KR102120528B1 - 성막 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 기판에 성막되는 막의 막 두께의 면내 균일성을 제어할 수 있는 성막 방법을 제공하는 것이다.
본 실시 형태의 성막 방법은 수산기에 흡착할 수 있는 제1 반응 가스와, 상기 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스의 반응 생성물에 의한 막을 성막하는 성막 방법이며, 기판의 표면에 상기 제1 반응 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면에 상기 제1 반응 가스를 흡착시키는 공정과, 상기 제1 반응 가스가 흡착된 상기 기판에 상기 제2 반응 가스를 공급함으로써, 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스를 반응시켜 상기 반응 생성물을 생성하는 공정과, 상기 기판에 제3 반응 가스를 활성화시켜 공급함으로써, 상기 반응 생성물의 표면을 개질하는 공정과, 상기 기판에 수소 함유 가스를 포함하는 제4 반응 가스를 공급함으로써, 표면이 개질된 상기 반응 생성물의 표면의 적어도 일부의 영역에 수산기를 형성하는 공정을 포함한다.

Description

성막 방법 {FILM FORMING METHOD}
본 발명은 성막 방법에 관한 것이다.
종래부터, 기판에 형성된 오목부의 내면에 수산기를 형성하고, 계속해서 유기 아미노실란 가스를 수산기가 형성된 기판에 공급하여 흡착시키고, 계속해서 산화 가스를 유기 아미노실란 가스가 흡착한 기판에 공급하고, 실리콘 산화막을 오목부의 내면에 성막하는 성막 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
이 성막 방법에서는 수산기가 형성된 기판을 산소 플라스마에 노출시킴으로써, 수산기의 일부를 탈리시켜 수산기의 분포를 제어하고, 보텀 업성이 높은 성막이나, 오목부의 형상으로 컨포멀한 성막 등을 행하고 있다.
일본 특허 공개 제2013-135154호 공보
그러나, 상기의 성막 방법에서는 산소 플라스마에 노출됨으로써 탈리한 수산기가 가스의 흐름을 따라 확산되고, 실리콘 산화막의 표면에 다시 부착되는 경우가 있다. 이와 같이 실리콘 산화막의 표면에 수산기가 다시 부착되면, 기판의 면 내에 있어서의 수산기의 양에 불균형이 발생하여, 기판에 성막되는 막의 면내 균일성이 나빠진다.
따라서, 일 형태에서는, 본 발명은 기판에 성막되는 막의 막 두께의 면내 균일성을 제어할 수 있는 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에 관한 성막 방법은, 수산기에 흡착할 수 있는 제1 반응 가스와, 상기 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스의 반응 생성물에 의한 막을 성막하는 성막 방법이며, 기판의 표면에 상기 제1 반응 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면에 상기 제1 반응 가스를 흡착시키는 공정과, 상기 제1 반응 가스가 흡착된 상기 기판에 상기 제2 반응 가스를 공급함으로써, 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스를 반응시켜 상기 반응 생성물을 생성하는 공정과, 상기 기판에 제3 반응 가스를 활성화시켜 공급함으로써, 상기 반응 생성물의 표면을 개질하는 공정과, 상기 기판에 수소 함유 가스를 포함하는 제4 반응 가스를 공급함으로써, 표면이 개질된 상기 반응 생성물의 표면의 적어도 일부의 영역에 수산기를 형성하는 공정을 포함한다.
개시의 성막 방법에 의하면, 기판에 성막되는 막의 막 두께의 면내 균일성을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 개략 종단면도.
도 2는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 개략 사시도.
도 3은 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 개략 평면도.
도 4는 도 1의 성막 장치의 분리 영역을 도시하는 개략 단면도.
도 5는 도 1의 성막 장치의 회전 테이블의 동심원을 따른 진공 용기의 개략 단면도.
도 6은 도 1의 성막 장치의 다른 개략 단면도.
도 7은 도 1의 성막 장치의 플라스마 발생기를 도시하는 개략 단면도.
도 8은 도 1의 성막 장치의 플라스마 발생기를 도시하는 다른 개략 단면도.
도 9는 도 1의 성막 장치의 플라스마 발생기를 도시하는 개략 상면도.
도 10은 분리 영역에 있어서의 H2 가스의 유속 분포 및 농도 분포를 도시하는 도면(1).
도 11은 분리 영역에 있어서의 H2 가스의 유속 분포 및 농도 분포를 도시하는 도면(2).
도 12는 분리 영역에 있어서의 H2 가스의 유속 분포 및 농도 분포를 도시하는 도면(3).
도 13은 분리 영역에 있어서의 H2 가스의 유속 분포 및 농도 분포를 도시하는 도면(4).
도 14는 H2 가스의 공급 유량과 웨이퍼에 성막된 실리콘 산화막의 막 두께의 관계를 도시하는 도면.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다.
〔성막 장치〕
본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 개략 종단면도이다. 도 2는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 개략 사시도이다. 도 3은 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 개략 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 성막 장치는 거의 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 진공 용기(1)와, 진공 용기(1) 내에 설치되고, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는 내부에 수용한 웨이퍼의 표면에 성막 처리를 행하기 위한 처리실이다. 진공 용기(1)는 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 대해, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)(도 1)를 통해 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 갖고 있다.
회전 테이블(2)은 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되고, 코어부(21)는 연직 방향으로 신장하는 회전축(22)의 상단에 고정되어 있다. 회전축(22)은 진공 용기(1)의 저부(14)를 관통하고, 하단이 회전축(22)(도 1)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(23)에 설치되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는 상면이 개구된 통상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 케이스체(20)는 그 상면에 설치된 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있고, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지되어 있다.
회전 테이블(2)의 상면에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 회전 방향(주위 방향)을 따라 복수(도시한 예에서는 5매)의 기판인 반도체 웨이퍼[이하, 「웨이퍼(W)」라고 함]를 적재 가능한 원 형상의 오목부(24)가 설치되어 있다. 또한, 도 3에는 편의상, 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 나타낸다. 오목부(24)는 웨이퍼(W)의 직경보다도 약간, 예를 들어 4㎜ 큰 내경과, 웨이퍼(W)의 두께에 거의 동등한 깊이를 갖고 있다. 따라서, 웨이퍼(W)가 오목부(24)에 수용되면, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 상면[웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역]이 동일한 높이가 된다. 오목부(24)의 저면에는 웨이퍼(W)의 이면을 지지하고 웨이퍼(W)를 승강시키기 위한, 예를 들어 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(모두 도시하지 않음)이 형성되어 있다.
도 2 및 도 3은 진공 용기(1) 내의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 설명의 편의상, 천장판(11)의 도시를 생략하고 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상방에는 반응 가스 노즐(31), 반응 가스 노즐(32), 반응 가스 노즐(33) 및 분리 가스 공급부(41, 42)가 진공 용기(1)의 주위 방향(도 3의 화살표 A로 나타내는 방향)으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 도시한 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 시계 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로, 반응 가스 노즐(33), 분리 가스 공급부(41), 반응 가스 노즐(31), 분리 가스 공급부(42) 및 반응 가스 노즐(32)이 이 순서로 배열되어 있다. 반응 가스 노즐(31), 반응 가스 노즐(32), 반응 가스 노즐(33)은 각각, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있다. 분리 가스 공급부(41, 42)는 후술하는 볼록 형상부(4)에 형성되어 있다.
반응 가스 노즐(31, 32, 33)은 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 33a)(도 3)를 용기 본체(12)의 외주벽에 고정함으로써, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 진공 용기(1) 내에 도입되어, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라 회전 테이블(2)에 대해 수평으로 신장되도록 설치되어 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 반응 가스 노즐(31)은 배관(110) 및 유량 제어기(120) 등을 통해, 제1 반응 가스 공급원(130)에 접속되어 있다. 반응 가스 노즐(32)은 배관(111) 및 유량 제어기(121) 등을 통해, 제2 반응 가스 공급원(131)에 접속되어 있다. 또한, 반응 가스 노즐(33)은 배관(112) 및 유량 제어기(122) 등을 통해, 제3 반응 가스 공급원(132)에 접속되어 있다. 분리 가스 공급부(41, 42)는 각각 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 5개 설치되어 있다. 분리 가스 공급부(41, 42)의 상세에 대해서는 후술한다. 또한, 분리 가스 공급부(41, 42)는 각각 4개 이하여도 되고, 6개 이상이어도 되지만, 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 막 두께의 면내 균일성을 용이하게 제어할 수 있다는 관점에서, 3개 이상인 것이 바람직하고, 5개 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 도 3에 있어서는, 복수의 분리 가스 공급부(41, 42)의 각각이 회전 테이블(2)의 회전 방향에 있어서 동일 위치에 설치되어 있는 경우를 나타내고 있지만, 복수의 분리 가스 공급부(41, 42)의 각각이 회전 테이블(2)의 회전 방향에 있어서 다른 위치에 설치되어 있어도 된다.
반응 가스 노즐(31, 32, 33)에는 회전 테이블(2)을 향해 개구하는 복수의 가스 토출 구멍(35)(후술)이, 반응 가스 노즐(31, 32, 33)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 이에 의해, 반응 가스 노즐(31, 32, 33)로부터 제1 반응 가스, 제2 반응 가스, 제3 반응 가스를 회전 테이블(2)의 상면에 공급 가능하게 되어 있다.
반응 가스 노즐(31)의 하방 영역은 제1 반응 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)이 된다. 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역은 제1 처리 영역(P1)에 있어서 웨이퍼(W)에 흡착한 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스를 공급하여, 반응 생성물의 분자층을 생성하는 제2 처리 영역(P2)이 된다. 또한, 반응 생성물의 분자층이, 성막되는 막을 구성한다. 반응 가스 노즐(33)의 하방 영역은 제2 처리 영역(P2)에 있어서 생성한 반응 생성물(막)에 제3 반응 가스를 공급하여, 반응 생성물을 개질하는 제3 처리 영역(P3)이 된다.
또한, 제3 처리 영역(P3)의 상방에는 필요에 따라 플라스마 발생기(80)가 설치되어도 된다. 도 3에 있어서, 플라스마 발생기(80)는 파선으로 간략화하여 나타나 있다. 플라스마 발생기(80)의 상세에 대해서는 후술한다.
또한, 제1 반응 가스는 다양한 가스여도 되지만, 성막되는 막의 원료가 되는 원료 가스가 선택된다. 예를 들어, 실리콘 산화막(SiO2막)을 성막하는 경우에는, 예를 들어 유기 아미노실란 등의 실리콘 함유 가스가 선택된다. 예를 들어, 금속 산화막을 성막하는 경우에는, 금속 산화막의 금속 원소를 포함하는 반응 가스가 선택된다. 예를 들어, 금속 산화막의 일종인 산화티타늄막(TiO2막)을 성막하는 경우에는 티타늄(Ti)을 포함하는 TiCl4 등의 가스가 선택된다.
또한, 제2 반응 가스에는 제1 반응 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성할 수 있는 반응 가스라면, 다양한 반응 가스를 사용할 수 있다. 예를 들어, SiO2막, 금속 산화막 등의 산화막을 성막하는 경우에는 산화 가스가 선택된다. 예를 들어, 실리콘 질화막(SiN막), 금속 질화막 등의 질화막을 성막하는 경우에는 질화 가스가 선택된다. 예를 들어, SiO2막을 성막하는 경우에는 O3 등의 가스가 선택되고, TiO2막을 성막하는 경우에는 H2O, H2O2 등의 가스가 선택되고, SiN막, TiN막을 성막하는 경우에는 NH3 등의 가스가 선택된다.
또한, 제3 반응 가스에는 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 반응하여 생성되는 반응 생성물의 표면의 수산기(OH기)의 적어도 일부를 탈리시켜 개질하는 다양한 반응 가스를 사용할 수 있다. 예를 들어, SiO2막을 성막하는 경우에는 Ar 가스나, Ar 가스와 O2 가스의 혼합 가스가 선택된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 진공 용기(1) 내에는 2개의 볼록 형상부(4)가 설치되어 있다. 볼록 형상부(4)는 분리 가스 공급부(41, 42)와 함께 분리 영역(D1, D2)(도 3)을 구성하기 위해, 후술하는 바와 같이 회전 테이블(2)을 향해 돌출되도록 천장판(11)의 이면에 설치되어 있다. 또한, 볼록 형상부(4)는 정상부가 원호상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고, 본 실시 형태에 있어서는, 내원호가 돌출부(5)(후술)에 연결되고, 외원호가 진공 용기(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다.
도 4는 도 1의 성막 장치의 분리 영역을 도시하는 개략 단면도이고, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따른 분리 영역(D1)의 개략 단면을 도시하고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 볼록 형상부(4)에는 복수의 분리 가스 공급부(41)가 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 소정의 간격으로 배치되어 있다. 복수의 분리 가스 공급부(41)의 각각은 복수의 가스 토출 구멍(41h)과, 복수의 가스 토출 구멍(41h)에 연통하는 가스 도입 포트(41a)를 갖는다. 복수의 가스 토출 구멍(41h)은 분리 가스 공급부(41)의 길이 방향[회전 테이블(2)의 반경 방향]을 따라 배열되어 있다. 가스 도입 포트(41a)는 배관(114) 및 유량 제어기(124) 등을 통해, 분리 가스 공급원(134)에 접속됨과 함께, 배관(115) 및 유량 제어기(125) 등을 통해, 첨가 가스 공급원(135)에 접속되어 있다.
분리 가스 공급원(134) 및 첨가 가스 공급원(135)은 배관(114, 115)을 통해 유량 제어기(124, 125)에 의해 유량이 제어된 분리 가스 및/또는 첨가 가스를, 가스 도입 포트(41a)를 통해 복수의 가스 토출 구멍(41h)으로부터 진공 용기(1) 내로 공급한다. 이때, 복수의 유량 제어기(124, 125)의 각각을 독립하여 제어함으로써, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 분리 가스의 공급 유량 및 첨가 가스의 공급 유량을 조정할 수 있다.
첨가 가스에는 제1 반응 가스의 흡착성을 제어할 수 있는 반응 가스라면, 다양한 반응 가스를 사용할 수 있다. 예를 들어, SiO2막을 성막하는 경우에는, 예를 들어 H2 가스 등의 수소 함유 가스가 선택된다. 수소 함유 가스는 Si 함유 가스와 산화 가스의 반응에 의해 생성되는 반응 생성물인 SiO2의 표면에 OH기를 형성하고, Si 함유 가스의 흡착성을 높이는 역할을 갖는다.
분리 가스로서는, Ar, He 등의 불활성 가스가 선택된다.
본 실시 형태에서는 복수의 분리 가스 공급부(41) 중 적어도 하나의 분리 가스 공급부(41)로부터 첨가 가스와 분리 가스를 포함하는 제4 반응 가스를 공급하고, 나머지의 분리 가스 공급부(41)로부터 첨가 가스를 공급하지 않고 분리 가스만을 공급한다. 이에 의해, 제1 반응 가스의 흡착성을 제어할 수 있다.
또한, 도 4에서는 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 설치되는 복수의 분리 가스 공급부(41)가 동일한 분리 가스 공급원(134) 및 동일한 첨가 가스 공급원(135)에 접속되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 복수의 분리 가스 공급부(41)의 각각이 다른 분리 가스 공급원(134) 및 다른 첨가 가스 공급원(135)에 접속되어 있어도 된다. 이 경우, 복수의 분리 가스 공급부(41)의 각각에 대응하여 복수의 분리 가스 공급원(134) 및 복수의 첨가 가스 공급원(135)이 설치되어 있어도 된다.
또한, 또 하나의 볼록 형상부(4)에 형성되는 복수의 분리 가스 공급부(42)에 대해서도, 복수의 분리 가스 공급부(41)와 마찬가지로 형성되어 있어도 된다. 즉, 복수의 분리 가스 공급부(42)의 각각은 복수의 가스 토출 구멍(42h)과, 복수의 가스 토출 구멍(42h)에 연통하는 가스 도입 포트(42a)를 갖는다. 가스 도입 포트(42a)는 배관(114) 및 유량 제어기(124) 등을 통해, 분리 가스 공급원(134)에 접속됨과 함께, 배관(115) 및 유량 제어기(125) 등을 통해, 첨가 가스 공급원(135)에 접속되어 있다.
도 5는 도 1의 성막 장치의 회전 테이블의 동심원을 따른 진공 용기의 개략 단면도이고, 반응 가스 노즐(31)로부터 반응 가스 노즐(32)까지 회전 테이블(2)의 동심원을 따른 진공 용기(1)의 단면을 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 천장판(11)의 이면에 볼록 형상부(4)가 설치되어 있다. 이로 인해, 진공 용기(1) 내에는 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면[제1 천장면(44)]과, 제1 천장면(44)의 주위 방향의 양측에 위치하는, 제1 천장면(44)보다도 높은 천장면[제2 천장면(45)]이 존재한다. 제1 천장면(44)은 정상부가 원호상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한, 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(4)에는 주위 방향 중앙에 있어서, 가스 토출 구멍(42h)이 형성되고, 가스 토출 구멍(42h)은 가스 도입 포트(42a)와 연통하고 있다. 또한, 제2 천장면(45)의 하방의 공간에 반응 가스 노즐(31, 32)이 각각 설치되어 있다. 반응 가스 노즐(31, 32)은 제2 천장면(45)으로부터 이격하여 웨이퍼(W)의 근방에 설치되어 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 천장면(45)의 하방의 우측 공간(481)에 반응 가스 노즐(31)이 설치되고, 제2 천장면(45)의 하방의 좌측 공간(482)에 반응 가스 노즐(32)이 설치된다.
제1 천장면(44)은 협애한 공간인 분리 공간 H를 회전 테이블(2)에 대해 형성하고 있다. 분리 가스 공급부(42)의 가스 토출 구멍(42h)으로부터 분리 가스 및/또는 첨가 가스가 공급되면, 분리 가스 및/또는 첨가 가스는 분리 공간 H를 통해 공간(481) 및 공간(482)을 향해 흐른다. 바꿔 말하면, 분리 가스 및/또는 첨가 가스는 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라 흐른다. 이때, 분리 공간 H의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다도 작기 때문에, 분리 가스 및/또는 첨가 가스에 의해 분리 공간 H의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481 및 482) 사이에 압력이 높은 분리 공간 H가 형성된다. 또한, 분리 공간 H로부터 공간(481 및 482)으로 흘러나오는 분리 가스 및/또는 첨가 가스가, 제1 처리 영역(P1)으로부터의 제1 반응 가스와, 제2 처리 영역(P2)으로부터의 제2 반응 가스에 대한 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서, 제1 처리 영역(P1)으로부터의 제1 반응 가스와, 제2 처리 영역(P2)으로부터의 제2 반응 가스가 분리 공간 H에 의해 분리된다. 따라서, 진공 용기(1) 내에 있어서 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 혼합하여, 반응하는 것이 억제된다.
또한, 회전 테이블(2)의 상면에 대한 제1 천장면(44)의 높이 h1은 분리 공간 H의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 하는 데 적합한 높이로 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 성막 시의 진공 용기(1) 내의 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도, 분리 가스 및 첨가 가스의 공급 유량 등을 고려하여 설정할 수 있다.
한편, 천장판(11)의 하면에는 회전 테이블(2)을 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸는 돌출부(5)(도 2 및 도 3)가 설치되어 있다. 돌출부(5)는 본 실시 형태에 있어서는, 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속하고 있고, 그 하면이 제1 천장면(44)과 동일한 높이로 형성되어 있다.
앞서 참조한 도 1은 도 3의 I-I'선을 따른 단면도이고, 제2 천장면(45)이 설치되어 있는 영역을 도시하고 있다. 한편, 도 6은 제1 천장면(44)이 설치되어 있는 영역을 도시하는 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부[진공 용기(1)의 외연측의 부위]에는 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 굴곡부(46)는 볼록 형상부(4)와 마찬가지로, 분리 영역(D1, D2)의 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 억제하고, 이들 반응 가스의 혼합을 억제한다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)에 설치되고, 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 제거할 수 있도록 되어 있는 점에서, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 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 상면에 대한 제1 천장면(44)의 높이와 동일한 치수로 설정되어 있다.
용기 본체(12)의 내주벽은 분리 영역(D1, D2)에 있어서는, 도 6에 도시된 바와 같이 굴곡부(46)의 외주면과 접근하여 수직면으로 형성되어 있다. 한편, 분리 영역(D1, D2) 이외의 부위에 있어서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저부(14)에 걸쳐서 외측으로 오목하게 되어 있다. 이하, 설명의 편의상, 대략 직사각형의 단면 형상을 갖는 오목한 부분을 배기 영역이라고 기재한다. 구체적으로는, 제1 처리 영역(P1)에 연통하는 배기 영역을 제1 배기 영역(E1)이라고 기재하고, 제2 처리 영역(P2) 및 제3 처리 영역(P3)에 연통하는 영역을 제2 배기 영역(E2)이라고 기재한다. 이들 제1 배기 영역(E1) 및 제2 배기 영역(E2)의 저부에는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 각각 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)가 형성되어 있다. 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)는, 도 1에 도시된 바와 같이 각각 배기관(630)을 통해 진공 배기 수단인, 예를 들어 진공 펌프(640)에 접속되어 있다. 또한, 진공 펌프(640)와 배기관(630) 사이에, 압력 제어기(650)가 설치되어 있다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 처리 영역(P2)과 제3 처리 영역(P3) 사이에 분리 영역은 설치되어 있지 않지만, 도 3에 있어서는, 플라스마 발생기(80)로서 도시된 영역에, 회전 테이블(2) 상의 공간을 구획하는 하우징이 설치된다. 하우징은 플라스마 발생기(80)의 탑재 영역이 되기도 하지만, 플라스마 발생기(80)가 탑재되지 않는 경우라도, 제2 처리 영역(P2)과 제3 처리 영역(P3)을 구획하는 하우징은 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 이 점의 상세에 대해서는 후술한다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저부(14) 사이의 공간에는, 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)가, 프로세스 레시피로 결정된 온도로 가열된다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는 링상의 커버 부재(71)가 설치되어 있다(도 6). 커버 부재(71)에 의해, 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 배기 영역(E1, E2)에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여 있는 분위기를 구획하여 회전 테이블(2)의 하방 영역으로의 가스의 침입이 억제된다. 커버 부재(71)는 회전 테이블(2)의 외연부 및 외연부보다도 외주측을 하방측으로부터 면하도록 설치된 내측 부재(71a)와, 내측 부재(71a)와 진공 용기(1)의 내벽면 사이에 설치된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 외측 부재(71b)는 분리 영역(D1, D2)에 있어서 볼록 형상부(4)의 외연부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접하여 설치되어 있다. 내측 부재(71a)는 회전 테이블(2)의 외연부 하방(및 외연부보다도 약간 외측의 부분의 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 주위에 걸쳐서 둘러싸고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심측의 부위에 있어서의 저부(14)는 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근에 있어서의 코어부(21)에 접근하도록 상방측으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이루고 있다. 돌출부(12a)와 코어부(21) 사이는 좁은 공간으로 되어 있고, 또한 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있고, 이들 좁은 공간은 케이스체(20)에 연통하고 있다.
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 6에는 하나의 퍼지 가스 공급관(73)을 도시함].
또한, 히터 유닛(7)과 회전 테이블(2) 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 석영에 의해 형성된다.
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. 공간(52)에 공급된 분리 가스는 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 공간(50)을 통해 회전 테이블(2)의 웨이퍼가 적재되는 영역측의 표면을 따라 주연을 향해 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(P1)에 공급되는 제1 반응 가스와 제2 처리 영역(P2)에 공급되는 제2 반응 가스가, 중심 영역 C를 통해 혼합되는 것이 억제된다. 즉, 공간(50)(또는 중심 영역 C)은 분리 공간 H[또는 분리 영역(D1, D2)]과 마찬가지로 기능할 수 있다.
또한, 진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 외부의 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 기판인 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 반송구(15)는 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다.
회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 오목부(24)에는 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 전달 위치에 대응하는 부위에 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 전달용의 승강 핀 및 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다. 그리고, 반송구(15)에 대향하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해진다.
이어서, 도 7 내지 도 9를 참조하면서, 플라스마 발생기(80)에 대해 설명한다. 도 7은 도 1의 성막 장치의 플라스마 발생기를 도시하는 개략 단면도이고, 회전 테이블의 반경 방향을 따른 플라스마 발생기의 개략 단면을 도시하고 있다. 도 8은 도 1의 성막 장치의 플라스마 발생기를 도시하는 다른 개략 단면도이고, 회전 테이블의 반경 방향과 직교하는 방향을 따른 플라스마 발생기의 개략 단면을 도시하고 있다. 도 9는 도 1의 성막 장치의 플라스마 발생기를 도시하는 개략 상면도이고, 플라스마 발생기의 개략 상면을 도시하고 있다. 또한, 도시의 편의상, 이들 도면에 있어서 일부의 부재를 간략화하고 있다.
도 7을 참조하면, 플라스마 발생기(80)는 고주파 투과성의 재료에 의해 형성되고, 상면으로부터 오목한 오목부를 갖고, 프레임 부재(81)와, 패러데이 차폐판(82)과, 절연판(83)과, 안테나(85)를 구비한다. 프레임 부재(81)는 천장판(11)에 형성된 개구부(11a)에 감입되어 있다. 패러데이 차폐판(82)은 프레임 부재(81)의 오목부 내에 수용되고, 상부가 개구된 대략 상자상의 형상을 갖는다. 절연판(83)은 패러데이 차폐판(82)의 저면 상에 배치되어 있다. 안테나(85)는 절연판(83)의 상방에 지지되고, 대략 팔각형의 상면 형상을 갖는 코일상으로 형성되어 있다.
천장판(11)의 개구부(11a)는 복수의 단차부를 갖고 있고, 그 중 하나의 단차부에는 전체 주위에 걸쳐서 홈부가 형성되고, 홈부에, 예를 들어 O-링 등의 시일 부재(81a)가 감입되어 있다. 한편, 프레임 부재(81)는 개구부(11a)의 단차부에 대응하는 복수의 단차부를 갖고 있고, 프레임 부재(81)를 개구부(11a)에 감입하면, 복수의 단차부 중 하나의 단차부의 이면이, 개구부(11a)의 홈부에 감입된 시일 부재(81a)와 접한다. 이에 의해, 천장판(11)과 프레임 부재(81) 사이의 기밀성이 유지된다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 천장판(11)의 개구부(11a)에 감입되는 프레임 부재(81)의 외주를 따른 가압 부재(81c)가 설치되고, 이에 의해 프레임 부재(81)가 천장판(11)에 대해 하방으로 압박된다. 이로 인해, 천장판(11)과 프레임 부재(81) 사이의 기밀성이 더 확실하게 유지된다.
프레임 부재(81)의 하면은 진공 용기(1) 내의 회전 테이블(2)에 대향하고 있고, 하면의 외주에는 전체 주위에 걸쳐서 하방으로[회전 테이블(2)을 향해] 돌기하는 돌기부(81b)가 설치되어 있다. 돌기부(81b)의 하면은 회전 테이블(2)의 상면에 근접하고 있고, 돌기부(81b)와, 회전 테이블(2)의 상면과, 프레임 부재(81)의 하면에 의해 회전 테이블(2)의 상방에 공간[이하, 제3 처리 영역(P3)]이 구획 형성되어 있다. 또한, 돌기부(81b)의 하면과 회전 테이블(2)의 상면의 간격은 분리 공간 H(도 5)에 있어서의 제1 천장면(44)의 회전 테이블(2)의 상면에 대한 높이 h1과 거의 동일해도 된다.
또한, 제3 처리 영역(P3)에는 돌기부(81b)를 관통한 반응 가스 노즐(33)이 연장되어 있다. 반응 가스 노즐(33)에는, 본 실시 형태에 있어서는, 도 7에 도시된 바와 같이 제3 반응 가스가 충전되는 제3 반응 가스 공급원(132)이, 유량 제어기(122)를 통해 배관(112)에 의해 접속되어 있다. 유량 제어기(122)에 의해 유량이 제어된 제3 반응 가스가, 제3 처리 영역(P3)에 공급된다.
또한, 반응 가스 노즐(33)에는 그 길이 방향을 따라 소정의 간격(예를 들어, 10㎜)으로 복수의 가스 토출 구멍(35)이 형성되어 있고, 가스 토출 구멍(35)으로부터 상술한 제3 반응 가스가 토출된다. 가스 토출 구멍(35)은, 도 8에 도시된 바와 같이 회전 테이블(2)에 대해 수직인 방향으로부터 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측을 향해 기울어져 있다. 이로 인해, 반응 가스 노즐(33)로부터 공급되는 가스는 회전 테이블(2)의 회전 방향과 역의 방향으로, 구체적으로는 돌기부(81b)의 하면과 회전 테이블(2)의 상면 사이의 간극을 향해 토출된다. 이에 의해, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라 플라스마 발생기(80)보다도 상류측에 위치하는 제2 천장면(45)의 하방의 공간으로부터 반응 가스나 분리 가스가, 제3 처리 영역(P3) 내로 유입되는 것이 억제된다. 또한, 상술한 바와 같이, 프레임 부재(81)의 하면의 외주를 따라 형성되는 돌기부(81b)가 회전 테이블(2)의 상면에 근접하고 있기 때문에, 반응 가스 노즐(33)로부터의 가스에 의해 제3 처리 영역(P3) 내의 압력을 용이하게 높게 유지할 수 있다. 이에 의해서도, 반응 가스나 분리 가스가 제3 처리 영역(P3) 내로 유입되는 것이 억제된다.
이와 같이, 프레임 부재(81)는 제3 처리 영역(P3)을 제2 처리 영역(P2)으로부터 분리하기 위한 역할을 담당하고 있다. 따라서, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치는 플라스마 발생기(80)의 전체를 반드시 구비하고 있지 않아도 되지만, 제3 처리 영역(P3)을 제2 처리 영역(P2)으로부터 구획하여, 제2 반응 가스의 혼입을 방지하기 위해, 프레임 부재(81)를 구비하고 있는 것으로 한다.
패러데이 차폐판(82)은 금속 등의 도전성 재료에 의해 형성되고, 도시는 생략하지만 접지되어 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 패러데이 차폐판(82)의 저부에는 복수의 슬릿(82s)이 형성되어 있다. 각 슬릿(82s)은 대략 팔각형의 평면 형상을 갖는 안테나(85)가 대응하는 변과 거의 직교하도록 연장되어 있다.
또한, 패러데이 차폐판(82)은, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 상단의 2개소에 있어서 외측으로 절곡되는 지지부(82a)를 갖고 있다. 지지부(82a)가 프레임 부재(81)의 상면에 지지됨으로써, 프레임 부재(81) 내의 소정의 위치에 패러데이 차폐판(82)이 지지된다.
절연판(83)은, 예를 들어 석영 유리에 의해 제작되고, 패러데이 차폐판(82)의 저면보다도 약간 작은 크기를 갖고, 패러데이 차폐판(82)의 저면에 적재된다. 절연판(83)은 패러데이 차폐판(82)과 안테나(85)를 절연하는 한편, 안테나(85)로부터 방사되는 고주파를 하방으로 투과시킨다.
안테나(85)는 평면 형상이 대략 팔각형이 되도록 구리제의 중공관(파이프)을, 예를 들어 3중으로 권회함으로써 형성된다. 파이프 내에 냉각수를 순환시킬 수 있고, 이에 의해, 안테나(85)로 공급되는 고주파에 의해 안테나(85)가 고온으로 가열되는 것이 방지된다. 또한, 안테나(85)에는 수직 설치부(85a)가 설치되어 있고, 수직 설치부(85a)에 지지부(85b)가 설치되어 있다. 지지부(85b)에 의해, 안테나(85)가 패러데이 차폐판(82) 내의 소정의 위치에 유지된다. 또한, 지지부(85b)에는 매칭 박스(86)를 통해 고주파 전원(87)이 접속되어 있다. 고주파 전원(87)은, 예를 들어 13.56㎒의 주파수를 갖는 고주파를 발생할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 플라스마 발생기(80)에 의하면, 매칭 박스(86)를 통해 고주파 전원(87)으로부터 안테나(85)에 고주파 전력을 공급하면, 안테나(85)에 의해 전자계가 발생한다. 전자계 중 전계 성분은 패러데이 차폐판(82)에 의해 차폐되기 때문에, 하방으로 전파할 수는 없다. 한편, 자계 성분은 패러데이 차폐판(82)의 복수의 슬릿(82s)을 통해 제3 처리 영역(P3) 내로 전파한다. 자계 성분에 의해, 반응 가스 노즐(33)로부터 소정의 유량비로 제3 처리 영역(P3)에 공급되는 제3 반응 가스가 활성화된다.
또한, 본 실시 형태에 의한 성막 장치에는, 도 1에 도시된 바와 같이 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되어 있다. 제어부(100)의 메모리 내에는 제어부(100)의 제어 하에, 후술하는 성막 방법을 성막 장치에 실시시키는 프로그램이 저장되어 있다. 프로그램은 후술하는 성막 방법을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 매체(102)에 기억되어 있다. 매체(102)에 기억된 프로그램은 소정의 판독 장치에 의해 기억부(101)로 판독되고, 제어부(100) 내에 인스톨된다.
또한, 제어부(100)는 분리 가스 공급부(41, 42)에 공급하는 첨가 가스 및 분리 가스의 유량을 조정하는 유량 제어기(124, 125)를 제어해도 된다. 이에 의해, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서, 분리 가스 및 첨가 가스를 공급하는 유량을 조정할 수 있으므로, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 제1 반응 가스의 흡착성을 제어할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 막 두께의 면내 균일성을 제어할 수 있다.
〔성막 방법〕
이어서, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법에 대해, 상술한 성막 장치에 의해, 트렌치가 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼를 사용하여, 트렌치의 내면에 SiO2막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명한다.
또한, 반응 가스 노즐(31)로부터 유기 아미노실란 가스를 포함하는 원료 가스가 공급되고, 반응 가스 노즐(32)로부터 O2 가스를 포함하는 산화 가스가 공급되고, 반응 가스 노즐(33)로부터 O2 가스, Ar 가스를 포함하는 개질 가스가 공급되는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 반응 가스 노즐(33)로부터 공급되는 개질 가스는 플라스마 발생기(80)에 의해 활성화되어 공급되는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 분리 가스 공급부(41)가 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 5개 설치되어 있는 경우를 예로 들어 설명한다. 그리고, 회전 테이블(2)의 중심에 가장 가까운 위치의 분리 가스 공급부(41)로부터 Ar 가스를 포함하는 분리 가스 및 H2 가스를 포함하는 첨가 가스가 공급되고, 다른 분리 가스 공급부(41)로부터 Ar 가스를 포함하는 분리 가스만이 공급된다.
먼저, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하고, 외부로부터 반송 아암(10)(도 3)에 의해 반송구(15)(도 2 및 도 3)를 통해 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내에 전달한다. 이 전달은 오목부(24)가 반송구(15)에 대향하는 위치에 정지했을 때에 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해 진공 용기(1)의 저부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행해진다. 이와 같은 웨이퍼(W)의 전달을, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜 행하고, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다.
계속해서, 게이트 밸브를 폐쇄하여, 진공 펌프(640)에 의해 도달 가능 진공도까지 진공 용기(1) 내를 배기한다. 그 후, 분리 가스 공급부(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 제어기(650)(도 1)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 제어한다. 계속해서, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 가열한다. 회전 테이블(2)의 회전 속도는 용도에 따라 다양한 회전 속도로 설정할 수 있다. 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 가열하는 온도는 용도에 따라 다양한 온도로 설정할 수 있다.
이 후, 반응 가스 노즐(31)(도 2 및 도 3)로부터 유기 아미노실란 가스를 포함하는 원료 가스를 공급하고(흡착 공정), 반응 가스 노즐(32)로부터 O2 가스를 포함하는 산화 가스를 공급한다(반응 공정). 또한, 반응 가스 노즐(33)로부터 O2 가스, Ar 가스를 포함하는 개질 가스를 공급한다(개질 공정). 또한, 복수의 분리 가스 공급부(41) 중, 회전 테이블(2)의 반경 방향의 중심부측의 분리 가스 공급부(41)로부터 H2 가스가 첨가된 Ar 가스를 공급한다(수산기 형성 공정).
회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)는 제1 처리 영역(P1), 분리 영역(D2), 제2 처리 영역(P2), 제3 처리 영역(P3), 분리 영역(D1)을 이 순서로 반복해서 통과한다(도 3 참조). 또한, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 각 영역(P1 내지 P3, D1 내지 D2)으로부터 처리가 개시되는 웨이퍼(W)가 각각 존재하지만, 설명의 편의상, 제1 처리 영역(P1)으로부터 웨이퍼(W)가 통과했다고 간주하고 설명한다.
먼저, 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)을 통과함으로써, 유기 아미노실란 가스를 포함하는 원료 가스가 공급되고, 웨이퍼(W)의 표면 및 트렌치의 내면에 유기 아미노실란이 흡착한다.
계속해서, 웨이퍼(W)가 분리 영역(D2)을 통과하여 Ar 가스를 포함하는 분리 가스가 공급되고 퍼지된 후, 제2 처리 영역(P2)을 통과함으로써, 유기 아미노실란과 반응하여 반응 생성물 SiO2를 생성하는 O2 가스를 포함하는 산화 가스가 공급된다. O2 가스를 포함하는 산화 가스의 공급에 의해, 웨이퍼(W)의 표면 및 트렌치의 내면에 흡착한 유기 아미노실란과 O2 가스가 반응하고, SiO2막의 분자층이 반응 생성물로서 형성된다. 이때, SiO2막의 분자층의 표면에는 유기 아미노실란이 흡착하기 쉬운 OH기가 형성된다.
계속해서, 웨이퍼(W)가 제3 처리 영역(P3)을 통과함으로써, 활성화된 O2 가스, Ar 가스를 포함하는 개질 가스가 공급된다. 활성화된 O2 가스, Ar 가스를 포함하는 개질 가스는 웨이퍼(W)의 표면 및 트렌치의 상부(개구부의 측)에 도달하기 쉽고, 트렌치의 저부 부근에는 도달하기 어렵다. 또한, 활성화된 O2 가스, Ar 가스를 포함하는 개질 가스는 SiO2막의 표면의 OH기를 탈리시킨다. 따라서, 웨이퍼(W)의 표면 및 트렌치의 상부에서는 SiO2막의 분자층의 표면에 형성된 OH기의 일부가 탈리되지만, 웨이퍼(W)의 트렌치의 저부 부근에서는 SiO2막의 분자층의 표면에 형성된 OH기가 대부분 탈리되지 않는다. 이때, 상류측[회전 테이블(2)의 중심부측]에서 탈리된 OH기는 제2 배기구(620)를 향하는 처리 가스의 흐름을 따라 하류측[회전 테이블(2)의 반경 방향의 외주측]으로 확산된다. 이에 의해, 처리 가스의 흐름의 하류측에 있어서 웨이퍼(W)의 표면 및 트렌치의 내면에 형성된 SiO2막의 분자층의 표면에 OH기가 다시 부착되는 경우가 있다. 이 경우, 상류측보다도 하류측에 있어서의 OH기의 양이 많아지는 OH기의 웨이퍼(W)의 면 내에 있어서의 불균형이 발생한다. 또한, 제2 배기구(620)를 향하는 처리 가스의 흐름을 따라 하류측으로 확산되는 OH기는 OH기가 탈리된 웨이퍼(W)와 인접하는 웨이퍼(W)의 표면 및 트렌치의 내면에 부착되는 경우도 있다. 이 경우, 웨이퍼(W)의 면 사이에 있어서의 OH기의 불균형이 발생한다.
계속해서, 웨이퍼(W)가 분리 영역(D1)을 통과함으로써, Ar 가스를 포함하는 분리 가스 및 H2 가스를 포함하는 첨가 가스가 공급된다. 이때, 회전 테이블(2)의 반경 방향의 중심으로부터 가장 가까운 위치의 분리 가스 공급부(41)로부터 Ar 가스를 포함하는 분리 가스 및 H2 가스를 포함하는 첨가 가스가 공급되고, 다른 4개의 분리 가스 공급부(41)로부터 Ar 가스를 포함하는 분리 가스만이 공급된다. 이에 의해, 상류측[회전 테이블(2)의 중심부측]에 있어서 웨이퍼(W)의 표면 및 트렌치의 내면에 OH기가 선택적(국소적)으로 형성된다. 또한, Ar 가스의 공급 유량에 대한 H2 가스의 공급 유량의 비율은 트렌치의 저부 부근에 형성되는 OH기의 양이 트렌치의 표면에 형성되는 OH기의 양보다도 많은 상태가 유지되는 비율로 설정된다.
계속해서, 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)을 통과함으로써, 유기 아미노실란 가스가 공급되고, 웨이퍼(W)의 표면 및 트렌치의 내면의 SiO2막의 분자층 상에 유기 아미노실란이 흡착한다. 유기 아미노실란 가스는 OH기가 존재하지 않는 영역에는 그다지 흡착하지 않고, OH기가 존재하는 영역에 많이 흡착한다. 따라서, OH기가 존재하는 트렌치의 저부 부근에 유기 아미노실란이 많이 흡착한다. 또한, 웨이퍼(W)의 면 내 및 면 사이에 있어서 OH기가 대략 균일하게 형성되어 있으므로, 웨이퍼(W)의 면 내 및 면 사이에 있어서 유기 아미노실란이 대략 균일하게 흡착한다.
계속해서, 웨이퍼(W)가 분리 영역(D2)을 통과하여 Ar 가스를 포함하는 분리 가스가 공급되고 퍼지된 후, 제2 처리 영역(P2)을 통과함으로써, 유기 아미노실란과 반응하여 반응 생성물 SiO2를 생성하는 O2 가스를 포함하는 산화 가스가 공급된다. O2 가스를 포함하는 산화 가스의 공급에 의해, 웨이퍼(W)의 표면 및 트렌치의 내면에 흡착한 유기 아미노실란과 O2 가스가 반응하고, SiO2막의 분자층이 반응 생성물로서 형성된다. 이때, 유기 아미노실란은 트렌치의 저부 부근에 많이 흡착하고 있으므로, 트렌치의 내면의 저부 부근에 많은 SiO2막이 형성된다. 따라서, 보텀 업성이 높은 매립 성막이 가능해진다. 또한, 웨이퍼(W)의 면 내 및 면 사이에 있어서 유기 아미노실란이 대략 균일하게 흡착하고 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 면 내 및 면 사이에 있어서 대략 균일한 막 두께를 갖는 SiO2막의 성막이 가능해진다.
이하, 각 반응 가스를 공급하면서 회전 테이블(2)을 반복해서 회전시킴으로써, 트렌치의 개구부가 막히지 않는 상태이고, 또한 웨이퍼(W)의 면 내에서 대략 균일하게, 저부측으로부터 SiO2막이 퇴적된다. 그 결과, 연속적인 막으로 트렌치를 매립할 수 있고, 보이드 등을 발생시키지 않고, 또한 면내 균일성 및 면간 균일성이 높아, 고품질의 매립 성막을 행할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 성막 방법에 의하면, 원료 가스를 흡착시키기 전에, 원료 가스의 흡착성을 제어 가능한 첨가 가스를 공급하여 OH기의 양을 조정하면서 ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의한 성막을 행한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 막 두께의 면내 균일성 및 면간 균일성을 제어할 수 있다.
〔시뮬레이션 결과〕
이어서, 본 발명의 실효성을 나타내는 시뮬레이션 결과에 대해, 도 10 내지 도 13에 기초하여 설명한다. 도 10 내지 도 13은 분리 영역(D1)에 있어서의 H2 가스의 유속 분포 및 농도 분포를 도시하는 도면이다. 또한, 도 10 내지 도 13에 있어서, (a)는 H2 가스의 유속 분포를 도시하고, (b)는 H2 가스의 농도 분포를 도시하고 있다.
본 시뮬레이션에서는 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 설치된 5개의 분리 가스 공급부(41-1 내지 5) 중 1개로부터 미량의 H2 가스가 첨가된 Ar 가스를 공급하고, 다른 4개로부터 Ar 가스만을 공급했을 때의 H2 가스의 유속 분포 및 농도 분포를 확인했다.
도 10은 회전 테이블의 중심으로부터 가장 가까운 위치에 설치된 분리 가스 공급부(41-1)로부터 H2 가스가 첨가된 Ar 가스를 공급하고, 다른 4개로부터 Ar 가스만을 공급했을 때의 H2 가스의 유속 분포 및 농도 분포를 나타내고 있다. 또한, 분리 가스 공급부(41-1)로부터 공급되는 H2 가스/Ar 가스의 유량은 0.2sccm/1slm, 분리 가스 공급부(41-2 내지 5)로부터 공급되는 Ar 가스의 유량은 1slm이다.
도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 분리 가스 공급부(41-1)로부터 공급된 H2 가스는 협애한 공간인 분리 영역(D1)(분리 공간 H)을 회전 테이블의 회전 방향을 따라 흐르는 것을 알 수 있다. 또한, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 분리 가스 공급부(41-1)로부터 공급된 H2 가스의 농도는 회전 테이블의 반경 방향에 있어서 분리 가스 공급부(41-1)가 설치되어 있는 영역에서 높게 되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 분리 가스 공급부(41-1)로부터 H2 가스가 첨가된 Ar 가스를 공급함으로써, 회전 테이블의 반경 방향에 있어서의 분리 가스 공급부(41-1)가 설치되어 있는 영역에 선택적(국소적)으로 H2 가스를 공급할 수 있다.
도 11은 회전 테이블의 중심으로부터 2번째로 가까운 위치에 설치된 분리 가스 공급부(41-2)로부터 H2 가스가 첨가된 Ar 가스를 공급하고, 다른 4개로부터 Ar 가스만을 공급했을 때의 H2 가스의 유속 분포 및 농도 분포를 나타내고 있다. 또한, 분리 가스 공급부(41-2)로부터 공급되는 H2 가스/Ar 가스의 유량은 0.2sccm/1slm, 분리 가스 공급부(41-1, 41-3 내지 5)로부터 공급되는 Ar 가스의 유량은 1slm이다.
도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 분리 가스 공급부(41-2)로부터 공급된 H2 가스는 협애한 공간인 분리 영역(D1)(분리 공간 H)을 회전 테이블의 회전 방향을 따라 흐르는 것을 알 수 있다. 또한, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 분리 가스 공급부(41-2)로부터 공급된 H2 가스의 농도는 회전 테이블의 반경 방향에 있어서 분리 가스 공급부(41-2)가 설치되어 있는 영역에서 높게 되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 분리 가스 공급부(41-2)로부터 H2 가스가 첨가된 Ar 가스를 공급함으로써, 회전 테이블의 반경 방향에 있어서의 분리 가스 공급부(41-2)가 설치되어 있는 영역에 선택적(국소적)으로 H2 가스를 공급할 수 있다.
도 12는 회전 테이블의 중심으로부터 3번째로 가까운 위치에 설치된 분리 가스 공급부(41-3)로부터 H2 가스가 첨가된 Ar 가스를 공급하고, 분리 가스 공급부(41-1 내지 2, 41-4 내지 5)로부터 Ar 가스만을 공급했을 때의 H2 가스의 유속 분포 및 농도 분포를 나타내고 있다. 또한, 분리 가스 공급부(41-3)로부터 공급되는 H2 가스/Ar 가스의 유량은 0.2sccm/1slm, 분리 가스 공급부(41-1 내지 2)로부터 공급되는 Ar 가스의 유량은 2slm, 분리 가스 공급부(41-4 내지 5)로부터 공급되는 Ar 가스의 유량은 4slm이다.
도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 분리 가스 공급부(41-3)로부터 공급된 H2 가스는 협애한 공간인 분리 영역(D1)(분리 공간 H)을 회전 테이블의 회전 방향으로 흐르는 것을 알 수 있다. 또한, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 분리 가스 공급부(41-3)로부터 공급된 H2 가스의 농도는 회전 테이블의 반경 방향에 있어서 분리 가스 공급부(41-3)가 설치되어 있는 영역에서 높게 되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 분리 가스 공급부(41-3)로부터 H2 가스가 첨가된 Ar 가스를 공급함으로써, 회전 테이블의 반경 방향에 있어서의 분리 가스 공급부(41-3)가 설치되어 있는 영역에 선택적(국소적)으로 H2 가스를 공급할 수 있다. 또한, 도 12의 예에서는, 분리 가스 공급부(41-4 내지 5)로부터 공급하는 Ar 가스의 유량이 분리 가스 공급부(41-1 내지 2)로부터 공급하는 Ar 가스의 유량보다도 커지도록 설정했다. 이에 의해, 분리 가스 공급부(41-3)로부터 공급되고, 회전 테이블의 반경 방향의 외주측을 향하는 H2 가스의 흐름은 분리 가스 공급부(41-4 내지 5)로부터 공급되는 유량이 큰 Ar 가스에 의해 차단된다. 이로 인해, 분리 가스 공급부(41-3)로부터 공급된 H2 가스의 대부분은 회전 테이블의 회전 방향으로 흐른다. 이와 같이 Ar 가스만을 공급하는 분리 가스 공급부(41-1 내지 2, 41-4 내지 5)로부터 공급하는 유량을 조정함으로써, H2 가스를 더욱 선택적(국소적)으로 공급할 수 있다.
도 13은 회전 테이블의 중심으로부터 4번째로 가까운 위치에 설치된 분리 가스 공급부(41-4)로부터 H2 가스가 첨가된 Ar 가스를 공급하고, 다른 4개로부터 Ar 가스만을 공급했을 때의 H2 가스의 유속 분포 및 농도 분포를 나타내고 있다. 또한, 분리 가스 공급부(41-4)로부터 공급되는 H2 가스/Ar 가스의 유량은 0.2sccm/1slm, 분리 가스 공급부(41-1 내지 3, 41-5)로부터 공급되는 Ar 가스의 유량은 1slm이다.
도 13의 (a)에 도시된 바와 같이, 분리 가스 공급부(41-4)로부터 공급된 H2 가스는 협애한 공간인 분리 영역(D1)(분리 공간 H)을 회전 테이블의 회전 방향을 따라 흐르는 것을 알 수 있다. 또한, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 분리 가스 공급부(41-4)로부터 공급된 H2 가스의 농도는 회전 테이블의 반경 방향에 있어서 분리 가스 공급부(41-4)가 설치되어 있는 영역에서 높게 되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 분리 가스 공급부(41-4)로부터 H2 가스가 첨가된 Ar 가스를 공급함으로써, 회전 테이블의 반경 방향에 있어서의 분리 가스 공급부(41-4)가 설치되어 있는 영역에 선택적(국소적)으로 H2 가스를 공급할 수 있다.
〔실험 결과〕
이어서, 본 발명의 실효성을 나타내는 실험 결과에 대해 설명한다. 도 14는 H2 가스의 공급 유량과 웨이퍼에 성막된 SiO2막의 막 두께의 관계를 도시하는 도면이다.
본 실험에서는 H2 가스를 활성화하지 않고 웨이퍼에 공급했을 때에, 유기 아미노실란 가스의 흡착성이 향상되는(흡착 저해성이 저감되는) 역할을 달성할 수 있는지 여부를 확인했다. 또한, 본 실험에서는 H2 가스의 공급 유량을 0sccm, 6sccm, 100sccm, 200sccm으로 변화시켰을 때의 SiO2막의 막 두께를 측정하고, H2 가스의 공급 유량과 웨이퍼에 성막된 SiO2막의 막 두께와의 관계를 확인했다.
구체적으로는, 웨이퍼(W)의 표면에 유기 아미노실란 가스, 활성화된 Ar 가스와 O2 가스의 혼합 가스, 활성화되어 있지 않은 H2 가스를 이 순서로 공급하여, SiO2막의 성막을 행하였다. 또한, 유기 아미노실란 가스는 제1 반응 가스의 일례이고, Ar 가스와 O2 가스의 혼합 가스는 제2 반응 가스의 일례이고, H2 가스는 첨가 가스의 일례이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 활성화된 Ar 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 공급한 후이며, 유기 아미노실란 가스를 공급하기 전에, 활성화되어 있지 않은 H2 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(W)에 성막되는 SiO2막의 막 두께가 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, H2 가스의 공급 유량을 증가시킬수록 SiO2막의 막 두께가 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 활성화된 Ar 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 공급한 후이며, 유기 아미노실란 가스를 공급하기 전에, 활성화되어 있지 않은 H2 가스를 공급함으로써, 유기 아미노실란 가스의 흡착성을 향상시킬 수 있다.
이 성질을 이용하여, 본 발명의 실시 형태에 나타낸 바와 같이, 회전 테이블의 반경 방향[웨이퍼(W)의 직경 방향]을 따라 Ar 가스에 대한 H2 가스의 첨가량을 조정함으로써, 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 직경 방향에 있어서의 막 두께를 제어할 수 있다. 즉, 면내 균일성을 제어할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태로 제한되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 상술한 실시 형태에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.
상기 실시 형태에서는 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 트렌치에 매립하도록 SiO2막을 성막하고 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 비아에 매립하도록 SiO2막을 성막해도 된다. 또한, 트렌치나 비아 등의 오목부가 형성되어 있지 않은 웨이퍼(W)의 표면에 SiO2막을 성막해도 된다.
1 : 진공 용기
2 : 회전 테이블
31 : 반응 가스 노즐
32 : 반응 가스 노즐
33 : 반응 가스 노즐
41 : 분리 가스 공급부
42 : 분리 가스 공급부
44 : 제1 천장면
45 : 제2 천장면
80 : 플라스마 발생기
124 : 유량 제어기
125 : 유량 제어기
P1 : 제1 처리 영역
P2 : 제2 처리 영역
P3 : 제3 처리 영역
D1 : 분리 영역
D2 : 분리 영역
W : 웨이퍼

Claims (10)

  1. 수산기에 흡착할 수 있는 제1 반응 가스와, 상기 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스의 반응 생성물에 의한 막을 성막하는 성막 방법이며,
    기판의 표면에 상기 제1 반응 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면에 상기 제1 반응 가스를 흡착시키는 흡착 공정과,
    상기 제1 반응 가스가 흡착된 상기 기판에 상기 제2 반응 가스를 공급함으로써, 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스를 반응시켜 상기 반응 생성물을 생성하는 반응 공정과,
    상기 기판에 제3 반응 가스를 활성화시켜 공급함으로써, 상기 반응 생성물의 표면을 개질하는 개질 공정과,
    표면이 개질된 상기 반응 생성물의 표면의 적어도 일부의 영역에 수소 함유 가스를 포함하는 제4 반응 가스를 공급함으로써, 수산기를 형성하는 수산기 형성 공정을 포함하고,
    상기 기판을 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블의 상면에 적재하고,
    상기 회전 테이블보다도 상방에, 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따라 상기 제1 반응 가스를 흡착시키는 흡착 영역, 상기 반응 생성물을 생성하는 반응 영역, 상기 반응 생성물의 표면을 개질하는 개질 영역 및 상기 수산기를 형성하는 수산기 형성 영역을 배치하고,
    상기 회전 테이블을 회전시킴으로써, 상기 흡착 공정, 상기 반응 공정, 상기 개질 공정 및 상기 수산기 형성 공정을 이 순서로 행하고,
    상기 회전 테이블의 반경 방향을 따라 상기 제4 반응 가스를 공급하는 것이 가능한 복수의 가스 공급부가 설치되고,
    상기 수산기 형성 공정에 있어서, 상기 복수의 가스 공급부 중 적어도 하나의 가스 공급부로부터 상기 제4 반응 가스를 공급함으로써, 표면이 개질된 상기 반응 생성물의 표면의 적어도 일부의 영역에 상기 제4 반응 가스를 공급하는, 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 가스 공급부 중, 상기 제4 반응 가스를 공급하지 않는 가스 공급부로부터 불활성 가스를 공급하는, 성막 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제4 반응 가스를 공급하는 가스 공급부보다도 상기 회전 테이블의 외주측에 있어서의 상기 제4 반응 가스를 공급하지 않는 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스의 유량은 상기 제4 반응 가스를 공급하는 가스 공급부보다도 상기 회전 테이블의 중심측에 있어서의 상기 제4 반응 가스를 공급하지 않는 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스의 유량보다도 큰, 성막 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개질 공정은 상기 기판에 상기 제3 반응 가스를 활성화시켜 공급함으로써, 상기 제3 반응 가스와 상기 반응 생성물의 표면의 수산기를 반응시켜, 상기 반응 생성물의 표면의 수산기의 일부를 탈리시키는 공정을 포함하는, 성막 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 반응 가스는 실리콘 함유 가스이고,
    상기 제2 반응 가스는 산화 가스이고,
    상기 제3 반응 가스는 Ar 가스와 O2 가스의 혼합 가스이고,
    상기 제4 반응 가스는 H2 가스와 Ar 가스의 혼합 가스인, 성막 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 표면에 오목부가 형성된 웨이퍼이고, 상기 오목부의 내면에 상기 반응 생성물의 막을 성막하는, 성막 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 개질 공정은 상기 기판에 상기 제3 반응 가스를 활성화시켜 공급함으로써, 상기 제3 반응 가스와 상기 오목부의 상부에 형성된 수산기를 반응시킴으로써, 상기 오목부의 상부보다도 저부 부근에 수산기가 많이 잔존하도록, 상기 반응 생성물의 표면의 수산기의 일부를 탈리시키는 공정을 포함하는, 성막 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 오목부는 상기 기판의 표면에 형성된 트렌치 또는 비아인, 성막 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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