KR102182994B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR102182994B1 KR1020170012052A KR20170012052A KR102182994B1 KR 102182994 B1 KR102182994 B1 KR 102182994B1 KR 1020170012052 A KR1020170012052 A KR 1020170012052A KR 20170012052 A KR20170012052 A KR 20170012052A KR 102182994 B1 KR102182994 B1 KR 102182994B1
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히토시 가토
유키오 오히즈미
마나부 혼마
다케시 고바야시
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

회전 테이블의 일면측에 적재된 기판을 공전시키면서 당해 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리를 행함에 있어서, 기판의 둘레 방향을 따라 균일한 처리를 실시하는 것이 가능한 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치(1)는, 처리 용기(11) 내에 설치된 회전 테이블(2)에 적재된 기판(W)을 공전시키면서 처리 가스에 의한 처리를 행하고, 기판(W)이 적재되는 적재대(24)는, 회전 테이블(2)의 회전축(21)을 따른 방향으로 신장되는 자전 축(26)을 중심으로 자전 가능하게 설치되고, 자기 기어 기구의 수동 기어부(45)는, 구동 기어부(51)와의 사이에 형성되는 자력선의 이동에 수반하여, 적재대(24)를 자전 축(26)을 중심으로 자전시킨다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판을 공전시키면서 처리 가스를 기판에 공급함으로써 기판의 처리를 행하는 기술에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에 있어서는, 에칭 마스크 등을 형성하기 위한 각종 막을 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 기재함)에 성막하기 위해서, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)가 행하여진다. 반도체 장치의 생산성을 높게 하기 위해서 상기 ALD는, 복수의 웨이퍼를 적재한 회전 테이블을 회전시킴으로써 당해 웨이퍼를 공전시켜, 당해 회전 테이블의 둘레 방향을 따르도록 배치되는 처리 가스의 공급 영역(처리 영역)을 반복해서 통과시키는 장치에 의해 행하여지는 경우가 있다. 또한, 상기 각 막의 성막을 행하기 위해서는 CVD(Chemical Vapor Deposition)가 행하여지는 경우가 있는데, 이 CVD에 의한 성막도 상기 ALD와 마찬가지로, 웨이퍼를 공전시킴으로써 행하는 것을 생각할 수 있다.
그런데, 이러한 웨이퍼를 공전시키는 성막 처리에 있어서, 웨이퍼의 둘레 방향으로 균일성 높게 성막을 행하는 것이 요구되고 있다. 그에 의해 웨이퍼(W)에 동심원 형상의 막 두께 분포를 형성하고, 웨이퍼의 직경 방향에 대해서도 균일성 높게 성막을 행함으로써, 웨이퍼(W) 표면 전체에서 균일성 높게 성막을 행하는 것이 요구되고 있다. 상기 동심원 형상의 막 두께 분포란, 보다 구체적으로는, 웨이퍼의 중심으로부터 등거리인 당해 웨이퍼의 둘레 방향을 따른 각 위치에서 막 두께가 동일하거나 또는 대략 동일함과 함께, 웨이퍼의 직경 방향을 따른 각 위치에서는 서로 다른 막 두께가 되는 막 두께 분포이다.
그러나, 상기 웨이퍼를 공전시키는 성막 장치에 있어서는, 회전 테이블의 직경 방향을 따라서 처리 가스가 공급되므로, 웨이퍼에 형성되는 막 두께 분포는, 회전 테이블의 중심측으로부터 주연측을 향함에 따라서 막 두께가 변이하는 막 두께 분포로 되는 경향이 있고, 상기한 웨이퍼의 둘레 방향으로 균일성 높은 막 두께 분포를 형성하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다. 특허문헌 1에는, 웨이퍼의 면 내에 소정의 온도 분포를 형성해서 CVD를 행함으로써, 상기 동심원 형상의 막 두께 분포를 형성하는 성막 장치가 개시되어 있는데, 이 성막 장치에서는 성막 처리 중에 웨이퍼는 공전하지 않는다. 따라서, 특허문헌 1은 상기 문제를 해결할 수 있는 것이 아니다.
또한 웨이퍼에 동심원 형상의 막을 성막함에 있어서도, 웨이퍼의 성막 조건의 높은 재현성이나 성막 조건을 제어 조정하는 방법이 요구된다.
일본 특허 공개 제2009-170822호 공보: 청구항 1, 단락 0032, 도 3
본 발명은, 회전 테이블의 일면측에 적재된 기판을 공전시키면서 당해 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리를 행함에 있어서, 기판의 둘레 방향을 따라 균일한 처리를 실시하는 것이 가능한 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 기판 처리 장치는, 처리 용기 내에 설치되고, 회전축을 중심으로 회전하는 회전 테이블의 일면측에 기판을 적재하고, 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써 기판을 공전시키면서 당해 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리하는 기판 처리 장치로서,
상기 회전 테이블의 회전축을 따른 방향으로 신장되는 자전 축을 중심으로 자전 가능하게 설치되고, 상기 기판을 적재하기 위한 적재대와,
상기 적재대를 자전 축을 중심으로 자전시키기 위한 수동 기어부와, 당해 수동 기어부를 구동하는 구동 기어부를 갖는 자기 기어 기구를 구비하고,
상기 수동 기어부는, 상기 자전 축을 통해서 상기 적재대에 연결되어, 당해 적재대를 자전시키는 방향으로 회전 가능하게 설치됨과 함께, 상기 구동 기어부측에 설치된 구동면과의 사이에 자력선이 형성되는 수동면을 구비하는 것과,
상기 구동 기어부는, 상기 회전 테이블의 회전에 수반하여 이동하는 상기 수동 기어의 이동 궤도상의 미리 설정된 위치를 통과하는 수동면에 대하여 상기 구동면을 대향시킨 상태로 배치되고, 또한 상기 자력선을 이동시켜서 수동 기어를 회전시키기 위해, 상기 구동면을 이동시키는 구동부에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 기판 처리 장치는, 이하의 구성을 구비하고 있어도 된다.
(a) 상기 수동 기어부의 수동면, 및 상기 구동 기어부의 구동면에는, 서로 극이 상이한 영구 자석이 설치되고, 이들 극이 상이한 영구 자석간에 상기 자력선이 형성되는 것. 이때, 상기 수동 기어부의 수동면에는, 당해 수동 기어부의 회전 방향을 따라, 극이 상이한 영구 자석이 교대로 배치되고, 상기 구동 기어부의 구동면에는, 당해 구동면의 이동 방향을 따라, 극이 상이한 영구 자석이 교대로 배치되어 있는 것. 또는, 상기 수동 기어부의 수동면 및 상기 구동 기어부의 구동면의 일방측에는 영구 자석이 설치되고, 이들 수동면 및 구동면의 타방측에는 상기 영구 자석과의 사이에 상기 자력선을 형성하기 위한 강자성체가 설치되어 있는 것.
(b) 상기 수동 기어부는, 중심축이 상기 자전 축과 일치하도록 상기 적재대에 연결된 원기둥이며, 상기 수동면은 당해 원기둥의 측주면에 형성되어 있는 것과, 상기 구동 기어부는 회전 중심을 중심으로 회전하는 원판이며, 상기 구동면은 당해 원판의 일면측에 형성되어 있는 것과, 상기 구동부는, 상기 원판을 회전 중심을 중심으로 회전 구동시키는 구동축을 구비하고, 당해 구동축은, 상기 자전 축과 교차하는 방향으로 신장되도록 배치되어 있는 것. 또는, 상기 수동 기어부는, 회전 중심이 상기 자전 축과 일치하도록 상기 적재대에 연결된 원판이며, 상기 수동면은 원판의 일면측에 형성되어 있는 것과, 상기 구동 기어부는 중심축을 중심으로 회전하는 원기둥이며, 상기 구동면은 당해 원기둥의 측주면에 형성되어 있는 것과, 상기 구동부는, 상기 원기둥을 중심축을 중심으로 회전 구동시키는 구동축을 구비하고, 당해 구동축은, 상기 자전 축과 교차하는 방향으로 신장되도록 배치되어 있는 것.
(c) 상기 회전 테이블은, 단위 시간당 회전수가 증감 가능하게 구성되고,
상기 구동부는, 상기 회전 테이블의 회전수가 커짐에 따라서, 상기 자력선이 형성되는 구동면과 수동면과의 사이의 간격을 작게 하기 위해서 구동 기어의 배치 위치를 조절하는 위치 조절부를 구비하고 있는 것.
(d) 상기 수동 기어부의 주위에는, 상기 수동면과, 상기 구동 기어부의 구동면과의 사이에 형성되는 자력선보다도 약한 자력선을 당해 수동면과의 사이에 형성함으로써, 상기 구동면과 대향하는 위치를 통과한 후의 상기 수동 기어의 회전을 정지하기 위한 브레이크면을 구비한 브레이크부가 설치되어 있는 것.
(e) 상기 회전 테이블의 회전축에는, 상기 자전 축을 지지하기 위한 지지부가 설치되고, 상기 회전 테이블에는, 상기 지지부에 지지된 자전 축을 삽입하는 개구부가 형성되고, 상기 적재대는, 당해 개구부에 삽입된 자전 축에 의해, 상기 회전 테이블로부터 독립된 상태로 지지되어 있는 것. 또한 이때 상기 구동 기어부는, 중심축을 중심으로 회전해서 회전 방향을 따라, 구동면이 이동하도록 구성되고, 상기 회전 테이블이 1 회전할 때의 적재대의 자전 각도가 0°로 되는 구동 기어부의 회전 속도를 사이에 두고, 구동 기어부의 회전 속도와 상기 자전 각도가, 대략 비례 관계에 있는 회전 속도로 설정되어 있는 것.
본 발명은, 회전 테이블의 일면측에 적재된 기판을 공전시키면서 당해 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리함에 있어서, 구동 기어측의 배치 변화를, 자력선을 통해서 수동 기어측에 전달하는 자기 기어 기구를 이용해서 기판이 적재되는 적재대를 자전시키므로, 기판의 둘레 방향에 대해서 처리의 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 성막 장치의 횡단 평면도이다.
도 3은 상기 성막 장치 내에 설치된 회전 테이블의 사시도이다.
도 4는 상기 성막 장치의 확대 종단 측면도이다.
도 5는 상기 회전 테이블에 설치되어 있는 적재대를 자전시키는 자기 기어 기구의 확대 사시도이다.
도 6은 상기 자기 기어 기구의 제1 작용 도이다.
도 7은 상기 자기 기어 기구의 제2 작용 도이다.
도 8은 상기 자기 기어 기구의 제3 작용 도이다.
도 9는 다른 형태에 관한 자기 기어 기구의 확대 사시도이다.
도 10은 또 다른 형태에 관한 자기 기어 기구의 확대 사시도이다.
도 11은 제2 실시 형태에 따른 자기 기어 기구의 확대 사시도이다.
도 12는 구동 기어부의 회전 속도에 의한 수동 기어부의 자전 방향을 설명하는 설명도이다.
도 13은 구동 기어부의 회전 속도에 의한 수동 기어부의 자전 방향을 설명하는 설명도이다.
도 14는 구동 기어부의 회전 속도에 의한 수동 기어부의 자전 방향을 설명하는 설명도이다.
도 15는 실시예 1에서의 구동 기어부의 회전 속도와 웨이퍼 홀더(24)의 평균 자전 각을 도시하는 특성도이다.
도 16은 실시예 2에서의 구동 기어부의 회전 속도와 웨이퍼 홀더(24)의 평균 자전 각을 도시하는 특성도이다.
도 17은 실시예 3에서의 구동 기어부의 회전 속도와 웨이퍼 홀더(24)의 평균 자전 각을 도시하는 특성도이다.
도 18은 실시예 1-1에서의 웨이퍼 홀더마다의 자전 각도를 도시하는 특성도이다.
도 19는 실시예 1-2에서의 웨이퍼 홀더마다의 자전 각도를 도시하는 특성도이다.
도 20은 실시예 1-3에서의 웨이퍼 홀더마다의 자전 각도를 도시하는 특성도이다.
도 21은 실시예 1-4에서의 웨이퍼 홀더마다의 자전 각도를 도시하는 특성도이다.
도 22는 실시예 2-1에서의 웨이퍼 홀더마다의 자전 각도를 도시하는 특성도이다.
도 23은 실시예 2-2에서의 웨이퍼 홀더마다의 자전 각도를 도시하는 특성도이다.
도 24는 실시예 2-3에서의 웨이퍼 홀더마다의 자전 각도를 도시하는 특성도이다.
도 25는 실시예 2-4에서의 웨이퍼 홀더마다의 자전 각도를 도시하는 특성도이다.
도 26은 실시예 3-1에서의 웨이퍼 홀더마다의 자전 각도를 도시하는 특성도이다.
도 27은 실시예 3-2에서의 웨이퍼 홀더마다의 자전 각도를 도시하는 특성도이다.
도 28은 실시예 3-3에서의 웨이퍼 홀더마다의 자전 각도를 도시하는 특성도이다.
도 29는 실시예 3-4에서의 웨이퍼 홀더마다의 자전 각도를 도시하는 특성도이다.
도 30은 실시예 1-1 내지 3-4에서의 자전 각도의 범위 및 자전 각도의 변동이 적은 범위를 도시하는 특성도이다.
본 발명의 기판 처리 장치의 일 실시 형태로서, 기판인 웨이퍼(W)에 성막 처리인 ALD를 실행하는 성막 장치(1)에 대해서 설명한다. 본 예의 성막 장치(1)는, 웨이퍼(W)에 Si(실리콘)을 포함하는 원료 가스로서 BTBAS(비스터셔리부틸아미노실란) 가스를 흡착시킨 후, BTBAS 가스를 산화시키는 산화 가스인 오존(O3) 가스를 공급해서 SiO2(산화 실리콘)의 분자층을 형성하고, 이 분자층을 개질하기 위해서 플라즈마 발생용 가스로부터 발생한 플라즈마에 노출시키는 처리를 행한다. 이러한 일련의 처리가 복수회, 반복해서 행하여져, SiO2막이 형성되도록 구성되어 있다. 상술한 원료 가스, 산화 가스 및 플라즈마 발생용 가스는, 본 실시 형태의 처리 가스에 상당한다.
도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 성막 장치(1)는, 대략 원 형상이 편평한 진공 용기(처리 용기)(11)와, 진공 용기(11) 내에 수평하게 배치된 원판 형상의 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(11)는, 천장판(12)과, 진공 용기(11)의 측벽 및 저부를 이루는 용기 본체(13)에 의해 구성되어 있다.
회전 테이블(2)은, 후술하는 지지판(42)을 개재하여, 회전 테이블(2)의 중심부 하방측의 위치로부터 연직 하방으로 신장되는 회전축(21)에 접속되어 있다. 회전축(21)은, 진공 용기(11) 내를 외부 분위기로부터 기밀하게 유지하기 위해서, 용기 본체(13)의 저부에 설치된 도시하지 않은 베어링부를 관통하여, 용기 본체(13)의 하방측에 배치된 공전용 회전 구동부(22)에 접속되어 있다. 공전용 회전 구동부(22)를 사용해서 회전축(21)을 회전시킴으로써, 상면측에서 보았을 때 회전 테이블(2)을 예를 들어 시계 방향으로 회전시킬 수 있다.
진공 용기(11)를 구성하는 천장판(12)의 하면에는, 회전 테이블(2)의 중심부에 대향하도록 하방측을 향해서 돌출된 평면에서 볼 때 원형의 중심 영역 형성부(C)와, 중심 영역 형성부(C)로부터 회전 테이블(2)의 외측을 향해서 넓어지도록 형성된 평면에서 볼 때 부채 형상의 돌출부(17, 17)가 형성되어 있다. 이들 중심 영역 형성부(C) 및 돌출부(17, 17)는, 진공 용기(11)의 내부 공간에, 그 외측 영역에 비해서 낮은 천장면을 형성하고 있다. 중심 영역 형성부(C)와 회전 테이블(2)과의 중심부와의 간극은 N2 가스의 유로(18)를 구성하고 있다. 웨이퍼(W)의 처리 중에서는, 중심 영역 형성부(C)의 내측의 영역을 향해서 도시하지 않은 가스 공급관으로부터 N2 가스를 공급함으로써, 상기 유로(18)로부터 회전 테이블(2)의 외측 전체 둘레를 향해서 N2 가스가 토출된다. 이 N2 가스는, 원료 가스 및 산화 가스가 회전 테이블(2)의 중심부 상에서 접촉하는 것을 방지하는 역할을 한다.
다음으로 회전 테이블(2)의 하방측의 구조에 대해서 설명한다.
도 1, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 예의 성막 장치(1)에 있어서, 회전 테이블(2)은, 원판 형상의 지지판(42)에 의해 하방측으로부터 지지되어 있다. 또한 당해 지지판(42)은, 웨이퍼(W)가 적재되는 후술하는 웨이퍼 홀더(24)를 회전 테이블(2)로부터 독립된 상태에서 지지하여, 웨이퍼 홀더(24)에 관련한 기기의 하중을 회전 테이블(2)에 가하지 않는 구조로 되어 있다.
한편 도 1에 도시한 바와 같이 진공 용기(11)의 내부 공간은, 상하에 간격을 두고 배치된 회전 테이블(2), 지지판(42)을 따로따로 수용하기 위해서, 주연측 횡벽부(191) 및 중앙측 횡벽부(192)에 의해 상하로 구획되어 있다.
본 예에서 주연측 횡벽부(191)는, 용기 본체(13)의 내측 벽면으로부터 용기 본체(13)의 중앙부측을 향해서 가로 방향으로 돌출되도록 설치된 대략 원환 형상의 부재에 의해 구성되어 있다. 주연측 횡벽부(191)를 구성하는 원환 부재의 개구의 내측에는 대략 원판 형상의 부재에 의해 구성된 중앙측 횡벽부(192)가, 주연측 횡벽부(191)와 거의 동일한 높이 위치에 배치되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이 중앙측 횡벽부(192)는, 천장판(12)의 중앙부를 상하 방향으로 관통하도록 설치된 현수 지주부(193)에 의해 현수 지지되어 있다. 이때 중앙측 횡벽부(192)의 상방측에 배치되는 회전 테이블(2)의 중앙부에는, 현수 지주부(193)를 관통시키는 개구부(202)가 형성되어, 중앙측 횡벽부(192)를 현수 지지하는 현수 지주부(193)에 의해 회전 테이블(2)의 회전 동작이 방해받지 않는 구성으로 되어 있다(도 3).
또한, 중앙측 횡벽부(192)의 직경은, 주연측 횡벽부(191)의 개구의 직경보다도 작고, 중앙측 횡벽부(192)의 외주면과 주연측 횡벽부(191)의 내주면과의 사이에는, 양쪽 횡벽부(191, 192)의 상하 공간을 연통시키는 원환 형상의 슬릿(32)이 형성되어 있다.
상술한 구성에 의해 진공 용기(11)의 내부 공간이 상하로 구획되어, 주연측 횡벽부(191), 중앙측 횡벽부(192)의 상방측 공간에는 회전 테이블(2)이 수용되고, 하방측의 공간에는 당해 회전 테이블(2) 등을 지지하는 지지판(42)이 수용된다(도 1).
또한 도 1에 도시한 바와 같이, 주연측 횡벽부(191)의 상면에는, 상면측에서 볼 때 원환형의 오목부(311)가 형성되고, 또한 중앙측 횡벽부(192)의 상면에는 상면측에서 볼 때 원형의 오목부(312)가 형성되어 있다. 이들 오목부(311, 312) 내에는 회전 테이블(2)의 상면측에 적재되는 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(33)가 배치되어 있다. 히터(33)는, 예를 들어 가늘고 긴 관상의 카본와이어 히터로 이루어지는 다수의 히터 엘리먼트를 원환 형상으로 배치한 구성으로 되어 있는데, 도 1 등에서는 간략화해서 표시되어 있다.
중앙측 횡벽부(192)의 히터(33)에 대해서는, 예를 들어 현수 지주부(193) 내에 배치된 급전선(331)을 통해서 전력이 공급된다. 한편, 주연측 횡벽부(191)의 히터(33)에 대해서는, 용기 본체(13)의 측벽 등을 관통하도록 배치된 도시하지 않은 급전선을 통해서 전력이 공급된다.
히터(33)가 설치되는 오목부(311, 312) 내의 공간은, 도시하지 않은 가스 노즐에 의해 N2 가스가 공급됨으로써 처리 가스 등의 진입을 억제하고 있다. 또한, 각 오목부(311, 312)의 상면측의 개구는, 실드(34)에 의해 막혀 있다.
또한, 고온이 되는 히터(33)를 수용한 주연측 횡벽부(191)나 중앙측 횡벽부(192)의 저부측에는, 이들 주연측 횡벽부(191)나 중앙측 횡벽부(192)를 구성하는 부재를 냉각하기 위한 냉매를 통류시키는 냉매 유로(313)가 형성되어 있다. 이들 N2 가스나 냉매에 대해서도 현수 지주부(193)나 용기 본체(13)의 측벽 내에 형성된 도시하지 않은 N2 가스 유로, 냉매 공급로를 통해서 공급된다.
또한 도 1이나 도 4의 확대 종단면도에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)의 하면의 주연측 영역과, 주연측 횡벽부(191)의 상면의 주연측 영역과의 사이에는, 회전 테이블(2)의 하면에 형성된 원환 형상의 복수개의 돌출부 및 홈부와, 주연측 횡벽부(191)의 상면에 형성된 원환 형상의 복수개의 돌출부 및 홈부를 조합하여 이루어지는 래비린스 시일부(27)가 설치되어 있다. 래비린스 시일부(27)는, 회전 테이블(2)의 상면측에 공급된 각종 처리 가스가 회전 테이블(2)의 하면측의 공간에 진입하는 것을 억제함과 함께, 후술하는 베어링 유닛(43) 등으로 파티클이 발생한 경우에도, 당해 파티클이 회전 테이블(2)의 상방의 공간으로 진입하는 것을 억제한다.
또한 도 2에 도시한 바와 같이, 주연측 횡벽부(191), 중앙측 횡벽부(192)의 상방측 공간에서의 회전 테이블(2)의 외측에는, 진공 용기(11) 내를 배기하는 배기구(35, 36)가 개구되어 있다. 배기구(35, 36)에는, 진공 펌프 등에 의해 구성되는 도시하지 않은 진공 배기 기구가 접속되어 있다.
계속해서 회전 테이블(2)에 관한 구조에 대해서 도 3도 참조하면서 보다 상세하게 설명한다.
회전 테이블(2)의 상면측(일면측)에는, 당해 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 평면 형상이 원형인 웨이퍼 홀더(24)가 설치되어 있다. 웨이퍼 홀더(24)의 상면에는 오목부(25)가 형성되어 있고, 오목부(25) 내에 웨이퍼(W)가 수평하게 수납된다. 웨이퍼 홀더(24)는 웨이퍼(W)의 적재대에 상당한다.
회전 테이블(2)의 하면에는, 회전 테이블(2)의 중심에서 볼 때 상기 슬릿(32)에 대응하는 위치로부터 연직 하방을 향해서 연장되도록, 복수개의 지주(41)가 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 설치되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 각 지주(41)는, 슬릿(32)을 관통하여, 주연측 횡벽부(191), 중앙측 횡벽부(192)의 하방측 공간에 수용된 지지부인 지지판(42)에 접속되어 있다.
도 1, 도 3에 도시한 바와 같이, 지지판(42)의 하면측 중앙부는 이미 설명한 회전축(21)의 상단부에 접속되어 있다. 따라서, 회전축(21)을 회전시키면, 지지판(42) 및 지주(41)를 통해서 회전 테이블(2)이 연직축을 중심으로 회전하게 된다.
계속해서 웨이퍼 홀더(24)에 관련하는 구성에 대해서 설명한다.
각 웨이퍼 홀더(24)의 하면측 중앙부에는 웨이퍼 홀더(24)를 지지하는 자전 축(26)이 연직 하방으로 연장되도록 설치되어 있다. 자전 축(26)은 회전 테이블(2)에 형성된 개구부(201)에 삽입되고, 또한 슬릿(32)을 관통하여, 이미 설명한 지지판(42)에 고정된 베어링 유닛(43)에 의해 지지되어 있다. 따라서 웨이퍼 홀더(24)는, 회전 테이블(2)과는 독립해서, 자전 축(26)을 통해서 지지판(42)에 지지되어 있게 된다.
베어링 유닛(43)은, 자전 축(26)을 회전 가능하게 유지하기 위한 베어링과, 당해 베어링으로부터의 파티클의 비산을 방지하기 위한 자기 시일을 구비하고 있다(모두 도시하지 않음). 자전 축(26)의 하부측은, 베어링 유닛(43)을 관통해서 지지판(42)의 하면측으로 연장되고, 그 하단부에는 후술하는 수동 기어부(45)가 설치되어 있다.
여기서 도 1, 도 4에 도시한 바와 같이 지지판(42)의 하면의 주연측 영역은, 용기 본체(13)의 내측 벽면으로부터 용기 본체(13)의 중앙부측을 향해서 가로 방향으로 돌출되도록 형성된 대략 원환 형상의 돌기부(194)의 상면과 대향하도록 배치되어 있다. 이들 지지판(42)과 돌기부(194)와의 사이에는, 지지판(42)의 하면에 형성된 원환 형상의 복수개의 돌출부 및 홈부와, 돌기부(194)의 상면에 형성된 원환 형상의 복수개의 돌출부 및 홈부를 조합하여 이루어지는 래비린스 시일부(46)가 설치되어 있다.
또한, 상기 래비린스 시일부(46)의 내측에는, 지지판(42)의 하면으로부터 하방측을 향해서 신장되도록 통 형상 벽부(47)가 형성되어 있다. 이 통 형상 벽부(47)는, 이미 설명한 돌기부(194)의 내측에 삽입되고, 통 형상 벽부(47)의 외주면과 돌기부(194)의 내주면과의 사이에는 좁은 간극이 형성된다.
래비린스 시일부(46)나 통 형상 벽부(47)는, 지지판(42)의 상면측으로부터 각종 처리 가스가 지지판(42)의 하면측의 공간에 진입하는 것을 억제함과 함께 베어링 유닛(43)이나 후술하는 회전 구동부(53)에서 파티클이 발생한 경우에도, 당해 파티클이 지지판(42)의 상방의 공간으로 진입하는 것을 억제한다.
또한 진공 용기(11)에 관한 다른 구조에 대해서 설명하면, 도 2에 도시한 바와 같이 용기 본체(13)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입출구(37)와, 당해 반입출구(37)를 개폐하는 게이트 밸브(38)가 설치되어 있다. 반입출구(37)를 통해서 진공 용기(11) 내에 외부의 반송 기구를 진입시킴으로써, 당해 반송 기구와 웨이퍼 홀더(24)와의 사이에서의 웨이퍼(W)의 수수가 행하여진다. 구체적으로는 웨이퍼 홀더(24)를 반입출구(37)에 대향하는 위치로 이동시켰을 때, 각 웨이퍼 홀더(24)의 오목부(25)의 저면, 주연측 횡벽부(191), 지지판(42), 용기 본체(13)의 저부를 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍을 형성해 둔다. 그리고, 각 관통 구멍 내를 승강하는 승강 핀을 사용하여, 당해 승강 핀의 상단이 오목부(25)의 상면측과 지지판(42)의 하방측과의 사이를 승강하도록 구성한다. 이 승강 핀을 통해서, 웨이퍼(W)의 수수가 행하여진다. 또한, 상기 핀 및 각 관통 구멍의 도시는 생략되어 있다.
또한, 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상방측에는, 원료 가스 노즐(61), 분리 가스 노즐(62), 산화 가스 노즐(63), 플라즈마 발생용 가스 노즐(64), 분리 가스 노즐(65)이 이 순서대로, 회전 테이블(2)의 회전 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 각 가스 노즐(61 내지 65)은, 진공 용기(11)의 측벽으로부터 중심부를 향해서, 회전 테이블(2)의 직경 방향을 따라서 수평하게 신장되는 막대 형상으로 형성되고, 당해 직경 방향을 따라서 서로 간격을 두고 설치된 다수의 토출구(66)로부터, 각종 가스를 하방측을 향해서 토출한다.
원료 가스 노즐(61)은, 상기 BTBAS(비스터셔리부틸아미노실란) 가스를 토출한다. 도 2 중 도면부호 67은 원료 가스 노즐(61)을 덮는 노즐 커버이며, 원료 가스 노즐(61)로부터 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측 및 하류측을 향해서 넓어지는 부채 형상으로 형성되어 있다. 노즐 커버(67)는, 그 하방에서의 BTBAS 가스의 농도를 높여, 웨이퍼(W)에의 BTBAS 가스의 흡착성을 높게 하는 역할을 갖는다. 또한, 산화 가스 노즐(63)은 이미 설명한 오존 가스를 토출한다. 분리 가스 노즐(62, 65)은 N2 가스를 토출하고, 상면측에서 볼 때 천장판(12)의 부채 형상의 돌출부(17, 17)를 각각 둘레 방향으로 분할하는 위치에 배치되어 있다.
플라즈마 발생용 가스 노즐(64)은, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스와 산소(O2) 가스와의 혼합 가스로 이루어지는 플라즈마 발생용 가스를 토출한다.
또한 천장판(12)에는 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 부채 형상의 개구부가 형성되고, 이 개구부를 막도록 플라즈마 형성부(71)가 설치되어 있다. 플라즈마 형성부(71)는, 석영 등의 유전체로 이루어지는 컵 모양의 본체부(710)를 구비하고, 이 본체부(710)에 의해 천장판(12)측의 개구부가 막힌다. 플라즈마 형성부(71)는, 회전 테이블(2)의 회전 방향으로 볼 때, 산화 가스 노즐(63)과 돌출형부(17)와의 사이에 설치되어 있다. 도 2에는 플라즈마 형성부(71)가 설치되는 위치를 일점 쇄선으로 나타내고 있다.
본체부(710)의 하면측에는, 이미 설명한 부채 형상의 개구부를 따라 하방측을 향해서 돌출된 돌출부(72)가 형성되어 있다(도 1). 이미 설명한 플라즈마 발생용 가스 노즐(64)의 선단부는, 이 돌출부(72)에 둘러싸인 영역 내에 가스를 토출할 수 있도록, 회전 테이블(2)의 외주측으로부터 당해 돌출부(72)에 둘러싸인 영역 내에 삽입되어 있다. 돌출부(72)는, 플라즈마 형성부(71)의 하방측에의 N2 가스, 오존 가스 및 BTBAS 가스의 진입을 억제하여, 플라즈마 발생용 가스의 농도 저하를 억제하는 역할을 갖는다.
플라즈마 형성부(71)의 본체부(710)의 상면측에는 오목부가 형성되고, 이 오목부 내에는 상면측을 향해서 개구되는 상자형의 패러데이 실드(73)가 배치되어 있다. 패러데이 실드(73)의 저부에는, 절연용의 판 부재(74)를 개재하여, 금속선을 연직축 둘레로 코일 형상으로 권회한 안테나(75)가 설치되어 있고, 안테나(75)에는 고주파 전원(76)이 접속되어 있다.
또한 패러데이 실드(73)의 저면에는, 안테나(75)에의 고주파 인가 시에 당해 안테나(75)에 있어서 발생하는 전자계 중 전계 성분이 하방을 향하는 것을 저지함과 함께, 자계 성분을 하방으로 향하게 하기 위한 슬릿(77)이 형성되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 슬릿(77)은, 안테나(75)의 권회 방향에 대하여 직교(교차)하는 방향으로 신장되고, 안테나(75)의 권회 방향을 따라서 다수 형성되어 있다.
상술한 구성을 구비하는 플라즈마 형성부(71)를 사용하여, 고주파 전원(76)을 온으로 해서 안테나(75)에 고주파를 인가하면, 플라즈마 형성부(71)의 하방에 공급된 플라즈마 발생용 가스를 플라즈마화할 수 있다.
또한, 도시의 편의상, 도 4의 확대 종단면도에 있어서는, 플라즈마 형성부(71) 및 그 하방측의 플라즈마 발생용 가스 노즐(64), 냉매 유로(313)의 기재는 생략되어 있다.
회전 테이블(2) 상에 있어서, 원료 가스 노즐(61)의 노즐 커버(67)의 하방 영역을, 원료 가스인 BTBAS 가스의 흡착이 행하여지는 흡착 영역(R1)으로 하고, 산화 가스 노즐(63)의 하방 영역을, 오존 가스에 의한 BTBAS 가스의 산화가 행하여지는 산화 영역(R2)으로 한다. 또한, 플라즈마 형성부(71)의 하방 영역을, 플라즈마에 의한 SiO2막의 개질이 행하여지는 플라즈마 형성 영역(R3)으로 한다. 돌출부(17, 17)의 하방 영역은, 분리 가스 노즐(62, 65)로부터 토출되는 N2 가스에 의해, 흡착 영역(R1)과 산화 영역(R2)을 서로 분리하고, 원료 가스와 산화 가스와의 혼합을 방지하기 위한 분리 영역(D, D)을 구성한다.
여기서 용기 본체(13)에 형성된 이미 설명한 배기구(35)는, 흡착 영역(R1)과, 당해 흡착 영역(R1)에 대하여 상기 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역(D)과의 사이의 외측에 개구되어 있어, 잉여의 BTBAS 가스를 배기한다. 또한 배기구(36)는, 플라즈마 형성 영역(R3)과, 당해 플라즈마 형성 영역(R3)에 대하여 상기 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역(D)과의 경계 부근의 외측에 개구되어 있어, 잉여의 O3 가스 및 플라즈마 발생용 가스를 배기한다. 각 배기구(35, 36)로부터는, 각 분리 영역(D), 회전 테이블(2)의 중심 영역 형성부(C)로부터 각각 공급되는 N2 가스도 배기된다.
이상으로 설명한 구성을 구비하는 성막 장치(1)에 있어서, 회전 테이블(2)을 회전시켜서 웨이퍼 홀더(24)에 적재된 웨이퍼(W)를 연직 방향으로 신장되는 회전축(21)을 중심으로 공전시킬 때, 각 웨이퍼 홀더(24)는, 당해 웨이퍼 홀더(24)의 하면측 중앙부를 지지하고, 연직 방향으로 신장되는 자전 축(26)을 중심으로 자전할 수 있다.
이하, 도 4, 도 5 등을 참조하면서, 웨이퍼 홀더(24)를 자전시키는 기구의 상세에 대해서 설명한다.
도 4, 도 5에 도시하는 바와 같이 베어링 유닛(43)을 관통한 각 자전 축(26)의 하단부는, 편평한 원기둥인 수동 기어부(45)의 상면에, 서로의 중심축을 일치시킨 상태에서 접속되어 있다. 따라서, 수동 기어부(45)는, 자전 축(26)을 통해서 웨이퍼 홀더(24)에 연결되어 있게 된다. 또한 베어링 유닛(43)은, 자전 축(26)을 회전 가능하게 유지하고 있으므로, 수동 기어부(45)를 둘레 방향으로 회전시키면, 각 웨이퍼 홀더(24)를 자전 축(26)을 중심으로 자전시킬 수 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이 수동 기어부(45)의 측주면에는, 복수의 영구 자석(450)이 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 이러한 영구 자석(450)은, 인접해서 배치되는 영구 자석(450, 450) 사이에서, 수동 기어부(45)의 측주면에 노출되는 극(N극면(451), S극면(452))이 상이하게 교대로 배치되어 있다. 또한, 수동 기어부(45)의 측주면에 노출되는 N극면(451), S극면(452)은, 예를 들어 당해 측주면을 상단 테두리로부터 하단 테두리를 향해서 상하 방향으로 신장되는 사각형으로 형성되어 있다. 복수의 영구 자석(450)이 배치된 수동 기어부(45)의 측주면은, 당해 수동 기어부(45)의 수동면에 상당한다.
이미 설명한 바와 같이 수동 기어부(45)에 접속된 자전 축(26)은, 회전 테이블(2)과 공통의 지지판(42)에 지지되어 있으므로, 회전 테이블(2)을 회전시키면 각 자전 축(26)도 슬릿(32)을 따라 회전축(21) 주위를 공전한다. 따라서, 자전 축(26)의 하단부에 설치된 수동 기어부(45)에 대해서도 상기 슬릿(32)에 대응한 이동 궤도(O)를 따라 이동한다(도 6 내지 도 8에 파선으로 나타낸 이동 궤도(O) 참조).
도 4에 도시한 바와 같이 지지판(42)의 하방측에 위치하는 용기 본체(13)의 저부에는, 상기 수동 기어부(45)를 둘레 방향으로 회전시키기 위한 원판인 구동 기어부(51)가 배치되어 있다. 구동 기어부(51)는, 수동 기어부(45)가 이동 궤도(O) 상의 미리 설정된 위치를 통과할 때, 당해 수동 기어부(45)의 측주면(수동면)에 대하여 원판의 일면을 대향시킨 상태가 되는 위치에 배치되어 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이 구동 기어부(51)의 상기 일면측에는, 복수의 영구 자석(510)이 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 이 영구 자석(510)은, 인접해서 배치되는 영구 자석(510, 510) 사이에서, 구동 기어부(51)의 한 면에 노출되는 극(N극면(511), S극면(512))이 상이하게 교대로 배치되어 있다.
또한, 구동 기어부(51)의 한 면에 노출되는 N극면(511), S극면(512)은, 당해 한 면에 대향하는 영역을 통과하는 수동 기어부(45)의 측주면에 형성된 N극면(451), S극면(452)의 형상과 중첩되도록, 원 형상의 구동 기어부(51)의 일면의 중앙부로부터 주연부를 향해서 반경 방향으로 넓어지는 부채 형상으로 형성되어 있다. 복수의 영구 자석(510)이 배치된 구동 기어부(51)의 일면은, 당해 구동 기어부(51)의 구동면에 상당한다.
또한 구동 기어부(51)에 있어서, 상기 영구 자석(510)이 배치된 일면의 반대측 면의 중앙부에는 구동축(52)의 일단이 접속되어 있다. 이 구동축(52)의 타단에는 회전 구동부(53)가 설치되고, 당해 회전 구동부(53)를 사용해서 구동축(52)을 회전시킴으로써, 구동 기어부(51)를 회전 중심을 중심으로 회전시킬 수 있다. 여기서 도 5에 도시한 바와 같이, 구동 기어부(51)의 구동축(52)은, 수동 기어부(45)와 접속된 자전 축(26)과 교차하는 방향으로 신장되도록 배치되어 있다.
또한 회전 구동부(53)는, 구동 기어부(51)에 접속된 구동축(52)의 선단 위치를 전후로 이동시킬 수 있다. 그 결과, 도 4 중에 파선으로 나타낸 바와 같이, 구동 기어부(51)의 일면(구동면)과 수동 기어부(45)의 측주면(수동면)과의 간격을 조절할 수 있다. 구동축(52)의 선단 위치를 이동시키는 회전 구동부(53)는, 본 실시 형태의 위치 조절부의 기능도 구비하고 있다.
구동 기어부(51)는, 수동 기어부(45)가 구동 기어부(51)에 대향하는 위치를 통과할 때, 수동 기어부(45)의 측주면이 구동 기어부(51)의 일면의 중앙부보다도 상방측을 통과하는 높이 위치에 배치되어 있다. 그 결과, 도 5에 도시하는 바와 같이 수동 기어부(45)에 형성된 영구 자석(450)과 구동 기어부(51)에 형성된 영구 자석(510)이 근접하여, N극면(511)과 S극면(452)과의 사이 또는 S극면(512)과 N극면(451)과의 사이에 비교적 강한 자력선(M)이 형성된다.
그리고, 예를 들어 구동 기어부(51)의 영구 자석(510)이, 수동 기어부(45)의 영구 자석(450)의 이동 방향과 반대 방향으로 이동하도록 구동 기어부(51)를 회전시키면(구동면을 이동시키면), 상기 자력선(M)이 이동해서 수동 기어부(45)를 회전시킬 수 있다. 그 결과, 수동 기어부(45)의 회전이 자전 축(26)을 통해서 웨이퍼 홀더(24)에 전달되어, 웨이퍼 홀더(24)를 자전시킬 수 있다.
수동 기어부(45)나 구동 기어부(51), 수동 기어부(45)와 웨이퍼 홀더(24)를 연결하는 자전 축(26)이나 구동 기어부(51)를 구동하는 구동축(52), 회전 구동부(53) 등은, 본 실시 형태의 자기 기어 기구를 구성하고 있다.
또한 도 3, 도 4 등에 도시한 바와 같이, 지지판(42)의 저면에는, 지지판(42)의 하면으로부터 돌출된 베어링 유닛(43), 자전 축(26) 및 수동 기어부(45)의 측주면의 일부를 둘러싸도록, 반원 통 형상의 측벽부(44)가 설치되어 있다. 측벽부(44)는, 구동 기어부(51)가 배치되어 있는 방향과는 반대측의 수동 기어부(45)의 측주면을 둘러싸도록 설치할 수 있다.
측벽부(44)의 내주면 하부측의 위치에는, 예를 들어 강자성체 재료로 이루어지는 반원환 형상의 브레이크부(441)가 설치되어 있다. 그리고, 수동 기어부(45)의 영구 자석(450)과 브레이크부(441)와의 사이에 형성되는 자력선이, 수동 기어부(45)와 구동 기어부(51)와의 사이에 형성되는 자력선보다도 약해지도록, 예를 들어 수동 기어부(45)의 측주면과 브레이크부(441)와의 사이의 거리 등이 조절되어 있다.
그 결과, 수동 기어부(45)가 구동 기어부(51)에 대향하는 위치를 통과할 때는, 수동 기어부(45)와 구동 기어부(51)와의 사이에 작용하는 힘이 작용해서 수동 기어부(45)를 회전시킬 수 있다. 한편, 당해 위치를 통과한 후에는 수동 기어부(45)와 브레이크부(441)와의 사이에 작용하는 힘에 의해, 관성력 등에 수반하는 수동 기어부(45)의 자유 회전을 억제할 수 있다. 수동 기어부(45)의 측주면을 둘러싸는 브레이크부(441)의 내주면은, 수동 기어부(45)의 회전을 정지하기 위한 브레이크면에 상당한다.
이상으로 설명한 구성을 구비하는 성막 장치(1)에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 장치 전체의 동작 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되어 있다. 이 제어부(100)에는, 후술하는 성막 처리에 관한 동작을 실행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 상기 프로그램은, 성막 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 송신해서 각 부의 동작을 제어한다. 구체적으로는, 각 가스 노즐(61 내지 65)로부터의 각 처리 가스 등의 공급 유량, 히터(33)에 의한 웨이퍼(W)의 가열 온도, 중심 영역 형성부(C)로부터의 N2 가스의 공급 유량, 공전용 회전 구동부(22)에 의한 회전 테이블(2)의 단위 시간당 회전수, 자기 기어 기구에 의한 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도 등이 제어 신호에 따라서 제어된다. 상기 프로그램에는 이들 제어를 행하고, 후술하는 각 처리를 실행하기 위한 스텝 군이 짜여져 있다. 당해 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체로부터 제어부(100)에 인스톨된다.
이하, 상술한 구성을 구비한 성막 장치(1)의 작용에 대해서 설명한다.
우선 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시키면서, 각 웨이퍼 홀더(24)를 반입출구(37)에 대향하는 위치로 이동시켜, 도시하지 않은 반송 기구를 사용해서 외부로부터 진공 용기(11) 내에 웨이퍼(W)를 반입해서 웨이퍼 홀더(24)에 전달한다.
모든 웨이퍼 홀더(24)에 웨이퍼(W)가 적재되면, 진공 용기(11)로부터 반송 기구를 퇴출시켜서 게이트 밸브(38)를 폐쇄하고, 진공 용기(11) 내가 소정의 압력이 되도록 배기구(35, 36)를 통해서 진공 배기를 실행한다. 또한 분리 가스 노즐(62, 65), 중심 영역 형성부(C)로부터 회전 테이블(2)에 대하여 N2 가스를 공급함과 함께, 히터(33)에 의한 웨이퍼(W)의 가열을 개시한다.
계속해서, 공전용 회전 구동부(22)에 의해 회전축(21)을 구동해서 회전 테이블(2)을 회전시키면, 각 웨이퍼 홀더(24)에 적재된 웨이퍼(W)의 공전이 개시된다. 회전 테이블(2)의 회전에 맞추어, 용기 본체(13)의 저부에 배치된 구동 기어부(51)의 회전 동작도 개시된다.
진공 용기(11) 내에서는, 이들 동작의 개시와 함께, 원료 가스 노즐(61), 산화 가스 노즐(63), 플라즈마 발생용 가스 노즐(64)로부터의 각 처리 가스의 공급과, 고주파 전원(76)으로부터 안테나(75)에의 고주파의 인가에 의한 플라즈마의 형성이 개시된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 진공 용기(11) 내에서는, 흡착 영역(R1)과 산화 영역(R2)과의 사이에 N2 가스가 공급되는 분리 영역(D)을 형성하고 있으므로, 흡착 영역(R1)에 공급되는 원료 가스 및 산화 영역(R2)에 공급되는 산화 가스는, 회전 테이블(2) 상에서 서로 혼합되지 않고 배기구(35, 36)로부터 배기된다. 또한, 흡착 영역(R1)과 플라즈마 형성 영역(R3)과의 사이에도 N2 가스가 공급되는 분리 영역(D)을 형성하고 있으므로, 원료 가스와, 플라즈마 형성 영역(R3)에 공급되는 플라즈마 발생용 가스 및 플라즈마 형성 영역(R3)의 회전 방향 상류측으로부터 당해 분리 영역(D)을 향하는 산화 가스는, 회전 테이블(2) 상에서 서로 혼합되지 않고, 배기구(35, 36)로부터 배기된다. 또한 중심 영역 형성부(C)로부터 공급된 N2 가스도, 배기구(35, 36)로부터 배기된다.
상술한 바와 같이 각 가스의 공급과 배기가 행하여진 상태에서, 각 웨이퍼(W)는, 흡착 영역(R1), 산화 영역(R2), 플라즈마 형성 영역(R3)을 차례로 통과한다. 흡착 영역(R1)에서는 원료 가스 노즐(61)로부터 토출된 BTBAS 가스가 웨이퍼(W)에 흡착되고, 산화 영역(R2)에서는 흡착된 BTBAS 가스가, 산화 가스 노즐(63)로부터 공급된 O3 가스에 의해 산화되어, SiO2의 분자층이 1층 또는 복수층 형성된다. 플라즈마 형성 영역(R3)에서는, 상기 SiO2의 분자층이 플라즈마에 노출되어 개질된다.
그리고 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 상술한 사이클이 복수회, 반복 실행됨으로써, SiO2의 분자층이 적층되어 웨이퍼(W) 표면에 SiO2막이 형성된다.
상술한 성막 처리의 기간 중에 있어서, 회전 테이블(2)을 회전시키면 소정의 웨이퍼 홀더(24)에 연결된 수동 기어부(45)는, 예를 들어 도 6의 모식도에 나타내는 이동 궤도(O)를 따라 이동한다. 이때, 구동 기어부(51)에 대향하는 영역을 통과하기 직전의 수동 기어부(45)를 상면측에서 보았을 때, 수동 기어부(45)의 상면에 첨부한 실선의 화살표가 소정의 방향을 향하고 있는 것으로 한다.
또한 수동 기어부(45)가 이동하여, 도 7에 도시하는 바와 같이 구동 기어부(51)에 대향하는 영역에 이르면, 회전 구동부(53)의 영구 자석(510)과 수동 기어부(45)의 영구 자석(450)과의 사이에 형성되는 자력선(M)의 작용이 커진다. 이때 구동 기어부(51)는, 영구 자석(450)(수동 기어부(45))이 이동하는 방향과 반대의 방향으로 영구 자석(510)이 이동하도록 회전하고 있으므로, 자력선(M)의 이동에 수반하여 수동 기어부(45)가 회전한다(도 7의 예에서는 상면측에서 볼 때 반시계 방향으로 회전하게 된다).
그 결과, 도 8에 도시한 바와 같이, 구동 기어부(51)에 대향하는 영역을 통과하는 기간 중, 수동 기어부(45)는 파선으로 나타낸 화살표의 방향으로부터, 실선으로 나타내는 화살표의 방향으로 소정의 각도만큼 회전한다. 이 수동 기어부(45)의 회전 동작에 수반하여, 당해 수동 기어부(45)에 연결된 웨이퍼 홀더(24)가 자전 축(26)을 중심으로 자전한다.
그리고, 수동 기어부(45)가 구동 기어부(51)에 대향하는 영역을 통과한 후에는, 수동 기어부(45)와 브레이크부(441)와의 사이에 작용하는 자력선의 작용에 의해, 수동 기어부(45)의 회전(자전 축(26)의 자전)은 정지된다.
상술한 동작에 있어서의 수동 기어부(45)의 회전 각도(자전 축(26)의 자전 각도)는, 구동 기어부(51)의 단위 시간당 회전수나, 수동 기어부(45)가 구동 기어부(51)에 대향하는 위치를 통과할 때의 구동 기어부(51)와 수동 기어부(45)와의 간격 등에 의해 조절할 수 있다. 여기서 구동 기어부(51)와 수동 기어부(45)와의 간격이 작아질수록, 영구 자석(510, 450) 사이에 형성되는 자력선(M)은 강해지는 관계가 있다.
예를 들어 회전 테이블(2)의 단위 시간당 회전수가 커짐에 따라서, 수동 기어부(45)가 구동 기어부(51)에 대향하는 위치를 통과하는 시간이 짧아져 간다. 이 경우에는, 구동 기어부(51)를 이동시켜 수동 기어부(45)와의 간격을 작게 함으로써, 더 강한 자력선(M)을 작용시켜서 수동 기어부(45)의 회전 각도(자전 축(26)의 자전 각도)를 원하는 값으로 유지할 수 있다.
상술한 동작에 수반하여 각 웨이퍼 홀더(24)에 연결된 수동 기어부(45)가 구동 기어부(51)에 대향하는 영역을 통과할 때마다 웨이퍼 홀더(24)는 소정의 자전 각도만큼 자전한다. 따라서 각 웨이퍼 홀더(24)에 적재된 웨이퍼(W)는, 웨이퍼 홀더(24)의 자전에 수반하여, 상면측에서 본 방향을 점차 바꾸면서 상술한 SiO2의 분자층을 형성하는 사이클이 실행된다. 이렇게 웨이퍼(W)의 방향을 바꾸면서 성막이 행해짐으로써, 예를 들어 흡착 영역(R1) 내에서 원료 가스의 농도 분포에 변동이 발생한 경우에도, 복수회 실행되는 SiO2 분자층의 형성 사이클의 전체 기간에서 보았을 때, 웨이퍼(W)에 흡착되는 원료 가스의 양을 웨이퍼(W)의 둘레 방향을 향해서 일치시킬 수 있다. 그 결과로서, 웨이퍼(W)의 둘레 방향에서 볼 때, 웨이퍼(W)에 형성되는 SiO2막의 막 두께의 치우침을 억제할 수 있다.
상술한 동작에 의해, SiO2의 분자층이 순차적으로 적층되어, 원하는 막 두께를 갖는 SiO2막이 형성되는 타이밍이 되면, 회전 테이블(2)의 회전이나 각종 처리 가스의 공급, 플라즈마의 형성을 정지하고, 성막 처리를 종료한다. 그런 뒤, 진공 용기(11) 내의 압력 조정을 행하고, 게이트 밸브(38)를 개방해서 외부의 반송 기구를 진입시켜, 반입 시와는 반대의 수순으로 웨이퍼(W)를 반출한다.
본 실시 형태에 따른 성막 장치(1)에 의하면 이하의 효과가 있다. 회전 테이블(2)의 일면측에 적재된 웨이퍼(W)를 공전시키면서 당해 웨이퍼(W)에 대하여 각종 처리 가스를 공급해서 성막 처리를 실행함에 있어서, 자력선(M)을 통해서 구동 기어부(51)측의 배치 변화(구동 기어부(51)의 회전)를 수동 기어부(45)측에 전달하는 자기 기어 기구를 이용해서 웨이퍼(W)가 적재되는 웨이퍼 홀더(24)를 자전시키므로, 웨이퍼(W)의 둘레 방향에 대해서 성막 처리의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이때, 비접촉식 자기 기어 기구를 사용함으로써, 상기 자전 동작을 실행함으로 인한 파티클의 발생이 억제된다.
여기서 자기 기어 기구의 구동 기어부(51), 수동 기어부(45)의 구성은, 도 5 등에 나타낸 예에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어 도 9에 나타낸 예에서는 원판의 한 면에 복수의 영구 자석(450)(N극면(451), S극면(452))을 서로 간격을 두고 배치한 수동 기어부(45a)를 자전 축(26)의 하단부에 설치하고, 당해 일면(수동면)을 하방측을 향해서 배치하고 있다. 한편, 구동 기어부(51a)는, 원기둥의 측주면에 복수의 영구 자석(510)(N극면(511), S극면(512))을 서로 간격을 두고 배치한 구성으로 되어 있다. 구동 기어부(51a)는, 수동 기어부(45a)가 이동 궤도(O)상의 소정의 위치를 통과할 때, 수동 기어부(45a)의 하방측에서 구동 기어부(51a)의 측주면(구동면)이 대향하도록 배치되어 있다. 이 경우에는 예를 들어 회전 구동부(53)를 승강시켜서 구동 기어부(51a)와 수동 기어부(45a)와의 사이의 간격을 조절한다.
또한 원기둥과 원판과의 조합에 의해 구동 기어부(51, 51a), 수동 기어부(45, 45a)를 구성하는 것도 필수는 아니다.
도 10에 도시하는 바와 같이 원기둥에 의해 구동 기어부(51b), 수동 기어부(45b)를 구성하고, 수동 기어부(45b)가 이동 궤도(O)상의 소정의 위치를 통과할 때, 이들 부(51b, 45b)의 측주면끼리 대향하도록 구동 기어부(51b)를 배치해도 된다. 이 경우에는, 예를 들어 회전 구동부(53)를 가로 방향으로 이동시켜서 구동 기어부(51b)와 수동 기어부(45b)와의 사이의 간격을 조절한다.
또한, 구동 기어부의 구동면의 이동은, 원판이나 원기둥의 회전에 의해 발생시키는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 10에 도시한 구동 기어부(51b)의 측주면을 평탄한 면에 전개해서 형성되는 직선 막대 모양의 랙형의 구동 기어(도시하지 않음)를 채용해도 된다. 이 경우에는, 랙형의 구동 기어의 측면(구동면)을 수동 기어부(45b)의 측주면에 대향시켜, 당해 구동 기어를 길이 방향으로 왕복 이동시킴으로써, 구동면을 이동시킬 수 있다.
보다 상세하게는, 회전시키는 대상의 수동 기어부(45b)가 랙형의 구동 기어에 대향하는 위치로 이동해 오면, 수동 기어부(45b)를 회전시키는 방향으로 당해 구동 기어를 이동시킨다. 그리고, 이 수동 기어부(45b)가 구동 기어에 대향하는 위치로부터 이격되면, 다음의 수동 기어부(45b)가 근접해 올 때까지의 기간 중에 구동 기어를 원래의 위치까지 이동시키는 동작을 반복한다. 상술한 동작에 의해서도, 각 수동 기어부(45b)를 소정의 각도씩 회전시킬 수 있다.
또한, 자기 기어 기구의 구동 기어와 수동 기어의 양쪽에 영구 자석(510, 450)을 설치하는 것도 필수는 아니며, 어느 한쪽측에만 영구 자석(510, 450)을 설치하고, 타방측을 강자성체 재료로 구성해도 된다. 도 11은, 구동 기어부(51c)측에 영구 자석(510)을 설치하고, 수동 기어부(45c)측은 예를 들어 강자성을 나타내는 스테인레스 스틸 등에 의해 구성되어 있다. 수동 기어부(45c)측에 영구 자석(450)이 설치되어 있지 않은 경우에는, 영구 자석을 구비한 브레이크면을 갖는 브레이크부(441)를 사용해서 수동 기어부(45c)의 회전을 정지시키면 된다.
또한, 강자성체 재료에 의해 수동 기어를 구성하는 것도 필수는 아니다. 예를 들어 도 10에 도시하는 수동 기어부(45b)에 대해서, 영구 자석(450)이 설치되어 있지 않은 도전성의 재료로 구성하고, N극면(511)과 S극면(512)이 교대로 배치된 구동 기어부(51b)를 회전시키면, 수동 기어부(45b)의 측주면에 와전류가 흐른다. 이 와전류에 수반하여 발생한 자계와, 구동 기어부(51b) 측의 자계와의 상호 작용에 의해 수동 기어부(45b)를 회전시킬 수도 있다. 이 경우에는 알루미늄 등의 상자성체 재료로 수동 기어부(45b)를 구성해도 된다.
여기서 원기둥이나 원판인 구동 기어, 수동 기어의 표면에 노출되는 영구 자석(510, 450)의 형상에 대해서도 도 5, 도 9 내지 도 11에 예시한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 도 5에 도시하는 구동 기어부(51)의 일면의 부채형의 영구 자석(510)의 N극면(511), S극면(512)이나, 수동 기어부(45)의 측주면의 사각형의 영구 자석(450)의 N극면(451), S극면(452)의 형상을, 적절히, 변경해도 된다.
또한, 극이 상이한 N극면(511, 451)과 S극면(512, 452)을 교대로 배치하는 것도 필수는 아니다. 예를 들어 도 5의 구동 기어부(51)의 일면(구동면)에 N극면(511) 또는 S극면(512)을 균일하게 노출시키고, 수동 기어부(45)의 측주면(수동면)에 구동 기어부(51)측과 상이한 극의 S극면(452) 또는 N극면(451)을 균일하게 노출시켜도 된다. 이 경우에도 구동 기어부(51)를 회전시킴으로써, 자력선(M)이 이동해서 수동 기어부(45)를 회전시킬 수 있다.
또한, 도 5에 도시하는 구동 기어(51)의 평면 형상을 타원형이나 사각형으로 구성하고, 수동 기어(45)의 측주면의 폭 치수를 둘레 방향으로 변화시키는 등, 변형된 형상의 구동면이나 수동면을 구성해도 되는 것은 물론이다.
그리고, 상면측에서 보았을 때의 구동 기어부의 배치 위치나 배치 개수에 대해서도 특별한 한정은 없으며 자유롭게 조절할 수 있다.
그리고, 예를 들어 도 6 내지 도 8을 사용해서 설명한 예에 있어서, 영구 자석(450)(수동 기어부(45))이 이동하는 방향과 반대의 방향으로 영구 자석(510)이 이동하도록 구동 기어부(51)를 회전시키는 것도 필수적인 요건은 아니다. 예를 들어, 이들 도면에 나타내는 방향(구동 기어부(51)의 일면측에서 볼 때 반시계 방향)과는 반대의 방향(시계 방향)으로 회전시켜도 된다. 영구 자석(450)의 이동 속도보다도 영구 자석(510)의 상대적인 이동 속도가 큰 경우에는, 수동 기어부(45)는 상면측에서 볼 때 시계 방향으로 회전하고, 상기 상대적인 이동 속도가 작은 경우에는 수동 기어부(45)는 상면측에서 볼 때 반시계 방향으로 회전하게 된다.
또한 여기서, 웨이퍼 홀더(24)를 지지하는 지지판(42)에 의해 그 상하의 공간을 구획하는 것도 필수가 아니며, 예를 들어 회전축(21)측으로부터 스포크를 신장시켜 웨이퍼 홀더(24)를 지지해도 된다.
또한, 웨이퍼 홀더(24)나 자전 축(26), 베어링 유닛(43) 등이 경량인 경우 등에는, 지지판(42) 등을 사용하여, 회전 테이블(2)과 독립적으로 웨이퍼 홀더(24)를 지지하는 방법 대신에, 회전 테이블(2)에 직접 베어링 유닛(43)을 설치하고, 회전 테이블(2)로 웨이퍼 홀더(24)를 지지해도 됨은 물론이다. 또한 회전 테이블(2)로 웨이퍼 홀더(24)를 지지하는 경우에는, 성막 처리의 프로세스 온도가 200℃ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 구성 예로서는, 예를 들어 회전 테이블(2)에서의 자전 축(26)의 관통 구멍의 개구 테두리에, 그 상단이 연결되고, 히터(33)의 하방측까지 신장되는 통 형상체를 설치하고, 이 통 형상체 중에 베어링을 개재해서 자전 축(26)을 설치하고, 당해 자전 축(26)의 하방측에 수동 기어부(45)를 설치하는 구성을 들 수 있다.
이들 외에도, 본 발명은 회전 테이블(2)에 적재된 웨이퍼(W)에 가스 처리를 행하는 각종 기판 처리 장치에 적용할 수 있다. 따라서, ALD를 행하는 성막 장치에 적용되는 것에 한정되지 않고, CVD를 행하는 성막 장치에 적용되어도 된다. 또한, 성막 장치에 적용되는 것에도 한정되지 않는다. 예를 들어 본 발명은 상기의 성막 장치(1)에서 가스 노즐(61, 63)에 의한 원료 가스 및 산화 가스의 공급을 행하지 않고, 플라즈마 형성부(71)에 의한 웨이퍼(W) 표면의 개질 처리만을 행하는 개질 장치에 적용해도 된다.
여기서 웨이퍼 홀더(24)의 자전에 대한 구동 기어부(51)의 회전 속도(회전수)(rpm)와 회전 테이블(2)의 공전의 회전 속도(공전 속도)(rpm)와의 관계에 대해서 설명한다. 또한 성막 장치(1)는, 도 9에 나타내는 수평축을 중심으로 회전하는 구동 기어부(51a) 및 연직축을 중심으로 회전하는 수동 기어부(45a)를 적용한 예를 사용하는데, 구동 기어부(51) 및 수동 기어부(45)는, 중심축을 중심으로 회전해서 회전 방향을 따라 구동면이 이동하는 구성을 적용할 수 있다. 또한 회전 테이블(2)은, 상방에서 볼 때 시계 방향으로 회전하고, 구동 기어부(51a)는, 회전 테이블(2)을 외주측으로부터 중심측 방향을 볼 때, 반시계 방향으로 회전하는 것으로 한다.
예를 들어 회전 테이블(2) 및 구동 기어부(51a)를 회전시켰을 때, 회전 테이블(2)의 공전에 의한 수동 기어부(45a)의 수동면의 둘레 속도와, 구동 기어부(51a)의 수동면의 둘레 속도가 일치되는 경우에 대해서 설명한다.
수동 기어부(45a)의 수동면의 둘레 속도는, 회전 테이블(2)의 공전 시의 수동 기어부(45a)의 수동면의 회전 반경(회전 테이블(2)의 중심으로부터 수동 기어부(45a)의 수동면까지의 거리)에 공전 속도를 승산한 속도가 된다. 또한 구동 기어부(51a)의 구동면의 둘레 속도는, 구동면의 회전 반경(구동 기어부(51a)의 중심축으로부터 구동면까지의 거리)에 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 승산한 속도가 된다.
그리고 이미 설명한 성막 장치(1)에 있어서는, 예를 들어 구동 기어부(51a)의 회전 속도가 190rpm, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 10rpm인 경우에 수동 기어부(45a)의 수동면의 둘레 속도와, 구동 기어부(51a)의 구동면의 둘레 속도가 일치한다.
이 경우에는, 도 12에 도시하는 바와 같이 회전 테이블(2)의 공전에 의해 수동 기어부(45a)가 선회하여, 수동 기어부(45a)와 구동 기어부(51a)가 최접근했을 때, 구동 기어부(51a)의 구동면의 영구 자석(510)과, 수동 기어부(45a)의 수동면의 영구 자석(450)에 있어서의 NS(예를 들어 N극면(511) 및 S극면(452))가 서로 대향하고 있으면, 수동 기어부(45a)에는, 자전 축(26)을 중심으로 한 회전 방향의 힘이 걸리지 않아, 그대로 자전하지 않는다. 구동 기어부(51a)와, 수동 기어부(45a)와의 NS가 대향하고 있지 않으면, 수동 기어부(45a)는, 자력에 의한 인력 및 반발력에 의해 대향하는 위치까지 자전하고, 그 이후에는 자전하지 않는다. 즉, 수동 기어부(45a)는, 구동 기어부(51a)에 한번 최접근한 후에는, 자전하지 않고 웨이퍼 홀더(24)도 자전하지 않는다(자전 각도가 0°로 된다).
이에 반해 수동 기어부(45a)의 수동면의 둘레 속도에 대하여, 구동 기어부(51a)의 N극면(511)의 둘레 속도가 정렬될 때의 구동 기어부(51a)의 회전 속도(이하, 「기준 회전 속도」라고 함)보다도 구동 기어부(51a)의 회전 속도가 약간 빠를 때, 예를 들어 구동 기어(51a)의 회전 속도가 190.1rpm, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 10rpm인 경우에 대해서 설명한다.
회전 테이블(2)의 공전에 의해 수동 기어부(45a)가 선회하여, 수동 기어부(45a)와 구동 기어부(51a)가 최접근하면, 도 13에 도시하는 바와 같이 구동 기어부(51a)의 구동면의 영구 자석(510)과, 수동 기어부(45a)의 수동면의 영구 자석(450)에 있어서의 NS가 서로 끌어당기거나, 또는, 동극간이 서로 반발한다. 또한 구동 기어부(51a)의 회전 속도가 기준 회전 속도보다도 빠르기 때문에, 수동 기어부(45a)의 구동면의 둘레 속도에 비해, 구동 기어부(51a)의 수동면의 둘레 속도가 빠르다.
그 때문에 도 13에 도시하는 바와 같이 예를 들어 구동 기어부(51a)의 N극면(511)이 수동 기어부(45a)의 S극면(452)보다도 선행해서 회전하려고 하기 때문에, 구동 기어부(51a)의 N극면(511)이 수동 기어부(45a)의 S극면(452)을 자력선(M)의 인력에 의해, 구동 기어부(51a)의 회전 방향 전방측으로 끌어 당긴다. 또한 구동 기어부(51a)의 N극면(511)에 이어지는 S극면(512)이 수동 기어부(45a)의 S극면(452)을 반발력에 의해, 구동 기어부(51a)의 회전 방향 전방측으로 밀어낸다. 따라서 수동 기어부(45a)의 상기 S극면(452)에는, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 향하는 힘이 걸리기 때문에, 수동 기어부(45a)가 자전 축(26)을 중심으로 해서 상방에서 볼 때 시계 방향으로 자전하고, 웨이퍼 홀더(24)도 시계 방향으로 자전한다.
이에 반해 기준 회전 속도보다도 구동 기어부(51a)의 회전 속도가 약간 느릴 때, 예를 들어 구동 기어(51a)의 회전 속도가 189.9rpm, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 10rpm인 경우에 대해서 설명한다.
회전 테이블(2)의 공전에 의해 수동 기어부(45a)가 선회하여, 수동 기어부(45a)와 구동 기어부(51a)가 최접근하면, 도 14에 도시하는 바와 같이 구동 기어부(51a)의 구동면의 영구 자석(510)과, 수동 기어부(45a)의 수동면의 영구 자석(450)에 있어서의 NS가 서로 끌어당기거나, 또는, 동극간이 서로 반발한다. 또한 구동 기어(51a)의 회전 속도가 기준 회전 속도보다도 느리기 때문에, 수동 기어부(45a)의 구동면의 둘레 속도에 비해, 구동 기어부(51a)의 수동면의 둘레 속도가 느리다.
그 때문에 도 14에 도시한 바와 같이, 예를 들어 구동 기어부(51a)의 N극면(511)이 수동 기어부(45a)의 S극면(452)보다도 늦어지기 때문에, 구동 기어부(51a)의 N극면(511)이 수동 기어부(45a)의 S극면(452)을 자력선(M)의 인력에 의해, 구동 기어부(51a)의 회전 방향 후방측으로 끌어 당긴다. 또한 구동 기어부(51a)의 N극면(511)의 전방의 S극면(512)이 수동 기어부(45a)의 S극면(452)을 반발력에 의해, 구동 기어부(51a)의 회전 방향 후방측으로 밀어낸다. 따라서 수동 기어부(45a)의 상기 S극면(452)에는, 회전 테이블(2)의 회전 방향 반대측을 향하는 힘이 걸리기 때문에, 수동 기어부(45a)가 자전 축(26)을 중심으로 해서 상방에서 볼 때 반시계 방향으로 자전하고, 웨이퍼 홀더(24)도 반시계 방향으로 자전한다.
이렇게 회전 테이블(2)의 속도에 대하여, 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 기준 회전 속도로부터 상승 및 하강시킴으로써, 웨이퍼 홀더(24)의 회전 방향을 시계 방향 및 반시계 방향에서 절환할 수 있다. 또한 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 기준 회전 속도보다 큰 회전 속도에서 작은 회전 속도에 걸치는 범위의 회전 속도로 설정했을 때, 구동 기어부(51a)의 회전 속도와, 회전 테이블(2)이 1회전 했을 때의 웨이퍼 홀더(24)가 자전하는 각도(자전 각도)는 대략 비례 관계가 된다. 또한 구동 기어부(51a)의 회전 속도를, 구동 기어부(51a)의 회전 속도와, 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도가 대략 비례 관계를 나타내는 범위 내로 설정했을 때는, 회전 테이블(2)의 주회마다의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도의 변동이 적어져, 일정한 간격으로 자전을 하게 된다.
상술한 바와 같이 회전 테이블(2)의 공전의 회전 속도에 대하여, 구동 기어부(51a)의 기준 회전 속도를 정하고, 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 기준 회전 속도로부터 상승 및 하강시켜, 구동 기어부(51a)의 회전 속도와, 회전 테이블(2)이 1회전했을 때의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도가 대략 비례 관계로 되는 범위 내에서 조정하고 있다. 그 때문에 회전 테이블(2)의 1회전당 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도 및 자전 방향을 안정되게 조정할 수 있다. 이렇게 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 설정하고, 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도를 안정시킴으로써 성막 처리 시의 웨이퍼(W)의 자전 각도가 안정되기 때문에, 웨이퍼(W)의 면내 균일성도 양호해진다. 또한 구동 기어부(51a)의 회전 속도와, 회전 테이블(2)이 1회전했을 때의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도가 대략 비례 관계이기 때문에, 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 조정함으로써, 웨이퍼(W)의 자전 각도(자전 속도)를 조정할 수 있다.
또한 본 발명은, 수동 기어부(45)의 수동면 및 구동 기어부(51)의 구동면의 일방측에는 영구 자석이 설치되고, 이들 수동면 및 구동면의 타방측에는 영구 자석과의 사이에 상기 자력선을 형성하기 위한 강자성체가 설치되어도 된다. 그러나, 수동 기어부(45)의 수동면에, 당해 수동 기어부의 회전 방향을 따라, 극이 상이한 영구 자석을 교대로 배치하고, 구동 기어부(51)의 구동면에, 당해 구동면의 이동 방향을 따라, 극이 상이한 영구 자석을 교대로 배치함으로써, 자력선(M)에 의한 인력뿐만 아니라, 동극끼리의 반발력도 이용할 수 있기 때문에, 수동 기어부(45)를 구동하는 힘이 안정되어, 웨이퍼(W)의 자전 각도가 보다 안정된다.
또한 수동 기어부(45a)를 구동 기어부(51a)의 위치에 정렬시켰을 때의 수동 기어부(45a)와, 구동 기어부(51a)와의 사이의 거리에 의해 영구 자석끼리 견고하게 서로 당기거나, 또는 충분히 끌어당길 수 없게 되어, 수동 기어부(45a)가 충분히 자전하지 않는 경우가 있다. 그 때문에 수동 기어부(45a)와, 구동 기어부(51a)와의 사이의 거리를 적절하게 설정하여, 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도의 안정화를 도모하는 것이 바람직하다. 후술하는 실시예에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 회전 테이블(2)의 공전의 회전 속도가 10rpm인 경우에는, 수동 기어부(45)의 수동면과 구동 기어부(51)의 구동면과의 사이의 거리를 0.5 내지 1.0mm로 설정했을 때, 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도를 안정되게 제어할 수 있고, 특히 0.7 내지 1.0mm로 설정했을 때 양호하다. 또한 회전 테이블(2)의 공전의 회전 속도를 20 내지 30rpm으로 설정한 경우에는, 수동 기어부(45a)와, 구동 기어부(51a)와의 사이의 간격을 1mm 이하, 예를 들어 0.5mm로 설정함으로써, 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도를 안정되게 제어할 수 있다.
[실시예]
상술한 실시 형태의 효과를 검증하기 위해서 이하의 시험을 행하였다.
회전 테이블(2)의 공전의 회전 속도 및 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 각각 설정했을 때의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도에 대해서 조사하기 위해, 도 9에 나타내는 수동 기어부(45a) 및 구동 기어부(51a)를 설치한 성막 장치(1)를 사용하여, 회전 테이블(2)의 공전의 회전 속도 및 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 실시예 1 내지 3에 나타내는 바와 같이 설정하고, 시험을 행하였다. 또한 실시예 1 내지 3에서는, 구동 기어부(51a)와 수동 기어부(45a)가 최접근했을 때의 구동 기어부(51a)의 구동면과 수동 기어부(45a)의 수동면과의 간격을 1.0mm로 설정하였다.
(실시예 1)
회전 테이블(2)의 회전 속도를 10rpm으로 설정하고, 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 189.6부터 0.1rpm 간격으로 190.3rpm까지의 8가지로 설정하였다.
(실시예 2)
회전 테이블(2)의 회전 속도를 20rpm으로 설정하고, 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 383.1부터 0.1rpm 간격으로 383.5rpm까지의 5가지로 설정하였다.
(실시예 3)
회전 테이블(2)의 회전 속도를 30rpm으로 설정하고, 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 574.9부터 0.1rpm 간격으로 575.1rpm까지의 3가지로 설정하였다.
실시예 1 내지 3의 각각에 있어서, 고감도 카메라의 촬영에 의해, 회전 테이블(2)을 10회전시켰을 때 5개의 웨이퍼 홀더(24)의 각각의 자전 각도를 측정하고, 회전 테이블(2)이 1회전했을 때의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도(°)를 측정하였다. 이하, 「자전 각도」라고 할 때는, 회전 테이블(2)이 1회전했을 때의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도를 말한다.
도 15 내지 도 17은, 각각 회전 테이블(2)의 회전 속도를 10, 20 및 30rpm으로 설정했을 때의 구동 기어부(51a)의 회전 속도(rpm)와, 자전 각도의 평균값(°)을 5개의 웨이퍼 홀더(24)에서 평균한 평균 자전 각도와의 관계를 도시하는 특성도이다. 또한 평균 자전 각도는, 시계 방향으로의 자전을 +, 반시계 방향으로의 자전을 -로 나타내고, 표준 편차는, 5개의 웨이퍼 홀더(24) 사이에서의 자전 각도의 표준 편차를 나타낸다.
도 15에 도시하는 바와 같이 회전 테이블(2)의 회전 속도를 10rpm으로 설정한 경우에는, 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 190rpm으로 설정했을 때 웨이퍼 홀더(24)의 평균 자전 각도는 0°로 되었다. 또한 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 190rpm보다 빠르게 함으로써, 웨이퍼 홀더(24)는 시계 방향으로 자전하고, 190rpm보다 느리게 함으로써, 웨이퍼 홀더(24)는 반시계 방향으로 회전하고 있었다. 또한, 구동 기어부(51a)의 회전 속도가 189.6부터 190.3rpm까지의 회전 속도의 범위일 때는, 구동 기어부(51a)의 회전 속도와 평균 자전 각도는, 거의 비례 관계이었다. 또한 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 189.6부터 190.3rpm까지 변화시켰을 때 평균 자전 각도는, -10°부터 +8°까지 변화하고 있고, 표준 편차도 1 이하로 매우 작았다.
도 16에 도시하는 바와 같이 회전 테이블(2)의 회전 속도를 20rpm으로 설정한 경우에는, 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 383.3rpm으로 설정했을 때 웨이퍼 홀더(24)의 평균 자전 각도는 0°로 되었다. 또한, 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 383.3rpm보다 빠르게 함으로써, 웨이퍼 홀더(24)는 시계 방향으로 자전하고, 383.3rpm보다 느리게 함으로써, 웨이퍼 홀더(24)는 반시계 방향으로 자전하고 있었다. 또한 구동 기어부(51a)의 회전 속도가 383.1부터 383.5rpm까지의 회전 속도의 범위일 때는, 구동 기어부(51a)의 회전 속도와 평균 자전 각도는, 거의 비례 관계이었다. 또한 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 383.1부터 383.5rpm까지 변화시켰을 때 평균 자전 각도는, -3°부터 +2°까지 변화하고 있고, 표준 편차도 1 이하로 매우 작았다.
도 17에 도시하는 바와 같이 회전 테이블(2)의 회전 속도를 30rpm으로 설정한 경우에는, 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 575.0rpm으로 설정했을 때 웨이퍼 홀더(24)의 평균 자전 각도의 평균값은 0°로 되었다. 또한 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 575.0rpm보다 빠르게 함으로써, 웨이퍼 홀더(24)는 시계 방향으로 자전하고, 575.0rpm보다 느리게 함으로써, 웨이퍼 홀더(24)는 반시계 방향으로 자전하고 있었다. 또한 구동 기어부(51a)의 회전 속도가 574.9부터 575.1rpm까지의 회전 속도의 범위일 때, 구동 기어부(51a)의 회전 속도와 평균 자전 각도는, 거의 비례 관계이었다. 또한 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 574.9부터 575.1rpm까지 변화시켰을 때 평균 자전 각도는, -1°부터 +1°까지 변화하고 있고, 표준 편차도 1 이하로 매우 작았다.
이 결과에 의하면, 회전 테이블(2)의 회전 속도에 대하여, 웨이퍼 홀더(24)의 평균 자전 각도가 0°로 되는 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 구하고, 구동 기어부(51a)를 당해 평균 자전 각도가 0°로 되는 회전 속도로부터 올림으로써, 웨이퍼 홀더(24)를 한쪽으로 회전시킬 수 있고, 당해 회전 속도로부터 저하시킴으로써, 웨이퍼 홀더(24)를 다른 쪽으로 회전시킬 수 있다고 할 수 있다. 또한 예를 들어 회전 테이블(2)의 회전 속도를 10rpm으로 설정한 경우에는, 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 조정함으로써 평균 자전 각도는, -10°부터 +8°의 범위에서 조정할 수 있다고 할 수 있다. 또한 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 웨이퍼 홀더(24)의 평균 자전 각도가 0°와, 구동 기어부(51a)의 회전 속도가 대략 비례 관계가 되는 범위로 설정함으로써, 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도의 변동이 작아져, 자전 각도가 안정된다고 할 수 있다.
또한 실시예 1에서, 최접근했을 때의 수동 기어부(45a)의 수동면과 구동 기어부(51a)의 구동면과의 거리를 0.5, 0.7, 0.9 및 1.0mm로 설정한 예를, 각각 실시예 1-1 내지 1-4로 하였다. 또한 실시예 2(3)에서도 최접근했을 때의 수동 기어부(45a)의 수동면과 구동 기어부(51a)의 구동면과의 거리를 0.5, 0.7, 0.9 및 1.0mm로 설정한 예를, 각각 실시예 2-1 내지 2-4(3-1 내지 3-4)로 하였다.
실시예 1-1 내지 3-4의 각각에 있어서, 구동 기어부(51a)의 회전 속도를 각각 설정해서 회전 테이블(2)을 10회전시켜 각 웨이퍼 홀더(24)의 회전 각도를 측정하고, 10회의 평균값을 취하여, 5개의 웨이퍼 홀더(24)의 각각의 자전 각도로 하였다. 또한 실시예 1-1 내지 3-4의 각각에 있어서, 구동 기어부(51a)의 회전 속도마다, 각 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도를 구하고, 당해 5개의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도로부터 평균 자전 각도와 표준 편차를 산출하여, 5개의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도의 변동(％: (표준 편차/평균 자전 각도)×100)을 구하였다. 자전 각도는, 시계 방향으로의 자전을 +, 반시계 방향으로의 자전을 -로 나타내고 있다.
도 18 내지 도 21은 각각 실시예 1-1 내지 1-4, 도 22 내지 도 25는 각각 실시예 2-1 내지 2-4, 도 26 내지 도 29는 각각 실시예 3-1 내지 3-4에서, 구동 기어부(51a)의 회전 속도(rpm)에 대한 각 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도(°)를 나타낸 특성도이다. 각 도면 중의 백색의 마름모형의 범례는, 5개의 웨이퍼 홀더(24)에서의 자전 각도의 변동을 나타내고 있고, 각 특성도에 있어서 5개의 웨이퍼 홀더(24)마다의 자전 각도를 서로 다른 범례를 붙이어 구별하고 있다.
도 30은, 실시예 1-1 내지 3-4의 각각에서 계측된 평균 자전 각도의 범위와, 5개의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도의 변동이 작아져, 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도가 안정되는 평균 자전 각도의 범위를 도시하는 특성도이다. 각 실시예의 특성도에 있어서, 선 부분을 포함하는 특성도의 상단부터 하단까지의 범위는, 도 18 내지 도 29의 특성도에 있어서 계측된 값에 있어서의 평균 자전 각도의 최댓값부터 최솟값까지의 범위를 나타낸다. 또한 각 실시예에서, 도 30 중의 각 실시예의 특성도의 상자 부분의 상단부터 하단까지의 범위는, 5개의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도의 변동 값이 5％ 이하로 될 때의 평균 자전 각도의 범위를 나타내고 있다. 당해 자전 각도의 변동 값이 5％ 이하로 되는 범위에서는, 5개의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도가 일치되어 있어, 구동 기어부(51a)의 회전 속도의 설정에 의해, 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도를 안정되게 제어할 수 있는 범위라고 할 수 있다.
도 18 내지 도 21에 도시하는 바와 같이 실시예 1-1에서는, 웨이퍼 홀더(24)마다의 자전 각도의 변동이 커져 있었지만, 실시예 1-2 내지 1-4에서는, 웨이퍼 홀더(24)마다의 자전 각도의 변동은 거의 보이지 않고 있다. 그리고, 도 30에 도시하는 바와 같이 실시예 1-2 내지 1-4에서는, 평균 자전 각도가 +4.5° 내지 -6.5°의 범위에서, 5개의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도의 변동 값이 5％ 이하였다.
도 22 내지 도 25 및 도 30에 도시하는 바와 같이 실시예 2-1, 2-2가 실시예 2-3, 2-4보다도 5개의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도의 변동 값이 5％ 이하로 되는 범위가 더 넓어, 평균 자전 각도가 +1.5° 내지 -1.8°로 되는 범위에서 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도를 안정되게 제어할 수 있다고 할 수 있다.
또한 도 26 내지 도 29 및 도 30에 도시하는 바와 같이 실시예 3-1에 비해 실시예 3-2 내지 3-4가 5개의 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도의 변동 값이 5％ 이하로 되는 범위가 더 넓게 되어 있었다.
이 결과에 의하면, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 늦을수록, 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도를 안정되게 제어하기 쉬운 것을 알 수 있다. 또한 회전 테이블(2)의 회전 속도가 10rpm일 때는, 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도를 안정되게 제어할 수 있는 범위가 넓고, 특히 최접근했을 때의 수동 기어부(45a)의 수동면과 구동 기어부(51a)의 구동면과의 거리를 0.7 내지 1.0mm로 설정함으로써 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도를 안정되게 제어할 수 있다고 할 수 있다.
또한, 회전 테이블(2)의 회전 속도를 20 내지 30rpm으로 설정했을 때는, 수동 기어부(45a)의 수동면과 구동 기어부(51a)의 구동면과의 거리를 1mm 이하로 가깝게 하는 것이, 웨이퍼 홀더(24)의 자전 각도를 더 안정되게 제어할 수 있다고 할 수 있다.
M : 자력선 O : 이동 궤도
W : 웨이퍼 1 : 성막 장치
11 : 진공 용기 2 : 회전 테이블
21 : 회전축 24 : 웨이퍼 홀더
26 : 자전 축 42 : 지지판
441 : 브레이크부
45, 45a 내지 45c : 수동 기어부 450 : 영구 자석
51, 51a 내지 51c : 구동 기어부 510 : 영구 자석
52 : 구동축 53 : 회전 구동부

Claims (10)

  1. 처리 용기 내에 설치되고, 회전축을 중심으로 회전하는 회전 테이블의 일면측에 기판을 적재하고, 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써 기판을 공전시키면서 상기 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리하는 기판 처리 장치로서,
    상기 회전 테이블의 회전축을 따른 방향으로 신장되는 자전 축을 중심으로 자전 가능하게 설치되고, 상기 기판을 적재하기 위한 적재대와,
    상기 적재대를 자전 축을 중심으로 자전시키기 위한 수동 기어부와, 상기 수동 기어부를 구동하는 구동 기어부를 갖는 자기 기어 기구를 포함하고,
    상기 수동 기어부는, 상기 자전 축을 통해서 상기 적재대에 연결되어, 상기 적재대를 자전시키는 방향으로 회전 가능하게 설치됨과 함께, 상기 구동 기어부 측에 설치된 구동면과의 사이에 자력선이 형성되는 수동면을 포함하고,
    상기 구동 기어부는, 상기 회전 테이블의 회전에 수반하여 이동하는 상기 수동 기어의 이동 궤도상의 미리 설정된 위치를 통과하는 수동면에 대하여 상기 구동면을 대향시킨 상태에서 배치되고, 또한 상기 자력선을 이동시켜 수동 기어를 회전시키기 위해, 상기 구동면을 이동시키는 구동부에 접속되어 있고,
    상기 회전 테이블의 회전축에는, 상기 자전 축을 지지하기 위한 지지부가 설치되고, 상기 회전 테이블에는, 상기 지지부에 지지된 자전 축을 삽입하는 개구부가 형성되고, 상기 적재대는, 상기 개구부에 삽입된 자전 축에 의해, 상기 회전 테이블로부터 독립된 상태에서 지지되어 있는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수동 기어부의 수동면 및 상기 구동 기어부의 구동면에는, 서로 극이 상이한 영구 자석이 설치되고, 이들 극이 상이한 영구 자석간에 상기 자력선이 형성되는, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수동 기어부의 수동면에는, 상기 수동 기어부의 회전 방향을 따라, 극이 상이한 영구 자석이 교대로 배치되고,
    상기 구동 기어부의 구동면에는, 상기 구동면의 이동 방향을 따라, 극이 상이한 영구 자석이 교대로 배치되어 있는, 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수동 기어부의 수동면 및 상기 구동 기어부의 구동면의 일방측에는 영구 자석이 설치되고, 이들 수동면 및 구동면의 타방측에는 상기 영구 자석과의 사이에 상기 자력선을 형성하기 위한 강자성체가 설치되어 있는, 기판 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수동 기어부는, 중심축이 상기 자전 축과 일치하도록 상기 적재대에 연결된 원기둥이며, 상기 수동면은 상기 원기둥의 측주면에 형성되고,
    상기 구동 기어부는 회전 중심을 중심으로 회전하는 원판이며, 상기 구동면은 상기 원판의 일면측에 형성되고,
    상기 구동부는, 상기 원판을 회전 중심을 중심으로 회전 구동시키는 구동축을 포함하고, 상기 구동축은, 상기 자전 축과 교차하는 방향으로 신장되도록 배치되어 있는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수동 기어부는, 회전 중심이 상기 자전 축과 일치하도록 상기 적재대에 연결된 원판이며, 상기 수동면은 원판의 일면측에 형성되고,
    상기 구동 기어부는 중심축을 중심으로 회전하는 원기둥이며, 상기 구동면은 상기 원기둥의 측주면에 형성되고,
    상기 구동부는, 상기 원기둥을 중심축을 중심으로 회전 구동시키는 구동축을 포함하고, 상기 구동축은, 상기 자전 축과 교차하는 방향으로 신장되도록 배치되어 있는, 기판 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 테이블은, 단위 시간당 회전수가 증감 가능하게 구성되고,
    상기 구동부는, 상기 회전 테이블의 회전수가 커짐에 따라서, 상기 자력선이 형성되는 구동면과 수동면과의 사이의 간격을 작게 하기 위해 구동 기어의 배치 위치를 조절하는 위치 조절부를 포함하는, 기판 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수동 기어부의 주위에는, 상기 수동면과, 상기 구동 기어부의 구동면과의 사이에 형성되는 자력선보다도 약한 자력선을 상기 수동면과의 사이에 형성함으로써, 상기 구동면과 대향하는 위치를 통과한 후의 상기 수동 기어의 회전을 정지하기 위한 브레이크면을 포함하는 브레이크부가 설치되어 있는, 기판 처리 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 기어부는, 중심축을 중심으로 회전해서 회전 방향을 따라, 구동면이 이동하도록 구성되고, 상기 회전 테이블이 1회전할 때의 적재대의 자전 각도가 0°로 되는 구동 기어부의 회전 속도를 사이에 두고, 구동 기어부의 회전 속도와 상기 자전 각도가, 비례 관계에 있는 회전 속도로 설정되어 있는, 기판 처리 장치.
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