KR20150037889A - 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

일실시형태의 성막 장치는, 배치대, 처리 용기, 가스 공급부 및 플라즈마 생성부를 구비한다. 배치대는, 그 복수의 기판 배치 영역이 둘레 방향으로 이동하도록 축선을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 있다. 처리실은, 배치대를 수용하고 있고, 제1 영역 및 제2 영역을 포함한다. 배치대의 회전에 의해 축선에 대하여 둘레 방향으로 이동하는 기판 배치 영역은, 제1 영역 및 제2 영역을 순서대로 통과한다. 가스 공급부는, 배치대에 대면하도록 설치된 분사부로부터 제1 영역에 전구체 가스를 공급한다. 플라즈마 생성부는, 제2 영역의 위쪽에 있어서 도파로를 구획하는 1 이상의 도파관과, 그 1 이상의 도파관에 접속된 마이크로파 발생기와, 1 이상의 도파관의 하측 도체부에 형성된 복수의 개구를 통과하여 제2 영역까지 연장된 유전체제의 복수의 돌출부를 포함한다. 복수의 돌출부는, 상기 축선에 대하여 방사 방향으로 배열되어 있다.

Description

성막 장치{FILM-FORMING DEVICE}
본 발명의 실시형태는 성막 장치에 관한 것이다.
기판 상에 성막을 행하는 수법의 일종으로서, 플라즈마 여기 원자층 퇴적(PE-ALD : Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)법이 알려져 있다. PE-ALD법에 있어서는, 기판을 전구체 가스에 노출시킴으로써, 기판 상에 형성하고자 하는 박막의 구성 원소를 함유하는 전구체 가스를 상기 기판에 화학 흡착시킨다. 계속해서, 기판을 퍼지 가스에 노출시킴으로써, 상기 기판에 과잉으로 화학 흡착된 전구체 가스를 제거한다. 그리고, 형성하고자 하는 박막의 구성 원소를 함유하는 반응 가스의 플라즈마에 기판을 노출시킴으로써, 기판 상에 원하는 박막을 형성한다. PE-ALD법에서는, 이러한 공정이 반복됨으로써, 전구체 가스에 포함되는 원자 또는 분자가 처리된 막이 기판 상에 생성된다.
이러한 PE-ALD법을 실시하는 장치로는, 매엽식의 성막 장치와 세미(semi) 배치식의 성막 장치가 알려져 있다. 이들 성막 장치 중 세미 배치식의 성막 장치는, 복수의 기판에 동시에 성막을 행할 수 있기 때문에, 매엽식의 성막 장치보다 작업 처리량이 우수하다. 구체적으로는, 세미 배치식의 성막 장치에서는, 전구체 가스를 공급하는 영역과 반응 가스의 플라즈마를 생성하는 영역이 별개로 처리실 내에 설치되어 있고, 복수의 기판이 이들 영역을 순서대로 통과하도록 이동한다. 이와 같이, 세미 배치식의 성막 장치는, 전구체 가스의 공급과 반응 가스의 플라즈마의 생성을 상이한 영역에 있어서 동시에 행할 수 있기 때문에, 매엽식의 성막 장치와 비교해서 작업 처리량이 높다고 하는 이점이 있다.
세미 배치식의 성막 장치로는, 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 것이 존재한다. 특허문헌 1에 기재된 성막 장치는, 서셉터 유닛 및 가스 분사 유닛을 구비한다. 서셉터 유닛은, 기판을 지지하는 것이며, 회전 축선을 중심으로 회전하도록 구성되어 있다. 가스 분사 유닛은, 서셉터 유닛에 대면 배치되어 있고, 전구체 가스를 공급하는 제1 영역, 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 영역, 반응 가스의 라디칼을 공급하는 제2 영역, 및 퍼지 가스를 공급하는 다른 퍼지 영역을 포함한다. 제1 영역, 퍼지 영역, 제2 영역 및 다른 퍼지 영역은 둘레 방향으로 배열되어 있고, 각 영역 사이에는 직경 방향으로 연장되는 배기 라인이 설치되어 있다.
또, 특허문헌 2에 기재된 성막 장치는, 회전 트레이, 샤워 헤드 및 플라즈마원을 구비한다. 회전 트레이는, 기판을 지지하는 것이며, 회전 축선을 중심으로 회전 가능하다. 샤워 헤드 및 플라즈마원은, 회전 트레이에 대면 배치되어 있고, 둘레 방향으로 배열되어 있다. 샤워 헤드는, 대략 부채형의 평면형상을 갖고 있고, 전구체 가스를 공급한다. 플라즈마원도, 대략 부채형의 평면형상을 갖고 있고, 반응 가스를 공급하며, 빗형의 전극으로부터 고주파 전력을 공급함으로써, 반응 가스의 플라즈마를 생성한다. 샤워 헤드의 주위 및 플라즈마원의 주위에는, 배기 구멍이 형성되어 있고, 샤워 헤드와 플라즈마원 사이에는, 퍼지 가스를 공급하는 샤워판이 설치되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2010-157736호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2011-222960호 공보
그런데, 플라즈마의 여기원으로서, 최근, 저전자 온도이자 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있는 마이크로파가 주목받고 있다. 마이크로파를 플라즈마의 여기원으로 하는 성막 장치에서는, 일반적으로, 유전체창이 처리실의 위쪽에 설치되고, 상기 유전체창의 위쪽에 도파관이 설치되는 구성이 채용된다.
한편, 세미 배치식의 성막 장치에서는, 기판이 회전 축선을 중심으로 회전하기 때문에, 그 회전 축선에 대하여 방사 방향으로 연장되는 영역에 있어서 플라즈마를 발생시킬 필요가 있다. 그러나, 마이크로파를 플라즈마의 여기원으로 하는 성막 장치의 상기 구성에서는, 처리 용기 내의 압력이 증가함에 따라서, 플라즈마의 발생 위치가 유전체창의 아래쪽의 전체 영역 중 일부에 국재화(局在化)되고, 국재화된 플라즈마의 발생 위치의 제어가 어려워지는 경우가 있다.
따라서, 본 기술분야에서는, 마이크로파를 공급함으로써 처리 용기 내에 플라즈마를 여기하는 세미 배치식의 성막 장치에 있어서, 플라즈마의 발생 위치의 제어성을 개선하는 것이 요구되고 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 성막 장치는, 배치대, 처리 용기, 가스 공급부 및 플라즈마 생성부를 구비한다. 배치대는 복수의 기판 배치 영역을 갖는다. 배치대는, 복수의 기판 배치 영역이 둘레 방향으로 이동하도록 축선을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 있다. 처리실은, 배치대를 수용하는 처리실을 구획하고 있다. 처리실은 제1 영역 및 제2 영역을 포함한다. 배치대의 회전에 의해 상기 축선에 대하여 둘레 방향으로 이동하는 기판 배치 영역은, 제1 영역 및 제2 영역을 순서대로 통과한다. 가스 공급부는, 배치대에 대면하도록 설치된 분사부로부터 제1 영역에 전구체 가스를 공급한다. 플라즈마 생성부는, 배치대의 위쪽이면서 제2 영역의 위쪽에 있어서 도파로를 구획하는 1 이상의 도파관과, 그 1 이상의 도파관에 접속된 마이크로파 발생기와, 1 이상의 도파관의 하측 도체부에 형성된 복수의 개구를 통과하여 제2 영역까지 연장된 유전체제(製)의 복수의 돌출부를 포함한다. 복수의 돌출부는, 상기 축선에 대하여 방사 방향으로 배열되어 있다.
이 성막 장치에서는, 도파로를 전파하여 도파관으로부터 누출되는 마이크로파가, 도파관의 하측 도체부의 개구로부터 제2 영역까지 연장된 복수의 돌출부에 집중된다. 따라서, 플라즈마의 발생 위치가 복수의 돌출부 근방에 집중된다. 이 때문에, 이 성막 장치는, 플라즈마의 발생 위치의 제어성이 우수하다. 또, 복수의 돌출부는, 배치대의 회전 중심인 상기 축선에 대하여 방사 방향으로 배열되어 있다. 따라서, 이 성막 장치에서는, 상기 축선에 대하여 방사 방향으로 연장되는 영역에 있어서 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
일실시형태에 있어서, 성막 장치는, 복수의 돌출부의 도파관측의 일단과 그 도파관을 통해 대면하도록 설치된 복수의 플런저를 더 구비하고 있어도 되고, 그 복수의 플런저는, 도파관으로부터의 거리를 조정할 수 있는 반사판을 갖고 있어도 된다. 이 실시형태에 의하면, 플런저의 반사판의 위치를 조정함으로써, 도파관의 도파로 내에서의 정재파의 피크의 위치를 도파관의 복수의 개구 위치에 대하여 상대적으로 조정할 수 있다. 이에 따라, 방사 방향으로 나열된 복수의 돌출부에 누출되는 마이크로파의 파워를 상대적으로 조정할 수 있기 때문에, 상기 축선에 대하여 방사 방향에서의 플라즈마의 밀도 분포를 조정하는 것이 가능해진다. 여기서, 세미 배치식의 성막 장치에서는, 그 축선으로부터의 거리가 가까운 기판의 영역에 대하여, 상기 축선으로부터의 거리가 먼 기판의 영역의 주(周)속도는 빨라진다. 따라서, 상기 축선으로부터의 거리가 커질수록 마이크로파의 강도가 강해지도록 플런저의 반사판의 위치를 조정함으로써, 기판에 대한 플라즈마 처리를 균일화하는 것이 가능해질 수 있다.
일실시형태에 있어서, 복수의 돌출부는 막대 형상으로 해도 된다. 다른 실시형태에 있어서, 복수의 돌출부는, 상기 축선에 직교하는 단면에 있어서 호(弧) 형상을 갖고 있어도 된다. 또, 일실시형태에 있어서, 복수의 돌출부는, 상기 축선을 중심으로 하는 복수의 동심원을 따라서 더 배열되어 있어도 된다. 이 실시형태에 의하면, 상기 축선에 대하여 둘레 방향에 있어서 플라즈마의 발생 영역을 확대하는 것이 가능하다.
일실시형태에 있어서, 1 이상의 도파관은, 상기 복수의 동심원의 각각과 평행한 복수의 동심원을 따라서 연장되는 복수의 도파관을 포함하고 있어도 된다. 또, 다른 일실시형태에서, 1 이상의 도파관은, 상기 축선에 대하여 방사 방향으로 연장되어 있어도 된다.
일실시형태에 있어서, 분사부는, 복수의 가스 샤워부를 갖고 있고, 복수의 가스 샤워부는 각각, 상기 축선에 대하여 서로 다른 거리의 영역에 있어서, 1 이상의 분사구를 제공하고 있고, 가스 공급부는, 그 복수의 가스 샤워부로부터 분사하는 전구체 가스의 유량을 개별적으로 조정 가능하게 구성되어 있어도 된다. 이 실시형태에 의하면, 상기 축선으로부터의 거리가 상이한 영역으로부터 상이한 유량의 전구체 가스를 공급할 수 있다. 전술한 바와 같이, 세미 배치식의 성막 장치에서는, 상기 축선으로부터의 거리가 가까운 기판의 영역에 대하여, 상기 축선으로부터의 거리가 먼 기판의 영역의 주(周)속도는 빨라진다. 따라서, 상기 축선으로부터의 거리가 가까운 영역으로부터 분사하는 전구체 가스의 유량에 대하여, 그 선으로부터의 거리가 큰 영역으로부터 분사하는 전구체 가스의 유량을 많게 함으로써, 기판의 전면(全面)을 비교적 균일하게 전구체 가스에 노출시키는 것이 가능해질 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일측면 및 실시형태에 의하면, 마이크로파를 공급함으로써 처리 용기 내에 플라즈마를 여기하는 세미 배치식의 성막 장치로서, 플라즈마의 발생 위치의 제어성이 우수한 성막 장치가 제공된다.
도 1은 일실시형태에 따른 성막 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 일실시형태에 따른 성막 장치를 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 성막 장치로부터 처리 용기의 상부를 제거한 상태를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 성막 장치의 확대 단면도이며, 가스 공급부(16), 배기부(18) 및 가스 공급부(20)의 확대 단면도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 성막 장치의 가스 공급부(16)의 분사부, 배기부(18)의 배기구 및 가스 공급부(20)의 분사구를 나타내는 평면도이다.
도 6은 가스 공급부(16)의 분사부, 배기부(18)의 배기구 및 가스 공급부(20)의 분사구를 구획하는 일실시형태에 따른 유닛의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6에 나타내는 유닛을 위쪽에서 본 평면도이다.
도 8은 도 1에 나타내는 성막 장치의 확대 단면도이며, 플라즈마 생성부를 나타내는 확대 단면도이다.
도 9는 다른 실시형태에 따른 성막 장치를 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 10은 실험예에 이용한 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 11은 실험예 1의 플라즈마의 발광 상태의 화상을 나타내고 있다.
도 12는 실험예 2의 플라즈마의 발광 상태의 화상을 나타내고 있다.
도 13은 시뮬레이션에 의해서 구한 도 10에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 전계 강도의 비를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 여러가지 실시형태에 관해서 상세히 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이기로 한다.
도 1은, 일실시형태에 따른 성막 장치의 단면도이다. 도 2는, 일실시형태에 따른 성막 장치를 개략적으로 나타내는 상면도이다. 도 1은, 도 2의 I-I선을 따라서 취한 단면을 나타내고 있다. 도 3은, 도 2에 나타내는 성막 장치로부터 처리 용기의 상부를 제거한 상태를 나타내는 평면도이다. 도 1, 도 2 및 도 3에 나타내는 성막 장치(10)는, 처리 용기(12), 배치대(14), 전구체 가스를 공급하는 가스 공급부(16), 배기부(18), 퍼지 가스를 공급하는 가스 공급부(20) 및 플라즈마 생성부(22)를 구비한다.
처리 용기(12)는, 축선(Z) 방향으로 연장되는 대략 원통형의 용기이다. 처리 용기(12)는, 그 내부에 처리실(C)을 구획하고 있다. 처리 용기(12)는, 예컨대, 내면에 내플라즈마 처리(예컨대, 알루마이트 처리 또는 Y2O3의 용사(溶射) 처리)가 실시된 알루미늄과 같은 금속으로 구성될 수 있다. 일실시형태에 있어서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 처리 용기(12)는, 하부(12a) 및 상부(12b)를 포함한다. 하부(12a)는, 위쪽으로 개구된 통형상을 갖고 있고, 처리실(C)을 구획하는 측벽 및 저벽(底壁)을 포함한다. 상부(12b)는, 처리실(C)을 위쪽으로부터 구획하는 덮개이다. 상부(12b)는, 하부(12a)의 상부 개구를 폐쇄하도록 하부(12a)의 정상부에 부착되어 있다. 이들 하부(12a)와 상부(12b) 사이에는, 처리실(C)을 밀폐하기 위한 밀봉 부재가 설치되어 있어도 된다.
처리 용기(12)에 의해서 구획되는 처리실(C) 내에는, 배치대(14)가 설치되어 있다. 배치대(14)는 대략 원판형상을 갖고 있다. 배치대(14)는, 축선(Z)을 중심으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 일실시형태에 있어서, 배치대(14)는, 구동 기구(24)에 의해 축선(Z)을 중심으로 회전 구동된다. 구동 기구(24)는, 모터와 같은 구동 장치(24a) 및 회전축(24b)을 가지며, 처리 용기(12)의 하부(12a)에 부착되어 있다. 회전축(24b)은, 축선(Z)을 그 중심 축선으로 하여 처리실(C) 내까지 연장되어 있고, 구동 장치(24a)로부터의 구동력에 의해 축선(Z)을 중심으로 회전한다. 이 회전축(24b)에는, 배치대(14)의 중앙 부분이 지지되어 있다. 이 구성에 의해, 배치대(14)는, 축선(Z)을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 처리 용기(12)의 하부(12a)와 구동 기구(24) 사이에는, 처리실(C)을 밀봉하도록, O링과 같은 밀봉 부재가 설치되어 있어도 된다.
도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 배치대(14)의 상면에는, 1 이상의 기판 배치 영역(14a)이 설치되어 있다. 일실시형태에 있어서는, 복수의 기판 배치 영역(14a)이, 축선(Z)에 대하여 둘레 방향으로 배열되어 있다. 기판 배치 영역(14a)은, 상기 영역에 배치되는 기판(W)의 직경과 대략 동일 또는 기판(W)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖는 오목부로서 구성되어 있다. 처리실(C) 내에 있어서 배치대(14)의 아랫쪽에는, 기판 배치 영역(14a)에 배치된 기판(W)을 가열하기 위한 히터(26)가 설치되어 있다. 기판(W)은, 처리 용기(12)에 설치된 게이트 밸브(GV)를 통해 로봇 아암과 같은 반송 장치에 의해 처리실(C)에 반송되어, 기판 배치 영역(14a)에 배치된다. 또, 성막 장치(10)에 의한 처리후의 기판(W)은, 반송 장치에 의해 게이트 밸브(GV)를 통해 처리실(C)로부터 취출된다. 이 처리실(C)은, 축선(Z)에 대하여 둘레 방향으로 배열된 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함한다. 기판 배치 영역(14a)에 배치된 기판(W)은, 배치대(14)의 회전에 따라서 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 순서대로 통과한다.
이하, 도 2 및 도 3에 더하여, 도 4 및 도 5를 참조한다. 도 4는, 도 1에 나타내는 성막 장치의 확대 단면도이며, 가스 공급부(16), 배기부(18) 및 가스 공급부(20)의 확대 단면도이다. 도 5는, 도 1에 나타내는 성막 장치의 가스 공급부(16)의 분사부, 배기부(18)의 배기구 및 가스 공급부(20)의 분사구를 나타내는 평면도이며, 아랫쪽, 즉, 가스 공급부(16)의 분사부, 배기부(18)의 배기구 및 가스 공급부(20)의 분사구를 본 평면도이다. 도 2∼도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 영역(R1)의 위쪽에는, 배치대(14)의 상면에 대면하도록 가스 공급부(16)의 분사부(16a)가 설치되어 있다. 환언하면, 처리실(C)에 포함되는 영역 중 분사부(16a)에 대면하는 영역이 제1 영역(R1)이 된다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 분사부(16a)에는, 복수의 분사구(16h)가 형성되어 있다. 가스 공급부(16)는, 이들 복수의 분사구(16h)로부터 제1 영역(R1)에 전구체 가스를 공급한다. 전구체 가스가 제1 영역(R1)에 공급됨으로써, 제1 영역(R1)을 통과하는 기판(W)의 표면에는, 전구체 가스가 화학 흡착된다. 이 전구체 가스로는, 예컨대, DCS(디클로로실란)이 예시된다.
일실시형태에 있어서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 분사부(16a)를 구획하는 가장자리부에는, 둘레 방향으로부터 상기 분사부(16a)를 구획하는 2개의 가장자리부(16e)가 포함되어 있다. 이들 2개의 가장자리부(16e)는, 축선(Z)에 근접함에 따라서 서로 근접하도록 연장되어 있다. 2개의 가장자리부(16e)는, 예컨대, 축선(Z)에 대하여 방사 방향으로 연장될 수 있다. 즉, 분사부(16a)는 대략 부채형의 평면형상의 영역에 설치되어 있다. 복수의 분사구(16h)는, 이들 2개의 가장자리부(16e)의 사이에 걸쳐서 형성되어 있다. 여기서, 배치대(14)의 회전에 따른 기판(W) 내의 각 위치의 속도는, 축선(Z)으로부터의 거리에 따라 달라진다. 즉, 축선(Z)으로부터 떨어진 위치일수록, 그 속도는 빨라진다. 이 실시형태에서는, 축선(Z)으로부터 떨어진 기판(W) 내의 위치일수록, 보다 많은 분사구(16h)에 대면하도록 분사부(16a)가 구성되어 있다. 따라서, 기판(W)의 각 위치가 전구체 가스에 노출되는 시간의 변동이 저감될 수 있다.
또, 일실시형태에 있어서, 분사부(16a)는 복수의 가스 샤워부를 포함한다. 이들 가스 샤워부는, 축선(Z)으로부터 상이한 거리의 영역에 설치된다. 도 2, 도 4, 및 도 5에 나타내는 실시형태에서, 분사부(16a)는, 2개의 가스 샤워부(16a1 및 16a2)를 포함하고 있고, 가스 샤워부(16a1)는, 가스 샤워부(16a2)보다도 축선(Z)에 가까운 영역에 설치되어 있다. 즉, 분사부(16a)는, 축선(Z)으로부터의 거리에 의해 2분할한 영역에, 가스 샤워부(16a1 및 16a2)를 각각 제공한다. 가스 공급부(16)는, 후술하는 바와 같이, 이들 가스 샤워부(16a1 및 16a2)로부터 분사하는 전구체 가스의 유량을 개별적으로 조정 가능하도록 구성되어 있다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 분사부(16a)의 주위에는 배기구(18a)가 형성되어 있고, 배기부(18)는 상기 배기구(18a)로부터 제1 영역(R1)의 배기를 행한다. 배기부(18)의 배기구(18a)는, 배치대(14)의 상면에 대면하고 있고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 분사부(16a)의 외주를 둘러싸는 폐로를 따라서 연장되어 있다. 이와 같이, 성막 장치(10)에서는, 폭이 좁은 배기구(18a)가 분사부(16a)의 주위를 둘러싸고 있다.
또, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 배기구(18a)의 주위에는 가스 공급부(20)의 분사구(20a)가 형성되어 있고, 가스 공급부(20)는 상기 분사구(20a)로부터 퍼지 가스를 분사한다. 가스 공급부(20)의 분사구(20a)는, 배치대(14)의 상면에 대면하고 있고, 배기구(18a)의 외주를 둘러싸는 폐로를 따라서 연장되어 있다. 가스 공급부(20)에 의해 공급되는 퍼지 가스로는, 예컨대, N2 가스와 같은 불활성 가스를 이용할 수 있다. 이러한 퍼지 가스가 기판(W)에 분무되면, 그 기판(W)에 과잉으로 화학 흡착되어 있는 전구체 가스가 기판으로부터 제거된다.
성막 장치(10)에서는, 배기구(18a)로부터의 배기 및 분사구(20a)로부터의 퍼지 가스의 분사에 의해, 제1 영역(R1)에 공급되는 전구체 가스가 제1 영역(R1)의 밖으로 누출되는 것을 억제하고 있고, 제2 영역(R2)에 있어서 후술하는 바와 같이 공급되는 반응 가스 또는 그 라디칼 등이 제1 영역(R1)에 침입하는 것을 억제하고 있다. 즉, 배기부(18) 및 가스 공급부(20)는, 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)을 분리하고 있다. 또, 분사구(20a) 및 배기구(18a)는, 분사부(16a)의 외주를 둘러싸는 폐로를 따라서 연장되는 띠형상의 평면형상을 갖고 있기 때문에, 분사구(20a) 및 배기구(18a)의 각각의 폭은 좁아져 있다. 따라서, 제2 영역(R2)이 축선(Z)에 대하여 둘레 방향으로 연장되는 각도 범위를 확보하면서, 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)의 분리가 실현된다. 일실시형태에 있어서는, 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2) 사이에 있어서 연장되어 있는 배기구(18a)의 폭(W2) 및 분사구(20a)의 폭(W3)(도 5 참조)은, 기판 배치 영역(14a)의 직경(W1)(도 3 참조)보다 작아져 있다.
일실시형태에 있어서, 성막 장치(10)는, 이러한 분사부(16a), 배기구(18a) 및 분사구(20a)를 구획하는 유닛(U)을 구비할 수 있다. 이 유닛(U)은, 가스 샤워부(16a1 및 16a2)로부터 분사하는 전구체 가스의 유량을 개별적으로 조정 가능하도록 구성되어 있다. 이하, 도 6 및 도 7도 참조한다. 도 6은, 가스 공급부(16)의 분사부, 배기부(18)의 배기구 및 가스 공급부(20)의 분사구를 구획하는 일실시형태에 따른 유닛의 분해 사시도이다. 도 7은, 도 6에 나타내는 유닛을 위쪽에서 본 평면도이다. 또한, 도 7에는 유닛(U)의 상면이 나타나 있고, 도 5에는, 유닛(U)의 하면이 나타나 있다.
도 4∼도 7에 나타낸 바와 같이, 유닛(U)은, 제1 부재(M1), 제2 부재(M2), 제3 부재(M3) 및 제4 부재(M4)로 구성되어 있고, 제1∼제4 부재(M1∼M4)가 순서대로 중첩된 구조를 갖고 있다. 유닛(U)은, 처리 용기(12)의 상부(12b)의 하면에 접촉하도록 처리 용기(12)에 부착되어 있고, 처리 용기(12)의 상부(12b)의 하면과 제1 부재(M1) 사이에는, 밀봉 부재(30)가 설치되어 있다. 이 밀봉 부재(30)는, 제1 부재(M1)의 상면의 외측 가장자리를 따라서 연장되어 있다.
제1∼제4 부재(M1∼M4)는, 대략 부채형의 평면형상을 갖고 있다. 제1 부재(M1)는, 그 하부측에 있어서, 제2∼제4 부재(M2∼M4)가 수용되는 오목부를 구획하고 있다. 또, 제2 부재(M2)는, 그 하부측에 있어서, 제3∼제4 부재(M3∼M4)가 수용되는 오목부를 구획하고 있다. 제3 부재(M3)와 제4 부재(M4)는 대략 동일한 평면 사이즈를 갖고 있다.
유닛(U)에 있어서는, 제1∼제3 부재(M1∼M3)를 관통하는 가스 공급 라인(60a1)이 형성되어 있다. 가스 공급 라인(60a1)은 그 상단에 있어서, 처리 용기(12)의 상부(12b)에 설치된 가스 공급 라인(12p1)과 접속하고 있다. 이 가스 공급 라인(12p1)에는, 밸브(16v1) 및 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(16c1)를 통해, 전구체 가스의 가스원(16g1)이 접속되어 있다. 또, 가스 공급 라인(60a1)의 하단은, 제3 부재(M3)와 제4 부재(M4) 사이에 형성된 버퍼실(60b1)에 접속하고 있다. 이 버퍼실(60b1)에는, 제4 부재(M4)에 설치된 가스 샤워부(16a1)의 복수의 분사구(16h)가 접속되어 있다.
또, 유닛(U)에 있어서는, 제1∼제3 부재(M1∼M3)를 관통하는 가스 공급 라인(60a2)이 형성되어 있다. 가스 공급 라인(60a2)은 그 상단에 있어서, 처리 용기(12)의 상부(12b)에 설치된 가스 공급 라인(12p2)과 접속하고 있다. 이 가스 공급 라인(12p2)에는, 밸브(16v2) 및 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(16c2)를 통해, 전구체 가스의 가스원(16g2)이 접속되어 있다. 또, 가스 공급 라인(60a2)의 하단은, 제3 부재(M3)와 제4 부재(M4) 사이에 형성된 버퍼실(60b2)에 접속하고 있다. 버퍼실(60b2)은, 상기 버퍼실(60b2)과 버퍼실(60b1) 사이에 설치된 구획벽(PW)에 의해, 버퍼실(60b1)로부터 분리되어 있다. 이 버퍼실(60b2)에는, 제4 부재(M4)에 설치된 가스 샤워부(16a2)의 복수의 분사구(16h)가 접속되어 있다.
처리 용기(12)의 상부(12b)와 제1 부재(M1) 사이에는, 가스 공급 라인(12p1)과 가스 공급 라인(60a1)의 접속 부분을 둘러싸도록, O링과 같은 밀봉 부재(32a1)가 설치되어 있다. 이 밀봉 부재(32a1)에 의해, 가스 공급 라인(12p1)과 가스 공급 라인(60a1)에 공급된 전구체 가스가, 처리 용기(12)의 상부(12b)와 제1 부재(M1)의 경계로부터 누출되는 것이 방지될 수 있다. 또, 제1 부재(M1)와 제2 부재(M2) 사이, 및 제2 부재(M2)와 제3 부재(M3) 사이에는, 가스 공급 라인(60a1)을 둘러싸도록 O링과 같은 밀봉 부재(32b1, 32c1)가 각각 설치되어 있다. 밀봉 부재(32b1 및 32c1)에 의해, 가스 공급 라인(60a1)에 공급된 전구체 가스가, 제1 부재(M1)와 제2 부재(M2)의 경계, 및 제2 부재(M2)와 제3 부재(M3)의 경계로부터 누출되는 것이 방지될 수 있다.
마찬가지로, 처리 용기(12)의 상부(12b)와 제1 부재(M1) 사이에는, 가스 공급 라인(12p2)과 가스 공급 라인(60a2)의 접속 부분을 둘러싸도록, 밀봉 부재(32a2)가 설치되어 있다. 이 밀봉 부재(32a2)에 의해, 가스 공급 라인(12p2)과 가스 공급 라인(60a2)에 공급된 전구체 가스가, 처리 용기(12)의 상부(12b)와 제1 부재(M1)의 경계로부터 누출되는 것이 방지될 수 있다. 또, 제1 부재(M1)와 제2 부재(M2) 사이, 및 제2 부재(M2)와 제3 부재(M3) 사이에는, 가스 공급 라인(60a2)를 둘러싸도록 밀봉 부재(32b2, 32c2)가 각각 설치되어 있다. 밀봉 부재(32b2 및 32c2)에 의해, 가스 공급 라인(60a2)에 공급된 전구체 가스가, 제1 부재(M1)와 제2 부재(M2)의 경계, 및 제2 부재(M2)와 제3 부재(M3)의 경계로부터 누출되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 제3 부재(M3)와 제4 부재(M4) 사이에는, 버퍼실(60b1 및 60b2)을 둘러싸도록 밀봉 부재(32d)가 설치되어 있다. 밀봉 부재(32d)에 의해, 버퍼실(60b1 및 60b2)에 공급된 전구체 가스가, 제3 부재(M3)와 제4 부재(M4)의 경계로부터 누출되는 것이 방지될 수 있다.
이와 같이, 유닛(U)에서는, 가스 샤워부(16a1)에 전구체 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인과 가스 샤워부(16a2)에 전구체 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인이 분리되어 있다. 또, 가스 공급부(16)는, 가스 샤워부(16a1)용 유량 제어기(16c1) 및 가스 샤워부(16a2)용 유량 제어기(16c2)를 포함한다. 따라서, 가스 공급부(16)는, 가스 샤워부(16a1) 및 가스 샤워부(16a2)로부터 분사하는 전구체 가스의 유량을 개별적으로 조정하는 것이 가능하다. 이에 따라, 축선(Z)으로부터 떨어진 기판(W) 내의 위치일수록, 보다 많은 전구체 가스에 노출되도록, 가스 샤워부(16a1)로부터의 전구체 가스의 유량에 대하여 가스 샤워부(16a2)로부터의 전구체 가스의 유량을 많게 하는 것이 가능하다. 또한, 가스 샤워부(16a1)에 전구체 가스를 공급하기 위한 라인과 가스 샤워부(16a2)에 전구체 가스를 공급하기 위한 라인을 플로우 스플리터를 통해 공통의 가스원에 접속해도 되고, 이 경우에는, 가스 샤워부(16a1)와 가스 샤워부(16a2)에 공급하는 전구체 가스의 분배비를 플로우 스플리터에 의해 조정해도 되다.
또, 유닛(U)에 있어서는, 제1∼제2 부재(M1∼M2)를 관통하는 배기 라인(18q)이 형성되어 있다. 배기 라인(18q)은, 그 상단에 있어서, 처리 용기(12)의 상부(12b)에 설치된 배기 라인(12q)과 접속하고 있다. 이 배기 라인(12q)은, 진공펌프와 같은 배기 장치(34)에 접속하고 있다. 또, 배기 라인(18q)은, 그 하단에 있어서, 제2 부재(M2)의 하면과 제3 부재(M3)의 상면 사이에 설치된 공간(18d)에 접속하고 있다. 또, 전술한 바와 같이 제2 부재(M2)는, 제3 부재(M3) 및 제4 부재(M4)를 수용하는 오목부를 구획하고 있고, 상기 오목부를 구획하는 제2 부재(M2)의 내측면과 제3 부재(M3) 및 제4 부재(M4)의 측단부면 사이에는, 갭(18g)이 형성되어 있다. 공간(18d)은 이 갭(18g)에 접속하고 있고, 갭(18g)의 하단은 전술한 배기구(18a)로서 기능한다.
처리 용기(12)의 상부(12b)와 제1 부재(M1) 사이에는, 배기 라인(18q)과 배기 라인(12q)의 접속 부분을 둘러싸도록, O링과 같은 밀봉 부재(36a)가 설치되어 있다. 이 밀봉 부재(36a)에 의해, 배기 라인(18q) 및 배기 라인(12q)을 통과하는 배기 가스가, 처리 용기(12)의 상부(12b)와 제1 부재(M1)의 경계로부터 누출되는 것이 방지될 수 있다. 또, 제1 부재(M1)와 제2 부재(M2) 사이에는, 배기 라인(18q)을 둘러싸도록, O링과 같은 밀봉 부재(36b)가 설치되어 있다. 이 밀봉 부재(36b)에 의해, 배기 라인(18q)을 통과하는 가스가 제1 부재(M1)와 제2 부재(M2)의 경계로부터 누출되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 유닛(U)에 있어서는, 제1 부재(M1)를 관통하는 가스 공급 라인(20r)이 형성되어 있다. 가스 공급 라인(20r)은, 그 상단에 있어서, 처리 용기(12)의 상부(12b)에 설치된 가스 공급 라인(12r)과 접속하고 있다. 가스 공급 라인(12r)에는, 밸브(20v) 및 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(20c)를 통해 퍼지 가스의 가스원(20g)이 접속되어 있다. 또, 가스 공급 라인(20r)의 하단은, 제1 부재(M1)의 하면과 제2 부재(M2)의 상면 사이에 설치된 공간(20d)에 접속하고 있다. 또, 전술한 바와 같이 제1 부재(M1)는, 제2∼제4 부재(M2∼M4)를 수용하는 오목부를 구획하고 있고, 상기 오목부를 구획하는 제1 부재(M1)의 내측면과 제2 부재(M2)의 측면 사이에는 갭(20p)이 형성되어 있다. 이 갭(20p)은 공간(20d)에 접속하고 있다. 또, 이 갭(20p)의 하단은, 가스 공급부(20)의 분사구(20a)로서 기능한다.
처리 용기(12)의 상부(12b)와 제1 부재(M1) 사이에는, 가스 공급 라인(12r)과 가스 공급 라인(20r)의 접속 부분을 둘러싸도록, O링과 같은 밀봉 부재(38)가 설치되어 있다. 이 밀봉 부재(38)에 의해, 가스 공급 라인(20r) 및 가스 공급 라인(12r)을 통과하는 퍼지 가스가 상부(12b)와 제1 부재(M1)의 경계로부터 누출되는 것이 방지된다.
이하, 도 1∼도 3을 다시 참조하고, 또한 도 8도 참조한다. 도 8은, 도 1에 나타내는 성막 장치의 확대 단면도이며, 플라즈마 생성부를 나타내는 확대 단면도이다. 도 1∼도 3 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 성막 장치(10)는 플라즈마 생성부(22)를 구비한다. 플라즈마 생성부(22)는, 제2 영역(R2)에 반응 가스를 공급하고, 상기 제2 영역(R2)에 마이크로파를 공급함으로써, 제2 영역(R2)에 있어서 반응 가스의 플라즈마를 생성한다. 일실시형태에서, 제2 영역(R2)에 있어서는, 기판(W)에 화학 흡착된 전구체 가스를 질화시킬 수 있다. 기판(W)에 퇴적된 막을 질화시키는 경우에는, 반응 가스로서, 예컨대, N2 가스 또는 NH3 가스를 이용할 수 있다.
플라즈마 생성부(22)는, 제2 영역(R2)에 마이크로파를 공급하기 위한 1 이상의 도파관(70)을 가질 수 있다. 도 1∼도 3에 나타내는 실시형태에 있어서, 플라즈마 생성부(22)는, 축선(Z)에 대하여 방사 방향으로 연장되는 5개의 도파관(70)을 갖고 있다. 이들 도파관(70)은, 직사각형 도파관이며, 처리 용기(12)의 상부(12b) 위에 탑재되어 있고, 축선(Z)에 대하여 방사 방향으로 연장되는 도파로(WG)를 구획하고 있다. 또, 이들 도파관(70)은, 축선(Z)에 대하여 둘레 방향으로 배열되어 있다. 도파관(70)의 각각에는, 마이크로파 발생기(48)가 접속되어 있다. 마이크로파 발생기(48)는, 예컨대, 약 2.45 GHz의 마이크로파를 발생하여, 그 마이크로파를 도파관(70)에 공급한다.
도파관(70)의 각각은, 도파로(WG)를 아랫쪽으로부터 구획하는 하측 도체부(70a)를 포함한다. 하측 도체부(70a)는, 처리 용기(12)의 상부(12b)의 상면에 접하고 있다. 하측 도체부(70a) 및 처리 용기의 상부(12b)에는, 이들 하측 도체부(70a) 및 처리 용기의 상부(12b)를 축선(Z) 방향으로 관통하는 복수의 개구(70h)가 형성되어 있다. 이들 복수의 개구(70h)는, 축선(Z)에 대하여 방사 방향으로 배열되어 있다. 또, 일실시형태에 있어서, 이들 개구는, 축선(Z)을 중심으로 하는 복수의 동심원(도면 중, 참조부호 CC1, CC2 및 CC3으로 나타냄)을 따라서 배열되어 있다. 이들 복수의 개구(70h)에는, 유전체제(製)의 복수의 돌출부(72)가 통과해 있다.
돌출부(72)는, 예컨대, 석영에 의해 구성될 수 있다. 본 실시형태에서, 복수의 돌출부(72)는, 축선(Z) 방향으로 연장되는 막대 형상, 즉, 원기둥 형상을 갖고 있다. 복수의 돌출부(72)의 각각의 일단은, 대응하는 도파로(WG) 내에 위치하고 있고, 그 타단은, 제2 영역(R2)까지 돌출되어 있다. 전술한 바와 같이, 복수의 개구(70h)는, 축선(Z)에 대하여 방사 방향으로 배열되어 있기 때문에, 이들 개구(70h)를 통과하는 복수의 돌출부(72)는, 축선(Z)에 대하여 방사 방향으로 정렬되어 있다. 또, 일실시형태에 있어서는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 복수의 도파관(70)에 형성된 개구(70h)를 통과하는 복수의 돌출부(72)는, 축선(Z)을 중심으로 하는 복수의 동심원(도면 중, 참조부호 CC1, CC2 및 CC3으로 나타냄)을 따라서 배열되어 있다.
또한, 일실시형태에 있어서, 플라즈마 생성부(22)는, 복수의 플런저(74)를 갖고 있다. 또한, 도 2에 있어서는, 플런저(74)는 생략되어 있다. 플런저(74)의 각각은, 반사판(74a) 및 위치 조정 기구(74b)를 갖고 있다. 복수의 플런저(74)는, 복수의 돌출부(72)의 상단과 대면하도록 설치되어 있다. 구체적으로, 복수의 플런저의 각각은, 그 반사판(74a)이 도파관(70)을 통해 복수의 돌출부(72)의 상단과 대치(對峙)하도록, 상기 도파관(70)에 부착되어 있다. 플런저(74)의 각각의 위치 조정 기구(74b)는, 반사판(74a)의 도파로(WG)로부터의 축선(Z) 방향의 거리를 조정하는 기능을 갖고 있다.
또, 플라즈마 생성부(22)는, 가스 공급부(76)를 포함한다. 가스 공급부(76)는, 반응 가스를 제2 영역(R2)에 공급한다. 이 반응 가스는, 전술한 바와 같이 기판(W)에 화학 흡착된 Si를 함유하는 전구체 가스를 질화시키는 경우에는, 예컨대, N2 가스 또는 NH3 가스일 수 있다. 일실시형태에 있어서, 가스 공급부(76)는, 가스 공급 라인(76a) 및 분사구(76b)를 포함할 수 있다. 가스 공급 라인(50a)는, 예컨대, 축선(Z)에 교차하는 면내에 있어서 제2 영역(R2)을 둘러싸도록 처리 용기(12)의 상부(12b)에 형성되어 있다. 또, 처리 용기(12)의 상부(12b)에는, 가스 공급 라인(76a)에 접속된 분사구(76b)가 형성되어 있다. 일실시형태에 있어서는, 복수의 분사구(76b)가 상부(12b)에 형성되어 있어도 된다. 또, 가스 공급 라인(76a)에는, 밸브(76v) 및 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(76c)를 통해, 반응 가스의 가스원(76g)이 접속되어 있다. 또, 처리 용기(12)의 하부(12a)에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 배치대(14)의 외측 가장자리의 아랫쪽에 있어서 배기구(22e)가 형성되어 있다. 이 배기구(22e)에는, 도 8에 나타내는 배기 장치(52)가 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 플라즈마 생성부(22)에 의하면, 가스 공급부(76)에 의해 제2 영역(R2)에 반응 가스가 공급된다. 또, 마이크로파 발생기(48)에 의해 발생된 마이크로파가, 복수의 도파관(70)을 전파하여 복수의 돌출부(72)로부터 제2 영역(R2)으로 누출된다. 이에 따라, 제2 영역(R2)에 있어서 반응 가스의 플라즈마가 생성되고, 기판(W) 상에 화학 흡착된 전구체 가스가 반응 가스의 플라즈마에 의해 처리된다.
이 성막 장치(10)에서, 복수의 도파관(70)으로부터 누출되는 마이크로파는, 제2 영역(R2)의 위쪽의 전체 영역이 아니라, 제한된 면적을 갖는 복수의 돌출부(72)에 집중된다. 따라서, 플라즈마의 발생 위치가 복수의 돌출부(72) 근방에 집중된다. 따라서, 이 성막 장치(10)는, 플라즈마의 발생 위치의 제어성이 우수하다. 또, 전술한 바와 같이, 복수의 돌출부(72)는 축선(Z)에 대하여 방사 방향으로 배열되어 있기 때문에, 축선(Z)에 대하여 방사 방향으로 연장되는 영역에 있어서, 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다. 따라서, 성막 장치(10)에 의하면, 축선(Z)의 주위를 회전 이동하는 기판(W)의 전체 영역이 반응 가스의 플라즈마에 노출될 수 있다. 또, 전술한 바와 같이, 성막 장치(10)에서는, 복수의 돌출부(72)가 복수의 동심원을 따라서 배열되어 있다. 따라서, 축선(Z)에 대하여 둘레 방향에 있어서 플라즈마의 발생 영역을 확대하는 것이 가능하다.
또, 전술한 바와 같이, 성막 장치(10)에서는, 도파관(70), 즉, 도파로(WG)를 통해 돌출부(72)에 대면하도록 플런저(74)의 반사판(74a)이 설치되어 있고, 이 반사판(74a)의 축선(Z) 방향의 도파로(WG)로부터의 거리를, 위치 조정 기구(74b)에 의해 조정하는 것이 가능하다. 이와 같이 반사판(74a)의 위치를 조정함으로써, 도파관(70)의 도파로(WG) 내에서의 정재파의 피크 위치를 도파관(70)의 복수의 개구(70h) 위치에 대하여 상대적으로 조정할 수 있다. 이에 따라, 축선(Z)에 대하여 방사 방향으로 나열된 복수의 돌출부(72)에 누출되는 마이크로파의 파워를 상대적으로 조정하는 것이 가능해지고, 나아가서는, 축선(Z)에 대하여 방사 방향의 플라즈마의 밀도 분포를 조정하는 것이 가능하다. 전술한 바와 같이, 성막 장치(10)에서는, 축선(Z)으로부터의 거리가 가까운 기판(W)의 영역에 대하여, 축선(Z)으로부터의 거리가 먼 기판(W)의 영역의 주(周)속도는 빨라진다. 따라서, 축선(Z)으로부터의 거리에 비례하여 돌출부(72)에 누출되는 마이크로파의 강도가 강해지도록 플런저(74)의 반사판(74a)의 위치를 조정함으로써, 기판(W)에 대한 플라즈마 처리를 균일화하는 것이 가능해질 수 있다.
이상, 성막 장치(10)에 관해서 상세하게 설명했다. 전술한 바와 같이, 성막 장치(10)는, 플라즈마의 발생 위치의 제어성이 우수하다고 하는 효과를 갖고 있지만, 이 효과는, 처리 용기(12) 내의 압력이 1 Torr(133.3 Pa) 이상과 같은 고압인 경우에 특히 유효하게 발휘된다. 이하, 그 이유를 설명한다.
하기의 (1) 식에 나타낸 바와 같이, 처리 용기(12) 내에서의 플라즈마를 구성하는 전자, 이온의 흐름의 거동은, 하기의 수송(輸送) 방정식에 의해서 나타낼 수 있다.
Figure pct00001
여기서, 플라즈마는 마이너스 이온을 포함하지 않는 플라즈마로 한다. (1) 식에 있어서, Γ, Γe, Γi는 각각 플라즈마, 전자, 이온의 유속(流束)을 나타내고 있고, D는 양(兩)극성 확산 계수이며, n은 플라즈마 밀도이다. 또, 양극성 확산 계수 D는, 하기의 (2) 식으로 나타낼 수 있다.
Figure pct00002
(2) 식에 있어서, μe, μi는 각각, 전자, 이온의 이동도이며, De, Di는 각각 전자, 이온의 확산 계수이다. 입자종 s의 이동도, 확산 계수는 각각 이하의 (3) 식, (4) 식으로 나타낸다.
Figure pct00003
Figure pct00004
(3), (4) 식에 있어서, qs는 입자종 s의 전하량, kB는 볼츠만 상수, Ts는 입자종 s의 온도, ms는 입자종 s의 질량, νsm은 입자종 s와 중성 입자의 충돌 주파수이다. 이온은 모두 1가의 양(陽)이온이라고 가정하고, (2) 식에 (3), (4) 식을 대입하면,
Figure pct00005
가 된다.
여기서, 처리 용기(12) 내의 압력이 높은 경우와 낮은 경우의 쌍방에 있어서 동일한 파워의 마이크로파가 투입되어, 전자, 이온의 생성량이 같은 것으로 하면, 플라즈마의 거시적인 유속 Γ은 쌍방의 경우에 있어서 같게 유지된다. 또, 처리 용기(12) 내의 압력이 높아지면, 입자종 s와 중성 입자의 충돌 빈도 νsm는 커지고, (5) 식으로부터, 처리 용기(12) 내의 압력이 높아지면, 양극성 확산 계수 D는, 처리 용기(12) 내의 압력이 낮은 경우의 확산 계수보다 작아진다. 따라서, (1) 식의 관계에서, 처리 용기(12) 내의 압력이 높은 경우의 플라즈마 유속 Γ을, 처리 용기(12) 내의 압력이 낮은 경우의 플라즈마 유속 Γ과 같게 하기 위해서는, 강한 플라즈마의 밀도 구배가 필요해진다. 또, 전자가 여기 충돌이나 전리 충돌 등의 비탄성 충돌을 일으키는 빈도도 높아져, 전자가 생성되고 나서 비탄성 충돌에 의해 에너지를 상실하기까지의 이동 거리가 짧아진다. 이 때문에, 처리 용기(12) 내의 압력이 높아지면, 넓은 영역에 있어서 플라즈마를 확산시키고자 하더라도, 플라즈마가 국재화된다고 하는 현상이 생길 수 있다. 또, 마이크로파를 대면적 평판 유전체를 통해서 처리 용기 내에서 발생시키는 경우, 플라즈마의 발생 위치는 유전체 내의 정재파 모드에 의해 결정되어, 슬롯판 등으로 마이크로파 투입 위치를 규정하더라도, 충분한 플라즈마 발생 위치 제어성을 얻는 것이 어렵다.
한편, 성막 장치(10)에서는, 영역(R2)에 접하는 면적이 제한된 복수의 돌출부(72)에 마이크로파를 집중시키고 있기 때문에, 높은 압력하에 있어서도, 플라즈마의 발생 위치를 돌출부(72) 근방으로 제어하는 것이 가능하다. 따라서, 성막 장치(10)는, 높은 압력하에 있어서도, 플라즈마의 발생 위치의 제어성이 우수하다.
이하, 도 9를 참조하여, 다른 실시형태에 따른 성막 장치(10A)에 관해서 설명한다. 도 9는, 다른 실시형태에 따른 성막 장치를 개략적으로 나타내는 상면도이다. 성막 장치(10A)는, 플라즈마 생성부의 구성에 있어서, 성막 장치(10)와는 상이하다. 성막 장치(10A)에서는, 원기둥형의 돌출부(72)와는 달리, 축선(Z)에 직교하는 평면에서의 단면형상이 호(弧)형상이면서 띠형상인 복수의 돌출부(72A)가 채용되고 있다. 이들 복수의 돌출부(72A)는, 축선(Z)을 중심으로 하는 복수의 동심원(도면 중, 참조부호 CC1, CC2 및 CC3으로 나타냄)을 따라서 배열되어 있고, 또, 축선(Z)에 대하여 방사 방향으로 배열되어 있다.
또, 성막 장치(10A)에서는, 도파관(70)과는 달리, 제2 영역(R2)의 위쪽에 있어서, 축선(Z)을 중심으로 한 원호를 따라서 연장되는 복수의 도파관(70A)이 채용되고 있다. 이들 도파관(70A)은, 복수의 돌출부(72A)가 정렬되어 있는 복수의 동심원(CC1∼CC3)에 축선(Z) 방향에 있어서 평행한 동심원을 따라서 연장되어 있다. 이들 도파관(70A)의 하측 도체부 및 처리 용기(12)의 상부(12b)에는, 복수의 돌출부(72A)가 통과하는 개구가 형성되어 있다. 또한, 도 9에는 나타나 있지 않지만, 성막 장치(10A)에 있어서도, 반사판(74a)이 도파로(WG)를 통해 돌출부(72A)에 대치하도록 복수의 플런저(74)가 설치되어 있어도 된다.
이와 같이, 유전체제(製)의 복수의 돌출부는, 도파관으로부터 제2 영역(R2) 내에 제한된 면적을 갖고 연장되어 있다면 임의의 형상을 갖고 있어도 된다.
이하, 제한된 면적에서 처리 용기 내의 처리 영역에 접하는 유전체에 마이크로파를 집중시킴으로써, 플라즈마의 발생 위치를 제어할 수 있는 것을 검증한 실험예 1 및 2, 및 시뮬레이션에 관해서 설명한다. 도 10은, 실험예에 이용한 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 10에 나타내는 플라즈마 처리 장치(100)는, 처리 용기(112)의 상부에, 4개의 유전체제(製)의 로드(SP1∼SP4)를 구비한다. 로드(SP1∼SP4)는, 40 mm의 직경 및 353 mm의 길이를 가지며, 100 mm 간격으로 서로 평행하게 배열되어 있다. 또, 도 6에 나타낸 바와 같이, 이들 로드는, 로드 SP1, SP3, SP2, SP4의 순(順)으로 한방향으로 배열되어 있다.
또, 플라즈마 처리 장치(100)는, 2개의 직사각형 도파관(114 및 116)을 구비한다. 직사각형 도파관(114 및 116)의 단면 사이즈는, EIA 규격 WR-430에 준거한 109.2 mm×54.6 mm이다. 도파관(114 및 116)은, 로드(SP1∼SP4)의 연장 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있고, 이들의 사이에 로드(SP1∼SP4)가 개재하도록 설치되어 있다. 도파관(114)은, 그 반사단에 플런저(118)를 갖고 있고, 도파관(116)은, 그 반사단에 플런저(120)를 갖고 있다. 도파관(114)의 도파로 내에는, 로드(SP1 및 SP2)의 일단이 위치하고 있고, 로드(SP1 및 SP2)의 타단은, 도파관(116)의 도파로의 전방에서 종단하고 있다. 구체적으로는, 로드(SP1 및 SP2) 각각의 일단은, 30 mm의 길이로 도파관(114) 내에 들어가 있다. 또, 도파관(116)의 도파로 내에는, 로드(SP3 및 SP4)의 일단이 위치하고 있고, 로드(SP3 및 SP4)의 타단은, 도파관(114)의 도파로의 전방에서 종단하고 있다. 구체적으로는, 로드(SP3 및 SP4) 각각의 일단은, 30 mm의 길이로 도파관(116) 내에 들어가 있다.
도파관(114)에는, 플런저(122 및 124)가 부착되어 있다. 플런저(122)는, 반사판(122a) 및 위치 조정 기구(122b)를 갖고 있다. 반사판(122a)은, 도파관(114)의 도파로를 통해 로드(SP1)의 일단에 대치하고 있다. 위치 조정 기구(122b)는, 도파로를 구획하는 도파관(114)의 일면(참조부호 114a로 나타냄)으로부터의 반사판(122a)의 위치를 조정하는 기능을 갖는다. 또, 플런저(124)는, 반사판(124a) 및 위치 조정 기구(124b)를 갖고 있다. 반사판(124a)은, 도파관(114)의 도파로를 통해 로드(SP2)의 일단에 대치하고 있다. 위치 조정 기구(124b)는, 도파관(114)의 일면(114a)으로부터의 반사판(124a)의 위치를 조정할 수 있다.
또, 도파관(116)에는, 플런저(126 및 128)가 부착되어 있다. 플런저(126)는, 반사판(126a) 및 위치 조정 기구(126b)를 갖고 있다. 반사판(126a)은, 도파관(116)의 도파로를 통해 로드(SP3)의 일단에 대치하고 있다. 위치 조정 기구(126b)는, 도파로를 구획하는 도파관(116)의 일면(참조부호 116a로 나타냄)으로부터의 반사판(126a)의 위치를 조정할 수 있다. 또, 플런저(128)는, 반사판(128a) 및 위치 조정 기구(128b)를 갖고 있다. 반사판(128a)은, 도파관(116)의 도파로를 통해 로드(SP4)의 일단에 대치하고 있다. 위치 조정 기구(128b)는, 도파로를 구획하는 도파관(116)의 일면(116a)으로부터의 반사판(128a)의 위치를 조정할 수 있다.
실험예 1 및 2에서는, 상기 구성을 갖는 플라즈마 처리 장치(100)의 처리 용기(112) 내에 Ar 가스를 공급하고, 도파관(114)에 주파수 2.45 GHz이고 파워 1 kW인 마이크로파를 공급했다. 또, 실험예 1 및 2에서는, 도파관(114)의 일면(114a)으로부터의 반사판(122a)의 거리 d1, 및 도파관(114)의 일면(114a)으로부터의 반사판(124a)의 거리 d2를 파라미터로 하여 변화시켰다. 또, 실험예 1 및 2에서는, 로드(SP1)와 로드(SP2) 사이의 거리는, 200 mm로 설정했다. 또, 실험예 1에서는, 처리 용기(112) 내의 압력을 100 mTorr(13.33 Pa)로 설정하고, 실험예 2에서는, 처리 용기(112) 내의 압력을 1 Torr(133.3 Pa)로 설정했다. 또, 플런저(118)의 반사판(118a)과 로드(SP1)의 축선의 거리는 85 mm로 했다.
그리고, 실험예 1 및 실험예 2의 쌍방에 있어서, 로드(SP1 및 SP2)의 아랫쪽으로부터 플라즈마의 발광 상태를 촬영했다. 도 11은, 실험예 1의 플라즈마의 발광 상태의 화상을 나타내고 있고, 도 12는, 실험예 2의 플라즈마의 발광 상태의 화상을 나타내고 있다. 도 11 및 도 12에서는, 거리 d1 및 거리 d2의 설정치에 대응하여, 상기 거리 d1 및 거리 d2의 설정치 하에서의 플라즈마의 발광 상태를 촬영한 화상이 매트릭스형으로 나타나 있다.
도 11 및 도 12에 나타내는 화상에서는, 비교적 휘도가 높은 부분이, 로드(SP1 및 SP2) 근방의 플라즈마의 발광을 나타내고 있다. 따라서, 실험예 1 및 실험예 2의 결과, 플라즈마의 발생 위치를 로드(SP1 및 SP2) 근방으로 제어할 수 있는 것이 확인되었다. 이로 부터, 도파로로부터 연장되는 유전체제의 부재가 제한된 면적에서 처리 용기 내의 처리 공간에 접하는 구성에 의해, 플라즈마의 발생 위치를 그 유전체제 부재의 근방에 집중시킬 수 있는 것이 확인되었다.
또, 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 거리 d1 및 d2, 즉, 도파관(114)의 도파로로부터의 반사판(122a)의 거리, 및 도파관(114)의 도파로로부터의 반사판(124a)의 거리를 조정함으로써, 로드(SP1) 근방의 플라즈마의 휘도와 로드(SP2) 근방의 플라즈마의 휘도의 비가 상대적으로 변화하는 것이 확인되었다. 따라서, 실험예 1 및 2의 결과, 거리 d1 및 d2를 조정함으로써, 로드(SP1) 근방에서의 플라즈마의 밀도와 로드(SP2) 근방에서의 플라즈마의 밀도의 비를 조정할 수 있는 것이 확인되었다. 이로 부터, 도파로로부터 연장되는 유전체제의 복수의 부재가 제한된 면적에서 처리 용기 내의 처리 공간에 접하는 구성에 있어서, 플런저의 반사판의 도파로로부터의 거리를 조정함으로써, 유전체제 부재의 근방에 집중시킨 플라즈마의 밀도 분포를 조정할 수 있는 것이 확인되었다.
또, 시뮬레이션에 의해, 실험예 1 및 실험예 2와 동일한 설정으로 플라즈마 처리 장치(100)의 전계 강도를 계산했다. 이 시뮬레이션에서는, 거리 d1 및 거리 d2를 파라미터로 하여 변화시켜, 로드(SP1) 내의 전계 강도 P1과 로드(SP2) 내의 전계 강도 P2를 계산하여, P1/(P1+P2)를 전계 강도의 비로서 구했다. 이 결과를 도 13에 나타낸다. 도 13에 있어서, 횡축은 거리 d1의 설정치를 나타내고 있고, 종축은 거리 d2의 설정치를 나타내고 있다. 도 13에서는, 거리 d1의 설정치와 거리 d2의 설정치에 대응하여, 상기 거리 d1의 설정치와 거리 d2의 설정치 하에서 계산한 전계 강도의 비 P1/(P1+P2)를 나타내고 있다. 또, 도 13에서는, 실험예 1 및 2의 거리 d1 및 거리 d2의 설정치와 동일한 설정치의 전계 강도의 비 P1/(P1+P2)를 나타내는 부분을 원으로 둘러싸고 있다. 이 시뮬레이션의 결과, 도 13의 원으로 둘러싸인 부분의 전계 강도의 비 P1/(P1+P2)는, 실험예 1 및 2의 플라즈마의 발광 상태에 정합하고 있는 것이 확인되었다. 또, 도 13에 나타낸 바와 같이, 이 시뮬레이션의 결과에서도, 플런저의 반사판의 도파로로부터의 거리를 조정함으로써, 유전체제의 복수의 부재 근방에 집중시킨 플라즈마의 밀도 분포를 조정할 수 있는 것이 확인되었다.
이상, 여러가지 실시형태에 관해서 설명했지만, 전술한 실시형태에 한정되지 않고 여러가지 변형 양태를 구성할 수 있다. 예컨대, 도 1∼도 3 및 도 9 등에 나타낸 도파관 및 유전체제의 복수의 돌출부의 개수, 형상 및 배치는 단순한 예이며, 전술한 효과를 발휘할 수 있는 한, 임의로 변경하는 것이 가능하다. 또, 전술한 실시형태에서는, 2개의 가스 샤워부를 갖는 전구체 가스의 분사부를 예시했지만, 전구체 가스의 분사부는, 축선(Z)으로부터 서로 다른 거리의 영역에 3개 이상의 가스 샤워부를 갖고 있어도 된다. 또, 전구체 가스의 가스 공급부는, 이들 3개 이상의 가스 샤워부에 대한 전구체 가스의 유량을 개별적으로 조정 가능하게 구성되어 있어도 된다.
10 : 성막 장치, 12 : 처리 용기, 14 : 배치대, 14a : 기판 배치 영역, 16 : 가스 공급부(전구체 가스), 16a : 분사부, 16a1, 16a2 : 가스 샤워부, 16h : 분사구, 18 : 배기부, 18a : 배기구, 20 : 가스 공급부(퍼지 가스), 20a : 분사구, 22 : 플라즈마 생성부, 24 : 구동 기구, 48 : 마이크로파 발생기, 70 : 도파관, 70a : 하측 도체부, 70h : 개구, 72 : 돌출부, 74 : 플런저, 74a : 반사판, 74b : 위치 조정 기구, 76 : 가스 공급부(반응 가스), C : 처리실, R1 : 영역, R2 : 영역, WG : 도파로, Z : 축선(회전 축선).

Claims (8)

  1. 복수의 기판 배치 영역을 가지며, 그 복수의 기판 배치 영역이 둘레 방향으로 이동하도록 축선을 중심으로 회전 가능하게 설치된 배치대와,
    상기 배치대를 수용하고 있고, 상기 배치대의 회전에 의해 상기 축선에 대하여 둘레 방향으로 이동하는 상기 기판 배치 영역이 순서대로 통과하는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 처리실을 구획하는 처리 용기와,
    상기 배치대에 대면하도록 설치된 분사부로부터 상기 제1 영역에 전구체 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 제2 영역에 있어서 반응 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부
    를 구비하고,
    상기 플라즈마 생성부는,
    상기 배치대의 위쪽이면서 상기 제2 영역의 위쪽에 있어서 도파로를 구획하는 1 이상의 도파관과,
    상기 1 이상의 도파관에 접속된 마이크로파 발생기와,
    상기 1 이상의 도파관의 하측 도체부에 형성된 복수의 개구를 통과하여 상기 제2 영역까지 연장된 유전체제(製)의 복수의 돌출부
    를 포함하고,
    상기 복수의 돌출부는, 상기 축선에 대하여 방사 방향으로 배열되어 있는 것인 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 돌출부의 도파관측의 일단과 상기 도파관을 통해 대면하도록 설치된 복수의 플런저를 더 구비하고,
    상기 복수의 플런저는, 상기 도파관으로부터의 거리를 조정할 수 있는 반사판을 갖는 것인 성막 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 돌출부는 막대 형상을 갖는 것인 성막 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 돌출부는, 상기 축선에 직교하는 단면에 있어서 호(弧) 형상을 갖는 것인 성막 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 돌출부는, 상기 축선을 중심으로 하는 복수의 동심원을 따라서 더 배열되어 있는 것인 성막 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 1 이상의 도파관은, 상기 복수의 동심원의 각각과 평행한 복수의 동심원을 따라서 연장되는 복수의 도파관을 포함하는 것인 성막 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1 이상의 도파관은, 상기 축선에 대하여 방사 방향으로 연장되는 것인 성막 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사부는, 상기 축선에 대하여 서로 다른 거리의 영역에 설치된 복수의 가스 샤워부를 가지며, 그 복수의 가스 샤워부의 각각은, 1 이상의 분사구를 제공하고 있고,
    상기 가스 공급부는, 상기 복수의 가스 샤워부로부터 분사되는 상기 전구체 가스의 유량을 개별적으로 조정 가능하게 구성되어 있는 것인 성막 장치.
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