 거의 받지 않게 되어, 중앙 영역과 동일 정도의 에칭 레이트를 실현할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼 W 상의 막의 에칭 레이트의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 에칭 처리를 예로 들어 설명했지만, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에 의하면, 로딩 효과가 발생하는 모든 기판 처리에 대해서, 로딩 효과의 발생을 억제하여, 기판 처리의 면내 균일성을 높이는 것이 가능하다. 예를 들어, 성막 처리에도 마찬가지로 적용할 수 있고, 특히, 로딩 효과가 발생하기 쉬운 CVD 성막에는 유효하다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에 의하면, 패턴 형성이 적은 웨이퍼 W 상에 형성된 막을 에칭할 때, 에칭 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있음과 함께, 다른 다양한 기판 처리에 있어서의 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
[제2 실시 형태]
<기판 처리 장치>
이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에 대하여 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 상이한 점을 중심으로 설명하고, 제1 실시 형태와 동일하거나 또는 유사한 점에 대해서는, 설명을 간략화 또는 생략한다.
도 10 및 도 11은, 표면에 트렌치, 비아와 같은 요철 패턴을 형성한 웨이퍼 W의 표면 상에 성막을 행하고, 종래의 기판 처리 장치를 사용하여 막을 에칭 처리한 경우의 실험 결과를 도시한 도면이다. 도 10은, 회전 테이블의 주위 방향에 따른 X 방향에 있어서의 에칭 레이트의 측정 결과를 도시한 도면이며, 도 11은, 회전 테이블의 반경 방향을 따른 Y 방향에 있어서의 에칭 레이트의 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 10 및 11에 있어서, 횡축은 X축 및 Y축 상에 있어서의 측정점의 좌표(㎜), 종축은 에칭 레이트(㎚/min)를 나타내고 있다. 또한, 곡선 Jx, Jy는 웨이퍼 W의 표면에 요철 패턴이 형성되어 있지 않은 평탄면을 갖는 베어 웨이퍼의 에칭 레이트를 나타내고, 곡선 Kx, Ky는, 베어 웨이퍼의 평탄면의 3배의 표면적을 갖는 요철 패턴이 형성된 웨이퍼 W의 에칭 레이트를 나타낸다. 또한, 곡선 Lx, Ly는 베어 웨이퍼의 평탄면의 5배의 표면적을 갖는 요철 패턴이 형성된 웨이퍼 W의 에칭 레이트를 나타내고, 곡선 Mx, My는 베어 웨이퍼의 평탄면의 10배의 표면적을 갖는 요철 패턴이 형성된 웨이퍼 W의 에칭 레이트를 나타낸다. 또한, 곡선 Nx, Ny는, 베어 웨이퍼의 평탄면의 30배의 표면적을 갖는 요철 패턴이 형성된 웨이퍼 W의 에칭 레이트를 나타낸다.
또한, 에칭 조건은, 진공 용기의 압력이 1.3Torr이며, 회전 테이블의 회전 속도가 60rpm이었다. Ar/CF4/O2의 유량은 5000/10/100sccm이며, H2/H2-Ar의 유량은 0/2000sccm이었다. 분리 가스인 Ar 가스의 유량은, 축 부근, 중간 영역, 외주부에서 개별로 분리 가스를 공급할 수 있는 3개의 가스 노즐을 사용하여, 축 부근을200sccm, 중간 영역(분리 가스 노즐)을 500sccm, 외주부를 200sccm으로 공급하였다.
도 10에 도시되는 바와 같이, X축 방향에 있어서, 요철 패턴의 형성에 의해, 표면적이 증가함에 따라서, 에칭 레이트가 저하되고 있음을 알 수 있다. 또한, 웨이퍼 W의 단부보다도 중앙 영역 쪽이 에칭량의 저하가 크고, 요철 패턴에 의해 표면적이 증가함에 따라서, 단부와 중앙부의 에칭 레이트의 차가 커져, 면내 균일성이 악화되고 있음을 알 수 있다. 즉, 베어 웨이퍼의 곡선 Jx에서는, 에칭 레이트도 높고 면내 균일성도 양호하지만, 대략 표면적이 3배인 곡선 Kx, 표면적이 5배인 곡선 Lx, 표면적이 10배인 곡선 Mx, 표면적이 30배인 곡선 Nx의 순서로 서서히 에칭 레이트 및 면내 균일성의 양쪽 모두 저하되어 간다. 또한, X축 방향에 있어서의 균일성에 대해서는, 베어 웨이퍼가 4.5％, 표면적 3배인 웨이퍼가 6.1％, 표면적 5배인 웨이퍼가 17％, 표면적 10배인 웨이퍼가 45％, 표면적 30배인 웨이퍼가 44％였다.
또한, 도 11에도 마찬가지의 경향이 나타나고, 베어 웨이퍼의 곡선 Jy에서는, 에칭 레이트도 높고 면내 균일성도 양호하지만, 대략 표면적이 3배인 곡선 Ky, 표면적이 5배인 곡선 Ly, 표면적이 10배인 곡선 My, 표면적이 30배인 곡선 Ny의 순서로 서서히 에칭 레이트 및 면내 균일성 양쪽 모두 저하되어 간다. 또한, Y축 방향에 있어서의 균일성에 대해서는, 베어 웨이퍼가 4.2％, 표면적 3배인 웨이퍼가 10％, 표면적 5배인 웨이퍼가 19％, 표면적 10배인 웨이퍼가 41％, 표면적 30배인 웨이퍼가 40％였다.
이와 같이, 요철 패턴이 형성된 웨이퍼 W 상에 성막된 막을 에칭하는 경우에도 로딩 효과는 발생하고, 표면적이 커지면 커질수록 에칭 가스가 많이 소비되어, 에칭 레이트는 저하되어 버린다. 또한, 요철 패턴은, 웨이퍼 W의 중앙 영역에 많이 형성되고, 에지부에서는 간소한 패턴이 되거나, 또는 형성되지 않으므로, 중앙 영역 쪽이 에칭 가스를 많이 소비하여, 에지부보다도 에칭 레이트가 저하되어 버린다.
따라서, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에서는, 단순한 요철 패턴밖에 형성되어 있지 않은 웨이퍼 W의 에지부의 주위에 복잡한 요철 패턴을 갖는 표면적 증가 영역을 형성하여, 복잡한 요철 패턴이 형성되어 있는 웨이퍼 W의 중앙 영역과 표면적의 균형을 유지하도록 구성한다.
도 12는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 일례를 도시한 도면이다. 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에서는, 회전 테이블(2a)의 오목부(24a)의 외측의 평탄면에, 요철 패턴이 형성된 표면적 증가 영역(27)을 형성하고 있다. 이에 의해, 웨이퍼 W의 중앙 영역과 표면적을 대략 동일하게 하는 것이 가능하게 되고, 로딩 효과에 의한 에칭 레이트의 불균일을 시정할 수 있다.
도 13은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 회전 테이블(2a)의 평면 구성의 일례를 도시한 도면이다. 도 13에 있어서, 오목부(24a)가 회전 테이블(2a)의 표면에 5개 형성되고, 오목부(24a)의 주위는 링 형상의 표면적 증가 영역(27)에 의해 둘러싸인 구성이 나타나 있다. 이와 같이, 각각의 오목부(24a)의 외주를, 링 형상의 표면적 증가 영역(27)으로 둘러싸는 듯한 구성으로 해도 된다. 이에 의해, 요철 패턴이 적은 웨이퍼 W의 에지부 부근은, 표면적 증가 영역(27)의 형성에 의해 중앙 영역의 복잡한 요철 패턴과 동등한 표면적을 갖는 것이 가능하게 되어, 에칭 레이트를 균일화할 수 있다.
도 14는, 표면적 증가 영역(27)을 링 형상 부재(28)에 의해 구성하는 예를 도시한 사시도이다. 도 14에 도시되는 바와 같이, 오목부(24a)의 외주를 따라서 링 형상 부재(28)가 설치되고, 링 형상 부재(28)의 표면에 표면적 증가 영역(27)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 표면적 증가 영역(27)은, 홈 형상의 요철 패턴에 의해 구성되어 있다. 링 형상 부재(28)는, 다양한 재료에 의해 구성되어도 되지만, 예를 들어 석영에 의해 구성되어도 된다. 회전 테이블(2)이 석영으로 구성되어 있기 때문에, 오목부(24a)를 형성하기에 적합하다. 또한, 실리콘막(폴리실리콘막 등)을 에칭하는 경우에는, 에칭 대상과의 상성을 고려하고, 실리콘으로 구성해도 된다.
도 15는, 링 형상 부재(28)를 회전 테이블(2a)에 설치한 상태를 도시한 단면도이다. 도 15에 도시되는 바와 같이, 회전 테이블(2a)은, 오목부(24a)의 직경보다도 큰 내주경을 갖는 원환상의 설치 오목부(26)를 갖고, 설치 오목부(26)의 형상을 따르도록 링 형상 부재(28)가 감입되어 설치되어 있다. 링 형상 부재(28)는, 설치 오목부(26)에 대한 설치가 용이하도록, 설치 오목부(26)의 형상에 걸림 결합하는 걸림 구조부(28a)를 저면 또는 측면[설치 오목부(26)와의 접촉면]에 가져도 된다.
링 형상 부재(28)의 표면에는, 요철 패턴을 포함하는 표면적 증가 영역(27)이 형성되어 있고, 설치 오목부(26)에 설치하기만 하면, 용이하게 웨이퍼 W의 중앙부에 형성된 요철 패턴과의 균형을 유지할 수 있다. 또한, 요철 패턴은, 용도에 따라서 다양한 패턴으로 할 수 있지만, 예를 들어 평탄면에 평행한 홈을 복수 형성한 패턴이어도 된다.
또한, 오목부(24a)는, 외주측에 외주홈(24b)을 가져도 되고, 또한 외주홈(24b)의 외측에 제방(융기부)(24c)이 형성되어 있어도 된다. 외주홈(24b)은, 웨이퍼 W의 에지부의 석영[오목부(24a)의 내주면]과의 접촉을 저감시켜, 파티클의 발생을 억제하기 위해, 필요에 따라서 형성된다. 또한, 제방(24c)은, 오목부(24a)의 내주면을 구성하고, 회전 테이블(2a)의 회전으로 발생한 원심력에 의해 오목부(24a) 내를 이동하는 웨이퍼 W의 외주부를 받아, 웨이퍼 W를 오목부(24a) 내에 보유 지지한다. 또한, 제방(24c)을 형성하는 것도 필수는 아니며, 오목부(24a)와 설치 오목부(26)를 연속적으로 형성하여 큰 오목부(24a)를 형성하고, 그 외주부에 링 형상 부재(28)를 설치하여, 링 형상 부재(28)의 내주부에서 오목부(24a)를 형성하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 링 형상 부재(28)의 내주면은, 기판 보유 지지 영역으로서 기능한다. 즉, 링 형상 부재(28)의 내주면은, 웨이퍼 W의 외경보다 약간 큰 내경을 갖고, 웨이퍼 W의 측면을 보유 지지하는 기능을 갖게 된다.
또한, 링 형상 부재(28)의 직경 방향의 폭 및 두께는, 용도에 따라서 다양한 값으로 할 수 있지만, 두께는, 예를 들어 4 ~ 6㎜, 바람직하게는 5㎜로 해도 된다. 또한, 제방(24c)의 폭도 용도에 따라서 적절한 값으로 해도 되지만, 예를 들어 1 ~ 3㎜, 바람직하게는 2㎜로 해도 된다. 외주홈(24b)도, 용도에 따라서 적절한 폭 및 깊이로 할 수 있다.
또한, 링 형상 부재(28)는, 설치 오목부(26) 위에 적재하기만 하면 충분히 고정된다. 설치 오목부(26) 위에 링 형상 부재(28)를 적재한 상태에서 성막 프로세스를 행하면, 링 형상 부재(28)는 설치 오목부(26) 위에 설치된 것처럼 고정되므로, 접착, 접합 등의 고정은 불필요하다.
또한, 링 형상 부재(28)는, 주위 방향에 있어서 복수의 피스로 분할되고, 전체적으로 원환 형상으로 구성되는 구조여도 된다. 영역마다, 요철 패턴의 표면적 증가량을 상이하게 한 설정으로 하고자 하는 경우에는, 특히 편리하고, 보다 치밀한 표면적 조정을 행할 수 있다.
도 16은, 링 형상 부재(28)의 일례의 단면도이다. 도 16에 도시되는 바와 같이, 표면적 증가 영역(27)을 구성하는 요철 패턴은, 평탄면에 서로 평행한 복수의 홈(27a)을 형성함으로써 얻어진다. 요철 패턴은, 다양한 패턴으로 구성되어도 되지만, 예를 들어 이와 같이, 평행한 복수개의 홈(27a)을 평탄면에 형성하여 구성해도 된다. 홈(27a)의 폭, 홈(27a)의 피치, 깊이 등을 적절히 조정함으로써, 평탄면의 몇배의 표면적을 갖는 요철 패턴으로 할지를 조정할 수 있다. 또한, 회전 테이블(2a)의 중심측과 외주측에서 표면적을 상이하게 하고자 하는 경우에는, 그러한 조정도 가능하게 된다. 예를 들어, 링 형상 부재(28)를 복수의 피스로 분할하고, 각 피스에서 표면적을 상이하게 하여, 프로세스에 따라서 적절히 배치를 조합하여 사용하는 것도 가능하다.
또한, 표면적 증가 영역(27)의 요철 패턴에 의한 표면적의 증가율은, 용도에 따라서 다양한 설정으로 해도 되지만, 예를 들어 평탄면의 표면적의 2 ~ 30배의 범위에서, 적절히 용도에 따라서 설정하는 것으로 해도 된다.
이와 같이, 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에 의하면, 복잡한 요철 패턴이 형성된 웨이퍼 W에 기판 처리를 실시하는 경우에도, 공급하는 처리 가스의 로딩 효과를 억제하고, 기판 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치는, 회전 테이블(2a)의 구성, 오목부(24a, 26) 내의 구성, 및 표면적 증가 영역(27)을 포함한 링 형상 부재(28)를 설치한 점 이외에는, 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 구성과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
<기판 처리 방법>
이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치를 사용한 기판 처리 방법의 일례에 대하여 설명한다. 이하에서는, 웨이퍼 W 상에 형성된 오목 형상 패턴 중 하나인 비아 내에 SiO2막을 형성하는 방법을 예로서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 설명에서 사용한 도 1 ~ 6을 필요에 따라서 참조하지만, 이하의 설명에서는, 도 1 ~ 6에 있어서의 「회전 테이블(2)」을 「회전 테이블(2a)」, 「오목부(24)」를 「오목부(24a)」로 적절히 바꾸어 읽어서 참조하기 바란다.
또한, 이하의 실시 형태에서는, 제1 처리 가스로서 Si 함유 가스, 제2 처리 가스로서 산화 가스, 불소 함유 가스로서 CF4와 Ar 가스와 O2 가스의 혼합 가스(이하 「CF4/Ar/O2 가스」라고 함)를 사용하는 경우를 예로서 설명한다.
먼저, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 외부로부터 반송 아암(10)에 의해 반송구(15)를 통하여 웨이퍼 W를 회전 테이블(2a)의 오목부(24a)의 핀(25) 내의 영역에 전달한다. 이 수수는, 오목부(24a)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지했을 때, 오목부(24a)의 저면의 관통 구멍(29)(도 17 참조)을 통하여 진공 용기(1)의 저부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행해진다. 이러한 웨이퍼 W의 수수를, 회전 테이블(2a)을 간헐적으로 회전시켜서 행하고, 회전 테이블(2a)의 5개의 오목부(24a) 내에 각각 웨이퍼 W를 적재한다. 웨이퍼 W의 표면에는, 표면적을 평탄면보다도 대폭으로 증가시키는 트렌치, 비아 등을 포함하는 요철 패턴이 형성되어 있다. 웨이퍼 W의 표면에 형성된 요철 패턴의 복잡함, 즉 표면적의 증가도에 따라, 적절한 표면적의 증가량을 갖는 표면적 증가 영역(27)이 표면에 형성된 링 형상 부재(28)를 설치 오목부(26)에 설치함으로써, 오목부(24a)가 형성되어 있다.
계속해서 게이트 밸브를 폐쇄하고, 진공 펌프(64)에 의해 진공 용기(1) 내를 다 빼낸 상태로 한 후, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스인 Ar 가스를 소정의 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 73)으로부터 Ar 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 이에 수반하여, 압력 조정 수단(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 조정한다. 이어서, 회전 테이블(2a)을 시계 방향으로 예를 들어 60rpm의 회전 속도로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼 W를 예를 들어 450℃로 가열한다.
이어서, 성막 공정을 실행한다. 성막 공정에서는, 처리 가스 노즐(31)로부터는 Si 함유 가스를 공급하고, 처리 가스 노즐(32)로부터는 산화 가스를 공급한다. 또한, 에칭 가스 공급부(90)로부터는, 아무 가스도 공급하지 않는다.
웨이퍼 W가 제1 처리 영역 P1을 통과했을 때, 원료 가스인 Si 함유 가스가 처리 가스 노즐(31)로부터 공급되어 웨이퍼 W의 표면에 흡착된다. 표면에 Si 함유 가스가 흡착된 웨이퍼 W는, 회전 테이블(2a)의 회전에 의해 분리 가스 노즐(42)을 갖는 분리 영역 D를 통과하여 퍼지된 후, 제2 처리 영역 P2에 들어간다. 제2 처리 영역 P2에서는, 처리 가스 노즐(32)로부터 산화 가스가 공급되고, Si 함유 가스에 포함되는 Si 성분이 산화 가스에 의해 산화되어, 반응 생성물인 SiO2가 웨이퍼 W의 표면에 퇴적된다.
제2 처리 영역 P2를 통과한 웨이퍼 W는, 분리 가스 노즐(41)을 갖는 분리 영역 D를 통과하여 퍼지된 후, 다시 제1 처리 영역 P1에 들어간다. 그리고, 처리 가스 노즐(31)로부터 Si 함유 가스가 공급되고, Si 함유 가스가 웨이퍼 W의 표면에 흡착된다.
이상, 회전 테이블(2a)을 복수회 연속적으로 회전시키면서, 불소 함유 가스를 진공 용기(1) 내에 공급하는 일 없이, 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 진공 용기(1) 내에 공급한다. 이에 의해, 웨이퍼 W의 표면에 반응 생성물인 SiO2가 퇴적되고, SiO2막(실리콘 산화막)이 성막된다.
필요에 따라, 소정의 막 두께까지 SiO2막이 성막된 후, 처리 가스 노즐(31)로부터는 Si 함유 가스의 공급을 정지하고, 처리 가스 노즐(32)로부터는 산화 가스를 계속해서 공급하여, 회전 테이블(2a)의 회전을 계속함으로써, SiO2막의 개질 처리를 행하도록 해도 된다.
성막 공정을 실행함으로써, 오목 형상 패턴의 하나인 비아 내에 SiO2막이 성막된다. 최초에 비아 내에 형성되는 SiO2막은, 오목 형상에 따른 단면 형상을 갖는다.
이어서, 에칭 공정을 실행한다. 에칭 공정에서는, SiO2막이, V자의 단면 형상으로 에칭된다. 에칭 공정은, 구체적으로는 이하와 같이 실행된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 처리 가스 노즐(31, 32)로부터의 Si 함유 가스 및 산화 가스의 공급을 정지하고, Ar 가스를 퍼지 가스로서 공급한다. 회전 테이블(2a)은, 에칭에 적합한 온도, 예를 들어 600℃ 정도로 설정된다. 또한, 회전 테이블(2a)의 회전 속도는, 예를 들어 60rpm으로 설정된다. 이 상태에서, 에칭 가스 공급부(90)의 샤워 헤드부(93)로부터 CF4/Ar/O2 가스를 공급하고, 수소 함유 가스 공급부(96)로부터 예를 들어 미리 설정한 유량의 H2/Ar 가스를 공급함으로써, 에칭 처리가 개시된다.
그때, 회전 테이블(2a)이 저속으로 회전하고 있으므로, SiO2막은 V자의 단면 형상으로 에칭된다. 비아 내의 SiO2막을 V자 형상으로 에칭함으로써, 최상부의 개구가 넓은 구멍을 SiO2막에 형성할 수 있고, 다음 성막 시에 저부까지 SiO2막을 매립할 수 있어, 보텀 업성이 높고, 보이드가 발생하기 어려운 성막을 행할 수 있다.
그때, 웨이퍼 W의 표면에 비아가 깊고, 또한 다수 형성되어, 표면적을 증대시키는 복잡한 요철 패턴이었다고 하더라도, 당해 패턴에 대응해서 링 형상 부재(28)의 표면적 증가 영역(27)이 형성되고, 그것이 웨이퍼 W의 외주를 따라서 웨이퍼 W를 주위로부터 둘러싸도록 배치되어 있으므로, 에칭 가스는, 복잡한 요철 패턴이 형성된 웨이퍼 W의 중앙 영역과, 그러한 복잡한 요철 패턴이 형성되어 있지 않은 외주부에서 동일 정도의 양이 소비되어, 로딩 효과가 발생하지 않고, 웨이퍼 W의 전체면에 걸쳐 균일한 에칭 레이트로 에칭 처리가 이루어진다.
또한, 상술한 바와 같이, 샤워 헤드부(93)의 하면(93b)의 외주부에는, 하방 돌출면(93c)이 형성되어 있기 때문에, 에칭 영역 P3 내의 외주측의 에칭 반응 에너지의 저하가 억제되고, 이러한 관점에서도, 균일한 에칭 레이트로 에칭을 행할 수 있다.
이와 같이, 회전 테이블(2a)을 복수회 연속적으로 회전시키면서, 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 진공 용기(1) 내에 공급하는 일 없이, 불소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 진공 용기(1) 내에 공급한다. 이에 의해, SiO2막이 에칭된다.
이어서, 다시 상술한 성막 공정을 실행한다. 성막 공정에서는, 에칭 공정에서 V자 형상으로 에칭된 SiO2막 상에 SiO2막이 더 성막되어, 막 두께가 증가한다. V자 형상으로 에칭된 SiO2막 상에 성막되기 때문에, 성막 시에 입구가 막히지 않고, SiO2막의 저부로부터 막을 퇴적할 수 있다.
이어서, 다시 상술한 에칭 공정을 실행한다. 에칭 공정으로는, SiO2막이 V자 형상으로 에칭된다.
이상에 설명한 성막 공정과 에칭 공정을 필요한 횟수만큼 교대로 반복하고, SiO2막 내에 보이드가 발생하지 않도록 하면서, 비아를 매립해 간다. 이들 공정의 반복 횟수는, 비아 등의 오목 형상 패턴의 애스펙트비를 포함한 형상에 따라, 적절한 횟수로 할 수 있다. 예를 들어 애스펙트비가 큰 경우, 반복 횟수는 많아진다. 또한, 트렌치보다도 비아 쪽이, 반복 횟수가 많아지는 것이 추정된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 성막 공정과 에칭 공정을 반복하여, 웨이퍼 W의 표면에 형성된 오목 형상 패턴에 매립해서 성막을 행하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이 점에 있어서 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 미리 표면에 막이 형성된 웨이퍼 W를 반입하여, 에칭 공정만을 행하도록 해도 된다.
또한, 예를 들어 회전 테이블(2a)을 복수회 연속적으로 회전시키면서, 제1 처리 가스, 제2 처리 가스, 불소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 진공 용기(1) 내에 동시에 공급하고, 회전 테이블(2a)이 1회전하는 동안에, 성막 공정과 에칭 공정을 1회씩 행해도 된다. 또한, 성막 공정과 에칭 공정을 1회씩 행하는 사이클을 복수회 반복해도 된다.
본 발명의 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 의하면, 기판 보유 지지 영역인 오목부(24a)의 외주를 따라, 오목부(24a)의 외측에 표면적을 증가시키는 표면적 증가 영역(27)을 갖는 링 형상 부재(28)를 설치함으로써, 웨이퍼 W 상에 퇴적된 막에 균일한 에칭 처리를 행할 수 있다.
또한, 도 14, 16에 있어서는, 링 형상 부재(17)의 상면 전체에 요철 패턴을 형성하고 있는 예를 들어서 설명했지만, 요철 패턴에 의한 면적 증가량이 너무 많을 경우에는, 적절히 평탄면을 상면에 혼재시키는 패턴으로 해도 된다.
[제3 실시 형태]
도 17은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 회전 테이블(2b)의 일례를 도시한 도면이다. 제3 실시 형태에 관한 기판 처리 장치는, 기판 보유 지지 영역으로서 기능하는 오목부(24d)의 주위에 요철 패턴을 갖는 표면적 증가 영역(27b)이 형성되어 있는 점에서, 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치와 공통되지만, 요철 패턴이 회전 테이블(2b)의 표면에 직접 형성되어 있는 점에서, 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치와 상이하다.
이와 같이, 링 형상 부재(28)와 같은 회전 테이블(2a)과 별도의 부재를 사용하는 것이 아니라, 회전 테이블(2b)의 표면에 직접 요철 패턴을 형성하고, 표면적 증가 영역(27b)을 형성하도록 해도 된다. 표면적 증가 영역(27b)은, 용도에 따라서 다양한 영역에 형성해도 되지만, 웨이퍼 W의 외주의 적어도 2/3 이상, 바람직하게는 3/4 이상을 둘러싸도록 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 17에 있어서는, 오목부(24d)의 최외주점 P끼리를 직선적으로 연결하고 있기 때문에, 최외주점 P 부근의 외주이며, 외주 전체의 1/4 미만, 1/6 ~ 1/8 정도의 부분의 외측은, 표면적 증가 영역(27b)에 둘러싸여 있지 않다. 적어도, 도 17에 도시한 최외주점 P끼리 연결한 직선을 최소 기준으로 하고, 바람직하게는 그것보다도 외측에도 표면적 증가 영역(27b)을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 17에 도시하는 표면적 증가 영역(27b)은, 외형이 육각 형상으로 형성되고, 중앙부에 서로 닮은 육각형이 형성되어 있지만, 내측의 육각형과 외측의 육각형 사이의 대략 전체에 걸쳐 요철 패턴이 형성되어 있다. 이와 같이, 회전 테이블(2b)에 직접 요철 패턴을 형성하는 경우, 오목부(24d)의 근방뿐만 아니라, 오목부(24d)로부터 이격된 위치에도 요철 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 표면적 증가 영역(27b)의 요철 패턴도, 용도에 따라서 다양한 형상 패턴으로 할 수 있지만, 예를 들어 제2 실시 형태와 마찬가지로, 평탄면에 홈을 형성하는 패턴이어도 된다. 도 17에 있어서는, 표면적 증가 영역(27b)의 외형은 육각 형상으로 형성되고, 육각형의 변에 평행하게 복수의 홈이 형성된 패턴으로 되어 있다.
도 18은, 오목부(24d) 및 표면적 증가 영역(27b)의 요철 패턴의 표면을 도시한 도면이다. 도 18에 도시되는 바와 같이, 예를 들어 표면적 증가 영역(27b)의 표면은, 복수의 평행한 홈이 형성된 줄무늬 패턴으로 형성되어도 된다.
도 19는, 오목부(24d) 및 표면적 증가 영역(27b)의 요철 패턴의 사시도이다. 도 19에 도시되는 바와 같이, 요철 패턴은, 회전 테이블(2b)의 표면의 평탄면에, 복수의 서로 평행한 홈을 형성함으로써 구성해도 된다.
제3 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에서는, 회전 테이블(2b)의 표면에 표면적 증가 영역(62b)을 형성함으로써, 소정의 영역 전체에 요철 패턴을 형성하여, 평탄면보다도 표면적을 증가시킬 수 있다.
또한, 제3 실시 형태에 관한 기판 처리 방법은, 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 방법과 거의 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
[실험 결과]
이어서, 본 발명의 제2 및 제3 실시 형태에 관한 기판 처리 장치, 기판 처리 방법을 발명하기에 이를 때까지 행한 실험 결과에 대하여 설명한다.
도 20은, 종래의 기판 처리 장치로, CF4의 유량을 변화시켜, 베어 웨이퍼의 평탄면 상에 형성된 솔리드 막과, 30배의 표면적을 발생시키는 패턴이 형성된 웨이퍼 W 상에 형성된 막의 X축 상에 있어서의 에칭 레이트를 비교한 도면이다. 도 20에 도시되는 바와 같이, CF4의 유량을 10sccm, 15sccm, 20sccm, 40sccm로 변화시켜도, 베어 웨이퍼의 에칭 레이트는 거의 일정한 것에 반해, 패턴이 형성된 웨이퍼에서는, 에지부의 에칭 레이트가 중앙 영역보다도 높고, 로딩 효과에 대해서도 전혀 개선은 보이지 않았다.
도 21은, 종래의 기판 처리 장치로, 회전 테이블의 회전 속도를 변화시키고, 베어 웨이퍼의 평탄면 상에 형성된 솔리드 막과, 30배의 표면적을 발생시키는 패턴이 형성된 웨이퍼 W 상에 형성된 막의 X축 상에 있어서의 에칭 레이트를 비교한 도면이다. 도 21에 도시되는 바와 같이, 회전 속도를 5rpm, 30rpm, 60rpm으로 변화시켜도, 베어 웨이퍼의 에칭 레이트는 거의 일정한 것에 반해, 패턴이 형성된 웨이퍼에서는, 에지부의 에칭 레이트가 중앙 영역보다도 높고, 로딩 효과에 대해서도 전혀 개선은 보이지 않았다.
도 22는, 종래의 기판 처리 장치로, 진공 용기 내의 압력을 변화시키고, 베어 웨이퍼의 평탄면 상에 형성된 솔리드 막과, 30배의 표면적을 발생시키는 패턴이 형성된 웨이퍼 W 상에 형성된 막의 X축 상에 있어서의 에칭 레이트를 비교한 도면이다. 도 22에 도시되는 바와 같이, 회전 속도를 1.3Torr, 2.0Torr, 4.0Torr로 변화시켜도, 베어 웨이퍼의 에칭 레이트는 거의 일정한 것에 반해, 패턴이 형성된 웨이퍼에서는, 에지부의 에칭 레이트가 중앙 영역보다도 높고, 로딩 효과에 대해서도 전혀 개선은 보이지 않았다.
이와 같이, 다양한 프로세스 조건을 변화시켜도, 로딩 효과를 억제하고, 에칭 처리의 면내 균일성을 향상시키는 조건을 발견할 수는 없었다.
도 23은, 종래의 기판 처리 장치 오목부(124) 주변의 X축 상의 2군데와 Y축 상의 2군데, 합계 4군데에 표면적 증가 영역(27)을 형성하여 에칭 처리를 행하는 실험 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 23에 도시되는 바와 같이, 오목부(124) 외측의 4군데에 요철 패턴이 표면에 형성된 표면적 증가 영역(27)을 형성하고, 에칭 처리를 행하는 트라이얼 실험을 행하였다.
도 24는, 도 23에 도시한 트라이얼 실험의 X축 상에 있어서의 실험 결과이다. 도 24에 도시되는 바와 같이, 표면적 증가 영역(27)을 X축 상의 외측 2군데에 형성함으로써, 요철 패턴을 갖지 않는 웨이퍼 W에서는, 곡선 R4로 표시되는 바와 같이 외측의 에칭 레이트가 높아진 것에 반해, 요철 패턴이 형성된 웨이퍼 W에서는, 곡선 S4로 표시되는 바와 같이 외측의 에칭 레이트가 저하되었다. 이것은, 표면적 증가 영역(27)을 형성함으로써, 에칭 가스의 소비량이 증가하여, 외측의 에칭 레이트를 저하시킬 수 있었음을 의미한다. 도 24에서는, 표면적 증가 영역(27)의 효과가 너무 컸기 때문에, 균일한 에칭 레이트는 얻어지지 않았지만, 표면적 증가량을 더 적게 한 표면적 증가 영역(27)을 형성함으로써, 균일한 에칭 레이트를 얻을 수 있다. 이와 같이, 표면적 증가 영역(27)을 형성함으로써, 중앙 영역에 형성된 요철 패턴과의 에칭 레이트의 밸런스를 조정할 수 있음이 나타났다.
도 25는, 도 23에 도시한 트라이얼 실험의 Y축 상에 있어서의 실험 결과이다. 도 24에 도시되는 바와 같이, 표면적 증가 영역(27)을 Y축 상의 외측 2군데에 형성함으로써, 요철 패턴을 갖지 않는 웨이퍼 W에서는, 곡선 R5로 표시되는 바와 같이 외측의 에칭 레이트가 높아진 것에 반해, 요철 패턴이 형성된 웨이퍼 W에서는, 곡선 S5로 표시되는 바와 같이 외측의 에칭 레이트가 저하되었다. 이것은, X축과 마찬가지로, 표면적 증가 영역(27)을 형성함으로써, 에칭 가스의 소비량이 증가하여, 외측의 에칭 레이트를 저하시킬 수 있었음을 의미한다. 도 25에서는, 표면적 증가 영역(27)의 효과가 너무 컸기 때문에, 균일한 에칭 레이트는 얻어지지 않았지만, 표면적 증가량을 더 적게 한 표면적 증가 영역(27)을 형성함으로써, 균일한 에칭 레이트를 얻을 수 있다. 이와 같이, 표면적 증가 영역(27)을 형성함으로써, 중앙 영역에 형성된 요철 패턴과의 에칭 레이트의 밸런스를 조정할 수 있음도 나타났다.
도 24 및 도 25에 도시되는 바와 같이, 표면적 증가 영역(27)을 웨이퍼 W의 외측에 형성함으로써, 웨이퍼 W의 표면에 형성된 요철 패턴과 마찬가지의 에칭 소비 상태를 만들 수 있어, 에칭 레이트를 균일화할 수 있음이 나타났다. 따라서, 이러한 성질을 이용한 실시 형태 2, 3에 관한 기판 처리 장치, 기판 처리 방법에 의하면, 복잡한 요철 패턴을 표면에 갖는 기판을 처리하는 경우에도, 기판 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 기판 처리의 면내 균일성을 높일 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태 및 실시예에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태 및 실시예에 제한되는 일은 없고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고서, 상술한 실시 형태 및 실시예에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.

Claims (22)

  1. 처리실과,
    당해 처리실 내에 설치되며, 기판을 보유 지지 가능한 오목부 형상의 기판 보유 지지 영역이 주위 방향을 따라 표면에 복수 형성된 회전 테이블과,
    상기 기판 보유 지지 영역 주위에 상기 기판 보유 지지 영역의 외형에 접하도록 상기 표면에 설치되고, 요철 패턴의 형성에 의해 상기 표면의 표면적을 평탄면보다도 증가시킨 표면적 증가 영역과,
    상기 회전 테이블의 상기 표면에 처리 가스를 공급 가능한 처리 가스 공급 수단을 갖고,
    상기 표면적 증가 영역은 복수의 영역으로 분할되고, 각 영역마다 요철 패턴의 표면적 증가량이 상이하게 설정되는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면적 증가 영역은, 상기 기판 보유 지지 영역의 외주에 따른 원환 형상을 갖는, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 표면적 증가 영역은, 원환 형상을 갖는 링 형상 부재의 표면에 형성되고,
    상기 기판 보유 지지 영역보다도 직경이 큰 오목부에 상기 링 형상 부재를 설치함으로써 상기 회전 테이블의 상기 표면에 설치되는, 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 링 형상 부재는, 석영 또는 실리콘을 포함하는, 기판 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 링 형상 부재는, 복수 피스로 분할되어 있는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표면적 증가 영역은, 상기 기판 보유 지지 영역의 최외주끼리 직선적으로 연결한 영역을 적어도 포함하는 영역의 상기 기판 보유 지지 영역 이외의 전체에 형성된, 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 표면적 증가 영역은, 상기 회전 테이블의 상기 표면에 상기 요철 패턴이 형성된 영역인, 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 요철 패턴은, 상기 평탄면에 홈이 형성된 패턴인, 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 요철 패턴은, 상기 평탄면의 표면적을 2 ~ 30배로 증가시키는 패턴인, 기판 처리 장치.
  10. 처리실과,
    당해 처리실 내에 설치된 회전 테이블과,
    당해 회전 테이블의 주위 방향을 따라 표면에 복수 형성되며, 기판보다도 직경이 크고, 당해 기판의 측면과 내주면을 접촉시키는 일 없이 당해 기판을 적재 가능한 오목부 형상의 기판 적재 영역과,
    당해 기판 적재 영역의 저면 내의 상기 내주면과 이격된 위치이며, 상기 기판의 외주 형상을 따라, 상기 회전 테이블의 회전에 의한 원심력에 저항하여 상기 기판을 보유 지지 가능한 위치에 설치된 적어도 3개 이상의 기판 보유 지지용 핀과,
    상기 회전 테이블의 상기 표면에 처리 가스를 공급 가능한 처리 가스 공급 수단을 갖고,
    상기 기판 적재 영역은 상기 기판의 적재면을 이루는 제1 깊이 영역과, 상기 기판의 적재면보다 외측에 있고, 상기 제1 깊이 영역보다 깊은 제2 깊이 영역을 갖고, 상기 기판 보유 지지용 핀은 상기 제1 깊이 영역에 설치된, 기판 처리 장치.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 회전 테이블은 석영을 포함하는, 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급 수단은, 에칭 가스를 공급 가능한 에칭 가스 공급 수단이며,
    당해 에칭 가스 공급 수단은, 상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 형성된 에칭 영역에 구비된, 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 에칭 영역과 상기 회전 테이블의 주위 방향에 있어서 이격하여 형성되며, 성막용 원료 가스 공급 수단을 구비한 원료 가스 공급 영역과,
    상기 회전 테이블의 주위 방향에 있어서 상기 원료 가스 공급 영역과 상기 에칭 영역의 사이에 형성되며, 성막용 반응 가스 공급 수단을 구비한 반응 가스 공급 영역을 더 갖는, 기판 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 에칭 영역과 상기 원료 가스 공급 영역의 사이, 및 상기 원료 가스 공급 영역과 상기 반응 가스 공급 영역의 사이에는, 퍼지 가스를 상기 회전 테이블의 상기 표면에 공급하는 퍼지 가스 공급 수단을 갖는, 기판 처리 장치.
  16. 처리실 내의 회전 테이블 상에 주위 방향을 따라 복수 형성된 오목부 형상의 기판 보유 지지 영역에 기판을 보유 지지하고, 상기 회전 테이블을 회전시키면서 상기 기판에 처리 가스를 공급하여 기판을 처리하는 기판 처리 방법이며,
    상기 기판 보유 지지 영역의 주위의 상기 기판 보유 지지 영역의 외형에 접하는 위치에, 평탄면보다도 표면적을 증가시키는 요철 패턴이 형성된 표면적 증가 영역이 형성된 상태에서 상기 회전 테이블을 회전시키는 공정과,
    상기 회전 테이블을 회전시키면서 상기 기판에 상기 처리 가스를 공급하며, 상기 기판을 처리하는 공정을 갖고,
    상기 표면적 증가 영역은 복수의 영역으로 분할되고, 각 영역마다 요철 패턴의 표면적 증가량이 상이하게 설정되는, 기판 처리 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 표면적 증가 영역은, 상기 기판 보유 지지 영역을 형성하도록 설치된 링 형상 부재의 표면에 형성되어 있는, 기판 처리 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 공정은, 상기 기판에 에칭 가스를 공급하여 상기 기판을 에칭 처리하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 공정은, 상기 기판에 성막 가스를 공급하여 상기 기판을 성막 처리하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  20. 회전 테이블 상의 소정의 기판 보유 지지 영역에 기판을 보유 지지하여 상기 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 사용되는 링 형상 부재이며,
    상기 기판을 보유 지지 가능한 내경 및 두께를 갖는 상기 기판 보유 지지 영역의 주위를 상기 기판 보유 지지 영역의 외형에 접하게 둘러싸도록 적재 가능한 외형 및 저면 형상을 갖고,
    상면에, 평탄면보다도 표면적을 증가시키는 요철 패턴을 갖는, 원환 형상의 링 형상 부재로서,
    상기 링 형상 부재는 주위 방향에 있어서 복수의 피스로 분할되고, 각 피스마다 요철 패턴의 표면적 증가량이 상이하게 설정되는, 링 형상 부재.
  21. 삭제
  22. 제20항에 있어서,
    상기 요철 패턴은, 상기 평탄면보다도 표면적을 2 ~ 30배로 증가시키는 패턴인, 링 형상 부재.
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