KR20110025114A - 반도체 처리용 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

제1 및 제2 반응 가스를 사용하여 피처리체 상에 박막을 형성하는 반도체처리용 성막 장치는, 진공 용기와, 배기계와, 피처리체를 적재하기 위한 회전 테이블과, 회전 테이블을 회전시키기 위한 회전 기구와, 피처리체를 제1 반응 가스를 응축시키는 온도로 설정하기 위한 온도 조정 기구를 포함한다. 진공 용기 내에, 피처리체 상에 제1 반응 가스의 응축물을 흡착시키는 제1 반응 가스 공급부, 응축물의 일부를 기화시키는 기화부, 및 제2 반응 가스를 응축물과 반응시키는 제2 반응 가스 공급부가, 회전 테이블의 회전 방향을 따라 이 순서대로 배치된다.

Description

반도체 처리용 성막 장치{FILM FORMATION APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR PROCESS}
본 출원은 2009년 9월 1일에 출원된 종래 일본 특허 출원 제2009-202016호를 기초로 하여 그 우선권을 주장하고, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 발명은, 진공 용기 내에 있어서, 적어도 2종류의 반응 가스를 사용하여 반도체 웨이퍼 등의 피처리체 상에 박막을 형성하는 반도체 처리용 성막 장치에 관한 것이다. 여기서 반도체 처리란, 반도체 웨이퍼나 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 FPD(Flat Panel Display)용 유리 기판 등의 피처리체 상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써, 당해 피처리체 상에 반도체 디바이스나 반도체 디바이스에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위하여 실시되는 각종 처리를 의미한다.
반도체 디바이스의 패턴의 미세화가 진행함에 따라서, 패턴의 오목부 내에 양질의 매립 구조를 형성하는 것이 보다 중요시되어 있다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼에 소자분리 영역을 설치하기 위하여, 웨이퍼에 트렌치를 형성하고 이를 절연 막으로 메운 STI(shallow trench isolation) 구조에 관한 각종 기술이 제안된다. 이러한 종류의 기술에 있어서, 패턴의 미세화에 수반하여 매립 능력과 막질의 면에서 높은 질을 확보하는 것이 어려운 것으로 되어 왔다. 현 실정에서는, 이러한 종류의 매립막으로서, PSZ(폴리실라잔) 도포법과 HDP(고밀도 플라즈마)법의 조합에 의한 산화막이 도입되는 경우가 많다. 그렇지만, HDP법 등의 CVD(chemical vapor deposition)법에서는, 트렌치 측부로부터의 퇴적에 의한 막의 이음매에 틈이 발생하기 쉽다. 이 경우, 에칭 레이트가 높은 등의 막질 불량이나, 깊은 트렌치에 대한 퇴적이 곤란하다는 등의 문제가 생긴다. 또한, 패턴이 미세화되면, 레지스트 마스크의 형상의 불균일이 오목부의 형상에 의해 크게 영향을 주고, 이 때문에 오목부가 저부를 향할수록 넓어지는 역 테이퍼 형상이 되는 경우가 있다. 오목부의 종횡비가 크고 또한 역 테이퍼 형상인 경우에는, 특히 막의 매립이 어렵다.
미국 특허 공보 제7,153,542호에는, 테이블 상에 웨이퍼를 적재하고, 가스 공급부에 대하여 상대적으로 회전시켜 순차적으로 서로 다른 반응 가스를 공급하여, 플라즈마 처리나 열처리를 포함하는 성막의 사이클을 행하는 장치가 개시된다. 일본 특허 공개 공보 평 8-162449호에는, 막의 매립 특성을 개선하는 액상 에피택시를 이용하는 동시에, 막질을 개선하기 위하여 플라즈마 조사, 열 어닐링을 반복하는 성막법이 개시된다. 또한, 일본 특허 공개 공보 제2004-47644호에는, TEOS 가스를 기판상에서 액화시키고, 이어서 가열 하에서 산소 가스를 공급하여 산화막을 성막하는 기술이 개시된다.
미국 특허 공보 제7,153,542호 일본 특허 공개 공보 평8-162449호 일본 특허 공개 공보 제2004-47644호
본 발명은, 피처리체의 오목부에 대하여 양호한 막의 매립을 행할 수 있는 반도체 처리용 성막장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 시점은, 제1 및 제2 반응 가스를 사용하여 피처리체 상에 박막을 형성하는 반도체 처리용 성막장치이며, 진공용기와, 상기 진공용기를 배기하는 배기계와, 상기 진공용기 내에 설치되어, 상기 피처리체를 적재하기 위한 회전 테이블과, 상기 회전 테이블을 회전시키기 위한 회전 기구와, 상기 회전 테이블 상의 상기 피처리체를, 상기 제1 반응 가스를 응축시키는 온도로 설정하기 위한 온도조정 기구와, 상기 진공용기 내에 설치되어, 상기 회전 테이블 상의 상기 피처리체에 상기 제1 반응 가스를 공급하여 상기 피처리체 상에 상기 제1 반응 가스의 응축물을 흡착시키는 제1 반응 가스 공급부와, 상기 진공용기 내에 설치되어, 상기 회전 테이블 상의 상기 피처리체를 가열하여 상기 응축물의 일부를 기화시키는 기화부와, 상기 진공용기 내에 설치되어, 상기 회전 테이블 상의 상기 피처리체에 상기 제2 반응 가스를 활성화된 상태로 공급하여 상기 응축물과 반응시켜서 반응 생성물을 생성하는 제2 반응 가스 공급부를 구비하고, 상기 제1 반응 가스 공급부, 상기 기화부, 및 상기 제2 반응 가스 공급부는, 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따라 이 순서대로 배치된다.
본 발명의 추가 목적 및 이점들은 다음의 상세한 설명에 개시될 것이며, 일부는 상세한 설명으로부터 명백할 것이고 또는 본 발명의 실시에 의해 학습될 수도 있다. 본 발명의 목적 및 이점들은 특별히 이후에 개시되는 수단들 및 조합들에 의해 인식되고 얻어질 수도 있다.
본 명세서에 합체되고 일부로 구성되는 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들을 나타내고 있고, 상기한 일반적인 설명과 함께 하기되는 실시예들의 상세한 설명은 본 발명의 원리들을 설명하는 것으로 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 성막 장치를 나타내는 종단 측면도.
도 2는 상기 성막 장치의 횡단 평면도.
도 3a 및 도 3b는, 상기 성막 장치에 있어서의 처리 영역 및 분리 영역을 나타내는 종단 측면도.
도 4는 상기 성막 장치의 횡단면의 확대도.
도 5는 상기 성막 장치에 있어서의 플라즈마 인젝터의 일 예를 나타내는 사시도.
도 6은 상기 플라즈마 인젝터를 나타내는 종단 측면도.
도 7은 상기 성막 장치의 횡단면의 확대도.
도 8은 상기 성막 장치의 횡단면의 확대도.
도 9는 상기 성막 장치에 있어서의 퍼지 가스의 흐름을 나타내는 모식도.
도 10은 상기 성막 장치의 일부 파단 사시도.
도 11은 상기 성막 장치에 있어서 성막 처리가 행하여지는 기판의 종단면을 나타내는 모식도.
도 12는 상기 성막 장치에 있어서 기판에 대하여 성막 처리가 행하여져 가는 모양을 나타내는 모식도.
도 13a, 도 13b, 도 13c는, 상기 성막 장치에 있어서 기판에 대하여 성막 처리가 행하여져 가는 모양을 나타내는 모식도.
도 14는 상기 성막 장치에 있어서 기판에 대하여 성막 처리가 행하여져 가는 모양을 나타내는 모식도.
도 15는 상기 성막 장치에 있어서의 가스의 흐름을 나타내는 모식도.
도 16은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 성막 장치를 나타내는 횡단 평면도.
도 17a 및 도 17b는, 상기의 다른 실시 형태에 있어서의 오존 활성화 인젝터의 일 예를 나타내는 종단 측면도와 종단 정면도.
도 18은 본 발명의 제3의 실시 형태에 관한 성막 장치를 나타내는 횡단 평면도.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 거의 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 중복 설명은 필요할 경우에만 행한다.
<제1 실시 형태>
본 발명의 제1 실시 형태인 성막 장치는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 평면 형상이 거의 원형인 편평한 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되고, 해당 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 수평 회전 테이블(2)을 구비한다. 진공 용기(1)는, 이 회전 테이블(2)을 수납하는 컵형의 용기 본체(12)와, 이 용기 본체(12)의 상측 개구부를 기밀하게 막도록 원판 형상으로 형성된 상판(11)을 구비한다. 용기 본체(12)의 상측 개구부의 주변부에 링 형상 시일 부재, 예를 들면 O링(13)이 설치되고, 상판(11)이 용기 본체(12)측에 기밀하게 접속된다. 상판(11)은, 구동 기구(도시 생략)에 의해 승강하여 개폐된다.
회전 테이블(2)은, 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정된다. 이 코어부(21)는, 연직방향으로 연장되는 회전축(22)의 상단에 고정된다. 이 회전축(22)은, 진공 용기(1)의 바닥판(14)을 관통하여, 그 하단이 해당 회전축(22)을 연직축 둘레에 본 예에서는 시계방향으로 회전시키는 회전 기구인 구동부(23)에 부착된다. 회전축(22) 및 구동부(23)는, 상면이 개구된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수납된다. 이 케이스체(20)는 그 상면에 설치된 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 바닥판(14)의 하면에 기밀하게 부착되어, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀상태가 유지된다.
회전 테이블(2)은, 도 2에 나타내는 바와 같이 회전 방향(둘레방향)을 따라 나란하게 상면에 형성된 복수개, 예를 들면 5개의 원 형상의 패인부(24)를 가지며, 각 패인부(24)는 1장의 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 "웨이퍼" 라고도 함)(W)를 적재하도록 구성된다. 따라서, 패인부(24)는 회전 테이블(2)의 회전에 의해 해당 회전 테이블(2)의 회전 중심을 중심으로 하여 연직축 둘레로 공전한다. 각 패인부(24)는, 후술하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 이면을 지지하여 해당 웨이퍼(W)를 승강시키기 위한 복수개, 예를 들면 3개의 승강 핀(16)(도 10 참조)을 구비하고, 따라서, 그 저면에는, 승강 핀(16)이 관통하는 관통 구멍(도시 생략)이 형성된다. 여기서 도 3a 및 도 3b는, 진공 용기(1)의 상판(11) 및 회전 테이블(2)을, 회전 중심에 대한 동심원을 따라 절단하여 전개한 종단 측면도이다.
도 2 내지 도 4에 나타내는 바와 같이, 진공 용기(1) 내에는, 회전 테이블(2)에 있어서의 패인부(24)의 통과 영역과 각각 대향하는 상방의 위치에, 예를 들면 석영으로 이루어지는 반응 가스 노즐(31)과, 2개의 분리 가스 노즐(41, 42)과, 보조 가스 노즐(200)이, 둘레 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]에 서로 간격을 두고 배치된다. 본 예에서는, 후술하는 반송구(15)에서 보아 시계방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 제1 분리 가스 노즐(41), 반응 가스 노즐(31), 제2 분리 가스 노즐(42), 및 보조 가스 노즐(200)이 이 순서대로 배열된다. 이들 노즐(41, 31, 42, 200)은 진공 용기(1)의 측벽에 있어서, 이 반송구(15)에 개략 대향하는 위치로부터 해당 반송구(15)의 바로 상류측의 위치까지, 상기 회전 방향에 있어서 이 순서대로 설치된다. 이들 반응 가스 노즐(31), 보조 가스 노즐(200), 및 분리 가스 노즐(41, 42)은, 예를 들면 진공 용기(1)의 측벽으로부터 회전 테이블(2)의 회전 중심을 향해 웨이퍼(W)에 대향하여 라인 형상으로 수평으로 연장된다. 이들 가스 노즐의 기단부인 가스 도입 부분(31a, 200a, 41a, 42a)은 진공 용기(1) 측벽의 외측에 배치된다.
이들 반응 가스 노즐(31) 및 보조 가스 노즐(200)은, 각각 제1 반응 가스 공급 수단 및 보조 가스 공급 수단의 일부를 이루며, 분리 가스 노즐(41, 42)은, 분리 가스 공급 수단의 일부를 이룬다. 이들 노즐(31, 200, 41, 42)은, 진공 용기(1) 측벽의 복수 개소에 형성된 관통 구멍(100)에 설치된다. 한편, 노즐(31, 200, 41, 42)이 설치되지 않은 관통 구멍(100)은, 덮개 부재(도시 생략)에 의해 기밀하게 막혀 있다.
반응 가스 노즐(31)에는, 밸브(31c)나 유량 조정부(31d)가 설치된 가스 공급관(31b)에 의해, 가스원(31e)으로부터 제1 반응 가스, 예를 들면 BTBAS[비스(tert-부틸아미노)실란] 가스가 공급된다. 보조 가스 노즐(200)에는, 밸브(200c)나 유량 조정부(200d)가 설치된 가스 공급관(200b)에 의해, 보조 가스원(200e)으로부터 보조 가스가 공급된다. 이 보조 가스란, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)에 흡착된 반응 가스(BTBAS 가스)의 응축물을, 이 응축물보다도 기화되기 어려운 중간 생성물로 하기 위하여 공급되는 가스이다. 상기 기화하기 어려운 중간 생성물은, 수산기(OH기) 및/또는 수분을 포함하는 생성물이다. 보조 가스로는, 예를 들면 수산기(OH기)를 갖는 가스, 예를 들면 알코올(R-OH, R:알킬기) 또는 순수(H2O) 혹은 과산화 수소수(H2O2)가 이용된다. 본 예에서는 보조 가스로서 에탄올(C2H5OH) 가스가 공급된다.
또한, 제1 분리 가스 노즐(41)은, 밸브(41c)나 유량 조정부(41d)가 설치된 가스 공급관(41b)에 의해, 가스원(41e)으로부터 분리 가스, 예를 들면 N2 가스(질소 가스)가 공급된다. 제2 분리 가스 노즐(42)은, 밸브(42c)나 유량 조정부(42d)를 구비한 가스 공급관(42b)에 의해, 가스원(42e)으로부터 분리 가스, 예를 들면 N2 가스(질소 가스)가 공급된다. 또한, 가스 공급관(42b)은 가열부(42f)를 구비하고 있으며, N2 가스는 해당 가열부(42f)에서 소정 온도로 가열되어 제2 분리 가스 노즐(42)에 공급된다. 따라서, 제2 분리 가스 노즐(42)(제2 분리 가스 공급 수단)은, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)에 흡착된 반응 가스(BTBAS 가스)의 응축물의 일부를 기화시키기 위하여, 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 수단을 구성한다. 여기서 웨이퍼(W)에 흡착된 응축물의 일부를 기화시키기 위해서는, 웨이퍼(W)를 예를 들면 85℃ 내지 150℃의 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 진공 용기(1) 내에는, 가열부(42f)에서 100℃ 내지 200℃의 온도로 가열된 N2 가스가 제2 분리 가스 노즐(42)로부터 공급된다.
또한, 본 예에서는, 반응 가스 노즐(31)의 가스 공급관(31b)에도 가열부(31f)가 설치된다. 제1 반응 가스인 BTBAS 가스는, 상기 가열부에 의해 가열되어, 회전 테이블(2)에 적재된 웨이퍼(W)의 온도보다도 높은 온도로 진공 용기(1) 내에 가스 상태로 공급된다.
반응 가스 노즐(31)에는, 도 3a, 도 3b 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 하방측에 반응 가스를 토출하기 위한 복수의 가스 토출 구멍(33)이 바로 아래를 향하여 형성된다. 가스 토출 구멍(33)은, 예를 들면 구경이 0.5mm로, 노즐의 길이 방향[회전 테이블(2)의 반경 방향]에 걸쳐 예를 들면 10mm의 간격을 두고 등간격으로 배열된다. 또한, 보조 가스 노즐(200)에는, 하방측에 보조 가스를 토출하기 위한 복수의 가스 토출 구멍(201)이 바로 아래를 향하여 형성된다. 가스 토출 구멍(201)은, 예를 들면 구경이 0.5mm로, 노즐의 길이 방향[회전 테이블(2)의 반경 방향]에 걸쳐 예를 들면 10mm의 간격을 두고 등간격으로 배열된다. 분리 가스 노즐(41, 42)에는, 하방측에 분리 가스를 토출하기 위한 복수의 가스 토출 구멍(40)이 바로 아래를 향하여 형성된다. 가스 토출 구멍(40)은, 예를 들면 구경이 0.5mm로, 노즐의 길이 방향[회전 테이블(2)의 반경 방향]에 예를 들면 10mm 정도의 간격을 두고 등간격으로 형성된다.
반응 가스 노즐(31)의 가스 토출 구멍(33)과 웨이퍼(W)와의 사이의 수직 방향의 거리는, 예를 들면 1 내지 4mm 바람직하게는 2mm이다. 보조 가스 노즐(200)의 가스 토출 구멍(201)과 웨이퍼(W)와의 사이의 수직 방향의 거리는, 예를 들면 1 내지 4mm 바람직하게는 2mm이다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)의 가스 토출 구멍(40)과 웨이퍼(W)와의 사이의 수직 방향의 거리는, 예를 들면 1 내지 4mm 바람직하게는 3mm이다. 반응 가스 노즐(31)의 하방 영역은, BTBAS 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(91)(제1 반응 가스 공급부)이 된다. 보조 가스 노즐(200)의 하방 영역은, 에탄올 가스와 웨이퍼(W) 상에 응축된 BTBAS를 반응시켜 상기 중간 생성물을 생성시키기 위한 보조 영역(90)(보조 가스 공급부)이 된다. 또한, 제2 분리 가스 노즐(42)의 하방 영역은 가열 영역이 된다.
또한, 회전 테이블(2)의 회전 방향에 있어서, 보조 가스 노즐(200)과, 제1 분리 가스 노즐(41)과의 사이에는, 플라즈마 인젝터(250)와 가열 램프(210)가 회전 방향 하류측을 향해 이 순서대로 설치된다.
플라즈마 인젝터(250)는, 제2 반응 가스를 활성화하여 웨이퍼(W)에 공급하는 제2 반응 가스 공급 수단의 일부를 이룬다. 해당 플라즈마 인젝터(250)의 하방 영역은, 제2 반응 가스인 산소(O2) 가스를 웨이퍼(W)에 대하여 공급하기 위한 제2 처리 영역(92)(제2 반응 가스 공급부)이 된다. 이 플라즈마 인젝터(250)는, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 연장되는 하우징으로 이루어지는 인젝터 본체(251)를 구비한다. 이 인젝터 본체(251) 내에는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 그 길이 방향으로 연장되는 격벽(252)에 의해 구획된 폭의 서로 다른 2개의 공간이 형성된다. 한쪽 측은 상기 제2 반응 가스를 플라즈마화(활성화)하기 위한 가스 활성화용 유로인 가스 활성화실(253)이 된다. 다른쪽 측은 이 가스 활성화실(253)에 플라즈마 발생용 가스를 공급하기 위한 가스 도입용 유로인 가스 도입실(254)이 된다.
도 2, 도 5 및 도 6에 있어서, 255는 가스 공급 노즐, 256은 가스 구멍, 257은 가스 도입 부분, 258은 접속관, 259는 커플러이다. 그리고, 플라즈마 발생용 가스는, 가스 공급 노즐(255)의 가스 구멍(256)으로부터 가스 도입실(254) 내에 공급되고, 가스는 격벽(252)에 형성된 슬릿(271)을 통해 가스 활성화실(253)에 통류된다. 가스 활성화실(253) 내에는, 2개의 유전체로 이루어지는 예를 들면 세라믹스제의 시스관(272)이 해당 가스 활성화실(253)의 기단측으로부터 선단측을 향해 격벽(252)을 따라 연장된다. 이들 시스관(272)의 관 내에는, 봉 형상의 전극(273)이 삽입된다. 이들 전극(273)의 기단측은 인젝터 본체(251)의 외부로 인출되어, 진공 용기(1)의 외부에서 정합기(274)를 통해 고주파 전원(275)과 접속된다. 인젝터 본체(251)의 저면에는, 해당 전극(273) 사이의 영역인 플라즈마 발생부(290)에서 생성한 플라즈마를 하방측에 토출하기 위한 가스 토출 구멍(291)이 인젝터 본체(251)의 길이 방향에 배열된다. 이 인젝터 본체(251)는, 그 선단측이 회전 테이블(2)의 중심부에 근접하도록 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 연장된다. 도 2중 261은 가스 공급 노즐(255)에 제2 반응 가스, 예를 들면 산소(O2) 가스를 도입하기 위한 가스 공급관으로, 밸브(262), 유량 조정부(263)를 통해 상기 O2 가스가 저장된 가스원(264)에 접속된다. 본 예에서는, 제2 반응 가스가 플라즈마 발생용 가스를 겸용한다.
또한, 가열 램프(210)는 어닐용 히터를 이루며, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 연장되도록 배치된다. 이 가열 램프(210)는, 예를 들면 봉 형상의 적외선 램프로 이루어지며, 도 7에 나타내는 바와 같이, 진공 용기(1)의 상판(11)에 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 연장되도록 형성된 램프 하우스(211) 내에 설치된다. 이 램프 하우스(211)는, 상부측에 리플렉터(215)가 설치되고, 하면측에는 해당 램프 하우스(211) 내의 분위기와 진공 용기(1) 내의 분위기를 기밀하게 구획하기 위한 광 투과창(212)이 설치된다. 이 가열 램프(210)의 양단에는, 전극부를 겸용하는 봉지 부재(213)가 설치되고, 이 봉지 부재(213)에는 예를 들면 진공 용기(1) 상판(11)의 상방측으로부터 연장되는 급전선(214)이 각각 접속된다. 상기 도 7 중 217은 이 가열 램프(210)에 급전선(214) 및 봉지 부재(213)를 통해 급전하기 위한 전원이며, 216은 이 가열 램프(210)를 양측에서 지지하는 지지부재이다. 또한, 이 가열 램프(210)는, 열전대(도시 생략) 등의 온도 검출부의 측정 결과에 기초하여, 웨이퍼(W)에 대하여 후술하는 가열 처리(치밀화 처리)을 행하는데 적합한 온도, 예를 들면 100℃ 내지 450℃ 바람직하게는 350℃로 가열할 수 있도록 제어된다.
제1 및 제2 분리 가스 노즐(41, 42)의 설명으로 돌아가면, 제1 분리 가스 노즐(41)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 처리 영역(91)의 회전 방향의 상류측에 있어서 해당 제1 처리 영역(91)과 제2 처리 영역(92) 및 보조 영역(90)을 분리하기 위한 제1 분리 영역(D1)을 형성한다. 또한, 제2 분리 가스 노즐(42)은, 제1 처리 영역(91)의 회전 방향의 하류측에 있어서, 해당 제1 처리 영역(91)과 보조 영역(90) 및 제2 처리 영역(92)을 분리하기 위한 제2 분리 영역(D2)을 형성한다.
도 2, 도 3a, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 이들 분리 영역(D1, D2)의 각각은, 진공 용기(1)의 상판(11)으로부터 하방으로 돌출한 돌출부(4)를 가지고, 이는, 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 연장되는 2개의 반경 방향선에 의해 진공 용기(1)의 측벽에 의해 그려지는 원을 분할하여 형성된 부채형의 평면 형상을 갖는다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 이 돌출부(4)의 둘레방향 중앙에서 반경 방향으로 연장되도록 형성된 홈부(43) 내에 수납된다. 즉, 분리 가스 노즐(41, 42)의 중심축으로부터 돌출부(4)인 부채형의 양측 둘레[회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측의 둘레 및 하류측 둘레]까지의 거리는 동일한 길이로 설정된다. 다시 말해, 홈부(43)는, 본 실시 형태에서는 돌출부(4)를 이등분하도록 형성된다. 다른 실시 형태에 있어서는, 예를 들면 홈부(43)에서 보아 돌출부(4)에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측의 면적이 하류측보다도 넓어지도록 홈부(43)를 형성해도 좋다.
따라서, 분리 가스 노즐(41, 42)에 있어서의 상기 회전 방향 양측에는, 돌출부(4)의 하면 부분인 평탄한 낮은 천정면(44)(제1 천정면)이 존재한다. 이 천정면(44)의 상기 회전 방향 양측에는, 해당 천정면(44)보다도 높은 천정면(45)(제2 천정면)이 존재한다. 이 돌출부(4)의 역할은, 회전 테이블(2)과의 사이에 반응 가스 및 보조 가스의 침입을 저지하여 이들 가스의 혼합을 저지하기 위해서, 두께가 얇은 분리 갭을 형성하고, 이로 인해 가스 분위기의 분리를 달성하는 것에 있다.
제1 분리 가스 노즐(41)을 예로 들면, 분리 갭은, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 에탄올 가스 및 O2 가스가 침입하는 것을 저지하고, 또한, 회전 방향 하류측으로부터 BTBAS 가스가 침입하는 것을 저지한다. 본 예에서는, 가스의 침입을 저지하는 효과는, 분리 가스 노즐(41)로부터 토출된 분리 가스인 N2 가스가 제1 천정면(44)과 회전 테이블(2)의 표면과의 사이의 갭에 확산되어, 해당 제1 천정면(44)에 인접하는 제2 천정면(45)의 하방의 인접 공간에 분출되고, 이로써 해당 인접 공간으로부터의 가스가 침입할 수 없게 됨으로써 얻어진다. 단, "가스 분위기의 분리"란, 양측의 인접 공간으로부터 분리 갭에 각각의 가스가 전혀 침입할 수 없는 경우뿐만 아니라, 분리 갭에 그들 가스가 다소 침입하기는 하지만, 각 가스가 다른 쪽의 인접 공간에는 전혀 흘러들어 갈 수 없는 경우도 의미한다. 예를 들면, 제1 처리 영역(91)에서 말하면, 이 영역 내에서 BTBAS 가스가 에탄올 가스 및 O2 가스와 서로 섞이지 않는 것이 중요하다. 이러한 작용이 얻어지는 한, 분리 영역(D1, D2)은, 이들의 역할인 제1 처리 영역(91)의 분위기 및 제2 처리 영역(92)의 분위기[보조 영역(90)의 분위기]를 서로 분리하는 분리 작용을 발휘하고 있다고 할 수 있다. 본 예에서는, 두께가 얇은 분리 갭의 치수(두께나 면적 등)는, 분리 영역(D1, D2)과 양측의 인접 공간과의 압력차가 가스의 침입을 저지하는 효과를 제공하도록 설정된다. 또한, 충분한 분리 작용을 얻는데 있어서 분리 갭의 두께[돌출부(4) 하면의 위치]는, 돌출부(4)의 면적 등에 따라서 변경하는 것이 필요하다. 또한, 가스 분위기의 분리는 당연히 가스 분위기 중의 물질의 분리를 의미하며, 왜냐하면, 가스로부터 파생되어 웨이퍼(W)에 흡착 또는 응축된 물질에 대해서는 분리 영역(D1, D2)을 통과시킬 필요가 있다.
또한, 분리 가스, 퍼지 가스로는, 불활성 가스인 질소(N2) 가스에 한정되지 않고, 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스 등의 이너트 가스 등을 사용할 수 있다. 이러한 가스에 한하지 않고 수소(H2) 가스 등이어도 좋고, 성막 처리에 영향을 주지 않는 가스라면, 가스의 종류에 관해서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 제2 분리 가스 노즐(42)로부터, 가열한 Ar 가스 등의 불활성 가스나 H2 가스를 공급하여, 웨이퍼(W)에 흡착된 BTBAS 가스의 응축물의 일부를 기화하도록 해도 좋다.
상판(11)의 하면에는, 또한, 회전 테이블(2)에 있어서의 코어부(21)보다도 외측에서 해당 코어부(21)의 외주를 따라 환상 돌기부(5)가 형성된다. 이 환상 돌기부(5)는 돌출부(4)에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전 중심측의 부위와 연속해서 형성된다. 환상 돌기부(5)의 하면은 돌출부(4)의 하면[천정면(44)]과 동일한 높이로 형성된다. 도 2는, 천정면(45)보다도 낮고 또한 분리 가스 노즐(41, 42)보다도 높은 위치에서 상판(11)을 수평으로 절단하여 장치를 나타내는 횡단 평면도이다. 또한, 환상 돌기부(5)와 돌출부(4)는 반드시 일체인 것으로 한정되는 것이 아니며, 별체이어도 좋다.
이미 설명한 바와 같이, 진공 용기(1)의 상판(11)의 하면, 즉 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역[패인부(24)]에서 본 천정면은, 제1 천정면(44)과 이 천정면(44)보다도 높은 제2 천정면(45)이 둘레 방향으로 존재한다. 도 1에서는, 높은 천정면(45)이 설치되는 영역에 대한 종단면을 나타낸다. 도 8에서는, 낮은 천정면(44)이 설치되는 영역에 대한 종단면을 나타낸다. 부채형의 돌출부(4)의 둘레부[진공 용기(1)의 바깥 둘레측 부위)는 도 2 및 도 8에 나타내는 바와 같이 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되어 굴곡부(46)를 형성한다. 부채형의 돌출부(4)는 상판(11)측에 설치되고, 용기 본체(12)로부터 분리시킬 수 있기 때문에, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)와의 사이에는 약간의 간격이 있다. 이 굴곡부(46)도 돌출부(4)와 마찬가지로 양측으로부터 BTBAS 가스, 에탄올 가스 및 O2 가스가 침입하는 것을 방지하여, 이들 가스의 혼합을 방지할 목적으로 설치된다. 굴곡부(46)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면과의 간격, 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)와의 간격은, 회전 테이블(2)의 표면에 대한 천정면(44)의 높이(h)와 동일한 치수로 설정된다. 본 예에 있어서는, 회전 테이블(2)의 표면측으로부터는, 굴곡부(46)의 내주면이 진공 용기(1)의 내주벽을 구성한다고 볼 수 있다.
용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역(D1, D2)에 있어서는 도 8에 나타내는 바와 같이 굴곡부(46)의 외주면과 접근하여 수직면으로서 형성된다. 용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역(D1, D2) 이외의 부위에 있어서는, 도 1에 나타내는 바와 같이 예를 들면 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 바닥판(14)에 걸쳐서 종단면 형상이 사각형으로 절결되어 외측으로 움푹 패인 구조가 된다. 제1 처리 영역(91) 및 제2 처리 영역(92)에 연통되는, 이 움푹 패인 부위를 포함하는 영역을 각각 제1 배기 영역(E1) 및 제2 배기 영역(E2)이라 할 수 있다. 이들 제1 배기 영역(E1) 및 제2 배기 영역(E2)의 저부에는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 각각 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)가 형성된다. 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 밸브(65)가 설치된 배기로(63)를 통해 진공 배기 수단인 예를 들면 진공 펌프(64)에 접속된다.
이들 배기구(61, 62)는, 분리 영역(D1, D2)의 분리 작용이 확실하게 작용하도록, 상기 회전 방향에 있어서 분리 영역(D2, D1)의 각각 가까이에 배치된다. 구체적으로는, 제1 배기구(61)는, 제1 처리 영역(91)과 제2 분리 영역(D2)의 사이에서, 회전 테이블(2)의 외측의 위치에 형성된다. 제2 배기구(62)는, 제2 처리 영역(92)과 제1 분리 영역(D1)의 사이에서, 회전 테이블(2)의 외측의 위치에 형성된다. 제1 배기구(61)는 제1 반응 가스인 BTBAS 가스의 배기를 전용으로 행하도록, 제2 배기구(62)는 제2 반응 가스인 O2 가스 및 에탄올 가스의 배기를 전용으로 행한다.
본 예에서는, 제1 배기구(61)는, 반응 가스 노즐(31)과 이에 인접하는 제2 분리 영역(D2)의 측부의 연장선과의 사이에 설치된다. 또한, 제2 배기구(62)는, 플라즈마 인젝터(250)와 이에 인접하는 제1 분리 영역(D1)의 측부의 연장선과의 사이에 설치된다. 즉, 제1 배기구(61)는, 회전 테이블(2)의 중심과 제1 처리 영역(91)을 통과하는 직선(L1)(도 2에서 1점 쇄선으로 나타냄)과, 회전 테이블(2)의 중심과 제2 분리 영역(D2)의 상류측의 둘레를 통과하는 직선(L2)과의 사이에 위치한다. 제2 배기구(62)는, 회전 테이블(2)의 중심과 제2 처리 영역(92)을 통과하는 직선(L3)(도 2에서 2점 쇄선으로 나타냄)과, 회전 테이블(2)의 중심과 제1 분리 영역(D1)의 상류측의 둘레를 통과하는 직선(L4)과의 사이에 위치한다.
본 예에서는, 보조 영역(90)과 제2 처리 영역(92)과의 사이에는 분리 영역(D)이 형성되어 있지 않기 때문에, 에탄올 가스와 O2 가스는 배기구(62)에 이르기까지 서로 섞인다. 그러나, 이들 가스가 혼합되는 것이 성막 특성에 악영향을 미치지는 않는다.
또한, 배기구의 설치수는 2개에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 제2 분리 영역(D2)과 보조 가스 노즐(200) 사이에 배기구를 더 설치하여 3개로 하여도 좋다. 보조 가스 노즐(200)과 플라즈마 인젝터(250) 사이의 영역에 배기구를 설치하여도 좋다. 또한, 보조 가스 노즐(200)과 플라즈마 인젝터(250) 사이의 영역에 분리 영역(D)을 형성해도 좋다. 또한, 배기구의 설치수는 4개 이상이어도 좋다. 본 예에서는 배기구(61, 62)는 회전 테이블(2)보다도 낮은 위치에 설치함으로써 진공 용기(1)의 내주벽과 회전 테이블(2)의 둘레와의 사이의 간격으로부터 배기하도록 한다. 그러나, 배기구(61, 62)는, 진공 용기(1)의 저면부 대신에 진공 용기(1)의 측벽에 설치하여도 좋다. 또한, 배기구(61, 62)는, 진공 용기(1)의 측벽에 설치하는 경우에는, 회전 테이블(2)보다도 높은 위치에 설치하여도 좋다. 본 예에서는, 도시하는 바와 같이 배기구(61, 62)를 설치함으로써, 회전 테이블(2) 상의 가스는 회전 테이블(2)의 외측을 향해 흐르기 때문에, 회전 테이블(2)에 대향하는 천정면으로부터 배기하는 경우에 비해 파티클의 유입을 억제할 수 있다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 바닥판(14)과의 사이의 공간에는, 도 9에 나타내는 바와 같이 히터 유닛(7)이 설치되어, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 프로세스 레시피에서 정해진 온도로 가열한다. 이 히터 유닛(7)은, 웨이퍼(W)를 제1 반응 가스(BTBAS 가스)가 흡착되어 응축되는 온도로 온도 조정하기 위한 온도 조정 기구를 이루는 것이다. 회전 테이블(2)의 둘레 부근의 하방측에는, 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 배기 영역(E)에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여 있는 분위기를 구획하기 위하여, 히터 유닛(7)을 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸도록 커버 부재(71)가 설치된다. 이 커버 부재(71)는 상부 둘레가 외측으로 굴곡되어 플랜지로서 형성되고, 그 굴곡면과 회전 테이블(2)의 하면과의 사이의 간격을 작게 하여, 커버 부재(71) 내로 외측으로부터 가스가 침입하는 것을 억제하고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되는 공간보다도 회전 중심에 가까운 부위에 있어서, 바닥판(14)은, 회전 테이블(2)의 하면 및 코어부(21)에 대하여 좁은 간격을 형성하는 형상을 갖는다. 바닥판(14)을 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍에 대해서도 그 내주면과 회전축(22)과의 간격이 좁다. 이들 좁은 간격은 케이스체(20) 내의 공간에 연통된다. 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 N2 가스를 상기 좁은 간격 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 접속된다. 또한, 진공 용기(1)의 바닥판(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방측 위치에서 둘레방향의 복수 부위에, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이 접속된다.
이와 같이 퍼지 가스 공급관(72, 73)을 설치함으로써, 도 9에 퍼지 가스의 흐름을 화살표로 나타내는 바와 같이, 케이스체(20) 내로부터 히터 유닛(7)의 배치 공간에 이르기까지의 공간이 N2 가스로 퍼지된다. 이 퍼지 가스가 회전 테이블(2)과 커버 부재(71) 사이의 간격으로부터 배기 영역(E)을 통해 배기구(61, 62)에 배기된다. 이로써, BTBAS 가스, O2 가스, 에탄올 가스가, 제1 처리 영역(91) 및 제2 처리 영역(92)의 한쪽으로부터 회전 테이블(2)의 하방을 통해 다른쪽(91, 92)으로 돌아 들어가는 것이 방지된다. 이 때문에, 이 퍼지 가스는 분리 가스의 역할도 한다.
또한, 진공 용기(1)의 상판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어, 상판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 N2 가스를 공급한다. 이 공간(52)에 공급된 분리 가스는, 환상 돌기부(5)와 회전 테이블(2) 사이의 좁은 간격(50)을 통해 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 표면을 따라 둘레를 향해 토출된다. 이 환상 돌기부(5)로 둘러싸여지는 공간에는 분리 가스가 채워지므로, 제1 처리 영역(91)과 제2 처리 영역(92) 사이에서 회전 테이블(2)의 중심부를 통해 BTBAS 가스와 O2 가스 및 에탄올 가스가 혼합되는 것을 방지한다. 즉, 이 성막 장치는, 제1 처리 영역(91)의 분위기와 제2 처리 영역(92) 및 보조 영역(90)의 분위기를 분리하기 위하여 회전 테이블(2)의 회전 중심부와 진공 용기(1)에 의해 구획된 중심부 영역(C)을 구비한다. 중심부 영역(C)에는, 분리 가스로 퍼지되는 동시에 해당 회전 테이블(2)의 표면에 분리 가스를 토출하는 토출구가 상기 회전 방향을 따라 형성된다. 또한, 여기에서 말하는 토출구는, 환상 돌기부(5)와 회전 테이블(2) 사이의 좁은 간격(50)에 상당한다.
또한, 진공 용기(1)의 측벽에는 도 2 및 도 10에 나타내는 바와 같이 외부의 반송 암(10)과 회전 테이블(2)의 사이에서 웨이퍼(W)의 주고 받기를 행하기 위한 반송구(15)가 형성되고, 반송구(15)는 게이트 밸브(15G)에 의해 개폐된다. 또한, 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 패인부(24)는 이 반송구(15)에 임하는 위치에서 반송 암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 주고 받기가 행하여진다. 회전 테이블(2)의 하측에서 반송구(15)에 면하는 위치에, 패인부(24)를 관통하여 웨이퍼(W)를 아래에서 지지하는 승강 핀(16)의 승강 기구(도시 생략)가 설치된다.
또한, 이 성막 장치는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(80)와 처리 프로그램 등을 기억하는 기억부(85)를 구비한다. 제어부(80)의 메모리에는, 노즐(31, 200, 41, 42)로부터 공급되는 BTBAS 가스, 에탄올 가스 및 N2 가스의 유량이나, 진공 용기(1) 내의 처리 압력, 가열부(42f), 히터 유닛(7) 및 플라즈마 인젝터(250), 가열 램프(210)에 공급되는 전류값[웨이퍼(W)의 가열 온도나 N2 가스의 공급 온도) 등의 처리 조건이 기입되는 영역이 레시피마다 형성된다. 각 처리 프로그램은, 메모리로부터 소정의 레시피를 검색하고, 레시피에 맞추어 성막 장치의 각 부에 제어 신호를 보내고, 후술하는 각 단계를 진행시킴으로써 웨이퍼(W)의 처리를 행하도록 명령이 내장되어 있다. 이 프로그램은, 예를 들면 하드 디스크, 컴팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(85)로부터 제어부(80) 내로 판독되어진다.
다음으로, 상술한 제1 실시 형태의 작용에 대하여 도 11 내지 도 14를 참조하여 설명한다. 우선, 상기 성막 장치에서 박막을 성막하는 웨이퍼(W)에 대하여 설명한다. 이 웨이퍼(W)의 표면에는, 예를 들면 홈 형상의 오목부(230)가 복수개 평행하게 형성된다. 도 11에서는 오목부(230)가 형성된 웨이퍼(W)의 표면의 일부를 단면으로 나타낸다. 이 오목부(230)의 종횡비는 3 내지 50 정도이다. 이 오목부(패턴)(230)는, 예를 들면 STI(shallow trench isolation) 구조를 형성하기 위한 것이다. 실제로는, 예를 들면 Si 기판상에 있어서, 실리콘 질화물 등으로 이루어지는 절연막이 오목부(230) 내부에 형성된다. 예를 들면, 이 패턴은 웨이퍼(W) 상에 적층된 마스크층을 이용하여 포토 리소그래피에 의해 형성된다. 포토 리소그래피에 있어서의 처리의 오차 등에 의해, 오목부(230)는 하측 폭보다도 상측 개구폭이 큰 테이퍼부(233)나, 하단 폭보다도 상측 개구폭이 작은 역 테이퍼부(234)를 포함할 가능성이 있다. 도 11에서는, 이와 같은 오목부(230)의 형상의 불균일에 대해서는 과장되게 기재되어 있다.
다음으로, 이 웨이퍼(W)에 대한 성막 처리에 대하여 이하에 설명한다. 우선, 게이트 밸브(15G)를 열고, 성막 장치의 외부로부터 반송 암(10)에 의해 반송구(15)를 통해 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2)의 패인부(24) 내에 주고받는다. 이때, 패인부(24)가 반송구(15)에 임하는 위치에 정지하였을 때, 반송 암(10)에 의해 웨이퍼(W)를 승강 핀(16)의 상방 위치에 반입하고, 이어서 승강 핀(16)이 상승하여 이 웨이퍼(W)를 받는다. 그리고, 반송 암(10)이 진공 용기(1)의 외부로 물러나는 동시에, 승강 핀(16)을 하강시켜서 패인부(24) 내에 웨이퍼(W)를 수납한다. 이러한 웨이퍼(W)의 주고 받기를 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시키면서 반복하여, 회전 테이블(2)의 5개의 패인부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다. 다음으로, 게이트 밸브(15G)를 닫아 진공 용기(1) 내를 기밀상태로 한다. 계속해서, 회전 테이블(2)을 소정의 회전수, 예를 들면 1rpm 내지 240rpm으로 시계방향으로 회전시킨다. 또한, 밸브(65)를 모두 개방하여 진공 용기(1) 내를 진공상태로 하는 동시에, 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 설정 온도로 조정한다. 이 설정 온도는, 제1 반응 가스(BTBAS 가스)가 응축되는 온도 이하의 온도이다. 여기서 BTBAS 가스는, 1Torr 내지 8Torr 정도의 압력으로 진공처리된 진공 용기(1) 내에서는 50℃ 내지 100℃ 정도의 온도에서 응축하고 액화한다. 따라서 본 예에서는, 웨이퍼(W)는, 이 BTBAS 가스의 응축 온도 이하의 온도, 예를 들면 50℃ 내지 100℃ 정도로 온도조정된다.
한편, 플라즈마 인젝터(250)에 대하여 O2 가스를, 예를 들면 3000sccm의 유량으로 공급하는 동시에, 고주파 전원(275)으로부터 플라즈마 발생부(290)[전극(273)]에 고주파 전력을 공급한다. 이로써, 가스 활성화실(253)의 상방부에 유입된 O2 가스는 상기의 고주파 전력에 의해 플라즈마화(활성화)된 상태가 되어, 가스 토출 구멍(291)을 통해 진공 용기(1) 내의 진공 분위기에 놓여진 웨이퍼(W)를 향해 공급된다. 또한, 이때, 가열 램프(210)에 급전되어, 그 하방을 웨이퍼(W)가 통과할 때에 웨이퍼(W)의 최 표면만이 예를 들면 350℃ 이상으로 가열되도록 한다.
다음으로, 진공 용기(1) 내가 소정의 진공도로 되도록 밸브(65)의 개방도를 조정하고, 반응 가스 노즐(31)로부터 진공 용기(1) 내에, 예를 들면 100℃ 내지 150℃로 가열된 BTBAS 가스를 소정의 유량, 예를 들면 200sccm으로 공급한다. 또한, 보조 노즐(200)로부터 진공 용기(1) 내에 에탄올 가스를 소정의 유량, 예를 들면 100sccm으로 공급한다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 소정의 유량, 예를 들면 각각 10slm, 10slm으로 진공 용기(1) 내에 N2 가스를 공급한다. 또한, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72)으로부터도 소정의 유량으로 N2 가스를 중심부 영역(C) 및 이미 설명한 좁은 간격 내로 공급한다. 이때 제2 분리 가스 노즐(42)로부터는, 가열부(42f)에 의해 BTBAS 가스의 응축물의 일부를 기화시키는 온도, 예를 들면 100℃ 내지 200℃ 정도로 가열한 N2 가스를 공급한다. 또한, 제1 분리 가스 노즐(41)로부터는, 예를 들면 상온의 N2 가스가 공급된다.
이렇게 해서 제1 처리 영역(91)을 통과할 때에, 웨이퍼(W)는 이미 설명한 설정 온도 50℃ 내지 100℃로 유지되어 있다. 이 상태에서, 반응 가스 노즐(31)로부터 웨이퍼 온도보다도 높은 100℃ 내지 150℃로 가열된 BTBAS 가스를 공급한다. 웨이퍼 표면은, BTBAS 가스의 응축 온도 이하이기 때문에, 웨이퍼 표면에 접촉한 BTBAS 가스는 해당 웨이퍼 표면에 의해 냉각되어 응축된다(응축 단계, 도 12 참조). 이때, 도 13a에 나타내는 바와 같이, 오목부(230)의 입구 표면이나 측벽에 있어서도 BTBAS 가스는 흡착되어 응축되는데, 액화된 BTBAS(235)는, 중력에 의해 입구 표면이나 측벽으로부터 하방측으로 이동하기 쉽다. 이로써 오목부(230)에 있어서는, 그 입구 표면이나 측벽보다도 저부에 액화된 BTBAS(235)가 보다 많이 응축되는 상태가 된다.
계속해서 웨이퍼(W)는 제2 분리 가스 노즐(42)의 하방측을 통과하고, 이때 웨이퍼(W) 표면에 대하여 100℃ 내지 200℃로 가열된 N2 가스(핫 N2 가스)가 공급된다. 웨이퍼(W) 표면에서 응축된 BTBAS(235)에 가열된 N2 가스가 공급되면, 액상의 BTBAS, 즉 BTBAS의 응축물의 일부가 가열되어 기화해 간다(기화 단계).
여기서 오목부(230)에 있어서는, 이미 설명한 바와 같이, 액화한 BTBAS(235)의 응축물은 다른 부위에 비해 저부 쪽이 많으므로, N2 가스에 의한 가열에 의해, 입구 표면이나 측벽에 응축된 BTBAS(235)는 기화되어 제거되어 간다. 그러나, 도 13b에 나타내는 바와 같이, 상기 저부에는 충분히 기화되지 않고 응축된 BTBAS(235)가 잔존한다. 이는 이른바 오목부(230)의 저부에 응축된 BTBAS(235)를 선택적으로 퇴적시키게 된다.
이 기화 단계에 있어서, 이미 설명한 바와 같이, BTBAS 부착물(응축물)은, 오목부(230) 이외의 표면 및 오목부(230)의 측벽상의 부분은 모두 비산되고, 오목부(230)의 저부 상의 부분만이 남는다. 그러나, 가열 온도나 가열 시간에 따라서는, 저부 이외의 영역에 있어서 BTBAS 부착물 전부가 비산되지 않고 일부가 남는 경우도 있다. 어느 경우든, BTBAS 부착물은 오목부(230)의 저부에 가능한 한 많이 남기는 한편, 저부 이외에는 가능한 한 기화시키는 것이 바람직하다. 또한, 제1 반응 가스가 웨이퍼(W)의 표면에 화학 흡착하는 경우에는, 기화 단계에 있어서 반응 가스는 모두 비산되지 않고, 오목부의 측벽이나 오목부 이외의 웨이퍼(W)의 표면에 적어도 반응 가스의 1분자층이 흡착된 상태가 된다.
계속해서 웨이퍼(W)는 보조 영역(90)을 통과해 가고, 이때 웨이퍼(W) 표면에 대하여, 예를 들면 50℃ 내지 100℃로 온도 조정된 에탄올 가스가 공급된다. 이 에탄올 가스는, 이미 설명한 바와 같이 웨이퍼(W)에 흡착된 BTBAS 가스의 응축물(액화된 가스)을 해당 응축물보다도 기화하기 어려운 중간 생성물로 바꾸기 위한 보조 가스이다.
구체적으로는, 에탄올 가스의 공급에 의해, 오목부(230) 내의 BTBAS가 이하의 반응식 (1)에 따라서 반응하여(실라놀화 되어), t-부틸아민(CH3C-NH2)과 중간 생성물인 실록산 중합체(-(Si-O)n-)(236)를 생성한다.
BTBAS+C2H5OH→(-(Si-O)n-)+CH3C-NH2 ↑···（1)
상기 실록산 중합체(236)는, 수산기를 포함하는 클러스터 상태의 생성물이며, BTBAS 가스의 응축물보다도 기화하기 어렵다. 이렇게 해서 오목부(230) 내에 흡착된 BTBAS는 기화되지 않도록 고정된다(실라놀화 단계). 또한, 이 실록산 중합체(236)과 함께 생성된 유기물은, 예를 들면 기화하여 웨이퍼(W)의 상방을 향해 배제된다.
이어서, 웨이퍼(W)는 플라즈마 인젝터(250)의 하방 영역인 제2 처리 영역(92)을 통과해 가고, 이때 웨이퍼(W) 표면에 대하여 O2 가스의 플라즈마(활성화된 O2 가스)가 조사된다. 이 산소 플라즈마에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에서는 상기 실록산 중합체(236)가 산화되어, 실리콘과 산소를 포함하는 반응 생성물인 예를 들면 막두께가 0.1nm 정도인 실리콘 산화막(SiO2막)(237)이 형성된다(산화 단계).
여기서 웨이퍼(W)는 BTBAS 가스의 응축 온도 이하의 온도로 온도 조정되기 때문에, 통상의 수법으로 O2 가스나 오존(O3) 가스를 공급하여도, 실록산 중합체의 산화 반응을 진행시킬 수 없다. 본 예에서는, 플라즈마 인젝터(250)에 의해 O2 가스를 활성화하여 웨이퍼(W) 표면에 공급하기 때문에, BTBAS의 응축물과 반응하여, 웨이퍼(W) 온도가 낮아도 충분히 BTBAS의 응축물의 산화 반응이 진행된다. 또한, 실리콘 산화막(237)과 함께 생성된 유기물 등의 불순물은, 예를 들면 기화하여 웨이퍼(W)의 상방으로 배기되어 간다. 또한, 실리콘 산화막(237)에 O2 플라즈마를 조사함으로써, 실리콘 산화막(237) 중의 불순물의 제거나 실리콘 산화막(237)의 치밀화를 꾀할 수도 있다.
그 후, 웨이퍼(W)는 가열 램프(210)의 하방 영역을 통과해 가고, 이때 가열 램프(210)로부터 웨이퍼(W)에 복사열이 공급되어, 상기 반응 생성물인 실리콘 산화막(237)을 개질하기 위한 어닐링 처리가 행하여진다. 이때, 웨이퍼(W)의 표층 부분은 단번에 예를 들면 350℃까지 상승하여, 해당 사이클에서 형성된 실리콘 산화막(237) 내에 남아있던 수분이나 탄소 성분이 기화하여 배출된다. 이렇게 해서 실리콘 산화막(237)은, 이른바 바싹 구워진 듯한 상태가 되어 막(237)의 결합이 강고해져 치밀화되어 간다. 또한, 실리콘 산화막(237) 내에 유기물 등의 불순물이 남아 있어도, 이 어닐링 처리에 의해 상기 불순물이 기화하여 해당 실리콘 산화막(237)으로부터 이탈되어 배출된다.
그 후, 웨이퍼(W)가 가열 램프(210)의 하방 영역으로부터 하류측으로 이동하면, 이때 제1 분리 가스 노즐(41)로부터 예를 들면 상온의 N2 가스가 웨이퍼(W) 표면에 대하여 분무되고, 웨이퍼(W)의 표층부는 온도가 내려간다. 이때, 이미 설명한 바와 같이, 오목부(230)의 저부에는, 응축 단계 및 기화 단계에 있어서 선택적으로 BTBAS가 응축되기 때문에, 기판 표면 및 오목부 측부에 비해 저부측의 실리콘 산화막 두께가 커진다.
이렇게 해서, 회전 테이블(2)을 회전시킴으로써, BTBAS의 응축(응축 단계), BTBAS의 재 기화(기화 단계), 실록산 중합체의 생성(실라놀화 단계), 반응 생성물[실리콘 산화막(237)]의 형성(산화 단계), 실리콘 산화막(237)의 개질(어닐링 단계)을 반복해서 행하여, 오목부(230)의 저부측으로부터 순서대로 성막해 간다. 그리고, 회전 테이블(2)의 회전(사이클)을 다수회 예를 들면 20회 행함으로써, 오목부(230) 바닥이 상승되도록 하면서 성막되어 간다. 이로써, 도 14에 나타내는 바와 같이, 오목부(230) 내에 실리콘 산화막(237)이 채워진다.
상기 사이클을 반복하는 경우, 웨이퍼(W)가 가열 램프(210)의 하방측을 통과할 때, 일단 웨이퍼(W)의 표면 온도가 상승한다. 그러나, 제1 분리 영역(D1)을 통과할 때 상온의 N2 가스가 웨이퍼(W) 표면에 대하여 공급되고, 이 N2 가스에 의해 웨이퍼(W) 표면이 냉각된다. 이렇게 해서 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(91)에 도달할 때에는, 웨이퍼(W) 온도가 BTBAS 가스의 응축 온도 이하, 예를 들면 50℃ 내지 100℃로 온도 조정된 상태가 된다.
이미 설명한 바와 같이 , 반응 생성물인 실리콘 산화막(237)은, 오목부(230)의 저부 상의 선택적인 BTBAS(235)의 응축에 의해, 사이클마다 오목부(230)의 저부로부터 단계적으로 성막되어 가므로, 오목부(230)는 간격이 없는 상태로 막에 의해 채워진다. 이때, 오목부(230)가 하측 폭보다도 상측 개구폭이 넓은 테이퍼부(233)나, 하단 폭보다도 상측 개구폭이 좁은 역 테이퍼부(234)를 포함하는 경우라도 문제가 생기지 않는다. 즉, 액화한 BTBAS(235)가 중력에 의해 상기 테이퍼를 따라 하방측으로 이동해 가므로, 오목부(230)에서는 저부로부터 단계적으로 성막되어 가, 간격이 없는 상태로 막의 매립이 종료된다. 또한, 실리콘 산화막(237) 중의 불순물에 관해서는, 각 사이클에서 형성되는 불순물을 함유할 가능성이 있는 실리콘 산화막(237)은 지극히 얇기 때문에, 산소 플라즈마의 조사나 어닐링 처리에 의해 상기 불순물이 신속하게 배출된다.
즉, 오목부의 형상에 관계없이, 그 저부로부터 서서히 실리콘 산화막을 쌓아 올리기 때문에, 종래의 CVD법에서 문제가 되었던 간격을 없앤 막의 매립이 가능해 진다. 또한, 1사이클마다 막중 불순물을 저감시키므로, 고품질의 실리콘 산화막을 형성할 수 있게 된다.
또한, 상술한 일련의 공정 중, 제1 처리 영역(91)과, 보조 영역(90) 및 제2 처리 영역(92)과의 사이의 영역에 있어서 N2 가스를 공급한다. 또한, 중심부 영역(C)에 있어서도 분리 가스인 N2 가스를 공급한다. 이 때문에, 도 15에 나타내는 바와 같이, BTBAS 가스와, 에탄올 가스 및 O2 가스가 서로 혼합되지 않도록 각 가스가 배기되어진다. 또한, 분리 영역(D1, D2)에 있어서는, 굴곡부(46)와 회전 테이블(2)의 외측 단부면과의 사이의 간격이 이미 설명한 바와 같이 좁아지므로, BTBAS 가스와, 에탄올 가스 및 O2 가스는, 회전 테이블(2)의 외측을 통하여도 혼합되지 않는다. 따라서, 제1 처리 영역(91)의 분위기와, 보조 영역(90) 및 제2 처리 영역(92)의 분위기가 완전히 분리되어, BTBAS 가스는 배기구(61)로, 또한 에탄올 가스 및 O2 가스는 배기구(62)로 각각 배기된다. 그 결과, BTBAS 가스, 에탄올 가스 및 O2 가스가 이들 분위기 중에서도 서로 섞이지 않는다.
또한, 본 예에서는, 이미 설명한 바와 같이, 제1 및 제2 처리 영역(91, 92)의 근방에 있어서, 제2 천정면(45)의 하측에서 용기 본체(12)의 내주벽이 외측으로 움푹 패여, 제1 및 제2 배기 영역(E1, E2)이 추가적으로 형성된다. 이 추가적인 영역에 배기구(61, 62)가 위치하므로, 제1 천정면(44)의 하방측의 협소한 공간 및 중심부 영역(C)의 각 압력보다도 제2 천정면(45)의 하방측의 공간의 압력이 더 낮아진다. 또한, 회전 테이블(2)의 하방측을 N2 가스에 의해 퍼지하기 때문에, 배기 영역(E)에 유입된 가스가 회전 테이블(2)의 하방측을 빠져나가 다른 영역으로 흘러들어 갈, 예를 들면 BTBAS 가스가 O2 가스 공급부로 흘러들어 갈 우려가 전혀 없다.
즉, 진공 용기(1) 내에서의 BTBAS 가스와 에탄올 및 O2 가스에 의한 기상 반응이 일어나지 않기 때문에, 반응 부생성물의 발생이 지극히 적고, 그에 의한 파티클 발생의 문제를 극히 적게 할 수 있다.
또한, 회전 테이블(2)에는 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라 웨이퍼(W)가 각각 배치되는 패인부(24)가 5군데에 배치되고, 상기 영역(91, 90, 92)을 웨이퍼(W)가 순서대로 통과하도록 되어 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)는 BTBAS 가스가 흡착되기 전에 에탄올 가스나 활성화된 O2 가스가 공급되거나, 혹은 가열 램프(210)에 의해 가열되는 경우도 있지만, 특별히 성막에는 악영향을 끼치지 않는다.
이렇게 해서 성막 처리가 종료되면, 가스의 공급을 정지하고 진공 용기(1) 내를 진공 배기한다. 그 후, 회전 테이블(2)의 회전을 정지하여 각 웨이퍼(W)를 반입시와 반대 동작에 의해 순차적으로 반송 암(10)에 의해 진공 용기(1)로부터 반출한다.
<제2 실시 형태>
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서, 도 16 및 도 17a, 도 17b를 참조하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 제2 반응 가스 공급 수단으로서, 플라즈마 인젝터(250) 대신에 오존 활성화 인젝터(370)가 이용된다. 상기 오존 활성화 인젝터(370)는, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 연장되도록 배치된다. 도 17a, 도 17b에 나타내는 바와 같이, 인젝터(370)는, 오존 가스를 공급하기 위한 가스 노즐(371)과, 이 가스 노즐의 내부에 설치된 세라믹 히터(372)를 구비한다. 가스 노즐(371)은, 반응 가스 노즐(31) 등과 마찬가지로, 예를 들면 진공 용기(1)의 측벽으로부터 회전 테이블(2)의 회전 중심을 향해 웨이퍼(W)에 대향하여 라인 형상으로 수평하게 연장된다. 이 가스 노즐의 기단부인 가스 도입 부분(373)은 진공 용기(1)의 측벽의 외측에 배치된다. 이 가스 노즐(371)에는, 밸브(374)나 유량 조정부(375)가 설치된 가스 공급관(376)에 의해, 제2 반응 가스인 오존(O3) 가스의 공급원(377)이 접속된다.
또한, 이 가스 노즐(371)에는, 그 하방측에 반응 가스를 토출하기 위한 가스 토출 구멍(378)이 바로 아래를 향해서 형성된다. 가스 토출 구멍(378)은, 예를 들면 구경이 0.5mm로, 노즐의 길이 방향[회전 테이블(2)의 반경 방향]에 걸쳐서 예를 들면 10mm의 간격을 두고 등간격으로 배열된다.
가스 노즐(371)의 내부에는, 봉 형상의 예를 들면 세라믹스제의 히터(372)가 해당 가스 노즐(371)의 기단측으로부터 선단측을 향해, 해당 가스 노즐(71)과 동심원상으로 삽입된다. 이들 히터(372)와 가스 노즐(371)의 내벽면과의 사이에는, 예를 들면 1mm 정도의 간격이 형성되고 해당 간격에 O3 가스가 도입된다. 또한, 히터(372)에는, 그 기단측에 급전선(379)을 통해 전원부(380)가 접속된다.
상기 히터(372)는, 가스 노즐(371)에 공급된 O3 가스를 O3의 라디컬을 생성하는 온도 이상의 온도, 예를 들면 250℃ 정도로 가열한다. 이렇게 해서 가스 노즐(371)에 공급된 O3 가스는, 가스 노즐(371) 내의 간격을 통류할 때, 히터(372)에 의해 250℃ 정도의 온도로 가열되어 O3 라디컬이 생성된다. 생성된 O3 라디컬은, 토출 구멍(378)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)에 공급된다.
이와 같이, 해당 실시 형태에서는, O3 가스가 미리 250℃ 정도의 온도로 예비 가열되어, O3의 라디컬이 생성된 상태로 웨이퍼(W)에 공급된다. 이 때문에, 웨이퍼(W) 온도가 50℃ 내지 100℃ 정도로 O3의 활성 포인트보다도 낮은 온도라도, 실록산 중합체의 산화 반응을 효율적으로 진행시킬 수 있다.
<제3의 실시 형태>
다음으로, 본 발명의 제3의 실시 형태에 대해서 도 18을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 분리 가스 노즐(41, 42)과는 별개로, 가열 가스인 가열한 N2 가스를 웨이퍼(W) 표면을 향해 공급하는 가열 가스 노즐(480)을 설치하도록 해도 좋다. 본 예에서는, 가열 가스 노즐(480)은, 제2 분리 영역(D2)과 보조 가스 노즐(200)과의 사이에 설치되며, 이미 설명한 제2 분리 가스 노즐(42)과 마찬가지로 구성된다. 도에서 480a는 커플러, 480b는 가스 공급관, 480c는 밸브, 480d는 유량 조정부, 480e는 N2 가스의 공급원, 480f는 가열부이다. 이와 같이 가열 가스 노즐(480)을 설치한 경우에는, 제2 분리 가스 노즐(42)의 가스 공급관(42b)으로부터 가열한 분리 가스를 공급할 필요가 없다. 이 때문에, 본 예에서는, 해당 분리 가스 노즐(42)로부터는 예를 들면 상온의 분리 가스가 공급된다. 또한, 이 가열 가스 노즐(480)의 배치 장소는, 상술한 예에 한하지 않고, 반응 가스 노즐(31)과 보조 가스 노즐(200)의 사이라면, 제2 분리 가스 노즐(42)의 하류측, 상류측 중 어느 위치에 설치하여도 좋다.
<변경예>
상기의 각 예에 있어서는, 보조 가스 노즐(200)로부터 공급하는 보조 가스로서 에탄올 가스를 이용하였다. 그러나, 보조 가스는, 다른 알코올 예를 들면 메탄올(CH3OH) 등이나 혹은 순수(H2O)나 과산화 수소수(H2O2) 등이어도 좋다. 즉, 보조 가스는, 수산기(OH기)를 갖는 화합물의 가스이면 된다. 예를 들면, 보조 가스로서 순수를 사용한 경우에는, 이 순수의 가스와 웨이퍼(W)의 표면에 응축된 BTBAS 가스는, 예를 들면 이하의 반응식 (2)에 따라서 반응하여 실라놀화한다.
BTBAS+H2O→(-SiO-)n+CH3C-NH2 ↑···（2)
이 반응에 있어서 생성하는 중간 생성물인(-SiO-)n은, 이미 설명한 실록산 중합체와 마찬가지로, BTBAS의 응축물보다도 기화하기 어려운 생성물이다.
또한, 본 발명에 있어서는, 반드시 실라놀화 단계를 행할 필요가 없다. 기화 단계에 의해 오목부(230)의 저부에 선택적으로 흡착시킨 액화 BTBAS에 대하여 산소 플라즈마의 조사 또는 활성화한 O3 가스의 공급을 행하여, 상기 액화 BTBAS의 산화 단계를 행하도록 하여도 좋다. 이 경우에는, 분리 가스 노즐(42)의 하류측에는 보조 가스 노즐(200)을 설치하지 않고, 플라즈마 인젝터(250)[또는, 오존 가스 활성화 인젝터(370)]와 가열 램프(210)가 설치된다. 이와 같이, BTBAS 가스의 응축 단계→가열한 N2 가스에 의한 기화 단계→산소 플라즈마의 조사 또는 활성화한 오존 가스 공급에 의한 산화 단계를 반복함으로써도, 오목부(230)의 저부측의 성막을 선택적으로 많게 함으로써 막의 매립 특성이 개선된다.
또한, 제1 분리 영역(D1)에서 공급되는 분리 가스의 온도는 반드시 상온이 아니어도 좋다. 가열 램프(210)의 하방측 영역에서 가열된 웨이퍼(W)의 온도가, 웨이퍼(W)가 제1 분리 영역(D1)을 통해 제1 처리 영역(91)에 도달할 때까지, BTBAS 가스의 응축 온도 이하의 온도로 조정되면 된다. 이 경우, 회전 테이블(2)의 회전수나 반응 노즐(31)의 위치, 제1 분리 영역(D1)의 크기, 제1 가열 램프(210)의 위치, 가열 램프(210)에 의한 웨이퍼 가열 온도 등을 고려하여, 상기 분리 가스의 공급 온도가 설정된다.
또한, 산소 플라즈마에 의해 산화 단계를 실행하는 경우에는, 산소 가스와 함께 플라즈마 발생용 가스로서 Ar가스 또는 Ar가스와 H2 가스의 혼합 가스를 이용해도 좋다. 이 Ar 가스를 이용한 경우에는, 막중에 SiO2 결합을 만들어, SiOH 결합을 없애는 효과를 얻을 수 있다.
상기의 예에 있어서는, 성막 처리 중에 가열 램프(210)에 급전을 계속하여, 회전 테이블(2)의 각 회전마다(각 사이클마다) 반응 생성물에 대하여 가열 램프(210)에 의한 가열 처리를 행한다. 그러나, BTBAS 가스의 응축 단계, 기화 단계, 실라놀화 단계(생략해도 좋음), 산화 단계를 복수회 예를 들면 20회 반복한 후에 가열 램프(210)에 급전하여 가열 처리를 행하도록 해도 좋다.
이 경우에는, 회전 테이블(2)을 복수회 회전시켜서 반응 생성물의 적층을 복수회 행한 후, 분리 가스 이외의 각 가스의 공급을 정지시키는 동시에 가열 램프(210)를 온으로 한다. 그리고, 이 상태에서 회전 테이블(2)을 1회전 시켜 각 웨이퍼(W)를 순서대로 가열 램프(210)의 하방측을 통과시킨다. 이러한 예에 의해서도 양호한 막질을 얻을 수 있다.
또한, 분리 영역(D)의 천정면(44)에 있어서, 분리 가스 노즐(41, 42)에 대하여 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측 부분은, 바깥 둘레에 위치하는 부위일수록 상기 회전 방향의 폭이 큰 것이 바람직하다. 그 이유는, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 상류측으로부터 분리 영역(D)을 향한 가스의 흐름이 바깥 둘레에 가까울 수록 빠르기 때문이다. 이러한 관점에서 보면, 상술한 바와 같이 돌출부(4)를 부채형으로 구성하는 것은 효과적인 방책이다.
분리 가스 공급 수단에 있어서의 회전 방향 양측에 낮은 천정면(44)을 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 분리 가스 노즐(41, 42)의 양측에 돌출부(4)를 형성하지 않고, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 하방을 향해 N2 가스를 분출하여 가스 커튼을 형성하고, 이 가스 커튼에 의해 제1 처리 영역(91)과 제2 처리 영역(92)을 분리하도록 해도 좋다.
웨이퍼(W)를 제1 반응 가스가 흡착되어 응축되는 온도로 온도 조정하기 위한 온도 조정 기구는, 램프 가열 장치이어도 좋다. 온도 조정 기구는 회전 테이블(2)의 하방측에 설치하는 대신에 회전 테이블(2)의 상방측에 설치하여도 좋고, 상하 양쪽에 설치하여도 좋다. 또한, 가스 종류에 따라서 웨이퍼(W)의 온도를 실온보다 아래로 설정할 필요가 있는 경우에는, 진공 용기(1)에 칠러나 액체 질소를 사용하는 냉각 기구를 설치할 수 있다.
각 노즐(31, 200, 41, 42) 및 플라즈마 인젝터(250)[오존 활성화 인젝터(370)], 가열 램프(210)의 설치 위치는 적절히 변경할 수 있다. 이들은, 각각의 반응 가스가 서로 섞이지 않도록 배기되면서, 웨이퍼(W)의 표면에 BTBAS가 흡착되어 응축하고, 그 후 가열한 N2 가스에 의해 재 기화하고, 에탄올 가스에 의해 중간 생성물이 생성되고, 계속해서 산소 플라즈마나 O3 가스의 라디컬에 의해 중간 생성물이 산화되는 사이클이 다수회 반복되는 구성이면 좋다.
또한, 가열 램프(210) 대신에 플라즈마 인젝터(250)를 이용하여 웨이퍼(W) 상의 반응 생성물을 개질하도록 하여도 좋다. 이러한 변경예는 특히 제2 반응 가스 공급 수단으로서 오존 활성화 인젝터를 사용하였을 경우에 유효하다. 플라즈마에 의한 개질에서는, 3차원적으로 결합하는 Si-O-Si 결합이 형성되기 때문에, 에칭 내성 등의 막질 향상이 가능해진다. 이 경우, 플라즈마 인젝터(250)는, 웨이퍼(W) 상의 반응 생성물을 개질하기 위해서 산소를 포함하는 가스를 플라즈마화 하여 공급하는 산소 플라즈마 공급 수단에 상당한다.
제1 반응 가스로는 BTBAS에 한하지 않고, TEOS(테트라에톡시실란)나 DIPAS(디이소프로필아미노실란), 3DMAS(트리스디메틸아미노실란)를 이용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 회전 테이블(2)에 1개의 웨이퍼(W)를 적재하는 경우에도 적용할 수 있다.
추가적인 이점 및 변경들은 당 업계의 숙련자들에게 용이하게 착안될 것이다. 그러므로, 보다 넓은 관점에서의 본 발명은 본 명세서에 도시되고 설명된 특정 설명 및 대표적인 실시예들에 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구범위 및 그와 균등물 의해 정의된 바와 같은 일반적인 본 발명의 개념의 사상 또는 범주를 벗어나지 않는 한 다양한 변경들이 이루어질 수도 있다.

Claims (20)

  1. 제1 및 제2 반응 가스를 사용하여 피처리체 상에 박막을 형성하는 반도체처리용 성막 장치이며,
    진공 용기와,
    상기기 진공 용기를 배기하는 배기계와,
    상기 진공 용기 내에 설치되고, 상기 피처리체를 적재하기 위한 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블을 회전시키기 위한 회전 기구와,
    상기 회전 테이블 상의 상기 피처리체를, 상기 제1 반응 가스를 응축시키는 온도로 설정하기 위한 온도 조정 기구와,
    상기 진공 용기 내에 설치되고, 상기 회전 테이블 상의 상기 피처리체에 상기 제1 반응 가스를 공급하여 상기 피처리체 상에 상기 제1 반응 가스의 응축물을 흡착시키는 제1 반응 가스 공급부와,
    상기 진공 용기 내에 설치되고, 상기 회전 테이블 상의 상기 피처리체를 가열하여 상기 응축물의 일부를 기화시키는 기화부와,
    상기 진공 용기 내에 설치되고, 상기 회전 테이블 상의 상기 피처리체에 상기 제2 반응 가스를 활성화된 상태로 공급하여 상기 응축물과 반응시켜서 반응 생성물을 생성하는 제2 반응 가스 공급부,
    를 구비하고, 상기 제1 반응 가스 공급부, 상기 기화부, 및 상기 제2 반응 가스 공급부는, 상기 회전 테이블의 회전 방향에 따라 이 순서대로 배치되는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 반응 가스 공급부는, 상기 제2 반응 가스를 플라즈마화 또는 가열하는 활성화 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 장치는, 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따라, 상기 기화부와 상기 제2 반응 가스 공급부와의 사이에, 상기 회전 테이블 상의 상기 피처리체에 흡착하는 상기 응축물을 보다 기화하기 어려운 2차 물질로 변환하기 위한 보조 가스를 공급하는 보조 가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 반응 가스는 실리콘 소스 가스이며, 상기 보조 가스는, 상기 응축물을, 상기 2차 물질로서 수산기 및 수분 중 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 물질로 변환하는 가스인 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 장치는, 상기 회전 테이블 상의 상기 피처리체를 가열하여 상기 반응 생성물을 개질하는 개질용의 가열부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 반응 가스 공급부는, 상기 제2 반응 가스를 플라즈마화하는 활성화 기구를 포함하고, 상기 활성화 기구는, 상기 반응 생성물을 개질 하는 플라즈마 공급부로서도 기능하는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 장치는, 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따라, 상기 제2 반응 가스 공급부와 상기 제1 반응 가스 공급부와의 사이, 및 상기 제1 반응 가스 공급부와 상기 제2 반응 가스 공급부와의 사이에, 각각 상기 회전 테이블 상의 상기 피처리체에 가스 분위기를 분리하는 불활성 가스로 이루어지는 분리 가스를 공급하는 제1 및 제2 분리부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 장치는, 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따라, 상기 제2 반응 가스 공급부와 상기 제1 반응 가스 공급부와의 사이, 및 상기 제1 반응 가스 공급부와 상기 보조 가스 공급부와의 사이에, 각각 상기 회전 테이블 상의 상기 피처리체에 가스 분위기를 분리하는 불활성 가스로 이루어지는 분리 가스를 공급하는 제1 및 제2 분리부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 기화부는, 상기 제2 분리부를 겸용하고, 상기 회전 테이블 상의 상기 피처리체에 상기 분리 가스를 가열한 상태로 공급하는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  10. 제3항에 있어서, 상기 진공 용기는, 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따라, 상기 보조 가스 공급부와 상기 제2 반응 가스 공급부와의 사이에 형성된 반송구를 가지고, 상기 반송구를 통해 상기 진공 용기의 외측의 위치와 상기 회전 테이블과의 사이에서 상기 피처리체가 반입 및 반출되는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 회전 테이블은, 상기 피처리체를 지지하기 위한 복수의 지지 핀을 구비하고, 상기 지지 핀은, 상기 회전 테이블에 대하여 상기 피처리체가 반입 및 반출되는 것을 보조하도록 승강 가능한 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 배기계는, 상기 회전 테이블보다도 반경 방향 외측의 위치에 있어서 상기 진공 용기 내에 개구하는 배기구를 가지는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 온도 조정 기구는, 상기 진공 용기 내에서 상기 회전 테이블의 하방에 설치된 히터를 가지는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 히터보다도 반경 방향 외측에 있어서 상기 진공 용기의 저부로부터 상기 회전 테이블의 하면 근방의 위치까지 커버 부재가 설치되어 히터 수납 공간이 규정되고, 상기 히터 수납 공간에 불활성 가스로 이루어지는 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급계가 접속되는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 반응 가스 공급부는, 상기 진공 용기 내에서 상기 회전 테이블의 상방에 설치되고 또한 상기 제1 및 제2 반응 가스를 각각 아래쪽으로 공급하는 제1 및 제2 반응 가스 노즐을 각각 가지는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 기화부는, 상기 진공 용기 내에서 상기 회전 테이블의 상방에 설치되고 또한 가열된 불활성 가스를 아래쪽으로 공급하는 가스 노즐을 가지는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  17. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 분리부의 각각은, 상기 진공 용기 내에서 상기 회전 테이블의 상방에 설치되고 또한 상기 분리 가스를 아래쪽으로 공급하는 분리 가스 노즐을 가지며, 상기 회전 테이블의 회전 방향에 따른 상기 분리 가스 노즐의 양측에 있어서, 상기 진공 용기의 천정이 낮아지는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  18. 제5항에 있어서, 상기 개질용 가열부는, 상기 진공 용기 내에서 상기 회전 테이블의 상방에 설치된 개질 히터를 가지며, 상기 개질 히터는, 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따라, 상기 제2 반응 가스 공급부와 상기 제1 반응 가스 공급부의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 장치는, 상기 진공 용기 내에서 상기 회전 테이블의 중심의 상방에 설치되고, 가스 분위기를 분리하는 불활성 가스로 이루어지는 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 회전 테이블은, 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따라 복수의 피처리체를 나란히 배치하는 것을 특징으로 하는, 반도체 처리용 성막 장치.
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