KR20170089411A - 성막 장치, 성막 방법, 및 비일시적 컴퓨터 가독 기억 매체 - Google Patents

성막 장치, 성막 방법, 및 비일시적 컴퓨터 가독 기억 매체 Download PDF

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Abstract

성막 장치는, 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2개의 반응 가스를 차례로 공급하여 기판에 막을 퇴적시키는 성막 장치이며, 상기 용기 내에 회전 가능하게 설치되며, 저부에 관통 구멍을 가지는 오목부가 상면에 형성된 회전 테이블과, 상기 오목부에 착탈 가능하게 적재되며, 상면에 상기 기판이 적재되는 적재부를 가지고, 하면에 제1 돌기부를 가지는 기판 지지 부재와, 상기 회전 테이블을 승강시키고, 또한, 회전시키는 구동 기구와, 상기 용기 내에 있어서 상기 회전 테이블보다도 하방에 설치되며, 상면에 제2 돌기부를 가지는 덮개 부재와, 상기 구동 기구에 의해 상기 회전 테이블을 하강시킨 후, 상기 회전 테이블을 회전시켜서 상기 제1 돌기부와 상기 제2 돌기부를 접촉시키고, 상기 기판 지지 부재를 이동시킴으로써, 상기 회전 테이블에 대하여 상기 기판 지지 부재를 소정의 각도만큼 회전시키는 제어부를 구비한다.

Description

성막 장치, 성막 방법, 및 비일시적 컴퓨터 가독 기억 매체{FILM FORMING APPARATUS, FILM FORMING METHOD, AND NON-TRANSITORY COMPUTER READABLE STORAGE MEDIUM}
본원은, 2016년 1월 26일 출원한 일본 특허 출원 제2016-012074호 및 2016년 12월 13일 출원한 일본 특허 출원 제2016-241584호를 우선권 주장의 기초 출원으로 하고 있으며, 여기에서 이것에 기초하는 우선권을 주장함과 함께, 그 전체 내용을 참조에 의해 삽입한다.
본 발명은 성막 장치, 성막 방법, 프로그램 및 비일시적 컴퓨터 가독 기억 매체에 관한 것이다.
진공 용기 내에 설치된 회전 테이블의 회전 방향에 복수의 기판을 적재하고, 회전 테이블을 회전시킨 상태에서 회전 테이블의 직경 방향을 따라서 설치된 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급함으로써, 기판에 막을 퇴적하는 성막 장치가 일례로서 있다.
이러한 성막 장치에서는, 진공 용기 내의 가스의 흐름, 회전 테이블의 온도 분포 등에 따라, 기판에 퇴적되는 막의 막 두께에 불균형이 발생하는 경우가 있다. 특히, 회전 테이블이 회전축을 중심으로 원 운동을 행하기 때문에, 회전 테이블의 회전 중심에 가까운 측과 먼 측에 있어서 불균형이 발생하기 쉽다.
따라서, 종래에는, 예를 들어 회전 테이블에 있어서의 기판을 적재하는 위치에 트레이를 설치하고, 회전 테이블의 회전(공전)과는 별도로 진공 용기의 외부에 설치한 구동 장치에 의해 트레이를 회전(자전)시킴으로써, 막 두께를 균일화하고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2010-206025호 공보
그러나, 상기 기술에서는, 진공 용기의 외부에서 트레이를 회전시키는 구조이기 때문에, 트레이를 회전시키기 위한 기구가 복잡하다.
이로 인해, 간소한 기구로 회전 테이블에 대하여 기판을 회전시켜, 기판에 퇴적되는 막의 막 두께 균일성을 향상시킬 수 있는 성막 장치가 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 실시예는, 상기 사정을 감안하여 이것을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 신규이며 또한 유용한 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 일 형태에 따른 성막 장치는, 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2개의 반응 가스를 차례로 공급하여 기판에 막을 퇴적시키는 성막 장치로서, 상기 용기 내에 회전 가능하게 설치되며, 저부에 관통 구멍을 가지는 오목부가 상면에 형성된 회전 테이블과, 상기 오목부에 착탈 가능하게 적재되며, 상면에 상기 기판이 적재되는 적재부를 가지고, 하면에 제1 돌기부를 가지는 기판 지지 부재와, 상기 회전 테이블을 승강시키고, 또한, 회전시키는 구동 기구와, 상기 용기 내에 있어서 상기 회전 테이블보다도 하방에 설치되며, 상면에 제2 돌기부를 가지는 덮개 부재와, 상기 구동 기구에 의해 상기 회전 테이블을 하강시킨 후, 상기 회전 테이블을 회전시켜서 상기 제1 돌기부와 상기 제2 돌기부를 접촉시키고, 상기 기판 지지 부재를 이동시킴으로써, 상기 회전 테이블에 대하여 상기 기판 지지 부재를 소정의 각도만큼 회전시키는 제어부를 구비한다.
또한 본 발명의 목적과 이점은, 일부는 명세서에 기재되고, 일부는 명세서로부터 자명하다. 본 발명의 목적과 이점은 첨부한 클레임에서 특별히 지적되는 요소와 그 조합에 의해 실현되어 달성된다. 상기 일반적인 기재와 하기 상세한 설명은 예시로서 설명하는 것이며, 클레임된 본 발명을 한정적으로 하는 것은 아니다.
도 1은 본 실시 형태의 성막 장치의 개략 단면도.
도 2는 본 실시 형태의 성막 장치의 개략 사시도.
도 3은 본 실시 형태의 성막 장치의 개략 평면도.
도 4는 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 회전 테이블의 동심원에 따른 개략 단면도.
도 5는 본 실시 형태의 성막 장치의 분리 영역을 도시하는 개략 단면도.
도 6은 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 웨이퍼의 회전 기구를 도시하는 개략 단면도.
도 7은 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 웨이퍼의 회전 기구를 도시하는 개략 단면도.
도 8a는 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 기판 지지 부재의 일례를 도시하는 도면.
도 8b는 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 기판 지지 부재의 일례를 도시하는 도면.
도 8c는 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 기판 지지 부재의 일례를 도시하는 도면.
도 9a는 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 베어링 부재의 일례를 도시하는 도면.
도 9b는 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 베어링 부재의 일례를 도시하는 도면.
도 10a는 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 덮개 부재의 일례를 도시하는 도면
도 10b는 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 덮개 부재의 일례를 도시하는 도면
도 11은 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서 웨이퍼를 회전(자전)시키는 동작을 설명하는 도면.
도 12는 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서 웨이퍼를 회전(자전)시키는 동작을 설명하는 도면.
이하, 도 1부터 12를 사용하여 본원의 실시예를 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다. 이하의 실시예 중, 하기의 부호는 전형적으로는 하기의 요소를 나타낸다.
1: 진공 용기
2: 회전 테이블
2a: 오목부
7: 히터 유닛
7a: 덮개 부재
16: 벨로우즈
23: 구동부
91: 기판 지지 부재
91a: 적재부
92: 플랜지부
93: 제1 돌기부
94: 베어링 부재
95: 제2 돌기부
96: 미끄럼 받침대
100: 제어부
W: 웨이퍼
[성막 장치]
본 실시 형태의 성막 장치에 대해서, 도 1부터 도 5에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태의 성막 장치의 개략 단면도이다. 도 2는 본 실시 형태의 성막 장치의 개략 사시도이다. 도 3은 본 실시 형태의 성막 장치의 개략 평면도이다. 또한, 도 2 및 도 3에서는, 설명의 편의상, 천장판의 도시를 생략하고 있다.
도 1부터 도 3까지를 참조하면, 성막 장치는, 거의 원형의 평면 형상을 가지는 편평한 진공 용기(1)와, 진공 용기(1) 내에 설치되며, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 가지는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는 내부에 수용한 웨이퍼의 상면에 성막 처리를 행하기 위한 처리실이다. 진공 용기(1)는 바닥이 있는 원통 형상을 가지는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 대하여, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)를 개재하여 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 갖고 있다.
회전 테이블(2)은 진공 용기(1) 내에 회전 가능하게 설치되어 있다. 회전 테이블(2)은 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되고, 이 코어부(21)는 연직 방향으로 연장되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(22)은 진공 용기(1)의 저부(14)를 관통하고, 하단부가 구동부(23)에 설치되어 있다. 구동부(23)는, 예를 들어 압공 실린더와 스테핑 모터를 포함하고, 회전축(22)을 승강시킴으로써 회전 테이블(2)을 승강시키고, 회전축(22)을 연직축 주위에 회전시킴으로써 회전 테이블(2)을 회전시킨다. 회전축(22) 및 구동부(23)는 상면이 개구된 통형상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 케이스체(20)는 그 상면에 형성된 플랜지부가, 연직 방향으로 신축 가능한 벨로우즈(16)를 통하여 진공 용기(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있고, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지되어 있다. 회전 테이블(2)이 승강할 경우에는, 회전 테이블(2)의 승강에 대응하여 벨로우즈(16)가 신축되기 때문에, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태를 유지할 수 있다. 또한, 벨로우즈(16) 및 구동부(23)는 구동 기구의 일례이다.
회전 테이블(2)의 상면에는, 도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 회전 방향(주위 방향)을 따라 복수(도시의 예에서는 6개)의 원 형상의 오목부(2a)가 형성되어 있다. 오목부(2a)에는, 도 3에 도시되는 바와 같이, 기판인 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼 W」라고 함)를 적재하기 위한 기판 지지 부재(91)가 설치되어 있다. 또한, 도 3에는 편의상, 1개의 기판 지지 부재(91)에만 웨이퍼 W를 나타내고 있다. 또한, 기판 지지 부재(91)의 상세에 대해서는 후술한다.
회전 테이블(2)의 상방에는, 도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 예를 들어 석영에 의해 형성된 반응 가스 노즐(31, 32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)이 진공 용기(1)의 주위 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향(도 3의 화살표 A)]으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 도시의 예에서는, 후술하는 반송구(15)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)이 이 순서로 배열되어 있다. 이들 노즐(31, 32, 41, 42)은, 각 노즐(31, 32, 41, 42)의 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a, 42a)(도 3)를 용기 본체(12)의 외주면에 고정함으로써, 진공 용기(1)의 외주면으로부터 진공 용기(1) 내에 도입되어, 용기 본체(12)의 직경 방향을 따라서 회전 테이블(2)에 대하여 수평하게 연장되도록 설치되어 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 도 3에 도시되는 바와 같이, 제1 반응 가스 노즐(31)은 배관(110), 유량 제어기(120) 등을 통하여, 제1 반응 가스의 공급원(130)에 접속되어 있다. 반응 가스 노즐(32)은 배관(111), 유량 제어기(121) 등을 통하여, 제2 반응 가스의 공급원(131)에 접속되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 모두 도시하지 않은 배관, 유량 제어 밸브 등을 통하여, 분리 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 분리 가스로서는, 헬륨(He) 가스나 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스나 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, N2 가스를 사용하는 예를 들어서 설명한다.
반응 가스 노즐(31, 32)에는, 회전 테이블(2)을 향하여 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(35)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 W에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역 P1이 된다. 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역은, 제1 처리 영역 P1에 있어서 웨이퍼 W에 흡착된 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스를 공급하고, 반응 생성물의 분자층을 생성하는 제2 처리 영역 P2가 된다. 또한, 반응 생성물의 분자층이 퇴적(성막)되는 막을 구성한다.
제1 반응 가스는, 다양한 가스여도 되지만, 일반적으로는, 성막되는 막의 원료가 되는 원료 가스가 선택되고, 예를 들어 실리콘 산화막을 성막하는 경우에는, 비스터셔리부틸아미노실란(BTBAS) 가스 등의 실리콘 함유 가스가 선택된다.
제2 반응 가스에는, 제1 반응 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성할 수 있는 반응 가스라면, 다양한 반응 가스를 사용할 수 있지만, 예를 들어 실리콘 산화막을 성막하는 경우에는 오존(O3) 가스 등의 산화 가스가 선택된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 진공 용기(1) 내에는 2개의 볼록 형상부(4)가 형성되어 있다. 볼록 형상부(4)는 분리 가스 노즐(41, 42)과 함께 분리 영역 D를 구성하기 때문에, 회전 테이블(2)을 향하여 돌출되도록 천장판(11)의 하면에 설치되어 있다. 또한, 볼록 형상부(4)는 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 가지고, 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 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 회전 테이블의 동심원에 따른 개략 단면도이며, 반응 가스 노즐(31)로부터 반응 가스 노즐(32)까지 회전 테이블(2)의 동심원에 따른 진공 용기(1)의 단면을 나타내고 있다. 또한, 도 4에서는, 설명의 편의상, 기판 지지 부재(91) 및 웨이퍼 W의 도시를 생략하고 있다.
도 4에 도시되는 바와 같이, 천장판(11)의 하면에 볼록 형상부(4)가 형성되어 있다. 이로 인해, 진공 용기(1) 내에는, 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 주위 방향의 양측에 위치하는, 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 존재한다. 천장면(44)은 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한, 도 4에 도시되는 바와 같이, 볼록 형상부(4)에는 주위 방향의 중앙에 있어서, 직경 방향으로 연장되도록 형성된 홈부(43)가 형성되고, 분리 가스 노즐(42)이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 다른 하나의 볼록 형상부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되고, 분리 가스 노즐(41)이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 또한, 높은 천장면(45)의 하방 공간에 반응 가스 노즐(31, 32)이 각각 설치되어 있다. 이들 반응 가스 노즐(31, 32)은, 천장면(45)으로부터 이격되어 웨이퍼 W의 근방에 설치되어 있다. 또한, 도 4에 도시되는 바와 같이, 높은 천장면(45) 하방의 우측 공간(481)에 반응 가스 노즐(31)이 설치되고, 높은 천장면(45) 하방의 좌측 공간(482)에 반응 가스 노즐(32)이 설치된다.
또한, 볼록 형상부(4)의 홈부(43)에 수용되는 분리 가스 노즐(41, 42)에는, 회전 테이블(2)을 향하여 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(42h)(도 4)이 분리 가스 노즐(41, 42)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다.
천장면(44)은 협애한 공간인 분리 공간 H를 회전 테이블(2)에 대하여 형성하고 있다. 분리 가스 노즐(42)의 가스 토출 구멍(42h)으로부터 N2 가스가 공급되면, 이 N2 가스는, 분리 공간 H를 통하여 공간(481) 및 공간(482)을 향하여 흐른다. 이때, 분리 공간 H의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다도 작기 때문에, N2 가스에 의해 분리 공간 H의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비하여 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481 및 482)의 사이에 압력이 높은 분리 공간 H가 형성된다. 또한, 분리 공간 H로부터 공간(481 및 482)으로 흘러나오는 N2 가스가, 제1 처리 영역 P1로부터의 제1 반응 가스와, 제2 처리 영역 P2로부터의 제2 반응 가스에 대한 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서, 제1 처리 영역 P1로부터의 제1 반응 가스와, 제2 처리 영역 P2로부터의 제2 반응 가스가 분리 공간 H에 의해 분리된다. 따라서, 진공 용기(1) 내에서 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 혼합되어 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, 분리 가스의 공급량 등을 고려하여, 분리 공간 H의 압력을 공간(481, 482)의 압력에 비하여 높게 하기에 적합한 높이로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 천장판(11)의 하면에는, 회전 테이블(2)을 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸는 돌출부(5)(도 2 및 도 3)가 형성되어 있다. 이 돌출부(5)는 본 실시 형태에 있어서는, 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속되어 있고, 그 하면이 천장면(44)과 동일한 높이로 형성되어 있다.
먼저 참조한 도 1은 도 3의 I-Ｉ' 선을 따른 단면도이며, 천장면(45)이 설치되어 있는 영역을 도시하고 있다. 한편, 도 5는 천장면(44)이 설치되어 있는 영역을 도시하는 단면도이다. 도 5에 도시되는 바와 같이, 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부[진공 용기(1)의 외측 에지측 부위]에는, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 이 굴곡부(46)는 볼록 형상부(4)와 마찬가지로, 분리 영역 D의 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 억제하고, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스의 혼합을 억제한다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)에 형성되고, 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 분리될 수 있게 되어 있는 점에서, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 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 상면에 대한 천장면(44)의 높이와 마찬가지의 치수로 설정되어 있다.
용기 본체(12)의 내주면은, 분리 영역 D에서는 도 5에 도시되는 바와 같이 굴곡부(46)의 외주면과 접근하여 수직면에 형성되어 있지만, 분리 영역 D 이외의 영역에서는 도 1에 도시되는 바와 같이 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저부(14)에 걸쳐서 외측으로 오목해져 있다. 이하, 설명의 편의상, 대략 직사각형의 단면 형상을 가지는 오목한 부분을 배기 영역이라 기재한다. 구체적으로는, 제1 처리 영역 P1에 연통되는 배기 영역을 제1 배기 영역 E1이라 기재하고, 제2 처리 영역 P2에 연통되는 영역을 제2 배기 영역 E2라 기재한다. 제1 배기 영역 E1 및 제2 배기 영역 E2의 저부에는, 도 1부터 도 3에 도시되는 바와 같이, 각각 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)가 형성되어 있다. 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 각각 배기관(63)을 통하여 진공 배기 수단인, 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다. 또한, 진공 펌프(64)와 배기관(63)의 사이에, 압력 제어기(65)가 설치된다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저부(14)의 사이의 공간에는, 도 1 및 도 5에 도시되는 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 통하여 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼 W가, 프로세스 레시피로 결정된 온도(예를 들어 200℃)로 가열된다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는, 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 배기 영역 E1, E2에 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(도 5). 이 커버 부재(71)는 회전 테이블(2)의 외측 에지부 및 외측 에지부보다도 외주측을 하방측으로부터 면하도록 설치된 내측 부재(71a)와, 이 내측 부재(71a)와 진공 용기(1)의 내주면의 사이에 설치된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 외측 부재(71b)는, 분리 영역 D에 있어서 볼록 형상부(4)의 외측 에지부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접하여 형성되어 있다. 내측 부재(71a)는 회전 테이블(2)의 외측 에지부 하방(및 외측 에지부보다도 약간 외측 부분의 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 주위에 걸쳐서 둘러싸고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심측 부위에 있어서의 저부(14)는 회전 테이블(2) 하면의 중심부 부근에 있어서의 코어부(21)에 접근하도록 상방측으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이루고 있다. 이 돌출부(12a)와 코어부(21)의 사이는 좁은 공간으로 되어 있고, 또한 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있으며, 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 주위 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 나타냄]. 또한, 히터 유닛(7)과 회전 테이블(2)의 사이에는, 히터 유닛(7)이 설치된 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해, 외측 부재(7lb)의 내주면[내측 부재(71a)의 상면]으로부터 돌출부(12a)의 상단부와의 사이를 주위 방향에 걸쳐서 덮는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다. 덮개 부재(7a)는, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있다. 덮개 부재(7a)의 상세에 대해서는 후술한다.
또한, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있으며, 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) 사이의 좁은 공간(50)을 통하여 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 상면을 따라 주연을 향하여 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 P1에 공급되는 BTBAS 가스와 제2 처리 영역 P2에 공급되는 O3 가스가, 중심 영역 C를 통하여 혼합되는 것이 억제된다. 즉, 공간(50)(또는 중심 영역 C)은 분리 공간 H(또는 분리 영역 D)와 마찬가지로 기능할 수 있다.
또한, 진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 외부의 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 웨이퍼 W의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 이 반송구(15)는 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다. 또한, 이 반송구(15)에 대향하는 위치에서 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 기판 지지 부재(91)와 반송 아암(10) 사이에서 웨이퍼 W의 전달이 행해진다. 이로 인해, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 전달 위치에 대응하는 부위에, 기판 지지 부재(91)를 관통하여 웨이퍼 W를 하면으로부터 들어올리기 위한 전달용 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
또한, 본 실시 형태에 의한 성막 장치에는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 장치 전체 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되어 있다. 또한, 제어부(100)의 메모리 내에는, 제어부(100)의 제어 하에, 후술하는 성막 방법을 성막 장치에 실시시키는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은 후술하는 성막 방법을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있고, 하드 디스크 등의 매체(102)에 기억되어 있으며, 소정의 판독 장치에 의해 기억부(101)에 읽어들여져, 제어부(100) 내에 인스톨된다.
[회전 기구]
본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 웨이퍼 W의 회전 기구에 대해서, 도 6부터 도 10b에 기초하여 설명한다. 도 6 및 도 7은 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 웨이퍼의 회전 기구를 도시하는 개략 단면도이며, 도 2 및 도 3에 있어서의 6개의 오목부(2a) 중 1개의 오목부(2a)가 형성된 부분을 확대한 도면이다. 도 6은 회전 테이블(2)을 상승시켜서 웨이퍼 W에 성막을 행할 때의 회전 테이블(2)과 덮개 부재(7a)의 위치 관계를 도시하고 있다. 도 7은 회전 테이블(2)을 하강시켜서 웨이퍼 W를 회전(자전)시킬 때의 회전 테이블(2)과 덮개 부재(7a)의 위치 관계를 도시하고 있다.
회전 테이블(2)은, 예를 들어 약 10㎜의 두께를 가지는 석영판에 의해 원판 형상으로 형성되어 있다. 회전 테이블(2)의 상면에는, 기판 지지 부재(91)가 착탈 가능하게 적재되는 원 형상의 오목부(2a)가 형성되어 있다. 오목부(2a)의 중심부에는, 원 형상의 관통 구멍이 형성되어 있다. 회전 테이블의 오목부(2a)의 저면에는, 웨이퍼 W의 하면을 지지하여 웨이퍼 W를 승강시키기 위한 승강 핀이 관통하는 복수(도시하지 않음)의 관통 구멍이 형성되어 있다.
오목부(2a)는 기판 지지 부재(91)의 외경보다도 약간(예를 들어 1㎜) 큰 내경과, 기판 지지 부재(91)의 두께와 거의 동등한 깊이를 갖고 있다. 이에 의해, 기판 지지 부재(91)가 오목부(2a)에 적재되면, 회전 테이블(2)의 상면[기판 지지 부재(91)가 적재되지 않은 영역]과 기판 지지 부재(91)의 상면이 거의 동일한 높이가 된다. 회전 테이블(2)의 상면과 기판 지지 부재(91)의 상면의 사이에 단차가 발생하면, 회전 테이블(2) 및 기판 지지 부재(91) 상방의 가스 흐름이 흐트러져, 웨이퍼 W에 퇴적되는 막의 막 두께 균일성에 영향을 주는 경우가 있다. 이 영향을 저감하기 위해, 회전 테이블(2)의 상면과 기판 지지 부재(91)의 상면을 거의 동일한 높이로 하고, 가스의 흐름이 교란되는 것을 억제하고 있다.
도 8a ~ 8c는, 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 기판 지지 부재의 일례를 도시하는 도면이다. 도 8a는 기판 지지 부재를 상면측에서 보았을 때의 사시도이고, 도 8b는 기판 지지 부재를 하면측에서 보았을 때의 사시도이며, 도 8c는 기판 지지 부재의 측면도이다.
도 8a ~ 8c에 도시되는 바와 같이, 기판 지지 부재(91)는, 예를 들어 약 4㎜의 두께를 가지는 석영판에 의해 원판 형상으로 형성되어 있다.
기판 지지 부재(91)의 상면에는, 웨이퍼 W가 적재되는 원형 오목 형상의 적재부(91a)가 형성되어 있다. 적재부(91a)의 저면에는, 웨이퍼 W의 하면을 지지하여 웨이퍼 W를 승강시키기 위한 승강 핀이 관통하는 복수개(도시하지 않음)의 관통 구멍이 형성되어 있다. 적재부(91a)는 웨이퍼 W의 직경보다도 약간(예를 들어 2㎜) 큰 내경과, 웨이퍼 W의 두께와 거의 동등한 깊이를 갖고 있다. 이에 의해, 웨이퍼 W가 적재부(91a)에 적재되면, 기판 지지 부재(91)의 상면(웨이퍼 W가 적재되지 않은 영역)과 웨이퍼 W의 상면이 거의 동일한 높이가 된다. 기판 지지 부재(91)의 상면과 웨이퍼 W의 상면의 사이에 단차가 발생하면, 기판 지지 부재(91) 및 웨이퍼 W 상방의 가스 흐름이 흐트러져, 웨이퍼 W에 퇴적하는 막의 막 두께 균일성에 영향을 주는 경우가 있다. 이 영향을 저감하기 위해, 기판 지지 부재(91)의 상면과 웨이퍼 W의 상면을 거의 동일한 높이로 하여, 가스의 흐름이 교란되는 것을 억제하고 있다.
기판 지지 부재(91) 하면의 중심부에는, 볼록 형상으로 형성된 플랜지부(92)가 설치되어 있다. 플랜지부(92)는, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있다. 플랜지부(92)에는, 덮개 부재(7a)측으로 돌출된 제1 돌기부(93)가 플랜지부(92)의 주위 방향을 따라 등간격으로 복수개(도시한 예에서는 4개) 형성되어 있다. 제1 돌기부(93)는, 예를 들어 석영에 의해 원기둥 형상으로 형성되어 있다. 플랜지부(92)의 외주면과 회전 테이블(2)의 관통 구멍의 내주면의 사이에는, 베어링 부재(94)가 설치되어 있다(도 6 및 도 7).
도 9a ~ 9b는, 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 베어링 부재의 일례를 도시하는 도면이다. 도 9a는 베어링 부재를 상면측에서 보았을 때의 사시도이며, 도 9b는 베어링 부재의 측면도이다.
도 9a ~ 9b에 도시되는 바와 같이, 베어링 부재(94)는 원환 판상의 부분과 원통 형상의 부분이 결합된 플랜지에 유사한 형상으로 형성되어 있다. 베어링 부재(94)는 기판 지지 부재(91)의 플랜지부(92)를, 기판 지지 부재(91)의 회전축 주위에 회전 가능하게 지지하는 부재이다. 베어링 부재(94)를 설치함으로써, 회전 테이블(2)에 대하여 기판 지지 부재(91)가 정확하고 또한 원활하게 회전한다. 베어링 부재(94)는 플랜지부(92)와의 사이의 마찰 계수가 작은 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들어 플랜지부(92)가 석영에 의해 형성되어 있는 경우, 사파이어 또는 루비에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 무 윤활 상태에서도 원활한 동작을 실현할 수 있다.
또한, 베어링 부재(94)와 플랜지부(92) 사이의 미끄럼 이동면, 즉, 베어링 부재(94)의 플랜지부(92)와의 미끄럼 이동면 및 플랜지부(92)의 베어링 부재(94)와의 미끄럼 이동면 중 적어도 어느 하나에는, 탄화티타늄 코팅이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 미끄럼 이동면에 탄화티타늄 코팅이 실시되어 있을 경우, 탄화티타늄이 가지는 자기 윤활성에 의해 고온 하(예를 들어 300℃ 이상)에 있어서도 안정된 저마찰 계수가 얻어진다. 그 결과, 저온 하(예를 들어 300℃ 미만)에 더하여, 고온 하(예를 들어 300℃ 이상)에 있어서도, 베어링 부재(94)와 플랜지부(92) 사이의 미끄럼 이동 저항을 저감하여, 원활한 동작을 실현할 수 있다. 탄화티타늄 코팅의 막 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 내구성의 관점에서 1㎛ 이상인 것이 바람직하고, 밀착성의 관점에서 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
도 10a ~ 10b는, 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 덮개 부재의 일례를 도시하는 도면이다. 도 10a는 덮개 부재를 상면측에서 보았을 때의 사시도이며, 도 10b는 도 10a의 일부분을 확대한 도면이다.
도 10a에 도시되는 바와 같이, 덮개 부재(7a)는 원판 형상으로 형성되어 있다. 덮개 부재(7a)의 중심부에는, 원 형상의 관통 구멍이 형성되어 있다. 덮개 부재(7a)의 상면에는, 기판 지지 부재(91)의 플랜지부(92)와 대응하는 위치에 미끄럼 받침대(96)가 설치되어 있다. 즉, 덮개 부재(7a)의 상면에는, 주위 방향을 따라 등간격으로 복수개(도시의 예에서는 6개)의 미끄럼 받침대(96)가 설치되어 있다. 미끄럼 받침대(96)는, 그 상면의 높이가 덮개 부재(7a)의 상면의 높이와 동일해지도록, 덮개 부재(7a)의 상면에 형성된 오목부(2a) 상에 설치되어 있다(도 6 및 도 7). 미끄럼 받침대(96)는 덮개 부재(7a)보다도 제1 돌기부(93)와의 사이의 마찰 계수가 작은 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들어 제1 돌기부(93)가 석영에 의해 형성되어 있는 경우, 사파이어 또는 루비에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 무윤활 상태에서도 원활한 동작을 실현할 수 있다.
또한, 미끄럼 받침대(96)와 제1 돌기부(93) 사이의 미끄럼 이동면, 즉, 미끄럼 받침대(96)의 제1 돌기부(93)와의 미끄럼 이동면 및 제1 돌기부(93)의 미끄럼 받침대(96)와의 미끄럼 이동면 중 적어도 어느 하나에는, 탄화티타늄 코팅이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 미끄럼 이동면에 탄화티타늄 코팅이 실시되어 있을 경우, 탄화티타늄이 가지는 자기 윤활성에 의해 고온 하(예를 들어 300℃ 이상)에 있어서도 안정된 저마찰 계수가 얻어진다. 그 결과, 저온 하(예를 들어 300℃ 미만)에 더하여, 고온 하(예를 들어 300℃ 이상)에 있어서도, 미끄럼 받침대(96)와 제1 돌기부(93) 사이의 미끄럼 이동 저항을 저감하여, 원활한 동작을 실현할 수 있다. 탄화티타늄 코팅의 막 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 내구성의 관점에서 1㎛ 이상인 것이 바람직하고, 밀착성의 관점에서 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
도 10b에 도시되는 바와 같이, 미끄럼 받침대(96)의 각각의 상면에는, 회전 테이블(2)측으로 돌출되는 제2 돌기부(95)가 제1 돌기부(93)와 대응하는 위치에 예를 들어 1개씩 형성되어 있다. 또한, 제2 돌기부(95)는 제1 돌기부(93)와 대응하는 위치에 2개씩 형성되어 있어도 된다. 제2 돌기부(95)는 덮개 부재(7a)의 직경 방향으로 연장되는 볼록 형상으로 형성되어 있다. 제2 돌기부(95)는 제1 돌기부(93)와의 사이의 마찰 계수가 작은 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들어 제1 돌기부(93)가 석영에 의해 형성되어 있는 경우, 사파이어 또는 루비에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 무윤활 상태에서도 원활한 동작을 실현할 수 있다.
또한, 제2 돌기부(95)와 제1 돌기부(93) 사이의 미끄럼 이동면, 즉, 제2 돌기부(95)의 제1 돌기부(93)와의 미끄럼 이동면 및 제1 돌기부(93)의 제2 돌기부(95)와의 미끄럼 이동면 중 적어도 어느 하나에는, 탄화티타늄 코팅이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 미끄럼 이동면에 탄화티타늄 코팅이 실시되어 있을 경우, 탄화티타늄이 가지는 자기 윤활성에 의해 고온 하(예를 들어 300℃ 이상)에 있어서도 안정된 저마찰 계수가 얻어진다. 그 결과, 저온 하(예를 들어 300℃ 미만)에 더하여, 고온 하(예를 들어 300℃ 이상)에 있어서도, 제2 돌기부(95)와 제1 돌기부(93) 사이의 미끄럼 이동 저항을 저감하여, 원활한 동작을 실현할 수 있다. 탄화티타늄 코팅의 막 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 내구성의 관점에서 1㎛ 이상인 것이 바람직하고, 밀착성의 관점에서 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
[성막 방법]
본 실시 형태의 성막 장치의 동작(성막 방법)에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 성막 방법은, 반입 공정과, 성막 공정과, 자전 공정과, 반출 공정을 가지고, 성막 공정과 자전 공정을 교대로 복수회 반복함으로써, 웨이퍼 W에 소정의 막 두께의 막을 퇴적시키는 방법이다. 이하에서는, 일례로서, BTBAS 가스와 O3 가스를 사용하여 실리콘 산화막을 성막하는 방법에 대하여 설명한다.
(반입 공정)
먼저, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하여, 외부로부터 반송 아암(10)에 의해 반송구(15)를 통하여 웨이퍼 W를 기판 지지 부재(91)의 적재부(91a)에 전달한다. 이 전달은, 적재부(91a)가 반송구(15)에 대향하는 위치에 정지했을 때, 적재부(91a) 저면의 관통 구멍을 통하여 진공 용기(1)의 저부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행해진다. 이러한 웨이퍼 W의 전달을, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜서 행하고, 기판 지지 부재(91)의 6개의 적재부(91a)에 각각 웨이퍼 W를 적재한다.
(성막 공정)
웨이퍼 W를 반입한 후, 게이트 밸브를 폐쇄하고, 진공 펌프(64)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정된 압력으로까지 배기한다. 이어서, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 회전(공전)시킨다. 회전 테이블(2) 및 기판 지지 부재(91)는 히터 유닛(7)에 의해 미리 소정의 온도로 가열되어 있고, 웨이퍼 W는 적재부(91a)에 적재됨으로써 가열된다. 웨이퍼 W가 미리 설정된 소정의 온도로 가열된 후, 반응 가스 노즐(31)로부터 제1 처리 영역 P1에 제1 반응 가스(BTBAS 가스)를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 제2 처리 영역 P2에 제2 반응 가스(O3 가스)를 공급한다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스(N2 가스)를 공급한다.
웨이퍼 W가 반응 가스 노즐(31) 하방의 제1 처리 영역 P1을 통과할 때, 웨이퍼 W의 상면에 BTBAS 분자가 흡착되고, 반응 가스 노즐(32) 하방의 제2 처리 영역 P2를 통과할 때, 웨이퍼 W의 상면에 O3 분자가 흡착되고, O3에 의해 BTBAS 분자가 산화된다. 즉, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼 W가 제1 처리 영역 P1 및 제2 처리 영역 P2를 1회 통과하면, 웨이퍼 W의 상면에 산화 실리콘의 1분자층이 형성된다.
(자전 공정)
회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼 W가 제1 처리 영역 P1 및 제2 처리 영역 P2를 교대로 소정의 횟수 통과한 후, 웨이퍼 W의 회전(자전) 공정을 행한다.
도 11 및 도 12는, 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서 웨이퍼를 자전시키는 동작을 설명하는 도면이다. 도 11은 제1 돌기부(93)가 제2 돌기부(95)에 접촉할 때까지의 플랜지부(92) 및 제1 돌기부(93)와 제2 돌기부(95) 사이의 위치 관계를 나타내고, 도 12는 제1 돌기부(93)가 제2 돌기부(95)에 접촉한 후의 플랜지부(92) 및 제1 돌기부(93)와 제2 돌기부(95) 사이의 위치 관계를 도시하고 있다. 도 11 중의 파선으로 나타내는 위치 X1은 자전 공정을 개시하기 전의 상태를 나타내고, 도 11 중의 실선 및 도 12 중의 파선으로 나타내는 위치 X2는 자전 공정 도중의 상태를 나타내며, 도 12 중의 실선으로 나타내는 위치 X3은 자전 공정이 종료된 상태를 나타내고 있다.
먼저, BTBAS 가스와 O3 가스의 공급을 정지하고, 회전축(22)의 회전을 정지시켜서 회전 테이블(2)의 회전을 정지시킨다. 이때, 기판 지지 부재(91)에 형성된 제1 돌기부(93)가 미끄럼 받침대(96)에 형성된 제2 돌기부(95)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향의 약간 상류측에 위치하도록 회전 테이블(2)을 정지시킨다(도 11 중, X1로 나타냄).
이어서, 회전 테이블(2)을 하강시킴으로써, 제1 돌기부(93)를 미끄럼 받침대(96)의 상면에 접촉시켜서 미끄럼 받침대(96) 위에 적재한다. 제1 돌기부(93)를 미끄럼 받침대(96) 위에 적재한 후, 회전 테이블(2)을 더 하강시킴으로써, 회전 테이블(2)의 오목부(2a)에 적재되어 있었던 기판 지지 부재(91)를 도 7에 도시되는 바와 같이, 오목부(2a)로부터 약간 이격시킨다. 기판 지지 부재(91)를 오목부(2a)로부터 이격시키는 높이는, 기판 지지 부재(91)의 플랜지부(92) 하면의 위치가 베어링 부재(94) 상면의 위치를 초과하지 않는 위치인 것이 바람직하고, 예를 들어 1㎜부터 5㎜ 정도로 할 수 있다. 이에 의해, 플랜지부(92)가 베어링 부재(94)에 회전 가능하게 지지된 상태가 유지되기 때문에, 회전 테이블(2)에 대한 기판 지지 부재(91)의 수평 방향의 위치가 어긋나는 일은 없다.
이어서, 회전축(22)을 시계 방향으로 회전시킴으로써 회전 테이블(2)을 회전시키고, 제1 돌기부(93d)를 미끄럼 받침대(96)에 형성된 제2 돌기부(95)와 접촉시키는 위치(도 11 중, X2로 나타냄)까지 이동시킨다. 이때, 제1 돌기부(93a, 93b, 93c, 93d)가 미끄럼 받침대(96)의 상면을 미끄러지듯이 이동하기 때문에, 회전 테이블(2)에 대하여 기판 지지 부재(91)가 회전되는 일은 없다.
제1 돌기부(93d)가 제2 돌기부(95)에 접촉한 후, 회전축(22)을 시계 방향으로 더 회전시킴으로써 회전 테이블(2)을 회전시킨다. 이때, 제2 돌기부(95)에 접촉된 제1 돌기부(93d)가 미끄럼 받침대(96)에 형성된 제2 돌기부(95)에 의해 회전 테이블(2)의 회전 방향으로 이동하는 것이 규제된다. 이에 의해, 플랜지부(92)는 제1 돌기부(93d)가 제2 돌기부(95)의 측면에 접촉된 상태로 회전 테이블(2)의 직경 방향으로 이동한다. 이로 인해, 회전 테이블(2)에 대하여 플랜지부(92)가 시계 방향으로 회전하면서 미끄럼 받침대(96)의 상면을 이동한다. 즉, 회전 테이블(2)에 대하여 기판 지지 부재(91)가 시계 방향으로 회전한다. 회전 테이블(2)에 대하여 기판 지지 부재(91)를 미리 설정된 소정의 각도 θ(도시하지 않음)만큼 회전시킨 후(도 12 중, X3으로 나타냄), 회전축(22)의 회전을 정지시켜서 회전 테이블(2)의 회전을 정지시킨다.
소정의 각도 θ는, 도 12에 도시되는 바와 같이, 위치 X3에 있어서의 제1 돌기부(93a)의 회전 테이블(2)의 직경 방향에 대한 각도 θ3과, 위치 X2에 있어서의 제1 돌기부(93a)의 회전 테이블(2)의 직경 방향에 대한 각도 θ2의 차에 의해 산출되는 각도(θ3-θ2)이다. 즉, 각도 θ3은, 위치 X3에 있어서의 플랜지부(92)의 중심과 회전 테이블(2)의 중심을 연결하는 직선과, 플랜지부(92)의 중심과 제1 돌기부(93a)의 중심을 연결하는 직선이 이루는 각이다. 또한, 각도 θ2는, 위치 X2에 있어서의 플랜지부(92)의 중심과 회전 테이블(2)의 중심을 연결하는 직선과, 플랜지부(92)의 중심과 제1 돌기부(93a)의 중심을 연결하는 직선이 이루는 각이다. 또한, 소정의 각도 θ의 적합한 범위에 대해서는 후술한다.
이어서, 도 6에 도시되는 바와 같이, 회전축(22)을 상승시킴으로써, 제1 돌기부(93) 하면의 위치가 제2 돌기부(95) 상면의 위치보다도 상방이 되도록 회전 테이블(2)을 상승시킨다. 이에 의해, 회전 테이블(2)을 회전시킨 경우에도, 제1 돌기부(93)와 제2 돌기부(95)가 접촉되지 않기 때문에, 기판 지지 부재(91)가 회전(자전)하는 일은 없다.
이상에 의해, 웨이퍼 W의 자전 공정이 종료된다.
또한, 소정의 각도 θ는, 퇴적하는 막의 막 두께가 목표 막 두께에 도달할 때까지의 사이에, 소정의 횟수의 자전 공정에 있어서 회전한 회전 테이블(2)에 대한 기판 지지 부재(91)의 회전 각도의 합계가 360°의 정수배(n배)가 되도록 정해지는 것이 바람직하다. 이에 의해, 목표 막 두께의 막이 성막되는 동안에, 웨이퍼 W가 n회전하게 된다. 이로 인해, 웨이퍼 W 면 내에 발생할 수 있는 막의 두꺼운 부분의 막 두께와 얇은 부분의 막 두께가 효과적으로 상쇄되어, 웨이퍼 W에 퇴적되는 막의 막 두께 균일성을 특히 향상시킬 수 있다.
또한, 소정의 각도 θ는, 자전 공정을 반복하는 횟수를 적게 할 수 있다는 관점 및, 회전 테이블(2)[회전축(22)]을 회전시키는 구동부(23)에 과도한 부하를 부여하지 않는다는 관점에서, 60° 이상 120° 이하인 것이 바람직하다.
구체적으로는, 예를 들어 퇴적하는 실리콘 산화막의 막 두께가 목표 막 두께에 도달할 때까지 동안에 자전 공정이 4회 행해지는 경우, 소정의 각도 θ는 90°(360°/4)인 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어 퇴적하는 막의 막 두께가 목표 막 두께에 도달할 때까지의 사이에 자전 공정이 12회 행해지는 경우, 소정의 각도 θ는 60°(720°/12), 90°(1080°/12), 120°(1440°/12)인 것이 바람직하다.
(반출 공정)
성막 공정과 자전 공정을 교대로 복수회 반복함으로써, 웨이퍼 W의 상면에 소정의 막 두께를 가지는 실리콘 산화막을 퇴적한 후, BTBAS 가스 및 O3 가스의 공급을 정지하여, 회전 테이블(2)의 회전을 정지시킨다. 이어서, 진공 용기(1) 내를 퍼지한다. 이어서, 반입 공정에서의 동작과 역동작에 의해 웨이퍼 W를 반송 아암(10)에 의해 진공 용기(1)로부터 순차 반출한다.
이상의 공정에 의해, 본 실시 형태의 성막 방법이 실현된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시 형태의 성막 장치에 의하면, 회전 테이블(2)을 회전시키는 힘을 이용하여 웨이퍼 W를 회전시킬 수 있으므로, 웨이퍼 W를 회전시키기 위한 구동 장치가 불필요하게 된다. 이로 인해, 간소한 기구로 회전 테이블(2)에 대하여 웨이퍼 W를 회전시켜서, 웨이퍼 W에 퇴적하는 막의 막 두께 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는, 실리콘 산화막의 분자층 성막에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 실리콘 질화막의 분자층 성막을 행할 수도 있다. 실리콘 질화막의 분자층 성막을 위한 질화 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3)를 사용할 수 있다.
또한, 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막의 분자층 성막을 위한 원료 가스로서는, BTBAS에 한정되지 않는다. 원료 가스로서는, 예를 들어 디클로로실란(DCS), 헥사클로로디실란(HCD), 트리디메틸아민실란(3DMAS), 테트라에톡시실란(TEOS)을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 성막 장치에서는, 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막의 분자층 성막에 한정되지 않고, 트리메틸알루미늄(TMA)과 O3 또는 산소 플라즈마를 사용한 산화알루미늄(Al2O3)의 분자층 성막, 테트라키스에틸메틸아미노지르코늄(TEMAZ)과 O3 또는 산소 플라즈마를 사용한 산화지르코늄(ZrO2)의 분자층 성막, 테트라키스에틸메틸아미노하프늄(TEMAHf)과 O3 또는 산소 플라즈마를 사용한 산화하프늄(HfO2)의 분자층 성막, 스트론튬비스테트라메틸헵탄디오나토(Sr(THD)2)와 O3 또는 산소 플라즈마를 사용한 산화스트론튬(SrO)의 분자층 성막, 티타늄메틸펜탄 디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토(Ti(MPD)(THD))와 O3 또는 산소 플라즈마를 사용한 산화티타늄(TiO)의 분자층 성막 등을 행할 수 있다.
개시된 성막 장치에 의하면, 회전 테이블을 회전시키는 힘을 이용하여 기판을 회전시킬 수 있으므로, 기판을 회전시키기 위한 구동 장치가 불필요하게 된다. 이로 인해, 간소한 기구로 회전 테이블에 대하여 기판을 회전시켜서, 기판에 퇴적되는 막의 막 두께 균일성을 향상시킬 수 있다.
이상, 각 실시 형태에 기초하여 본 발명의 설명해 온 것은, 설명을 다하여 발명의 이해를 촉진하고, 기술을 더욱 향상시키는 것의 도움이 되도록 기재한 것이다. 따라서, 실시 형태에 나타낸 요건에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시 형태에서의 예시는 그 장단점을 의미하는 것은 아니다. 실시 형태에 상세하게 발명을 기재했지만, 발명의 취지로부터 이격되지 않는 범위에서 다양한 변경, 치환, 개변이 가능하다.

Claims (20)

  1. 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2개의 반응 가스를 차례로 공급하여 기판에 막을 퇴적시키는 성막 장치이며,
    상기 용기 내에 회전 가능하게 설치되며, 저부에 관통 구멍을 가지는 오목부가 상면에 형성된 회전 테이블과,
    상기 오목부에 착탈 가능하게 적재되며, 상면에 상기 기판이 적재되는 적재부를 가지고, 하면에 제1 돌기부를 가지는 기판 지지 부재와,
    상기 회전 테이블을 승강시키고, 또한, 회전시키는 구동 기구와,
    상기 용기 내에 있어서 상기 회전 테이블보다도 하방에 설치되며, 상면에 제2 돌기부를 가지는 덮개 부재와,
    상기 구동 기구에 의해 상기 회전 테이블을 하강시킨 후, 상기 회전 테이블을 회전시켜서 상기 제1 돌기부와 상기 제2 돌기부를 접촉시키고, 상기 기판 지지 부재를 이동시킴으로써, 상기 회전 테이블에 대하여 상기 기판 지지 부재를 소정의 각도만큼 회전시키는 제어부를 구비하는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 구동 기구에 의해 상기 오목부로부터 상기 기판 지지 부재가 이격되도록 상기 회전 테이블을 하강시키는, 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 덮개 부재는, 상기 제1 돌기부에 대한 마찰 계수가 작은 재료에 의해 형성된 미끄럼 받침대를 포함하고, 상기 미끄럼 받침대의 상면에 상기 제2 돌기부가 형성되어 있는, 성막 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 돌기부는 사파이어 또는 석영에 의해 형성되고, 상기 미끄럼 받침대는 사파이어에 의해 형성되어 있는, 성막 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 돌기부와 상기 제2 돌기부 사이의 미끄럼 이동면에는, 탄화티타늄 코팅이 실시되어 있는, 성막 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 돌기부와 상기 미끄럼 받침대 사이의 미끄럼 이동면에는, 탄화티타늄 코팅이 실시되어 있는, 성막 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지 부재를, 상기 기판 지지 부재의 회전축 주위에 회전 가능하게 지지하는 베어링 부재를 구비하고,
    상기 기판 지지 부재는, 상기 베어링 부재를 개재하여 상기 회전 테이블에 적재되어 있는, 성막 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판 지지 부재의 하면의 중심부에는, 볼록 형상으로 형성된 플랜지부가 형성되어 있고,
    상기 베어링 부재는 원환 판상의 부분을 가지고, 상기 플랜지부를 상기 기판 지지 부재의 회전축 주위에 회전 가능하게 지지하는, 성막 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 베어링 부재는 사파이어에 의해 형성되어 있는, 성막 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 베어링 부재와 상기 플랜지부 사이의 미끄럼 이동면에는, 탄화티타늄 코팅이 실시되어 있는, 성막 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 돌기부는, 상기 기판 지지 부재의 주위 방향을 따라 등간격으로 형성되어 있고,
    상기 제2 돌기부는, 상기 덮개 부재의 상기 제1 돌기부와 대응하는 위치에 형성되어 있는, 성막 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 덮개 부재의 하방에 설치되며, 상기 적재부에 적재된 상기 기판을 가열하는 가열 수단을 갖는, 성막 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 돌기부는 원기둥 형상으로 형성되어 있는, 성막 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 돌기부는, 상기 덮개 부재의 직경 방향으로 연장되는 볼록 형상으로 형성되어 있는, 성막 장치.
  15. 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2개의 반응 가스를 차례로 공급하여 기판에 막을 퇴적시키는 성막 방법이며,
    상기 용기 내에 회전 가능하게 설치되며, 저부에 관통 구멍을 가지는 오목부가 상면에 형성된 회전 테이블의 상기 오목부에 착탈 가능하게 적재되고, 상면에 상기 기판이 적재되는 적재부를 가지고, 하면에 복수의 제1 돌기부를 가지는 기판 지지 부재의 상기 적재부에 상기 기판을 적재하는 반입 공정과,
    상기 회전 테이블을 회전시킴과 함께, 상기 회전 테이블의 주위 방향으로 서로 분리 영역을 개재하여 이격된 영역에 각각 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급함으로써 상기 기판에 성막을 행하는 성막 공정과,
    상기 제1 반응 가스 및 상기 제2 반응 가스의 공급을 정지함과 함께 상기 회전 테이블의 회전을 정지하는 스텝과,
    회전을 정지한 상기 회전 테이블을 하강시켜서, 상기 용기 내에 있어서 상기 회전 테이블보다도 하방에 설치되며, 상면에 복수의 제2 돌기부를 가지는 덮개 부재에 상기 제1 돌기부를 접촉시키는 스텝과,
    상기 회전 테이블을 회전시켜서 상기 제1 돌기부와 상기 제2 돌기부를 접촉시킴으로써, 상기 회전 테이블에 대하여 상기 기판 지지 부재를 소정의 각도만큼 회전시키는 스텝과,
    상기 회전 테이블에 대하여 상기 기판 지지 부재를 소정의 각도만큼 회전시킨 후, 상기 회전 테이블을 상승시키는 스텝
    을 포함하는 자전 공정을 갖는, 성막 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 덮개 부재에 상기 제1 돌기부를 접촉시키는 스텝에 있어서, 상기 오목부로부터 상기 기판 지지 부재가 이격되도록 상기 회전 테이블을 하강시키는, 성막 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 성막 공정 및 상기 자전 공정을 교대로 복수회 반복하는, 성막 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 막의 막 두께가 목표 막 두께에 도달할 때까지의 사이에 상기 자전 공정에 있어서 회전된 상기 기판 지지 부재의 회전 각도의 합계가 360°의 정수배인, 성막 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 소정의 각도는 60° 이상 120° 이하인, 성막 방법.
  20. 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2개의 반응 가스를 차례로 공급하여 기판에 막을 퇴적시키는 성막 방법이며,
    상기 용기 내에 회전 가능하게 설치되며, 저부에 관통 구멍을 가지는 오목부가 상면에 형성된 회전 테이블의 상기 오목부에 착탈 가능하게 적재되고, 상면에 상기 기판이 적재되는 적재부를 가지고, 하면에 복수의 제1 돌기부를 가지는 기판 지지 부재의 상기 적재부에 상기 기판을 적재하는 반입 공정과,
    상기 회전 테이블을 회전시킴과 함께, 상기 회전 테이블의 주위 방향으로 서로 분리 영역을 개재하여 이격된 영역에 각각 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급함으로써 상기 기판에 성막을 행하는 성막 공정과,
    상기 제1 반응 가스 및 상기 제2 반응 가스의 공급을 정지함과 함께 상기 회전 테이블의 회전을 정지하는 스텝과,
    회전을 정지한 상기 회전 테이블을 하강시켜서, 상기 용기 내에 있어서 상기 회전 테이블보다도 하방에 설치되며, 상면에 복수의 제2 돌기부를 가지는 덮개 부재에 상기 제1 돌기부를 접촉시키는 스텝과,
    상기 회전 테이블을 회전시켜서 상기 제1 돌기부와 상기 제2 돌기부를 접촉시킴으로써, 상기 회전 테이블에 대하여 상기 기판 지지 부재를 소정의 각도만큼 회전시키는 스텝과,
    상기 회전 테이블에 대하여 상기 기판 지지 부재를 소정의 각도만큼 회전시킨 후, 상기 회전 테이블을 상승시키는 스텝
    을 포함하는 자전 공정을 실행시키는 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 저장한, 비일시적 컴퓨터 가독 기억 매체.
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