KR102161875B1 - 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체 - Google Patents

성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체 Download PDF

Info

Publication number
KR102161875B1
KR102161875B1 KR1020170100070A KR20170100070A KR102161875B1 KR 102161875 B1 KR102161875 B1 KR 102161875B1 KR 1020170100070 A KR1020170100070 A KR 1020170100070A KR 20170100070 A KR20170100070 A KR 20170100070A KR 102161875 B1 KR102161875 B1 KR 102161875B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
substrate
region
wafer
rotary table
Prior art date
Application number
KR1020170100070A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180020093A (ko
Inventor
히토시 가토
마사히로 무라타
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Publication of KR20180020093A publication Critical patent/KR20180020093A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102161875B1 publication Critical patent/KR102161875B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C23C16/345—Silicon nitride
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45548—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction
    • C23C16/45551—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction for relative movement of the substrate and the gas injectors or half-reaction reactor compartments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45578—Elongated nozzles, tubes with holes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4584—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally the substrate being rotated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68764—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a movable susceptor, stage or support, others than those only rotating on their own vertical axis, e.g. susceptors on a rotating caroussel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

본 발명은, 웨이퍼에 서로 반응하는 처리 가스를 차례로 공급해서 기판의 표면에 반응 생성물을 적층함에 있어서, 막 두께의 면내 균일성을 양호하게 하는 것이다. 진공 용기(1) 내에서, 회전 테이블(2)에 의해 공전하는 웨이퍼(W)를 가열해서 DCS 가스 및 NH3 가스를 차례로 공급하는 사이클을 복수회 행하여, 웨이퍼(W)에 SiN막을 성막하는 성막 장치에 있어서, 웨이퍼(W)에 DCS 가스를 공급함에 있어서, 회전 테이블(2)의 외주로부터 회전 테이블(2)의 중심을 향해서 신장되어 웨이퍼(W)의 전체면을 향해서 DCS 가스를 공급하는 주 노즐(41)을 설치하고, 또한 진공 용기(1)의 주연측의 영역에 가스를 공급하는 주연측 보조 노즐(42)과, 회전 테이블(2)의 중심측의 영역에 DCS 가스를 공급하는 중심측 보조 노즐(43)을 설치하고 있다.

Description

성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체{FILM-FORMING APPARATUS, FILM-FORMING METHOD AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 서로 반응하는 처리 가스를 차례로 공급해서 기판의 표면에 반응 생성물을 적층하는 기술에 관한 것이다.
기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)에 대하여, 예를 들어 실리콘 질화막 등의 박막의 성막을 행하는 방법의 하나로서, 원료 가스와 반응 가스를 웨이퍼의 표면에 차례로 공급해서 반응 생성물을 적층하는 ALD(Atomic Layer Deposition)법이 알려져 있다. 이 ALD법을 사용해서 성막 처리를 행하는 성막 장치로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼를 둘레 방향으로 배열하여 공전시키기 위한 회전 테이블을 진공 용기 내에 설치한 구성을 들 수 있다.
이러한 성막 장치에서는, 회전 테이블의 직경 방향으로 신장되도록 수평하게 가스 노즐을 설치하고, 웨이퍼의 통과 영역에 대응하는 영역에서 가스 노즐의 하부측에 다수의 가스 토출 구멍을 배열하고 있다. 그리고 회전 테이블을 회전시키면서 가스 토출 구멍으로부터 하방에 가스를 토출함으로써, 원료 가스 및 반응 가스 각각을 웨이퍼의 전체면에 공급하고 있다. 예를 들어, 실리콘 질화막의 성막에 사용되는 디클로로실란(DCS) 등의 원료 가스는, 가스를 활성화시킴으로써, 화학 흡착에 의해 웨이퍼에 흡착한다.
그 때문에 회전 테이블의 하방측에 배치한 가열부에 의해 회전 테이블을 통해서 웨이퍼를 가열하여, 가스 노즐로부터 토출된 가스를 가열해서 활성화하도록 하고 있다. 여기서 가스의 활성화에 주목하면, 가스 노즐로부터 토출된 가스는, 회전 테이블 상을 직경 방향으로 확산해 나가, 회전 테이블 또는 웨이퍼로부터의 열에 의해 승온되어 간다. 그리고, 웨이퍼 상의 각 위치에서는, 당해 위치의 상방으로부터 가스가 분사되고, 당해 가스는 아직 충분히 가열되어 있지 않지만, 다른 위치에 분사되어 흘러 들어온 가스는, 회전 테이블 또는 웨이퍼를 이동하는 동안에 가열되어, 활성화되어 있다.
따라서, 웨이퍼의 중앙 영역에서는, 회전 테이블의 직경 방향에서 볼 때 당해 영역으로부터 멀리 떨어진 위치에 토출된 가스가 긴 거리를 이동해와서 도착하기 때문에, 그 동안에 가스가 활성화되어 있다. 즉, 웨이퍼의 중앙 영역에서는, 가스가 충분히 활성화되어 있다. 이에 반해 회전 테이블의 중심부 영역측의 웨이퍼의 주연부에서는, 당해 주연부와 가스 노즐의 단부와의 거리가 가까우므로, 당해 단부로부터 토출된 가스가 당해 주연부까지 이동하는 이동 거리가 짧다. 이것은, 회전 테이블의 외연측의 웨이퍼의 주연부에서도 동일하다. 그 결과, 회전 테이블의 직경 방향에서의 웨이퍼의 주연부에서는, 원료 가스의 활성화가 충분히 행하여지기 어려우므로, 중앙측의 막 두께보다도 낮아지는 경향이 있다.
일본 특허 공개 제2010-239103호 공보
본 발명은 이러한 사정 하에 이루어진 것이며, 그 목적은, 기판에 서로 반응하는 처리 가스를 차례로 공급해서 기판의 표면에 반응 생성물을 적층함에 있어서, 막 두께의 면내 균일성을 양호하게 하는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 성막 장치는, 진공 용기 내에서, 원료 가스 및 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성하는 반응 가스를 차례로 공급하는 사이클을 복수회 행하여, 기판에 박막을 성막하는 성막 장치로서,
상기 진공 용기 내에 설치되고, 상기 기판을 적재하는 기판 적재 영역이 그 일면측에 형성됨과 함께, 이 기판 적재 영역을 공전시키기 위한 회전 테이블과,
상기 회전 테이블에 적재된 상기 기판을 가열하기 위한 가열부와,
상기 회전 테이블에서의 상기 기판 적재 영역을 향해서, 상기 원료 가스를 공급해서 제1 처리를 행하기 위한 제1 처리 영역과,
상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 상기 제1 처리 영역과 분리부를 개재해서 이격되어 형성되고, 상기 반응 가스를 공급해서 제2 처리를 행하기 위한 제2 처리 영역과,
상기 제1 처리 영역에서, 각각 상기 회전 테이블의 이동로와 교차하는 방향으로 신장되도록, 또한 서로 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따라서 설치되고, 각각 하방측을 향해서 상기 원료 가스를 토출하기 위한 가스 토출 구멍이 길이 방향을 따라서 형성된 주 노즐, 중심측 보조 노즐 및 주연측 보조 노즐을 포함하고,
상기 진공 용기의 중심부측, 주벽측을 각각 내측 및 외측이라 정의하면,
상기 주 노즐의 가스 토출 구멍은, 내외 방향에서 보았을 때 상기 기판의 통과 영역의 전역 및 상기 회전 테이블 상에서의 상기 기판의 통과 영역의 내측 영역 및 외측 영역의 각 영역에 대향해서 형성되고,
상기 중심측 보조 노즐의 가스 토출 구멍은, 상기 회전 테이블 상에서의 상기 기판의 상기 통과 영역의 상기 내측 영역에 대향하는 영역에 형성되고,
상기 주연측 보조 노즐의 가스 토출 구멍은, 상기 회전 테이블 상에서의 상기 기판의 상기 통과 영역의 상기 외측 영역에 대향하는 영역에 형성되고,
상기 중심측 보조 노즐 및 상기 주연측 보조 노즐은, 각각 주 노즐에 의한 상기 기판의 내측 주연부 및 외측 주연부에 공급하는 가스의 부족분을 보상하기 위해서 설치되어 있다.
본 발명의 성막 방법은, 진공 용기 내에서, 원료 가스 및 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성하는 반응 가스를 차례로 공급하는 사이클을 복수회 행하여, 기판에 박막을 성막하는 성막 방법으로서,
상기 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블의 일면측에 상기 기판을 적재하는 공정과,
상기 기판을 가열하는 공정과,
상기 회전 테이블의 회전에 의해 상기 기판을 공전시킴으로써, 제1 처리 영역에서, 하방을 향해서 상기 원료 가스를 토출하는 가스 토출 구멍이 길이 방향으로 배열된 가스 노즐을 사용해서 상기 기판에 상기 원료 가스를 공급해서 흡착시키는 공정과, 상기 제1 처리 영역에 대하여 분리부에 의해 분리된 제2 처리 영역에서 상기 기판에 상기 반응 가스를 공급하는 공정을 복수회 반복하는 공정을 포함하고,
상기 진공 용기의 중심부측, 주벽측을 각각 내측 및 외측이라 정의하면, 상기 제1 처리 영역에서, 내외 방향에서 보았을 때 상기 기판의 통과 영역의 전역 및 상기 회전 테이블 상에서의 상기 기판의 통과 영역의 내측 영역 및 외측 영역의 각 영역에 주 노즐에 의해 상기 원료 가스를 공급하는 공정과, 중심측 보조 노즐에 의해 상기 회전 테이블 상에서의 상기 기판의 상기 통과 영역의 상기 내측 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 공정과, 주연측 보조 노즐에 의해 상기 회전 테이블 상에서의 상기 기판의 상기 통과 영역의 상기 외측 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 공정을 행한다.
본 발명의 기억 매체는, 진공 용기 내에서, 원료 가스 및 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성하는 반응 가스를 차례로 공급하는 사이클을 복수회 행하여, 기판에 박막을 성막하는 성막 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 기억한 기억 매체로서,
상기 컴퓨터 프로그램은, 상술한 성막 방법을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있다.
본 발명은, 회전 테이블의 이동로와 교차하는 방향으로 신장되어, 하방을 향해서 가스를 토출하는 가스 토출 구멍을 구비한 가스 노즐을 사용하여, 회전 테이블 상의 기판에 원료 가스를 공급하는 기술을 대상으로 하고 있다. 진공 용기의 중심부측, 주벽측을 각각 내측 및 외측이라 정의하면, 내외 방향에서 보았을 때 기판의 통과 영역의 전역에 원료 가스를 공급하는 주 가스 노즐뿐만 아니라, 주 가스 노즐에 의한 가스의 공급 부족분을 보상하기 위해서 보조 노즐을 사용하고 있다. 그리고, 중심측 보조 노즐에 의해 회전 테이블 상에서의 기판의 통과 영역의 내측 영역에 원료 가스를 공급하고, 주연측 보조 노즐에 의해 회전 테이블 상에서의 기판의 통과 영역의 외측 영역에 원료 가스를 공급하고 있다. 이 때문에, 주 가스 노즐에 의해 가스를 공급했을 때 가스의 활성화가 낮은 기판의 내측 영역에 가까운 주연과 외측 영역에 가까운 주연에 활성화한 가스를 보급할 수 있다. 따라서, 기판에 성막되는 막의 면내 균일성이 양호해진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단면도이다.
도 2는 상기 성막 장치의 평면도이다.
도 3은 제1 처리 영역을 도시하는 사시도 및 단면도이다.
도 4는 제1 처리 영역을 도시하는 평면도이다.
도 5는 제1 처리 영역에서 공급되는 DCS 가스의 활성을 도시하는 설명도이다.
도 6은 제1 처리 영역에서 공급되는 DCS 가스의 흡착량을 도시하는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 8은 주연측 보조 노즐의 변형예를 도시하는 단면 사시도이다.
도 9는 주연측 보조 노즐의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 10은 실험예 1-1 내지 1-3에서의 주 노즐을 설명하는 설명도이다.
도 11은 실험예 1-1 내지 1-3에서의 웨이퍼의 X축 방향의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
도 12는 실험예 1-1 내지 1-3에서의 웨이퍼의 Y축 방향의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
도 13은 실험예 2-1 내지 2-3에서의 중심측 보조 노즐을 설명하는 설명도이다.
도 14는 실험예 2-1 내지 2-3에서의 웨이퍼의 Y축 방향의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
도 15는 실험예 2-4 내지 2-7에서의 웨이퍼의 Y축 방향의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
도 16은 실험예 3-1 내지 3-3에서의 주연측 보조 노즐을 설명하는 설명도이다.
도 17은 실험예 3-1 내지 3-3에서의 웨이퍼의 Y축 방향의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
도 18은 실험예 3-4 내지 3-7에서의 웨이퍼의 Y축 방향의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치에 대해서 설명한다. 이 성막 장치는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 평면 형상이 대략 원형인 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되고, 당해 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 가짐과 함께 웨이퍼(W)를 공전시키기 위한 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는, 천장판(11) 및 용기 본체(12)를 구비하고 있고, 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 착탈될 수 있도록 구성되어 있다. 천장판(11)의 상면측에서의 중앙부에는, 진공 용기(1) 내의 중앙부에서 서로 다른 처리 가스끼리 혼합되는 것을 억제하기 위해, 질소(N2) 가스를 분리 가스로서 공급하기 위한 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있다.
회전 테이블(2)은, 중심부 영역(C)에서 대략 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있고, 이 코어부(21)의 하면에 접속됨과 함께 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)에 의해, 연직축을 중심으로, 이 예에서는 상방에서 볼 때 시계 방향으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 도 1 중 23은 회전축(22)을 연직축을 중심으로 회전시키는 구동부이며, 20은 회전축(22) 및 구동부(23)를 수납하는 케이스체이다. 이 케이스체(20)에는, 회전 테이블(2)의 하방 영역에 질소 가스를 퍼지 가스로서 공급하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 접속되어 있다.
회전 테이블(2)의 표면부(상면부)에는, 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 직경 치수가 예를 들어 300mm인 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 기판 적재 영역으로서 형성되어 있고, 이 오목부(24)는, 회전 테이블(2)의 회전 방향(둘레 방향)을 따라 복수 개소, 예를 들어 5군데에 형성되어 있다. 오목부(24)는, 웨이퍼(W)를 당해 오목부(24)에 수납하면, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역)이 일치하도록, 직경 치수 및 깊이 치수가 설정되어 있다.
도 1로 돌아가서, 회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저면부와의 사이의 공간에는, 가열부인 히터 유닛(7)이 전체 둘레에 걸쳐서 설치되어, 회전 테이블(2)을 통해서 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 예를 들어 400℃로 가열하도록 구성되어 있다. 도 1 중 71은 히터 유닛(7)의 측방측에 설치된 커버 부재, 70은 이 히터 유닛(7)의 상방측을 덮는 덮개 부재이다. 또한 히터 유닛(7)의 하방측에서, 진공 용기(1)의 저면부를 관통하는 퍼지 가스 공급관(73)이 둘레 방향에 걸쳐서 복수 개소에 설치되어 있다.
진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 도시하지 않은 외부의 반송 아암과 회전 테이블(2)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있고, 이 반송구(15)는, 도시하지 않은 게이트 밸브로부터 기밀하게 개폐 가능하게 구성되어 있다. 회전 테이블(2)의 오목부(24)는, 이 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 아암과의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수가 행하여지고, 당해 수수 위치에 대응하는 부위에는, 회전 테이블(2)의 하방측에 오목부(24)를 관통해서 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 수수용 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)에서의 오목부(24)의 통과 영역과 각각 대향하는 위치에는, 반송구(15)에서 볼 때 시계 방향(회전 테이블(2)의 회전 방향)으로 개질 영역(P3), 분리 가스 공급부(35), 제1 처리 영역(P1), 분리 가스 공급부(34) 및 제2 처리 영역(P2)이 이 순서로 진공 용기(1)의 둘레 방향(회전 테이블(2)의 회전 방향)으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다.
제1 처리 영역(P1)에 대해서 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 또한 각 노즐에 형성한 가스 토출 구멍(44)은, 노즐의 하면에 형성되는데, 도 4에서는, 설명의 편의상 노즐의 상면에 나타내고 있다. 제1 처리 영역(P1)은, 회전 방향 상류측으로부터 각각 처리 가스인 DCS 가스를 공급하는 주 노즐(41), 주연측 보조 노즐(42) 및 중심측 보조 노즐(43)이 회전 테이블(2)의 기판 적재 영역에 대향해서 수평으로 신장되도록 각각 설치되어 있다.
주 노즐(41)은, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심부 영역(C)을 향해서 신장되어, 회전 테이블(2)을 회전시켰을 때 웨이퍼(W)가 통과하는 영역을 걸치도록 설치되어 있다. 주 노즐(41)은, 선단이 밀봉된 통상으로 구성되고, 주 노즐(41)의 하면에는, 회전 테이블(2) 상에서의 웨이퍼(W)의 통과 영역의 외주연으로부터 회전 테이블(2)의 외주측에 26mm의 위치에서부터 웨이퍼(W)의 통과 영역의 내주연으로부터 회전 테이블(2)의 회전 중심측에 24mm의 위치까지의 범위에 길이 방향 등간격으로 배열되는 복수의 가스 토출 구멍(44)이 형성되어 있다.
주 노즐(41)에 대하여 회전 테이블(2)의 회전 방향의 하류측에 인접하는 위치에는, 회전 테이블(2)의 외연측의 웨이퍼(W)의 외주연부에 대한 주 노즐(41)로부터의 가스의 공급을 보상하기 위한 주연측 보조 노즐(42)이 설치되어 있다. 주연측 보조 노즐(42)은, 회전 테이블(2) 상에서의 웨이퍼(W)의 통과 영역보다도 외측의 범위에 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심부 영역(C)을 향해서 신장되어 있다. 주연측 보조 노즐(42)은, 선단이 밀봉된 통상으로 구성되고, 주연측 보조 노즐(42)의 하면에는, 회전 테이블(2) 상에서의 웨이퍼(W)의 통과 영역보다도 회전 테이블(2)의 외측 영역과 대향하는 수 mm 내지 수십 mm의 길이 영역에 길이 방향 등간격으로 가스 토출 구멍(44)이 형성되어 있다.
주연측 보조 노즐(42)에 대하여 회전 테이블(2)의 회전 방향의 하류측에 인접하는 위치에는, 회전 테이블(2)의 중심부 영역(C)측의 웨이퍼(W)의 내주연부에 대한 주 노즐(41)로부터의 가스의 공급을 보상하기 위한 중심측 보조 노즐(43)이 설치되어 있다. 중심측 보조 노즐(43)은, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심부 영역(C)을 향해서, 회전 테이블(2) 상에서의 웨이퍼(W)의 통과 영역을 걸치도록 설치되고, 선단이 밀봉된 통상으로 구성되어 있다. 중심측 보조 노즐(43)의 선단측의 하면에는, 회전 테이블(2) 상에서의 웨이퍼(W)의 통과 영역의 내주연보다도 진공 용기(1)의 중심측의 영역에 대향하는 수 mm 내지 수십 mm의 길이 영역에 길이 방향 등간격으로 가스 토출 구멍(44)이 형성되어 있다. 또한, 도 3의 (a)는 제1 처리 영역(P1)의 분해 사시도를 나타내고, 도 3의 (b)는 제1 처리 영역(P1)의 단면도를 도시한다. 제1 처리 영역(P1)은, 주 노즐(41), 주연측 보조 노즐(42) 및 중심측 보조 노즐(43)의 상방을 길이 방향에 걸쳐서 덮는 단면 형상 해트형으로 형성된, 예를 들어 석영으로 이루어지는 노즐 커버(6)가 설치되어 있다. 노즐 커버(6)의 상면과 천장판부(11)와의 사이에 간극이 형성되어 있어, 분리 가스 공급부(34, 35)로부터 유출된 분리 가스의 일부가 노즐 커버(6)의 하방으로 들어가지 않도록 구성되어 있다.
주 노즐(41), 주연측 보조 노즐(42) 및 중심측 보조 노즐(43)의 기단측은, 각각 진공 용기(1)를 관통하는 가스 공급관(41a 내지 43a)이 접속되고, 밸브(V41 내지 V43)를 통해서 각각 DCS 가스 공급원(45)에 각각 접속되어 있다. 또한, DCS 가스 공급원(45)은, DCS와 캐리어 가스인 N2 가스와의 혼합 가스를 공급하기도 하는데, 편의상 DCS 가스 공급원이라 나타낸다. 또한, 도면 중의 M41 내지 M43은 유량 조정부이다.
제2 처리 영역(P2)은, 주 노즐(41)과 마찬가지로 구성된 암모니아(NH3) 가스 공급 노즐(32)을 구비하고, NH3 가스 공급 노즐(32)의 기단측은, 진공 용기(1)를 관통하는 가스 공급관(32a)이 접속되고, NH3 가스를 공급하는 NH3 가스 공급원(48)에 접속되어 있다. 제2 처리 영역(P2)의 상방측에는, NH3 가스 공급 노즐(32)로부터 토출되는 NH3 가스를 플라스마화하는 플라스마 발생부(81)가 설치되어 있다.
도 1, 도 2에 도시한 바와 같이 플라스마 발생부(81)는, 예를 들어 금속선으로 이루어지는 안테나(83)를 코일 형상으로 권회해서 구성되며, 예를 들어 석영 등으로 구성된 하우징(80)에 수납되어 있다. 안테나(83)는, 각각 정합기(84)를 개재해서 설치된 접속 전극(86)에 의해, 주파수가 예를 들어 13.56MHz 및 출력 전력이 예를 들어 5000W인 고주파 전원(85)에 접속되어 있다. 또한, 도면 중에 82는 고주파 발생부로부터 발생하는 전계를 차단하는 패러데이 실드이며, 87은, 고주파 발생부로부터 발생하는 자계를 웨이퍼(W)에 도달시키기 위한 슬릿이다. 또한, 패러데이 실드(82)와 안테나(83)의 사이에 설치된 89는, 절연판이다.
개질 영역(P3)은, 주 노즐(41)과 마찬가지로 구성된 플라스마용 처리 가스 노즐(33)을 구비하고 있다. 플라스마용 처리 가스 노즐(33)의 기단측은, 진공 용기(1)를 관통하는 가스 공급관(33a)이 접속되고, 아르곤(Ar) 가스와 수소(H2) 가스와의 혼합 가스 공급원(46)에 접속되어 있다. 개질 영역(P3)의 상방측에는, 제2 처리 영역(P2)과 마찬가지로 플라스마용 처리 가스 노즐(33)로부터 토출되는 Ar 가스 및 H2 가스를 플라스마화하는 플라스마 발생부(81)가 설치되어 있다.
2개의 분리 가스 공급부(34, 35)는, 각각 주 노즐(41)과 마찬가지로 구성된 노즐로 구성되고, 분리 가스 공급부(34, 35)의 기단측은, 진공 용기(1)를 관통하는 가스 공급관(34a, 35a)이 접속되고, N2 가스 공급원(47)에 접속되어 있다. 각 분리 가스 공급부(34, 35)의 상방에는, 도 2에 도시한 바와 같이 평면 형상이 대략 부채형인 볼록 형상부(4)가 각각 설치되어 있고, 분리 가스 공급부(34, 35)는, 이 볼록 형상부(4)에 형성된 홈부(36) 내에 수용되어 있다. 분리 가스 공급부(34)로부터 토출된 N2 가스는, 분리 가스 공급부(34)로부터 진공 용기(1)의 둘레 방향 양측으로 확산해서, 제1 처리 영역(P1)측의 분위기와 제2 처리 영역(P2)측의 분위기를 분리하는 제1 분리 영역(D1)을 형성한다. 또한, 분리 가스 공급부(35)로부터 토출된 N2 가스는, 분리 가스 공급부(35)로부터 진공 용기(1)의 둘레 방향 양측으로 확산해서, 개질 영역(P3)측의 분위기와 제1 처리 영역(P1)측의 분위기를 분리하는 제2 분리 영역(D2)을 형성한다.
따라서, 분리 가스 공급부(35)는, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측에서 보면, 개질 영역(P3)과 제1 처리 영역(P1)과의 사이에 설치되고, 분리 가스 공급부(34)는, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측에서 보면, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)과의 사이에 설치되어 있다. 또한, 분리 가스 공급부(35)는, 마찬가지로 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측에서 보면, 제2 처리 영역(P2)과 제1 처리 영역(P1)과의 사이에 설치되어 있다.
도 1, 도 2에 도시한 바와 같이 회전 테이블(2)의 외주측에서 당해 회전 테이블(2)보다도 약간 하방의 위치에는, 홈부를 이루는 가스 유로(101)가 형성된 커버체인 사이드 링(100)이 배치되어 있다. 사이드 링(100)의 하면에는, 제1 처리 영역(P1)의 하류측, 제2 처리 영역(P2)의 하류측 및 개질 영역(P3)의 하류측의 3군데에 서로 둘레 방향으로 이격되도록 배기구(61)가 형성되어 있다. 이들 배기구(61)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 각각 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(65)가 개재하여 설치된 배기관(63)에 의해, 진공 배기 기구인 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다.
또한, 성막 장치에는, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(120)가 설치되어 있다. 제어부(120)의 메모리 내에는 후술하는 성막 처리를 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은, 후술하는 장치의 동작을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체에 의해 인스톨된다.
상술한 실시 형태의 작용에 대해서 설명한다. 또한, 명세서 중에서는, 설명의 편의상 진공 용기(1)의 외벽으로부터 중심부 영역(C)을 향하는 방향을 Y축 방향이라 칭하고, Y축 방향에 직교하는 방향, 즉, 회전 테이블(2)을 회전시켰을 때 웨이퍼(W)가 이동하는 방향을 X축 방향이라 칭하기로 한다. 먼저 게이트 밸브를 개방하여, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시키면서, 반송 아암에 의해 반송구(15)를 통해서 진공 용기(1)에 반입하고, 이미 설명한 도시하지 않은 승강 핀의 승강 동작을 수반하여, 회전 테이블(2) 상에 예를 들어 5매의 웨이퍼(W)를 적재한다. 계속해서, 게이트 밸브를 폐쇄하고, 진공 펌프(64) 및 압력 조정부(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 진공화함과 함께, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 예를 들어 10rpm의 회전수로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 예를 들어 400℃로 가열한다.
계속해서 제1 처리 영역(P1)에서 주 노즐(41)로부터, 예를 들어 1,000sccm의 유량의 DCS 가스와 500sccm의 유량의 캐리어 가스가 되는 N2 가스를 혼합한 1,500sccm의 유량의 혼합 가스를 공급한다. 또한, 주연측 보조 노즐(42)로부터 DCS 가스를, 예를 들어 20sccm의 유량으로 공급하고, 또한 중심측 보조 노즐(43)로부터 DCS 가스를, 예를 들어 20sccm의 유량으로 공급한다. 또한, 명세서 중에서는, 설명의 편의상 DCS 가스와 N2 가스와의 혼합 가스에 대해서도 DCS 가스라고 기재하는데, 노즐로부터 토출하는 가스의 유량의 설명에 있어서, 특별히 혼합 가스인 취지를 기재하고 있지 않은 DCS 가스에 대해서는, DCS 가스만을 공급하고 있는 것으로 한다.
또한, 제2 처리 영역(P2)에 NH3 가스를 예를 들어 100sccm으로 토출하고, 개질 영역(P3)으로부터 Ar 가스 및 H2 가스의 혼합 가스를 예를 들어 10,000sccm으로 토출한다. 또한, 분리 가스 공급부(34)로부터 분리 가스를 예를 들어 5,000sccm으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 73)으로부터도 질소 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 그리고, 압력 조정부(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 예를 들어 100Pa로 조정한다. 또한, 플라스마 발생부(81)에서는, 각각의 안테나(83)에 대하여, 예를 들어 1,500W가 되도록 고주파 전력을 공급한다. 이에 의해 슬릿(87)을 통해서 통과해 온 자계에 의해 플라스마 발생부(81)의 하방에 공급된 가스가 각각 활성화되어, 예를 들어 이온이나 라디칼 등의 플라스마가 생성한다.
그리고, 회전 테이블(2)을 예를 들어 10rpm의 회전수로 회전시킨다. 여기서 하나의 웨이퍼(W)에 주목하면, 먼저 웨이퍼(W)는, 제1 처리 영역(P1)에 진입하여, 주 노즐(41), 주연측 보조 노즐(42) 및 중심측 보조 노즐(43) 앞을 차례로 통과한다. 주 노즐(41)의 가스 토출 구멍(44)으로부터 토출된 DCS 가스는, 토출 직후에는 충분히 가열되어 있지 않지만, 회전 테이블(2) 상을 직경 방향으로 확산하면서, 회전 테이블(2) 또는 웨이퍼(W)로부터의 열에 의해 승온되어, 활성화되어 간다. 이러한 현상이 주 노즐(41)의 하방측 전체에서 일어나고 있어, 웨이퍼(W) 상의 직경 방향에서 보았을 때, 웨이퍼(W)의 각 위치는, 다른 위치로부터 흘러 들어오고, 또한 충분히 가열된 가스의 총량에 따른 양의 활성종이 존재하게 된다. 즉, 웨이퍼(W) 상의 임의의 위치에 주목하면, 당해 위치에서의 활성화의 정도(활성종의 양)는, 당해 위치에 도달할 때까지의 가스의 도달 경로에 영향을 받는다.
이 때문에 웨이퍼(W)의 중앙부에서는, 회전 테이블(2)의 직경 방향에서 보았을 때 주 노즐(41)로부터 웨이퍼(W)의 주연측에 토출된 DCS 가스가 도달하므로, DCS 가스가 충분히 활성화되어 있다. 한편, 회전 테이블(2)의 중심측에 가까운 웨이퍼(W)의 주연부에서는, 주 노즐(41)로부터 웨이퍼(W)의 중앙부에 토출된 DCS 가스에 주목하면, 당해 웨이퍼(W)의 주연부에 도달하는 DCS 가스의 도달 경로는 길다고 할 수 있다. 그러나, 회전 테이블(2)의 중심측이며, 웨이퍼(W)의 주연부로부터 가장 떨어진 주 노즐(41)의 가스 토출구(44)의 배열 영역의 단부는, 웨이퍼(W)의 주연부에 가깝기 때문에, 웨이퍼(W)의 주연부보다도 회전 테이블(2)의 중심측으로부터 당해 단부로부터 토출된 DCS 가스가 웨이퍼(W)의 주연부에 도달하는 도달 경로는, 당해 배열 영역의 단부로부터 회전 테이블(2)의 중심측에 도달하는 도달 경로보다 짧다. 이것은, 회전 테이블(2)의 외연측에 가까운 웨이퍼(W)의 외주연부에 대해서도 동일한 것을 말할 수 있다. 그 결과, 주 노즐(41)에만 주목하면, DCS 가스의 활성화의 정도는, 웨이퍼(W)의 중앙부에 비해, 웨이퍼(W)의 주연부가 더 작다.
한편, 중심측 보조 노즐(43)의 가스 토출 구멍(44)의 배열 영역은, 웨이퍼(W)보다도 그 중심부 영역(C)에 가까운 회전 테이블(2)의 상방에 형성되어 있기 때문에, 당해 가스 토출 구멍(44)으로부터 토출된 가스는, 확산해서 웨이퍼(W)의 주연부에 도달한다. 중심측 보조 노즐(43)로부터 토출된 DCS 가스에 대해서는, 당해 주연부까지의 도달 경로는 짧아, 당해 주연부에서 활성의 정도는 크지 않지만, 즉 활성화된 DCS 가스의 양은 많지 않지만, 주 노즐(41)만을 사용한 경우에 일어나는, 웨이퍼(W)의 중앙부에 대한 주연부의 DCS 가스의 활성종의 양의 부족분을 보상한다.
주연측 보조 노즐(42)로부터 토출된 DCS 가스에 대해서도, 마찬가지로 회전 테이블(2)의 외연측의 웨이퍼(W)의 주연부에서의 DCS의 가스의 활성종의 양의 부족분을 보상한다. 이렇게 해서 제1 처리 영역(P1)에서는, 회전 테이블(2)의 직경 방향(Y축 방향)에 있어서, DCS 가스가 양호한 균일성으로 활성화된 상태에서 웨이퍼(W)에 공급되어, DCS 가스가 흡착된다.
도 5는, 각 노즐(43, 41, 42)로부터 토출된 DCS 가스의 활성종의 양의 분포를 띠 형상 부분(91 내지 93)의 폭으로서 모식적으로 도시하는 도이며, 중앙의 띠 형상 부분(91)은, 주 노즐(41)로부터 토출된 DCS 가스의 활성종의 양의 분포, 회전 테이블(2)의 외연측의 띠 형상 부분(92)은, 주연측 보조 노즐(42)로부터 토출된 DCS 가스의 활성종의 양의 분포, 회전 테이블(2)의 중심측의 띠 형상 부분(93)은, 중심측 보조 노즐(43)로부터 토출된 DCS 가스의 활성종의 양의 분포를 나타낸다.
따라서, 웨이퍼(W)가 중심측 보조 노즐(43), 주연측 보조 노즐(42) 및 주 노즐(41)의 3개의 노즐을 통과했을 때 각각의 노즐(41 내지 43)로부터 공급되는 DCS 가스가 웨이퍼(W)에 흡착된다. 도 6은 웨이퍼(W)에서의 중심측 보조 노즐(43), 주연측 보조 노즐(42) 및 주 노즐(41)의 각각으로부터 공급된 DCS 가스의 흡착량을 모식적으로 도시한다. 도 6 중 (b)에 도시하는 바와 같이, 주 노즐(41)로부터 공급되는 DCS 가스에서는, 웨이퍼(W)에서의 회전 테이블(2)의 회전 중심측의 영역과, 회전 테이블(2)의 외연에 가까운 영역에서 DCS의 흡착량이 적어진다. 이에 반해 도 6 중 (a)에 도시하는 바와 같이 중심측 보조 노즐(43)로부터 공급되는 DCS 가스는, 웨이퍼(W)에서의 회전 테이블(2)의 회전 중심측에 많이 흡착되고, 도 6 중 (c)에 도시하는 바와 같이 주연측 보조 노즐(42)로부터 공급되는 DCS 가스는, 웨이퍼에서의 회전 테이블(2)의 외연에 가까운 영역에 많이 흡착된다. 따라서, 3개의 노즐(41 내지 43)을 통과시킴으로써, 각 노즐(41 내지 43)의 각각으로부터 공급되어 흡착되는 DCS 가스의 양이 합쳐져서, 웨이퍼(W)의 Y축 방향에서의 DCS 가스의 흡착량의 균일성이 양호해진다.
그리고 제1 처리 영역(P1)에서 DCS 가스가 흡착된 웨이퍼(W)는, 회전 테이블(2)을 회전시킴으로써, 제2 처리 영역(P2)에 진입하고, 웨이퍼(W) 상에 흡착된 DCS 가스가 NH3 가스의 플라스마에 의해 질화되어, 박막 성분인 실리콘 질화막(SiN막)의 분자층이 1층 또는 복수층 형성되어 반응 생성물이 형성된다.
그리고, 또한 회전 테이블(2)을 회전시킴으로써 웨이퍼(W)는, 개질 영역(P3)에 진입하여, 플라스마가 웨이퍼(W)의 표면에 충돌함으로써, 예를 들어 SiN막으로부터 불순물이 HCl이나 유기 가스 등으로서 방출되거나, SiN막 내의 원소가 재배열되어 SiN막의 치밀화(고밀도화)가 도모되게 된다. 이렇게 해서 회전 테이블(2)의 회전을 계속함으로써, 웨이퍼(W) 표면에의 DCS 가스의 흡착, 웨이퍼(W) 표면에 흡착된 DCS 가스의 성분의 질화 및 반응 생성물의 플라스마 개질이 이 순서로 다수회에 걸쳐서 행하여져서, 반응 생성물이 적층되어 박막이 형성된다.
상술한 실시 형태에 의하면, 진공 용기(1) 내에서, 회전 테이블(2)에 의해 공전하는 웨이퍼(W)를 가열해서 DCS 가스 및 NH3 가스를 차례로 공급하는 사이클을 복수회 행하여, 웨이퍼(W)에 SiN막을 성막하는 성막 장치에 있어서, 다음과 같이 구성하고 있다. 즉, 웨이퍼(W)에 DCS 가스를 공급함에 있어서, 진공 용기(1)의 둘레 벽으로부터 회전 테이블(2)의 중심을 향해서 신장되어 웨이퍼(W)에 직경 방향을 따라서 DCS 가스를 공급하는 주 노즐(41)을 설치하고 있다. 또한, 회전 테이블(2에서의 웨이퍼(W)의 통과 영역보다도 회전 테이블(2)의 외주측으로 벗어난 영역에 가스를 공급하는 주연측 보조 노즐(42)과, 웨이퍼(W)의 통과 영역보다도 회전 테이블(2)의 중심측으로 벗어난 영역에 가스를 공급하는 중심측 보조 노즐(43)을 설치하고 있다. 그 때문에 이미 상세하게 설명한 바와 같이, 주 노즐(41)로부터 DCS 가스를 공급하는 경우에 회전 테이블(2)의 직경 방향에서 볼 때, DCS 가스의 활성화의 정도가 낮아지는, 즉 DSC 가스의 흡착량이 부족해 보이는 웨이퍼(W)의 양단에 활성화된 DCS 가스가 보급된다. 이 때문에, 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 막 두께의 면내 균일성이 양호해진다.
또한, DCS 가스는, 웨이퍼(W) 상에 흡착시키기 위해서는, DCS 가스를 가열해서 활성화시킬 필요가 있다. 그 때문에 주연측 보조 노즐(42)과, 중심측 보조 노즐(43)은, 가스 토출 구멍(44)이 웨이퍼(W)의 통과 영역으로부터 벗어나서 설치함으로써, DCS 가스가 웨이퍼(W) 밖으로부터 확산 이동해서 가열됨으로써, 보다 웨이퍼(W)에서의 회전 테이블(2)의 내주측 및 외주측일수록 흡착량이 많아지게 흡착시킬 수 있다.
또한 발명자들은, 주 노즐(41)로부터 DCS 가스를 공급한 경우의 웨이퍼(W) 표면에서의 DCS 가스의 흡착량의 Y축 방향의 분포에 대해서 주목하면, 회전 테이블(2)의 중심측에서의 DCS 가스의 흡착량은, 회전 테이블(2)의 중심측의 단부가 가장 적어지는 것을 파악하였다.
그 때문에 중심측 보조 노즐(43)에 의한 DCS 가스의 흡착량의 Y축 방향의 분포를, 회전 테이블(2)의 중심측에서의 웨이퍼(W)의 주연에서 DCS 가스의 흡착량이 최대가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.
후술하는 검증 시험 2에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 통과 영역에서의 내주연으로부터, 회전 테이블(2)의 중심측으로 떨어진 위치에 가스 토출 구멍(44)을 형성하여, DCS 가스를 공급함으로써, DCS 가스의 흡착량의 Y축 방향의 분포에 있어서, 보다 웨이퍼(W)의 주연에 있어서 회전 테이블(2)의 중심측에 가까운 위치에 DCS 가스의 흡착량의 최댓값을 위치시킬 수 있다. 이 가스 토출 구멍(44)을 형성하는 범위로서는, 웨이퍼(W)의 통과 영역에서의 내주연으로부터, 회전 테이블(2)의 중심측에 8mm 내지 26mm 정도의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 중심측 보조 노즐(43)로부터 토출하는 DCS 가스의 유속이 늦을수록, 또는 DCS 가스의 분압이 높을수록((DCS 가스의 유량/DCS 가스의 유량+캐리어 가스의 유량)의 값이 클수록), DCS 가스가 회전 테이블(2) 상의 토출 위치에 체류하기 쉬워진다. 그 때문에 웨이퍼(W)까지 확산할 때까지의 시간이 길어져 활성이 높아지기 쉬워 흡착하기 쉬워진다. 그 때문에 중심측 보조 노즐(43)에 웨이퍼(W)의 통과 영역에서의 내주연보다도 회전 테이블(2)의 중심측에 가스 토출 구멍(44)을 형성했을 때, 웨이퍼(W)에서의 회전 테이블(2)의 중심측의 주연에 가까운 위치에 DCS 가스의 흡착량을 최대로 할 수 있다.
따라서, 후술하는 검증 시험 2에 나타내는 바와 같이, 중심측 보조 노즐(43)로부터 공급하는 DCS 가스의 유속은 40sccm 이하, 보다 바람직하게는 10 내지 30sccm인 것이 바람직하다. 이에 의해 중심측 보조 노즐(43)에 의한 DCS 가스의 흡착량의 Y축 방향의 분포를 회전 테이블(2)의 중심측에서의 웨이퍼(W)의 주연에서 DCS 가스의 흡착량이 최대가 되도록 분포시킬 수 있고, 주 노즐(41)로부터 공급하는 DCS 가스의 부족분을 보상했을 때 웨이퍼(W)에서의 회전 테이블(2)의 중심측의 주연의 DCS 가스의 흡착량을 균일하게 할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W) 표면에서의 DCS 가스의 흡착량의 Y축 방향의 분포에서의, 회전 테이블(2)의 외연측의 DCS 가스의 흡착량도 마찬가지로, 회전 테이블(2)의 외연측의 단부가 가장 적어지는 것을 파악하였다.
후술하는 검증 시험 3에 나타낸 바와 같이, 주연측 보조 노즐(42)에 있어서 웨이퍼(W)의 통과 영역에서의 외주연으로부터, 회전 테이블(2)의 외연측으로 떨어진 위치에 가스 토출 구멍(44)을 형성해서 DCS 가스를 공급함으로써, DCS 가스의 흡착량의 Y축 방향의 분포에 있어서, 웨이퍼(W)에서의 회전 테이블(2)의 외연측에 가까운 주연에 DCS 가스의 흡착량을 최대로 할 수 있다. 이 가스 토출 구멍(44)을 형성하는 범위로서는, 웨이퍼(W)의 통과 영역의 외주연으로부터, 회전 테이블(2)의 외연측에 9mm 내지 28mm 정도의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 주연측 보조 노즐(42)에서도, 토출하는 가스의 유속이 늦을수록, 또는 가스의 분압이 높을수록, DCS 가스가 체류하기 쉬워짐과 함께 웨이퍼(W)에 흡착하기 쉬워져, 보다 웨이퍼(W)의 회전 테이블(2)의 외연측의 주연에 DCS 가스의 흡착량의 최댓값을 근접시킬 수 있다. 그 때문에 DCS 가스의 유속은 40sccm 이하, 보다 바람직하게는 10 내지 30sccm인 것이 바람직하다.
또한 이미 설명한 바와 같이 주연측 보조 노즐(42) 및 중심측 보조 노즐(43)로부터 토출되는 DCS 가스와 캐리어 가스와의 유량비를 조정함으로써, 주연측 보조 노즐(42) 및 중심측 보조 노즐(43)의 각각으로부터 토출되는 성막 가스에 의해 성막되는 막의 막 두께 분포가 변화한다. 그 때문에 주 노즐(41), 주연측 보조 노즐(42) 및 중심측 보조 노즐(43)로부터 공급되는 DCS 가스의 농도를 조정할 수 있도록 구성해도 된다. 예를 들어 도 7에 도시하는 바와 같이, 주 노즐(41)에 일단측이 접속된 가스 공급관(41a)의 타단측을 분기시켜 한쪽의 분기 단에 밸브(V411), 유량 조정부(M411)를 개재하여, DCS 가스 공급원(45)을 설치한다. 또한, 가스 공급관(41a)의 다른 쪽의 분기 단에 밸브(V412), 유량 조정부(M412)를 개재하여, N2 가스 공급원(47)을 설치한다. 마찬가지로 주연측 보조 노즐(42)에 일단측이 접속된 가스 공급관(42a)의 타단측을 분기시켜, 각각의 분기 단에 DCS 가스 공급원(45)과, N2 가스 공급원(47)을 설치하고, 중심측 보조 노즐(43)에 일단측이 접속된 가스 공급관(43a)의 타단측을 분기시켜, 각각의 분기 단에 DCS 가스 공급원(45)과, N2 가스 공급원(47)을 설치한다. 또한, 도 7중의 V421, V422, V431, V432는, 밸브이며, M421, M422, M431, M432는, 유량 조정부이다.
이렇게 구성하여, 각 유량 조정부(M411, M412, M421, M422, M431, M432) 및 각 밸브(V411, V412, V421, V422, V431, V432)를 조정함으로써 주 노즐(41), 주연측 보조 노즐(42) 및 중심측 보조 노즐(43)의 각각으로부터 공급되는 DCS 가스의 농도를 조정할 수 있다. 따라서 주 노즐(41)로부터 공급되는 가스에 의해 성막되는 막의 막 두께 분포, 주연측 보조 노즐(42)로부터 공급되는 가스에 의해 성막되는 막의 막 두께 분포, 중심측 보조 노즐(43)로부터 공급되는 가스에 의해 성막되는 막의 막 두께 분포를 각각 변화시킬 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 막 두께 분포의 균일성을 조정할 수 있다.
주연측 보조 노즐(42)의 변형예에 대해서 설명한다. 회전 테이블(2)을 회전시켰을 때 진공 용기(1)의 주벽측의 영역은, 중심측에 비해 이동 속도가 빠르기 때문에, 공급한 가스가 차가워지기 쉬워 활성이 떨어지기 쉽다. 그 때문에 웨이퍼(W)의 진공 용기(1)의 주벽측의 영역은, 흡착량이 줄어들기 쉽다. 따라서, 주연측 보조 노즐(42)로부터 공급하는 DCS 가스를 활성을 높이고 나서 공급하도록 해도 된다.
예를 들어 도 8, 도 9에 도시하는 바와 같이 주연측 보조 노즐(42)은, 사각형의 편평한 가스실(46)을 구비하고, 가스실(46)은, 회전 테이블(2)과 대향하도록 배치되어 있다. 가스실(46)에서의 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측 주연부의 상면에는, DCS 가스를 공급하는 가스 공급관(47)이 접속되고, 상기 회전 방향의 하류측 주연부의 하면에는, 회전 테이블(2)의 직경 방향을 따라서, 복수의 가스 토출 구멍(48)이 형성되어 있다. 가스실(46)에서의 가스 공급관(47)의 근방에는, 구획벽(49)이 설치되고, 구획벽(49)에는 길이 방향으로 신장되는 슬릿(50)이 형성되어 있다.
이러한 주연측 보조 노즐(42)을 사용하면, 가스 공급관(47)으로부터 가스실(46)에 공급되는 DCS 가스가, 가스실(46) 내에서 슬릿(50)을 통해서 가스 토출 구멍(48)으로부터 토출될 때까지의 동안에 히터 유닛(7)의 열에 의해 가열된다. 그 때문에 DCS 가스를 가열해서 활성을 높인 상태에서 웨이퍼(W)에 공급할 수 있어, 웨이퍼(W)의 진공 용기(1)의 주벽측의 영역에서도 DCS 가스를 웨이퍼(W)에 빠르게 흡착시킬 수 있다. 또한, 주연측 보조 노즐(42)에서의 예를 들어 가스실(46)에 가열부를 형성해도 되고, 또한 중심측 보조 노즐(43) 및 주 노즐(41)을 도 8, 도 9에 나타내는 주연측 보조 노즐(42)과 마찬가지의 구조를 채용해도 된다.
또한, 본 발명의 성막 장치는, 예를 들어 원료 가스에 BTBAS(비스터셔리부틸아미노실란)를 사용하고, NH3 가스 대신에 산소(O2) 가스를 공급하는 실리콘 산화막의 성막 장치나, 원료 가스로서 TiCl4 가스, 반응 가스로서 NH3 가스를 사용한 질화티타늄막의 성막 장치이어도 된다. 또한, 성막 장치는 회전 테이블(2)에 적재된 웨이퍼(W)를 각각 자전시키는 자전 기구를 구비하고 있어도 된다. 웨이퍼(W)의 X축 방향, Y축 방향의 어떤 경우든 막 두께를 균일화시킬 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)를 자전시켜서 성막했을 때 막 두께의 면내 균일성이 양호해진다.
[검증 시험 1]
본 발명의 효과를 검증하기 위해서 이하의 시험을 행하였다. 상술한 실시 형태에 관한 성막 장치를 사용하고, DCS 가스의 공급을 주 노즐(41)에 의해서만 행하여, 웨이퍼(W)에 성막 처리를 행하였다. 도 10에 도시하는 바와 같이 주 노즐(41)에는, 가스 토출 구멍(44)을 웨이퍼(W)의 통과 영역에서의 회전 테이블(2)의 중심측의 내주연보다도 회전 테이블(2)의 중심측에 24mm의 위치에서부터, 웨이퍼(W)의 통과 영역에서의 진공 용기(1)의 주벽측의 외주연보다도 진공 용기(1)의 주벽측에 26mm의 위치까지의 범위(d0)에 형성하였다. 주 노즐(41)로부터 1,000sccm의 유량의 DCS 가스와, 500sccm의 유량의 N2 가스와의 혼합 가스를 공급한 예를 실험예 1-1로 하였다. 또한 DCS 가스와, N2 가스의 유량을 각각 600sccm, 900sccm으로 한 예를 실험예 1-2로 하고, 각각 300sccm, 1,200sccm으로 한 예를 실험예 1-3으로 하였다.
웨이퍼(W)의 가열 온도를 400℃, 프로세스 압력을 100Pa, Ar 가스, H2 가스 및 NH3 가스의 유량을 각각 2,000sccm, 600sccm 및 300sccm으로 설정하였다. 회전 테이블(2)을 10rpm의 회전 속도로 회전시켜서 실시 형태에 나타낸 성막 처리의 사이클을 139 사이클 반복하여, SiN막을 성막하고, 실험예 1-1 내지 실험예 1-3의 각각에 있어서 웨이퍼(W)에 성막된 SiN막의 막 두께 분포에 대해 조사하였다.
도 11은 이 결과를 나타내고, 각각 실험예 1-1 내지 실험예 1-3에서의 주 노즐(41)에 직교하는 방향(X축 방향: 웨이퍼(W)의 회전 방향 하류측을 0mm로 하고 있음)에서의 웨이퍼(W)의 직경 상의 SiN막의 막 두께(nm)를 나타낸다. 또한 도 12는, 각각 실험예 1-1 내지 실험예 1-3에서의 주 노즐(41)이 신장되는 방향(Y축 방향)에서의 웨이퍼(W)의 직경 상의 SiN막의 막 두께(nm)를 나타낸다. 또한 X축 방향 및 Y축 방향의 각각의 측정값에 의해 면내 균일성(％: ±[(측정값의 최댓값-측정값의 최솟값)/(측정값의 평균값×2)]×100)을 구하였다.
도 11, 도 12에 도시하는 바와 같이 주 노즐(41)에 직교하는 방향(X축 방향)에서는, 실험예 1-1 내지 실험예 1-3의 면내 균일성은, 각각 0.99％, 1.17％, 1.65 ％로 낮아, 막 두께의 면내 균일성은 양호했지만, 주 노즐(41)이 신장되는 방향(Y축 방향)에서는, 면내 균일성은, 각각 5.46％, 6.01％, 7.81％로 높아, 막 두께의 면내 균일성이 나빴다.
도 11, 도 12에 도시하는 바와 같이 X축 방향, Y축 방향의 어떤 경우든, 실험예 1-1이 가장 막 두께가 두꺼워져 있고, 계속해서 실험예 1-2, 실험예 1-3의 순서로 막 두께가 두꺼워져 있었다.
도 12에 도시하는 바와 같이 Y축 방향에서는, 실험예 1-1 내지 1-3 모두에 있어서, 웨이퍼(W)의 성막 장치의 외주측의 부위가 웨이퍼(W)의 중심측의 부위에 비해 막 두께가 1nm 정도 얇아져 있었다. 또한 실험예 1-1 내지 1-3 모두에 있어서, 웨이퍼(W)의 회전 테이블(2)의 중심측의 부위가 웨이퍼(W)의 중심측의 부위에 비해 막 두께가 0.5nm 정도 얇아져 있었다.
이 결과에 의하면, DCS 가스의 농도에 따라 막 두께가 두꺼워진다고 할 수 있다. 이것으로부터 NH3 가스는 충분히 공급되어 있고, NH3 가스의 부족에 의한 율속에 의해, SiN막의 막 두께가 제한되어 있는 것은 아니다. 그 때문에 DCS 가스의 웨이퍼(W)의 흡착량의 차에 의해 막 두께가 결정되고, DCS의 분압에 의해 흡착량이 바뀐다고 생각된다.
[검증 시험 2]
중심측 보조 노즐(43)에서의 가스 토출 구멍(44)의 위치 및 토출되는 DCS 가스의 유량에 의한, 웨이퍼(W)에 형성되는 막의 막 두께 분포를 조사하기 위해서 이하의 시험을 행하였다. 도 13에 도시하는 바와 같이 중심측 보조 노즐(43)에서의 회전 테이블(2)의 중심측에 가까운 웨이퍼(W)의 내주연의 위치로부터, 회전 테이블(2)의 중심측에 24mm의 범위와 회전 테이블(2)의 외주측에 20mm의 범위에, 합쳐서 44mm의 범위(d1)에 92개의 가스 토출 구멍(44)을 형성한 예를 실험예 2-1로 하였다. 또한 중심측 보조 노즐(43)에서의 회전 테이블(2)의 중심측에 가까운 웨이퍼(W)의 내주연의 위치로부터, 회전 테이블(2)의 중심측에 24mm의 범위(d2)에 52개의 가스 토출 구멍(44)을 형성한 예를 실험예 2-2로 하였다. 또한 중심측 보조 노즐(43)에서의 회전 테이블(2)의 중심측에 가까운 웨이퍼(W)의 내주연으로부터, 회전 테이블(2)의 중심측에 10mm의 위치에서부터 24mm 위치까지의 14mm의 범위(d3)에 24개의 가스 토출 구멍(44)을 형성한 예를 실험예 2-3으로 하였다.
중심측 보조 노즐(43)로부터 DCS 가스를 20sccm의 유량으로 공급하고, 웨이퍼(W)의 가열 온도를 400℃, 프로세스 압력을 100Pa, Ar 가스, H2 가스 및 NH3 가스의 유량을 각각 2,000sccm, 600sccm 및 300sccm으로 설정하였다. 회전 테이블(2)을 10rpm의 회전 속도로 회전시켜서 실시 형태에 나타낸 성막 처리의 사이클을 139 사이클 반복하여, SiN막을 성막하고, 실험예 2-1 내지 2-3의 각각에 있어서 웨이퍼(W)에 성막된 SiN막의 막 두께 분포에 대해 조사하였다.
도 14는 이 결과를 나타낸다. 실험예 2-1 내지 2-3에서의 막 두께의 최댓값이 계측된 위치는, 실험예 2-3에서 가장 회전 테이블(2)의 중심에 가까운 위치로 되어 있었다. 이 결과에 의하면, 가스 토출 구멍(44)을 회전 테이블(2)의 중심측에 가까운 웨이퍼(W)의 내주연의 위치보다도, 회전 테이블(2)의 중심측에 형성함으로써, 회전 테이블(2)의 중심측일수록 막 두께가 두꺼운 막 두께 분포에 가깝게 할 수 있다고 할 수 있다. 도 14에 도시하는 바와 같이 가스 토출 구멍(44)을 형성하는 영역의 최적의 범위로서는, 중심측 보조 노즐(43)에서의 회전 테이블(2)의 내주에 가까운 웨이퍼(W)의 내주연의 위치로부터, 회전 테이블(2)의 중심측에 10mm의 위치에서부터 24mm 위치까지의 14mm의 범위(d3)였다. 이것으로부터 가스 토출 구멍(44)은, 마진을 고려하여 웨이퍼(W)의 주연의 위치로부터, 회전 테이블(2)의 외주측에 8mm의 위치보다도 외측에 형성하는 것이 바람직하다.
또한 실험예 2-3에 나타낸 중심측 보조 노즐(43)을 사용하여, 중심측 보조 노즐(43)로부터 토출하는 DCS 가스 및 N2 가스의 유량에 의한 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 막 두께 분포에 대해서 조사하였다. DCS 가스 및 캐리어 가스(N2 가스)의 유량비(DCS 가스의 유량/N2 가스의 유량)을 (20/0)sccm, (40/0)sccm, (20/200)sccm 및 (20/400)sccm으로 설정한 것을 제외하고, 실험예 2-3과 마찬가지로 설정한 예를 각각 실험예 2-4, 2-5, 2-6 및 2-7로 하였다.
도 15는 이 결과를 나타낸다. 실험예 2-4 내지 2-7에서의 막 두께의 최댓값이 계측된 위치는, 실험예 2-4에서 웨이퍼(W)의 가장 회전 테이블(2)의 중심측의 주연에 가까운 위치로 되어 있었다. 이 결과에 의하면, DCS 가스의 유량을 적게 하고, 또한 캐리어 가스의 유량을 적게 해서 DCS 가스의 분압을 높임으로써, 회전 테이블(2)의 중심측일수록 막 두께가 두꺼운 막 두께 분포에 가깝게 할 수 있다고 할 수 있다.
[검증 시험 3]
주연측 보조 노즐(42)에서의 가스 토출 구멍(44)의 최적의 위치 및 토출되는 DCS 가스의 유량에 의한 웨이퍼(W)에 형성되는 막의 막 두께 분포를 조사하기 위해서 이하의 시험을 행하였다. 도 16에 도시하는 바와 같이 주연측 보조 노즐(42)에서의 회전 테이블(2)의 외주에 가까운 측의 웨이퍼(W)의 주연의 위치로부터, 회전 테이블(2)의 외주측에 26mm의 범위와 회전 테이블(2)의 중심측에 34mm의 범위에, 합쳐서 60mm의 범위(d4)에 110개의 가스 토출 구멍(44)을 형성한 예를 실험예 3-1로 하였다. 주연측 보조 노즐(42)에서의 회전 테이블(2)의 외주측에 가까운 웨이퍼(W)의 주연의 위치로부터, 회전 테이블(2)의 외주측에 26mm의 범위(d5)에 60개의 가스 토출 구멍(44)을 형성한 예를 실험예 3-2로 하였다. 주연측 보조 노즐(42)에서의 회전 테이블(2)의 외주측에 가까운 웨이퍼(W)의 주연의 위치로부터, 회전 테이블(2)의 외주측에 11mm의 위치에서부터 26mm 위치까지의 15mm의 범위(d6)에 28개의 가스 토출 구멍(44)을 형성한 예를 실험예 3-3으로 하였다.
주연측 보조 노즐(42)로부터 DCS 가스를 20sccm의 유량으로 공급하고, 웨이퍼(W)의 가열 온도를 400℃, 프로세스 압력을 100Pa, Ar 가스, H2 가스 및 NH3 가스의 유량을 각각 2,000sccm, 600sccm 및 300sccm으로 설정하였다. 회전 테이블(2)을 10rpm의 회전 속도로 회전시켜서 실시 형태에 나타낸 성막 처리의 사이클을 139 사이클 반복하여, SiN막을 성막하고, 실험예 3-1 내지 3-3의 각각에 있어서 웨이퍼(W)에 성막된 SiN막의 막 두께 분포에 대해서 조사하였다.
도 17은 이 결과를 나타낸다. 실험예 3-1 내지 3-3에서의 막 두께의 최댓값이 계측된 위치는, 실험예 3-3에서 가장 진공 용기(1)의 외벽 근방의 위치로 되어 있었다. 이 결과에 의하면, 주연측 보조 노즐(42)에 형성하는 가스 토출 구멍(44)의 위치를 회전 테이블(2)의 외주측의 웨이퍼(W)의 주연의 위치보다도, 회전 테이블(2)의 외주측으로 함으로써, 회전 테이블(2)의 외주측일수록 막 두께가 두꺼운 막 두께 분포에 가깝게 할 수 있다고 할 수 있다. 도 17에 도시하는 바와 같이 가스 토출 구멍(44)을 형성하는 영역의 최적의 범위로서는, 주연측 보조 노즐(42)에서의 회전 테이블(2)의 외주측에 가까운 웨이퍼(W)의 주연의 위치로부터, 회전 테이블(2)의 외주측에 11mm의 위치에서부터 26mm 위치까지의 15mm의 범위(d6)였다. 이것으로부터 가스 토출 구멍(44)은, 마진을 고려하여 웨이퍼(W)의 주연의 위치로부터, 회전 테이블(2)의 외주측에 9mm의 위치보다도 외측에 형성하는 것이 바람직하다.
또한 실험예 3-3에 나타낸 주연측 보조 노즐(42)을 사용하여, 주연측 보조 노즐(42)로부터 토출하는 DCS 가스 및 N2 가스의 유량에 의한 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 막 두께 분포에 대해서 조사하였다. DCS 가스 및 캐리어 가스(N2 가스)의 유량비(DCS 가스의 유량/N2 가스의 유량)을 (20/0)sccm, (40/0)sccm, (20/200)sccm 및 (20/400)sccm으로 설정한 것을 제외하고 실험예 3-3과 마찬가지로 설정한 예를 각각 실험예 3-4, 3-5, 3-6 및 3-7로 하였다.
도 18은 이 결과를 나타낸다. 실험예 3-4 내지 3-7에서의 막 두께의 최댓값이 계측된 위치는, 실험예 3-4에서 가장 웨이퍼(W)의 회전 테이블(2)의 외주측의 주연에 가까운 위치로 되어 있었다. 이 결과에 의하면, DCS 가스의 유량을 적게 하고, 또한 N2 가스의 유량을 적게 해서 DCS 가스의 분압을 높임으로써, 웨이퍼(W)의 회전 테이블(2)의 외주측의 주연일수록 막 두께가 두꺼운 막 두께 분포에 가깝게 할 수 있다고 할 수 있다.
1 : 진공 용기 2 : 회전 테이블
7 : 히터 유닛 41 : 주 노즐
42 : 주 테두리측 보조 노즐 43 : 중심측 보조 노즐
44 : 가스 토출 구멍 45 : DCS 가스 공급원
C : 중심측 영역 C : 분리 영역
P1 : 제1 처리 영역 P2 : 제2 처리 영역
P3 : 개질 영역 W : 웨이퍼

Claims (8)

  1. 진공 용기 내에서, 가열에 의해 활성화되어 흡착되는 원료 가스 및 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성하는 반응 가스를 차례로 공급하는 사이클을 복수회 행하여, 기판에 박막을 성막하는 성막 장치에 있어서,
    상기 진공 용기 내에 설치되고, 상기 기판을 적재하는 기판 적재 영역이 그 일면측에 형성됨과 함께, 이 기판 적재 영역을 공전시키기 위한 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블에 적재된 상기 기판을 가열하기 위한 가열부와,
    상기 회전 테이블에서의 상기 기판 적재 영역을 향해서, 상기 원료 가스를 공급하여 제1 처리를 행하기 위한 제1 처리 영역과,
    상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 상기 제1 처리 영역과 분리부를 개재해서 이격되어 형성되고, 상기 반응 가스를 공급해서 제2 처리를 행하기 위한 제2 처리 영역과,
    상기 제1 처리 영역에서, 각각 상기 회전 테이블의 이동로와 교차하는 방향으로 신장되도록, 또한 서로 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따라서 설치되고, 각각 하방측을 향해서 상기 원료 가스를 토출하기 위한 가스 토출 구멍이 길이 방향을 따라서 형성된 주 노즐, 중심측 보조 노즐 및 주연측 보조 노즐을 포함하고,
    상기 진공 용기의 중심부측, 주벽측을 각각 내측 및 외측이라 정의하면,
    상기 주 노즐의 가스 토출 구멍은, 내외 방향에서 보았을 때 상기 기판의 통과 영역의 전역 및 상기 회전 테이블 상에서의 상기 기판의 상기 통과 영역의 내측 영역 및 외측 영역의 각 영역에 대향해서 형성되고,
    상기 중심측 보조 노즐의 가스 토출 구멍은, 상기 회전 테이블 상에서의 상기 기판의 상기 통과 영역으로부터 벗어나서, 상기 기판의 상기 통과 영역보다도 내측의 상기 내측 영역에 대향하는 영역에 형성되고, 상기 기판의 상기 통과 영역에 대향하는 영역에는 형성되어 있지 않고,
    상기 주연측 보조 노즐의 가스 토출 구멍은, 상기 회전 테이블 상에서의 상기 기판의 상기 통과 영역으로부터 벗어나서, 상기 기판의 상기 통과 영역보다도 외측의 상기 외측 영역에 대향하는 영역에 형성되고, 상기 기판의 상기 통과 영역에 대향하는 영역에는 형성되어 있지 않고,
    상기 중심측 보조 노즐 및 상기 주연측 보조 노즐은, 각각 상기 주 노즐에 의한 상기 기판의 내측 주연부 및 외측 주연부에 흡착하는 가스의 부족분을 보상하기 위해서 설치되어 있는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중심측 보조 노즐 및 상기 주연측 보조 노즐의 각각으로부터 공급되는 처리 가스의 유속은, 40sccm 이하인 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중심측 보조 노즐 및 상기 주연측 보조 노즐로부터 토출되는 처리 가스에서의 캐리어 가스의 유량에 대한 상기 원료 가스의 유량비를 변경하는 유량 조정부를 더 포함하는 성막 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중심측 보조 노즐은, 평면적으로 볼 때 상기 토출 구멍이, 상기 기판의 상기 통과 영역의 내주연으로부터, 상기 회전 테이블의 중심 방향으로 8 내지 26mm 이격된 영역에 형성되는 성막 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주연측 보조 노즐은, 평면적으로 볼 때 상기 토출 구멍이, 상기 기판의 상기 통과 영역의 외주연으로부터, 상기 회전 테이블의 외연 방향으로 9 내지 28mm 이격된 영역에 형성되는 성막 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주연측 보조 노즐은, 상기 원료 가스를 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따라서 조주(助走)시켜 상기 회전 테이블로부터의 열에 의해 승온시키기 위한 유로를 포함하는 성막 장치.
  7. 진공 용기 내에서, 가열에 의해 활성화되어 흡착되는 원료 가스 및 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성하는 반응 가스를 차례로 공급하는 사이클을 복수회 행하여, 기판에 박막을 성막하는 성막 방법에 있어서,
    상기 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블의 일면측에 상기 기판을 적재하는 공정과,
    상기 기판을 가열하는 공정과,
    상기 회전 테이블의 회전에 의해 상기 기판을 공전시킴으로써, 제1 처리 영역에서, 하방을 향해서 상기 원료 가스를 토출하는 가스 토출 구멍이 길이 방향으로 배열된 가스 노즐을 사용해서 상기 기판에 상기 원료 가스를 공급해서 흡착시키는 공정과, 상기 제1 처리 영역에 대하여 분리부에 의해 분리된 제2 처리 영역에서 상기 기판에 상기 반응 가스를 공급하는 공정을 복수회 반복하는 공정을 포함하고,
    상기 진공 용기의 중심부측, 주벽측을 각각 내측 및 외측이라 정의하면, 상기 제1 처리 영역에서, 내외 방향에서 보았을 때 상기 기판의 통과 영역의 전역 및 상기 회전 테이블 상에서의 상기 기판의 통과 영역의 내측 영역 및 외측 영역의 각 영역에 주 노즐에 의해 상기 원료 가스를 공급하는 공정과, 중심측 보조 노즐에 의해 상기 회전 테이블 상에서의 상기 기판의 상기 통과 영역에는, 원료 가스를 공급하지 않고, 상기 기판의 상기 통과 영역으로부터 벗어나서, 상기 기판의 상기 통과 영역보다도 내측의 상기 내측 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 공정과, 주연측 보조 노즐에 의해 상기 회전 테이블 상에서 상기 기판의 상기 통과 영역에는, 원료 가스를 공급하지 않고, 상기 기판의 상기 통과 영역으로부터 벗어나서, 상기 기판의 상기 통과 영역보다도 외측의 상기 외측 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 공정을 행하는 성막 방법.
  8. 진공 용기 내에서, 가열에 의해 활성화되어 흡착되는 원료 가스 및 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성하는 반응 가스를 차례로 공급하는 사이클을 복수회 행하여, 기판에 박막을 성막하는 성막 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 기억한 기억 매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 제7항에 기재된 상기 성막 방법을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있는 기억 매체.
KR1020170100070A 2016-08-17 2017-08-08 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체 KR102161875B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016160147A JP6740799B2 (ja) 2016-08-17 2016-08-17 成膜装置、成膜方法及び記憶媒体
JPJP-P-2016-160147 2016-08-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180020093A KR20180020093A (ko) 2018-02-27
KR102161875B1 true KR102161875B1 (ko) 2020-10-05

Family

ID=61191363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170100070A KR102161875B1 (ko) 2016-08-17 2017-08-08 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180051374A1 (ko)
JP (1) JP6740799B2 (ko)
KR (1) KR102161875B1 (ko)
TW (1) TWI698548B (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6608332B2 (ja) * 2016-05-23 2019-11-20 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
JP7238350B2 (ja) * 2018-11-12 2023-03-14 東京エレクトロン株式会社 成膜装置及び成膜方法
JP7195241B2 (ja) * 2019-01-09 2022-12-23 東京エレクトロン株式会社 窒化膜の成膜方法、および窒化膜の成膜装置
JP7016833B2 (ja) 2019-05-17 2022-02-07 株式会社Kokusai Electric 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、およびプログラム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010182806A (ja) * 2009-02-04 2010-08-19 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化ガリウム系半導体膜を成長する方法、及びｉｉｉ族窒化物半導体電子デバイスを作製する方法
JP2010219125A (ja) 2009-03-13 2010-09-30 Tokyo Electron Ltd 成膜装置
JP2010239103A (ja) 2008-08-29 2010-10-21 Tokyo Electron Ltd 活性化ガスインジェクター、成膜装置及び成膜方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070071896A1 (en) * 2003-08-20 2007-03-29 Veeco Instruments Inc. Alkyl push flow for vertical flow rotating disk reactors
JP2014017296A (ja) * 2012-07-06 2014-01-30 Tokyo Electron Ltd 成膜方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010239103A (ja) 2008-08-29 2010-10-21 Tokyo Electron Ltd 活性化ガスインジェクター、成膜装置及び成膜方法
JP2010182806A (ja) * 2009-02-04 2010-08-19 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化ガリウム系半導体膜を成長する方法、及びｉｉｉ族窒化物半導体電子デバイスを作製する方法
JP2010219125A (ja) 2009-03-13 2010-09-30 Tokyo Electron Ltd 成膜装置

Also Published As

Publication number Publication date
TWI698548B (zh) 2020-07-11
TW201816175A (zh) 2018-05-01
KR20180020093A (ko) 2018-02-27
JP6740799B2 (ja) 2020-08-19
US20180051374A1 (en) 2018-02-22
JP2018029120A (ja) 2018-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11201053B2 (en) Film forming method and film forming apparatus
KR102161875B1 (ko) 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체
KR101885411B1 (ko) 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
JP5423205B2 (ja) 成膜装置
US10550467B2 (en) Film formation apparatus
TWI609986B (zh) 成膜方法、記憶媒體及成膜裝置
KR20170092462A (ko) 성막 방법
CN105097459B (zh) 等离子体处理方法及等离子体处理装置
US10519550B2 (en) Film formation apparatus
US11492702B2 (en) Film-forming apparatus and film-forming method
TWI721227B (zh) 成膜裝置及成膜方法
JP6584347B2 (ja) 成膜方法
KR102589478B1 (ko) 성막 장치 및 성막 방법
US11118264B2 (en) Plasma processing method and plasma processing apparatus
JP5549754B2 (ja) 成膜装置
US9922820B2 (en) Film forming method and film forming apparatus
JP7040257B2 (ja) 成膜装置、及び成膜方法
CN108505020B (zh) 成膜装置
US10731255B2 (en) Film forming method
KR102324965B1 (ko) 성막 장치
US20180135170A1 (en) Film forming apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant