KR20240051043A - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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KR20240051043A
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reaction
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가즈미 구보
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

오버행을 억제할 수 있는 기술을 제공한다. 본 개시의 일 양태에 의한 성막 방법은, 볼록부를 표면에 갖는 기판의 상기 표면에 막을 형성하는 성막 방법으로서, (a) 상기 기판의 표면 위에 원료 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면 위에 상기 원료 가스를 흡착시키는 공정과, (b) 상기 기판의 표면 위에 반응 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면 위에 흡착한 상기 원료 가스와 상기 반응 가스와의 열반응에 의해 상기 기판의 표면 위에 막을 형성하는 공정을 갖고, 상기 기판은, 진공 용기 내에 마련된 회전 테이블의 표면 위에 둘레 방향을 따라 배치되고, 상기 진공 용기 내에는, 상기 회전 테이블보다 상방에 상기 회전 테이블의 둘레 방향을 따라, 상기 공정(a)를 실시하는 흡착 영역과, 상기 공정(b)를 실시하는 반응 영역이 마련되고, 상기 흡착 영역에 원료 가스 공급부로부터 상기 원료 가스가 공급되고, 상기 반응 영역에 반응 가스 공급부로부터 상기 반응 가스가 공급된 상태에서, 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써, 상기 공정(a) 및 상기 공정(b)가 상기 기판에 대하여 반복 실시되고, 상기 원료 가스 공급부 및 상기 반응 가스 공급부의 적어도 한쪽은, 연직 하향에 대하여 각도를 부여해서 가스를 공급한다.

Description

성막 방법 및 성막 장치{FILM FORMING METHOD AND FILM FORMING APPARATUS}
본 개시는, 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법을 실시하는 성막 장치의 일례로서, 회전 테이블을 구비하는 성막 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 2 참조). 회전 테이블식의 성막 장치는, 진공 용기 내에 회전 가능하게 마련되는 회전 테이블을 갖는다. 회전 테이블의 표면 위에는, 둘레 방향을 따라 기판이 배치된다. 진공 용기 내에는, 회전 테이블의 상방에 원료 가스의 공급 영역과, 반응 가스의 공급 영역과, 이들 공급 영역을 분리하는 분리 영역이 마련된다.
일본 특허 공개 제2015-220293호 공보 일본 특허 공개 제2017-120884호 공보
본 개시는, 오버행을 억제할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 성막 방법은, 볼록부를 표면에 갖는 기판의 상기 표면에 막을 형성하는 성막 방법으로서, (a) 상기 기판의 표면 위에 원료 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면 위에 상기 원료 가스를 흡착시키는 공정과, (b) 상기 기판의 표면 위에 반응 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면 위에 흡착한 상기 원료 가스와 상기 반응 가스와의 열반응에 의해 상기 기판의 표면 위에 막을 형성하는 공정을 갖고, 상기 기판은, 진공 용기 내에 마련된 회전 테이블의 표면 위에 둘레 방향을 따라 배치되고, 상기 진공 용기 내에는, 상기 회전 테이블보다 상방에 상기 회전 테이블의 둘레 방향을 따라, 상기 공정(a)를 실시하는 흡착 영역과, 상기 공정(b)를 실시하는 반응 영역이 마련되고, 상기 흡착 영역에 원료 가스 공급부로부터 상기 원료 가스가 공급되고, 상기 반응 영역에 반응 가스 공급부로부터 상기 반응 가스가 공급된 상태에서, 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써, 상기 공정(a) 및 상기 공정(b)가 상기 기판에 대하여 반복 실시되고, 상기 원료 가스 공급부 및 상기 반응 가스 공급부의 적어도 한쪽은, 연직 하향에 대하여 각도를 부여해서 가스를 공급한다.
본 개시에 의하면, 오버행을 억제할 수 있다.
도 1은, 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는, 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 개략 사시도이다.
도 3은, 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 개략 평면도이다.
도 4는, 도 1의 성막 장치의 회전 테이블의 동심원에 따른 진공 용기의 개략 단면도이다.
도 5는, 도 1의 성막 장치의 다른 개략 단면도이다.
도 6은, 플라스마 발생기를 도시하는 개략 단면도이다.
도 7은, 플라스마 발생기를 나타내는 다른 개략 단면도이다.
도 8은, 플라스마 발생기를 나타내는 개략 상면도이다.
도 9는, 기판의 표면에 형성되는 막을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 실시 형태에 관한 성막 방법을 도시하는 단면도(1)이다.
도 11은, 실시 형태에 관한 성막 방법을 도시하는 단면도(2)이다.
도 12는, 실시 형태에 관한 성막 방법을 도시하는 단면도(3)이다.
도 13은, 실시 형태에 관한 성막 방법을 도시하는 단면도(4)이다.
도 14는, 실시 형태에 관한 성막 방법을 도시하는 단면도(5)이다.
도 15는, 실시 형태에 관한 성막 방법을 도시하는 단면도(6)이다.
도 16은, 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막의 습식 에칭 속도 및 굴절률 특성을 도시하는 도면이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대해서 설명한다. 첨부의 전 도면 중, 동일하거나 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일하거나 또는 대응하는 참조 부호를 붙이고, 중복하는 설명을 생략한다.
[성막 장치]
실시 형태에 관한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치에 대해서 설명한다. 실시 형태에 관한 성막 방법은, 기판에 공급하는 가스의 종류를 고속으로 전환할 수 있으면, 여러가지의 성막 장치로 실시 가능하고, 성막 장치의 형태는 상관없다. 여기에서는, 그러한 기판에 공급하는 가스의 종류를 고속으로 전환하는 성막 처리가 가능한 성막 장치의 일례에 대해서 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 성막 장치는, 거의 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 진공 용기(1)와, 진공 용기(1) 내에 마련되고, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는, 내부에 수용한 기판(W)의 표면 위에 성막 처리를 행하기 위한 처리실이다. 기판(W)은, 예를 들어 반도체 웨이퍼이다. 진공 용기(1)는, 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 대하여, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)(도 1)를 개재해서 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 갖는다.
회전 테이블(2)은, 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정된다. 코어부(21)는, 연직 방향으로 신장하는 회전축(22)의 상단에 고정된다. 회전축(22)은, 진공 용기(1)의 저부(14)를 관통하고, 하단이 회전축(22)(도 1)을 연직축 둘레로 회전시키는 구동부(23)에 설치된다. 회전축(22) 및 구동부(23)는, 상면이 개구된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수납된다. 케이스체(20)는, 그 상면에 마련된 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 설치되고, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지된다.
회전 테이블(2)의 표면부에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 방향(둘레 방향)에 따라 복수(도시의 예에서는 5장)의 기판(W)을 적재하기 위한 원 형상 오목부(24)가 마련된다. 도 3에는, 편의상 1개의 오목부(24)에만 기판(W)을 도시한다. 오목부(24)는, 기판(W)의 직경보다 약간, 예를 들어 4mm 큰 내경과, 기판(W)의 두께에 거의 동등한 깊이를 갖는다. 이 때문에, 기판(W)이 오목부(24)에 수용되면, 기판(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(기판(W)이 적재되지 않는 영역)이 동일한 높이가 된다. 오목부(24)의 저면에는, 기판(W)의 이면을 지지해서 기판(W)을 승강시키기 위한, 예를 들어 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(모두 도시하지 않음)이 형성된다.
도 2 및 도 3은, 진공 용기(1) 내의 구조를 설명하기 위한 도면이며, 설명의 편의상, 천장판(11)의 도시를 생략한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상방에는, 원료 가스 노즐(31), 반응 가스 노즐(32), 개질 가스 노즐(33) 및 분리 가스 노즐(41, 42)이 진공 용기(1)의 둘레 방향(회전 테이블(2)의 회전 방향(도 3의 화살표A)으로 서로 간격을 두고 배치된다. 도시의 예에서는, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라, 분리 가스 노즐(41), 원료 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42), 반응 가스 노즐(32) 및 개질 가스 노즐(33)이 이 순서로 배열되어 있다. 각 노즐(31, 32, 33, 41, 42)은, 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 각 노즐(31, 32, 33, 41, 42)은, 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 33a, 41a, 42a)(도 3)가 용기 본체(12)의 외주벽에 고정된다. 이에 의해, 각 노즐(31, 32, 33, 41, 42)은, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 진공 용기(1) 내로 도입되고, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라 회전 테이블(2)에 대하여 수평하게 연장하도록 설치된다.
원료 가스 노즐(31)은, 원료 가스 공급부의 일례이다. 원료 가스 노즐(31)은, 배관(110) 및 유량 제어기(120) 등을 통하여, 원료 가스의 공급원(130)에 접속된다. 원료 가스 노즐(31)에는, 복수의 토출 구멍(31h)(도 4)이, 해당 원료 가스 노즐(31)의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 배열된다. 소정의 간격은, 예를 들어 10mm이면 된다. 원료 가스 노즐(31)의 하방 영역은, 원료 가스를 흡착시키기 위한 흡착 영역(P1)이 된다.
각 토출 구멍(31h)은, 예를 들어 연직 하향에 대하여 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측을 향해서 제1 각도(θ1)를 부여해서 개구된다. 원료 가스 노즐(31)은, 각 토출 구멍(31h)으로부터 연직 하향에 대하여 제1 각도(θ1)를 부여해서 원료 가스를 공급한다. 이 경우, 볼록부를 표면에 갖는 기판(W)의 표면 위에 막을 형성할 때, 각 토출 구멍(31h)으로부터 공급되는 원료 가스는, 볼록부의 상부에는 도달하기 쉽지만, 볼록부의 하부에는 도달하기 어렵다. 이 때문에, 원료 가스의 흡착량은, 볼록부의 하부보다 상부에 있어서 많아진다. 또한, 각 토출 구멍(31h)으로부터 공급되는 원료 가스는, 볼록부의 측면보다 상면에 흡착하기 쉽다.
제1 각도(θ1)는, 0°를 제외하는 각도이다. 제1 각도(θ1)는, 60° 이상 80° 이하가 바람직하고, 예를 들어 70°이다. 각 토출 구멍(31h)은, 연직 하향에 대하여 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측을 향해서 제1 각도(θ1)를 부여해서 개구되어 있어도 된다.
원료 가스는, 예를 들어 유기 금속 가스 또는 유기 반금속 가스이다. 유기 금속 가스는, 예를 들어 고유전율(High-k) 막의 성막에 사용되는 유기 금속 가스이면 된다. 유기 금속 가스는, 여러가지의 유기 금속을 포함하는 가스이면 되고, 예를 들어 산화티타늄(TiO2) 막을 형성하는 경우에는, TDMAT(테트라키스디메틸아미노 티타늄) 가스 등의 유기 아미노 티타늄을 함유하는 가스이면 된다. 유기 반금속 가스는, 유기 실란 가스, 예를 들어 3DMASi 등의 유기 아미노실란 가스이면 된다.
반응 가스 노즐(32)은, 반응 가스 공급부의 일례이다. 반응 가스 노즐(32)은, 배관(111) 및 유량 제어기(121) 등을 통하여, 산화 가스의 공급원(131)에 접속된다. 반응 가스 노즐(32)에는, 복수의 토출 구멍(32h)(도 4)이, 해당 반응 가스 노즐(32)의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 배열된다. 소정의 간격은, 예를 들어 10mm이면 된다. 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역은, 흡착 영역(P1)에 있어서 기판(W)에 흡착한 원료 가스를 산화하는 산화 가스를 공급하고, 열 산화에 의해, 원료 가스에 포함되는 유기 금속 또는 유기 반금속의 산화물 분자층을 반응 생성물로서 생성하는 산화 영역(P2)이 된다. 산화 영역(P2)은, 반응 영역의 일례이다.
각 토출 구멍(32h)은, 예를 들어 연직 하향에 대하여 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측을 향해서 제2 각도(θ2)를 부여해서 개구된다. 반응 가스 노즐(32)은, 각 토출 구멍(32h)으로부터 연직 하향에 대하여 제2 각도(θ2)를 부여해서 산화 가스를 공급한다. 이 경우, 볼록부를 표면에 갖는 기판(W)의 표면 위에 막을 형성할 때, 각 토출 구멍(32h)으로부터 공급되는 산화 가스는, 볼록부의 상부에는 도달하기 쉽지만, 볼록부의 하부에 도달하기 어렵다. 이 때문에, 도 9에 도시하는 바와 같이, 볼록부의 하부, 예를 들어 인접하는 볼록부의 사이의 저면 위에 형성되는 막의 두께(T1)보다, 볼록부의 상부, 예를 들어 볼록부의 상면 위에 형성되는 막의 두께(T2) 및 볼록부의 측면 상부에 형성되는 막의 두께(T3)가 두꺼워진다. 이에 의해, 볼록부의 상면 및 측면 상부를 덮는 헬멧 형상을 갖는 막을 형성할 수 있다. 또한, 각 토출 구멍(32h)으로부터 공급되는 산화 가스는, 볼록부의 측면보다 상면에 있어서 원료 가스와 반응하기 쉽다. 이 때문에, 도 9에 도시하는 바와 같이, 볼록부의 상면 위에 형성되는 막의 두께(T2)가 볼록부의 측면 위에 형성되는 막의 두께(T3)보다 두꺼워지기 쉽다. 그 결과, 오버행이 억제된(오버행율이 낮은) 헬멧 형상을 갖는 막을 형성할 수 있다. 오버행율이란, 도 9에 도시하는 바와 같이, 볼록부의 상면 위에 형성된 막의 두께(T2)와, 볼록부의 측면 위에 형성된 막의 두께(T3)와의 비(T3/T2)로 표현된다.
제2 각도(θ2)는, 0°를 제외하는 각도이다. 제2 각도(θ2)는, 80° 이상 100° 이하가 바람직하고, 예를 들어 90°이다. 제2 각도(θ2)가 90°일 경우, 반응 가스 노즐(32)은, 각 토출 구멍(32h)으로부터 회전 테이블(2)의 표면과 평행하게 산화 가스를 공급한다. 각 토출 구멍(32h)은, 연직 하향에 대하여 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측을 향해서 제2 각도(θ2)를 부여해서 개구하고 있어도 된다.
산화 가스로서는, 공급된 유기 금속 가스와 반응해서 유기 금속 산화물을 생성할 수 있는 산화 가스라면, 여러가지의 산화 가스를 사용할 수 있다. 산화 가스로서는, 예를 들어 열 산화에 의해 유기 금속 가스를 산화할 경우에는, 수증기(H2O), 과산화수소(H2O2) 가스, 산소(O2) 가스, 오존(O3) 가스 등이 선택된다.
반응 가스 노즐(32)은, 질화 가스의 공급원에 접속되어도 된다. 이 경우, 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역은, 흡착 영역(P1)에 있어서 기판(W)에 흡착한 원료 가스를 질화하는 질화 가스를 공급하고, 열 질화에 의해, 원료 가스에 포함되는 유기 금속 또는 유기 반금속의 질화물 분자층을 반응 생성물로서 생성하는 질화 영역이 된다. 질화 영역은, 반응 영역의 일례이다. 질화 가스로서는, 공급된 유기 금속 가스와 반응해서 유기 금속 질화물을 생성할 수 있는 질화 가스라면, 여러가지의 질화 가스를 사용할 수 있다. 질화 가스로서는, 예를 들어 열 질화에 의해 유기 금속 가스를 질화할 경우에는, 암모니아(NH3) 가스가 선택된다.
개질 가스 노즐(33)은, 배관(112) 및 유량 제어기(122) 등을 통하여, 희가스의 공급원(132) 및 첨가 가스의 공급원(133)에 접속된다. 개질 가스 노즐(33)의 하방 영역은, 산화 영역(P2)에 있어서 열 산화에 의해 생성한 유기 금속 산화물 또는 유기 반금속 산화물(보호막)에 희가스 및 첨가 가스를 플라스마화해서 공급하여, 플라스마 처리(개질 처리)를 행하는 개질 영역(P3)이 된다. 희가스로서는, 플라스마화에 적합한 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스 등이 선택된다. 첨가 가스로서는, 산소 가스 또는 수소(H2) 가스 등이 선택된다.
개질 영역(P3)은, 마련되지 않아도 된다. 플라스마에 의한 개질 처리는 임의이어서, 산화 영역(P2) 또는 질화 영역에 있어서 열반응(열 산화 또는 열 질화)만을 행하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 플라스마 발생기(80) 및 개질 가스 노즐(33)은 마련하지 않아도 된다. 개질 영역(P3)을 마련하는 경우, 플라스마 발생기(80) 및 개질 가스 노즐(33)이 마련된다. 도 3에 있어서, 플라스마 발생기(80)는 파선으로 간략화해서 도시된다. 개질 가스 노즐(33) 및 플라스마 발생기(80)의 상세에 대해서는 후술한다.
분리 가스 노즐(41, 42)은, 모두 도시하지 않은 배관 및 유량 제어 밸브 등을 통하여, 분리 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속된다. 분리 가스로서는, 예를 들어 질소(N2) 가스가 사용된다. 분리 가스로서는, 헬륨 가스나 아르곤 가스 등의 희가스가 사용되어도 된다.
도시의 예에서는, 원료 가스 노즐(31)이 1개일 경우를 나타내지만, 예를 들어 원료 가스 노즐(31)은 회전 테이블(2)의 회전 방향으로 간격을 두고 2개 이상 마련되어도 된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 진공 용기(1) 내에는 2개의 볼록형부(4)가 마련된다. 볼록형부(4)는, 분리 가스 노즐(41, 42)과 함께 분리 영역(D)을 구성한다. 이 때문에, 후술 대로, 회전 테이블(2)을 향해서 돌출되도록 천장판(11)의 이면에 설치된다. 볼록형부(4)는, 정상부가 원호상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖는다. 볼록형부(4)는, 내 원호가 돌출부(5)(후술)에 연결되고, 외 원호가 진공 용기(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치된다.
도 4는, 원료 가스 노즐(31)로부터 반응 가스 노즐(32)까지 회전 테이블(2)의 동심원을 따르는 진공 용기(1)의 단면을 도시한다. 도시 대로, 천장판(11)의 이면에 볼록형부(4)가 설치된다. 이 때문에, 진공 용기(1) 내에는, 볼록형부(4)의 하면인 평탄하고 낮은 제1 천장면(44)과, 제1 천장면(44)의 둘레 방향 양측에 위치하는, 제1 천장면(44)보다 높은 제2 천장면(45)이 존재한다. 제1 천장면(44)은, 정상부가 원호상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖는다. 도시 대로, 볼록형부(4)에는 둘레 방향 중앙에 있어서, 반경 방향으로 연장하도록 형성된 홈부(43)가 형성된다. 홈부(43) 내에는, 분리 가스 노즐(42)이 수용된다. 또 하나의 볼록형부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되고, 분리 가스 노즐(41)이 수용된다. 제2 천장면(45)의 하방 공간에는, 원료 가스 노즐(31) 및 반응 가스 노즐(32)이 마련된다. 원료 가스 노즐(31) 및 반응 가스 노즐(32)은, 제2 천장면(45)으로부터 이격해서 기판(W)의 근방에 마련된다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 제2 천장면(45)의 하방 우측 공간(481)에 원료 가스 노즐(31)이 마련되고, 제2 천장면(45)의 하방 좌측 공간(482)에 반응 가스 노즐(32)이 마련된다.
분리 가스 노즐(42)에는, 회전 테이블(2)을 향해서 개구되는 복수의 토출 구멍(42h)(도 4)이, 분리 가스 노즐(42)의 길이 방향을 따라서 소정의 간격으로 배열된다. 소정의 간격은, 예를 들어 10mm이면 된다. 분리 가스 노즐(41)에도 분리 가스 노즐(42)과 마찬가지로, 회전 테이블(2)을 향해서 개구되는 복수의 토출 구멍(도시하지 않음)이, 분리 가스 노즐(41)의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 배열된다. 소정의 간격은, 예를 들어 10mm이면 된다.
제1 천장면(44)은, 협애한 공간인 분리 공간(H)을 회전 테이블(2)에 대하여 형성한다. 분리 가스 노즐(42)의 토출 구멍(42h)으로부터 질소 가스가 공급되면, 질소 가스는 분리 공간(H)을 통해서 공간(481) 및 공간(482)을 향해서 흐른다. 이때, 분리 공간(H)의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다 작기 때문에, 질소 가스에 의해 분리 공간(H)의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481 및 482)의 사이에 압력이 높은 분리 공간(H)이 형성된다. 분리 공간(H)으로부터 공간(481 및 482)으로 흘러 나오는 질소 가스는, 흡착 영역(P1)으로부터의 원료 가스와, 산화 영역(P2)으로부터의 산화 가스에 대한 카운터 플로우로서 작용한다. 이 때문에, 흡착 영역(P1)으로부터의 원료 가스와, 산화 영역(P2)으로부터의 산화 가스가 분리 공간(H)에 의해 분리된다. 따라서, 진공 용기(1) 내에 있어서 원료 가스와 산화 가스가 혼합하여, 반응하는 것이 억제된다.
회전 테이블(2)의 상면에 대한 제1 천장면(44)의 높이(h1)는, 성막 시의 진공 용기(1) 내의 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도, 분리 가스(질소 가스)의 공급량 등을 고려하여, 분리 공간(H)의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 하기에 적합한 높이로 설정된다.
천장판(11)의 하면에는, 회전 테이블(2)을 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸는 돌출부(5)(도 2 및 도 3)가 마련된다. 돌출부(5)는, 볼록형부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속하고 있고, 그 하면이 제1 천장면(44)과 같은 높이로 형성된다.
먼저 참조한 도 1은, 도 3의 I-Ｉ'선을 따른 단면도이며, 제2 천장면(45)이 마련되는 영역을 나타낸다. 한편, 도 5는, 제1 천장면(44)이 마련되는 영역을 도시하는 단면도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 부채형의 볼록형부(4)의 주연부(진공 용기(1)의 외측 테두리측 부위)에는, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡하는 굴곡부(46)가 형성된다. 굴곡부(46)는, 볼록형부(4)와 마찬가지로, 분리 영역(D)의 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 억제하여, 양쪽 반응 가스의 혼합을 억제한다. 볼록형부(4)는 천장판(11)에 마련되고, 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 뗄 수 있도록 되어 있기 때문에, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)와의 사이에는 약간 간극이 있다. 굴곡부(46)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면과의 간극 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)와의 간극은, 예를 들어 회전 테이블(2)의 상면에 대한 제1 천장면(44)의 높이와 마찬가지의 치수로 설정된다.
용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역(D)에 있어서는 도 4에 도시하는 바와 같이 굴곡부(46)의 외주면과 접근해서 수직면에 형성된다. 용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역(D) 이외의 부위에 있어서는, 도 1에 도시하는 바와 같이 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저부(14)에 걸쳐 외방측으로 오목해져 있다. 이하, 설명의 편의상, 대략 직사각형의 단면 형상을 갖는 오목해진 부분을 배기 영역으로 기재한다. 구체적으로는, 흡착 영역(P1)에 연통하는 배기 영역을 제1 배기 영역(E1)으로 기재하고, 산화 영역(P2) 및 개질 영역(P3)에 연통하는 영역을 제2 배기 영역(E2)으로 기재한다. 제1 배기 영역(E1) 및 제2 배기 영역(E2)의 저부에는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)가 형성된다. 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 각각 배기관(630)을 개재해서 진공 배기 수단인 예를 들어 진공 펌프(640)에 접속된다. 진공 펌프(640)와 배기관(630)과의 사이에는, 압력 제어기(650)가 마련된다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저부(14)와의 사이의 공간에는, 도 1 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 히터 유닛(7)이 마련된다. 히터 유닛(7)은, 회전 테이블(2)을 개재해서 회전 테이블(2) 위의 기판(W)을, 프로세스 레시피로 결정된 온도(예를 들어 150℃)로 가열한다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는, 링상의 커버 부재(71)가 마련된다(도 5). 이에 의해, 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 배기 영역(E1, E2)에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여 있는 분위기를 구획해서 회전 테이블(2)의 하방 영역으로의 가스의 침입이 억제된다. 커버 부재(71)는, 회전 테이블(2)의 외연부 및 외연부보다 외주측을 하방측으로부터 면하도록 마련된 내측 부재(71a)와, 내측 부재(71a)와 진공 용기(1)의 내벽면과의 사이에 마련된 외측 부재(71b)를 구비한다. 외측 부재(71b)는, 분리 영역(D)에 있어서 볼록형부(4)의 외연부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접해서 마련된다. 내측 부재(71a)는, 회전 테이블(2)의 외연부 하방(및 외연부보다 약간 외측의 부분 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다 회전 중심 부근의 부위에 있어서의 저부(14)는, 회전 테이블(2)의 하면 중심부 부근에 있어서의 코어부(21)에 접근하도록 상방측으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이룬다. 돌출부(12a)와 코어부(21)와의 사이는 좁은 공간이 되어 있고, 또한 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍 내주면과 회전축(22)과의 간극이 좁아져 있고, 이들 좁은 공간은 케이스체(20)에 연통한다. 케이스체(20)에는, 퍼지 가스인 질소 가스를 좁은 공간 내로 공급해서 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 마련된다. 진공 용기(1)의 저부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방에 있어서 둘레 방향으로 소정의 각도 간격으로, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 복수의 퍼지 가스 공급관(73)이 마련된다(도 5에는 하나의 퍼지 가스 공급관(73)을 도시한다). 히터 유닛(7)과 회전 테이블(2)과의 사이에는, 히터 유닛(7)이 마련된 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해서, 외측 부재(71b)의 내주벽(내측 부재(71a)의 상면)으로부터 돌출부(12a)의 상단부와의 사이를 둘레 방향에 걸쳐 덮는 덮개 부재(7a)가 마련된다. 덮개 부재(7a)는, 예를 들어 석영에 의해 형성된다.
진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는, 분리 가스 공급관(51)이 접속된다. 분리 가스 공급관(51)은, 천장판(11)과 코어부(21)와의 사이의 공간(52)에 분리 가스인 질소 가스를 공급한다. 공간(52)에 공급된 분리 가스는, 돌출부(5)와 회전 테이블(2)과의 좁은 공간(50)을 개재해서 회전 테이블(2)의 기판 적재 영역측의 표면을 따라 주연을 향해서 토출된다. 공간(50)은, 분리 가스에 의해 공간(481) 및 공간(482)보다 높은 압력으로 유지될 수 있다. 이 때문에, 공간(50)에 의해, 흡착 영역(P1)에 공급되는 유기 금속 가스와 산화 영역(P2)에 공급되는 산화 가스가, 중심 영역(C)을 통해서 혼합되는 것이 억제된다. 즉, 공간(50)(또는 중심 영역(C))은, 분리 공간(H)(또는 분리 영역(D))과 마찬가지로 기능한다.
진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 외부의 반송 암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 기판인 기판(W)의 수수를 행하기 위한 반송구(15)가 형성된다. 반송구(15)는, 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다. 회전 테이블(2)에 있어서의 기판 적재 영역인 오목부(24)는, 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 암(10) 사이에서 기판(W)의 수수가 행해진다. 이 때문에, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 수수 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통해서 기판(W)을 이면으로부터 들어 올리기 위한 수수용의 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 마련된다.
이어서, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 플라스마 발생기(80)에 대해서 설명한다. 도 6은, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따른 플라스마 발생기(80)의 개략 단면도이며, 도 7은, 회전 테이블(2)의 반경 방향과 직교하는 방향을 따른 플라스마 발생기(80)의 개략 단면도이며, 도 8은, 플라스마 발생기(80)의 개략을 도시하는 상면도이다. 도시의 편의상, 이들 도에 있어서 일부의 부재를 간략화한다.
도 6을 참조하면, 플라스마 발생기(80)는, 프레임 부재(81)와, 패러데이 차폐판(82)과, 절연판(83)과, 안테나(85)를 구비한다.
프레임 부재(81)는, 고주파 투과성의 재료로 제작된다. 프레임 부재(81)는, 상면으로부터 오목해진 오목부를 갖는다. 프레임 부재(81)는, 천장판(11)에 형성된 개구부(11a)에 감입된다. 패러데이 차폐판(82)은, 프레임 부재(81)의 오목부 내에 수용된다. 패러데이 차폐판(82)은, 상부가 개구된 대략 상자상의 형상을 갖는다. 절연판(83)은, 패러데이 차폐판(82)의 저면 위에 배치된다. 안테나(85)는, 절연판(83)의 상방에 지지된다. 안테나(85)는, 대략 팔각형의 상면 형상을 갖는 코일상을 갖는다.
천장판(11)의 개구부(11a)는, 복수의 단차부를 갖는다. 복수의 단차부 중 1개의 단차부에는 전체 둘레에 걸쳐 홈부가 형성되고, 이 홈부에 예를 들어 O-링 등의 시일 부재(81a)가 감입되어 있다. 프레임 부재(81)는, 개구부(11a)의 단차부에 대응하는 복수의 단차부를 갖는다. 프레임 부재(81)를 개구부(11a)에 감입하면, 복수의 단차부 중 1개의 단차부 이면이, 개구부(11a)의 홈부에 감입된 시일 부재(81a)와 접한다. 이에 의해, 천장판(11)과 프레임 부재(81)와의 사이의 기밀성이 유지된다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 천장판(11)의 개구부(11a)에 감입되는 프레임 부재(81)의 외주를 따른 압박 부재(81c)가 마련된다. 이에 의해, 프레임 부재(81)가 천장판(11)에 대하여 하방으로 압박된다. 이 때문에, 천장판(11)과 프레임 부재(81)와의 사이의 기밀성이 보다 확실하게 유지된다.
프레임 부재(81)의 하면은, 진공 용기(1) 내의 회전 테이블(2)에 대향하고 있고, 그 하면의 외주에는 전체 둘레에 걸쳐 하방으로(회전 테이블(2)을 향해) 돌기하는 돌기부(81b)가 마련된다. 돌기부(81b)의 하면은 회전 테이블(2)의 표면에 근접하고 있고, 돌기부(81b)와, 회전 테이블(2)의 표면과, 프레임 부재(81)의 하면에 의해 회전 테이블(2)의 상방에 공간(이하, 개질 영역(P3))이 구획 형성된다. 돌기부(81b)의 하면과 회전 테이블(2)의 표면과의 간격은, 분리 공간(H)(도 4)에 있어서의 제1 천장면(44)의 회전 테이블(2)의 상면에 대한 높이(h1)와 거의 동일해도 된다.
개질 영역(P3)에는, 돌기부(81b)를 관통한 개질 가스 노즐(33)이 연장된다. 개질 가스 노즐(33)에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 희가스가 충전되는 희가스의 공급원(132)이, 유량 제어기(122)를 개재해서 배관(112)에 의해 접속된다. 개질 가스 노즐(33)에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 산소 가스 또는 수소 가스 등의 첨가 가스가 충전되는 첨가 가스의 공급원(133)이, 유량 제어기(123)를 개재해서 배관(112)에 의해 접속된다. 즉, 유량 제어기(122)에 의해 유량 제어된 희가스 및 유량 제어기(123)에 의해 유량 제어된 첨가 가스가 모두 소정의 유량으로 혼합되고, 혼합 가스가 플라스마 발생기(80)에 의해 플라스마화되어 개질 영역(P3)으로 공급된다.
개질 가스 노즐(33)에는, 복수의 토출 구멍(33h)이, 해당 개질 가스 노즐(33)의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 배열되어 있다. 소정의 간격은, 예를 들어 10mm이면 된다. 개질 가스 노즐(33)은, 토출 구멍(33h)으로부터 상술한 혼합 가스를 토출한다. 토출 구멍(33h)은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)에 대하여 수직인 방향으로부터 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측을 향해서 기울어 있다. 이 때문에, 개질 가스 노즐(33)로부터 공급되는 가스는, 회전 테이블(2)의 회전 방향과 역의 방향으로, 구체적으로는, 돌기부(81b)의 하면과 회전 테이블(2)의 표면과의 사이의 간극을 향해서 토출된다. 이에 의해, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라 플라스마 발생기(80)보다 상류측에 위치하는 제2 천장면(45)의 하방 공간으로부터 반응 가스나 분리 가스가, 개질 영역(P3) 내로 유입하는 것이 억제된다. 또한, 상술한 바와 같이, 프레임 부재(81)의 하면 외주를 따라 형성되는 돌기부(81b)가 회전 테이블(2)의 표면에 근접하고 있기 때문에, 개질 가스 노즐(33)로부터의 가스에 의해 개질 영역(P3) 내의 압력을 용이하게 높게 유지할 수 있다. 이것에 의해서도, 반응 가스나 분리 가스가 개질 영역(P3) 내로 유입하는 것이 억제된다.
이와 같이, 프레임 부재(81)는, 개질 영역(P3)을 산화 영역(P2)으로부터 분리하기 위한 역할을 담당하고 있다. 따라서, 실시 형태에 관한 성막 장치는, 플라스마 발생기(80)의 전체를 반드시 구비하고 있지는 않아도 되지만, 개질 영역(P3)을 산화 영역(P2)으로부터 구획하고, 산화 가스의 혼입을 방지하기 위해서, 프레임 부재(81)를 구비하고 있는 것으로 한다.
패러데이 차폐판(82)은, 금속 등의 도전성 재료로 제작되고, 도시는 생략하지만 접지된다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 패러데이 차폐판(82)의 저부에는, 복수의 슬릿(82s)이 형성된다. 각 슬릿(82s)은, 대략 팔각형의 평면 형상을 갖는 안테나(85)가 대응하는 변과 거의 직교하도록 연장한다.
패러데이 차폐판(82)은, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 상단에 2군데에 있어서 외측으로 절곡되는 지지부(82a)를 갖는다. 지지부(82a)가 프레임 부재(81)의 상면에 지지됨으로써, 프레임 부재(81) 내의 소정의 위치에 패러데이 차폐판(82)이 지지된다.
절연판(83)은, 예를 들어 석영 유리에 의해 제작되고, 패러데이 차폐판(82)의 저면보다 약간 작은 크기를 갖는다. 절연판(83)은, 패러데이 차폐판(82)의 저면에 적재된다. 절연판(83)은, 패러데이 차폐판(82)과 안테나(85)를 절연하는 한편, 안테나(85)로부터 방사되는 고주파를 하방으로 투과시킨다.
안테나(85)는, 평면 형상이 대략 팔각형이 되도록 구리제의 중공관(파이프)을 예를 들어 3겹으로 권회하는 것에 의해 형성된다. 파이프 내에 냉각수를 순환 시킬 수 있고, 이에 의해, 안테나(85)에 공급되는 고주파에 의해 안테나(85)가 고온으로 가열되는 것이 방지된다. 안테나(85)에는, 입설부(85a)가 마련된다. 입설부(85a)에는, 지지부(85b)가 설치된다. 지지부(85b)에 의해, 안테나(85)가 패러데이 차폐판(82) 내의 소정의 위치에 유지된다. 지지부(85b)에는, 매칭 박스(86)를 개재해서 고주파 전원(87)이 접속된다. 고주파 전원(87)은, 예를 들어 13.56MHz의 주파수를 갖는 고주파를 발생한다.
그러한 플라스마 발생기(80)에 의하면, 매칭 박스(86)를 개재해서 고주파 전원(87)으로부터 안테나(85)에 고주파 전력을 공급하면, 안테나(85)에 의해 전자계가 발생한다. 이 전자계 중 전계 성분은, 패러데이 차폐판(82)에 의해 차폐되기 때문에, 하방으로 전파할 수는 없다. 한편, 자계 성분은 패러데이 차폐판(82)의 복수의 슬릿(82s)을 통해서 개질 영역(P3) 내로 전파한다. 자계 성분에 의해, 개질 가스 노즐(33)로부터 소정의 유량비로 개질 영역(P3)에 공급되는 희가스 및 첨가 가스의 혼합 가스가 활성화된다.
실시 형태에 관한 성막 장치에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 마련된다. 제어부(100)의 메모리 내에는, 제어부(100)의 제어 하에, 후술하는 성막 방법을 성막 장치에 실시시키는 프로그램이 저장된다. 프로그램은, 후술하는 성막 방법을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있다. 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 매체(102)에 기억되어 있고, 소정의 판독 장치에 의해 기억부(101)에 읽어들여져, 제어부(100) 내로 인스톨된다.
[성막 방법]
도 10 내지 도 15를 참조하여, 실시 형태에 관한 성막 방법에 대해서 설명한다. 이하에서는, 전술한 성막 장치에 있어서, 기판(W)의 표면 위에 산화티타늄 막을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 10 내지 도 15는, 실시 형태에 관한 성막 방법을 도시하는 단면도이다.
도 10은, 실시 형태에 관한 성막 방법에서 사용되는 기판(W)의 표면 패턴의 일례를 도시하는 도면이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 복수의 트렌치(T)를 표면에 갖는 기판(W)을 준비한다. 기판(W)은, 예를 들어 실리콘 웨이퍼이다.
이어서, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하여, 외부로부터 반송 암(10)(도 3)에 의해 반송구(15)(도 2 및 도 3)를 개재해서 기판(W)을 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내에 수수한다. 기판(W)의 수수는, 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지했을 때에 오목부(24)의 저면 관통 구멍을 개재해서 진공 용기(1)의 저부측에서 도시하지 않은 승강 핀이 승강하는 것에 의해 행해진다. 기판(W)의 수수를, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜서 행하고, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 기판(W)을 적재한다.
이어서, 게이트 밸브를 닫아, 진공 펌프(640)에 의해 도달 가능 진공도까지 진공 용기(1) 내를 배기한다. 이어서, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스인 질소 가스를 소정의 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 73)으로부터도 질소 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 이에 따라, 압력 제어기(650)(도 1)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 제어한다. 이어서, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 예를 들어 120rpm의 고속의 회전 속도로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 기판(W)을 예를 들어 200℃로 가열한다.
이어서, 원료 가스 노즐(31)(도 2 및 도 3)로부터 유기 아미노티타늄 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 과산화수소 가스를 공급한다. 이때, 원료 가스 노즐(31)은, 각 토출 구멍(31h)으로부터 연직 하향에 대하여 제1 각도(θ1)를 부여해서 유기 아미노티타늄 가스를 공급한다. 반응 가스 노즐(32)은, 각 토출 구멍(32h)으로부터 연직 하향에 대하여 제2 각도(θ2)를 부여해서 과산화수소 가스를 공급한다.
이어서, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 기판(W)은, 흡착 영역(P1), 분리 영역(D), 산화 영역(P2) 및 분리 영역(D)을 이 순서로 반복 통과한다(도 3 참조).
도 11은, 흡착 공정의 일례를 도시하는 도면이다. 흡착 영역(P1)에 있어서, 도 11에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 표면(U)에 유기 아미노티타늄 가스의 분자(Mt)가 흡착하여, 유기 아미노티타늄의 분자층(61)이 형성된다. 여기서, 유기 아미노티타늄 가스가 트렌치(T)의 깊이 방향에 대하여 제1 각도(θ1)를 부여해서 공급된다. 이 경우, 유기 아미노티타늄의 분자(Mt)는, 트렌치(T)의 안쪽까지 도달하기 어렵기 때문에, 기판(W)의 표면(U) 위에 흡착하기 쉽다. 유기 아미노티타늄 가스의 분자(Mt)는, 유기 금속 가스이며, 금속인 티타늄의 주위에 유기기가 부착되어 있어, 분자(Mt)의 직경이 크다. 또한, 회전 테이블(2)이 고속으로 회전한다. 이 때문에, 유기 아미노티타늄의 분자(Mt)는, 트렌치(T)의 안쪽까지 도달하지 않고, 기판의 표면(U) 위에 흡착한다.
도 12 및 도 13은, 산화 공정의 일례를 도시하는 도면이다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 분리 영역(D)을 통과한 후, 산화 영역(P2)에 있어서, 기판(W)의 표면(U)에 흡착한 유기 아미노티타늄 가스가 과산화수소 가스 분자(Mo)에 의해 산화된다. 그 결과, 도 13에 도시하는 바와 같이, 트렌치(T)의 상단의 기판(W)의 표면(U) 위에 산화티타늄 막(62)이 성막된다. 여기서, 과산화수소 가스가 트렌치(T)의 깊이 방향에 대하여 제2 각도(θ2)를 부여해서 공급된다. 이 경우, 과산화수소 가스 분자(Mo)는, 트렌치(T)의 안쪽까지 도달하기 어렵기 때문에, 기판(W)의 표면(U) 위에 산화티타늄 막(62)이 성막되기 쉽다. 또한, 회전 테이블(2)이 고속으로 회전하고 있기 때문에, 과산화수소 가스 분자(Mo)는, 트렌치(T)의 안쪽까지 도달하지 않고, 기판의 표면(U) 위에 산화티타늄 막(62)이 성막된다.
도 14는, 다시 반복되는 흡착 공정의 일례를 도시한 도면이다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 기판(W)이 흡착 영역(P1)에 다시 이르면, 원료 가스 노즐(31)로부터 공급되는 유기 아미노티타늄 가스의 분자(Mt)가 기판(W)의 표면(U)에 흡착한다. 여기에서도, 전술한 흡착 공정과 마찬가지로, 유기 아미노 티타늄의 분자(Mt)는, 트렌치(T)의 안쪽까지 도달하지 않고, 기판(W)의 표면(U) 위에 흡착한다.
이하, 회전 테이블(2)이 고속으로 계속해서 회전하는 사이, 흡착 공정과 산화 공정이 반복됨으로써, 도 15에 도시하는 바와 같이, 트렌치(T)끼리의 사이의 기판(W)의 표면(볼록부 위)에, 볼록부의 상면 및 측면 상부를 덮는 헬멧 형상을 갖는 산화티타늄 막(62)이 성막된다.
이상에서 설명한 바와 같이 실시 형태에 관한 성막 방법에 의하면, 유기 아미노티타늄 가스 및 과산화수소 가스를 트렌치(T)의 깊이 방향에 대하여 각도를 부여해서 공급한다. 이에 의해, 볼록부의 하부보다 상부에 형성되는 산화티타늄 막(62)의 두께가 두꺼워진다. 또한, 볼록부의 상면 위에 형성되는 산화티타늄 막(62)의 두께가 볼록부의 측면 위에 형성되는 산화티타늄 막(62)의 두께보다 두꺼워지기 쉽다. 그 결과, 오버행이 억제된(오버행율이 낮은) 헬멧 형상을 갖는 막을 형성할 수 있다.
또한, 실시 형태에 관한 성막 방법에 의하면, 분자 직경이 큰 유기 금속 가스를 원료 가스로서 원료 가스 노즐(31)로부터 공급함과 함께, 회전 테이블(2)을 고속으로 회전시킨다. 이에 의해, 트렌치(T) 내에는 성막을 진행시키지 않고, 트렌치(T) 사이의 영역에만 선택적으로 성막을 행하여, 국소적인 산화티타늄 막(62)을 형성할 수 있다. 또한, 상기의 실시 형태에서는, 유기 아미노티타늄 가스를 원료 가스로서 사용하는 경우를 설명했지만, 유기 금속 가스는, 일반적으로 분자 직경이 크므로, 다른 종류의 유기 금속 가스를 사용해서 실시 형태에 관한 성막 방법을 실시하는 것도 가능하다. 또한 나아가, 유기 금속 가스 뿐만 아니라, 유기 실란 가스 등의 유기 반금속 가스도, 분자 직경이 크고, 실시 형태에 관한 성막 방법을 실시할 수 있다.
상기의 실시 형태에 관한 성막 방법에서는, 원료 가스 및 산화 가스의 양쪽을 연직 하향에 대하여 각도를 부여해서 공급하는 경우를 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 원료 가스를 연직 하향으로 공급하고, 산화 가스를 연직 하향에 대하여 각도를 부여해서 공급해도 된다. 예를 들어, 원료 가스를 연직 하향에 대하여 각도를 부여해서 공급하고, 산화 가스를 연직 하향으로 공급해도 된다. 이와 같이, 원료 가스 및 산화 가스의 적어도 한쪽을 연직 하향에 대하여 각도를 부여해서 공급하면 된다.
상기의 실시 형태에 관한 성막 방법에서는, 산화티타늄 막을 형성하는 경우를 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 질화티타늄 막을 형성하는 경우에는, 반응 가스 노즐(32)로부터 공급되는 가스의 종류를, 과산화수소 가스로부터 암모니아 가스 등의 질화 가스로 변경하면 된다.
[실시예]
실시예에서는, 복수의 볼록부를 표면에 갖는 기판을 준비하고, 준비한 기판을 전술한 성막 장치의 진공 용기(1) 내에 수용하여, 이하에 나타내는 조건 A1 및 조건 A2에 의해, 기판의 표면 위에 산화티타늄 막을 형성했다.
(조건 A1)
조건 A1에서는, 제1 각도(θ1)를 70°, 제2 각도(θ2)를 90°로 설정한 상태에서, 전술한 흡착 공정 및 산화 공정을 이 순서로 연속해서 실시하여, 산화티타늄 막을 형성했다. 즉, 조건 A1에서는, 흡착 공정에 있어서 원료 가스를 연직 하향에 대하여 70°의 각도를 부여해서 공급하고, 산화 공정에 있어서 산화 가스를 기판의 표면에 대하여 평행하게 공급했다. 흡착 공정에서는, 원료 가스로서 TDMAT 가스를 공급했다. 산화 공정에서는, 산화 가스로서 과산화수소 가스를 공급했다.
(조건 A2)
조건 A2에서는, 제2 각도(θ2)를 0°로 설정했다. 기타의 조건은, 조건 A1과 같다. 즉, 조건 A2에서는, 흡착 공정에 있어서 원료 가스를 연직 하향에 대하여 70°의 각도를 부여해서 공급하고, 산화 공정에 있어서 산화 가스를 기판의 표면에 대하여 수직으로 공급했다.
이어서, 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막에 대해서, 트렌치의 저면 위의 두께(T1)(도 9)와, 인접하는 트렌치 사이의 영역 위의 두께(T2)(도 9)와, 트렌치의 상부 측면 위의 두께(T3)를 측정했다. 또한, 두께(T2) 및 두께(T3)로부터 오버행율을 산출했다.
조건 A1에 의해 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막에서는, 두께(T1)가 4.4nm이며, 두께(T2)가 11.8nm이며, 두께(T3)가 7.7nm이었다. 오버행율은, 65%이었다.
조건 A2에 의해 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막에서는, 두께(T1)가 5.5nm이며, 두께(T2)가 12.1nm이며, 두께(T3)가 8.7nm이었다. 오버행율은, 72%이었다.
이상의 결과로부터, 산화 공정에 있어서 산화 가스를 기판의 표면에 대하여 평행하게 공급함으로써, 산화 공정에 있어서 산화 가스를 기판의 표면에 대하여 수직으로 공급하는 것보다, 볼록부에 형성되는 산화티타늄 막의 오버행을 억제할 수 있는 것으로 나타났다.
이어서, 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막에 대해서, 사이클 레이트, 막 두께의 면내 균일성, 굴절률 및 습식 에칭 레이트(WER)를 측정했다. 사이클 레이트는, 산화티타늄 막의 막 두께를 측정하고, 측정한 산화티타늄 막의 막 두께를, 흡착 공정 및 산화 공정의 반복 횟수로 제산하는 것에 의해 산출했다. WER은, 산화티타늄 막을 희불산(DHF)으로 에칭했을 때의 에칭 레이트이다.
조건 A1에 의해 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막의 사이클 레이트는, 0.198Å/사이클이었다. 조건 A2에 의해 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막의 사이클 레이트는 0.197Å/사이클이었다. 이들 결과로부터, 조건 A1에 의해 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막과, 조건 A2에 의해 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막 사이에서, 사이클 레이트는 동등한 것으로 나타났다. 또한, 약 0.2Å/사이클이라고 하는 비교적 높은 사이클 레이트에 있어서, 오버행이 억제된(오버행율이 낮은) 헬멧 형상을 갖는 산화티타늄 막을 형성할 수 있는 것으로 나타났다.
또한, 조건 A1에 의해 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막과, 조건 A2에 의해 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막 사이에서, 막 두께의 면내 균일성은 동등했다.
도 16은, 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막의 WER 및 굴절률을 도시하는 도면이다. 도 16 중, 좌측의 종축은 WER[nm/min]을 나타내고, 우측의 종축은 굴절률을 나타낸다. 도 16 중, 막대 그래프는 WER의 측정 결과를 나타내고, 동그라미 표시는 굴절률의 측정 결과를 나타낸다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 조건 A1에 의해 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막과, 조건 A2에 의해 기판의 표면 위에 형성된 산화티타늄 막 사이에서, WER 및 굴절률이 동등한 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 산화 공정에 있어서 산화 가스를 공급하는 방향을 변경하는 것에 의한 산화티타늄 막의 막 특성에 끼치는 영향은 거의 없는 것으로 나타났다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.

Claims (9)

  1. 볼록부를 표면에 갖는 기판의 상기 표면에 막을 형성하는 성막 방법으로서,
    (a) 상기 기판의 표면 위에 원료 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면 위에 상기 원료 가스를 흡착시키는 공정과,
    (b) 상기 기판의 표면 위에 반응 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면 위에 흡착한 상기 원료 가스와 상기 반응 가스와의 열반응에 의해 상기 기판의 표면 위에 막을 형성하는 공정
    을 갖고,
    상기 기판은, 진공 용기 내에 마련된 회전 테이블의 표면 위에 둘레 방향을 따라 배치되고,
    상기 진공 용기 내에는, 상기 회전 테이블보다 상방에 상기 회전 테이블의 둘레 방향을 따라, 상기 공정(a)를 실시하는 흡착 영역과, 상기 공정(b)를 실시하는 반응 영역이 마련되고,
    상기 흡착 영역에 원료 가스 공급부로부터 상기 원료 가스가 공급되고, 상기 반응 영역에 반응 가스 공급부로부터 상기 반응 가스가 공급된 상태에서, 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써, 상기 공정(a) 및 상기 공정(b)가 상기 기판에 대하여 반복 실시되고,
    상기 원료 가스 공급부 및 상기 반응 가스 공급부의 적어도 한쪽은, 연직 하향에 대하여 각도를 부여해서 가스를 공급하는,
    성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급부 및 상기 반응 가스 공급부의 적어도 한쪽은, 연직 하향에 대하여 상기 회전 테이블의 회전 방향 하류측으로 각도를 부여해서 가스를 공급하는, 성막 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급부는, 연직 하향에 대하여 제1 각도를 부여해서 상기 원료 가스를 공급하는, 성막 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 각도는, 60° 이상 80° 이하인, 성막 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 가스 공급부는, 연직 하향에 대하여 제2 각도를 부여해서 상기 반응 가스를 공급하는, 성막 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 각도는, 80° 이상 100° 이하인, 성막 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스는, 유기 금속 가스 또는 유기 반금속 가스이며,
    상기 반응 가스는, 산화 가스인,
    성막 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스는, 유기 금속 가스 또는 유기 반금속 가스이며,
    상기 반응 가스는, 질화 가스인,
    성막 방법.
  9. 볼록부를 표면에 갖는 기판의 상기 표면에 막을 형성하는 성막 장치로서,
    진공 용기 내에 마련되고, 표면 위에 둘레 방향을 따라 상기 기판을 배치하는 회전 테이블과,
    상기 진공 용기 내의 상기 회전 테이블보다 상방에 상기 회전 테이블의 둘레 방향을 따라 마련되는 흡착 영역 및 반응 영역과,
    상기 흡착 영역에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부와,
    상기 반응 영역에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와,
    제어부
    를 구비하고,
    상기 원료 가스 공급부 및 상기 반응 가스 공급부의 적어도 한쪽은, 연직 하향에 대하여 각도를 부여해서 가스를 공급하도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 흡착 영역에 상기 원료 가스 공급부로부터 상기 원료 가스를 공급하고, 상기 반응 영역에 상기 반응 가스 공급부로부터 상기 반응 가스를 공급한 상태에서, 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써,
    상기 회전 테이블의 표면 위에 배치된 상기 기판의 표면 위에 상기 원료 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면 위에 상기 원료 가스를 흡착시키는 공정과,
    상기 회전 테이블의 표면 위에 배치된 상기 기판의 표면 위에 상기 반응 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면 위에 흡착한 상기 원료 가스와 상기 반응 가스와의 열반응에 의해 상기 기판의 표면 위에 막을 형성하는 공정
    을 반복 실시하도록 당해 성막 장치를 제어하도록 구성되는,
    성막 장치.
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