KR20230174172A - 성막 장치 - Google Patents

성막 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20230174172A
KR20230174172A KR1020230076540A KR20230076540A KR20230174172A KR 20230174172 A KR20230174172 A KR 20230174172A KR 1020230076540 A KR1020230076540 A KR 1020230076540A KR 20230076540 A KR20230076540 A KR 20230076540A KR 20230174172 A KR20230174172 A KR 20230174172A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film
film forming
unit
rotary table
work
Prior art date
Application number
KR1020230076540A
Other languages
English (en)
Inventor
요지 다키자와
마사토시 히구치
Original Assignee
시바우라 메카트로닉스 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2023080995A external-priority patent/JP2024000503A/ja
Application filed by 시바우라 메카트로닉스 가부시끼가이샤 filed Critical 시바우라 메카트로닉스 가부시끼가이샤
Publication of KR20230174172A publication Critical patent/KR20230174172A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3471—Introduction of auxiliary energy into the plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3485—Sputtering using pulsed power to the target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50—Substrate holders
    • C23C14/505—Substrate holders for rotation of the substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/541—Heating or cooling of the substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5846—Reactive treatment
    • C23C14/586—Nitriding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/301—AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C23C16/303—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H01J37/32724—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32733—Means for moving the material to be treated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

워크를 효율적으로 가열하면서 성막할 수 있는 성막 장치를 제공한다.
실시 형태에 따른 성막 장치(1)는, 내부를 진공으로 하는 것이 가능한 챔버(20)와, 챔버(20) 내에 마련되고, 복수의 워크(10)를 보유 지지하고, 원주의 궤적으로 순환 반송하는 회전 테이블(31)과, 성막 재료로 이루어지는 타깃(42)과 회전 테이블(31) 사이에 도입되는 스퍼터 가스(G1)를 플라스마화하는 플라스마 발생기를 갖고, 회전 테이블(31)에 의해 순환 반송 중의 워크(10)에, 스퍼터링에 의해 성막 재료의 입자를 퇴적시켜서 성막하는 성막부(40)와, 회전 테이블(31)에 의해 순환 반송 중의 워크(10)에, 성막부(40)에 의해 퇴적된 막을 처리하는 막 처리부(50)와, 회전 테이블(31)에 있어서, 회전축(311) 이외의 영역이며, 성막부(40) 및 막 처리부(50)에 대향하는 원환상의 성막 영역(FA)에 마련되고, 개개의 워크(10)가 보유 지지되는 복수의 보유 지지 영역(HA)과, 복수의 보유 지지 영역(HA)에 배치된 가열부(34)를 갖는다.

Description

성막 장치{FILM DEPOSITION DEVICE}
본 발명은 성막 장치에 관한 것이다.
갈륨(Ga)을 질화시킨 화합물 반도체는, 차세대 디바이스 재료로서 주목받고 있다. 예를 들어, 질화갈륨(GaN: Gallium Nitride)을 사용한 디바이스로서, 발광 디바이스, 파워 디바이스, 고주파 통신 디바이스 등이 있다. 이러한 디바이스는, Ga를 질화시킨 화합물막(GaN막)을 실리콘(Si) 웨이퍼, 실리콘 카바이드(SiC) 웨이퍼, 사파이어 기판, 유리 기판에 형성함으로써 제조된다.
종래부터, GaN의 성막은, MO-CVD(metal organic chemical vapor deposition)법에 의해 행해지고 있다. MO- CVD법은 상온 상압으로 액체인 갈륨(Ga)의 증발을 억제하고, 또한 Ga와 질소(N)를 반응시키기 위해서, 처리에 사용하는 NH3 가스가 대량으로 필요해지므로, 재료의 사용 효율이 나쁘다. 또한, 재료 가스의 취급이 어렵고, 장치의 상태를 안정적으로 유지하는 것이 어렵기 때문에, 수율이 나쁘다. 또한, 처리 시에 처리 가스 중의 수소(H)가 도입된 GaN막에, 탈수소 처리라고 하는 여분의 공정이 필요해진다.
그래서, 진공의 챔버 내에 스퍼터 가스, 프로세스 가스를 흘리고, 챔버 내에 보유 지지된 워크에 대하여, 스퍼터링에 의해 타깃의 재료를 퇴적시켜서 질화시킴으로써 재료의 사용 효율을 높인 성막 장치가 제안되고 있다. 이러한 성막 장치는, 수소(H)를 포함하는 반응 가스를 사용하지 않기 때문에, 탈수소 등의 여분의 공정이 불필요하게 된다. 또한, 취급하기 쉬운 희가스를 챔버 내에 도입하면 좋기 때문에, 장치의 상태를 안정적으로 유지하기 쉽고, 수율이 양호해진다.
일본특허공개 제2011-097041 공보
스퍼터링에 의해 갈륨(Ga)을 질화시킨 화합물막 등을 성막하는 성막 장치에 있어서는, 성막 시에 막의 결정성을 향상시키기 위해서, 수 100℃ 정도까지 가열하면서 성막을 행할 필요가 있다. 가열원으로서는, 예를 들어 특허문헌 1과 같이 기판을 적재하는 회전 테이블로부터 이격시켜서 고정 배치하는 것이 있다.
그러나, 회전 테이블로부터 이격한 위치로부터 가열하는 경우, 챔버 내는 진공 때문에, 워크는 주로 복사열로밖에 가열되지 않는다. 그러면, 가령 30㎜ 정도의 가까운 거리에서도, 필요한 온도 이상에서 가열하는 것이 필요해진다. 예를 들어, 워크를 600℃까지 가열하는 것이 필요한 경우, 1000℃에서 가열하는 것이 필요해지기 때문에, 고출력의 가열 장치가 필요해져서 고비용이 된다. 그래서, 성막할 때 워크에 대해 효율이 좋은 가열을 실시할 수 있는 가열원을 갖는 성막 장치가 요구되고 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서 제안된 것이며, 워크를 효율적으로 가열하면서 성막할 수 있는 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 실시 형태의 성막 장치는, 내부를 진공으로 하는 것이 가능한 챔버와, 상기 챔버 내에 마련되고, 복수의 워크를 보유 지지하고, 원주의 궤적으로 순환 반송하는 회전 테이블과, 성막 재료로 이루어지는 타깃과 상기 회전 테이블 사이에 도입되는 스퍼터 가스를 플라스마화하는 플라스마 발생기를 갖고, 상기 회전 테이블에 의해 순환 반송 중인 상기 워크에, 스퍼터링에 의해 상기 성막 재료의 입자를 퇴적시켜서 성막하는 성막부와, 상기 회전 테이블에 의해 순환 반송 중인 상기 워크에, 상기 성막부에 의해 퇴적된 막을 처리하는 막 처리부와, 상기 회전 테이블에 있어서, 회전축 이외의 영역이며, 상기 성막부 및 상기 막 처리부에 대향하는 원환상의 성막 영역에 마련되고, 개개의 상기 워크가 보유 지지되는 복수의 보유 지지 영역과, 상기 보유 지지 영역에 배치된 가열부를 갖는다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 워크를 효율적으로 가열하면서 성막할 수 있는 성막 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 성막 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 투시 평면도이다.
도 2는 도 1 중의 A-B 화살표 방향으로 본 단면도이며, 성막 장치의 측면으로부터 본 내부 구성의 상세도이다.
도 3은 도 1 중의 A-C 화살표 방향으로 본 단면도이며, 성막 장치의 측면으로부터 본 내부 구성의 상세도이다.
도 4는 실시 형태에 따른 성막 장치에 의한 처리의 흐름도이다.
도 5는 LED의 층 구조의 일례를 도시하는 단면도 (A), 버퍼층의 확대 단면도 (B)이다.
도 6은 실시 형태의 변형예를 모식적으로 도시하는 투시 평면도이다.
성막 장치의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 도면은, 각 부재, 각 구성부를 모식적으로 나타낸 것이며, 그 치수나 간격 등을 정확하게 나타낸 것은 아니다.
[개요]
도 1 내지 도 3에 도시한 성막 장치(1)는, 스퍼터링에 의해, 성막 대상인 워크(10) 상에 GaN(질화갈륨: Gallium Nitride)막, AlN(질화알루미늄: Aluminum Nitride)막을 형성하는 장치이다.
성막 대상이 되는 워크(10)는, 예를 들어 실리콘(Si) 웨이퍼, 실리콘 카바이드(SiC) 웨이퍼, 사파이어 기판, 유리 기판이다.
성막 장치(1)는 챔버(20), 반송부(30), 성막부(40), 막 처리부(50), 표면 처리부(60), 이송실(70), 냉각실(80), 제어 장치(90)를 갖는다. 이하, 이들을 상세하게 설명한다.
성막 장치(1)는, 내부를 진공으로 하는 것이 가능한 챔버(20) 내에서, 반송부(30)에 의해 워크(10)를 반송하면서, 워크(10)에 성막 처리를 행하는 성막부(40), 성막부(40)에서 성막된 막에 화학 반응 처리를 행하는 막 처리부(50), 성막 전의 워크(10) 혹은 성막 후의 워크(10)의 표면을 처리하는 표면 처리부(60)의 각 부에 의해, 각종 처리를 행한다. 또한, 워크(10)를 챔버(20)로 반입 및 반출하기 위한 이송실(70), 챔버(20) 내로부터 반출된 워크(10)를 냉각하는 냉각실(80)을 갖는다. 이들의 각 부는 제어 장치(90)에 의해 제어된다.
[챔버]
도 2에 도시한 바와 같이, 챔버(20)는 내부를 진공으로 하는 것이 가능한 용기이다. 챔버(20)는 원기둥 형상이며, 원반상의 천장면(20a), 원반상의 저면(20b) 및 환상의 측면(20c)에 의해 둘러싸여서 형성되어 있다. 챔버(20)의 내부는, 구획부(22)에 의해 복수 구획으로 나뉘어 있다. 구획부(22)는 원기둥 형상의 중심으로부터 방사상으로 배치된 사각형의 벽판이며, 천장면(20a)으로부터 저면(20b)을 향해서 연장되고, 저면(20b)에는 미달이다. 즉, 챔버(20)의 저면(20b)측에는, 챔버(20)의 원주상의 공간이 확보되어 있다.
이 원주상의 공간에는, 워크(10)를 반송하는 회전 테이블(31)이 배치되어 있다. 구획부(22)의 하단은, 회전 테이블(31)에 적재된 워크(10)가 통과하는 간극을 두고, 회전 테이블(31)에 있어서의 워크(10)의 적재면과 대향하고 있다. 구획부(22)에 의해, 성막부(40)에 의해 워크(10)의 처리가 행해지는 처리 공간(41)이 칸막이된다. 즉, 성막부(40)는 챔버(20)보다 작은 처리 공간(41)을 갖고 있다. 구획부(22)는, 성막부(40)에서 사용되는 스퍼터 가스(G1)가 챔버(20) 내로 확산되는 것을 억제한다. 성막부(40)에 있어서는, 챔버(20)보다 작게 칸막이된 처리 공간(41)에 있어서의 압력을 조정하면 되기 때문에, 압력 조정을 용이하게 행할 수 있어, 플라스마의 방전을 안정화시킬 수 있다.
또한, 챔버(20)에는 배기구(21)가 마련되어 있다. 배기구(21)에는 배기부(23)가 접속되어 있다. 배기부(23)는 배관 및 도시하지 않은 펌프, 밸브 등을 갖는다. 배기구(21)를 통한 배기부(23)에 의한 배기에 의해, 챔버(20) 내를 감압하고, 진공으로 할 수 있다. 배기부(23)는 산소 농도를 낮게 억제하기 위해서, 예를 들어 진공도가 10-4㎩가 될 때까지 배기한다.
[반송부]
반송부(30)는 회전 테이블(31), 모터(32), 단열부(33), 가열부(34), 회전 접속부(35), 차열부(36)를 갖는다. 반송부(30)는, 챔버(20) 내에 마련되고, 복수의 워크(10)를 보유 지지하고, 워크(10)를 원주의 궤적인 반송 경로(L)를 따라 순환 반송한다. 또한, 반송부(30)는 워크(10)를 가열부(34)에서 가열한다.
회전 테이블(31)은, 챔버(20) 내에 배치된 원반상의 부재이며, 측면(20c)의 내측과 접촉하지 않을 정도로 크게 확대되어 있다. 회전 테이블(31)은, 그 원 중심에 마련된 삽입 구멍(31a)에, 이것과 동축의 통 형상의 회전축(311)이 체결 부재(31b)를 통해 삽입됨으로써 지지되어 있다. 회전축(311)의 내부는 중공의 대기압 공간으로 되어 있고, 개구단인 중심 구멍(311a)을 원형의 플레이트(311b)가 덮도록 고정되어 있다. 또한, 회전축(311)은 챔버(20)의 저면(20b)에 마련된 관통 구멍(20d)을 관통해서 외부로 돌출되고, 기밀해지도록 체결 부재(20e)에 의해 저면(20b)과 체결되어 있다.
모터(32)는 챔버(20) 외에 배치되고, 도시하지 않은 커플링 부재를 통해 회전축(311)을 회전시킴으로써, 회전 테이블(31)을 연속적으로 소정의 회전 속도로 회전시킨다. 회전 테이블(31)은, 예를 들어 1 내지 150rpm의 속도로 회전한다.
워크(10)는 트레이(11)에 적재되어, 회전 테이블(31)에 의해 반송된다. 트레이(11)는 회전 테이블(31)에 보유 지지되는 판체이다. 트레이(11)에는 흡수 부재(12)를 통해 워크(10)가 적재된다.
흡수 부재(12)는 상면에 워크(10)를 적재하는 오목부를 갖는 판체이다. 흡수 부재(12)는, 그 상하의 면이 노출되도록, 트레이(11)에 끼움 삽입되어 있다. 흡수 부재(12)는 가열부(34)로부터의 열을 흡수하고, 워크(10)의 열 흡수 파장의 전자파를 발하는 것으로 워크(10)의 가열 효율을 높이는 부재이다. 예를 들어, 워크(10)가 사파이어 기판인 경우, 흡수 부재(12)는 사파이어 기판의 열 흡수 파장인 약 2㎛ 내지 4㎛ 중 적외선 내지 원적외선 사이의 파장의 전자파를 발하는 부재로 한다. 이 열 흡수 파장의 값은, 워크(10)를 사파이어 기판으로 한 경우의 값이며, 다른 재료를 채용한 경우, 그 채용한 재료에 적합한 파장의 흡수 부재(12)를 채용한다. 흡수 부재(12)는 흑색의 판상 부재이다. 예를 들어, 카본 그래파이트(carbon graphite), 글래시 카본(glassy carbon)을, 흡수 부재(12)로서 사용한다. 내열성이 있는 경질의 부재의 표면을, 흑색에 도포한 것을 흡수 부재(12)로서 사용해도 된다. 또한, 색은 흑색에 한정할 필요는 없다. 즉, 워크(10)의 열 흡수 파장을 포함하는 파장을 갖는 도료를 도포해도 되고, 부분적으로 흡수 파장이 다른 부재나 도료로서, 광범위한 열 흡수 파장 범위로 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 가열 대상인 워크(10)가 가열하기 어려운 사파이어 기판이기 때문에, 흡수 부재(12)를 이용하고 있다. 워크(10)의 재질 자체가, 열을 흡수하기 쉬운 것이면, 흡수 부재(12)를 설치할 필요는 없다. 즉, 가열부(34)만으로, 워크(10)를 원하는 온도까지 가열 가능하면, 흡수 부재(12)는 필수는 아니다.
회전 테이블(31)에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 복수의 워크(10)가 성막되는 성막 영역(FA)이 마련되어 있다. 성막 영역(FA)은, 도 1의 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 평면 방향으로부터 보아, 회전 테이블(31)에 있어서, 회전축(311) 이외의 영역이며, 성막부(40) 및 막 처리부(50)에 대향하는 원환상의 영역이다. 성막 영역(FA)에는, 개개의 워크(10)가 보유 지지되는 보유 지지 영역(HA)이 원주 방향으로 등간격으로 마련되어 있다.
보유 지지 영역(HA)에는, 홈, 구멍, 돌기, 지그, 홀더 등의 보유 지지부가 마련되고, 워크(10)를 얹은 트레이(11)를 메카니컬 척, 점착 척에 의해 보유 지지한다. 워크(10)는, 예를 들어 트레이(11) 상에 복수 배치되고, 보유 지지 영역(HA)은 회전 테이블(31) 상에 60° 간격으로 6개 배치된다. 즉, 성막 장치(1)는, 복수의 보유 지지 영역(HA)에 보유 지지된 복수의 워크(10)에 대하여 일괄하여 성막할 수 있기 때문에, 매우 생산성이 높다. 또한, 트레이(11)를 생략하고, 워크(10)를 회전 테이블(31)의 보유 지지 영역(HA)에 직접 보유 지지해도 된다.
단열부(33)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 단열성의 재료에 의해 형성된 판체이며, 보유 지지 영역(HA)에 끼움 삽입되어 고정되어 있다. 단열부(33)로서는, 예를 들어 세라믹스를 사용한다. 가열부(34)는, 통전함으로써 발열하는 히터이다. 히터는 저항 가열에 의해 발열하는 것이거나, 전자기 유도 가열에 의해 발열하는 것이어도 된다. 가열부(34)는 원형의 판이며, 단열부(33) 상에 끼움 삽입되어 있다. 이에 의해, 가열부(34)는, 보유 지지 영역(HA)에 있어서의 회전 테이블(31)과 워크(10) 사이에 배치되고, 단열부(33)는 가열부(34)와 회전 테이블(31) 사이에 배치된다. 가열부(34)는, 적어도 워크(10)가 흡수 부재(12) 상에 배치되는 혹은 워크(10)가 트레이(11) 상에 배치되는 범위의 크기이면 된다. 이 때문에, 가열부(34)는 반드시 트레이(11)를 포함하는 크기로 할 필요는 없다. 이상과 같은 단열부(33) 및 가열부(34)는 보유 지지 영역(HA)에 각각 배치된다.
워크(10)가 회전 테이블(31)의 보유 지지 영역(HA)에 적재되면, 흡수 부재(12)의 하측에 가열부(34)의 상면이 대응하도록 배치된다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(31) 아래로부터 단열부(33), 가열부(34), 흡수 부재(12), 워크(10)의 순으로 겹치도록 배치된다.
단열부(33)에 의해, 가열부(34)로부터 발하는 열이 회전 테이블(31)로 발산되어, 회전 테이블(31)이 대미지(변형 등)를 받는 것을 억제할 수 있다. 또한, 회전 테이블(31)의 아래로부터 열이 방열하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 가열부(34)는 트레이(11)의 흡수 부재(12)를 통해 워크(10)를 가열한다. 단, 상기한 바와 같이 흡수 부재(12)를 생략하여, 가열부(34)가 워크(10)에 접촉하도록 구성해도 된다. 즉, 가열부(34)는, 워크(10)에 접해서 직접적으로 가열하거나, 다른 부재를 통해 간접적으로 가열해도 된다.
회전 접속부(35)는, 워크(10)와 함께 원주의 궤적으로 순환 반송되는 가열부(34)와 전원을 전기적으로 접속하기 위한 커넥터이다. 본 실시 형태의 회전 접속부(35)는 회전 전극부(351)와 정지 전극부(352)를 갖는 슬립 링이다. 또한, 회전 접속부(35)로서는, 로터리 커넥터를 사용할 수도 있다.
보다 구체적으로는, 회전 전극부(351)는 도전성의 복수의 링 전극(351a)이, 챔버(20) 외의 회전축(311)에 복수 동축으로 배치되어 있다. 각 링 전극(351a)은 회전축(311)에 마련된 구멍을 통해서, 회전축(311) 내로부터 플레이트(311b)의 중심을 지나는 케이블(351b)(정극선, 부극선)에 의해 가열부(34)에 접속되고, 회전축(311)과 함께 회전한다.
정지 전극부(352)는 도전성의 복수의 브러시 전극(352a)이, 각 링 전극(351a)에 접하는 위치에, 회전축(311)과는 독립적으로 고정된 구성부이다. 브러시 전극(352a)은, 케이블(352b)을 통해 제어부(353)에 접속되고, 제어부(353)를 통해 전력 공급 및 제어가 이루어진다.
제어부(353)는 온도 센서, 온도 조절기, 조작부를 갖는다. 온도 센서는 가열부(34)의 온도를 검출하고, 검출 온도값의 신호를 온도 조절기로 보낸다. 온도 조절기는, 검출 온도값과, 미리 설정된 목표 온도값을 비교하여, 조작부에 조작 신호를 보낸다. 조작부는, 조작 신호에 기초하여 브러시 전극(352a)을 통해 링 전극(351a)에 전력을 인가 또는 인가 정지하고, 가열부(34)를 승온 또는 강온시킨다. 이와 같이 제어부(353)는 피드백 제어를 행함으로써 가열부(34)의 온도를 제어한다. 온도 센서는, 예를 들어 가열부(34)에 접촉해 온도 검지 가능하게 마련되는 열전대로 할 수 있다. 조작부는, 예를 들어 SCR(Silicon Controlled Rectifier: 실리콘 제어 정류자)과 같은 전압 조정기로 할 수 있다.
브러시 전극(352a)의 일부는, 링 전극(351a)의 외주에 눌러지고 있기 때문에, 미끄럼 이동 접점이 형성되어 있다. 이에 의해, 회전 전극부(351)와 정지 전극부(352)가 도통 상태가 되고, 회전축(311)과 함께 회전 전극부(351)가 회전해도, 링 전극(351a)이 항상 브러시 전극(352a)에 접한 상태가 유지되기 때문에, 가열부(34)에 전력을 전달할 수 있다.
슬립 링인 회전 접속부(35)가, 챔버(20) 외에 마련되어 있는 것은, 브러시 전극(352a)과 링 전극(351a)의 미끄럼 이동 접점에 있어서의 진공 방전을 피하기 위해서이다. 또한, 도 2에서는 간략화하고 있지만, 링 전극(351a), 브러시 전극(352a)에 접속된 케이블(351b, 352b)은, 각 가열부(34)에 한 쌍씩 마련되고, 각 가열부(34)의 온도는 개별로 제어 가능하게 되어 있다.
차열부(36)는 회전 테이블(31)의 각 처리부에 대치하는 성막 영역(FA)측의 반대측에, 회전 테이블(31)과 간격을 두고, 성막 영역(FA)을 따라 배치되어 있다. 즉, 차열부(36)는 회전 테이블(31)의 하면을 이격해서 덮도록 배치되어 있다. 차열부(36)는, 복수의 차열판(36a)을 갖는다. 차열판(36a)은 수평한 링 상의 판체인 평판과, 평판의 외주연을 수직으로 세운 통 형상의 측판으로 이루어지고, 종단면이 L자형인 금속제의 부재이다. 또한, 통 형상의 측판에는, 워크(10)를 회전 테이블(31)로 반송하기 위해서, 로드 로크부(71)에 대응하는 부분이 잘라내짐으로써, 반송구가 형성되어 있다. 차열판(36a)은 상하로 간격을 두고 복수 적층해서 배치되고, 지지 다리(36b)에 의해 챔버(20)의 저면(20b)에 지지 고정되어 있다. 차열판(36a)의 중앙의 개구에는, 회전축(311)이 간격을 두고 삽입 관통되어 있다.
이와 같이, 복수의 차열판(36a)을, 회전 테이블(31)에 가까운 위치로부터 이격하는 방향으로 겹쳐서 배치함으로써, 진공 중에 있어서, 가열부(34)로부터의 복사열을 단계적으로 저감시켜서, 챔버(20)의 저면(20b)으로의 방열을 억제할 수 있다. 챔버(20)의 저면(20b)으로부터의 방열이 억제됨으로써, 챔버(20)의 저면(20b) 및 측면(20c)의 내벽면, 회전축(311)의 베어링 등의 열에 의한 대미지를 방지할 수 있다. 또한, 열의 대미지를 억제하기 위해서, 차열판(36a) 외에 반사판을 마련하여, 챔버(20)의 저면(20b)에 가열부(34)로부터 발해지는 광이 닿지 않도록 할 수도 있다. 같은 광의 반사 효과를 얻기 위해서, 차열판(36a)의 표면에 금 도금 처리를 할 수도 있다.
[성막부]
성막부(40)는 플라스마를 생성하고, 성막 재료로 구성되는 타깃(42)을 해당플라스마에 노출시킨다. 이에 의해, 성막부(40)는 플라스마에 포함되는 이온을 타깃(42)에 충돌시킴으로써 두들겨진 타깃(42)을 구성하는 입자(이하, 스퍼터　입자라 한다)를 워크(10) 상에 퇴적시켜서 성막을 행한다. 성막부(40)는 성막 재료로 이루어지는 타깃(42)과 회전 테이블(31) 사이에 도입되는 스퍼터 가스(G1)를 플라스마화하는 플라스마 발생기를 갖는다.
플라스마 발생기는, 도 2에 도시한 바와 같이, 타깃(42), 백킹 플레이트(43) 및 전극(44)으로 구성되는 스퍼터원과, 전원부(46)와 스퍼터 가스 도입부(49)로 구성된다.
타깃(42)은 워크(10) 상에 퇴적되어 막이 되는 성막 재료로 구성된 판상 부재이다. 타깃(42)은 회전 테이블(31)에 적재된 워크(10)의 반송 경로(L)로 이격해서 마련되어 있다. 타깃(42)의 표면은, 회전 테이블(31)에 적재된 워크(10)에 대향하도록, 챔버(20)의 천장면(20a)에 보유 지지되어 있다. 타깃(42)은 예를 들어 3개 설치된다. 3개의 타깃(42)은, 평면으로 보아 삼각형의 정점 상에 배열하는 위치에 마련되어 있다.
백킹 플레이트(43)는 타깃(42)을 보유 지지하는 지지 부재이다. 이 백킹 플레이트(43)는 각 타깃(42)을 개별로 보유 지지한다. 전극(44)은 챔버(20)의 외부로부터 각 타깃(42)에 개별로 전력을 인가하기 위한 도전성 부재이며, 타깃(42)과 전기적으로 접속되어 있다. 각 타깃(42)에 인가하는 전력은, 개별로 바꿀 수 있다. 기타, 스퍼터원에는, 필요에 따라 마그네트, 냉각 기구 등이 적절히 구비되어 있다.
전원부(46)는, 예를 들어 고전압을 인가하는 DC 전원이며, 전극(44)과 전기적으로 접속되어 있다. 전원부(46)는 전극(44)을 통해서 타깃(42)으로 전력을 인가한다. 또한, 회전 테이블(31)은 접지된 챔버(20)와 동전위이며, 타깃(42) 측으로 고전압을 인가함으로써, 전위차가 발생한다.
스퍼터 가스 도입부(49)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 챔버(20)에 스퍼터 가스(G1)를 도입한다. 스퍼터 가스 도입부(49)는, 도시하지 않은 봄베 등의 스퍼터 가스(G1)의 공급원과, 배관(48)과, 가스 도입구(47)를 갖는다. 배관(48)은, 스퍼터 가스(G1)의 공급원에 접속되어 챔버(20)를 기밀하게 관통해서 챔버(20)의 내부로 연장되고, 그 단부가 가스 도입구(47)로서 개구되어 있다. 본 실시 형태의 스퍼터 가스 도입부(49)는, 처리 공간(41)의 압력이 예를 들어 0.3㎩ 이상, 1.0㎩ 이하로 되도록, 처리 공간(41)에 스퍼터 가스(G1)를 도입한다.
가스 도입구(47)는 회전 테이블(31)과 타깃(42) 사이에 개구되고, 회전 테이블(31)과 타깃(42) 사이에 형성된 처리 공간(41)에 성막용 스퍼터 가스(G1)를 도입한다. 스퍼터 가스(G1)로서는 희가스를 채용할 수 있고, 아르곤(Ar) 가스 등이 적합하다. 스퍼터 가스(G1)는 질소(N)가 포함되지 않는 가스이며, 아르곤(Ar) 단 가스로 할 수 있다.
이러한 성막부(40)에서는, 스퍼터 가스 도입부(49)로부터 스퍼터 가스(G1)를 도입하고, 전원부(46)가 전극(44)을 통해서 타깃(42)에 고전압을 인가하면, 회전 테이블(31)과 타깃(42) 사이에 형성된 처리 공간(41)에 도입된 스퍼터 가스(G1)가 플라스마화하고, 이온 등의 활성종이 발생한다. 플라스마 중의 이온은, 타깃(42)과 충돌해서 스퍼터　입자를 두들긴다.
또한, 이 처리 공간(41)을 회전 테이블(31)에 의해 순환 반송되는 워크(10)가 통과한다. 두들겨진 스퍼터　입자는, 워크(10)가 처리 공간(41)을 통과할 때 워크(10) 상에 퇴적하여, 스퍼터　입자로 이루어지는 막이 워크(10) 상에 형성된다. 워크(10)는, 회전 테이블(31)에 의해 순환 반송되고, 이 처리 공간(41)을 반복해서 통과함으로써 성막 처리가 행해져 간다. 성막부(40)를 1회 통과할 때마다 퇴적하는 막의 막 두께는, 막 처리부(50)의 처리 레이트에 따라 다르기는 하지만, 예를 들어 1 내지 2 원자 레벨(5㎚ 이하) 정도의 박막으로 할 수 있다. 워크(10)가 복수회 순환 반송됨으로써, 막의 두께가 증가하고, 워크(10) 상에 소정의 막 두께의 막이 형성된다.
본 실시 형태에서는, 성막 장치(1)는 복수(여기서는 2개)의 성막부(40)를 구비하고, 성막부(40)는 챔버(20)에 있어서, 구획부(22)에 의해 구획된 2개의 구획에 마련되어 있다. 복수의 성막부(40)는 성막 재료를 선택적으로 퇴적시킴으로써, 복수의 성막 재료의 층으로 이루어지는 막을 형성한다. 특히, 본 실시 형태에서는, 다른 종류의 성막 재료에 대응하는 스퍼터원을 포함하고, 성막 재료를 선택적으로 퇴적시킴으로써, 복수 종류의 성막 재료의 층으로 이루어지는 막을 형성한다. 다른 종류의 성막 재료에 대응하는 스퍼터원을 포함한다는 것은, 모든 성막부(40)의 성막 재료가 다른 경우에도, 복수의 성막부(40)에서 공통의 성막 재료이지만, 다른 것이 이것과 다른 경우도 포함한다. 성막 재료를 1종씩 선택적으로 퇴적시킨다는 것은, 어느 1종의 성막 재료의 성막부(40)가 성막을 행하는 동안, 다른 성막 재료의 성막부(40)는 성막을 행하지 않는 것을 말한다.
본 실시 형태에서는, 한쪽의 성막부(40)의 타깃(42)을 구성하는 성막 재료는, Ga와 GaN을 포함하는 재료이며, 타깃(42)은 워크(10)에 퇴적시킬 Ga 원자를 포함하는 스퍼터　입자의 공급원이 된다. 타깃(42)은 GaN과, 질소가 결핍된 불완전한 GaN, 즉 N(질소)과의 결합이 결손되어 있는 Ga 원자가 포함되어 있다.
다른 쪽의 성막부(40)의 타깃(42)을 구성하는 성막 재료는, Al을 포함하는 재료이며, 타깃(42)은 워크(10)에 퇴적시키는 Al 원자를 포함하는 스퍼터　입자의 공급원이 된다. 또한, Ga 원자를 포함하는 스퍼터　입자, Al 원자를 포함하는 스퍼터　입자를 공급 가능한 스퍼터링용의 타깃(42)이면, Ga, Al, N(질소) 이외를 포함하고 있어도 허용된다.
2개의 성막부(40)를 구별하기 위해서, Ga와 GaN을 포함하는 재료로 구성되는 타깃(42)을 갖는 성막부(40)를, 성막부(40A)(GaN 성막부)라 하고, Al을 포함하는 재료로 구성되는 타깃(42)을 갖는 성막부(40)를, 성막부(40B)(Al 성막부)라 한다.
[막 처리부]
막 처리부(50)는 프로세스 가스(G2)가 도입된 처리 공간(59) 내에서 유도 결합 플라스마를 생성하고, 당해 플라스마 중의 화학종과 성막부(40)에 의해 워크(10) 상에 퇴적된 막을 화학 반응시킴으로써 화합물막을 생성한다. 막 처리부(50)는, 챔버(20) 내에 있어서, 성막부(40)이 배치되는 구획 이외의 구획에 배치되어 있다.
도입되는 프로세스 가스(G2)는, 예를 들어 산소 또는 질소를 포함한다. 프로세스 가스(G2)는, 산소 가스 또는 질소 가스 외에, 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 포함하고 있어도 된다. 본 실시 형태의 프로세스 가스(G2)는 질소를 포함하는 가스이다. 본 실시 형태의 막 처리부(50)는, 질소 가스를 포함하는 프로세스 가스(G2)가 도입된 처리 공간(59) 내에서 유도 결합 플라스마를 생성하고, 당해 플라스마 중의 질소 원자와 성막부(40)에 의해 워크(10) 상에 퇴적된 막을 화학 반응시킴으로써 질화막을 생성하는 질화 처리부이다.
막 처리부(50)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 통 형상체(51), 창 부재(52), 안테나(53), RF 전원(54), 매칭 박스(55) 및 프로세스 가스 도입부(58)에 의해 구성되는 플라스마 발생기를 갖는다.
통 형상체(51)는 처리 공간(59)의 주위를 덮는 부재이다. 통 형상체(51)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 수평 단면이 둥근 모서리 직사각 형상의 통이며, 개구를 갖는다. 통 형상체(51)는 그 개구가 회전 테이블(31) 측으로 이격해서 향하도록, 챔버(20)의 천장면(20a)에 끼움 삽입되고, 챔버(20)의 내부 공간으로 돌출된다. 이 통 형상체(51)는 회전 테이블(31)과 마찬가지인 재질로 한다.
이 통 형상체(51)에 의해, 막 처리부(50)에 의해 질화 처리가 행해지는 처리 공간(59)이 칸막이되어, 프로세스 가스(G2)가 챔버(20) 내로 확산되는 것이 억제된다. 즉, 막 처리부(50)는 챔버(20)보다 작고, 처리 공간(41)과 이격한 처리 공간(59)을 갖고 있다. 챔버(20)보다 작은 공간으로 칸막이된 처리 공간(59)에 있어서의 압력을 조정하면 되기 때문에, 압력 조정을 용이하게 행할 수 있어, 플라스마의 방전을 안정화시킬 수 있다.
창 부재(52)는 통 형상체(51)의 수평 단면과 대략 상사형의 석영 등의 유전체의 평판이다. 이 창 부재(52)는, 통 형상체(51)의 개구를 막도록 마련되고, 챔버(20) 내의 질소 가스를 포함하는 프로세스 가스(G2)가 도입되는 처리 공간(59)과 통 형상체(51)의 내부를 칸막이한다. 또한, 창 부재(52)는 알루미나 등의 유전체여도 되고, 실리콘 등의 반도체여도 된다.
처리 공간(59)은 막 처리부(50)에 있어서, 회전 테이블(31)과 통 형상체(51)의 내부 사이에 형성된다. 이 처리 공간(59)을 회전 테이블(31)에 의해 순환 반송되는 워크(10)가 반복해서 통과함으로써 질화 처리가 행해진다.
안테나(53)는 코일상으로 권회된 도전체이며, 창 부재(52)에 의해 챔버(20) 내의 처리 공간(59)과는 격리된 통 형상체(51)의 내부 공간에 배치되고, 교류 전류가 흐르게 됨으로써 전계를 발생시킨다. 안테나(53)로부터 발생시킨 전계가 창 부재(52)를 통해 처리 공간(59)에 효율적으로 도입되도록, 안테나(53)는 창 부재(52)의 근방에 배치되는 것이 바람직하다. 안테나(53)에는, 고주파 전압을 인가하는 RF 전원(54)이 접속되어 있다. RF 전원(54)의 출력측에는 정합 회로인 매칭 박스(55)가 직렬로 접속되어 있다. 매칭 박스(55)는 입력측 및 출력측의 임피던스를 정합시킴으로써, 플라스마의 방전을 안정화시킨다.
프로세스 가스 도입부(58)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 처리 공간(59)에 프로세스 가스(G2)를 도입한다. 프로세스 가스 도입부(58)는, 도시하지 않은 봄베 등의 프로세스 가스(G2)의 공급원과, 배관(57), 가스 도입구(56)를 갖는다. 배관(57)은 프로세스 가스(G2)의 공급원에 접속되어, 챔버(20)를 기밀하게 밀봉하면서 관통해서 챔버(20)의 내부로 연장되고, 그 단부가 가스 도입구(56)로서 개구되어 있다.
가스 도입구(56)는 창 부재(52)와 회전 테이블(31) 사이의 처리 공간(59)에 개구되고, 프로세스 가스(G2)를 도입한다.
이러한 막 처리부(50)에서는, RF 전원(54)으로부터 안테나(53)에 고주파 전압이 인가된다. 이에 의해, 안테나(53)에 고주파 전류가 흐르고, 전자기 유도에 의한 전계가 발생한다. 전계는 창 부재(52)를 통해, 처리 공간(59)에 발생하고, 프로세스 가스(G2)에 유도 결합 플라스마가 발생한다. 이때, 질소 원자를 포함하는 질소의 화학종이 발생하고, 워크(10) 상의 막에 충돌함으로써, 막을 구성하는 원자와 결합한다. 그 결과, 워크상의 막은 질화되어, 화합물막으로서 질화막이 형성된다.
또한, 성막부(40A)에 있어서, 타깃(42)으로서 GaN을 포함하는 재료를 사용하면서, 더욱 질화를 행하는 막 처리부(50)를 마련하는 것은, 이하의 이유 때문이다. 즉, Ga는 융점이 낮게, 상온 상압에서는 액체 상태이기 때문에, 고체의 타깃(42)으로 하기 위해서는, 질소(N)를 함유시킬 필요가 있다. 이 때문에, 단순하게 타깃(42)의 질소 함유량을 많게 하여, 타깃(42)의 스퍼터링만으로 성막하는 것도 생각된다.
여기서, 성막 레이트를 향상시키기 위해서는, RF 방전보다 DC 방전 스퍼터가 바람직하다. 그러나, 타깃(42)에 질소를 많이 포함하면, 표면이 절연물이 되어버린다. 이와 같이 표면이 절연물이 된 타깃(42)에서는, DC 방전이 발생하지 않는 경우가 있다.
즉, GaN의 타깃(42)에 포함할 수 있는 질소량에는 한계가 있고, 타깃(42) 중의 Ga의 질화는 불충분한 상태에 머무르고 있다. 즉, GaN을 포함하는 타깃(42)에는, N(질소) 원자와의 결합이 결손되어 있는 Ga 원자가 포함되어 있다.
성막된 GaN막에 있어서 질소 함유량이 적어 질소 결함이 있으면, 막의 결정성이 나빠지고, 평탄성이 손상되기 때문에, 부족한 질소를 보충할 것이 필요하다. 그래서, 성막부(40)에 도입되는 스퍼터 가스(G1)에 질소 가스를 첨가해서 스퍼터링하는 것도 생각할 수 있지만, 타깃(42)의 표면이 질화되어, 표면이 절연물이 될 우려가 있다. 그 때문에, 부족한 질소를 보충하기 위해서, 성막부(40A)는 스퍼터 가스(G1)에 충분한 양의 질소 가스를 첨가할 수 없다.
그래서, 성막부(40A)에서 성막된 GaN막에 있어서, 부족한 질소를 보충하기 위해서, 성막부(40A)에 의한 성막 후, 또한 막 처리부(50)에서 질화를 행한다. 이러한 성막 시의 질화 처리의 결과, 워크(10) 상의 막의 질소 함유량을 증가시킬 수 있고, 질소 결함이 없는 GaN막을 형성할 수 있다.
[표면 처리부]
표면 처리부(60)는 회전 테이블(31)에 의해 순환 반송 중의 워크(10)의 표면 및 성막부(40)에 의해 퇴적된 막의 표면을 처리한다. 표면 처리부(60)가 행하는 처리는, 성막부(40)에 의해 막을 퇴적하기 전의 워크(10)의 표면에 대한 산화막 제거, 또는 워크 상의 형성 도중의 막의 표면의 평탄화이다.
워크(10) 상의 형성 도중의 막이란, 워크(10) 상에 형성하는 원하는 막 두께의 막에 이르기까지의 막이며, 구체적으로는, 막 처리부(50)에 의한 처리가 행해진 워크(10) 상의 화합물막, 또는 성막부(40)에 의해 형성된 워크(10) 상의 막이다. 바꾸어 말하면, 반송부(30)는 워크(10)가 성막부(40)와 막 처리부(50)와 표면 처리부(60)를 통과하도록 워크(10)를 순환 반송한다. 이에 의해, 표면 처리부(60)가, 막 처리부(50)에 의한 처리가 행해진 워크(10) 상의 화합물막에 이온을 조사한다. 혹은, 각 부(40, 50, 60)의 반송부(30)에 의한 반송 방향에 있어서, 성막부(40), 표면 처리부(60), 막 처리부(50)의 순으로 배치되어 있는 경우에는, 반송부(30)는 워크(10)가 성막부(40)와 표면 처리부(60)와 막 처리부(50)를 통과하도록 워크(10)를 순환 반송함으로써, 표면 처리부(60)가 성막부(40)에 의해 형성된 워크(10) 상의 막에 이온을 조사한다.
표면 처리부(60)는 챔버(20)에 있어서, 성막부(40) 및 막 처리부(50)가 배치되는 구획 이외의 구획에 배치되어 있다. 이 표면 처리부(60)는 통형 전극(61), 실드(62), 프로세스 가스 도입부(65) 및 RF 전원(66)으로 구성되는 플라스마 발생기를 구비한다.
표면 처리부(60)는 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 챔버(20)의 상부로부터 내부에 걸쳐서 마련된 상자형의 통형 전극(61)을 구비하고 있다. 통형 전극(61)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 본 실시 형태에서는, 평면으로 보아 대략 부채형으로 되어 있다. 통형 전극(61)은 저부에 개구부(61a)를 갖고 있다. 개구부(61a)의 외연, 즉 통형 전극(61)의 하단은, 회전 테이블(31) 상의 워크(10)의 상면에 대하여, 약간의 간극을 두고 대향하고 있다.
통형 전극(61)은, 각 통상이며, 일단부에 개구부(61a)를 갖고, 타단부는 폐색되어 있다. 통형 전극(61)은 개구부(61a)를 갖는 일단부가 회전 테이블(31)을 향하도록, 챔버(20)의 천장면에 마련된 개구(21a)에 절연 부재(61c)를 통해 설치되어 있다. 통형 전극(61)의 측벽은 챔버(20)의 내부로 연장되어 있다.
통형 전극(61)의, 개구부(61a)와 반대단에는, 외측으로 뻗어 나온 플랜지(61b)가 마련되어 있다. 절연 부재(61c)가 플랜지(61b)와 챔버(20)의 개구(21a)의 주연 사이에 고정됨으로써, 챔버(20)의 내부를 기밀하게 유지하고 있다. 절연 부재(61c)는 절연성이 있으면 되고, 특정한 재료에 한정되지 않지만, 예를 들어 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 등의 재료로 구성할 수 있다.
통형 전극(61)의 개구부(61a)는 회전 테이블(31)의 반송 경로(L)와 대향하는 위치에 배치된다. 회전 테이블(31)은 반송부(30)로서, 워크(10)를 탑재한 트레이(11)를 반송해서 개구부(61a)에 대향하는 위치를 통과시킨다. 또한, 회전 테이블(31)의 직경 방향에 있어서의 트레이(11)의 크기보다, 통형 전극(61)의 개구부(61a)쪽이 크다.
상술한 바와 같이, 통형 전극(61)은 챔버(20)의 개구(21a)를 관통하고, 일부가 챔버(20)의 외부에 노출되어 있다. 이 통형 전극(61)에 있어서의 챔버(20)의 외부에 노출된 부분은, 도 3에 도시한 바와 같이, 하우징(61d)에 덮여 있다. 하우징(61d)에 의해 챔버(20)의 내부 공간이 기밀하게 유지된다. 통형 전극(61)의 챔버(20)의 내부에 위치하는 부분, 즉 측벽의 주위는, 실드(62)에 의해 덮여 있다.
실드(62)는 통형 전극(61)과 동축의 부채형 각통이며, 통형 전극(61)보다 크다. 실드(62)는 챔버(20)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 실드(62)는 챔버(20)의 개구(21a)의 에지로부터 세워 설치하고, 챔버(20)의 내부를 향해서 연장한 단부는, 통형 전극(61)의 개구부(61a)와 동일한 높이에 위치한다. 실드(62)는 챔버(20)와 마찬가지로 캐소드로서 작용하므로, 전기 저항이 적은 도전성의 금속 부재로 구성하면 된다. 실드(62)는 챔버(20)와 일체적으로 성형해도 되고, 혹은 챔버(20)에 고정 금속 부재 등을 사용해서 설치해도 된다.
실드(62)는 통형 전극(61) 내로 플라스마를 안정적으로 발생시키기 위해서 마련되어 있다. 실드(62)의 각 측벽은, 통형 전극(61)의 각 측벽과 소정의 간극을 두고 대략 평행하게 연장되도록 마련된다. 간극이 지나치게 커지면 정전 용량이 작아지거나, 통형 전극(61) 내에서 발생한 플라스마가 간극에 들어가거나 해버리기 때문에, 간극은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 단, 간극이 너무 작아져도, 통형 전극(61)과 실드(62) 사이의 정전 용량이 커져버리기 때문에 바람직하지 않다. 간극의 크기는, 플라스마의 발생에 필요해지는 정전 용량에 따라서 적절히 설정하면 된다. 또한, 도 3은 실드(62) 및 통형 전극(61)의 반경 방향으로 연장되는 2개의 측벽면밖에 도시하지 않았지만, 실드(62) 및 통형 전극(61)의 둘레 방향으로 연장하는 2개의 측벽면의 사이도, 반경 방향의 측벽면과 동일한 크기의 간극이 마련되어 있다.
또한, 통형 전극(61)에는 프로세스 가스 도입부(65)가 접속되어 있다. 프로세스 가스 도입부(65)는, 배관 외에, 도시하지 않은 프로세스 가스(G3)의 가스 공급원, 펌프, 밸브 등을 갖는다. 이 프로세스 가스 도입부(65)에 의해, 통형 전극(61) 내에 프로세스 가스(G3)가 도입된다. 프로세스 가스(G3)는, 처리의 목적에 따라 적절히 변경 가능하다. 예를 들어, 프로세스 가스(G3)는, 아르곤 가스 등의 불활성 가스, 산소 가스 혹은 질소 가스, 또는, 아르곤 가스에 더하여 산소 가스 혹은 질소 가스를 포함하고 있어도 된다.
통형 전극(61)에는, 고주파 전압을 인가하기 위한 RF 전원(66)이 접속되어 있다. RF 전원(66)의 출력측에는 정합 회로인 매칭 박스(67)가 직렬로 접속되어 있다. RF 전원(66)은 챔버(20)에도 접속되어 있다. RF 전원(66)으로부터 전압을 인가하면, 통형 전극(61)이 애노드로서 작용하고, 챔버(20), 실드(62), 회전 테이블(31) 및 트레이(11)가 캐소드로서 작용한다. 즉, 역스퍼터를 위한 전극으로서 기능한다. 이 때문에, 상기한 바와 같이 회전 테이블(31) 및 트레이(11)는 도전성을 갖고, 전기적으로 접속되도록 접촉하고 있다.
매칭 박스(67)는, 입력측 및 출력측의 임피던스를 정합시킴으로써, 플라스마의 방전을 안정화시킨다. 또한, 챔버(20)나 회전 테이블(31)은 접지되어 있다. 챔버(20)에 접속되는 실드(62)도 접지된다. RF 전원(66) 및 프로세스 가스 도입부(65)는 모두, 하우징(61d)에 마련된 관통 구멍을 통해 통형 전극(61)에 접속한다.
프로세스 가스 도입부(65)로부터 통형 전극(61) 내에 프로세스 가스(G3)인 아르곤 가스를 도입하고, RF 전원(66)으로부터 통형 전극(61)에 고주파 전압을 인가하면, 용량 결합 플라스마가 발생하고, 아르곤 가스가 플라스마화되어, 전자, 이온 및 라디칼 등이 발생한다. 이 발생시킨 플라스마 중의 이온을 워크(10) 상의 형성 도중의 막에 조사한다.
즉, 표면 처리부(60)는, 일단부에 개구부(61a)가 마련되고, 내부에 프로세스 가스(G3)가 도입되는 통형 전극(61)과, 통형 전극(61)에 대하여 고주파 전압을 인가하는 RF 전원(66)을 갖고, 반송부(30)가 개구부(61a)의 바로 아래에 워크(10)를 반송해서 통과시킴으로써, 워크(10) 상에 형성된 막에 대하여 이온을 인입하고, 이온 조사가 행해진다. 표면 처리부(60)에서는, 워크(10) 상에 형성된 막에 이온을 인입하기 위해서, 워크(10)가 적재되는 트레이(11)와 회전 테이블(31)에 부의 바이어스 전압이 인가된다.
표면 처리부(60)와 같은 통형 전극(61)을 사용함으로써 트레이(11)나 회전 테이블(31)에는 고주파 전압을 인가하지 않아도, 이들 부재는 접지 전위인 그대로, 워크(10)가 적재되는 트레이(11)와 회전 테이블(31)에 원하는 부의 바이어스 전압을 인가하여, 성막된 박막에 이온을 인입하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 트레이(11)나 회전 테이블(31)에 고주파 전압을 인가하는 구조를 추가하거나, 원하는 바이어스 전압을 얻기 위해서, 애노드가 되는 전극의 면적과 캐소드가 되는 전극을 둘러싼 다른 부재의 면적비를 고려하거나 할 필요가 없어져서, 장치 설계가 용이해진다.
이 때문에, 워크(10) 상의 형성 도중의 막을 평탄화하기 위해서, 워크(10)를 이동시키면서 성막과 이온 조사를 반복해서 행하는 경우에도, 간이한 구조로, 워크(10) 상에 형성된 막에 이온을 인입할 수 있다.
통형 전극(61)에 의해, 챔버(20) 내에 있어서, 표면 처리부(60)에 의해 표면 처리가 행해지는 처리 공간(64)이 칸막이된다. 통형 전극(61)에 의해, 프로세스 가스(G3)가 챔버(20) 내로 확산되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 표면 처리부(60)는, 챔버(20)보다 작고, 처리 공간(41, 59)과 이격한 처리 공간(64)을 갖고 있다. 챔버(20)보다 작은 공간으로 칸막이된 처리 공간(64)에 있어서의 압력을 조정하면 되기 때문에, 압력 조정을 용이하게 행할 수 있고, 플라스마의 방전을 안정화시킬 수 있다. 또한, 상기의 성막부(40), 막 처리부(50), 표면 처리부(60)의 배열순 및 수는 특정한 것으로는 한정되지는 않는다. 순환 반송되는 워크(10)에 대하여, 원하는 처리를 행할 수 있으면 된다.
이와 같이, 막 처리부(50)는 질소 가스를 플라스마화해서 질소 원자를 포함하는 화학종을 생성하고, 워크(10) 상에 형성된 막과 화학 반응시킴으로써, 화합물막을 생성하는 기능을 갖는다. 막 처리부(50)에서는, 플라스마 밀도가 높은 유도 결합 플라스마를 이용함으로써, 당해 플라스마 중의 화학종과 성막부(40)에 의해 워크(10) 상에 형성된 막을 효율적으로 화학 반응시킴으로써 화합물막을 생성하는 것이 가능하다.
표면 처리부(60)는 워크(10)가 적재되는 트레이(11)와 회전 테이블(31)에 부의 바이어스 전압을 인가하여, 워크(10) 상에 형성된 막에 이온을 인입하고, 박막을 평탄화하는 기능을 갖는다. 표면 처리부(60)에서는, 통형 전극(61)을 이용함으로써, 간이하게 워크(10) 상에 형성된 막에 이온을 인입하고, 평탄화를 행하는 것이 가능하다.
[이송실]
이송실(70)은 게이트 밸브(GV1, GV2)를 통해, 워크(10)를 챔버(20)로 반입 및 반출하기 위한 용기이다. 이송실(70)은 도 1에 도시한 바와 같이, 챔버(20)로 반입되기 전의 워크(10)가 수용되는 내부 공간을 갖는다. 이송실(70)은 게이트 밸브(GV1)를 통해 챔버(20)에 접속되어 있다. 이송실(70)의 내부 공간에는, 도시는 하지 않지만, 워크(10)를 탑재한 트레이(11)를 챔버(20)와의 사이에서 반입, 반출하기 위한 반송 수단이 마련되어 있다. 이송실(70)은, 도시하지 않은 진공 펌프 등의 배기 수단에 의해 감압되어 있고, 반송 수단에 의해 챔버(20)의 진공을 유지한 상태에서, 미처리의 워크(10)를 탑재한 트레이(11)를 챔버(20) 내로 반입하고, 처리 완료된 워크(10)를 탑재한 트레이(11)를, 챔버(20)로부터 반출한다.
이송실(70)에는, 게이트 밸브(GV2)를 통해, 로드 로크부(71)이 접속되어 있다. 로드 로크부(71)는 이송실(70)의 진공을 유지한 상태에서, 도시하지 않은 반송 수단에 의해, 외부로부터 미처리의 워크(10)를 탑재한 트레이(11)를, 이송실(70) 내에 반입하고, 처리 완료된 워크(10)를 탑재한 트레이(11)를, 이송실(70)로부터 반출하는 장치이다. 또한, 로드 로크부(71)는, 도시하지 않은 진공 펌프 등의 배기 수단에 의해 감압되는 진공 상태와, 진공 파괴되는 대기 개방 상태가 전환된다.
[냉각실]
냉각실(80)은 챔버(20) 내로부터 반출된 워크(10)를 냉각한다. 냉각실(80)은 이송실(70)에 접속된 용기를 구비하고, 이송실(70)로부터 반출된 트레이(11)에 탑재된 워크(10)를 냉각하는 냉각 수단을 갖는다. 냉각 수단으로서는, 예를 들어 냉각 가스를 분사하는 분사부를 적용할 수 있다. 냉각 가스는, 예를 들어 스퍼터 가스(G1)의 공급원으로부터의 Ar 가스를 사용할 수 있다. 고온의 상태 워크(10)를 대기 중에 반출하면, 워크(10) 상에 산화막이 형성된다. 이 산화막은 불필요하기 때문에, 만약, 산화막이 형성되어버리면, 이 산화막을 제거하는 공정이 필요하게 된다. 이 공정을 증가시키지 않도록, 대기 중에서, 워크(10)의 표면에 산화막이 형성되지 않는 온도까지 낮추기 위해서, 냉각실(80)이 마련되어 있다. 냉각하는 온도로서는, 산화막이 형성되지 않는 온도, 예를 들어 100도 이하이면 되고, 80도 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이송실(70)의 처리 완료 워크(10)를 탑재한 트레이(11)는, 도시하지 않은 반송 수단에 의해, 냉각실(80)로 반입된다.
[제어 장치]
제어 장치(90)는 배기부(23), 스퍼터 가스 도입부(49), 프로세스 가스 도입부(58, 63), 전원부(46), RF 전원(54, 66), 모터(32), 제어부(353), 이송실(70), 로드 로크부(71), 냉각실(80) 등, 성막 장치(1)를 구성하는 각종 요소를 제어한다. 이 제어 장치(90)는 PLC(Programmable Logic Controller)이나, CPU(Central Processing Unit)를 포함하는 처리 장치이며, 제어 내용을 기술한 프로그램이 기억되어 있다.
구체적으로 제어되는 내용으로서는, 성막 장치(1)의 초기 배기 압력, 타깃(42), 안테나(53) 및 통형 전극(61)으로의 인가 전력, 스퍼터 가스(G1), 프로세스 가스(G2, G3)의 유량, 도입 시간 및 배기 시간, 성막 시간, 표면 처리 시간, 가열부(34)의 가열 온도, 가열 시간, 모터(32)의 회전 속도, 냉각 온도, 냉각 시간 등을 들 수 있다. 이에 의해, 제어 장치(90)은, 다종다양한 성막 사양에 대응 가능하다.
또한, 제어 장치(90)는 제어부(353)를 통해 가열부(34)의 가열 온도를 제어한다. 가열부(34)의 가열 온도는, 워크(10)가 목표의 온도까지 단계적으로 상승하도록 제어된다. 즉, 가열부(34)는 워크(10)가 단계적으로 온도 상승하도록, 온도 조정 가능하게 마련되어 있다. 「단계적으로」란, 「점차」, 「완만하게」, 「급격하지 않다」와 동일한 의미이며, 가열의 개시부터 목표의 온도에 도달할 때까지의 시간이, 워크(10)의 파손을 방지할 수 있는 정도의 시간인 것을 의미한다. 또한, 제어 장치(90)는 가열부(34)의 가열 온도를 워크(10)의 종류에 따라 조정할 수 있다. 그리고, 복수의 가열부(34)의 가열 온도를, 개별로 조정할 수 있다. 이에 의해, 사파이어 기판, 실리콘 웨이퍼 등, 다른 종류의 워크(10)를 회전 테이블(31)에 적재하여, 동시 병행으로 처리할 수 있다.
[동작]
이어서, 제어 장치(90)에 의해 제어되는 성막 장치(1)의 동작을 설명한다. 또한, 이하와 같이, 성막 장치(1)에 의해 성막을 행하는 성막 방법도, 본 발명의 일 양태이다. 도 4는 본 실시 형태의 성막 장치(1)에 의한 성막 처리의 흐름도이다. 이 성막 처리는, 워크(10)의 상에 AlN막, GaN막을 교호로 적층하고, 또한 GaN층을 형성하는 처리이다. 실리콘 웨이퍼나 사파이어 기판은, GaN과의 결정 격자가 다르기 때문에, 직접 GaN의 막을 형성한 경우, GaN의 결정성이 저하한다는 문제가 있다. 이러한 결정 격자의 부정합을 해소하기 위해서, AlN막, GaN막을 교호로 적층함으로써, 버퍼층을 형성하고, 이 버퍼층 위에 GaN층을 형성한다. 성막 장치(1)는, 예를 들어 횡형의 MOSFET나 LED의 제조에 있어서, 실리콘 웨이퍼 상에 버퍼층 및 GaN층을 형성하는 경우에 사용할 수 있다.
예를 들어, 도 5의 (A)는 LED의 적층 구조를 나타내고, 실리콘의 워크(10) 상에, 버퍼층(10a), ｎ채널을 포함하는 GaN층(10b), 버퍼층(10a), p 채널을 포함하는 GaN층(10c), 발광층(10d), 투명 도전막(10e)이 적층되어 있다. 투명 도전막(10e)은, ITO(Indium Tin Oxid: 산화인듐주석)막이다. 또한, 전극에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 5의 (B)는 버퍼층(10a)을 나타낸다.
먼저, 챔버(20) 내는, 배기부(23)에 의해 배기구(21)로부터 배기되어, 항상 소정의 압력까지 감압되어 있다. 또한, 배기와 함께, 가열부(34)가 가열을 개시한다. 동시에, 회전 테이블(31)이 회전을 개시한다. 회전하는 가열부(34)로부터의 복사에 의해 챔버(20) 내가 가열된다(스텝 S01). 배기와 함께 가열함으로써, 챔버(20) 내의 물분자나 산소 분자 등의 잔류 기체의 탈리가 촉진된다. 이에 의해, 성막 시에 잔류 기체가 불순물로서 혼입되기 어려워져서, 막의 결정성이 향상된다. Q-Mass 등의 가스 분석 장치에 의해 챔버(20) 내의 산소 농도가 소정값 이하가 된 것을 검출한 후, 회전 테이블(31)의 회전을 정지한다.
워크(10)를 탑재한 트레이(11)가, 반송 수단에 의해, 로드 로크부(71), 게이트 밸브(GV2), 이송실(70), 게이트 밸브(GV1)를 통해 챔버(20) 내로 순차 반입된다(스텝 S02). 이 스텝 S02에 있어서는, 회전 테이블(31)은, 비어 있는 보유 지지 영역(HA)을, 순차, 이송실(70)로부터의 반입 개소로 이동시킨다. 각 보유 지지 영역(HA)은 반송 수단에 의해 반입된 트레이(11)를, 각각 개별로 보유 지지한다. 이와 같이 해서, 워크(10)를 탑재한 트레이(11)가, 회전 테이블(31) 상의 모든 보유 지지 영역(HA)에 적재된다.
다시 회전 테이블(31)이 회전을 개시함과 함께, 워크(10)가 가열부(34)에 의해 가열되고, 표면 처리부(60)에 의해 워크(10)의 표면의 산화막이 제거된다(스텝 S03). 이때, 가열부(34)에 의해 흡수 부재(12)가 가열됨으로써, 흡수 부재(12)가, 워크(10)가 흡수하기 쉬운 파장의 전자파를 발하므로, 각 트레이(11) 상의 워크(10)의 가열이 촉진된다.
또한, 회전 테이블(31)의 회전에 의해 워크(10)는, 표면 처리부(60) 아래를 반복해 통과한다. 표면 처리부(60)에서는, 프로세스 가스 도입부(65)로부터 통형 전극(61) 내에 프로세스 가스(G3)를 도입하고, RF 전원(66)으로부터 통형 전극(61)에 고주파 전압을 인가한다. 고주파 전압의 인가에 의해 프로세스 가스(G3)가 플라스마화되어, 플라스마 중의 이온이 개구부(61a) 아래를 통과하는 워크(10)의 표면에 충돌하는 것으로, 워크(10)의 표면으로부터 산화막이 제거된다.
미리 실험 등에서 구한 산화막이 제거되는 소정의 시간, 표면 처리부(60)에 의한 처리가 행해진 후, 성막부(40B)와 막 처리부(50)에 의한 AlN막의 성막과, 성막부(40A)와 막 처리부(50)에 의한 GaN막의 성막을 교호로 반복해서 행하는 것에 의한 버퍼층의 형성을 행한다. 전술한 바와 같이, 성막부(40A)에는, Ga와 GaN을 포함하는 재료로 구성되는 타깃(42)이 설치되어 있고, 성막부(40B)에는, Al을 포함하는 재료로 구성되는 타깃(42)이 설치되어 있다.
먼저, 성막부(40B)와 막 처리부(50)에서 워크(10) 상에 AlN막을 성막한다(스텝 S04). 즉, 스퍼터 가스 도입부(49)가, 가스 도입구(47)를 통해서, 성막부(40B)의 처리 공간(41) 내에 스퍼터 가스(G1)를 공급한다. 스퍼터 가스(G1)는 Al로 구성된 타깃(42)의 주위에 공급된다. 전원부(46)는 성막부(40B)의 타깃(42)에 전압을 인가한다. 이에 의해, 스퍼터 가스(G1)를 플라스마화시킨다. 플라스마에 의해 발생한 이온은 타깃(42)에 충돌해서 Al 원자를 포함하는 스퍼터　입자를 두들긴다.
미처리의 워크(10)에는, 성막부(40B)를 통과할 때 표면에 Al 원자를 포함하는 스퍼터　입자가 퇴적한 박막이 형성된다. 본 실시 형태에서는, 성막부(40B)를 1회 통과할 때마다, Al 원자 1 내지 2개를 두께 방향으로 포함할 수 있는 레벨의 막 두께로 퇴적시킬 수 있다.
회전 테이블(31)의 회전에 의해 성막부(40B)를 통과한 워크(10)는, 막 처리부(50)를 통과하고, 그 과정에서 박막의 Al 원자가 질화된다. 즉, 프로세스 가스 도입부(58)가 가스 도입구(56)를 통해서 질소 가스를 포함하는 프로세스 가스(G2)를 공급한다. 질소 가스를 포함하는 프로세스 가스(G2)는, 창 부재(52)와 회전 테이블(31)에 끼인 처리 공간(59)에 공급된다. RF 전원(54)은 안테나(53)에 고주파 전압을 인가한다.
고주파 전압의 인가에 의해 고주파 전류가 흐른 안테나(53)가 발생시킨 전계는, 창 부재(52)를 통해, 처리 공간(59)에 발생한다. 그리고, 이 전계에 의해, 이 공간에 공급된 질소 가스를 포함하는 프로세스 가스(G2)를 여기시켜서 플라스마를 발생시킨다. 플라스마에 의해 발생한 질소의 화학종은, 워크(10) 상의 Al의 박막에 충돌함으로써, Al 원자와 결합하고, 충분히 질화된 AlN막이 형성된다.
회전 테이블(31)의 회전에 의해 막 처리부(50)를 통과하고, AlN막이 성막된 워크(10)는 표면 처리부(60)를 향하고, 표면 처리부(60)에서 AlN막에 이온이 조사된다(스텝 S05). 즉, 프로세스 가스 도입부(65)가 배관을 통해서 아르곤 가스를 포함하는 프로세스 가스(G3)를 공급한다. 이 프로세스 가스(G3)는, 통형 전극(61)과 회전 테이블(31)에 둘러싸인 통형 전극(61) 내의 공간에 공급된다. RF 전원(66)에 의해 통형 전극(61)에 전압을 인가하면, 통형 전극(61)이 애노드로서 작용하고, 챔버(20), 실드(62), 회전 테이블(31) 및 트레이(11)가 캐소드로서 작용하고, 통형 전극(61) 내의 공간에 공급된 프로세스 가스(G3)를 여기시켜서 플라스마를 발생시킨다. 또한 플라스마에 의해 발생한 아르곤 이온은, 워크(10) 상에 성막된 AlN막에 충돌함으로써, 당해 막에 있어서의 성긴 부분으로 입자를 이동시키고, 막 표면을 평평하게 한다.
이와 같이, 스텝 S04 내지 S05에서는, 가동하고 있는 성막부(40B)의 처리 공간(41)을 워크(10)가 통과함으로써 성막 처리가 행해지고, 가동하고 있는 막 처리부(50)의 처리 공간(59)을 워크(10)가 통과함으로써 질화 처리가 행해진다. 그리고, 가동하고 있는 표면 처리부(60)의 통형 전극(61) 내의 공간을 워크(10)가 통과함으로써, 워크(10) 상에 형성된 AlN막이 평탄화된다. 또한, 「가동하고 있다」는 것은, 각 부(40, 50, 60)의 처리 공간에 있어서 플라스마를 발생시키는 플라스마 생성 동작이 행해지고 있는 것과 동일한 의미로 한다.
회전 테이블(31)은 소정의 두께의 AlN막이 워크(10) 상에 성막될 때까지, 즉 시뮬레이션이나 실험 등에서 미리 얻어진 소정의 시간이 경과할 때까지, 회전을 계속한다(스텝 S06 아니오). 환언하면, 소정의 두께의 AlN막이 성막될 때까지 동안, 워크(10)는 성막부(40)와 막 처리부(50)를 계속해서 순환한다. 또한, Al을 원자 레벨의 막 두께로 퇴적시킬 때마다 질화를 행하는 것이 바람직하므로, 성막과 질화의 밸런스가 취해지도록, 성막의 속도, 질화의 속도 및 회전 테이블(31)의 회전 속도(각 처리부의 통과 속도)를 결정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 회전 테이블(31)의 회전 속도는 50 내지 60rpm 정도의 속도로 한다.
소정의 시간이 경과하면(스텝 S06 예), 먼저 성막부(40B)의 가동을 정지시킨다. 구체적으로는, 전원부(46)에 의한 타깃(42)으로의 전압 인가를 정지한다.
이어서, 성막부(40A)와 막 처리부(50)에서 워크(10) 상에 GaN막을 성막한다(스텝 S07). 그리고, GaN막의 평탄화를 행한다(스텝 S08). 즉, 스퍼터 가스 도입부(49)에 의한 성막부(40A)의 타깃(42)의 주위로의 스퍼터 가스(G1)의 공급, 전원부(46)에 의한 성막부(40A)의 타깃(42)으로의 전압의 인가에 의해, 성막부(40A)의 처리 공간(41) 내에 공급된 스퍼터 가스(G1)를 플라스마화시킨다. 플라스마에 의해 발생한 이온은, 타깃(42)에 충돌해서 Ga 원자를 포함하는 스퍼터　입자를 두들긴다.
회전 테이블(31)의 회전에 의해 성막부(40A)를 통과한 워크(10)는, 막 처리부(50)를 통과하고, 그 과정에서 박막의 Ga 원자가 질화된다. 즉, 프로세스 가스 도입부(58)가 가스 도입구(56)를 통해서 질소 가스를 포함하는 프로세스 가스(G2)를 공급한다. 질소 가스를 포함하는 프로세스 가스(G2)는 창 부재(52)와 회전 테이블(31) 사이에 끼인 처리 공간(59)에 공급된다. RF 전원(54)은 안테나(53)에 고주파 전압을 인가한다.
고주파 전압의 인가에 의해 고주파 전류가 흐른 안테나(53)가 발생시킨 전계는, 창 부재(52)를 통해, 처리 공간(59)에 발생한다. 그리고, 이 전계에 의해, 이 공간에 공급된 질소 가스를 포함하는 프로세스 가스(G2)를 여기시켜서 플라스마를 발생시킨다. 플라스마에 의해 발생한 질소의 화학종은, 워크(10) 상의 GaN의 박막에 충돌함으로써, Ga 원자와 결합하여, 충분히 질화된 GaN막이 형성된다.
회전 테이블(31)의 회전에 의해 막 처리부(50)를 통과하고, GaN막이 성막된 워크(10)는, 표면 처리부(60)를 향하고, 표면 처리부(60)에서 GaN막에 이온이 조사된다(스텝 S05). 워크(10) 상에 성막된 GaN막에 충돌함으로써, 당해 막에 있어서의 성긴 부분에 입자를 이동시켜, 막 표면을 평평하게 한다.
이에 의해 AlN막의 표면에, Ga 원자를 포함하는 스퍼터　입자가 퇴적한 박막이 형성된다. 본 실시 형태에서는, 성막부(40)를 1회 통과할 때마다, Ga 원자 1 내지 2개를 포함할 수 있는 레벨의 막 두께로 퇴적시킬 수 있다.
이와 같이, 스텝 S06 내지 S07에서는, 가동하고 있는 성막부(40A)의 처리 공간(41)을 워크(10)가 통과함으로써 Ga를 포함하는 막의 성막 처리가 행해지고, 가동하고 있는 막 처리부(50)의 처리 공간(59)을 워크(10)가 통과함으로써 질화 처리가 행해져서 GaN막이 형성된다. 그리고, 가동하고 있는 표면 처리부(60)의 통형 전극(61) 내의 공간을 워크(10)가 통과함으로써, 워크(10) 상에 형성된 GaN막이 평탄화된다.
회전 테이블(31)은, 소정의 두께의 GaN막이 워크(10) 상에 성막되는 시간으로서, 시뮬레이션이나 실험에 의해 얻어진 시간이 경과하면, 먼저 성막부(40)의 가동을 정지시킨다. 즉, 소정의 시간이 경과하면(스텝 S09 예), 성막부(40A)의 가동을 정지시킨다. 구체적으로는, 전원부(46)에 의한 타깃(42)으로의 전압 인가를 정지한다. 또한, Ga를 원자 레벨의 막 두께로 퇴적시킬 때마다 질화를 행하는 것이 바람직하므로, 성막과 질화의 밸런스가 취해지도록, 성막의 속도, 질화의 속도 및 회전 테이블(31)의 회전 속도(각 처리부의 통과 속도)를 결정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 회전 테이블(31)의 회전 속도는 50 내지 60rpm 정도의 속도로 한다.
이상과 같은 AlN막과 GaN막의 형성을, 소정의 적층수에 달할 때까지 반복한다(스텝 S10 아니오). 소정의 적층수에 도달한 경우에는(스텝 S10 예) 버퍼층의 형성을 종료한다.
계속해서, 버퍼층에 겹쳐서, 더욱 GaN층을 형성한다(스텝 S11). 이 GaN층의 형성은, 상기 버퍼층에 있어서의 GaN막의 형성과 마찬가지로 행해진다. 단, GaN층으로서 설정된 소정의 두께가 되는 시간 성막을 행한다.
이상과 같은 버퍼층, GaN층의 형성 후, 상기와 같이 성막부(40A)의 가동을 정지시킨 후, 막 처리부(50)의 가동을 정지시킨다(스텝 S12). 구체적으로는, RF 전원(54)에 의한 안테나(53)로의 고주파 전력의 공급을 정지한다. 그리고, 회전 테이블(31)의 회전을 정지시켜서, 성막된 워크(10)가 적재된 트레이(11)를, 반송 수단에 의해, 이송실(70)을 통해 냉각실(80)에 반입하고, 워크(10)를 소정의 온도까지 냉각한 후, 로드 로크부(71)로부터 배출한다(스텝 S13).
또한, 상기 설명에서는, 막 처리부(50)나 표면 처리부(60)는, 버퍼층의 성막 중(스텝 S04 내지 S11)의 동안은 계속해서 가동시키도록 하고 있지만, 스텝 S04 내지 S11의 각 스텝이 끝날 때마다, 막 처리부(50)나 표면 처리부(60)의 가동을 정지시켜도 된다. 이 경우에는, 성막부(40B), 성막부(40A)의 가동 정지 후에, 막 처리부(50)의 가동을 정지시킨다. 이에 의해, 워크(10)에 성막된 막 표면도 충분한 질화를 행할 수 있고, 질소 결함이 없는 AlN막, GaN막을 얻을 수 있다.
[효과]
(1) 실시 형태의 성막 장치(1)는, 내부를 진공으로 하는 것이 가능한 챔버(20)와, 챔버(20) 내에 마련되고, 복수의 워크(10)를 보유 지지하고, 원주의 궤적으로 순환 반송하는 회전 테이블(31)과, 성막 재료로 이루어지는 타깃(42)과 회전 테이블(31) 사이에 도입되는 스퍼터 가스(G1)를 플라스마화하는 플라스마 발생기를 갖고, 회전 테이블(31)에 의해 순환 반송 중의 워크(10)에, 스퍼터링에 의해 성막 재료의 입자를 퇴적시켜서 성막하는 성막부(40)와, 회전 테이블(31)에 의해 순환 반송 중의 워크(10)에, 성막부(40)에 의해 퇴적된 막을 처리하는 막 처리부(50)와, 회전 테이블(31)에 있어서, 회전축(311) 이외의 영역이며, 성막부(40) 및 막 처리부(50)에 대향하는 원환상의 성막 영역(FA)에 마련되고, 개개의 워크(10)가 보유 지지되는 복수의 보유 지지 영역(HA)과, 복수의 보유 지지 영역(HA)에 마련된 가열부(34)를 갖는다.
종래와 같이, 가열원이 회전 테이블로부터 이격해서 고정 배치되어 있는 경우, 회전하는 워크에 대하여 가열되는 시간이 한정되기 때문에, 가열되는 워크의 온도는 안정되지 않는다. 이에 의해, 원하는 온도로 가열하고, 그 온도로 유지시키는 것이 어렵다. 그러나, 본 실시 형태와 같이, 회전 테이블(31)의 각 보유 지지 영역(HA)에 가열부(34)를 가짐으로써, 가열부(34)는 회전하는 워크(10)와 함께 회전하면서 워크(10)를 가열할 수 있다. 이에 의해, 가열되는 워크(10)의 온도가 저하되는 일이 없고, 원하는 온도로 가열시켜서, 그 온도로 유지시킬 수 있다.
또한, 회전 테이블(31)의 보유 지지 영역(HA)마다 마련된 가열부(34)가 보유 지지 영역(HA)에 보유 지지된 워크(10)를 가열하기 때문에, 회전 테이블(31)로부터 이격한 위치로부터 복사열에 의해서만 가열하는 경우에 비하여, 워크(10)에 필요한 온도에 비하여 가열부(34)를 과도하게 고온으로 할 필요가 없어, 효율이 좋은 가열이 가능하게 된다.
(2) 가열부(34)와 회전 테이블(31) 사이에, 단열부(33)가 마련되어 있다. 이 때문에, 가열부(34)로부터의 열이 회전 테이블(31)로 전달하는 것이 억제되므로, 회전 테이블(31)이 열변형되어, 평탄도가 손상되는 것이 방지된다.
예를 들어, 회전 테이블(31)은, 워크(10)가 성막부(40), 막 처리부(50), 표면 처리부(60)의 하방을 둘러싸도록 통과하기 때문에, 직경이 큰 원반상이며, 비교적 저비용으로 강도 및 내열성을 얻기 위해서 금속제로 되어 있다. 그러면, 회전 테이블(31)이 가열되면, 열변형되고, 회전 테이블(31)의 평탄도가 손상될 우려가 있다. 특히 상온 상태로부터 600° 정도까지 가열하는 것 같은 대폭적인 온도 변화가 일어나면 소성 변형되어, 냉각해도 평탄도가 손상된 상태 그대로 원래로 돌아가지 않는 경우가 있다. 평탄도가 손상되면, 회전 테이블(31) 상의 워크(10)와, 성막부(40), 막 처리부(50), 표면 처리부(60)에 마련된 구획부(22)와의 사이의 간극 크기가 바뀌어서, 성막부(40), 막 처리부(50), 표면 처리부(60)에 있어서의 압력을 일정하게 유지할 수 없게 되어, 각 처리 공간에 있어서의 플라스마 방전이 불안정해진다. 또한, 성막부(40)에 있어서, 타깃(42)과 회전 테이블(31) 상의 워크(10)의 위치(거리) 관계가 미리 결정된 거리로부터 바뀌는 것에 의해, 원하는 성막 레이트가 얻어지지 않게 되거나, 막 두께가 면내 불균일해질 우려가 있다. 또한, 회전 테이블(31)의 평탄도가 손상되어 보유 지지 영역(HA)의 높이 위치나 수평 위치가 바뀜으로써, 반송 수단에 의해 이송실(70)로부터 보유 지지 영역(HA)에 워크(10)를 전달할 때, 미리 결정된 위치에 전달했다 하더라도 위치 어긋남이나 회전 테이블(31)과의 충돌이 일어날 가능성이 있다.
한편, 회전 테이블(31) 모두를, 세라믹스와 같은 단열재로 하는 것은 비용적으로 현실적이지 않다. 그래서, 회전 테이블(31)과 가열부(34) 사이에 단열부(33)를 마련하여, 회전 테이블(31)의 단열을 도모하는 것으로, 비용을 억제하면서, 회전 테이블(31) 상의 보유 지지 영역(HA) 이외에의 가열을 억제하고 있다.
(3) 회전축(311)에는, 회전 테이블(31)에 의해 회전 이동하는 가열부(34)에 전력 공급을 가능하게 하는 회전 접속부(35)가 마련되어 있다. 이 때문에, 원주의 궤적으로 이동하는 각 가열부(34)에, 간이한 구조로 전력을 공급할 수 있다.
(4) 가열부(34)는 워크(10)가 목표의 온도까지 단계적으로 상승하도록, 온도 조정 가능하게 마련되어 있다. 이에 의해, 급격한 온도 상승에 의해 워크(10)가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 회전 테이블(31)에 모든 워크(10)가 세트된 후, 점차 온도를 상승시키거나, 즉 가열부(34)의 온도가 완만하게 상승하도록 제어를 행함으로써, 급격한 온도 상승에 의한 워크(10)의 파손을 방지할 수 있다. 또한, Ga의 극성은 온도에 의해 바뀌기 때문에, 가열부(34)의 온도 조정에 의해, 워크(10) 상에 성막된 막(Ga)의 결정상을 변화시킬 수도 있다. 또한, 가열부(34)는 복수의 보유 지지 영역(HA)의 개개의 워크(10)가 보유 지지되는 영역에 대응해서 복수 마련되고, 복수의 가열부(34)는 개별로 온도 조정 가능하게 마련되어 있다. 이 때문에, 처리 대상이 되는 워크(10)의 종류, 사이즈 등에 따라, 적절한 온도로 가열할 수 있다.
(5) 회전 테이블(31)의 각 처리부에 대치하는 성막 영역(FA)측의 반대측에, 회전 테이블(31)과 간격을 두고, 성막 영역(FA)을 따라 배치된 차열부(36)를 갖는다. 이 때문에, 가열부(34)로부터의 복사에 의한 챔버(20)의 가열이 억제된다. 챔버(20)의 내벽으로의 열 흡수를 억제할 수 있기 때문에, 챔버(20)의 벽면 변형이나, 회전축(311)의 베어링이나 시일 부재 등으로의 가열에 의한 대미지를 방지할 수 있다.
(6) 워크(10)는 트레이(11)를 통해 회전 테이블(31)에 보유 지지되고, 트레이(11)와 워크(10) 사이에, 가열부(34)로부터의 열을 흡수해서 전자파를 발하는 흡수 부재(12)가 마련되어 있다. 이 때문에, 흡수 부재(12)로부터 발하는 전자파에 의해, 워크(10)를 효율적으로 가열할 수 있다. 예를 들어, 워크(10)가 사파이어 기판이나 유리 기판이어도, 이것이 흡수하는 전자파를 발하므로, 효율적으로 가열된다.
(7) 회전 테이블(31)에 의해 순환 반송 중의 워크(10)의 표면 및 막의 표면의 적어도 한쪽을 처리하는 표면 처리부(60)를 갖는다. 이 때문에, 워크(10)의 표면, 막의 표면의 밀착성을 높일 수 있다. 예를 들어, 워크(10)에 산화막이 붙어 있으면, 그 위에 퇴적된 막이 박리되기 쉽다. 막의 표면에 요철이 있으면, 그 위에 퇴적되는 막의 밀착성이 저하된다. 이 때문에, 표면 처리부(60)에 의해 워크(10)의 표면의 산화막을 제거하거나, 또한 막의 표면을 평탄화함으로써 막의 밀착성을 높일 수 있다. 챔버(20) 내에서, 미리 복수의 워크(10)를 통합해서 표면 처리할 수 있으므로, 챔버(20) 외에서 개별로 표면 처리를 행하는 것보다, 스루풋이 향상된다. 또한, 가열부(34)에 의한 가열과 동시 병행으로 표면 처리를 행할 수 있기 때문에, 전체의 처리 시간을 단축할 수 있다.
[변형예]
본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되지는 않는다. 상기의 실시 형태와 기본적인 구성은 마찬가지로 하여, 이하와 같은 변형예도 적용 가능하다.
(1) 상기 양태에서는, 표면 처리부(60)를 챔버(20) 내에 마련하고 있었지만, 도 5에 도시한 바와 같이, 챔버(20) 외에, 또한 표면 처리부(60S)를 배치해도 된다. 이 표면 처리부(60S)는, 표면 처리부(60)와 마찬가지로 통형 전극(61), RF 전원(66), 프로세스 가스 도입부(65)가 마련되고, 반입된 워크(10)에 대하여, 정지된 상태에서 산화막 제거 처리를 행할 수 있다. 이 양태에서는, 챔버(20) 내에서의 워크(10)에의 성막 처리 중에, 챔버 외에 대기 중의 워크(10)의 산화막 제거 처리를 행할 수 있으므로, 챔버(20) 내에서의 처리 시간을 단축화할 수 있다.
(2) 차열판(36a)의 형상이나 수 등은, 상기의 양태에 한정되지는 않는다. 차열부(36)는 회전 테이블(31)의 하면을 이격해서 덮도록 배치되어 있었지만, 회전 테이블(31)의 하면의 보유 지지 영역(HA)에 대응하는 위치를 덮도록, 단면이 역ㄷ자의 원환상 차열판(36a)을 적층해서 구성해도 된다. 또한, 차열판(36a)은 측판과 평판으로 구성되는 형상을 예시했지만, 평판만으로 구성되어 있어도, 차열 효과는 얻어진다.
(3) 상기 실시 형태에서는, 가열부(34)는 복수 배치되고, 각 링 전극(351a)은, 케이블(351b)에 의해 가열부(34)에 접속되는 것으로 하였다. 1개의 링 전극(351a)에 대하여 접속되는 가열부(34)는 1개이거나 복수여도 된다. 1개의 링 전극(351a)에 대하여 가열부(34)를 복수 접속하는 경우에는, 예를 들어 복수의 가열부(34) 중, 선택된 복수의 가열부(34) 사이를 전기적으로 접속하고, 대표하는 가열부(34)에만 케이블(351b)을 통해 링 전극(351a)을 접속한다. 이에 의해, 가열부(34)의 개수보다 링 전극(351a)을 적게 하고, 회전 전극부(351)의 길이를 짧게 할 수 있다. 그 결과, 회전 전극부(351)가 배치되는 회전축(111)을 짧게 할 수 있고, 장치 설치 스페이스의 축소나 회전 테이블(31)의 회전 안정성을 도모할 수 있다.
(4) 챔버(20) 내에 마련하는 성막부(40)의 종류나 수, 막 처리부(50), 표면 처리부(60)의 종류나 수는, 상기의 양태에 한정되지는 않는다. 성막부(40)를 1개로 하거나, 3개 이상으로 해도 된다. 막 처리부(50), 표면 처리부(60)를 복수로 해도 된다. 예를 들어, 성막부(40)를, 성막부(40A)만으로서, GaN막을 형성하는 성막 장치(1)로서 구성해도 된다. 또한, 상기의 성막부(40)에 더하여, 이것과 이종의 타깃재에 의한 성막부(40)를 추가해도, 동종의 타깃 재료에 의한 성막부(40)를 추가해도, 막 처리부(50)를 추가해도 된다.
또한, 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이, ITO의 성막 재료가 되는 산화인듐과 산화주석을 포함하는 타깃(42)을 갖는 성막부(40C)를 추가하여, ITO막을 챔버(20) 내에서 성막할 수 있도록 해도 된다. 이 경우, 막 처리부(50)에 있어서, 질소 가스를 도입하는 대신 산소 가스를 도입하고, ITO막의 산화를 보충하게 해도 된다. 또한, 예를 들어 성막부(40A)와 성막부(40B)와 막 처리부(50)를 동시에 가동시켜서, Ga와 Al과 N을 포함하는 AlGaN(Aluminum Gallium Nitride)막을 성막할 수 있도록 해도 된다. 이 InGaN막은, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, LED의 발광층(14)으로서 기능한다. 즉, 발광층(14)에 대해서도, 챔버(20) 내에서 성막할 수 있다.
(5) 성막부(40)는 산화갈륨(Ga2O3)을 포함하는 성막 재료의 입자를 퇴적시키는 성막부를 포함하고, 막 처리부(50)는, 성막부에 있어서 퇴적된 성막 재료의 입자를 산화시키는 산화 처리부를 포함하고 있어도 된다. 즉, 상기의 성막부(40A) 대신에 또는 이것에 추가해서 타깃(42)으로서 Ga 원자와 산소(O)을 포함하는 재료를 사용하는 성막부를 마련하고, 질화 처리부 대신에 또는 이것에 추가하여, 프로세스 가스(G2)로서 산소를 포함하는 가스를 사용하는 산화 처리부를 마련해도 된다.
(6) 상기의 양태에 더하여, 성막부(40)로서, InN을 포함하는 성막 재료로 이루어지는 타깃(42)을 갖는 성막부를 갖고 있어도 된다. 인듐(In) 단체는 융점이 낮고, 실제는 고체의 타깃(42)으로 하기 위해서 질소(N)를 첨가한 InN 타깃으로 한다. InN 타깃이, 질소와의 결합이 불충분한 In 원자를 포함하는 것은, 상기와 마찬가지이다.
(7) 상기의 양태에 더하여, 성막된 GaN막에 대하여 n형 또는 p형 불순물(도펀트)을 첨가하는 불순물 첨가 처리부를 마련해도 된다. 이 경우, 순환 반송의 경로 상에 성막부, 질화 처리부, 불순물 첨가 처리부의 순으로 배열하게 배치된다. 불순물 첨가 처리부는, 성막부(40)와 마찬가지 구성을 구비한다.
이러한 양태에서는, GaN막의 성막 시에, 성막부(40A), 막 처리부(50)와 함께, GaN층에 Mg 이온을 첨가한 p채널(p형 반도체)을 포함하는 층을 성막할 수 있다. 또한, GaN막의 성막 시에, 성막부(40A), 막 처리부(50)와 함께, GaN층에 Si이온을 첨가한 ｎ채널(n형 반도체)을 포함하는 층을 성막할 수 있다.
불순물 첨가 처리부에서 첨가되는 n형 불순물 또는 p형 불순물은, 상기에서 예시한 것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, n형 불순물로서는, Ge 또는 Sn도 들 수 있다. 이 경우, 불순물 첨가 처리부에 마련되는 타깃을 구성하는 성막 재료는 Si 대신에 Ge나 Sn을 포함하는 성막 재료를 적용할 수 있다.
[다른 실시 형태]
본 발명의 실시 형태 및 각 부의 변형예를 설명했지만, 이 실시 형태나 각 부의 변형예는, 일례로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않았다. 상술한 이들 신규의 실시 형태는, 기타 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경, 조합을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명에 포함된다.
1: 성막 장치
10: 워크
10a: 버퍼층
10b, 10c: GaN층
10d: 발광층
10e: 투명 도전막
11: 트레이
12: 흡수 부재
20: 챔버
20a: 천장면
20b: 저면
20c: 측면
20d: 관통 구멍
20e: 체결 부재
21: 배기구
21a: 개구
22: 구획부
23: 배기부
30: 반송부
31: 회전 테이블
31a: 관통 구멍
31b: 체결 부재
32: 모터
33: 단열부
34: 가열부
35: 회전 접속부
36: 차열부
36a: 차열판
36b: 지지 다리
40, 40A, 40B, 40C: 성막부
41: 처리 공간
42: 타깃
43: 백킹 플레이트
44: 전극
46: 전원부
47: 가스 도입구
48: 배관
49: 스퍼터 가스 도입부
50: 막 처리부
51: 통 형상체
52: 창 부재
53: 안테나
54: RF 전원
55: 매칭 박스
56: 가스 도입구
57: 배관
58: 프로세스 가스 도입부
59: 처리 공간
60, 60S: 표면 처리부
61: 통형 전극
61a: 개구부
61b: 플랜지
61c: 절연 부재
61d: 하우징
62: 실드
64: 처리 공간
65: 프로세스 가스 도입부
66: RF 전원
67: 매칭 박스
70: 이송실
71: 로드 로크부
80: 냉각실
90: 제어 장치
100: 제어 장치
311: 회전축
311a: 중심 구멍
311b: 플레이트
351: 회전 전극부
351a: 링 전극
351b: 케이블
352: 정지 전극부
352a: 브러시 전극
352b: 케이블
353: 제어반

Claims (7)

  1. 내부를 진공으로 하는 것이 가능한 챔버와,
    상기 챔버 내에 마련되고, 복수의 워크를 보유 지지하고, 원주의 궤적으로 순환 반송하는 회전 테이블과,
    성막 재료로 이루어지는 타깃과 상기 회전 테이블 사이에 도입되는 스퍼터 가스를 플라스마화하는 플라스마 발생기를 갖고, 상기 회전 테이블에 의해 순환 반송 중의 상기 워크에, 스퍼터링에 의해 상기 성막 재료의 입자를 퇴적시켜서 성막하는 성막부와,
    상기 회전 테이블에 의해 순환 반송 중의 상기 워크에, 상기 성막부에 의해 퇴적된 막을 처리하는 막 처리부와,
    상기 회전 테이블에 있어서, 회전축 이외의 영역이며, 상기 성막부 및 상기 막 처리부에 대향하는 원환상의 성막 영역에 마련되고, 개개의 상기 워크가 보유 지지되는 복수의 보유 지지 영역과,
    상기 복수의 보유 지지 영역에 배치된 가열부
    를 갖는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열부는, 상기 보유 지지 영역에 있어서의 상기 회전 테이블과 상기 워크 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가열부는, 상기 워크가 목표의 온도까지 단계적으로 상승하도록, 온도 조정 가능하게 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전 테이블의 각 처리부에 대치하는 상기 성막 영역측의 반대측에, 상기 회전 테이블과 간격을 두고, 상기 성막 영역을 따라 배치된 차열부를 갖는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 워크는 트레이를 통해 상기 회전 테이블에 보유 지지되고,
    상기 트레이와 상기 워크 사이에, 상기 가열부로부터의 열을 흡수해서 전자파를 발하는 흡수 부재가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전 테이블에 의해 순환 반송 중의 상기 워크의 표면 및 상기 막의 적어도 한쪽의 표면을 처리하는 표면 처리부를 갖는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성막부는, GaN을 포함하는 상기 성막 재료의 입자를 퇴적시키는 GaN 성막부를 포함하고,
    상기 막 처리부는, 상기 GaN 성막부에 있어서 퇴적된 상기 성막 재료의 입자를 질화시키는 질화 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
KR1020230076540A 2022-06-20 2023-06-15 성막 장치 KR20230174172A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2022-099203 2022-06-20
JP2022099203 2022-06-20
JPJP-P-2023-080995 2023-05-16
JP2023080995A JP2024000503A (ja) 2022-06-20 2023-05-16 成膜装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230174172A true KR20230174172A (ko) 2023-12-27

Family

ID=88974723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230076540A KR20230174172A (ko) 2022-06-20 2023-06-15 성막 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230407458A1 (ko)
KR (1) KR20230174172A (ko)
DE (1) DE102023115946A1 (ko)
TW (1) TW202401524A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011097041A (ja) 2009-10-02 2011-05-12 Showa Denko Kk 半導体素子の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011097041A (ja) 2009-10-02 2011-05-12 Showa Denko Kk 半導体素子の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102023115946A1 (de) 2023-12-21
TW202401524A (zh) 2024-01-01
US20230407458A1 (en) 2023-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102438349B1 (ko) 플라즈마 처리 장치
KR101676083B1 (ko) 성막 장치 및 성막 방법
KR101572309B1 (ko) 기판 처리 장치
KR102316186B1 (ko) 격리 구조를 위한 스케일링된 라이너 층
US9028191B2 (en) Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device
KR20120063484A (ko) 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 장치용 가스 공급 기구
US20120220116A1 (en) Dry Chemical Cleaning For Semiconductor Processing
TW201742147A (zh) 基板處理裝置
US20090194237A1 (en) Plasma processing system
KR101411085B1 (ko) 플라즈마 처리 장치
TWI824304B (zh) 成膜裝置及成膜方法
KR20230174172A (ko) 성막 장치
JP2024000503A (ja) 成膜装置
CN117265475A (zh) 成膜装置
JP2007235116A (ja) 基板載置台および基板処理装置
WO2020246449A1 (ja) 成膜装置
JP2022056377A (ja) 成膜装置及び成膜方法
CN115142031B (zh) 成膜装置
US20240212995A1 (en) Apparatus for treating substrate
KR20240082325A (ko) 성막 장치
KR20230101995A (ko) 기판 처리 장치
TW202301546A (zh) 傳送組合件及具有該傳送組合件的處理基板的設備
KR20230086303A (ko) 기판 지지 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치
KR20230017622A (ko) 기판 처리 장치
JP2014187258A (ja) 基板処理装置及び半導体装置の製造方法