KR20210100538A - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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도루 이시이
유지 세시모
유이치로 사세
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 개시의 일 양태에 의한 성막 장치는, 진공 용기 내에 마련되는 회전 테이블과, 상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 마련되어, 기판을 적재하는 적재대와, 상기 회전 테이블의 상면을 향해 처리 가스를 공급하는 처리 영역과, 상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 상기 처리 영역으로부터 이격하여 배치되어, 상기 처리 영역보다 높은 온도에서 상기 기판을 열처리하는 열처리 영역과, 상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 상기 열처리 영역으로부터 이격하여 배치되어, 상기 기판을 냉각하는 냉각 영역을 갖는다.

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}
본 개시는, 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
처리 용기의 주위 방향으로 등간격으로 마련된 분리부에 의해 4개의 처리 영역으로 구획되고, 2개의 처리 영역에는 원료 가스를 공급하고, 나머지 2개의 처리 영역에는 반응 가스를 공급하는 성막 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2018-26528호 공보
본 개시는, 고품질의 반도체막을 형성할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 성막 장치는, 진공 용기 내에 마련되는 회전 테이블과, 상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 마련되어, 기판을 적재하는 적재대와, 상기 회전 테이블의 상면을 향해 처리 가스를 공급하는 처리 영역과, 상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 상기 처리 영역으로부터 이격하여 배치되어, 상기 처리 영역보다 높은 온도에서 상기 기판을 열처리하는 열처리 영역과, 상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 상기 열처리 영역으로부터 이격하여 배치되어, 상기 기판을 냉각하는 냉각 영역을 갖는다.
본 개시에 의하면, 고품질의 반도체막을 형성할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태의 성막 장치의 구성예를 도시하는 종단면도.
도 2는 일 실시 형태의 성막 장치의 4개의 영역을 설명하기 위한 도면(1).
도 3은 일 실시 형태의 성막 장치의 4개의 영역을 설명하기 위한 도면(2).
도 4는 일 실시 형태의 성막 장치의 주위 방향을 따른 종단면도.
도 5는 일 실시 형태의 성막 장치의 회전 기구를 설명하기 위한 도면.
도 6은 일 실시 형태의 성막 장치의 다른 구성예를 도시하는 도면.
도 7은 일 실시 형태의 성막 장치의 동작의 일례를 도시하는 도면.
도 8은 일 실시 형태의 성막 장치의 다른 구성예를 도시하는 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대하여 설명한다. 첨부의 전체 도면 중, 동일하거나 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일하거나 또는 대응하는 참조 부호를 붙여, 중복되는 설명을 생략한다.
〔성막 장치〕
도 1 내지 도 5를 참조하여, 성막 장치의 구성예에 대하여 설명한다. 도 1은, 일 실시 형태의 성막 장치의 구성예를 도시하는 종단면도이다.
성막 장치(1)는, 편평한 진공 용기(10)를 구비한다. 진공 용기(10)의 저부는, 중앙부(12)와 해당 중앙부(12)를 둘러싸는 환상부(14)에 직경 방향으로 분할되어 있다. 중앙부(12)는, 지지부(16)에 지지되어 있다. 지지부(16)는, 진공 용기(10)의 천장부의 중앙부를 관통하여 상방으로부터 진공 용기(10) 내에 삽입 관통되어 있다. 환상부(14)는, 진공 용기(10)의 측벽에 고정되어 있다.
중앙부(12) 및 환상부(14)의 상면에는, 기판(W)을 가열하기 위한 가열부(18)가 마련되어 있다. 가열부(18)는, 예를 들어 석영제의 용기 내에 발열선을 마련하여 구성되어 있다. 발열선은 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 전원으로부터 전력이 공급됨으로써 발열한다.
진공 용기(10)의 하방에는, 회전 지지체(20)가 마련되어 있다. 회전 지지체(20)는, 진공 용기(10)의 중앙부에 대응하는 위치에 마련된 회전축(22)에 의해 수평 회전한다. 회전축(22)은, 케이스체(24) 내에 수납된 구동부(도시하지 않음)에 의해 회전 구동된다.
진공 용기(10) 내에는 회전 테이블(26)이 마련되어 있다. 회전 테이블(26)은, 회전 지지체(20)에 막대상의 지지 부재(28)를 통해 지지되어 있다. 지지 부재(28)는, 진공 용기(10)의 저부인 중앙부(12)와 환상부(14) 사이의 환상의 간극(30)을 통해 배치되어 있고, 주위 방향을 따라 복수개 마련되어 있다.
회전 테이블(26)의 상면에는, 주위 방향으로 등간격으로 4개의 원 형상의 오목부(32)가 형성되어 있고, 기판(W)을 적재하는 적재대(34)가 각 오목부(32) 내에 들어가도록 자전축(36)에 지지되어 있다. 적재대(34)는, 기판(W)이 적재된 때에 기판(W)의 상면이 회전 테이블(26)의 상면 높이와 일치하도록 설정되어 있다. 또한, 도 1에 있어서의 회전 테이블(26)의 우측의 부위는 적재대(34)가 마련되어 있지 않은 영역을 나타내고, 좌측의 부위는 적재대(34)가 마련되어 있는 부위를 나타낸다.
각 자전축(36)은, 환상의 간극(30)을 통해 베어링부(38)에 의해 회전 지지체(20)에 자전 가능하게 지지되어 있다. 이로써, 적재대(34)는, 공전 가능하고 또한 자전 가능하게 구성되어 있다. 각 자전축(36)은 베어링부(38)의 하방까지 연신되어 있고, 하단부에는 종동 기어부(40)가 마련되어 있다. 진공 용기(10)의 저부의 하방에는, 회전 지지체(20) 등을 대기 분위기로부터 구획하기 위한 커버체(42)가 마련되어 있다. 커버체(42)는, 편평한 원통체의 주연의 부위를 오목해지도록 하여 환상의 오목 부위(44)를 형성한 형상으로 성형되어 있다. 오목 부위(44)의 외주측의 내벽면에는, 평면에서 보아 등간격의 4개소에 구동 기어부(46)가 마련되어 있다.
구동 기어부(46)는, 커버체(42)의 오목 부위(44)의 측벽을 관통하는 수평한 회전축(48)의 선단에 설치되어 있다. 회전축(48)의 기단측에는, 해당 회전축(48)을 회전시킴과 함께 축방향으로 이동시키기 위한 구동부(50)가 마련되어 있다. 종동 기어부(40)의 측주위면에는, N극 및 S극이 교대로 주위 방향으로 착자되어 있고, 구동 기어부(46)의 일 면에는, N극 및 S극이 교대로 주위 방향으로 착자되어 있다. 종동 기어부(40) 및 구동 기어부(46)는, 종동 기어부(40)의 통과 영역이 구동 기어부(46)의 일 면의 중앙보다도 상방의 부위에 대향하도록 위치 설정되어 있다.
구동 기어부(46)는, 회전 테이블(26)의 정지 위치에 대응한 위치에, 즉 후술하는 4개의 영역의 각각에 있어서의 주위 방향의 중앙부에 기판(W)이 위치한 때에 종동 기어부(40)와의 사이에서 자기 기어가 구성되는 위치에 설치되어 있다. 구동 기어부(46)는, 종동 기어부(40)가 해당 구동 기어부(46)와 대향하는 위치에 정지한 때에 해당 종동 기어부(40)에 접근하여 자기 기어를 구성하도록 회전축(48)에 의해 전진한다. 그리고 구동 기어부(46)를, 예를 들어 회전축(48)측으로부터 보아 반시계 방향으로 회전시킴으로써, 종동 기어부(40)가 시계 방향으로 회전하고, 이로써 적재대(34)가 자전한다. 또한 커버체(42)의 오목 부위(44)의 내주의 벽면에 있어서, 구동 기어부(46)에 대하여 종동 기어부(40)의 통과 영역을 사이에 두고 대향하는 위치에는, 예를 들어 자석체로 이루어지는 브레이크 부재(52)가 마련되어 있다. 브레이크 부재(52)는, 회전 테이블(26)을 회전시킬 때 구동 기어부(46)를 후퇴시켜 종동 기어부(40)로부터 분리한 후, 종동 기어부(40)의 회전을 멈추는 기능을 갖는다.
도 2 및 도 3은, 일 실시 형태의 성막 장치(1)의 4개의 영역을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는, 일 실시 형태의 성막 장치의 주위 방향을 따른 종단면도이다. 도 5는, 일 실시 형태의 성막 장치(1)의 회전 기구를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 진공 용기(10) 내에는, 흡착 영역 A1, 반응 영역 A2, 열처리 영역 A3 및 냉각 영역 A4가, 회전 테이블(26)의 주위 방향으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 도시한 예에서는, 반입 출구(84)로부터 시계 방향(회전 테이블(26)의 회전 방향)으로, 냉각 영역 A4, 흡착 영역 A1, 반응 영역 A2 및 열처리 영역 A3이 이 순서로 배열되어 있다. 흡착 영역 A1과 반응 영역 A2 사이, 반응 영역 A2와 열처리 영역 A3 사이, 열처리 영역 A3과 냉각 영역 A4 사이 및 냉각 영역 A4와 흡착 영역 A1 사이에는, 각각 분리 영역 D가 마련되어 있다.
흡착 영역 A1은, 회전 테이블(26)의 상면을 향해 원료 가스를 공급하여 기판(W)에 흡착시키는 영역이다. 원료 가스로서는, 예를 들어 디클로로실란(DCS) 가스 등의 실리콘 함유 가스를 들 수 있다.
흡착 영역 A1에는, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(26)의 하면의 하방에 히터 유닛(60)이 마련된다. 히터 유닛(60)은, 흡착 영역 A1에 위치하는 기판(W)을 가열한다. 히터 유닛(60)은, 내측 히터(60a), 중간 히터(60b) 및 외측 히터(60c)를 포함한다. 내측 히터(60a), 중간 히터(60b) 및 외측 히터(60c)는, 각각 흡착 영역 A1에 위치하는 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부와 대응하여 마련되고, 각각 해당 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부를 가열한다. 이로써, 기판(W)의 직경 방향에 있어서의 온도의 분포를 제어할 수 있다. 또한, 히터 유닛(60)은, 복수로 분할되어 있지 않아도 된다.
또한, 흡착 영역 A1에는, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(26)의 상면의 상방에 원료 가스 공급부인 샤워 헤드(61)가 마련된다. 샤워 헤드(61)는, 예를 들어 내측 샤워 헤드(61a), 중간 샤워 헤드(61b) 및 외측 샤워 헤드(61c)를 포함한다. 내측 샤워 헤드(61a), 중간 샤워 헤드(61b) 및 외측 샤워 헤드(61c)는, 각각 원료 가스 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 내측 샤워 헤드(61a), 중간 샤워 헤드(61b) 및 외측 샤워 헤드(61c)는, 각각 흡착 영역 A1에 위치하는 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부에 대응하여 마련되어, 각각 해당 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부에 원료 가스를 공급한다. 이로써, 기판(W)의 직경 방향에 있어서의 원료 가스의 공급량을 제어할 수 있으므로, 기판(W)의 직경 방향에 있어서 원료 가스가 흡착하는 양을 조정할 수 있다. 또한, 샤워 헤드(61)는, 복수로 분할되어 있지 않아도 된다. 또한, 샤워 헤드(61) 대신에 가스 노즐이 마련되어 있어도 된다.
반응 영역 A2는, 회전 테이블(26)의 주위 방향을 따라 흡착 영역 A1로부터 이격하여 배치되고, 회전 테이블(26)의 상면을 향해 반응 가스를 공급하여 기판(W)에 흡착한 원료 가스를 반응시키는 영역이다. 반응 가스로서는, 예를 들어 오존(O3) 가스 등의 산화 가스, 암모니아(NH3) 가스 등의 질화 가스를 들 수 있다.
반응 영역 A2에는, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(26)의 하면의 하방에 히터 유닛(62)이 마련된다. 히터 유닛(62)은, 반응 영역 A2에 위치하는 기판(W)을 가열한다. 히터 유닛(62)은, 내측 히터(62a), 중간 히터(62b) 및 외측 히터(62c)를 포함한다. 내측 히터(62a), 중간 히터(62b) 및 외측 히터(62c)는, 각각 반응 영역 A2에 위치하는 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부와 대응하여 마련되어, 각각 해당 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부를 가열한다. 이로써, 기판(W)의 직경 방향에 있어서의 온도의 분포를 제어할 수 있다. 또한, 히터 유닛(62)은, 복수로 분할되어 있지 않아도 된다.
또한, 반응 영역 A2에는, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(26)의 상면의 상방에 반응 가스 공급부인 샤워 헤드(63)가 마련된다. 샤워 헤드(63)는, 예를 들어 내측 샤워 헤드(63a), 중간 샤워 헤드(63b) 및 외측 샤워 헤드(63c)를 포함한다. 내측 샤워 헤드(63a), 중간 샤워 헤드(63b) 및 외측 샤워 헤드(63c)는, 각각 반응 가스 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 내측 샤워 헤드(63a), 중간 샤워 헤드(63b) 및 외측 샤워 헤드(63c)는, 각각 반응 영역 A2에 위치하는 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부에 대응하여 마련되어, 각각 해당 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부에 원료 가스를 공급한다. 이로써, 기판(W)의 직경 방향에 있어서의 반응 가스의 공급량을 제어할 수 있다. 또한, 샤워 헤드(63)는, 복수로 분할되어 있지 않아도 된다. 또한, 샤워 헤드(63) 대신에 가스 노즐이 마련되어 있어도 된다.
열처리 영역 A3은, 회전 테이블(26)의 주위 방향을 따라 반응 영역 A2로부터 이격하여 배치되고, 흡착 영역 A1 및 반응 영역 A2보다 높은 온도에서 기판(W)을 열처리하는 영역이다.
열처리 영역 A3에는, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(26)의 하면의 하방에 히터 유닛(64)이 마련된다. 히터 유닛(64)은, 열처리 영역 A3에 위치하는 기판(W)을 가열한다. 히터 유닛(64)은, 내측 히터(64a), 중간 히터(64b) 및 외측 히터(64c)를 포함한다. 내측 히터(64a), 중간 히터(64b) 및 외측 히터(64c)는, 각각 열처리 영역 A3에 위치하는 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부와 대응하여 마련되어, 해당 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부를 가열한다. 이로써, 기판(W)의 직경 방향에 있어서의 온도의 분포를 제어할 수 있다. 또한, 히터 유닛(64)은, 복수로 분할되어 있지 않아도 된다.
또한, 열처리 영역 A3에는, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(26)의 상면의 상방에 가열 유닛(65)이 마련된다. 가열 유닛(65)은, 복수의 가열 램프(65a)가, 예를 들어 투과 부재(65b)의 상면에 대략 부채형 형상으로 배치되어, 제어부(90)에 의해 기판(W)에 면 내 온도차를 발생시키지 않도록 제어된다. 가열 램프(65a)의 종류로서는, 특별히 한정되지는 않고, 예를 들어 기판(W)의 흡수 파장 영역의 광, 예를 들어 적외선광을 조사하는 램프를 이용할 수 있다. 투과 부재(65b)로서는, 광(예를 들어 적외선광)을 투과하는 부재(예를 들어 석영)를 이용할 수 있다.
냉각 영역 A4는, 회전 테이블(26)의 주위 방향을 따라 열처리 영역 A3으로부터 이격하여 배치되고, 회전 테이블(26)의 상면을 향해 냉각 가스를 공급하여 기판(W)을 냉각하는 영역이다. 냉각 가스로서는, 예를 들어 헬륨(He) 가스, 질소(N2) 가스를 들 수 있다.
냉각 영역 A4에는, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(26)의 하면의 하방에 냉각용 플레이트(66)가 마련된다. 냉각용 플레이트(66)는, 냉각 영역 A4에 위치하는 기판(W)을 냉각한다. 냉각용 플레이트(66)는, 내측 플레이트(66a), 중간 플레이트(66b) 및 외측 플레이트(66c)를 포함한다. 내측 플레이트(66a), 중간 플레이트(66b) 및 외측 플레이트(66c)는, 각각 내부에 냉매 유로가 형성되어 있고, 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 해당 냉매 유로로 냉매가 공급 됨으로써, 기판(W)을 냉각한다. 내측 플레이트(66a), 중간 플레이트(66b) 및 외측 플레이트(66c)는, 각각 냉각 영역 A4에 위치하는 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부에 대응하여 마련되어, 각각 해당 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부를 냉각한다. 또한, 냉각용 플레이트(66)는, 복수로 분할되어 있지 않아도 된다.
또한, 냉각 영역 A4에는, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(26)의 상면의 상방에 냉각 가스 공급부인 샤워 헤드(67)가 마련된다. 샤워 헤드(67)는, 예를 들어 내측 샤워 헤드(67a), 중간 샤워 헤드(67b) 및 외측 샤워 헤드(67c)를 포함한다. 내측 샤워 헤드(67a), 중간 샤워 헤드(67b) 및 외측 샤워 헤드(67c)는, 각각 냉각 가스 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 내측 샤워 헤드(67a), 중간 샤워 헤드(67b) 및 외측 샤워 헤드(67c)는, 각각 냉각 영역 A4에 위치하는 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부에 대응하여 마련되어, 각각 해당 기판(W)의 중심부, 중간부 및 외주부에 냉각 가스를 공급한다. 이로써, 기판(W)이 냉각된다. 이때, 기판(W)의 직경 방향에 있어서의 냉각 가스의 공급량을 제어할 수 있으므로, 기판(W)의 직경 방향에 있어서의 온도 분포를 조정할 수 있다. 또한, 샤워 헤드(67)는, 복수로 분할되어 있지 않아도 된다. 또한, 샤워 헤드(67) 대신에 가스 노즐이 마련되어 있어도 된다.
분리 영역 D는, 흡착 영역 A1과 반응 영역 A2 사이, 반응 영역 A2와 열처리 영역 A3 사이, 열처리 영역 A3과 냉각 영역 A4 사이 및 냉각 영역 A4와 흡착 영역 A1 사이에 각각 마련되어 있다. 분리 영역 D에는, 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 진공 용기(10)의 중앙으로부터 외주를 향함에 따라 폭 방향의 치수가 조금씩 커지도록 형성된, 평면 형상의 부채형의 분리용 플레이트(68)가 마련되어 있다. 분리용 플레이트(68)는, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 흡착 영역 A1, 반응 영역 A2, 열처리 영역 A3 및 냉각 영역 A4의 천장면보다도 낮은 천장면(68a)을 형성함으로써, 이들 4개의 영역 사이의 가스의 분리 기능을 확보하고 있다. 분리용 플레이트(68)의 하면에는, 폭 방향의 중앙부에 홈부(68b)가 형성되어 있다.
홈부(68b)에는, 분리 가스 노즐(68c)이 진공 용기(10)의 측벽을 관통하여 회전 테이블(26)과 평행하게 또한 직경 방향으로 연신되도록 배치되어 있다. 분리 가스 노즐(68c)은, 하면에 가스 토출 구멍(68d)이 길이 방향으로 간격을 두고 형성되고, 회전 테이블(26)의 직경 방향을 따라 보았을 때, 기판(W)의 통과 영역 전체에 분리 가스가 공급되도록 가스 토출 구멍(68d)의 배치 영역이 설정되어 있다. 분리 가스 노즐(68c)의 기단측은, 분리 가스 공급원, 가스 공급 제어 기기군 등을 포함하는 분리 가스의 공급계(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 분리 가스로서는, 예를 들어 N2 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 불활성 가스를 이용할 수 있다.
또한, 열처리 영역 A3과 냉각 영역 A4 사이 및 냉각 영역 A4와 흡착 영역 A1 사이에 마련되는 분리 영역 D에는, 각각 회전 테이블(26)의 하면의 하방에 분리용 플레이트(69)가 마련되어 있다. 분리용 플레이트(69)는, 진공 용기(10)의 저부(중앙부(12) 및 환상부(14))로부터 회전 테이블(26)의 하방을 향해 연장되도록 형성된 벽체이고, 열처리 영역 A3과 냉각 영역 A4 사이 및 냉각 영역 A4와 흡착 영역 A1 사이의 열전달을 억제한다.
또한, 도 4의 예에서는, 열처리 영역 A3에 복수의 가열 램프(65a) 및 투과 부재(65b)를 포함하는 가열 유닛(65)이 마련되고, 복수의 가열 램프(65a)에 의해 기판(W)을 가열하는 경우를 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되지는 않는다. 열처리 영역 A3에는, 예를 들어 적재대(34)에 적재되는 기판(W)을 플라스마 처리함으로써 기판(W)을 가열하는 플라스마 생성부(70)가 마련되어 있어도 된다.
도 6은, 일 실시 형태의 성막 장치의 다른 구성예를 도시하는 도면이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 플라스마 생성부(70)는, 회전 테이블(26)의 상면의 상방에 마련된다. 플라스마 생성부(70)는, 진공 용기(10)의 천장부의 일부를 구성하는 유전체 부재(70a)를 통해 마련되어 있다. 유전체 부재(70a)는, 진공 용기(10)의 천장부에 형성된 개구부에 끼워 맞추어지는 형상으로 성형되어 있고, 평면 형상이 부채형이며, 주연부가 기립되어 외측으로 굴곡되는 플랜지부로서 형성되어 있다.
플라스마 생성부(70)는, 코일상으로 감긴 안테나(70b)를 구비하고, 안테나(70b)의 양단에는 고주파 전원(70c)이 접속되어 있다. 또한 안테나(70b) 및 유전체 부재(70a) 사이에는, 안테나(70b)에 있어서 발생하는 전계 및 전계 중 전계 성분이 기판(W)을 향하는 것을 저지하기 위해 슬릿이 형성된 도전성의 판인 패러데이 실드(70d)가 개재되어 있다. 패러데이 실드(70d)의 상면에는 유전체판(70e)이 마련되어 있다.
진공 용기(10)의 저부의 주연부에는, 회전 테이블(26)을 둘러싸도록 배기용의 홈부(80)가 형성되어 있다. 홈부(80)에는, 회전 테이블(26)의 회전 방향에서 보아 흡착 영역 A1의 하류측 및 반응 영역 A2의 하류측에 대응하는 위치에 배기구(81)가 형성되어 있다. 각 배기구(81)에는 배기관(82)(도 1)의 일단이 접속되어 있고, 배기관(82)의 타단에는 진공 펌프 등의 배기 장치(83)가 접속되어 있다.
또한, 냉각 영역 A4에 면하는 진공 용기(10)의 측벽에는, 기판(W)의 반입 출구(84)(도 2 및 도 3)가 형성되어 있고, 반입 출구(84)를 통해 외부의 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 각 적재대(34)와의 사이에서 기판(W)의 전달이 행해진다. 반입 출구(84)는, 게이트 밸브(도시하지 않음)에 의해 개폐된다.
성막 장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제어부(90)를 구비한다. 제어부(90)는, 후술하는 성막 장치(1)의 동작을 제어하기 위한 프로그램을 구비하고 있다. 프로그램은, 처리 수순이나 처리 파라미터가 기입된 처리 레시피 등도 포함하는 의미이다. 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광 디스크, USB 메모리, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되어 있고, 제어부(90)에 다운로드된다.
〔성막 장치의 동작〕
도 7을 참조하여, 성막 장치(1)의 동작(성막 방법)의 일례에 대하여, 기판(W) 위에 실리콘 산화막을 성막하는 처리를 예로 들어 설명한다. 도 7은, 일 실시 형태의 성막 장치(1)의 동작의 일례를 도시하는 도면이다.
먼저, 제어부(90)는, 진공 용기(10)에 인접하고 있는 진공 반송실 내의 반송 기구(도시하지 않음)를 제어하고, 반입 출구(84)를 통해 4매의 기판(W)을 차례로 적재대(34)로 반송한다. 각 기판(W)의 전달은, 승강 핀(도시하지 않음)을 통해 행해지고, 1매의 기판(W)이 적재대(34)로 반송된 후, 회전 테이블(26)을, 예를 들어 시계 방향으로 회전시켜, 해당 적재대(34)에 인접하는 적재대(34)에 대하여 후속의 기판(W)을 전달한다.
각 적재대(34)에 기판(W)을 적재한 후, 제어부(90)는, 게이트 밸브에 의해 반입 출구(84)를 폐쇄하고, 진공 용기(10) 내를 소정의 프로세스 압력으로 조정함과 함께, 각 적재대(34)를 회전 테이블(26)에 대하여 회전시킴으로써, 기판(W)을 자전시킨다. 또한, 진공 용기(10) 내의 온도는, 미리 가열부(18)에 의해 제1 온도 T1로 가열되어 있다. 제1 온도는, 예를 들어 300 내지 500℃여도 된다.
계속해서, 제어부(90)는, 흡착 영역 A1, 반응 영역 A2, 열처리 영역 A3 및 냉각 영역 A4에 있어서, 각각 흡착 공정 S1, 반응 공정 S2, 열처리 공정 S3 및 냉각 공정 S4를 실행하도록 성막 장치(1)의 각 부를 제어한다.
제어부(90)는, 흡착 영역 A1에 있어서, 원료 가스인 DCS 가스를 샤워 헤드(61)(도 4)로부터 토출시킨다. 이로써, 흡착 영역 A1에 위치하는 기판(W)의 표면에는 DCS 가스가 흡착된다. 이때, 자기 기어에 의해 기판(W)이 자전하기 때문에, 기판(W)에는 주위 방향으로 양호한 균일성을 갖고 DCS 가스가 흡착된다.
또한, 제어부(90)는, 반응 영역 A2에 있어서, 반응 가스인 O3 가스를 샤워 헤드(63)(도 4)로부터 토출시킨다. 이때, 반응 영역 A2에 위치하는 기판(W)의 표면에는 O3 가스가 공급되지만, 이 시점에서는 아직 DCS 가스의 흡착이 행해져 있지 않으므로, 반응 생성물은 생성되지 않는다. 그 때문에, 반응 영역 A2에 있어서의 반응 가스의 공급은, 회전 테이블(26)의 다음의 회전(간헐 회전) 후, 즉 이미 DCS 가스가 흡착된 기판(W)이 반응 영역 A2에 위치한 후부터 행해도 된다.
또한, 제어부(90)는, 열처리 영역 A3에 있어서, 가열 유닛(65)의 복수의 가열 램프(65a)를 온으로 함으로써, 도 7에 도시한 바와 같이, 기판(W)을 제1 온도 T1보다 높은 제2 온도 T2로 가열한다. 제2 온도 T2는, 예를 들어 600 내지 900℃여도 된다. 이때, 열처리 영역 A3에 위치하는 기판(W)은, 복수의 가열 램프(65a)에 의해 가열되지만, 이 시점에서는 아직 반응 생성물이 생성되어 있지 않으므로, 반응 생성물의 개질은 행해지지 않는다. 그 때문에, 열처리 영역 A3에 있어서의 복수의 가열 램프(65a)에 의한 가열은, 이미 반응 생성물이 생성된 기판(W)이 열처리 영역 A3에 위치한 후부터 행해도 된다.
또한, 제어부(90)는, 냉각 영역 A4에 있어서, 냉각 가스인 He 가스를 샤워 헤드(67)(도 4)로부터 토출한다. 이로써, 냉각 영역 A4에 위치하는 기판(W)의 표면에는 He 가스가 공급되어, 기판(W)이 냉각된다. 또한, 냉각 영역 A4에는 회전 테이블(26)의 하면의 하방에 냉각용 플레이트(66)가 마련되어 있다. 이 때문에, 냉각 영역 A4에 위치하는 기판(W)은 기판(W)의 상면 및 하면의 양쪽으로부터 냉각되므로, 기판(W)의 온도가 제2 온도 T2로부터 제1 온도 T1로 빠르게 강온한다.
또한, 제어부(90)는, 4개의 분리 영역 D에 있어서, 분리 가스인 N2 가스를 분리 가스 노즐(68c)로부터 토출시킨다. 이로써, 서로 인접하는 영역의 가스끼리가 혼합되는 것이 억제된다. 즉, 각 영역이 분위기에 대하여 분리된다.
소정의 시간이 경과한 후, 제어부(90)는, 회전 테이블(26)을 시계 방향으로 90도 회전시키고, 각 기판(W)을, 그때까지 위치하고 있던 영역에 대하여 인접하는(상세하게는 회전 테이블(26)의 회전 방향으로 보아 시계 방향으로 인접한다) 영역으로 이동시킨다(공전시킨다). 그리고, 제어부(90)는, 각 기판(W)은 자전시키면서 각 영역(흡착 영역 A1, 반응 영역 A2, 열처리 영역 A3 및 냉각 영역 A4)에 있어서 처리를 실행한다. 반응 영역 A2에 위치하는 기판(W)에는, 이미 원료 가스인 DCS 가스가 흡착되어 있으므로, 반응 가스인 O3 가스가 기판(W)상의 DCS 가스와 반응하여 반응 생성물인 산화 실리콘층이 형성된다. 흡착 영역 A1에서는, 샤워 헤드(61)로부터 DCS 가스가 토출되고, 해당 흡착 영역 A1에 위치하는 기판(W)에 DCS 가스가 흡착된다.
소정의 시간이 경과한 후, 제어부(90)는, 회전 테이블(26)을 시계 방향으로 90도 회전시키고, 각 기판(W)을, 그때까지 위치하고 있던 영역에 대하여 인접하는 영역으로 이동시킨다. 그리고, 제어부(90)는, 각 기판(W)을 자전시키면서, 각 영역(흡착 영역 A1, 반응 영역 A2, 열처리 영역 A3 및 냉각 영역 A4)에 있어서 처리를 실행한다. 흡착 영역 A1에서는 기판(W)에 대하여 DCS 가스의 흡착이 행해지고, 반응 영역 A2에서는 기판(W)에 대하여 O3 가스에 의한 산화 처리가 행해지고, 열처리 영역 A3에서는 기판(W)에 대하여 반응 생성물을 개질하는 개질 처리가 행해지고, 냉각 영역 A4에서는 기판(W)이 냉각된다.
소정의 시간이 경과한 후, 제어부(90)는, 회전 테이블(26)을 시계 방향으로 90도 회전시키고, 각 기판(W)을, 그때까지 위치하고 있던 영역에 대하여 인접하는 영역으로 이동시킨다. 그리고, 제어부(90)는, 각 기판(W)을 자전시키면서, 각 영역(흡착 영역 A1, 반응 영역 A2, 열처리 영역 A3 및 냉각 영역 A4)에 있어서 처리를 실행한다. 흡착 영역 A1에서는 기판(W)에 대하여 DCS 가스의 흡착이 행해지고, 반응 영역 A2에서는 기판(W)에 대하여 O3 가스에 의한 산화 처리가 행해져, 열처리 영역 A3에서는 기판(W)에 대하여 반응 생성물을 개질하는 개질 처리가 행해지고, 냉각 영역 A4에서는 기판(W)이 냉각된다.
그리고, 소정의 시간이 경과하면, 제어부(90)는, 회전 테이블(26)을 시계 방향으로 90도 회전시킨다. 이로써, 기판(W)은 최초의 위치로 복귀된다.
그 후는 마찬가지로 하여, 제어부(90)는, 회전 테이블(26)을 소정의 시간만큼 순차 정지하고, 시계 방향으로 90도씩 간헐적으로 회전하는 동작을 설정 횟수만큼 반복한다. 이로써, 각 기판(W)에 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)에 의한 실리콘 산화막이 성막된다.
계속해서, 제어부(90)는, 전술한 기판(W)의 반입의 수순과 역의 수순으로 반송 기구에 의해 각 기판(W)을 진공 용기(10)로부터 반출한다.
이상에 설명한 바와 같이 일 실시 형태의 성막 장치(1)는, 동일한 진공 용기(10) 내에 흡착 영역 A1, 반응 영역 A2, 열처리 영역 A3 및 냉각 영역 A4를 갖는다. 이로써, 동일한 진공 용기(10) 내에서, 처리 온도가 다른 프로세스를 실행할 수 있다. 예를 들어, ALD 프로세스에 있어서의 흡착 공정 S1과 열처리 공정 S3을 다른 온도에서 실행할 수 있다. 이로써, 원료 가스가 자기 분해되어 화학 기상 퇴적(CVD: Chemical Vapor Deposition) 반응을 일으키지 않는 온도에서 흡착 공정 S1을 실행하고, 해당 흡착 공정 S1보다도 높은 온도에서 열처리 공정 S3을 실행할 수 있다. 그 결과, 막질이 양호하고, 하지에 대한 단차 피복성(스텝 커버리지)이 양호한 막을 형성할 수 있으므로, 예를 들어 높은 애스펙트비를 갖는 트렌치나 복잡한 형상을 갖는 트렌치에 양호한 막질의 막을 컨포멀하게 형성할 수 있다.
또한, 기판(W)을 진공 용기(10) 밖으로 반출하지 않고, 흡착 공정 S1 및 반응 공정 S2를 포함하는 ALD 사이클과 연속해서 열처리 공정 S3 및 냉각 공정 S4를 실행할 수 있다. 이로써, 흡착 공정 S1 및 반응 공정 S2를 포함하는 ALD 사이클을 실행하는 장치와, 열처리 공정 S3을 실행하는 장치 사이에서 기판(W)을 반송하는 시간을 삭감할 수 있으므로, 생산성이 향상된다. 또한, ALD 사이클을 1회 실행할 때마다 열처리 공정 S3을 실행하거나, ALD 사이클을 복수회 실행할 때마다 열처리 공정 S3을 실행하거나 할 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 성막 장치(1)는, 회전 테이블(26)에 대하여 적재대(34)가 회전 가능하게 구성되어 있다. 이로써, 흡착 영역 A1, 반응 영역 A2, 열처리 영역 A3 및 냉각 영역 A4의 각각에 있어서, 회전 테이블(26)에 대하여 적재대(34)를 회전시키면서(기판(W)을 자전시키면서) 처리를 행할 수 있다. 그 때문에, 기판(W)의 주위 방향의 막 두께, 막질의 균일성이 양호한 막을 성막할 수 있다.
〔성막 장치의 변형예〕
도 8을 참조하여, 성막 장치의 변형예에 대하여 설명한다. 도 8은, 일 실시 형태의 성막 장치의 다른 구성예를 도시하는 도면이다.
성막 장치(1A)는, 흡착 영역 A1, 반응 영역 A2, 열처리 영역 A3 및 냉각 영역 A4의 각각에 2매씩 기판(W)이 위치하도록 적재대(34)를 배치하고 있는 점에서, 전술한 성막 장치(1)와 다르다.
성막 장치(1A)는, 성막 장치(1)와 마찬가지로, 동일한 진공 용기(10) 내에 흡착 영역 A1, 반응 영역 A2, 열처리 영역 A3 및 냉각 영역 A4를 갖는다. 이로써, 동일한 진공 용기(10) 내에서, 처리 온도가 다른 프로세스를 실행할 수 있다. 예를 들어, ALD 프로세스에 있어서의 흡착 공정 S1과 열처리 공정 S3을 다른 온도에서 실행할 수 있다. 이로써, 원료 가스가 자기 분해되어 CVD 반응을 일으키지 않는 온도에서 흡착 공정 S1을 실행하고, 해당 흡착 공정 S1보다도 높은 온도에서 열처리 공정 S3을 실행할 수 있다. 그 결과, 막질이 양호하고, 하지에 대한 단차 피복성(스텝 커버리지)이 양호한 막을 형성할 수 있으므로, 예를 들어 높은 애스펙트비를 갖는 트렌치나 복잡한 형상을 갖는 트렌치에 양호한 막질의 막을 컨포멀하게 형성할 수 있다.
또한, 기판(W)을 진공 용기(10) 밖으로 반출하지 않고, 흡착 공정 S1 및 반응 공정 S2를 포함하는 ALD 사이클과 연속해서 열처리 공정 S3 및 냉각 공정 S4를 실행할 수 있다. 이로써, 흡착 공정 S1 및 반응 공정 S2를 포함하는 ALD 사이클을 실행하는 장치와, 열처리 공정 S3을 실행하는 장치 사이에서 기판(W)을 반송하는 시간을 삭감할 수 있으므로, 생산성이 향상된다. 또한, ALD 사이클을 1회 실행할 때마다 열처리 공정 S3을 실행하거나, ALD 사이클을 복수회 실행할 때마다 열처리 공정 S3을 실행하거나 할 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 성막 장치(1A)는, 회전 테이블(26)에 대하여 적재대(34)가 회전 가능하게 구성되어 있다. 이로써, 흡착 영역 A1, 반응 영역 A2, 열처리 영역 A3 및 냉각 영역 A4의 각각에 있어서, 회전 테이블(26)에 대하여 적재대(34)를 회전시키면서(기판(W)을 자전시키면서) 처리를 행할 수 있다. 그 때문에, 기판(W)의 주위 방향의 막 두께, 막질의 균일성이 양호한 막을 성막할 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 성막 장치(1A)에 의하면, 각 영역에 있어서 2매의 기판(W)에 동시에 처리를 실행할 수 있으므로, 생산성이 향상된다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기한 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
상기한 실시 형태에서는, 진공 용기(10) 내에 4개의 영역이 마련되어 있는 경우를 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 산화 처리나 질화 처리가 불필요한 막(예를 들어, 실리콘막)을 성막하는 경우에는, 진공 용기(10) 내에 3개의 영역이 마련되어 있는 구성이어도 된다. 이 경우, 3개의 영역은, 처리 영역, 열처리 영역 A3 및 냉각 영역 A4여도 된다. 처리 영역에서는, 실리콘 함유 가스 등의 처리 가스가 공급된다.
상기한 실시 형태에서는, 회전 테이블(26)에 대하여 적재대(34)를 회전시키는 회전 기구로서 자기 기어를 예로 들어 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 자기 기어 대신에 모터를 사용해도 된다.
상기한 실시 형태에서는, 성막 장치(1)의 동작의 일례로서, 기판(W) 위에 실리콘 산화막을 성막하는 처리를 예로 들어 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 본 개시의 성막 장치(1)는, 기판(W) 위에 실리콘 질화막, 금속 산화물막, 금속 질화물막 등의 막을 성막하는 처리에도 적용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 진공 용기 내에 마련되는 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 마련되어, 기판을 적재하는 적재대와,
    상기 회전 테이블의 상면을 향해 처리 가스를 공급하는 처리 영역과,
    상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 상기 처리 영역으로부터 이격하여 배치되고, 상기 처리 영역보다 높은 온도에서 상기 기판을 열처리하는 열처리 영역과,
    상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 상기 열처리 영역으로부터 이격하여 배치되어, 상기 기판을 냉각하는 냉각 영역을
    갖는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리 영역과 상기 열처리 영역 사이, 상기 열처리 영역과 상기 냉각 영역 사이 및 상기 냉각 영역과 상기 처리 영역 사이를 분리하는 분리 영역을 갖는
    성막 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 처리 영역은,
    상기 회전 테이블의 상기 상면을 향해 원료 가스를 공급하여 상기 기판에 흡착시키는 흡착 영역과,
    상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 상기 흡착 영역으로부터 이격하여 배치되어, 상기 회전 테이블의 상기 상면을 향해 반응 가스를 공급하여 상기 기판에 흡착한 상기 원료 가스를 반응시키는 반응 영역을
    포함하는,
    성막 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 흡착 영역과 상기 반응 영역 사이를 분리하기 위한 분리 영역을 갖는,
    성막 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 테이블에 대하여 상기 적재대를 회전시키는 회전 기구를 갖는
    성막 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리 영역에는, 상기 회전 테이블의 상면의 상방에, 상기 적재대에 적재되는 상기 기판을 가열하는 가열 유닛이 마련되는,
    성막 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리 영역에는, 상기 적재대에 적재되는 상기 기판을 플라스마 처리하는 플라스마 생성부가 마련되는,
    성막 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 영역에는, 상기 회전 테이블의 상면의 상방에, 상기 적재대에 적재되는 상기 기판에 냉각 가스를 공급하는 냉각 가스 공급부가 마련되는,
    성막 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 영역에는, 상기 회전 테이블의 하면의 하방에, 상기 적재대에 적재되는 상기 기판을 냉각하는 냉각용 플레이트가 마련되는,
    성막 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제어부를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 회전 테이블을 간헐적으로 회전시킴으로써, 상기 기판이 상기 처리 영역, 상기 열처리 영역 및 상기 냉각 영역을 이 순서로 통과하도록 상기 회전 테이블을 제어하도록 구성되는,
    성막 장치.
  11. 진공 용기 내에 마련되는 회전 테이블의 회전 방향을 따라 마련되는 복수의 적재대의 각각에 기판을 적재하고, 상기 회전 테이블을 간헐적으로 회전시킴으로써,
    상기 기판의 상면을 향해 처리 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 가스를 공급하는 공정보다 높은 온도에서 상기 처리 가스가 공급된 상기 기판을 열처리하는 공정과,
    열처리된 상기 기판을 냉각하는 공정을
    포함하는 복수회의 사이클을 실행하는, 성막 방법.
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