KR102293635B1 - 성막 방법, 성막 장치 및 기억 매체 - Google Patents

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유카 나카사토
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Abstract

본 발명은, 기판을 공전시킴으로써 원료 가스가 공급되는 영역과 반응 가스가 공급되는 영역을 반복해서 통과시켜 성막하는 데 있어서, 기판의 면내에서의 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있는 기술을 제공하는 것이다. 기판(W)이 적재되는 회전 테이블(12)에 대향해서 설치되는 대향부(2)에 형성된 복수의 토출구(21)로부터 원료 가스를 토출하여, 흡착 영역(R1)을 형성한다. 흡착 영역(R1)의 주연을 따라 배기함과 함께 당해 흡착 영역(R1)의 주연을 따라 퍼지 가스를 공급하여, 흡착 영역(R1)과 반응 영역을 분리한다. 그리고, 흡착 영역(R1), 반응 영역의 순서로 기판(W)을 통과시키는 사이클을 반복해서 복수회 행하는 데 있어서, 하나의 사이클과 다른 사이클에서는, 복수의 토출구(21)로부터 각각 토출되는 원료 가스 유량의 조합의 패턴이 상이하도록 한다.

Description

성막 방법, 성막 장치 및 기억 매체{FILM FORMING METHOD, FILM FORMING APPARATUS, AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은 회전 테이블에 적재된 기판을 공전시켜 성막 처리를 행하는 기술에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서는, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 기재함)에 대하여 ALD(Atomic Layer Deposition)에 의해 성막이 행해지는 경우가 있다. 이 ALD를 행하는 성막 장치로서는, 진공 용기 내에 설치되는 회전 테이블에 웨이퍼가 적재되고, 당해 회전 테이블의 회전에 의해 공전하는 웨이퍼가, 원료 가스가 공급되는 분위기와, 당해 원료 가스와 반응하는 반응 가스가 공급되는 분위기를 반복해서 통과함으로써, 성막이 행해지도록 구성되는 경우가 있다.
그러한 성막 장치에서는, 예를 들어 회전 테이블에 대향하는 샤워 헤드가 설치되고, 이 샤워 헤드의 토출구로부터 원료 가스가 토출됨으로써, 상기 원료 가스의 분위기가 형성된다. 이 원료 가스의 분위기를 반응 가스의 분위기로부터 분리하기 위해서, 예를 들어 상기 샤워 헤드에서는, 원료 가스의 토출구를 둘러싸도록 배기구와 퍼지 가스의 토출구가 설치되어, 배기와 퍼지 가스의 토출이 행하여진다. 특허문헌 1에는 이러한 샤워 헤드를 구비한 성막 장치가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2013-168437
상기 샤워 헤드를 구비하는 성막 장치를 사용해서 성막을 행하면, 회전 테이블을 직경 방향을 따라서 보았을 때의 웨이퍼의 면내의 막 두께에 대해서, 회전 테이블 중심측의 단부의 막 두께와 회전 테이블 둘레 끝측의 단부의 막 두께가, 다른 부위의 막 두께에 비해 작아지는 경우가 있다. 이것은, 회전 테이블의 회전에 의해 웨이퍼가 샤워 헤드에 대향하는 위치로 이동했을 때, 웨이퍼의 면내에서 회전 테이블 중심측의 단부 및 주연부측 단부의 부근에서 상기 배기구로부터의 배기가 행해지기 때문에, 이들 각 단부에 공급된 원료 가스의 비교적 대부분이 웨이퍼에 흡착되지 않고 배기되기 때문이라고 생각된다.
본 발명은, 기판을 공전시킴으로써 원료 가스가 공급되는 영역과 반응 가스가 공급되는 영역을 반복해서 통과시켜 성막하는 데 있어서, 기판의 면내에서의 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명의 성막 방법은, 진공 용기 내에 설치되는 회전 테이블에 기판을 적재하여, 상기 기판을 공전시키는 공정과,
상기 회전 테이블에 대향해서 설치되는 대향부에 형성된 복수의 토출구로부터, 당해 회전 테이블의 직경 방향에 있어서 상이한 위치에 각각 원료 가스를 토출하고, 당해 회전 테이블의 직경 방향을 따라, 상기 기판에 상기 원료 가스를 흡착시키기 위한 흡착 영역을 형성하는 공정과,
상기 흡착 영역에 대하여 회전 테이블의 회전 방향으로 이격된 위치에, 상기 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성하는 반응 가스가 공급되는 반응 영역을 형성하는 공정과,
상기 흡착 영역의 주연을 따라 배기함과 함께 당해 흡착 영역의 주연을 따라 퍼지 가스를 공급하여, 상기 흡착 영역과 상기 반응 영역을 분리하는 공정과,
상기 흡착 영역, 상기 반응 영역의 순서로 상기 기판을 통과시키는 사이클을 반복해서 복수회 행하여, 상기 기판에 반응 생성물을 퇴적시켜 성막하는 공정과,
상기 복수회의 사이클 중 하나의 사이클을 행하기 위해서 상기 복수의 토출구로부터 각각 토출되는 원료 가스 유량의 조합을 제1 패턴으로 하고, 다른 사이클을 행하기 위해서 상기 조합을 상기 제1 패턴과는 상이한 제2 패턴으로 하는 공정
을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 성막 장치는, 진공 용기 내에 설치되고, 기판을 적재해서 공전시키기 위한 회전 테이블과,
상기 회전 테이블에 대향하는 대향부와,
상기 회전 테이블의 직경 방향에 있어서 상이한 위치에 각각 원료 가스를 토출하여, 당해 회전 테이블의 직경 방향을 따라, 상기 기판에 상기 원료 가스를 흡착시키는 흡착 영역을 형성하기 위해서 상기 대향부에 형성된 복수의 토출구와,
상기 흡착 영역에 대하여 회전 테이블의 회전 방향으로 이격된 위치에, 상기 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성하는 반응 가스를 공급해서 반응 영역을 형성하기 위한 반응 가스 공급부와,
상기 흡착 영역의 분위기와 상기 반응 영역의 분위기를 분리하기 위해서 상기 대향부에 각각 설치되고, 상기 흡착 영역의 주연을 따라 배기하기 위한 배기구 및 당해 흡착 영역의 주연을 따라 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 토출구와,
상기 흡착 영역, 상기 반응 영역의 순서로 상기 기판을 통과시키는 사이클을 반복해서 복수회 행하여, 상기 기판에 반응 생성물을 퇴적시켜 성막하는 데 있어서, 상기 복수회의 사이클 중 하나의 사이클을 행하기 위해서 상기 복수의 토출구로부터 각각 토출되는 원료 가스 유량의 조합을 제1 패턴으로 하고, 다른 사이클을 행하기 위해서 상기 조합을 상기 제1 패턴과는 상이한 제2 패턴으로 하는 스텝을 행하도록 제어 신호를 출력하는 제어부,
를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기억 매체는, 회전 테이블에 적재된 기판에 성막하는 성막 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 있어서,
상기 컴퓨터 프로그램은, 본 발명의 성막 방법을 실시하도록 스텝이 짜여 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 회전 테이블에 적재된 기판을 공전시킴으로써, 당해 회전 테이블의 직경 방향에 있어서 상이한 위치에 각각 원료 가스를 토출해서 형성되는 흡착 영역과, 반응 가스가 공급되는 반응 영역을 통과시키는 사이클을 반복해서 복수회 행하는 데 있어서, 하나의 사이클과 다른 사이클에서, 복수의 토출구로부터 각각 토출되는 원료 가스 유량의 조합의 패턴이 상이하다. 따라서, 기판의 면내에서 원료 가스의 흡착량의 균일성을 높게 할 수 있으므로, 당해 기판의 면내에서의 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 성막 장치의 횡단 평면도이다.
도 3은 상기 성막 장치에 설치되는 가스 샤워 헤드의 종단 측면도이다.
도 4는 상기 가스 샤워 헤드의 하면도이다.
도 5는 상기 성막 장치에서의 가스의 공급 상태를 나타내기 위한 평면도이다.
도 6은 상기 성막 장치에서의 가스의 공급 상태를 나타내기 위한 평면도이다.
도 7은 웨이퍼 및 가스 샤워 헤드의 종단 측면도이다.
도 8은 웨이퍼 및 가스 샤워 헤드의 종단 측면도이다.
도 9는 웨이퍼 및 가스 샤워 헤드의 종단 측면도이다.
도 10은 상기 가스 샤워 헤드의 평면도이다.
도 11은 평가 시험의 결과를 나타내기 위한 그래프도이다.
도 12는 평가 시험의 결과를 나타내기 위한 그래프도이다.
본 발명의 일 실시 형태인 성막 장치(1)에 대해서, 종단 측면도인 도 1 및 횡단 평면도인 도 2를 참조하면서 설명한다. 이 성막 장치(1)에 대해서는, 후술하는 회전 테이블 상에 원료 가스의 분위기와, 반응 가스의 분위기를 당해 회전 테이블의 회전 방향으로 이격된 위치에 각각 형성하고, 회전 테이블의 회전에 의해 당해 회전 테이블에 적재된 웨이퍼(W)를 공전시켜, 원료 가스의 분위기와 반응 가스의 분위기를 교대로 반복 통과시키도록 구성되어 있다. 그렇게 각 분위기를 반복해서 통과함으로써 웨이퍼(W)에 대해서는 ALD가 행하여져, SiN(질화 실리콘)막이 형성된다. 웨이퍼(W)는 원형이며, 직경이 예를 들어 300mm인 기판이다.
도면 중 11은 편평한 대략 원형의 진공 용기(처리 용기)이며, 측벽 및 저부를 구성하는 용기 본체(11A)와, 천장판(11B)에 의해 구성되어 있다. 도면 중 12는 상기 회전 테이블이며, 원형으로 구성되고, 진공 용기(11) 내에서 수평으로 설치되어 있다. 도면 중 12A는, 회전 테이블(12)의 이면 중앙부를 지지하는 지지부이다. 도면 중 13은 회전 기구이며, 지지부(12A)를 거쳐서 회전 테이블(12)을 그 둘레 방향으로, 예를 들어 상방에서 보아 시계 방향으로 회전시킨다. 도면 중 P0은, 회전 테이블(12)의 중심을 지나는 회전축을 나타내고 있다.
회전 테이블(12)의 상면에는, 회전 테이블(12)의 둘레 방향(회전 방향)을 따라 6개의 원형의 오목부(14)가 설치되어 있고, 각 오목부(14)에 웨이퍼(W)가 수납된다. 즉, 회전 테이블(12)의 회전에 의해 공전하도록, 각 웨이퍼(W)는 회전 테이블(12)에 적재된다. 또한, 성막 처리 시에는 모든 오목부(14)에 웨이퍼(W)가 적재되지만, 도 2에서는 1개의 오목부(14)에만 웨이퍼(W)가 적재된 상태를 도시하고 있다.
도 1 중 15는 히터이며, 진공 용기(11)의 저부에서 동심원 형상으로 복수 설치되어, 상기 회전 테이블(12)에 적재된 웨이퍼(W)를 가열한다. 도 2 중 16은 진공 용기(11)의 측벽에 개구된 웨이퍼(W)의 반송구이며, 17은 반송구(16)를 개폐하기 위한 게이트 밸브이다. 도시하지 않은 기판 반송 기구에 의해, 웨이퍼(W)는 반송구(16)를 통해서, 진공 용기(11)의 외부와 오목부(14)내의 사이에서 전달된다.
상기 회전 테이블(12) 상에는, 가스 샤워 헤드(2)와, 플라스마 형성 유닛(4A)과, 플라스마 형성 유닛(4B)과, 플라스마 형성 유닛(4C)이, 회전 테이블(12)의 회전 방향 상류측을 향해서, 당해 회전 방향을 따라 이 순서로 설치되어 있다. 회전 테이블(12)에 대향하는 대향부인 가스 샤워 헤드(2)에 대해서, 종단 측면도인 도 3 및 하면도인 도 4도 참조하면서 설명한다. 가스 샤워 헤드(2)는, 평면으로 보아, 회전 테이블(12)의 중심측으로부터 주연측을 향함에 따라서 회전 테이블(12)의 둘레 방향으로 넓어지는 부채 형상으로 형성되어 있다. 가스 샤워 헤드(2)의 하면은, 회전 테이블(12)의 상면에 대하여 근접하도록 형성된 수평인 대향면을 이룬다.
가스 샤워 헤드(2)의 하면에는, 가스 토출구(21), 배기구(22) 및 퍼지 가스 토출구(23)가, 연직 하방을 향해서 각각 개구되어 있다. 가스 토출구(21)는, 가스 샤워 헤드(2)의 하면의 주연부보다도 내측의 토출구 형성 영역(24)에 다수, 분산해서 배치되어 있다. 토출구 형성 영역(24)은, 회전 테이블(12)의 중심측으로부터 주연측을 향함에 따라서 당해 회전 테이블(12)의 둘레 방향으로 넓어지는 부채 형상으로 구성되어 있다. 가스 토출구(21)는, 회전 테이블(12)의 회전 중에, SiN막을 형성하기 위한 Si(실리콘)를 포함하는 원료 가스인 DCS(디클로로실란) 가스를 하방으로 샤워 형상으로 토출한다.
이 토출구 형성 영역(24)은, 각각 다수의 가스 토출구(21)를 포함하는 3개의 구역(24A, 24B, 24C)에 의해 구성되어 있고, 가스 샤워 헤드(2)는 제1 토출구를 이루는 구역(24A)의 가스 토출구(21), 제2 토출구를 이루는 구역(24B)의 가스 토출구(21), 제3 토출구를 이루는 구역(24C)의 가스 토출구(21)에, 서로 독립해서 DCS 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 구역(24A, 24B, 24C)은, 회전 테이블(12)의 직경 방향을 따라서 당해 회전 테이블(12)의 중심측으로부터 주연측을 향해서 이 순서로 위치하고 있다. 예를 들어 구역(24A, 24C)은, 회전 테이블(12)의 회전 방향을 따른 원호 형상의 레이아웃으로 되고, 구역(24B)은 부채 형상의 레이아웃으로 되어 있다.
도 3 중 25A, 25B, 25C는, 가스 샤워 헤드(2)에 있어서 서로 구획되어 형성된 가스 유로이며, 가스 유로(25A, 25B, 25C)의 하류단이, 구역(24A)의 가스 토출구(21), 구역(24B)의 가스 토출구(21), 구역(24C)의 가스 토출구(21)로서 각각 구성된다. 가스 유로(25A, 25B, 25C)의 각 상류측에는, 각각 배관(26A, 26B, 26C)의 하류단이 접속되어 있고, 이들 배관(26A, 26B, 26C)에는 각각 가스 공급 기기(27)가 개재 설치되어 있다. 그리고, 배관(26A, 26B, 26C)은, 각 가스 공급 기기(27)의 상류측에서 합류하여, DCS 가스의 공급원(28)에 접속되어 있다.
상기 가스 공급 기기(27)는, 밸브 및 매스 플로우 컨트롤러에 의해 구성되어 있고, 공급원(26)으로부터 각 가스 유로(25A, 25B, 25C)에 공급되는 DCS 가스 유량을 제어한다. 또한, 후술하는 가스 공급 기기(27) 이외의 각 가스 공급 기기도, 가스 공급 기기(27)와 마찬가지로 구성되어, 하류측에 공급되는 가스 유량을 제어한다. 이렇게 유량을 제어하는 것에는, 가스 유량을 0으로 하는, 즉 하류측에 대한 가스의 공급을 정지하는 것도 포함된다.
상기와 같이 가스 샤워 헤드(2)가 구성됨으로써, 회전 테이블(12) 상에서의 구역(24A), 구역(24B), 구역(24C)의 하방을 각각 제1 위치, 제2 위치, 제3 위치라 하면, 이들 제1 위치 내지 제3 위치에 각각 독립해서 DCS 가스를 공급할 수 있다. 즉, 회전 테이블(12)의 직경 방향을 따라서 신장되는 영역의 길이 방향에서의 상이한 위치에 독립해서, DCS 가스를 공급할 수 있다. 웨이퍼(W)가 가스 샤워 헤드(2)의 하방에 위치할 때, 회전 테이블(12)의 직경 방향을 따라서 보았을 때, 웨이퍼(W)의 회전 테이블(12) 중심측의 단부는 제1 위치에, 웨이퍼(W)의 중심부는 제2 위치에, 웨이퍼(W)의 회전 테이블(12) 주연측의 단부는 제3 위치에 각각 위치한다. 그렇게 구역(24A 내지 24C)이 설정되어 있음으로써, 당해 구역(24A 내지 24C)의 각 가스 토출구(21)로부터 DCS 가스가 토출되고 있을 때는, 공전하는 웨이퍼(W)의 표면 전체에 DCS 가스가 공급된다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 배관(26B)에 있어서 가스 공급 기기(27)의 하류측에는 배관(31)의 하류단이 접속되고, 배관(31)의 상류단은, 가스 공급 기기(32)를 거쳐서 Ar(아르곤) 가스의 공급원(33)에 접속되어 있다. 따라서, 구역(24B)의 가스 토출구(21)로부터는 DCS 가스 및/또는 Ar 가스를 토출하여, 이들 가스를 상기 제2 위치에 공급할 수 있다.
계속해서, 상기 배기구(22) 및 퍼지 가스 토출구(23)에 대해서 각각 설명한다. 식별을 용이하게 하기 위해서, 도 4에서는 배기구(22) 및 퍼지 가스 토출구(23)에 다수의 도트를 붙여서 도시하고 있다. 배기구(22)는 토출구 형성 영역(24)의 외측에, 당해 토출구 형성 영역(24)의 외주를 따라서 환형으로 개구되어 있다. 퍼지 가스 토출구(23)는, 배기구(22) 및 토출구 형성 영역(24)을 둘러싸도록, 가스 샤워 헤드(2)의 하면의 주연부를 따라서 환형으로 개구되어 있다.
도 3 중 34, 35는, 각각 가스 샤워 헤드(2)에 설치되는 서로 구획된 가스 유로이며, 상기 원료 가스의 가스 유로(25A 내지 25C)에 대해서도 구획되어 형성되어 있다. 가스 유로(34)의 상류단은 배기구(22)로서, 가스 유로(35)의 하류단은 퍼지 가스 토출구(23)로서 각각 구성되어 있다. 가스 유로(34)의 하류단은 배기 기구(36)에 접속되어 있어, 이 배기 기구(36)에 의해 배기구(22)로부터 배기를 행할 수 있다. 가스 유로(35)의 상류단에는 배관(37)의 하류단이 접속되어 있고, 배관(37)의 상류단은 가스 공급 기기(38)를 거쳐서 배관(31)의 가스 공급 기기(32)의 상류측에 접속되어 있다. 따라서, 퍼지 가스 토출구(23)로는, 상기 가스 공급원(33)으로부터 퍼지 가스로서 Ar 가스가 공급된다.
성막 처리 중에 있어서는, 가스 토출구(21)로부터의 DCS 가스의 토출, 배기구(22)로부터의 배기 및 퍼지 가스 토출구(23)로부터의 퍼지 가스의 토출이 함께 행하여진다. 토출된 DCS 가스 및 퍼지 가스는, 회전 테이블(12)의 상면을 확산하여, 배기구(22)로부터 배기된다. 도 3의 화살표는, 이 DCS 가스 및 퍼지 가스의 흐름을 나타내고 있다. 퍼지 가스가 배기구(22)를 향해서 흐름으로써, 평면에서 보아 DCS 가스는 배기구(22)에 의해 둘러싸인 영역의 외측으로 흐르는 것이 저지된다. 즉, 가스 샤워 헤드(2)와 회전 테이블(12)의 사이에서 이 배기구(22)에 둘러싸인 영역에 한정적으로, DCS 가스가 공급되는 분위기가 형성되어, 웨이퍼(W)에 대한 DCS 가스가 흡착된다. 당해 배기구(22)에 둘러싸인 영역을 DCS 가스의 흡착 영역(R1)이라 하면, 배기구(22)는, 이 흡착 영역(R1)의 주연을 따라 배기를 행하고 있다. 또한, 상기와 같이 퍼지 가스 토출구(23)로부터 토출된 퍼지 가스는 배기구(22)의 하방으로 흐르기 때문에, 당해 퍼지 가스는 흡착 영역(R1)의 주연을 따라 공급되고 있다.
계속해서, 플라스마 형성 유닛(4A 내지 4C)에 대해서 설명한다. 플라스마 형성 유닛(4A 내지 4C)은 각각 마찬가지로 구성되어 있고, 여기서는 대표해서 도 1에 도시한 플라스마 형성 유닛(4A)에 대해 설명한다. 플라스마 형성 유닛(4A)은, 플라스마 형성용 가스를 회전 테이블(12) 상에 공급함과 함께, 이 플라스마 형성용 가스에 마이크로파를 공급하여, 회전 테이블(12) 상에 플라스마를 발생시킨다. 플라스마 형성 유닛(4A)은, 상기 마이크로파를 공급하기 위한 안테나(41)를 구비하고 있고, 당해 안테나(41)는, 유전체판(42)과 금속제의 도파관(43)을 포함한다.
유전체판(42)은, 평면에서 보아 회전 테이블(12)의 중심측으로부터 주연측을 향함에 따라서 넓어지는 대략 부채 형상으로 형성되어 있다. 진공 용기(11)의 천장판(11B)에는 상기 유전체판(42)의 형상에 대응하도록, 대략 부채 형상의 관통구가 형성되어 있고, 당해 관통구의 하단부의 내주면은 관통구의 중심부측으로 약간 돌출되어, 지지부(44)를 형성하고 있다. 상기 유전체판(42)은 이 관통구를 상측에서 막고, 회전 테이블(12)에 대향하도록 설치되어 있고, 유전체판(42)의 주연부는 지지부(44)에 지지되어 있다.
도파관(43)은 유전체판(42) 상에 설치되어 있고, 회전 테이블(12)의 직경 방향을 따라서 연장되는 내부 공간(45)을 구비한다. 도면 중 46은, 도파관(43)의 하부측을 구성하는 슬롯판이며, 유전체판(42)에 접하도록 설치되고, 복수의 슬롯 구멍(46A)을 갖고 있다. 도파관(43)의 회전 테이블(12) 중심측의 단부는 막혀 있고, 회전 테이블(12)의 주연부측의 단부에는, 마이크로파 발생기(47)가 접속되어 있다. 마이크로파 발생기(47)는, 예를 들어 약 2.45GHz의 마이크로파를 도파관(43)에 공급한다.
또한, 플라스마 형성 유닛(4A)은, 유전체판(42)의 하면측에 플라스마 형성용 가스를 각각 공급하는 제1 가스 토출구(51)와, 제2 가스 토출구(52)를 구비하고 있다. 이들 가스 토출구(51, 52)는, 상기 유전체판(42)의 지지부(44)에, 예를 들어 진공 용기(11)의 둘레 방향을 따라 각각 복수 설치되어 있고, 제1 가스 토출구(51)는, 회전 테이블(12)의 중심부측으로부터 주연부측을 향해서, 제2 가스 토출구(52)는, 회전 테이블(12)의 주연부측으로부터 중심측을 향해서, 각각 플라스마 형성용 가스를 토출한다.
상기 도파관(43)에 공급된 마이크로파는, 슬롯판(46)의 슬롯 구멍(46A)을 통과해서 유전체판(42)에 이르고, 이 유전체판(42)의 하방에 토출된 플라스마 형성용 가스에 공급되어, 유전체판(42)의 하방 영역인 플라스마 형성 영역(R2)에 한정적으로 플라스마가 형성된다. 또한, 플라스마 형성 유닛(4B, 4C)의 플라스마 형성 영역은 R3, R4로서 각각 나타내고 있고, 이들 플라스마 형성 영역(R3, R4)에서도 플라스마 형성 영역(R2)과 마찬가지로 플라스마가 형성된다.
상기 플라스마 형성용 가스로서는, 예를 들어 H2(수소) 가스 및 NH3(암모니아) 가스가 사용된다. 도면 중 53은 H2 가스의 공급원이며, 도면 중 54는 NH3 가스의 공급원이다. 제1 가스 토출구(51) 및 제2 가스 토출구(52)는, 가스 공급 기기(55)를 구비한 배관계(50)를 거쳐서 H2 가스 공급원(53) 및 NH3 가스 공급원(54)에 각각 접속되어 있다. 이 배관계(50)는, 가스 공급원(53)으로부터 각 가스 토출구(51, 52)에 대한 H2 가스 유량을 각각 제어할 수 있고, 또한 가스 공급원(54)으로부터 각 가스 토출구(51, 52)에 대한 NH3 가스 유량을 각각 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 NH3 가스는, 웨이퍼(W)에 흡착된 DCS 가스를 질화하기 위한 반응 가스이며, 상기 플라스마 형성 영역(R2 내지 R4)은, 이 NH3 가스의 플라스마에 의해 당해 질화를 행하는 반응 영역을 이룬다. 상기와 같이 가스 샤워 헤드(2)에서의 퍼지 가스의 토출과 배기에 의해, 반응 영역인 플라스마 형성 영역(R2 내지 R4)의 분위기와, 흡착 영역(R1)의 분위기는 서로 분리되어 있다. 또한, 플라스마 형성 유닛(4A 내지 4C)에서는, 가스 샤워 헤드(2)에서 행해지는 퍼지 가스의 공급 및 배기가 행해지지 않기 때문에, 플라스마 형성 영역(R2 내지 R4)에서의 각 분위기는 서로 분리되어 있지 않다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(12)의 외측 하방이며, 진공 용기(11)의 저부에는 배기구(61)가 개구되어 있고, 이 배기구(61)에는 배기 기구(62)가 접속되어 있다. 배기 기구(62)에 의한 배기구(61)로부터의 배기량은 조정 가능하며, 이 배기량에 따른 압력의 진공 분위기가 진공 용기(11) 내에 형성된다. 상기 플라스마 형성 유닛(4A 내지 4C)으로부터 토출된 각 가스는, 배기구(61)로부터 배기되어 제거된다.
도 1에 도시한 바와 같이 성막 장치(1)에는, 컴퓨터로 이루어지는 제어부(10)가 설치되어 있고, 제어부(10)에는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램에 대해서는, 성막 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 송신해서 각 부의 동작을 제어하여, 후술하는 성막 처리가 실행되도록 스텝 군이 짜여 있다. 구체적으로는, 회전 기구(13)에 의한 회전 테이블(12)의 회전수, 각 가스 공급 기기에 의해 배관의 하류측에 공급되는 각 가스 유량, 각 배기 기구(36, 62)에 의한 배기량, 마이크로파 발생기(47)로부터의 안테나(41)에 대한 마이크로파의 공급·단절, 히터(15)에 대한 급전 등이, 프로그램에 의해 제어된다. 히터(15)에 대한 급전의 제어는, 즉 웨이퍼(W)의 온도의 제어이며, 배기 기구(62)에 의한 배기량의 제어는, 즉 진공 용기(11) 내의 압력의 제어이다. 이 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, DVD, 메모리 카드 등의 기억 매체로부터 제어부(10)에 인스톨된다.
이하, 성막 장치(1)에 의한 성막 처리에 대해서, 진공 용기(11) 내의 각 부에 공급되는 가스의 종류를 나타낸 회전 테이블(12)의 평면도인 도 5, 도 6을 참조하면서 설명한다. 먼저, 기판 반송 기구에 의해 6매의 웨이퍼(W)가 진공 용기(11) 내에 반송되어, 회전 테이블(12)의 각 오목부(14) 내에 적재되면, 반송구(16)에 설치되는 게이트 밸브(17)가 폐쇄되어, 진공 용기(11) 내가 기밀해진다. 히터(15)에 의해 웨이퍼(W)가 소정의 온도가 되도록 가열되고, 배기구(61)로부터의 배기에 의해 진공 용기(11) 내가 소정의 압력의 진공 분위기로 되고, 회전 테이블(12)이 소정의 회전수로 회전한다.
그리고, 플라스마 형성 유닛(4A 내지 4C)에 있어서, 제1 가스 토출구(51), 제2 가스 토출구(52)로부터 각각 소정의 유량으로 H2 가스와 NH3 가스의 혼합 가스가 토출됨과 함께, 마이크로파 발생기(47)로부터 마이크로파가 공급된다. 이 마이크로파에 의해 플라스마 형성 영역(R2 내지 R4)에, H2 가스 및 NH3 가스에 의한 플라스마가 각각 형성된다. 이렇게 플라스마가 형성되는 한편, 가스 샤워 헤드(2)에서는 구역(24A 내지 24C)의 가스 토출구(21)로부터 DCS 가스의 토출, 퍼지 가스 토출구(23)로부터의 퍼지 가스의 토출 및 배기구(22)로부터의 배기가 행하여져, 회전 테이블(12) 상에서 흡착 영역(R1)에 DCS 가스 분위기가 형성된다. 도 5는, 이렇게 플라스마의 형성과 DCS 가스 분위기의 형성이 행해지고 있는 상태를 도시하고 있다.
회전 테이블(12)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)가 흡착 영역(R1)을 통과할 때, DCS 가스가 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된다. 계속해서 회전 테이블(12)이 회전하여, 웨이퍼(W)가 플라스마 형성 영역(R2 내지 R4)을 통과할 때 플라스마에 포함되는 NH3 가스의 활성종이 웨이퍼(W)에 공급되고, 웨이퍼(W)에 흡착된 DCS 가스와 반응하여, 반응 생성물인 SiN의 박막이 형성된다. 그 후도 회전 테이블(12)의 회전이 계속되어, 웨이퍼(W)의 흡착 영역(R1)으로의 이동, 당해 웨이퍼(W)에 대한 DCS 가스의 흡착, 웨이퍼(W)의 플라스마 형성 영역(R2 내지 R4)으로의 이동, 흡착된 DCS 가스가 NH3 가스의 활성종과의 반응에 의한, 먼저 형성된 SiN의 박막 상에서의 SiN의 박막의 형성이 순서대로 반복해서 행하여진다. 즉, DCS 가스의 흡착과, 흡착된 DCS 가스와 NH3 가스의 활성종과의 반응으로 이루어지는 사이클이 반복해서 행하여져, 웨이퍼(W) 표면에 대해 SiN의 박막이 반복해서 적층됨으로써, SiN막의 막 두께가 상승한다.
계속해서, 플라스마의 형성 및 가스 샤워 헤드(2)로부터의 DCS 가스의 공급이 개시되고 나서, 소정의 횟수, 회전 테이블(12)이 회전한 후, 가스 샤워 헤드(2)의 구역(24B)의 가스 토출구(21)로부터의 DCS 가스의 토출이 정지함과 함께 당해 구역(24B)의 가스 토출구(21)로부터의 Ar 가스의 토출이 개시된다(도 6). 즉, DCS 가스에 대해서 보면, 구역(24A, 24B, 24C)으로부터 각각 토출되는 유량의 조합의 패턴이 변화한다. 또한, 구역(24A, 24C)의 각 가스 토출구(21)에는, 예를 들어 구역(24B)의 가스 토출구(21)로부터 Ar 가스의 토출이 개시되기 전과 동일한 유량으로, 계속해서 DCS 가스가 공급된다. 따라서, 웨이퍼(W)에 있어서는, 흡착 영역(R1)에 위치함으로 인한 DCS 가스의 흡착과 플라스마 형성 영역(R2 내지 R4)에 위치함으로 인한 활성종에 의한 반응으로 이루어지는 사이클이 계속해서 행하여진다.
이렇게 처리를 행하는 이유에 대해서, 도 7 내지 도 9의 웨이퍼(W) 및 가스 샤워 헤드(2)의 종단 측면도를 참조하면서 설명한다. 이 도 7 내지 도 9의 웨이퍼(W)의 종단 측면에 대해서 보다 자세하게 설명하면, 회전 테이블(12)의 직경을 따르면서 또한 당해 웨이퍼(W)의 직경을 따른 절단면을 향해서 본 단면을 나타내고 있다. 또한, 그 이후, 특별히 설명이 없는 한 웨이퍼(W)의 양단부란, 회전 테이블(12)의 중심부측 및 주연부측의 각 웨이퍼(W)의 단부이며, 웨이퍼(W)의 중심부란 이들 단부의 사이, 즉, 상기 회전 테이블(12)의 직경을 따라 보았을 때의 웨이퍼(W)의 중심부인 것으로 한다. 또한, 설명의 편의상, 상기와 같이 DCS 가스 유량의 조합의 패턴을 변경하기 전에 행하여진 사이클을 제1 사이클로 하고, 변경한 후에 행해지는 사이클을 제2 사이클로 한다. 또한, 도 7, 도 8 중의 화살표는, 가스 샤워 헤드(2)로부터 토출된 가스의 흐름을 나타내고 있다.
제1 사이클의 실행 중에는, 구역(24A 내지 24C)의 각 가스 토출구(21)로부터 DCS 가스가 토출되어, 흡착 영역(R1) 전체에 DCS가 공급되기 때문에, 당해 흡착 영역(R1)을 통과하는 웨이퍼(W)의 표면 전체에 DCS 가스가 흡착된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 SiN막(20)이 형성된다. 그러나, 흡착 영역(R1)에 대해서, 회전 테이블(12)의 직경 방향을 따라 보았을 때 그 양단부를 향할수록, 배기구(22)와의 위치가 가까워짐으로써 DCS 가스의 농도가 낮다. 따라서, 웨이퍼(W)가 흡착 영역(R1)에 위치할 때, 웨이퍼(W)의 양단부에서의 DCS 가스의 농도는, 웨이퍼(W)의 중심부에 비해서 낮다. 그 때문에, 발명이 해결하고자 하는 과제라는 항목에서 설명한 바와 같이, 제1 사이클의 종료 시에 웨이퍼(W)의 양단부에 형성되어 있는 SiN막(20)의 막 두께는, 웨이퍼(W)의 중심부에 형성되는 SiN막의 막 두께보다도 작다(도 7 참조).
그에 반해 제2 사이클의 실행 중에는, DCS 가스는 구역(24A, 24C)의 가스 토출구(21)로부터만 토출되고 있기 때문에, 흡착 영역(R1)을 회전 테이블(12)의 직경 방향을 따라 보았을 때의 양단부의 DCS 가스의 농도는, 중심부의 DCS 가스의 농도보다도 높다. 또한, 구역(24B)의 가스 토출구(21)로부터는 Ar 가스가 토출되고 있고, 이 Ar 가스는 회전 테이블(12)에 공급된 후, 당해 회전 테이블(12) 상을 배기구(22)의 하방을 향해서 확산된다. 따라서, 구역(24A, 24C)의 가스 토출구(21)로부터 토출된 DCS 가스는, 이 Ar 가스에 의해 구역(24B)의 하방으로 흐르는 것이 저지되고, 상기 흡착 영역(R1)의 양단부를 향해서 흘러가게 되어, 그 결과로서 당해 양단부에서의 DCS 가스의 농도가, 보다 확실하게 높아진다. 이렇게 흡착 영역(R1)에 DCS 가스가 공급된 상태에서, 웨이퍼(W)가 흡착 영역(R1)에 위치함으로써, 웨이퍼(W)의 양단부에 국소적으로 DCS 가스가 흡착된다.
따라서, 가령 제1 사이클이 행해지지 않고 제2 사이클만이 행하여지는 경우에는, 도 8에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 양단부에만 SiN막(20)이 형성되게 된다. 상기와 같이 실제는 제2 사이클은 제1 사이클 후에 실행되므로, 제2 사이클을 행함으로써, 제1 사이클에서 형성된 SiN막(20)의 웨이퍼(W)의 면내에서의 막 두께의 변동이 해소되도록, 웨이퍼(W)의 양단부의 막 두께를 증가시킬 수 있다.
상기 제2 사이클이 소정 횟수 행해지면, 즉 구역(24B)의 가스 토출구(21)로부터 토출되는 가스가 전환되고 나서 회전 테이블(12)이 소정 횟수 회전하면, 플라스마 형성 유닛(4A 내지 4C)에서는 각 가스의 공급과 마이크로파의 공급이 정지되고, 가스 샤워 헤드(2)에서는 구역(24A, 24C)으로부터의 DCS 가스의 토출, 구역(24B)으로부터의 Ar 가스의 토출, 퍼지 가스 토출구(23)로부터의 퍼지 가스의 토출, 배기구(22)로부터의 배기가 각각 정지된다. 상기와 같이 제2 사이클에 의해, 양단부의 SiN막(20)의 막 두께가 증가함으로써, 웨이퍼(W)에서는 도 9에 도시하는 바와 같이 양단부와 중심부의 사이에서 SiN막(20)의 막 두께가 고른 상태로 되어 있다. 그 후, 이 웨이퍼(W)는 도시하지 않은 반송 기구에 의해 성막 장치(1)로부터 반출된다.
이렇게 성막 장치(1)에서는, 제1 사이클에서는 가스 샤워 헤드(2)에 있어서, 회전 테이블(12)의 중심측으로부터 주연측을 향해서 설치되는 구역(24A, 24B, 24C)의 각 가스 토출구(21)로부터 DCS 가스를 토출하고, 제2 사이클에서는 구역(24A, 24C)의 가스 토출구(21)로부터는 DCS 가스를 토출하고, 구역(24B)의 가스 토출구(21)로부터는 Ar 가스를 토출한다. 따라서, 웨이퍼(W)의 양단부에서의 SiN막의 막 두께가, 웨이퍼(W)의 중심부에서의 SiN막의 막 두께에 비해 작아지는 것을 억제할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 면내에서의 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있다.
그런데 제1 사이클에서는, 웨이퍼(W)에 형성되는 SiN막에 대해서, 중심부의 막 두께가 양단부의 막 두께에 비해 커지는, 구역(24A), 구역(24B), 구역(24C)의 각 가스 토출구(21)로부터 토출되는 DCS 가스 유량의 패턴(제1 패턴)이 설정되어 있게 된다. 상기와 같이 제2 사이클은, 제1 사이클에 의해 웨이퍼(W)의 양단부와 중심부의 사이에 형성되는 막 두께의 편차를 보정, 즉 완화하기 위해서 행해지는 사이클이다. 그 때문에, 구역(24A), 구역(24B), 구역(24C)의 각 가스 토출구(21)로부터 토출되는 DCS 가스 유량의 패턴(제2 패턴)은, 웨이퍼(W)에 형성되는 SiN막에 대해서, 양단부의 막 두께가 중심부의 막 두께에 비해 커지도록 설정되어 있으면 된다. 또한, 구역(24A), 구역(24C)의 각 가스 토출구(21)는, 제1 영역인 웨이퍼(W)의 양단부에 대응하는 하나의 토출구를 이루고, 구역(24B)의 각 가스 토출구(21)는 제2 영역인 웨이퍼(W)의 중심부에 대응하는 다른 토출구를 이룬다.
구체적으로, 제1 사이클에서 구역(24A, 24B, 24C)의 각 가스 토출구(21)로부터 A1mL/분, B1mL/분, C1mL/분으로 DCS 가스가 토출되고, 제2 사이클에서 구역(24A, 24B, 24C)의 각 가스 토출구(21)로부터 A2mL/분, B2mL/분, C2mL/분으로 DCS 가스가 토출되는 것으로 했을 경우, B1/A1>B2/A2이고, 또한 B1/C1>B2/C2이면 된다. 즉, 상기 처리 예에서는 B2가 0으로 되어 있지만, 그렇게 0으로 하는 것에 한정되지는 않고, 예를 들어 A2, C2보다도 작고 0보다 큰 유량으로 하고, 제2 사이클에서 구역(24B)으로부터는 Ar 가스와 DCS 가스의 혼합 가스가 토출되도록 해도 된다.
상기 제2 사이클에서 구역(24B)으로부터 Ar 가스를 토출하지 않아도 되지만, 그 경우에는 구역(24A, 24C)으로부터 토출된 DCS 가스가, 구역(24B)의 하방으로 확산된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 양단부의 막 두께를 충분히 상승시키기 위해서는, 당해 Ar 가스를 토출하는 것이 바람직하다. 이렇게 구역(24B)의 하방에 대한 DCS 가스의 진입을 저지하는 저지용 가스로서는, SiN막의 형성에 영향을 주지 않는 것이라면 Ar 이외의 가스이어도 되며, 예를 들어 N2(질소) 가스나 He(헬륨) 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다.
상기 제1 사이클, 제2 사이클은 각각 1회 이상 행하면 된다. 따라서, 예를 들어 제2 사이클을 실행한 후에 제1 사이클을 실행해도 되고, 제1 사이클, 제2 사이클의 순서로 실행한 후, 다시 제1 사이클을 행해도 된다. 또한, 제1 사이클, 제2 사이클을 행한 후에, 구역(24A 내지 24C)의 각 가스 토출구(21)로부터 토출되는 DCS 가스 유량의 조합의 패턴을, 제1 사이클 및 제2 사이클에서의 패턴과는 상이한 패턴으로 설정한 제3 사이클을 행해도 된다.
또한, 회전 테이블(12)에 대향해서 DCS 가스를 토출하는 대향부로서는, 회전 테이블의 중심부측으로부터 주연부측을 향해서 신장되는 봉 형상으로 형성되고, 그 길이 방향을 따라서 복수개의 가스 토출구(21)가 개구되는 구성으로 되어 있어도 된다. 또한, 가스 샤워 헤드(2)의 구역(24A 내지 24C)의 형상으로서는, 이미 설명한 예에 한정되지 않고, 예를 들어 각각 직사각 형상으로 형성되어 있어도 된다. 또한, 가스 샤워 헤드(2)의 배기구(22) 및 퍼지 가스 토출구(23)는, 흡착 영역(R1)의 분위기와 플라스마 형성 영역(R2 내지 R4)의 분위기를 분리할 수 있도록 설치되어 있으면 되고, 예를 들어 상기와 같은 레이아웃으로 하는 대신에, 퍼지 가스 토출구(23)의 외측에 배기구(22)가, 당해 퍼지 가스 토출구(23)를 둘러싸도록 환형으로 설치되어 있어도 된다. 또한, 상기 가스 샤워 헤드(2)에서는, 구역(24B)의 가스 토출구(21)로부터, Ar 가스와 DCS 가스를 전환해서 토출하고 있지만, Ar 가스 전용의 토출구를 구역(24B)에 설치하고, 당해 전용의 토출구로부터 Ar 가스를 토출해도 된다.
또한, 예를 들어 가스 샤워 헤드(2)의 구역(24A), 구역(24B), 구역(24C) 중, 예를 들어 구역(24B, 24C)으로부터 토출되는 가스 유량은 제1 사이클(하나의 사이클), 제2 사이클(다른 사이클)에서 동일하고, 구역(24A)으로부터 토출되는 가스 유량이 제1 사이클, 제2 사이클에서 상이하도록 해도 된다. 또한, 예를 들어 구역(24A, 24B)으로부터 토출되는 가스 유량은 제1 사이클, 제2 사이클에서 동일하고, 구역(24C)으로부터 토출되는 가스 유량이 제1 사이클, 제2 사이클에서 상이하도록 해도 된다. 즉, 가스 샤워 헤드(2)에 있어서, 회전 테이블(12)의 직경 방향의 각각 상이한 위치에 가스를 토출함과 함께 토출되는 가스 유량을 조정 가능한 구역이 2개만 설치되고, 제1 사이클에서 각 구역으로부터 토출되는 가스 유량의 조합과, 제2 사이클에서 각 구역으로부터 토출되는 가스 유량의 조합이 서로 상이하게 처리를 행하도록 해도 된다.
또한, 웨이퍼(W)에 성막하는 막으로서는 SiN막에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 플라스마 형성 유닛(4A 내지 4C)의 가스 토출구(51, 52)로부터 산소나 오존 등의 산화 가스를 토출하여, 웨이퍼(W)에 흡착된 DCS 가스를 산화해서 SiO2(산화 실리콘)막을 형성해도 된다. 또한, 플라스마 형성 유닛(4A 내지 4C)에 있어서, 플라스마를 형성하지 않고 질화나 산화 처리를 행함으로써 ALD에 의한 성막을 행해도 된다. 또한, 본 발명은 앞서 서술한 실시예에 한정되지 않으며, 앞서 서술한 실시예는 적절히 변경하거나 조합하는 것이 가능하다.
[평가 시험]
이하, 본 발명에 관련해서 행하여진 평가 시험에 대해서 설명한다.
·평가 시험 1
평가 시험 1로서, 시뮬레이션에 의해, 상기 성막 장치(1)에서 성막을 행할 때의 회전 테이블(12)의 직경을 따른 웨이퍼(W)의 직경 상의 각 위치에서의 SiN막의 막 두께 상당 값을 산출하였다. 이 막 두께 상당 값이란, DCS 가스의 농도×DCS 가스와의 접촉 시간[kmol·초/m3]이며, 하기의 수학식 1로 산출되고, 당해 막 두께 상당 값이 클수록 막 두께가 커진다.
Figure 112018058342814-pat00001
상기 수학식 1의 우변에 대해서, 가스 샤워 헤드(2)의 평면도인 도 10을 사용해서 설명한다. 이 시뮬레이션에서는, 가스 샤워 헤드(2)의 하방에 있어서, 회전 테이블(12)의 직경 방향을 따른 각 위치, 및 회전 테이블(12)의 회전 방향을 따른 각 위치에 DCS 가스의 농도의 계측점이 각각 다수 설정되어 있다. 도 10에서는, 그렇게 설정된 다수의 계측점 중, 회전 테이블(12)의 중심축(P0) 상의 중심점(P1)으로부터의 거리가 서로 동일한 L1이며, 상기 회전 방향으로 서로 인접하는 계측점(P2, P3)을 나타내고 있다. 도면 중, L0은 회전 테이블(12)의 직경을 따라 신장됨과 함께 회전 테이블(12)의 중심점(P1)을 지나는 기준선이다. 계측점(P2)과 회전 테이블(12)의 중심점(P1)을 연결하는 선과 기준선(L0)이 이루는 각을 X[rad], 계측점(P3)과 회전 테이블(12)의 중심점(P1)을 연결하는 선과 기준선(L0)이 이루는 각을 Y[rad]라 한다. 그리고, 계측점(P2, P3)에서의 DCS 가스의 농도가 각각 A[kmol/m3], B[kmol/m3]이며, 회전 테이블(12)의 각속도가 ω[rad/초]인 것으로 한다.
이때, 회전 테이블(12)의 회전 방향을 따라서 계측점 P2와 P3의 중간에 위치하는 점을 중간점(P4)이라 하고, 이 중간점(P4)에서의 막 두께 상당 값[kmol·초/m3]에 대해서, (A+B)/2[kmol/m3]×(Y-X)[rad]/ω[rad/초]로서 산출한다. 도시하지 않은 계측점(P2, P3) 이외의 중심점(P1)으로부터의 거리가 L1인 계측점으로부터도 마찬가지로, 회전 방향으로 인접하는 계측점의 중간점에서의 막 두께 상당 값이 산출된다. 이렇게 산출된 값의 합계가 수학식 1의 우변이며, 웨이퍼(W)의 직경에 있어서 상기 거리(L1)에 대응하는 위치의 막 두께 상당 값이 된다.
이하에 평가 시험 1에서 설정한 각 처리 조건을 열거한다. 가스 유로(25A, 25B, 25C)에 공급한 DCS 가스 유량은 각각 200sccm, 0sccm, 600sccm이며, 가스 유로(25B)에는 Ar 가스를 공급하는 것으로 하고, 그 유량은 800sccm이다. 또한, 구역(24A), 구역(24C)은, 회전 테이블(12)의 회전 방향을 따른 원호 형상으로 설정되고, 그 폭은 8mm이다. 배기구(22)로부터의 배기 유량은 1800sccm이며, 배기구(22)에서의 압력은 -42.4Pa이다. 퍼지 가스 토출구(23)로부터 토출되는 퍼지 가스 유량은 2000sccm이며, 가스 샤워 헤드(2)의 하면과 회전 테이블(12)의 상면의 사이의 간극의 높이는 2.3mm, 진공 용기(11) 내의 압력은 2.0Torr(266.6Pa), 진공 용기(11) 내의 온도는 495℃, 회전 테이블(12)의 회전수는 10rpm이다.
또한, 평가 시험 1에서 설정한 처리 조건 중 일부를 변경해서 처리를 행하여, 웨이퍼(W)의 직경 상의 각 위치에서의 막 두께 상당 값을 산출하는 비교 시험 1을 행하였다. 이 비교 시험 1의 가스 샤워 헤드(2)에서는, 서로 구획된 가스 유로(25A, 25B, 25C)가 설치되어 있지 않고, 가스 샤워 헤드(2)에는 모든 가스 토출구(21)에 공통의 가스 유로가 설치되는 구성으로 되어 있다. 즉, 이 공통의 가스 유로의 하류단이 분기됨으로써, 모든 가스 토출구(21)로서 형성되어 있다. 이 공통의 가스 유로에 공급하는 DCS 가스 유량은 800sccm, 배기구(22)에서의 배기량은 1400sccm, 배기구(22)에서의 압력은 -41.1Pa로 설정하였다. 기타 처리 조건은, 평가 시험 1에서 설정한 처리 조건과 동일하다.
도 11의 그래프는, 평가 시험 1 및 비교 시험 1의 결과를 나타내고 있다. 그래프의 종축은, 상기 수학식 1의 막 두께 상당 값[kmol·초/m3]을 나타내고 있다. 그래프의 횡축은, 막 두께 상당 값을 산출한 웨이퍼(W)의 직경 상에서의 각 위치를, 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리(단위: mm)로서 나타내고 있고, 편의상, 일단부측의 위치를 플러스의 부호를 붙인 거리, 타단부측의 위치를 마이너스의 부호를 붙인 거리로 하고 있다. 그래프에 나타내는 바와 같이, 비교 시험 1에서는 웨이퍼(W)의 각 위치에서의 막 두께 상당 값의 편차는 작고, 웨이퍼(W)의 양단부에서는 웨이퍼(W)의 중심부에 비해 약간, 막 두께 상당 값이 작다. 그러나, 평가 시험 1에서는 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리가 130mm 이하인 경우에 막 두께 상당 값은 대략 0이며, 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리가 130mm보다 커지면, 막 두께 상당 값이 급격하게 커진다. 즉, 평가 시험 1에서는 웨이퍼(W)의 양단부에 국소적으로 성막이 행하여져, 비교 시험 1과는 상이한 막 두께 분포를 갖는 막이 형성된다는 것이 확인되었다. 이러한 평가 시험 1의 결과로부터, 발명의 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 제2 사이클을 행함으로써 제1 사이클에서 형성되는 양단부가 중심부보다도 작은 웨이퍼(W)의 막 두께의 보정을 행할 수 있다고 생각된다.
·평가 시험 2
평가 시험 2로서, 상기 비교 시험 1과 동일한 처리 조건에서 회전 테이블(12)을 15회 회전시켜 처리를 행한 후, 상기 평가 시험 1과 동일한 처리 조건에서 회전 테이블(12)을 1회 회전시켜 처리를 행하여, 평가 시험 1과 마찬가지로 웨이퍼(W)의 각 위치의 막 두께 상당 값[kmol·초/m3]을 산출하였다. 또한, 비교 시험 2로서, 평가 시험 1과 동일한 처리 조건에서의 처리를 행하지 않는 것을 제외하고, 평가 시험 2와 동일한 처리를 행하여, 평가 시험 2와 동일하게 막 두께 상당 값[kmol·초/m3]을 측정하였다.
도 12의 그래프는, 평가 시험 2 및 비교 시험 2의 결과를 나타내고 있고, 그래프의 종축, 횡축은, 도 11의 그래프의 종축, 횡축과 마찬가지로 막 두께 상당 값[kmol·초/m3], 웨이퍼(W)의 직경 상에서의 위치를 각각 나타내고 있다. 그래프 중, 평가 시험 2의 결과를 원의 플롯으로, 비교 시험 2의 결과를 사각의 플롯으로 각각 나타내고 있다. 또한, 평가 시험 2와 비교 시험 2에서, 서로 동일한 위치에서의 막 두께 상당 값을 산출하고 있지만, 동일한 위치에서의 산출값이 평가 시험 2와 비교 시험 2의 사이에서 동등하여, 평가 시험 2의 플롯과 비교 시험 1의 플롯이 겹칠 경우, 그래프 중에는 평가 시험 2의 플롯만을 표시하고 있다.
그래프에 나타내는 바와 같이, 비교 시험 2에서는 웨이퍼(W)의 중심부 부근이 가장 막 두께 상당 값이 크고, 웨이퍼(W)의 양단부를 향함에 따라서 이 막 두께 상당 값은 저하되어 가, 웨이퍼(W)의 양단부의 막 두께 상당 값이 가장 값이 작다. 평가 시험 2에서는, 웨이퍼(W)의 중심부 부근이 가장 막 두께 상당 값이 크고, 웨이퍼(W)의 양단부를 향함에 따라서 그 값이 저하되지만, 웨이퍼(W)의 양단부에서의 막 두께 상당 값은, 그 부근의 막 두께 상당 값보다도 크다.
그리고, 이 평가 시험 2, 비교 시험 2에서 막 두께 상당 값에 대해, (최댓값-최솟값)/(평균값×2)×100(±％)을 산출한 결과, 평가 시험 2에서는 1.80％, 비교 시험 2에서는 2.26％이었다. 따라서, 비교 시험 2보다도 평가 시험 2가 막 두께의 균일성이 더 높아지는 것으로 확인되었다. 이렇게 평가 시험 2로부터는, 발명의 실시 형태에서 설명한 제2 사이클을 행함으로써, 웨이퍼(W)의 양단부에서의 막 두께를 상승시킬 수 있고, 그에 의해서 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있다는 본 발명의 효과가 확인되었다.
W : 웨이퍼 R1 : 흡착 영역
R2 내지 R4 : 플라스마 형성 영역 1 : 성막 장치
10 : 제어부 11 : 진공 용기
12 : 회전 테이블 2 : 가스 샤워 헤드
21 : 가스 토출구 22 : 배기구
23 : 퍼지 가스 토출구 24A 내지 24C : 구역

Claims (8)

  1. 진공 용기 내에 설치되는 회전 테이블에 기판을 적재하여, 상기 기판을 공전시키는 공정과,
    상기 회전 테이블에 대향해서 설치되는 대향부에 형성된 복수의 토출구로부터, 당해 회전 테이블의 직경 방향에 있어서 상이한 위치에 각각 원료 가스를 토출하여, 당해 회전 테이블의 직경 방향을 따라, 상기 기판에 상기 원료 가스를 흡착시키기 위한 흡착 영역을 형성하는 공정과,
    상기 흡착 영역에 대하여 회전 테이블의 회전 방향으로 이격된 위치에, 상기 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성하는 반응 가스가 공급되는 반응 영역을 형성하는 공정과,
    상기 흡착 영역의 주연을 따라 배기함과 함께 당해 흡착 영역의 주연을 따라 퍼지 가스를 공급하여, 상기 흡착 영역의 분위기와 상기 반응 영역의 분위기를 분리하는 공정과,
    상기 흡착 영역, 상기 반응 영역의 순서로 상기 기판을 통과시키는 사이클을 반복해서 복수회 행하여, 상기 기판에 반응 생성물을 퇴적시켜 성막하는 공정과,
    상기 복수회의 사이클 중 하나의 사이클을 행하기 위해서 상기 복수의 토출구로부터 각각 토출되는 원료 가스 유량의 조합을 제1 패턴으로 설정하고, 다른 사이클을 행하기 위해서 상기 조합을 상기 제1 패턴과는 상이한 제2 패턴으로 설정하는 공정을 포함하고,
    상기 제2 패턴은,
    상기 제1 패턴으로 행해지는 사이클에 의한 상기 기판의 면내에서의 제1 영역의 막 두께와 제2 영역의 막 두께의 편차를 완화하기 위해서,
    상기 복수의 토출구 중 상기 제1 영역에 대응하는 하나의 토출구로부터 토출되는 원료 가스 유량과, 상기 복수의 토출구 중 상기 제2 영역에 대응하는 다른 토출구로부터 토출되는 원료 가스 유량이 상이한 패턴인, 성막 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 패턴은 상기 다른 토출구로부터의 원료 가스의 토출을 정지시키는 패턴인, 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 사이클을 행할 때 상기 다른 토출구로부터 상기 원료 가스가 토출되는 상기 회전 테이블에서의 영역에, 상기 다른 사이클을 행할 때 상기 하나의 토출구로부터 토출된 원료 가스가 흐르는 것을 저지하기 위해서, 상기 원료 가스와는 상이한 종류의 유입 저지용 가스를 상기 대향부로부터 토출하는 공정을 포함하는, 성막 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유입 저지용 가스는, 상기 다른 토출구로부터 토출되는, 성막 방법.
  6. 제1항, 제3항, 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 회전 테이블의 직경 방향에서의 중심부측으로부터 주연부측을 향하는 위치를 순서대로 제1 위치, 제2 위치, 제3 위치라 하고, 상기 복수의 토출구 중, 당해 제1 위치, 제2 위치, 제3 위치에 각각 상기 원료 가스를 토출하는 상기 토출구를 각각 제1 토출구, 제2 토출구, 제3 토출구라 하면,
    상기 하나의 토출구는 제1 토출구 및 제3 토출구, 상기 다른 토출구는 제2 토출구인, 성막 방법.
  7. 진공 용기 내에 설치되고, 기판을 적재해서 공전시키기 위한 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블에 대향하는 대향부와,
    상기 회전 테이블의 직경 방향에 있어서 상이한 위치에 각각 원료 가스를 토출하여, 당해 회전 테이블의 직경 방향을 따라, 상기 기판에 상기 원료 가스를 흡착시키는 흡착 영역을 형성하기 위해서 상기 대향부에 형성된 복수의 토출구와,
    상기 흡착 영역에 대하여 회전 테이블의 회전 방향으로 이격된 위치에, 상기 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성하는 반응 가스를 공급해서 반응 영역을 형성하기 위한 반응 가스 공급부와,
    상기 흡착 영역의 분위기와 상기 반응 영역의 분위기를 분리하기 위해서 상기 대향부에 각각 설치되고, 상기 흡착 영역의 주연을 따라 배기하기 위한 배기구 및 당해 흡착 영역의 주연을 따라 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 토출구와,
    상기 흡착 영역, 상기 반응 영역의 순서로 상기 기판을 통과시키는 사이클을 반복해서 복수회 행하여, 상기 기판에 반응 생성물을 퇴적시켜 성막하는 데 있어서, 상기 복수회의 사이클 중 하나의 사이클을 행하기 위해서 상기 복수의 토출구로부터 각각 토출되는 원료 가스 유량의 조합을 제1 패턴으로 설정하고, 다른 사이클을 행하기 위해서 상기 조합을 상기 제1 패턴과는 상이한 제2 패턴으로 설정하는 스텝을 행하도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하고,
    상기 제2 패턴은,
    상기 제1 패턴으로 행해지는 사이클에 의한 상기 기판의 면내에서의 제1 영역의 막 두께와 제2 영역의 막 두께의 편차를 완화하기 위해서,
    상기 복수의 토출구 중 상기 제1 영역에 대응하는 하나의 토출구로부터 토출되는 원료 가스 유량과, 상기 복수의 토출구 중 상기 제2 영역에 대응하는 다른 토출구로부터 토출되는 원료 가스 유량이 상이한 패턴인, 성막 장치.
  8. 회전 테이블에 적재된 기판에 성막하는 성막 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 제1항, 제3항, 제4항 또는 제5항에 기재된 성막 방법을 실시하도록 스텝이 짜여 있는 기억 매체.
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