KR20150133634A - 성막 장치 - Google Patents

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다카히토 우메하라
다케히로 가사마
츠바사 와타나베
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

캐리어 가스의 유량에 의해 면내 균일성을 조정함에 있어서, 보다 광범위한 캐리어 가스 유량에 대하여 양호한 면내 균일성을 확보하고, 면내 균일성의 조정을 용이하게 하는 것이다. 원료 가스 노즐(31)의 길이 방향을 따라서 돌출되도록 정류판부(51)를 설치하고, 이 정류판부(51)로부터 회전 테이블(2)을 향해서 돌기부(54)를 돌출시킨다. 이 돌기부(54)에 의해, 진공 용기(11)의 중앙부 영역(C)으로부터의 분리 가스가 정류판부(51)와 회전 테이블(2)의 사이로 유입되는 것이 억제된다. 원료 가스 노즐(31)로부터는, 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스가 공급되고 있는데, 중앙부 영역(C)으로부터의 분리 가스의 유입이 억제되어 있기 때문에, 캐리어 가스의 유량에 관계없이 원료 가스가 정류판부(51)의 회전 테이블 중심측으로도 널리 퍼진다. 이 때문에 광범위한 캐리어 가스 유량에 대하여 양호한 면내 균일성을 확보할 수 있다.

Description

성막 장치{FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은 진공 용기 내에서 회전 테이블을 회전시켜서 회전 테이블 위의 기판을, 원료 가스의 공급 영역, 원료와 반응하는 반응 가스의 공급 영역을 순차 통과시킴으로써 기판 위에 원료를 흡착시키고, 계속해서 원료와 반응 가스를 반응시켜서 성막하는 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판(이하, 「웨이퍼」라고 함)에 실리콘 산화막 등의 박막을 성막하는 방법으로서, 소위 ALD(Atomic Layer Deposition)법을 행하는 성막 장치가 알려져 있다. 이 ALD법을 실시하는 장치로서, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 진공 용기 내의 회전 테이블 위에 배치한 복수의 웨이퍼를 회전 테이블에 의해 공전시켜, 원료 가스가 공급되는 영역과, 원료 가스와 반응하는 반응 가스가 공급되는 영역을 순서대로 통과시키는 구성이 알려져 있다. 이 장치에서는, 원료 가스는 회전 테이블의 직경 방향으로 신장됨과 함께 그 길이 방향을 따라서 가스 토출 구멍이 형성된 가스 노즐에 의해 공급되어, 가스 노즐 위에 정류판을 설치해서 웨이퍼에 대한 원료 가스의 흡착 효율을 높이는 것이 행하여지고 있다.
상기 원료 가스의 가스 노즐로부터는, 원료 가스와 함께 캐리어 가스인 질소 가스가 공급되고 있지만, 이 캐리어 가스의 유량에 따라 원료 가스의 토출량이 가스 노즐의 길이 방향에 있어서 변화된다. 이 때문에 캐리어 가스의 유량을 적정한 값으로 설정해서, 가스 노즐의 길이 방향의 가스 농도를 조정하여, 양호한 면내 균일성을 확보할 필요가 있다. 이 캐리어 가스의 유량 조정에 의한 막 두께의 면내 균일성의 제어는, 장치의 구동 시나 메인터넌스 등에 의해 장치를 다시 조립한 경우에도 행하여지고 있다. 그러나 특허문헌 1의 장치에서는, 높은 면내 균일성을 확보하기 위한 캐리어 가스의 유량 범위가 좁아, 장치간이나 메인터넌스 전후에 있어서의 캐리어 가스 유량의 맞춤이 곤란하여 조정 작업이 번거롭다는 문제가 있다.
일본 특허 공개 제2011-100956호 공보
본 발명은 원료 가스 노즐로부터 원료 가스와 함께 캐리어 가스를 공급하고, 캐리어 가스의 유량에 의해 막 두께의 면내 균일성을 조정함에 있어서, 보다 광범위한 캐리어 가스 유량에 대하여 양호한 면내 균일성을 확보하고, 면내 균일성의 조정 작업을 용이하게 하는 기술을 제공한다.
본 발명의 성막 장치는, 진공 용기 내에서 회전 테이블을 회전시켜서 상기 회전 테이블 위의 기판을, 원료 가스의 공급 영역, 원료와 반응하는 반응 가스의 공급 영역을 순차 통과시킴으로써 상기 기판 위에 상기 원료를 흡착시키고, 상기 원료와 상기 반응 가스를 반응시켜서 성막하는 장치에 있어서, 상기 회전 테이블의 상방에 고정해서 설치되고, 상기 회전 테이블의 회전 방향과 교차해서 연장됨과 함께 그 길이 방향을 따라서 상기 원료 가스 및 캐리어 가스의 혼합 가스를 토출하는 가스 토출 구멍이 형성된 원료 가스 노즐과, 상기 원료 가스 노즐에서의 상기 회전 방향의 상류측 및 하류측으로부터 가스 노즐의 길이 방향을 따라서 돌출되는 정류판부와, 상기 원료 가스의 공급 영역과 상기 반응 가스의 공급 영역을 분리하기 위해 상기 진공 용기 내의 중앙부측으로부터 상기 회전 테이블의 기판 적재면측에 분리 가스를 공급하는 중앙부 영역과, 상기 중앙부 영역으로부터의 분리 가스가 상기 정류판부와 상기 회전 테이블의 사이에 유입되는 것을 억제하기 위해서, 상기 원료 가스의 가스 토출 구멍보다도 상기 회전 테이블의 중심부측에서 상기 정류판부로부터 상기 회전 테이블을 향해서 돌출되는 돌기부와, 상기 진공 용기 내를 진공 배기하기 위한 배기구를 구비한다.
본 발명은, 진공 용기 내에서 회전 테이블을 회전시켜서 회전 테이블 위의 기판을, 원료 가스의 공급 영역, 원료와 반응하는 반응 가스의 공급 영역을 순차 통과시켜서 성막을 행함에 있어서, 중앙부 영역을 형성해서 진공 용기 내의 중앙부측으로부터 분리 가스를 공급하여, 상기 원료 가스의 공급 영역과 반응 가스의 공급 영역을 분리하고 있다. 한편, 원료 가스 노즐에서의 상기 회전 방향의 상류측 및 하류측으로부터 가스 노즐의 길이 방향을 따라서 돌출되도록 정류판부를 설치하고, 이 정류판부로부터 회전 테이블을 향해서 돌기부를 돌출시키고 있다. 이 때문에 이 돌기부에 의해, 상기 중앙부 영역으로부터의 분리 가스가 상기 정류판부와 회전 테이블의 사이로 유입되는 것이 억제된다. 상기 원료 가스의 가스 노즐로부터는, 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스가 공급되고 있는데, 상기 중앙부 영역으로부터의 분리 가스의 유입이 억제되어 있기 때문에, 캐리어 가스의 유량에 관계없이 원료 가스가 상기 정류판부의 회전 테이블 중심측으로도 널리 퍼진다. 이 때문에 광범위한 캐리어 가스 유량에 대하여 양호한 면내 균일성을 확보할 수 있으므로, 캐리어 가스 유량에 의한 면내 균일성의 조정 작업이 용이해진다.
도 1은 본 발명의 성막 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 성막 장치의 개략 횡단 사시도이다.
도 3은 성막 장치의 횡단 평면도이다.
도 4는 성막 장치의 둘레 방향에서의 종단 측면도이다.
도 5는 성막 장치에 설치되는 노즐 커버의 상면측 사시도이다.
도 6은 노즐 커버의 이면측 사시도이다.
도 7은 노즐 커버의 종단 측면도이다.
도 8은 노즐 커버의 종단 측면도이다.
도 9는 노즐 커버의 개략 평면도이다.
도 10은 성막 장치의 성막 시에 있어서의 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 11은 노즐 커버의 다른 예를 나타내는 개략 사시도이다.
도 12는 노즐 커버의 다른 예를 나타내는 개략 사시도이다.
도 13은 노즐 커버의 또 다른 예를 나타내는 하면측의 개략 사시도이다.
도 14는 노즐 커버의 또 다른 예(도 13의 예)를 나타내는 종단 측면도이다.
도 15는 노즐 커버의 비교예를 도시하는 개략 평면도이다.
도 16은 평가 시험의 결과를 도시하는 모식도이다.
도 17은 평가 시험의 결과를 도시하는 모식도이다.
도 18은 평가 시험의 결과를 도시하는 모식도이다.
도 19는 평가 시험의 결과를 도시하는 특성도이다.
도 20은 평가 시험의 결과를 도시하는 모식도이다.
도 21은 평가 시험의 결과를 도시하는 모식도이다.
도 22는 평가 시험의 결과를 도시하는 모식도이다.
도 23은 평가 시험의 결과를 도시하는 특성도이다.
본 발명의 실시 형태의 성막 장치(1)에 대해서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 도 1, 도 2, 도 3은 각각 성막 장치(1)의 종단 측면도, 개략 단면 사시도, 평면도다. 이 성막 장치(1)는, 원료 가스와, 원료와 반응하는 반응 가스를 웨이퍼(W)에 순서대로 공급해서 소위 ALD법에 의해 실리콘 산화막(산화 실리콘)의 박막을 적층해서 형성한다. 웨이퍼(W)는, 당해 성막 장치(1)를 구성하는 진공 용기(11) 내에 설치된 회전 테이블(2) 위에 적재되어, 원료 가스의 공급 영역과, 반응 가스의 공급 영역을 순서대로 통과해서 박막의 형성이 반복해서 행하여져, 상기 웨이퍼(W)에 원하는 두께의 막이 형성된다.
상기 진공 용기(11)는, 대기 분위기 중에 설치되어 있고, 성막 처리 중에는 그 내부가 진공 분위기로 된다. 진공 용기(11)는 대략 원형으로 구성되어 있으며, 천장판(12)과, 진공 용기(11)의 측벽 및 저부를 이루는 용기 본체(13)에 의해 구성되어 있다. 천장판(12)은 용기 본체(13)에 착탈 가능하게 구성된다. 도 1에서는 용기 본체(13)에 천장판(12)을 장착한 상태를 나타내고 있어, 도 2, 도 3에서는 당해 천장판(12)을 용기 본체(13)로부터 제거한 상태를 각각 나타내고 있다.
진공 용기(11)의 중앙부에는, 하단측이 직경 확장된 대략 원형의 볼록부(14)가, 천장판(12)으로부터 하방으로 돌출되도록 설치된다. 이 볼록부(14)는, 진공 용기(11)의 중심부에서 상기 회전 테이블(2)을 지지하는 지지부(21)와 함께 가스 유로(15)를 구비한 중앙부 영역(C)을 형성하고 있다. 도 1 중 도면부호 10은, 가스 유로(15)에 분리 가스인 질소 가스(N2 가스)를 공급하는 공급관이며, 가스 유로(15)로부터 회전 테이블(2)의 표면 위에 외주를 향해서 상기 질소 가스가 공급된다. 이렇게 해서 당해 중앙부 영역(C)에 있어서, 후술하는 원료 가스와 반응 가스가 혼합되는 것이 방지되어, 상기 원료 가스의 공급 영역과 반응 가스의 공급 영역이 분리된다. 또한, 볼록부(14)의 직경 확장부의 상면에는, 내측을 향하는 절결(16)이 형성되어 있고, 이 절결(16)은 후술하는 노즐 커버(5)의 지지부를 이룬다.
회전 테이블(2)은, 상기 지지부(21)로부터 외측으로 넓어지도록 원형으로 구성되어 있다. 회전 테이블(2)은, 지지부(21) 하방의 회전 구동 기구(22)에 의해, 그 중심축 둘레로 시계 방향으로 회전한다. 회전 테이블(2)의 표면측(일면측)에는, 상기 회전 방향을 따라서 5개의 기판 적재 영역인 오목부(23)가 형성되어 있고, 이 오목부(23)에 웨이퍼(W)가 적재된다. 그리고 회전 테이블(2)의 회전에 의해 오목부(23)의 웨이퍼(W)가 상기 중심축 둘레로 공전한다.
진공 용기(11)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반송구(17)가 형성되어 있다. 반송구(17)는, 게이트 밸브(18)에 의해 개폐 가능하게 구성되어 있고, 웨이퍼(W)의 반출입을 행하는 반송 기구(24)(도 2 및 도 3 참조)가, 진공 용기(11) 내에 대하여 진퇴할 수 있다. 진공 용기(11) 내에서, 반송 기구(24)가 진입하는 영역을 웨이퍼(W)의 수수 영역(S1)으로서 나타내고 있다. 도시는 생략하고 있지만, 수수 영역(S1)에서의 회전 테이블(2)의 하방에는 승강 핀이 설치되어 있다. 이 승강 핀이 상기 오목부(23)에 형성되는 구멍(25)(도 3 참조)을 통해서 회전 테이블(2) 표면에 돌몰되며, 그에 의해 오목부(23)와 반송 기구(24)의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수가 행하여진다.
도 1에 도시한 바와 같이 회전 테이블(2)의 하방에는 회전 테이블(2)로부터 이격된 위치에 히터(27)가 설치되어 있다. 히터(27)의 회전 테이블(2)에 대한 복사열에 의해 회전 테이블(2)이 승온되어, 적재된 웨이퍼(W)가 가열된다. 도면 중 도면부호 28은, 히터(27)의 배치 공간을 질소 가스에 의해 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관이다. 또한, 진공 용기(11)의 저부 중앙을 덮는 케이스체(20)에는, 회전 테이블(2)의 하방 중앙부로부터 주연부를 향해서 질소 가스를 퍼지 가스로서 공급하는 퍼지 가스 공급부(29)가 설치되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 회전 테이블(2)의 오목부(23)의 통과 영역과 각각 대향하는 위치에는, 4개의 노즐(31, 32, 41, 42)이 진공 용기(11)의 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 각각 배치되어 있고, 이들 각 노즐(31, 32, 41, 42)은, 예를 들어 진공 용기(11)의 외주벽으로부터 상기 중앙부 영역(C)을 향해서 수평하게 신장되도록, 상기 진공 용기(11)의 외주벽에 고정해서 각각 설치되어 있다. 이 예에서는 원료 가스 노즐(31), 제1 분리 가스 노즐(41), 반응 가스 노즐(32) 및 제2 분리 가스 노즐(42)이, 이 순서대로 시계 방향으로 배치되어 있다.
각 노즐(31, 32, 41, 42)은, 이하의 각 가스 공급원에 각각 접속되어 있다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 원료 가스 노즐(31)은, 유량 조정 밸브(312)를 통해서 실리콘(Si)을 포함하는 원료 가스, 예를 들어 3DMAS(Tris(dimethylamino)silane: SiH[N(CH3)2]3) 가스의 공급원(311)에 접속됨과 함께, 유량 조정 밸브(314)를 통해서 캐리어 가스인 질소 가스의 공급원(313)에 접속되어 있다. 또한 반응 가스 노즐(32)은, 유량 조정 밸브(322)를 통해서 반응 가스, 예를 들어 오존(O3) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스의 공급원(상세하게는 오조나이저가 설치된 산소 가스 공급원)(321)에 접속되어 있다. 제1 분리 가스 노즐(41) 및 제2 분리 가스 노즐(42)은, 유량 조정 밸브(411, 421)를 통해서 분리 가스인 질소 가스의 공급원(313)에 각각 접속되어 있다.
회전 테이블(2)의 회전 방향을 따른 종단 측면도인 도 4도 참조한다. 가스 노즐(31, 32, 41, 42)의 하면측에는, 가스 토출 구멍(34)이 각 가스 노즐의 길이 방향을 따라서 다수 형성되어 있고, 각 공급원에 저류된 가스가 당해 가스 토출 구멍(34)으로부터 토출된다. 이렇게 해서 원료 가스 노즐(31)의 가스 토출 구멍(34)으로부터는, 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스가 토출된다. 이 예에서는, 중앙부 영역(C)으로부터 토출되는 분리 가스에 의해, 회전 테이블(2)의 중심부측에서 원료 가스의 농도가 낮아지는 것을 방지하기 위해 원료 가스 노즐(31)에서는 주연부측에 비해 중심부측에 많은 가스 토출 구멍(34)이 형성되어, 많은 유량으로 원료 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
원료 가스 노즐(31)의 하방 영역 및 이 원료 가스 노즐(31)에 설치되는 노즐 커버(5)의 하방 영역은, 상기 원료 가스가 공급되어, 웨이퍼(W)에 원료 가스를 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)을 구성한다. 노즐 커버(5)에 대해서는 후에 상세하게 설명한다. 또한, 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역은 반응 가스가 공급되어, 웨이퍼(W)에 흡착된 원료와 당해 반응 가스를 반응시키기 위한 제2 처리 영역(P2)을 구성한다.
진공 용기(11)의 천장판(12)의 하방에는, 부채형상의 2개의 돌출 형상부(43)가 당해 천장판(12)으로부터 하방으로 돌출되도록 배치되고, 돌출 형상부(43)는 둘레 방향으로 간격을 두고 형성된다. 회전 테이블(2)의 회전 중심측에 있어서, 각 돌출 형상부(43)는, 상기 중앙부 영역(C)을 이루는 볼록부(14)에 접속되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은 각각 돌출 형상부(43)에 깊이 박혀, 당해 돌출 형상부(43)를 둘레 방향으로 분할하도록 설치되어 있다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 분리 가스 노즐(41, 42)에서의 회전 테이블(2)의 둘레 방향 양측에는, 상기 돌출 형상부(43)의 하면인 낮은 제1 천장면(44)이 배치되어 있다. 그리고, 이 제1 천장면(44)의 상기 둘레 방향 양측에는, 당해 제1 천장면(44)보다도 높은 제2 천장면(45)이 배치된다.
상기 제1 천장면(44)의 하방은, 원료 가스와 반응 가스의 혼합을 저지하기 위한 분리 영역으로서 구성되어 있고, 분리 가스 노즐(41, 42)이 설치되는 분리 영역을 각각 제1 분리 영역(D1), 제2 분리 영역(D2)으로 한다. 성막 처리 시에 제1 및 제2 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 상기 제1 및 제2 분리 영역(D1, D2)에 공급된 분리 가스가, 분리 영역(D1, D2)을 각각 둘레 방향으로 펴져나가, 원료 가스 및 반응 가스를 후술하는 진공 배기구(62, 63)로 흘러가게 한다. 도 4는, 성막 처리 시에 있어서의 가스의 흐름을 화살표로 나타내고 있다.
다른 진공 용기(11)의 각 부에 대해서 설명하면, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)의 외주측의 하방에는, 진공 용기(11)의 둘레를 따라 링 부재(61)가 배치되어 있다. 링 부재(61)에는, 서로 둘레 방향으로 이격해서 제1 진공 배기구(62), 제2 진공 배기구(63)가 형성되어 있다. 제1 진공 배기구(62)는 원료 가스를 배기하고, 제2 진공 배기구(63)는 반응 가스 및 분리 가스를 배기한다. 이 때문에 제1 진공 배기구(62)는 제1 처리 영역(P1)에서, 제1 분리 영역(D1)에 치우친 위치, 제2 진공 배기구(63)는 제2 처리 영역(P2)에서, 제2 분리 영역(D2)에 치우친 위치에 각각 형성되어 있다.
제1 및 제2 진공 배기구(62, 63)는, 도 1에 제1 진공 배기구(62)를 대표해서 나타내는 바와 같이, 각각 배기관(64)을 개재해서 진공 배기 기구인 진공 펌프(65)에 접속되어 있다. 각 배기관(64)에는, 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(66)가 개재 설치되어, 진공 배기구(62, 63)로부터의 각 배기량이 독립해서 제어된다. 또한, 도 3 중의 도면부호 67은 링 부재(61)에 형성된 홈이며, 제2 진공 배기구(63)로부터 회전 방향 상류측을 향해 둘레 방향으로 형성되어 있다. 이 홈(67)은, 반응 가스 노즐(32)로부터 공급되는 반응 가스와, 제1 분리 가스 노즐(41)로부터 공급되는 분리 가스를, 제2 진공 배기구(63)에 가이드하는 역할을 갖는다.
계속해서, 상기 노즐 커버(5)에 대해 설명한다. 도 5는 원료 가스 노즐(31)에 장착한 상태의 노즐 커버(5)의 상면측을 나타내고 있고, 도 6은 원료 가스 노즐(31)로부터 제거한 상태의 노즐 커버(5)의 하면측을 나타내고 있다. 또한 도 7, 도 8은 노즐 커버(5)의 종단 측면도, 도 9는 노즐 커버(5)의 개략 평면도다. 이 노즐 커버(5)는, 평평한 정류판부(51)와, 이 정류판부(51)로부터 상측에, 예를 들어 각형으로 돌출되도록 설치된 기초부(52, 53)를 구비하고 있다. 상기 기초부(52)는, 원료 가스 노즐(31)의 길이 방향을 따라서 신장되어, 그 종단면이 ㄷ자형을 이루고 있고, 이 기초부(52)에 의해 원료 가스 노즐(31)의 상방 및 측방이 덮인다. 후술하는 바와 같이 클리닝 가스 노즐(71)은 원료 가스 노즐(31)보다도 짧은데, 기초부(53)에 의해 클리닝 가스 노즐(71)의 상방 및 측방이 덮인다.
그리고 기초부(52, 53)의 하단의 좌우로부터 수평 방향으로, 즉 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측 및 하류측으로부터 가스 노즐의 길이 방향을 따라서 돌출되도록 정류판부(51)가 돌출되어 있다. 이 정류판부(51)는, 제1 분리 영역(D1)을 형성하는 돌출 형상부(43)와 제2 분리 영역(D2)을 형성하는 돌출 형상부(43)의 사이의 영역에, 당해 영역의 형상을 따라서, 예를 들어 회전 테이블(2)의 중심부측으로부터 외주측을 향함에 따라서 연속적으로 넓어지도록 평면에서 보아 대략 부채형상으로 구성되어 있다. 도 2, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 노즐 커버(5)는, 평면에서 보아 부채형의 선단측(폭이 좁은 측)이 볼록부(14)에 근접함과 함께 후단측(폭이 넓은 측)이 회전 테이블(2)의 외주연보다도 외측에 위치하도록 설치되어 있다. 상기 정류판부(51)의 선단측 및 후단측은, 예를 들어 각각 회전 테이블(2)의 회전 중심(O)을 중심으로 해서, 반경이 상이한 원의 일부를 이루도록 구성되며, 상기 후단측은, 도 3에 도시한 바와 같이 제1 진공 배기구(62)의 중앙 근방 위치로부터 제2 분리 영역(D2)을 형성하는 돌출 형상부(43) 근방 위치까지 넓어지게 형성되어 있다.
또한 원료 가스 노즐(31)을 덮는 기초부(52)는, 제2 분리 영역(D2)측에 치우친 위치에 설치되고, 클리닝 가스 노즐(71)을 덮는 기초부(53)는, 예를 들어 노즐 커버(5)에 있어서 둘레 방향의 중앙부보다도 제1 분리 영역(D1)에 치우친 위치에 설치되어 있다. 그리고 예를 들어 기초부(53)에는, 상기 중심측을 향해서 돌출된 돌기부(531)가 형성되어 있다. 이 돌기부(531)는, 상기 볼록부(14)의 절결(16) 내에 수용되어, 당해 회전 테이블(2) 위에 노즐 커버(5)를 지지하는 역할을 한다.
또한 정류판부(51)의 하면 선단측에는, 원료 가스 노즐(31)의 가스 토출 구멍(34)보다도 회전 테이블(2)의 중심부측에서 회전 테이블(2)을 향해 돌출된 돌기부(54)가 그 둘레 방향을 따라 형성되어 있다. 이 돌기부(54)는, 그 하단측이 원료 가스 노즐(31)의 가스 토출 구멍(34)보다도 하방측에 위치하도록 설치된다. 또한 정류판부(51)의 회전 테이블(2)의 외주측은 하방으로 굴곡되어, 당해 회전 테이블(2)의 외주에 대향하는 대향부(55)를 형성하고 있다. 상기 정류판부(51)의 대향부(55)에 있어서, 그 외주면의 복수 개소, 예를 들어 2군데의 부위는 또한 회전 테이블(2)의 외주측으로 인출되어, 각각 인출부(56)를 형성하고 있다. 이 인출부(56)의 하면에는 지주(57)가 설치되어 있고, 이 지주(57)가 상기 링 부재(61)에, 예를 들어 나사 고정되어, 고정되어 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 이들 기초부(52, 53)와 천장판(12)의 사이에는, 노즐 커버(5)에 대하여 회전 방향 상류측과 하류측의 사이에서 가스를 통류시키는 통류 공간(50)이 형성된다. 이 통류 공간(50)의 높이(h1)는, 예를 들어 5 내지 15mm이다. 또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 돌기부(54)의 하면과 회전 테이블(2)의 표면(웨이퍼(W) 표면)의 이격 거리(h2)는, 예를 들어 1.0mm 내지 2.0mm이며, 구체예를 들면 1.5mm이다. 또한 도 4 및 도 8에 도시한 바와 같이, 돌기부(54)보다도 회전 테이블(2)의 외주측에서는, 정류판부(51)의 하면은, 예를 들어 원료 가스 노즐(31)의 가스 토출 구멍(34)의 하단과 동일한 높이 위치에 형성되어 있고, 정류판부(51)와 회전 테이블(2) 표면의 이격 거리(h3)는, 예를 들어 2.0mm 내지 4.0mm이며, 구체예를 들면 3.0mm이다.
이 노즐 커버(5)의 역할에 대해서 설명한다. 성막 처리 시에는, 회전 테이블(2)이 회전하는 상태에서, 각 가스 노즐(31, 32, 41, 42)로부터 가스가 공급된다. 이때 원료 가스 노즐(31)로부터 토출되는 원료 가스 및 캐리어의 혼합 가스는, 이 정류판부(51)와 회전 테이블(2)의 사이를 웨이퍼(W)를 따라 통류한다. 즉 정류판부(51)는, 원료 가스 노즐(31)의 주위에서의 원료 가스의 확산을 억제하여, 웨이퍼(W)와 당해 원료 가스의 반응성을 높게 하는 역할을 갖는다. 또한 정류판부(51)는, 제2 분리 가스 노즐(42)로부터 제1 처리 영역(P1)을 향해서 흐르는 분리 가스를 상기 통류 공간(50)에 가이드하여, 당해 분리 가스가 제1 처리 영역(P1)으로 진입하는 것을 방지하는 역할도 갖고 있으며, 그에 의해서 제1 처리 영역(P1)의 원료 가스의 농도의 저하를 억제하고 있다.
또한 이미 설명한 바와 같이 중앙부 영역(C)으로부터는 분리 가스가 둘레 방향으로 토출되고 있는데, 정류판부(51)의 선단부에 형성된 돌기부(54)에 의해, 중앙부 영역(C)로부터의 분리 가스가 정류판부(51)와 회전 테이블(2)의 사이로 유입되는 것을 억제하고 있다. 이미 설명한 바와 같이 종래에는, 캐리어 가스의 유량에 의해 원료 가스의 토출량이 가스 노즐의 길이 방향에 있어서 변화된다. 예를 들어 캐리어 가스의 유량을 많게 하면, 가스 유속이 커지기 때문에, 가스 노즐(31)의 선단측에서 원료 가스가 많이 토출된다. 그러나, 돌기부(54)를 형성해서 중앙부 영역(C)으로부터의 분리 가스의 유입을 억제함으로써, 분리 가스가 원료 가스를 회전 테이블(2)의 외주측으로 밀어내는 작용이 억제되므로, 캐리어 가스의 유량을 많게 하지 않아도, 원료 가스 노즐(31)로부터 토출되는 원료 가스가 상기 정류판부(51)의 회전 테이블 중심측으로도 널리 퍼진다. 이에 의해 캐리어 가스의 유량에 관계없이, 웨이퍼(W)의 면 내에서 원료 가스의 농도가 균일해져, 면내 균일성이 높은 상태에서 원료 가스의 흡착 반응이 진행된다.
계속해서 도 9의 평면도를 참조하여, 노즐 커버(5)의 그 밖의 치수의 일례를 나타내면, 정류판부(51)에서의 회전 방향 상류측의 외형 선과, 원료 가스 노즐(31)의 신장 방향이 이루는 각(α)은, 예를 들어 15°이다. 또한 정류판부(51)에서의 회전 방향 상류측의 외형 선과 회전 방향 하류측의 외형 선이 이루는 각(θ)은, 예를 들어 50°이다. 정류판부(51)는, 이 도 9에 도시한 바와 같은 부채 형상으로 형성됨으로써, 속도가 큰 회전 테이블(2)의 주연측에서의 원료 가스의 확산을 억제하여, 당해 원료 가스의 웨이퍼(W)로의 흡착을 담보하고 있다.
정류판부(51)에 의해 원료 가스 노즐(31)로부터 제1 진공 배기구(62)를 향하는 원료 가스의 흐름이 저해되지 않도록, 정류판부(51)의 회전 방향 하류측의 외형 선과, 회전 테이블(2)의 중심(O)과 제1 진공 배기구(62)의 회전 방향 하류측의 단부를 연결하는 선(도면 중 쇄선으로 표시)이 이루는 각(β)은 0° 이상으로 설정된다. 상기와 같이 노즐 커버(5)에 올라탄 질소 가스는, 당해 노즐 커버(5) 위를 통과해서 회전 테이블(2)과의 접촉이 방지되면서, 상기 제1 진공 배기구(62)로 유입되어 배기된다.
상기 클리닝 가스 노즐(71)은, 그 선단으로부터 회전 테이블(2) 위에, 예를 들어 ClF3(3불화염소) 등의 불소계 가스인 클리닝 가스를 토출하도록 구성되어, 유량 조정 밸브(712)를 통해 클리닝 가스의 공급원(711)에 접속되어 있다. 상기 불소계 가스는, 불소 또는 불소 화합물을 주성분으로서 포함하는 가스다. 이 클리닝 가스 노즐(71)은, 예를 들어 원료 가스 노즐(31)보다도 짧고, 예를 들어 그 선단은 기초부(53)의 후단측으로부터 2 내지 3cm 들어간 부근에 위치하고 있다. 토출된 클리닝 가스는, 회전 테이블(2)의 주연부로부터 중심부를 향해서 공급되어, 회전 테이블(2)에 성막된 산화 실리콘을 제거한다.
이 성막 장치(1)에는, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(7)가 설치되어 있고, 이 제어부(7)에는 후술하는 바와 같이 성막 처리를 실행하는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은, 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 송신하여, 각 부의 동작을 제어한다. 구체적으로는, 각 가스 공급원으로부터 각 가스 노즐에의 가스의 급단, 회전 구동 기구(22)에 의한 회전 테이블(2)의 회전 속도의 제어, 압력 조정부(66)에 의한 각 진공 배기구(62, 63)로부터의 배기량의 조정 등의 각 동작을 제어한다. 상기 프로그램에서는, 이러한 동작을 제어해서 후술하는 각 처리가 실행되도록 스텝 군이 짜여져 있다. 당해 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체로부터 제어부(7) 내에 인스톨된다.
이어서, 상기 성막 장치(1)에 의한 성막 처리의 수순에 대해서 설명한다. 우선, 게이트 밸브(18)를 개방한 상태에서 회전 테이블(2)이 간헐적으로 회전되면서, 반송구(17)를 통해서 반송 기구(24)에 의해, 예를 들어 직경이 300mm인 웨이퍼(W)가 수수 영역(S1)에 순차 반송되어, 회전 테이블(2)의 5개의 각 오목부(23)에 적재된다. 계속해서, 게이트 밸브(18)를 폐쇄하고, 진공 펌프(65)에 의해 제1 및 제2 진공 배기구(62, 63)로부터 배기가 행하여져, 진공 용기(11) 내가 진공의 상태로 된다. 이 배기에 병행해서, 정지되어 있던 회전 테이블(2)이 회전하여, 모든 웨이퍼(W)의 온도가 회전 테이블(2)의 온도, 예를 들어 720℃가 되도록 상승한다. 그리고, 원료 가스 노즐(31) 및 반응 가스 노즐(32)로부터 원료 가스인 3DMAS 가스 및 캐리어 가스인 질소 가스의 혼합 가스, 반응 가스인 O3 가스 및 O2 가스가 각각 토출된다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42) 및 중앙부 영역(C)으로부터 분리 가스인 질소 가스가 토출됨과 함께, 퍼지 가스 공급관(28) 및 퍼지 가스 공급부(29)로부터 각각 퍼지 가스인 질소 가스가 토출된다. 이렇게 해서, 각 압력 조정부(66)에 의해 제1 및 제2 진공 배기구(62, 63)로부터의 각 배기량이 제어되고, 진공 용기(11) 내가 미리 설정한 처리 압력으로 조정되어, 성막 처리가 개시된다.
웨이퍼(W)는, 원료 가스 노즐(31)의 하방의 제1 처리 영역(P1)과 반응 가스 노즐(32)의 하방의 제2 처리 영역(P2)을 교대로 통과하여, 웨이퍼(W)에 3DMAS 가스가 흡착되고, 계속해서 O3 가스가 흡착되서 3DMAS 분자가 산화되어 산화 실리콘의 분자층이 1층 또는 복수층 형성된다. 이렇게 해서 산화 실리콘의 분자층이 순차 적층되어, 소정의 막 두께의 실리콘 산화막이 성막된다. 또한, 산화 실리콘막은, 이렇게 형성되면서 600℃ 이상으로 가열되어 있음으로써 어닐되어, 산화 실리콘의 분자 배열의 변형이 해소된다.
도 10은 진공 용기(11)의 횡단면도이며, 도 4와 마찬가지로, 이 성막 처리 시의 각 부의 가스의 흐름을 화살표로 나타내고 있다. 이들 도 4, 도 10에 도시한 바와 같이, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)의 사이의 제1 및 제2 분리 영역(D1, D2)에 분리 가스를 공급하고 있으므로, 원료 가스와 반응 가스의 혼합이 저지되도록 각 가스가 배기된다. 또한, 중앙부 영역(C)에 공급된 분리 가스가 회전 테이블(2)의 직경 방향 외측에 공급되어, 상기 중앙부 영역(C)에서의 3DMAS 가스와 O3 가스의 혼합이 방지된다. 또한, 회전 테이블(2)의 하방측에 퍼지 가스를 공급하고 있기 때문에, 회전 테이블(2)의 하방측에 확산하려고 하는 가스는, 상기 퍼지 가스에 의해 제1 및 제2 진공 배기구(62, 63)측으로 되돌려진다.
이때, 상술한 바와 같이 제2 분리 가스 노즐(42)로부터 공급된 분리 가스가, 제1 처리 영역(P1)을 향해서 흐르는데, 이 분리 가스는 노즐 커버(5)에 올라타도록 흘러나가, 제1 진공 배기구(62)로부터 배기된다. 또한, 제1 처리 영역(P1)에 공급된 잉여의 원료 가스 및 상기 제1 처리 영역(P1)으로 말려든 분리 가스도 제1 진공 배기구(62)로부터 배기된다. 여기서 중앙부 영역(C)으로부터 흐른 분리 가스는 들레 방향으로 흐르려고 하는데, 제1 처리 영역(P1)에는 중앙부 영역(C)의 근방에 돌기부(54)가 형성되어 있으므로, 이 돌기부(54)를 따라 외측으로 흘러나간다. 따라서 중앙부 영역(C)으로부터의 분리 가스가 정류판부(51)와 회전 테이블(2)의 사이로 유입되어 오는 것이 억제된다. 한편 노즐 커버(5)의 내부에서는, 원료 가스 노즐(31)로부터 원료 가스와 캐리어 가스가 회전 테이블(2)의 직경 방향을 따라서 토출되고 있다. 노즐 커버(5)의 선단측으로부터 분리 가스의 유입이 억제되어 있으므로, 이미 설명한 바와 같이 캐리어 가스의 유량에 관계없이, 노즐 커버(5)의 선단측까지 원료 가스가 널리 퍼져서, 이미 설명한 바와 같이 면내 균일성이 양호한 성막 처리가 행하여진다.
이렇게 해서 회전 테이블(2)이 소정의 횟수로 회전하여, 원하는 막 두께의 산화 실리콘막이 형성되면, 각 가스 노즐(31, 32, 41, 42)로부터의 각 가스의 공급 유량, 중앙부 영역(C)으로의 분리 가스의 공급 유량이 저하된다. 회전 테이블(2)의 회전이 정지하고, 게이트 밸브(18)가 개방되어, 회전 테이블(2)의 간헐적인 회전과 승강 핀의 승강 동작에 의해, 웨이퍼(W)가 순차적으로 반송 기구(24)에 수수되어 진공 용기(11)의 밖으로 반출된다. 모든 웨이퍼(W)가 반출되면, 게이트 밸브(18)가 폐쇄된다.
그러한 후, 회전 테이블(2)이 다시 연속적으로 회전하여, 클리닝 가스 노즐(71)로부터 회전 테이블(2) 위에 클리닝 가스가 공급되어 클리닝 처리가 개시된다. 상기 클리닝 가스는, 회전 테이블(2)에 성막된 산화 실리콘을 분해하여, 이 분해물과 함께 배기구에 흡인된다. 클리닝 가스 노즐(71)은, 노즐 커버(5)에 의해 덮여 있으므로, 클리닝 가스가 노즐 커버(5) 내에 충만된다. 이에 의해 클리닝 가스가 공급된 영역에서, 클리닝 가스가 산화 실리콘에 접촉하므로, 산화 실리콘이 확실하게 제거된다. 이렇게 해서 소정 횟수, 회전 테이블(2)이 회전하면, 클리닝 가스의 공급을 정지함과 함께, 회전 테이블(2)의 회전이 정지되어, 클리닝 처리가 종료된다. 그 후에는 다시 진공 용기(11) 내에 웨이퍼(W)가 반송되어, 이미 설명한 성막 처리가 행하여진다.
상술한 실시 형태에 의하면, 원료 가스 노즐(31)에서의 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측 및 하류측으로부터 가스 노즐의 길이 방향을 따라서 돌출되는 정류판부(51)를 구비하고, 이 정류판부(51)에는 회전 테이블(2)측을 향해서 돌출된 돌기부(54)가 형성되어 있다. 이 돌기부(54)는, 원료 가스 노즐(31)의 가스 토출 구멍(34)보다도 회전 테이블(2)의 중심부측에 형성되어 있어, 중앙부 영역(C)으로부터의 분리 가스가 정류판부(51)와 회전 테이블(2)의 사이로 유입되는 것을 억제하고 있다. 이 때문에 캐리어 가스의 유량에 관계없이, 원료 가스를 정류판부(51)의 선단측까지 도달시킬 수 있어, 상기 회전 테이블(2)의 중심측과 외주측의 사이에서의 원료 가스 농도의 편차가 억제된다. 이에 의해 광범위한 캐리어 가스 유량에 대하여 양호한 면내 균일성을 얻을 수 있다. 이렇게 막 두께의 면내 균일성이 캐리어 가스의 유량에 따라 변동되지 않으므로, 예를 들어 장치의 구동 시나 메인터넌스 시에 있어서의 막 두께의 면내 균일성의 조정이 용이해진다.
면내 균일성이 양호란, 직경이 300mm인 웨이퍼에 대한 성막 처리에 있어서 캐리어 가스의 유량을 500cc/분 내지 1000cc/분으로 설정했을 때의 면내 균일성이 ±2.0％ 이하, 보다 바람직하게는 1.5％ 이하를 말한다. 또한 이후, 유량의 단위 「cc/분」을 「sccm」으로서 기재하는데, 유량 값은, 프로세스 시에 있어서 유량계가 나타내는 값이다. 여기서 면내 균일성은, 웨이퍼의 외측 테두리로부터 1.8mm 내측인 영역에서, 49군데의 측정 포인트의 막 두께를 엘립소미터(Ellipsometer)를 사용해서 측정하고, 다음의 (1)식에 의해 구하고 있다. 상기 49군데의 측정 포인트는, 웨이퍼(W)의 중심을 중심으로 해서, 반경이 50mm씩 커지는 복수의 동심원을 그렸을 때에, 각각의 동심원상의 복수 개소로 하였다.
{(최대 막 두께-최소 막 두께)/(평균 막 두께×2)}×100 … (1)
후술하는 실시예에 있어서는, 실제로 노즐 커버(5)을 사용해서 산화 실리콘막을 성막하고, 그때의 막 두께 면내 균일성을 측정하고 있다. 이 결과는 도 16에 나타내는데, 캐리어 가스의 유량을 500sccm 내지 1000sccm으로 설정했을 때의 면내 균일성이 ±2.0％ 이하로 수용되어 있음이 확인되었다.
여기서 실시예에서는, 돌기부(54)가 없는 것 이외는 상술한 노즐 커버와 동일한 구성의 노즐 커버를 사용한 경우에도 마찬가지로 성막 처리를 행하여, 막 두께의 면내 균일성을 측정하고 있다. 이 경우에는 캐리어 가스의 유량이 300sccm 내지 1000sccm의 범위에서는, 막 두께의 면내 균일성이 캐리어 가스의 유량에 따라 크게 변동되어, 캐리어 가스의 유량이 많아질수록, 면내 균일성이 높아지고 있다. 그 이유에 대해서는 다음과 같이 추측된다. 돌기부(54)가 없으면, 중앙부 영역(C)으로부터 분리 가스가 정류판부(51)와 회전 테이블(2)의 사이에 유입된다. 한편, 이미 설명한 바와 같이 캐리어 가스의 유량이 바뀌면, 원료 가스 노즐(31)의 길이 방향의 원료 가스의 토출 위치가 변화된다. 따라서 캐리어 가스의 유량이 많은 경우에는 원료 가스 노즐(31)의 선단측에도 원료 가스가 널리 퍼지므로 면내 균일성이 향상되지만, 캐리어 가스의 유량이 적은 경우에는, 원료 가스 노즐(31)의 선단측으로부터 토출되는 원료 가스가 적을 뿐 아니라, 중앙부 영역(C)으로부터 분리 가스가 유입되므로, 선단측의 막 두께가 작아져, 면내 균일성이 저하된다. 이렇게 돌기부(54)의 유무에 의해, 캐리어 가스의 유량을 변화시켰을 때의 면내 균일성의 변동량이 크게 상이하기 때문에, 돌기부(54)에 의해 중앙부 영역(C)으로부터의 분리 가스의 유입을 억제하는 것이, 광범위한 캐리어 가스 유량에 있어서 면내 균일성을 향상시키기 위해서는 매우 유효한 것으로 이해된다.
또한 정류판부(51)를 제1 분리 영역(D1)과 제2 분리 영역(D2)의 사이의 처리 영역을 넓게 덮도록 크게 구성했기 때문에, 후술하는 실시예로부터 명백해진 바와 같이 성막 속도를 크게 할 수 있다. 정류판부(51)의 평면적 형상이 크기 때문에, 정류판부(51)와 회전 테이블(2)의 사이에 원료 가스를 봉입할 수 있어, Si가 웨이퍼(W)에 대하여 포화 상태로 되기 쉽기 때문이다. 또한 정류판부(51)를 크게 함으로써, 웨이퍼(W)에 대한 원료 가스의 흡착 시간을 길게 할 수 있고, 이러한 점에서도 성막 속도가 커진다.
한편, 후술하는 도 15에는 비교예로서, 종래와 마찬가지의 크기의 정류판부(8)를 나타내고 있다. 이 정류판부(8)에서의 회전 방향 상류측의 외형 선과 회전 방향 하류측의 외형 선이 이루는 각(θ1)은 예를 들어 38°이다. 이러한 정류판부(8)에서는, 본 발명의 정류 부재(51)에 비해 평면적인 크기가 작으므로, 정류판부(8)로부터 원료 가스가 유출되기 쉽고, 또한 분리 영역(D1, D2)이나 중앙부 영역(C)으로부터 분리 가스가 들어오기 쉽다. 이 때문에 원료 가스가 분리 가스로 희석되어서, 웨이퍼(W)에 흡착되는 원료 가스의 양이 적어져버리기 때문에, 성막 속도가 작아진다. 또한 중앙부 영역(C)으로부터 분리 가스가 유입되기 때문에, 면내 균일성의 조정은, 상기 중앙부 영역(C)으로부터의 분리 가스의 유입량과, 캐리어 가스의 유량 조정에 의한 원료 가스 노즐(31)의 길이 방향의 원료 가스의 토출량의 균형을 잡아서 행할 필요가 있다. 그러나 이미 설명한 바와 같이, 정류판부(8)로부터 원료 가스가 유출되기 쉽고, 분리 가스가 유입되기 쉬우므로, 후술하는 실시예에도 기재한 바와 같이, 캐리어 가스의 유량을 약간 바꾸는 것만으로 면내 균일성이 변동된다. 따라서 양호한 면내 균일성을 확보할 때의 캐리어 가스 유량 범위가 좁기 때문에, 상기 면내 균일성의 조정 작업이 곤란해진다.
또한 상술한 노즐 커버(5)는, 원료 가스 노즐(31)이 제2 분리 영역(D2)측에 치우친 위치에 설치되도록 구성되어 있으므로, 제1 처리 영역(P1)에서의 회전 방향 상류측으로부터 원료 가스가 공급된다. 따라서 원료 가스와 웨이퍼(W)의 접촉 시간을 길게 취할 수 있어, 웨이퍼(W)에 충분히 원료 가스를 흡착시킬 수 있다. 또한 상술한 예에서는, 클리닝 가스 노즐(71)도 정류판부(51)와 회전 테이블(2)의 사이에 클리닝 가스를 공급하도록 설치되어 있다. 이 때문에, 정류판부(51)의 내측에 충분히 클리닝이 널리 퍼지므로, 클리닝 시에는 정류판부(51)에 부착된 박막을 확실하게 제거할 수 있다.
이상에서 정류판부(51)나 돌기부(54)의 형상이나 크기는 상술한 예에 한하지 않고, 직경이 300mm 웨이퍼에 대하여, 캐리어 가스의 유량을 500sccm 내지 1000sccm으로 설정했을 때에, 웨이퍼의 막 두께의 면내 균일성이 ±2.0％ 이하, 보다 바람직하게는 ±1.5％ 이하로 수용되는 것이면 된다. 따라서 이 면내 균일성을 확보할 수 있는 구성이라면, 도 11의 개략 사시도에 도시한 바와 같이, 돌기부(54)에 개구부(541)를 형성해도 되며, 개구부(541)의 형상은 이 예에 한정되지 않는다.
또한 도 12에 도시한 바와 같이, 돌기부(58)는, 정류판부(51)의 선단측의 둘레 방향의 일부에 형성해도 된다. 예를 들어 회전 테이블(2)의 회전 중심을 중심으로 해서, 회전 테이블(2)의 직경 방향에서의 상기 돌기부(58)의 중심부까지의 거리를 반경으로 하는 원을 그린다. 이때 상기 돌기부(58)의 하면과 상기 회전 테이블(2)의 표면의 이격 거리가 1.0mm 내지 2.0mm가 되는 영역은, 상기 원이 정류판부(51)를 가로지르는 전체 길이에 대하여 50％ 이상의 길이 영역에 형성되어 있으면 된다. 이러한 구성이라도, 캐리어 가스의 유량을 500sccm 내지 1000sccm로 설정했을 때, 웨이퍼의 막 두께 면내 균일성이 ±2.0％ 이하, 보다 바람직하게는 ±1.5％ 이하로 수용되기 때문이다.
또한 노즐 커버는, 도 13, 도 14에 도시한 바와 같이, 상기 정류판부(51)에서의 상기 회전 방향의 상류측으로부터의 분리 가스가 상기 정류판부(51)와 회전 테이블(2)의 사이로 유입되는 것을 억제하기 위해서, 이미 설명한 돌기부(54) 외에, 돌기부(511)를 더 형성하는 구성이어도 된다. 이 돌기부(511)는, 원료 가스 노즐(31)보다도 상기 회전 방향의 상류측에서 상기 정류판부(51)으로부터 회전 테이블(2)을 향해서 돌출되도록 형성된다. 이 예에서는, 정류판부(51)는, 원료 가스 노즐(31)의 회전 방향 상류측에서, 당해 원료 가스 노즐(31)보다도 하방측까지 연장되고, 계속해서 굴곡되어 수평한 면부를 형성하도록, L자형으로 굴곡된 형상으로 형성되어 있다. 또한 돌기부(511)의 상면은, 회전 방향 상류측의 돌출 형상부(43)의 하면(제1 천장면)(44)보다 하방측에 위치하도록 구성되어 있다. 예를 들어 돌기부(511)의 하면(572)과 회전 테이블(2)의 표면의 이격 거리는 1.0mm 내지 2.0mm, 예를 들어 1.5mm로 설정된다.
이에 의해, 회전 방향 상류측으로부터의 가스는, 돌기부(511)의 상면에 의해 가이드되어, 돌기부(511)의 상방측으로 빠르게 흘러 나가, 정류판부(51)와 회전 테이블(2)의 사이로의 유입이 억제된다. 단, 반드시 정류판부(51)에서의 기초부(52)보다도 회전 방향 상류측의 영역의 하면 전체를 하방측에 돌출시킬 필요는 없다. 예를 들어 기초부(52)보다도 회전 방향 상류측에 있어서, 기초부(52)의 길이 방향을 따라서 하방측으로 돌출되는 돌기부가 형성되면, 회전 방향 상류측으로부터의 분리 가스의 유입이 억제되기 때문이다. 또한 이 돌기부에는, 개구부가 형성되어 있어도 된다.
또한 정류판부(51)의 평면 형상은, 회전 테이블(2)의 외주를 향함에 따라서 단계적으로 넓어지는 구성이어도 된다. 또한 클리닝 가스 노즐(71)은, 정류판부(51)의 하방측이 아니라, 제1 처리 영역(P1)에서의 정류판부(51)가 배치된 영역과는 상이한 영역에 설치하도록 해도 된다. 또한, 이러한 노즐 커버(5)는, 분리 영역에 의해 2개의 처리 영역이 분리되는 장치에 대해서 적용할 수 있다. 따라서, 상기 성막 장치(1)에 적용되는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 성막 장치(1)에 있어서, 제2 처리 영역(P2)에서 플라즈마에 의해 개질 처리를 행하기 위한 플라즈마 발생부를 구비한 장치 구성이어도 된다.
[실시예]
(평가 시험 1)
본 발명에 관련해서 행하여진 성막 장치(1)의 시뮬레이션에 의한 평가 시험에 대해 설명한다. 평가 시험 1로서, 상기 실시 형태와 같이 회전 테이블(2)을 회전시킴과 함께, 제1 진공 배기구(62)로부터 배기를 행하면서 원료 가스 노즐(31)로부터 원료 가스 및 캐리어 가스의 혼합 가스를 토출했을 때의, 제1 처리 영역(P1) 및 그 주위에서의 가스 농도 분포 및 질량 비율 분포에 대해서 각각 시뮬레이션하였다. 이 가스 토출 시의 진공 용기(11) 내의 압력은 891.1Pa(6.7Torr), 온도는 620℃로 각각 설정하였다. 상기 원료 가스는 3DMAS 가스로 이루어지는 Si 함유 가스로서, 그 유량은 300sccm으로 설정하였다. 또한 캐리어 가스의 유량은 500sccm, 상기 원료 가스 공급 시의 회전 테이블(2)의 회전 속도에 대해서는 120rpm으로 설정하였다. 또한 노즐 커버(5)의 치수는, 전술에 기재되는 바와 같이 하고, 돌기부(54)의 하면과 회전 테이블(2)의 표면의 이격 거리(h2)는 1.5mm, 돌기부(54)보다도 회전 테이블의 외주측에 있어서는, 정류판부(51)와 회전 테이블(2) 표면의 이격 거리(h3)는 3mm이다(실시예 1). 이 결과를 Si 함유 가스의 농도 분포에 대해서는 도 16에, Si 함유 가스의 질량 비율 분포에 대해서는 도 17에 각각 나타낸다.
또한 실시예 1의 노즐 커버에 있어서 돌기부를 형성하지 않는 구성(비교예 1)과, 도 15에 도시한 바와 같이, 실시예 1의 노즐 커버보다도 정류판부가 작고, 돌기부를 형성하지 않는 구성(비교예 2)을 사용한 장치에 대해서도, 각각 마찬가지로 Si 함유 가스의 농도 분포와 질량 비율 분포를 시뮬레이션하였다. 그 결과를 비교예 1의 가스 농도 분포에 대해서는 도 18에, 질량 비율 분포에 대해서는 도 19에 각각 나타낸다. 또한 비교예 2의 가스 농도 분포에 대해서는 도 20에, 질량 비율 분포에 대해서는 도 21에 각각 나타낸다.
Si 함유 가스의 농도 분포의 결과(도 16, 도 18, 도 20)를 보면, 실시예 1의 노즐 커버(5)에서는, 가스 농도가 높은 영역이 거의 노즐 커버(5) 전체로 퍼지고 있음이 보이며, 노즐 커버(5)의 면내 전체에 걸쳐서, 높은 농도의 원료 가스가 충만되는 것이 확인되었다. 이에 의해 면내 균일성이 좋은 상태에서 원료 가스가 흡착되어, 막 두께의 면내 균일성이 높아지는 것으로 이해된다. 한편, 비교예 1 및 비교예 2에서는, 노즐 커버의 후단측(주연측)이 선단측보다도 더 가스 농도가 높아, 웨이퍼(W)의 직경 방향에서 가스 농도 분포가 불균일해지는 것으로 나타났다. 이것은 돌기부가 없기 때문에, 중앙부 영역(C)으로부터 분리 가스가 노즐 커버 내로 들어가서, 원료 가스를 회전 테이블(2)의 외주측으로 되돌리는 작용이 이루어져, 선단측(회전 테이블 중심측)에 원료 가스가 널리 퍼지기 어려운 상태가 형성되기 때문이라고 추측된다.
또한 Si 함유 가스의 질량 비율 분포의 결과(도 17, 도 19, 도 21)에 대해서도, 실시예 1의 노즐 커버(5)에서는, 질량 비율이 높은 영역이 많아, 회전 테이블(2)의 직경 방향을 따라서 질량 비율이 균일한 것으로 나타났다. 이러한 시뮬레이션 결과로부터, 정류판부(51)에 돌기부(54)를 형성하여, 중앙부 영역(C)으로부터의 분리 가스의 유입을 억제함으로써, 회전 테이블(2)의 직경 방향에 있어서 원료 가스 농도가 균일해지는 것으로 나타나, 본 발명의 효과가 확인되었다.
(평가 시험 2)
상기 실시 형태의 성막 장치를 사용하여, 캐리어 가스의 유량을 바꾸어서 SiO2막을 성막하고, 그 막 두께의 면내 균일성과 성막 속도를 측정하였다. 노즐 커버(5)로서는 실시예 1과 마찬가지의 구성의 것을 사용하고, 성막 처리 시의 조건은, 캐리어 가스의 유량 이외에 대해서는 평가 시험 1의 조건과 마찬가지로 해서, 캐리어 가스(질소 가스)의 유량을, 300sccm 내지 1000sccm의 범위에서 바꾸어, 각각의 면내 균일성과 성막 속도를 측정하였다. 면내 균일성의 측정 방법에 대해서 상술한 바와 같다. 또한 비교예 1 및 비교예 2의 구성의 노즐 커버를 설치한 성막 장치를 사용해서 마찬가지의 평가를 행하였다.
면내 균일성의 측정 결과에 대해서는 도 22에 나타내었다. 도면 중 횡축은 질소 가스(캐리어 가스)의 유량이며, 종축은 면내 균일성이다. 또한 실시예 1에 대해서는 ■, 비교예 1에 대해서는 ▲, 비교예 2에 대해서는 ◆으로 각각 플롯하였다. 또한 성막 속도의 측정 결과에 대해서는 도 23에 나타내었다. 도면 중 횡축은 질소 가스(캐리어 가스)의 유량이며, 종축은 성막 속도다. 또한 실시예 1에 대해서는 □, 비교예 1에 대해서는 △, 비교예 2에 대해서는 ◇으로 각각 플롯하였다.
도 22의 면내 균일성의 결과에 의해, 실시예 1의 노즐 커버를 사용함으로써, 비교예 1 및 비교예 2의 노즐 커버에 비해 면내 균일성이 양호한 것으로 나타났다. 또한 실시예 1의 노즐 커버를 사용한 경우에는, 캐리어 가스의 유량을 400sccm 내지 1000sccm으로 설정했을 때, 웨이퍼의 막 두께의 면내 균일성이 ±2.0％ 이하, 캐리어 가스의 유량을 500sccm 내지 1000sccm으로 설정했을 때는, 상기 면내 균일성이 ±1.5％ 이하로 수용되어 있는 것으로 나타났다. 이에 의해 광범위한 캐리어 가스 유량에 있어서 높은 면내 균일성을 확보할 수 있음이 이해된다.
또한 비교예 1의 노즐 커버를 사용하면, 캐리어 가스가 저유량에서는 면내 균일성이 ±4％이지만, 캐리어 가스의 유량이 많아짐에 따라서 면내 균일성이 높아지는 것으로 나타났다. 또한 비교예 2의 노즐 커버를 사용한 경우에는, 캐리어 가스의 유량이 450sccm 근방에서 면내 균일성이 양호해지지만, 그 이외의 유량으로 하면 급격하게 면내 균일성이 저하되어, 캐리어 가스 유량의 변화량에 대한 면내 균일성의 변화가 급준한 것으로 확인되었다.
비교예 2는, 종래의 노즐 커버의 구성인데, 이 결과로부터 보아도, 면내 균일성이 캐리어 가스의 유량에 크게 의존하여, 중앙부 영역(C)으로부터의 분리 가스의 유량과, 캐리어 가스의 유량에 의한 원료 가스 노즐(31)의 직경 방향의 원료 가스의 토출량의 균형을 잡는 것이 어려운 것으로 이해된다. 높은 면내 균일성을 확보할 수 있는 캐리어 가스의 유량 범위가 매우 좁아, 면내 균일성이 캐리어 가스의 유량 변화에 민감하다. 이 때문에, 캐리어 가스의 유량으로 면내 균일성을 조정하고자 하면, 10cc 단위의 미세한 유량 조정이 필요하게 되어, 조정이 번잡해지는 것으로 확인되었다.
또한 도 23의 성막 속도의 결과에 의해, 실시예 1의 노즐 커버를 사용함으로써, 비교예 1 및 비교예 2의 노즐 커버에 비해 성막 속도가 커지는 것, 실시예 1과 비교예 1의 노즐 커버는, 거의 성막 속도가 변함없는 것, 성막 속도는 캐리어 가스의 유량이 적을수록 양호한 것으로 나타났다.
이상의 결과로부터, 실시예 1과 같이, 노즐 커버의 정류판부(51)의 평면적인 형상을 크게 함과 함께, 그 선단부에 돌기부(54)를 형성하는 구성에 의해, 300sccm 내지 1000sccm의 넓은 캐리어 가스의 유량 범위에서, 면내 균일성이 높은 성막 처리를 할 수 있고, 성막 속도도 개선되는 것으로 나타났다. 또한 비교예 1의 구성이어도, 캐리어 가스 유량을 많게 하면 높은 면내 균일성을 확보할 수 있지만, 캐리어 가스 유량을 많게 하면 성막 속도는 저하되어버리므로, 좋은 방법이 아닌 것으로 이해된다.
D1 : 제1 분리 영역 D2 : 제2 분리 영역
W : 웨이퍼 1 : 성막 장치
11 : 진공 용기 2 : 회전 테이블
31 : 원료 가스 노즐 32 : 반응 가스 노즐
41, 42 : 분리 가스 노즐 5 : 노즐 커버
51 : 정류판부 52, 53 : 기초부
54 : 돌기부 62 : 제1 진공 배기구
63 : 제2 진공 배기구

Claims (8)

  1. 진공 용기 내에서 회전 테이블을 회전시켜서 상기 회전 테이블 위의 기판을, 원료 가스의 공급 영역, 원료와 반응하는 반응 가스의 공급 영역을 순차 통과시킴으로써 상기 기판 위에 상기 원료를 흡착시키고, 상기 원료와 상기 반응 가스를 반응시켜서 성막하는 장치에 있어서,
    상기 회전 테이블의 상방에 고정해서 설치되고, 상기 회전 테이블의 회전 방향과 교차해서 연장됨과 함께 그 길이 방향을 따라서 상기 원료 가스 및 캐리어 가스의 혼합 가스를 토출하는 가스 토출 구멍이 형성된 원료 가스 노즐과,
    상기 원료 가스 노즐에서의 상기 회전 방향의 상류측 및 하류측으로부터 가스 노즐의 길이 방향을 따라서 돌출되는 정류판부와,
    상기 원료 가스의 공급 영역과 상기 반응 가스의 공급 영역을 분리하기 위해서 상기 진공 용기 내의 중앙부측으로부터 상기 회전 테이블의 기판 적재면측에 분리 가스를 공급하는 중앙부 영역과,
    상기 중앙부 영역으로부터의 분리 가스가 상기 정류판부와 상기 회전 테이블의 사이로 유입되는 것을 억제하기 위해서, 상기 원료 가스의 가스 토출 구멍보다도 상기 회전 테이블의 중심부측에서 상기 정류판부로부터 상기 회전 테이블을 향해 돌출된 돌기부와,
    상기 진공 용기 내를 진공 배기하기 위한 배기구
    를 구비하는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스 노즐에서의 가스의 입구는, 상기 진공 용기의 주연부측에 위치하고 있는, 성막 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 돌기부와 상기 회전 테이블의 표면의 이격 거리는 1.0mm 내지 2.0mm인, 성막 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회전 테이블의 회전 중심을 중심으로 하여, 상기 회전 테이블의 직경 방향에서의 상기 돌기부의 중심부까지의 거리를 반경으로 하는 원을 그렸을 때, 상기 돌기부와 상기 회전 테이블의 표면의 이격 거리가 1.0mm 내지 2.0mm가 되는 영역은, 상기 원이 상기 정류판부를 가로지르는 전체 길이에 대하여 50％ 이상의 길이 영역에 형성되어 있는, 성막 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 돌기부보다도 상기 회전 테이블의 외측에서는, 상기 정류판부와 상기 회전 테이블의 표면의 이격 거리는 2.0mm 내지 4.0mm인, 성막 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정류판부에서의 상기 회전 방향의 상류측으로부터의 분리 가스가 상기 정류판부와 상기 회전 테이블의 사이로 유입하는 것을 억제하기 위해서, 상기 원료 가스 노즐보다도 상기 회전 방향의 상류측에서 상기 정류판부로부터 상기 회전 테이블을 향해 돌출된 부가의 돌기부를 구비하는, 성막 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정류판부는, 상기 회전 테이블의 외주를 향함에 따라서 단계적으로 또는 연속적으로 넓어지도록 구성되어 있는, 성막 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판은 직경이 300mm인 웨이퍼이며,
    상기 캐리어 가스의 유량을 500cc/분 내지 1000cc/분으로 설정했을 때, 웨이퍼의 막 두께를 웨이퍼 면 내의 49군데의 측정 포인트에서 측정했을 때의 면내 균일성이 ±2.0％ 이하로 수용되어 있도록 구성되어 있는, 성막 장치.
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