KR20110074713A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR20110074713A
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 기판에 대해 플라즈마에 의해 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 그 내부에서 상기 기판에 대해 상기 플라즈마에 의해 처리가 행해지는 진공 용기와, 상기 진공 용기 내에 설치되고, 기판을 적재하기 위한 복수의 기판 적재 영역이 형성된 회전 테이블과, 이 회전 테이블을 회전시키는 회전 기구와, 상기 기판 적재 영역에 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 기판 적재 영역의 통과 영역에 대향하는 위치에 있어서 상기 회전 테이블의 중앙부측과 외주측 사이에 막대 형상으로 신장되도록 설치되고, 상기 가스에 에너지를 공급하여 플라즈마화하기 위한 주 플라즈마 발생부와, 이 주 플라즈마 발생부에 대해 상기 진공 용기의 주위 방향으로 이격되어 설치되고, 당해 주 플라즈마 발생부에 의한 플라즈마의 부족분을 보상하기 위한 보조 플라즈마 발생부와, 상기 진공 용기 내를 진공 배기하는 진공 배기 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

Description

플라즈마 처리 장치 {PLASMA PROCESS APPARATUS}
본 출원은 2009년 12월 25일 및 2010년 6월 17일 출원된 우선권 주장 일본 특허 출원 제2009-295110호 및 제2010-138669호에 기초하는 것이며, 그 전체 내용은 본원에 원용된다.
본 발명은, 진공 용기 내에서 기판에 대해 플라즈마에 의해 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스의 하나인, 진공 분위기하에서 반응 가스에 의해 기판에 박막을 성막하기 위한 장치로서, 복수의 반도체 웨이퍼 등의 기판을 적재대에 적재하여, 반응 가스 공급 수단에 대해 기판을 상대적으로 공전시키면서 성막 처리를 행하는 성막 장치가 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허 공보 제7,153,542호, 일본 특허 제3144664호 공보 및 미국 특허 공보 제6,634,314호에는, 이러한 종류의 말하자면 미니 뱃치 방식의 성막 장치가 기재되어 있고, 이러한 성막 장치는, 예를 들어 반응 가스 공급 수단으로부터 기판에 대해 복수 종류의 반응 가스를 공급하는 동시에, 이들 복수 종류의 반응 가스가 각각 공급되는 처리 영역끼리의 사이에 예를 들어 물리적인 격벽을 설치하거나, 혹은 불활성 가스를 에어 커튼으로서 분출시킴으로써, 이들 복수의 반응 가스끼리가 서로 혼합되지 않도록 하여 성막 처리를 행하도록 구성되어 있다. 그리고 이 성막 장치를 사용하여, 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 교대로 기판에 공급하여 원자층 혹은 분자층을 적층해 가는, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)나 MLD(Molecular Layer Deposition) 등을 행하고 있다.
한편, 상술한 ALD(MLD)법에 의해 박막의 성막을 행하면, 성막 온도가 낮은 경우에는, 예를 들어 반응 가스에 포함되어 있는 유기물이나 수분 등의 불순물이 박막 중에 도입되어 버리는 경우가 있다. 이러한 불순물을 막 중으로부터 외부로 배출하여 치밀하고 불순물이 적은 박막을 형성하기 위해서는, 웨이퍼에 대해 예를 들어 플라즈마 등을 사용한 개질 처리를 행할 필요가 있지만, 박막을 적층한 후에 이 개질 처리를 행하면 공정이 증가하기 때문에 비용 상승으로 이어져 버린다. 따라서, 진공 용기 내에 있어서 이러한 플라즈마 처리를 행하는 방법도 생각할 수 있지만, 그 경우에는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부를 반응 가스 공급 수단과 함께 적재대에 대해 상대적으로 회전시키게 되므로, 적재대의 반경 방향에 있어서 웨이퍼가 플라즈마에 접촉하는 시간에 차이가 발생하여, 예를 들어 적재대의 중앙측과 주연측에 있어서 개질의 정도가 고르지 않게 될 우려가 있다. 그 경우에는, 웨이퍼의 면내에 있어서 막질이나 막 두께에 편차가 발생하거나, 혹은 웨이퍼에 부분적으로 손상을 부여해 버리게 된다. 또한, 플라즈마 발생부에 큰 전력이 공급되는 경우에는, 당해 플라즈마 발생부가 바로 열화되어 버릴 우려도 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 기판에 대해 플라즈마에 의해 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 그 내부에서 상기 기판에 대해 상기 플라즈마에 의해 처리가 행해지는 진공 용기와, 상기 진공 용기 내에 설치되고, 기판을 적재하기 위한 복수의 기판 적재 영역이 형성된 회전 테이블과, 이 회전 테이블을 회전시키는 회전 기구와, 상기 기판 적재 영역에 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 기판 적재 영역의 통과 영역에 대향하는 위치에 있어서 상기 회전 테이블의 중앙부측과 외주측 사이에 막대 형상으로 신장되도록 설치되고, 상기 가스에 에너지를 공급하여 플라즈마화하기 위한 주 플라즈마 발생부와, 이 주 플라즈마 발생부에 대해 상기 진공 용기의 주위 방향으로 이격되어 설치되고, 당해 주 플라즈마 발생부에 의한 플라즈마의 부족분을 보상하기 위한 보조 플라즈마 발생부와, 상기 진공 용기 내를 진공 배기하는 진공 배기 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단면을 도시하는 하기의 도 3의 I-I'선 종단면도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 내부의 개략 구성을 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 횡단 평면도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 내부의 일부의 개략 구성을 도시하는 종단면도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 내부의 일부의 개략 구성을 도시하는 종단면도.
도 6a, 도 6b는 본 발명의 실시 형태에 의한 활성화 가스 인젝터의 일례를 도시하는 확대 사시도.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치에 설치된 활성화 가스 인젝터를 도시하는 종단면도.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 활성화 가스 인젝터를 도시하는 성막 장치의 종단면도.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 활성화 가스 인젝터의 각 치수를 도시하는 종단면도.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 관한 활성화 가스 인젝터에 있어서 발생하는 플라즈마의 농도를 도시하는 모식도.
도 11은 도 1의 상기 성막 장치에 있어서 개질에 의해 생성되는 박막의 모습을 도시하는 모식도.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치에 있어서의 가스의 흐름을 도시하는 모식도.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 사시도.
도 14는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 사시도.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 17은 본 발명의 실시 형태에 의한 개질 장치를 개략적으로 도시하는 평면도.
도 18은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 19는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 사시도.
도 20은 본 발명의 실시 형태에 관한 다른 예의 성막 장치의 단면도.
도 21은 본 발명의 실시 형태에 관한 다른 예의 성막 장치의 모식도.
도 22는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 사시도.
도 23은 본 발명의 실시 형태에 관한 다른 예의 성막 장치의 사시도.
도 24는 본 발명의 실시 형태에 관한 다른 예의 성막 장치를 도시하는 측면도.
도 25는 본 발명의 실시 형태에 관한 다른 예의 성막 장치를 도시하는 정면도.
도 26은 본 발명의 실시 형태에 관한 다른 예의 성막 장치를 도시하는 개략도.
도 27은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 사시도.
도 28은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 단면도.
도 29는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 다른 예를 도시하는 단면도.
도 30은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 특성도.
도 31은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 특성도.
도 32a 내지 도 32g는 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 특성도.
도 33a, 도 33b는 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 특성도.
도 34a, 도 34b는 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 특성도.
도 35a 내지 도 35d는 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 특성도.
도 36은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 특성도.
도 37은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 평면도.
도 38은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 특성도.
도 39는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 평면도.
도 40은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 특성도.
도 41은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 결과를 설명하기 위한 모식도.
도 42a 내지 도 42c는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 평면도.
도 43은 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 특성도.
도 44는 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 특성도.
도 45는 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 특성도.
도 1(하기의 도 3의 I-I'선을 따른 단면도)은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례로서, 성막 장치(1000)의 구성을 도시하고 있다. 성막 처리 장치(1000)는, 평면 형상이 대략 원형인 편평한 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되고, 당해 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 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 용기 본체(12)의 상단부면에 설치된 밀봉 부재, 예를 들어 O링(13)을 통해 용기 본체(12)측으로 압박되어 있어 기밀 상태를 유지하고 있지만, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 분리할 때에는 도시하지 않은 구동 기구에 의해 상방으로 들어올려진다.
회전 테이블(2)은, 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 저면부(14)를 관통하여, 그 하단부가 당해 회전축(22)을 연직축 주위로, 이 예에서는 시계 방향으로 회전시키는 회전 기구인 구동부(23)에 장착되어 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 저면부(14)의 하면에 기밀하게 장착되어 있어, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지되어 있다.
회전 테이블(2)의 표면부에는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이 회전 방향(주위 방향)을 따라 복수매, 예를 들어 5매의 기판인 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼」라 함)(W)를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 형성되어 있다. 또한 도 3에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 그리고 있다. 이 오목부(24)는, 직경이 웨이퍼(W)의 직경보다도 약간, 예를 들어 4㎜ 크고, 또한 그 깊이는 웨이퍼(W)의 두께와 동등한 크기로 설정되어 있다. 따라서 웨이퍼(W)를 오목부(24)에 떨어뜨려 넣으면, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면[웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역]이 일치되게 된다. 오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼(W)의 이면을 지지하여 당해 웨이퍼(W)를 승강시키기 위한, 예를 들어 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(모두 도시하지 않음)이 형성되어 있다. 오목부(24)는 웨이퍼(W)를 위치 결정하여 회전 테이블(2)의 회전에 수반되는 원심력에 의해 튀어 나오지 않도록 하기 위한 것으로, 본 발명의 기판 적재 영역에 상당하는 부위이다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)에 있어서의 오목부(24)의 통과 영역과 각각 대향하는 위치에는, 각각 예를 들어 석영으로 이루어지는 제1 반응 가스 노즐(31) 및 제2 반응 가스 노즐(32)과, 2개의 분리 가스 노즐(41, 42)과, 활성화 가스 인젝터(220)가 진공 용기(1)의 주위 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 서로 간격을 두고 방사상으로 배치되어 있다. 이 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 보아 시계 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 활성화 가스 인젝터(220), 분리 가스 노즐(41), 제1 반응 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42) 및 제2 반응 가스 노즐(32)이 이 순서로 배열되어 있고, 이들 활성화 가스 인젝터(220) 및 노즐(31, 32, 41, 42)은, 예를 들어 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 진공 용기(1) 내로 도입되어, 회전 테이블(2)의 회전 중심을 향해 웨이퍼(W)에 대향하여 수평으로 신장되도록 장착되어 있다. 각 노즐(31, 32, 41, 42)의 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a, 42a)는, 진공 용기(1)의 외주벽을 관통하고 있다. 반응 가스 노즐(31, 32)은 각각 제1 반응 가스 공급 수단, 제2 반응 가스 공급 수단을 이루고, 분리 가스 노즐(41, 42)은 각각 분리 가스 공급 수단을 이루고 있다. 상기 활성화 가스 인젝터(220)에 대해서는, 이후에 상세하게 서술한다.
제1 반응 가스 노즐(31) 및 제2 반응 가스 노즐(32)은, 각각 도시하지 않은 유량 조정 밸브 등을 통해, Si(실리콘)를 포함하는 제1 반응 가스인 디이소프로필아미노실란의 가스 공급원 및 제2 반응 가스인 O3(오존) 가스와 O2(산소) 가스의 혼합 가스의 가스 공급원(모두 도시하지 않음)에 각각 접속되어 있고, 분리 가스 노즐(41, 42)은 모두 유량 조정 밸브 등을 통해 분리 가스인 N2 가스(질소 가스)의 가스 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 또한, 이하에 있어서는, 편의상 제2 반응 가스를 O3 가스로 하여 설명한다.
제1 반응 가스 노즐(31, 32)에는, 가스 토출 구멍(33)이 바로 아래를 향해 노즐의 길이 방향에 걸쳐 예를 들어 10㎜의 간격을 두고 등간격으로 배열되어 있다. 반응 가스 노즐(31, 32)의 하방 영역은, 각각 Si 함유 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역 P1 및 O3 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제2 처리 영역 P2로 된다.
상술한 도 1 내지 도 3에서는 생략하고 있지만, 반응 가스 노즐(31, 32)은 도 4에 도시하는 바와 같이, 처리 영역 P1, P2에 있어서의 천장면(45)으로부터 이격되어 웨이퍼(W)의 근방에 각각 설치되어 있고, 노즐(31, 32)의 길이 방향을 따라 이들 노즐(31, 32)을 상방측으로부터 덮는 동시에, 하방측이 개방되는 노즐 커버(120)를 구비하고 있다. 분리 가스의 대부분은, 노즐 커버(120)의 하단부측으로부터 길이 방향을 따라 회전 테이블(2)의 주위 방향 양측으로 신장되는 정류 부재(121)와 천장면(45) 사이를 통류하고, 회전 테이블(2)과 반응 가스 노즐[31(32)] 사이를 통류하는 것은 거의 없고, 그로 인해 각 처리 영역 P1, P2에 있어서 반응 가스 노즐[31(32)]로부터 웨이퍼(W)에 공급되는 반응 가스 농도의 저하가 억제되어, 웨이퍼(W) 표면에 대한 성막이 효율적으로 행해진다.
분리 가스 노즐(41, 42)은 상기 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2를 분리하는 분리 영역 D를 형성하기 위한 것이고, 이 분리 영역 D에 있어서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 회전 중심을 중심으로 하고 또한 진공 용기(1)의 내주벽의 근방을 따라 그려지는 원을 주위 방향으로 분할하여 이루어지는, 평면 형상이 부채형이고 하방으로 돌출된 볼록 형상부(4)가 설치되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 이 볼록 형상부(4)에 있어서의 상기 원의 주위 방향 중앙에서 당해 원의 반경 방향으로 신장되도록 형성된 홈부(43) 내에 수납되어 있다.
상기 분리 가스 노즐(41, 42)에 있어서의 상기 주위 방향 양측에는, 상기 볼록 형상부(4)의 하면인 예를 들어 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)이 존재하고, 이 천장면(44)의 상기 주위 방향 양측에는, 당해 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 존재하게 된다. 이 볼록 형상부(4)의 역할은, 회전 테이블(2)과의 사이로의 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스의 침입을 저지하여 이들 반응 가스의 혼합을 저지하기 위한 협애한 공간인 분리 공간을 형성하는 데 있다. 즉, 분리 가스 노즐(41)을 예로 들면, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 O3 가스가 침입하는 것을 저지하고, 또한 회전 방향 하류측으로부터 Si 함유 가스가 침입하는 것을 저지한다. 또한 분리 가스로서는, 질소(N2) 가스에 한정되지 않고 아르곤(Ar) 가스 등의 불활성 가스 등을 사용해도 된다.
한편, 천장판(11)의 하면에는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)에 있어서의 코어부(21)보다도 외주측의 부위와 대향하도록, 또한 당해 코어부(21)의 외주를 따라 돌출부(5)가 설치되어 있다. 이 돌출부(5)는, 볼록 형상부(4)에 있어서의 상기 회전 중심측의 부위와 연속해서 형성되어 있고, 그 하면이 볼록 형상부(4)의 하면[천장면(44)]과 동일한 높이로 형성되어 있다. 도 2 및 도 3은, 상기 천장면(45)보다도 낮고 또한 분리 가스 노즐(41, 42)보다도 높은 위치에서 천장판(11)을 수평으로 절단하여 도시하고 있다.
진공 용기(1)의 천장판(11)의 하면, 즉 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역[오목부(24)]으로부터 본 천장면은 상술한 바와 같이 제1 천장면(44)과 이 천장면(44)보다도 높은 제2 천장면(45)이 주위 방향으로 존재하지만, 도 1에서는 높은 천장면(45)이 설치되어 있는 영역에 대한 종단면을 나타내고 있고, 도 5에서는 낮은 천장면(44)이 설치되어 있는 영역에 대한 종단면을 나타내고 있다. 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부[진공 용기(1)의 외측 테두리측의 부위]는 도 2 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되어 굴곡부(46)를 형성하고 있다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)측에 설치되어 있어, 용기 본체(12)로부터 제거할 수 있도록 되어 있으므로, 상기 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 약간의 간극이 있다. 이 굴곡부(46)도 볼록 형상부(4)와 마찬가지로 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 방지하여, 양 반응 가스의 혼합을 방지할 목적으로 설치되어 있고, 굴곡부(46)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면의 간극 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극은, 예를 들어 회전 테이블(2)의 표면에 대한 천장면(44)의 높이와 동일한 치수로 설정되어 있다.
용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역 D에 있어서는 도 5에 도시하는 바와 같이 상기 굴곡부(46)의 외주면과 접근하여 수직면으로 형성되어 있지만, 분리 영역 D 이외의 부위에 있어서는, 도 1에 도시하는 바와 같이 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저면부(14)에 걸쳐 종단면 형상이 직사각형으로 절결되어 외측으로 우묵하게 들어간 구조로 되어 있다. 이 우묵하게 들어간 부분에 있어서의 상술한 제1 처리 영역 P1 및 제2 처리 영역 P2에 연통되는 영역을 각각 제1 배기 영역 E1 및 제2 배기 영역 E2라 하는 것으로 하면, 이들 제1 배기 영역 E1 및 제2 배기 영역 E2의 저부에는, 도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 각각 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)가 형성되어 있다. 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 각각 배기관(63)을 통해 진공 배기 수단인, 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다. 또한 도 1 중, 부호 65는 압력 조정 수단이다.
상기 회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저면부(14) 사이의 공간에는, 도 1 및 도 5에 도시하는 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 프로세스 레시피에서 정해진 온도, 예를 들어 300℃로 가열하도록 되어 있다. 상기 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는, 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 배기 영역 E1, E2에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 배치되어 있는 분위기를 구획하기 위해 히터 유닛(7)을 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸도록 커버 부재(71)가 설치되어 있다. 이 커버 부재(71)는 상부 테두리가 외측으로 굴곡되어 플랜지 형상으로 형성되고, 그 굴곡면과 회전 테이블(2)의 하면 사이의 간극을 작게 하여, 커버 부재(71) 내에 외측으로부터 가스가 침입하는 것을 억제하고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심 부근의 부위에 있어서의 저면부(14)는, 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근, 코어부(21)에 접근하여 그 사이는 좁은 공간으로 되어 있고, 또한 당해 저면부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍에 대해서도 그 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있고, 이들 좁은 공간은 상기 케이스체(20) 내에 연통되어 있다. 그리고 상기 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 N2 가스를 상기 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 설치되어 있다. 또한 진공 용기(1)의 저면부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방측 위치에서 주위 방향의 복수 부위에, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이 설치되어 있다.
또한 진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있어, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 N2 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이 공간(52)에 공급된 분리 가스는, 상기 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)을 통해 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라 주연을 향해 토출되게 된다. 이 돌출부(5)로 둘러싸이는 공간에는 분리 가스가 채워져 있으므로, 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2 사이에서 회전 테이블(2)의 중심부를 통해 반응 가스(Si 함유 가스 및 O3 가스)가 혼합되는 것을 방지하고 있다.
또한 진공 용기(1)의 측벽에는 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이 외부의 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 기판인 웨이퍼(W)의 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 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어 올리기 위한 전달용 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
다음에, 상술한 활성화 가스 인젝터(220)에 대해 상세하게 서술한다. 활성화 가스 인젝터(220)는, 웨이퍼(W)가 적재되는 기판 적재 영역에 있어서의 회전 테이블(2)의 중심측의 내측 테두리와 회전 테이블(2)의 외주측의 외측 테두리 사이에 걸쳐 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마에 의해 예를 들어 성막 사이클을 행할[회전 테이블(2)이 회전할] 때마다, Si 함유 가스와 O3 가스의 반응에 의해 웨이퍼(W) 상에 성막된 반응 생성물인 실리콘 산화막(SiO2막)을 개질하기 위한 것이다. 이 활성화 가스 인젝터(220)는, 도 6a, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 발생용 처리 가스를 진공 용기(1) 내에 공급하기 위한, 예를 들어 석영으로 이루어지는 가스 공급부를 이루는 가스 도입 노즐(34)과, 가스 도입 노즐(34)로부터 도입되는 처리 가스를 플라즈마화하기 위해 당해 가스 도입 노즐(34)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측에 배치되고, 서로 평행한 한 쌍의 막대 형상의 시스관(35a, 35b)으로 이루어지는 플라즈마 발생부(80)와, 이들 가스 도입 노즐(34) 및 플라즈마 발생부(80)를 상방측으로부터 덮는 절연체, 예를 들어 석영으로 이루어지는 커버체(221)를 구비하고 있다. 플라즈마 발생부(80)는, 복수 세트 예를 들어 6세트 설치되어 있다. 또한, 도 6a는 커버체(221)를 제거한 상태, 도 6b는 커버체(221)를 배치한 외관을 도시하고 있다.
가스 도입 노즐(34) 및 각각의 플라즈마 발생부(80)는, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)와 각각 평행하게 되도록, 또한 당해 회전 테이블(2)의 회전 방향에 대해 직교하도록, 진공 용기(1)의 외주면에 설치된 기단부(80a)로부터 회전 테이블(2)의 중심부측을 향해 당해 진공 용기(1) 내에 각각 기밀하게 삽입되어 있다. 또한, 이들 플라즈마 발생부(80)는, 각각의 플라즈마 발생부(80)에 있어서 회전 테이블(2)의 반경 방향에서 발생하는 플라즈마의 길이를 바꾸기 위해, 회전 테이블(2)의 외주부측에 있어서의 웨이퍼(W)의 단부의 상방 위치로부터 중심부측으로 신장되는 선단부까지의 사이의 길이 치수 R이 각각의 플라즈마 발생부(80)마다 서로 다르다. 이들 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수[상세하게는 후술하는 전극(36a, 36b)의 길이 치수] R에 대해 그 일예를 들면, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터, 각각 예를 들어 50, 150, 245, 317, 194, 97㎜로 되어 있다. 이들 플라즈마 발생부(80)[후술하는 보조 플라즈마 발생부(82)]의 길이 치수 R로서는, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 레시피나 성막하는 막 종류에 따라서 다양하게 바꾸어도 좋다.
회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 4세트째의 플라즈마 발생부(80)를 주 플라즈마 발생부(81)라 하면, 이 주 플라즈마 발생부(81)는 상술한 바와 같이 길이 치수 R이 웨이퍼(W)의 직경(300㎜)보다도 길게 설정되어 있으므로, 웨이퍼(W)가 적재되는 기판 적재 영역에 있어서의 회전 테이블(2)의 중심측의 내측 테두리와 회전 테이블(2)의 외주측의 외측 테두리 사이에 걸쳐 플라즈마를 발생시키도록 구성되어 있다. 한편, 이 주 플라즈마 발생부(81) 이외의 5세트의 플라즈마 발생부(80)를 각각 보조 플라즈마 발생부(82)라 하면, 상술한 바와 같이 이들 보조 플라즈마 발생부(82)의 길이 치수 R이 주 플라즈마 발생부(81)보다도 짧게 설정되어 있으므로, 각각의 보조 플라즈마 발생부(82)의 선단부[회전 테이블(2)의 중심부측]와 중심부 영역 C 사이에서는, 플라즈마가 존재하지 않거나, 혹은 플라즈마가 외주부측으로부터 약간 확산되어 오도록 되어 있다. 그로 인해, 각각의 보조 플라즈마 발생부(82)는, 후술하는 바와 같이 주 플라즈마 발생부(81)에 의한 회전 테이블(2)의 외주부측에 있어서의 플라즈마의 부족분을 보상하여, 활성화 가스 인젝터(220)의 하방 영역에 있어서, 회전 테이블(2)의 중심부측과 외주부측에 있어서의 개질의 정도가 고르게 되도록, 당해 중심부측보다도 외주부측의 쪽이 플라즈마의 농도가 농후해(양이 많아)지도록 설정되어 있다.
각각의 플라즈마 발생부(80)는, 서로 근접 배치된 1세트의 시스관(35a, 35b)을 구비하고 있다. 이들 시스관(35a, 35b)은, 예를 들어 석영, 알루미나(산화알루미늄), 혹은 이트리아(산화이트륨, Y2O3)에 의해 구성되어 있다. 또한, 이들 시스관(35a, 35b) 내에는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 니켈 합금이나 티탄 등으로 이루어지는 전극(36a, 36b)이 각각 삽입 관통되어 평행 전극을 이루고 있고, 이들 전극(36a, 36b)에는 도 3에 도시하는 바와 같이 예를 들어 13.56㎒, 예를 들어 500W 이하의 고주파 전력이 진공 용기(1)의 외부의 고주파 전원(224)으로부터 정합기(225)를 통해 병렬로 공급되도록 구성되어 있다. 이들 시스관(35a, 35b)은, 각각의 내부에 삽입 관통된 전극(36a, 36) 사이의 이격 거리가 10㎜ 이하, 예를 들어 4.0㎜로 되도록 배치되어 있다. 또한, 시스관(35a, 35b)은, 예를 들어 석영의 표면에 예를 들어 상술한 이트리아 등이 코팅된 것이라도 좋다.
또한, 이들 플라즈마 발생부(80)는, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)와의 사이의 이격 거리를 조정할 수 있도록, 상술한 기단부(80a)에 의해 진공 용기(1)의 측벽에 각각 기밀하게 장착되어 있다. 도 7 중 부호 37은, 시스관(35a, 35b)의 기단부측[진공 용기(1)의 내벽측]에 접속된 보호관이며, 도 6 등에서는 묘화를 생략하고 있다. 또한, 도 6 이외에서는, 시스관(35a, 35b)을 간략화하여 도시하고 있다.
상술한 도 3에 도시하는 바와 같이, 가스 도입 노즐(34)에는 플라즈마 발생용 처리 가스를 공급하는 플라즈마 가스 도입로(251)의 일단부측이 접속되어 있고, 이 플라즈마 가스 도입로(251)의 타단부측은, 2개로 분기되어 각각 밸브(252) 및 유량 조정부(253)를 통해 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 생성 가스(방전 가스), 예를 들어 Ar(아르곤) 가스가 저류된 플라즈마 생성 가스원(254)과, 플라즈마의 발생(연쇄)을 억제하기 위해 방전 가스보다도 전자 친화력이 큰 국소 방전 억제용 가스(첨가 가스), 예를 들어 O2 가스가 저류된 첨가 가스원(255)과 각각 접속되어 있다. 그리고 상술한 가스 도입 노즐(34)에 대해 이들 방전 가스 및 첨가 가스를 처리 가스로서 공급하도록 구성되어 있다. 도 6a 중, 부호 341은 가스 도입 노즐(34)의 길이 방향을 따라 복수 개소에 형성된 가스 구멍이다. 이 처리 가스로서는, Ar 가스나 O2 가스 이외에도, 예를 들어 He(헬륨) 가스, H2 가스 및 O를 포함하는 가스 중 어느 하나를 사용해도 좋다.
도 6b중, 부호 221은 상술한 커버체이며, 가스 도입 노즐(34) 및 시스관(35a, 35b)이 배치된 영역을 상방측 및 측면(긴 변 방향 및 짧은 변 방향에 있어서의 양 측면)측으로부터 덮도록 배치되어 있다. 또한, 도 6b 중, 부호 222는 활성화 가스 인젝터(220)의 길이 방향을 따라 커버체(221)의 양 측면의 하단부로부터 외측을 향해 플랜지 형상으로 수평하게 신장되는 기류 규제면이며, 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 통류하는 O3 가스나 N2 가스의 커버체(221)의 내부 영역으로의 침입을 억제하기 위해, 당해 기류 규제면(222)의 하단부면과 회전 테이블(2)의 상면 사이의 간극이 작아지도록, 또한 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 가스류가 빨라지는 회전 테이블(2)의 외주측을 향할수록, 그 폭 치수 u가 넓어지도록 형성되어 있다. 회전 테이블(2)의 외주측에 있어서의 커버체(221)의 측벽면에는 도입구(280)가 형성되어 있고, 상술한 각 플라즈마 발생부(80)는, 이 도입구(280) 내에 기단부측의 보호관(37)이 삽입된 상태에서 진공 용기(1)의 측벽면에 장착되어 있다. 커버체(221)의 길이 방향에 있어서의 양 측면의 상단부에는, 예를 들어 천장판(11)을 이용하여 커버체(221)를 지지하기 위해, 서로 이격되도록 예를 들어 2개소에 갈고리부(300)가 형성되어 있다. 도 8 중 부호 223은, 갈고리부(300)를 사용하여 커버체(221)를 지지하기 위해 당해 커버체(221)와 진공 용기(1)의 천장판(11) 사이에 복수 개소에 설치된 지지 부재(223)이며, 그 위치에 대해서는 모식적으로 도시하고 있다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 상기 기류 규제면(222)의 하단부면과 회전 테이블(2)의 상면 사이의 간극 치수 t는, 예를 들어 1㎜ 정도로 설정되어 있다. 또한, 기류 규제면(222)의 폭 치수 u에 대해 일례를 들면, 커버체(221)의 하방 위치에 웨이퍼(W)가 위치하였을 때에, 회전 테이블(2)의 회전 중심측의 웨이퍼(W)의 외측 테두리에 대향하는 부위의 폭 치수 u는 예를 들어 80㎜, 진공 용기(1)의 내주벽측의 웨이퍼(W)의 외측 테두리에 대향하는 부위의 폭 치수 u는 예를 들어 130㎜로 되어 있다. 한편, 커버체(221)의 상단부면과, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 하면 사이의 치수는 상기 간극 t보다도 커지도록 20㎜ 이상, 예를 들어 30㎜로 설정되어 있다. 그로 인해, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 흘러 오는 가스, 즉 반응 가스와 분리 가스의 혼합 가스는, 커버체(221)와 천장판(11) 사이를 흐른다.
또한, 상술한 전극[36a(36b)]은, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W) 및 커버체(221) 사이의 위치 관계에 대해 설명하면, 이 예에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 커버체(221)의 상면의 두께 치수 h1, 회전 테이블(2)의 외주측에 있어서의 커버체(221)의 측벽면의 폭 치수 h2, 커버체(221) 내의 상면과 전극[36a(36b)] 사이의 이격 거리 h3, 전극[36a(36b)]과 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W) 사이의 이격 거리 h4는, 각각 예를 들어 4㎜, 8㎜, 9.5㎜, 7㎜로 되어 있다. 또한, 보호관(37)과 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W) 사이의 거리는 예를 들어 2㎜로 되어 있다.
또한, 이 성막 장치(1000)에는, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되어 있고, 이 제어부(100)의 메모리 내에는 후술하는 성막 처리 및 개질 처리를 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은 후술하는 장치의 동작을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 가요성 디스크 등의 기억부(101)로부터 제어부(100) 내에 인스톨된다.
다음에, 상술한 실시 형태의 성막 장치(1000)의 작용에 대해 설명한다. 우선, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하여, 외부로부터 반송 아암(10)에 의해 반송구(15)를 통해 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내로 전달한다. 이 전달은, 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지하였을 때에 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해 진공 용기의 저부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행해진다. 이러한 웨이퍼(W)의 전달을 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜 행하여, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다. 계속해서 게이트 밸브를 폐쇄하여, 진공 펌프(64)에 의해 진공 용기(1) 내를 진공 상태로 한 후, 압력 조정 수단(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 조정하는 동시에, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 예를 들어 300℃로 가열한다. 또한, 반응 가스 노즐(31, 32)로부터 각각 Si 함유 가스 및 O3 가스를 토출시키는 동시에, 가스 도입 노즐(34)로부터 Ar 가스 및 O2 가스를 100:2 내지 200:20 정도의 유량비로 되도록 예를 들어 각각 8slm, 2slm으로 토출시키고, 각각의 시스관(35a, 35b) 사이에 13.56㎒, 전력이 400W인 고주파를 병렬로 공급한다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스인 N2 가스를 소정의 유량으로 토출시키고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 72)으로부터도 N2 가스를 소정의 유량으로 토출시킨다.
이때, 활성화 가스 인젝터(220)에 있어서는, 가스 도입 노즐(34)로부터 각 가스 구멍(341)을 통해 각각의 시스관(35a, 35b)을 향해 토출된 Ar 가스 및 O2 가스는, 시스관(35a, 35b) 사이의 영역에 공급되는 고주파에 의해 활성화되어, 예를 들어 Ar 이온이나 Ar 라디칼 등의 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마(활성종)는, 상술한 바와 같이 각각의 플라즈마 발생부(80)에 있어서 기단부측[회전 테이블(2)의 외주부측]으로부터의 전극(36a, 36b)의 길이 치수 R을 조정하고 있으므로, 도 10에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 중심부측보다도 외주부측의 쪽에 있어서 양이 많아(농도가 농후해)지도록 발생하여, 활성화 가스 인젝터(220)의 하방을 회전 테이블(2)과 함께 이동(회전)하는 웨이퍼(W)를 향해 하강해 간다. 이때, 예를 들어 회전 테이블(2)의 회전에 의해 플라즈마가 불안정화되어 국소적으로 발생하려고 하지만, 처리 가스에 O2 가스를 혼합하고 있으므로, Ar 가스의 플라즈마화의 연쇄가 억제되어, 플라즈마의 상태가 안정화된다. 또한, 상술한 바와 같이 각각의 플라즈마 발생부(80)마다 발생하는 플라즈마의 길이 치수가 다르지만, 도 10에서는 이들 플라즈마 발생부(80)에 있어서 발생하는 플라즈마의 양(밀도)을 통합하여 개략적으로 도시하고 있다.
한편, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에는 제1 처리 영역 P1에 있어서 Si 함유 가스가 흡착되고, 계속해서 제2 처리 영역 P2에 있어서 웨이퍼(W) 상에 흡착된 Si 함유 가스가 산화되어 실리콘 산화막의 분자층이 1층 혹은 복수층 형성된다. 이 실리콘 산화막 중에는, 예를 들어 Si 함유 가스 중에 포함되는 잔류기로 인해, 수분(OH기)이나 유기물 등의 불순물이 포함되어 있는 경우가 있다. 그리고 이 웨이퍼(W)가 활성화 가스 인젝터(220)의 하방 영역에 도달하면, 상기 플라즈마에 의해 실리콘 산화막의 개질 처리가 행해지게 된다. 구체적으로는, 예를 들어 Ar 이온이 웨이퍼(W)의 표면에 충돌하여, 실리콘 산화막으로부터 상기 불순물이 방출되거나, 실리콘 산화막 내의 원소가 재배열되어 실리콘 산화막의 치밀화(고밀도화)가 도모되게 된다. 따라서, 개질 처리 후의 실리콘 산화막은, 치밀화에 의해 습식 에칭에 대한 내성이 향상되게 된다.
이때, 회전 테이블(2)이 회전하고 있으므로, 웨이퍼(W)가 활성화 가스 인젝터(220)의 하방 영역을 통과할 때의 주속도는, 당해 회전 테이블(2)의 중심부측보다도 외주부측의 쪽에 있어서 빨라진다. 따라서, 회전 테이블(2)의 외주부측에서는, 중심부측보다도 플라즈마가 공급되는 시간이 짧아져 개질 처리의 정도가 예를 들어 1/3 정도까지 약해지려고 하지만, 상술한 바와 같이 당해 외주부에 있어서 중심부측보다도 플라즈마의 양이 많아지도록 각 플라즈마 발생부(80)를 배치하고 있으므로, 개질 처리는 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 외주부측에 걸쳐 균일하게 행해지게 된다. 그로 인해, 실리콘 산화막의 막 두께(수축량) 및 막질이 웨이퍼(W)의 면내에 걸쳐 고르게 된다. 이와 같이 하여 회전 테이블(2)의 회전에 의해 Si 함유 가스의 흡착, Si 함유 가스의 산화 및 개질 처리가 성막 사이클마다 행해져 실리콘 산화막이 순차 적층되어 가면, 상술한 원소의 재배열이 상하 방향[N층째 및 (N＋1)층째]으로 적층된 반응 생성물 사이에 있어서도 일어나므로, 도 11에 도시하는 바와 같이, 막 두께 방향에 있어서 막 두께 및 막질이 면내 및 면간에 걸쳐 균일한 박막이 형성되게 된다.
또한, 이 진공 용기(1) 내에는, 활성화 가스 인젝터(220)와 제2 반응 가스 노즐(32) 사이에 분리 영역 D를 마련하고 있지 않으므로, 회전 테이블(2)의 회전에 동반되어, 활성화 가스 인젝터(220)를 향해 상류측으로부터 O3 가스나 N2 가스가 통류되어 온다. 그러나 상술한 바와 같이 각 플라즈마 발생부(80)와 가스 도입 노즐(34)을 덮도록 커버체(221)를 설치하고 있으므로, 커버체(221)의 하방측[기류 규제면(222)과 회전 테이블(2) 사이의 간극 t]보다도 커버체(221)의 상방측의 영역이 넓게 되어 있다. 또한, 커버체(221)의 내부 영역에 대해 가스 도입 노즐(34)로부터 처리 가스를 공급하고 있으므로, 당해 내부 영역이 외부[진공 용기(1) 내]보다도 약간 양압(陽壓)으로 되어 있다. 따라서, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 통류되어 오는 가스는, 커버체(221)의 하방측으로 들어가기 어렵게 되어 있다. 또한, 활성화 가스 인젝터(220)를 향해 통류하는 가스는, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 상류측으로부터 동반되어 오므로, 회전 테이블(2)의 반경 방향 내주측으로부터 외주측을 향할수록 유속이 빨라지지만, 회전 테이블(2)의 내주측보다도 외주측의 기류 규제면(222)의 폭 치수 u를 크게 취하고 있으므로, 활성화 가스 인젝터(220)의 길이 방향에 걸쳐 커버체(221)의 내부로의 가스의 침입이 억제된다. 따라서, 활성화 가스 인젝터(220)를 향해 상류측으로부터 흘러 오는 가스는, 상술한 도 7에 도시하는 바와 같이, 커버체(221)의 상방 영역을 통해 하류측의 배기구(62)로 통류해 간다. 그로 인해, 이들 O3 가스나 N2 가스는, 고주파에 의해 활성화 등의 영향을 거의 받지 않으므로, 예를 들어 NOx 등의 발생이 억제되어, 진공 용기(1)를 구성하는 부재 등의 부식이 억제된다. 또한, 웨이퍼(W)도 이들 가스의 영향을 거의 받지 않는다. 또한, 개질 처리에 의해 실리콘 산화막으로부터 배출된 불순물은, 그 후 가스화되어 Ar 가스나 N2 가스 등과 함께 배기구(62)를 향해 배기되어 간다.
이때, 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2 사이에 있어서 N2 가스를 공급하고, 또한 중심부 영역 C에 있어서도 분리 가스인 N2 가스를 공급하고 있으므로, 도 12에 도시하는 바와 같이 Si 함유 가스와 O3 가스가 혼합되지 않도록 각 가스가 배기되게 된다.
또한, 이 예에서는 반응 가스 노즐(31, 32) 및 활성화 가스 인젝터(220)가 배치되어 있는 제2 천장면(45)의 하방측의 공간을 따른 용기 본체(12)의 내주벽에 있어서는, 상술한 바와 같이 내주벽이 절결되어 넓어져 있고, 이 넓은 공간의 하방에 배기구(61, 62)가 위치하고 있으므로, 제1 천장면(44)의 하방측의 협애한 공간 및 상기 중심부 영역 C의 각 압력보다도 제2 천장면(45)의 하방측의 공간의 압력의 쪽이 낮아진다. 또한, 회전 테이블(2)의 하방측을 N2 가스에 의해 퍼지하고 있으므로, 배기 영역 E로 유입된 가스가 회전 테이블(2)의 하방측을 빠져나가, 예를 들어 Si 함유 가스가 O3 가스의 공급 영역으로 흘러 들어가는 등의 우려는 전혀 없다.
여기서 처리 파라미터의 일례에 대해 기재해 두면, 회전 테이블(2)의 회전수는, 300㎜ 직경의 웨이퍼(W)를 피처리 기판으로 하는 경우, 예를 들어 1rpm 내지 500rpm, 프로세스 압력은 예를 들어 1067㎩(8Torr), Si 함유 가스 및 O3 가스의 유량은 예를 들어 각각 100sccm 및 10000sccm, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터의 N2 가스의 유량은 예를 들어 20000sccm, 진공 용기(1)의 중심부의 분리 가스 공급관(51)으로부터의 N2 가스의 유량은 예를 들어 5000sccm이다. 또한 1매의 웨이퍼(W)에 대한 반응 가스 공급의 사이클수, 즉 웨이퍼(W)가 처리 영역 P1, P2 각각을 통과하는 횟수는 목표 막 두께에 따라서 바뀌지만, 예를 들어 1000회이다.
상술한 실시 형태의 성막 장치(플라즈마 처리 장치)(1000)에 따르면, 회전 테이블(2)을 회전시켜 웨이퍼(W) 상에 Si 함유 가스를 흡착시키고, 계속해서 웨이퍼(W)의 표면에 O3 가스를 공급하여 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된 Si 함유 가스를 반응시켜 실리콘 산화막을 성막하는 데 있어서, 실리콘 산화막을 성막한 후, 회전 테이블(2)의 주위 방향으로 복수의 플라즈마 발생부(80)를 구비한 활성화 가스 인젝터(220)로부터 웨이퍼(W) 상의 실리콘 산화막에 대해 처리 가스의 플라즈마를 공급하여, 성막 사이클마다 개질 처리를 행하고 있으므로, 치밀하고 불순물이 적은 박막을 얻을 수 있다. 이때, 각각의 플라즈마 발생부(80)[보조 플라즈마 발생부(82)]의 길이 치수 R을 바꿀 수 있으므로, 예를 들어 프로세스의 종류 등에 따라서 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 외주부측에 있어서의 웨이퍼(W)의 개질의 정도(플라즈마의 양)를 조정할 수 있다.
따라서, 상술한 예에서 설명한 바와 같이, 활성화 가스 인젝터(220)의 하방 영역을 통과하는 속도에 따라서 회전 테이블(2)의 중심부측의 쪽이 외주부측보다도 플라즈마의 공급 시간이 길어져 개질 처리가 강해지는 경우에는, 회전 테이블(2)의 중심부측에서는 플라즈마를 발생시키지 않거나 플라즈마의 발생(확산)량이 적은 보조 플라즈마 발생부(82)를 주 플라즈마 발생부(81)와 함께 배치함으로써, 당해 외주부에 있어서의 플라즈마의 양을 중심부측보다도 많게 할 수 있으므로, 면내에 있어서 막 두께 및 막질이 고르게 되도록 개질 처리를 행할 수 있다. 그로 인해, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 지나치게 강한 개질 처리가 행해짐으로써 발생하는 웨이퍼(W)에의 손상이 형성되거나, 혹은 개질 처리가 불충분한 부위가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 외주부측을 향해 개질 처리의 정도가 약해질 때에는, 회전 테이블(2)의 외주부측에 있어서 양호한 개질 처리를 행한다고 하면, 중심부측에서는 개질 처리가 지나치게 강해져 웨이퍼(W)에 손상을 부여해 버리는 경우가 있고, 중심부측에 있어서 양호한 개질 처리를 행하려고 하면, 외주부측에서는 불충분한 개질 처리로 되어 버릴 우려가 있다. 그로 인해, 이러한 경우에는, 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 외주부측에 걸쳐 양호한 개질 처리를 행하려고 하면, 처리 조건 등의 파라미터의 설정 범위가 좁다고 하는 것이 된다. 한편, 본 발명에서는, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 개질 처리의 정도를 고르게 하고 있으므로, 웨이퍼(W)의 면내에 걸쳐 양호한 개질 처리를 행할 수 있다. 그로 인해, 본 발명에서는, 양호한 개질 처리를 행할 수 있는 파라미터의 설정 범위를 넓게 확보할 수 있으므로, 자유도가 높은 성막 장치를 얻을 수 있다.
또한, 개질 처리를 행하는 데 있어서, 복수 세트의 플라즈마 발생부(80)를 배치함으로써, 실리콘 산화막의 개질에 필요한 에너지를 이들 복수 세트의 플라즈마 발생부(80)에 분산시키고 있다. 그로 인해, 1세트의 플라즈마 발생부(80)에 의해 개질 처리를 행하는 경우보다도, 각각의 플라즈마 발생부(80)에 있어서 발생하는 플라즈마의 양을 적게 할 수 있으므로, 말하자면 온화한 상태의 플라즈마를 넓게 형성함으로써 시간을 들여 완만하게 개질 처리를 행하게 되고, 따라서 웨이퍼(W)에 대한 손상을 저감할 수 있다. 이것은 다른 견해로 보면, 예를 들어 1세트의 플라즈마 발생부(80)를 사용하여 온화한 플라즈마 조건으로 설정하는 동시에, 회전 테이블(2)을 저속으로 회전시켜 온화한 조건으로 시간을 들여 행하는 개질 처리를 단시간에 처리하기 위해, 플라즈마가 공급되는 영역을 넓게 취함으로써 회전 테이블(2)을 고속으로 회전시키고 있다고 할 수 있다. 그로 인해, 플라즈마에 의한 손상을 억제하여 양호한 개질 처리를 행하면서, 박막의 성막 처리 및 개질 처리를 빠르게 행할 수 있다.
또한, 복수의 플라즈마 발생부(80)를 배치함으로써, 1세트의 플라즈마 발생부(80)를 사용한 경우보다도 각각의 플라즈마 발생부(80)에 공급되는 에너지가 적어지므로, 각각의 플라즈마 발생부(80)에 있어서 예를 들어 발열이나 플라즈마에 의한 스퍼터링에 의해 발생하는 열화를 억제할 수 있다. 그로 인해, 예를 들어 시스관(35a, 35b)의 스퍼터링에 의해 발생되는 불순물(석영)의 웨이퍼(W)에의 혼입을 억제할 수 있다.
또한, 진공 용기(1)의 내부에 있어서 성막 사이클을 행할 때마다 개질 처리를 행하고 있고, 말하자면 회전 테이블(2)의 주위 방향에 있어서 웨이퍼(W)가 각 처리 영역 P1, P2를 통과하는 경로의 도중에 있어서 성막 처리에 간섭하지 않도록 개질 처리를 행하고 있으므로, 예를 들어 박막의 성막이 완료된 후에 개질 처리를 행하는 것보다도 단시간에 개질 처리를 행할 수 있다.
또한, 커버체(221)에 의해 상류측으로부터 통류되어 오는 가스의 당해 커버체(221)의 내부에의 침입을 억제할 수 있으므로, 이들 가스의 영향을 억제하여 성막 사이클의 도중에 개질 처리를 행할 수 있다. 그로 인해, 예를 들어 제2 반응 가스 노즐(32)과 활성화 가스 인젝터(220) 사이에 전용 분리 영역 D를 마련하지 않아도 되므로, 성막 장치의 비용을 억제하여 개질 처리를 행할 수 있고, 또한 NOx 등의 부(副) 생성 가스의 발생을 억제하여 예를 들어 장치를 구성하는 부재의 부식을 억제할 수 있다. 또한, 이 커버체(221)를 절연체에 의해 구성하고 있으므로, 커버체(221)와 플라즈마 발생부(80) 사이에 있어서 플라즈마가 형성되지 않으므로, 당해 커버체(221)를 플라즈마 발생부(80)에 근접 배치할 수 있고, 그로 인해 장치를 소형화할 수 있다.
또한, Ar 가스와 함께 O2 가스를 공급하여 Ar 가스의 플라즈마화의 연쇄를 억제함으로써, 활성화 가스 인젝터(220)의 길이 방향에 있어서, 또한 개질 처리(성막 처리)를 행하는 시간에 걸쳐, 플라즈마의 국소적인 발생을 억제하도록 하고 있으므로, 개질 처리를 웨이퍼(W)의 면내 및 면간에 있어서 균일하게 행할 수 있다. 또한, 전극(36a, 36b)의 이격 거리를 상술한 바와 같이 좁게 설정하고 있으므로, 가스의 이온화에 최적이 아닌 높은 압력 범위(성막 처리의 압력 범위)라도, 저출력으로 개질 처리에 필요한 정도로 Ar 가스를 활성화(이온화)할 수 있다.
상술한 예에 있어서는, 성막 처리를 행할 때마다 개질 처리를 행하였지만, 복수회, 예를 들어 20회의 성막 처리(사이클)를 행할 때마다 개질 처리를 행해도 좋다. 이 경우에 있어서 개질 처리를 행할 때에는, 구체적으로는 Si 함유 가스, O3 가스 및 N2 가스의 공급을 정지하여, 가스 도입 노즐(34)로부터 활성화 가스 인젝터(220)에 처리 가스를 공급하는 동시에, 시스관(35a, 35b)에 고주파를 공급한다. 그리고 5매의 웨이퍼(W)가 활성화 가스 인젝터(220)의 하방 영역을 차례로 통과하도록 회전 테이블(2)을 예를 들어 200회 회전시킨다. 이와 같이 하여 개질 처리를 행한 후, 다시 각 가스의 공급을 재개하여 성막 처리를 행하고, 개질 처리와 성막 처리를 차례로 반복한다. 이 예에 있어서도, 상술한 예와 마찬가지로 치밀하고 불순물 농도가 낮은 박막이 얻어진다. 이 경우에는, 개질 처리를 행할 때에는 O3 가스나 N2 가스의 공급을 정지하고 있으므로, 상술한 도 6a에 도시하는 바와 같이, 커버체(221)를 설치하지 않아도 된다.
또한, 복수의 플라즈마 발생부(80)를 설치하는 데 있어서, 상술한 예에서는 이들 플라즈마 발생부(80) 중 1세트를 주 플라즈마 발생부(81)로서 설치하고, 다른 플라즈마 발생부(80)에 대해서는 당해 주 플라즈마 발생부(81)보다도 길이 치수 R이 짧은 보조 플라즈마 발생부(82)를 배치하였지만, 이들 길이 치수 R에 대해서는 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이 다양하게 바꾸어도 좋고, 예를 들어 도 13에 도시하는 바와 같이, 6세트의 플라즈마 발생부(80) 전부를 동일한 길이의 주 플라즈마 발생부(81)로서 설치하여, 보조 플라즈마 발생부(82)를 설치하지 않아도 된다. 또한, 보조 플라즈마 발생부(82)로서는, 회전 테이블(2)의 외주부측보다도 중심부측에 있어서 강하게 개질 처리를 행하도록 플라즈마의 양을 조정하는 경우에는, 예를 들어 중심부 영역 C로부터 보조 플라즈마 발생부(82)의 일단부측을 회전 테이블(2)에 수평하게 외주부측으로 신장시키고, 타단부측을 L자형으로 상방을 향해 굴곡시켜 고주파 전원(224)에 접속해도 좋다. 또한, 이러한 보조 플라즈마 발생부(82)를 상술한 회전 테이블(2)의 외주부측으로부터 신장되는 보조 플라즈마 발생부(82)와 함께 배치해도 좋고, 주 플라즈마 발생부(81)에 대해서도 중심부 영역 C로부터 신장시켜도 좋다. 또한, 회전 테이블(2)의 중심부측과 외주부측 사이에 있어서 회전 테이블(2)의 주위 방향에 직교하도록 각 플라즈마 발생부(80)를 배치하였지만, 예를 들어 진공 용기(1)의 내벽으로부터 중심부 영역 C를 향해 플라즈마 발생부(80)의 일단부측을 신장시키는 동시에, 당해 일단부측을 예를 들어 회전 테이블(2)의 반경 방향 중앙부에 있어서 회전 테이블(2)의 주위 방향을 따라 예를 들어 상류측을 향해 원호 형상으로 굴곡시켜, 당해 중앙부에 있어서 플라즈마의 발생량이 많아지도록 해도 좋다. 따라서,「막대 형상의」 플라즈마 발생부(80)라 함은, 직선 형상뿐만 아니라, 원호 형상 혹은 원 형상도 포함된다.
또한, 상술한 예에서는 평행 전극[전극(36a, 36b)]을 사용하여 용량 결합형 플라즈마를 발생시켰지만, 코일형 전극을 사용하여 유도 결합형 플라즈마를 발생시켜도 좋다. 이 경우에는, 구체적으로는 도 14에 도시하는 바와 같이, 진공 용기(1)의 측면으로부터 회전 테이블(2)의 중심부측을 향해 평행하게 막대 형상으로 신장되는 동시에, 당해 중심부측에 있어서 U자형으로 접속되는 전극(안테나)(400)을 복수 평행하게 배치하여, 이들 전극(400)의 길이 치수 R이 서로 다르도록 해도 좋다. 이 예에서는, 전극(400)을 3세트 배치하는 동시에, 이들 전극(400)의 길이 치수 R이 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 하류측을 향해 순차 짧아지도록(예를 들어, 각각 310㎜, 220㎜, 170㎜) 하고 있다. 도 14 중 부호 401은, 이들 전극(400)의 양단부에 각각 접속된 유도 결합형 플라즈마를 발생시키기 위한 공통의 전원이다. 이 예에 있어서도, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 플라즈마의 양을 조정할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서의 개질의 정도를 조정할 수 있다. 이 도 14에 있어서도, 이들 전극(400) 및 가스 도입 노즐(34)을 덮는 커버체(221)가 설치되어 있지만, 도시를 생략하고 있다.
또한, 복수의 플라즈마 발생부(80)를 설치하는 데 있어서, 이들 플라즈마 발생부(80)를 하나의 커버체(221) 내에 수납하는 동시에, 가스 도입 노즐(34)을 공통화하여 사용하였지만, 각각의 플라즈마 발생부(80)마다 개별적으로 가스 도입 노즐(34)을 배치해도 좋고, 예를 들어 도 15에 도시하는 바와 같이, 또한 각각의 플라즈마 발생부(80) 및 가스 도입 노즐(34)을 덮는 커버체(221)를 설치해도 좋다. 또한, 이 도 15에서는, 복수, 예를 들어 2세트의 플라즈마 발생부(80)를 배치한 예를 나타내고 있고, 1세트에 대해서는 주 플라즈마 발생부(81)를 배치하고, 다른 쪽 플라즈마 발생부(80)로서는 보조 플라즈마 발생부(82)를 배치하고 있다.
또한, 상술한 성막 장치를 사용하여 ALD법이나 MLD법 등의 성막 방법에 의해 성막하는 예에 대해 설명하였지만, 예를 들어 성막 온도나 반응 가스를 변경함으로써, CVD법에 의해 박막을 성막하도록 해도 좋고, 이 경우에는 도 16에 도시하는 바와 같이, 2종류의 혼합 가스, 예를 들어 SiH4 가스 및 O2 가스를 반응 가스로서 사용하여 SiO2로 이루어지는 박막을 성막해도 좋다.
또한, 진공 용기(1) 내에 있어서 CVD법 혹은 ALD법 등에 의한 박막의 성막과 함께 개질 처리를 행하였지만, 예를 들어 외부의 장치에 있어서 박막을 성막한 웨이퍼(W)에 대해, 상술한 활성화 가스 인젝터(220)를 사용하여 개질 처리를 행해도 좋다. 이 경우에는, 상술한 성막 장치(1000) 대신에 도 17에 모식적으로 도시하는 플라즈마 처리 장치의 다른 예로서 개질 장치(1000')가 사용된다. 이 개질 장치(1000')에 있어서 박막의 개질 처리를 행하는 경우에는, 진공 용기(1) 내의 회전 테이블(2) 상에 박막이 형성된 웨이퍼(W)를 적재하여 회전 테이블(2)을 회전시키는 동시에, 진공 용기(1) 내를 진공 배기한다. 그리고 활성화 가스 인젝터(220)에 있어서 플라즈마를 발생시켜 박막의 개질을 행한다. 이와 같이 하여 회전 테이블(2)을, 예를 들어 복수회 회전시킴으로써, 면내에 있어서의 막 두께 및 막질이 균일한 박막이 얻어진다. 또한, 이 도 17에서는, 개질 장치(1000')의 각 부를 모식적으로 도시하고 있고, 예를 들어 상술한 반송구(15) 등에 대해서는 기재를 생략하고 있다.
또한, 상술한 예에서는 복수의 플라즈마 발생부(80)를 배치하는 데 있어서, 이들 플라즈마 발생부(80) 중 적어도 1세트에 대해, 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 외주부측에 걸쳐 플라즈마를 발생시키는 주 플라즈마 발생부(81)를 설치하였지만, 복수의 플라즈마 발생부(80) 중 복수, 예를 들어 2세트에 의해 주 플라즈마 발생부(81)를 구성해도 좋다. 구체적으로는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 복수의 플라즈마 발생부(80) 중 적어도 1세트를 상술한 바와 같이 중심부 영역 C로부터 회전 테이블(2)의 외주부측을 향해 일단부측을 신장시키는 동시에, 당해 플라즈마 발생부(80)[보조 플라즈마 발생부(82)]의 타단부측을 예를 들어 L자형으로 굴곡시켜, 정합기(225)를 통해 고주파 전원(224)에 접속한다. 또한, 이 보조 플라즈마 발생부(82)와 선단부가 회전 테이블(2)의 회전 방향에 있어서 서로 포개지도록, 즉 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 외주부측에 걸쳐 플라즈마가 발생하도록, 이 보조 플라즈마 발생부(82)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측 혹은 하류측으로 어긋난 위치에 있어서, 플라즈마 발생부(80)[보조 플라즈마 발생부(82)]를 진공 용기(1)의 외주측으로부터 회전 테이블(2)의 중심부측을 향해 신장시킨다. 이와 같이 하여 이들 2세트의 플라즈마 발생부(80, 80)에 의해 주 플라즈마 발생부(81)가 구성된다. 이 경우에 있어서도, 회전 테이블(2)의 중심부측과 외주부측에 있어서의 개질의 정도를 조정할 수 있고, 또한 1세트의 플라즈마 발생부(80)에 의해 개질 처리를 행하는 경우보다도 웨이퍼(W)에 대한 손상을 저감할 수 있다. 또한, 각각의 플라즈마 발생부(80)의 열화(손상)에 대해서도 저감할 수 있다.
상술한 실리콘 산화막을 성막하기 위한 처리 가스로서는, 제1 반응 가스로서 BTBAS[비스터셜부틸아미노실란], DCS[디클로로실란], HCD[헥사클로로디실란], 3DMAS[트리스디메틸아미노실란], 모노아미노실란 등을 사용해도 좋고, TMA[트리메틸알루미늄], TEMAZ[테트라키스에틸메틸아미노지르코늄], TEMAH[테트라키스에틸메틸아미노하프늄], Sr(THD)2[스트론튬비스테트라메틸헵탄디오나토], Ti(MPD)(THD)[티타늄메틸펜탄디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토] 등을 제1 반응 가스로서 사용하여, 산화알루미늄막, 산화지르코늄막, 산화하프늄막, 산화스트론튬막, 산화티탄막 등을 성막해도 좋다. 이들 원료 가스를 산화하는 산화 가스인 제2 반응 가스로서는, 수증기 등을 채용해도 좋다. 또한, 제2 반응 가스로서 O3 가스를 사용하지 않는 프로세스, 예를 들어 TiN(질화티탄)막 등에 있어서 당해 TiN막의 개질을 행하는 경우에는, 가스 도입 노즐(34)로부터 공급하는 플라즈마 발생용 처리 가스로서는, NH3 가스나 N(질소)을 포함하는 가스를 사용해도 된다.
상술한 각각의 플라즈마 발생부(80)의 배치의 순서로서는, 길이 치수 R이 길어짐에 따라 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 하류측으로 배열되도록 해도 좋고, 혹은 길이 치수 R이 짧아짐에 따라 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 배열해도 좋다. 이 플라즈마 발생부(80)의 수량으로서는, 6세트 이외에도, 2세트 이상이면 된다. 또한, 활성화 가스 인젝터(220)에 처리 가스를 공급하는 가스 도입 노즐(34)로서는, 상술한 바와 같이 커버체(221) 내의 영역이 당해 커버체(221)의 외측의 영역보다도 양압으로 되어 있으므로, 복수의 플라즈마 발생부(80)의 하류측에 배치해도 좋고, 혹은 커버체(221)의 천장면이나 회전 테이블(2)의 외주부측의 벽면에 가스 토출 구멍을 형성하여, 이 가스 토출 구멍으로부터 처리 가스를 공급해도 좋다. 또한, 플라즈마 발생부(80)로서는, 막대 형상의 전극[36a(400)]을 사용하여 플라즈마를 발생시켰지만, 예를 들어 레이저 등의 광 에너지 혹은 열에너지 등에 의해 플라즈마를 발생시키는 수단이라도 좋다.
상술한 플라즈마 발생부(80)로서는, 회전 테이블(2)의 중심측과 외주측 사이에 있어서, 당해 플라즈마 발생부(80)의 길이 방향으로 경사지게 할 수 있도록 구성해도 좋다. 구체적으로는, 각각의 플라즈마 발생부(80)는, 도 19 및 도 20에 도시하는 바와 같이, 진공 용기(1)의 측벽부로부터 당해 진공 용기(1) 내에 삽입되어 있다. 이 플라즈마 발생부(80)[보호관(37)]의 삽입부에 있어서의 진공 용기(1)의 측벽에는, 제1 슬리브(550)가 관통되어 있고, 이 제1 슬리브(550) 내에 보호관(37)이 삽입 관통되어 있다. 제1 슬리브(550)는 진공 용기(1)의 내부 영역측의 선단부의 내주면이 보호관(37)의 외주면을 따르도록 형성되어 있고, 진공 용기(1)의 외부측에 있어서의 기단부의 내주면이 직경 확장되어 있다. 그리고 이 제1 슬리브(550)의 직경 확장부와 보호관(37) 사이에는, 당해 보호관(37)을 주위 방향에 걸쳐 둘러싸도록, 예를 들어 수지 등으로 이루어지는 밀봉 부재(O-링)(500)가 설치되어 있다. 이들 제1 슬리브(550)와 보호관(37) 사이의 영역에는, 진공 용기(1)의 외측으로부터 밀봉 부재(500)에 대해 진퇴 가능하게 설치된 링 형상의 제2 슬리브(551)가 배치되어 있다. 이 제2 슬리브(551)에 의해 밀봉 부재(500)를 진공 용기(1)측으로 압박함으로써, 보호관(37)이 밀봉 부재(500)를 통해 진공 용기(1)에 대해 기밀하게 유지되도록 되어 있다. 따라서, 보호관(37)[플라즈마 발생부(80)]은, 이 밀봉 부재(500)를 기점으로 하여, 진공 용기(1)측의 선단부가 이동(승강) 가능하게 지지되어 있다고 할 수 있다. 또한, 도 19에서는 이들 슬리브(550, 551)를 생략하고 있다.
플라즈마 발생부(80)에는, 진공 용기(1)의 외측에 있어서, 제2 슬리브(551)로부터 당해 외측을 향해 신장되는 보호관(37)의 기단부를 상하 이동시키는 기울기 조정 기구(501)가 설치되어 있다. 이 기울기 조정 기구(501)는, 보호관(37)의 상하 2개소에 있어서, 당해 보호관(37)의 길이 방향을 따르도록 각각 설치된 본체부(505, 505)를 구비하고 있다. 각각의 본체부(505)는, 기단부측[진공 용기(1)측]이 상술한 제1 슬리브(550) 또는 진공 용기(1)의 외벽면에 고정되어 있고, 타단부측에는 당해 본체부(505)를 상하 방향으로 관통하도록, 나사부(502)가 나사 결합되는 나사 결합부(503)가 형성되어 있다. 그리고 본체부(505)의 나사 결합부(503)에 나사부(502)를 상측 혹은 하측으로부터 나사 결합시킴으로써 진공 용기(1)에 대해 보호관(37)의 기단부를 상승 또는 하강시킨 상태에서 플라즈마 발생부(80)의 자세를 고정할 수 있도록 구성되어 있다.
그리고 기울기 조정 기구(501)에 의해 보호관(37)의 기단부측을 상하 이동시키면, 밀봉 부재(500)에 의해 진공 용기(1)의 내부 영역이 기밀하게 유지된 채, 도 21에 도시하는 바와 같이, 당해 밀봉 부재(500)에 의한 보호관(37)의 지지부를 지지점으로 하여 진공 용기(1) 내에 있어서의 플라즈마 발생부(80)의 선단부측이 상하 이동하게 된다. 이 예에서는, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)의 상면과 플라즈마 발생부(80)의 하단부 사이의 치수 H는, 회전 테이블(2)의 외주측에서는 9㎜로 설정되고, 회전 테이블(2)의 중앙측에서는 8 내지 12㎜ 사이에서 조정할 수 있도록 되어 있다. 또한, 도 21에서는 플라즈마 발생부(80)를 모식적으로 묘화하고 있다.
이와 같이 플라즈마 발생부(80)를 길이 방향으로 경사지게 함으로써 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 웨이퍼(W)와 플라즈마 발생부(80) 사이의 치수 H를 조정할 수 있으므로, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 개질의 정도(플라즈마의 양)를 조정할 수 있다. 즉, 상술한 진공 용기(1) 내의 압력 범위[66.66㎩(0.5Torr) 이상]에서는 진공도가 낮기(압력이 높기) 때문에, 플라즈마 중의 이온이나 라디칼 등의 활성종이 불활성화(사활)되기 쉽다. 따라서, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)에 도달하는 플라즈마의 양(농도)은, 플라즈마 발생부(80)와 웨이퍼(W) 사이의 치수 H가 길어질수록 적어진다. 그로 인해, 플라즈마 발생부(80)를 경사지게 함으로써, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 웨이퍼(W)에 도달하는 활성종의 양을 조정하고 있다고 할 수 있다.
그로 인해, 예를 들어 회전 테이블(2)의 중심측에 있어서 외주측보다도 개질의 정도가 커지는 경우에는, 플라즈마 발생부(80)의 선단부를 들어 올려 당해 선단부와 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 이격시킴으로써 회전 테이블(2)의 중심측과 외주측에 걸쳐 개질의 정도를 고르게 할 수 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 중심측에 있어서 외주측보다도 개질의 정도가 작아지는 경우에는, 플라즈마 발생부(80)의 선단부를 하강시켜, 당해 플라즈마 발생부(80)의 선단부와 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 근접시킨다. 이때, 기울기 조정 기구(501)에 의해 플라즈마 발생부(80)의 경사 각도를 조정하는 동시에 복수의 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 조정함으로써, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 개질의 정도를 더욱 고르게 할 수 있다.
이 기울기 조정 기구(501)로서는, 모든 플라즈마 발생부(80)에 설치해도 좋고, 이들 플라즈마 발생부(80) 중 하나 또는 복수에 설치해도 좋다. 또한, 진공 용기(1)의 외측에 기울기 조정 기구(501)를 설치하였지만, 진공 용기(1)의 내부 영역에 있어서, 당해 진공 용기(1)의 내주면으로부터 중심부 영역 C를 향해 신장되는 보호관(37)의 하단부를 승강 가능하게 지지하도록 해도 좋다. 또한, 도 19에서는 진공 용기(1)의 일부를 확대하여 절결하여 도시하고 있고, 6개의 플라즈마 발생부(80) 중 하나의 플라즈마 발생부(80)를 예로 들어 도시하고 있다.
또한, 상술한 도 7에 도시하는 바와 같이, 서로 인접하는 플라즈마 발생부(80, 80)에 있어서 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라 서로 대향하는 전극(36a, 36b)끼리의 사이의 이격 거리 A는, 이들 서로 인접하는 플라즈마 발생부(80, 80)끼리의 사이에 있어서의 방전을 억제하기 위해 길게 취하는 것이 바람직하다. 이 이격 거리 A는, 예를 들어 플라즈마 발생부(80)에 대해 고주파 전원(224)으로부터 공급하는 고주파 전력치에 의해 바람직한 범위가 변동되는 경우도 있지만, 그 일례를 들면, 예를 들어 플라즈마 발생부(80)를 2개 설치하는 동시에, 이들 플라즈마 발생부(80, 80)에 공급하는 고주파 전원(224)의 전력치가 800W인 경우에는 45㎜ 이상 구체적으로는 약 80㎜ 이상이다.
또한, 활성화 가스 인젝터(220)에 있어서 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 개질의 정도를 조정하는 데 있어서, 상술한 도 6a에서는 6개의 플라즈마 발생부(80)를 설치하는 동시에, 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 이들 플라즈마 발생부(80)[보조 플라즈마 발생부(82)]마다 조정하였지만, 도 22에 도시하는 바와 같이, 이들 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 서로 동등하게 하는 동시에, 당해 보조 플라즈마 발생부(82)로부터 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)에의 플라즈마의 확산을 억제하기 위한 확산 억제판(확산 억제부)(510)을 각각의 보조 플라즈마 발생부(82)마다 설치해도 좋다.
확산 억제판(510)은, 도 23 내지 도 25에 도시하는 바와 같이, 보조 플라즈마 발생부(82)의 길이 방향을 따라 수평으로 신장되는, 예를 들어 석영 등의 절연체로 이루어지는 판 형상체로, 웨이퍼(W)측에의 플라즈마(라디칼이나 이온 등의 활성종)의 확산을 억제하는 역할을 갖고 있다. 이 확산 억제판(510)은, 각각의 보조 플라즈마 발생부(82)의 선단부측[회전 테이블(2)의 중심부측]에 있어서, 플라즈마가 발생하는 영역[전극(36a, 36b)간의 영역]을 당해 보조 플라즈마 발생부(82)의 하방측으로부터 면하도록 각각 설치되어 있다. 그리고 확산 억제판(510)은, 보조 플라즈마 발생부(82)의 선단부보다도 약간, 예를 들어 5㎜ 정도 회전 테이블(2)의 중심 부근의 위치로부터, 보조 플라즈마 발생부(82)의 기단부를 향해 각각 신장되어 있다. 각각의 확산 억제판(510)의 회전 테이블(2)의 중심측으로부터의 길이 치수 G는, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 하류측을 향해 각각 예를 들어 220, 120, 120, 220, 270㎜로 되어 있다. 따라서, 각각의 보조 플라즈마 발생부(82)에 대해, 회전 테이블(2)의 외주측에 있어서의 웨이퍼(W)의 단부의 상방 위치로부터 확산 억제판(510)의 단부의 상방 위치까지의 길이인 보조 플라즈마 발생부(82)의 유효 길이를 J(도 22 참조)라 하면, 이 유효 길이 J는, 상술한 도 6에 있어서의 각각의 보조 플라즈마 발생부(82)의 치수 R과 동일한 길이로 각각 설정되어 있다. 그로 인해, 상술한 예와 마찬가지로, 각각의 보조 플라즈마 발생부(82)는, 주 플라즈마 발생부(81)에 의한 회전 테이블(2)의 외주부측에 있어서의 플라즈마의 부족분을 보상하기 위해, 회전 테이블(2)의 중심부측보다도 외주부측의 쪽에 있어서 플라즈마의 농도가 농후해지도록(양이 많아지도록) 설정되어 있다고 할 수 있다.
각각의 확산 억제판(510)은, 도 23에도 도시하는 바와 같이, 플라즈마 발생부(80)의 길이 방향을 따라 복수 개소, 예를 들어 2개소에 있어서, 고정부(511)에 의해 시스관(35a, 35b)으로부터 현수되어 있다. 각각의 고정부(511)는, 절연체 예를 들어 석영 등에 의해 구성되어 있고, 회전 테이블(2)의 회전 방향에 있어서의 확산 억제판(510)의 양단부의 상면 위치로부터 각각 상방측으로 신장되는 동시에, 시스관(35a, 35b)을 상방측으로부터 덮도록 수평으로 굴곡하여 서로 접속되어 있다. 이 예에서는, 회전 테이블(2)의 회전 방향에 있어서의 확산 억제판(510)의 폭 치수 B는, 예를 들어 70㎜ 정도로 설정되어 있다. 도 25 중 부호 F는, 각각의 플라즈마 발생부(80)에 있어서의 전극(36a, 36b)의 각각의 중심선끼리의 사이의 이격 거리이며, 이 이격 거리 F는 10㎜ 이하, 예를 들어 7㎜로 되어 있다. 또한, 도 23 내지 도 25에서는, 커버체(221)를 생략하고 있다.
이 확산 억제판(510)을 설치함으로써, 각각의 보조 플라즈마 발생부(82)에 있어서, 회전 테이블(2)의 중앙측의 영역에서는, 회전 테이블(2)의 주연부보다도 웨이퍼(W)에 공급되는 플라즈마의 양이 적어진다. 즉, 도 26에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 전극(36a, 36b) 사이에 있어서 처리 가스의 플라즈마(이온 및 라디칼)가 발생하면, 이 플라즈마는, 보조 플라즈마 발생부(82)의 하방측을 이동(공전)하는 웨이퍼(W)를 향해 하강하려고 한다. 그러나 보조 플라즈마 발생부(82)와 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W) 사이에는 확산 억제판(510)이 설치되어 있으므로, 이 확산 억제판(510)에 의해 회전 테이블(2)측으로의 플라즈마의 확산이 억제되어, 플라즈마는 확산 억제판(510)의 상면을 따라 수평 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측, 하류측, 회전 테이블(2)의 중심측 및 주연측]을 향해 확산되어 간다. 상술한 바와 같이, 플라즈마 중의 활성종이 불활성화되기 쉬우므로, 확산 억제판(510)에 의해 하방측으로의 확산이 억제된 플라즈마는, 수평 방향으로 확산됨에 따라 일부가 불활성화(가스화)된다. 그로 인해, 이 불활성화된 플라즈마(가스)가 웨이퍼(W)에 접촉하였다고 해도, 활성인[확산 억제판(510)에 의해 확산이 억제되어 있지 않은] 플라즈마보다도 개질의 정도가 작아진다. 따라서, 확산 억제판(510)의 하방측에서는, 확산 억제판(510)이 설치되어 있지 않은 기단부측보다도, 플라즈마에 의한 개질의 정도가 작게 억제되게 된다. 여기서, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 중 라디칼은 이온보다도 수명이 길기(불활성화되기 어렵기) 때문에, 확산 억제판(510)을 측방측으로부터 돌아 들어가 활성인 상태로 웨이퍼(W)에 도달하는 경우도 있다. 이 경우라도, 확산 억제판(510)을 설치함으로써, 플라즈마 중의 이온에 의한 개질이 억제되게 된다.
이 확산 억제판(510)에 의해, 상술한 도 6에 도시한 활성화 가스 인젝터(220)와 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 각각의 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 서로 동일한 길이로 함으로써, 각각의 플라즈마 발생부(80)에 공급하는 고주파 전력을 균일하게 할 수 있다. 즉, 각각의 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R이 서로 다른 경우에 있어서, 이들 플라즈마 발생부(80)에 공통의 고주파 전원(224)으로부터 각각 동등한 전력을 공급하려고 해도, 각각의 플라즈마 발생부(80)의 정전 용량치가 다르기 때문에, 길이 치수 R이 긴 플라즈마 발생부(80)에는 길이 치수 R이 짧은 플라즈마 발생부(80)보다도 많은 전력이 공급되어 버리는 경우가 있다. 그로 인해, 웨이퍼(W)의 적재 영역의 통과 영역의 내측 테두리[회전 테이블(2)의 중심측의 단부]로부터 상기 통과 영역의 외측 테두리[회전 테이블(2)의 외주측]에 걸쳐 신장되도록 설치된 1개의 플라즈마 발생부(80)를 주 플라즈마 발생부(81)로 하면, 이 주 플라즈마 발생부(81)보다도 짧고, 주 플라즈마 발생부(81)에 대한 길이의 치수차가 큰 보조 플라즈마 발생부(82)에 대해서는, 주 플라즈마 발생부(81)보다도 플라즈마가 약해진다(플라즈마의 밀도가 희박하다). 따라서, 주 플라즈마 발생부(81)에 의한 웨이퍼(W)의 적재 영역의 외측 부근 영역에 있어서의 플라즈마의 부족분을 적절하게 보상하려고 하면, 고주파 전원(224)의 전력치의 크기 등의 조정 작업이 어려워진다. 따라서, 보조 플라즈마 발생부(82)에 대해서도 주 플라즈마 발생부(81)와 동일한 길이로 설정하고, 확산 억제판(510)의 배치 영역을 조정하여, 외관상 보조 플라즈마 발생부(82)의 길이 치수가 짧아지도록 구성하는 것이 좋다.
즉, 도 22와 같이 각각 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 서로 동일한 길이로 설정하는 동시에 확산 억제판(510)을 사용함으로써, 각각의 보조 플라즈마 발생부(82)의 유효 길이 J를 조정하면, 보조 플라즈마 발생부(82)마다 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 플라즈마의 양을 조정하면서, 이들 플라즈마 발생부(80)에 공급되는 고주파 전력치를 균일하게 할 수 있다. 그로 인해, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 플라즈마의 양을 각각의 플라즈마 발생부(80)마다 간편하게 조정할 수 있다. 또한, 주 플라즈마 발생부(81) 및 보조 플라즈마 발생부(82)로서, 공통의 길이 치수 R의 플라즈마 발생부(80)를 사용할 수 있으므로, 확산 억제판(510)을 바꾸는 것만으로 길이 치수 R을 간단히 조정할 수 있고, 또한 비용적으로 유리하다.
또한, 이 확산 억제판(510)과 함께 상술한 기울기 조정 기구(501)를 설치해도 좋다. 그 경우에는, 플라즈마의 유무를, 말하자면 디지털적으로 조정할 수 있는 확산 억제판(510)에 더하여, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 플라즈마의 양을 서서히, 말하자면 아날로그적으로 조정할 수 있는 기울기 조정 기구(501)를 설치하고 있으므로, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 플라즈마의 양(개질의 정도)의 조정 폭을 한층 더 크게 취할 수 있다.
상술한 도 22 내지 도 26에서는, 플라즈마 발생부(80)의 하방측에 확산 억제판(510)을 설치하였지만, 도 27에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 발생부(80)의 주위(하면, 양 측면, 상면 및 선단측)를 덮도록 개략 상자형의 확산 억제판(510)을 설치해도 좋다. 또한, 진공 용기(1) 내에 확산 억제판(510)을 설치하는 데 있어서, 진공 용기(1)의 천장판(11)으로부터 현수해도 좋고, 진공 용기(1)의 내벽측에 고정하도록 해도 좋다. 확산 억제판(510)의 재질로서는, 석영 이외에도 예를 들어 알루미나(Al2O3) 등의 절연체를 사용해도 좋다.
또한, 상술한 히터 유닛(7)의 주위에 설치된 커버 부재(71)로서, 도 28 및 도 29와 같이 구성해도 좋다. 즉, 커버 부재(71)는, 회전 테이블(2)의 외측 테두리부 및 당해 외측 테두리부보다도 외주측을 하방측으로부터 면하도록 설치된 내측 부재(71a)와, 이 내측 부재(71a)와 진공 용기(1)의 내벽면 사이에 설치된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 이 외측 부재(71b)는, 상술한 배기구(61, 62)의 상방측에 있어서는 이들 배기구(61, 62)와 회전 테이블(2)의 상방 영역을 연통시키기 위해, 예를 들어 원호 형상으로 절결되어 배기 영역 E1, E2를 이루고, 굴곡부(46)의 하방측에 있어서는 상단부면이 당해 굴곡부(46)에 근접하도록 배치되어 있다. 또한, 히터 유닛(7)과 회전 테이블(2) 사이에는, 당해 히터 유닛(7)이 설치된 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해, 외측 부재(71b)의 내주벽으로부터 진공 용기(1)의 저면부(14)의 중앙에 형성된 돌출부(12a)의 상단부의 사이를 주위 방향에 걸쳐 접속하는, 예를 들어 석영으로 이루어지는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다.
[실시예]
계속해서, 본 발명의 효과를 확인하기 위해 행한 실시예에 대해 이하에 설명한다.
(제1 실시예)
우선, 상술한 성막 장치에 있어서, 1세트의 플라즈마 발생부(80)를 설치한 경우와 비교하여, 복수 세트, 이 예에서는 6세트의 플라즈마 발생부(80)를 설치함으로써, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 개질의 정도가 어떻게 바뀌는지 실험을 행하였다. 플라즈마 발생부(80)를 6세트 설치하는 경우에는, 모든 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 동일한 길이(300㎜)로 설정한 경우(6쌍으로서 기재)와, 각각의 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을, 예를 들어 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 50, 150, 245, 317, 194, 97㎜로 각각 설정한 경우에 있어서 실험을 행하였다. 또한, 개질의 정도를 평가하는 데 있어서, 활성화 가스 인젝터(220)를 사용하지 않고 150㎚의 실리콘 산화막을 미리 웨이퍼(W) 상에 형성해 두고, 그 후 이 웨이퍼(W)에 대해 개질 처리를 행하여 처리 전후에 있어서의 막 두께차를 계산하여, 수축률[＝(개질 처리 전의 막 두께－개질 처리 후의 막 두께)÷개질 처리 전의 막 두께×100]을 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 복수 개소에서 구하였다. 개질 처리는, 이하의 조건에서 행하였다.
(개질 조건)
처리 가스 : He(헬륨) 가스/O2 가스＝2.7/0.3l/분
처리 압력 : 533㎩(4Torr)
고주파 전력 : 400W
회전 테이블(2)의 회전수 : 30rpm
처리 시간 : 5분
(실험 결과)
도 30에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 발생부(80)가 1세트인 경우에는, 회전 테이블(2)의 중심부측에 있어서 강하게 개질 처리가 행해지고 있고, 외주부측을 향함에 따라 개질 처리가 약해지고 있었다. 따라서, 1세트의 플라즈마 발생부(80)를 사용하여 회전 테이블(2)의 외주부측에 있어서 양호한 개질 처리를 행하려고 하면, 상술한 바와 같이 중심부측에서는 개질 처리가 지나치게 강해져, 웨이퍼(W)가 손상을 받고 있을 우려가 있다고 생각된다. 한편, 6세트의 플라즈마 발생부(80)를 사용한 경우에는, 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 외주부측에 걸쳐 개질 처리가 균일하게 행해지고 있는 것을 알 수 있었다. 이것은, 상술한 바와 같이 6세트의 플라즈마 발생부(80)에 의해 실리콘 산화막의 개질에 필요한 에너지를 분산하고 있기 때문이라고 생각된다. 또한, 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 변경함으로써, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 개질의 정도를 조정할 수 있는 것을 알 수 있었다.
(제2 실시예)
다음에, 제1 실시예와 동일한 조건에 있어서 실리콘 산화막의 개질 처리를 행하여 동일하게 평가한 바, 도 31에 나타내는 바와 같이, 각 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 변경함으로써, 마찬가지로 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 개질 처리의 정도를 조정할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이 예에서는, 동일한 길이 치수 R의 플라즈마 발생부(80)를 설치하는 경우보다도, 각각의 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 조정한 쪽이 양호한 균일성으로 되어 있었다.
(제3 실시예)
계속해서, 각각의 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 이하의 표에 나타내는 바와 같이 다양하게 바꾸어 동일한 실험 및 평가를 행하였다. 이 실험에 있어서 얻어진 결과에 대해서도 이 표에 아울러 나타낸다.
Figure pat00001
그 결과, 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 각각 조정함으로써, 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 외주부측에 걸친 플라즈마의 양을 조정할 수 있어, 그 결과 예를 들어 막 두께의 편차가 작아지도록 개질할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이 표에는, 개질 처리 전후에 있어서, 회전 테이블(2)의 반경 방향에서 복수 개소에 있어서 측정한 막 두께 차에 대해 정리한 결과를 나타내고 있다. 또한, 플라즈마 발생부(80)(전극)의 길이 치수 R은, 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 하류측으로 배열한 순서로 기재되어 있다. 또한, 이 표에 있어서의 편차라 함은, 표준 편차의 3배를 모평균으로 나눈 수치를 나타내고 있다.
(제4 실시예)
다음에, 상술한 제3 실시예와 같이 각 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 다양하게 바꾸었을 때에 있어서, 막 두께의 수축률이 웨이퍼(W)의 면내에 있어서 어떠한 분포로 되는지 측정하였다. 이 결과를 도 32a 내지 도 32g에 도시한다. 또한, 이 도 32a 내지 도 32g에 있어서, 웨이퍼(W) 상에 있어서의 각 플라즈마 발생부(80)의 개략적인 배치 상태 및 각각의 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수에 대해서도 기재되어 있다.
이 도 32a 내지 도 32g로부터, 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 조정함으로써, 막 두께의 수축률이 면내에 있어서 바뀌는 것을 알 수 있었다. 그로 인해, 각각의 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 조정함으로써, 플라즈마의 양에 대해서도 회전 테이블(2)의 반경 방향에서 변화되어 있다고 생각된다. 또한, 각각의 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 50, 150, 245, 317, 194, 97㎜로 설정한 경우와, 97, 194, 317, 245, 150, 50㎜로 설정한 경우에는, 즉 플라즈마 발생부(80)의 배열 순서를 변경하였을 때에는, 균일성이 거의 변화되어 있지 않은 것을 알 수 있었다. 또한, 플라즈마 발생부(80)의 길이 치수 R을 모두 300㎜로 한 경우와, 6세트의 플라즈마 발생부(80)에 대해 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측으로부터 각각 50, 150, 245, 317, 194, 97㎜로 설정한 경우에 대해서는, 막 두께의 수축률의 계조(색조)를 바꾸어 얻어진 결과에 대해, 도 33a 및 도 33b에 아울러 도시하고 있다.
(제5 실시예)
다음에, 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)가 받는 손상에 대해 평가를 행하였다. 이 실험은, 표면에 인이 도프된 다결정 실리콘막으로 이루어지는 안테나부를 포함하는 테스트 칩이 다수 형성된 실험용 웨이퍼(W)를 사용하여, 이 웨이퍼(W)에 대해 이하의 조건에 있어서 플라즈마를 공급하고, 그 후 각각의 테스트 칩이 받은 손상(플라즈마 조사 전의 안테나부의 면적÷플라즈마 조사 후의 유효 안테나 면적)을 평가하였다. 또한, 실험용 웨이퍼(W)에 형성된 손상층이 실리콘 산화막에 덮여 버리지 않도록, 성막용 가스 대신에 N2 가스를 사용하였다.
(플라즈마 공급 조건)
처리 가스 : Ar 가스/O2 가스＝5/0.1slm
처리 압력 : 533㎩(4Torr)
고주파 전력 : 400W(13.56Mz)
회전 테이블(2)의 회전수 : 240rpm
처리 시간 : 10분
성막 온도 : 350℃
성막용 가스 : N2 가스/O3 가스＝200sccm/6slm
플라즈마 발생부(80)의 세트수 : 6개(각 길이 치수 R : 50, 150, 245, 317, 194, 97), 1개(300㎜)
플라즈마의 폭로 폭 : 약 2㎝[회전 테이블(2)이 회전할 때마다 1세트의 플라즈마 발생부(80)마다 2㎝의 플라즈마 영역을 통과함]
(실험 결과)
그 결과, 도 34a, 도 34b에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 발생부(80)가 1세트인 경우에는, 회전 테이블(2)의 외주부측으로부터 중심부측을 향할수록 손상이 커져 있고, 웨이퍼(W)에 부여하는 플라즈마의 에너지를 강하게 할수록 이 경향이 증대되고 있었다. 한편, 6개의 플라즈마 발생부(80)를 설치한 경우에는, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 손상의 편차는 거의 확인되지 않았다. 또한, 플라즈마의 에너지를 증가시킨 경우에 있어서도, 특별히 차이가 나타나지 않았다.
따라서, 상술한 바와 같이, 1세트의 플라즈마 발생부(80)를 사용한 경우에는, 회전 테이블(2)의 반경 방향에서 개질의 정도에 편차가 발생되어, 면내에 걸쳐 균일한 개질 처리를 행하려고 하면, 파라미터(예를 들어, 플라즈마의 에너지)의 선택 범위가 한정되어 버리지만, 복수, 예를 들어 6세트의 플라즈마 발생부(80)를 배치하면, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 개질의 편차가 작아져, 파라미터의 선택 범위가 넓어지는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 34a, 도 34b에 있어서는, 상술한 테스트 칩을 모식적으로 격자 형상으로 나타내고 있다.
(제6 실시예)
상술한 커버체(221)에 의해 당해 커버체(221) 내로의 가스의 침입이 어느 정도 억제되어 있는지, 이하의 조건에서 시뮬레이션을 행하였다.
(시뮬레이션 조건)
처리 가스 : Ar 가스＝20slm
처리 압력 : 533㎩(4Torr)
고주파 전력 : 400W(13.56Mz)
회전 테이블(2)의 회전수 : 30rpm
처리 시간 : 10분
성막 온도 : 450℃
성막용 가스 : Si 함유 가스/O3 가스＝300sccm/10slm(200g/Nm3)
각각의 분리 영역 D에 공급하는 분리 가스 : N2＝20slm
중심부 영역 C의 상방으로부터 공급하는 분리 가스 : 3slm
중심부 영역 C의 하방 및 퍼지 가스 공급관(73)으로부터 공급하는 분리 가스 : 10slm
(실험 결과)
도 35a, 도 35b에 도시하는 바와 같이, 가스 도입 노즐(34)로부터 공급되는 Ar 가스는, 커버체(221) 내에 균일하게 분산되어 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 35c, 도 35d에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 커버체(221)를 향해 통류되어 오는 N2 가스는, 당해 커버체(221) 내로의 침입이 방지되어 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 상술한 바와 같이, 커버체(221) 내에서는, 노즐(32, 34)로부터 토출되는 O3 가스와 분리 영역 D 등에 공급되는 N2 가스의 혼합이 방지되어, NOx의 생성이 억제되어 있다고 할 수 있다.
(제7 실시예)
이 커버체(221) 내에 있어서, 처리 가스(He 가스)의 분포나 유속이 어떻게 되어 있는지 시뮬레이션을 처리 압력이 533㎩(4Torr), 처리 가스의 유량이 3slm인 조건에서 행한 바, 도 36에 도시하는 바와 같이, 처리 가스는 이 커버체(221) 내에 있어서 균일하게 분포되어 있고, 국소적인 흐트러짐이 보이지 않는 것을 알 수 있었다.
(제8 실시예)
계속해서, 상술한 기울기 조정 기구(501)를 설치하여, 플라즈마 발생부(80)의 선단부의 높이 위치를 조정한 경우에 얻어지는 박막의 특성을 평가하였다. 이 실험에서는, 도 37에 도시하는 바와 같이, 상술한 6개의 플라즈마 발생부(80)가 설치되는 부위 중 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 1개소째, 3개소째 및 5개소째에 플라즈마 발생부(80)를 설치하여, 이들 3개의 플라즈마 발생부(80)를 사용하여 박막의 개질을 행하였다. 그리고 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 3개소째의 플라즈마 발생부(80)의 선단부의 높이 위치(치수 H)를 각각 8㎜, 10㎜, 11㎜, 12㎜로 설정하는 동시에, 각각의 조건에 있어서 얻어지는 막 두께를 측정하였다.
이때, 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 1개소째 및 5개소째의 플라즈마 발생부(80)의 선단부의 치수 H에 대해서는, 각각 17.5㎜ 및 16.5㎜로 설정하였다. 이들 플라즈마 발생부(80)의 기단부측[진공 용기(1)의 측벽측]의 웨이퍼(W)와의 사이의 치수는, 모두 9㎜로 설정하였다. 또한, 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 2개소째, 4개소째 및 6개소째에 있어서 플라즈마 발생부(80)를 배치하지 않는 부위에 있어서의 진공 용기(1)의 측벽은, 설명을 생략하지만 기밀하게 폐색되어 있다. 또한, 성막 조건 및 개질 조건은 이하와 같다.
(성막 조건 및 개질 조건)
성막 온도(℃) : 450
처리 압력[㎩(Torr)] : 533.29(4)
회전 테이블(2)의 회전수(rpm) : 20
고주파 전력치(W) : 1200
그 결과, 도 38에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 발생부(80)의 선단부의 높이 위치를 조정함으로써, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 박막의 막 두께를 조정할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 이 예에서는, 치수 H가 11㎜인 경우에, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 막 두께가 가장 균일한 박막이 얻어졌다. 또한, 이 도 38에 있어서, 막 두께가 얇아질수록 개질이 강하게 행해지고 있다고 할 수 있다.
(제9 실시예)
다음에, 도 39와 같이 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 1개소째 및 2개소째에 플라즈마 발생부(80, 80)를 배치하여, 이들 2개의 플라즈마 발생부(80, 80)를 사용하여 박막의 개질을 행하였다. 이때의 플라즈마 발생부(80, 80)에 있어서 서로 근접하는 전극(36)끼리의 사이의 이격 거리 F는, 45㎜로 설정하였다. 또한, 이들 플라즈마 발생부(80, 80)의 치수 H에 대해서는, 선단부에서는 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 각각 14㎜ 및 12㎜로 설정하는 동시에, 기단부측에서는 각각 10.5㎜ 및 10㎜로 설정하였다. 실험 조건은 이하와 같으며, 한 번 실험을 행한 후, 플라즈마 발생부(80)를 제거하고 다시 재장착하여, 다시 동일한 내용의 실험을 행하였다.
(실험 조건)
성막 온도(℃) : 350
처리 압력[㎩(Torr)] : 533.29(4)
제1 반응 가스 유량(sccm) : 600
제2 반응 가스(O3) 유량 : 300g/Nm3(O2 : 6slm)
개질용 가스(O2) 유량(slm) : 10
회전 테이블(2)의 회전수(rpm) : 20
고주파 전력치(W) : 800
그 결과, 도 40에 나타내는 바와 같이, 성막량[회전 테이블(2)의 1회전당 성막되는 성막량]에 대해, 동일한 실험 조건임에도 불구하고 서로 다른 결과로 되어, 재현성이 얻어지지 않았다. 이 이유는, 별도로 행한 실험을 육안으로 확인한 바, 도 41에 도시하는 바와 같이, 서로 인접하는 플라즈마 발생부(80, 80) 사이에 있어서 방전이 일어나, 웨이퍼(W)측에 공급되는 플라즈마의 양이 부족하기 때문이라고 하는 것을 알 수 있었다. 도 40의 회전 테이블(2)의 중심측으로부터 100㎜ 정도의 영역에 있어서 막 두께가 두껍게 되어 있는 부분에 대해서는, 이 육안 확인에 의한 실험으로부터, 서로 인접하는 플라즈마 발생부(80, 80) 사이에서 방전이 일어나 있는 영역에 대응하고 있었다. 따라서, 서로 인접하는 플라즈마 발생부(80, 80) 사이의 거리(이격 거리 A)를 길게 취하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
(제10 실시예)
이 실험에서는, 확산 억제판(510)의 유무에 의해 얻어지는 박막의 막질이 어떻게 되는지 확인하였다. 플라즈마 발생부(80)로서는, 도 42a에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 1개소째 및 2개소째에 설치하였다. 또한, 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 1개소째에 치수 G가 200㎜인 확산 억제판(510)을 설치한 경우(도 42b)와, 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 1개소째 및 2개소째에 치수 G가 200㎜ 및 100㎜인 확산 억제판(510)을 각각 설치한 경우(도 42c)에 대해 실험을 행하였다. 실험 조건은 이하와 같다.
(실험 조건)
성막 온도(℃) : 350(고주파를 공급하지 않는 예에서는 450)
처리 압력[㎩(Torr)] : 533.29(4)
제1 반응 가스 유량(sccm) : 600
제2 반응 가스(O3) 유량 : 300g/Nm3(O2:6slm)
개질용 가스(O2) 유량(slm) : 10
회전 테이블(2)의 회전수(rpm) : 20
고주파 전력치(W) : 1200
그 결과, 도 43에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 발생부(80)에 의해 개질을 행함으로써, 고주파를 공급하지 않는 경우(개질을 행하지 않는 경우)와 비교하여, 막 두께가 얇아져 치밀한 박막이 얻어져 있었다. 또한, 2개의 플라즈마 발생부(80, 80)의 양쪽에 확산 억제판(510)을 설치한 경우(도 42c)에는, 플라즈마 발생부(80)의 선단측(회전 테이블의 중앙측)에서는, 기단부측(회전 테이블의 주연측)보다도 막 두께가 두껍게 되어 있었다. 그로 인해, 도 42c의 구성에서는, 플라즈마 발생부(80)의 선단측에서는 기단부측보다도 개질 효과가 약해져 있어, 확산 억제판(510)에 의해 웨이퍼(W)에의 플라즈마의 확산이 억제되어 있는 것을 알 수 있었다. 이때, 회전 테이블의 중앙측의 개질 효과가 약해지는 영역이라도, 고주파를 공급하지 않고 실험을 행한 경우보다도 막 두께가 얇아져 있는 이유는, 상술한 바와 같이 플라즈마 중의 라디칼이 확산 억제판(510)의 측방측을 돌아 들어가 웨이퍼(W)에 도달하거나, 혹은 회전 테이블(2)의 주연부측으로부터 중앙부측으로 플라즈마가 확산되어 왔기 때문이라고 생각된다.
또한, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 확산 억제판(510)보다도 외주측에서는, 확산 억제판(510)을 설치하지 않은 경우에 비해, 막 두께가 얇아져 개질이 강하게 행해지고 있는 것을 알 수 있었다. 이 이유는, 확산 억제판(510)을 설치한 영역의 플라즈마가 회전 테이블(2)의 외주측으로 돌아 들어가 있기 때문이 아닌가 생각된다.
또한, 2개의 플라즈마 발생부(80, 80) 중 회전 테이블(2)의 상류측에만 확산 억제판(510)을 설치한 경우(도 42b)에는, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서, 확산 억제판(510)을 설치하지 않은 경우(도 42a)와 거의 동일한 정도의 막 두께로 되어 있었다. 이 이유는, 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 2개소째의 플라즈마 발생부(80)에는 확산 억제판(510)을 설치하지 않았으므로, 당해 플라즈마 발생부(80)에 의해 개질이 충분히 행해져 버렸기 때문이라고 생각된다.
이때의 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 막 두께 분포 및 막 두께에 대해서는, 도 44에 나타내는 결과로 되었다. 따라서, 확산 억제판(510)을 설치함으로써, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 막 두께 분포(개질의 정도)를 조정할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 회전 테이블(2)의 접선 방향에 있어서의 막 두께는, 도 45에 나타내는 바와 같이, 어느 예에 있어서도 균일하게 되어 있었다.
상술한 본 발명의 실시 형태에 의한 플라즈마 처리 장치에 의해, 복수의 기판을 적재한 회전 테이블을 회전시켜 플라즈마 처리를 행하는 데 있어서, 기판에 대해 면내 균일성이 높은 처리를 행할 수 있다.
보다 구체적으로는, 상술한 본 발명의 실시 형태에 의한 플라즈마 처리 장치는, 복수의 기판을 적재한 회전 테이블을 회전시켜 플라즈마 처리를 행하는 데 있어서, 기판의 적재 영역의 통과 영역에 대향하는 위치에 있어서 상기 회전 테이블의 중앙부와 외주측 사이에 막대 형상으로 신장되는 동시에 상기 진공 용기의 주위 방향으로 서로 이격되어 설치된 복수의 플라즈마 발생부에 의해 플라즈마 발생용 가스를 플라즈마화하고 있으므로, 기판에 대해 면내 균일성이 높은 처리를 행할 수 있다.
상기한 실시 형태를 참조하면서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 청구된 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이나 변경이 가능하다.

Claims (10)

  1. 기판에 대해 플라즈마에 의해 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    그 내부에서 상기 기판에 대해 상기 플라즈마에 의해 처리가 행해지는 진공 용기와,
    상기 진공 용기 내에 설치되고, 기판을 적재하기 위한 적어도 하나의 기판 적재 영역이 형성된 회전 테이블과,
    이 회전 테이블을 회전시키는 회전 기구와,
    상기 기판 적재 영역에 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 기판 적재 영역의 통과 영역에 대향하는 위치에 있어서 상기 회전 테이블의 중앙부측과 외주측 사이에 막대 형상으로 신장되도록 설치되고, 상기 가스에 에너지를 공급하여 플라즈마화하기 위한 주 플라즈마 발생부와,
    이 주 플라즈마 발생부에 대해 상기 진공 용기의 주위 방향으로 이격되어 설치되고, 당해 주 플라즈마 발생부에 의한 플라즈마의 부족분을 보상하기 위한 보조 플라즈마 발생부와,
    상기 진공 용기 내를 진공 배기하는 진공 배기 수단을 구비한 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주 플라즈마 발생부 및 상기 보조 플라즈마 발생부에 대해 주위 방향으로 이격되어 설치되고, 기판에 대해 성막을 행하기 위한 반응 가스 공급 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 진공 용기는 회전 테이블의 주위 방향으로 서로 이격되어 형성된 복수의 처리 영역 및 상기 복수의 처리 영역 사이에 형성된 분리 영역을 갖고,
    상기 반응 가스 공급 수단은, 서로 다른 반응 가스를 각각 공급하고,
    상기 복수의 처리 영역 사이에는, 서로 다른 반응 가스가 혼합되는 것을 방지하기 위한 분리 가스가 공급되고, 상기 성막은, 기판의 표면에는 서로 다른 반응 가스가 차례로 공급됨으로써 행해지는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주 플라즈마 발생부, 상기 보조 플라즈마 발생부 및 가스 공급부는, 회전 테이블의 회전 방향 상류측으로부터 흘러 오는 가스가 상기 주 플라즈마 발생부 및 상기 보조 플라즈마 발생부와 그 상방의 천장부 사이를 흐르도록 공통의 커버체에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 커버체에 있어서의 상기 회전 방향 상류측에는, 길이 방향으로 신장되는 측면부의 하부 테두리를 당해 상류측으로 신장되도록 플랜지 형상으로 굴곡시켜 형성한 가스류의 규제부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보조 플라즈마 발생부는, 상기 주 플라즈마 발생부에 의한 기판 적재 영역의 외측 테두리측의 플라즈마의 부족분을 보상하기 위해 설치된 것인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 주 플라즈마 발생부와 상기 보조 플라즈마 발생부는, 플라즈마를 발생시키기 위한 전력의 공급원인 고주파 전원을 공용하고, 상기 보조 플라즈마 발생부는, 상기 회전 테이블의 중앙측 부위에 있어서 기판 적재 영역으로의 플라즈마의 확산을 억제하기 위해, 확산 억제부를 하방측에 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 주 플라즈마 발생부 및 상기 보조 플라즈마 발생부 중 적어도 하나의 플라즈마 발생부는, 상기 회전 테이블의 외주측에 있어서의 상기 진공 용기의 측벽으로부터 당해 진공 용기 내에 기밀하게 삽입되고, 상기 회전 테이블 상의 기판의 표면에 대해 상기 적어도 하나의 플라즈마 발생부를 당해 적어도 하나의 플라즈마 발생부의 길이 방향으로 경사지게 하기 위해, 상기 적어도 하나의 플라즈마 발생부의 기단부측에 기울기 조정 기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 주 플라즈마 발생부 및 상기 보조 플라즈마 발생부는, 서로 길이 방향으로 평행하게 신장되어, 용량 결합형 플라즈마를 발생시키기 위한 평행 전극인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 주 플라즈마 발생부 및 상기 보조 플라즈마 발생부는, 유도 결합형 플라즈마를 발생시키기 위한 안테나 중, 막대 형상의 안테나 부분에 상당하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
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