KR20180099477A - 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 회전 테이블에 적재되어 공전하는 기판에, 기판의 직경 방향에 걸쳐서 가스를 공급해서 성막하는 성막 장치에 있어서, 막 두께의 변동을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것이다. 웨이퍼(W)의 이동 영역을 회전 테이블(12)의 직경 방향에 걸치도록 가스를 공급하고, 가스 토출 영역(24)의 주위를 둘러싸도록 배기구(22)를 설치한 가스 급배기 유닛(2)에 있어서, 가스 토출 영역(24)을 회전 테이블(12)의 직경 방향을 따라서 3개 이상으로 구획하고 있다. 그리고, 가스 토출 영역(24) 중, 내측 구역(24A)에서는, 웨이퍼(W)의 통과 영역의 내측의 주연에 대향하는 영역에 가스 토출 구멍(21)을 형성하고, 외측 구역(24C)에서는, 웨이퍼(W)의 통과 영역의 외측의 주연에 가스 토출 구멍(21)을 형성하고 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 통과 영역의 테두리부에 공급하는 가스의 공급량을 많게 할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 주연에서의 막 두께의 저하를 억제할 수 있다.

Description

성막 장치{FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은, 기판의 표면에 막을 성막하는 기술에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)에, 예를 들어 SiN(질화 실리콘)막 등의 막을 형성하는 성막 처리가 행하여지는 경우가 있다. 이 SiN막은, 웨이퍼의 각 부에서 균일성 높은 막 두께가 되도록 형성되는 것이 요구되고 있다. SiN막을 성막하는 성막 장치로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼를 둘레 방향으로 배열하여 공전시키기 위한 회전 테이블을 처리 용기 내에 설치한 구성을 들 수 있다.
이러한 성막 장치에서는, 공전하는 웨이퍼의 통과 영역에 대응하는 영역에 원료 가스를 공급하는 영역과, 반응 가스의 플라스마를 생성하는 영역이 이격해서 설치되어 있다. 그리고 회전 테이블의 하방에 설치된 가열부에 의해 웨이퍼를 가열하면서 회전 테이블을 회전시켜, 원료 가스 및 반응 가스의 각각을 웨이퍼의 전체면에 공급하고 있다.
원료 가스를 공급하는 가스 공급부로서는, 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같은, 회전 테이블 상의 부채형의 영역을 향해서 원료 가스를 공급하는 가스 공급부가 알려져 있다. 이 가스 공급부는, 가스 공급부에서의 회전 테이블과 대향하는 다수의 가스 토출 구멍으로부터 원료 가스를 토출하여, 회전 테이블의 중심측에서부터 외주측까지의 웨이퍼가 통과하는 범위에 가스를 공급하고 있다. 또한, 원료 가스의 토출 영역의 주위를 둘러싸도록 가스 배기구를 설치하고, 또한 가스 배기구의 주위를 둘러싸도록 퍼지 가스 토출부를 설치하고 있다. 그리고, 원료 가스와 퍼지 가스를 토출하고, 배기구로부터 배기함으로써, 회전 테이블의 상방에 퍼지 가스에 둘러싸인 원료 가스가 공급되는 영역이 형성되고, 웨이퍼를 당해 영역을 가로지르게 함으로써, 웨이퍼의 전체면에 원료 가스를 공급해서 흡착시키고 있다.
그러나, 이러한 가스 공급부에서는, 웨이퍼에 형성된 베벨 및 웨이퍼를 적재하는 오목부의 웨이퍼와의 간극의 부분에서 가스가 소비되어버려 웨이퍼의 주연부의 가스 농도가 내려간다. 그 때문에 웨이퍼의 주연에서는, 가스의 흡착량이 적어져, 막 두께가 얇아지는 문제가 있었다.
국제 공개 제2013/137115호 일본 특허 공개 제2016-92026호 공보
본 발명은, 회전 테이블에 적재되어 공전하는 기판에, 기판의 직경 방향에 걸쳐서 가스를 공급해서 성막하는 성막 장치에 있어서, 막 두께의 변동을 억제할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명은, 진공 용기 내에서 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 차례로 공급하는 사이클을 복수회 행하여 기판에 성막 처리를 행하는 성막 장치에 있어서,
기판을 적재하는 기판 적재 영역이 그의 일면측에 형성되고, 상기 진공 용기 내에서 상기 기판 적재 영역을 공전시키기 위한 회전 테이블과,
상기 회전 테이블에 대향하는 대향면에, 서로 구멍 직경이 고르게 되어 있는 제1 가스의 가스 토출 구멍이 복수 형성된 가스 토출부 및 당해 가스 토출부를 둘러싸는 배기구 및 당해 배기구를 둘러싸는 퍼지 가스의 토출구를 구비한 제1 가스 공급부와,
상기 제1 가스 공급부에 대하여 상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 이격되어 형성된 영역에 제2 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급부와,
상기 진공 용기 내를 진공 배기하기 위한 배기구를 구비하고,
상기 가스 토출부는, 회전 테이블의 직경 방향으로 분할되어, 각각 독립해서 제1 가스가 공급되는 3개 이상의 가스 토출 영역을 구비하고,
상기 회전 테이블의 중심측을 내측, 외주측을 외측이라 정의하면,
가장 외측에 위치하는 가스 토출 영역에서, 기판의 통과 영역의 외측 테두리부에 대향하는 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도(DO1)는, 상기 외측 테두리부에 대향하는 영역으로부터 내측에 가깝게 벗어난 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도(DO2)보다도 크게 설정되고,
가장 내측에 위치하는 가스 토출 영역에서, 기판의 통과 영역의 내측 테두리부에 대향하는 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도(DI1)는, 상기 내측 테두리부에 대향하는 영역으로부터 외측에 가깝게 벗어난 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도(DI2)보다도 크게 설정되고 있다.
본 발명은, 기판의 이동 영역을 회전 테이블의 직경 방향에 걸치도록 가스를 공급하고, 가스 토출 영역의 주위를 둘러싸도록 배기구를 설치한 제1 가스 공급부에 있어서, 가스 토출 영역을 회전 테이블의 직경 방향을 따라서 3개 이상으로 구획하고 있다. 그리고, 가스 토출 영역 중, 회전 테이블의 중심측 및 외주측에 각각 위치하는 내측 구역 및 외측 구역에서는, 기판의 통과 영역의 테두리부에 대향하는 영역(테두리부 영역)의 가스 토출 구멍의 배열 밀도를, 당해 테두리부 영역으로부터 벗어난 가스 토출 구멍의 배열 밀도보다도 크게(당해 테두리부 영역에만 가스 토출 구멍을 형성하는 경우도 포함함) 하고 있다. 이 때문에, 기판의 통과 영역의 테두리부에 공급하는 가스의 공급량을 많게 할 수 있으므로, 기판의 주연에서의 막 두께의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 성막 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 성막 장치의 평면도이다.
도 3은 가스 급배기 유닛의 측단면도이다.
도 4는 가스 급배기 유닛의 하면측의 평면도이다.
도 5는 종래의 성막 장치에 의해 성막되는 막의 막 두께 분포를 도시하는 설명도이다.
도 6은 본 발명의 성막 장치에 의해 성막되는 막의 막 두께 분포를 도시하는 설명도이다.
도 7은 검증 시험 1-2에서의 가스 토출 구멍의 분포를 도시하는 설명도이다.
도 8은 검증 시험 1-3에서의 가스 토출 구멍의 분포를 도시하는 설명도이다.
도 9는 검증 시험 1에서의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
도 10은 검증 시험 1에서의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
도 11은 검증 시험 1에서의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
도 12는 검증 시험 1에서의 가스의 유량과 막 두께의 차를 도시하는 특성도이다.
도 13은 검증 시험 2-2에서의 가스 토출 구멍의 분포를 도시하는 설명도이다.
도 14는 검증 시험 2-3에서의 가스 토출 구멍의 분포를 도시하는 설명도이다.
도 15는 검증 시험 2-1에서의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
도 16은 검증 시험 2-2에서의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
도 17은 검증 시험 2-3에서의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치에 대해서, 도 1의 종단 측면도, 도 2의 평면도를 각각 참조하면서 설명한다. 이 성막 장치는, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 기재함)(W)의 표면에, ALD(Atomic Layer Deposition)에 의해 SiN막을 형성하도록 구성되어 있다. 명세서에서는, 질화 실리콘에 대해서 Si 및 N의 화학양론비에 관계없이 SiN이라고 기재한다. 따라서, SiN이라는 기재에는, 예를 들어 Si3N4가 포함된다.
도 1에 도시한 바와 같이 성막 장치는, 편평한 대략 원형의 진공 용기(11)를 구비하고, 진공 용기(11)는, 측벽 및 저부를 구성하는 용기 본체(11A)와, 천장판(11B)에 의해 구성되어 있다. 진공 용기(11) 내에는, 직경 300mm의 웨이퍼(W)를 수평으로 적재하는 원형의 회전 테이블(12)이 설치되어 있다. 도 1 중 12A는, 회전 테이블(12)의 이면 중앙부를 지지하는 지지부이다. 지지부(12A)의 하방에는, 회전 기구(13)가 설치되고, 회전 테이블(12)은, 성막 처리 중에 있어서 지지부(12A)를 통해서 연직축 주위로 상방에서 보아 시계 방향으로 회전한다. 도 1 내지 도 2 중 X는, 회전 테이블(12)의 회전축을 나타낸다.
도 2에 도시한 바와 같이 회전 테이블(12)의 상면에는, 회전 테이블(12)의 둘레 방향(회전 방향)을 따라 웨이퍼(W)의 적재부인 6개의 원형의 오목부(14)가 형성되어 있고, 각 오목부(14)에 웨이퍼(W)가 수납된다. 즉, 각 웨이퍼(W)는, 회전 테이블(12)의 회전에 의해 공전하도록 회전 테이블(12)에 적재된다. 도 1로 돌아가서, 진공 용기(11)의 저부에서의 회전 테이블(12)의 하방에는 동심원 형상으로 복수의 히터(15)가 설치되어, 회전 테이블(12)에 적재된 웨이퍼(W)가 가열되도록 구성되어 있다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이 진공 용기(11)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반송구(16)가 개구되어 있고, 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐 가능하게 구성되어 있다. 진공 용기(11) 내에서의 반송구(16)에 면하는 위치는, 웨이퍼(W)의 수수 위치로 되어 있고, 당해 수수 위치에 대응하는 부위에는, 회전 테이블(12)의 하방측에 오목부(14)를 관통해서 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 수수용 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다. 그리고, 웨이퍼(W)는 반송구(16)를 통해서, 진공 용기(11)의 외부에 설치된 도시하지 않은 기판 반송 기구에 의해 수수 위치에 반송되고, 기판 반송 기구와 승강 핀과의 협동 작용에 의해, 오목부(14)에 전달된다.
회전 테이블(12)의 상방에는, 도 2에 도시한 바와 같이 제1 가스 공급부인 가스 급배기 유닛(2)과, 제1 내지 제3 플라스마 형성 유닛(3A 내지 3C)이, 회전 테이블(12)의 회전 방향, 이 예에서는 시계 방향으로, 이 순서대로 설치되어 있다. 제1 내지 제3 플라스마 형성 유닛(3A 내지 3C)은, 제2 가스 공급부에 상당한다. 또한, 진공 용기(11)에서의 회전 테이블(12)의 외측 하방이며, 제2 플라스마 형성 유닛(3B)의 외측에는 배기구(51)가 개구되어 있고, 이 배기구(51)는 진공 배기부(50)에 접속되어 있다.
가스 급배기 유닛(2)에 대해서, 종단면도인 도 3 및 하면측 평면도인 도 4도 참조하면서 설명한다. 가스 급배기 유닛(2)은, 도 2에 도시한 바와 같이 평면에서 보아, 회전 테이블(12)의 중심측으로부터 외주측을 향함에 따라서 회전 테이블(12)의 둘레 방향으로 넓어지는 부채 형상으로 형성되어 있고, 도 3에 도시한 바와 같이 가스 급배기 유닛(2)의 하면이 회전 테이블(12)의 상면과 근접하여, 대향하도록 배치되어 있다.
가스 급배기 유닛(2)의 하면(회전 테이블과 대향하는 대향면)에는, 가스 토출 구멍(21), 배기구(22) 및 퍼지 가스 토출구(23)가 개구되어 있다. 또한, 도 4는, 발명자가 제작한 실제의 가스 급배기 유닛(2)에 대하여, 가스 토출 구멍(21)의 레이아웃이나 개구 직경을 모식화해서 나타내고 있다. 또한, 배기구(22) 및 퍼지 가스 토출구(23)를 각각 회색으로 나타내고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이 가스 급배기 유닛(2)의 하면의 중심에 가까운 영역은, 대략 부채 형상의 가스 토출 영역(24)이 형성되어 있고, 가스 토출 영역(24)에는, 가스 토출 구멍(21)이 분산해서 배치되어 있다. 그리고, 회전 테이블(12)을 회전시켰을 때, 오목부(14)에 적재된 웨이퍼(W)가 가스 토출 영역(24)의 하방의 도 4 중 파선으로 나타내는 영역에 위치하도록 설치되어 있다.
가스 토출 영역(24)은, 회전 테이블(12)의 중심측으로부터 회전 테이블(12)의 외주측을 향해서 배열하는 내측 구역(24A), 중앙 구역(24B), 외측 구역(24C)으로 분할되어 있고, 각 구역은, 가스 토출 영역(24)에서의 회전 테이블(12)의 회전 방향의 상류측의 단부를 지나는 회전 테이블(12)의 직경과 직교하는 선(L1)에 대하여, 회전 테이블(12)의 회전 방향의 하류측을 향해서 회전 테이블(12)의 내주 방향으로 10° 경사진 선(L2)을 따라, 각각 구역되어 있다. 또한, 명세서 중에서는, 회전 테이블(12)의 중심측을 내측, 주연측을 외측이라고 정의해서 설명한다.
웨이퍼(W)의 통과 영역의 내측 테두리와, 내측 테두리로부터 외측(회전 테이블(12)의 외측 테두리를 향하는 방향)으로 15mm만큼 치우친 위치와의 사이의 띠 형상 영역을 「웨이퍼(W)의 통과 영역의 내측 테두리부」라고 하면, 가장 회전 테이블(12)의 중심 근방의 위치의 내측 구역(24A)에서는, 가스 토출 구멍(21)은, 당해 웨이퍼(W)의 통과 영역의 내측 테두리부에 대향하는 영역(내측 테두리부 영역(I))에 회전 테이블(12)의 회전 방향으로 9개 배열해서 설치되어 있다. 또한, 내측 구역(24A)에 있어서, 내측 테두리부 영역(I)에서의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도를 DI1, 내측 테두리부 영역(I)으로부터 벗어난 영역에서의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도를 DI2라고 칭하기로 한다. 또한, 배열 밀도란, 단위 면적당 가스 토출 구멍(21)의 수(배열 밀도=당해 영역에서의 가스 토출 구멍(21)의 수/당해 영역의 면적)로 한다.
내측 구역(24A)과 인접하는 중앙 구역(24B)에서는, 632개의 가스 토출 구멍(21)이 균일하게 분산해서 배치되어 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 통과 영역의 외측 테두리와, 외측 테두리로부터 내측(회전 테이블(12)의 중심부를 향하는 방향)으로 예를 들어 10mm 치우친 위치와의 사이의 띠 형상의 영역을 「웨이퍼(W)의 통과 영역의 외측 테두리부」라고 하면, 가장 회전 테이블(12)의 외주 근방의 위치의 외측 구역(24C)에서는, 가스 토출 구멍(21)은, 당해 웨이퍼(W)의 통과 영역의 외측 테두리부에 대향하는 영역(외측 테두리부 영역(O))에 21개의 가스 토출 구멍(21)이 2열로 배열되어, 회전 테이블(12)의 회전 방향으로 배치되어 있다. 또한, 외측 구역(24C)에 있어서, 외측 테두리부 영역(O)에서의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도를 DO1, 외측 테두리부 영역(O)으로부터 벗어난 영역에서의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도를 DO2라고 칭하기로 한다.
내측 구역(24A), 중앙 구역(24B) 및 외측 구역(24C)의 각각에 설치된 가스 토출 구멍(21)의 구멍 직경은 고르게 되어 있어, 예를 들어 모든 가스 토출 구멍(21)은, 상류측의 내경이 0.3mm로 형성됨과 함께, 하류측의 개구부의 구멍 직경이 1.0mm로 형성되어 있다. 또한, 가스 토출 구멍(21)의 구멍 직경이 고르게 되어 있다는 것은, 개구부에서의 구멍 직경에 변동이 있었을 경우에는, 가장 작은 가스 토출 구멍(21)의 개구부에서의 구멍 직경에 대하여 가장 큰 가스 토출 구멍(21)의 개구부에서의 구멍 직경이, 예를 들어 1.5배 이하인 것을 가리킨다.
또한, 이 예에서는, 내측 테두리부 영역(I)에서의 인접하는 각 가스 토출 구멍(21)의 간격과, 외측 테두리부 영역(O)에서의 인접하는 각 가스 토출 구멍(21)의 간격과, 중앙 구역(24B)에서의 인접하는 각 가스 토출 구멍(21)의 간격은 동일한 거리로 설정되어 있다. 또한, 각 가스 토출 구멍(21)은, 회전 테이블(12)의 중심 위치에서부터 가스 토출 구멍(21)의 중심부의 위치까지의 거리가, 서로 다르게 배치되어 있다. 따라서, 각 가스 토출 구멍(21)으로부터 토출되는 가스는, 가스 급배기 유닛(2)의 하방을 공전하는 웨이퍼(W)에서의 회전 테이블(12)의 직경 방향으로 서로 다른 위치를 향해서 토출된다. 따라서, 웨이퍼(W)에 공급되는 가스가 동일한 개소에 1극화하는 것을 방지할 수 있어, 균일하게 성막된다. 또한, 도 4에 대해서는, 기재가 번잡해지는 것을 피하기 위해서 내측 테두리부 영역(I), 외측 테두리부 영역(O) 및 중앙 구역(24B)의 각각에서의 가스 토출 구멍(21)의 배열에 대해서는, 정확하게 기재하고 있지 않다.
도 3에 도시한 바와 같이 가스 급배기 유닛(2)의 내부에는, 내측 구역(24A)에 설치되는 가스 토출 구멍(21), 중앙 구역(24B)에 설치되는 가스 토출 구멍(21), 외측 구역(24C)에 설치되는 가스 토출 구멍(21)의 각각에 독립해서 DCS 가스를 공급할 수 있도록, 서로 구획된 가스 유로(25A, 25B, 25C)가 형성되어 있다. 각 가스 유로(25A, 25B, 25C)의 하류 단부는, 각각 상기 가스 토출 구멍(21)에 접속되어 있다.
그리고, 가스 유로(25A, 25B, 25C) 각각의 상류측 단부에는, 각각 배관(27A, 27B, 27C)을 통해서 DCS 가스 공급원(26)이 접속되어 있고, 각 배관(27A, 27B, 27C)에는, 가스 유로(25A, 25B, 25C)측으로부터, 각각 밸브(V1 내지 V3) 및 유량 조정부(M1 내지 M3)가 개재 설치되어 있다. DCS 가스 공급원(26)에 접속된 각 가스 유로(25A, 25B, 25C), 밸브(V1 내지 V3) 및 유량 조정부(M1 내지 M3)는, 가스 공급부에 상당한다. 따라서, 내측 구역(24A), 중앙 구역(24B) 및 외측 구역(24C)에서의 가스의 토출 유량은, 각각 독립적으로 조정할 수 있다.
계속해서, 상기 배기구(22), 퍼지 가스 토출구(23)에 대해서 설명한다. 도 3, 도 4에 도시한 바와 같이 배기구(22)는, 가스 토출 영역(24)을 둘러싸는 환상으로 형성되고, 회전 테이블(12)의 상면을 향해서 개구되어 있다. 또한, 퍼지 가스 토출구(23)는, 배기구(22)의 외측을 둘러싸는 환상으로 형성되고, 회전 테이블(12)의 상면을 향해서 개구되어 있다.
퍼지 가스 토출구(23)는, 회전 테이블(12) 상에 퍼지 가스로서 Ar(아르곤) 가스를 토출하는 기류의 커튼을 형성하고, 퍼지 가스 토출부로부터 토출된 Ar 가스 및 가스 토출 구멍(21)으로부터 토출되는 DCS 가스는, 가스 토출 영역(24)과 퍼지 가스 토출구(23)와의 사이에 설치된 배기구(22)를 통해서 배기부(55)에 의해 배기된다. 이렇게 퍼지 가스의 토출 및 배기가 행해짐으로써, 가스 토출 영역(24)의 하방의 분위기는 외부의 분위기로부터 분리되어, 당해 가스 토출 영역(24)의 하방에 한정적으로 DCS 가스를 공급할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이 가스 급배기 유닛(2)의 내부에는, 이미 설명한 원료 가스의 유로(25A 내지 25C)에 대하여 각각 구획됨과 함께, 서로 구획된 배기 유로(52), 가스 유로(53)가 형성되어 있다. 배기 유로(52)는, 그의 상류측 단부가 배기구(22)에 접속되어 있다. 배기 유로(52)의 하류측 단부에는, 배기관(54)을 통해서 배기부(55)에 접속되어 있다. 또한, 가스 유로(53)의 하류측 단부는, 퍼지 가스 토출구(23)에 접속되어 있고, 가스 유로(53)의 상류측 단부에는, 배관(29)의 일단이 접속되어 있다. 배관(29)의 타단부측에는, Ar 가스 공급원(28)에 접속되고, 배관(29)에는, 가스 급배기 유닛(2)측에서부터 밸브(V4) 및 유량 조정부(M4)가 이 순서대로 설치되어 있다.
계속해서 도 2에 도시하는 플라스마 형성 유닛(3A 내지 3C)에 대해서 설명한다. 플라스마 형성 유닛(3A 내지 3C)은 각각 마찬가지로 구성되어 있으며, 여기서는 플라스마 형성 유닛(3A)에 대해서 설명한다. 플라스마 형성 유닛(3A)은, 회전 테이블(12)의 중심측으로부터 외주측을 향함에 따라서 넓어지는 대략 부채 형상으로 형성되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 플라스마 형성 유닛(3A)은, 마이크로파를 공급하기 위한 안테나(31)를 구비하고 있고, 당해 안테나(31)는, 유전체판(32)과 금속제의 도파관(33)을 구비하고 있다.
도파관(33)은 유전체판(32) 상에 설치되어 있고, 회전 테이블(12)의 직경 방향을 따라서 연장되는 내부 공간(35)을 구비한다. 도파관(33)의 하부측에는, 유전체판(32)에 접하도록 복수의 슬롯 구멍(36A)을 구비한 슬롯판(36)이 설치되어 있다. 도파관(33)에는, 마이크로파 발생기(37)가 접속되어 있어, 예를 들어 약 2.45GHz의 마이크로파를 도파관(33)에 공급한다.
또한, 플라스마 형성 유닛(3A)은, 유전체판(32)의 하면측에 플라스마 형성용 가스를 각각 공급하는 가스 토출 구멍(41)과, 가스 토출 구멍(42)을 구비하고 있다. 가스 토출 구멍(41)은, 회전 테이블(12)의 중심부측으로부터 외주부측을 향해서 플라스마 형성용 가스를 토출하고, 가스 토출 구멍(42)은, 회전 테이블(12)의 외주부측으로부터 중심측을 향해서, 예를 들어 H2(수소) 가스 및 NH3(암모니아) 가스의 혼합 가스가 토출된다. 도 1 중 43은 H2 가스의 공급원이며, 도 1 중 44는 NH3 가스의 공급원이다. 가스 토출 구멍(41) 및 가스 토출 구멍(42)은, 가스 공급 기기(45)를 구비한 배관계(40)를 통해서 H2 가스 공급원(43) 및 NH3 가스 공급원(44)에 각각 접속되어 있다.
이 플라스마 형성 유닛(3A)은, 도파관(33)에 공급된 마이크로파가 슬롯판(36)의 슬롯 구멍(36A)을 통과하여, 이 유전체판(32)의 하방에 토출된 플라스마 형성용 가스인 NH3 및 H2의 혼합 가스를 플라스마화한다.
도 1에 도시한 바와 같이 성막 장치에는, 컴퓨터로 이루어지는 제어부(10)가 설치되어 있고, 제어부(10)에는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램에 대해서는, 성막 장치의 각 부에 제어 신호를 송신해서 각 부의 동작을 제어하여, 후술하는 성막 처리가 실행되도록 스텝 군이 짜여져 있다. 구체적으로는, 회전 기구(13)에 의한 회전 테이블(12)의 회전수, 히터(15)로의 급전 등이, 프로그램에 의해 제어된다. 이 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체로부터 제어부(10)에 인스톨된다.
본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 작용에 대해서 설명한다. 먼저 6매의 웨이퍼(W)를 기판 반송 기구에 의해 회전 테이블(12)의 각 오목부(14)에 적재하고, 게이트 밸브를 폐쇄한다. 오목부(14)에 적재된 웨이퍼(W)는, 히터(15)에 의해 소정의 온도, 예를 들어 400℃로 가열된다. 계속해서 진공 배기부(50)에 의해 배기구(51)를 통해서 배기를 행하여, 진공 용기(11) 내를, 예를 들어 66.5Pa(0.5Torr) 내지 665Pa(5Torr)로 설정하고, 회전 테이블(12)을 예를 들어 10rpm 내지 30rpm으로 회전시킨다.
또한, 가스 급배기 유닛(2)에서의 내측 구역(24A)에 70sccm, 중앙 구역(24B)에 260sccm, 외측 구역(24C)에 950sccm의 유량으로 각각 DCS 가스를 공급한다. 또한, 배기구(22)로부터 배기를 개시함과 함께, 퍼지 가스 토출구(23)로부터 퍼지 가스를 토출한다.
또한, 제1 내지 제3 플라스마 형성 유닛(3A 내지 3C)에 있어서, 가스 토출 구멍(41), 가스 토출 구멍(42)으로부터 각각 소정의 유량으로 H2 가스와 NH3 가스의 혼합 가스를 토출한다. 이에 의해 제1 내지 제3 플라스마 형성 유닛(3A 내지 3C)의 하방에 H2 가스와 NH3 가스의 혼합 가스가 공급됨과 함께, 마이크로파 발생기(37)로부터 마이크로파가 공급되어, 마이크로파에 의해 H2 가스 및 NH3 가스가 플라스마화한다. 그리고, 회전 테이블(12)을 회전시켜서, 각 웨이퍼(W)를 가스 급배기 유닛(2)의 하방, 제1 내지 제3 플라스마 형성 유닛(3A 내지 3C)의 하방을 차례로 통과시킨다. 또한, 제1 및 제3 플라스마 형성 유닛(3A, 3C)은, H2 가스를 공급해서 플라스마화하고, 제2 플라스마 형성 유닛(3B)에서는, NH3 가스를 공급해서 플라스마화하는 구성이어도 된다.
임의의 웨이퍼(W)에 주목하면, 회전 테이블(12)이 회전하여, 웨이퍼(W)가 가스 급배기 유닛(2)의 하방으로 이동한다. 이때, 가스 급배기 유닛(2)의 하방에서의 퍼지 가스의 기류로 둘러싸인 영역에는, DCS 가스가 공급되어, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된다.
여기에서 도 4에 도시하는 가스 급배기 유닛(2)에 있어서, 실시 형태의 구성에 대응하는 원료 가스의 흐름에 대해서 설명하기 전에 비교 형태에서의 원료 가스의 흐름에 대해서 설명한다. 비교 형태에서는, 내측 구역(24A)의 하면 전체에 115개의 가스 토출 구멍(21)을 전체면에 균일하게 분산해서 형성하고, 또한 외측 구역(24C)의 하면 전체에 256개의 가스 토출 구멍(21)을 전체면에 균일하게 분산해서 형성하고 있다. 비교 형태에서의 성막 처리의 DCS 가스의 공급 유량에 대해서는, 실시 형태에서의 유량과 동일하게 한다. 가스 급배기 유닛(2)은, 가스 토출 영역(24)의 주위에 설치된 배기구(22)로부터의 배기를 행하고 있다. 그 때문에 회전 테이블(12)의 중심측과 외주측에서 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이 DCS 가스는, 내측(웨이퍼(W)의 회전 테이블(12)의 중심측의 주연)으로부터 외측(웨이퍼(W)의 회전 테이블(12)의 외주측의 주연)에 걸친 영역에 공급되고, 웨이퍼(W)의 중심측으로부터 주연측을 향해서, DCS 가스의 일부는 웨이퍼(W)의 내측 주연을 통해서, 또는 외측 주연을 통해서 배기구(22)로부터 배기되는 기류가 된다.
그 때문에 웨이퍼(W)의 중심부에서는, 상방으로부터 공급되는 DCS 가스가 흡착되는데, 웨이퍼(W)의 중심부보다도 주연측의 부위에서는, 당해 부위의 상방으로부터 공급되는 DCS 가스 외에도, 웨이퍼(W)의 중심부측으로부터 흘러 오는 DCS 가스에 의해 막 두께가 두꺼워진다. 한편, 웨이퍼(W)의 주연 부근에서는, 웨이퍼(W)에 형성된 베벨과 웨이퍼(W)와 오목부(14)와의 약간의 간극에 의해 DCS 가스의 소비량이 많아짐과 함께, DCS 가스가 배기구(22)에 인입되기 때문에, 주위의 DCS 가스의 농도가 낮아진다. 그 때문에 이들의 작용이 합쳐져서, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)에서의 내측의 주연부로부터 약 50mm 부근의 부위 및 웨이퍼(W)에서의 외측의 주연부로부터 약 50mm 부근의 부위에서 막 두께가 두꺼워지고, 웨이퍼(W)에서의 내측의 주연부 및 외측의 주연부를 향해서 서서히 막 두께가 얇아진다. 그리고, 웨이퍼(W)의 내측 주연부와, 외측 주연부에서 성막되는 막 두께가 극단적으로 낮아지는 경향이 있다.
본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치는, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이 가스 급배기 유닛(2)에 설정한 내측 구역(24A)에 있어서, 회전 테이블(12)의 중심측의 내측 테두리부 영역(I)으로부터만 가스를 토출하도록 구성하고 있다. 또한, 외측 구역(24C)에 있어서, 회전 테이블(12)의 외주측의 외측 테두리부 영역(O)으로부터만 가스를 토출하도록 구성하고 있다. 그 때문에 웨이퍼(W)에서의 회전 테이블(12)의 내측의 주연부보다도 웨이퍼(W)의 중심에 가까운 부위와, 외측의 주연부보다도 웨이퍼(W)의 중심에 가까운 부위에서, 상방에 가스 토출 구멍(21)이 형성되어 있지 않기 때문에 가스의 공급량이 적어진다. 따라서, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)에서의 회전 테이블(12)의 내측의 주연부와, 외측의 주연부의 막 두께가 두꺼워지는 것이 억제되어, 웨이퍼(W)의 막 두께의 면내 균일성이 양호해진다.
또한, 중앙 구역(24B)에 공급하는 DCS 가스의 유량을 260sccm으로 설정하고 있는 것에 반해, 내측 구역(24A)에 공급하는 DCS 가스의 유량을 50sccm 내지 100sccm, 예를 들어 70sccm으로 하고 있다. 중앙 구역(24B)에 형성한 가스 토출 구멍(21)의 수를 632개로 하고 있는 것에 반해, 내측 구역(24A)은, 가스 토출 구멍(21)이 9개로 적다. 그 때문에 내측 구역(24A)으로부터 토출되는 가스의 유속은, 중앙 구역(24B)으로부터 토출되는 DCS 가스의 유속보다도 2배 이상의 속도가 된다. 또한, 외측 구역(24C)으로부터 공급하는 DCS 가스의 유량을 900sccm 내지 1000sccm, 예를 들어 950sccm으로 하고 있다. 외측 구역(24C)도, 가스 토출 구멍(21)의 수를 21개로 적게 하고 있다. 그 때문에 외측 구역(24C)으로부터 토출되는 가스의 유속은, 중앙 구역(24B)으로부터 토출되는 DCS 가스의 유속보다도 2배 이상의 속도가 된다. 그 때문에 웨이퍼(W)에서의 회전 테이블(12)의 내측의 주연부와, 외측의 주연부에서 공급되는 가스의 유속이 빨라지기 때문에, 웨이퍼(W)에 흡착되는 DCS 가스의 양이 증가하여, 성막되는 막 두께의 저하가 억제된다.
그 후 DCS 가스가 흡착된 웨이퍼(W)는, 회전 테이블(12)의 회전에 의해 플라스마 형성 영역(P1 내지 P3)을 차례로 통과하여, NH3 가스로부터 발생한 N(질소)을 포함하는 라디칼 등의 활성종이 각 웨이퍼(W)의 표면에 공급된다. 이에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 실리콘 질화막의 시드층이 형성된다. 또한, 그 후 회전 테이블(12)의 회전을 계속함으로써, 웨이퍼(W)는, 가스 급배기 유닛(2)의 하방, 플라스마 형성 영역(P1 내지 P3)을 차례로 반복해서 통과한다. 이에 의해 SiN이 서서히 적층되어, SiN막의 막 두께가 소정의 막 두께에 달한다.
상술한 실시 형태에 의하면, 웨이퍼(W)의 이동 영역을 회전 테이블(12)의 직경 방향에 걸치도록 가스를 공급하고, 가스 토출 영역(24)의 주위를 둘러싸도록 배기구(22)를 설치한 가스 급배기 유닛(2)에 있어서, 가스 토출 영역(24)을 회전 테이블(12)의 직경 방향을 따라서 3개 이상으로 구획하고 있다. 그리고, 가스 토출 영역(24) 중, 내측 구역(24A)에서는, 웨이퍼(W)의 통과 영역의 내측의 주연(내측 테두리부로부터 회전 테이블(12)의 외주 방향으로 15mm의 영역)에 대향하는 영역에 가스 토출 구멍(21)을 형성하고, 외측 구역(24C)에서는, 웨이퍼(W)의 통과 영역의 외측의 주연(외측 테두리부로부터 회전 테이블(12)의 중심 방향으로 10mm의 영역)에 가스 토출 구멍(21)을 형성하고 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 통과 영역의 테두리부에 공급하는 가스의 공급량을 많게 할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 주연에서의 막 두께의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 외측 구역(24C)으로부터 토출하는 DCS 가스의 유속을 중앙 구역(24B)으로부터 토출하는 DCS 가스의 유속보다도 크게 설정하고, 내측 구역(24A)으로부터 토출하는 DCS 가스의 유속을 중앙 구역(24B)으로부터 토출하는 DCS 가스의 유속보다도 크게 설정하고 있다. 이에 의해 웨이퍼(W)의 내측의 주연의 부위 및 외측의 주연의 부위에서 DCS 가스가 빠른 유속으로 공급되기 때문에, 웨이퍼(W)의 내측의 주연 및 외측의 주연에서의 막 두께의 감소를 억제할 수 있다.
이때의 외측 구역(24C)으로부터 토출하는 DCS 가스의 유속은, 중앙 구역(24B)으로부터 토출하는 DCS 가스의 유속의 2배 이상의 유속인 것이 바람직하다. 또한, 내측 구역(24A)으로부터 토출하는 DCS 가스의 유속은, 중앙 구역(24B)으로부터 토출하는 DCS 가스의 유속의 2배 이상의 유속인 것이 바람직하다.
또한, 외측 구역(24C)에서의 가스 토출 구멍(21)의 평균 배열 밀도가 중앙 구역(24B)에서의 가스 토출 구멍(21)의 평균 배열 밀도보다도 작게 설정되고, 내측 구역(24A)에서의 가스 토출 구멍(21)의 평균 배열 밀도가 중앙 구역(24B)에서의 가스 토출 구멍(21)의 평균 배열 밀도보다도 작게 설정되어 있다. 이에 의해 외측 구역(24C) 및 내측 구역(24A)의 각각으로부터 토출하는 DCS 가스의 유속을 중앙 구역(24B)으로부터 토출하는 DCS 가스의 유속보다도 크게 설정한 경우와 마찬가지로, 웨이퍼(W)의 내측의 주연에 가까운 부위 및 외측의 주연에 가까운 부위에서 DCS 가스의 토출량이 지나치게 많아지지 않아, 막 두께가 두꺼워지는 것이 억제된다. 이때 외측 구역(24C)에서의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도는, 중앙 구역(24B)에서의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도의 5분의 1 이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 내측 구역(24A)에서의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도는, 중앙 구역(24B)에서의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도의 5분의 1 이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 바와 같이 내측 구역(24A)에서는, 웨이퍼(W)의 통과 영역에서의 내측의 테두리부(내측 테두리와 당해 내측 테두리로부터 회전 테이블(12)의 외측으로 15mm 이격된 위치와의 사이의 영역)에 대향하는 내측 테두리부 영역(I)에 가스 토출 구멍(21)을 형성하고, 당해 내측 테두리부 영역(I)으로부터 벗어난 영역에는, 가스 토출 구멍(21)을 형성하고 있지 않다. 그러나, 내측 구역(24A)에 있어서, 내측 테두리부 영역(I)의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도(DI1)가, 당해 내측 테두리부 영역(I)으로부터 벗어난(외측으로 벗어난) 영역의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도(DI2)보다도 크면, 상기 내측 테두리부 영역(I)으로부터 벗어난 영역에 가스 토출 구멍(21)을 형성해도 된다. 가스 토출 구멍(21)을 이렇게 형성함으로써, 웨이퍼(W)에서의 웨이퍼(W)의 통과 영역의 내주에 가까운 영역에서 막 두께가 너무 두꺼워지는 것을 억제할 수 있다. 이때 내측 구역(24A)에 있어서 테두리부 영역으로부터 벗어난 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도(DI2)는, 내측 테두리부 영역(I)의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도(DI1)의 5분의 1 이하인 것이 바람직하다.
또한, 외측 구역(24C)에서도, 웨이퍼(W)의 통과 영역에서의 외측의 테두리부(외측 테두리부와 당해 외측 테두리로부터 회전 테이블(12)의 중심측으로 10mm 이격된 위치와의 사이의 영역)에 대향하는 외측 테두리부 영역(O)의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도(DO1)를, 당해 외측 테두리부 영역(O)으로부터 벗어난 영역(내측으로 벗어난 영역)의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도(DO2)보다도 크게 하면, 상기 외측 테두리부 영역(O)으로부터 벗어난 영역에 가스 토출 구멍(21)을 형성해도 된다. 가스 토출 구멍(21)을 이렇게 형성함으로써, 웨이퍼(W)에서의 웨이퍼(W)의 통과 영역의 외주에 가까운 영역에서 막 두께가 너무 두꺼워지는 것을 억제할 수 있다. 이때 외측 구역(24C)에 있어서, 외측 테두리부 영역(O)으로부터 벗어난 영역의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도(DO2)가 외측 테두리부 영역(O)의 가스 토출 구멍(21)의 배열 밀도(DO1)의 5분의 1 이하인 것이 바람직하다.
또한, 가스 토출 영역(24)을 구획했을 때 각 구역의 경계선에 간극이 생겨버리고, 당해 간극 부분은 가스를 토출할 수 없기 때문에 간극 부분의 하방을 통과하는 웨이퍼(W)의 부위의 막 두께가 낮아지는 경우가 있다. 그리고, 회전 테이블(12)의 직경 방향으로 구획한 가스 토출 영역(24)의 하방을 웨이퍼가 통과했을 때, 웨이퍼(W)가 이동하는 방향과, 각각의 구역을 구획하는 간극과의 방향이 가까울 경우에는, 웨이퍼(W)가 가스 토출 영역(24)의 하방을 이동했을 때 웨이퍼(W)의 동일한 장소가 간극의 하방에 반복해서 위치하게 되어, 부분적으로 막 두께가 낮아진다.
상술한 실시 형태에서는, 가스 토출 영역(24)은, 내측 구역(24A), 중앙 구역(24) 및 외측 구역(24C)이 가스 토출 영역(24)에서의 회전 테이블(12)의 회전 방향의 상류측의 단부를 지나는 회전 테이블(12)의 직경과 직교하는 선(L1)에 대하여, 회전 테이블(12)의 회전 방향의 하류측을 향해서 회전 테이블(12)의 내주 방향으로 10° 경사진 선(L2)을 따라 각각 구획되어 있다. 그 때문에 웨이퍼(W)가 이동하는 방향과, 각각의 구역을 구획하는 간극과의 방향이 이격되기 때문에, 웨이퍼(W)에서의 부분적인 막 두께의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 가스 토출 영역(24)을 회전 테이블(12)의 직경 방향으로 구획함에 있어서는, 3개 이상의 구역으로 구획되어 있어도 된다.
<검증 시험 1>
본 발명의 효과를 검증하기 위해서 이하의 시험을 행하였다. 우선, 내측 구역(24A)에서의 가스 토출 구멍(21)의 수 및 분포 영역과, 내측 구역(24A)에 공급하는 가스의 유량에 의한 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 막 두께 분포에 대해서 조사하였다.
[검증 시험 1-1]
도 3, 도 4에 도시하는 가스 급배기 유닛(2)에 있어서 외측 구역(24C)의 가스 토출 구멍(21)의 수를 「256」개로 설정하고, 외측 구역(24C)의 하면 전체에 분포시켰다. 또한, 내측 구역(24A)의 가스 토출 구멍(21)의 수를 「124」개로 설정하고, 하면 전체에 분포시킴과 함께, 중앙 구역(24B)의 가스 토출 구멍(21)의 수를 「632」개로 설정해서 하면 전체에 분포시켰다. 이 가스 급배기 유닛(2)을 실시 형태에 나타내는 성막 장치에 사용하여, 실시 형태에 나타낸 성막 방법에 따라 웨이퍼(W)에 SiN막을 성막하였다. 또한, SiN막을 성막함에 있어서, 가스 급배기 유닛(2)에서의 가스의 공급량은, 외측 구역(24C)에 공급하는 DCS 가스의 유량을 950sccm, 중앙 구역(24B)에 공급하는 DCS 가스의 유량을 260sccm으로 설정하였다. 그리고, 내측 구역(24A)에 공급하는 DCS 가스의 유량을 50sccm, 90sccm 및 150sccm의 3가지로 설정하여, 실시 형태의 성막 방법에 따라 웨이퍼(W)에 SiN막을 성막하고, 내측 구역(24A)의 각 유량마다, 웨이퍼(W)의 중심을 지나서 회전 테이블(12)의 직경 방향으로 신장되는 축(Y축)을 따른 SiN막의 막 두께 분포를 측정하였다.
[검증 시험 1-2]
내측 구역(24A)의 가스 토출 구멍(21)의 수를 「35」개로 설정하고, 가스 토출 구멍(21)을 내측 구역(24A)의 저면에서의 회전 테이블(12)의 중심측의 영역에 형성한 것을 제외하고, 검증 시험 1-1과 마찬가지로 설정해서 웨이퍼(W)에 SiN막을 성막한 예를 검증 시험 1-2로 하였다. 도 7 중의 사선 영역은, 검증 시험 1-2에서의 하방측에서 본 가스 토출 영역(24)에서의 가스 토출 구멍(21)의 배열 영역을 나타낸다. 즉, 검증 시험 1-2에서는, 내측 테두리부 영역(I)의 배열 밀도(DI1)가 내측 테두리부 영역(I)으로부터 벗어난 영역의 배열 밀도(DI2)보다도 크게 되어 있다.
[검증 시험 1-3]
내측 구역(24A)의 가스 토출 구멍(21)의 수를 9개로 설정하고, 가스 토출 구멍(21)을 내측 구역(24A)의 저면에서의 회전 테이블(12)의 중심측의 영역에 형성한 것을 제외하고, 검증 시험 1-1과 마찬가지로 설정해서 웨이퍼(W)에 SiN막을 성막한 예를 검증 시험 1-3으로 하였다. 도 8 중의 사선 영역은, 검증 시험 1-3에서의 하방측에서 본 가스 토출 영역(24)에서의 가스 토출 구멍(21)의 배열 영역을 나타낸다. 즉, 검증 시험 1-3에서는, 내측 테두리부 영역(I)에만 가스 토출 구멍(21)을 형성하고, 내측 테두리부 영역(I)으로부터 벗어난 영역의 배열 밀도(DI2)를 0으로 설정하고 있다.
도 9 내지 11은 각각 내측 구역(24A)의 DCS 가스의 유량을 50sccm, 90sccm 및 150sccm으로 설정했을 때의 각 웨이퍼(W) 상의 SiN막의 Y축 상의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다. 도 9 내지 도 11 중의 횡축은, 회전 테이블(12)의 직경 방향을 따른 웨이퍼(W) 상의 위치를 나타내고, 웨이퍼(W)의 중심부를 원점(0), 회전 테이블(12)의 중심측을 +의 값, 회전 테이블(12)의 외주측을 -의 값으로 나타내고 있다. 또한, 종축은 표준 막 두께이다. 또한, 표준 막 두께란, 웨이퍼(W)의 중심부에서의 막 두께를 1로 하고, 각 지점의 막 두께를 백분율로 나타낸 값이다. 또한, 도 12는, 검증 시험 1-1 내지 1-3에서의 내측 구역(24A)에 공급하는 DCS 가스의 유량과 당해 유량으로 설정했을 때의 성막 후의 웨이퍼(W)에서의 가장 막 두께가 두꺼운 부위에서의 막 두께와, 가장 막 두께가 얇은 부위에서의 막 두께와의 차분값을 나타낸다. 또한, 검증 시험 1-3에서는, 내측 구역(24A)에 공급하는 DCS 가스의 유량을 70sccm으로 설정한 경우의 성막 후의 웨이퍼(W)에서의 차분값의 값도 추가하였다.
도 9에 도시하는 바와 같이 검증 시험 1-1의 웨이퍼(W)는, 회전 테이블(12)의 중심에 가까운 주연의 부위의 막 두께가 얇아지는 경향이 있다. 또한, 내측 구역(24A)에 공급하는 DCS 가스의 유량이 적어짐에 따라, 회전 테이블(12)의 중심에 가까운 주연의 막 두께가 얇아지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 10, 도 11에 도시하는 바와 같이 검증 시험 1-2, 검증 시험 1-3의 순서대로 웨이퍼(W)의 회전 테이블(12)의 중심에 가까운 주연부의 막 두께가 두꺼워지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 9 내지 도 11에 도시하는 바와 같이 내측 구역(24A)에 공급하는 DCS 가스의 유량에 의해, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 웨이퍼(W)의 회전 테이블(12)의 중심측으로 100mm 내지 150mm의 영역의 막 두께는 크게 변화한다. 또한, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 회전 테이블(12)의 중심측으로 150mm의 지점의 막 두께는, 검증 시험 1-1, 검증 시험 1-2, 검증 시험 1-3의 순서대로 두꺼워지는 것을 알 수 있다. 그리고, 내측 구역(24A)에 공급하는 DCS 가스의 유량이 90sccm 이상인 경우에는, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 웨이퍼(W)의 회전 테이블(12)의 중심측으로 100mm 내지 150mm의 영역의 막 두께가 너무 두꺼워지는 것을 알 수 있다. 그리고, 도 12에 도시하는 바와 같이 검증 시험 1-3에서의, 내측 구역(24A)에 공급하는 DCS 가스의 유량을 50sccm으로 했을 경우에 있어서 가장 막 두께의 면내 균일성이 양호해진 것을 알 수 있다.
이 결과에 의하면, 내측 구역(24A)에서의 웨이퍼(W)의 회전 테이블(12)의 중심측의 주연에 가스를 토출하는 가스 토출 구멍(21)을 제외한 가스 토출 구멍(21)을 막음으로써 웨이퍼(W)의 회전 테이블(12)의 중심측의 주연의 막 두께를 두껍게 할 수 있다고 할 수 있다. 또한, 내측 구역(24A)에서의 회전 테이블(12)의 중심측에만 가스 토출 구멍(21)을 형성하고, 내측 구역(24A)에 공급하는 DCS 가스의 유량을 90sccm 이하로 설정함으로써, 웨이퍼(W)의 회전 테이블(12)의 중심에 가까운 영역의 막 두께의 균일성이 양호해진다고 할 수 있다.
<검증 시험 2>
계속해서 외측 구역(24C)에서의 가스 토출 구멍(21)의 수 및 분포 영역과, 외측 구역(24C)에 공급하는 가스의 유량에 의한 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 막 두께 분포와의 관련에 대해서 조사하였다.
[검증 시험 2-1]
내측 구역(24A)에 공급하는 DCS 가스의 유량을 70sccm으로 설정한 것을 제외하고 검증 시험 1-3과 마찬가지로 처리한 예(내측 구역(24A)의 가스 토출 구멍(21)의 수: 9개, 중앙 구역(24B)의 가스 토출 구멍(21)의 수: 632개, 외측 구역(24C)의 가스 토출 구멍(21)의 수: 256개)를 검증 시험 2-1로 하였다. 또한, 검증 시험 2-1에서는, 외측 구역(24C)에 공급하는 DCS 가스의 유량을 950sccm, 900sccm, 840sccm의 3가지의 유량으로 설정하여, 각각의 조건 하에서 웨이퍼(W)에 성막하였다.
[검증 시험 2-2]
외측 구역(24C)의 가스 토출 구멍(21)의 수를 「204」개로 설정하고, 가스 토출 구멍(21)을, 외측 구역(24C)의 회전 테이블(12)의 외주에 가까운 영역에 형성한 것을 제외하고 검증 시험 2-1과 마찬가지로 설정한 예를 검증 시험 2-2로 하였다. 도 13 중의 사선 영역은, 검증 시험 2-2에서의 하방측에서 본 가스 토출 영역(24)에서의 가스 토출 구멍(21)의 배열 영역을 나타낸다. 즉, 검증 시험 2-2에서는, 외측 테두리부 영역(O)의 배열 밀도(DO1)가 외측 테두리부 영역(O)으로부터 벗어난 영역의 배열 밀도(DO2)보다도 크게 되어 있다. 검증 시험 2-2에서는, 외측 구역(24C)에 공급하는 DCS 가스의 유량을 950sccm, 840sccm의 2가지의 유량으로 설정하여, 각각 웨이퍼(W)에 성막하였다.
[검증 시험 2-3]
외측 구역(24C)의 토출 구멍(21)의 수를 「21」개로 설정하고, 외측 구역(24C)의 저면에서의 성막 장치의 주연에 가까운 부위에 형성한 것을 제외하고 검증 시험 2-1과 마찬가지로 설정한 예를 검증 시험 2-3으로 하였다. 도 14 중의 사선 영역은, 검증 시험 2-3에서의 하방측에서 본 가스 토출 영역(24)에서의 가스 토출 구멍(21)의 배열 영역을 나타낸다. 즉, 검증 시험 2-3에서는, 외측 테두리부 영역(O)에만 가스 토출 구멍(21)을 형성하고, 외측 테두리부 영역(O)으로부터 벗어난 영역의 배열 밀도(DO2)를 0으로 설정하고 있다. 검증 시험 2-3에서는, 외측 구역(24C)에 공급하는 DCS 가스의 유량을 950sccm, 920sccm, 900sccm, 870sccm, 840sccm의 5가지로 설정하여, 각각 웨이퍼(W)에 성막하였다.
도 15 내지 도 17은 각각 검증 시험 2-1 내지 2-3에서 각 웨이퍼(W)에 성막된 SiN막의 Y축 상의 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다. 도 15 내지 도 17 중의 횡축은, 회전 테이블(12)의 직경 방향을 따른 웨이퍼(W) 상의 위치를 나타내고, 웨이퍼(W)의 중심부를 원점(0), 회전 테이블(12)의 중심측을 +의 값, 회전 테이블(12)의 외주측을 -의 값으로 나타내고 있다. 또한, 종축은 막 두께(Å)를 나타낸다.
도 15, 도 16에 도시하는 바와 같이 검증 시험 2-1, 검증 시험 2-2의 웨이퍼(W)는, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 회전 테이블(12)의 외주를 향해서 100 내지 150mm의 위치의 영역의 막 두께가 얇아지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, DCS 가스의 공급량이 바뀌어도 막 두께 분포는 거의 변함없는 것을 알 수 있다.
또한, 도 17에 도시하는 바와 같이 검증 시험 2-3에서는, 외측 구역(24C)에 공급하는 DCS 가스의 유량을 950sccm으로 설정했을 때는, 검증 시험 2-1, 검증 시험 2-2와 비교해서 웨이퍼(W)의 중심으로부터 회전 테이블(12)의 외주를 향해서 100 내지 150mm의 위치의 영역의 막 두께가 두꺼워져 있는 것을 알 수 있다.
이 결과에 의하면, 외측 구역(24C)의 가스 토출 구멍(21)의 수를 적게 하고, 가스 토출 구멍(21)을 회전 테이블(12)의 외주 근방의 위치에 형성함으로써, 웨이퍼(W)의 회전 테이블(12)의 외주 근방 주연의 막 두께를 두껍게 할 수 있다고 할 수 있다.
또한, DCS 가스의 공급량을 840sccm으로 설정했을 때는, 검증 시험 2-1, 검증 시험 2-2와 비교해서 웨이퍼(W)의 중심으로부터 회전 테이블(12)의 외주를 향해서 100 내지 150mm의 위치의 영역의 막 두께가 얇아져 있다. 이것은, 외측 구역(24C)에서의 회전 테이블(12)의 중심측의 영역에는 가스 토출 구멍(21)이 없기 때문에, 웨이퍼(W)의 회전 테이블(12)의 외주 근방 주연에 웨이퍼(W)의 중심측으로부터 흘러 오는 가스의 유량이 적어지기 때문이라고 추측된다.
2 : 가스 급배기 유닛 11 : 진공 용기
12 : 회전 테이블 21 : 가스 토출 구멍
22 : 배기구 23 : 퍼지 가스 토출구
24 : 가스 토출 영역 24A : 내측 구역
24B : 중앙 구역 24C : 외측 구역
41, 42 : 가스 공급부 51 : 배기구
I : 내측 테두리부 영역 O : 외측 테두리부 영역

Claims (6)

  1. 진공 용기 내에서 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 차례로 공급하는 사이클을 복수회 행하여 기판에 성막 처리를 행하는 성막 장치에 있어서,
    기판을 적재하는 기판 적재 영역이 그의 일면측에 형성되고, 상기 진공 용기 내에서 상기 기판 적재 영역을 공전시키기 위한 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블에 대향하는 대향면에, 서로 구멍 직경이 고르게 되어 있는 제1 가스의 가스 토출 구멍이 복수 형성된 가스 토출부 및 당해 가스 토출부를 둘러싸는 배기구 및 당해 배기구를 둘러싸는 퍼지 가스의 토출구를 포함하는 제1 가스 공급부와,
    상기 제1 가스 공급부에 대하여 상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 이격되어 형성된 영역에 제2 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급부와,
    상기 진공 용기 내를 진공 배기하기 위한 배기구를 포함하고,
    상기 가스 토출부는, 회전 테이블의 직경 방향으로 분할되어, 각각 독립해서 제1 가스가 공급되는 3개 이상의 가스 토출 영역을 포함하고,
    상기 회전 테이블의 중심측을 내측, 외주측을 외측이라고 정의하면,
    가장 외측에 위치하는 가스 토출 영역에서, 기판의 통과 영역의 외측 테두리부에 대향하는 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도(DO1)는, 상기 외측 테두리부에 대향하는 영역으로부터 내측에 가깝게 벗어난 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도(DO2)보다도 크게 설정되고,
    가장 내측에 위치하는 가스 토출 영역에서, 기판의 통과 영역의 내측 테두리부에 대향하는 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도(DI1)는, 상기 내측 테두리부에 대향하는 영역으로부터 외측에 가깝게 벗어난 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도(DI2)보다도 크게 설정되어 있는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    가장 외측에 위치하는 가스 토출 영역으로부터 토출되는 제1 가스의 유속은, 상기 가장 외측에 위치하는 가스 토출 영역에 인접하는 가스 토출 영역으로부터 토출되는 제1 가스의 유속보다도 크게 설정되고,
    가장 내측에 위치하는 가스 토출 영역으로부터 토출되는 제1 가스의 유속은, 상기 가장 내측에 위치하는 가스 토출 영역에 인접하는 가스 토출 영역으로부터 토출되는 제1 가스의 유속보다도 크게 설정되어 있는 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    가장 외측에 위치하는 가스 토출 영역으로부터 토출되는 제1 가스의 유속은, 상기 가장 외측에 위치하는 가스 토출 영역에 인접하는 가스 토출 영역으로부터 토출되는 제1 가스의 유속의 2배 이상이며,
    가장 내측에 위치하는 가스 토출 영역으로부터 토출되는 제1 가스의 유속은, 상기 가장 내측에 위치하는 가스 토출 영역에 인접하는 가스 토출 영역으로부터 토출되는 제1 가스의 유속의 2배 이상인 성막 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가장 외측에 위치하는 가스 토출 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도는, 상기 가장 외측에 위치하는 가스 토출 영역에 인접하는 가스 토출 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도보다도 작고,
    상기 가장 내측에 위치하는 가스 토출 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도는, 상기 가장 내측에 위치하는 가스 토출 영역에 인접하는 가스 토출 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도보다도 작은 성막 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가장 외측에 위치하는 가스 토출 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도는, 상기 가장 외측에 위치하는 가스 토출 영역에 인접하는 가스 토출 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도의 5분의 1 이하이고,
    상기 가장 내측에 위치하는 가스 토출 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도는, 상기 가장 내측에 위치하는 가스 토출 영역에 인접하는 가스 토출 영역의 가스 토출 구멍의 배열 밀도의 5분의 1 이하인 성막 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배열 밀도(DO2)는, 상기 배열 밀도(DO1)의 5분의 1 이하이고,
    상기 배열 밀도(DI2)는, 상기 배열 밀도(DI1)의 5분의 1 이하인 성막 장치.
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