KR20210040927A - 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 반도체 웨이퍼에 대하여 예를 들어 원료 가스 및 반응 가스를 교대로 공급해서 반응 생성물을 순차적으로 적층해서 성막 처리를 행함에 있어서, 생산성이 높은 기술을 제공하는 것이다. 처리 용기(5) 내의 회전 테이블(1)에 둘레 방향으로 등간격으로 자전 가능한 적재대(2)를 배치한다. 회전 테이블(1)의 상방 영역은, 둘레 방향으로 등간격으로 설치된 분리부(4)에 의해 4개의 처리 영역(S1 내지 S4)으로 구획되고, 하나 걸러 배치된 처리 영역(S1, S3)에는 원료 가스를 공급한다. 또한, 처리 영역(S2, S4)에는, 반응 가스를 공급함과 함께 플라즈마를 발생시킨다. 각 적재대(2)에 웨이퍼(W)를 적재하고, 각 처리 영역(S1 내지 S4)에 순차적으로 정지하도록 회전 테이블(1)을 간헐적으로 회전시킴과 함께, 웨이퍼(W)가 처리 영역(S1 내지 S4)에 위치하고 있을 때는 적재대(2)를 자전시켜, 각 웨이퍼(W)에 대하여 동시에 소위 ALD 처리를 행한다.

Description

성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체{FILM FORMING APPARATUS, METHOD OF FORMING FILM, AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 기판에 대하여 처리 가스인 제1 가스 및 제2 가스를 교대로 공급해서 성막 처리를 행하는 기술 분야에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)에 대하여 예를 들어 실리콘 질화막 등의 박막의 성막을 행하는 방법의 하나로서, 박막의 원료 가스와, 이 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 웨이퍼의 표면에 차례로 공급해서 반응 생성물을 적층하는 소위 ALD(Atomic Layer Deposition)법이 알려져 있다. 이 ALD법을 사용해서 성막 처리를 행하는 성막 장치로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼를 둘레 방향으로 배열하여 공전시키기 위한 회전 테이블을 진공 용기 내에 설치함과 함께, 이 회전 테이블에 대향하도록 복수의 가스 공급 노즐을 설치한 구성을 들 수 있다. 이 장치에서는, 처리 가스가 각각 공급되는 처리 영역끼리의 사이에는, 처리 가스끼리가 서로 섞이지 않도록, 분리 가스가 공급되는 분리 영역이 형성되어 있다. 또한, 플라즈마를 사용해서 반응 가스를 활성화하는 영역 및 플라즈마를 사용해서 박막을 개질하는 영역이 둘레 방향으로 이격해서 형성되어 있다.
상기 성막 장치는, 회전 테이블에 복수매의 기판을 적재해서 처리가 행하여지는, 소위 세미 배치 방식이며, 면내 균일성이 양호하고, 스루풋의 향상을 도모할 수 있는 이점이 있지만, 업계에서는 이러한 방식의 장치에 있어서 한층 더한 생산성의 향상이 요망되고 있다.
특허문헌 2에는, 4매의 반도체 타깃이 적재되고, 회전 가능한 테이블의 상방 영역을 격벽으로 4개로 분리하는 장치가 기재되어 있고, 「ALD 등의 자기 포화 반응에 대해서도 효과적이다」라는 기재가 있지만, 운용 방법이 불분명하며, 본 발명을 시사하는 것이 아니다.
일본 특허 공개 제2013-161874호 공보 일본 특허 공개 제2007-247066호 공보
본 발명은 이러한 사정 하에 이루어진 것이며, 그 목적은, 기판에 대하여 제1 가스 및 제2 가스를 교대로 공급해서 성막 처리를 행함에 있어서, 생산성이 높은 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명은, 진공 분위기를 형성하는 처리 용기 내에서, 기판에 처리 가스인 제1 가스와 제2 가스를 교대로 공급하는 사이클을 복수회 행하여, 기판 상에 박막을 성막하는 성막 장치로서,
상기 처리 용기의 둘레 방향을 따라 간격을 두고 형성되고, 상기 제1 가스를 공급해서 기판을 처리하기 위한 n(n은 2 이상의 정수)개의 제1 처리 영역과,
상기 둘레 방향을 따라 상기 n개의 제1 처리 영역의 사이에 형성되고, 상기 제2 가스를 공급해서 기판을 처리하기 위한 n개의 제2 처리 영역과,
상기 n개의 제1 처리 영역과 상기 n개의 제2 처리 영역과의 사이를 분리하기 위한 분리부와,
상기 둘레 방향을 따라 공전 가능하게 구성됨과 함께 상기 둘레 방향을 따라 복수 배치되고, 각각 기판을 적재하기 위한 적재부와,
상기 기판이 상기 n개의 제1 처리 영역 및 상기 n개의 제2 처리 영역에 공전을 정지한 상태에서 교대로 위치하도록 상기 적재부를 간헐적으로 공전시키는 제어부를 구비하고,
상기 적재부는, 당해 적재부의 공전의 정지 시에, 상기 n개의 제1 처리 영역 및 상기 n개의 제2 처리 영역의 각각에 동일한 매수의 기판이 위치하도록 배치된다.
다른 발명은, 진공 분위기를 형성하는 처리 용기 내에서, 기판에 처리 가스인 제1 가스와 제2 가스를 교대로 복수회 공급하여, 기판 상에 박막을 성막하는 성막 방법으로서,
상기 처리 용기 내에 당해 처리 용기의 둘레 방향을 따라 간격을 두고 n(n은 2 이상의 정수)개의 제1 처리 영역을 형성함과 함께, 상기 둘레 방향을 따라 상기 n개의 제1 처리 영역의 사이에 분리 영역을 사이에 두고 n개의 제2 처리 영역을 형성하고,
상기 둘레 방향을 따라 공전 가능하게 구성됨과 함께 상기 둘레 방향을 따라 2n×m개(m은 1 이상의 정수) 배치되고, 각각 기판을 적재하기 위한 적재부를 설치하고,
(1) 각 적재부에 기판을 적재하는 공정과,
(2) 상기 n개의 제1 처리 영역 및 상기 n개의 제2 처리 영역의 각 영역에 기판이 위치하도록 각 적재부의 공전을 정지한 상태에서, 상기 n개의 제1 처리 영역 및 상기 n개의 제2 처리 영역에 각각 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스를 공급하는 공정과,
계속해서 상기 적재부를 공전시켜, 상기 n개의 제1 처리 영역 및 상기 n개의 제2 처리 영역의 각 영역에 놓여 있던 기판을 인접한 처리 영역에 위치시키는 공정과,
그 후, 상기 적재부의 공전을 정지한 상태에서, 상기 n개의 제1 처리 영역 및 상기 n개의 제2 처리 영역에 각각 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스를 공급하는 공정,
을 포함하는 사이클을 복수회 반복하는 공정,
을 포함한다.
또 다른 발명은, 진공 분위기를 형성하는 처리 용기 내에서, 기판에 처리 가스인 제1 가스와 제2 가스를 교대로 공급하는 사이클을 복수회 행하여, 기판 상에 박막을 성막하는 성막 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 기억한 기억 매체로서,
상기 컴퓨터 프로그램은, 상기 성막 방법을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있다.
처리 용기 내에 배치된 적재부에 기판을 적재하고, 처리 가스인 제1 가스 및 제2 가스를 교대로 공급해서 성막 처리를 행함에 있어서, 처리 용기의 둘레 방향을 따라 제1 처리 영역과 제2 처리 영역을 분리부를 개재해서 형성함과 함께 제1 처리 영역과 제2 처리 영역의 조를 복수로 하고 있다. 그리고, 적재부의 정지 시에, 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역의 각 영역에 동일한 매수의 기판이 위치하도록 적재부를 설정하고, 기판이 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역에 공전을 정지한 상태에서 교대로 위치하도록 상기 적재부를 간헐적으로 공전시켜 성막 처리를 행하고 있다. 이 때문에 적재부의 공전의 정지 시에, 제1 가스 및 제2 가스에 의해 처리를 동시에 복수 개소에서 행할 수 있으므로, 생산성이 높다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 주요부의 개요 구조를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 횡단면도이다.
도 4는 도 3에서 플라즈마 발생부를 겹쳐서 도시하는 횡단면도이다.
도 5는 상기 성막 장치에 사용되는 회전 테이블의 직경 방향의 일부를 따른 종단면도이다.
도 6은 상기 성막 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 7은 상기 성막 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 8은 상기 성막 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 9는 상기 성막 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 10은 상기 성막 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 11은 상기 성막 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 12는 상기 성막 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 13은 상기 성막 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 14는 상기 성막 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 15는 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예를 도시하는 평면도이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시 형태에 사용되는 자전 기구를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 17은 상기 자전 기구의 자극의 배열을 도시하는 설명도이다.
도 18은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단면도이다.
도 19는 본 발명의 제3 실시 형태에서 사용되는 연속 회전 모드를 선택했을 때의 웨이퍼의 배열을 도시하는 평면도이다.
도 20은 본 발명의 제3 실시 형태에서 사용되는 간헐 회전 모드를 선택했을 때의 웨이퍼의 배열을 도시하는 평면도이다.
도 21은 본 발명의 제3 실시 형태의 성막 장치를 사용한 기판 처리 시스템을 도시하는 평면도이다.
[본 발명의 실시 형태의 개요]
본 발명의 실시 형태의 개요에 대해서 설명한다. 이 실시 형태에서 사용되는 성막 장치는, 진공 용기인 처리 용기 내에 예를 들어 석영제의 회전 테이블을 구비하고 있고, 도 1은, 회전 테이블(1) 및 그 주변 부위를 개략적으로 나타내고 있다. 회전 테이블(1)의 상면측에는 둘레 방향으로 등간격으로 4개의 원 형상의 오목부(11)가 형성되어 있고, 각 오목부(11) 내에는, 기판인 웨이퍼를 적재하는 적재부를 이루는 적재대(2)가 배치되어 있다. 회전 테이블(1)의 하방측에는, 외형이 회전 테이블(1)과 동심의 원형을 이루는 회전 지지체(12)가 설치되고, 회전 테이블(1)은, 이 회전 지지체(12)에, 도 1에서는 보이지 않는 지지 부재를 통해서 지지되어 있다. 회전 지지체(12)는, 도 1에서는 보이지 않는 회전축에 의해 회전할 수 있도록 되어 있고, 회전 테이블(1)은, 회전 지지체(12)의 회전과 함께 예를 들어 시계 방향으로 회전한다.
적재대(2)는 자전축(21)의 상단에 설치되어 있고, 자전축(21)은, 오목부(11)의 중앙부를 관통하여, 회전 지지체(12)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 자전축(21)의 하단부에는, 자석으로 이루어지는 종동 기어부(31)가 설치됨과 함께, 처리 용기측에는 종동 기어부(31)를 비접촉으로 회전시키기 위한 자석으로 이루어지는 구동 기어부(32)가 회전 테이블(1)의 정지 위치에 대응해서 설치되고, 구동 기어부(32)의 회전에 의해 종동 기어부(31)를 통해서 자전축(21)이 회전하고, 이에 의해 적재대(2)가 자전한다.
처리 용기의 천장부에는, 회전 테이블(1)의 상방 영역을 둘레 방향으로 4개의 처리 영역으로 등분하도록 4개의 분리부(4)가 각각 회전 테이블(1)의 직경 방향으로 신장되도록 설치되어 있다. 회전 테이블(1)은, 간헐적으로 회전하고, 4개의 적재대(2)가 각각 4개의 처리 영역에 정지하도록 제어된다. 이 때문에 각 적재대(2)에 웨이퍼를 적재해서 평면적으로 보면, 후술하는 예를 들어 도 6에 도시하는 상태가 된다.
소위 ALD는, 박막의 원료 가스(흡착 가스)와, 이 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 웨이퍼의 표면에 차례로 공급해서 반응 생성물을 적층하는 처리이며, 원료 가스, 반응 가스의 순서대로 공급하는 사이클을 복수 사이클 반복하는 방법이다. 본 실시 형태에서는, 예를 들어 시계 방향에서 볼 때 4개의 처리 영역에, 각각 원료 가스를 공급하는 영역, 반응 가스를 공급하는 영역, 원료 가스를 공급하는 영역, 반응 가스를 공급하는 영역을 할당하고 있다. 따라서, 회전 테이블(1)을, 웨이퍼가 각 처리 영역에 위치하고 있는 상태에서 정지하도록 간헐적으로 회전시킴으로써, 회전 테이블(1)을 1회전시키는 동안에 2사이클을 행할 수 있다.
또한, 웨이퍼에 대하여 성막 처리를 하기 위해서 회전 테이블(1)이 정지하는 정지 위치에서는, 구동 기어부(32)의 회전에 의해 이미 설명한 바와 같이 해서 자전축(21)이 자전하므로, 웨이퍼가 자전한다. 즉, 웨이퍼는 자전되면서 성막 처리되게 된다.
[본 발명의 실시 형태의 상세]
(제1 실시 형태)
다음으로 본 발명의 제1 실시 형태에 사용되는 성막 장치의 구조의 상세, 동작에 대해서 설명한다. 도 2는, 원료 가스를 공급하는 영역에 상당하는 부위의 단면을 우측에, 반응 가스를 공급하는 영역에 상당하는 부위의 단면을 좌측에, 각각 위치시킨 성막 장치의 종단면도이다. 성막 장치는 편평한 처리 용기(5)를 구비하고 있고, 처리 용기(5)의 저부는, 중앙 부분(51)과 당해 중앙 부분(51)을 둘러싸는 환상 부분(52)으로 직경 방향으로 분할되어 있다. 중앙 부분(51)은 처리 용기(5)의 천장부의 중앙에 상방으로부터 돌입해서 설치된 지주(53)에 지지되어 있고, 환상 부분(52)은 처리 용기(5)의 측벽에 고정되어 있다.
중앙 부분(51) 및 환상 부분(52)의 상면측에는, 기판인 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 가열부(54)를 구비하고 있고, 가열부(54)는, 예를 들어 석영제의 용기 내에 발열선을 설치해서 구성되어 있다. 중앙 부분(51)에서의 가열부(54)의 급전선(55)은, 지주(53) 내를 통해서 외부로 인출된다. 환상 부분(52)에서의 가열부(54)의 급전선은 도시하고 있지 않지만, 처리 용기(5) 내를 통해서 외부로 인출된다.
처리 용기(5)의 하방측에는, 처리 용기(5)의 중앙부에 대응하는 위치에 설치된 회전축(13)에 의해 수평 회전할 수 있도록 이미 설명한 회전 지지체(12)가 배치되어 있다. 회전축(13)은, 케이스체(14) 내에 수납된 도면에서는 보이지 않는 구동부에 의해 회전 구동된다.
처리 용기(5) 내에는 회전 테이블(1)이 설치되고, 회전 테이블(1)은, 회전 지지체(12)에 막대 형상의 지지 부재(15)를 통해서 지지되어 있다. 지지 부재(15)는, 처리 용기(5)의 저부인 중앙 부분(51)과 환상 부분(52)과의 사이의 환상의 간극(56)을 지나서 배치되어 있고, 둘레 방향을 따라 복수개 설치되어 있다. 또한, 도 2에서의 회전 테이블(2)의 우측 부위는, 적재대(2)가 설치되어 있지 않은 영역을, 좌측 부위는, 적재대(2)가 설치되어 있는 부위를 각각 나타내고 있다.
회전 테이블(1)의 상면측에는, 이미 설명한 바와 같이 둘레 방향으로 등간격으로 4개의 원 형상의 오목부(11)가 형성되어 있고, 웨이퍼(W)를 적재하는 적재대(2)가 각 오목부(11) 내에 수렴되도록 자전축(21)에 지지되어 있다. 적재대(2)는, 웨이퍼(W)가 적재되었을 때 당해 웨이퍼(W)의 상면이 회전 테이블(1)의 상면의 높이와 일치하도록 설정되어 있다. 또한, 도 3 및 도 4에서는, 적재대(2)의 주위에 위치하는 오목부(11)에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 각 자전축(21)은, 환상의 간극(56)을 지나서 베어링부(22)에 의해 회전 지지체(12)에 자전 가능하게 지지되어 있다.
따라서 적재대(2)는, 공전 가능하면서 또한 자전 가능하게 구성되어 있다고 할 수 있다. 각 자전축(21)은 베어링부(22)의 하방까지 신장되어 있고, 하단부에는 이미 설명한 종동 기어부(31)가 설치되어 있다. 처리 용기(5)의 저부의 하방측에는, 회전 지지체(12) 등을 대기 분위기로부터 구획하기 위한 커버체(6)가 설치되어 있다. 커버체(6)는, 편평한 원통체의 주연에 가까운 부위를 오목하게 해서 환상의 오목 부위(61)를 형성한 형상으로 성형되어 있고, 오목 부위(61)의 외주측의 내벽면에는, 평면에서 볼 때 등간격으로 4군데에 구동 기어부(32)가 설치되어 있다.
구동 기어부(32)는, 커버체(6)의 오목 부위(61)의 측벽을 관통하는 수평한 회전축(33)의 선단에 설치되어 있고, 회전축(33)의 기단측에는, 당해 회전축(33)을 회전시킴과 함께 축 방향으로 이동시키기 위한 구동부(34)가 설치되어 있다. 종동 기어부(31)의 측 둘레면에는, N극 및 S극이 교대로 둘레 방향으로 착자되어 있고, 구동 기어부(32)의 일면측에는, N극 및 S극이 교대로 둘레 방향으로 착자되어 있다. 종동 기어부(31) 및 구동 기어부(32)는, 종동 기어부(31)의 통과 영역이 구동 기어부(32)의 일면측의 중앙보다도 상방에 가까운 부위에 대향하도록 위치 설정되어 있다.
구동 기어부(32)는, 회전 테이블(1)의 정지 위치에 대응한 위치에, 즉 이미 설명한 4개의 처리 영역의 각각에서의 둘레 방향의 중앙부에 웨이퍼(W)가 위치했을 때, 종동 기어부(31)와의 사이에서 자기 기어가 구성되는 위치에 설치되어 있다. 구동 기어부(32)는, 종동 기어부(31)가 당해 구동 기어부(32)와 대향하는 위치에 정지했을 때, 당해 종동 기어부(31)에 접근해서 자기 기어를 구성하도록 회전축(33)에 의해 전진한다(처리 용기(5)의 직경 방향 중앙측으로 이동함). 그리고, 구동 기어부(32)를 예를 들어 회전축(33)측에서 볼 때 반시계 방향으로 회전시킴으로써, 종동 기어부(31)가 시계 방향으로 회전하고, 이에 의해 적재대(2)가 자전한다. 또한, 커버체(6)의 오목 부위(61)의 내주측의 벽면에 있어서, 구동 기어부(32)에 대하여 종동 기어부(31)의 통과 영역을 사이에 두고 대향하는 위치에는, 예를 들어 자석체로 이루어지는 브레이크 부재(35)가 설치되어 있다. 이 브레이크 부재(35)는, 회전 테이블(1)을 회전시킬 때, 구동 기어부(32)를 후퇴시켜서 종동 기어부(31)로부터 분리한 후, 종동 기어부(31)의 회전을 멈추는 역할을 하는 것이다.
이미 설명한 4개의 처리 영역 중, 원료 가스를 공급해서 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 영역을 제1 처리 영역, 반응 가스를 공급해서 웨이퍼(W) 상의 원료 가스와 반응시키기 위한 영역을 제2 처리 영역이라 칭하기로 한다. 실시 형태의 개요의 항목에서 설명한 바와 같이, 제1 처리 영역, 제2 처리 영역은, 처리 용기(5)의 둘레 방향을 따라 교대로 형성되어 있다.
도 2에서의 처리 용기(5)의 중앙보다도 우측에 위치하는 제1 처리 영역에는, 원료 가스를 공급하기 위한 원료 가스 공급부인 원료 가스 노즐(71)이 후술하는 반송 기구(CA)의 진입로보다도 높은 위치에서, 처리 용기(5)의 측벽을 관통해서 회전 테이블(1)과 평행하게 배치되어 있다. 원료 가스 노즐(71)은, 도 3에 도시한 바와 같이 처리 용기(5)의 측벽을 관통하는 부위와 회전 테이블(1)의 중심을 연결하는 라인에 대하여 가로 방향으로 경사진 라인을 따라 신장되어 있다. 또한 원료 가스 노즐(71)은, 하면측에 가스 토출 구멍(72)이 길이 방향으로 간격을 두고 형성되고, 가스 토출 구멍(72)의 배치 영역은, 웨이퍼(W)의 직경을 커버하는 길이로 설정되어 있다.
원료 가스 노즐(71)의 기단측은, 원료 가스 공급원, 가스 공급 제어 기기 군 등을 포함하는 원료 가스의 공급계(73)에 접속되어 있다. 일례로서 웨이퍼(W)에 대하여 행하여지는 성막 처리가 실리콘 질화막이라고 하면, 원료 가스로서는 예를 들어 DCS(디클로로실란) 가스가 사용된다.
도 2에서의 처리 용기(5)의 중앙보다도 좌측에 위치하는 제2 처리 영역의 상방에는, 처리 용기(5)의 천장부의 일부를 구성하는 유전체 부재(81)를 개재해서 플라즈마 발생 기구(8)가 설치되어 있다. 유전체 부재(81)는, 처리 용기(5)의 천장부에 형성된 개구부에 끼워 맞춰지는 형상으로 성형되어 있고, 도 4에 도시한 바와 같이 평면 형상이 부채형이며, 주연부가 기립되어 외측으로 굴곡되는 플랜지부로서 형성되어 있다.
플라즈마 발생 기구(8)는, 코일 형상으로 감긴 안테나(82)를 구비하고, 안테나(82)의 양단에는 고주파 전원(83)이 접속되어 있다. 또한, 안테나(82) 및 유전체 부재(81)의 사이에는, 안테나(82)에서 발생하는 전계 및 자계 중 전계 성분이 웨이퍼(W)를 향하는 것을 저지하기 위해서 슬릿이 형성된 도전성의 판인 패러데이 실드(84)가 개재되어 있다. 84a는 유전체판이다.
도 3은, 처리 용기(5)의 천장부보다도 하방측의 부위를 나타내고 있는데, 제2 처리 영역에서 편의상 안테나(82)의 위치를 점선으로 나타내고 있다.
또한, 제2 처리 영역에는, 도 3에 도시한 바와 같이 회전 테이블(1)의 회전 방향에 있어서, 유전체 부재(81)보다도 상류측에 반응 가스 공급부인 반응 가스 노즐(85)이 처리 용기(5)의 측벽을 관통해서 회전 테이블(1)과 평행하게 배치되어 있다. 반응 가스 노즐(85)은, 회전 테이블(1)의 직경 방향으로 신장됨과 함께, 하면측에 가스 토출 구멍이 길이 방향으로 간격을 두고 형성되고, 회전 테이블(1)의 직경 방향을 따라 보았을 때, 웨이퍼(W)의 통과 영역 전체에 반응 가스가 공급되도록 가스 토출 구멍의 배치 영역이 설정되어 있다.
반응 가스 노즐(85)의 기단측은, 반응 가스 공급원, 가스 공급 제어 기기 군 등을 포함하는 반응 가스의 공급계(86)에 접속되어 있다. 성막 처리가 실리콘 질화막을 성막하는 처리이면, 반응 가스로서는 예를 들어 암모니아 가스가 사용된다. 또한, 반응 가스 노즐(85)로부터 반응 가스 외에도 플라즈마 착화용의 아르곤 가스 등의 희가스를 공급하도록 해도 된다.
처리 용기(5)의 저부의 주연부에는, 회전 테이블(1)을 둘러싸도록 배기용 홈부(62)가 형성되어 있고, 이 홈부(62)에는, 회전 테이블(1)의 회전 방향에서 볼 때 각 처리 영역의 하류 단부에 대응하는 위치에 배기구(63)가 형성되어 있다. 각 배기구(63)에는, 배기관(64)(도 2 참조)의 일단측이 접속되어 있고, 배기관(64)의 타단측에는, 진공 배기 기구(65)인 예를 들어 진공 펌프가 접속되어 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이 2개의 제1 처리 영역 중 한쪽의 처리 영역에 면하는 처리 용기(5)의 측벽에는, 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐되는, 웨이퍼(W)의 반입출구(50)가 형성되어 있고, 이 반입출구(50)를 통해서 외부의 반송 기구(CA)에 의해 각 적재대(2)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수가 행하여진다.
웨이퍼(W)의 수수는, 회전 테이블(1)을 정지시킨 상태에서, 적재대(2)의 하방측으로부터 승강 핀(도시하지 않음)을 상승시켜, 반송 기구(CA)상의 웨이퍼(W)를 들어 올려서 수취하고, 반송 기구(CA)가 후퇴한 후, 승강 핀을 하강시킴으로써 행하여진다. 이를 위해 각 적재대(2)에는, 예를 들어 둘레 방향의 3군데에 승강 핀의 통과 구멍이 형성됨과 함께, 상기 통과 구멍의 배열에 대응해서 회전 테이블(1) 및 웨이퍼(W)의 반입출구(50)에 면하는 처리 영역에서의 처리 용기(5)의 저부에 관통 구멍이 형성되고, 관통 구멍 및 상기 통과 구멍에 걸쳐서 승강 핀이 승강할 수 있도록 되어 있다. 승강 핀의 승강 기구는, 예를 들어 커버체(6) 내에 설치되어 있다.
여기서 분리부(4)에 대해 설명해 둔다. 분리부(4)는, 도 5에 도시하는 바와 같이 처리 용기(5)의 중앙측으로부터 외주측을 향함에 따라서 폭 방향의 치수가 서서히 커지도록 형성된, 평면 형상이 부채형인 분리용 플레이트(41)를 구비하고 있다. 분리용 플레이트(41)는, 외단측이 하방측으로 열쇠 형태로 굴곡되어, 회전 테이블(1)의 외주보다도 하방측까지 신장되어 있어, 처리 영역간의 가스의 분리 기능을 확보하고 있다. 또한 분리용 플레이트(41)는, 내단측이 지주(53)에 고정됨과 함께 상면이 처리 용기(5)의 천장부에 고정되고, 하면측은 폭 방향으로 서로 이격해서 돌출부가 형성되어 있다. 바꿔 말하면 분리용 플레이트(41)의 하면측은, 폭 방향의 중앙부에 홈부(42)가 형성되어 있다.
이 홈부(42)에는, 분리 가스 노즐(43)이 처리 용기(5)의 측벽을 관통해서 회전 테이블(1)과 평행하면서 또한 직경 방향으로 신장되도록 배치되어 있다. 분리 가스 노즐(43)은, 하면측에 가스 토출 구멍(44)이 길이 방향으로 간격을 두고 형성되고, 회전 테이블(1)의 직경 방향을 따라 보았을 때, 웨이퍼(W)의 통과 영역 전체에 분리 가스가 공급되도록 가스 토출 구멍(44)의 배치 영역이 설정되어 있다. 분리 가스 노즐(43)의 기단측은, 도시하고 있지 않으나, 분리 가스 공급원, 가스 공급 제어 기기 군 등을 포함하는 분리 가스의 공급계에 접속되어 있다. 분리 가스로서는 예를 들어 불활성 가스인 질소 가스 등이 사용된다.
성막 장치는, 도 2에 도시한 바와 같이 제어부(100)를 구비하고 있고, 제어부(100)는, 후술하는 성막 장치의 동작을 제어하기 위한 프로그램을 구비하고 있다. 이 프로그램은, 처리 수순이나 처리 파라미터가 기입된 처리 레시피 등도 포함하는 의미이다. 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광디스크, USB 메모리, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되어 있으며, 제어부(100)에 다운로드된다.
다음으로 상술한 성막 장치를 사용한 성막 처리에 대해서, 웨이퍼(W) 상에 실리콘 질화막(실리콘 나이트라이드막)을 성막하는 처리를 예로 들어 설명한다. 처리 용기(5)에 인접하고 있는 진공 반송실 내의 반송 기구(CA)에 의해, 도 6에 도시하는 바와 같이 반입출구(50)를 통해서 4매의 웨이퍼(W)를 순차적으로 적재대(2)에 반송한다. 각 웨이퍼(W)의 수수는, 상술한 바와 같이, 도시하지 않은 승강 핀을 개재해서 행하여지고, 1매의 웨이퍼(W)가 적재대(2)에 반송된 후, 회전 테이블(1)을 예를 들어 시계 방향으로 회전시켜, 당해 적재대(2)에 인접하는 적재대(2)에 대하여 후속하는 웨이퍼(W)를 건네 준다. 이후의 설명에서는, 최초로 적재대(2)에 건네진 웨이퍼(W)부터 순서대로 각 웨이퍼(W)에 대하여 W1 내지 W4의 부호를 할당한다. 4매의 웨이퍼에 대해서 개별적인 설명을 할 때는, 할당한 부호를 사용하고, 총괄적인 설명을 할 때는 「W」를 사용하는 것으로 한다.
또한 설명의 편의상, 4개의 처리 영역을, 반입출구(50)에 면하는 영역으로부터 시계 방향으로 차례로 처리 영역(S1), 처리 영역(S2), 처리 영역(S3), 처리 영역(S4)으로서 부호를 할당하는 것으로 하면, 처리 영역(S1, S3)은, 제1 처리 영역(원료 가스가 공급되는 영역)이며, 처리 영역(S2, S4)은, 제2 처리 영역(반응 가스가 공급되는 영역)이다.
도 6으로 돌아가서, 각 적재대(2)에 웨이퍼(W1 내지 W4)를 적재한 후, 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 반입출구(50)를 폐쇄하고, 처리 용기(5) 내를 소정의 프로세스 압력, 예를 들어 100Pa로 조정함과 함께, 도 7에 도시하는 바와 같이 각 적재대(2)를 자전시킨다(웨이퍼(W1 내지 W4)를 자전시킴). 이때까지 가열부(54)에 의해 처리 용기(5) 내가 소정의 온도, 예를 들어 400℃까지 가열되어 있다.
그리고 제1 처리 영역(S1, S3)에서는, 원료 가스인 DCS 가스를 원료 가스 노즐(71)(도 2 내지 도 4 참조)로부터, 예를 들어 900sccm의 유량으로 토출한다. 또한 제2 처리 영역(S2, S4)에서는, 반응 가스인 암모니아 가스와 플라즈마 착화용 가스인 예를 들어 아르곤 가스와의 혼합 가스를 반응 가스 노즐(85)(도 2, 도 3 참조)로부터 토출한다. 유량의 일례로서는, 암모니아 가스가 300sccm, 아르곤 가스가 2,000sccm이다. 또한 제2 처리 영역(S2, S4)에서는, 안테나(82)에 고주파 전력을 공급함으로써 아르곤 가스 및 암모니아 가스가 플라즈마화된다.
또한 분리부(4)에서는, 도 5에 도시하는 분리 가스 노즐(43)로부터 분리 가스인 질소 가스가 소정의 유량으로 토출되고, 이에 의해, 서로 인접하는 처리 영역의 가스끼리 혼합되는 것이 억제된다. 즉, 각 처리 영역이 분위기에 대해서 분리되어 있다. 또한, 각 처리 영역마다 회전 테이블(1)의 회전 방향에서 볼 때 처리 영역의 하류단에 배기구(63)가 형성되어 있으므로, 각 처리 영역에 공급된 가스는 당해 처리 영역을 하류측으로 흘러, 분리부(4)로부터 유출하는 분리 가스와 함께 배기된다.
제1 처리 영역(S1, S3)에 각각 위치하고 있는 웨이퍼(W4, W2)의 표면에는 DCS 가스가 흡착된다. 이때, 이미 설명한 자기 기어 기구에 의해 웨이퍼(W1 내지 W4) 각각이 자전하기 때문에, 웨이퍼(W4, W2)에는, 둘레 방향으로 양호한 균일성을 갖고 DCS 가스가 흡착된다.
제2 처리 영역(S2, S4)에 각각 위치하고 있는 웨이퍼(W3, W1)의 표면에는 암모니아의 플라즈마화에 의해 생성된 활성종이 공급되는데, 이 시점에서는 아직 DCS 가스의 흡착이 행하여지지 않고 있으므로, 반응 생성물은 생성되지 않는다. 또한, 제2 처리 영역(S2, S4)에서의 가스의 공급 및 플라즈마의 발생은, 회전 테이블(1)의 다음 회전(간헐 회전) 후, 즉 이미 DCS 가스가 흡착된 웨이퍼(W4, W2)가 제2 처리 영역(S2, S4)에 위치한 후부터 행해도 된다.
제1 처리 영역(S1, S3)에서 원료 가스 노즐(71)(도 3 참조)로부터 DCS 가스의 토출이 예를 들어 10초간 행하여진 후, 회전 테이블(1)을 시계 방향으로 90도 회전시켜(도 8 참조), 각 웨이퍼(W1 내지 W4)를, 그때까지 위치하고 있던 처리 영역에 대하여 인접하는(상세하게는 회전 테이블(1)의 회전 방향에서 볼 때 시계 방향으로 인접하는) 처리 영역으로 이동시킨다(공전시킨다). 도 9에 나타낸 웨이퍼(W1 내지 W4)의 배열은, 회전 테이블(1)의 회전 후의 상태이며, 처리 영역(S1 내지 S4)에 각각 웨이퍼(W1, W4, W3, W2)가 위치하고 있다.
그리고, 각 웨이퍼(W1, W4, W3, W2)는, 자전하면서 각 처리 영역(S1 내지 S4)에서 처리가 행하여진다. 웨이퍼(W4, W2)는, 이미 원료 가스인 DCS 가스가 흡착되어 있으므로, 제2 처리 영역(S2, S4)에서, 반응 가스인 암모니아 가스의 활성종이 웨이퍼(W4, W2) 상의 DCS 가스와 반응해서 반응 생성물인 실리콘 질화층이 형성된다.
제1 처리 영역(S1, S3)에서는, 원료 가스 노즐(71)로부터 DCS 가스가 토출되어, 당해 제1 처리 영역(S1, S3)에 각각 위치하고 있는 웨이퍼(W1, W3)에 DCS 가스가 흡착한다.
제2 처리 영역(S2, S4)에서는, 암모니아 가스의 활성종을 웨이퍼(W) 상에 공급해서 DCS와 반응시켜 반응 생성물을 생성하기 위해서 필요한 시간은, 예를 들어 20초이다. 필요한 시간이란, DCS와 충분히 반응시켜서(웨이퍼(W)의 표면을 충분히 질화해서), 스펙에 걸맞는 막질을 얻기 위해 필요한 시간이라는 의미이다. 한편, DCS 가스를 웨이퍼(W)의 표면에 흡착시키기 위해 필요한 시간은, 예를 들어 10초이며, 암모니아 가스의 활성종에 의한 반응에 필요한 시간보다도 짧다. 따라서, 제1 처리 영역(S1, S3)에 각각 웨이퍼(W1, W3)가 위치하고, 원료 가스 노즐(71)로부터 DCS 가스를 필요한 시간 토출한 후에는 DCS 가스의 토출을 정지시키고, 웨이퍼(W1, W3)는, 각각 제2 처리 영역(S2, S4)에서의 처리의 종료까지 제1 처리 영역(S1, S3)에서 대기하고 있다.
한편, 제2 처리 영역(S2, S4)에서의 반응은, 프로세스의 진행의 율속으로 되어 있으므로, 예를 들어 암모니아 가스의 공급 및 플라즈마의 발생은, 4매의 웨이퍼(W1 내지 W4)에 대하여 일련의 성막 처리가 종료될 때까지 계속된다.
제2 처리 영역(S2, S4)에서 각각 웨이퍼(W4, W2)에 대한 처리를 하면, 즉 반응에 필요한 시간에 따라서 사전에 설정된 설정 시간이 경과하면, 도 10에 도시하는 바와 같이 회전 테이블(1)이 시계 방향으로 90도 회전하여, 각 웨이퍼(W4, W3, W2, W1)가 각각 하나 하류측의 처리 영역(S3, S4, S1, S2)으로 이동한다. 도 11은, 이동 후의 상태를 나타내고 있다. 그리고, 마찬가지로 각 웨이퍼(W4, W3, W2, W1)가 자전하면서, 제1 처리 영역(S1, S3)에서는, 각각 웨이퍼(W2, W4)에 대하여 DCS 가스의 흡착이 행하여지고, 제2 처리 영역(S2, S4)에서는, 각각 웨이퍼(W1, W3)에 대하여 암모니아 가스의 활성종에 의한 반응 처리가 행하여진다.
그 후, 도 12 및 도 13에 도시하는 바와 같이 회전 테이블(1)이 시계 방향으로 90도 회전한다. 웨이퍼(W4, W2)는, 자전하면서 각각 제2 처리 영역(S4, S2)에서 암모니아의 활성종이 공급되어, 이미 제1 처리 영역(S3, S1)에서 흡착되어 있는 DCS 가스와 반응하여 실리콘 질화층이 적층된다. 또한 웨이퍼(W1, W3)는, 각각 제1 처리 영역(S1, S3)에서, 이미 형성되어 있는 실리콘 질화층 상에 DCS 가스가 흡착된다. 그리고, 설정 시간이 경과하면, 도 14에 도시하는 바와 같이 회전 테이블(1)이 회전하여, 도 6의 상태로 복귀된다.
그 후에는 마찬가지로 하여 회전 테이블(1)이 설정 시간만큼 순차적으로 정지하고, 시계 방향으로 90도씩 간헐적으로 회전하는 동작이 설정 횟수만큼 반복된다. 또한, 최후의 회전 테이블(1)의 정지 위치가 도 6의 상태라고 하면, 제2 처리 영역(S2, S4)에서 처리가 행하여지고 있을 때는, 원료 가스의 불필요한 소비를 없애기 위해서, 제1 처리 영역(S1, S3)에서는, 원료 가스의 토출은 행하여지지 않는다. 이렇게 해서 일련의 성막 처리가 종료되고, 각 웨이퍼(W)에 ALD에 의한 실리콘 질화막이 성막되면, 이미 설명한 웨이퍼(W)의 반입 수순과 반대의 수순으로 반송 기구(CA)에 의해 각 웨이퍼(W)가 처리 용기(5)로부터 반출된다.
상술한 실시 형태에 따르면, 처리 용기(5) 내를 회전 테이블(1)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역을 분리부(4)를 개재해서 등간격으로 각각 2개씩 교대로 형성하고 있다. 그리고, 각 처리 영역에 1매씩 웨이퍼(W)가 위치하도록 적재대(2)를 배치하고, 회전 테이블(1)을 간헐적으로 회전시켜서 각 웨이퍼(W)를 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역에 교대로 위치시켜, ALD에 의해 실리콘 질화막을 성막하도록 하고 있다. 따라서, 회전 테이블(1)이 1회전하는 동안에, 원료 가스인 DCS 가스의 흡착, 반응 가스인 암모니아 가스의 활성종에 의한 반응의 사이클을 2회 행할 수 있으므로, 생산성이 높다는 효과가 있다.
또한, 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역의 각각에서는, 웨이퍼(W)를 자전시키면서 처리를 행하고 있으므로, 웨이퍼(W)의 둘레 방향의 막 두께, 막질에 관한 균일성이 양호하다. 또한, DCS 가스의 흡착에 필요한 시간보다도 긴 시간을 요하는 암모니아 가스의 활성종에 의한 반응에 필요한 시간에 맞춰서 회전 테이블(1)을 간헐적으로 회전시키고 있기 때문에, 질화 처리를 충분히 행할 수 있어, 품질이 높은 막을 얻을 수 있다. 그리고, DCS 가스의 토출을 필요한 시간만큼 행한 후, 암모니아 가스에 의한 처리가 종료될 때까지 대기하고 있는 동안에는, DCS 가스의 토출을 정지하고 있기 때문에, DCS 가스의 소비량의 삭감에 기여한다.
(제1 실시 형태의 변형예)
상술한 실시 형태에서는, 4개의 처리 영역에 각각 1매의 웨이퍼(W)가 위치하도록 구성하고 있지만, 도 15에 도시하는 바와 같이 적재대(2)를 8개 설치하고, 4개의 처리 영역에 각각 2매씩의 웨이퍼(W)가 위치하도록 구성해도 된다. 도 15 중, 50a, 50b는 반입구이다. 또한, 회전 테이블(1)의 정지 시에 각 처리 영역에 놓이는 웨이퍼(W)의 수는, 3매이어도 되고, 4매 이상이어도 된다.
또한, 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역의 각각의 수는 2개에 한정되는 것은 아니며, 3개 이상이어도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 암모니아 가스를 플라즈마화하고 있지만, 플라즈마화하지 않고 암모니아 가스를 웨이퍼(W)에 공급해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, DCS 가스를 설정 시간만큼 토출한 후, 암모니아 가스에 의한 반응이 종료될 때까지 토출을 정지하고 있지만, 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역에 위치하고, 소정 시간 경과한 후, DCS 가스를 필요한 시간만큼 토출시켜, 예를 들어 DCS 가스의 흡착과 암모니아 가스에 의한 반응을 동일한 타이밍에 종료하도록 해도, 원료 가스의 소비를 억제할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에 대하여 일련의 성막 처리가 종료될 때까지, DCS 가스를 흘린 채로 두는 경우에도, 본 발명의 범위에 포함된다.
성막 처리로서는, 실리콘 질화막의 성막에 한하지 않고, 예를 들어 실리콘 원료 가스로서, 예를 들어 비스터셜부틸아미노실란 가스와 반응 가스인 산소 가스 또는 오존 가스를 사용해서 실리콘 산화막을 성막하는 처리이어도 된다. 또한, 원료 가스로서 사염화티타늄 가스를 사용함과 함께 반응 가스로서 암모니아 가스를 사용하여, 티타늄 질화막(티타늄 나이트라이드막)을 성막하는 처리이어도 된다.
자전 기구인 종동 기어부(31), 구동 기어부(32)의 한쪽은 착자되어 있지 않은 자성체로 만들어져 있어도 된다. 또한, 종동 기어부(31)를 수평 회전하도록 구성하여, 종동 기어부(31)의 하방측에 당해 종동 기어부(31)와 대향하도록 구동 기어부(32)를 배치해도 된다. 또한, 자전 기구는, 자기를 이용한 것에 한하지 않고, 기계적인 기어로서 종동 기어부와 구동 기어부를 설치하고, 구동 기어부가 종동 기어부의 이동로에 대하여 진퇴하는 구성이어도 된다. 또는 자전 기구는, 각 자전축(21)마다 회전 기구가 설치된 구성이어도 된다.
(제2 실시 형태)
적재대(2)를 자전시키기 위한 자전 기구의 다른 예를 사용한 성막 장치에 대해서, 도 16 내지 도 18을 참조하면서 본 발명의 제2 실시 형태로서 설명한다. 제1 실시 형태에서는, 구동 기어부(32)는, 회전 테이블(1)의 둘레 방향을 따른 4군데의 위치에 배치되어 있지만, 제2 실시 형태에서는, 구동 기어부는, 회전 테이블(1)의 공전 궤도를 따라서 전체 둘레에 걸쳐 설치되어 있다. 즉, 구동 기어부(90)는, 종동 기어부(36)의 공전 궤도에 면하도록 설치됨과 함께, 그 중앙부에 원형의 개구부(91a)를 구비한 원환 형상의 판상체(91)를 구비하고, 개구부(91a)의 중심이 회전 테이블(1)의 회전 중심과 정렬되도록 배치되어 있다. 구동 기어부(90)의 상면에는, 종동 기어부(36)의 공전 궤도를 따라서 전체 둘레에 걸쳐, 영구 자석으로 이루어지는 자극부인 N극부(사선으로 나타내고 있음)(92) 및 S극부(93)가 교대로 배치되어 있다.
종동 기어부(36)의 하면에는, 자전 방향을 따라서, 영구 자석으로 이루어지는 자극부인 사각 형상의 N극부(37)(사선으로 나타내고 있음) 및 S극부(38)가 당해 종동 기어부(36)의 둘레 방향을 따라 교대로 배열되어 있다. 구동 기어부(90)의 N극부(92) 및 S극부(93)는, 종동 기어부(36)의 하면과 대향하는 면에 배열되어 있다. 도 17은, 하나의 종동 기어부(36)의 자극부와, 그 하방의 구동 기어부(90)의 자극부를 대응시켜서 그린 도이다.
도 18에 도시한 바와 같이, 종동 기어부(36)는, 커버체(6)의 내측(진공 분위기측)에 배치되고, 구동 기어부(90)는, 커버체(6)의 외측(대기측)에 배치되어 있다. 즉, 종동 기어부(36)와 구동 기어부(90)와의 사이는, 커버체(6), 예를 들어 자력선이 통하는 재료인 알루미늄 또는 SUS로 이루어지는 커버체(6)에 의해 구획되어 있다. 구동 기어부(90)는, 회전 지지체(12)의 회전축(13)을 둘러싸도록 설치된, 유지대(95) 상의 환상의 다이렉트 드라이브 모터(DD 모터)(94)에 의해 회전할 수 있도록 구성되어 있다. 도 18에서 13a는 베어링부이다.
이러한 자전 기구에서는, 종동 기어부(36)는, 종동 기어부(36)의 자극부와 구동 기어부(90)의 자극부와의 사이의 흡인력 및 반발력의 종합 작용에 의해 결정되는 위치에서 정지한다. 따라서, 종동 기어부(36)의 공전 속도(회전 테이블(1)의 회전수(rpm))와 구동 기어부(90)의 회전수가 동일할 때는, 종동 기어부(36)는 자전하지 않지만, 양자의 회전수에 차가 발생했을 때는, 종동 기어부(36)가 자전하고, 그 자전 속도는 상기 회전수의 차에 따라서 결정된다. 또한, 구동 기어부(90)의 회전수가 회전 테이블(1)의 회전수보다도 클 때는, 도 16에서 종동 기어부(36)는 시계 방향으로 회전한다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)의 반출입을 행할 때 사용하는 승강 핀에 대해서는 도시하지 않았지만, 도 18에서는 승강 핀을 도시하고 있다. 승강 핀(96)은, 승강 기구(97)에 의해 베어링부(22)의 이동로와 간섭하지 않도록 예를 들어 3개 설치되고, 선단부가 커버체(6) 내에 대기하고 있다. 외부의 반송 기구(CA)와이 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행할 때는, 승강 핀(96)은, 처리 용기(5)의 저판부, 가열부(54), 회전 테이블(1) 및 각 적재대(2)에 형성된 구멍부를 관통해서 웨이퍼(W)를 유지한다. 승강 핀(96)과 커버체(6)와의 사이는, 예를 들어 벨로즈에 의해 기밀이 유지되어 있다. 도 16에는, 적재대(2)에 형성된 구멍부(관통 구멍)를 96a의 부호로 나타내고 있다.
(제3 실시 형태)
상술한 실시 형태에서는, 회전 테이블(1)을 간헐적으로 회전시켜서 각 웨이퍼(W)를 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역에 교대로 위치시키고 있다. 이 운전 모드를 간헐 회전 모드라 칭하기로 하면, 본 발명의 제3 실시 형태는, 간헐 회전 모드 외에도, 회전 테이블(1)을 연속적으로 회전시켜서 성막 처리를 행하는 연속 회전 모드를 준비하여, 양 모드를 선택할 수 있도록 구성한 것이다.
도 19는, 연속 회전 모드를 선택했을 때의 웨이퍼(W)의 배열을 나타내고 있다. 제1 실시 형태에서는, 도 3, 도 6에 나타내고 있는 바와 같이, 제1 처리 영역(S1, S3) 및 제2 처리 영역(S2, S4)의 각각에 1매씩 웨이퍼(W)가 위치하도록 적재대(2)를 배치하고 있다. 또한 도 15의 예에서는, 각 처리 영역(S1 내지 S4)의 각각에 2매씩 웨이퍼(W)가 위치하도록 적재대(2)를 배치하고 있다.
이에 반해 제3 실시 형태에서는, 각 처리 영역(S1 내지 S4)의 각각에 예를 들어 1매씩, 또는 2매씩(도 19 참조) 웨이퍼(W)가 위치하고 있는 상태에서, 각 처리 영역(S1 내지 S4)의 사이, 즉 4개의 분리부(4)의 각각에도 웨이퍼(W)가 위치하도록 적재대(2)를 배치하고 있다. 따라서, 각 처리 영역(S1 내지 S4)의 각각에 2매씩 웨이퍼(W)를 위치시키는 경우에는, 적재대(2)는 12개 배치된다.
도 19는, 연속 회전 모드에 의해 웨이퍼(W)를 처리하고 있을 때이며, 각 처리 영역(S1 내지 S4)의 각각에 2매씩 웨이퍼(W)가 위치하고 있을 때의 순간의 웨이퍼(W)의 위치를 나타내고 있다. 연속 회전 모드에서는, 12개의 적재대(2) 모두에 처리할 피처리 웨이퍼인 제품 웨이퍼(W)가 적재된다. 이 예에서는 반입출구(50)는, 2매의 웨이퍼(W)가 일괄해서 통과할 수 있도록 구성되어 있고, 외부의 도시하지 않은 반송 기구에 2매의 웨이퍼(W)가 횡배열로 유지되어, 서로 인접하는 2개의 적재대(2)에 동시에 건네진다. 이미 설명한 승강 핀(96)의 조는, 2개의 적재대(2)의 정지 위치에 대응하는 위치에 설치됨과 함께 반송 기구의 선단부의 웨이퍼 유지 부재는, 승강 핀(96)과 평면적으로 간섭하지 않는 형상으로 구성되어 있다. 따라서, 반송 기구와 승강 핀(96)과의 협동 작용에 의해, 반송 기구와 적재대(2)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수가 행하여진다.
연속 회전 모드에서는, 적재대(2) 모두에 피처리 웨이퍼(W)가 적재되고, 반입출구(50)가 폐쇄된 후, 회전 테이블(1)을 회전시켜서 적재대(2)를 회전(공전)시킴과 함께 적재대(2)를 자전시켜, 프로세스 조건을 확립시킨다. 즉, 제1 실시 형태에서 상술한 바와 같이, 처리 용기(5) 내를 소정의 압력으로 설정하고, 웨이퍼(W)를 소정의 온도까지 가열함과 함께, 제1 처리 영역(S1, S3)에서는, 원료 가스인 DCS 가스를 공급하고, 또한 제2 처리 영역(S2, S4)에서는, 이미 설명한 혼합 가스를 공급해서 플라즈마화한다. 또한, 분리부(4)에서는 분리 가스를 공급한다.
각 웨이퍼(W)는, 제1 처리 영역(S1(S3))과 제2 처리 영역(S2(S4))을 교대로 연속적으로 통과하여, DCS 가스의 흡착과, 흡착된 DCS 가스와 암모니아 가스의 활성종과의 반응에 의한 반응 생성물인 실리콘 질화층의 형성이 반복되어, 실리콘 질화층이 적층된다. 연속 회전 모드는, 12개의 적재대(2) 모두에 피처리 웨이퍼(W)를 적재하는 것, 각 적재대(2)를 연속적으로 회전시키는 것에 있어서 간헐 회전 모드와는 상이하다.
다음으로 간헐 회전 모드를 선택했을 때는, 도 20에 도시하는 바와 같이 제1 처리 영역(S1, S3) 및 제2 처리 영역(S2, S4) 각각에 2매씩 피처리 웨이퍼(W)가 위치하도록, 피처리 웨이퍼(W)를 적재대(2)에 적재하고 있다. 이 경우, 분리부(4)에 위치하는 적재대(2)에는, 피처리 웨이퍼(W)는 적재되지 않지만, 비우지 않고 더미 웨이퍼(DW)(도 20에서 사선으로 나타내는 웨이퍼)를 적재하고 있다. 그 이유는 다음과 같다. 회전 테이블(1)과 가열부(54)와의 사이에는, 도시하지 않지만 퍼지 가스가 공급되고 있고, 적재대(2) 상에 웨이퍼(W)가 적재되지 않을 때는, 그대로 두면, 적재대(2)에 형성된 승강 핀(96)이 통과하는 구멍부(96a)를 통해서 퍼지 가스가 처리 분위기에 유입된다. 이 때문에, 적재대(2) 상에 더미 웨이퍼(DW)를 적재하고 있다.
간헐 회전 모드에서는, 웨이퍼(W)를 각 처리 영역(S1 내지 S4)에서 정지한 상태에서 처리하고 있고, 연속 회전 모드에서는 웨이퍼(W)를 각 처리 영역(S1 내지 S4)에서 이동시키면서 처리하고 있으므로, 실리콘 질화막의 막질은, 연속 회전 모드보다도 간헐 회전 모드에 의해 성막한 것이 더 양호하다. 이에 반해 연속 회전 모드에서는, 간헐 회전 모드의 경우에 비해 웨이퍼(W)의 탑재 매수가 4매 많고, 게다가 연속 회전에 의해 처리를 행하므로, 동일한 막 두께를 얻음에 있어서, 간헐 회전 모드보다도 처리 용기(5) 내에 체류하는 시간이 짧아도 된다. 따라서, 연속 회전 모드는, 간헐 회전 모드보다도 높은 스루풋이 얻어진다. 이 때문에, 고품질의 막을 우선하는 경우에는 간헐 회전 모드를 선택하고, 스루풋을 우선하는 경우에는 연속 회전 모드를 선택하는 등, 웨이퍼의 로트에 따라서 양 모드 중 한쪽을 설정할 수 있는 이점이 있다.
여기서 상술한 성막 장치를 2대 구비한 기판 처리 시스템을 도 21에 도시해 둔다. 도 21에서, 301은 캐리어 적재대, 302는 대기 반송실, 300은 제1 웨이퍼 반송 기구, 303, 304는 로드 로크실, 305는 진공 반송실, 306은 제2 웨이퍼 반송 기구이다. 또한, 대기 반송실(302)에 면하는 예를 들어 우측의 위치에는, 더미 웨이퍼(DW)를 복수매, 적어도 4매 수납한 유지 선반(307)이 설치되어 있다.
예를 들어 복수매의 웨이퍼(W)를 수납한 FOUP인 캐리어(C)가 캐리어 적재대(301)에 반입되면, 캐리어(C)의 전방면의 덮개가 제거되고 제1 웨이퍼 반송 기구(300)에 의해 웨이퍼(W)가 취출되어, 로드 로크실(303 또는 304), 제2 웨이퍼 반송 기구(306)를 통해서 처리 용기(5) 내에 웨이퍼(W)가 반입된다. 제2 웨이퍼 반송 기구(306)는, 예를 들어 2매의 웨이퍼(W)를 횡배열로 유지해서, 일괄하여 처리 용기(5), 로드 로크실(303 또는 304)에 대하여 전달할 수 있도록 구성되어 있다.
200은, 제어부이며, 간헐 회전 모드 또는 연속 회전 모드를 선택하는 운전 모드 선택부(201)를 구비하고 있다. 간헐 회전 모드를 선택했을 때는, 제1 웨이퍼 반송 기구(300)가 더미 웨이퍼(DW)를 취출하고, 이미 설명한 경로에 의해 처리 용기(5) 내에 반입되어, 도 20에 나타낸 위치에 적재된다.
이상의 실시 형태에서 사용된 회전 테이블(1)은, 가열부(54)의 열을 웨이퍼(W)에 전열시키는 역할을 갖고, 적재대(2)를 공전시키기 위한 지지체(12)에 의해 지지되도록 구성되어 있지만, 회전 테이블(1)은 고정되어 있어도 된다. 이 경우 회전 테이블(1)에 상당하는 판상체는, 전열판으로서 기능하는데, 중심부를 지주에 의해 지지하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 적재대(2)를 공전시키는 회전 기구는, 상기 지주의 주위를 둘러싸도록 다이렉트 드라이브 모터(DD 모터)가 사용된다. 또한, 지주에 고정된 전열판의 둘레 방향으로 적재대(2)의 자전축(21)이 이동하기 위한 공극이 형성되게 되고, 따라서, 전열판은 중앙 부분과 외측의 링 형상 부분으로 분리되는 구성이 된다. 따라서, 본 발명은 회전 테이블을 반드시 요건으로 하는 것은 아니다.
본 발명은, ALD에 의한 성막 처리에 한정되는 것은 아니며, 제1 처리 영역에 제1 가스를 공급해서 CVD 처리에 의한 제1 막을 성막하고, 계속해서 제2 처리 영역에 제2 가스를 공급해서 CVD 처리에 의한 제2 막을 성막하는 경우에 적용해도 된다. 이 경우에는 제1 막과 제2 막이 교대로 복수 적층되어, 예를 들어 3차원 NAND 회로의 제조에 이용할 수 있다. 이 경우, 제1 가스로서 2종류 또는 3종류 이상의 가스를 사용하는 경우에는, 그 가스가 제1 가스에 상당하고, 제2 가스로서 2종류 또는 3종류 이상의 가스를 사용하는 경우에는, 그 가스가 제2 가스에 상당한다.
또한, 회전 테이블(1)의 회전은, 일방향으로 간헐적으로 회전시키는 것에 한하지 않고, 시계 방향의 회전, 반시계 방향의 회전을 교대로 행하게 해도 된다.
1 : 회전 테이블 12 : 회전 지지체
13 : 회전축 2 : 적재대
21 : 자전축 31 : 종동 기어부
32 : 구동 기어부 4 : 분리부
5 : 처리 용기 53 : 가열부
54 : 간극 6 : 커버체
63 : 배기구 71 : 원료 가스 노즐
8 : 플라즈마 발생 기구 81 : 유전체 부재
82 : 안테나 85 : 반응 가스 노즐
W : 반도체 웨이퍼 S1, S3 : 제1 처리 영역
S2, S4 : 제2 처리 영역

Claims (20)

  1. 진공 분위기를 형성하는 처리 용기 내에서, 기판에 처리 가스인 제1 가스와 제2 가스를 교대로 공급하는 사이클을 복수회 행하여, 기판 상에 박막을 성막하는 성막 장치로서,
    상기 처리 용기의 둘레 방향을 따라 형성되고, 상기 제1 가스를 공급해서 기판을 처리하기 위한 제1 처리 영역과,
    상기 둘레 방향을 따라 형성되고, 상기 제2 가스를 공급해서 기판을 처리하기 위한 제2 처리 영역과,
    상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역과의 사이를 분리하기 위한 분리부와,
    상기 둘레 방향을 따라 공전 가능하게 구성됨과 함께 상기 둘레 방향을 따라 복수 배치되고, 각각 기판을 적재하기 위한 적재부와,
    상기 기판이 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역에서 공전을 정지한 상태에서 교대로 위치하도록 상기 적재부를 간헐적으로 공전시키는 제어부를 포함하고,
    상기 적재부는, 당해 적재부의 공전의 정지 시에, 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역의 각각에 동일한 매수의 기판이 위치하도록 배치되고,
    상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역의 각각에 동일한 매수의 기판이 위치할 때, 상기 분리부에는 기판의 적재부가 위치하지 않도록 적재부의 수가 설정되는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가스는, 기판에 흡착시키는 박막의 원료인 원료 가스이며, 상기 제2 가스는 당해 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성하는 반응 가스인 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 적재부의 공전을 정지하고, 상기 제1 처리 영역에서 상기 원료 가스가 흡착된 기판이 제2 처리 영역에 있을 때에 상기 반응 가스의 공급을 개시하도록 제어하는 성막 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 처리 영역은 플라즈마 발생부를 구비하고, 상기 반응 가스는 상기 플라즈마 발생부에 의해 플라즈마화되어 공급되는 성막 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 적재부의 공전을 정지하고, 상기 제1 처리 영역에서 상기 원료 가스가 흡착된 기판이 제2 처리 영역에 있을 때에, 상기 반응 가스의 공급과 상기 플라즈마 발생부에 의해 플라즈마화를 개시하도록 제어하는 성막 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 처리 영역에서의 필요한 제1 가스의 공급 시간 및 상기 제2 처리 영역에서의 필요한 제2 가스의 공급 시간이 서로 상이하고, 회전 테이블은, 필요한 가스의 공급 시간이 긴 쪽의 시간에 맞춰서 정지하고 있는 성막 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 필요한 제1 가스를 공급하기 위한 공급 시간이 상기 필요한 제2 가스를 공급하기 위한 공급 시간보다 짧은 경우, 상기 제1 가스의 공급 시간이 상기 제2 가스의 공급 시간보다도 짧게 설정되고, 상기 필요한 제2 가스를 공급하기 위한 공급 시간이 상기 필요한 제1 가스를 공급하기 위한 공급 시간보다 짧은 경우, 상기 제2 가스의 공급 시간이 상기 제1 가스의 공급 시간보다도 짧게 설정되어 있는 성막 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적재부를 자전시키는 자전 기구를 포함하고, 적어도 기판에 대하여 상기 처리 가스가 공급되고 있을 때는 당해 기판이 적재되어 있는 적재부가 자전하는 성막 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기의 둘레 방향으로 자전하는 회전 테이블을 포함하고,
    상기 복수의 적재부는, 상기 회전 테이블의 상면측에 배치되어 있는 성막 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판이 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역에서 교대로 정지한 상태에서 위치하도록 상기 적재부를 간헐적으로 공전시키는 운전 모드를 간헐 회전 모드라고 하면,
    상기 제어부는, 상기 기판이 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역을 연속해서 통과하도록 상기 적재부를 연속적으로 공전시키는 연속 회전 모드와, 상기 간헐 회전 모드 중 한쪽을 선택할 수 있도록 구성되어 있는 성막 장치.
  11. 진공 분위기를 형성하는 처리 용기 내에서, 기판에 처리 가스인 제1 가스와 제2 가스를 교대로 복수회 공급하여, 기판 상에 박막을 성막하는 성막 방법으로서,
    상기 처리 용기 내에 당해 처리 용기의 둘레 방향을 따라 제1 처리 영역을 형성함과 함께, 상기 둘레 방향을 따라 상기 제1 처리 영역과의 사이에 분리 영역을 두고 제2 처리 영역을 형성하고,
    상기 둘레 방향을 따라 공전 가능하게 구성됨과 함께 상기 둘레 방향을 따라 복수 배치되고, 각각 기판을 적재하기 위한 적재부를 설치하고,
    상기 적재부는, 당해 적재부의 공전의 정지 시에, 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역의 각각에 동일한 매수의 기판이 위치하도록 배치되고,
    상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역의 각각에 동일한 매수의 기판이 위치할 때, 상기 분리 영역에는 기판의 적재부가 위치하지 않도록 적재부의 수가 설정되는 성막 장치를 이용하여,
    상기 기판이 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역에서 공전을 정지한 상태에서 교대로 위치하도록 상기 적재부를 간헐적으로 공전시키고, 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역에 각각 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스를 공급하는 공정을 포함하는 성막 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 가스는, 기판에 흡착시키는 박막의 원료인 원료 가스이며, 상기 제2 가스는 당해 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성하는 반응 가스인 성막 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적재부의 공전을 정지하고, 상기 제1 처리 영역에서 상기 원료 가스가 흡착된 기판이 제2 처리 영역에 있을 때에 상기 반응 가스의 공급을 개시하는 성막 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 처리 영역은 플라즈마 발생부를 구비하고, 상기 반응 가스는 상기 플라즈마 발생부에 의해 플라즈마화되어 공급되는 성막 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적재부의 공전을 정지하고, 상기 제1 처리 영역에서 상기 원료 가스가 흡착된 기판이 제2 처리 영역에 있을 때에, 상기 반응 가스의 공급과 상기 플라즈마 발생부에 의해 플라즈마화를 개시하는 성막 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 처리 영역에서의 필요한 제1 가스의 공급 시간 및 상기 제2 처리 영역에서의 필요한 제2 가스의 공급 시간이 서로 상이하고, 회전 테이블은, 필요한 가스의 공급 시간이 긴 쪽의 시간에 맞춰서 정지하고 있는 성막 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 필요한 제1 가스를 공급하기 위한 공급 시간이 상기 필요한 제2 가스를 공급하기 위한 공급 시간보다 짧은 경우, 상기 제1 가스의 공급 시간이 상기 제2 가스의 공급 시간보다도 짧게 설정되고, 상기 필요한 제2 가스를 공급하기 위한 공급 시간이 상기 필요한 제1 가스를 공급하기 위한 공급 시간보다 짧은 경우, 상기 제2 가스의 공급 시간이 상기 제1 가스의 공급 시간보다도 짧게 설정되어 있는 성막 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 적재부를 자전시키는 자전 기구를 포함하고, 적어도 기판에 대하여 상기 처리 가스가 공급되고 있을 때는 당해 기판이 적재되어 있는 적재부가 자전하는 성막 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 처리 용기의 둘레 방향으로 자전하는 회전 테이블을 포함하고,
    상기 복수의 적재부는, 상기 회전 테이블의 상면측에 배치되어 있는 성막 방법.
  20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판이 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역에서 교대로 정지한 상태에서 위치하도록 상기 적재부를 간헐적으로 공전시키는 운전 모드를 간헐 회전 모드라고 하면,
    상기 기판이 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역을 연속해서 통과하도록 상기 적재부를 연속적으로 공전시키는 연속 회전 모드와, 상기 간헐 회전 모드 중 한쪽을 선택해서 기판의 성막 처리를 행한 후, 후속하는 기판에 대하여 연속 회전 모드와 상기 간헐 회전 모드 중 다른 쪽을 선택해서 성막 처리를 행하는 성막 방법.
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