KR20200018278A - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 간이하게 원하는 형상의 막을 형성할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공한다.
[해결 수단] 성막 장치는, 처리 챔버와, 처리 챔버 내에서 기판을 지지하는 기판 지지부와, 기판에 대하여 스퍼터 입자를 방출시키는 타깃을 갖는 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부와, 기판에 대하여 에칭 작용을 갖는 에칭 입자를 방출시키는 적어도 하나의 에칭 입자 방출부를 구비하고, 상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 방출된 스퍼터 입자가 기판 상에 퇴적되어 막이 형성되고, 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 방출된 에칭 입자에 의하여 막의 일부가 에칭된다.

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}
본 개시는 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 등의 전자 디바이스의 제조에 있어서는, 기판 상에 막을 형성하는 성막 처리가 행해진다. 성막 처리에 이용되는 성막 장치로서는, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 스퍼터링 장치가 알려져 있다.
특허문헌 1에 기재된 스퍼터링 장치는, 진공 용기와, 진공 용기 내에 마련된 기판 적재용 스테이지와, 타깃을 갖는 스퍼터 장치로서 구성되어 있다. 타깃은 스테이지의 상방에 마련되어 있다. 이 성막 장치에서는, 스테이지를 회전시키면서, 타깃으로부터 방출된 스퍼터 입자를 기판 상에 퇴적시킴으로써 막이 형성된다.
한편, 특허문헌 2에는, 기판 상의 패턴에 대하여, 스퍼터 입자 입사 방향을 정렬시킨, 지향성이 높은 성막을 실현하기 위한 기술로서, 스퍼터 입자를 기판에 대하여 비스듬히 입사시키는 스퍼터링 장치가 제안되어 있다.
특허문헌 2에 기재된 스퍼터링 장치는, 진공 용기와, 진공 용기 내에 마련된 기판 보유 지지대와, 타깃을 보유 지지하는 타깃 홀더와, 타깃 홀더와 기판 보유 지지대 사이에 마련된, 개구(통과 구멍)를 갖는 차단 어셈블리를 갖는다. 그리고 이동 기구에 의하여 기판 보유 지지대를 이동시키면서, 타깃으로부터 방출된 스퍼터 입자를 차단 어셈블리의 개구를 통과시켜, 스퍼터 입자를 기판 상에 소정의 각도로 입사시킨다.
국제 공개 제2013/179575호 일본 특허 공개 제2015-67856호 공보
본 개시는, 간이하게 원하는 형상의 막을 형성할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따른 성막 장치는, 기판에 대하여 성막 처리가 행해지는 처리 공간을 규정하는 처리 챔버와, 상기 처리 챔버 내에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지부와, 상기 기판에 대하여 스퍼터 입자를 방출시키는 타깃을 갖는 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부와, 상기 기판에 대하여 에칭 작용을 갖는 에칭 입자를 방출시키는 적어도 하나의 에칭 입자 방출부를 구비하고, 상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 방출된 상기 스퍼터 입자가 상기 기판 상에 퇴적되어 막이 형성되고, 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 방출된 상기 에칭 입자에 의하여 상기 막의 일부가 에칭되는 기판에 대하여, 성막 처리가 행해진다.
본 개시에 의하면, 간이하게 원하는 막을 형성할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법이 얻어진다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 의한 수평 단면도이다.
도 3은 도 1의 성막 장치에 있어서, 스퍼터 입자의 방출과 에칭 입자의 방출을 동시에 행하는 경우의 실시 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4a는 도 1의 성막 장치에 있어서, 스퍼터 입자의 방출과 에칭 입자의 방출을 한쪽씩 행하는 경우의 실시 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4b는 도 1의 성막 장치에 있어서, 스퍼터 입자의 방출과 에칭 입자의 방출을 한쪽씩 행하는 경우의 실시 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4c는 도 1의 성막 장치에 있어서, 스퍼터 입자의 방출과 에칭 입자의 방출을 한쪽씩 행하는 경우의 실시 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4d는 도 1의 성막 장치에 있어서, 스퍼터 입자의 방출과 에칭 입자의 방출을 한쪽씩 행하는 경우의 실시 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5a는 경사 성막에 의하여 기판 상에 막 형성한 경우의 막의 상태를 도시하는 도면이다.
도 5b는 경사 성막 후, 에칭 입자에 의하여 처리한 후의 상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 다른 예를 도시하는 종단면도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 또 다른 예를 도시하는 종단면도이다.
도 8은 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 또 다른 예를 도시하는 종단면도이다.
도 9a는 도 8의 성막 장치에 의한 실시 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9b는 도 8의 성막 장치에 의한 실시 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 제2 실시 형태에 따른 성막 장치의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 11a는 도 10의 성막 장치를 이용하여, 트렌치 패턴이 형성된 기판에 스퍼터 성막을 행한 경우의, 형성된 막의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 11b는 도 11a의 상태로부터, 에칭 입자에 의하여 막의 측면 부분을 제거한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 11c는 도 10의 성막 장치에 의하여, 스퍼터 성막과 에칭 입자에 의한 에칭을 반복함으로써 형성된 적층막의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 12는 도 11c의 상태로부터, 에칭 입자에 의하여 추가로 측면의 에칭을 행하여 미세한 막을 형성한 경우의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 13a는 볼록부 패턴에 막을 형성한 상태를 도시하는 평면도이다.
도 13b는 도 13a의 상태로부터, 대향하는 측면의 막 부분을 에칭 제거한 상태를 도시하는 평면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명한다.
<제1 실시 형태>
먼저, 제1 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 일례를 도시하는 종단면도, 도 2는, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 의한 수평 단면도이다.
본 실시 형태의 성막 장치(1)는, 기판 W 상에 스퍼터링에 의하여 막을 형성하는 것이다. 성막 장치(1)는 처리 챔버(10)와 스퍼터 입자 방출부(12)와 에칭 입자 방출부(13)와 기판 지지부(14)와 기판 이동 기구(16)와 차단 판(18)과 배기 장치(20)를 갖고 있다. 기판 W로서는, 예를 들어 반도체 웨이퍼를 들 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
처리 챔버(10)는, 상부가 개구된 챔버 본체(10a)와, 챔버 본체(10a)의 상부 개구를 막도록 마련된 덮개체(10b)를 갖는다. 덮개체(10b)는 정상면과 측면을 가지며, 측면이 경사면으로 되어 있다. 처리 챔버(10)의 내부는, 성막 처리가 행해지는 처리 공간 S로 되어 있다.
처리 챔버(10)의 저부에는 배기구(21)가 형성되며, 상기 배기 장치(20)는 이 배기구(21)에 접속되어 있다. 배기 장치(20)는 압력 제어 밸브 및 진공 펌프를 포함하고 있으며, 배기 장치(20)에 의하여 처리 공간 S가 소정의 진공도까지 진공 배기되도록 되어 있다.
덮개체(10b)의 정상면에는, 처리 공간 S 내에 가스를 도입하기 위한 가스 도입 포트(22)가 삽입되어 있다. 가스 도입 포트(22)로부터, 가스 공급부(도시하지 않음)로부터의 스퍼터 가스, 예를 들어 불활성 가스가 처리 공간 S 내에 도입된다.
처리 챔버(10)의 측벽에는, 기판 W를 반출입하기 위한 반출입구(23)가 형성되어 있다. 반출입구(23)는 게이트 밸브(24)에 의하여 개폐된다. 처리 챔버(10)는 반송 챔버(50)에 인접하여 마련되어 있으며, 게이트 밸브(24)가 열림으로써 처리 챔버(10)와 반송 챔버(50)가 연통되도록 되어 있다. 반송 챔버(50) 내는 소정의 진공도로 유지되며, 그 안에, 기판 W를 처리 챔버(10)에 대하여 반출입하기 위한 반송 장치(도시하지 않음)가 마련되어 있다.
차단 판(18)은, 스퍼터 입자 및 에칭 입자를 차단하기 위한 것이며, 대략 판형 부재로서 구성되어 있고, 처리 공간 S의 높이 방향의 중간 위치에 수평으로 배치되어 있다. 차단 판(18)의 에지부는 챔버 본체(10a)의 측벽에 고정되어 있다. 차단 판(18)은 처리 공간 S를 제1 공간 S1과 제2 공간 S2로 구획하고 있다. 제1 공간 S1은 차단 판(18)의 상방 공간이고, 제2 공간 S2는 차단 판(18)의 하방 공간이다.
차단 판(18)에는, 스퍼터 입자 및 에칭 입자를 통과시키는, 슬릿형을 이루는 통과 구멍(19)이 형성되어 있다. 통과 구멍(19)은 차단 판(18)의 판 두께 방향(Z 방향)으로 관통되어 있다. 통과 구멍(19)은, 도면 중의 수평인 일 방향인 Y 방향을 긴 쪽 방향으로 하여 가늘고 길게 형성되어 있다. 통과 구멍(19)의 Y 방향의 길이는 기판 W의 직경보다도 길게 형성된다.
스퍼터 입자 방출부(12)는, 타깃 홀더(26)와, 타깃 홀더(26)에 보유 지지되는 타깃(30)과, 타깃 홀더(26)에 전압을 인가하는 전원(28)을 갖는다.
타깃 홀더(26)는, 도전성을 갖는 재료를 포함하며, 차단 판(18)의 상방에 배치되어, 절연성의 부재를 통하여 처리 챔버(10)의 덮개체(10b)의 경사면에 장착되어 있다. 타깃 홀더(26)는, 통과 구멍(19)에 대하여 비스듬히 상방에 타깃(30)이 위치하도록 당해 타깃(30)을 보유 지지한다. 타깃(30)은, 성막하고자 하는 막의 구성 원소를 포함하는 재료를 포함하며, 도전성 재료여도, 유전체 재료여도 된다.
전원(28)은 타깃 홀더(26)에 전기적으로 접속되어 있다. 전원(28)은, 타깃(30)이 도전성 재료인 경우에는 직류 전원이어도 되고, 타깃(30)이 유전성 재료인 경우에는 고주파 전원이어도 된다. 전원(28)이 고주파 전원인 경우에는 정합기를 통하여 타깃 홀더(26)에 접속된다. 타깃 홀더(26)에 전압이 인가됨으로써 타깃(30) 주위에서 스퍼터 가스가 해리된다. 그리고 해리된 스퍼터 가스 중의 이온이 타깃(30)에 충돌하여, 타깃(30)으로부터 그 구성 재료의 입자인 스퍼터 입자가 방출된다.
스퍼터 입자 방출부(12)에 보유 지지된 타깃(30)으로부터 경사 방향으로 방출된 스퍼터 입자 중, 통과 구멍(19)을 통과한 것이 기판 W에 비스듬히 입사되어 기판 W 상에 퇴적된다.
에칭 입자 방출부(13)는, 에칭 작용을 갖는 에칭 입자를 방출하는 것이다. 에칭 입자 방출부(13)로부터 방출되는 에칭 입자로서는 이온 또는 가스 클러스터 등을 들 수 있으며, 이들은 이온 빔이나 가스 클러스터 빔 등의, 지향성이 높은 상태에서 방출되는 것이 바람직하다. 에칭 입자가 이온 빔으로서 방출되는 경우, 에칭 입자 방출부(13)는 이온원에서 생성된 이온을 가속하여 방출한다. 에칭 입자가 가스 클러스터 빔으로서 방출되는 경우, CO2 등의 클러스터 생성용 가스를 고압으로 하여 노즐로부터 분사하고, 단열 팽창에 의하여 가스 클러스터를 방출한다. 즉, 에칭 입자 방출부(13)는 일반적인 이온 빔 방사 장치나 가스 클러스터 빔 방사 장치와 마찬가지로 구성되며, 에칭 입자로서 이온 또는 가스 클러스터를 방출한다. 가스 클러스터는, 가스의 원자 또는 분자의 일부가 반 데르 발스 힘에 의하여 수 개 내지 약 107개 정도 응집하여 생성된 것이다. 가스 클러스터는 이온화되어 있어도, 중성이어도 된다.
에칭 입자는 에칭 입자 방출부(13)로부터 비스듬히 방출되며, 방출된 에칭 입자 중, 통과 구멍(19)을 통과한 것이 기판 W에 비스듬히 입사되어, 기판 W에 형성된 막에 대하여 에칭 작용을 미쳐 막의 일부가 제거된다.
또한 에칭 입자 방출부(13)는 에칭 입자의 방출 방향을 조정할 수 있도록 하는 것이 바람직하고, 또한 그 자체가 이동 가능해도 된다. 이것에 의하여 기판 W의 원하는 위치에 에칭 입자를 조사하여 에칭할 수 있다.
스퍼터 입자 방출부(12)와 에칭 입자 방출부(13)는, 통과 구멍(19)에서 본 반대측의 위치에 대향하여 마련되어 있다. 이와 같이 함으로써, 기판 W의 한쪽측으로부터 스퍼터 입자를 방사하여 지향성이 있는 성막을 행함과 함께, 기판 W의 반대측으로부터 에칭 입자를 방사하여 여분의 성막 부분을 에칭 제거할 수 있다.
기판 지지부(14)는 처리 챔버(10)의 챔버 본체(10a) 내에 마련되며, 지지 핀(31)을 통하여 기판 W를 수평으로 지지하도록 되어 있다. 기판 지지부(14)는 기판 이동 기구(16)에 의하여, 수평인 일 방향인 X 방향을 따라 직선적으로 이동(왕복동) 가능하게 되어 있다. 따라서 기판 지지부(14)에 지지된 기판 W는 기판 이동 기구(16)에 의하여 수평면 내에서 직선 이동된다. 기판 이동 기구(16)는 다관절 암부(32)와 구동부(33)를 갖고 있으며, 구동부(33)에 의하여 다관절 암부(32)를 구동함으로써 기판 지지부(14)를 X 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
성막 장치(1)는 또한 제어부(40)을 갖는다. 제어부(40)는 컴퓨터를 포함하며, 성막 장치(1)의 각 구성부, 예를 들어 스퍼터 입자 방출부(12)의 전원(28), 에칭 입자 방출부(13), 배기 장치(20), 구동부(33) 등을 제어한다. 제어부(40)는, 실제로 이들의 제어를 행하는 CPU를 포함하는 주 제어부와, 입력 장치, 출력 장치, 표시 장치, 기억 장치를 갖고 있다. 기억 장치에는, 성막 장치(1)에서 실행되는 각종 처리의 파라미터가 기억되어 있으며, 또한 성막 장치(1)에서 실행되는 처리를 제어하기 위한 프로그램, 즉, 처리 레시피가 저장된 기억 매체가 세트되도록 되어 있다. 제어부(40)의 주 제어부는, 기억 매체에 기억되어 있는 소정의 처리 레시피를 호출하고, 그 처리 레시피에 기초하여 성막 장치(1)에 소정의 처리를 실행시킨다.
다음으로, 이상과 같이 구성되는 성막 장치에 있어서의 성막 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 처리 챔버(10) 내의 처리 공간 S를 배기한 후, 가스 도입 포트(22)로부터 처리 공간 S에 스퍼터 가스, 예를 들어 불활성 가스를 도입하여 소정 압력으로 압력 조절한다.
이어서, 기판 지지부(14)를 기판 전달 위치에 위치시키고, 게이트 밸브(24)를 열고 반송 챔버(50)의 반송 장치(도시하지 않음)에 의하여 기판 W를 기판 지지부(14)(지지 핀(31) 상)에 적재한다. 이어서, 반송 장치를 반송 챔버(50)로 복귀시키고 게이트 밸브(24)를 닫는다.
이어서, 기판 지지부(14) 상의 기판 W를 수평 방향의 일 방향인 X 방향으로 이동시키면서 스퍼터 입자 방출부(12)의 타깃(30)으로부터 스퍼터 입자를 비스듬히 방출시킨다.
이때의 스퍼터 입자의 방출은, 전원(28)으로부터 타깃 홀더(26)에 전압을 인가하여, 타깃(30) 주위에서 해리된 스퍼터 가스 중의 이온이 타깃(30)에 충돌함으로써 이루어진다.
스퍼터 입자 방출부(12)의 타깃(30)으로부터 비스듬히 방출된 스퍼터 입자는, 차단 판(18)에 형성된 통과 구멍(19)을 통과하여 기판 W에 비스듬히 입사되어 기판 W 상에 퇴적되어, 경사 성막에 의한 소정의 막이 형성된다.
또한 기판 지지부(14) 상의 기판 W를 수평 방향의 일 방향인 X 방향으로 이동시키면서 에칭 입자 방출부(13)로부터 에칭 입자, 예를 들어 이온 빔이나 가스 클러스터 빔을 비스듬히 방출시킨다.
에칭 입자 방출부(13)로부터 비스듬히 방출된 에칭 입자는, 차단 판(18)에 형성된 통과 구멍(19)을 통과하여 기판 W에 비스듬히 입사되어 기판 W 상에 퇴적된 막의 일부, 전형적으로는 여분의 부분을 에칭 제거할 수 있다.
스퍼터 입자 방출부(12)로부터의 스퍼터 입자의 방출과 에칭 입자 방출부(13)로부터의 에칭 입자의 방출은 동시여도 되고, 스퍼터 입자 방출 후에 에칭 입자를 방출해도 된다.
동시인 경우에는, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 기판 W를, X 방향을 따른 도면 중 A 방향 또는 그 반대 방향인 B 방향으로 이동시키면서 스퍼터 입자 방출부(12)로부터 스퍼터 입자 P를 방출시킴과 함께, 에칭 입자 방출부(13)로부터 에칭 입자 E를 방출시킨다. 이것에 의하여, 스퍼터 입자를 퇴적시켜 성막을 행하면서 에칭 입자 E에 의하여 막의 여분의 부분을 에칭한다.
또한 한쪽씩인 경우에는, 맨 처음에 스퍼터 입자 방출부(12)로부터 스퍼터 입자를 방출하여 막 형성을 행한 후, 스퍼터 입자의 방출을 정지하고 에칭 입자 방출부(13)로부터 에칭 입자를 방출하여, 형성된 막의 여분의 부분의 에칭을 행한다.
구체적으로는, 도 4a 내지 4d에 도시한 바와 같은 수순으로 행해진다.
맨 처음에, 도 4a에 도시한 바와 같이, 퇴피 위치에 있는 기판 지지부(14)에 기판 W를 전달한다. 이어서, 도 4b에 도시한 바와 같이, 기판 지지부(14) 상의 기판 W를, X 방향을 따른 도면 중 A 방향으로 이동시키면서 스퍼터 입자 방출부(12)의 타깃(30)으로부터 스퍼터 입자 P를 비스듬히 방출시킨다. 이것에 의하여, 스퍼터 입자 P가 일 방향으로부터 기판 W 상에 비스듬히 입사되어 기판 상에 퇴적되고, 경사 성막에 의하여 소정의 막이 형성된다.
도 4c에 도시한 바와 같이, 기판 W가 전부 차단 판(18)의 통과 구멍(19)을 통과한 후, 스퍼터 입자 방출부(12)에 의한 타깃(30)으로부터의 스퍼터 입자의 방출을 정지한다.
이어서, 도 4d에 도시한 바와 같이, 기판 지지부(14) 상의 기판 W를 A 방향과 반대인 B 방향으로 이동시키면서 에칭 입자 방출부(13)로부터 에칭 입자 E를 비스듬히 방출시킨다. 이것에 의하여, 에칭 입자가 종전의 일 방향과는 반대 방향으로부터 기판 W 상에 비스듬히 입사되어, 형성된 막의 여분의 부분이 에칭된다.
이상과 같은 막 형성과 에칭을 적어도 2회 행해도 된다.
종래에는, 특허문헌 2에 나타난 바와 같이, 기판을 주사시키면서 하나의 스퍼터 입자 방출부의 타깃으로부터 비스듬히 스퍼터 입자를 방출시켜 성막을 행함으로써 지향성이 높은 성막을 실현하고 있었지만, 여분의 부분에도 막 형성되는 경우가 있었다. 이와 같은 경우에는, 성막 부분을 원하는 형상으로 형상 보정하기 위하여 별도의 장치에서 에칭 처리를 행할 필요가 있어, 장치 및 공정이 복잡해져 버린다.
이에 비해, 본 실시 형태에서는, 하나의 처리 챔버(10) 내에서 스퍼터 입자 방출부(12)로부터 비스듬히 스퍼터 입자를 방출하여 기판 상에 막을 형성하고, 또한 에칭 입자 방출부(13)로부터 에칭 입자를 방출하여 형상 보정을 행할 수 있다. 이 때문에, 극히 간이하게 원하는 형상의 막 형성을 행할 수 있다. 또한 이온 빔 등의 에칭 입자에 의하여 에칭을 행하므로 제거 부분의 개소나 크기를 임의로 설정할 수 있다.
예를 들어 경사 성막을 행하면, 도 5a에 도시한 바와 같이, 기판 W 상에 스퍼터 입자의 입사 방향에 따른 방향으로 결정(72)이 성장하여 지향성이 높은 막(71)이 형성된다. 이때, 막(71)의 표면 부분에는 여분의 볼록형의 돌기 부분(73)이 형성되는 경우가 있다. 이 상태에서, 돌기 부분(73)을 향하도록 에칭 입자 방출부(13)로부터 에칭 입자를 방출함으로써, 도 5b에 도시한 바와 같이, 돌기 부분(73)이 제거된, 원하는 평탄한 면이 형성된다.
또한 본 실시 형태에 있어서, 스퍼터 입자 방출부(12)(타깃(30))의 배치 위치 및 방향, 그리고 에칭 입자 방출부(13)의 배치 위치 및 방향은 임의이며, 기판 W에 형성된 패턴에 따라 설정할 수 있다.
예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이, 에칭 입자 방출부(13)를 스퍼터 입자 방출부(12)와 동일한 측에 마련하여 기판 W의 스퍼터 입자 입사측의 여분의 부분을 에칭하도록 해도 된다.
또한, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이, 에칭 입자 방출부(13)와 마찬가지로 구성된 2개의 에칭 입자 방출부(13a 및 13b)를, 스퍼터 입자 방출부(12)와 동일한 측 및 반대측의 덮개체(10b)의 경사면에 서로 대향하도록 마련해도 된다. 이것에 의하여, 기판 W의 스퍼터 입자 입사측과 그 반대측에 있어서 막의 여분의 부분을 에칭할 수 있다.
또한 에칭 입자 방출부는, 평면으로 보아, 스퍼터 입자 방출 방향에 직교하는 방향으로 에칭 입자가 방출되는 위치에 배치되어 있어도 된다.
또한, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이, 2개의 스퍼터 입자 방출부(12a 및 12b)와 2개의 에칭 입자 방출부(13a 및 13b)를 마련해도 된다. 2개의 스퍼터 입자 방출부(12a 및 12b)는, 통과 구멍(19)을 사이에 두고 서로 대향하도록 마련되어 있어도 된다. 본 예의 경우에는, 2개의 에칭 입자 방출부(13a 및 13b)는, 각각 2개의 스퍼터 입자 방출부(12a 및 12b)에 대응하는 위치에, 통과 구멍(19)을 사이에 두고 서로 대향하도록 마련되어 있다.
스퍼터 입자 방출부(12a)는, 타깃 홀더(26a)와, 타깃 홀더(26a)에 보유 지지되는 타깃(30a)과, 타깃 홀더(26a)에 전압을 인가하는 전원(28a)을 갖는다. 또한 스퍼터 입자 방출부(12b)는, 타깃 홀더(26b)와, 타깃 홀더(26b)에 보유 지지된 타깃(30b)과, 타깃 홀더(26b)에 전압을 인가하는 전원(28b)을 갖는다.
본 예의 장치에 있어서는, 맨 처음에, 도 9a에 도시한 바와 같이, 기판 W를 A 방향으로 이동시키면서 스퍼터 입자 방출부(12b)로부터 스퍼터 입자를 방출시킴과 함께, 반대측의 에칭 입자 방출부(13a)로부터 에칭 입자를 방출시킨다. 이것에 의하여, 스퍼터 입자 P가 일 방향으로부터 기판 W 상에 비스듬히 입사되어 기판 상에 퇴적됨과 함께, 에칭 입자 E가 반대 방향으로부터 기판 W 상에 비스듬히 입사되어 여분의 부분이 에칭된다(제1 처리).
이어서, 도 9b에 도시한 바와 같이, 기판 W를 B 방향으로 이동시키면서 스퍼터 입자 방출부(12a)로부터 스퍼터 입자를 방출시킴과 함께, 반대측의 에칭 입자 방출부(13b)로부터 에칭 입자를 방출시킨다. 이것에 의하여, 스퍼터 입자 P가 종전의 일 방향과는 반대 방향으로부터 기판 W 상에 비스듬히 입사됨과 함께, 에칭 입자 E가 그와 반대인 종전의 일 방향으로부터 비스듬히 입사되어 여분의 부분이 에칭된다(제2 처리).
이와 같이, 제1 처리 및 제2 처리에 있어서, 여분의 부분을 제거한, 원하는 형상의 막이 형성되므로, 이들을 1회 이상 교대로 반복하여 적층 성막을 행할 수 있다. 이것에 의하여 단시간에 원하는 두께의 막을 형성할 수 있다.
또한 도 8의 성막 장치에 있어서, 스퍼터 입자에 의한 성막과 에칭 입자에 의한 에칭을 교대로 행해도 된다. 그 경우에는 제1 처리로서, 기판 W를 A 방향으로 이동시키면서 스퍼터 입자 방출부(12b)로부터 스퍼터 입자를 방출시키고, 이어서 기판 W를 B 방향으로 이동시키면서 에칭 입자 방출부(13a)로부터 에칭 입자를 방출시킨다. 또한 제2 처리로서, 기판 W를 B 방향으로 이동시키면서 스퍼터 입자 방출부(12a)로부터 스퍼터 입자를 방출시키고, 이어서 기판 W를 A 방향으로 이동시키면서 에칭 입자 방출부(13b)로부터 에칭 입자를 방출시킨다. 이들 제1 처리 및 제2 처리를 반복함으로써 적층 성막을 행할 수 있다.
<제2 실시 형태>
다음으로, 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 10은, 제2 실시 형태에 따른 성막 장치를 도시하는 종단면도이다.
본 실시 형태의 성막 장치(1')는, 경사 성막을 행하는 제1 실시 형태와는 달리 통상의 스퍼터 성막을 행하는 것이다. 이 때문에, 타깃은 기판 W와 대향하여 마련되며, 통과 구멍을 갖는 차단 판이 존재하지 않고, 또한 기판 W를 직선적으로 이동시키는 이동 기구도 존재하지 않는다.
성막 장치(1')는 제1 실시 형태의 성막 장치(1)와 마찬가지로, 상부가 개구된 챔버 본체(10a)와, 챔버 본체(10a)의 상부 개구를 막도록 마련된 덮개체(10b)를 갖는 처리 챔버(10)를 구비한다. 덮개체(10b)는 정상면과 측면을 가지며, 측면이 경사면으로 되어 있다.
처리 챔버(10)의 내부는, 성막 처리가 행해지는 처리 공간 S'으로 되어 있으며, 처리 챔버(10)의 저부 중앙에는, 기판 W를 적재하는 적재대(기판 지지부)(60)가 마련되어 있다. 또한 성막 장치(1)와 마찬가지로, 처리 챔버(10)의 저부에는 배기구(21)가 형성되며, 이 배기구(21)에 상기 배기 장치(20)가 접속되어 있다.
또한 덮개체(10b)의 정상면 근방에는, 처리 공간 S' 내에 스퍼터 가스를 도입하기 위한 가스 도입 포트(22)가 삽입되어 있다.
처리 챔버(10)의 측벽에는, 기판 W를 반출입하기 위한 반출입구(23)가 형성되어 있다. 반출입구(23)는 게이트 밸브(24)에 의하여 개폐된다.
처리 챔버(10)에 있어서의 덮개체(10b)의 정상면에는, 스퍼터 입자를 방출하기 위한 스퍼터 입자 방출부(12')가, 적재대(60)와 대향하도록 마련되어 있다. 스퍼터 입자 방출부(12')는 스퍼터 입자 방출부(12)와 마찬가지로, 타깃 홀더(26)와, 타깃 홀더(26)에 보유 지지되는 타깃(30)과, 타깃 홀더(26)에 전압을 인가하는 전원(28)을 갖는다.
덮개체(10b)의 측면에는, 도 7과 마찬가지로, 서로 대향하도록 2개의 에칭 입자 방출부(13a 및 13b)가 마련되어 있다. 단, 에칭 입자 방출부의 수 및 배치 위치는 임의이다. 또한 에칭 입자 방출부는 에칭 입자의 방출 방향을 조정할 수 있도록 하는 것이 바람직하고, 또한 그 자체가 이동 가능해도 된다. 이것에 의하여 기판 W의 원하는 위치에 에칭 입자를 조사하여 에칭할 수 있다.
다음으로, 이상과 같이 구성되는 제2 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 성막 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 처리 챔버(10) 내의 처리 공간 S'을 배기한 후, 가스 도입 포트(22)로부터 처리 공간 S'에 스퍼터 가스, 예를 들어 불활성 가스를 도입하여 소정 압력으로 압력 조절한다.
이어서, 게이트 밸브(24)를 열고 반송 챔버(50)의 반송 장치(도시하지 않음)에 의하여 기판 W를 적재대(60) 상에 적재한다. 이어서, 반송 장치를 반송 챔버(50)로 복귀시키고 게이트 밸브(24)를 닫는다.
이어서, 스퍼터 입자 방출부(12')의 타깃(30)으로부터 스퍼터 입자를 하방으로 방출시킨다. 이때의 스퍼터 입자의 방출은, 전원(28)으로부터 타깃 홀더(26)에 전압을 인가하여, 타깃(30) 주위에서 해리된 스퍼터 가스 중의 이온이 타깃(30)에 충돌함으로써 이루어진다. 방출된 스퍼터 입자는 기판 W 상에 퇴적되어 소정의 막이 형성된다.
또한 에칭 입자 방출부(13a 및 13b)로부터 에칭 입자, 예를 들어 이온 빔, 가스 클러스터 빔 등을 비스듬히 방출시킨다. 에칭 입자 방출부(13a 및 13b)로부터 비스듬히 방출된 에칭 입자는 기판 W에 비스듬히 입사되어, 기판 W 상에 퇴적된 막의 여분의 부분이 에칭된다.
스퍼터 입자 방출부(12')로부터의 스퍼터 입자의 방출과 에칭 입자 방출부(13a 및 13b)로부터의 에칭 입자의 방출은 동시여도 되고, 스퍼터 입자 방출 후에 에칭 입자를 방출해도 된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서도, 하나의 처리 챔버(10) 내에서 스퍼터 성막과, 스퍼터 성막에 의하여 형성된 여분의 성막 부분의 에칭 제거에 의한 형상 보정을 행할 수 있다. 이 때문에, 극히 간이하게 원하는 형상의 막 형성을 행할 수 있다.
또한 적재대(60)를 회전시키는 기구를 마련하여 스퍼터 성막이나, 에칭 제거에 의한 형상 보정을 행할 때, 적재대(60)를 회전시킴으로써 기판 W를 회전시켜도 된다. 기판 W를 회전시킴으로써, 스퍼터 성막에서는, 트렌치 패턴에 전체를 덮는 성막이 가능해지고, 에칭 제거에 의하여, 트렌치 패턴에 부착되어 있는 막의 성막량의 보정 또는 최적화를 행할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한 트렌치 패턴의 볼록부에 비교적 높이가 높은 막을 형성할 필요가 있는 경우에는, 여분의 부분은 최대한 제거할 필요가 있다. 예를 들어 트렌치 패턴이 형성된 기판 W에 통상의 스퍼터 성막을 행한 경우에는, 도 11a에 도시한 바와 같이, 볼록부(81)에 형성된 막(82)은 볼록부의 상면뿐 아니라 측면에도 형성된다. 이 경우, 막(82)의 측면 부분(82a)이 높이 방향의 막 형성의 방해로 된다. 그러나 스퍼터 후에 에칭 입자 방출부(13a 및 13b)로부터 방출된 에칭 입자에 의하여 에칭을 행함으로써, 도 11b에 도시한 바와 같이, 측면 부분(82a)을 제거하여 볼록부(81)의 상면 막(83)만을 남길 수 있다. 이 때문에, 스퍼터 성막 및 에칭을 복수 회 반복함으로써, 도 11c에 도시한 바와 같이, 볼록부(81)의 상면에만 적층 성막을 행할 수 있어, 원하는 높이의 막(84)을 형성할 수 있다.
또한, 이와 같이 원하는 높이의 막(84)을 형성한 후, 에칭 입자 방출부(13a) 및/또는 에칭 입자 방출부(13b)로부터 에칭 입자를 방출하여 추가로 에칭을 행함으로써, 도 12에 도시한 바와 같이, 막(84)을 더욱 미세하게 할 수 있다. 예를 들어 막(84)이 배선인 경우에는 보다 미세한 배선을 형성할 수 있다. 즉, 패턴 에칭을 행하는 일 없이 하나의 처리 챔버에서 배선의 세선화를 실현할 수 있다.
또한 3차원 성막의 경우, 스퍼터 성막 후, 에칭 입자 방출부(13a 및/또는 13b)에 의하여 볼록부의 측면 중 적어도 하나의 측면의 막 부분만을 에칭 입자에 의하여 에칭 제거할 수 있다. 이것에 의하여, 제거가 필요한 특정 측면의 막 부분만을 에칭 제거할 수 있다. 예를 들어 도 13a의 평면도에 도시한 바와 같이, 볼록부 패턴(91)에 막(92)을 형성한 후, 도 13b에 도시한 바와 같이, 대향하는 측면의 막 부분을 에칭 제거하여 다른 면의 막 부분을 남길 수도 있다.
이들 관점에 대해서는 제1 실시 형태에서도 마찬가지이다.
<다른 적용>
이상, 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부된 특허 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
예를 들어 상기 실시 형태의 스퍼터 입자를 방출시키는 방법은 예시이며, 다른 방법으로 스퍼터 입자를 방출시켜도 된다. 또한 에칭 입자를 방출시키는 방법도 예시이며, 에칭 입자는 에칭 작용을 미치는 입자이면 되고 그 방출 방법도 한정되지 않는다.
또한 상기 제1 실시 형태에서는 기판 이동 기구로서 다관절 암 기구를 이용하였지만 이에 한정되지 않으며, 벨트 컨베이어 등, 기판을 직선적으로 이동시킬 수 있는 것이면 된다. 벨트 컨베이어를 이용한 경우에는 벨트 컨베이어가 기판 지지부와 기판 이동 기구를 겸한다.

Claims (19)

  1. 기판에 대하여 성막 처리가 행해지는 처리 공간을 규정하는 처리 챔버와,
    상기 처리 챔버 내에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지부와,
    상기 기판에 대하여 스퍼터 입자를 방출시키는 타깃을 갖는 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부와,
    상기 기판에 대하여 에칭 작용을 갖는 에칭 입자를 방출시키는 적어도 하나의 에칭 입자 방출부
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 방출된 상기 스퍼터 입자가 상기 기판 상에 퇴적되어 막이 형성되고,
    상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 방출된 상기 에칭 입자에 의하여 상기 막의 일부가 에칭되는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 챔버 내에 스퍼터 가스를 도입하는 가스 도입부를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부는 복수의 스퍼터 입자 방출부를 포함하며, 상기 복수의 스퍼터 입자 방출부는 각각, 상기 타깃을 보유 지지하는 타깃 홀더와, 상기 타깃 홀더에 전압을 인가하는 전원을 포함하고, 상기 타깃 홀더에 상기 전원으로부터 전압이 인가됨으로써, 상기 스퍼터 가스가 해리되어 형성된 이온이 상기 타깃에 충돌하여 스퍼터 입자가 방출되는, 성막 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부는 에칭 입자로서 이온 또는 가스 클러스터를 이온 빔 또는 가스 클러스터 빔으로 하여 방출하는, 성막 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터의 상기 스퍼터 입자의 방출과 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터의 상기 에칭 입자의 방출은 동시에 또는 한쪽씩 행해지는, 성막 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부 및 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부와 상기 기판 지지부의 사이에 마련되어, 상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 방출된 상기 스퍼터 입자 및 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 방출된 상기 에칭 입자가 통과하는 통과 구멍을 갖는 차단 판과,
    상기 기판 지지부에 지지된 기판을 직선적으로 이동시키는 기판 이동 기구
    를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부는 경사 방향으로 상기 스퍼터 입자를 방출시키고,
    상기 기판 이동 기구에 의하여 상기 기판이 직선적으로 이동된 상태에서, 상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 방출되어 상기 통과 구멍을 통과한 상기 스퍼터 입자에 의하여 상기 막이 형성되고,
    상기 기판 이동 기구에 의하여 상기 기판이 직선적으로 이동된 상태에서, 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 방출되어 상기 통과 구멍을 통과한 상기 에칭 입자에 의하여 상기 막의 일부가 에칭되는, 성막 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부와 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부는, 상기 통과 구멍을 사이에 두고 대향하는 위치에 마련되어 있는, 성막 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부와 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부는 동일한 측에 마련되어 있는, 성막 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부는, 상기 통과 구멍을 사이에 두고 대향하도록 마련된 2개의 스퍼터 입자 방출부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부는, 상기 2개의 스퍼터 입자 방출부에 대응하는 위치에, 상기 통과 구멍을 사이에 두고 서로 대향하도록 마련된 2개의 에칭 입자 방출부를 포함하는 성막 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 2개의 스퍼터 입자 방출부 중 한쪽과, 상기 한쪽 스퍼터 입자 방출부에 대향하는 상기 2개의 에칭 입자 방출부 중의 한 쪽을 이용하여, 상기 기판을 제1 방향으로 직선적으로 이동시키면서 제1 처리를 행하고,
    상기 2개의 스퍼터 입자 방출부 중 다른 쪽과, 상기 다른 쪽 스퍼터 입자 방출부에 대향하는 상기 2개의 에칭 입자 방출부 중의 다른 쪽을 이용하여, 상기 기판을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 직선적으로 이동시키면서 제2 처리를 행하는, 성막 장치.
  10. 성막 장치에 의하여 미리 결정된 막을 성막하는 성막 방법이며,
    상기 성막 장치는,
    기판에 대하여 성막 처리가 행해지는 처리 공간을 규정하는 처리 챔버와,
    상기 처리 챔버 내에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지부와,
    상기 기판에 대하여 스퍼터 입자를 방출시키는 타깃을 갖는 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부와,
    상기 기판에 대하여 에칭 작용을 갖는 에칭 입자를 방출시키는 적어도 하나의 에칭 입자 방출부
    를 포함하고,
    기판을 상기 기판 지지부에 지지시키는 공정과,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 상기 스퍼터 입자를 방출시키는 공정과,
    상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 상기 에칭 입자를 방출시키는 공정
    을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 방출된 상기 스퍼터 입자를 상기 기판 상에 퇴적시켜 막을 형성하고,
    상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 방출된 상기 에칭 입자에 의하여 상기 막의 일부를 에칭하는, 성막 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부는 에칭 입자로서 이온 또는 가스 클러스터를 이온 빔 또는 가스 클러스터 빔으로 하여 방출하는, 성막 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 상기 스퍼터 입자를 방출시키는 공정과 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 상기 에칭 입자를 방출시키는 공정은 동시에 또는 한쪽씩 행해지는, 성막 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 상기 스퍼터 입자를 방출시키는 공정과 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 상기 에칭 입자를 방출시키는 공정을 적어도 2회 행하는, 성막 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기판은 볼록부를 갖고, 상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 상기 스퍼터 입자를 방출시키는 공정과 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 상기 에칭 입자를 방출시키는 공정을 상기 적어도 2회 행함으로써 상기 볼록부 상에 적층 성막을 행하는, 성막 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 볼록부 상에 적층 성막을 행하여 형성된 적층막에 대하여, 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 상기 에칭 입자를 방출시켜 상기 적층막을 에칭하는 공정을 더 포함하는 성막 방법.
  16. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 볼록부를 갖고, 상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 상기 스퍼터 입자를 방출시키는 공정에 의하여 상기 볼록부를 포함하는 부분에 막을 형성하고, 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 상기 에칭 입자를 방출시키는 공정에 의하여, 상기 볼록부의 적어도 하나의 측면에 형성된 상기 막의 부분을 제거하는, 성막 방법.
  17. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성막 장치는,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부 및 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부와 상기 기판 지지부의 사이에 마련되어, 상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 방출된 상기 스퍼터 입자 및 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 방출된 상기 에칭 입자가 통과하는 통과 구멍을 갖는 차단 판과,
    상기 기판 지지부에 지지된 기판을 직선적으로 이동시키는 기판 이동 기구
    를 더 포함하고,
    상기 스퍼터 입자를 방출시키는 공정은, 상기 기판 이동 기구에 의하여 상기 기판을 직선적으로 이동시키면서 상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 상기 스퍼터 입자를 비스듬히 방출시켜, 상기 통과 구멍을 통과한 상기 스퍼터 입자를 상기 기판 상에 퇴적시켜 막을 형성하고,
    상기 에칭 입자를 방출시키는 공정은, 상기 기판 이동 기구에 의하여 상기 기판을 직선적으로 이동시키면서 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 상기 에칭 입자를 방출시켜, 상기 통과 구멍을 통과한 상기 에칭 입자에 의하여 상기 막의 일부를 에칭하는, 성막 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부와 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부는, 상기 통과 구멍을 사이에 두고 대향하는 위치에 마련되어 있는, 성막 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 성막 장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부는, 상기 통과 구멍을 사이에 두고 대향하도록 마련된 2개의 스퍼터 입자 방출부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부는, 상기 2개의 스퍼터 입자 방출부에 대응하는 위치에, 상기 통과 구멍을 사이에 두고 서로 대향하도록 마련된 2개의 에칭 입자 방출부를 포함하며,
    상기 2개의 스퍼터 입자 방출부 중 한쪽과, 상기 한쪽 스퍼터 입자 방출부에 대향하는 상기 2개의 에칭 입자 방출부 중의 한쪽을 이용하여, 상기 기판을 일 방향으로 직선적으로 이동시키면서 상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 상기 스퍼터 입자를 방출시키는 공정과, 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 상기 에칭 입자를 방출시키는 공정을 포함하는 제1 처리를 행하고,
    상기 2개의 스퍼터 입자 방출부 중 다른 쪽과, 상기 다른 쪽 스퍼터 입자 방출부에 대향하는 상기 2개의 에칭 입자 방출부 중의 다른 쪽을 이용하여, 상기 기판을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 직선적으로 이동시키면서 상기 적어도 하나의 스퍼터 입자 방출부로부터 상기 스퍼터 입자를 방출시키는 공정과, 상기 적어도 하나의 에칭 입자 방출부로부터 상기 에칭 입자를 방출시키는 공정을 포함하는 제2 처리를 행하는, 성막 방법.
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