KR20100103416A - 성막 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

진공 용기 내에 설치되는 적재대이며, 당해 적재대의 중심부를 중심으로 하는 원을 따라서 형성된 기판의 적재 영역을 구비한 당해 적재대와, 상기 적재대의 상기 적재 영역에 반응 가스를 공급하기 위해, 상기 적재대에 대향하여 설치된 주가스 공급부와, 상기 주가스 공급부에 의해 공급된 반응 가스의 상기 적재대의 반경 방향에 있어서의 가스 농도 분포를 보상하기 위해, 상기 적재대의 표면에 대해 상기 반응 가스를 공급하는 보상용 가스 공급부와, 상기 적재대를, 상기 주가스 공급부 및 보상용 가스 공급부에 대해 상대적으로, 당해 적재대의 중심부를 회전축으로 하여 연직축 주위로 회전시키기 위한 회전 기구를 구비하는 성막 장치가 개시된다.

Description

성막 장치{FILM DEPOSITION APPARATUS}
본 출원은 2009년 3월 13일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2009-061350호에 기초하는 것으로, 그 출원을 우선권 주장하는 것이고, 그 출원의 모든 내용을 참조함으로써 포함하는 것이다.
본 발명은 반응 가스를 기판의 표면에 공급함으로써 기판에 박막을 형성하는 성막 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스에 있어서의 성막 방법으로서, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함) 등의 표면에 진공 분위기 하에서 제1 반응 가스를 흡착시킨 후, 공급하는 가스를 제2 반응 가스로 절환하고, 양 가스의 반응에 의해 1층 혹은 복수층의 원자층이나 분자층을 형성하여, 이 사이클을 다수회 행함으로써, 이들의 층을 적층하여, 기판 상으로의 성막을 행하는 프로세스가 알려져 있다. 이 프로세스는, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)나 MLD(Molecular Layer Deposition) 등으로 불리고 있고, 사이클 수에 따라서 막두께를 고정밀도로 컨트롤할 수 있는 동시에, 막질의 면내 균일성도 양호해, 반도체 디바이스의 박막화에 대응할 수 있는 유효한 방법이다.
이와 같은 성막 방법의 적절한 예로서는, 예를 들어 게이트 산화막에 사용되는 고유전체막의 성막을 들 수 있다. 일례를 들면, 산화 실리콘(SiO)막을 성막하는 경우에는, 제1 반응 가스(원료 가스)로서, 예를 들어 비스터셜부틸아미노실란(이하, 「BTBAS」라고 함) 가스 등이 사용되고, 제2 반응 가스(산화 가스)로서 오존(O3) 가스 등이 사용된다.
이와 같은 성막 방법을 실시하는 장치로서는, 진공 용기의 상부 중앙에 가스 샤워 헤드를 구비한 매엽식 성막 장치를 사용하여, 기판의 중앙부 상방측으로부터 반응 가스를 공급하고, 미반응의 반응 가스 및 반응 부생성물을 처리 용기의 저부로부터 배기하는 방법이 검토되고 있다. 그런데 상기한 성막 방법은, 퍼지 가스에 의한 가스 치환에 긴 시간이 걸리고, 또한 사이클 수도, 예를 들어 수백회나 되므로, 처리 시간이 길다고 하는 문제가 있어, 고처리량으로 처리할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법이 요구되고 있다.
따라서, 예를 들어 특허 문헌 1, 2에 기재되어 있는 바와 같이, 예를 들어 원형의 적재대 상에 둘레 방향으로 복수매의 기판을 적재하여, 이 적재대를 회전시키면서 기판에 대해 반응 가스를 절환하여 공급함으로써 성막을 행하는 장치가 제안되어 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1에는 반응 가스를 반응 용기의 천장부로부터 당해 반응 용기 내로 공급하는 동시에, 적재대의 둘레 방향으로, 서로 다른 반응 가스가 공급되는 복수의 서로 구획된 처리 공간을 형성하는 구성이 제안되어 있다.
또한, 특허 문헌 2에는 챔버의 천장부에, 다른 반응 가스를 적재대를 향해 토출하는, 예를 들어 2개의 반응 가스 노즐을 설치하는 동시에, 적재대를 회전시켜, 당해 적재대 상의 기판을 반응 가스 노즐의 하방을 통과시킴으로써, 각 기판에 교대로 반응 가스를 공급하여 성막을 행하는 구성이 제안되어 있다. 이와 같은 타입의 성막 장치는 반응 가스의 퍼지 공정이 없고, 또한 1회의 반입출이나 진공 배기 동작으로 복수매의 기판을 처리할 수 있으므로, 이들 동작에 수반하는 시간을 삭감하여 처리량을 향상시킬 수 있다.
그러나, 적재대의 회전에 의해 기판을 공전시키면서 반응 가스와 접촉시켜 성막을 행하는 구성에서는, 적재대의 반경 방향에 있어서 동일한 가스 농도를 유지하는 것이 어렵게 될 우려가 있다. 적재대의 접선 속도는 주연측의 쪽이 회전 중심측보다도 커져, 적재대의 반경 방향의 회전 속도가 다르기 때문에, 기판과 반응 가스의 경계에 있어서의 가스의 흐름이 기판의 반경 방향에 있어서 변화되기 쉽기 때문이다. 이 결과, 기판 상에 형성되는 박막의 막두께가 반경 방향에 있어서 변화되어 버려, 막두께가 높은 면내 균일성을 확보할 수 없게 되는 것이 우려된다.
또한, 특허 문헌 2와 같이, 반응 가스의 공급 영역끼리의 사이에 퍼지 가스를 공급하는 구성에서는, 퍼지 가스의 공급부와 배기구의 위치 관계에 의해, 반응 가스의 공급 영역으로 돌아 들어가는 퍼지 가스량이 적재대의 반경 방향에 있어서 변화될 우려가 있다. 이로 인해, 이 퍼지 가스에 의해 반응 가스가 희석되는 정도가 달라, 반응 가스 농도가 반경 방향에 있어서 변화되어 버리는 것도 고려된다.
또한, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 동일해도, 목적으로 하는 막두께가 상이하거나, 적재대의 회전 속도나 프로세스 압력 등의 다른 프로세스 조건이 상이한 경우에는, 적재대의 반경 방향으로의 반응 가스의 플로우가 변화되어 버려, 기판 상의 박막의 막두께의 균일성이 저하되어 버리는 것도 우려된다. 최근에는, 디바이스의 미세화에 수반하여 패턴상의 양호한 매립 특성이 요구되어, 종래 이상으로 기판에 대해 면내 균일성이 높은 성막 처리를 행하는 것이 요구되고 있으므로, 프로세스 조건의 변경에도 대응할 수 있어, 기판의 반경 방향에 있어서의 반응 가스 농도의 균일성을 더욱 향상시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.
일본특허제3144664호공보:도1,도2,청구항1 일본특허출원공개제2001-254181호공보:도1및도2
본 발명은 이와 같은 사정에 기초하여 행해지는 것으로, 그 목적은 성막 처리의 면내 균일성을 향상시키는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제1 형태는, 진공 용기 내에서 반응 가스를 기판의 표면에 공급함으로써 박막을 형성하는 성막 장치를 제공한다. 이 성막 장치는 진공 용기 내에 설치되는 적재대이며, 당해 적재대의 중심부를 중심으로 하는 원을 따라서 형성된 기판의 적재 영역을 구비한 당해 적재대와, 적재대의 적재 영역에 반응 가스를 공급하기 위해, 적재대에 대향하여 설치된 주가스 공급부와, 주가스 공급부에 의해 공급된 반응 가스의 적재대의 반경 방향에 있어서의 가스 농도 분포를 보상하기 위해, 적재대의 표면에 대해 반응 가스를 공급하는 보상용 가스 공급부와, 적재대를, 주가스 공급부 및 보상용 가스 공급부에 대해 상대적으로, 당해 적재대의 중심부를 회전축으로 하여 연직축 주위로 회전시키기 위한 회전 기구를 구비한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 주가스 공급 수단으로부터 적재대 표면에 대해 공급되는 반응 가스의 적재대의 반경 방향에 있어서의 농도에 치우침이 발생해도, 보상용 가스 공급 수단에 의해 반응 가스 농도가 낮은 영역에 보상용 반응 가스를 공급하고 있으므로, 적재대의 반경 방향에 있어서의 반응 가스 농도의 균일성이 향상되어, 결과적으로 막두께 등의 면내 균일성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단면을 도시하는 도 3의 I-I'선 단면도.
도 2는 도 1의 성막 장치의 내부의 개략 구성을 도시하는 사시도.
도 3은 도 1의 성막 장치의 횡단 평면도.
도 4는 도 1의 성막 장치에 있어서의 처리 영역 및 분리 영역을 도시하는 종단면도.
도 5는 보상용 가스 노즐의 가스 토출 구멍의 형성 영역을 도시하는 종단면도.
도 6은 원료 가스 노즐군 및 산화 가스 노즐군을 도시하는 평면도와 단면도.
도 7은 도 1의 성막 장치의 일부를 도시하는 종단면도.
도 8은 분리 가스 혹은 퍼지 가스가 흐르는 모습을 도시하는 설명도.
도 9는 상기한 성막 장치의 일부 파단 사시도.
도 10은 웨이퍼(W)에 형성되는 막두께와, 보상용 가스 노즐로부터의 보상용 가스의 공급 영역의 관계를 도시하는 종단면도.
도 11은 웨이퍼(W)에 형성되는 막두께와, 보상용 가스 노즐로부터의 보상용 가스의 공급 영역의 관계를 도시하는 종단면도.
도 12는 원료 가스 및 산화 가스가 분리 가스에 의해 분리되어 배기되는 모습을 도시하는 설명도.
도 13은 보상용 가스 노즐의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 14는 보상용 가스 노즐의 또 다른 예를 도시하는 평면도.
도 15는 토출 위치 조정 가스 노즐을 사용한 예를 도시하는 평면도.
도 16은 상기 토출 위치 조정 가스 노즐을 도시하는 종단면도와 내관의 단면도.
도 17은 토출 위치 조정 가스 노즐의 내관에 형성된 슬릿 위치를 도시하는 설명도.
도 18은 상기 토출 위치 조정 가스 노즐의 작용을 도시하는 종단면도.
도 19는 토출 위치 조정 가스 노즐의 다른 예를 도시하는 종단면도.
도 20은 상기 토출 위치 조정 가스 노즐의 작용을 도시하는 종단면도.
도 21은 토출 위치 조정 가스 노즐의 또 다른 예를 도시하는 종단면도.
도 22는 토출 위치 조정 가스 노즐의 또 다른 예를 도시하는 종단면도.
도 23은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 종단면도.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 종단면도.
도 25는 본 발명의 성막 장치를 사용한 기판 처리 시스템의 일례를 도시하는 개략 평면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 한정적이 아닌 예시의 실시 형태에 대해 설명한다. 첨부한 전체 도면 중, 동일 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일 또는 대응하는 참조 번호를 부여하여 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면은 부재 또는 부품 사이의 상대비를 나타내는 것을 목적으로 하지 않고, 따라서 구체적인 치수는, 이하의 한정적이 아닌 실시 형태를 감안하여, 당업자에 의해 결정되어야 하는 것이다.
본 발명의 실시 형태인 성막 장치는, 도 1(도 3의 I-I'선을 따른 단면도)에 도시한 바와 같이, 평면 형상이 대략 원형인 편평한 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되어, 당해 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 적재대를 이루는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 분리할 수 있도록 구성되어 있다. 천장판(11)은 내부의 감압 상태에 의해 밀봉 부재, 예를 들어 O링(13)을 통해 용기 본체(12)측으로 눌려 있어 기밀 상태를 유지하고 있지만, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 분리할 때에는 도시하지 않은 구동 기구에 의해 상방으로 들어 올려진다.
회전 테이블(2)은 그 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되고, 이 코어부(21)는 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(22)은 진공 용기(1)의 저부(14)를 관통하여, 그 하단부가 당해 회전축(22)을 연직축 주위로, 본 예에서는 시계 방향으로 회전시키는 구동부(23)에 설치되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는 상면이 개방된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 이 케이스체(20)는 그 상면에 설치된 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있어, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지되어 있다.
회전 테이블(2)의 표면부에는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 회전 방향(둘레 방향)을 따라서 복수매, 예를 들어 5매의 기판인 웨이퍼를 적재하기 위한 원형상의 오목부(24)가 설치되어 있다. 또한, 도 3에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 그리고 있다. 여기서 도 4는 회전 테이블(2)을 동심원을 따라서 절단하고 또한 가로로 전개하여 도시하는 전개도로, 오목부(24)는, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 그 직경이 웨이퍼의 직경보다도 약간, 예를 들어 약 4㎜ 크고, 또한 그 깊이는 웨이퍼의 두께와 동등한 크기로 설정되어 있다. 따라서, 웨이퍼를 오목부(24)에 적재하면, 웨이퍼의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(웨이퍼가 적재되지 않는 영역)이 실질적으로 동일한 높이로 된다. 웨이퍼의 표면과 회전 테이블(2)의 표면 사이의 높이의 차가 크면 그 단차 부분에서 압력 변동이 발생하므로, 웨이퍼 면내의 양호한 막두께 균일성을 실현하는 관점에서, 웨이퍼의 표면과 회전 테이블(2)의 표면의 높이가 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 웨이퍼의 표면과 회전 테이블(2)의 표면의 높이가 실질적으로 동일하다는 것은, 동일한 높이이거나, 혹은 양면의 차가 약 5㎜ 이내인 것을 말하지만, 가공 정밀도 등에 따라서 가능한 한 양면의 높이의 차를 0에 근접시키는 것이 바람직하다. 또한, 오목부(24)의 저면에는 웨이퍼의 이면을 지지하여 당해 웨이퍼를 승강시키기 위한, 예를 들어 후술하는 3개의 승강 핀(도 9 참조)이 관통하는 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
오목부(24)는 웨이퍼를 위치 결정하여 회전 테이블(2)의 회전에 수반하는 원심력에 의해 튀어나오지 않도록 하는 기판 적재 영역에 상당한다. 다른 실시 형태에서는, 기판 적재 영역(웨이퍼 적재 영역)은 오목부로 한정되지 않고, 예를 들어 회전 테이블(2)의 표면에 웨이퍼의 주연을 가이드하는 가이드 부재를 웨이퍼의 둘레 방향을 따라서 복수 배열함으로써 구성되어도 좋고, 혹은 회전 테이블(2)에 정전 척 등의 척 기구를 설치함으로써 구성되어도 좋다. 척 기구에 의해 웨이퍼를 흡착하는 경우에는, 그 흡착에 의해 웨이퍼가 위치하는 영역이 기판 적재 영역으로 된다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 진공 용기(1)에는 회전 테이블(2)의 상방에 있어서 복수의 가스 노즐이, 중심부로부터 방사상으로 신장되도록, 진공 용기(1)의 둘레 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다.
이들 가스 노즐은 진공 용기(1) 내에 제1 반응 가스, 예를 들어 원료 가스를 공급하는 원료 가스 노즐군(3)과, 진공 용기(1) 내에 제2 반응 가스, 예를 들어 산화 가스를 공급하는 산화 가스 노즐군(4)과, 진공 용기(1) 내에 분리 가스를 공급하는 분리 가스 노즐군으로 그룹화되어 있다. 원료 가스 노즐군(3)에는, 예를 들어 3개의 가스 노즐이 포함되고, 산화 가스 노즐군(4)에는, 예를 들어 3개의 가스 노즐이 포함되고, 분리 가스 노즐군에는 분리 가스 노즐(51, 52)이 포함된다.
상세하게는, 원료 가스 노즐군(3)은 오목부(24)에 적재된 웨이퍼(W)에 제1 반응 가스인, 예를 들어 원료 가스를 공급하는 제1 주가스 노즐(31)과, 이 제1 주가스 노즐(31)에 의한 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 원료 가스 농도 분포를 보상하기 위해, 회전 테이블(2)의 표면에 보상용 원료 가스를 공급하는, 예를 들어 2개의 제1 보상용 가스 노즐(32, 33)을 구비하고 있다. 또한, 산화 가스 노즐군(4)은 오목부(24)에 적재된 웨이퍼(W)에 제2 반응 가스인, 예를 들어 산화 가스를 공급하는 제2 주가스 노즐(41)과, 이 제2 주가스 노즐(41)에 의한 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 산화 가스 농도 분포를 보상하기 위해, 회전 테이블(2)의 표면에 보상용 산화 가스를 공급하는, 예를 들어 2개의 제2 보상용 가스 노즐(42, 43)을 구비하고 있다.
이들 제1 주가스 노즐(31), 제1 보상용 가스 노즐(32, 33), 제2 주가스 노즐(41), 제2 보상용 가스 노즐(42, 43), 분리 가스 노즐(51, 52)은 회전 테이블(2)과 대향하도록, 당해 회전 테이블(2)의 대략 중심으로부터 주연에 반경 방향으로 신장되도록 설치되고, 예를 들어 그 기단부측에 있어서 진공 용기(1)의 측주위벽(12A)에 설치되어 있다. 이들 가스 노즐(31 내지 33, 41 내지 43, 51, 52)의 기단부인 가스 도입 포트(31a 내지 33a, 41a 내지 43a, 51a, 52a)는 당해 측주위벽(12A)을 관통하고 있다.
가스 노즐(31 내지 33, 41 내지 43, 51, 52)은 도시한 예에서는, 진공 용기(1)의 측주위벽(12A)으로부터 진공 용기(1) 내로 도입되어 있지만, 후술하는 환형상의 돌출부(6)로부터 도입해도 좋다. 이 경우, 돌출부(6)의 외주면과 천장판(11)의 외표면으로 개방되는 L자형의 도관을 설치하여, 진공 용기(1) 내에서 L자형의 도관의 한쪽의 개구에 가스 노즐[31 내지 33(41 내지 43, 51, 52)]을 접속하고, 진공 용기(1)의 외부에서 L자형의 도관의 다른 쪽의 개구에 가스 도입 포트([31a 내지 33a(41a 내지 43a, 51a, 52a)]를 접속하는 구성을 채용할 수 있다.
제1 주가스 노즐(31) 및 제1 보상용 가스 노즐(32, 33)은 각각 원료 가스(제1 반응 가스)인 BTBAS(비스터셜부틸아미노실란) 가스의 가스 공급원(30)에 각각 유량 조정부(31c 내지 33c)를 구비한 공급로(31b 내지 33b)를 통해 접속되어 있고, 제2 주가스 노즐(41) 및 제2 보상용 가스 노즐(42, 43)은 각각 산화 가스(제2 반응 가스)인 O3(오존) 가스의 가스 공급원(40)에 유량 조정부(41c 내지 43c)를 구비한 공급로(41b 내지 43b)를 통해 접속되어 있다. 또한, 분리 가스 노즐(51, 52)은 모두 분리 가스인 N2 가스(질소 가스)의 가스 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 본 예에서는, 산화 가스 노즐군(4), 분리 가스 노즐(51), 원료 가스 노즐군(3) 및 분리 가스 노즐(52)이 이 순서로 시계 방향으로 배열되어 있다.
원료 가스 노즐군(3)에 대해 설명하면, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 주가스 노즐(31)에는, 예를 들어 그 하방측에 원료 가스를 토출하기 위한 토출 구멍(34a)이 노즐(31)의 길이 방향을 따라서 그 선단부(N1)로부터 기단부(N2)에 걸쳐서 간격을 두고 배열되어 있다[도 5의 (a) 참조]. 제1 보상용 가스 노즐(32, 33)은, 본 예에서는 회전 테이블(2)의 회전 방향(이하, 「회전 방향」이라고 함)에 대해 제1 주가스 노즐(31)의 양측에 설치되어 있다.
제1 보상용 가스 노즐(32)에 있어서 토출 구멍(34b)이 형성되는 영역과, 제1 보상용 가스 노즐(33)에 있어서 토출 구멍(34c)이 형성되는 영역은, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따른 방향에 있어서 서로 다르다. 즉, 제1 보상용 가스 노즐(32)은, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 제1 보상용 가스 노즐(32)의 선단부(N1)로부터 제1 보상용 가스 노즐(32)의 길이 방향을 따른 소정의 영역에 배열되어, 그 하방측에 원료 가스를 토출하는 토출 구멍(34b)을 갖고 있다. 이에 의해, 제1 보상용 가스 노즐(32)은 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 회전 중심측(이하, 「회전 중심측」이라고 함)에 보상용 원료 가스를 공급할 수 있다. 한편, 제1 보상용 가스 노즐(33)은, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이 제1 보상용 노즐(33)의 기단부(N2)로부터 제1 보상용 가스 노즐(33)의 길이 방향을 따른 소정의 영역에 배열되고, 그 하방측에 원료 가스를 토출하는 토출 구멍(34c)을 갖고 있다. 이에 의해, 제1 보상용 가스 노즐(33)은 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 주연측(이하, 「주연측」이라고 함)에 보상용 원료 가스를 공급할 수 있다.
이하, 제1 보상용 가스 노즐(32)을 제1 중심측 보상용 가스 노즐(32), 제1 보상용 가스 노즐(33)을 제1 주연측 보상용 가스 노즐(33)이라고 칭하는 경우가 있다. 또한, 도 5 중 참조 부호 37은 가스 노즐(31 내지 33)을 측주위벽(12A)에 설치하기 위한 설치 부재이다.
또한, 산화 가스 노즐군(4)에 관해서는, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 제2 주가스 노즐(41)에는, 예를 들어 하방측에 산화 가스를 토출하기 위한 토출 구멍(44a)이 노즐(41)의 길이 방향 전체에 걸쳐서 간격을 두고 배열되어 있다. 또한, 제2 보상용 가스 노즐(42, 43)은, 본 예에서는 회전 방향에 대해 제2 주가스 노즐(41)의 상류측에 설치되어 있다. 제2 보상용 가스 노즐(42)에는 선단측 영역의 하방측에, 회전 테이블(2)의 회전 중심측에 보상용 산화 가스를 공급하기 위해 산화 가스의 토출 구멍(44b)이 길이 방향을 따라서 배열되어 있고, 제2 보상용 가스 노즐(43)에는 기단부측 영역의 하방측에, 회전 테이블(2)의 주연측에 보상용 산화 가스를 공급하기 위해 산화 가스의 토출 구멍(44c)이 길이 방향을 따라서 배열되어 있다. 이하, 제2 보상용 가스 노즐(42)을 제2 중심측 보상용 가스 노즐(42), 제2 보상용 가스 노즐(43)을 제2 주연측 보상용 가스 노즐(43)이라고 칭하는 경우가 있다.
도 6의 (a)는 회전 테이블(2)과 가스 노즐(31 내지 33 및 41 내지 43)의 위치 관계를 모식적으로 도시하고 있고, 도 6의 (b) 내지 (d)는 도 6의 (a)의 A-A'선, B-B'선, C-C'선을 따른 모식적인 단면도이다. 구체적으로는, 도 6의 (b)는 원료 가스 노즐군(3)의 회전 테이블(2)의 주연측에 있어서의 모식적인 단면도를 도시하고, 도 6의 (c)는 원료 가스 노즐군(3)의 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 대략 중앙에 있어서의 모식적인 단면도를 도시하고, 도 6의 (d)는 원료 가스 노즐군(3)의 회전 테이블(2)의 중앙 근방에 있어서의 모식적인 단면도를 도시하고 있다. 이와 같이 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서는, 그 주연측에서는 제1 주가스 노즐(31) 및 제1 주연측 보상용 가스 노즐(33)로부터, 반경 방향의 중앙측에서는 제1 주가스 노즐(31)로부터, 회전 중심측에서는 제1 주가스 노즐(31) 및 제1 중심측 보상용 가스 노즐(32)로부터 웨이퍼(W)를 향해 원료 가스가 공급된다.
원료 가스 노즐군(3)의 하방 영역은 BTBAS 가스를 웨이퍼에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)으로 되고, 산화 가스 노즐군(4)의 하방 영역은 O3 가스를 웨이퍼에 흡착시켜 BTBAS 가스를 산화하기 위한 제2 처리 영역(P2)으로 된다. 제1 및 제2 주가스 노즐(31, 41), 제1 및 제2 중심측 보상용 가스 노즐(32, 42), 제1 및 제2 주연측 보상용 가스 노즐(33, 43)의 위치나, 제1 및 제2 중심측 보상용 가스 노즐(32, 42)의 선단측 영역이나, 제1 및 제2 주연측 보상용 가스 노즐(33, 43)의 기단부측 영역의 위치나 크기, 토출 구멍(34a 내지 34c, 44a 내지 44c)의 형상이나 크기, 배열 간격에 대해서는 적절하게 설정해도 좋다.
분리 가스 노즐(51, 52)은 분리 가스 공급 수단으로서 기능하고, 후술하는 볼록 형상부(5)의 하면인, 예를 들어 평탄한 낮은 천장면(54)(제1 천장면)과 함께, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)을 분리하기 위한 분리 영역(D)을 형성한다. 이들 분리 가스 노즐(51, 52)에는 하방측에 분리 가스를 토출하기 위한 토출 구멍(50)이 길이 방향으로 간격을 두고 천공되어 있다(도 4 참조).
이 분리 영역(D)에 있어서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이 회전 테이블(2)의 회전 중심을 중심으로 하고, 또한 진공 용기(1)의 내주벽의 근방을 따라서 그려지는 원을 둘레 방향으로 분할하여 이루어지는, 평면 형상이 부채형이고 하방으로 돌출된 볼록 형상부(5)가 설치되어 있다. 분리 가스 노즐(51, 52)은 이 볼록 형상부(5)에 있어서의 원의 둘레 방향 중앙에서 당해 원의 반경 방향으로 신장되도록 형성된 홈부(53) 내에 수납되어 있다. 본 예에서는 분리 가스 노즐(51, 52)의 중심축으로부터 볼록 형상부(5)인 부채형의 양 테두리(회전 방향 상류측의 테두리 및 하류측의 테두리)까지의 거리는 동일한 길이로 설정되어 있다. 또한, 홈부(53)는, 본 실시 형태에서는 볼록 형상부(5)를 이등분하도록 형성되어 있지만, 다른 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 홈부(53)로부터 볼 때 볼록 형상부(5)에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측이 회전 방향 하류측보다도 넓어지도록 홈부(53)를 형성해도 좋다.
따라서, 분리 가스 노즐(51, 52)에 있어서의 둘레 방향 양측에는, 볼록 형상부(5)의 하면인, 예를 들어 평탄한 낮은 천장면(54)(제1 천장면)이 존재하고, 이 천장면(54)의 둘레 방향 양측에는 당해 천장면(54)보다도 높은 천장면(55)(제2 천장면)이 존재한다. 이 볼록 형상부(5)의 역할은 회전 테이블(2)과의 사이에 제1 반응 가스(원료 가스) 및 제2 반응 가스(산화 가스)의 침입을 저지하여 이들 반응 가스의 혼합을 저지하기 위한 협애한 공간인 분리 공간을 형성하는 데 있다.
즉, 분리 가스 노즐(51)을 예로 들면, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 O3 가스가 침입하는 것을 저지하고, 또한 회전 방향 하류측으로부터 BTBAS 가스가 침입하는 것을 저지한다. 「가스의 침입을 저지한다」는 것은, 분리 가스 노즐(51)로부터 토출된 분리 가스인 N2 가스가 제1 천장면(54)과 회전 테이블(2)의 표면 사이로 확산되고, 본 예에서는 당해 제1 천장면(54)에 인접하는 제2 천장면(55)의 하방측 공간으로 분출되고, 이에 의해 당해 인접 공간으로부터의 가스가 침입할 수 없게 되는 것을 의미한다. 그리고, 「가스가 침입할 수 없게 된다」는 것은, 인접 공간으로부터 볼록 형상부(5)의 하방측 공간으로 전혀 들어갈 수 없는 경우만을 의미하는 것은 아니고, 다소 침입하기는 하지만, 양측으로부터 각각 침입한 O3 가스 및 BTBAS 가스가 볼록 형상부(5) 내에서 혼합되지 않는 상태가 확보되는 경우도 의미하고, 이와 같은 작용이 얻어지는 한, 분리 영역(D)의 역할인 제1 처리 영역(P1)의 분위기와 제2 처리 영역(P2)의 분위기의 분리 작용을 발휘할 수 있다. 따라서, 협애한 공간에 있어서의 협애의 정도는, 협애한 공간[볼록 형상부(5)의 하방 공간]과 협애한 공간에 인접한 영역[본 예에서는 제2 천장면(55)의 하방 공간]의 압력차가 「가스가 침입할 수 없게 된다」는 작용을 확보할 수 있을 정도의 크기가 되도록 설정되고, 그 구체적인 치수는 볼록 형상부(5)의 면적 등에 따라서 다르다. 또한, 웨이퍼에 흡착한 가스에 대해서는 당연히 분리 영역(D) 내를 통과할 수 있고, 가스의 침입 저지는 기상 중의 가스를 의미하고 있다.
또한, 천장판(11)의 하면에는 회전 테이블(2)에 있어서의 코어부(21)보다도 외주측의 부위와 대향하도록, 또한 당해 코어부(21)의 외주를 따라서 돌출부(6)가 설치되어 있다. 이 돌출부(6)는 볼록 형상부(5)와 연속해서 형성되어 있고, 돌출부(6)의 하면은 볼록 형상부(5)의 하면[천장면(54)]과 동일한 높이에 있다. 도 2 및 도 3은 용기 본체(12) 내에 볼록 형상부(5)를 남긴 채, 천장판(11)을 제거한 상태를 도시하고 있다. 또한, 돌출부(6)와 볼록 형상부(5)는 반드시 일체인 것으로 한정되는 것은 아니고, 별체라도 좋다.
본 실시 형태에서는 직경 300㎜를 갖는 웨이퍼(W)에 대해 막이 퇴적된다. 이 경우, 볼록 형상부(5)는 회전 중심으로부터 약 140㎜ 이격된 돌출부(6)와의 경계 부위에 있어서는, 예를 들어 약 146㎜의 둘레 방향의 길이[회전 테이블(2)과 동심원의 원호의 길이]를 갖고, 웨이퍼의 적재 영역[오목부(24)]의 가장 외측 부위에 있어서는, 예를 들어 약 502㎜의 둘레 방향의 길이를 갖고 있다. 또한, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 이 외측 부위에 있어서의, 볼록 형상부(5)의 홈부(53)의 한쪽의 내벽으로부터, 그 내벽에 가까운 볼록 형상부(5)의 단부까지의 둘레 방향의 길이(L)는 246㎜이다. 또한, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 볼록 형상부(5)의 하면, 즉 천장면(54)에 있어서의 회전 테이블(2)의 표면으로부터의 높이(h)는, 예를 들어 0.5㎜ 내지 10㎜라도 좋고, 약 4㎜이면 적합하다.
이 경우, 회전 테이블(2)의 회전 속도는, 예를 들어 1rpm 내지 500rpm으로 설정되어 있다. 분리 영역(D)의 분리 기능을 확보하기 위해서는, 회전 테이블(2)의 회전 속도의 설정 범위 등에 따라서, 볼록 형상부(5)의 크기나 볼록 형상부(5)의 하면[제1 천장면(54)]과 회전 테이블(2)의 표면의 높이(h)를, 예를 들어 실험 등에 기초하여 설정하게 된다.
또한, 제1 및 제2 주가스 노즐(31, 41), 제1 보상용 가스 노즐(32, 33), 제2 보상용 가스 노즐(42, 43) 및 분리 가스 노즐(51, 52)은 진공 용기(1) 내에 있어서 약 400㎜의 길이를 갖고 있다. 이들 가스 노즐(31 내지 33, 41 내지 43, 51, 52)의 대응하는 토출 구멍(34a 내지 34c, 44a 내지 44c, 50, 50)은, 예를 들어 약 0.5㎜의 개구 직경을 갖고, 이들 가스 노즐의 길이 방향을 따라서, 예를 들어 약 10㎜의 간격을 두고 배열되어 있다. 또한, 대응하는 토출 구멍(34a 및 44a)이 형성되는, 제1 및 제2 중심측 보상용 가스 노즐(32, 42)의 선단측 영역의 길이는, 예를 들어 가스 노즐(32, 42)의 선단부(N1)(도 5)로부터, 예를 들어 100㎜ 정도이면 좋다. 또한, 대응하는 토출 구멍(34c 및 44c)이 형성되는, 제1 및 제2 주연측 보상용 가스 노즐(33, 43)의 기단부측 영역의 길이는, 예를 들어 이들 가스 노즐의 기단부(N2)(도 5)로부터, 예를 들어 100㎜ 정도이면 좋다. 또한, 분리 가스로서는, N2 가스로 한정되지 않고 Ar 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있지만, 불활성 가스로 한정되지 않고 수소 가스 등이라도 좋고, 성막 처리에 영향을 미치지 않는 가스이면, 가스의 종류에 관해서는 특별히 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이, 진공 용기(1)에는 제1 천장면(54)[볼록 형상부(5)의 하면]과 이 천장면(54)보다도 높은 제2 천장면(55)[천장판(11)의 하면]이 둘레 방향에 존재하고 있다. 도 1은 높은 천장면(55)이 설치되어 있는 영역의 단면을 도시하고, 도 7은 낮은 천장면(54)이 설치되어 있는 영역의 종단면을 도시하고 있다. 부채형의 볼록 형상부(5)의 주연부[진공 용기(1)의 외측 테두리측의 부위]에는 도 2 및 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡된 굴곡부(56)가 형성되어 있다. 부채형의 볼록 형상부(5)는 천장판(11)에 설치되고, 용기 본체(12)로부터 제거할 수 있도록 되어 있으므로, 굴곡부(56)의 외주면과 용기 본체(12)의 내주면 사이에는 약간 간극이 있다. 이 굴곡부(56)도 볼록 형상부(5)와 마찬가지로 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 방지하여, 양 반응 가스의 혼합을 방지하는 목적으로 설치되어 있다. 굴곡부(56)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면의 간극 및 굴곡부(56)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극은 회전 테이블(2)의 표면에 대한 천장면(54)의 높이(h)와 동일한 정도의 폭을 갖고 있다. 본 예에 있어서는, 회전 테이블(2)의 표면측 영역으로부터는 굴곡부(56)의 내주면이 진공 용기(1)의 내주벽을 구성하고 있다고 볼 수 있다.
용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역(D)에 있어서는 도 7에 도시한 바와 같이 굴곡부(56)의 외주면과 접근하여 수직면으로 형성되어 있지만, 분리 영역(D) 이외의 부위에 있어서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저부(14)에 걸쳐서 외측으로 움푹 패여 있다. 이 움푹 패인 부분을 배기 영역(7)이라고 칭하는 것으로 하면, 이 배기 영역(7)의 저부에는, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 예를 들어 2개의 배기구(71, 72)가 형성되어 있다. 이들 배기구(71, 72)는 각각 배기관(73)을 통해 진공 배기 수단인, 예를 들어 공통의 진공 펌프(74)에 접속되어 있다. 또한, 도 1 중의 참조 부호 75는 압력 조정기이고, 배기구(71, 72)에 대해 2개의 압력 조정기(75)를 설치해도 좋고, 공통적으로 하나의 압력 조정기(75)를 설치해도 좋다. 배기구(71, 72)는 분리 영역(D)의 분리 작용이 확실하게 작용하도록, 평면에서 보았을 때에 분리 영역(D)의 회전 방향 양측에 형성되어, 각 반응 가스(BTBAS 가스 및 O3 가스)의 배기를 전용으로 행하도록 하고 있다. 본 예에서는, 한쪽의 배기구(71)는 제1 주가스 노즐(31)과, 제1 주가스 노즐(31)에 대해 회전 방향 하류측에 위치하는 분리 영역(D) 사이에 형성되고, 또한 다른 쪽의 배기구(72)는 제2 주가스 노즐(41)과, 제2 주가스 노즐(41)에 대해 회전 방향 하류측에 위치하는 분리 영역(D) 사이에 형성되어 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 2개의 배기구(71, 72)가 형성되어 있지만, 다른 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 분리 가스 노즐(52)을 포함하는 분리 영역(D)과 당해 분리 영역(D)에 대해 회전 방향 하류측에 위치하는 제2 주가스 노즐(41) 사이에 추가의 배기구를 형성해도 좋고, 4개 이상의 배기구를 형성해도 좋다. 또한, 본 실시 형태에서는, 배기구(71, 72)는 회전 테이블(2)보다도 낮은 위치에 형성되어 진공 용기(1)의 내주벽과 회전 테이블(2)의 주연 사이의 간극을 통해 진공 용기(1)를 배기하고 있지만, 다른 실시 형태에서는, 진공 용기(1)의 측주위벽(12A)에 형성해도 좋다. 이 경우, 배기구(71, 72)는 회전 테이블(2)보다도 높은 위치에 형성하도록 해도 좋다. 이와 같이 배기구(71, 72)를 형성함으로써 회전 테이블(2)의 상면을 따라서 흐르는 가스는 회전 테이블(2)의 외측을 향해 흐르기 때문에, 회전 테이블(2)에 대향하는 천장면으로부터 배기하는 경우에 비해 파티클의 말려 올라감이 억제된다고 하는 관점에 있어서 유리하다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저부(14) 사이의 공간에는, 도 1 및 도 7에 도시한 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(8)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼를 프로세스 레시피에서 결정된 온도로 가열할 수 있다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 배기 영역(7)에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(8)이 배치되어 있는 공간(히터 유닛 수용 공간)의 분위기를 구획하기 위해 히터 유닛(8)을 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸도록 커버 부재(81)가 설치되어 있다. 이 커버 부재(81)는 상부 테두리에 있어서 외측으로 굴곡된 플랜지부를 갖고, 플랜지부와 회전 테이블(2)의 하면 사이의 간극을 작게 하는 동시에, 플랜지부의 상면이 소정의 폭을 갖고, 히터 유닛 수용 공간 내로 외측으로부터 가스가 침입하는 것을 억제하고 있다.
도 8을 참조하면, 용기 본체(12)의 저부(14)의 회전 중심부 근방에 있어서, 융기부(R)가 형성되어 있고, 회전 테이블(2)의 하면과 융기부(R) 사이와, 코어부(21)의 하면과 융기부(R) 사이에 좁은 공간이 형성되어 있다. 또한, 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍에 대해서도, 그 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있어, 이들의 좁은 간극 및 좁은 공간을 통해, 진공 용기(1)와 케이스체(20)가 연통하고 있다. 그리고, 케이스체(20)에는 퍼지 가스로서의 N2 가스를 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(82)이 설치되어 있다. 또한, 진공 용기(1)의 저부(14)에는 히터 유닛(8)의 하방의 공간(히터 유닛 수용 공간)으로 퍼지 가스로서의 N2 가스를 공급하는 복수의 퍼지 가스 공급관(83)이 접속되어 있다.
이와 같이 퍼지 가스 공급관(82, 83)을 설치함으로써 도 8에 퍼지 가스의 흐름을 화살표로 나타낸 바와 같이, 케이스체(20) 내로부터 히터 유닛 수용 공간에 이르기까지의 공간이 N2 가스로 퍼지되어, 이 퍼지 가스가 회전 테이블(2)과 커버 부재(81) 사이의 간극으로부터 배기 영역(7)을 통해 배기구(71, 72)로 배기된다. 이에 의해, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)의 한쪽으로부터 회전 테이블(2)의 하방을 통해 다른 쪽으로 BTBAS 가스 혹은 O3 가스가 돌아 들어가는 것이 방지된다. 즉, 이 퍼지 가스는 분리 가스의 역할도 발휘하고 있다.
또한, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(61)이 접속되어, 이것을 통해, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(62)에 분리 가스인 N2 가스가 공급된다. 이 공간(62)에 공급된 분리 가스는 돌출부(6)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(60)을 통해 회전 테이블(2)의 상면[오목부(24)(웨이퍼 적재 영역)가 설치되는 면]을 따라서 주연을 향해 토출된다. 공간(62) 및 간극(60)에는 분리 가스가 가득 차 있으므로, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2) 사이에서 회전 테이블(2)의 중심부를 통해 반응 가스(BTBAS 가스 혹은 O3 가스)가 혼합되는 것을 방지하고 있다. 즉, 본 실시 형태에 의한 성막 장치는 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)의 분위기를 분리하기 위해 회전 테이블(2)의 회전 중심부와 진공 용기(11)에 의해 구획되어, 분리 가스가 퍼지되는 동시에 당해 회전 테이블(2)의 표면에 분리 가스를 토출하는 토출구가 회전 방향을 따라서 형성된 중심 영역(C)을 구비하고 있다고 할 수 있다. 또한, 여기서 말하는 토출구는 돌출부(6)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(60)에 상당한다.
또한, 진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2, 도 3 및 도 9에 도시한 바와 같이 외부의 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 기판인 웨이퍼의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있고, 이 반송구(15)는 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐되도록 되어 있다. 또한, 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 오목부(24)는 이 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해지므로, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 당해 전달 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼를 이면으로부터 들어올리기 위한 전달용 승강 핀(16)의 승강 기구(도시하지 않음)가 설치된다.
또한, 본 실시 형태에 의한 성막 장치에는 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 제어부(100)가 설치되어 있다. 이 제어부(100)는, 예를 들어 컴퓨터로 구성되는 프로세스 컨트롤러(100a)와, 유저 인터페이스부(100b)와, 메모리 장치(100c)를 갖는다. 유저 인터페이스부(100b)는 성막 장치(200)의 동작 상황을 표시하는 디스플레이나, 성막 장치(200)의 조작자가 프로세스 레시피를 선택하거나, 프로세스 관리자가 프로세스 레시피의 파라미터를 변경하기 위한 키보드나 터치 패널(도시하지 않음) 등을 갖는다.
메모리 장치(100c)는 프로세스 컨트롤러(100a)에 다양한 프로세스를 실시시키는 제어 프로그램, 프로세스 레시피 및 각종 프로세스에 있어서의 파라미터 등을 기억하고 있다. 또한, 이들 프로그램은 성막 장치(200)에, 예를 들어 후술하는 동작(성막 방법)을 행하게 하기 위한 스텝군을 갖고 있다. 이들 제어 프로그램이나 프로세스 레시피는 유저 인터페이스부(100b)로부터의 지시에 따라서, 프로세스 컨트롤러(100a)에 의해 판독되어 실행된다. 또한, 이들 프로그램은 컴퓨터 판독 가능 기억 매체(100d)에 저장되고, 이들에 대응한 입출력 장치(도시하지 않음)를 통해 메모리 장치(100c)에 인스톨해도 좋다. 컴퓨터 판독 가능 기억 매체(100d)는 하드 디스크, CD, CD-R/RW, DVD-R/RW, 플렉시블 디스크, 반도체 메모리 등이면 좋다. 또한, 프로그램은 통신 회선을 통해 메모리 장치(100c)로 다운로드해도 좋다.
다음에, 본 실시 형태의 작용에 대해 설명한다. 목표로 하는 막두께를 변경할 때나, 성막 중인 진공 용기(1) 내의 압력이나 회전 테이블(2)의 회전 속도 등의 프로세스 조건을 변경할 때에, 제1 보상용 가스 노즐(32, 33) 및 제2 보상용 가스 노즐(42, 43) 중 어느 보상용 가스 노즐을 사용하여, 원료 가스나 산화 가스의 가스 농도 분포를 보상하기 위한 원료 가스 등의 공급량을 어느 정도로 할지에 대해 프로세스 조건의 조정 작업을 행한다. 이 경우, 제1 주가스 노즐(31) 및 제2 주가스 노즐(41)로부터 각각 원료 가스 및 산화 가스를 공급하여 웨이퍼(W)에 대해 성막 처리를 행하고, 이때에 웨이퍼(W) 상에 형성되는 박막의 막두께의 면내 분포를 측정한다. 다음에, 이 막두께의 면내 분포에 기초하여, 원료 가스인 BTBAS 가스의 웨이퍼(W)의 반경 방향으로의 가스 농도 분포를 파악한다. 계속해서, 이 가스 농도 분포에 기초하여, 원료 가스 농도가 낮은 영역으로 보상용 원료 가스를 공급할 수 있도록, 사용해야 할 제1 보상용 가스 노즐(32, 33)과, 보상용 원료 가스의 공급량을 결정한다.
도 10 및 도 11을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 도 10의 (a) 및 도 11의 (a)는 웨이퍼(W) 상에 형성된 박막(M)의 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 막두께를 도시하고 있고, 도면 중, 점 P1은 회전 테이블(2)의 회전 중심측[제1 주가스 노즐(31)의 선단측]에 위치하고, 점 P2는 회전 테이블(2)의 주연측[제1 주가스 노즐(31)의 기단부측]에 위치하고 있다. 따라서, 웨이퍼(W) 상에 형성된 박막(M)의 막두께는, 도 10의 (a)에서는 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 회전 중심측의 쪽이 주연측보다도 얇고, 도 11의 (a)에서는 반경 방향을 따라서 주연측의 쪽이 회전 중심측보다도 얇다.
그리고, 도 10의 (a)와 같이 회전 중심측에서의 막두께가 주연측에서의 막두께보다도 얇은 경우에는, 회전 중심측에 있어서의 원료 가스의 농도가 낮기 때문에, 회전 중심측에 원료 가스를 보충하도록, 선단측 영역에 토출 구멍(34b)이 형성된 제1 중심측 보상용 가스 노즐(32)에 의해 보상용 원료 가스를 공급한다. 이때, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 원료 가스 농도의 균일성이 높아지도록 제1 중심측 보상용 가스 노즐(32)로부터의 보상용 원료 가스의 공급량을 설정한다.
이 결과, 제1 주가스 노즐(31)과 제1 중심측 보상용 가스 노즐(32)로부터 공급되는 원료 가스의 농도가 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 균일화되어, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 반경 방향에 있어서의 막두께의 균일성이 높은 박막(M)을 웨이퍼(W) 상에 형성할 수 있다. 또한, 도시의 편의상, 도 10의 (b) 및 도 11의 (b)에서는 제1 주가스 노즐(31), 제1 중심측 보상용 가스 노즐(32), 제1 주연측 보상용 가스 노즐(33)을 상하 방향으로 배열하여 기재하고 있다.
또한, 도 11의 (a)와 같이 주연측에서의 막두께가 회전 중심측에서의 막두께보다도 얇은 경우에는, 주연측에 있어서의 원료 가스의 농도가 낮기 때문에, 주연측에 있어서 원료 가스를 보충할 수 있도록, 기단부측 영역에 토출 구멍(34c)이 형성된 제1 주연측 보상용 가스 노즐(33)에 의해 보상용 원료 가스를 공급한다. 이때, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 원료 가스의 농도의 균일성이 높아지도록 제1 주연측 보상용 가스 노즐(33)로부터의 보상용 원료 가스의 공급량을 설정한다.
이 결과, 제1 주가스 노즐(31)과 제1 주연측 보상용 가스 노즐(33)로부터 공급되는 원료 가스 농도가 반경 방향을 따라서 균일화되어, 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이 반경 방향에 있어서의 막두께의 균일성이 높은 박막(M)을 웨이퍼(W) 상에 형성할 수 있다.
또한, 예를 들어 웨이퍼(W)의 중앙측에 있어서 막두께가 크고, 회전 중심측 및 주연측에 있어서 막두께가 작아지는 경우에는, 제1 중심측 보상용 가스 노즐(32) 및 제1 주연측 보상용 가스 노즐(33)의 양쪽이 사용된다.
또한, 산화 가스를 공급하는 제2 보상용 가스 노즐(42, 43)에 대해서는, 웨이퍼(W)의 반경 방향에 있어서의 산화 가스의 가스 농도 균일성이 악화되면, 원료 가스인 BTBAS가 불균일하게 산화되므로, 막질의 면내 균일성이 저하되어 버린다. 따라서, 박막의 막질(예를 들어, 유전율)의 면내 분포를 구하고, 그리고 이 면내 분포에 기초하여, 산화 가스인 O3 가스의 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 가스 농도 분포를 파악하고, 이 가스 농도 분포에 기초하여, 산화 가스 농도가 낮은 영역으로 보상용 산화 가스를 공급할 수 있도록, 사용해야 할 제2 보상용 가스 노즐(42, 43)과, 보상용 산화 가스의 공급량을 결정한다.
계속해서, 본 실시 형태의 성막 장치를 사용한 성막 방법을, 보상용 가스 노즐로서 제1 중심측 보상용 가스 노즐(32), 제1 주연측 보상용 가스 노즐(33), 제2 중심측 보상용 가스 노즐(42), 제2 주연측 보상용 가스 노즐(43)을 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다. 우선, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하여, 외부로부터 반송 아암(10)에 의해 반송구(15)를 통해 웨이퍼(W)가 진공 용기(1) 내로 반입되어, 반송구(15)에 면하는 위치에 있는, 회전 테이블(2)의 오목부(24)의 상방에 보유 지지된다. 도 9에 도시한 바와 같이, 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해 승강 핀(16)이 승강함으로써, 웨이퍼(W)가 오목부(24)에 적재된다.
이와 같은 수순을 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜 행하고, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다. 계속해서, 진공 펌프(74)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 압력으로 진공화하는 동시에, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 회전시키면서 히터 유닛(8)에 의해 웨이퍼(W)를 가열한다. 상세하게는, 회전 테이블(2)은 히터 유닛(8)에 의해 미리, 예를 들어 약 300℃로 가열되어 있고, 웨이퍼(W)가 이 회전 테이블(2)에 적재됨으로써 가열된다. 웨이퍼(W)의 온도가 도시하지 않은 온도 센서에 의해 설정 온도로 된 것을 확인한 후, 분리 가스 노즐(51, 52)로부터 N2 가스를 토출하고, 제1 주가스 노즐(31), 제1 중심측 보상용 가스 노즐(32) 및 제1 주연측 보상용 가스 노즐(33)로부터 BTBAS 가스를 공급하고, 제2 주가스 노즐(41), 제2 중심측 보상용 가스 노즐(42) 및 제2 주연측 보상용 가스 노즐(43)로부터 O3 가스를 공급한다.
웨이퍼(W)는 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 원료 가스 노즐(3)군이 설치되는 제1 처리 영역(P1)과 산화 가스 노즐군(4)이 설치되는 제2 처리 영역(P2)을 교대로 통과하기 때문에, BTBAS 가스가 흡착하고, 계속해서 O3 가스가 흡착하여 BTBAS 분자가 산화되어 산화 실리콘의 분자층이 1층 혹은 복수층 형성되고, 이와 같이 하여 산화 실리콘의 분자층이 순차적으로 적층되어 소정의 막두께의 산화 실리콘 막이 성막된다.
또한, 성막 중에는 분리 가스 공급관(61)으로부터도 분리 가스인 N2 가스가 공급되고, 이에 의해 중심 영역(C)으로부터, 즉 돌출부(6)와 회전 테이블(2)의 중심부 사이로부터 회전 테이블(2)의 표면을 따라서 N2 가스가 토출된다. 본 실시 형태에서는, 원료 가스 노즐군(3), 산화 가스 노즐군(4)이 배치되어 있는 제2 천장면(55)의 하방의 공간에 있어서, 용기 본체(12)의 내주벽이 외측으로 움푹 패여 배기 영역(7)이 형성되고, 배기 영역(7)의 하방에 배기구(71, 72)가 위치하고 있으므로, 제2 천장면(55)의 하방측의 공간의 압력은 제1 천장면(54)의 하방의 협애한 공간 및 중심 영역(C)의 압력보다도 낮아진다. 또한, 제1 천장면(54) 및 돌출부(6)의 회전 테이블(2)로부터의 높이(h)는 이와 같은 압력차를 발생하기 쉽도록 설계되어 있다.
다음에, 성막 중의 진공 용기(1) 내에서의 가스 플로우 패턴을 모식적으로 도 12에 도시한다. 제2 주가스 노즐(41), 제2 중심측 보상용 가스 노즐(42), 제2 주연측 보상용 가스 노즐(43)로부터 하방으로 토출되어, 회전 테이블(2)의 표면[웨이퍼(W)의 표면 및 웨이퍼(W)의 비적재 영역의 표면의 양쪽]에 부딪쳐 그 표면을 따라서 회전 방향 하류측을 향하는 O3 가스는, 중심 영역(C)으로부터 토출되는 N2 가스와 배기구(72)의 흡인 작용에 의해 당해 배기구(72)를 향하려고 한다. 또한, 이 O3 가스의 일부는 하류측에 위치하는 분리 영역(D)을 향하고, 부채형의 볼록 형상부(5)의 하방의 협애한 공간으로 유입되려고 한다. 그런데, 이 볼록 형상부(5)의 천장면(54)의 높이 및 둘레 방향의 길이는 성막 시의 프로세스 조건[가스 유량, 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도 등]을 기초로, 천장면(54)의 하방으로의 가스의 침입을 방지할 수 있는 치수로 설정되어 있으므로, 도 4의 (b)에도 도시한 바와 같이 O3 가스는 부채형의 볼록 형상부(5)의 하방의 협애한 공간으로 거의 유입할 수 없다. 혹은 소량의 O3 가스가 볼록 형상부(5)의 하방의 협애한 공간으로 유입되었다고 해도 분리 가스 노즐(51) 부근까지 도달할 수 있는 것은 아니고, 분리 가스 노즐(51)로부터 토출된 N2 가스에 의해 회전 방향 상류측, 즉 처리 영역(P2)측으로 되밀려, 중심 영역(C)으로부터 토출되고 있는 N2 가스와 함께, 회전 테이블(2)의 주연과 진공 용기(1)의 내주벽의 간극으로부터 배기 영역(7)을 통해 배기구(72)에 배기된다.
또한, 제1 주가스 노즐(31), 제1 중심측 보상용 가스 노즐(32), 제1 주연측 보상용 가스 노즐(33)로부터 하방측으로 토출되고, 회전 테이블(2)의 표면을 따라서 회전 방향 하류측을 향하는 BTBAS 가스는 그 회전 방향 하류측에 위치하는 부채형의 볼록 형상부(5)의 하방의 협애한 공간으로 전혀 침입할 수 없거나 혹은 침입했다고 해도 제1 처리 영역(P1)측으로 되밀려, 중심 영역(C)으로부터 토출되고 있는 N2 가스와 함께, 회전 테이블(2)의 주연과 진공 용기(1)의 내주벽의 간극으로부터 배기 영역(7)을 통해 배기구(71)에 배기된다. 즉, 각 분리 영역(D)에 있어서는, 진공 용기(1) 내를 흐르는 반응 가스인 BTBAS 가스 또는 O3 가스의 침입을 저지하지만, 웨이퍼에 흡착되어 있는 가스 분자는 그대로 분리 영역, 즉 부채형의 볼록 형상부(5)에 의한 낮은 천장면(54)의 하방을 통과하여, 성막에 기여하게 된다.
또한, 제1 처리 영역(P1)의 BTBAS 가스[제2 처리 영역(P2)의 O3 가스]는 중심 영역(C) 내에 침입하려고 하지만, 도 12에 도시한 바와 같이 중심 영역(C)으로부터는 분리 가스가 회전 테이블(2)의 주연을 향해 토출되고 있으므로, 이 분리 가스에 의해 침입이 저지되거나, 혹은 다소 침입했다고 해도 되밀려, 이 중심 영역(C)을 통해 제2 처리 영역(P2)[제1 처리 영역(P1)]으로 유입되는 것이 저지된다.
그리고, 분리 영역(D)에 있어서는, 부채형의 볼록 형상부(5)의 주연에 굴곡부(56)가 설치되고, 굴곡부(56)와 회전 테이블(2)의 외측 단부면 사이의 간극이 상술한 바와 같이 좁게 되어 있으므로, 가스의 유통이 실질적으로 저지된다. 즉, 제1 처리 영역(P1)의 BTBAS 가스[제2 처리 영역(P2)의 O3 가스]는 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 용기 본체(12)의 내주면 사이의 공간을 통해 제2 처리 영역(P2)[제1 처리 영역(P1)]으로 유입되는 것도 저지된다. 따라서, 2개의 분리 영역(D)에 의해 제1 처리 영역(P1)의 분위기와 제2 처리 영역(P2)의 분위기가 완전히 분리되어, BTBAS 가스는 배기구(71)에 배기되고, O3 가스는 배기구(72)에 배기된다. 이 결과, 양 반응 가스, 본 예에서는 BTBAS 가스 및 O3 가스가 분위기 중에 있어서도, 웨이퍼 상에 있어서도 혼합되는 경우가 없다. 또한, 본 예에서는, 회전 테이블(2)의 하방의 히터 유닛 수용 공간을 N2 가스에 의해 퍼지하고 있으므로, 배기 영역(7)으로 유입된, 예를 들어 BTBAS 가스가, 히터 유닛 수용 공간을 통해, O3 가스가 공급되는 제2 처리 영역으로 유입되는 등의 우려는 전혀 없다. 이와 같이 하여 성막 처리가 종료되면, 각 웨이퍼는 반입 동작과 역의 동작에 의해 순차적으로 반송 아암(10)에 의해 반출된다.
여기서, 처리 파라미터의 일례에 대해 기재해 두면, 회전 테이블(2)의 회전 수는 300㎜ 직경의 웨이퍼(W)를 피처리 기판으로 하는 경우, 예를 들어 1rpm 내지 500rpm, 프로세스 압력은, 예를 들어 1067㎩(8Torr), 웨이퍼(W)의 가열 온도는, 예를 들어 350℃, 제1 주가스 노즐(31)로부터의 BTBAS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm, 제1 중심측 보상용 가스 노즐(32), 제1 주연측 보상용 가스 노즐(33)로부터의 BTBAS 가스의 공급 유량은 각각 50sccm, 50sccm, 제2 주가스 노즐(41)로부터의 O3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 10000sccm, 제2 중심측 보상용 가스 노즐(42), 제2 주연측 보상용 가스 노즐(43)로부터의 O3 가스의 공급 유량은 각각 1000sccm, 1000sccm, 분리 가스 노즐(51, 52)로부터의 N2 가스의 유량은, 예를 들어 20000sccm, 진공 용기(1)의 중심부의 분리 가스 공급관(61)으로부터의 N2 가스의 유량은, 예를 들어 5000sccm이다. 또한, 1매의 웨이퍼에 대한 반응 가스 공급의 사이클 수, 즉 웨이퍼가 처리 영역(P1, P2)의 각각을 통과하는 횟수는 목표 막두께에 따라서 바뀌지만, 다수회, 예를 들어 600회이다.
상술한 실시 형태에 따르면, 회전 테이블(2)의 회전 방향에 복수의 웨이퍼(W)를 배치하고, 회전 테이블(2)을 회전시켜 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)을 순서대로 통과시켜, 소위 ALD(혹은 MLD)를 행하도록 하고 있으므로, 높은 처리량으로 성막 처리를 행할 수 있다. 그리고, 회전 방향에 있어서 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2) 사이에 배치되는, 분리 가스 노즐(51, 52) 및 낮은 천장면을 포함하는 분리 영역(D)과, 회전 테이블(2)의 회전 중심부와 진공 용기(1)에 의해 구획되어, 회전 테이블(2)의 주연을 향해 분리 가스를 토출하는 중심 영역(C)을 형성하여, 분리 영역(D)의 양측으로 확산되는 분리 가스 및 중심 영역(C)으로부터 토출되는 분리 가스와 함께 반응 가스가 회전 테이블(2)의 주연과 진공 용기의 내주벽의 간극을 통해 배기되므로, 양 반응 가스의 혼합을 방지할 수 있다. 이로 인해, 양호한 성막 처리를 행할 수 있고, 회전 테이블(2) 상에 있어서 반응 생성물이 발생하는 경우가 전혀 없거나 최대한 억제되어, 파티클의 발생이 억제된다. 또한, 본 실시 형태는 회전 테이블(2)에 1개의 웨이퍼(W)를 적재하는 경우에도 적용할 수 있다.
회전 테이블을 사용하는 성막 장치에서는 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 접선 속도가 다르므로, 일반적으로 웨이퍼와 반응 가스의 경계에 있어서의 가스의 흐름이 변화되기 쉬워, 제1 주가스 노즐(31)만에 의한 원료 가스의 공급에서는, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 균일한 원료 가스 농도를 유지하는 것이 곤란하다. 그러나, 반경 방향에 있어서 원료 가스 농도가 낮은 영역에, 제1 중심측 보상용 가스 노즐(32), 제1 주연측 보상용 가스 노즐(33) 중 어느 하나 또는 전부를 사용하여 원료 가스를 공급하고 있으므로, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 원료 가스 농도의 균일성을 높일 수 있다. 또한, 마찬가지로 반경 방향에 있어서의 산화 가스 농도의 균일성을 향상시킬 수 있으므로, 웨이퍼(W) 상에 성막되는 막의 반경 방향에 있어서의 막두께 균일성이나 막질 균일성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 예를 들어 도 10의 (a)와 같이, 막두께가 회전 테이블(2)의 회전 중심측에서 얇고, 주연측에서 두꺼워지는 이유로서는, 다음과 같이 생각된다. 본 실시 형태에 의한 성막 장치에서는 회전 테이블(2)의 회전 중심부에 형성된 중심 영역(C)으로부터도 N2 가스가 공급되므로, 이 N2 가스에 의해, 반경 방향에 있어서 회전 중심측의 원료 가스가 희석되어, 결과적으로 당해 회전 중심측의 원료 가스 농도가 낮아져, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 회전 중심측의 쪽이 주연측에 비해 막두께가 얇아진다.
또한, 예를 들어 도 11의 (a)와 같이, 막두께가 회전 테이블(2)의 회전 중심측에서 두껍고, 주연측에서 얇아지는 이유로서는, 다음과 같이 생각된다. 즉, 회전 테이블(2)을 회전시키면, 상술한 바와 같이 회전 테이블(2)의 주연측에서는 회전 중심측에 비해 접선 속도가 크기 때문에, 제1 주가스 노즐(31)로부터 그 길이 방향으로 균일하게 원료 가스를 공급하고, 제2 주가스 노즐(32)로부터 그 길이 방향으로 균일하게 산화 가스를 공급했다고 해도, 회전 테이블(2)의 주연측에서는 회전 중앙측보다도 가스의 농도가 낮아지기 쉽다.
또한, N2 가스는 회전 테이블(2)의 주연측에 형성된 배기구(71, 72)를 향해 흘러가므로, 이 N2 가스에 의해 회전 테이블(2)의 주연측에서는 원료 가스나 산화 가스가 희석되는 경우도 있다. 이와 같은 경우에는 반경 방향에 있어서 주연측의 가스 농도가 옅어져 버려, 결과적으로 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 주연측의 쪽이 회전 중심측에 비해 막두께가 얇아진다.
이와 같이 제1 주가스 노즐(31) 및 제2 주가스 노즐(32)로부터 그 길이 방향으로 대략 균일하게 원료 가스나 산화 가스를 공급했다고 해도, 웨이퍼(W)의 반경 방향에 있어서 가스 농도를 균일하게 유지하는 것은 곤란하므로, 제1 보상용 가스 노즐(32, 33) 및 제2 보상용 가스 노즐(42, 43)을 사용하여, 웨이퍼(W)의 반경 방향에 있어서의 가스 농도의 균일성을 높이도록 보상용 가스를 공급하는 것은 유효하다.
또한, 목표 막두께의 변경이나, 프로세스 조건[가스 유량, 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도 등]을 변경할 때에, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 가스 농도 분포의 조정을, 제1 보상용 가스 노즐(32, 33), 제2 보상용 가스 노즐(42, 43)을 사용하여 행할 수 있으므로, 제1 주가스 노즐(31)이나 제2 주가스 노즐(33)만을 사용하는 경우보다도 반경 방향에 있어서의 가스 농도 분포가 넓은 범위에서 조정할 수 있고, 면내 균일성이 가일층 높은 성막 처리를 용이하게 행할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 도 13에 도시한 바와 같이 보상용 가스 노즐을 회전 테이블(2)의 둘레 방향으로 신장되도록 구성해도 좋다. 도 13에 도시하는 예에서는, 제1 및 제2 중심측 보상용 가스 노즐(32A, 42A)은 기단부측으로부터 도중까지는 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 신장되는 제1 부분(A1)과, 제1 부분(A1)과 연통 가능하게 이어져 회전 테이블(2)의 둘레 방향으로 신장되는 제2 부분(A2)을 갖고, 토출 구멍(35a, 45a)은, 예를 들어 제2 부분(A2)의 하면에 형성되어 있다. 또한, 제1 및 제2 주연측 보상용 가스 노즐(33A, 43A)은, 기단부측으로부터 도중까지는 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 신장되는 제1 부분(A1)과, 제1 부분(A1)과 연통 가능하게 이어져 회전 테이블(2)의 둘레 방향으로 신장되는 제2 부분(A2)을 갖고, 그 토출 구멍(35b, 45b)은, 예를 들어 제2 부분(A2)의 하면에 형성되어 있다. 이와 같은 보상용 가스 노즐(32A, 33A, 42A, 43A)을 사용하면, 토출 구멍(35a, 35b, 45a, 45b)이 형성된 영역은 웨이퍼(W)의 이동 방향으로 신장되어 있으므로, 보상용 가스 노즐(32A, 33A, 42A, 43A)로부터 공급되는 가스와 웨이퍼의 접촉 시간을 길게 할 수 있다는 이점이 있어, 보상용 가스 노즐로부터 공급되는 원료 가스나 산화 가스가 웨이퍼에 흡착되는 시간을 충분히 취할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 보상용 가스 노즐은 도 14에 도시한 바와 같은 형상으로 구성해도 좋다. 도 14에 도시하는 예는, 보상용 가스 노즐(32B, 33B, 42B, 43B)은 제1 주가스 노즐(31) 및 제2 주가스 노즐(41)의 횡폭보다도 큰 횡폭을 갖고, 하면에 있어서, 회전 테이블(2)의 둘레 방향으로 긴, 예를 들어 타원 형상의 토출 구멍(36a, 36b, 46a, 46b)을 갖고 있다. 이와 같은 보상용 가스 노즐(32B, 33B, 42B, 43B)은 주가스 노즐(31, 41)의 관 직경보다도 큰 관 직경을 갖는 관에 의해 구성해도 좋고, 종방향보다도 횡방향이 큰 타원 형상의 관에 의해 구성해도 좋다. 보상용 가스 노즐(32B, 33B, 42B, 43B)의 토출 구멍(36a, 36b, 46a, 46b)은 주가스 노즐(31, 41)의 토출 구멍(34a, 44a)보다도 회전 테이블(2)의 둘레 방향으로 길어지므로, 보상용 가스 노즐(32B, 33B, 42B, 43B)로부터 공급되는 가스와 웨이퍼의 접촉 시간이 길어진다.
상술한 실시 형태에서는, 제2 주가스 노즐(41)에 대해서는 보상용 가스 노즐을 설치하지 않아도 좋다. 또한, 분리 가스 노즐(51, 52)에 대해, 웨이퍼(W)의 반경 방향에 있어서의 분리 가스의 가스 농도 분포를 보상하기 위한 분리 가스용 보상용 가스 노즐을 설치해도 좋다. 또한, 보상용 가스 노즐의 개수는 2개로 한정되지 않고, 1개라도 좋고, 3개 이상이라도 좋다. 또한, 보상용 가스 노즐은 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 가스 농도가 낮은 영역에 보상용 가스를 공급하는 것이 가능한 한에 있어서, 어느 위치에 설치해도 좋다. 또한, 1개의 보상용 가스 노즐에 의해 반경 방향에 있어서의 복수의 가스 농도가 낮은 영역에 보상용 가스를 공급해도 좋다. 또한, 상술한 예에서는, 보상용 가스 노즐에는 그 길이 방향의 소정의 범위에만 토출 구멍을 형성하였지만, 그 길이 방향의 전체에 토출 구멍을 형성하는 동시에, 소정의 범위의 일부에 있어서 토출 구멍을 크게 하거나, 소정의 범위의 일부에 있어서 토출 구멍의 배열 간격을 짧게 하여, 보상용 가스 노즐의 길이 방향의 일부로부터 다른 부분보다도 다량의 보상용 가스를 토출시켜도 좋다. 이와 같이 해도, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 가스 농도가 낮은 영역에 다른 영역보다도 다량의 보상용 가스를 토출시켜, 이에 의해 가스 농도 분포를 보상할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 가스 토출구로서는, 상술한 토출 구멍뿐만 아니라 슬릿이라도 좋고, 그 형상에 대해서는 적절하게 설정해도 좋다.
계속해서, 본 발명의 다른 실시 형태에 대해 도 15 내지 도 18을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 보상용 가스 공급 수단으로서, 노즐의 길이 방향에 있어서 가스의 토출량을 조정할 수 있는 토출 위치 조정 가스 노즐(9)을 사용하여, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 원료 가스의 농도 분포를 조정하고 있다. 도 15를 참조하면, 토출 위치 조정 가스 노즐(9)은 회전 테이블(2)의 회전 중심 근방으로부터 방사상으로, 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 신장되도록 설치되어 있다. 도시한 예에서는, 제1 처리 영역(P1)에 있어서의 제1 주가스 노즐(31)의 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측에 있어서, 진공 용기(1)의 측주위벽(12A)에 설치되어 있다.
이 토출 위치 조정 가스 노즐(9)은, 도 16에 도시한 바와 같이 외관(91)과, 이 외관(91)의 내부에 외관(91)과 동심 형상으로 설치되는 내관(92)을 포함하는 2중관 구조를 갖고 있다. 내관(92)은 외관(91)의 내부에서 수평축 주위로 회전 가능하다. 외관(91)의 내경은, 예를 들어 10 내지 14㎜ 정도, 내관(92)의 외경은, 예를 들어 6 내지 8㎜ 정도이고, 외관(91)과 내관(92)의 간극은 1㎜ 내지 2㎜ 정도, 보다 바람직하게는 약 1㎜이다.
외관(91)의 기단부측은, 예를 들어 플랜지부(93)로서 구성되어, 시일 부재인 O링(93a)을 통해 진공 용기의 측주위벽(12A)의 내벽에 기밀하게 설치되어 있다. 외관(91)의 하면에는 회전 테이블(2)의 회전 중심부로부터 주연부를 향하는 방향을 따라서 토출 구멍(91a)이 소정의 간격으로 배열되어 있다. 한편, 내관(92)의 기단부측은 진공 용기(1)의 측주위벽(12A)을 관통하여 진공 용기(1)의 외부로 연장되고, 내관(92)을 수평축 주위로 회전시키는 회전 기구인 모터(M1)에 접속되어 있다. 진공 용기의 측주위벽(12A)과 내관(92) 사이에는 베어링 기능을 구비한 시일 부재, 예를 들어 자기 시일 부재(94)가 설치되어 있다. 본 예에서는, 진공 용기(1)의 측주위벽(12A)의 외부에 있어서, 측주위벽(12A)으로부터 외부로 연장되는 내관(92)의 주위에는 가스 공급실(95)이 형성되어 있다. 이 가스 공급실(95)은 측주위벽(12A)의 외벽에 시일 부재인 O링(95a)을 통해 기밀하게 접속되는 동시에, 내관(92)과의 사이에는 베어링 기능을 구비한 시일 부재, 예를 들어 자기 시일 부재(95b)가 설치되어 있고, 이와 같이 하여 내관(92)이 진공 용기(1)의 기밀성을 확보한 상태로 회전할 수 있도록 구성되어 있다.
가스 공급실(95)에는 원료 가스의 공급로(96)가 접속되어 있고, 내관(92)의 가스 공급실(95) 내에 존재하는 부분에는 가스 도입구(92a)가 형성되고, 이에 의해, 내관(92) 내에 원료 가스가 공급된다. 또한, 내관(92)에는, 예를 들어 그 길이 방향을 따라서 가스 토출구로서의 복수의 슬릿(97)이 형성되어 있다. 이 슬릿(97)은 컨덕턴스 조정 부재로서 작용한다. 도시한 예에서는, 복수의 슬릿(97)은, 예를 들어 도 16 및 도 17에 도시한 바와 같이, 내관(92)의 둘레 방향의 다른 위치이며, 또한 길이 방향의 다른 위치에 형성되어 있다.
슬릿(97)은, 도 16의 (b)에 도시한 바와 같이, 예를 들어 내관(92)을 둘레 방향으로 3등분한 제1 위치(0도의 위치), 제2 위치(120도의 위치), 제3 위치(240도의 위치)에 다른 패턴으로 형성되어 있다. 이 패턴의 구체예에 대해 도 17을 참조하면서 설명한다. 도 17의 (a)에 있어서, 횡축은 내관(92)의 길이를 나타내고, 종축은 내관(92)의 둘레 방향 각도를 나타내고, 도면 중 사선으로 나타내는 부분이 슬릿을 나타내고 있다. 또한, 내관(92)의 길이라 함은, 도 16에 도시한 바와 같이 진공 용기(1) 내에 있어서의 길이이다. 도 17의 (a)의 예에서는, 제1 위치에는 내관(92)의 선단측 영역과, 기단부측 영역에 슬릿(97a)이 형성되고, 제2 위치에는 내관(92)의 선단측 영역에 슬릿(97b)이 형성되고, 제3 위치에는 내관(92)의 기단부측 영역에 슬릿(97c)이 형성되어 있다.
또한, 선단측 영역이라 함은, 회전 테이블(2)의 회전 중심측에 대응하는 영역, 기단부측 영역이라 함은, 회전 테이블(2)의 주연측에 대응하는 영역이다. 가스 토출구로서는 슬릿 형상이 아니라, 토출 구멍을 소정의 영역에 배열하도록 형성해도 좋다. 즉, 가스 토출구는 토출 위치 조정 가스 노즐(9)의 길이 방향에 있어서 원료 가스를 토출하고 싶은 위치에 형성하면 되고, 그 형상이나 위치는 적절하게 설정된다. 그 밖의 구성은 상술한 성막 장치와 마찬가지이다.
이와 같은 토출 위치 조정 가스 노즐(9)에 따르면, 내관(92)으로 도입된 원료 가스가 내관(92)의 슬릿(97a 내지 97c)을 통해, 내관(92)과 외관(91)의 간극으로 유출되고, 외관(91)의 토출 구멍(91a)으로부터 진공 용기(1) 내로 공급된다. 이때, 슬릿(97)의 위치에 의해, 외관(91)의 토출 구멍(91a)의 상방측의 컨덕턴스가 조정되고, 이것에 따라서 토출 구멍(91a)으로부터 유출되는 원료 가스의 토출량이 조정된다. 즉, 외관(91)의 토출 구멍(91a)과 내관(92)의 슬릿(97)의 거리가 가까우면 외관(91)과 내관(92) 사이의 컨덕턴스가 커지고, 이에 의해 외관(91)으로부터의 가스 토출량이 많아진다. 한편, 외관(91)과 내관(92) 사이의 간극은 1㎜ 정도로 작으므로, 외관(91)의 토출 구멍(91a)과 내관(92)의 슬릿(97)의 거리가 멀면 컨덕턴스는 작아지고, 이에 의해 외관(91)으로부터의 가스 토출량이 적어지거나, 거의 토출되지 않게 된다. 이와 같이 하여 토출 위치 조정 가스 노즐(9)의 길이 방향에 있어서의 원료 가스의 토출량을 조정할 수 있으므로, 회전 테이블(2)의 반경 방향의 원하는 영역에 보상용 원료 가스를 공급할 수 있다.
따라서, 내관(92)을 회전시켜, 원료 가스를 토출시키고 싶은 위치의 슬릿(97)을 외관(91)의 토출 구멍(91a)에 대향시킴으로써, 회전 테이블(2)의 반경 방향의 원하는 영역에 보상용 원료 가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 도 18의 (a)는 도 17의 (a)의 0도의 위치(제1 위치)의 슬릿(97a)이 아래를 향하도록 내관(92)을 회전시킨 예이다. 이에 따르면, 상방에 슬릿(97a)이 위치하는 토출 구멍(91a)으로부터, 보다 다량의 원료 가스가 토출되므로, 본 예에서는 토출 위치 조정 가스 노즐(9)의 선단측 영역 및 기단부측 영역으로부터, 보다 다량의 원료 가스가 공급된다. 또한, 예를 들어 도 18의 (b)는 도 17의 (a)의 240도의 위치(제3 위치)의 슬릿(97c)이 아래를 향하도록 내관(92)을 회전시킨 예이지만, 이 경우에는 토출 위치 조정 가스 노즐(9)의 기단부측 영역으로부터, 보다 다량의 원료 가스가 공급된다.
이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 제1 반응 가스인 원료 가스에 대해서는, 토출 위치 조정 가스 노즐(9)에 있어서의 내관(92)의 회전 위치를 조정함으로써, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 가스 농도 분포를 조정할 수 있고, 반경 방향의 원료 가스 농도의 균일성을 높여, 결과적으로 성막 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 즉, 내관(92)의 슬릿(97)과 대향하는 외관(91)의 토출 구멍(91a)으로부터, 보다 다량의 원료 가스가 토출되므로, 외관(91)의 길이 방향에 있어서 다량의 원료 가스를 토출하고자 하는 영역에서, 슬릿(97)이 토출 구멍(91a)에 대향하도록 내관(92)을 적절하게 조정하면 좋다. 또한, 내관(92)의 슬릿(97)은, 예를 들어 도 17의 (b)에 도시한 바와 같은 패턴으로 형성해도 좋다. 이때, 슬릿(97)은 내관(92)의 둘레 방향의 3개소의 위치뿐만 아니라, 둘레 방향의 1개소에만 형성해도 좋고, 2개소 이상의 복수 개소에 형성해도 좋다. 또한, 본 실시 형태에서는, 도 15에 도시한 바와 같이 제2 반응 가스인 산화 가스에 대해서는, 보상용 가스 노즐(42, 43)에 의해, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 가스 농도 분포를 조정하고 있지만, 산화 가스의 반경 방향에 있어서의 가스 농도 분포의 조정을, 토출 위치 조정 가스 노즐(9)을 사용하여 행해도 좋고, 분리 가스를 사용하여 반경 방향에 있어서의 가스 농도 분포를 조정하기 위해, 분리 가스 노즐(51, 52) 대신에, 토출 위치 조정 가스 노즐(9)을 사용해도 좋다.
계속해서, 토출 위치 조정 가스 노즐의 다른 예에 대해 도 19를 참조하여 설명한다. 본 예의 토출 위치 조정 가스 노즐(110)은, 도 16에 도시하는 토출 위치 조정 가스 노즐(9)의 내관(92) 대신에, 막대 형상의 로드체(120)를 구비한다. 외관(111)의 내부에는 외관(111)과 동심 형상으로 설치된 로드체(120)가 수평축 주위로 회전 가능하게 수용되고, 로드체(120)의 주위에는 컨덕턴스 조정 부재를 이루는 볼록부(121)가 설치되어 있다. 외관(111)의 내경은, 예를 들어 10 내지 14㎜ 정도이고, 로드체(120)에 있어서의 볼록부(121)와 외관(111)의 간극은 1㎜ 내지 2㎜ 정도이고, 보다 바람직하게는 약 1㎜이다.
외관(111)의 기단부측은, 예를 들어 플랜지부(112)로서 구성되어, 시일 부재로서의 O링(113)을 통해 진공 용기(1)의 측주위벽(12A)에 기밀하게 설치되고, 외관(111)의 하면에는 길이 방향의 전체에 소정의 간격으로 가스 토출구로서의 토출 구멍(114)이 배열되어 있다. 또한, 이 외관(111)의 기단부측에는 진공 용기(1)의 측주위벽(12A)을 관통하여 설치된 원료 가스의 공급로(115)가 접속되어 있다.
로드체(120)의 기단부측은 진공 용기(1)의 측주위벽(12A)을 관통하여, 로드체(120)를 수평축 주위로 회전시키는 회전 기구인 모터(M2)에 접속되어 있다. 도 19의 참조 부호 116은 측주위벽(12A)과 로드체(120) 사이에 설치된, 베어링 기능을 구비한 시일 부재, 예를 들어 자기 시일 부재이다. 이 로드체(120)의 표면에는, 예를 들어 그 길이 방향을 따라서 컨덕턴스 조정용 볼록부(121)가 형성되어 있다. 이 볼록부(121)는, 예를 들어 도 19에 도시한 바와 같이, 로드체(120)의 둘레 방향의 일부이며, 로드체(120)의 길이 방향의 일부에, 외관(111)의 토출 구멍(114)과 대향시켰을 때에, 토출 구멍(114)을 덮는 크기로 설정되어 있다.
이 토출 위치 조정 가스 노즐(110)에서는 외관(111)과 로드체(120)의 간극으로 도입된 원료 가스가, 외관(111)의 토출 구멍(114)으로부터 진공 용기(1) 내로 흘러나간다. 이때, 로드체(120)에 설치된 볼록부(121)의 위치에 의해, 외관(111)의 토출 구멍(114)의 상방의 컨덕턴스가 조정되고, 이것에 따라서 토출 구멍(114)으로부터 유출되는 원료 가스의 토출량이 조정된다. 이와 같이 하여 토출 위치 조정 가스 노즐(110)의 길이 방향에 있어서의 원료 가스의 토출량을 조정할 수 있으므로, 회전 테이블(2)의 반경 방향의 원하는 영역에 보상용 원료 가스를 공급할 수 있다.
예를 들어, 도 19 및 도 20에 도시한 바와 같이 볼록부(121)가 외관(111)의 토출 구멍(114)에 대향하는 영역에서는, 로드체(120)와 외관(111)의 간극이 1㎜ 정도이며 컨덕턴스가 작아지므로, 토출 구멍(114)으로부터의 가스 토출량이 적어지거나, 거의 토출되지 않게 된다. 한편, 볼록부(121)가 토출 구멍(114)에 대향하지 않는 영역에서는 로드체(120)와 외관(111)의 간극이 크고 컨덕턴스도 커지므로, 가스가 흐르기 쉬워, 토출 구멍(114)으로부터의 가스 토출량이 많아진다. 따라서, 미리 토출 위치 조정 가스 노즐(110)의 길이 방향에 있어서 원료 가스를 웨이퍼(W)를 향해 토출시키고 싶은 영역을 결정해 두고, 이것 이외의 영역에 있어서 볼록부(121)를 외관(111)의 토출 구멍(114)에 대향시킴으로써, 원하는 영역에 보상용 가스를 공급할 수 있다.
토출 위치 조정 가스 노즐(110)에서는 로드체(120)에 설치된 볼록부(121)를 외관(111)의 토출 구멍(114)에 접근시키거나, 이격함으로써, 토출 구멍(114)의 상방에 있어서의 컨덕턴스를 조정하여 토출 구멍(114)으로부터의 원료 가스의 토출량을 조정하고, 이와 같이 하여 토출 위치 조정 가스 노즐(110)의 길이 방향에 있어서의 원료 가스의 토출 위치를 조정하고 있다. 이로 인해 토출 위치 조정 가스 노즐(110)에서는, 예를 들어 도 21에 도시한 바와 같이, 볼록부(121)가 외관(111)의 토출 구멍(114)에 근접한 위치와, 이격된 위치 사이에서 볼록부(121)를 이동시키는 이동 기구로서, 로드체(120)를 외관(111)에 대해 수평 방향으로 이동시키는 수평 이동 기구(122)를 사용해도 좋다. 이 경우, 도 21에 도시한 바와 같이 토출 위치 조정 가스 노즐(110)의 길이 방향에 있어서 볼록부(121)가 토출 구멍(114)의 상방에 위치하는 영역에서는 컨덕턴스가 작아지므로, 원료 가스의 토출량이 적어지거나, 거의 토출되지 않게 되어, 결과적으로 토출 위치 조정 가스 노즐(110)의 길이 방향에 있어서 보상용 가스의 토출 위치를 조정할 수 있다. 또한, 본 예에서는, 외관(111)측을 슬라이드 이동시키도록 해도 좋다.
또한, 토출 위치 조정 가스 노즐(110)에서는, 예를 들어 도 22에 도시한 바와 같이, 볼록부(121)가 외관(111)의 토출 구멍(114)에 근접한 위치와, 이격된 위치 사이에서 볼록부(121)를 이동시키는 이동 기구로서, 로드체(120)를 외관(111)에 대해 상하 방향으로 이동시키는 승강 기구(123)를 사용해도 좋다. 본 예에서는 진공 용기(1) 내의 기밀성을 유지한 상태로 로드체(120)를 승강시키기 위해, 측주위벽(12A)의 외측에 있어서 로드체(120)의 이동 영역을 둘러싸도록 이동실(124)을 형성하고 있다. 도 22의 참조 부호 125는 시일 부재로서의 O링이고, 참조 부호 126은 시일 부재와 베어링을 겸용하는 자기 시일이다. 본 예에서는, 토출 위치 조정 가스 노즐(110)의 길이 방향에 있어서, 볼록부(121)가 토출 구멍(114)에 접근하면 컨덕턴스가 작아지므로, 원료 가스의 토출량이 적어지거나, 거의 토출되지 않게 된다. 한편, 로드체(120)가 토출 구멍(114)으로부터 이격될수록 컨덕턴스가 커지므로, 원료 가스의 토출량이 많아져, 결과적으로 토출 위치 조정 가스 노즐(110)의 길이 방향에 있어서 보상용 가스의 토출 위치를 조정할 수 있다. 또한, 본 예에서는 외관(111)을 승강 이동 가능하게 해도 좋다.
상술한 실시 형태에서는, 제2 주가스 노즐(41)에 대해서는, 보상용 가스 노즐(42, 43)에 의해 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 가스 농도 분포를 조정하고 있지만, 산화 가스의 반경 방향에 있어서의 가스 농도 분포의 조정에 있어서도, 토출 위치 조정 가스 노즐(9, 110)을 사용하여 행해도 좋다. 또한, 분리 가스를 사용하여 반경 방향에 있어서의 가스 농도 분포를 조정하는 경우에는, 분리 가스 노즐(51, 52) 대신에, 토출 위치 조정 가스 노즐(9, 110)을 사용해도 좋다. 이때, 1개의 토출 위치 조정 가스 노즐(9, 110)로 한정되지 않고, 2개 이상의 토출 위치 조정 가스 노즐(9, 110)을 사용해도 좋고, 이 토출 위치 조정 가스 노즐(9, 110)은 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 가스 농도가 낮은 영역에 보상용 가스를 공급할 수 있는 한에 있어서, 어느 위치에 설치해도 좋다. 또한, 본 실시 형태의 가스 토출구로서는, 토출 구멍이라도 좋고, 슬릿이라도 좋고, 그 형상에 대해서는 적절하게 설정해도 좋다.
이상의 실시 형태에서는, 회전 테이블(2)의 회전축(22)이 진공 용기(1)의 중심부에 위치하고, 회전 테이블(2)의 중심부와 진공 용기(1)의 상면부 사이의 공간에 분리 가스를 공급하고 있지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 의한 성막 장치는 도 23에 도시한 바와 같이 구성해도 좋다. 도 23의 성막 장치에 있어서는, 진공 용기(1)의 중앙 영역의 저부(14)가 하방측으로 돌출되어 있어 구동부의 수용 공간(130)을 형성하고 있는 동시에, 진공 용기(1)의 중앙 영역의 상면에 오목부(131)가 형성되고, 진공 용기(1)의 중심부에 있어서 수용 공간(130)의 저부와 진공 용기(1)의 오목부(131)의 상면 사이에 지주(132)를 개재시켜, 제1 주가스 노즐(31)로부터의 BTBAS 가스와 제2 주가스 노즐(42)로부터의 O3 가스가 중심부를 통해 혼합되는 것을 방지하고 있다.
또한, 지주(132)를 둘러싸도록 회전 슬리브(133)가 설치되고, 이 회전 슬리브(133)를 따라서 링 형상의 회전 테이블(2)이 설치되어 있다. 그리고, 수용 공간(130)에 모터(134)에 의해 구동되는 구동 기어부(135)를 설치하고, 이 구동 기어부(135)에 의해, 회전 슬리브(133)의 하부의 외주에 형성된 기어부(136)를 통해 회전 슬리브(133)가 회전된다. 참조 부호 137, 138 및 139는 베어링부이다. 또한, 수용 공간(130)의 저부에 퍼지 가스 공급관(84)이 접속되고, 오목부(131)의 측면과 회전 슬리브(133)의 상단부 사이의 공간에 퍼지 가스를 공급하기 위한 분리 가스 공급관(85)이 진공 용기(1)의 상부에 접속되어 있다. 도 23에서는 오목부(131)의 측면과 회전 슬리브(133)의 상단부 사이의 공간에 N2 가스를 공급하기 위해 2개의 분리 가스 공급관(85)이 사용되는 한편, 회전 슬리브(133)의 근방 영역을 통해 BTBAS 가스와 O3 가스가 혼합되지 않도록 하기 위해, 3개 이상의 분리 가스 공급관(85)을 설치해도 좋다.
도 23의 실시 형태에서는, 회전 테이블(2)측으로부터 보면, 오목부(131)의 측면과 회전 슬리브(133)의 상단부 사이의 공간은 분리 가스 토출 구멍에 상당하고, 그리고 이 분리 가스 토출 구멍, 회전 슬리브(133) 및 지주(132)에 의해, 진공 용기(1)의 중심부에 위치하는 중심 영역이 구성된다.
이상의 실시 형태에서는, 적재대를 이루는 회전 테이블(2)을 연직축 주위로 회전시키고 있지만, 본 발명의 다른 실시 형태에서는, 도 24에 도시한 바와 같이 원료 가스 노즐군, 산화 가스 노즐군 및 분리 가스 노즐을 회전시키도록 해도 좋다. 본 예의 성막 장치는 진공 용기 내에서 연직축의 주위로 회전하는 회전통(140)을 구비하고, 이 회전통(140)에 원료 가스 노즐군, 산화 가스 노즐군, 분리 가스 노즐이 설치되어 있다. 본 예의 적재대(141)는, 상술한 회전 테이블(2)과는, 성막 중에는 연직축 주위로 회전하지 않는 점에서 다르고, 다른 점에서 마찬가지로 구성되어 있다. 예를 들어, 적재대(141)의 표면에는 회전통(140)의 회전축을 중심으로 하는 원을 따라서 기판 적재 영역인 복수의 오목부(142)가 형성되어 있다.
원료 가스 노즐군(150)[제1 주가스 노즐(151), 제1 중심측 보상용 가스 노즐(152), 제1 주연측 보상용 가스 노즐(153)], 산화 가스 노즐군(160)[제2 주가스 노즐(161), 제2 중심측 보상용 가스 노즐(162), 제2 주연측 보상용 가스 노즐(163)] 및 분리 가스 노즐(171, 172)은 적재대(141)의 반경 방향으로 신장되도록 회전통(140)에 접속되어 있고, 이 회전통(140)의 내부를 통해 각종 가스가 각 가스 노즐에 공급된다. 분리 영역을 형성하기 위한 볼록 형상부(143)도 이 회전통(140)에 접속되어 있고, 회전통(140)의 회전에 수반하여 회전할 수 있다. 또한, 회전통(140)의 하부에는 배기구(144)가 형성되고, 진공 용기가 배기구(144)를 통해 진공 배기된다.
이와 같이 가스 노즐군(150, 160), 분리 가스 노즐(171, 172) 및 볼록 형상부(143)가 회전하는 구성이라도, 적재대(141)의 중심측과 주연측 사이에서 적재대의 반경 방향에 있어서의 접선 속도가 다르고, 웨이퍼(W)의 반경 방향에 있어서 가스 농도가 불균일해지기 쉬우므로, 적재대(141)의 반경 방향에 있어서의 가스 농도가 낮은 영역에 보상용 가스 노즐(152, 153, 162, 163)로부터 보상용 가스를 공급하는 것은 유효하다.
본 발명의 실시 형태에 의한 성막 장치 및 이것을 사용한 성막 방법은, 2종류의 반응 가스를 사용하는 것으로 한정되지 않고, 1종류의 성막 가스를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하는 경우나 3종류 이상의 반응 가스를 순서대로 기판 상에 공급하는 경우에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 3종류 이상의 반응 가스를 사용하는 경우에는, 예를 들어 제1 반응 가스 노즐, 분리 가스 노즐, 제2 반응 가스 노즐, 분리 가스 노즐, 제3 반응 가스 노즐 및 분리 가스 노즐의 순서로 진공 용기(1)의 둘레 방향으로 각 가스 노즐을 배치하여, 적어도 1개의 반응 가스 노즐로부터 공급되는 반응 가스에 있어서의 적재대의 반경 방향의 가스 농도 분포를 보상하기 위해, 적어도 1개의 보상용 가스 공급 수단을 배치하면 좋다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 장치 및 이것을 사용한 성막 방법에서 사용 가능한 프로세스 가스로서는, 상술한 예 외에, 디클로로실란(DCS), 헥사클로로디실란(HCD), 트리메틸알루미늄(TMA), 트리스디메틸아미노실란(3DMAS), 테트라키스에틸메틸아미노지르코늄(TEMAZr), 테트라키스에틸메틸아미노하프늄(TEMHf), 스트론튬비스테트라메틸헵탄디오나토[Sr(THD)2], 티타늄메틸펜탄디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토[Ti(MPD)(THD)], 모노아미노실란 등을 들 수 있다.
이상 설명한 성막 장치가 내장된 기판 처리 장치에 대해 도 25에 도시한다. 도면 중, 참조 부호 181은, 예를 들어 25매의 웨이퍼를 수납하는 후프(Front-Opening Unified Pod)라고 불리는 밀폐형의 반송 용기, 참조 부호 182는 반송 아암(183)이 배치된 대기 반송실, 참조 부호 184, 185는 대기 분위기와 진공 분위기 사이에서 분위기가 절환 가능한 로드 로크실(예비 진공실), 참조 부호 186은 2기의 반송 아암(187a, 187b)이 배치된 진공 반송실, 참조 부호 188, 189는 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 장치이다. 반송 용기(181)는 도시하지 않은 적재대를 구비한 반입 반출 포트에 외부로부터 반송되어, 대기 반송실(182)에 접속된 후, 도시하지 않은 개폐 기구에 의해 덮개가 개방되어 반송 아암(183)에 의해 당해 반송 용기(181) 내로부터 웨이퍼가 취출된다. 계속해서, 로드 로크실[184(185)] 내에서 반입되어 실내를 대기 분위기로부터 진공 분위기로 절환하고, 그 후 반송 아암(187a, 187b)에 의해 웨이퍼가 취출되어 성막 장치(188, 189)의 한쪽으로 반입되어, 상술한 성막 처리가 행해진다. 이와 같이, 예를 들어 5매 처리용의 본 발명의 성막 장치를 복수개, 예를 들어 2개 구비함으로써, 소위 ALD(MLD)를 높은 처리량으로 실시할 수 있다.
이상에 있어서, 적어도 1개의 주가스 공급 수단에 대해, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 반응 가스의 가스 농도 분포를 보상하기 위한 보상용 가스 공급 수단이 설치되면 좋고, 이 경우, 1개의 주가스 공급 수단의 가스 농도 분포를 보상하기 위해, 도 2에 도시하는 보상용 가스 노즐과, 토출 위치 조정 가스 노즐[9(110)]의 양쪽을 사용하도록 해도 좋다. 또한, 주가스 공급 수단 및 보상용 가스 공급 수단은 가스 토출구로부터 적재대의 반경 방향을 따라서 반응 가스나 보상용 반응 가스를 공급하는 구성이면, 가스 토출구를 구비한 노즐 형상의 구성으로는 한정되지 않는다. 주가스 공급 수단 및 보상용 가스 공급 수단에 형성되는 가스 토출구는 토출 구멍이라도, 슬릿이라도 좋다.

Claims (12)

  1. 진공 용기 내에서 반응 가스를 기판의 표면에 공급함으로써 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서,
    상기 진공 용기 내에 설치되는 적재대이며, 당해 적재대의 중심부를 중심으로 하는 원을 따라서 형성된 기판의 적재 영역을 구비한 당해 적재대와,
    상기 적재대의 상기 적재 영역에 반응 가스를 공급하기 위해, 상기 적재대에 대향하여 설치된 주가스 공급부와,
    상기 주가스 공급부에 의해 공급된 반응 가스의 상기 적재대의 반경 방향에 있어서의 가스 농도 분포를 보상하기 위해, 상기 적재대의 표면에 대해 상기 반응 가스를 공급하는 보상용 가스 공급부와,
    상기 적재대를, 상기 주가스 공급부 및 보상용 가스 공급부에 대해 상대적으로, 당해 적재대의 중심부를 회전축으로 하여 연직축 주위로 회전시키기 위한 회전 기구를 구비하는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보상용 가스 공급부는 상기 적재대의 중심부 및 주연부의 일측으로부터 타측으로 신장되도록 설치되어, 적어도 그 길이 방향의 일부에 가스 토출구가 형성되어 있는 보상용 가스 노즐에 의해 구성되는, 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보상용 가스 공급부는 복수의 상기 보상용 가스 노즐을 포함하고, 상기 복수의 보상용 가스 노즐은 적재대의 반경 방향에서 볼 때, 가스 토출구가 형성된 영역이 서로 다르도록 구성되어 있는, 성막 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 보상용 가스 노즐은 상기 적재대의 중심부 및 주연부의 일측으로부터 타측을 향하는 길이 방향을 따라서 가스 토출구가 형성되는 외관과,
    상기 외관의 내부에 당해 외관과 간극을 통해 동심 형상으로 설치되는, 관체 및 로드체 중 어느 하나로 이루어지는 막대 형상체와,
    상기 외관의 가스 토출구의 상방측에 있어서의 컨덕턴스를 조정하기 위해, 상기 막대 형상체의 길이 방향의 적어도 일부에 설치된 컨덕턴스 조정 부재와,
    상기 컨덕턴스 조정 부재를 상기 외관의 가스 토출구에 접근하는 위치와, 이격된 위치 사이에서 이동시키기 위해, 상기 막대 형상체와 상기 외관을 상대적으로 이동시키는 이동 기구를 구비하는, 성막 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 막대 형상체는 내부에 반응 가스가 공급되는 관체에 의해 구성되어, 상기 컨덕턴스 조정 부재가 상기 관체에 형성된 가스 토출구인, 성막 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 이동 기구는 상기 관체에 형성된 가스 토출구를 상기 외관의 가스 토출구에 접근시키기 위해, 상기 관체를 수평축 주위로 회전시키는 회전 기구인, 성막 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보상용 가스 노즐에는 복수의 상기 가스 토출구가 형성되고, 상기 복수의 가스 토출구는 상기 관체의 둘레 방향에 있어서의 다른 영역이며, 또한 상기 관체의 길이 방향에 있어서의 다른 영역에 형성되고,
    상기 회전 기구는 상기 관체의 둘레 방향에 있어서의 다른 영역에 형성된 상기 복수의 가스 토출구를 상기 외관의 가스 토출구에 접근시키기 위해, 상기 관체를 수평축 주위로 회전시키는, 성막 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 막대 형상체는 로드체에 의해 구성되어 있고, 상기 컨덕턴스 조정 부재는 상기 외관의 가스 토출구를 덮도록 상기 로드체의 주위에 설치된 볼록부인, 성막 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 이동 기구는 상기 볼록부를 상기 외관의 가스 토출구에 접근시키기 위해, 상기 로드체를 수평축 주위로 회전시키는 회전 기구인, 성막 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 로드체의 주위에는 복수의 상기 볼록부가 형성되고, 상기 복수의 볼록부는 상기 로드체의 주위 방향에 있어서의 다른 영역이며, 또한 상기 로드체의 길이 방향에 있어서의 다른 영역에 형성되고,
    상기 회전 기구는 상기 복수의 볼록부를 상기 외관의 가스 토출구에 대해 접근시키기 위해, 상기 로드체를 수평축 주위로 회전시키는, 성막 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 주가스 공급부는 상기 적재대의 표면에 제1 반응 가스 및 상기 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스를 공급하기 위해, 상기 적재대에 대한 주가스 공급부의 상대적 회전 방향으로 서로 이격되도록 설치된 제1 주가스 공급부 및 제2 주가스 공급부를 포함하고,
    상기 성막 장치가, 상기 제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 상기 이동 방향에 있어서 상기 제1 및 상기 제2 처리 영역 사이에 위치하는 분리 영역을 더 구비하고,
    상기 진공 용기 내에서 서로 반응하는 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고 또한 이 공급 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는, 성막 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 분리 영역은 분리 가스를 공급하기 위한 분리 가스 공급부와, 상기 분리 가스 공급부의 상기 회전 방향 양측에 위치하여, 당해 분리 영역으로부터 처리 영역측으로 분리 가스가 흐르기 위한 협애한 공간을 적재대와의 사이에 형성하기 위한 천장면을 구비하는, 성막 장치.
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