KR20190075801A - 성막 방법 - Google Patents

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Abstract

기판의 온도가 목표 온도에 도달하는 시간을 단축하여 생산성을 높여 어닐 처리를 행할 수 있는 성막 방법을 제공한다.
승강 가능한 회전 테이블(2)과, 회전 테이블의 하방의 히터 유닛(7)과, 제1 가스 공급부를 갖는 제1 처리 영역(P1)과, 제2 가스 공급부를 갖는 제2 처리 영역(P2)과, 분리 가스 공급부를 갖는 분리 영역(D)을 구비하는 성막 장치를 사용하여, 복수의 기판 상에 성막하는 성막 방법이며, 회전 테이블이 상승한 상태에서, 제1 가스 공급부로부터 제1 반응 가스를, 제2 가스 공급부로부터 제2 반응 가스를, 분리 가스 공급부로부터 분리 가스를 공급하여 행하는 성막 공정과, 성막 공정의 적어도 전 또는 후에 회전 테이블이 하강한 상태에서, 제1 가스 공급부로부터 분리 가스 또는 제2 반응 가스를, 제2 가스 공급부로부터 분리 가스 또는 제2 반응 가스를, 분리 가스 공급부로부터 분리 가스를 공급하여 행하는 어닐 공정을 포함한다.

Description

성막 방법{FILM FORMING METHOD}
본 발명은, 성막 방법에 관한 것이다.
반도체 집적 회로(IC, Integrated Circuit)의 제조 프로세스에는, 반도체 기판(이하, 「기판」 혹은 「웨이퍼」라고 함) 상에 박막을 성막하는 공정이 있다. 이 공정에 대해서는, IC의 더 한층의 미세화의 관점에서, 웨이퍼면 내에 있어서의 균일성의 향상이 요구되고 있다. 이러한 요망에 부응하는 성막 방법으로서, 원자층 성막(ALD, Atomic Layer Deposition)법 또는 분자층 성막(MLD, Molecular Layer Deposition)법이라고 불리는 성막 방법이 기대되고 있다. ALD법에서는, 서로 반응하는 2종류의 반응 가스 중 한쪽의 반응 가스(반응 가스 A)를 웨이퍼 표면에 흡착시키고, 흡착된 반응 가스 A를 다른 쪽의 반응 가스(반응 가스 B)로 반응시키는 사이클을 반복함으로써, 반응 생성물에 의한 박막이 웨이퍼 표면에 성막된다. ALD법은, 웨이퍼 표면에 대한 반응 가스의 흡착을 이용하기 때문에, 막 두께 균일성 및 막 두께 제어성이 우수하다고 하는 이점을 갖고 있다.
ALD법을 실시하는 성막 장치로서, 이른바 회전 테이블식 성막 장치가 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이 성막 장치는, 진공 용기 내에 회전 가능하게 배치되고, 복수의 웨이퍼가 적재되는 회전 테이블과, 회전 테이블의 상방에 구획되는 반응 가스 A의 공급 영역과 반응 가스 B의 공급 영역을 분리하는 분리 영역과, 반응 가스 A 및 반응 가스 B의 공급 영역에 대응하여 설치되는 배기구와, 이들 배기구에 접속되는 배기 장치를 갖고 있다. 이러한 성막 장치에 있어서는, 회전 테이블이 회전함으로써, 반응 가스 A의 공급 영역, 분리 영역, 반응 가스 B의 공급 영역 및 분리 영역을 웨이퍼가 통과하게 된다. 이에 의해, 반응 가스 A의 공급 영역에 있어서 웨이퍼 표면에 반응 가스 A가 흡착되고, 반응 가스 B의 공급 영역에 있어서 반응 가스 A와 반응 가스 B가 웨이퍼 표면에서 반응한다. 이 때문에, 성막 중에는 반응 가스 A 및 반응 가스 B를 전환할 필요는 없고, 계속해서 공급할 수 있다. 따라서, 배기/퍼지 공정이 불필요해져, 성막 시간을 단축시킬 수 있다고 하는 이점이 있다.
이러한 특허문헌 1에 기재된 회전 테이블식 성막 장치를 사용하여 소정의 원소를 포함하는 산화막을 성막하는 경우, 반응 가스 A를 상술한 소정의 원소를 포함하는 반응 가스(예를 들어, 실리콘을 포함하는 실리콘계 가스 등)로 하고, 반응 가스 B를 오존 등의 산화 가스로 하면, 소정의 원소를 포함하는 산화막을 성막할 수 있다. 이 경우, 소정의 원소를 포함하는 가스(반응 가스 A)가 먼저 웨이퍼의 표면에 흡착되고, 그 상태에서 산화 가스(반응 가스 B)가 공급되고, 웨이퍼의 표면 상에서 반응 가스 A와 반응 가스 B가 반응하여, 소정의 원소를 포함하는 산화막(예를 들어, 실리콘 산화막)의 분자층이 형성된다. 이와 같이, 소정의 원소를 포함하는 반응 가스가 먼저 웨이퍼의 표면 상에 흡착되고, 이어서 웨이퍼 표면 상에서 산화 가스와 반응함으로써, 소정의 원소를 포함하는 산화막이 웨이퍼의 표면 상에 성막된다.
또한, 반응 가스 A를 상술한 소정의 원소를 포함하는 반응 가스(예를 들어, 실리콘을 포함하는 실리콘계 가스 등)로 하고, 반응 가스 B를 암모니아 등의 질화 가스로 하면, 소정의 원소를 포함하는 질화막(예를 들어, 실리콘 질화막)을 성막할 수 있다.
여기서, 상술한 회전 테이블식 성막 장치를 사용하여, 상술한 바와 같은 성막 방법으로 소정의 원소를 포함하는 산화막을 복수의 웨이퍼 표면 상에 성막하는 경우, 웨이퍼가 복수 매 회전 테이블의 주위 방향을 따라 배치되어 있기 때문에, 실리콘 등의 소정의 원소를 함유하는 반응 가스 A와, 산화 가스 혹은 질화 가스 등의 반응 가스 B를 동시에 공급하여 성막 프로세스를 개시하면, 원주 방향으로 배치된 복수의 웨이퍼 전부에 대해 반응 가스 A로부터 공급이 개시된다고는 할 수 없고, 반응 가스 A로부터 공급이 개시되는 웨이퍼와, 반응 가스 B로부터 공급이 개시되는 웨이퍼가 발생해 버린다. 그렇게 하면, 산화 또는 질화되고 나서 성막 프로세스가 개시되는 웨이퍼와, 산화 또는 질화되는 일 없이 직접 성막 프로세스가 개시되는 웨이퍼가 발생해 버려, 복수의 웨이퍼 사이에서 균일한 성막을 행할 수 없어, 웨이퍼간의 성막의 불균형이 발생해 버린다.
특허문헌 1에서는, 상기한 문제를 해결하여 복수의 웨이퍼의 모든 표면 상에 균일한 산화막 또는 질화막을 성막하기 위해, 반응 가스 A의 공급 영역에 있어서 웨이퍼 표면에 반응 가스 A가 흡착되고, 반응 가스 B의 공급 영역에 있어서 반응 가스 A와 반응 가스 B가 웨이퍼 표면에서 반응하는 성막 공정 전에 프리 플로 공정이 행해진다. 프리 플로 공정은, 예를 들어 반응 가스 A의 공급 영역과 분리 영역에서 분리 가스를 공급하고, 반응 가스 B의 공급 영역에서 반응 가스 B를 공급하여, 회전 테이블을 적어도 1회 회전시키는 공정이다. 프리 플로 공정은, 웨이퍼의 온도를 성막 공정보다 높게 하여 어닐 처리를 실시하는 것을 목적으로 하는 경우가 있고, 프리 어닐 공정이라고도 칭한다.
또한, 프리 플로 공정과 동일한 목적으로 성막 공정 후에 포스트 플로 공정이 행해진다. 포스트 플로 공정은, 프리 플로 공정과 마찬가지로 반응 가스 A의 공급 영역과 분리 영역에서 분리 가스를 공급하고, 반응 가스 B의 공급 영역에서 반응 가스 B를 공급하여, 회전 테이블을 적어도 1회 회전시키는 공정이다. 포스트 플로 공정은, 웨이퍼의 온도를 성막 공정보다 높게 설정하는 경우가 있고, 포스트 어닐 공정이라고도 칭한다.
일본 특허 공개 제2014-123675호 공보
그러나 상기한 프리 어닐 공정과 포스트 어닐 공정은, 웨이퍼의 온도를 성막 공정보다 높게 한 처리를 행하기 위해 성막 장치와는 별도의 장치를 사용하여 행하고 있어(in-situ가 아님), 웨이퍼의 반출입 등에 시간이 걸려 생산성이 낮았다. 혹은, 성막 공정과 동일한 성막 장치에 있어서(in-situ로) 웨이퍼의 온도가 성막 공정보다 높은 온도가 되도록 성막 장치의 히터 유닛의 온도 설정을 변경하고 있어, 웨이퍼의 온도가 목표 온도에 도달하는 데 시간이 걸려 생산성이 낮았다.
그래서 본 발명은, 프리 어닐 공정과 포스트 어닐 공정을 행할 때, 성막 공정과 동일한 성막 장치를 사용하여, 웨이퍼(기판)의 온도가 목표 온도에 도달하는 시간을 단축하여 생산성을 높일 수 있는 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태에 관한 성막 방법은, 챔버 내에 회전 가능하게 수용되고, 복수의 기판을 상면에 적재 가능한 적재부를 갖고, 승강 가능한 회전 테이블과,
상기 회전 테이블의 하방에 설치된 히터 유닛과,
상기 회전 테이블의 상기 상면의 상방에 있어서 구획되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면을 향해 가스를 공급하는 제1 가스 공급부를 갖는 제1 처리 영역과,
상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 상기 제1 처리 영역으로부터 이격되어 배치되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대해 가스를 공급하는 제2 가스 공급부를 갖는 제2 처리 영역과,
상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역 사이에 설치되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대해 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급부와, 당해 분리 가스 공급부로부터의 상기 분리 가스를 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역으로 유도하는 좁은 공간을 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대해 형성하는 천장면을 갖는 분리 영역을 구비하는 성막 장치를 사용하여, 상기 복수의 기판 상에 소정의 원소를 포함하는 막을 성막하는 성막 방법이며,
상기 회전 테이블이 상승한 상태에서, 상기 제1 가스 공급부로부터 상기 소정의 원소를 포함하는 제1 반응 가스를 공급하고, 상기 제2 가스 공급부로부터 제2 반응 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 소정 횟수 회전시켜, 상기 기판 상에 상기 소정의 원소를 포함하는 막을 성막하는 성막 공정과,
상기 성막 공정의 적어도 전 또는 후에 있어서, 상기 회전 테이블이 하강한 상태에서, 상기 제1 가스 공급부로부터 상기 분리 가스 또는 상기 제2 반응 가스를 공급하고, 상기 제2 가스 공급부로부터 상기 분리 가스 또는 상기 제2 반응 가스를 공급하여, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 적어도 1회 회전시키는 어닐 공정을 포함한다.
본 발명에 따르면, 프리 어닐 공정과 포스트 어닐 공정을 행할 때, 성막 공정과 동일한 성막 장치를 사용하여(in-situ로), 웨이퍼(기판)의 온도가 목표 온도에 도달하는 시간을 단축하여 생산성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구조를 도시하는 개략 상면이다.
도 4는 반응 가스 노즐 및 분리 가스 노즐을 포함하는 도 1의 성막 장치의 일부 단면도이다.
도 5는 천장면을 포함하는 도 1의 성막 장치의 다른 일부 단면이다.
도 6은 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구조를 도시하는 개략 단면도이다. 도 6의 (A)는 회전 테이블이 상승한 상태를 나타내고, 도 6의 (B)는 회전 테이블이 하강한 상태를 나타낸다.
도 7의 (A) 내지 (E)는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법의 일례의 시퀀스를, 성막 장치의 단면도를 사용하여 도시한 도면이다.
도 8의 (A) 내지 (E)는 참고 형태에 관한 성막 방법의 시퀀스를, 성막 장치의 단면도를 사용하여 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 있어서 회전 테이블을 상승시킨 상태로부터 하강시킨 상태로 이동시켰을 때의 웨이퍼 온도의 변화를 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 설명을 행한다. 또한, 첨부한 모든 도면 중, 동일 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일 또는 대응하는 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면은, 부재 혹은 부품간의 상대비를 나타내는 것을 목적으로 하지 않으며, 따라서 구체적인 치수는, 이하의 한정적이지 않은 실시 형태에 비추어, 당업자에 의해 결정되어야 할 것이다.
〔실시 형태〕
(성막 장치)
먼저, 도 1 내지 도 3을 사용하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치에 대해 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치를 도시하는 단면도이다. 도 2는, 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구조를 도시하는 사시도이다. 또한, 도 3은, 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구조를 도시하는 개략 상면이다.
도 1로부터 도 3까지를 참조하면, 실시 형태에 관한 성막 장치는, 대략 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 챔버(1)와, 이 챔버(1) 내에 설치되고, 챔버(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 챔버(1)는, 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 대해, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)(도 1)를 통해 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 갖고 있다.
회전 테이블(2)은, 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되고, 이 코어부(21)는, 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 회전 가능하게 설치되어 있다. 회전축(22)은, 챔버(1)의 저부(14)를 관통하고, 그 하단부가 회전축(22)(도 1)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(23)에 설치되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는, 상면이 개구된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 이 케이스체(20)는, 그 상면에 형성된 플랜지 부분이 챔버(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있고, 케이스체(20)의 내부 분위기가 외부 분위기로부터 격리된다.
또한, 챔버(1) 내의 외연부에는, 제1 배기구(610)가 설치되고, 배기관(630)에 연통되어 있다. 배기관(630)은, 압력 조정기(650)를 통해 진공 펌프(640)에 접속되고, 챔버(1) 내가, 제1 배기구(610)로부터 배기 가능하게 구성되어 있다.
회전 테이블(2)의 표면에는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 회전 방향(주위 방향)을 따라 복수(도시한 예에서는 5매)의 반도체 기판(이하 「기판」 혹은 「웨이퍼」라고 함)(W)을 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 마련되어 있다. 또한 도 3에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 나타낸다. 이 오목부(24)는, 웨이퍼(W)의 직경(예를 들어, 300㎜)보다 약간(예를 들어, 2㎜) 큰 내경과, 웨이퍼(W)의 두께와 거의 동등한 깊이를 갖고 있어, 웨이퍼를 적재 가능한 적재부이다. 따라서, 웨이퍼(W)를 오목부(24)에 적재하면, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역)이 동일한 높이가 된다. 오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼(W)의 이면을 지지하여 웨이퍼(W)를 승강시키기 위한 예를 들어 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(모두 도시하지 않음)이 형성되어 있다.
도 2 및 도 3은, 챔버(1) 내의 구조를 설명하는 도면이며, 설명의 편의상, 천장판(11)의 도시를 생략하고 있다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상방에는, 각각 예를 들어 석영으로 이루어지는 반응 가스 노즐(31), 반응 가스 노즐(32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)이 배치되어 있다. 도시한 예에서는, 챔버(1)의 주위 방향으로 간격을 두고, 반송구(15)(후술)로부터 시계 방향(회전 테이블(2)의 회전 방향)으로 분리 가스 노즐(41), 반응 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42) 및 반응 가스 노즐(32)의 순으로 배열되어 있다. 이들 노즐(31, 32, 41 및 42)은, 각각의 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a 및 42a)(도 3)를 용기 본체(12)의 외주벽에 고정함으로써, 챔버(1)의 외주벽으로부터 챔버(1) 내로 도입되어, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라 회전 테이블(2)에 대해 평행하게 신장되도록 설치되어 있다.
반응 가스 노즐(31)에는, 제1 반응 가스가 저류되는 제1 반응 가스 공급원이 개폐 밸브나 유량 조정기(모두 도시하지 않음)를 통해 접속되고, 반응 가스 노즐(32)에는, 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스가 저류되는 제2 반응 가스 공급원이 개폐 밸브나 유량 조정기(모두 도시하지 않음)를 통해 접속되어 있다.
여기서, 제1 반응 가스는, 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 가스인 것이 바람직하고, 산화물 또는 질화물이 되었을 때, 산화막 또는 질화막으로서 사용될 수 있는 것이 선택된다. 제2 반응 가스는, 반도체 원소 또는 금속 원소와 반응하여, 반도체 산화물 또는 반도체 질화물, 혹은 금속 산화물 또는 금속 질화물을 생성할 수 있는 산화 가스 또는 질화 가스가 선택된다. 구체적으로는, 제1 반응 가스는, 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 유기 반도체 가스 또는 유기 금속 가스인 것이 바람직하다. 또한, 제1 반응 가스로서는, 웨이퍼(W)의 표면에 대해 흡착성을 갖는 가스인 것이 바람직하다. 제2 반응 가스로서는, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착되는 제1 반응 가스와 산화 반응 또는 질화 반응이 가능하고, 반응 화합물을 웨이퍼(W)의 표면에 퇴적시킬 수 있는 산화 가스 또는 질화 가스인 것이 바람직하다.
구체적으로는, 예를 들어 제1 반응 가스는, 실리콘을 포함하는 반응 가스이며, 산화막으로서 SiO2를 형성 혹은 질화막으로서 SiN을 형성하는 디이소프로필아미노실란, 비스터셔리부틸아미노실란(BTBAS) 등의 유기 아미노실란이다. 혹은, 제1 반응 가스는, 하프늄을 포함하는 반응 가스이며, 산화막으로서 HfO를 형성하는 테트라키스디메틸아미노하프늄(이하, 「TDMAH」라고 칭함)이다. 혹은, 제1 반응 가스는, 티타늄을 포함하는 반응 가스이며, 질화막으로서 TiN을 형성하는 TiCl4 등이다. 또한, 제2 반응 가스는, 예를 들어 오존 가스(O3), 산소 가스(O2) 등의 산화 가스이다. 혹은, 제2 반응 가스는, 예를 들어 암모니아 가스(NH3) 등의 질화 가스이다.
또한, 분리 가스 노즐(41, 42)에는, Ar이나 He 등의 희가스나 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스의 공급원이 개폐 밸브나 유량 조정기(모두 도시하지 않음)를 통해 접속되어 있다. 분리 가스 노즐로부터 공급되는 불활성 가스를 분리 가스라고도 한다. 실시 형태에 있어서는, 불활성 가스로서 예를 들어 N2 가스가 사용된다.
또한, 반응 가스 노즐(31)에는, 제1 반응 가스 공급원 외에, 제2 반응 가스 공급원, Ar이나 He 등의 희가스나 질소(N2) 가스 등의 분리 가스로서도 사용되는 불활성 가스의 공급원이 접속되어, 전환부(도시하지 않음)의 동작에 의해 어느 가스를 공급할지 전환 가능하게 설치되어 있다. 반응 가스 노즐(32)에는, 제2 반응 가스 공급원 외에, 제1 반응 가스 공급원, 분리 가스로서도 사용되는 불활성 가스의 공급원이 접속되어, 전환부(도시하지 않음)의 동작에 의해 어느 가스를 공급할지 전환 가능하게 설치되어 있다.
도 4는, 반응 가스 노즐(31, 32) 및 분리 가스 노즐(42)을 포함하는 도 1의 성막 장치의 일부 단면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 반응 가스 노즐(31, 32)에는, 회전 테이블(2)을 향해 하방으로 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(33)이 반응 가스 노즐(31, 32)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 반응 가스 노즐(31)의 하방에 구획된 영역은, 제1 반응 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)이 된다. 반응 가스 노즐(32)의 하방에 구획되어 영역은, 제1 처리 영역(P1)에 있어서 웨이퍼(W)에 흡착된 제1 반응 가스를 산화 또는 질화시키는 제2 처리 영역(P2)이 된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 챔버(1) 내에는 2개의 볼록 형상부(4)가, 후술하는 바와 같이, 회전 테이블(2)을 향해 돌출되도록 천장판(11)의 이면에 설치되어 있다. 볼록 형상부(4)는, 분리 가스 노즐(41, 42)과 함께 분리 영역(D)을 구성한다. 분리 가스 노즐(41, 42)의 하방 영역은, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)을 분리하고, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스의 혼합을 방지하는 분리 영역(D)이 된다. 볼록 형상부(4)는, 정상부가 원호 형상으로 절단된 대략 부채형의 평면 형상을 갖고, 실시 형태에 있어서는, 내원호가 돌출부(5)(후술)에 연결되고, 외원호가 챔버(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다.
도 4는, 반응 가스 노즐(31)로부터 반응 가스 노즐(32)까지 회전 테이블(2)의 동심원을 따른 챔버(1)의 단면을 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(4)는, 천장판(11)의 이면에 설치되어 있다. 이 때문에, 챔버(1) 내에는, 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 주위 방향 양측에 위치하는, 천장면(44)보다 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 존재하고 있다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(4)에는 주위 방향 중앙에 있어서 홈부(43)가 형성되어 있고, 홈부(43)는 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 연장되어 있다. 홈부(43)에는, 분리 가스 노즐(42)이 수용되어 있다. 또 하나의 볼록 형상부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되고, 여기에 분리 가스 노즐(41)이 수용되어 있다. 또한, 도 4에 있어서, 분리 가스 노즐(42)에 형성되는 가스 토출 구멍(42h)이 도시되어 있다. 가스 토출 구멍(42h)은, 분리 가스 노즐(42)의 길이 방향을 따라 소정의 간격(예를 들어, 10㎜)을 두고 복수 개 형성되어 있다. 또한, 가스 토출 구멍의 개구 직경은, 예를 들어 0.3㎜ 내지 1.0㎜이다. 도시를 생략하지만, 분리 가스 노즐(41)에도 마찬가지로 가스 토출 구멍이 형성되어 있다.
높은 천장면(45)의 하방의 공간에는, 반응 가스 노즐(31, 32)이 각각 설치되어 있다. 이들 반응 가스 노즐(31, 32)은, 천장면(45)으로부터 이격되어 웨이퍼(W)의 근방에 설치되어 있다. 또한, 설명의 편의상, 도 4에 있어서, 반응 가스 노즐(31)이 설치되는, 높은 천장면(45)의 하방을 공간(481)으로 나타내고, 반응 가스 노즐(32)이 설치되는, 높은 천장면(45)의 하방을 공간(482)으로 나타낸다.
낮은 천장면(44)은, 협애한 공간인 분리 공간(H)을 회전 테이블(2)에 대해 형성하고 있다. 분리 가스 노즐(42)로부터 N2 가스가 공급되면, 이 N2 가스는, 분리 공간(H)을 통해 공간(481) 및 공간(482)을 향해 흐른다. 이때, 분리 공간(H)의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다 작기 때문에, N2 가스에 의해 분리 공간(H)의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481 및 482) 사이에 있어서, 분리 공간(H)은 압력 장벽을 제공한다. 게다가, 분리 공간(H)으로부터 공간(481 및 482)으로 흘러나오는 N2 가스는, 제1 처리 영역(P1)으로부터의 제1 반응 가스와, 제2 처리 영역(P2)으로부터의 제2 반응 가스(산화 가스 또는 질화 가스)에 대한 카운터 플로로서 작용한다. 따라서, 제1 처리 영역(P1)으로부터의 제1 반응 가스와, 제2 처리 영역(P2)으로부터의 제2 반응 가스가, 분리 공간(H)에 의해 분리된다. 따라서, 챔버(1) 내에 있어서 제1 반응 가스와 산화 가스 또는 질화 가스가 혼합하여 반응하는 것이 억제된다.
또한, 회전 테이블(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이 h1은, 성막 시의 챔버(1) 내의 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도, 공급하는 분리 가스(N2 가스)의 공급량 등을 고려하여, 분리 공간(H)의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 하는 데 적합한 높이로 설정하는 것이 바람직하다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 천장판(11)의 하면에는, 회전 테이블(2)을 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸도록 돌출부(5)가 설치되어 있다. 이 돌출부(5)는, 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 있는 한편, 도 5는 천장면(44)이 설치되어 있는 영역을 도시하는 일부 단면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 대략 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부(챔버(1)의 외연측의 부위)에는, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 이 굴곡부(46)는, 회전 테이블(2)과 용기 본체(12)의 내주면 사이의 공간을 통해, 공간(481) 및 공간(482) 사이에서 가스가 유통하는 것을 억제한다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)에 설치되고, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 떼어낼 수 있도록 되어 있다는 점에서, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 약간의 간극이 있다. 굴곡부(46)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면의 간극 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극은, 예를 들어 회전 테이블(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이와 마찬가지의 치수로 설정되어 있다.
다시 도 3을 참조하면, 회전 테이블(2)과 용기 본체의 내주면 사이에 있어서, 공간(481)과 연통되는 제1 배기구(610)와, 공간(482)과 연통되는 제2 배기구(620)가 형성되어 있다. 제1 배기구(610)는, 도 1에 도시한 바와 같이 배기관(630)을 통해 진공 배기 수단인 예를 들어 진공 펌프(640)에 접속되어 있다. 또한, 제1 배기구(610)와 진공 펌프(640) 사이의 배기관(630)에는 압력 조정 수단인 압력 조정기(APC, Auto Pressure Controller)(650)가 설치되어 있다. 제2 배기구(620)도 마찬가지로, 자동 압력 제어 기기가 설치된 배기관을 통해 진공 펌프(각각 도시하지 않음)에 접속되어 있다. 제1 배기구(610)와 제2 배기구(620)의 배기 압력이, 각각 독립적으로 제어 가능하게 구성되어 있다.
회전 테이블(2)과 챔버(1)의 저부(14) 사이의 공간에는, 도 1 및 도 5에 도시한 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)가, 프로세스 레시피로 정해진 온도(예를 들어 450℃)로 가열된다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는, 회전 테이블(2)의 하방의 공간으로 가스가 침입하는 것을 억제하기 위해, 링 형상의 커버 부재(71)가 설치되어 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 이 커버 부재(71)는, 회전 테이블(2)의 외연부 및 외연부보다 외주측을 하방측으로부터 면하도록 설치된 내측 부재(71a)와, 이 내측 부재(71a)와 챔버(1)의 내벽면 사이에 설치된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 외측 부재(71b)는, 볼록 형상부(4)의 외연부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접하여 설치되고, 내측 부재(71a)는 회전 테이블(2)의 외연부 하방(및 외연부보다 약간 외측의 부분의 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다 회전 중심 부근의 부위에 있어서의 저부(14)는, 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근에 있어서의 코어부(21)에 접근하도록 상방측으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이루고 있다. 이 돌출부(12a)와 코어부(21) 사이는 좁은 공간으로 되어 있다. 또한, 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁아져 있고, 이들 좁은 공간은 케이스체(20)에 연통되어 있다. 그리고 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 N2 가스를 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 설치되어 있다. 또한, 챔버(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) 사이에는, 히터 유닛(7)이 설치된 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해, 외측 부재(71b)의 내주벽(내측 부재(71a)의 상면)으로부터 돌출부(12a)의 상단부와의 사이를 주위 방향에 걸쳐 덮는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다. 덮개 부재(7a)는, 예를 들어 석영으로 제작할 수 있다.
퍼지 가스 공급관(72)으로부터 N2 가스를 공급하면, 이 N2 가스는, 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극과, 돌출부(12a)와 코어부(21) 사이의 간극을 통해, 회전 테이블(2)과 덮개 부재(7a) 사이의 공간을 흘러, 제1 배기구(610) 또는 제2 배기구(620)(도 3)로부터 배기된다. 또한, 퍼지 가스 공급관(73)으로부터 N2 가스를 공급하면, 이 N2 가스는, 히터 유닛(7)이 수용되는 공간으로부터, 덮개 부재(7a)와 내측 부재(71a) 사이의 간극(도시하지 않음)을 통해 유출되어, 제1 배기구(610) 또는 제2 배기구(620)(도 3)로부터 배기된다. 이들 N2 가스의 흐름에 의해, 챔버(1)의 중앙 하방의 공간과, 회전 테이블(2)의 하방의 공간을 통해, 공간(481) 및 공간(482) 내의 가스가 혼합되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 챔버(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있어, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 N2 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이 공간(52)에 공급된 분리 가스는, 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 공간(50)을 통해 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라 주연을 향해 토출된다. 공간(50)은 분리 가스에 의해 공간(481) 및 공간(482)보다 높은 압력으로 유지될 수 있다. 따라서, 공간(50)에 의해, 제1 처리 영역(P1)에 공급되는 제1 반응 가스와, 제2 처리 영역(P2)에 공급되는 제2 반응 가스가, 중심 영역(C)을 통해 혼합되는 것이 억제된다. 즉, 공간(50)(또는 중심 영역(C))은 분리 공간(H)(또는 분리 영역(D))과 마찬가지로 기능할 수 있다.
또한, 챔버(1)의 측벽에는, 도 2, 도 3에 도시한 바와 같이, 외부의 반송 암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 이 반송구(15)는 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다. 또한 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 오목부(24)는 이 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해진다는 점에서, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 전달 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 전달용 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
또한, 실시 형태에 의한 성막 장치에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되어 있고, 이 제어부(100)의 메모리 내에는, 제어부(100)의 제어하에서, 후술하는 성막 방법을 성막 장치에 실시하게 하는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은 후술하는 성막 방법을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 매체(102)에 기억되어 있고, 소정의 판독 장치에 의해 기억부(101)에 판독되어, 제어부(100) 내에 인스톨된다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 회전축(22)의 주위의 용기 본체(12)의 저부(14)와 케이스체(20) 사이에는, 벨로우즈(16)가 설치되어 있다. 또한, 벨로우즈(16)의 외측에는, 회전 테이블(2)을 승강시켜, 회전 테이블(2)의 높이를 변경 가능한 승강 기구(17)가 설치되어 있다. 이러한 승강 기구(17)에 의해, 회전 테이블(2)을 승강시키고, 회전 테이블(2)의 승강에 대응하여, 벨로우즈(16)를 신축시킴으로써 천장면(45)과 웨이퍼(W) 사이의 거리를 변경 가능하게 구성된다. 회전 테이블(2)의 회전축을 구성하는 구성 요소의 일부에 벨로우즈(16) 및 승강 기구(17)를 설치함으로써, 웨이퍼(W)의 처리면을 평행하게 유지한 채, 천장면(45)과 웨이퍼(W) 사이의 거리를 변경할 수 있다. 또한, 승강 기구(17)는, 회전 테이블(2)을 승강 가능하면, 다양한 구성에 의해 실현되어도 되지만, 예를 들어 기어 등에 의해, 회전축(22)의 길이를 신축시키는 구조여도 된다.
도 6의 (A)는 회전 테이블(2)이 상승한 상태에 있어서의, 성막 장치의 진공 용기 내의 구조를 도시하는 개략 단면도이다. 회전 테이블(2)이 상승한 상태에서는, 회전 테이블(2)의 상면과 천장면(44) 혹은 돌출부(5)의 사이는 좁고, 그 거리는 예를 들어 3㎜ 정도이며, 회전 테이블(2)의 하면과 덮개 부재(7a) 사이는 넓고, 그 거리는 8 내지 18㎜, 예를 들어 13㎜ 정도이다. 후술하는 바와 같이, 성막 공정은 회전 테이블(2)이 상승한 상태에서 행해진다.
도 6의 (B)는 회전 테이블이 하강한 상태에 있어서의, 성막 장치의 진공 용기 내의 구조를 도시하는 개략 단면도이다. 회전 테이블(2)이 상승한 상태에서는, 회전 테이블(2)의 상면과 천장면(44) 혹은 돌출부(5) 사이는 넓고, 그 거리는 8 내지 18㎜, 예를 들어 13㎜ 정도이며, 회전 테이블(2)의 하면과 덮개 부재(7a) 사이는 좁고, 그 거리는 예를 들어 3㎜ 정도이다. 실시 형태의 성막 방법에 있어서는, 성막 공정의 적어도 전 또는 후에 있어서, 회전 테이블(2)이 하강한 상태에서, 어닐 공정이 행해진다.
상기한 어닐 공정에서는, 제1 가스 공급부인 반응 가스 노즐(31)로부터 분리 가스 또는 제2 반응 가스를 공급하고, 제2 가스 공급부인 반응 가스 노즐(32)로부터 분리 가스 또는 제2 반응 가스를 공급하고, 분리 가스 공급부인 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스를 공급한 상태에서, 회전 테이블(2)을 적어도 1회 회전시킨다. 회전 테이블(2)이 하강한 상태에서는, 회전 테이블(2)이 상승한 상태보다 회전 테이블(2)의 오목부(24)에 적재되는 웨이퍼(W)가 히터 유닛(7)에 근접하기 때문에 히터 유닛(7)에 의한 웨이퍼(W)의 가열의 효과가 높아진다. 이에 의해, 히터 유닛(7)의 설정 온도를 변경하지 않고, 웨이퍼(W)의 온도를 높여, 어닐 처리를 실시할 수 있다. 이때, 회전 테이블(2)의 상면과 천장면(44) 혹은 돌출부(5)의 거리가 넓어져 반응 가스 노즐(31)로부터 토출된 가스와 반응 가스 노즐(32)로부터 토출된 가스는 웨이퍼(W)의 상부의 공간에서 혼합될 수 있지만, 반응 가스 노즐(31)과 반응 가스 노즐(32)로부터는 각각 분리 가스 또는 제2 반응 가스가 토출되기 때문에 성막 반응이 발생하는 일 없이 어닐 처리가 이루어진다.
성막 공정 전에 행하는 어닐 공정은 프리 어닐 공정이라고 칭해진다. 프리 어닐 공정은, 제1 반응 가스로부터 공급이 개시되는 웨이퍼와 제2 반응 가스로부터 공급이 개시되는 웨이퍼가 발생하여 복수의 웨이퍼 사이에서 균일한 성막을 행할 수 없게 되는 것을 방지하여, 복수의 웨이퍼의 모든 표면 상에 균일한 산화막 또는 질화막 등의 막을 성막하기 위해 행해진다.
프리 어닐 공정에서는, 반응 가스 노즐(31)로부터 분리 가스 또는 제2 반응 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 분리 가스 또는 제2 반응 가스를 공급하고, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스를 공급한다. 예를 들어, 반응 가스 노즐(31, 32)로부터 제2 반응 가스를 공급하고, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스를 공급한다. 혹은, 반응 가스 노즐(31)과 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 제2 반응 가스를 공급한다. 혹은, 반응 가스 노즐(31, 32), 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스를 공급해도 된다.
또한, 성막 공정 후에 행하는 어닐 공정은 포스트 어닐 공정이라고 칭해진다. 포스트 어닐 공정은, 성막 처리가 제1 반응 가스의 공급 직후에 종료되는 웨이퍼와 제2 반응 가스의 공급 직후에 종료되는 웨이퍼가 발생하여 복수의 웨이퍼 사이에서 균일한 성막을 행할 수 없게 되는 것을 방지하여, 복수의 웨이퍼의 모든 표면 상에 균일한 산화막 또는 질화막 등의 막을 성막하기 위해 행해진다. 또한, 제2 반응 가스로서 산화 가스가 사용되어 산화 반응이 미완료일 때에는 산화 처리를 완료하고, 제2 반응 가스로서 질화 가스가 사용되어 질화 반응이 미완료일 때에는 질화 반응을 완료하도록 행해진다.
포스트 어닐 공정에서는, 반응 가스 노즐(31)로부터 분리 가스 또는 제2 반응 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 분리 가스 또는 제2 반응 가스를 공급하고, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스를 공급한다. 예를 들어, 반응 가스 노즐(31, 32)로부터 제2 반응 가스를 공급하고, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스를 공급한다. 혹은, 반응 가스 노즐(31)과 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 제2 반응 가스를 공급한다. 혹은, 반응 가스 노즐(31, 32), 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스를 공급해도 된다.
상기한 회전 테이블(2)이 하강한 상태에서의 프리 어닐 공정과 포스트 어닐 공정은, 적어도 어느 한쪽을 행하지만, 양쪽을 행할 수 있다. 예를 들어, 회전 테이블(2)이 하강한 상태에서 프리 어닐 공정을 행하고, 그 후에 회전 테이블(2)이 상승한 상태에서 성막 공정을 행하고, 그 후에 회전 테이블(2)이 하강한 상태에서 포스트 어닐 공정을 행한다. 회전 테이블(2)이 하강한 상태에서 프리 어닐 공정을 행하고, 그 후에 회전 테이블(2)이 상승한 상태에서 성막 공정을 행하지만, 포스트 어닐 공정은 행하지 않는 시퀀스로 해도 된다. 또한, 프리 어닐 공정을 행하지 않고, 회전 테이블(2)이 상승한 상태에서 성막 공정을 행하고, 그 후에 회전 테이블(2)이 하강한 상태에서 포스트 어닐 공정을 행하는 시퀀스로 해도 된다. 또한, 성막 공정 전후에 프리 어닐 공정과 포스트 어닐 공정을 행하는 경우에, 프리 어닐 공정과 포스트 어닐 공정 중 어느 한쪽을 회전 테이블(2)이 하강한 상태에서 행하고, 어느 다른 쪽을 회전 테이블(2)이 상승한 상태에서 행해도 된다.
(성막 방법)
다음으로, 도 1 내지 도 6에 있어서 설명한 성막 장치를 사용한 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법에 대해 설명한다.
도 7의 (A) 내지 (E)는, 실시 형태에 관한 성막 방법의 일례의 시퀀스를, 성막 장치의 단면도를 사용하여 도시한 도면이다. 도 7의 (A) 내지 (E)에 있어서, 용기 본체(12)와 천장판(11)을 갖는 챔버(1)의 내부에 회전 테이블(2)과 히터 유닛(7)이 설치된 성막 장치가 간략적으로 도시되어 있다. 실시 형태에 관한 성막 방법에 있어서는, 실리콘 산화막의 성막을 행하는 산화막 형성 프로세스의 예에 대해 설명한다. 또한, 실리콘 산화막의 성막에 사용하는 실리콘 함유 가스로서 디이소프로필아미노실란을 일례로서 사용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 산화 가스로서 O3을 일례로서 사용하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 7의 (A) 내지 (E)에 도시된 성막 프로세스를 실시하기 전에, 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내로 반입하여, 회전 테이블(2) 상에 적재할 필요가 있다. 그러기 위해서는, 먼저, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하고, 반송 암(10)에 의해 반송구(15)(도 3)를 통해 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내로 전달한다. 이 전달은, 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지하였을 때에 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해 챔버(1)의 저부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행한다. 이러한 웨이퍼(W)의 전달을, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜 행하고, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다.
여기서, 챔버(1) 내가 400℃ 이상의 고온으로 유지되어 기판 처리가 행해진 경우, 웨이퍼(W)의 반출 및 반입을 위해 히터 유닛(7)을 정지하였다고 해도, 챔버(1) 내는 여전히 고온으로 유지되어, 챔버(1) 내로 웨이퍼(W)를 반입하여 회전 테이블(2) 상에 적재할 때, 웨이퍼(W)가 크게 휘어 버린다고 하는 현상이 발생하는 경우가 있다. 여기서, 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2) 상에 적재할 때에는, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이 회전 테이블(2)을 하강시켜 두어, 웨이퍼(W)가 휘었다고 해도, 천장면(44)에 접촉하지 않을 만큼의 거리를 갖는 공간을 유지하도록 한다. 회전 테이블(2)을 하강시킨 상태에서 웨이퍼(W)를 반입하여 회전 테이블(2) 상에 적재함으로써, 휜 웨이퍼(W)가 천장면(44, 45)과 접촉하는 것에 의한 웨이퍼(W)의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 회전 테이블(2) 상에 적재된 웨이퍼(W)가 아직 휜 상태라도, 휨이 원상태로 돌아가는 것을 대기하는 일 없이 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전 이동시켜, 복수의 오목부(24)에 순차 웨이퍼(W)를 적재할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 즉, 회전 테이블(2)과 천장면(44, 45) 사이에 여유가 있기 때문에, 회전 테이블(2)의 오목부(24) 상에 1매의 웨이퍼(W)를 적재한 후, 적재한 웨이퍼(W)의 휨이 원상태로 돌아가기 전에 다음 웨이퍼(W)를 다음 오목부(24) 상에 적재할 수 있다. 이에 의해, 복수 매의 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2) 상에 적재하는 전체 시간을 단축할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.
계속해서 게이트 밸브를 폐쇄하고, 진공 펌프(640)에 의해 챔버(1)를 최저 도달 진공도까지 배기한다. 이 상태로부터, 이하와 같이 도 7의 (A) 내지 (E)에 도시한 성막 프로세스를 실시한다.
성막 장치로의 웨이퍼(W)의 반입 후, 회전 테이블(2)이 하강한 상태(DP)에서, 도 7의 (A)에 도시한 대기 공정 S01을 행한다. 대기 공정 S01에 있어서는, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스인 N2 가스를 소정의 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 72)(도 1 참조)으로부터도 N2 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 또한, 반응 가스 노즐(31, 32)로부터도 N2 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 즉, 모든 노즐(31, 32, 41, 42)로부터 N2 가스를 토출한다. 이에 의해, 챔버(1) 내의 분위기는, N2 분위기가 된다. 이에 수반하여, 압력 조정기(650)에 의해 챔버(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 조정한다. 이어서, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 소정의 회전 속도로 회전시키면서, 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 가열한다. 회전 테이블(2)이 하강한 상태(DP)에서는, 회전 테이블(2)이 상승한 상태보다 회전 테이블(2)의 오목부(24)에 적재되는 웨이퍼(W)가 히터 유닛(7)에 근접하기 때문에, 회전 테이블(2)이 상승한 상태(UP)보다 웨이퍼(W)의 온도를 높일 수 있다. 회전 테이블(2)이 상승한 상태(UP)에서 행하는 성막 공정(후술)의 웨이퍼(W)의 온도는, 예를 들어 50℃로부터 780℃까지의 범위에서 소정의 온도로 설정되고, 예를 들어 약 400℃가 된다. 회전 테이블(2)이 상승한 상태(UP)에서 행하는 성막 공정(후술)의 웨이퍼(W)의 온도가 약 400℃가 되도록 히터 유닛(7)을 설정하는 경우, 회전 테이블(2)이 하강한 상태(DP)에서는 웨이퍼(W)의 온도가 높아져, 예를 들어 410 내지 420℃ 정도가 된다. 이에 의해, 성막 프로세스 개시의 준비가 갖추어진 대기 상태가 된다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전 속도는, 용도에 따라서, 예를 들어 1rpm 내지 240rpm의 범위에서 가변으로 할 수 있지만, 실시 형태에 관한 성막 방법에서는, 20rpm의 회전 속도로 회전 테이블(2)을 회전시키는 예를 들어 설명한다.
또한, 실시 형태에서는, 대기 공정 S01에 있어서 분리 가스 노즐(41, 42) 뿐만 아니라, 반응 가스 노즐(31, 32)로부터도 N2 가스를 퍼지하고 있지만, 예를 들어 반응 가스 노즐(31, 32)로부터, Ar 가스나 He 가스 등의 희가스를 공급하도록 해도 된다. 이 점은, 분리 가스 노즐(41, 42)에 대해서도 마찬가지이며, 용도에 따라서 원하는 불활성 가스를 선택할 수 있다.
다음으로, 도 7의 (B)에 도시한 바와 같이 회전 테이블(2)이 하강한 상태(DP)에서 프리 어닐 공정 S02를 행한다. 프리 어닐 공정 S02에서는, 산화 가스의 프리 플로를 행하면서 어닐 처리를 행한다. 회전 테이블(2)이 하강한 상태(DP)이며, 웨이퍼(W)의 온도는 예를 들어 410 내지 420℃ 정도로 높아져 있다. 산화 가스의 프리 플로에 있어서는, 제1 처리 영역(P1)의 반응 가스 노즐(31) 및 분리 가스 노즐(41, 42)로부터는 계속적으로 N2 가스를 공급하지만, 제2 처리 영역(P2)의 반응 가스 노즐(32)로부터는, 산화 가스로서 O3 가스를 공급한다. 그리고 적어도 1회 웨이퍼(W)가 회전하는 동안은, 이 상태를 계속한다. 또한, 웨이퍼(W)는, 대기 공정 S01로부터 연속적으로 소정의 회전 속도로 회전하고 있고, 실시 형태에 있어서는, 20rpm으로 회전하고 있다. 산화 가스의 프리 플로는, 웨이퍼(W)의 표면 전체를 산화 가스에 노출시키는 프로세스이며, 웨이퍼(W)에 하지로서 얇은 산화막을 성막하는 처리이다. 이에 의해, 복수의 웨이퍼(W) 각각에 O3 가스가 공급되어 산화 처리되어, 복수의 웨이퍼(W)를 거의 동일한 상태로 할 수 있다. 또한, 적어도 1회 회전시키는 것은, O3 가스는 반응 가스 노즐(32)로부터만 공급되고 있고, 공급 개시 시의 위치에 관계없이 복수 매의 모든 웨이퍼(W)의 표면에 O3 가스를 공급하기 위해서는, 최저 1회전시켜, 반드시 반응 가스 노즐(32)의 하방을 통과시킬 필요가 있기 때문이다. 실시 형태에 관한 성막 방법의 프리 어닐 공정 S02에 있어서의 산화 가스의 프리 플로는, 20rpm의 회전 속도로, 3초간 O3 가스를 공급한다. 따라서, 실시 형태에 관한 성막 방법의 프리 어닐 공정 S02에 있어서의 산화 가스의 프리 플로에서는, 20(회전)/60(sec)×3(sec)＝1회전분, 회전 테이블(2)을 회전시킨다.
또한, O3 가스의 공급은, 산화를 최저한으로 하는 제약이 있는 프로세스가 아니면, 웨이퍼(W)를 복수 회 회전시켜 행해도 아무런 문제는 없으므로, O3 가스를 공급한 상태에서 웨이퍼(W)를 1회보다 많이 회전시켜도 된다. 예를 들어, 프리 어닐 공정 S02에 있어서의 산화 가스의 프리 플로에 있어서, 웨이퍼(W)를 2 내지 3회 회전시켜도 되고, 1.5회전 등, 끝수가 나오는 회전수여도 된다.
다음으로, 도 7의 (C)에 도시한 바와 같이, 승강 기구(17)에 의해 회전 테이블(2)이 상승한 상태(UP)로 하고, 실리콘 산화막의 성막 공정 S03을 행한다. 회전 테이블(2)이 상승한 상태(UP)에서는, 웨이퍼(W)의 온도는 예를 들어 400℃가 된다. 실리콘 산화막의 성막 공정 S03에 있어서는, 웨이퍼(W)에 대해, 예를 들어 반응 가스 노즐(31)로부터 디이소프로필아미노실란 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 O3 가스를 공급한다. 즉, 실리콘 산화막의 성막 공정 S03에 있어서는 디이소프로필아미노실란 가스와 O3 가스를 동시에 공급한다. 단, 이들 가스는 분리 영역(D)에 의해 분리되어, 챔버(1) 내에서 서로 혼합되는 일은 거의 없다.
디이소프로필아미노실란 가스와 O3 가스를 동시에 공급할 때, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)을 통과하면, 프리 어닐 공정 S02에 있어서 얇은 산화막이 성막된 웨이퍼(W)의 표면에 디이소프로필아미노실란 가스가 흡착된다. 이어서, 제2 처리 영역(P2)을 통과하면, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된 디이소프로필아미노실란 가스가 O3 가스에 의해 산화되어, 웨이퍼(W)의 표면에 실리콘 산화막(산화실리콘의 분자층)이 성막된다. 이하, 원하는 막 두께를 갖는 실리콘 산화막이 성막될 때까지 소정의 횟수만큼 회전 테이블(2)을 회전시킨다. 그리고 디이소프로필아미노실란 가스와 O3 가스의 공급을 정지시킴으로써, 실리콘 산화막의 성막 공정 S03이 종료된다.
또한, 실리콘 산화막의 성막 공정 S03은, O3 가스의 공급을 프리 어닐 공정 S02에 있어서의 산화 가스의 프리 플로로부터 계속해서 행함과 함께, 본 공정에서 디이소프로필아미노실란 가스를 공급함으로써 행한다. 회전 테이블(2)의 회전 속도를 20rpm으로 유지하고, 3초간 1회전하는 성막 사이클을, 필요에 따라서 n회 반복함으로써 행한다. 회전 테이블(2)의 회전수 n은, 실리콘 산화막의 성막 공정 S03에서 성막하는 실리콘 산화막의 막 두께의 두께에 따라서 정해져도 되지만, 예를 들어 1 내지 50회의 범위 내의 소정의 회전수 n으로 설정되어도 되고, 1 내지 30회의 범위 내의 소정의 회전수 n으로 설정되어도 된다.
다음으로, 도 7의 (D)에 도시한 바와 같이, 승강 기구(17)에 의해 회전 테이블(2)이 하강한 상태(DP)로 하고, 포스트 어닐 공정 S04를 행한다. 포스트 어닐 공정 S04에서는, 산화 가스의 포스트 플로를 행하면서 어닐 처리를 행한다. 회전 테이블(2)이 하강한 상태(DP)이며, 웨이퍼(W)의 온도는 예를 들어 410 내지 420℃ 정도로 높아져 있다. 산화 가스의 포스트 플로에서는, 제1 처리 영역(P1)에 설치된 반응 가스 노즐(31) 및 분리 영역(D)에 설치된 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 N2 가스가 공급되고, 제2 처리 영역(P2)에 설치된 반응 가스 노즐(32)로부터는 O3 가스를 공급한다. 이 상태에서 적어도 1회 회전 테이블(2)이 회전하고, 회전 테이블(2)에 적재된 복수의 웨이퍼(W) 전부가 O3 가스에 노출된다. 이에 의해, 제2 처리 영역(P2)을 통과한 지점에서 실리콘 산화막의 성막 공정 S03이 종료된 웨이퍼(W)라도, 포스트 어닐 공정에 있어서 반드시 제2 처리 영역(P2)을 통과하고, 산화 처리가 행해진 상태에서 성막 프로세스를 종료할 수 있다.
또한, 실시 형태에 관한 성막 방법의 포스트 어닐 공정 S04에 있어서의 산화 가스의 포스트 플로에서는, 회전 속도 20rpm을 유지한 상태에서 회전 테이블(2)이 3초간 회전하고, 프리 어닐 공정에서의 산화 가스의 프리 플로와 마찬가지로, 1회 회전 테이블(2)을 회전시키고 있다. 이와 같이, 프리 어닐 공정 S02와 포스트 어닐 공정 S04에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전수를 동일수로 해도 된다.
다음으로, 도 7의 (E)에 도시한 바와 같이 회전 테이블(2)이 하강한 상태(DP)에서 대기 공정 S05를 행한다. 회전 테이블(2)이 하강한 상태(DP)이며, 웨이퍼(W)의 온도는 예를 들어 410 내지 420℃ 정도로 높아져 있다. 대기 공정 S05에서는, 반응 가스 노즐(31, 32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)의 모든 노즐(31, 32, 41, 42)로부터 N2 가스가 공급되어, 챔버(1) 내가 N2 가스로 채워진다. 그리고 대기 공정 S05를 소정 시간 계속하면, 챔버(1)로의 N2 가스의 공급을 정지함과 함께, 회전 테이블(2)의 회전을 정지한다. 그 후에는 챔버(1) 내에 웨이퍼(W)를 반입하였을 때의 순서와 역의 순서에 의해, 챔버(1) 내로부터 웨이퍼(W)를 반출한다. 이에 의해 실리콘 산화막의 성막 프로세스가 종료된다.
실시 형태에 관한 성막 방법에 있어서는, 실리콘 산화막의 성막 공정 S03 전에 프리 어닐 공정 S02(산화 가스의 프리 플로 공정)를 마련하고, 실리콘 산화막의 성막 공정 S03 후에 포스트 어닐 공정 S04(산화 가스의 포스트 플로 공정)를 마련하고, O3 가스만을 공급하는 공정을 마련하고 있다. 이에 의해, 회전 테이블(2) 상에 원주 방향을 따라 배치된 복수의 웨이퍼(W)에 있어서, O3 가스에 노출되는 일 없이 디이소프로필아미노실란 가스가 공급되는 웨이퍼(W)가 존재하지 않게 되어, 복수의 웨이퍼(W) 사이의 성막을 균일화할 수 있다.
또한, 실시 형태의 성막 방법에 있어서는, 회전 테이블(2)의 회전 속도를 20rpm으로 하고, 프리 어닐 공정 S02 및 포스트 어닐 공정 S04에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전수를 1회전으로 한 예를 들어 설명하였지만, 이들의 설정은, 프리 어닐 공정 및 포스트 어닐 공정에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전수를 1회전 이상으로 하기만 하면, 용도에 따라서 다양하게 변경할 수 있다.
실시 형태의 성막 방법에 있어서는, 산화 가스로서 O3 가스를 사용한 예를 들어 설명하였지만, 다양한 산화 가스를 사용할 수 있어, 예를 들어 물(H2O), 산소, 라디칼 산소 등의 가스를 사용하도록 해도 된다.
또한, 실시 형태의 성막 방법에 있어서는, 실리콘 산화막의 성막 프로세스를 예로 들어 설명하였지만, 제1 반응 가스를 용도에 따라서 다양하게 변경하여 원하는 산화막을 성막할 수 있다. 예를 들어, 제1 반응 가스를, 하프늄, 지르코늄, 알루미늄, 티타늄, 스트론튬 등의 금속 원소를 함유하는 가스로 변경하고, 제2 반응 가스로서 오존 가스 등의 산화 가스를 사용함으로써 상기한 성막 방법과 마찬가지의 공정을 행함으로써, 하프늄, 지르코늄, 알루미늄, 티타늄, 스트론튬 등의 금속의 산화막을 성막할 수 있다.
또한, 제2 반응 가스를 용도에 따라서 다양하게 변경하여 원하는 막을 성막할 수 있다. 예를 들어, 제1 반응 가스로서 디이소프로필 아미노실란 등의 실리콘을 함유하는 가스를 사용하고, 제2 반응 가스를 암모니아 가스 등의 질화 가스로 변경하고, 상기한 성막 방법과 마찬가지의 공정을 행함으로써, 실리콘 질화막을 성막할 수 있다.
또한, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스를 용도에 따라서 다양하게 변경하여 원하는 막을 성막할 수 있다. 예를 들어, 제1 반응 가스를, 하프늄, 지르코늄, 알루미늄, 티타늄, 스트론튬 등의 금속 원소를 함유하는 가스로 변경하고, 제2 반응 가스를 암모니아 가스 등의 질화 가스로 변경하고, 상기한 성막 방법과 마찬가지의 공정을 행함으로써, 하프늄, 지르코늄, 알루미늄, 티타늄, 스트론튬 등의 금속의 질화막을 성막할 수 있다.
여기서, 실시 형태의 성막 방법에서는, 프리 어닐 공정과 포스트 어닐 공정을 동일한 회전 테이블(2)의 회전수, 즉 동일한 공정 시간으로 한 예를 들어 설명하였지만, 예를 들어 포스트 어닐 공정의 공정 시간을 프리 어닐 공정의 공정 시간보다 길게 하는 설정으로 해도 된다. 상술한 다양한 성막 프로세스 중, 포스트 어닐 공정에 있어서의 산화 가스의 공급에, 단순히 복수의 웨이퍼(W) 사이를 균일하게 하기 위해서뿐만 아니라, 성막 후의 막질 개선의 역할을 하게 하고자 하는 경우도 있다. 즉, 소정의 산화막의 성막 후에, 막에 산화 가스를 더 공급하여, 충분한 산화를 행함으로써 성막 후의 산화막의 막질을 높이고자 하는 경우도 있다. 그러한 경우에는, 포스트 어닐 공정에서의 산화 가스의 포스트 플로에 충분한 시간을 부여하여, 막질 개선 공정도 겸하는 성막 프로세스로 해도 된다. 예를 들어, 상술한 예에서는, 실리콘 산화막을 성막하는 경우에는, 회전 테이블(2)의 회전 속도를 20rpm으로 하고, 프리 어닐 공정을 36초로 하여 12회전시키고, 포스트 어닐 공정을 180초로 하여 60회전시키는 성막 프로세스로 해도 된다. 실리콘 산화막의 경우, 막 중의 실리콘에 산소가 도달하여 반응을 충분히 행하게 하는 것이 바람직하고, 포스트 어닐 공정에서의 산화 가스의 포스트 플로에 충분한 시간을 소비함으로써, 실리콘 산화막의 막질을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 프리 어닐 공정과 포스트 어닐 공정에 있어서의 웨이퍼(W)의 회전수, 즉 동일한 회전 속도의 경우에 있어서의 공정 시간은 동일하게 할 필요는 없고, 용도에 따라서 적절한 회전수 또는 공정 시간을 설정할 수 있다. 그리고 포스트 어닐 공정에 있어서, 산화 가스를 균일하게 공급할 뿐만 아니라, 성막된 산화막의 막질 개선도 행하도록 회전 테이블(2)의 회전수 또는 공정 시간을 설정해도 된다.
이와 같이, 실시 형태에 관한 성막 방법에 의하면, 프리 어닐 공정과 포스트 어닐 공정을 행함으로써 복수의 웨이퍼(W) 상에 균일하게 산화막 혹은 질화막을 성막할 수 있다. 승강 기구(17)에 의해 회전 테이블(2)을 승강시킴으로써, 히터 유닛(7)의 설정 온도를 변경하는 일 없이, 웨이퍼(W)의 온도를 변경 가능하다. 프리 어닐 공정과 포스트 어닐 공정을 행할 때, 성막 공정과 동일한 성막 장치를 사용하여(in-situ로), 웨이퍼(기판)의 온도가 목표 온도에 도달하는 시간을 단축하여, 생산성을 높일 수 있다.
〔참고 형태의 성막 방법〕
다음으로, 참고 형태에 관한 성막 방법에 대해 설명한다. 도 8의 (A) 내지 (E)는 참고 형태에 관한 성막 방법의 일례의 시퀀스를, 성막 장치의 단면도를 사용하여 도시한 도면이다. 도 7의 (A) 내지 (E)와 마찬가지로, 용기 본체(12)와 천장판(11)을 갖는 챔버(1)의 내부에 회전 테이블(2)과 히터 유닛(7)이 설치된 성막 장치가 간략적으로 도시되어 있다. 상기한 실시 형태에 관한 성막 방법과 마찬가지로, 실리콘 산화막의 성막을 행하는 산화막 형성 프로세스에 대해 설명한다.
도 8의 (A) 내지 (E)에 도시된 성막 프로세스를 실시하기 전에, 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내에 반입하고, 회전 테이블(2) 상에 적재한다. 계속해서 게이트 밸브를 폐쇄하고, 진공 펌프(640)에 의해 챔버(1)를 최저 도달 진공도까지 배기한다. 이 상태로부터, 이하와 같이 도 8의 (A) 내지 (E)에 도시한 성막 프로세스를 실시한다.
성막 장치에의 웨이퍼(W)의 반입 후, 회전 테이블(2)이 하강한 상태(DP)에서, 도 8의 (A)에 도시한 대기 공정 S11을 행한다. 대기 공정 S11에 있어서는, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스인 N2 가스를 소정의 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 72)(도 1 참조)으로부터도 N2 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 또한, 반응 가스 노즐(31, 32)로부터도 N2 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 다음으로, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 소정의 회전 속도로 회전시키면서, 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 가열한다. 회전 테이블(2)이 상승한 상태(UP)에서 행하는 성막 공정의 웨이퍼(W)의 온도가 예를 들어 400℃가 되도록 히터 유닛(7)을 설정한다. 이에 의해, 성막 프로세스 개시의 준비가 갖추어진 대기 상태가 된다.
다음으로, 도 8의 (B)에 도시된 바와 같이, 승강 기구(17)에 의해 회전 테이블(2)이 상승한 상태(UP)로 하고, 프리 어닐 공정 S12를 행한다. 프리 어닐 공정 S12에서는, 산화 가스의 프리 플로를 행하면서 어닐 처리를 행한다. 회전 테이블(2)이 상승한 상태(UP)이며, 웨이퍼(W)의 온도는 예를 들어 400℃이다. 산화 가스의 프리 플로에 있어서는, 제1 처리 영역(P1)의 반응 가스 노즐(31) 및 분리 가스 노즐(41, 42)로부터는 계속적으로 N2 가스를 공급하지만, 제2 처리 영역(P2)의 반응 가스 노즐(32)로부터는, 산화 가스로서 O3 가스를 공급한다. 그리고 적어도 1회 웨이퍼(W)가 회전하는 동안은, 이 상태를 계속한다.
다음으로, 도 8의 (C)에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)이 상승한 상태(UP)에서, 실리콘 산화막의 성막 공정 S13을 행한다. 회전 테이블(2)이 상승한 상태(UP)에서는, 웨이퍼(W)의 온도는 예를 들어 400℃이다. 실리콘 산화막의 성막 공정 S13에 있어서는, 웨이퍼(W)에 대해 예를 들어 반응 가스 노즐(31)로부터 디이소프로필아미노실란 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 O3 가스를 공급한다.
디이소프로필아미노실란 가스와 O3 가스가 동시에 공급될 때, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)을 통과하면, 웨이퍼(W)의 표면에 디이소프로필아미노실란 가스가 흡착된다. 다음으로, 제2 처리 영역(P2)을 통과하면, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된 디이소프로필아미노실란 가스가 O3 가스에 의해 산화되어, 웨이퍼(W)의 표면에 실리콘 산화막(산화실리콘의 분자층)이 성막된다. 원하는 막 두께를 갖는 실리콘 산화막이 성막될 때까지 소정의 횟수만큼 회전 테이블(2)을 회전시킨다. 그리고 디이소프로필아미노실란 가스와 O3 가스의 공급을 정지함으로써, 실리콘 산화막의 성막 공정 S03이 종료된다.
다음으로, 도 8의 (D)에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)이 상승한 상태(UP)에서, 포스트 어닐 공정 S14를 행한다. 포스트 어닐 공정 S14에서는, 산화 가스의 포스트 플로를 행하면서 어닐 처리를 행한다. 회전 테이블(2)이 상승한 상태(UP)이며, 웨이퍼(W)의 온도는 예를 들어 400℃ 정도이다. 산화 가스의 포스트 플로에서는, 제1 처리 영역(P1)에 설치된 반응 가스 노즐(31) 및 분리 영역(D)에 설치된 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 N2 가스를 공급하고, 제2 처리 영역(P2)에 설치된 반응 가스 노즐(32)로부터는 O3 가스를 공급한다.
다음으로, 도 8의 (E)에 도시된 바와 같이, 승강 기구(17)에 의해 회전 테이블(2)이 하강한 상태(DP)로 하고, 대기 공정 S15를 행한다. 대기 공정 S15에서는, 반응 가스 노즐(31, 32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)의 모든 노즐(31, 32, 41, 42)로부터 N2 가스가 공급되어, 챔버(1) 내가 N2 가스로 채워진다. 그리고 대기 공정 S05를 소정 시간 계속하면, 챔버(1)에의 N2 가스의 공급을 정지하고, 회전 테이블(2)의 회전을 정지하고, 챔버(1) 내로부터 웨이퍼(W)를 반출하여 성막 프로세스가 종료된다.
상기한 참고 형태의 성막 방법에 있어서는, 프리 어닐 공정 S12 및 포스트 어닐 공정 S14의 웨이퍼(W)의 온도를 성막 공정의 온도와 상이한 온도로 하는 경우, 히터 유닛(7)의 설정 온도를 변경할 필요가 있다. 이 경우, 웨이퍼의 온도가 목표 온도에 도달하는 데 시간이 걸려 생산성이 낮아져 버린다.
〔실시예〕
도 9는, 본 실시예에 관한 성막 방법에 있어서 회전 테이블(2)을 상승시킨 상태(UP)로부터 하강시킨 상태(DP)로 이동시켰을 때의 웨이퍼 온도의 변화를 나타낸 도면이다. 회전 테이블(2)이 상승한 상태에서 웨이퍼(W)의 온도가 약 760℃로 되어 있을 때, 회전 테이블(2)을 하강시키면, 웨이퍼(W)의 온도를 약 17℃ 높일 수 있었다. 승강 기구(17)에 의해 회전 테이블(2)을 승강시킴으로써, 히터 유닛(7)의 설정 온도를 변경하는 일 없이, 웨이퍼(W)의 온도를 변경 가능하다. 프리 어닐 공정과 포스트 어닐 공정을 행할 때, 성막 공정과 동일한 성막 장치를 사용하여(in-situ로), 웨이퍼(기판)의 온도가 목표 온도에 도달하는 시간을 단축하여, 생산성을 높일 수 있다.
상기한 실시 형태에 있어서, 제1 반응 가스를 용도에 따라서 다양하게 변경하여 원하는 산화막을 성막할 수 있다. 예를 들어, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스를 변경함으로써, 금속 산화막이나 질화막을 성막할 수 있다. 예를 들어, 제1 반응 가스로서 하프늄(Hf)을 함유하는 가스를 사용하고, 제2 반응 가스로서 오존 가스를 사용함으로써 HfO막을 성막할 수 있다. 또한, 제1 반응 가스로서 티타늄(Ti)을 함유하는 가스를 사용하고, 제2 반응 가스를 암모니아 가스를 사용함으로써 TiN막을 성막할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 제한되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이, 상술한 실시 형태에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.
1 : 챔버
2 : 회전 테이블
4 : 볼록 형상부
7 : 히터 유닛
11 : 천장판
12 : 용기 본체
15 : 반송구
17 : 승강 기구
24 : 오목부(웨이퍼 적재부)
31, 32 : 반응 가스 노즐
41, 42 : 분리 가스 노즐
D : 분리 영역
P1 : 제1 처리 영역
P2 : 제2 처리 영역
H : 분리 공간
W : 웨이퍼

Claims (17)

  1. 챔버 내에 회전 가능하게 수용되고, 복수의 기판을 상면에 적재 가능한 적재부를 갖고, 승강 가능한 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블의 하방에 설치된 히터 유닛과,
    상기 회전 테이블의 상기 상면의 상방에 있어서 구획되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면을 향해 가스를 공급하는 제1 가스 공급부를 갖는 제1 처리 영역과,
    상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 상기 제1 처리 영역으로부터 이격되어 배치되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대해 가스를 공급하는 제2 가스 공급부를 갖는 제2 처리 영역과,
    상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역 사이에 설치되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대해 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급부와, 당해 분리 가스 공급부로부터의 상기 분리 가스를 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역으로 유도하는 좁은 공간을 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대해 형성하는 천장면을 갖는 분리 영역을 구비하는 성막 장치를 사용하여, 상기 복수의 기판 상에 소정의 원소를 포함하는 막을 성막하는 성막 방법이며,
    상기 회전 테이블이 상승한 상태에서, 상기 제1 가스 공급부로부터 상기 소정의 원소를 포함하는 제1 반응 가스를 공급하고, 상기 제2 가스 공급부로부터 제2 반응 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 소정 횟수 회전시켜, 상기 기판 상에 상기 소정의 원소를 포함하는 막을 성막하는 성막 공정과,
    상기 성막 공정의 적어도 전 또는 후에 있어서, 상기 회전 테이블이 하강한 상태에서, 상기 제1 가스 공급부로부터 상기 분리 가스 또는 상기 제2 반응 가스를 공급하고, 상기 제2 가스 공급부로부터 상기 분리 가스 또는 상기 제2 반응 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 적어도 1회 회전시키는 어닐 공정을 포함하는, 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어닐 공정으로서, 상기 성막 공정 전에 행하는 프리 어닐 공정을 갖는, 성막 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프리 어닐 공정에 있어서, 상기 제1 가스 공급부로부터 상기 분리 가스 또는 상기 제2 반응 가스를 공급하고, 상기 제2 가스 공급부로부터 상기 제2 반응 가스를 공급하는, 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 어닐 공정으로서, 상기 성막 공정 후에 행하는 포스트 어닐 공정을 갖는, 성막 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 포스트 어닐 공정에 있어서, 상기 제1 가스 공급부로부터 상기 분리 가스 또는 상기 제2 반응 가스를 공급하고, 상기 제2 가스 공급부로부터 상기 제2 반응 가스를 공급하는, 성막 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 어닐 공정으로서, 상기 성막 공정 전에 행하는 프리 어닐 공정과, 상기 성막 공정 후에 행하는 포스트 어닐 공정을 갖는, 성막 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프리 어닐 공정에 있어서, 상기 제1 가스 공급부로부터 상기 분리 가스 또는 상기 제2 반응 가스를 공급하고, 상기 제2 가스 공급부로부터 상기 제2 반응 가스를 공급하고,
    상기 포스트 어닐 공정에 있어서, 상기 제1 가스 공급부로부터 상기 분리 가스 또는 상기 제2 반응 가스를 공급하고, 상기 제2 가스 공급부로부터 상기 제2 반응 가스를 공급하는, 성막 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 포스트 어닐 공정은, 상기 프리 어닐 공정보다 장시간 행하는, 성막 방법.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 반응 가스가 질화 가스인, 성막 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 질화 가스가 암모니아 가스인, 성막 방법.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 반응 가스가 산화 가스인, 성막 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 산화 가스가 오존 가스인, 성막 방법.
  13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정의 원소는, 금속 원소 또는 반도체 원소인, 성막 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 금속 원소는, 하프늄, 지르코늄, 알루미늄, 티타늄, 스트론튬 중 어느 하나이고,
    상기 반도체 원소는, 실리콘인, 성막 방법.
  15. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 가스는, 불활성 가스인, 성막 방법.
  16. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어닐 공정으로서 상기 성막 공정 전에 행하는 프리 어닐 공정을 가질 때, 상기 프리 어닐 공정 전에, 상기 챔버 내에 있어서의 상기 회전 테이블 상에 상기 기판을 반입하는 공정을 더 갖는, 성막 방법.
  17. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어닐 공정으로서 상기 성막 공정 후에 행하는 포스트 어닐 공정을 가질 때, 상기 포스트 어닐 공정 후에, 상기 챔버 내에 있어서의 상기 회전 테이블 상으로부터 상기 기판을 반출하는 공정을 더 갖는, 성막 방법.
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