KR20130140576A - 성막 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

성막 방법은, 상기 회전 테이블을 회전시키면서, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급하여 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 분리하면서, 상기 제1 가스 공급부로부터 상기 제1 처리 영역으로 제1 반응 가스를 공급하는 동시에, 상기 제2 가스 공급부로부터 상기 제2 처리 영역으로, 상기 제1 반응 가스와 반응할 수 있는 제2 반응 가스를 공급하는 스텝과, 상기 회전 테이블을 회전시키면서, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급하여 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 분리하면서, 상기 제1 가스 공급부로부터 반응 가스를 공급하는 일 없이, 상기 제2 가스 공급부로부터 상기 제2 처리 영역으로 상기 제2 반응 가스를 소정의 기간 공급하는 스텝을 포함한다.

Description

성막 방법{FILM FORMING METHOD}
본 출원은, 2012년 6월 14일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2012-135150호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본 특허 출원 제2012-135150호의 전체 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 기판에 대하여 교대로 공급함으로써, 양 반응 가스의 반응 생성물을 기판 상에 성막하는 성막 방법에 관한 것으로, 특히 기판에 형성되는 오목부를 매립하는 데 적합한 성막 방법에 관한 것이다.
반도체 집적 회로(IC)의 제조 프로세스에는, 반도체 웨이퍼 상에 박막을 성막하는 공정이 있다. 이 공정에 대해서는, IC의 가일층의 미세화의 관점에서, 웨이퍼 면내에 있어서의 균일성의 향상이 요구되고 있다. 이러한 요망에 부응하는 성막 방법으로서, 원자층 성막(ALD)법 또는 분자층 성막(MLD)법이라 하는 성막 방법이 기대되고 있다. ALD법에서는, 서로 반응하는 2종류의 반응 가스의 한쪽의 반응 가스(반응 가스 A)를 웨이퍼 표면에 흡착시키고, 흡착된 반응 가스 A를 다른 쪽의 반응 가스(반응 가스 B)로 반응시키는 사이클을 반복함으로써, 반응 생성물에 의한 박막이 웨이퍼 표면에 성막된다. ALD법은, 웨이퍼 표면으로의 반응 가스의 흡착을 이용하므로, 막 두께 균일성 및 막 두께 제어성이 우수하다고 하는 이점을 갖고 있다.
일본 특허 제4661990호
ALD법을 실시하는 성막 장치로서, 소위 회전 테이블식의 성막 장치가 있다(예를 들어 특허문헌 1). 이 성막 장치는, 진공 용기 내에 회전 가능하게 배치되고, 복수의 웨이퍼가 적재되는 회전 테이블과, 회전 테이블의 상방에 구획되는 반응 가스 A의 공급 영역과 반응 가스 B의 공급 영역을 분리하는 분리 영역과, 반응 가스 A 및 반응 가스 B의 공급 영역에 대응하여 설치되는 배기구와, 이들 배기구에 접속되는 배기 장치를 갖고 있다. 이러한 성막 장치에 있어서는, 회전 테이블을 회전시킴으로써, 반응 가스 A의 공급 영역, 분리 영역, 반응 가스 B의 공급 영역 및 분리 영역을 웨이퍼가 통과하게 된다. 이에 의해, 반응 가스 A의 공급 영역에 있어서 웨이퍼 표면에 반응 가스 A가 흡착되고, 반응 가스 B의 공급 영역에 있어서 반응 가스 A와 반응 가스 B가 웨이퍼 표면에서 반응할 수 있다. 이로 인해, 성막 중에는 반응 가스 A 및 반응 가스 B를 전환할 필요는 없고, 계속해서 공급할 수 있다. 따라서 배기/퍼지 공정이 불필요해져, 성막 시간을 단축할 수 있다고 하는 이점이 있다.
그런데 반응 가스 B의 공급 영역을 웨이퍼가 통과할 때에, 웨이퍼 표면에 흡착된 반응 가스 A와 반응 가스 B가 충분히 반응할 수 없는 경우가 있다. 예를 들어, 반응 가스 A와 반응 가스 B의 반응성이 낮은 경우에는, 반응이 불충분한 상태로 박막이 성막될 수도 있다. 그러한 박막 중에는 다량의 미반응의 분자종이 잔존하거나, 다수의 미결합손(dangling bond)이 존재하므로, 성막된 박막의 품질이 저하되어 버릴 우려가 있다. 또한, 반응 생성물의 화학적 양론 조성으로부터의 편차에 의해 성질이 크게 변화되는 물질을 성막하는 경우에는, 특성을 균일화할 수 없다고 하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은, 상기한 사정에 비추어, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 기판에 대하여 교대로 공급함으로써, 양 반응 가스의 반응 생성물을 기판 상에 성막하는 성막 방법에 있어서, 2종류의 반응 가스를 충분히 반응시킬 수 있는 성막 방법을 제공한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 진공 용기 내에 회전 가능하게 수용되고, 복수의 기판이 적재되는 적재부를 상면에 갖는 회전 테이블과, 상기 회전 테이블의 상기 상면의 상방에 있어서 구획되는 제1 처리 영역에 배치되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면을 향해 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와, 상기 회전 테이블의 둘레 방향을 따라 상기 제1 처리 영역으로부터 이격되는 제2 처리 영역에 배치되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대하여 가스를 공급하는 제2 가스 공급부와, 상기 진공 용기 내에 있어서 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역 사이에 설치되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대하여 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급부, 및 상기 분리 가스 공급부로부터의 상기 분리 가스를 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역으로 유도하는 협애한 공간을 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대하여 형성하는 천장면이며, 상기 회전 테이블의 외측 테두리를 향하는 방향을 따라, 상기 회전 테이블의 둘레 방향을 따르는 폭이 커지는 당해 천장면을 포함하는 분리 영역을 구비하는 성막 장치에 있어서 행해지는 성막 방법이 제공된다. 상기 성막 방법은, 상기 회전 테이블을 회전시키면서, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급하여 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 분리하면서, 상기 제1 가스 공급부로부터 상기 제1 처리 영역으로 제1 반응 가스를 공급하는 동시에, 상기 제2 가스 공급부로부터 상기 제2 처리 영역으로, 상기 제1 반응 가스와 반응할 수 있는 제2 반응 가스를 공급하는 스텝과, 상기 회전 테이블을 회전시키면서, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급하여 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 분리하면서, 상기 제1 가스 공급부로부터 반응 가스를 공급하는 일 없이, 상기 제2 가스 공급부로부터 상기 제2 처리 영역으로 상기 제2 반응 가스를 소정의 기간 공급하는 스텝을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구조를 도시하는 사시도.
도 3은 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구조를 도시하는 개략 상면.
도 4는 도 1의 성막 장치의 일부 단면.
도 5는 도 1의 성막 장치의 다른 일부 단면.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 설명하는 타임차트.
도 7은 본 발명의 실시예에 의해 성막한 산화지르코늄막의 평균 막 두께와 막 두께 균일성을 나타내는 그래프.
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 발명의 한정적이 아닌 예시의 실시 형태에 대해 설명한다. 첨부의 전체 도면 중, 동일 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일 또는 대응하는 참조 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면은, 부재 혹은 부품간의 상대비를 나타내는 것을 목적으로 하지 않고, 따라서, 구체적인 치수는, 이하의 한정적이 아닌 실시 형태에 비추어, 당업자에 의해 결정되어야 하는 것이다.
(성막 장치)
우선, 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치에 대해 설명한다.
도 1로부터 도 3까지를 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 장치는, 대략 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되고, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는, 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 대하여, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)(도 1)를 통해 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 갖고 있다.
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 저부(14)를 관통하고, 그 하단부가 회전축(22)(도 1)을 연직축 주위로 회전시키는 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 저부(14)의 하면에 기밀하게 장착되어 있고, 케이스체(20)의 내부 분위기가 외부 분위기로부터 격리된다.
회전 테이블(2)의 표면에는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이 회전 방향(둘레 방향)을 따라 복수(도시한 예에서는 5매)의 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼」라 함)(W)를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 설치되어 있다. 또한 도 3에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 도시한다. 이 오목부(24)는, 웨이퍼(W)의 직경(예를 들어 300㎜)보다도 근소하게 예를 들어 4㎜ 큰 내경과, 웨이퍼(W)의 두께에 대략 동등한 깊이를 갖고 있다. 따라서, 웨이퍼(W)를 오목부(24)에 적재하면, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면[웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역]이 동일한 높이로 된다.
도 2 및 도 3은 진공 용기(1) 내의 구조를 설명하는 도면이며, 설명의 편의상, 천장판(11)의 도시를 생략하고 있다. 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상방에는, 각각 예를 들어 석영으로 이루어지는 반응 가스 노즐(31), 반응 가스 노즐(32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)이 배치되어 있다. 도시한 예에서는, 진공 용기(1)의 둘레 방향으로 간격을 두고, 반송구(15)(후술)로부터 시계 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 분리 가스 노즐(41), 반응 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42) 및 반응 가스 노즐(32)의 순서로 배열되어 있다. 이들 노즐(31, 32, 41 및 42)은, 각각의 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a 및 42a)(도 3)를 용기 본체(12)의 외주벽에 고정함으로써, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 진공 용기(1) 내에 도입되고, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라 회전 테이블(2)에 대하여 평행하게 신장되도록 장착되어 있다.
반응 가스 노즐(31)에는, 제1 반응 가스가 저류되는 제1 반응 가스 공급원이 개폐 밸브나 유량 조정기(모두 도시하지 않음)를 통해 접속되고, 반응 가스 노즐(32)에는, 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스가 저류되는 제2 반응 가스 공급원이 개폐 밸브나 유량 조정기(모두 도시하지 않음)를 통해 접속되어 있다.
여기서, 제1 반응 가스는, 금속 원소(또는 반도체 원소)를 포함하는 가스이면 바람직하고, 제2 반응 가스는, 금속 원소(또는 반도체 원소)와 반응하여 금속 화합물(또는 반도체 화합물)을 생성할 수 있는 가스이면 바람직하다. 구체적으로는, 제1 반응 가스는, 금속 원소(또는 반도체 원소)를 포함하는 유기 금속(또는 반도체) 가스이면 더욱 바람직하다. 또한, 제1 반응 가스로서는, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 흡착성을 갖는 가스이며, 제2 반응 가스로서는, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착되는 제1 반응 가스와 반응 가능하며, 반응 화합물을 웨이퍼(W)의 표면에 퇴적시킬 수 있는 가스이면 바람직하다.
또한, 분리 가스 노즐(41, 42)에는, Ar이나 He 등의 희가스나 질소 가스 등의 불활성 가스의 공급원이 개폐 밸브나 유량 조정기(모두 도시하지 않음)를 통해 접속되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 불활성 가스로서 N2 가스가 사용된다.
반응 가스 노즐(31, 32)에는, 회전 테이블(2)을 향해 하방으로 개방되는 복수의 가스 토출 구멍(33)(도 4 참조)이, 반응 가스 노즐(31, 32)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 반응 가스 노즐(31)의 하방 영역은, 제1 반응 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 제1 반응 가스를 산화시키는 제2 처리 영역(P2)으로 된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 진공 용기(1) 내에는 2개의 볼록 형상부(4)가 설치되어 있다. 볼록 형상부(4)는, 정상부가 원호 형상으로 절단된 대략 부채형의 평면 형상을 갖고, 본 실시 형태에 있어서는, 내원호가 돌출부(5)(후술)에 연결되고, 외원호가, 진공 용기(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다. 도 4는 반응 가스 노즐(31)로부터 반응 가스 노즐(32)까지 회전 테이블(2)의 동심원을 따른 진공 용기(1)의 단면을 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(4)는, 천장판(11)의 이면에 장착되어 있다. 이로 인해, 진공 용기(1) 내에는, 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 둘레 방향 양측에 위치하는, 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 존재하고 있다.
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 볼록 형상부(4)에는 둘레 방향 중앙에 있어서 홈부(43)가 형성되어 있고, 홈부(43)는, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 연장되어 있다. 홈부(43)에는, 분리 가스 노즐(42)이 수용되어 있다. 다른 하나의 볼록 형상부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되고, 여기에 분리 가스 노즐(41)이 수용되어 있다. 또한, 도면 중에 나타내는 참조 부호 42는, 분리 가스 노즐(42)에 형성되는 가스 토출 구멍이다. 가스 토출 구멍(42h)은, 분리 가스 노즐(42)의 길이 방향을 따라 소정의 간격(예를 들어 10㎜)을 두고 복수개 형성되어 있다. 또한, 가스 토출 구멍의 개구 직경은 예를 들어 0.3 내지 1.0㎜이다. 도시를 생략하지만, 분리 가스 노즐(41)에도 마찬가지로 가스 토출 구멍이 형성되어 있다.
높은 천장면(45)의 하방의 공간에는, 반응 가스 노즐(31, 32)이 각각 설치되어 있다. 이들 반응 가스 노즐(31, 32)은, 천장면(45)으로부터 이격되어 웨이퍼(W)의 근방에 설치되어 있다. 또한, 설명의 편의상, 도 4에 도시하는 바와 같이, 반응 가스 노즐(31)이 설치되는, 높은 천장면(45)의 하방의 공간을 참조 부호 481로 나타내고, 반응 가스 노즐(32)이 설치되는, 높은 천장면(45)의 하방의 공간을 참조 부호 482로 나타낸다.
낮은 천장면(44)은, 협애한 공간인 분리 공간(H)을 회전 테이블(2)에 대하여 형성하고 있다. 분리 가스 노즐(42)로부터 N2 가스가 공급되면, 이 N2 가스는, 분리 공간(H)을 통해 공간(481) 및 공간(482)을 향해 흐른다. 이때, 분리 공간(H)의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다도 작으므로, N2 가스에 의해 분리 공간(H)의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481 및 482)의 사이에 있어서, 분리 공간(H)은 압력 장벽을 제공한다. 또한, 분리 공간(H)으로부터 공간(481 및 482)으로 흘러나오는 N2 가스는, 제1 처리 영역(P1)으로부터의 제1 반응 가스와, 제2 처리 영역(P2)으로부터의 제2 반응 가스에 대한 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서, 제1 처리 영역(P1)으로부터의 제1 반응 가스와, 제2 처리 영역(P2)으로부터의 제2 반응 가스가 분리 공간(H)에 의해 분리된다. 따라서, 진공 용기(1) 내에 있어서 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 혼합하여 반응하는 것이 억제된다.
또한, 회전 테이블(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이 h1은, 성막 시의 진공 용기(1) 내의 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도, 공급하는 분리 가스(N2 가스)의 공급량 등을 고려하여, 분리 공간(H)의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 하는 데 적합한 높이로 설정하는 것이 바람직하다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 천장판(11)의 하면에는, 회전 테이블(2)을 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸도록 돌출부(5)가 설치되어 있다. 이 돌출부(5)는, 본 실시 형태에 있어서는, 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속하고 있고, 그 하면이 천장면(44)과 동일한 높이로 형성되어 있다.
앞서 참조한 도 1은 도 3의 I―I'선을 따른 단면도이며, 천장면(45)이 설치되어 있는 영역을 도시하고 있는 한편, 도 5는 천장면(44)이 설치되어 있는 영역을 도시하는 일부 단면도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 대략 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부[진공 용기(1)의 외측 테두리측의 부위]에는, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 이 굴곡부(46)는, 회전 테이블(2)과 용기 본체(12)의 내주면 사이의 공간을 통해, 공간(481) 및 공간(482) 사이에서 가스가 유통하는 것을 억제한다. 부채형의 볼록 형상부(4)는, 천장판(11)에 설치되고, 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 제거할 수 있게 되어 있으므로, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 근소하게 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 상면에 대한 천장면(44)의 높이와 마찬가지의 치수로 설정되어 있다.
다시 도 3을 참조하면, 회전 테이블(2)과 용기 본체의 내주면 사이에 있어서, 공간(481)과 연통되는 제1 배기구(610)와, 공간(482)과 연통되는 제2 배기구(620)가 형성되어 있다. 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 각각 배기관(630)을 통해 진공 배기 수단인 예를 들어 진공 펌프(640)에 접속되어 있다. 또한 도 1 중, 참조 부호 650은 압력 조정기이다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저부(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)가, 프로세스 레시피로 결정된 온도(예를 들어 450℃)로 가열된다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는, 회전 테이블(2)의 하방의 공간으로 가스가 침입하는 것을 억제하기 위해, 링 형상의 커버 부재(71)가 설치되어 있다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 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. 외측 부재(71b)는, 볼록 형상부(4)의 외측 테두리부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접하여 설치되고, 내측 부재(71a)는, 회전 테이블(2)의 외측 테두리부 하방(및 외측 테두리부보다도 근소하게 외측의 부분의 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸고 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심 부근의 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 있다. 또한, 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 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 하방에 있어서 둘레 방향으로 소정의 각도 간격으로, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 복수의 퍼지 가스 공급관(73)이 설치되어 있다[도 5에는 하나의 퍼지 가스 공급관(73)을 도시함]. 또한, 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 걸쳐 덮는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다. 덮개 부재(7a)는 예를 들어 석영으로 제작할 수 있다.
퍼지 가스 공급관(72)으로부터 N2 가스를 공급하면, 이 N2 가스는, 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극과, 돌출부(12a)와 코어부(21) 사이의 간극을 통해, 회전 테이블(2)과 덮개 부재(7a) 사이의 공간을 흐르고, 제1 배기구(610) 또는 제2 배기구(620)(도 3)로부터 배기된다. 또한, 퍼지 가스 공급관(73)으로부터 N2 가스를 공급하면, 이 N2 가스는, 히터 유닛(7)이 수용되는 공간으로부터, 덮개 부재(7a)와 내측 부재(71a) 사이의 간극(도시하지 않음)을 통해 유출되고, 제1 배기구(610) 또는 제2 배기구(620)(도 3)로부터 배기된다. 이들 N2 가스의 흐름에 의해, 진공 용기(1)의 중앙 하방의 공간과, 회전 테이블(2)의 하방의 공간을 통해, 공간(481) 및 공간(482) 내의 가스가 혼합되는 것을 억제할 수 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, 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 공간(50)을 통해 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라 주연을 향해 토출된다. 공간(50)은 분리 가스에 의해 공간(481) 및 공간(482)보다도 높은 압력으로 유지될 수 있다. 따라서, 공간(50)에 의해, 제1 처리 영역(P1)에 공급되는 제1 반응 가스와, 제2 처리 영역(P2)에 공급되는 제2 반응 가스가, 중심 영역(C)을 통과하여 혼합되는 것이 억제된다. 즉, 공간(50)[또는 중심 영역(C)]은 분리 공간(H)[또는 분리 영역(D)]과 마찬가지로 기능할 수 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 있다. 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.
또한, 본 실시 형태에 의한 성막 장치에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되어 있고, 이 제어부(100)의 메모리 내에는, 제어부(100)의 제어하에, 후술하는 성막 방법을 성막 장치에 실시시키는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은 후술하는 성막 방법을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 매체(102)에 기억되어 있고, 소정의 판독 장치에 의해 기억부(101)로 판독되고, 제어부(100) 내에 인스톨된다.
(성막 방법)
다음으로, 지금까지 참조한 도면에 더하여 도 6을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법에 대해, 상술한 성막 장치를 사용하여 실시되는 경우를 예로 들어 설명한다.
우선, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하고, 반송 아암(10)에 의해 반송구(15)(도 3)를 통해 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내에 전달한다. 이 전달은, 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지하였을 때에 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해 진공 용기(1)의 저부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행해진다. 이러한 웨이퍼(W)의 전달을 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜 행하고, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다.
계속해서 게이트 밸브를 폐쇄하고, 진공 펌프(640)에 의해 진공 용기(1)를 최저 도달 진공도까지 배기한 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 조정기(650)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 조정한다. 이어서, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 예를 들어 최대로 240rpm의 회전 속도로 회전시키면서, 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 예를 들어 250℃로부터 650℃까지의 범위의 온도로 가열한다.
이 후, 진공 용기(1)에 대하여, 반응 가스 노즐(31)로부터 제1 반응 가스를 공급하는 동시에, 반응 가스 노즐(32)로부터 제2 반응 가스를 공급한다. 즉, 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 동시에 공급된다. 단, 이들 가스는, 분리 공간(H)(도 4)에 의해 분리되어, 진공 용기(1) 내에서 서로 혼합되는 일은 거의 없다.
제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 동시에 공급될 때에, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)을 통과하면, 웨이퍼(W)의 표면에 제1 반응 가스가 흡착되고, 제2 처리 영역(P2)을 통과하면, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 반응하고, 웨이퍼(W)의 표면에 반응 생성물에 의한 박막이 성막된다.
다음으로, 도 6의 (a) 및 도 6의 (c)에 도시하는 바와 같이, 반응 가스 노즐(31)로부터의 제1 반응 가스의 공급을 정지하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 제2 반응 가스를 공급한다. 이때, 반응 가스 노즐(31)로부터 Ar이나 He 등의 희가스나 질소 가스 등의 불활성 가스를 흘려도 된다. 예를 들어, 반응 가스 노즐(31)으로의 가스의 역류를 억제하기 위해, 100sccm 정도의 질소 가스를 반응 가스 노즐(31)로부터 흘려도 된다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42), 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 73)으로부터의 N2 가스의 공급은 계속되고 있다(이하에 있어서 마찬가지).
회전 테이블(2)의 회전에 의해 제2 처리 영역(P2)[반응 가스 노즐(32)의 하방 영역]에 이른 웨이퍼(W)는, 여기에서 제2 반응 가스에 노출되게 된다. 그 후, 회전 테이블(2)의 회전을 계속하면, 웨이퍼(W)는, 분리 영역(D), 제1 처리 영역(P1) 및 분리 영역(D)을 거쳐 다시 제2 처리 영역(P2)에 이르고, 제2 반응 가스에 노출된다.
소정의 기간이 경과한 후, 반응 가스 노즐(32)로부터 제2 반응 가스를 공급하면서, 반응 가스 노즐(31)로부터 제1 반응 가스를 다시 공급한다. 이에 의해, 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스가 동시에 공급된다. 이하, 제1 반응 가스의 정지와 공급을 간헐적으로 반복하면, 원하는 막 두께를 갖는 박막이 웨이퍼(W) 상에 성막된다. 이 후, 진공 용기(1)로의 가스의 공급이 정지되고, 회전 테이블(2)의 회전이 정지되고, 진공 용기(1) 내에 웨이퍼(W)를 반입하였을 때의 수순과 반대의 수순에 의해, 진공 용기(1) 내로부터 웨이퍼(W)가 반출된다. 이에 의해 성막 공정이 종료된다.
이상과 같이, 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법에 따르면, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스를 동시에 공급하면서, 회전 테이블(2)을 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)의 표면으로의 제1 반응 가스의 흡착과, 흡착된 제1 반응 가스와 제2 반응 가스의 반응을 반복한 후, 제1 반응 가스가 정지되고, 웨이퍼(W)의 표면이 제2 반응 가스에 노출된다. 이로 인해, 표면에 흡착되었지만 제2 반응 가스와 반응하는 일 없이 웨이퍼(W)의 표면에 잔존하고 있는 제1 반응 가스를 제2 반응 가스와 충분히 반응시킬 수 있다. 이로 인해, 제1 반응 가스가 미반응인 채로 박막 중에 도입되는 것이 방지되어, 박막의 고품질화를 도모할 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태에 의한 성막 방법의 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예에서는, 제1 반응 가스로서, Zr 함유 유기 금속 가스의 일종인 테트라키스·에틸메틸·아미노지르코늄(TEMAZ)을 사용하고, 제2 반응 가스로서 오존 가스를 사용하였다. 이에 의해, 산화지르코늄(ZrO)막을 웨이퍼(W) 상에 성막하였다. 또한, 오존 가스는, 반응 가스 노즐(32)에 오존 발생기(도시하지 않음)를 통해 산소 가스 공급원(도시하지 않음)을 접속하고, 산소 가스 공급원으로부터의 산소를 오존 발생기에 의해 오존화함으로써 얻었다. 주된 성막 조건은, 이하와 같다.
·웨이퍼(W)의 온도:300℃
·TEMAZ의 공급량:0.4cc/min(액체로서)
·오존 공급량:300g/N㎥(산소 가스의 공급량은 10slm)
·분리 가스의 공급량[분리 가스 노즐(41, 42)의 각각으로부터의 공급량]:10slm
또한, 제1 반응 가스로서의 TEMAZ에 대해서는, 공급 시간과 정지 시간의 합계를 10초로 하고, 공급 시간 2.5초(정지 시간은 7.5초), 2초(정지 시간은 8초), 1초(정지 시간은 9초)의 3가지로 성막을 행하였다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전 속도는, TEMAZ의 공급 시간에 관계없이 동등하게 하고, 공급 시간 1초일 때에, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)의 모두가 제1 처리 영역(P1)[반응 가스 노즐(31)의 하방 영역]을 통과하는 회전 속도로 조정하였다.
또한, 비교예로서, TEMAZ의 공급을 정지하는 일 없이, TEMAZ와 오존 가스를 동시에 공급하여 ZrO막을 성막하였다(공급 시간 10초에 상당).
상기와 같이 하여 얻은 ZrO막의 웨이퍼 면내의 평균 막 두께와 막 두께 균일성의 결과를 도 7에 나타낸다. 도 7을 참조하면, 본 실시예에 있어서의 평균 막 두께는, 비교예에서의 평균 막 두께에 비해, 약간 작게 되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 막 두께 균일성에 대해서는, 비교예의 경우에도 충분히 우수한 결과가 얻어지고 있지만, 실시예에 있어서는 더욱 우수한 결과가 얻어지고, 구체적으로는, 비교예의 경우의 절반 미만으로 되어 있다. 비교예에서는, 성막 중에는 TEMAZ와 오존 가스가 상시 공급되어 있고, 웨이퍼가 TEMAZ와 오존에 교대로 노출되므로, 실시예에 비해, 평균 막 두께가 크게 되어 있다. 또한, 웨이퍼가 TEMAZ와 오존에 교대로 노출되므로, 웨이퍼 표면에 흡착된 TEMAZ의 산화가 불충분할 가능성이 있어, 막 두께 균일성이 저하될 가능성이 있다. 이에 반해, 실시예에 있어서는, TEMAZ의 정지 시간 중에, 웨이퍼 표면에 흡착된 TEMAZ가 오존 가스에 의해 충분히 산화되므로, 막 두께 균일성이 개선되어, 불순물 농도가 낮은, 양호한 막질을 갖는 막이 얻어진다고 생각된다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 참조하면서, 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 일 없이, 첨부의 특허청구범위에 비추어, 다양하게 변경 또는 변형하는 것이 가능하다.
예를 들어, 제1 반응 가스의 공급 정지와 함께, 제2 반응 가스의 공급을 정지하고, 소정의 기간의 경과 후에, 제2 반응 가스를 공급하도록 해도 된다.
또한, 본 발명은, 상술한 TEMAZ 및 오존 가스의 조합에 의한 ZrO막의 성막에 한정되는 일 없이, 예를 들어,
(1) 트리메틸알루미늄(TMA) 및 오존 가스의 조합에 의한 산화알루미늄막의 성막,
(2) 테트라키스에틸메틸아미노하프늄(TEMAH) 및 오존 가스의 조합에 의한 산화하프늄막의 성막,
(3) 스트론튬비스테트라메틸헵탄디오나토(Sr(THD)2) 및 오존 가스의 조합에 의한 산화스트론튬막의 성막,
(4) 티타늄메틸펜탄디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토(Ti(MPD)(THD)) 및 오존 가스의 조합에 의한 산화티타늄막의 성막,
(5) 비스터셜부틸아미노실란(BTBAS) 및 오존 가스의 조합에 의한 산화실리콘막의 성막 및
(6) 유기 아미노실란 가스 및 오존 가스의 조합에 의한 산화실리콘막의 성막 등에도 적용 가능하다.
또한, 상기한 바에 있어서, 오존 발생기에 의해 생성되는 오존 가스 대신에, 리모트 플라즈마를 사용하여 플라즈마에 의해 활성화된 산소 가스(산소 라디칼이나 산소 이온을 포함할 수 있음)를 사용해도 된다.
또한 오존 가스 등 대신에, 소정의 질화 가스를 사용한 질화실리콘막의 성막에도 본 발명의 성막 방법을 적용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 기판에 대하여 교대로 공급함으로써, 양 반응 가스의 반응 생성물을 기판 상에 성막하는 성막 방법에 있어서, 2종류의 반응 가스를 충분히 반응시킬 수 있는 성막 방법이 제공된다.

Claims (6)

  1. 진공 용기 내에 회전 가능하게 수용되고, 복수의 기판이 적재되는 적재부를 상면에 갖는 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블의 상기 상면의 상방에 있어서 구획되는 제1 처리 영역에 배치되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면을 향해 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와,
    상기 회전 테이블의 둘레 방향을 따라 상기 제1 처리 영역으로부터 이격되는 제2 처리 영역에 배치되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대하여 가스를 공급하는 제2 가스 공급부와,
    상기 진공 용기 내에 있어서 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역 사이에 설치되고,
    상기 회전 테이블의 상기 상면에 대하여 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급부, 및
    상기 분리 가스 공급부로부터의 상기 분리 가스를 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역으로 유도하는 협애한 공간을 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대하여 형성하는 천장면이며, 상기 회전 테이블의 외측 테두리를 향하는 방향을 따라, 상기 회전 테이블의 둘레 방향을 따르는 폭이 커지는 당해 천장면을 포함하는 분리 영역을 구비하는 성막 장치에 있어서 행해지는 성막 방법이며,
    상기 회전 테이블을 회전시키면서, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급하여 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 분리하면서, 상기 제1 가스 공급부로부터 상기 제1 처리 영역으로 제1 반응 가스를 공급하는 동시에, 상기 제2 가스 공급부로부터 상기 제2 처리 영역으로, 상기 제1 반응 가스와 반응할 수 있는 제2 반응 가스를 공급하는 스텝과,
    상기 회전 테이블을 회전시키면서, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급하여 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 분리하면서, 상기 제1 가스 공급부로부터 반응 가스를 공급하는 일 없이, 상기 제2 가스 공급부로부터 상기 제2 처리 영역으로 상기 제2 반응 가스를 소정의 기간 공급하는 스텝을 포함하는, 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 가스가 상기 기판의 표면에 대하여 흡착성을 갖는 가스인, 성막 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 가스가 유기 금속 가스인, 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 가스가 지르코늄을 포함하는 유기 금속 가스인, 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 반응 가스가 산소 함유 가스인, 성막 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 반응 가스가 오존 가스인, 성막 방법.
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