KR102350494B1 - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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유키 게이모토
유 누노시게
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

적재부에 적재한 기판에 성막 가스를 공급하여 성막하는 데 있어서, 성막 가스가 적재부의 하방으로 돌아 들어, 적재부에 부착되는 것을 억제한다.
처리 용기 내의 적재부에 적재한 기판에 적재부와 대향하는 성막 가스 공급부로부터 성막 가스를 공급하여 성막하는 성막 장치에 있어서, 적재부의 주위를 간극을 두고 둘러싸도록 제1 환형체를 마련하고, 제1 환형체의 내주연에 하방을 향하여 신장되는 제2 환형체를 마련하고 있다. 또한 적재부의 주연으로부터 제2 환형체의 내주면으로부터 하단부면에 걸쳐 따르는 유로 형성면을 포함하는 제3 환형체를 마련하고 있다.

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}
본 개시는, 기판에 성막하는 기술분야에 관한 것이다.
기판인 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼」라 함)에 성막을 행하는 성막 장치로서, 진공 분위기로 한 처리 용기 내에 웨이퍼를 적재하는 적재대와, 적재대와 대향하는 처리 가스 공급부를 마련한 성막 장치가 알려져 있다. 이와 같은 성막 장치에 있어서 웨이퍼에 원료 가스 및 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 차례대로 공급하여 웨이퍼의 표면에 반응 생성물의 분자층을 퇴적시켜 박막을 얻을 수 있다.
특허문헌 1에 기재된 성막 장치는 서셉터에 적재한 기판을 향하여 가스를 공급하여 성막하는 성막 장치에 있어서, 서셉터의 에지와, 서셉터를 둘러싸도록 마련한 링의 에지를 상보적 계단 형상으로 하고 있다. 이에 의해 링과 서셉터 사이에 갈고리형으로 굴곡한 미소 간극이 확보되고, 가스가 미소 간극을 통과하는 동안에 발생하는 난류에 의해 미소 간극 내의 퇴적물층의 부착량을 많게 할 수 있어, 원료 가스의 하부 공간으로의 진입을 트랩하는 성막 장치가 기재되어 있다.
또한 특허문헌 2에 기재된 성막 장치는, 처리 용기 내의 기판에 대하여 반응 가스를 공급하여 성막 처리를 행하는 성막 장치에 있어서, 처리 위치와 기판의 전달 위치를 승강 가능하게 구성된 적재대와, 처리 위치의 적재대의 주위를 둘러싸서, 처리 공간과, 적재대의 하부측 공간으로 구획하는 포위 부재를 구비하고 있다. 또한 적재대가 처리 위치로 상승하였을 때 그 내부 모서리가 적재대 상의 기판의 주연부에 맞닿아, 포위 부재 상면으로부터 들어 올려짐으로써 기판 이면측으로의 반응 가스의 돌아듦을 방지하는 클램프 링이 마련되고, 클램프 링에, 클램프 링과 포위 부재의 간극으로부터 반응 가스의 진입을 억제하는 통형 벽부를 마련하고 있다.
일본 특허 공개 제2000-12470호 공보 일본 특허 공개 제2014-98202호 공보
본 개시는 이와 같은 사정 하에 이루어진 것이며, 적재부에 적재한 기판에 성막 가스를 공급하여 성막하는 데 있어서, 성막 가스가 적재부의 하방으로 돌아 들어, 적재부에 부착되는 것을 억제하는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 개시의 성막 장치는, 진공 분위기의 처리실을 형성하는 진공 용기와,
상면에 기판이 적재되며, 하면의 중심부가 지지부에 의해 상기 처리실에 지지됨과 함께 하면의 주연부가 상기 진공 용기의 저부로부터 이격되어 마련되는 적재대와,
상기 적재대의 상방에 당해 적재대에 대향하여 마련되며, 상기 기판에 성막 가스를 공급하여 성막하는 성막 가스 공급부와,
상기 진공 용기의 측벽에, 상기 적재대의 외주를 따라서 개구된 배기구와,
상기 진공 용기의 측벽의 상기 배기구의 하방으로부터 상기 적재대를 향하여 돌출되고, 내주연부가 간극을 사이에 두고 당해 적재대의 둘레면에 대향하여, 상기 처리실을 상하로 구획하는 제1 환형체와,
하단부가 상기 적재대의 주연부보다도 하방에 위치하도록, 상기 제1 환형체의 내주연부로부터 하방으로 연신되어 형성되는 제2 환형체와,
상기 제2 환형체에 있어서의 내주면으로부터 하단부면에 걸쳐 따르는 유로 형성면을 구비하도록 상기 적재대의 주연부로부터 연신되어 형성되며, 상기 간극에 누설된 상기 성막 가스를 트랩하여 상기 유로 형성면 및 상기 제2 환형체에 성막시키기 위한 굴곡 유로를 당해 제2 환형체와의 사이에 형성하는 제3 환형체를 구비하고 있다.
본 개시에 의하면, 적재대에 적재한 기판에 성막 가스를 공급하여 성막하는 데 있어서, 성막 가스가 적재대의 하방으로 돌아 들어, 적재대에 부착되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단 측면도.
도 2는 성막 장치의 일부 횡단 평면도.
도 3은 성막 장치에 마련되어 있는 원환판, 원통 부재 및 가이드 부재의 분해 사시도.
도 4는 굴곡 유로를 도시하는 종단면도.
도 5는 성막 장치의 작용을 도시하는 설명도.
도 6은 성막 장치의 작용을 도시하는 설명도.
도 7은 성막 장치의 작용을 도시하는 설명도.
도 8은 굴곡 유로에 있어서의 성막 가스의 트랩을 설명하는 설명도.
도 9는 성막 장치의 클리닝을 도시하는 설명도.
도 10은 성막 장치의 클리닝을 도시하는 설명도.
도 11은 굴곡 유로에 부착된 반응 생성물의 제거를 설명하는 설명도.
도 12는 굴곡 유로의 다른 예를 도시하는 설명도.
도 13은 굴곡 유로의 다른 예를 도시하는 설명도.
도 14는 굴곡 유로의 다른 예를 도시하는 설명도.
도 15는 실시예에 있어서의 웨이퍼의 처리 매수에 대한 막 두께를 도시하는 특성도.
도 16은 비교예에 있어서의 웨이퍼의 처리 매수에 대한 막 두께를 도시하는 특성도.
본 개시의 성막 장치의 일 실시 형태에 대하여, 도 1의 종단 측면도를 참조하면서 설명한다. 이 성막 장치는, 편평한 원형 처리 용기(11)를 구비하고 있다. 당해 처리 용기(11)는, 내부에 진공 분위기가 형성되는 처리실이 되고, 예를 들어 직경이 300㎜인 원형 기판인 웨이퍼 W가 저장된다. 성막 장치는, 이 웨이퍼 W에 대하여, 원료 가스인 TiCl4(사염화티타늄) 가스와 반응 가스인 NH3(암모니아) 가스를 교대로 반복하여 공급하여 ALD를 행하여, TiN(질화티타늄)막을 성막한다. TiCl4 가스의 공급을 행하는 시간대와 NH3 가스의 공급을 행하는 시간대 사이에는 불활성 가스인 N2(질소) 가스가 퍼지 가스로서 공급되어, 처리 용기(11) 내의 분위기가 TiCl4 가스 분위기 또는 NH3 가스 분위기로부터 N2 가스 분위기로 치환된다. 또한, ALD에 의한 성막 처리 중에는, TiCl4 가스 및 NH3 가스를 처리 용기(11) 내에 도입하기 위한 캐리어 가스로서, N2 가스가 연속하여 처리 용기(11) 내에 공급된다. 또한, 복수매의 웨이퍼 W를 성막 처리한 후에는, 처리 용기(11) 내에 클리닝 가스(ClF3 가스)가 공급되어, 처리 용기(11) 내의 각 부에 부착된 TiN막을 제거하기 위한 클리닝이 행해진다.
상기 처리 용기(11)의 측벽에는, 웨이퍼 W의 반입출구(12)와, 이 반입출구(12)를 개폐하는 게이트 밸브(13)가 마련되어 있다. 반입출구(12)보다도 상부측에는, 처리 용기(11)의 일부를 이루는, 종단면의 형상이 각형인 덕트를 원환형으로 만곡시켜 구성한 배기 덕트(14)가 마련되어 있다. 이 원환의 배기 덕트(14)에 대해서는 내측 하방의 코너부가 절결되어 있고, 그 절결에 의해 당해 배기 덕트(14)의 내외가 연통된다. 배기 덕트(14)에 관하여, 이 절결의 상방의 종벽을 참조 부호 14A, 절결의 외측 저벽을 참조 부호 14B로서 나타내고 있다.
배기 덕트(14)의 저벽(14B)의 내주단에는, 제1 환형체인 폭넓게 형성된 수평한 알루미늄제의 원환판(31)의 외주단이 접속되고, 당해 원환판(31)은 배기 덕트(14)에 지지되어 있다. 원환판(31)의 구성에 대하여 성막 장치의 일부의 횡단 평면도인 도 2, 원환판(31)과, 후술하는 원통 부재(34), 및 가이드 부재(35)의 분해 사시도인 도 3, 원환판(31), 원통 부재(34), 및 가이드 부재(35)의 종단면도인 도 4도 참조하여 설명한다. 이 원환판(31)의 외주연부는, 수직 상방으로 돌출되어 편평한 원환 돌기(32)를 형성하고 있다. 당해 원환 돌기(32)의 상단은, 상기 배기 덕트(14)의 수직벽(14A)의 하단과 간극을 두고 대향하고 있다. 당해 간극은 처리 용기(11) 내를 배기하기 위한 배기구(14C)로서 구성되고, 후술하는 배기 기구(17)에 의해 배기 덕트(14) 내가 배기됨으로써, 배기구(14C)로부터 처리 용기(11) 내가 배기된다. 또한, 원환판(31)의 내주연부는 수직 하방으로 돌출되어 제2 환형체인 원환 돌기(33)를 형성하고 있다.
도 1로 되돌아가서 상기 배기 덕트(14)는, 배기관(16)을 통해 압력 조정용 밸브 및 진공 펌프에 의해 구성되는 배기 기구(17)에 접속되어 있다. 후술하는 제어부(10)로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여, 당해 압력 조정용 밸브 개방도가 조정되어, 처리 용기(11) 내의 압력이 원하는 진공 압력으로 된다.
평면으로 보아, 상기 원환판(31)으로 둘러싸이도록, 원형이며 수평한 적재대(21)가 마련되어 있다. 적재부를 이루는 당해 적재대(21)에는, 히터(22)가 매설되어 있다. 이 히터(22)는, 예를 들어 400℃ 내지 700℃로 웨이퍼 W를 가열한다. 적재대(21)의 하면측 중앙부에는 처리 용기(11)의 저부를 관통하여, 상하 방향으로 신장되는 지지 부재(23)의 상단이 접속되어 있고, 이 지지 부재(23)의 하단은 승강 기구(24)에 접속되어 있다. 이 승강 기구(24)에 의해 적재대(21)는, 도 1에 쇄선으로 나타내는 하방 위치와, 도 1에 실선으로 나타내는 상방 위치 사이를 승강한다. 하방 위치는, 반입출구(12)로부터 처리 용기(11) 내에 진입하는 웨이퍼 W의 반송 기구와의 사이에서, 당해 웨이퍼 W의 전달을 행하기 위한 위치이며, 이 하방 위치에 위치할 때 적재대(21)의 상면은, 원환 돌기(33)의 하단보다도 하방에 위치한다. 상방 위치는 웨이퍼 W에 처리를 행하기 위한 위치이며, 이 상방 위치에 위치할 때 적재대(21)는 원환 돌기(33)로 둘러싸인다.
도 1 중 참조 부호 25는, 지지 부재(23)에 있어서 처리 용기(11)의 저부의 하방에 마련되는 플랜지이다. 도 1 중 참조 부호 26은 신축 가능한 벨로우즈이며, 상단이 처리 용기(11)의 저부에, 하단이 플랜지(25)에 각각 접속되어, 처리 용기(11) 내의 기밀성을 담보한다. 도 1 중 참조 부호 27은 3개(도면에서는 2개만 표시되어 있음)의 지지 핀이며, 도 1 중 참조 부호 28은 지지 핀(27)을 승강시키는 승강 기구이다. 적재대(21)가 하방 위치에 위치하였을 때, 적재대(21)에 마련되는 관통 구멍(29)을 통해 지지 핀(27)이 승강하여, 적재대(21)의 상면에 있어서 돌출 함몰하고, 적재대(21)와 상기 반송 기구 사이에서 웨이퍼 W의 전달이 행해진다.
처리 용기(11)의 저부에는, 퍼지 가스 공급구(41)와, 클리닝 가스 공급구(42)가 개구되어 있다. 이 퍼지 가스 공급구(41)로부터 나오는 퍼지 가스(N2 가스)는, 적재대(21) 하부로의 성막 가스의 진입 방지용 가스이다. 퍼지 가스 공급구(41) 및 클리닝 가스 공급구(42)에는, 각각 가스 공급관(43, 44)을 통해, 퍼지 가스 공급원(45), 클리닝 가스(ClF3 가스) 공급원(46)이 접속되어 있다. 또한 도 1 중의 부호 43A, 44A는 유량 조정부이며, V43, V44는 밸브이다.
상기 배기 덕트(14)의 상측에는, 처리 용기(11)를 상측으로부터 폐색하도록 천장판부(3)가 마련되어 있다. 천장판부(3)에는, 수직 방향으로 각각 형성된 2개의 가스 도입로(51, 52)와, 이 가스 도입로(51, 52)의 하단이 그 상측에 접속된 편평 공간(53)과, 편평 공간(53)의 하부의 서로 다른 위치로부터 경사 하방을 향하여 신장되는 복수의 가스 유로(54)가 형성되어 있다. 천장판부(3)의 하측 중앙부는 하방으로 돌출되는 돌출부(5)를 이루고, 이 돌출부(5)에 상기 편평 공간(53) 및 가스 유로(54)가 형성된다. 돌출부(5)의 하면의 중앙 영역은, 적재대(21)의 표면에 대향하는 수평한 대향면으로서 형성된다. 대향면의 주연부는 또한 하방으로 돌출되어 원환 돌기(5A)를 이루고, 이 원환 돌기(5A)에 그 주연이 따름과 함께 적재대(21)에 대향하도록 원형 샤워 플레이트(50)가 마련되어 있다. 샤워 플레이트(50), 원환 돌기(5A) 및 대향면으로 둘러싸이는 공간을 확산 공간(58)이라 한다. 돌출부(5) 및 샤워 플레이트(50)는, 성막 가스 공급부에 상당한다.
상기 대향면에는, 각각 편평한 원형으로 형성된 복수의 가스 분산부(55)가 마련되어 있다. 가스 분산부(55)는, 예를 들어 평면으로 보았을 때 적재대(21)의 중심을 중심으로 하는 동심원을 따라서 배치되어 있다. 상기 가스 유로(54)의 하단은, 이 가스 분산부(55)의 상부에 마련되는 도시하지 않은 가스 도입구에 각각 접속되어 있다. 가스 분산부(55)의 측 둘레면에는, 주위 방향으로 간격을 두고 복수의 가스 토출 구멍(56)이 개구되어 있고, 가스 유로(54)로부터 가스 분산부(55)에 도입된 가스는 이 가스 토출 구멍(56)으로부터 토출되어, 확산 공간(58)을 가로 방향으로 확산한다. 그와 같이 확산된 가스는 샤워 플레이트(50)에 마련되는 가스 토출 구멍(57)으로부터 적재대(21)를 향하여 토출된다. 또한 샤워 플레이트(50)의 하면측에는, 주연부를 따라서 원환 돌기(50A)가 형성되어 있다.
또한 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이 적재대(21)의 주위에는, 적재대(21)를 둘러싸도록 제1 부품인 원통 부재(34)가 마련된다. 원통 부재(34)는, 예를 들어 알루미나에 의해, 적재대(21)의 두께보다도 긴 원통형으로 구성되고, 내측 환형체에 상당하는 원통부(34A)를 구비하고 있다. 원통부(34A)는, 적재대(21)를 상방 위치에 위치시켰을 때 원환판(31)의 원환 돌기(33)의 내주면으로부터 하단부면에 걸쳐 따르는 유로 형성면을 구비하고, 원통부(34A)의 하단은, 외주측을 향하여 굴곡되어, 후술하는 가이드 부재(35)를 지지하는 지지부(34B)가 형성되어 있다. 또한 원통 부재(34)의 상단에는, 내주측으로 신장되는 수평부(34C)가 형성되고, 원통 부재(34)는 수평부(34C)에 의해 적재대(21)의 상면부의 주연에 고정되어 있다. 이때 수평부(34C)의 상면은, 샤워 플레이트(50)의 하면의 원환 돌기(50A)와 대향하도록 배치되며, 적재대(21)를 상방 위치에 위치시켰을 때 원환 돌기(50A)와, 수평부(34C)의 상면 사이에 아주 약간의 간극이 형성된다.
그리고 적재대(21)를 상방 위치로 이동시켰을 때는, 적재대(21)의 상면, 샤워 플레이트(50)의 하면, 원환 돌기(50A), 수평부(34C)로 둘러싸인 웨이퍼 W의 처리 공간(300)이 형성된다. 또한 이미 설명한 바와 같이 샤워 플레이트(50)를 통해 웨이퍼 W에 가스가 공급되었을 때는, 공급된 가스는 처리 공간(300)에서 퍼져, 원환 돌기(50A)와, 수평부(34C) 사이를 통해 원환판(31)의 상방으로 배기되고, 배기 덕트(14)를 통해 배기된다. 원통 부재(34)의 외주면은, 제1 주위면에 상당한다.
또한 원통 부재(34)의 주위를 둘러싸도록, 제2 부품인 개략 원통 형상의 가이드 부재(35)가 마련되어 있다. 가이드 부재(35)는, 예를 들어 알루미나로 구성되며, 내주면에 제2 주위면을 구비한 상하로 신장되는 상측 환형체에 상당하는 통형 부분(35A)을 구비하고, 통형 부분(35A)의 하단으로부터 내측을 향하여 하측 환형체에 상당하는 수평부(35B)가 신장되고, 수평부(35B)이, 원통 부재(34)의 지지부(34B)의 상면에 배치되어 고정되어 있다. 적재대(21)가 승강하였을 때, 원통 부재(34) 및 가이드 부재(35)는, 적재대(21)와 일체적으로 승강한다. 원통 부재(34)와 가이드 부재(35)는, 제3 환형체에 상당한다.
그리고 도 4에 도시한 바와 같이 적재대(21)를 상방 위치로 상승시켰을 때, 원환판(31)의 내부 모서리측의 원환 돌기(33)가 원통부(34A)의 외주면과, 가이드 부재(35)의 통형 부분(35A)의 내주면 사이에 삽입된다. 이때 도 2, 도 4에 도시한 바와 같이 원통부(34A)의 외주면과, 원환 돌기(33)의 내주면 사이에는, 매우 좁은 환형 간극(30A)이 형성되고, 원환 돌기(33)의 외주면과, 가이드 부재(35)의 원통 부분(35A)의 내주면 사이에도 매우 좁은 환형 간극(30C)이 형성되어 있다. 또한 원환 돌기(33)의 하단부면과, 가이드 부재(35)의 수평부(35B)의 상면과의 사이에도 매우 좁은 환형 간극(30B)이 형성되어 있다.
이들 간극(30A 내지 30C)의 폭은, 적재대(21)의 온도를 실온으로부터 700℃까지 상승시켜, 원통 부재(34), 원환판(31) 및 가이드 부재(35)에 열팽창/열수축이 발생하였을 때도 서로 간섭하지 않는 폭으로 설정되어 있다.
이와 같은 구성에 의하면 적재대(21)를 상방 위치에 위치시키고, 적재대(21)의 상면측에 가스를 공급하였을 때 도 4에 도시한 바와 같이 간극(30A)에 진입한 가스가 간극(30A)을 하방으로, 간극(30B)을 외주 방향으로, 간극(30C)을 상방으로 향하여, 이 순서로 흐르는 굴곡 유로(30)가 형성된다. 따라서 간극(30A)에 진입한 가스는, 굴곡 유로(30)에 가이드되어, 가이드 부재(35)의 외측, 원환판(31)의 하방으로 흘러간다. 또한 도 1에 도시한 바와 같이 적재대(21)가 하방 위치로 하강하였을 때는, 원통 부재(34)의 하단 및 가이드 부재(35)의 하면과, 처리 용기(11)의 저면 사이에 간극이 형성되도록 구성되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이 상기 천장판부(3)에 형성된 가스 도입로(51, 52)의 상류단에는, 배관(71, 81)의 하류단이 각각 접속되어 있다. 배관(71)의 상류단은, 밸브 V1, 가스 저류 탱크(72A), 유량 조정부(73A)를 이 순서로 거쳐, 처리 가스인 TiCl4 가스의 공급원(74A)에 접속되어 있다. 유량 조정부(73A)는 매스 플로우 컨트롤러에 의해 구성되어 있고, 가스 공급원(74A)으로부터 공급되는 TiCl4 가스에 대하여 하류측으로 공급되는 유량을 조정한다. 또한, 후술하는 다른 각 유량 조정부(73B 내지 73F)에 대해서도, 이 유량 조정부(73A)와 마찬가지로 구성되어 있고, 배관의 하류측으로 공급되는 가스의 유량을 조정한다.
가스 저류부를 이루는 가스 저류 탱크(72A)는, 가스 공급원(74A)으로부터 공급된 TiCl4 가스를 처리 용기(11) 내에 공급하기 전에 일단 저류한다. 그와 같이 TiCl4 가스를 저류시켜, 가스 저류 탱크(72A) 내를 소정의 압력으로 승압시킨 후에, 가스 저류 탱크(72A)로부터 가스 도입로(51)로 TiCl4 가스를 공급한다. 이 가스 저류 탱크(72A)로부터 가스 도입로(51)로의 TiCl4 가스의 공급·단절이, 상기 밸브 V1의 개폐에 의해 행해진다. 이와 같이 가스 저류 탱크(72A)에 TiCl4 가스를 일단 저류함으로써, 비교적 높은 유량으로 당해 TiCl4 가스를 처리 용기(11)에 공급할 수 있다. 또한, 후술하는 가스 저류부를 이루는 각 가스 저류 탱크(72B, 72D, 72E)에 대해서도, 가스 저류 탱크(72A)와 마찬가지로, 배관의 상류측의 가스 공급원으로부터 공급되는 각 가스를 일단 저류한다. 그리고, 각 가스 저류 탱크(72B, 72D, 72E)의 하류측에 마련되는 밸브 V2, V4, V5의 개폐에 의해, 각 가스 저류 탱크(72B, 72D, 72E)로부터 가스 도입로(51, 52)로의 가스의 공급·단절이 각각 행해진다.
상기 배관(71)에 있어서 밸브 V1의 하류측에는, 배관(75)의 하류단이 접속되어 있다. 배관(75)의 상류단은 밸브 V2, 가스 저류 탱크(72B), 유량 조정부(73B)를 이 순서로 거쳐 N2 가스의 공급원(74B)에 접속되어 있다. 또한, 배관(75)에 있어서 밸브 V2의 하류측에는, 배관(76)의 하류단이 접속되어 있다. 배관(76)의 상류단은, 밸브 V3, 유량 조정부(73C)를 이 순서로 거쳐, N2 가스의 공급원(74C)에 접속되어 있다.
또한 배관(76)에 있어서 밸브 V3의 하류측에는, 배관(77)의 하류단이 접속되어 있다. 배관(77)의 상류단은, 밸브 V7, 유량 조정부(73G)를 이 순서로 거쳐, 2개로 분기되고, 각 단부에 각각 클리닝 가스(ClF3) 공급원(74G) 및 N2 가스 공급원(74I)이 접속되어 있다. 또한 클리닝 가스 공급원(74G) 및 N2 가스 공급원(74I)은, 각각 독립하여 가스의 공급을 온/오프할 수 있도록 구성되어 있어, 배관(77)에 클리닝 가스만, N2 가스만, 클리닝 가스 및 N2 가스의 3가지의 공급이 가능하도록 구성되어 있다.
계속해서, 배관(81)에 대하여 설명한다. 배관(81)의 상류단은, 밸브 V4, 가스 저류 탱크(72D), 유량 조정부(73D)를 이 순서로 거쳐, NH3 가스의 공급원(74D)에 접속되어 있다. 배관(81)에 있어서의 밸브 V4의 하류측에는 배관(82)의 하류단이 접속되어 있다. 배관(82)의 상류단은 밸브 V5, 가스 저류 탱크(72E), 유량 조정부(73E)를 이 순서로 거쳐, N2 가스의 공급원(74E)에 접속되어 있다. 또한, 배관(82)에 있어서 밸브 V5의 하류측에는, 배관(83)의 하류단이 접속되어 있다. 배관(83)의 상류단은, 밸브 V6, 유량 조정부(73F)를 이 순서로 거쳐, N2 가스의 공급원(74F)에 접속되어 있다.
또한 배관(83)에 있어서 밸브 V6의 하류측에는, 배관(84)의 하류단이 접속되어 있다. 배관(84)의 상류단은, 밸브 V8, 유량 조정부(73H)를 이 순서로 거쳐, 2개로 분기되고, 각 단부에 각각 클리닝 가스 공급원(74H) 및 N2 가스 공급원(74J)이 접속되어 있다. 또한 클리닝 가스 공급원(74H) 및 N2 가스 공급원(74J)은, 각각 독립하여 가스의 공급을 온/오프할 수 있도록 구성되어 있어, 배관(84)에 클리닝 가스만, N2 가스만, 클리닝 가스 및 N2 가스의 3가지의 공급이 가능하도록 구성되어 있다.
그런데 상기 N2 가스 공급원(74B, 74E)으로부터 공급되는 N2 가스는, 이미 설명한 퍼지를 행하기 위해 처리 용기(11) 내에 공급된다. N2 가스 공급원(74C, 74F)으로부터 각각 공급되는 N2 가스는, TiCl4 가스, NH3 가스에 대한 캐리어 가스이며, 이 캐리어 가스는, 상기와 같이 웨이퍼 W의 처리 중에는 연속하여 처리 용기(11) 내에 공급되므로, 퍼지를 행할 때도 처리 용기(11) 내에 공급된다. 따라서, 당해 캐리어 가스가 처리 용기(11) 내에 공급되는 시간대는, 퍼지를 행하기 위해 가스 공급원(74B, 74E)으로부터의 N2 가스가 처리 용기(11) 내에 공급되는 시간대에 겹쳐, 캐리어 가스는 퍼지에도 사용되게 된다. 본 명세서 중에서는 설명의 편의상, N2 가스 공급원(74B, 74E)으로부터 공급되는 가스를 퍼지 가스로서 기재하고, N2 가스 공급원(74C, 74F)으로부터 공급되는 가스는 캐리어 가스로서 기재한다.
성막 장치는 제어부(10)를 구비하고 있다. 이 제어부(10)는 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 프로그램, 메모리, CPU를 구비하고 있다. 프로그램에는, 성막 장치에 있어서의 후술하는 일련의 동작을 실시할 수 있도록 스텝군이 짜 넣어져 있고, 당해 프로그램에 의해 제어부(10)는 성막 장치의 각 부에 제어 신호를 출력하고, 당해 각 부의 동작이 제어된다. 구체적으로는, 각 밸브 V1 내지 V8, V43, V44의 개폐, 유량 조정부(73A 내지 73H, 43A, 44A)에 의한 가스의 유량의 조정, 압력 조정 기구(18)에 의한 처리 용기(11) 내의 압력의 조정, 히터(22)에 의한 웨이퍼 W의 온도의 조정 등의 각 동작이, 제어 신호에 의해 제어된다. 상기 프로그램은, 예를 들어 콤팩트 디스크, 하드 디스크, DVD 등의 기억 매체에 저장되어, 제어부(10)에 인스톨된다.
계속해서 성막 장치에 있어서의 성막 처리에 대하여, 각 밸브의 개폐 상태 및 각 배관에 있어서의 가스의 유통 상태에 대하여 도시하는 도 5 내지 도 7을 참조하면서 설명한다. 도 5 내지 도 7, 및 후술하는 클리닝 처리를 설명하는 도 9, 도 10에서는, 폐쇄되어 있는 밸브 V에는 해칭을 부여함으로써, 개방되어 있는 밸브 V와 구별하여 표시하고 있다. 또한, 배관(71, 75 내지 77, 81 내지 84)에 대하여, 가스가 하류측으로 유통되고 있는 부위는, 유통되고 있지 않은 부위에 비해 굵게 도시되어 있다.
우선, 밸브 V1 내지 V8이 폐쇄된 상태에서, 반송 기구에 의해 웨이퍼 W가 처리 용기(11) 내로 반송되어, 전달 위치에 있어서의 적재대(21)에 적재된다. 반송 기구가 처리 용기(11) 내로부터 퇴피한 후, 게이트 밸브(13)가 폐쇄된다. 적재대(21)의 히터(22)에 의해 웨이퍼 W가 이미 설명한 온도, 예를 들어 450℃로 가열됨과 함께 적재대(21)가 상방 위치로 상승하여, 처리 공간(300)이 형성된다. 또한 처리 용기(11)의 저부측의 가스 공급관(43)에 마련된 밸브 V43을 개방하여 퍼지 가스 공급구(41)로부터 처리 용기(11) 내로 퍼지 가스를 3.0L/분 내지 20L/분의 유량, 예를 들어 4.0L/분으로 공급함과 함께, 배기관(16)을 개재하여 배기 덕트(14)에 접속되는 배기 기구(17)에 의해, 처리 용기(11) 내가 소정의 진공 압력이 되도록 조정된다.
그리고 밸브 V3, V6이 개방되어, N2 가스 공급원(74C, 74F)으로부터 각각 가스 도입로(51, 52)에 캐리어 가스(N2 가스)가 공급된다. 한편, 가스 공급원(74A), 가스 공급원(74D)으로부터 TiCl4 가스, NH3 가스가 배관(71, 81)에 공급된다. 밸브 V1, V4가 폐쇄되어 있음으로써, 이들 TiCl4 가스, NH3 가스는, 가스 저류 탱크(72A, 72D)에 각각 저류되어, 당해 가스 저류 탱크(72A, 72D) 내가 승압된다. 그러한 후, 도 5에 도시한 바와 같이 밸브 V1이 개방되어, 가스 저류 탱크(72A)에 저류된 TiCl4 가스가, 샤워 플레이트(50)를 통해 처리 공간(300)에 공급되어, 웨이퍼 W에 공급된다.
이 처리 용기(11) 내의 웨이퍼 W로의 TiCl4 가스의 공급에 병행하여, 가스 공급원(74B, 74E)으로부터 배관(75, 82)에 각각 퍼지 가스(N2 가스)가 공급된다. 밸브 V2, V5가 폐쇄되어 있음으로써, 퍼지 가스는 가스 저류 탱크(72B, 72E)에 저류되어, 당해 가스 저류 탱크(72B, 72E) 내가 승압된다.
그 후, 도 6에 도시한 바와 같이 밸브 V1이 폐쇄됨과 함께 밸브 V2, V5가 개방된다. 이에 의해 처리 용기(11) 내로의 TiCl4 가스의 공급이 정지됨과 함께, 가스 저류 탱크(72B, 72E)에 각각 저류된 퍼지 가스가 가스 도입로(51, 52)에 공급되어, TiCl4 가스와 마찬가지로 확산 공간(58)에서 퍼져, 샤워 플레이트(50)로부터 처리 공간(300)으로 토출되고, 처리 공간(300)을 가로 방향으로 확산하여, 배기 덕트(14)로 퍼지된다. 이 결과 처리 공간(300)에 남은 TiCl4 가스가 처리 용기(11) 내로부터 제거된다.
계속해서, 도 7에 도시한 바와 같이 밸브 V2, V5가 폐쇄됨과 함께 밸브 V4가 개방된다. 그것에 의해, 가스 도입로(51, 52)로의 퍼지 가스의 공급이 정지됨과 함께, 가스 저류 탱크(72D)에 저류된 NH3 가스가 가스 도입로(52)로 공급되고, 샤워 플레이트(50)로부터 처리 공간(300)으로 토출된다. 이 NH3 가스에 대해서도 TiCl4 가스, 퍼지 가스와 마찬가지로 샤워 플레이트(50)로부터 처리 공간(300)에 공급되어, 웨이퍼 W의 면내의 각 부에는 균일성 높게 NH3 가스가 공급된다. 결과, 웨이퍼 W의 면내에 있어서 균일성 높게 흡착된 TiCl4 가스의 질화 반응이 진행되어, 반응 생성물로서 TiN의 박층이 형성된다. 한편, 밸브 V2, V5가 폐쇄됨으로써, 가스 공급원(74B, 74E)으로부터 배관(75, 82)에 각각 공급된 퍼지 가스가 가스 저류 탱크(72B, 72E)에 저류되어, 당해 가스 저류 탱크(72B, 72E) 내가 승압된다.
그러한 후, 밸브 V4가 폐쇄됨과 함께 밸브 V2, V5가 개방되어, 처리 용기(11) 내로의 NH3 가스의 공급이 정지됨과 함께, 가스 저류 탱크(72B, 72E)에 각각 저류된 퍼지 가스가 가스 도입로(51, 52)에 공급되고, 도 6과 마찬가지로 샤워 플레이트(50)로부터 처리 공간(300)으로 토출된다. 그 결과, 처리 공간(300)에 잔류한 미반응의 NH3 가스가, 웨이퍼 W의 면내 각 부의 상방으로부터 동시 내지는 대략 동시에 제거되어 질화 반응이 정지됨으로써, 웨이퍼 W의 면내 각 부에 있어서의 TiN의 박층의 두께는 고르게 된다. NH3 가스는 배기 덕트(14)로 퍼지되어, 처리 용기(11) 내로부터 제거된다. 이와 같이 퍼지가 행해지는 한편, 밸브 V4가 폐쇄됨으로써, 가스 공급원(74D)으로부터 배관(81)에 공급된 NH3 가스가, 가스 저류 탱크(72D)에 저류되어, 당해 가스 저류 탱크(72D) 내가 승압된다.
이와 같이 웨이퍼 W에 TiCl4 가스, 퍼지 가스, NH3 가스, 퍼지 가스의 순번으로 공급하는 사이클을 하나의 사이클로 하면, 이 사이클이 반복하여 행해져, TiN의 박층이 웨이퍼 W의 표면에 퇴적되어, TiN막이 성막된다. 그리고, 소정 횟수의 사이클이 실행되면, 처리 용기(11) 내로의 반입 시와는 반대의 수순으로 웨이퍼 W가 처리 용기(11)로부터 반출된다.
상술한 바와 같이 웨이퍼 W에 가스를 공급하여 성막 처리를 행하지만, 종래의 성막 장치에 있어서는, 예를 들어 TiCl4 가스 등의 성막 가스가 원환판(31)의 원환 돌기(33)와 적재대(21) 사이의 간극에 진입하고, 적재대(21)의 하방측으로 유입되어 적재대(21)의 하면에 반응 생성물이 부착되어 버리는 경우가 있다. 그리고 적재대(21)에 있어서는, 반응 생성물이 부착된 개소의 열의 복사율이 변화되어 버려, 웨이퍼 W를 가열하였을 때 웨이퍼 W의 가열 온도의 면내 균일성이 나빠져, 웨이퍼 W의 막 두께의 면내 균일성이 나빠지는 경우가 있다. 따라서 성막 장치에 있어서의 적재대(21)의 하방측의 퍼지 가스 공급구(41)로부터 퍼지 가스를 공급함으로써, 적재대(21)의 하방측으로의 성막 가스의 돌아듦을 억제하고 있다.
그러나 근년 좁은 처리 공간(300)에 가스 저류 탱크(72A, 72B, 72D, 72E)에 저류한 가스를 일거에 공급함으로써 생산성을 높이는 방법이 사용된다. 이와 같은 방법의 경우, 적재대(21)의 상방측의 가스 압력이 높아지기 쉬워, 처리 공간(300)으로부터 배기 덕트(14)에 유입하려고 한 성막 가스가, 적재대(21)와 원환판(31) 사이에 진입하기 쉬워진다.
이때 적재대(21)의 하방측의 퍼지 가스 유량을 많게 함으로써, 적재대(21)의 하방측으로의 성막 가스의 유입을 억제할 수 있지만, 처리 공간(300)측의 가스의 유량이 적을 때 퍼지 가스가 처리 공간(300)측에 유입되기 쉬워진다. 그리고 처리 공간(300)측에 퍼지 가스가 유입되어 버리면, 퍼지 가스에 의해 성막 가스의 기류가 흐트러지거나, 퍼지 가스가 웨이퍼 W에 분사됨으로써, 막 두께의 균일성의 악화나, 막질의 악화가 우려된다.
본 실시 형태에서는, 적재대(21)의 주위에 마련한 원통 부재(34)의 외주측에 가이드 부재(35)를 마련하고 있다. 그것에 의해 적재대(21)를 상방 위치에 위치시켰을 때 원통 부재(34)의 외주면과 원환판(31)의 원환 돌기(33)의 내주면 사이의 간극(30A), 가이드 부재(35)의 수평부(35B)의 상면과 원환 돌기(33)의 하단부면 사이의 간극(30C), 가이드 부재(35)의 수직부의 내주면과 원환 돌기(33)의 외주면 사이의 간극(30B)과 연결되는 굴곡 유로(30)가 형성된다. 그 때문에 도 8에 도시한 바와 같이 적재대(21)와 원환판(31) 사이에 진입한 가스는, 당해 굴곡 유로(30)를 흐르도록 가이드되어, 원환판(31)의 하방측으로 방출된다.
이와 같이 적재대(21)와 원환판(31)의 간극에 굴곡 유로(30)를 구성하여, 유로 길이를 길게 함으로써, 후술하는 실시예에서 나타내는 바와 같이 적재대(21)의 하방측을 빠져나가는 가스의 페클렛 수를 크게 할 수 있어, 성막 가스가 적재대(21) 상방으로부터 하방측의 공간에 유입되기 어렵게 할 수 있다.
이와 같이 처리 공간(300)으로부터 배기되는 가스가, 굴곡 유로(30)에 진입하였을 때, 굴곡 유로(30)를 흐르고 있는 동안에, 가스 중의 반응 생성물(301)을 생성하기 쉬운 성막 가스, 예를 들어 TiCl4가 원환 돌기(33), 원통 부재(34) 및 가이드 부재(35)에 부착되어 제거된다.
처리 공간(300)측으로부터 굴곡 유로(30)를 흘러, 원환판(31)의 하방측으로 방출되는 가스에 있어서는, 굴곡 유로(30)를 구성하여 유로 길이를 길게 함으로써 적재대(21)의 하방측에 성막 가스가 유입되기 어려워짐과 함께, 가스 중의 성막 가스가 트랩되어 함량이 적어진다. 따라서 적재대(21)의 하면에 대한 성막 가스의 부착이 억제된다.
또한 웨이퍼 W의 성막 처리를 반복하면, 처리 용기(11)의 내벽, 또는 원통 부재(34), 가이드 부재(35) 및 원환판(31)의 표면에 성막 가스에 기인하는 반응 생성물이 축적되어 파티클의 요인이 된다. 따라서 성막 장치에 있어서의 웨이퍼 W의 처리에 있어서, 소정 시간마다나 처리한 웨이퍼 W의 소정 매수마다 처리 용기(11) 내의 클리닝을 실행한다.
클리닝 처리에 대하여 설명한다. 예를 들어 처리 완료된 웨이퍼 W를 처리 용기(11)로부터 불출한 후, 웨이퍼 W를 적재하고 있지 않은 상태의 적재대(21)를 상방 위치에 위치시킨다. 또한 밸브 V1 내지 V6을 폐쇄한 상태로 하고, 처리 용기(11) 내를 진공 배기하고, 처리 용기(11) 내의 압력을 조정한다.
계속해서 도 9에 도시한 바와 같이 처리 용기(11) 내의 압력을 조정하면서, 히터(22)에 의해 적재대(21)를 클리닝 처리 시의 온도, 예를 들어 160 내지 250℃로 조정한다. 또한 밸브 V7을 개방하여, 가스 도입로(51)에 클리닝 가스를 공급한다. 이때 가스 도입로(52)측에 있어서는, 밸브 V8이 개방되어, 가스 도입로(52)에 퍼지 가스가 공급되고 있다. 이에 의해 샤워 플레이트(50)로부터 처리 공간(300)에 질소 가스와 클리닝 가스가 공급된다. 또한 마찬가지로 적재대(21)를 상방 위치에 위치시킨 상태에서 가스 도입로(51)에 질소 가스를 공급함과 함께, 가스 도입로(52)에 클리닝 가스를 공급한다(도시는 생략). 이와 같이 가스 도입로(51, 52)에 각각 차례대로 클리닝 가스를 공급함으로써 가스 도입로(51, 52) 내에 부착되어 있는 반응 생성물(301)을 제거할 수 있다. 이때 클리닝 가스는, 처리 공간(300)으로부터 원환판(31)의 상방을 통해, 배기 덕트(14)에 배기된다.
또한 적재대(21)를 상방 위치에 위치시킨 상태에서 밸브 V43을 폐쇄하고, 밸브 V44를 개방한다. 이에 의해 처리 용기(11)의 저면측의 가스 공급구(44)로부터, 적재대(21)의 하방측의 공간에 클리닝 가스가 공급된다(도시는 생략). 이에 의해 클리닝 가스가 적재대(21)의 하방측의 공간을 채워, 적재대(21)의 하방측의 공간에 부착되어 있는 반응 생성물(301)이 제거된다.
계속해서 클리닝 가스의 공급을 정지하고, 적재대(21)를 하방 위치로 하강시킨다. 이에 의해 적재대(21)의 하방측의 공간에 채워진 클리닝 가스가, 적재대(21)와 원환판(31) 사이의 간극으로부터 적재대(21)의 상방으로 돌아 들어 배기 덕트(14)를 통해 배기된다.
또한 적재대(21)를 하방 위치에 위치시킨 상태에서, 가스 도입로(51), 가스 도입로(52) 및 처리 용기(11)의 저면측의 가스 공급구(44)의 각각으로부터 차례대로 클리닝 가스를 공급한다. 도 10은 처리 용기(11)의 저면측의 가스 공급구(44)로부터 클리닝 가스를 공급하고 있는 예를 도시하고 있다. 이와 같이 적재대(21)를 상방 위치에 위치시킨 상태 및 하방 위치에 위치시킨 상태의 각각에 있어서, 가스 도입로(51), 가스 도입로(52) 및 처리 용기(11)의 저면측의 가스 공급구(44)로부터 차례대로 클리닝 가스를 공급한다. 이에 의해 처리 용기(11)의 내부에 부착되어 있는 반응 생성물(301)이 제거되어, 배기 덕트(14)를 통해 배기된다. 또한 도 8에서 설명한 바와 같이 원환 돌기(33), 원통 부재(34) 및 가이드 부재(35)에 있어서는, 웨이퍼 W의 성막 처리 시에 처리 공간(300)측으로부터 굴곡 유로(30)를 흐르는 성막 가스에 의해 반응 생성물(301)이 부착되어 있다. 이때 도 10에 도시한 바와 같이 적재대(21)를 하방 위치로 하강시킨 상태에서 처리 용기(11) 내에 클리닝 가스를 공급함으로써, 처리 용기(11) 내에 공급된 클리닝 가스가 원환판(31)의 원환 돌기(33)의 내외주면, 가이드 부재(35)의 내주면, 원통 부재(34)의 외주면으로 골고루 퍼진다. 이것에 의해 도 11에 도시한 바와 같이 원환판(31), 가이드 부재(35) 및 원통 부재(34)에 부착된 반응 생성물(301)이 제거된다.
상술한 실시 형태에 따르면, 처리 용기(11) 내의 적재대(21)에 적재한 웨이퍼 W에 적재대(21)와 대향하는 샤워 플레이트(50)로부터 성막 가스를 공급하여 성막하는 성막 장치에 있어서, 적재대(21)의 주위를 간극을 두고 둘러싸도록 원환판(31)을 마련하고, 원환판(31)의 내주연에 하방을 향하여 신장되는 원환 돌기(33)를 마련하고 있다. 또한 적재대(21)의 주연으로부터 연신하여 형성되고, 적재대(21)을 상방 위치에 위치시켰을 때, 원환 돌기(33)의 내주면으로부터 하단부면에 걸쳐 따르는 유로 형성면을 구비하는 원통부(34A)를 포함하는 원통 부재(34)를 마련하고 있다. 또한 원통 부재(34)의 하단으로부터 수평으로 신장되며, 원환 돌기(33)의 외주면을 따라서 상방을 향하여 신장되는 가이드 부재(35)를 마련하고, 원통 부재(34) 및 가이드 부재(35)와, 원환 돌기(33) 사이에 굴곡 유로(30)를 형성하고 있다. 이와 같이 적재대(21)의 상방측으로부터 하방측으로 가스가 빠져나가는 유로를 굴곡 유로(30)라 하고, 유로 길이를 길게 함으로써 굴곡 유로(30)를 빠져나가 원환판(31) 및 적재대(21)의 하방으로 흘러가는 가스의 확산을 작게 할 수 있다.
또한 적재대(21)와, 원환 돌기(33) 사이의 간극에 성막 가스가 진입해도, 성막 가스를 유로 형성면, 가이드 부재(35)의 내주면 및 원환 돌기(33)에 트랩시킬 수 있다. 따라서 굴곡 유로(30)를 빠져나가 원환판(31) 및 적재대(21)의 하방으로 흘러가는 가스 중의 성막 가스를 적게 할 수 있다. 이 결과 적재대(21)의 하방에 있어서의 가스의 확산을 억제함과 함께 성막 가스의 함유량을 적게 할 수 있기 때문에 적재대(21)의 하면에 있어서의 성막 가스의 부착을 적게 할 수 있다.
또한 원통 부재(34)와 가이드 부재(35)를 일체로 구성한 경우, 적재대(21)의 온도가 높아졌을 때 열팽창 등에 의해, 가이드 부재(35)의 부분에 가해지는 응력이 커져 버려 파손의 우려가 있다. 그 때문에 원통 부재(34)와 가이드 부재(35)를 서로 별개로 성형함으로써 파손을 억제할 수 있다. 또한 원통 부재(34)와 가이드 부재(35)를 일체로 구성하는 경우에 비해 제작 비용을 억제할 수 있다. 이때 원통 부재(34)와 가이드 부재(35)의 접합 부분에 가해지는 응력을 억제하는 관점에서, 원통 부재(34)와 가이드 부재(35)는 서로 동일한 재질 예를 들어 세라믹으로 구성하는 것이 바람직하다.
또한 원통 부재(34)의 하단 부분에 있어서, 적재대(21)보다도 하방으로 돌출되는 부분이 길어지면 적재대(21)의 하방이 원통 부재(34)의 하단 부분에 의해 구획되어 버려, 저면측의 퍼지 가스 공급구(41), 클리닝 가스 공급구(42)로부터 공급되는 퍼지 가스나 클리닝 가스가 처리 용기(11) 내로 골고루 퍼지기 어려워지는 경우가 있다. 또한 적재대(21)의 하방측의 기류가 저해되는 등의 문제가 있다. 상술한 실시 형태에 따르면, 원통 부재(34) 및 가이드 부재(35)를 굴곡시켜, 원통 부재(34), 가이드 부재(35) 및 원환판(31)에 의해 구성되는 유로를 상하로 굴곡하는 굴곡 유로(30)로 하고 있다. 따라서 원통 부재(34)의 적재대(21)보다도 하방으로 돌출되는 부분이 길어지는 것을 억제하면서 유로 길이를 길게 할 수 있다. 또한 원통 부재(34)의 적재대(21)보다도 하방으로 돌출되는 부분이 길어지면, 적재대(21)의 하방측의 기류를 저해하지 않도록 하기 위해 적재대(21)의 하방측의 공간을 넓게 취할 필요가 있다. 그리고 적재대(21)의 하방측의 공간이 넓어지면 진공 압력을 유지하기 위해 큰 배기량이 필요로 되거나, 퍼지 가스나 클리닝 가스의 공급량이 커져 버린다. 본 실시 형태와 같이 원통 부재(34), 가이드 부재(35) 및 원환판(31)에 의해 굴곡 유로를 구성함으로써, 원통 부재(34)의 하단 부분을 짧게 억제할 수 있기 때문에, 적재대(21)의 하방측의 공간을 넓게 하지 않더라도 적재대(21)의 하방측의 기류를 저해하지 않도록 할 수 있다.
또한 성막 가스의 유량을 증가시켜 생산성을 향상시켜도 적재대(21)의 하방측으로의 성막 가스의 확산을 작게 할 수 있기 때문에 적재대(21)의 하방측에 공급하는 퍼지 가스의 유량을 크게 할 필요가 없고, 예를 들어 3.0L/분 내지 20L/분 정도의 유량으로 할 수 있다. 이와 같이 적재대(21)의 하방측에 공급하는 퍼지 가스의 유량을 작게 억제할 수 있기 때문에, 퍼지 가스의 처리 공간(300)측으로의 유입을 억제하여 안정된 성막성을 발휘할 수 있다.
또한 적재대(21)를 상방 위치로 상승시켰을 때 원환 돌기(33)와, 원통 부재(34) 및 가이드 부재(35)의 간섭을 보다 확실하게 피하는 것이 바람직하다. 그 때문에 적재대(21)를 웨이퍼 W의 성막 온도, 예를 들어 450℃로 가열한 상태에서, 원통 부재(34)의 외주면과 원환 돌기(33)의 내주면의 간극(30A)의 폭 d1과, 원환 돌기(33)의 외주면과 가이드 부재(35)의 내주면의 간극(30C)의 폭 d2가 종단면도에서 보아 1.0㎜ 내지 5.0㎜인 것이 바람직하고, 나아가 동일한 폭인 것이 바람직하다. 또한 가이드 부재(35)의 수평부(35B)의 상면과 원환 돌기(33)의 하단부면의 간극(30B)에 대해서도 간극(30A, 30C)과 동일한 폭으로 해도 된다.
또한 간극(30A 내지 30C)은, 적재대(21)를 실온(25℃) 내지 700℃의 범위에서 온도 변화시켰을 때 원환 돌기(33)와, 원통 부재(34) 및 가이드 부재(35)가 서로 접촉하지 않도록 설정하는 것이 바람직하다.
굴곡 유로(30)는, 이미 설명한 실시 형태에 나타낸 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 12에 도시한 바와 같이 가이드 부재(35)의 원통 부분(35A)의 상단으로부터 외주 방향을 향하여 원환판(31)의 하면을 따라서 신장되도록 수평 부분(35C)을 마련해도 된다.
또한 도 13에 도시한 바와 같이 원환판(31)의 하면으로부터 하방으로 돌출되며, 가이드 부재(35)의 외주면을 따라서 신장되는 환상 벽부(303)를 마련해도 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써 굴곡 유로(30)의 유로 길이를 더욱 길게 할 수 있어, 굴곡 유로(30)를 흐를 때의 성막 가스와, 원환판(31), 가이드 부재(35) 및 원통 부재(34)의 접촉 면적을 더욱 크게 할 수 있다. 또한 유로 길이가 길어짐으로써, 굴곡 유로(30)를 빠져나가는 가스의 페클렛 수가 더욱 커진다고 상정되기 때문에 적재대(21)의 하방측으로의 성막 가스의 확산을 보다 억제할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 도 14에 도시한 바와 같이 원환판(31)의 원환 돌기(33)를 보다 두껍게 구성함과 함께 원통 부재(34)의 하단으로부터 수평으로 굴곡부(34D)를 원환 돌기(33)의 하단부의 단부면을 따라서 신장하여, 굴곡 유로(30)의 길이를 확보한 구성으로 해도 된다.
이와 같은 구성에 있어서도 굴곡부(34D)의 상면과 원환 돌기(33)의 하단부면 사이의 유로의 길이를 길게 함으로써 굴곡 유로(30)의 길이를 길게 할 수 있기 때문에 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이상에 검토한 바와 같이, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
[실시예]
본 개시에 관한 성막 장치의 효과를 검증하기 위해, 이하의 시험을 행하였다. 성막 장치의 실시예로서 도 1에 도시한 성막 장치를 사용하였다. 또한 비교예로서 가이드 부재(35)를 마련하지 않고, 원통 부재(34)에 지지부(34B)를 형성하지 않고 간극의 유로를 굴곡 유로(30)로 하지 않고 굴곡 유로(30)보다 짧은 직선형 유로로 한 것을 제외하고 실시예와 마찬가지로 구성한 성막 장치를 사용하였다. 실시예 및 비교예의 각각에 대하여 실시 형태에 설명한 방법에 따르는 성막 처리를 1000매의 웨이퍼 W에 차례대로 행하고, 처리 후의 각 웨이퍼 W에 성막된 막의 막 두께 분포를 측정하고, 웨이퍼 W별로, 성막된 막의 막 두께가 가장 얇은 부위와 두꺼운 부위의 차(레인지)와, 평균 막 두께를 측정하였다.
도 15, 도 16은 각각 실시예 및 비교예에 관한 성막 장치를 사용하여 1매째의 웨이퍼 W부터 1000매째의 웨이퍼 W까지 성막 처리를 행하였을 때의 웨이퍼 W의 처리 매수에 대한, 당해 매수째의 웨이퍼 W에 성막된 막의 평균 막 두께(Å) 및 웨이퍼 W에 성막된 막 두께의 최댓값과 최솟값 사이의 레인지(Å)를 나타내는 특성도이다.
도 15, 도 16에 도시한 바와 같이 비교예에서는 웨이퍼 W의 처리 매수가 증가됨에 따라 웨이퍼 W에 성막되는 막의 평균 막 두께가 크게 감소하고 있고, 실시예에서는, 비교예에 비해 웨이퍼 W의 처리 매수가 증가되었을 때도, 웨이퍼 W에 성막되는 막의 평균 막 두께의 감소가 작음을 알 수 있다. 따라서 웨이퍼 W의 면간에 있어서의 막 두께의 오차가 작다고 할 수 있다. 이것은, 적재대(21)의 하방에 부착되는 성막 가스의 반응 생성물이 서서히 축적됨으로써 웨이퍼 W의 평균 막 두께가 서서히 얇아지지만, 실시예에서는, 적재대(21)의 하방측으로의 성막 가스의 유출이 억제되어 있기 때문에, 적재대(21)의 하방측에 있어서의 성막 가스의 반응 생성물의 부착을 억제할 수 있기 때문으로 추측된다.
또한 실시예 및 비교예의 각각의 성막 장치에 있어서, 적재대(21)와 원환판(31)의 간극으로부터 적재대(21)의 하방측에 유입되는 가스(유로의 하단에서 측정)의 페클렛 수를 산출하고, 페클렛 수로부터 산출되는 가스의 역확산 방지에 필요한 적재대(21)의 하방측으로부터 공급되는 퍼지 가스의 유량을 산출한바, 비교예에서는, 6.6L인 것에 반해, 실시예에서는, 4L 정도였다. 이 결과에 의하면 실시예는, 비교예와 비교하여 적재대(21)의 하방측으로 가스가 확산되기 어려워, 적재대(21)의 하방측으로부터 공급되는 퍼지 가스의 유량을 작게 할 수 있다고 할 수 있다. 이것은, 원통 부재(34)와 가이드 부재(35)를 조합하여 굴곡 유로(30)를 구성함으로써 유로 길이가 길어지기 때문으로 추측된다.

Claims (8)

  1. 진공 분위기의 처리실을 형성하는 진공 용기와,
    상면에 기판이 적재되며, 하면의 중심부가 지지부에 의해 상기 처리실에 지지됨과 함께 하면의 주연부가 상기 진공 용기의 저부로부터 이격되어 마련되는 적재대와,
    상기 적재대의 상방에 당해 적재대에 대향하여 마련되며, 상기 기판에 성막 가스를 공급하는 성막 가스 공급부와,
    상기 진공 용기의 측벽에, 상기 적재대의 외주를 따라서 개구된 배기구와,
    상기 진공 용기의 측벽의 상기 배기구의 하방으로부터 상기 적재대를 향하여 돌출되고, 내주연부가 간극을 사이에 두고 당해 적재대의 둘레면에 대향하여, 상기 처리실을 상하로 구획하는 제1 환형체와,
    하단부가 상기 적재대의 주연부보다도 하방에 위치하도록, 상기 제1 환형체의 내주연부으로부터 하방으로 연신되어 형성되는 제2 환형체와,
    상기 제2 환형체에 있어서의 내주면으로부터 하단부면에 걸쳐 따르는 유로 형성면을 포함하도록 상기 적재대의 주연부로부터 연신되어 형성되며, 상기 간극에 누설된 상기 성막 가스를 트랩하여 상기 유로 형성면 및 상기 제2 환형체에 성막시키기 위한 굴곡 유로를 당해 제2 환형체와의 사이에 형성하는 제3 환형체
    를 포함하고,
    상기 유로 형성면은, 상기 제2 환형체의 내주면으로부터 하단부면을 거쳐 외주면에 걸쳐 따르고,
    상기 굴곡 유로는 상하 방향으로 꺾이는 유로이고,
    상기 제3 환형체는,
    상기 유로 형성면의 일부를 형성함과 함께 상기 제2 환형체의 내주면을 따르는 제1 주위면을 포함하고, 상기 적재대에 지지되는 제1 부품과,
    상기 유로 형성면의 일부를 형성함과 함께 상기 제2 환형체의 외주면을 따르는 제2 주위면을 포함하고, 상기 제1 부품에 지지되는 제2 부품에 의해 구성되고,
    상기 제1 부품과 상기 제2 부품은 별개로 성형되어 있고,
    상기 제1 부품, 상기 제2 부품은 각각 세라믹스에 의해 구성되는, 성막 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부품은,
    상기 제2 환형체의 외주면을 둘러싸고, 그 내주면이 상기 제2 주위면을 형성하는 상측 환형체와,
    상기 상측 환형체의 내주면으로부터 상측 환형체의 내측을 향하여 연신되며, 그 상면이 상기 제2 환형체의 하단부면에 대향하는 하측 환형체를 포함하고,
    상기 제1 부품은,
    그 외주면이 상기 제1 주위면을 형성하는 내측 환형체와,
    상기 내측 환형체의 외주면으로부터 당해 내측 환형체의 외측을 향하여 연신되며, 상기 하측 환형체를 하방으로부터 지지하는 지지부를 포함하는 성막 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 굴곡 유로는, 종단면에서 본 폭이 1.0㎜ 내지 5.0㎜인 부위를 포함하도록 형성되는 성막 장치.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 성막 가스 공급부는,
    상기 성막 가스인 원료 가스와, 당해 상기 원료 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성하는 반응 가스를 교대로 반복하여 공급하고, 또한 원료 가스가 공급되는 기간과 반응 가스가 공급되는 기간 사이의 기간에 제1 퍼지 가스를 공급하고,
    상기 진공 용기의 저부에는, 상기 성막 가스가 상기 적재대의 하면에 부착되는 것을 억제하는 퍼지 가스를 공급하기 위한 제2 퍼지 가스 공급구가 마련되고,
    상기 성막 가스 공급부로부터 상기 원료 가스, 상기 반응 가스, 상기 제1 퍼지 가스가 각각 토출되는 동안, 당해 퍼지 가스 공급구로부터는 3.0L/분 내지 20L/분으로 상기 제2 퍼지 가스가 공급되는 성막 장치.
  8. 기판에 성막 가스를 공급하는 성막 장치를 사용한 성막 방법에 있어서,
    진공 용기의 처리실에 진공 분위기를 형성하는 공정과,
    하면의 중심부가 지지부에 의해 상기 처리실에 지지됨과 함께 하면의 주연부가 상기 진공 용기의 저부로부터 이격되어 마련되는 적재대의 상면에 기판을 적재하는 공정과,
    상기 적재대의 상방에 당해 적재대에 대향하여 마련되는 성막 가스 공급부로부터, 상기 기판에 성막 가스를 공급하여 성막하는 공정과,
    상기 진공 용기의 측벽에, 상기 적재대의 외주를 따라서 개구된 배기구로부터 배기하는 공정을 구비하고,
    상기 성막 장치는, 상기 진공 용기의 측벽의 상기 배기구의 하방으로부터 상기 적재대를 향하여 돌출되며, 내주연부가 간극을 사이에 두고 당해 적재대의 둘레면에 대향하여, 상기 처리실을 상하로 구획하는 제1 환형체와,
    하단부가 상기 적재대의 주연부보다도 하방에 위치하도록, 상기 제1 환형체의 내주연부으로부터 하방으로 연신되어 형성되는 제2 환형체와,
    상기 제2 환형체에 있어서의 내주면으로부터 하단부면에 걸쳐 따르는 유로 형성면을 포함하도록 상기 적재대의 주연부로부터 연신되어 형성된 제3 환형체를 포함하고,
    상기 간극에 누설된 상기 성막 가스를 상기 제2 환형체와 상기 제3 환형체 사이에 형성되는 굴곡 유로에 트랩하여 상기 유로 형성면 및 당해 제2 환형체에 성막시키는 공정
    을 포함하고,
    상기 유로 형성면은, 상기 제2 환형체의 내주면으로부터 하단부면을 거쳐 외주면에 걸쳐 따르고,
    상기 굴곡 유로는 상하 방향으로 꺾이는 유로이고,
    상기 제3 환형체는,
    상기 유로 형성면의 일부를 형성함과 함께 상기 제2 환형체의 내주면을 따르는 제1 주위면을 포함하고, 상기 적재대에 지지되는 제1 부품과,
    상기 유로 형성면의 일부를 형성함과 함께 상기 제2 환형체의 외주면을 따르는 제2 주위면을 포함하고, 상기 제1 부품에 지지되는 제2 부품에 의해 구성되고,
    상기 제1 부품과 상기 제2 부품은 별개로 성형되어 있고, 각각 세라믹스에 의해 구성되는, 성막 방법.
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