KR20110109928A - 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체 - Google Patents

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다께시 구마가이
히또시 가또오
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

회전 테이블(2)을 회전시켜 웨이퍼(W) 상에 Si 함유 가스를 흡착시키고, 계속해서 웨이퍼(W)의 표면에 O3 가스를 공급하여 웨이퍼(W)의 표면에 흡착한 Si 함유 가스를 반응시켜 산화 실리콘막을 성막하는 성막 처리와, 플라즈마를 사용하여 이 산화 실리콘막의 개질을 행하는 개질 처리로 이루어지는 성막-개질 스텝을 행한 후, Si 함유 가스의 공급을 정지하여 플라즈마를 사용한, 산화 실리콘막의 개질 스텝이 행해진다.

Description

성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체{FILM DEPOSITION APPARATUS, FILM DEPOSITION METHOD, AND STORAGE MEDIUM}
본 출원은 2010년 3월 29일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 2010-075900호에 기초하는 우선권을 주장하는 것으로, 그 전체 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은 진공 용기 내에서 기판에 대해 박막을 성막하는 성막 장치, 성막 방법 및 이 방법이 기억된 기억 매체에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 박막을 성막하는 성막 방법의 하나로서, 예를 들어 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 교대로 기판에 공급하여, 원자층 혹은 분자층의 반응 생성물을 적층하는 ALD(Atomic Layer Deposition)나 MLD(Molecular Layer Deposition) 등이 알려져 있다. 이들 성막 방법에서는, 예를 들어 성막 온도가 낮은 경우에는, 반응 가스 중의 유기물 등이 불순물로서 박막에 혼입될 우려가 있다. 따라서, 이와 같은 불순물을 박막으로부터 제거하기 위해, 예를 들어 어닐 처리나 플라즈마 처리 등의 개질 처리가 행해지는 경우가 있다.
그러나, 이 플라즈마 처리에서는 박막의 극표층의 깊이까지밖에 개질할 수 없으므로, 박막의 성막의 종료 후에 플라즈마 처리를 행한 경우에는, 그 박막은 막 두께 방향에 있어서 균질하게 개질될 수 없다. 또한, 성막 장치와 함께 플라즈마 처리를 행하는 별개의 플라즈마 처리 장치를 사용하는 경우에는, 성막 장치로부터 플라즈마 처리 장치로 기판을 반송할 필요가 있으므로, 성막 처리에 긴 시간이 걸린다.
한편, 이와 같은 성막 처리를 복수매의 웨이퍼에 대해 동시에 행하는, 소위 미니 뱃치 방식의 장치로서, 예를 들어 특허 문헌 1 내지 3에 기재되어 있는 바와 같이, 각 반응 가스를 공급하는 복수의 반응 가스 공급 수단에 대해 복수매의 웨이퍼가 적재된 적재대를 상대적으로 회전시키면서 성막 처리를 행하는 성막 장치가 알려져 있다. 그러나, 이들 특허 문헌에서는 상술한 과제에 대해서는 구체적으로 검토되어 있지 않다.
미국 특허 공보 7,153,542호 : 도 8의 (a), 도 8의 (b) 일본 특허 3144664호 공보 : 도 1, 도 2, 청구항 1 미국 특허 공보 6,634,314호
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 기판이 적재된 테이블에 대해 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 수단을 상대적으로 회전시켜 반응 생성물을 적층하여 박막을 성막하는 데 있어서, 막 두께 방향에 걸쳐서 막질이 양호하고 균질한 박막을 성막할 수 있는 성막 장치, 성막 방법 및 이 방법이 기억된 기억 매체를 제공한다.
본 발명의 제1 형태에 따르면,
진공 용기 내에 설치되어, 기판을 적재하기 위한 기판 적재 영역이 형성된 테이블과, 기판의 표면에 흡착하는 제1 반응 가스 및 기판의 표면 상의 제1 반응 가스의 성분과 반응하여 반응 생성물을 생성하는 제2 반응 가스를 각각 상기 기판 적재 영역에 대해 공급하기 위한 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단과,
기판 상의 반응 생성물에 대해, 개질 가스를 플라즈마화하여 얻은 플라즈마에 의해 개질 처리를 행하기 위한 플라즈마 처리 수단과,
상기 테이블과 상기 제1 반응 가스 공급 수단, 상기 제2 반응 가스 공급 수단 및 상기 플라즈마 처리 수단을 상대적으로 회전시키는 회전 기구와,
상기 기판에 대해 반응 생성물을 생성하는 성막 처리와 개질 처리를 행하기 위해, 상기 진공 용기 내로의 제1 반응 가스, 제2 반응 가스 및 개질 가스의 공급과 이 개질 가스의 플라즈마화를 행하는 성막-개질 스텝과, 제1 반응 가스의 공급을 정지하는 동시에 상기 진공 용기 내로의 개질 가스의 공급과 이 개질 가스의 플라즈마화를 행하는 개질 스텝을 이 순서로 적어도 1회 행하도록 제어 신호를 출력하는 제어 수단을 구비하는 성막 장치가 제공된다.
본 발명의 제2 형태에 따르면,
진공 용기 내에 설치된 테이블의 기판 적재 영역에 기판을 적재하는 공정과,
계속해서, 기판의 표면에 제1 반응 가스를 흡착시키는 공정과, 기판 상의 제1 반응 가스의 성분과 제2 반응 가스를 반응시켜 반응 생성물을 생성시키는 공정과, 개질 가스를 플라즈마화하여 얻은 플라즈마에 의해 기판 표면의 반응 생성물의 개질 처리를 행하는 공정을 행하기 위해, 회전 기구를 사용하여 상기 테이블에 대해 제1 반응 가스 공급 수단, 제2 반응 가스 공급 수단 및 플라즈마 처리 수단을 상대적으로 회전시키는 동시에, 상기 제1 반응 가스 공급 수단, 상기 제2 반응 가스 공급 수단 및 상기 플라즈마 처리 수단으로부터 상기 기판 적재 영역에 각각 제1 반응 가스, 제2 반응 가스 및 플라즈마를 공급하는 성막-개질 스텝과,
제1 반응 가스의 공급을 정지하고, 상기 회전 기구를 회전시키는 동시에, 상기 플라즈마 처리 수단으로부터 상기 기판 적재 영역에 플라즈마를 공급하는 개질 스텝을 이 순서로 적어도 1회 행하는 공정을 포함하는 성막 방법이 제공된다.
본 발명의 제3 형태에 따르면,
진공 용기 내의 테이블 상의 기판 적재 영역에 기판을 적재하여, 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판에 공급하고, 또한 이 공급 사이클을 복수회 실행함으로써 반응 생성물의 층을 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 있어서,
상기 컴퓨터 프로그램은, 상기 어느 하나의 성막 방법을 실시하도록 스텝이 짜여져 있는 기억 매체가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단면을 도시하는 도 3의 I-I'선 종단면도.
도 2는 도 1의 성막 장치의 내부의 개략 구성을 도시하는 사시도.
도 3은 도 1의 성막 장치의 횡단 평면도.
도 4는 도 1의 성막 장치의 내부의 일부의 개략 구성을 도시하는 종단면도.
도 5는 본 발명의 활성화 가스 인젝터의 일례를 도시하는 확대 사시도.
도 6은 도 5의 활성화 가스 인젝터를 도시하는 종단면도.
도 7은 도 5의 활성화 가스 인젝터를 도시하는 성막 장치의 종단면도.
도 8은 도 1의 성막 장치에 있어서 개질에 의해 생성되는 박막의 모습을 도시하는 모식도.
도 9는 도 1의 성막 장치에 있어서 행해지는 각 스텝의 가스 공급 시퀀스의 일례를 도시하는 개략도.
도 10은 도 1의 성막 장치에 있어서 행해지는 각 스텝의 가스 공급 시퀀스의 일례를 도시하는 개략도.
도 11은 도 1의 성막 장치에 있어서의 가스의 흐름을 도시하는 모식도.
도 12는 본 발명의 실시예에 있어서 얻어진 특성도.
본 발명의 실시 형태에 있어서는, 기판이 적재된 테이블에 대해 제1 반응 가스 공급 수단, 제2 반응 가스 공급 수단 및 플라즈마 처리 수단을 상대적으로 회전시키는 동시에, 기판 표면 상의 제1 반응 가스의 성분과 제2 반응 가스를 반응시켜 반응 생성물을 생성시키는 성막 처리 및 이 반응 생성물을 플라즈마에 의해 개질하는 개질 처리를 이 순서로 행하는 성막-개질 스텝과, 제1 반응 가스의 공급을 정지하고 테이블과 플라즈마 처리 수단을 상대적으로 회전시켜 개질 처리를 행하는 개질 스텝을 이 순서로 행하고 있으므로, 막 두께 방향에 걸쳐서 양호하고 균질한 막질의 박막을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시 형태의 일례의 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, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 분리될 수 있도록 구성되어 있다. 천장판(11)은 내부의 감압 상태에 의해 용기 본체(12)의 상단부면에 설치된 시일 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 연신되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(22)은 진공 용기(1)의 저부(14)를 관통하여, 그 하단부가 회전축(22)을 연직축 주위로, 이 예에서는 시계 방향으로 회전시키는 회전 기구인 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 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)(W)를 적재하기 위한 원형 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 동일한 높이로 된다. 오목부(24)의 저면에는 웨이퍼(W)의 이면을 지지하여 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 수반하는 원심력에 의해 튀어나오지 않도록 하기 위한 것으로, 본 발명의 기판 적재 영역에 상당하는 부위이다.
도 2 및 도 3에 도시한 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 둘레 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 서로 간격을 두고 방사상으로 배치되어 있다. 이 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 볼 때 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 연신되도록 설치되어 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. 활성화 가스 인젝터(220)에 대해서는, 이후에 상세하게 서술한다.
제1 반응 가스 노즐(31)은 도시하지 않은 유량 조정 밸브 등을 통해, Si(실리콘)을 포함하는 제1 반응 가스, 예를 들어 디이소프로필아미노실란의 가스 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 제2 반응 가스 노즐(32)은 도시하지 않은 유량 조정 밸브 등을 통해, 제2 반응 가스, 예를 들어 O3(오존) 가스 혹은 O2(산소) 가스 또는 이들의 혼합 가스의 가스 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은 모두 유량 조정 밸브 등을 통해 분리 가스인 N2(질소) 가스의 가스 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 또한, 이하에 있어서는, 편의상 제2 반응 가스를 O3 가스로 하여 설명한다.
반응 가스 노즐(31, 32)에는 가스 토출 구멍(33)이 바로 아래를 향해 노즐의 길이 방향에 걸쳐서, 예를 들어 10㎜의 간격을 두고 등간격으로 배열되어 있다. 반응 가스 노즐(31)의 하방 영역은 Si 함유 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)으로 된다. 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역은 제1 처리 영역(P1)에 있어서 웨이퍼(W)에 흡착된 Si 함유 가스를 산화시키는 제2 처리 영역(P2)으로 된다. 반응 가스 노즐(31, 32)은 처리 영역(P1, P2)에 있어서의 천장면(45)으로부터 이격하여 웨이퍼(W)의 근방에 각각 설치되어 있다.
분리 가스 노즐(41, 42)은 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)을 분리하는 분리 영역(D)을 형성하기 위해 설치되어 있다. 분리 영역(D)에는, 진공 용기(1)의 천장판(11)에는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고, 하방으로 돌출된 볼록 형상부(4)가 설치되어 있다. 볼록 형상부(4)는, 본 실시 형태에 있어서는, 내원호가 돌출부(5)(후술)에 연결되고, 외원호가, 진공 용기(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다. 볼록 형상부(4)에 의해, 진공 용기(1)의 내부가 둘레 방향으로 분할되어 있다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)은 이 볼록 형상부(4)에 있어서의 둘레 방향 중앙에서 반경 방향으로 연신되도록 형성된 홈부(43) 내에 수납되어 있다.
분리 가스 노즐(41, 42)의 둘레 방향 양측에는, 볼록 형상부(4)의 하면인, 예를 들어 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)이 존재하고, 이 천장면(44)의 둘레 방향 양측에는 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 존재하게 된다. 이 볼록 형상부(4)는 회전 테이블(2)과의 사이로의 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스의 침입을 저지하여 이들 반응 가스의 혼합을 방지하기 위한 협애한 공간인 분리 공간을 형성한다.
즉, 분리 가스 노즐(41)을 예로 들면, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 제2 반응 가스가 침입하는 것을 저지하고, 또한 회전 방향 하류측으로부터 제1 반응 가스가 침입하는 것을 저지한다. 또한, 분리 가스로서는, 질소(N2) 가스로 한정되지 않고, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 사용해도 좋다.
한편, 천장판(11)의 하면에는, 도 4에 도시한 바와 같이 회전 테이블(2)에 있어서의 코어부(21)보다도 외주측의 부위와 대향하도록, 또한 코어부(21)의 외주를 따라서 돌출부(5)가 설치되어 있다. 이 돌출부(5)는 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속해서 형성되어 있고, 그 하면이 볼록 형상부(4)의 하면[천장면(44)]과 동일한 높이로 형성되어 있다.
또한, 도 2 및 도 3은 각각 용기 본체(12)의 내부를 도시하는 사시도 및 상면도이고, 이들 도면에 있어서는, 설명의 편의상, 천장면(45)보다도 낮고 또한 분리 가스 노즐(41, 42)보다도 높은 위치에서 용기 본체(12)가 수평으로 절단되어 있다.
상술한 바와 같이 진공 용기(1)의 내부에는 천장면(44)과 이 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)이 둘레 방향에 존재한다. 도 1은 천장면(45)이 설치되어 있는 영역에 대한 종단면이고, 도 4는 천장면(44)이 설치되어 있는 영역에 대한 종단면이다. 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부[진공 용기(1)의 외측 테두리측의 부위]에는, 도 2 및 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡하여 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 이 굴곡부(46)는 볼록 형상부(4)와 마찬가지로, 분리 영역(D)의 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 방지하고, 양 반응 가스의 혼합을 방지하는 목적으로 설치되어 있다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)에 설치되어 있어, 용기 본체(12)로부터 제거할 수 있도록 되어 있으므로, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 약간 간극이 있다. 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(D)에 있어서는 도 4에 도시한 바와 같이 굴곡부(46)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 오목하게 되어 있다. 이하, 설명의 편의상, 직사각형의 종단면 형상을 갖는, 이 오목한 부분을 배기 영역이라고 기재한다. 구체적으로는, 제1 처리 영역(P1)에 연통하는 배기 영역을 제1 배기 영역(E1)으로 기재하고, 제2 처리 영역(P2)에 연통하는 영역을 제2 배기 영역(E2)으로 기재한다. 이들 제1 배기 영역(E1) 및 제2 배기 영역(E2)의 저부에는, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 각각 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)가 형성되어 있다. 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 도 1에 도시한 바와 같이 각각 배기관(63)을 통해 진공 배기 수단인, 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다. 또한, 도 1 중 참조 부호 65는 압력 조정 수단이다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저부(14) 사이의 공간에는, 도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 프로세스 레시피로 결정된 온도, 예를 들어 450℃로 가열하도록 되어 있다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 배기 영역(E1, E2)에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여 있는 분위기를 구획하여 회전 테이블(2)의 하방 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해, 링 형상의 커버 부재(71)가 설치되어 있다. 이 커버 부재(71)는 회전 테이블(2)의 외측 테두리부 및 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 잘려 배기 영역(E1, E2)을 이루고, 굴곡부(46)의 하방측에 있어서는 상단부면이 굴곡부(46)에 근접하도록 배치되어 있다. 환언하면, 커버 부재(71)는 분리 영역(D)에 있어서 볼록 형상부(4)의 외측 테두리부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접하여 설치되는 외측 부재(71b)와, 회전 테이블(2)의 외측 테두리부 하방(및 외측 테두리부보다도 약간 외측의 부분의 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸는 내측 부재(71a)를 갖고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심 근처의 부위에 있어서의 저부(14)는 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근에 있어서의 코어부(21)에 접근하도록 상방측으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이루고 있다. 이 돌출부(12a)와 코어부(21) 사이는 좁은 공간으로 되어 있고, 또한 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍에 대해서도 그 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있고, 이들 좁은 공간은 케이스체(20)에 연통되어 있다. 그리고, 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 N2 가스를 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 설치되어 있다. 또한, 진공 용기(1)의 저부(14)에는 히터 유닛(7)의 하방측 위치에서 둘레 방향의 복수 부위에, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이 설치되어 있다. 이 히터 유닛(7)과 회전 테이블(2) 사이에는, 히터 유닛(7)이 설치된 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해, 외측 부재(71b)의 내주벽[내측 부재(71a)의 상면]으로부터 돌출부(12a)의 상단부와의 사이를 둘레 방향에 걸쳐서 접속하는, 예를 들어 석영으로 이루어지는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다.
또한, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있고, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 N2 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이 공간(52)에 공급된 분리 가스는 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)을 통해 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라서 주연을 향해 토출되게 된다. 이 돌출부(5)로 둘러싸이는 공간에는 분리 가스가 가득 차 있으므로, 제1 처리 영역(P1)과 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 도시한 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 개폐된다. 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 전달 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 전달용 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
다음에, 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 중심측으로부터 회전 테이블(2)의 외주측에 걸쳐서 플라즈마를 발생시켜, 예를 들어 Si 함유 가스와 O3 가스의 반응에 의해 웨이퍼(W) 상에 성막된 반응 생성물인 산화 실리콘막(SiO2막)을 회전 테이블(2)이 회전할 때마다 개질하기 위한 것이다. 이 활성화 가스 인젝터(220)는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 플라즈마 발생용 개질 가스를 진공 용기(1) 내에 공급하기 위해, 예를 들어 석영으로 이루어지는 개질 가스 공급 수단을 이루는 가스 도입 노즐(34)을 구비하고 있다. 이 가스 도입 노즐(34)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측에는, 가스 도입 노즐(34)로부터 도입되는 개질 가스를 플라즈마화하기 위해, 서로 평행한 한 쌍의 막대 형상의 시스관(35a, 35b)으로 이루어지는 플라즈마 처리 수단(80)이 배치되어 있다. 이 예에서는, 플라즈마 처리 수단(80)은 서로 평행이 되도록 복수조, 예를 들어 2조 설치되어 있고, 각각의 플라즈마 처리 수단(80, 80)은 서로의 길이 치수가 동등해지도록 배치되어 있다.
이들 가스 도입 노즐(34) 및 플라즈마 처리 수단(80, 80)은 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)와 각각 평행이 되도록, 또한 회전 테이블(2)의 회전 방향에 대해 직교하도록, 진공 용기(1)의 외주면에 설치된 기단부(80a)로부터 회전 테이블(2)의 중심부측을 향해 진공 용기(1) 내에 각각 기밀하게 삽입되어 있다. 도 6 중 참조 부호 341은 가스 도입 노즐(34)의 길이 방향을 따라서 형성된 복수의 가스 구멍이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 가스 도입 노즐(34)에는 플라즈마 발생용 개질 가스를 공급하는 플라즈마 가스 도입로(251)의 일단부가 접속되어 있고, 이 플라즈마 가스 도입로(251)의 타단부는 밸브(252) 및 유량 조정부(253)를 통해 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생용 개질 가스, 예를 들어 O2 가스가 저류된 플라즈마 생성 가스원(254)에 접속되어 있다. 이 개질 가스로서는, O2 가스 대신에, 혹은 이 O2 가스와 함께, 예를 들어 Ar(아르곤) 가스 또는 He(헬륨) 가스 등의 희가스를 사용해도 좋다.
각각의 플라즈마 처리 수단(80)에 있어서의 시스관(35a, 35b)은, 예를 들어 석영, 알루미나(산화알루미늄), 혹은 이트리아(산화이트륨, Y2O3)에 의해 구성되어 있다. 또한, 이들 시스관(35a, 35b) 내에는, 도 6에 도시한 바와 같이, 예를 들어 니켈 합금이나 티탄 등으로 이루어지는 전극(36a, 36b)이 각각 관통 삽입되어 평행 전극을 이루고 있고, 이들 전극(36a, 36b)에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 예를 들어 13.56㎒, 예를 들어 500W의 고주파 전력이 진공 용기(1)의 외부의 고주파 전원(224)으로부터 정합기(225)를 통해 공급되도록 구성되어 있다. 도 6 중 참조 부호 37은 시스관(35a, 35b)의 기단부측[진공 용기(1)의 내벽측]에 접속된 보호관으로, 도 5 등에서는 생략되어 있다. 또한, 도 6 이외에서는 시스관(35a, 35b)을 간략화하고 있다.
도 5 중 참조 부호 221은 가스 도입 노즐(34) 및 시스관(35a, 35b)이 배치된 영역을 상방측 및 측면(장변 방향 및 단변 방향에 있어서의 양측면)측으로부터 덮도록 배치된 커버체로, 이 커버체(221)는 절연체, 예를 들어 석영에 의해 구성되어 있다. 또한, 도 5 중 참조 부호 222는 활성화 가스 인젝터(220)의 길이 방향을 따라서 커버체(221)의 양측면의 하단부으로부터 외측을 향해 플랜지 형상으로 수평으로 연신되는 기류 규제면으로, 회전 테이블(2)의 상류측으로부터 흐르는 O3 가스나 N2 가스의 커버체(221)의 내부 영역으로의 침입을 억제하기 위해, 기류 규제면(222)의 하단부면과 회전 테이블(2)의 상면 사이의 간극 치수(t)가 작아지도록, 또한 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 가스류가 빨라지는 회전 테이블(2)의 외주측을 향할수록, 그 폭 치수(u)가 넓어지도록 형성되어 있다. 도 7 중 참조 부호 223은 커버체(221)를 지지하기 위해 커버체(221)와 진공 용기(1)의 천장판(11) 사이에 설치된 복수의 지지 부재이다. 도 7에 있어서는, 설명의 편의상, 지지 부재(223)를 모식적으로 도시하고 있다.
또한, 이 성막 장치에는 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 제어 수단으로서 설치되어 있고, 이 제어부(100)의 메모리 내에는, 후술하는 바와 같이 회전 테이블(2)이 회전할 때마다 성막 처리 및 개질 처리를 행하는 성막-개질 스텝(제1 스텝)과, 회전 테이블(2)이 회전할 때마다 개질 처리만을 행하는 개질 스텝(제2 스텝)을 이 순서로 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 즉, 이 메모리에는 이들 성막-개질 스텝 및 개질 스텝의 각각의 처리 시간을 T1, T2로 하면, 이 처리 시간의 비(T1/T2)와, 이들 성막-개질 스텝과 개질 스텝으로 이루어지는 처리 사이클의 시간(T1＋T2)과, 이 처리 사이클의 횟수 등이 기억되어 있다. 이 프로그램은 후술하는 장치의 동작을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억부(101)로부터 제어부(100) 내로 인스톨된다.
다음에, 상술한 실시 형태의 동작(성막 방법)에 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 정지했을 때에 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해 진공 용기(1)의 저부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행해진다. 이와 같은 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, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스인 N2 가스를 소정의 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 72)으로부터도 N2 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 이에 수반하여, 압력 조정 수단(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 조정한다. 계속해서, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로, 예를 들어 20rpm으로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를, 예를 들어 450℃로 가열한다.
이 후, 반응 가스 노즐(31, 32)로부터 각각 Si 함유 가스 및 O3 가스를 토출하는 동시에, 가스 도입 노즐(34)로부터 O2 가스를 소정의 유량, 예를 들어 5slm으로 토출하고, 각각의 시스관(35a, 35b) 사이에 13.56㎒의 주파수를 갖는 고주파를 400W의 전력으로 공급한다.
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 O2 가스는, 시스관(35a, 35b) 사이의 영역에 공급되는 고주파에 의해 활성화되어, 예를 들어 O 이온이나 O 라디칼 등을 포함하는 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마(활성종)는 활성화 가스 인젝터(220)의 하방측에 있어서 회전 테이블(2)과 함께 이동(회전)하는 웨이퍼(W)를 향해 하강해 간다.
한편, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에는 제1 처리 영역(P1)에 있어서 Si 함유 가스가 흡착하고, 계속해서 제2 처리 영역(P2)에 있어서 웨이퍼(W) 상에 흡착한 Si 함유 가스가 O3 가스에 의해 산화되어 산화 실리콘막의 분자층이 1층 혹은 복수층 형성되어 반응 생성물의 성막 처리가 행해진다. 이 산화 실리콘막 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 영역인 개질 영역(150)에 도달하면, 플라즈마에 의해 산화 실리콘막의 개질 처리가 행해지게 된다. 구체적으로는, 도 8의 (a)에 이들 성막 처리 및 개질 처리를 모식적으로 도시한 바와 같이, 예를 들어 플라즈마가 웨이퍼(W)의 표면에 충돌함으로써, 예를 들어 산화 실리콘막으로부터 전술한 불순물이 방출되거나, 산화 실리콘막 내의 원소가 재배열되어 산화 실리콘막의 치밀화(고밀도화)가 도모되게 된다. 이와 같이 하여 회전 테이블(2)을, 예를 들어 합계 2회전시킴으로써, 즉 성막 처리와 개질 처리로 이루어지는 성막-개질 스텝을, 예를 들어 6초간 행함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에는 소정의 막 두께, 예를 들어 0.25㎚의 반응 생성물이 형성된다.
여기서, 예를 들어 각 반응 가스의 공급량이나 한번의 성막 처리마다[회전 테이블(2)의 회전마다] 성막되는 반응 생성물의 막 두께, 혹은 회전 테이블(2)의 회전 속도 등에 따라서는, 상술한 개질 처리에서는 반응 생성물의 개질이 충분히 행해지지 않는 경우가 있다. 즉, 상술한 성막-개질 스텝에 의해 웨이퍼(W) 상에 형성된 반응 생성물에는 불순물이 아직 혼입되어 있거나, 혹은 산화 실리콘막의 치밀화가 불충분한 경우가 있다. 따라서, 이 성막-개질 스텝에 있어서 웨이퍼(W) 상에 성막된 반응 생성물을 충분히 개질하기 위해, 이하의 개질 스텝을 행한다.
구체적으로는, 제2 반응 가스 노즐(32), 가스 도입 노즐(34), 분리 가스 노즐(41, 42) 및 각 공급관(51, 72)으로부터의 각 가스의 공급량에 대해서는 상술한 성막-개질 스텝에 있어서의 유량과 동일한 유량으로 유지한 채, 제1 반응 가스 노즐(31)로부터의 Si 함유 가스의 공급을 정지한다. 이때, 분리 가스나 O3 가스의 공급량에 비해 Si 함유 가스의 공급량이 적으므로, 성막-개질 스텝으로부터 개질 스텝으로 전환했을 때(Si 함유 가스의 공급을 정지했을 때)의 진공 용기(1) 내의 압력 변동이 억제된다.
Si 함유 가스의 공급을 정지하면, 분리 가스에 의해 Si 함유 가스가 빠르게 진공 용기(1) 내로부터 외부로 배기되고, 또한 제1 반응 가스 노즐(31) 내에 약간 남아 있던 Si 함유 가스에 대해서도 마찬가지로 진공 용기(1)의 배기 영역(E1)을 통해 외부로 빠르게 배기되어 간다. 환언하면, 이 개질 스텝에서는 진공 용기(1) 내에 제1 처리 영역(P1)이 형성되어 있지 않다고 할 수 있다. 그로 인해, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)는 이 회전 테이블(2)의 회전에 의해 제2 처리 영역(P2) 및 개질 영역(150)을 이 순서로 통과한다.
제2 처리 영역(P2)에서는 웨이퍼(W)의 표면의 반응 생성물이 이미 산화되어 있는 경우에는, 웨이퍼(W)는 악영향을 받지 않는다. 한편, 개질 영역(150)에서는, 상술한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면의 반응 생성물로부터 불순물이 배출되거나, 산화 실리콘막 내의 원소의 재배열이 행해지는 개질 처리가 행해진다. 이와 같이 하여 회전 테이블(2)을, 예를 들어 6회전시킴으로써, 즉 개질 스텝을, 예를 들어 18초간 행함으로써, 웨이퍼(W)의 표면의 반응 생성물은 플라즈마에 복수회 노출되게 되므로, 상술한 성막-개질 스텝에 있어서의 개질 처리보다도 개질의 정도가 커진다. 또한, 이때의 반응 생성물은 상술한 바와 같이 막 두께가 얇으므로, 막 두께 방향에 걸쳐서 플라즈마에 의한 개질 처리가 균일하게 행해진다.
따라서, 도 8의 (b)에 모식적으로 도시한 바와 같이, 상술한 원소의 재배열이 상하 방향[N층째 및(N＋1)층째]으로 적층된 반응 생성물 사이에 있어서도 일어나므로, 막 두께 방향에 있어서 막질이 균일한 반응 생성물이 형성된다. 이때, 성막-개질 스텝 및 개질 스텝에 있어서의 처리 시간을 각각 T1, T2로 하면, 이들 처리 시간의 비(T1/T2)는, 예를 들어 1/3(6초/18초)로 된다. 또한, 이들 성막-개질 스텝과 개질 스텝으로 이루어지는 처리 사이클의 시간(T1＋T2)은, 예를 들어 24초(6초＋18초)로 된다. 여기서, 이와 같은 처리 사이클을 가스의 공급측에서 보면, 도 9에 도시한 바와 같이 Si 함유 가스가 단속적으로 공급되는 한편, O3 가스 및 플라즈마(O2 가스)에 대해서는 복수의 처리 사이클을 통해 동일한 유량으로 계속해서 공급되게 된다. 또한, 처리 사이클을 회전 테이블(2) 상의 어느 1매의 웨이퍼(W)로부터 보면, 도 10에 도시한 바와 같이, 성막-개질 스텝에 있어서는 각 가스 및 플라즈마의 공급이 순서대로 복수회 행해지고, 개질 스텝에 있어서는 Si 함유 가스 이외의 각 가스 및 플라즈마의 공급이 순서대로 복수회 행해지고 있다.
그리고, 이 처리 사이클을 복수회, 예를 들어 40회 행함으로써, 상술한 개질이 양호하게 행해진 반응 생성물이 복수층 적층되어, 막 두께 방향에 걸쳐서 막질이 양호하고 또한 균질한 박막이 형성된다. 여기서, 회전 테이블(2) 상에는 5매의 웨이퍼(W)가 둘레 방향으로 적재되어 있으므로, 웨이퍼(W)의 각각에 대해, 예를 들어 성막-개질 스텝을 개시했을 때에, Si 함유 가스가 공급되기 전에 O3 가스나 플라즈마가 최초로 공급되는 경우나, 혹은 성막-개질 스텝으로부터 개질 스텝으로 전환될 때에, 예를 들어 Si 함유 가스가 웨이퍼(W)의 면 내에 있어서의 도중 부위까지밖에 공급되지 않는 경우가 있다. 그로 인해, 예를 들어 1회의 처리 사이클에서는, 각 웨이퍼(W) 사이에 있어서, 혹은 1매의 웨이퍼(W)의 면 내에 있어서, 약간 막 두께에 편차가 발생하고 있는 경우가 있다. 그러나, 이와 같이 처리 사이클을 복수회 행함으로써, 가스의 공급 횟수나 공급 부위가 웨이퍼(W)의 면 내 및 면 사이에 있어서 균일해지므로, 처리의 편차가 완화되어 균일한 막 두께 및 막질의 박막이 형성된다.
이때, 진공 용기(1) 내에는 활성화 가스 인젝터(220)와 제2 반응 가스 노즐(32) 사이에 분리 영역(D)을 형성하고 있지 않으므로, 회전 테이블(2)의 회전에 이끌려, 활성화 가스 인젝터(220)를 향해 상류측으로부터 O3 가스나 N2 가스가 흘러온다. 그러나, 상술한 바와 같이 각 플라즈마 처리 수단(80)과 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 개질 가스를 공급하고 있으므로, 내부 영역이 외부[진공 용기(1) 내]보다도 약간 양압(陽壓)으로 되어 있다. 따라서, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 흘러오는 가스는 커버체(221)의 하방측으로 인입하는 경우는 거의 없다. 또한, 활성화 가스 인젝터(220)를 향해 흐르는 가스는 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 회전 테이블(2)의 반경 방향 내주측으로부터 외주측을 향할수록 유속이 빨라지지만, 회전 테이블(2)의 내주측보다도 외주측의 기류 규제면(222)의 폭 치수(u)를 크게 취하고 있으므로, 활성화 가스 인젝터(220)의 길이 방향에 걸쳐서 커버체(221)의 내부로의 가스의 침입이 억제된다. 따라서, 활성화 가스 인젝터(220)를 향해 상류측으로부터 흘러오는 가스는, 도 6에 도시한 바와 같이 커버체(221)의 상방 영역을 통해 하류측의 배기구(62)로 흘러간다. 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 산화 실리콘막으로부터 배출된 불순물은, 그 후 가스화하여 O2 가스나 N2 가스 등과 함께 배기구(62)를 향해 배기되어 간다.
또한, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2) 사이에 있어서 N2 가스를 공급하고, 또한 중심부 영역(C)에 있어서도 분리 가스인 N2 가스를 공급하고 있으므로, 도 11에 도시한 바와 같이, 예를 들어 성막-개질 스텝에 있어서는, 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 오목하게 되어 있으므로 넓은 공간이 형성되고, 이 넓은 공간의 하방에 배기구(61, 62)가 위치하고 있으므로, 제1 천장면(44)의 하방측의 협애한 공간 및 중심부 영역(C)의 각 압력보다도 제2 천장면(45)의 하방측의 공간의 압력의 쪽이 낮아진다.
또한, 회전 테이블(2)의 하방측을 N2 가스에 의해 퍼지하고 있으므로, 배기 영역(E)에 유입된 가스가 회전 테이블(2)의 하방측을 빠져나가, 예를 들어 Si 함유 가스가 O3 가스의 공급 영역으로 유입되는 등의 우려는 전혀 없다.
여기서 처리 파라미터의 일례에 대해 기재해 두면, 회전 테이블(2)의 회전 속도는 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 사이클수는 목표 막 두께에 따라서 바뀌지만, 예를 들어 1000회이다.
상술한 실시 형태에 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 흡착한 Si 함유 가스를 반응시켜 산화 실리콘막을 성막하는 성막 처리와, 플라즈마를 사용하여 이 산화 실리콘막의 개질을 행하는 개질 처리로 이루어지는 성막-개질 스텝을 행한 후, Si 함유 가스의 공급을 정지하고 플라즈마를 사용하여 산화 실리콘막의 개질을 행하는 개질 스텝을 행하고 있다. 그로 인해, 막 두께 방향에 걸쳐서 양호하고 균질한 막 두께의 박막을 얻을 수 있다. 또한, 각 스텝의 처리 시간의 비(T1/T2)와, 처리 사이클의 시간(T1＋T2)을 조정하고 있으므로, 박막(반응 생성물)의 개질의 정도를 넓은 범위에 걸쳐서 조정할 수 있다. 따라서, 예를 들어 성막-개질 스텝에 있어서의 성막 처리의 횟수를 적게(처리 시간 T1을 짧게) 하거나, 개질 스텝의 처리 시간 T2를 길게 취하거나, 혹은 처리 사이클의 시간(T1＋T2)을 짧게 하여 일단의 처리 사이클에서 형성되는 반응 생성물을 얇게 함으로써, 플라즈마에 의한 개질 효과의 정도를 크게 할 수 있고, 그로 인해 예를 들어, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 열산화막과 동일한 정도의 막질의 박막을 형성할 수 있다.
이때, 예를 들어 개질 스텝을 행하지 않고, 성막-개질 스텝만을 사용하여 회전 테이블(2)의 회전마다 성막 처리와 개질 처리를 행한 경우에는, 하층측의 반응 생성물의 개질 처리를 행한 후에 반응 생성물 상에 새롭게 상층측의 반응 생성물이 형성되고, 그 후 이들의 처리가 교대로 행해져 반응 생성물이 다층에 걸쳐서 적층되어 가게 된다. 그로 인해, 웨이퍼(W)의 극표층까지밖에 플라즈마에 의한 개질이 일어나지 않으므로, 개질이 불충분한 상태에서 반응 생성물이 다층 적층되어 버릴 가능성이 있다. 따라서, 반응 생성물의 개질을 확실하게 행하기 위해서는, 예를 들어 상층측의 반응 생성물이 적층되기 전에, 즉 웨이퍼(W)가 개질 영역(150)을 통과하는 극히 약간의 시간에 충분한 개질 처리를 행하는 것이 바람직하다.
따라서, 예를 들어 다양한 레시피로 성막되는 반응 생성물에 대해서도 마찬가지로 충분히 개질하기 위해서는, 즉 이 성막 장치에서 양호하게 반응 생성물(박막)을 개질할 수 있는 범위를 넓게 확보해 두려고 하면, 예를 들어 고주파 전원(224)으로부터 플라즈마 처리 수단(80)에 공급하는 고주파의 출력을 높게 하거나, 플라즈마 처리 수단(80)을 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)에 근접 배치하거나, 혹은 개질 영역(150)을 넓게 하기 위해 다수의 플라즈마 처리 수단(80)을 배치하는 것이 생각된다.
그러나, 이 실시 형태에서는, 장치측의 구성을 변경하는 것이 아니라, 처리 사이클의 시퀀스를 조정하고 있으므로, 장치 구성을 복잡화하지 않고, 반응 생성물을 개질할 수 있는 범위(박막의 특성의 조정 범위)를 넓게 취할 수 있다.
또한, 성막-개질 스텝 및 개질 스텝에 있어서 O3 가스의 공급량이 바뀌지 않으므로, 진공 용기(1) 내의 압력 변동을 억제할 수 있고, 따라서 진공 용기(1) 내의 가스류의 흐트러짐이나 진공 용기(1) 내의 부재의 압력 변동에 의한 손상을 억제할 수 있다. 또한, 예를 들어 진공 용기(1) 내의 가스류가 흐트러지지 않는 경우 등에는, 개질 스텝에 있어서 O3 가스의 공급을 정지해도 좋고, O3 가스의 공급을 정지하는 경우에는, 이 O3 가스의 유량분만큼 분리 가스의 유량을 늘리도록 해도 좋다.
또한, 각 스텝을 전환하는 데 있어서, 상술한 도 10에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)을 n회전(n : 정수)시켰을 때에 Si 함유 가스의 공급과 중단을 행하고 있으므로, 반응 생성물의 막 두께나 각 스텝의 전환 타이밍 등을 관리하기 쉽다고 하는 장점이 있다. 이때, 상술한 바와 같이 회전 테이블(2) 상의 각 웨이퍼(W)마다 각 가스의 공급 타이밍이 다르기 때문에, 각 스텝의 전환 타이밍으로서는, 1회전 이하라도 좋고, 이와 같은 경우라도 복수의 처리 사이클을 반복함으로써 웨이퍼(W) 사이 및 웨이퍼(W) 내에 있어서 박막의 막질 및 막 두께가 균일화된다. 이와 같이 회전 테이블(2)이 1회전하는 동안에 스텝의 전환을 행하는 경우에는, 회전 테이블(2) 상의 어느 웨이퍼(W)에만 Si 함유 가스가 공급되지 않도록, 즉 각각의 웨이퍼(W)에 대해 균일하게 Si 함유 가스가 공급되도록, 각 스텝의 전환 타이밍이 조정된다.
또한, 성막-개질 스텝에 있어서는, 진공 용기(1)의 내부에 있어서 성막 처리를 행할 때마다 개질 처리를 행하고 있고, 회전 테이블(2)의 둘레 방향에 있어서 웨이퍼(W)가 각 처리 영역(P1, P2)을 통과하는 경로의 도중에 있어서 성막 처리에 간섭하지 않도록 개질 처리를 행하고 있다. 또한, 각 성막-개질 스텝을 행할 때마다 개질 스텝을 행하고 있다. 그로 인해, 예를 들어 박막의 성막이 완료된 후에 개질 처리를 행하는 것보다도 단시간에 박막을 개질할 수 있다.
또한, 커버체(221)에 의해 상류측으로부터 흘러오는 가스의 커버체(221)의 내부로의 침입을 억제할 수 있으므로, 예를 들어 제2 반응 가스 노즐(32)과 활성화 가스 인젝터(220) 사이에 전용의 분리 영역(D)을 설치하지 않아도 되므로, 성막 장치의 비용을 억제하여 개질 처리를 행할 수 있고, 또한 NOx 등의 부생성 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 처리 수단(80) 사이에 있어서 플라즈마가 형성되지 않으므로, 커버체(221)를 플라즈마 처리 수단(80)에 근접 배치할 수 있고, 그로 인해 장치를 소형화할 수 있다.
상술한 산화 실리콘막을 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, 산화 스트론튬막, 산화티탄막 등을 성막해도 좋다. 이들의 원료 가스를 산화하는 산화 가스인 제2 반응 가스로서는, 수증기 등을 채용해도 좋다. 또한, 제2 반응 가스로서 O3 가스를 사용하지 않는 프로세스, 예를 들어 TiN(질화 티탄)막 등에 있어서 TiN막의 개질을 행하는 경우에는, 가스 도입 노즐(34)로부터 공급하는 플라즈마 발생용 개질 가스로서는, NH3(암모니아) 가스 등의 N(질소)을 포함하는 가스를 사용해도 좋다.
또한, 상술한 예에서는 2종류의 반응 가스를 사용하여 반응 생성물을 형성하는 예에 대해 설명하였지만, 2종류 이상, 예를 들어 3종류 혹은 4종류의 반응 가스를 사용하여 반응 생성물을 형성하는 경우에 본 발명을 적용해도 좋다.
또한, 플라즈마 발생 수단(80)을 2조 설치하였지만, 1조라도 좋고 3조 이상이라도 좋다. 또한, 상술한 바와 같이 평행 전극[전극(36a, 36b)]을 사용하여 용량 결합형 플라즈마를 발생시켰지만, 코일형의 전극을 사용하여 유도 결합형의 플라즈마를 발생시켜도 좋다.
상술한 각 예에서는, 가스 공급계{노즐[31 내지 34, 41, 42(300)]}에 대해 회전 테이블(2)을 회전시켰지만, 이 회전 테이블(2)에 대해 가스 공급계를 회전시켜도 좋다.
(실시예)
계속해서, 본 발명의 효과를 확인하기 위해 행한 실시예에 대해 이하에 설명한다. 이 실시예에서는, 상술한 산화 실리콘막을 형성하는 경우에, 성막-개질 스텝에 추가하여 개질 스텝을 행함으로써, 박막의 특성이 어떻게 향상될지 평가를 행하였다. 또한, 이하의 표에 나타내는 바와 같이 처리 시간의 비(T1:T2)를 바꾼 경우에 대해서도, 마찬가지로 박막의 특성을 평가하였다. 또한, 이 표에는 처리 시간의 비와 함께 처리 시간 T1, T2에 대해서도 병기하고 있다.
Figure pat00001
또한, 이들 박막의 특성의 평가는 성막 후의 박막에 대해 부(負)의 바이어스 전압을 인가하고, 이 부의 바이어스 전압의 크기에 따라서 리크 전류가 어떤 값을 나타내는지 측정함으로써 행하였다. 따라서, 리크 전류가 적은 쪽이 불순물이 적은 치밀한 박막이 형성되어 있다고 할 수 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전 속도는 20rpm이다. 또한, 그 밖의 처리 조건에 대해서는 각 예에 있어서 동일 조건으로 하였으므로 설명을 생략한다.
도 12는, 실험 결과를 도시한 그래프이며, 개질 스텝을 행하지 않고 성막-개질 스텝만을 행하여 얻은 막, 개질 처리를 행하지 않고 성막 처리만을 행하여 얻은 막, 및 열산화 실리콘막의 결과를 도시한다.
그 결과, 도 12에 도시한 바와 같이, 플라즈마 개질을 행하지 않는 경우 및 개질 스텝을 행하지 않은 경우에 비해, 성막-개질 스텝과 함께 개질 스텝을 행함으로써, 박막의 막질이 향상되어 있고, 처리 시간의 비(T1:T2)＝1:3인 경우에는, 산화 실리콘막의 이상적인 특성이라고 생각되는 열산화막과 대략 동등한 특성을 갖고 있었다.
이상, 실시 형태를 참조하면서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 클레임된 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이나 변경이 가능하다.

Claims (9)

  1. 진공 용기 내에 설치되어, 기판을 적재하기 위한 기판 적재 영역이 형성된 테이블과,
    기판의 표면에 흡착하는 제1 반응 가스 및 기판의 표면 상의 제1 반응 가스의 성분과 반응하여 반응 생성물을 생성하는 제2 반응 가스를 각각 상기 기판 적재 영역에 대해 공급하기 위한 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단과,
    기판 상의 반응 생성물에 대해, 개질 가스를 플라즈마화하여 얻은 플라즈마에 의해 개질 처리를 행하기 위한 플라즈마 처리 수단과,
    상기 테이블과 상기 제1 반응 가스 공급 수단, 상기 제2 반응 가스 공급 수단 및 상기 플라즈마 처리 수단을 상대적으로 회전시키는 회전 기구와,
    상기 기판에 대해 반응 생성물을 생성하는 성막 처리와 개질 처리를 행하기 위해, 상기 진공 용기 내로의 제1 반응 가스, 제2 반응 가스 및 개질 가스의 공급과 이 개질 가스의 플라즈마화를 행하는 성막-개질 스텝과, 제1 반응 가스의 공급을 정지하는 동시에 상기 진공 용기 내로의 개질 가스의 공급과 이 개질 가스의 플라즈마화를 행하는 개질 스텝을 이 순서로 적어도 1회 행하도록 제어 신호를 출력하는 제어 수단을 구비하는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 성막-개질 스텝으로부터 상기 개질 스텝으로의 전환 시에 있어서의 상기 진공 용기 내의 압력 변동을 억제하기 위해, 이들 각 스텝 사이에 있어서의 제2 반응 가스의 공급량을 동등하게 하는 제어 신호를 출력하는, 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 성막-개질 스텝 및 상기 개질 스텝은 복수회 반복되고,
    상기 제어 수단은 이들 각 스텝에 있어서 상기 회전 기구를 n회전(n : 정수)시켰을 때에 스텝의 전환을 행하는, 성막 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 개질 가스는 희가스 또는 O2 가스 중 적어도 한쪽인, 성막 장치.
  5. 진공 용기 내에 설치된 테이블의 기판 적재 영역에 기판을 적재하는 공정과,
    계속해서, 기판의 표면에 제1 반응 가스를 흡착시키는 공정과, 기판 상의 제1 반응 가스의 성분과 제2 반응 가스를 반응시켜 반응 생성물을 생성시키는 공정과, 개질 가스를 플라즈마화하여 얻은 플라즈마에 의해 기판 표면의 반응 생성물의 개질 처리를 행하는 공정을 행하기 위해, 회전 기구를 사용하여 상기 테이블에 대해 제1 반응 가스 공급 수단, 제2 반응 가스 공급 수단 및 플라즈마 처리 수단을 상대적으로 회전시키는 동시에, 상기 제1 반응 가스 공급 수단, 상기 제2 반응 가스 공급 수단 및 상기 플라즈마 처리 수단으로부터 상기 기판 적재 영역에 각각 제1 반응 가스, 제2 반응 가스 및 플라즈마를 공급하는 성막-개질 스텝과,
    제1 반응 가스의 공급을 정지하고, 상기 회전 기구를 회전시키는 동시에, 상기 플라즈마 처리 수단으로부터 상기 기판 적재 영역에 플라즈마를 공급하는 개질 스텝을 이 순서로 적어도 1회 행하는 공정을 포함하는, 성막 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 성막-개질 스텝으로부터 상기 개질 스텝으로의 전환 시에 있어서의 상기 진공 용기 내의 압력 변동을 억제하기 위해, 이들 각 스텝 사이에 있어서의 제2 반응 가스의 공급량이 동등한, 성막 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 성막-개질 스텝 및 상기 개질 스텝은 복수회 반복되고,
    상기 각 스텝은 이들 각 스텝에 있어서 상기 회전 기구를 n회전(n : 정수)시켰을 때에 전환되는. 성막 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 개질 가스는 희가스 또는 O2 가스 중 적어도 한쪽인, 성막 방법.
  9. 진공 용기 내의 테이블 상의 기판 적재 영역에 기판을 적재하여, 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판에 공급하고, 또한 이 공급 사이클을 복수회 실행함으로써 반응 생성물의 층을 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은 제5항에 기재된 성막 방법을 실시하도록 스텝이 짜여져 있는, 기억 매체.
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