KR102456827B1 - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 개시는, 홈을 구비한 절연막을 적어도 가지는 기판에서의 홈 벽면에 대해, 막 두께를 원하는 만큼 조정하는 성막 방법 및 성막 장치를 제공한다.
본 개시의 성막 방법은, 홈을 구비한 절연막을 적어도 가지는 기판에 대해, 적어도 원료 가스를 공급하여 성막 처리를 하는 성막 방법으로서, 상기 원료 가스의 시간당 공급량을 변화시키면서 성막 처리가 행해진다.

Description

성막 방법 및 성막 장치{DEPOSITION METHOD AND DEPOSITION APPARATUS}
본 개시는 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 기판에 형성되는 오목부에 산화 실리콘 막을 성막하는 성막 방법이 개시되어 있다.
일본국 공개특허공보 특개2014-17296호
본 개시는, 홈을 구비한 절연막을 적어도 가지는 기판에서의 홈 벽면에 대해, 막 두께를 원하는 만큼 조정하는 데에 유리한 성막 방법 및 성막 장치를 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따른 성막 방법에서는, 홈을 구비한 절연막을 적어도 가지는 기판에 대해 적어도 원료 가스를 공급하여 성막 처리를 하는 성막 방법으로서, 상기 원료 가스의 시간당 공급량을 변화시키면서 성막 처리를 한다.
본 개시에 의하면, 홈을 구비한 절연막을 적어도 가지는 기판에서의 홈 벽면에 대해, 막 두께를 원하는 만큼 조정하는 성막 방법 및 성막 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 성막 장치의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 성막 장치 내부의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 성막 장치 내부의 개략적인 구성을 나타내는 평면도로서, 제어부의 내부 구성을 함께 나타내는 도면이다.
도 4a는 도 1의 성막 장치에서의 공급 영역 및 분리 영역의 일 예를 나타내는 종단면도로서, 웨이퍼가 적재된 적재부를 통과하는 종단면도이다.
도 4b는 도 1의 성막 장치에서의 공급 영역 및 분리 영역의 일 예를 나타내는 종단면도로서, 적재부를 통과하지 않는 종단면도이다.
도 5는 도 1의 성막 장치의 다른 종단면도이다.
도 6은 도 1의 성막 장치의 또 다른 종단면도이다.
도 7a는 성막 대상인 웨이퍼 상에 형성된 홈을 갖는 다층막의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7b는 다층막의 홈 벽면에 대해 홈의 깊이 방향으로 막 두께가 조정된 보호막이 형성되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 8a는 제1 실시형태에 따른 성막 방법의 프로세스 시퀀스의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8b는 제2 실시형태에 따른 성막 방법의 프로세스 시퀀스의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8c는 제3 실시형태에 따른 성막 방법의 프로세스 시퀀스의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8d는 제4 실시형태에 따른 성막 방법의 프로세스 시퀀스의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9a는 제5 실시형태에 따른 성막 방법의 프로세스 시퀀스의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9b는 제6 실시형태에 따른 성막 방법의 프로세스 시퀀스의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9c는 제7 실시형태에 따른 성막 방법의 프로세스 시퀀스의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 제8 실시형태에 따른 성막 방법의 프로세스 시퀀스의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 막의 스텝 커버리지에 있어 서셉터의 회전수 의존성을 검증한 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 막의 스텝 커버리지에 있어 원료 가스의 유량 의존성을 검증한 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 막의 스텝 커버리지에 있어 성막시의 램핑율 의존성을 검증한 실험 결과를 나타내는 도면이다.
이하에서, 본 개시의 실시형태에 따른 성막 방법 및 성막 장치에 대해, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 본 명세서 및 도면에서는, 실질적으로 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략하는 경우가 있다.
[실시형태에 따른 성막 장치]
우선, 본 개시의 각 실시형태에 따른 성막 방법에 적용되는, 실시형태에 따른 성막 장치의 일 예에 대해, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 여기에서, 도 1은 실시형태에 따른 성막 장치의 종단면도이고, 도 2는 도 1의 성막 장치 내부의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 3은 도 1의 성막 장치 내부의 개략적인 구성을 나타내는 평면도로서, 제어부의 내부 구성을 함께 나타내는 도면이다. 또한, 도 4a 및 도 4b는 도 1의 성막 장치에서의 공급 영역 및 분리 영역의 일 예를 나타내는 종단면도이고, 도 5 및 도 6은 성막 장치의 다른 종단면도이다.
도 1(도 3의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 단면도) 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 성막 장치(300)는, 평면에서 보았을 때 원형(또는 대략 원형)이며 편평한 처리실(1) 및 처리실(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하는 처리 용기(100)와, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(200)를 포함한다. 처리실(1)은, 기판인 웨이퍼(W)를 내부에 수용하고 웨이퍼(W)의 표면 상에 성막 처리를 하기 위한 처리실이다. 처리실(1)은, 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)로부터 분리 가능한 상판(11)을 가진다. 상판(11)은 예를 들어, O링 등의 밀봉 부재(13)를 사이에 두고 용기 본체(12)에 장착되어 있어서, 밀봉 부재(13)에 의해 처리실(1)이 기밀(氣密)하게 밀폐되어 있다. 상판(11) 및 용기 본체(12)는 예를 들어, 알루미늄(Al)으로 제작할 수 있다. 또한, 회전 테이블(2)은 예를 들어, 석영으로 제작할 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 회전 테이블(2)은, 원반 형상을 이루며, 중앙에 원형의 개구부를 가지고 있으며, 개구부 둘레에서 원통 형상의 코어부(21)에 의해 상하로 끼워져서 유지되고 있다. 코어부(21)는 연직 방향으로 연장되는 회전축(22)의 상단에 고정되어 있다. 회전축(22)은 용기 본체(12)의 저부(14)를 관통하고 있으며, 회전축(22)의 하단은 회전축(22)을 연직축 중심으로 회전시키는 구동부(23)에 장착되어 있다. 구동부(23)를 구동시킴으로써, 회전 테이블(2)은 그 중심축을 회전 중심으로 하여 회전할 수 있다. 한편, 회전축(22) 및 구동부(23)는 상면이 개구된 통 형상의 케이스(20) 내에 수납되어 있다. 이 케이스(20)는 그 상면에 구비되어 있는 플랜지 부분을 사이에 두고 처리실(1)의 저부(14) 하면에 기밀(氣密)하게 장착되어 있어서, 케이스(20)의 내부 분위기는 외부 분위기로부터 격리되어 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상면에는, 평면에서 보았을 때에 원형이며, 아랫쪽을 향해 움푹 들어간 적재부(24)가 등각도의 간격으로 복수 개(도시예에서는 5개) 형성되어 있다. 각 적재부(24)에 웨이퍼(W)가 수용되어 적재된다. 다만, 도 3에서는 1개의 적재부(24)에 웨이퍼(W)가 적재된 상태를 나타내고 있다.
도 4a에서는 회전 테이블(2)의 적재부(24)에 적재된 웨이퍼(W)의 종단면을 나타내며, 도 4b에서는 회전 테이블(2)에서의 적재부(24)를 통과하지 않는 종단면을 나타낸다. 도시하고 있는 바와 같이, 적재부(24)는 웨이퍼(W)의 직경보다 약간 큰(예를 들어, 4㎜) 직경을 가지고 있다. 또한, 적재부(24)의 깊이는 웨이퍼(W)의 두께와 거의 같은 깊이로 되어 있다. 적재부(24)의 깊이와 웨이퍼(W)의 두께가 거의 같음으로써, 웨이퍼(W)가 적재부(24)에 적재되었을 때에, 웨이퍼(W)의 표면은 회전 테이블(2)의 적재부(24) 이외 영역의 표면과 거의 같은 높이로 된다. 가령, 웨이퍼(W)와 회전 테이블(2)의 적재부(24) 이외 영역과의 사이에 비교적 큰 단차가 있으면, 이 단차에 의해 가스 흐름에 난류가 발생할 가능성이 있어서, 웨이퍼(W) 상의 막두께 균일성이 영향을 받을 수 있다. 이러한 영향을 감소시키기 위해 웨이퍼(W)와 회전 테이블(2)의 적재부(24) 이외 영역 표면을 거의 같은 높이로 하고 있다. 여기에서, "거의 같은 높이"라 함은, 높이 차가 예를 들어, 5㎜ 이하인 정도를 의미하나, 가공 정밀도가 허용하는 범위 내에서 가급적 0에 가까운 것이 바람직하다.
도 2 내지 도 4b에 나타내는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 회전 방향(예를 들어, 도 3의 화살표 RD)을 따라 서로 이격된 2개의 볼록부(4)가 구비되어 있다. 한편, 도 2 및 도 3에서는, 처리실(1) 내부의 설명을 용이하게 하기 위해, 상판(11)의 도시가 생략되어 있다. 도 4a 및 도 4b에 나타내는 바와 같이, 볼록부(4)는 상판(11)의 하면에 구비되어 있다. 또한, 도 3으로부터 알 수 있듯이, 볼록부(4)는 대략 부채 형상의 평면 형상을 가지며, 대략 부채 형상의 꼭지부는 처리실(1)의 대략 중심에 위치하며, 대략 부채 형상의 원호는 용기 본체(12)의 내주벽을 따라 위치하고 있다. 또한, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 볼록부(4)는, 그 하면(44)이 회전 테이블(2), 적재부(24) 내에 적재된 웨이퍼(W) 등으로부터 높이 h1에 위치하도록 배치되어 있다.
또한, 도 3 내지 도 4b에 나타내는 바와 같이, 볼록부(4)는 자신이 2분할되도록 반경 방향으로 연장되는 홈부(43)를 가지며, 홈부(43)에는 분리 가스 노즐(41,42)이 수용되어 있다. 본 실시형태에서, 홈부(43)는 볼록부(4)를 2등분하도록 형성되어 있으나, 예를 들어, 볼록부(4)에 있어 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류쪽이 넓어지도록, 홈부(43)를 형성할 수도 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 분리 가스 노즐(41,42)은, 용기 본체(12)의 둘레 벽부로부터 처리실(1) 안으로 도입되며, 그 기단부인 가스 도입 포트(41a,42a)를 용기 본체(12)의 외주벽에 장착함으로써 지지되고 있다.
분리 가스 노즐(41,42)은 분리 가스의 가스 공급원(미도시)에 접속되어 있다. 분리 가스로는, 예를 들어, 질소(N2) 가스 등 불활성 가스를 적용할 수 있으나, 성막에 영향을 주지 않는 가스라면 그 종류는 특별히 한정되지 않는다. 본 실시형태에서는, 분리 가스로서 N2 가스가 적용되나, 이 N2 가스는 분리 가스로서의 기능 외에도 원료 가스를 가압하는 가압용 가스로서의 기능도 가진다. 또한, 분리 가스 노즐(41,42)은 회전 테이블(2)의 표면을 향해 N2 가스를 토출하기 위한 토출 구멍(40, 도4)을 가진다. 토출 구멍(40)은 길이 방향으로 소정 간격을 두고 배치되어 있다. 본 실시형태에서, 토출 구멍(40)은 구경이 약 0.5㎜이며, 분리 가스 노즐(41,42)의 길이 방향을 따라 약 10㎜ 간격으로 배열되어 있다.
이상의 구성으로부터, 분리 가스 노즐(41)과 이에 대응하는 볼록부(4)에 의해, 분리 공간(HS)을 구획하는 분리 영역(D1)이 제공된다. 마찬가지로, 분리 가스 노즐(42)과 이에 대응하는 볼록부(4)에 의해, 분리 공간(HS)을 구획하는 분리 영역(D2)이 제공된다. 또한, 분리 영역(D1)에 대해 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류쪽에는, 분리 영역(D1,D2), 회전 테이블(2), 상판(11)의 하면(45, 이하 "천정면(45)"), 용기 본체(12) 내주벽에 의해 대략 둘러싸이는 제1 영역(48A, 제1 공급 영역)이 형성되어 있다. 또한, 분리 영역(D1)에 대해 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류쪽에는, 분리 영역(D1,D2), 회전 테이블(2), 천정면(45), 용기 본체(12) 내주벽에 의해 대략 둘러싸이는 제2 영역(48B, 제2 공급 영역)이 형성되어 있다. 분리 영역(D1,D2)에서 분리 가스 노즐(41,42)로부터 N2 가스가 토출되면, 분리 공간(HS)은 비교적 높은 압력으로 되어, N2 가스는 분리 공간(HS)으로부터 제1 영역(48A) 및 제2 영역(48B)을 향해 흐른다. 즉, 분리 영역(D1,D2)의 볼록부(4)에 의해, 분리 가스 노즐(41,42)로부터 제공되는 N2 가스가 제1 영역(48A)과 제2 영역(48B)으로 안내된다.
또한, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 영역(48A)에서, 용기 본체(12)의 둘레 벽부로부터 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 원료 가스 노즐(31)이 도입되어 있다. 또한, 제2 영역(48B)에서, 용기 본체(12)의 둘레 벽부로부터 회전 테이블의 반경 방향으로 물(H2O) 등의 산화 가스를 공급하는 반응 가스 노즐(32)이 도입되어 있다. 이들 원료 가스 노즐(31)과 반응 가스 노즐(32)은, 분리 가스 노즐(41,42)과 마찬가지로, 기단부인 가스 도입 포트(31a,32a)를 용기 본체(12)의 외주벽에 장착함으로써 지지되어 있다. 한편, 적용되는 산화 가스로는, 물 외에도 산소, 오존 등일 수도 있다. 또한, 본 실시형태의 성막 장치(300)는, 웨이퍼(W) 상에 형성되어 있는 절연막 등이 갖는 홈의 벽면에 대해, 산화알루미늄 막(AlO 막) 외에도, 실리콘 산화막(SiO2 막), 실리콘 질화막(SiN 막) 등의 실리콘 함유막을, 예를 들어 보호막으로서 성막할 때에 적용할 수 있다.
원료 가스 노즐(31)과 반응 가스 노즐(32)은, 회전 테이블(2)의 상면(웨이퍼(W)를 적재하는 적재부(24)가 있는 면)을 향해 원료 가스와 반응 가스를 토출하기 위한 복수 개의 토출 구멍(33,34)을 가지고 있다(도4a 및 도4b 참조). 본 실시형태에서 토출 구멍(33,34)은, 구경이 약 0.5㎜이며, 원료 가스 노즐(31) 및 반응 가스 노즐(32)의 길이 방향을 따라 약 10㎜ 간격으로 설치되어 있다.
원료 가스 노즐(31)은 원료 가스 공급원(미도시)에 접속되어 원료 가스 공급부(가스 공급부)를 형성하고, 반응 가스 노즐(32)은 반응 가스 공급원(미도시)에 접속되어 반응 가스 공급부(가스 공급부)를 형성한다. 원료 가스로는, 다양한 가스를 사용할 수 있는데, Al 함유 유기 금속 가스의 일종인 트리메틸알루미늄(TMA) 가스가 적용 가능하다. 또한, 그 밖에도, 실리콘 함유 가스인 DIPAS(디이소프로필아미노실란) 가스, 3DMAS(트리스디메틸아미노실란) 가스, BTBAS(비스터셔리부틸아미노실란) 가스 등 아미노실란 가스를 적용할 수도 있다. 이하에서, TMA 가스를 적용하는 형태를 설명한다. 또한, 이하의 설명에서, 원료 가스 노즐(31)의 아랫쪽 영역에 관해, TMA 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키는 영역을 처리 영역 P1이라 칭하는 경우가 있다. 또한, 반응 가스 노즐(32)의 아랫쪽 영역에 관해, H2O 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시킨 TMA 가스와 반응(산화)시키기 위한 영역을 처리 영역 P2라 칭하는 경우가 있다.
도 4a 및 도 4b에 나타내는 바와 같이, 분리 영역(D1)에는 평탄하고 낮은 천정면(44)이 있고(도시하고 있지 않으나 분리 영역(D2)에서도 마찬가지임), 제1 영역(48A) 및 제2 영역(48B)에는 천정면(44)보다 높은 천정면(45)이 있다. 그리하여, 제1 영역(48A) 및 제2 영역(48B)의 용적은 분리 영역(D1,D2)에서의 분리 공간(HS)의 용적보다 크다. 또한, 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 처리실(1)에는, 제1 영역(48A) 및 제2 영역(48B)을 각각 배기시키기 위한 배기구(61,62)가 구비되어 있다. 이들 배기구(61,62)에 의해, 제1 영역(48A)과 제2 영역(48B)을 분리 영역(D1,D2)의 분리 공간(HS)에 비해 낮은 압력으로 유지할 수 있다. 이 경우, 분리 영역(D1,D2)의 분리 공간(HS)의 압력이 높으므로, 제1 영역(48A)에서 원료 가스 노즐(31)로부터 토출되는 TMA 가스는 분리 공간(HS)을 통과하여 제2 영역(48B)에 도달할 수가 없다. 또한, 마찬가지로, 분리 영역(D1,D2)의 분리 공간(HS)의 압력이 높으므로, 제2 영역(48B)에서 반응 가스 노즐(32)로부터 토출되는 H2O 가스, O3 가스 등은 분리 공간(HS)을 통과하여 제1 영역(48A)에 도달할 수가 없다. 따라서, 원료 가스와 반응 가스가 분리 영역(D1,D2)에 의해 분리되어, 처리실(1) 내의 기상(氣相)에서 섞이는 일은 거의 없다.
한편, 회전 테이블(2)의 상면에서부터 측정한 낮은 천정면(44)의 높이 h1(도4a 참조)은, 분리 가스 노즐(41,42)로부터의 N2 가스 공급량과도 관계 있으나, 분리 영역(D1,D2)의 분리 공간(HS) 압력을 제1 영역(48A) 및 제2 영역(48B)의 압력보다 높게 할 수 있도록 설정한다. 높이 h1은, 예를 들어 0.5㎜ 내지 10㎜로 설정되어 있음이 바람직하며, 그 중에서도 가급적 낮게 설정되어 있음이 바람직하다. 다만, 회전 테이블(2)의 회전 떨림에 의해 회전 테이블(2)이 천정면(44)에 충돌하는 것을 회피하기 위해, 높이 h1은 상기 수치 범위 중에서도 3.5㎜ 내지 6.5㎜ 정도로 설정되어 있으면 더 바람직하다. 또한, 볼록부(4)의 홈부(43)에 수용되는 분리 가스 노즐(41,42)의 하단에서부터 회전 테이블(2)의 표면까지의 높이 h2(도 4a 참조)는, 높이 h1과 마찬가지 이유에서 0.5㎜ 내지 4㎜로 설정하는 것이 좋다.
도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 상판(11)의 천정면(45)에는, 코어부(21)를 둘러싸도록 환형의 돌출부(5)가 구비되어 있다. 돌출부(5)는 코어부(21)보다 외측 영역에서 회전 테이블(2)에 대향하고 있다. 본 실시형태에서는, 도 6에 명료하게 나타내는 바와 같이, 회전 테이블(2)에서부터의 돌출부(5) 하면의 높이 h15는, 공간(HS)의 높이 h1보다 조금 낮다. 이는, 회전 테이블(2)의 중심부 근방에서의 회전 떨림이 작기 때문이다. 구체적으로, 높이 h15는 1.0㎜ 내지 2.0㎜ 정도로 설정될 수 있다. 한편, 다른 실시형태에서는, 높이 h15와 h1이 같을 수도 있으며, 또한, 돌출부(5)와 볼록부(4)가 일체로 형성될 수도, 별도로 형성되어 결합될 수도 있다. 한편, 도 2 및 도 3은, 볼록부(4)를 처리실(1) 내에 남겨 둔 채로 상판(11)을 탈거한 처리실(1)의 내부를 나타내고 있다.
도 1의 대략 반쪽 영역을 확대한 도 5를 참조하면, 처리실(1)의 상판(11) 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있으며, 분리 가스 공급관(51)에 의해 상판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)으로 N2 가스가 공급된다. 공간(52)에 공급된 N2 가스에 의해, 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 틈새(50)는, 제1 영역(48A) 및 제2 영역(48B)에 비해 높은 압력으로 유지될 수 있다. 그러므로, 제1 영역(48A)에서 원료 가스 노즐(31)로부터 토출되는 TMA 가스는, 압력이 높은 틈새(50)를 통과하여 제2 영역(48B)에 도달할 수가 없다. 또한, 제2 영역(48B)에서 반응 가스 노즐(32)로부터 토출되는 H2O 가스는, 압력이 높은 틈새(50)를 통과하여 제1 영역(48A)에 도달할 수가 없다. 따라서, 양쪽의 가스가 틈새(50)에 의해 분리되어, 처리실(1) 내의 기상(氣相)에서 섞이는 일은 거의 없다. 즉, 본 실시형태의 성막 장치(300)에서는, TMA 가스와 H2O 가스를 분리하기 위해, 회전 테이블(2)의 회전 중심부와 처리실(1)에 의해 구획되어, 제1 영역(48A) 및 제2 영역(48B)보다 높은 압력으로 유지되는 중심 영역(CT)이 형성되어 있다.
도 6은 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도의 대략 반쪽을 나타내고 있으며, 여기에서는, 볼록부(4)와, 볼록부(4)에 일체로 형성된 돌출부(5)가 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이, 볼록부(4)는 그 바깥 가장자리에서 L자 형상으로 굴곡되는 굴곡부(46)를 가지고 있다. 굴곡부(46)는 회전 테이블(2)과 용기 본체(12) 사이의 공간을 대략 메우고 있어서, 원료 가스 노즐(31)로부터의 TMA 가스와 반응 가스 노즐(32)로부터의 H2O 가스가 이 틈새를 통해 섞이는 것을 방지한다. 굴곡부(46)와 용기 본체(12) 사이의 틈새 및 굴곡부(46)와 회전 테이블(2) 사이의 틈새는, 예를 들어, 회전 테이블(2)로부터 볼록부(4)의 천정면(44)까지의 높이 h1과 거의 같게 설정될 수 있다. 또한, 굴곡부(46)가 있으므로, 분리 가스 노즐(41,42, 도3 참조)로부터의 N2 가스가 회전 테이블(2)의 바깥쪽을 향하는 방향으로는 흐르기 어렵다. 따라서, 분리 영역(D1,D2)으로부터 제1 영역(48A) 및 제2 영역(48B)으로의 N2 가스 흐름이 촉진된다. 한편, 굴곡부(46)의 아랫쪽에 블록 부재(71b)를 구비함으로써, 분리 가스가 회전 테이블(2)의 아랫쪽까지 흐르는 것을 또한 억제할 수 있다. 한편, 굴곡부(46)와 회전 테이블(2) 사이의 틈새는, 회전 테이블(2)의 열 팽창을 고려하여, 회전 테이블(2)이 후술하는 히터 유닛에 의해 가열된 경우에 상기 간격(h1 정도)이 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 영역(48A) 및 제2 영역(48B)에서, 용기 본체(12)의 내주벽은 바깥쪽을 향해 움푹 들어가 있으며, 여기에 배기 영역(6)이 형성되어 있다. 이 배기 영역(6)의 저부에는 도 3 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 배기구(61,62)가 구비되어 있다. 이들 배기구(61,62)는 각각 배기관(63)을 통해, 진공 배기 장치인, 예를 들어 공통의 진공 펌프(64, 도1 참조)에 접속되어 있다. 이 구성에 의해 주로 제1 영역(48A) 및 제2 영역(48B)이 배기되며, 전술한 바와 같이, 제1 영역(48A) 및 제2 영역(48B)의 압력을 분리 영역(D1,D2)의 분리 공간(HS)의 압력보다 낮게 할 수 있다. 한편, 도 3에서는, 용기 본체(12)의 내주벽이 바깥쪽을 향해 움푹 들어간 곳에 배기 영역(6)이 구비되어 있으나, 처리실(1)의 저부(14)에 배기구(61,62)가 구비되어 있는 등의 다른 형태일 수도 있다.
또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 영역(48A)에 대응하는 배기구(61)는, 회전 테이블(2)의 바깥쪽(배기 영역(6))에서 원료 가스 노즐(31)의 아랫쪽에 위치하고 있다. 이 구성에 의해, 원료 가스 노즐(31)의 토출 구멍(33, 도4)에서 토출되는 TMA 가스는, 회전 테이블(2)의 상면을 따라 원료 가스 노즐(31)의 길이 방향으로 배기구(61)를 향해 흐를 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 배기관(63)에는 압력 조정기(65)가 구비되며, 압력 조정기(65)에 의해 처리실(1) 내의 압력이 조정된다. 복수 개의 압력 조정기(65)를 대응하는 배기구(61,62)에 설치할 수도 있다. 또한, 배기구(61,62)는 배기 영역(6)의 저부(처리실(1)의 저부(14))에 한정되지 않으며, 처리실(1)의 용기 본체(12)의 둘레 벽부에 구비될 수도 있다. 또한, 배기구(61,62)는 배기 영역(6)에서의 상판(11)에 구비될 수도 있다. 다만, 상판(11)에 배기구(61,62)를 구비하는 경우, 처리실(1) 내의 가스가 윗쪽으로 흐르게 되므로, 처리실(1) 내의 파티클이 따라 올라가서 웨이퍼(W)가 오염될 수 있다. 따라서, 배기구(61,62)는 도시하는 바와 같이, 저부에 구비되거나 용기 본체(12)의 둘레 벽부에 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 배기구(61,62)를 저부에 구비함으로써, 배기관(63), 압력 조정기(65), 진공 펌프(64)를 처리실(1)의 아랫쪽에 설치할 수 있어서, 성막 장치(300)이 차지하는 공간을 줄일 수 있다는 점에서 유리해진다.
도 1, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 회전 테이블(2)과 용기 본체(12)의 저부(14) 사이의 공간에는, 가열부로서 환형의 히터 유닛(7)이 구비되어, 히터 유닛(7)에 의해 회전 테이블(2) 상에 적재되는 웨이퍼(W)가 소정 온도로 가열된다. 또한, 회전 테이블(2)의 아랫쪽 외주 근방에, 히터 유닛(7)을 둘러싸도록 블록 부재(71a)가 구비됨으로써, 히터 유닛(7)이 놓여 있는 공간이 히터 유닛(7) 바깥쪽 영역으로부터 구획된다. 한편, 블록 부재(71a)의 상면과 회전 테이블(73)의 하면 사이에는 약간의 틈새가 형성되어 있다. 블록 부재(71a)로부터 안쪽으로 가스가 유입되는 것을 방지하기 위해, 히터 유닛(7)이 수용되는 영역에는, 당해 영역을 퍼지시킬수 있도록, 복수 개의 퍼지 가스 공급관(73)이 용기 본체(12)의 저부를 관통하도록 소정의 각도 간격을 두고 접속되어 있다. 한편, 히터 유닛(7)의 윗쪽에서는, 히터 유닛(7)을 보호하는 보호 플레이트(7a)가 블록 부재(71a)와 후술하는 융기부(R)에 의해 지지되어 있다. 이 구성에 의해, 히터 유닛(7)이 구비되는 공간에 TMA 가스, H2O 가스가 설령 유입된다 하더라도, 히터 유닛(7)을 이들 가스로부터 보호할 수 있다. 보호 플레이트(7a)는, 예를 들어 석영으로 제작하는 것이 바람직하다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 저부(14)는 환형의 히터 유닛(7)의 안쪽에 융기부(R)를 가지고 있다. 융기부(R)의 상면은 회전 테이블(2) 및 코어부(21)에 근접해 있어서, 융기부(R)의 상면과 회전 테이블(2)의 뒷면 사이 및 융기부(R)의 상면과 코어부(21)의 뒷면 사이에 약간의 틈새만을 형성하고 있다. 또한, 저부(14)는 회전축(22)이 통과하는 중심 구멍을 가진다. 이 중심 구멍의 내경은 회전축(22)의 직경보다 조금 커서, 저부(14)와 회전축(22)의 사이에서, 플랜지부(20a)를 통하여 케이스(20)에 연통되는 틈새를 형성하고 있다. 또한, 플랜지부(20a)의 상부에는 퍼지 가스 공급관(72)이 접속되어 있다.
이와 같은 구성에 의해, 회전축(22)과 저부(14) 중심 구멍 사이의 틈새, 코어부(21)와 저부(14) 융기부(R) 사이의 틈새, 저부(14) 융기부(R)와 회전 테이블(2) 뒷면 사이의 틈새를 통해, N2 가스가 퍼지 가스 공급관(72)으로부터 회전 테이블(2)의 아랫쪽 공간으로 흐른다. 또한, N2 가스가 퍼지 가스 공급관(73)으로부터 히터 유닛(7)의 아랫쪽 공간으로 흐른다. 그리고, 이들 N2 가스는 블록 부재(71a)와 회전 테이블(2) 뒷면 사이의 틈새를 통해 배기구(61)로 흘러 들어간다. 이와 같이 흐르는 N2 가스는, TMA 가스(또는 H2O 가스)가 회전 테이블(2)의 아랫쪽 공간으로 흘러들어가서 H2O 가스(또는 TMA 가스)와 섞이는 것을 방지하는 분리 가스로서 작용한다. 또한, 원료 가스인 TMA 가스를 가압하는 가압 가스로서 작용한다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 용기 본체(12)의 둘레 벽부에는 반송구(15)가 형성되어 있다. 웨이퍼(W)는 반송구(15)를 통해, 반송 아암(10)에 의해 처리실(1) 안으로 또는 처리실(1)로부터 바깥으로 반송된다. 이러한 반송구(15)에는 게이트 밸브(미도시)가 구비되며, 게이트 밸브에 의해 반송구(15)가 개폐된다. 또한, 적재부(24)의 저면에는 3개의 관통 구멍(미도시)이 형성되어 있고, 이들 관통 구멍을 통해 3개의 승강 핀(미도시)이 상하로 움직일 수 있다. 승강 핀은 웨이퍼(W)의 뒷면을 지지한 채 당해 웨이퍼(W)를 승강시켜서, 웨이퍼(W)의 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)를 주고 받는다.
또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 실시형태에 따른 성막 장치(300)는 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(200)를 구비한다. 이 제어부(200)는, 예를 들어, 컴퓨터로 구성되는 프로세스 컨트롤러(200a), 유저 인터페이스부(200b), 메모리 장치(200c)를 가진다. 유저 인터페이스부(200b)는, 성막 장치의 동작 상황을 표시하는 디스플레이, 성막 장치의 조작자가 프로세스 레시피를 선택하거나 프로세스 관리자가 프로세스 레시피의 파라미터를 변경하는 등을 위한 키보드나 터치 패널(미도시) 등을 가진다.
또한, 제어부(200)는, 이하에서 설명하는 각 실시형태에 따른 성막 방법을 실행하기 위한 제어를 한다. 메모리 장치(200c)는 프로세스 컨트롤러(200a)에 다양한 프로세스를 실시시키는 제어 프로그램, 프로세스 레시피, 각종 프로세스에서의 파라미터 등을 기억하고 있다. 또한, 이들 프로그램에는, 예를 들어 이하에서 설명할 각 실시형태에 따른 성막 방법을 실시케 하는 단계군을 가지고 있는 것이다. 이들 제어 프로그램이나 프로세스 레시피는, 유저 인터페이스부(200b)로부터의 지시에 따라, 프로세스 컨트롤러(200a)에 의해 읽어들여져서 실행된다. 또한, 이들 프로그램은 컴퓨터 판독 가능 기억 매체(200d)에 저장되며, 이들에 대응되는 입출력 장치(미도시)를 통해 메모리 장치(200c)에 인스톨할 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기억 매체(200d)는 하드 디스크, CD, CD-R/RW, DVD-R/RW, 플렉시블 디스크, 반도체 메모리 등일 수 있다. 또한, 프로그램은, 통신 회선을 통해 메모리 장치(200c)로 다운로드할 수도 있다.
[실시형태에 따른 성막 방법]
이어서, 본 개시의 각 실시형태에 따른 성막 방법의 일 예에 대해, 도 7a 내지 도 9c를 참조하여 설명한다. 각 실시형태에 따른 성막 방법은 성막 시간 중에 웨이퍼(W)에 공급되는 원료 가스의 시간당 공급량을 변화시키는 처리(이하, "램핑 처리"라고 하는 경우가 있음)를 포함하고 있다. 그리고, 이하에서는, 회전 테이블(2)을 회전시킨 후 성막 처리가 종료될 때까지의 전체 시간을 "처리 시간"이라고 한다. 또한, 회전 테이블(2)을 회전시킨 후에, 원료 가스의 공급과 반응 가스의 공급, 나아가 퍼지 가스(또는 가압 가스)를 공급함으로써 처리 용기(100) 내에서 성막 처리를 하는 시간을 "성막 시간(X)"(초)이라고 한다. 또한, 램핑 처리에 소요되는 시간을 "램핑 시간(Y)"(초)이라고 한다. 성막 시간(X)에 대한 램핑 시간(Y)의 비율(%)을 "램핑율"이라고 한다. 또한, 본 명세서에 있어 "커버리지" 또는 "스텝 커버리지"란, 단차 피복성이라는 일반적인 의미를 가진다. 또한, "커버리지" 등은, 그 밖에도, 다층막에 형성되어 있는 홀(홈의 일 예)의 꼭대기부의 막두께(도 7b에서 t2)에 대한, 깊이 방향 위치에서의 막두께(도 7b에서 깊이 방향 위치의 일 예인 하단 깊이에서의 막두께는 t3)의 비율(%)을 의미한다.
또한, 이하에서 제1 실시형태 내지 제4 실시형태에 따른 성막 방법은, 성막 개시 시각(T0)에서 원료 가스의 공급량을 최대량으로 하고, 시간 경과에 따라 공급량을 감소시킨다는 점에서 공통된다. 한편, 이하에서 제5 실시형태 내지 제7 실시형태에 따른 성막 방법은, 성막 개시 시각(T0)에서 원료 가스의 공급량을 최소량으로 하고, 시간 경과에 따라 공급량을 증가시킨다는 점에서 공통된다.
<제1 실시형태에 따른 성막 방법>
제1 실시형태에 따른 성막 방법의 일 예를, 도 8a를 참조하여 설명한다. 우선, 각 실시형태에 따른 성막 방법에 적용되는 기판(W)에 대해, 도 7a를 참조하여 설명한다. 도 7a에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 표면에는 실리콘(Si) 막인 막A가 성막되며, 막A의 위에는, 실리콘 산화막(SiO2 막)으로 형성되는 절연막 B와, 폴리실리콘(poly-Si) 막으로 형성되는 전극막 C가 순차적으로 적층된 다층막 M이 형성되어 있다. 예를 들어, 3D(3 dimension)-NAND형 플래시 메모리용 웨이퍼를 일 예로 들 수 있다.
다층막 M에는, 깊은 홀 H(홈(깊은 홈)의 일 예로서, 그 밖에 트렌치 등도 있음)가 에칭 처리에 의해 미리 형성되어 있다. 홀 H의 내경이 t0, 다층막 M의 두께가 t1이며, 애스펙트 비(t1/t0)는 40 이상이다. 예를 들어, t1을 7㎛ 이상으로 설정할 수 있으며, t0을 150㎚ 내지 200㎚ 정도로 설정할 수 있다.
본 실시형태에 따른 성막 방법의 적용예로서, 이와 같이 애스펙트 비가 크며 이종(異種)막의 호층(互層) 구조를 갖는 다층막 M의 홀H의 벽면에, 예를 들어 보호막을 성막하는 경우를 들어서, 성막 방법을 설명한다.
도 7b에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 성막 방법에서는, 홀 H의 벽면에 보호막 P를 성막할 때에, 보호막 P의 막두께가 다층막 M의 꼭대기부로부터 저부로 갈수록 서서히 얇아지도록(바람직하게는, 막두께가 선형으로 변화하도록) 성막한다. 도 7b에서 꼭대기부에서 보호막 P의 막두께는 t2이며, 하단의 막두께는 t3로서, 홀 H의 저부의 막두께도 t3가 된다. 보호막 P에 있어 꼭대기부의 막두께 t2에 대한 하단의 막두께 t3의 비율은 다양하게 설정할 수 있는데, 일 예로 20% 내지 70% 정도를 들 수 있다.
예를 들어, 도시예와 같이, 홀 H의 꼭대기부로부터 하단으로 갈수록 막두께가 서서히 얇아지는 보호막 P를 성막한 후에 이방성 에칭을 함으로써, 홀 H의 벽면을 보호막 P로 보호하면서 실리콘(Si) 막인 막 A를 이방성 에칭한다. 이러한 이방성 에칭에 의해, 내경 t0가 유지되는 홀 H를 다층막 M의 꼭대기부로부터 웨이퍼(W)의 표면에까지 형성할 수 있다. 이 때, 홀 H 저부의 보호막 P가 박막으로 성막되어 있음으로써, 이방성 에칭시에 홀 H 아랫쪽의 막 A의 에칭율이 높아진다. 또한, 홀 H의 윗쪽에서부터 에칭 가스가 제공되므로, 홀 H 꼭대기부 쪽의 보호막 P는 에칭되기 쉽고, 홀 H의 하단쪽으로 갈수록 에칭되기 어렵게 된다. 이에 대해, 도시예의 보호막 P는, 홀 H의 꼭대기부 쪽에서 두껍고 하단으로 갈수록 얇아지도록 막두께가 변화하는 양태로 성막됨으로써, 홀 H의 등방성 에칭이 방지된다.
도 8a에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 성막 방법에서는, 성막 개시 시각(T0)에서 원료 가스의 시간당 공급량을 급격히 최대량 Q2(sccm: standard cc/min)까지 올린다. 이어서, 성막 시간의 종료 시각(T1)에서 최소량 Q1으로 되도록 일차 함수적(일정한 구배)으로 공급량을 감소시키는 조정 하에 성막 처리를 한다. 따라서, 램핑율(Y/X×100)은 100%이다. 한편, 원료 가스로서 TMA 가스를 적용하는 경우를 예시하지만, 원료 가스로는 DIPAS 가스, 3DMAS 가스, BTBAS 가스 등의 아미노실란 가스를 적용할 수도 있다. 한편, 원료 가스로서 TMA 가스를 적용하고, 물(H2O) 등의 산화 가스인 반응 가스와 반응시킴으로써, 산화 알루미늄 막(AlO 막)으로 이루어지는 보호막 P가 형성된다(도 7b 참조). 이러한 산화 알루미늄 막은, 드라이 에칭시의 선택비가 높으며 또한 드라이 에칭 후 세정 처리할 때에 피제거(被除去)성이 우수하므로, 높은 처리율에 기여할 수 있는 보호막을 형성할 수 있다. 또한, 도 8a에서는, 시각 T0에서 원료 가스의 시간당 공급량이 0에서부터 최대량 Q2까지 경과 시간이 없이 도달하도록 도시되어 있으나, 최대량 Q2에 도달하기까지 적지만 약간의 시간을 요하는 경우도 도 8a의 그래프가 포함하는 것으로 한다.
다층막 M에 형성되어 있는 홀 H의 윗쪽에서부터 원료 가스인 TMA 가스가 공급됨으로써, 홀 H 벽면의 상단에서 하단에 이르기까지 서서히 막이 형성된다. 그리고, 보호막 P의 막두께는, 원료 가스의 공급량이 상대적으로 많은 상단쪽에서부터 하단쪽에 이르기까지 서서히 얇아지는 경향이 있다. 그러나, 램핑 처리를 하지 않고 원료 가스의 공급량을 일정하게 하여 성막한 경우에는, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 보호막 P를, 예를 들어 막두께가 선형으로 변화하는 양태로 성막하기는 어렵다. 예를 들어, 원료 가스의 공급량을 많게 설정하여 공급한 경우에는, 홀 H의 저부에 두꺼운 막두께를 갖는 보호막이 형성되기 쉬워져서, 보호막 형성 후의 에칭 처리에 의해 A층을 에칭할 때에 보호막이 A층의 에칭을 방해할 수 있다. 한편, 원료 가스의 공급량을 적게 설정하여 공급한 경우에는, 원료 가스가 홀 H의 하단쪽으로 제공되기가 어려워서, 홀 H의 하단쪽 벽면에 등방성 에칭 방지용의 보호막 P를 양호하게 성막하기가 어려워진다.
도 8a에 나타내는 램핑 처리를 함으로써, 홀 H 저부의 보호막의 막두께를 가급적 얇게 성막하면서 홀 H의 상단에서부터 하단에 이르기까지 막두께가 서서히 변화하는, 연속된 보호막 P를 성막하는 것이 가능하다.
한편, 최대량 Q2는, 홀 H 벽면의 하단 및 저부에 있어 보호막 P의 막두께 t3를 규정할 수 있다. 또한, 성막 시간은, 홀 H 벽면 상단의 보호막 P의 막두께 t2를 규정할 수 있다. 램핑 처리시의 기울기(구배)는, 램핑율(본 실시형태에서는 100%)을 조정함으로써, 막두께가 원하는 스텝 커버리지를 갖는 선형으로 조정된 보호막 P를 성막하는 것이 가능하다.
<제2 실시형태에 따른 성막 방법>
제2 실시형태에 따른 성막 방법의 일 예를, 도 8b를 참조하여 설명한다. 도 8b에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 성막 방법에서는, 성막 개시 시각(T0)에서 원료 가스의 시간당 공급량을 급격히 최대량 Q2까지 올린 후, 종료 시각(T1)보다 전인 시각 T2에서 최소량 Q1으로 되도록, 일차 함수적으로 공급량을 감소시킨다. 그리고, 시각 T2에서부터 종료 시각(T1)에 이르기까지 공급량을 최소량 Q1으로 일정하게 유지하는 조정 하에 성막 처리를 한다. 램핑율(Y/X×100)은 T2의 설정 시각에 따라 변화하나, 예를 들어, 30% 내지 90% 정도의 범위에서 조정할 수 있다.
<제3 실시형태에 따른 성막 방법>
제3 실시형태에 따른 성막 방법의 일 예를, 도 8c를 참조하여 설명한다. 도 8c에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 성막 방법에서는, 성막 개시 시각(T0)에서 원료 가스의 시간당 공급량을 급격히 최대량 Q2까지 올린 후에, 종료 시각(T1)보다 전인 시각 T3에 있어 최대량 Q2와 최소량 Q1 사이의 공급량 Q3까지 일차 함수적으로 공급량을 감소시킨다. 그리고, 시각 T3에서부터, 종료 시각(T1)보다 전인 시각 T4에서 최소량 Q1으로 되도록 일차 함수적으로 공급량을 감소시킨다. 그리고, 시각 T4에서부터 종료 시각(T1)에 이르기까지 공급량을 최소량 Q1으로 일정하게 유지하는 조정 하에 성막 처리를 한다. 이와 같이, 본 실시형태에 따른 성막 방법은, 공급량 감소 기울기가 도중에 변화하는 램핑 처리를 하는 방법이다. 한편, 도시예는 2개의 서로 다른 공급량 감소 기울기를 갖는 램핑 처리를 포함하는 성막 방법을 나타내나, 3개 이상의 서로 다른 감소 기울기를 갖는 램핑 처리를 포함하는 성막 방법일 수도 있다.
<제4 실시형태에 따른 성막 방법>
제4 실시형태에 따른 성막 방법의 일 예를, 도 8d를 참조하여 설명한다. 도 8d에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 성막 방법에서는, 성막 개시 시각(T0)에서 원료 가스의 시간당 공급량을 급격히 최대량 Q2까지 올린 후에, 종료 시각T1보다 전인 시각 T5에서의 공급량 Q4까지 일차 함수적으로 공급량을 감소시키고, 시각 T6까지 공급량 Q4를 일정하게 유지한다. 이어서, 시각 T7에서의 공급량 Q5까지 일차 함수적으로 공급량을 감소시키고, 시각 T8까지 공급량 Q5를 일정하게 유지한다. 이어서, 시각 T9에서의 공급량 Q6까지 일차 함수적으로 공급량을 감소시키고, 시각 T10까지 공급량 Q6을 일정하게 유지한다. 또한, 시각 T11에서의 최소량의 공급량인 Q1까지 일차 함수적으로 공급량을 감소시키고, 성막 종료 시각인 시각 T1까지 공급량 Q1을 일정하게 유지한다.
이와 같이, 본 실시형태에 따른 성막 방법은, 공급량을 서서히 감소시키는 처리와 공급량을 일정하게 유지하는 처리를 시퀀스 처리로 하여, 복수 개의 시퀀스 처리(도시예에서는 4개의 시퀀스 처리)를 실행하는 방법이다. 한편, 각 시퀀스 처리에서의 공급량 감소 기울기는, 같은 기울기일 수도 있고, 서로 다른 기울기일 수도 있으며, 복수 개의 시퀀스 처리 중 일부가 같은 기울기일 수도 있다. 또한, 램핑 시간은 공급량이 감소되는 복수 개의 시간의 합계 시간이 된다.
<제5 실시형태에 따른 성막 방법>
제5 실시형태에 따른 성막 방법의 일 예를, 도 9a를 참조하여 설명한다. 도 9a에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 성막 방법에서는, 성막 개시 시각(T0)에서 원료 가스의 시간당 공급량을 최소량 Q1으로 하고, 성막 시간 종료 시각(T1)에서 최대량 Q2로 되도록, 일차 함수적(일정한 구배)으로 공급량을 증가시키는 조정 하에 성막 처리를 한다. 따라서, 제1 실시형태의 성막 방법과 마찬가지로, 램핑율(Y/X×100)은 100%이다.
<제6 실시형태에 따른 성막 방법>
제6 실시형태에 따른 성막 방법의 일 예를, 도 9b를 참조하여 설명한다. 도 9b에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 성막 방법에서는, 성막 개시 시각(T0)에서부터 시각 T12까지 원료 가스의 시간당 공급량을 최소량 Q1으로 유지한 후에, 종료 시각(T1)에서 최대량 Q2 로 되도록 일차 함수적으로 공급량을 증가시키는 조정 하에 성막 처리를 한다. 램핑율(Y/X×100)은 T12의 설정 시각에 따라 변화하나, 예를 들어, 30% 내지 90% 정도의 범위에서 조정할 수 있다.
<제7 실시형태에 따른 성막 방법>
제7 실시형태에 따른 성막 방법의 일 예를, 도 9c를 참조하여 설명한다. 도 9c에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 성막 방법에서는, 성막 개시 시각(T0)에서부터 시각 T13까지는 공급량을 최소량 Q1으로 유지한 후에, 시각 T14에서의 공급량 Q8까지 일차 함수적으로 공급량을 증가시킨다. 이어서, 시각 T15까지 공급량 Q8을 유지한 후, 시각 T16에서의 공급량 Q9까지 일차 함수적으로 공급량을 증가시킨다. 이어서, 시각 T17까지 공급량 Q9를 유지한 후, 시각 T18에 있어 공급량의 최대량인 Q2까지 일차 함수적으로 공급량을 증가시키고, 성막 종료 시간인 시각 T1까지 공급량 Q2를 일정하게 유지한다.
이와 같이, 본 실시형태에 따른 성막 방법은, 공급량을 일정하게 유지하는 처리와 공급량을 서서히 증가시키는 처리를 시퀀스 처리로 하여, 복수 개의 시퀀스 처리(도시예에서는 3개의 시퀀스 처리)를 실행하는 방법이다.
<제8 실시형태에 따른 성막 방법>
제8 실시형태에 따른 성막 방법의 일 예를, 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 성막 방법에서는, 성막 개시 시각(T0)에서 원료 가스의 시간당 공급량을 급격히 최대량 Q2까지 올린 후, 종료 시각(T1)보다 전인 시각 T19에서 최소량 Q1으로 되도록, 일차 함수적으로 공급량을 감소시킨다. 그리고, 시각 T19에서 재차 공급량을 급격히 최대량 Q2까지 올린 후에, 성막 종료 시각인 시각 T1까지 공급량 Q2를 일정하게 유지하는 조정 하에 성막 처리를 한다. 이와 같이, 본 실시형태에 따른 성막 방법은, 원료 가스의 공급량을 증가시켰다가 감소시킨 후에 재차 증가시키는 조정을 하는 방법이다.
[막의 스텝 커버리지에 있어 성막시 램핑율 의존성을 검증한 실험]
본 발명자 등은, 막의 스텝 커버리지에 있어 성막시 램핑율 의존성을 검증하는 실험을 실시하였다. 또한, 이 실험과 함께, 막의 스텝 커버리지에 있어 서셉터 회전수 의존성에 관한 실험, 그리고 막의 스텝 커버리지에 있어 원료 가스 유량 의존성에 관한 실험을 실시하였다.
<실험 개요>
모든 실험에서, 서셉터의 온도를 350℃로 설정하고, 처리 용기 내의 압력을 2Torr(266Pa)로 설정하며, 원료 가스로서는 TMA 가스를 사용하고, 반응 가스로서는 H2O 가스를 사용하였다. 또한, 퍼지 가스(가압 가스이기도 함)로서는 N2 가스를 사용하며, H2O 가스는 1000sccm, N2 가스는 8500sccm로 일정량을 공급하였다.
웨이퍼의 표면에는 홀을 갖는 다층막이 형성되어 있는데, 홀의 높이를 7.5㎛, 홀의 꼭대기부 직경을 175㎚, 홀의 저부 직경을 75㎚로 하였다.
막의 스텝 커버리지에 있어 서셉터 회전수 의존성에 관한 실험을 "실험 1"이라 한다. 실험 1에서는 서셉터의 회전수를 15rpm, 60rpm, 120rpm, 200rpm, 240rpm 5종류의 회전수로 회전시켰을 때에, 홀의 깊이 방향 위치에서의 스텝 커버리지를 측정하였다. 한편, 앞서 설명한 바와 같이, 각 심도(深度)에서의 커버리지는, 홀 상단에서의 막두께에 대한, 각 심도에서의 막두께의 비율(%)이다.
한편, 막의 스텝 커버리지에 있어 원료 가스 유량 의존성에 관한 실험을 "실험 2"라 한다. 원료 가스의 유량을 일정한 값으로서 50sccm, 100sccm, 200sccm, 300sccm 4종류의 유량으로 공급했을 때에, 홀의 깊이 방향 위치에서의 스텝 커버리지를 측정하였다.
한편, 막의 스텝 커버리지에 있어 성막시 램핑율 의존성을 검증하는 실험을 "실험 3"이라 한다. 실험 3에서는, 도 8b에 나타내는 프로세스 시퀀스에 의한 성막 방법을 적용하여, 램핑율이 30%, 60%, 90%일 때에 홀의 깊이 방향 위치에서의 스텝 커버리지를 측정하였다.
<실험 결과>
도 11, 도 12, 도 13은 각각 실험 1, 실험 2, 실험 3의 결과를 나타낸다. 우선, 도 11로부터, 회전수가 적은 60rpm 이하에서는, 홀 저부에서의 커버리지가 80% 이상으로 되어, 홀 저부의 보호막을 박막으로 성막할 수 없음이 실증되었다. 또한, 120rpm 이상의 많은 회전수에서는, 홀 저부의 보호막을 박막으로 성막할 수 있으나, 홀의 중간 심도까지 커버리지가 급격하게 저하되어 중간 심도보다 깊은 곳에서는 커버리지가 변화하지 않는 경향을 나타냄이 실증되었다. 이는, 홀 벽면에 있어 홀 상단에서부터 하단에 이르기까지 보호막의 막두께를 선형으로 제어할 수 없음을 의미한다.
그리고, 도 12로부터, 원료 가스가 200sccm 이상의 일정량으로 공급되는 경우에는, 홀 저부에서의 커버리지가 90% 이상으로 되어, 홀 저부의 보호막을 박막으로 성막할 수 없음이 실증되었다. 또한, 100sccm 이하의 일정량으로 원료 가스가 공급되는 경우에는, 홀 저부의 보호막을 박막으로 성막할 수 있으나, 홀의 중간 심도까지 커버리지가 급격하게 저하되어 중간 심도보다 깊은 곳에서는 커버리지가 변화하지 않는 경향을 나타냄이 실증되었다. 이는, 도 11에서와 마찬가지로, 홀 벽면에 있어 홀 상단에서부터 하단에 이르기까지 보호막의 막두께를 선형으로 제어할 수 없음을 의미한다.
그리고, 도 13으로부터, 램핑율을 30%, 60% 또는 90%로 한 경우에, 램핑율이 30%, 60%, 90% 중 어느 경우이더라도, 홀 저부의 보호막을 박막으로 성막할 수 있으며, 또한, 홀 상단에서부터 하단에 이르기까지 보호막의 막두께를 가급적 선형으로 제어할 수 있음이 실증되었다.
또한, 도 13으로부터, 램핑율을 조정함으로써, 요구되는 커버리지(스텝 커버리지)를 충족할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 홀 저부의 막두께를 가급적 박막으로 하고 싶은 경우에는, 램핑율이 낮은 램핑 제어가 바람직함을 알 수 있다.
상기 실시형태에서 설명한 구성 등에 대해 그 밖의 구성 요소를 조합하는 등의 다른 실시형태일 수도 있으며, 또한 본 개시는 이제까지 나타낸 구성으로 한정되는 것이 아니다. 이 점에 대해서는, 본 개시의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 변경 가능하며, 그 응용 형태에 따라 적절히 결정할 수 있다.
본원은 일본 특허청에 2018년 6월 22일에 출원된 기초 출원 2018-119119호의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용을 참조로써 여기에 원용한다.

Claims (13)

  1. 홈을 구비한 절연막을 적어도 가지는 기판에 대해 한 종류의 원료 가스를 공급하여 성막 처리를 함으로써 상기 홈의 벽면과 저면에 보호막을 성막하는 성막 방법으로서,
    상기 한 종류의 원료 가스의 시간당 공급량을 변화시키는 램핑 처리를 함으로써 상기 벽면의 상단에서부터 하단 및 상기 저면에 이르기까지 두께가 서서히 얇아지도록 상기 보호막을 형성하는 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스의 상기 시간당 공급량을 최대량으로 한 후에, 상기 시간당 공급량을 일정한 기울기로써 서서히 감소시키는 성막 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스의 상기 시간당 공급량을 최대량으로 한 후에, 상기 시간당 공급량을 복수 개의 기울기로써 서서히 감소시키는 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스의 상기 시간당 공급량을 최대량으로 한 후에, 상기 시간당 공급량을 서서히 감소시키는 처리와 상기 시간당 공급량을 일정하게 유지하는 처리를 시퀀스 처리로 하여 하나 또는 둘 이상의 상기 시퀀스 처리를 하는 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스의 상기 시간당 공급량을 최대량으로 한 후에, 상기 시간당 공급량을 일정한 기울기로써 서서히 감소시키고, 상기 시간당 공급량을 재차 최대량으로 증가시켜서 유지하는 성막 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스의 상기 시간당 공급량을 최소량에서부터 최대량까지 서서히 증가시키는 성막 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스의 상기 시간당 공급량을 최소량으로 일정하게 유지한 후에, 상기 시간당 공급량을 최대량까지 서서히 증가시키는 성막 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스의 상기 시간당 공급량을 최소량으로 하고, 상기 시간당 공급량을 서서히 증가시키는 처리와 상기 시간당 공급량을 일정하게 유지하는 처리를 시퀀스 처리로 하여 하나 또는 둘 이상의 상기 시퀀스 처리를 하는 성막 방법.
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 절연막과 전극막이 적층된 다층막이 형성되어 있으며, 상기 홈은 상기 절연막과 전극막을 관통하는 깊은 홈인 성막 방법.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    처리 용기 내에 자유롭게 회전하도록 수용되며 복수 개의 상기 기판을 상면에 적재하는 적재부를 가지는 회전 테이블과, 상기 회전 테이블의 상기 상면을 향해 원료 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖는 처리 영역을 적어도 구비하는 성막 장치를 이용하여, 상기 적재부에 복수 개의 상기 기판을 적재하고서 상기 회전 테이블을 회전시키면서 적어도 상기 원료 가스를 상기 복수 개의 기판에 공급하는 성막 방법.
  12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈이 홀 또는 트렌치인 성막 방법.
  13. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 자유롭게 회전하도록 수용되며, 홈을 구비한 절연막을 적어도 가지는 복수 개의 기판을 상면에 적재하는 적재부를 가지는 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블의 상기 상면을 향해 한 종류의 원료 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖는 처리 영역을 적어도 포함하는 성막 장치로서,
    상기 성막 장치는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 한 종류의 원료 가스의 시간당 공급량을 변화시키는 램핑 처리를 함으로써 상기 홈의 벽면의 상단에서부터 하단 및 상기 홈의 저면에 이르기까지 두께가 서서히 얇아지도록 보호막을 형성하는 성막 처리를 실행하는 것인 성막 장치.
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