KR101558606B1

KR101558606B1 - 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체

Info

Publication number: KR101558606B1
Application number: KR1020090122129A
Authority: KR
Inventors: 가즈떼루 오바라; 마나부 혼마
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: JP2010141207A; JP5083193B2; CN101748391A; TWI494459B; US20100151131A1; KR20100068199A; TW201111547A; CN101748391B

Abstract

진공 용기 내에 설치된 회전 테이블에 적재된 기판을 가열하기 위해 설치된 기판 가열 수단과, 회전 테이블의 둘레 방향으로 서로 이격되어 설치되어, 상기 회전 테이블에 있어서의 기판의 적재 영역측의 면에 각각 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 수단과, 반응 가스가 공급되는 각 처리 영역 사이의 분위기를 분리하기 위해, 상기 둘레 방향에 있어서 이들 처리 영역 사이에 위치하는 분리 영역에 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급 수단과, 상기 회전 테이블에 공급된 각 반응 가스 및 분리 가스를 배기하기 위한 배기구와, 상기 진공 용기를 가열 또는 냉각할 수 있도록 구성된 온도 조절 수단을 구비하도록 성막 장치를 구성한다.

성막 장치, 진공 용기, 회전 테이블, 반응 가스, 분리 가스

Description

성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체 {FILM DEPOSITION APPARATUS, FILM DEPOSITION METHOD, AND COMPUTER-READABLE STORAGE MEDIUM}

본 발명은 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고, 또한 이 공급 사이클을 다수회 실행함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스에 있어서의 성막 방법으로서, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함) 등의 표면에 진공 분위기 하에서 제1 반응 가스를 흡착시킨 후, 공급하는 가스를 제2 반응 가스로 절환하고, 양 가스의 반응에 의해 1층 혹은 복수층의 원자층이나 분자층을 형성하여, 이 사이클을 다수회 행함으로써, 이들의 층을 적층하여, 기판 상으로의 성막을 행하는 프로세스가 알려져 있다. 이 프로세스는, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)나 MLD(Molecular Layer Deposition) 등으로 불리고 있고, 사이클수에 따라서 막 두께를 고정밀도로 컨트롤할 수 있는 동시에, 막질의 면내 균일성도 양호하고, 반도체 디바이스의 박막화에 대응할 수 있는 유효한 방법이다.

이와 같은 성막 방법의 적합한 예로서는, 예를 들어 게이트 산화막에 사용되 는 고유전체막의 성막을 들 수 있다. 일례를 들면, 실리콘 산화막(SiO₂막)을 성막하는 경우에는, 제1 반응 가스(원료 가스)로서, 예를 들어 비스터셜부틸아미노실란(이하, 「BTBAS」라고 함) 가스 등이 사용되고, 제2 반응 가스(산화 가스)로서 오존 가스 등이 사용된다. BTBAS 가스는 상온에서 액체이므로, 가열, 기화시켜 기판에 공급한다.

이와 같은 성막 방법을 실시하는 장치로서는, 진공 용기의 상부 중앙에 가스 샤워 헤드를 구비하는 매엽식 성막 장치를 사용하여, 기판의 중앙부 상방측으로부터 반응 가스를 공급하여, 미반응의 반응 가스 및 반응 부생성물을 처리 용기의 저부로부터 배기하는 방법이 검토되고 있다. 그런데 상기한 성막 방법은 퍼지 가스에 의한 가스 치환에 긴 시간이 걸리고, 또한 사이클수도, 예를 들어 수백회나 되므로, 처리 시간이 길다고 하는 문제가 있어, 고처리량으로 처리할 수 있는 장치, 방법이 요망되어 있다.

상술한 배경으로부터, 복수매의 기판을 진공 용기 내의 회전 테이블에 회전 방향으로 배치하여 성막 처리를 행하는 장치를 사용하여 ALD 또는 MLD를 행하는 것이 검토되고 있다. 보다 구체적으로, 이와 같은 성막 장치에서는, 예를 들어 상기 진공 용기 내의 회전 테이블의 회전 방향으로 서로 이격된 위치에 각각 다른 반응 가스가 공급되어 성막 처리가 행해지는 처리 영역이 복수 형성되고, 또한 상기 회전 방향에 있어서 처리 영역과 처리 영역 사이의 영역은, 이들 처리 영역의 분위기를 분리하기 위한 분리 가스가 공급되는 분리 가스 공급 수단을 구비하는 분리 영 역으로서 구성된다.

성막 처리 시에는 상기 분리 가스 공급 수단으로부터 분리 가스가 공급되고, 그 분리 가스가 회전 테이블 상을 회전 방향 양측으로 확산되어, 분리 영역에서 각 반응 가스끼리의 혼합을 저지하기 위한 분리 공간이 형성된다. 그리고, 처리 영역에 공급된 반응 가스는, 예를 들어 그 회전 방향 양측으로 확산된 분리 가스와 함께 진공 용기 내에 형성된 배기구로부터 배기된다. 이와 같이 처리 영역에서 처리 가스를, 분리 영역에서 분리 가스를 각각 공급하는 한편, 상기 회전 테이블을 회전시켜 그 테이블에 적재된 웨이퍼를 하나의 처리 영역으로부터 다른 처리 영역으로, 다른 처리 영역으로부터 하나의 처리 영역으로 교대로 반복해서 이동시켜, ALD 또는 MLD 처리를 행한다. 이와 같은 성막 장치에서는 상기와 같은 처리 분위기에 있어서의 가스 치환이 불필요해지고, 또한 복수매의 기판에 동시에 성막할 수 있으므로, 높은 처리량이 얻어지는 것이 예상된다.

특허 문헌 1 등에는 복수매의 웨이퍼를 상하 방향으로 보유 지지구에 의해 보유 지지하고, 석영에 의해 구성된 반응관 중에서 처리를 행하는 것이 기재되어 있지만, 이 ALD 또는 MLD를 행하는 성막 장치에 있어서는, 가공이 용이하고, 대형의 것을 제조하기 쉬운 것 등으로부터, 예를 들어 알루미늄 등의 금속에 의해 구성하는 것이 검토되고 있다.

그런데, 상기한 성막 처리에 있어서는, 웨이퍼의 가열 온도를 350℃ 내지 600℃의 범위에서, 예를 들어 로트마다 변화시키는 것이 요구되고 있다. 그러나, 이 성막 처리를 행하는 장치에 있어서 웨이퍼를 가열 수단에 의해 가열할 때에는, 이 가열 수단으로부터의 열을 받아 진공 용기도 가열된다. 그리고, 알루미늄에 의해 진공 용기를 구성한 경우, 웨이퍼의 가열 온도가 상기한 범위에서 낮고, 예를 들어 350℃ 정도일 때에는, 그 진공 용기의 승온이 작다. 이와 같이 진공 용기의 온도가 낮은 상태로 BTBAS 가스가 웨이퍼에 공급되면, 그 가스가 진공 용기의 표면에서 액화되어 버려, 정상의 성막 처리를 행할 수 없게 되어 버릴 우려가 있다.

그 BTBAS 가스의 액화를 방지하기 위해, 진공 용기를 둘러싸는 단열재를 구비하는 맨틀 히터를 설치하여, 저온에서 성막 처리를 행할 때에는 진공 용기를 가열하는 것도 생각된다. 그러나, 그와 같이 웨이퍼의 가열 온도가 낮을 때의 문제가 있는 한편, 웨이퍼의 가열 온도를 높게, 예를 들어 600℃로 했을 때에는 상기 진공 용기의 온도가 지나치게 상승해 버려, 그 강도가 저하되어 용기 내를 진공으로 유지할 수 없게 되거나, 회전 테이블의 웨이퍼의 적재면을 수평으로 지지할 수 없게 되어, 정상의 성막 처리를 행할 수 없게 될 우려가 있다. 상기와 같이 맨틀 히터를 설치한 경우에는, 단열재에 의해 진공 용기로부터의 방열이 억제되어, 진공 용기의 온도가 높아지므로, 그와 같은 문제가 보다 일어나기 쉬워질 우려가 있다.

또한, 상기와 같이 웨이퍼의 가열 온도가 진공 용기의 온도에 영향을 미치지만, 진공 용기를 가열한 경우에는, 진공 용기의 온도가 웨이퍼의 가열 온도에 영향을 미치므로, 상기와 같이 반응 가스의 액화나 고화가 일어나지 않고 또한 진공 용기의 강도가 저하되지 않는 범위로 진공 용기의 온도가 컨트롤된다고 해도, 성막되는 막질을 향상시키기 위해 상기 진공 용기의 온도는 정밀도 높게 컨트롤되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기와 같이 단순히 맨틀 히터를 설치한 경우, 단열재에 의 해 진공 용기로부터의 방열을 하기 어려우므로, 그와 같은 정밀도 높은 진공 용기의 온도 컨트롤이 어렵다고 하는 문제도 있다.

그런데, 회전 테이블에 웨이퍼를 적재하여 성막을 행하는 장치는 이하와 같이 이미 알려져 있다. 특허 문헌 2에는 편평한 원통 형상의 진공 용기를 좌우로 분리하여, 좌측 영역 및 우측 영역에 반원의 윤곽을 따라서 형성된 배기구가 상향으로 배기되도록 형성되는 동시에, 좌측 반원의 윤곽과 우측 반원의 윤곽 사이, 즉 진공 용기의 직경 영역에는 분리 가스의 토출구가 형성되어 있다. 우측 반원 영역 및 좌측 반원 영역에는 서로 다른 원료 가스의 공급 영역이 형성되어, 진공 용기 내의 회전 테이블이 회전함으로써 워크 피스가 우측 반원 영역, 분리 영역(D) 및 좌측 반원 영역을 통과하는 동시에, 양 원료 가스는 배기구로부터 배기된다. 그리고, 분리 가스가 공급되는 분리 영역(D)의 천장은 원료 가스의 공급 영역보다도 낮게 되어 있다.

그러나, 이 장치는 분리 가스의 토출구와 반응 가스의 공급 영역 사이에 상향의 배기구를 형성하여, 반응 가스를 이 배기구로부터 분리 가스와 함께 배기하는 방법을 채용하고 있으므로, 워크 피스로 토출된 반응 가스가 상향류로 되어 배기구로부터 흡입되므로, 파티클의 말려 올라감을 수반하여, 웨이퍼로의 파티클 오염을 일으키기 쉽다고 하는 결점이 있다.

특허 문헌 3에는 웨이퍼 지지 부재(회전 테이블) 상에 회전 방향을 따라서 4매의 웨이퍼를 등거리로 배치하는 한편, 웨이퍼 지지 부재와 대향하도록 제1 반응 가스 토출 노즐 및 제2 반응 가스 토출 노즐을 회전 방향을 따라서 등거리로 배치 하고, 또한 이들 노즐 사이에 퍼지 노즐을 배치하여, 웨이퍼 지지 부재를 수평 회전시키는 구성이 기재되어 있다. 각 웨이퍼는 웨이퍼 지지 부재에 의해 지지되어, 웨이퍼의 표면은 웨이퍼 지지 부재의 상면으로부터 웨이퍼의 두께만큼 상방에 위치하고 있다. 또한, 각 노즐은 웨이퍼 지지 부재의 직경 방향으로 신장되도록 설치되고, 웨이퍼와 노즐의 거리는 0.1㎜ 이상인 것이 기재되어 있다. 진공 배기는 웨이퍼 지지 부재의 외측 테두리와 처리 용기의 내벽 사이로부터 행해진다. 이와 같은 장치에 따르면, 퍼지 가스 노즐의 하방이, 말하자면 에어 커튼의 역할을 함으로써 제1 반응 가스와 제2 반응 가스의 혼합을 방지하고 있다.

그러나, 웨이퍼 지지 부재가 회전하고 있기도 하므로, 퍼지 가스 노즐로부터의 에어 커튼 작용만으로는 그 양측의 반응 가스가 통과해 버려, 특히 회전 방향 상류측으로부터 상기 에어 커튼 중을 확산해 버리는 것은 피할 수 없다. 또한, 제1 반응 가스 토출 노즐로부터 토출된 제1 반응 가스는 회전 테이블에 상당하는 웨이퍼 지지 부재의 중심부를 통해 용이하게 제2 반응 가스 토출 노즐로부터의 제2 반응 가스 확산 영역에 도달해 버린다. 이와 같이 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 웨이퍼 상에서 혼합되어 버리면, 웨이퍼 표면에 반응 생성물이 부착되어, 양호한 ALD(혹은 MLD) 처리를 할 수 없게 된다.

특허 문헌 4에는 진공 용기 내를 격벽에 의해 둘레 방향으로 복수의 처리실로 분할하는 동시에, 격벽의 하단부에 대해 미세 간극을 통해 회전 가능한 원형의 적재대를 설치하여, 이 적재대 상에 웨이퍼를 복수 배치하는 구성이 기재되어 있다. 이 장치는 격벽과 적재대 혹은 웨이퍼 사이의 간극으로부터 프로세스 가스가 이웃하는 처리실로 확산되고, 또한 복수의 처리실 사이에 배기실을 설치하고 있으므로, 웨이퍼가 이 배기실을 통과할 때에 상류측 및 하류측의 처리실로부터의 가스가 상기 배기실에서 혼합된다. 이로 인해, 소위 ALD 방식의 성막 방법에는 적용할 수 없다.

특허 문헌 5에는 원형의 가스 공급판을 둘레 방향으로 8개로 구획하고, AsH₃ 가스의 공급구, H₂ 가스의 공급구, TMG 가스의 공급구 및 H₂ 가스의 공급구를 90도씩 어긋나게 하여 배치하고, 또한 이들 가스 공급구 사이에 배기구를 형성하고, 이 가스 공급판과 대향시켜 웨이퍼를 지지한 서셉터를 회전시키는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 방법은 2개의 반응 가스의 분리에 대해 현실적인 수단이 전혀 개시되어 있지 않고, 서셉터의 중심 부근에 있어서는 물론, 실제로는 중심 부근 이외에 있어서도 H₂ 가스의 공급구의 배열 영역을 통해 2개의 반응 가스가 혼합되어 버린다. 또한, 웨이퍼의 통과 영역과 대향하는 면에 배기구를 형성하면, 서셉터 표면으로부터의 파티클의 말려 올라감 등에 의해 웨이퍼의 파티클 오염이 일어나기 쉽다고 하는 치명적인 문제도 있다.

또한, 특허 문헌 6에는 회전 테이블의 상방 영역을 십(十)자로 4개의 수직벽으로 구획하고, 이와 같이 하여 구획된 4개의 적재 영역에 웨이퍼를 적재하는 동시에, 소스 가스 인젝터, 반응 가스 인젝터, 퍼지 가스 인젝터를 회전 방향으로 교대로 배치하여 십자의 인젝터 유닛을 구성하고, 이들 인젝터를 상기 4개의 적재 영역에 순서대로 위치시키도록 인젝터 유닛을 수평 회전시키고 또한 회전 테이블의 주 변으로부터 진공 배기하는 구성이 기재되어 있다. 그러나 이와 같은 구성에 있어서는, 각 적재 영역에 소스 가스 혹은 반응 가스를 공급한 후, 퍼지 가스 노즐에 의해 상기 적재 영역의 분위기를 퍼지 가스로 치환하기 위해 긴 시간이 걸린다. 또한, 하나의 적재 영역으로부터 수직벽을 넘어 인접하는 적재 영역에 소스 가스 혹은 반응 가스가 확산되어, 양 가스가 적재 영역에서 반응할 우려가 크다.

또한, 특허 문헌 7(특허 문헌 8, 9)에는 타깃(웨이퍼에 상당함)에 복수의 가스를 교대로 흡착시키는 원자층 CVD 방법을 실시하는 데 있어서, 웨이퍼를 적재하는 서셉터를 회전시켜, 서셉터의 상방으로부터 소스 가스와 퍼지 가스를 공급하는 장치가 기재되어 있다. 단락 0023으로부터 0025에는 챔버의 중심으로부터 방사상으로 격벽이 연장되어 있고, 격벽의 아래에 반응 가스 또는 퍼지 가스를 서셉터에 공급하는 가스 유출 구멍이 형성되어 있는 것, 격벽으로부터의 가스 유출 구멍으로부터 불활성 가스를 유출시킴으로써 가스 커튼을 형성하는 것이 기재되어 있다. 배기에 관해서는 단락 0058에 처음으로 기재되고, 이 기재에 따르면, 소스 가스와 퍼지 가스를 각각 배기 채널(30a, 30b)로부터 따로따로 배기하도록 되어 있다. 이와 같은 구성에서는, 퍼지 가스 컴파트먼트에 있어서 양측의 소스 가스 컴파트먼트에 있어서의 소스 가스의 혼합을 피할 수 없어, 반응 생성물이 발생하여 웨이퍼로의 파티클 오염이 발생한다. 이 특허 문헌 6은 해독이 곤란해, 상술한 것 이외의 구성에 대해서는 파악이 곤란하다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2008-186852호 공보

[특허 문헌 2] 미국 특허 공보 제7,153,542호

[특허 문헌 3] 일본 특허 출원 공개 제2001-254181호 공보

[특허 문헌 4] 일본 특허 제3144664호 공보

[특허 문헌 5] 일본 특허 출원 공개 평4-287912호 공보

[특허 문헌 6] 미국 특허 공보 제6,634,314호

[특허 문헌 7] 일본 특허 출원 공개 제2007-247066호 공보

[특허 문헌 8] 미국 특허 공개 공보 제2007-218701호

[특허 문헌 9] 미국 특허 공개 공보 제2007-218702호

본 발명은 이와 같은 사정에 기초하여 행해진 것으로, 그 목적은 기판의 표면에 서로 반응하는 복수의 반응 가스를 순서대로 공급하여 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 데 있어서, 기판의 가열에 의한 성막 처리로의 영향을 억제할 수 있는 성막 장치, 성막 방법 및 그 성막 방법을 실시하는 프로그램을 포함한 기억 매체를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 성막 장치는 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고 또한 이 공급 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치이며, 상기 진공 용기 내에 설치되어, 기판을 적재하는 기판 적재 영역을 갖는 회전 테이블과, 이 회전 테이블에 적재된 기판을 가열하기 위해 설치된 기판 가열 수단과, 상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 서로 이격되어 설치되어, 상기 회전 테이블에 있어서의 기판의 적재 영역측의 면에 각각 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급하기 위한 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단과, 제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해, 상기 둘레 방향에 있어서 이들 처리 영역 사이에 위치하는 분리 영역에 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급 수단과, 상기 회전 테이블에 공급된 각 반응 가스 및 분리 가스를 배기하기 위한 배기구와, 상기 진공 용기를 가열 또는 냉각할 수 있도록 구성된 온도 조절 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 성막 방법은 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하고 또한 이 공급 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 방법이며, 상기 진공 용기 내의 회전 테이블의 기판 적재 영역에 기판을 적재하여, 상기 회전 테이블을 회전시키는 공정과, 상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 서로 이격되어 상기 진공 용기에 설치된 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단으로부터, 상기 회전 테이블에 있어서의 기판의 적재 영역측의 면에 각각 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 공급하는 공정과, 상기 회전 방향에 있어서 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단 사이에 위치하는 분리 영역에 설치된 분리 가스 공급 수단으로부터 분리 가스를 공급하여, 제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역의 분위기를 분리하는 공정과, 배기구로부터 상기 회전 테이블에 공급된 각 반응 가스 및 분리 가스를 배기하는 공정과, 기판 가열 수단에 의해 회전 테이블에 적재된 기판을 가열하는 공정과, 온도 조절 수단에 의해 상기 진공 용기를 가열 또는 냉각하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 진공 용기 내에 설치되어, 기판을 적재하는 기판 적재 영역을 갖는 회전 테이블과, 이 회전 테이블에 적재된 기판을 가열하기 위해 설치된 기판 가열 수단과, 처리 영역을 형성하는 반응 가스 공급 수단과, 분리 영역에 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급 수단과, 상기 진공 용기를 가열 또는 냉각할 수 있도록 구성된 온도 조절 수단이 설치되어 있다. 따라서 상기 기판 가열 수단에 의해 진공 용기의 온도가 영향을 받는 것이 억제되므로, 상기 진공 용기가 지나치게 가열됨으로써 그 강도가 저하되거나, 진공 용기 내의 온도가 각 가스로 영향을 미치는 것이 억제된다. 그 결과로서 성막 처리가 영향을 받는 것이 억제된다.

본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면과 함께 설명한다.

본 발명의 실시 형태인 성막 장치는, 도 1(도 3의 I-I'선을 따른 단면도)에 도시한 바와 같이 평면 형상이 대략 원형인 편평한 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되어, 상기 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는 알루미늄에 의해 구성되어 있고, 그 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 분리할 수 있도록 구성되어 있다. 천장판(11)은 내부의 감압 상태에 의해 밀봉 부재, 예를 들어 O링(13)을 통해 용기 본체(12)측으로 압박되어 있어 기밀 상태를 유지하고 있지만, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 분리할 때에는 도시하지 않은 구동 기구에 의해 상방으로 들어올려진다.

회전 테이블(2)은 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되고, 이 코어부(21)는 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(22)은 진공 용기(1)의 저면부(14)를 관통하여, 그 하단부가 상기 회전축(22)을 연직축 주위로, 본 예에서는 시계 방향으로 회전시키는 구동부(23)에 설치되어 있 다. 회전축(22) 및 구동부(23)는 상면이 개방된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 이 케이스체(20)는 그 상면에 설치된 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저면부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있어, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지되어 있다.

회전 테이블(2)의 표면부에는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 회전 방향(둘레 방향)을 따라서 복수매(예를 들어, 5매)의 기판인 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 기판 적재 영역인 원형 형상의 오목부(24)가 형성되어 있고, 이 오목부(24)는 그 직경이 웨이퍼(W)의 직경보다도 약간 크게 형성되어, 웨이퍼(W)를 위치 결정하여 회전 테이블(2)의 회전에 수반하는 원심력에 의해 튀어나오지 않도록 하는 역할을 갖는다. 또한, 도 3에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 그리고 있다.

여기서, 도 4a 및 도 4b는 회전 테이블(2)을 동심원을 따라서 절단하고 또한 가로로 전개하여 도시하는 전개도이다. 도 4a에 도시한 바와 같이 웨이퍼를 오목부(24)에 떨어뜨려 넣으면, 웨이퍼의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(웨이퍼가 적재되지 않는 영역)이 대략 제로로 되도록 오목부(24)가 형성되어 있어, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면 사이의 높이의 차에 의해 발생하는 압력 변동을 억제하여, 막 두께의 면내 균일성을 일치시킬 수 있도록 되어 있다. 오목부(24)의 저면에는 웨이퍼(W)의 이면을 지지하여 상기 웨이퍼(W)를 승강시켜, 웨이퍼(W)의 반송 기구(10)와 전달을 행하기 위한, 예를 들어 후술하는 3개의 승강 핀(도 9 참조)이 관통하는 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 진공 용기(1)에는 회전 테이블(2)에 있어서의 오목부(24)의 통과 영역과 각각 대향하는 위치에 제1 반응 가스 노즐(31) 및 제2 반응 가스 노즐(32)과 2개의 분리 가스 노즐(41, 42)이 진공 용기(1)의 둘레 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 서로 간격을 두고 중심부로부터 방사상으로 신장되어 있다. 이들 반응 가스 노즐(31, 32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)은, 예를 들어 진공 용기(1)의 측주위벽에 설치되어 있고, 그 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a, 42a)는 상기 측벽을 관통하고 있다.

가스 노즐(31, 32, 41, 42)은, 도시한 예에서는 진공 용기(1)의 주위벽부로부터 진공 용기(1) 내로 도입되어 있지만, 후술하는 환 형상의 돌출부(5)로부터 도입해도 좋다. 이 경우, 돌출부(5)의 외주면과 천장판(11)의 외표면으로 개방되는 L자형의 도관을 설치하여, 진공 용기(1) 내에서 L자형의 도관의 한쪽의 개구에 가스 노즐[31(32, 41, 42)]을 접속하고, 진공 용기(1)의 외부에서 L자형의 도관의 다른 쪽의 개구에 가스 도입 포트[31a(32a, 41a, 42a)]를 접속하는 구성을 채용할 수 있다.

반응 가스 노즐(31, 32)은 각각 제1 반응 가스인 BTBAS(비스터셜부틸아미노실란) 가스의 가스 공급원 및 제2 반응 가스인 O₃(오존) 가스의 가스 공급원(모두 도시하지 않음)에 접속되어 있고, 분리 가스 노즐(41, 42)은 모두 분리 가스인 N₂ 가스(질소 가스)의 가스 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 본 예에서는, 제2 반응 가스 노즐(32), 분리 가스 노즐(41), 제1 반응 가스 노즐(31) 및 분리 가 스 노즐(42)이 이 순서로 시계 방향으로 배열되어 있다.

반응 가스 노즐(31, 32)에는 하방측으로 반응 가스를 토출하기 위한 토출 구멍(33)이 노즐의 길이 방향으로 간격을 두고 배열되어 있다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)에는 하방측으로 분리 가스를 토출하기 위한 토출 구멍(40)이 길이 방향으로 간격을 두고 천공되어 있다. 반응 가스 노즐(31, 32)은 각각 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단에 상당하고, 그 하방 영역은 각각 BTBAS 가스를 웨이퍼에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1) 및 O₃ 가스를 웨이퍼에 흡착시키기 위한 제2 처리 영역(P2)으로 된다.

분리 가스 노즐(41, 42)은 상기 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)을 분리하기 위한 분리 영역(D)을 형성하기 위한 것으로, 이 분리 영역(D)에 있어서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는, 도 2 내지 도 4b에 도시한 바와 같이 회전 테이블(2)의 회전 중심을 중심으로 하고 또한 진공 용기(1)의 내주벽의 근방을 따라서 그려지는 원을 둘레 방향으로 분할하여 이루어지는, 평면 형상이 부채형이고 하방으로 돌출된 볼록 형상부(4)가 설치되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 이 볼록 형상부(4)에 있어서의 상기 원의 둘레 방향 중앙에서 상기 원의 반경 방향으로 신장되도록 형성된 홈부(43) 내에 수납되어 있다. 즉, 분리 가스 노즐[41(42)]의 중심축으로부터 볼록 형상부(4)인 부채형의 양 테두리(회전 방향 상류측의 테두리 및 하류측의 테두리)까지의 거리는 동일한 길이로 설정되어 있다. 또한, 홈부(43)는, 본 실시 형태에서는 볼록 형상부(4)를 이등분하도록 형성되어 있지만, 다른 실 시 형태에 있어서는, 예를 들어 홈부(43)로부터 볼 때 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측이 상기 회전 방향 하류측보다도 넓어지도록 홈부(43)를 형성해도 좋다.

따라서, 분리 가스 노즐(41, 42)에 있어서의 상기 둘레 방향 양측에는 상기 볼록 형상부(4)의 하면인, 예를 들어 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)이 존재하고, 이 천장면(44)의 상기 둘레 방향 양측에는 상기 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 존재하게 된다. 이 볼록 형상부(4)의 역할은 회전 테이블(2)과의 사이에 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스의 침입을 저지하여 이들 반응 가스의 혼합을 저지하기 위한 협애한 공간인 분리 공간을 형성하는 데 있다.

예를 들어, 분리 가스 노즐(41)의 경우, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 O₃ 가스가 침입하는 것을 저지하는 동시에, 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측으로부터 BTBAS 가스가 침입하는 것을 저지한다. 「가스의 침입을 저지한다」는 것은, 분리 가스 노즐(41)로부터 토출된 분리 가스인 N₂ 가스가 제1 천장면(44)과 회전 테이블(2)의 표면 사이로 확산되어, 본 예에서는 제1 천장면(44)에 인접하는 제2 천장면(45)의 하방측 공간으로 분출되어, 이에 의해 인접 공간으로부터의 가스를 침입할 수 없게 되는 것을 의미한다. 그리고 「가스가 침입할 수 없게 된다」는 것은, 인접 공간으로부터 볼록 형상부(4)의 하방측 공간으로 전혀 들어갈 수 없는 경우만을 의미하는 것이 아니라, 다소 침입은 하지만, 양측으로부터 각각 침입한 O₃ 가스 및 BTBAS 가스가 볼록 형상부(4) 내에서 서로 섞이지 않는 상 태가 확보되는 경우도 의미하고, 이와 같은 작용이 얻어지는 한, 분리 영역(D)의 역할인 제1 처리 영역(P1)의 분위기와 제2 처리 영역(P2)의 분위기의 분리 작용을 발휘할 수 있다. 따라서, 협애한 공간에 있어서의 협애의 정도는, 협애한 공간[볼록 형상부(4)의 하방 공간]과 상기 공간에 인접한 영역[본 예에서는 제2 천장면(45)의 하방 공간]의 압력차가 「가스가 침입할 수 없게 된다」는 작용을 확보할 수 있을 정도의 크기가 되도록 설정되고, 그 구체적인 치수는 볼록 형상부(4)의 면적 등에 따라서 상이하다고 할 수 있다. 또한, 웨이퍼에 흡착한 가스에 대해서는 당연히 분리 영역(D) 내를 통과할 수 있고, 가스의 침입 저지는 기상 중의 가스를 의미하고 있다.

한편, 천장판(11)의 하면에는 회전 테이블(2)에 있어서의 코어부(21)보다도 외주측의 부위와 대향하도록 또한 상기 코어부(21)의 외주를 따라서 돌출부(5)가 형성되어 있다. 이 돌출부(5)는 볼록 형상부(4)에 있어서의 상기 회전 중심측의 부위와 연속해서 형성되어 있고, 그 하면이 볼록 형상부(4)의 하면[천장면(44)]과 동일한 높이로 형성되어 있다. 도 2 및 도 3은 상기 천장면(45)보다도 낮고 또한 분리 가스 노즐(41, 42)보다도 높은 위치에서 천장판(11)을 수평으로 절단하여 도시하고 있다. 또한, 돌출부(5)와 볼록 형상부(4)는 반드시 일체인 것으로 한정되는 것이 아니라, 별체라도 좋다.

볼록 형상부(4) 및 분리 가스 노즐[41(42)]의 조합 구조의 제작 방법에 대해서는, 볼록 형상부(4)를 이루는 1매의 부채형 플레이트의 중앙에 홈부(43)를 형성하여 이 홈부(43) 내에 분리 가스 노즐[41(42)]을 배치하는 구조로 한정되지 않고, 2매의 부채형 플레이트를 사용하여 분리 가스 노즐[41(42)]의 양측 위치에서 천장판 본체의 하면에 볼트 체결 등에 의해 고정하는 구성 등이라도 좋다. 본 예에서는, 분리 가스 노즐[41(42)]은 바로 아래를 향한, 예를 들어 구경이 0.5㎜인 토출 구멍이 노즐의 길이 방향을 따라서, 예를 들어 10㎜의 간격을 두고 배열되어 있다. 또한, 반응 가스 노즐(31, 32)에 대해서도, 바로 아래를 향한 예를 들어, 구경이 0.5㎜인 토출 구멍이 노즐의 길이 방향을 따라서, 예를 들어 10㎜의 간격을 두고 배열되어 있다.

본 예에서는 직경 300㎜의 웨이퍼(W)를 피처리 기판으로 하고 있고, 이 경우 볼록 형상부(4)는 회전 중심으로부터 140㎜ 이격된 돌출부(5)와의 경계 부위에 있어서는, 둘레 방향의 길이[회전 테이블(2)과 동심원의 원호의 길이]가, 예를 들어 146㎜이고, 웨이퍼의 적재 영역[오목부(24)]의 가장 외측 부위에 있어서는, 둘레 방향의 길이가, 예를 들어 502㎜이다. 또한, 도 4a에 도시한 바와 같이, 상기 외측 부위에 있어서 분리 가스 노즐[41(42)]의 양쪽으로부터 각각 좌우에 위치하는 볼록 형상부(4)의 둘레 방향의 길이(L)로 보면, 길이(L)는 246㎜이다.

또한, 도 4a에 도시한 바와 같이 볼록 형상부(4)의 하면, 즉 천장면(44)에 있어서의 회전 테이블(2)의 표면으로부터의 높이(h)는, 예를 들어 0.5㎜ 내지 10㎜라도 좋고, 약 4㎜이면 적합하다. 이 경우, 회전 테이블(2)의 회전수는, 예를 들어 1rpm 내지 500rpm으로 설정되어 있다. 분리 영역(D)의 분리 기능을 확보하기 위해서는, 회전 테이블(2)의 회전수의 사용 범위 등에 따라서 볼록 형상부(4)의 크기나 볼록 형상부(4)의 하면[제1 천장면(44)]과 회전 테이블(2)의 표면과의 높 이(h)를, 예를 들어 실험 등에 기초하여 설정하게 된다. 또한, 분리 가스로서는, N₂ 가스로 한정되지 않고 Ar 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있지만, 불활성 가스로 한정되지 않고 수소 가스 등이라도 좋고, 성막 처리에 영향을 미치지 않는 가스이면, 가스의 종류에 관해서는 특별히 한정되는 것은 아니다.

진공 용기(1)의 천장판(11)의 하면, 즉 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역[오목부(24)]으로부터 본 천장면은, 상술한 바와 같이 제1 천장면(44)과 이 천장면(44)보다도 높은 제2 천장면(45)이 둘레 방향에 존재하지만, 도 1에서는 높은 천장면(45)이 설치되어 있는 영역에 대한 종단면을 도시하고 있고, 도 5에서는 낮은 천장면(44)이 설치되어 있는 영역에 대한 종단면을 도시하고 있다. 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부[진공 용기(1)의 외측 테두리측의 부위]는, 도 2 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되어 굴곡부(46)를 형성하고 있다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)측에 설치되어 있고, 용기 본체(12)로부터 제거할 수 있도록 되어 있으므로, 상기 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 약간 간극이 있다. 이 굴곡부(46)도 볼록 형상부(4)와 마찬가지로 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 방지하여, 양 반응 가스의 혼합을 방지하는 목적으로 설치되어 있고, 굴곡부(46)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면의 간극 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극은 회전 테이블(2)의 표면에 대한 천장면(44)의 높이(h)와 동일한 치수로 설정되어 있다. 본 예에 있어서는, 회전 테이블(2)의 표면측 영역으로부터는 굴곡 부(46)의 내주면이 진공 용기(1)의 내주벽을 구성하고 있다고 볼 수 있다.

용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역(D)에 있어서는, 도 5에 도시한 바와 같이 상기 굴곡부(46)의 외주면과 접근하여 수직면으로 형성되어 있지만, 분리 영역(D) 이외의 부위에 있어서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저면부(14)에 걸쳐서 종단면 형상이 직사각형으로 절결되어 외측으로 움푹 패인 구조로 되어 있다. 이 움푹 패인 부분을 배기 영역(6)이라고 부르는 것으로 하면, 이 배기 영역(6)의 저부에는 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 예를 들어 2개의 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 이들 배기구(61, 62)는 각각 배기관(63)을 통해 진공 배기 수단인, 예를 들어 공통의 진공 펌프(64)에 접속되어 있다. 또한, 도 1 중, 부호 65는 압력 조정 수단으로, 배기구(61, 62)마다 설치해도 좋고, 공통화되어 있어도 좋다. 배기구(61, 62)는 분리 영역(D)의 분리 작용이 확실하게 작용하도록 평면에서 보았을 때에 상기 분리 영역(D)의 상기 회전 방향 양측에 형성되어, 각 반응 가스(BTBAS 가스 및 O₃ 가스)의 배기를 전용으로 행하도록 하고 있다. 본 예에서는, 한쪽의 배기구(61)는 제1 반응 가스 노즐(31)과 이 반응 가스 노즐(31)에 대해 상기 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역(D) 사이에 형성되고, 또한 다른 쪽의 배기구(62)는 제2 반응 가스 노즐(32)과 이 반응 가스 노즐(32)에 대해 상기 회전 방향 하류측에 인접하는 분리 영역(D) 사이에 형성되어 있다.

배기구의 형성수는 2개로 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 분리 가스 노 즐(42)을 포함하는 분리 영역(D)과 상기 분리 영역(D)에 대해 상기 회전 방향 하류측에 인접하는 제2 반응 가스 노즐(32) 사이에 배기구를 더 형성하여 3개로 해도 좋고, 4개 이상이라도 좋다. 본 예에서는, 배기구(61, 62)는 회전 테이블(2)보다도 낮은 위치에 형성함으로써 진공 용기(1)의 내주벽과 회전 테이블(2)의 주연 사이의 간극으로부터 배기하도록 하고 있지만, 진공 용기(1)의 저면부에 형성하는 것으로 한정되지 않고, 진공 용기(1)의 측벽에 형성해도 좋다. 또한, 배기구(61, 62)는, 진공 용기(1)의 측벽에 형성하는 경우에는 회전 테이블(2)보다도 높은 위치에 형성해도 좋다. 이와 같이 배기구(61, 62)를 형성함으로써 회전 테이블(2) 상의 가스는 회전 테이블(2)의 외측을 향해 흐르기 때문에, 회전 테이블(2)에 대향하는 천장면으로부터 배기하는 경우에 비해 파티클의 말려 올라감이 억제된다고 하는 관점에 있어서 유리하다.

상기 회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저면부(14) 사이의 공간에는, 도 1, 도 2 및 도 6에 도시한 바와 같이 기판 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼를 프로세스 레시피에서 결정된 온도로 가열하도록 되어 있다. 상기 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 배기 영역(6)에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여 있는 분위기를 구획하기 위해, 히터 유닛(7)을 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸도록 커버 부재(71)가 설치되어 있다. 이 커버 부재(71)는 상부 테두리가 외측으로 굴곡되어 플랜지 형상으로 형성되고, 그 굴곡면과 회전 테이블(2)의 하면 사이의 간극을 작게 하여, 커버 부재(71) 내에 외측으로부터 가스가 침입하는 것을 억제하고 있다.

히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심 근처의 부위에 있어서의 저면부(14)는 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근, 코어부(21)에 접근하여 그 사이는 좁은 공간으로 되어 있고, 또한 상기 저면부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍에 대해서도 그 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있고, 이들 좁은 공간은 상기 케이스체(20) 내에 연통하고 있다. 그리고, 상기 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 N₂ 가스를 상기 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 설치되어 있다. 또한, 진공 용기(1)의 저면부(14)에는 히터 유닛(7)의 하방측 위치에서 둘레 방향의 복수 부위에, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이 설치되어 있다.

이와 같이 퍼지 가스 공급관(72, 73)을 설치함으로써 도 7에 퍼지 가스의 흐름을 화살표로 나타낸 바와 같이, 케이스체(20) 내로부터 히터 유닛(7)의 배치 공간에 이르기까지의 공간이 N₂ 가스로 퍼지되어, 이 퍼지 가스가 회전 테이블(2)과 커버 부재(71) 사이의 간극으로부터 배기 영역(6)을 통해 배기구(61, 62)로 배기된다. 이에 의해, 상술한 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)의 한쪽으로부터 회전 테이블(2)의 하방을 통해 다른 쪽으로 BTBAS 가스 혹은 O₃ 가스가 유입되는 것이 방지되므로, 이 퍼지 가스는 분리 가스의 역할도 하고 있다.

또한, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있고, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 N₂ 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이 공간(52)에 공급된 분리 가스는 상기 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)을 통해 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라서 주연을 향해 토출되게 된다. 이 돌출부(5)로 둘러싸이는 공간에는 분리 가스가 가득 차 있으므로, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2) 사이에서 회전 테이블(2)의 중심부를 통해 반응 가스(BTBAS 가스 혹은 O₃ 가스)가 혼합되는 것을 방지하고 있다. 즉, 이 성막 장치는 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)의 분위기를 분리하기 위해 회전 테이블(2)의 회전 중심부와 천장판(11)에 의해 구획되고, 분리 가스가 퍼지되는 동시에 상기 회전 테이블(2)의 표면에 분리 가스를 토출하는 토출구가 상기 회전 방향을 따라서 형성된 중심부 영역(C)을 구비하고 있다고 할 수 있다. 또한, 여기서 말하는 토출구는 상기 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)에 상당한다.

또한, 진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2, 도 3 및 도 10에 도시한 바와 같이 외부의 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 기판인 웨이퍼의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있고, 이 반송구(15)는 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐되도록 되어 있다. 또한, 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 오목부(24)는 이 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해지므로, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 상기 전달 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼를 이면으로부터 들어올리기 위한 전달용 승강 핀(16)의 승강 기구(도시하지 않음)가 설치된다.

도 1 및 도 9에 도시한 바와 같이, 진공 용기(1)의 저면부(14)의 하측에는 상기 진공 용기(1)의 주연부측, 중심부측에 그 저면부(14)로부터 돌출된 상기 케이스체(20), 퍼지 가스 공급관(73) 및 배기관(63) 이외의 개소에 홈(81a, 81b)이 각각 형성되어 있다. 홈(81b)은 소용돌이치는 것처럼 형성되고, 홈(81a)은 그 홈(81b)의 외측에서 저면부(14)를 주회하도록 형성되어 있다. 각 홈(81a, 81b) 내에는 홈(81a, 81b)을 따라서 온도 조절용 배관(82a, 82b)이 설치되어 있다. 온도 조절용 배관(82a, 82b)에는 진공 용기(1)와 열교환을 행하여 진공 용기(1)를 온도 조절하기 위한 온도 조절용 유체[예를 들어, 갈덴(Galden, 등록 상표) 등]가 흘려지고 있다. 그 온도 조절용 유체와 저면부(14)의 열교환에 의해 저면부(14)의 온도가 조절된다.

또한, 도 1 및 도 10에 도시한 바와 같이, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 상측에는 진공 용기(1)의 주연부측, 중심부측에 각각, 예를 들어 소용돌이 형상의 홈(81c, 81d)이 형성되어 있고, 각 홈(81c, 81d) 내에는 상기 홈(81c, 81d)을 따라서 온도 조절용 배관(82c, 82d)이 배치되어 있다. 온도 조절용 배관(82c, 82d)에는 배관(82a, 82b)과 마찬가지로 갈덴(등록 상표)이 흘려져 있다. 그 갈덴과 천장판(11)의 열교환에 의해 천장판(11)의 온도가 조절된다.

또한, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 진공 용기(1)의 측벽에는 상방으로부터 하방을 향해 진공 용기(1)를 주회하도록 홈(81e)이 형성되어 있고, 이 홈(81e) 내에는 상기 홈(81e)을 따라서 온도 조절용 배관(82e)이 설치되어 있다. 온도 조절용 배관(82e)에 있어서는 온도 조절용 배관(82a 내지 82d)과 마찬가지로 갈덴이 유통하여 상기 측벽이 온도 조절된다. 각 온도 조절용 배관(82a 내지 82e)은 특허청구의 범위에 있어서의 온도 조절 수단을 구성한다.

진공 용기(1)의 저면부(14)의 온도 조절용 배관(82a, 82b), 진공 용기(1)의 천장판(11)의 온도 조절용 배관(82c, 82d), 진공 용기(1)의 측벽의 온도 조절용 배관(82e)의 상류측은 각 홈(81a 내지 81e)의 일단부측으로부터 인출되어, 서로 합류하고, 그 합류관은 밸브(V1), 펌프(83)를 이 순서를 통해 유체 온도 조정부(8)에 접속되어 있다. 밸브(V1)의 개폐 및 펌프(83)의 동작은 제어부(100)에 의해 제어된다.

또한, 온도 조절용 배관(82a 내지 82e)의 하류측은 각 홈(81a 내지 81e)의 타단부측으로부터 인출되어, 서로 합류하고, 그 합류관은 상기 유체 온도 조정부(8)에 접속되어 있고, 온도 조절용 배관(82a 내지 82e)과 유체 온도 조정부(8)에 의해 온도 조절용 유체의 순환로가 형성되어 있다. 유체 온도 조정부(8)는 온도 조절용 유체가 저류되어, 상기 온도 조절용 배관(82a 내지 82e)의 상류측, 하류측이 각각 접속된 저류 탱크와, 상기 저류 탱크 내의 온도 조절용 유체 사이에서 열교환을 행하여 상기 온도 조절용 유체를 냉각하는 냉매의 유로와, 저류 탱크 내의 온도 조절용 유체를 가열하는 히터를 구비하고 있다. 그리고, 상기 냉매의 유통량과, 상기 히터의 전력이 제어부(100)에 의해 제어됨으로써 상기 저류 탱크에 저류된 온도 조절용 유체의 온도가 제어된다.

또한, 본 실시 형태의 성막 장치는 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되고, 이 제어부(100)의 메모리 내에는 장치를 운전하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은 후술하는 장치의 동작을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체로부터 제어부(100) 내에 인스톨된다.

또한, 예를 들어 제어부(100)의 메모리에는 사용자에 의해 설정되는 웨이퍼의 가열 온도에 따라서, 진공 용기(1)를 소정의 온도 범위, 예를 들어 80℃ 내지 100℃로 유지하기 위한 갈덴의 온도가 기억되어 있고, 도시하지 않은 입력 수단으로부터 사용자가 상기 웨이퍼의 가열 온도를 설정하면, 그 가열 온도에 따른 온도로 유체 온도 조정부(8)의 갈덴이 온도 조절된다. 이 진공 용기(1)의 온도 범위는, 본 실시 형태에 있어서는 BTBAS 가스가 사용되므로, 상기 BTBAS 가스가 진공 용기(1) 내에서 액화되지 않고 또한 상기 진공 용기(1)의 강도가 충분히 유지되는 온도 범위이다.

다음에, 상술한 실시 형태의 작용에 대해 설명한다. 우선, 사용자가 도시하지 않은 입력 수단에 웨이퍼의 가열 온도를 입력한다. 이때 진공 용기(1)의 온도는, 예를 들어 40℃이다. 상기 가열 온도가 입력되면, 제어부(100)의 메모리로부터 그 가열 온도에 따른 갈덴의 온도가 판독되어, 그 유체 온도 조정부(8)의 히터의 전력 및 냉매의 유통량이 제어되고, 상기 유체 온도 조정부(8)에 저류된 갈덴이 그 메모리로부터 판독된 온도로 온도 조절된다.

이 성막 처리의 예에서는 웨이퍼(W)의 가열 온도를 350℃로 승온시켜 처리를 행하는 것으로 하고, 상기 갈덴은 유체 온도 조정부(8)에서 90℃로 온도 조절되는 것으로 한다.

그 후, 밸브(V1)가 개방되고, 펌프(83)가 작동하고, 온도 조절된 갈덴이 온도 조절용 배관(82a 내지 82e)을 하류측으로 통류한다. 그 갈덴은 진공 용기(1)의 천장판(11), 저면부(14) 및 측벽의 각 표면을 흘러, 그 열을 이들의 각 부에 부여하여 진공 용기(1)의 온도를 상승시키는 동시에 냉각되고, 온도 조정부(8)로 복귀되고, 그곳으로부터 다시 90℃로 온도 조절되어 온도 조절용 배관(82a 내지 82e)을 하류측으로 흐른다. 계속해서 히터 유닛(7)이 승온하여, 회전 테이블(2)이 가열되는 동시에 히터 유닛(7)으로부터의 열복사를 받아, 진공 용기(1)의 온도가 더욱 상승한다.

그 후, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하여, 외부로부터 반송 아암(10)에 의해 반송구(15)를 통해 웨이퍼를 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내로 전달한다. 이 전달은 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지했을 때에 도 8에 도시한 바와 같이 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해 진공 용기(1)의 저부측으로부터 승강 핀(16)이 승강함으로써 행해진다.

이와 같은 웨이퍼(W)의 전달을, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜 행하여, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다. 계속해서, 진공 펌프(64)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 압력으로 진공화하는 동시에, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 회전시킨다. 웨이퍼(W)의 온도가 도시하지 않은 온도 센서에 의해 설정 온도인 350℃로 된 것을 확인한 후, 제1 반응 가스 노 즐(31) 및 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 각각 BTBAS 가스 및 O₃ 가스를 토출시키는 동시에, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스인 N₂ 가스를 토출한다. 이때 진공 용기(1)의 온도는 상기한 갈덴의 유통과 히터 유닛(7)으로부터의 열복사에 의해, 예를 들어 80℃ 내지 100℃로 유지된다.

웨이퍼(W)는 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 제1 반응 가스 노즐(31)이 설치되는 제1 처리 영역(P1)과 제2 반응 가스 노즐(32)이 설치되는 제2 처리 영역(P2)을 교대로 통과하므로, BTBAS 가스가 흡착되고, 계속해서 O₃ 가스가 흡착되어 BTBAS 분자가 산화되어 산화 실리콘의 분자층이 1층 혹은 복수층 형성되고, 이와 같이 하여 산화 실리콘의 분자층이 순차적으로 적층되어 소정의 막 두께의 실리콘 산화막이 성막된다.

이때 분리 가스 공급관(51)으로부터도 분리 가스인 N₂ 가스를 공급하여, 이에 의해 중심부 영역(C)[즉, 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 중심부 사이]으로부터 회전 테이블(2)의 표면을 따라서 N₂ 가스가 토출한다. 본 예에서는, 반응 가스 노즐(31, 32)이 배치되어 있는 제2 천장면(45)의 하방측의 공간에 따른 용기 본체(12)의 내주벽에 있어서는, 상술한 바와 같이 내주벽이 절결되어 넓게 되어 있고, 이 넓은 공간의 하방에 배기구(61, 62)가 위치하고 있으므로, 제1 천장면(44)의 하방측의 협애한 공간 및 상기 중심부 영역(C)의 각 압력보다도 제2 천장면(45)의 하방측의 공간의 압력쪽이 낮아진다. 가스를 각 부위로부터 토출했을 때의 가 스의 흐름의 상태를 모식적으로 도 7에 도시한다. 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 하방측으로 토출되고, 회전 테이블(2)의 표면[웨이퍼(W)의 표면 및 웨이퍼(W)의 비적재 영역의 표면의 양쪽]에 부딪쳐 그 표면을 따라서 회전 방향 상류측을 향하는 O₃ 가스는, 그 상류측으로부터 흘러 온 N₂ 가스에 되밀리면서 회전 테이블(2)의 주연과 진공 용기(1)의 내주벽 사이의 배기 영역(6)으로 유입하여, 배기구(62)에 의해 배기된다.

또한, 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 하방측으로 토출되고, 회전 테이블(2)의 표면에 부딪쳐 그 표면을 따라서 회전 방향 하류측을 향하는 O₃ 가스는 중심부 영역(C)으로부터 토출되는 N₂ 가스의 흐름과 배기구(62)의 흡인 작용에 의해 상기 배기구(62)를 향하려고 하지만, 일부는 하류측에 인접하는 분리 영역(D)을 향해, 부채형의 볼록 형상부(4)의 하방측으로 유입하려고 한다. 그런데, 볼록 형상부(4)의 천장면(44)의 높이 및 둘레 방향의 길이는 각 가스의 유량 등을 포함하는 운전 시의 프로세스 파라미터에 있어서 상기 천장면(44)의 하방측으로의 가스의 침입을 방지할 수 있는 치수로 설정되어 있으므로, 도 4b에 도시한 바와 같이 O₃ 가스는 부채형의 볼록 형상부(4)의 하방측으로 거의 유입할 수 없거나 혹은 조금 유입했다고 해도 분리 가스 노즐(41) 부근까지는 도달할 수 있는 것은 아니고, 분리 가스 노즐(41)로부터 토출된 N₂ 가스에 의해 회전 방향 상류측[처리 영역(P2)측]으로 되밀려져 버려, 중심부 영역(C)으로부터 토출되고 있는 N₂ 가스와 함께, 회전 테이블(2) 의 주연과 진공 용기(1)의 내주벽의 간극으로부터 배기 영역(6)을 통해 배기구(62)로 배기된다.

또한, 제1 반응 가스 노즐(31)로부터 하방측으로 토출되고, 회전 테이블(2)의 표면을 따라서 회전 방향 상류측 및 하류측을 각각 향하는 BTBAS 가스는 그 회전 방향 상류측 및 하류측에 인접하는 부채형의 볼록 형상부(4)의 하방측으로 전혀 침입할 수 없거나 혹은 침입했다고 해도 제2 처리 영역(P1)측으로 되밀려져, 중심부 영역(C)으로부터 토출되고 있는 N₂ 가스와 함께, 회전 테이블(2)의 주연과 진공 용기(1)의 내주벽의 간극으로부터 배기 영역(6)을 통해 배기구(61)로 배기된다. 즉, 각 분리 영역(D)에 있어서는, 분위기 중을 흐르는 반응 가스인 BTBAS 가스 혹은 O₃ 가스의 침입을 저지하지만, 웨이퍼에 흡착되어 있는 가스 분자는 그대로 분리 영역, 즉 부채형의 볼록 형상부(4)에 의한 낮은 천장면(44)의 하방을 통과하여, 성막에 기여하게 된다.

또한, 제1 처리 영역(P1)의 BTBAS 가스[제2 처리 영역(P2)의 O₃ 가스]는 중심부 영역(C) 내에 침입하려고 하지만, 도 7 및 도 9에 도시한 바와 같이 상기 중심부 영역(C)으로부터는 분리 가스가 회전 테이블(2)의 주연을 향해 토출되고 있으므로, 이 분리 가스에 의해 침입이 저지되거나, 혹은 다소 침입했다고 해도 되밀려져, 이 중심부 영역(C)을 통해 제2 처리 영역(P2)[제1 처리 영역(P1)]으로 유입되는 것이 저지된다.

그리고 분리 영역(D)에 있어서는, 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부가 하방 으로 굴곡되어, 굴곡부(46)와 회전 테이블(2)의 외측 단부면과의 사이의 간극이 상술한 바와 같이 좁게 되어 있어 가스의 통과를 실질적으로 저지하고 있으므로, 제1 처리 영역(P1)의 BTBAS 가스[제2 처리 영역(P2)의 O₃ 가스]는 회전 테이블(2)의 외측을 통해 제2 처리 영역(P2)[제1 처리 영역(P1)]으로 유입되는 것도 저지된다. 따라서 2개의 분리 영역(D)에 의해 제1 처리 영역(P1)의 분위기와 제2 처리 영역(P2)의 분위기가 완전히 분리되어, BTBAS 가스는 배기구(61)로, O₃ 가스는 배기구(62)로 각각 배기된다. 이 결과, 양 반응 가스는, 본 예에서는 BTBAS 가스 및 O₃ 가스가 분위기 중에 있어서도, 웨이퍼 상에 있어서도 서로 섞이는 경우가 없다. 또한 본 예에서는, 회전 테이블(2)의 하방측을 N₂ 가스에 의해 퍼지하고 있으므로, 배기 영역(6)으로 유입된 가스가 회전 테이블(2)의 하방측을 빠져나가, 예를 들어 BTBAS 가스가 O₃ 가스의 공급 영역으로 유입되는 등의 우려는 전혀 없다. 이와 같이 하여 성막 처리가 종료되면, 각 웨이퍼는 반입 동작과 역의 동작에 의해 순차적으로 반송 아암(10)에 의해 반출된다.

여기서 처리 파라미터의 일례에 대해 기재해 두면, 회전 테이블(2)의 회전수는 300㎜ 직경의 웨이퍼(W)를 피처리 기판으로 하는 경우, 예를 들어 1rpm 내지 500rpm, 프로세스 압력은, 예를 들어 1067㎩(8Torr), BTBAS 가스 및 O₃ 가스의 유량은, 예를 들어 각각 100sccm 및 10000sccm, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터의 N₂ 가스의 유량은, 예를 들어 20000sccm, 진공 용기(1)의 중심부의 분리 가스 공급 관(51)으로부터의 N₂ 가스의 유량은, 예를 들어 5000sccm이다. 또한, 1매의 웨이퍼에 대한 반응 가스 공급의 사이클수, 즉 웨이퍼가 처리 영역(P1, P2)의 각각을 통과하는 횟수는 목표 막 두께에 따라서 바뀌지만, 다수회(예를 들어, 600회)이다.

또한, 상술한 예에서는 웨이퍼(W)의 가열 온도가 350℃이고 온도 조절용 배관(82a 내지 82e)에 의해 진공 용기(1)가 가열되는 경우에 대해 설명하였지만, 사용자가 웨이퍼(W)의 가열 온도를, 예를 들어 600℃로 설정하여, 온도 조절용 배관(82a 내지 82e)에 의해 진공 용기가 냉각되는 경우에 대해 설명한다. 웨이퍼의 가열 온도가 설정되면, 제어부(100)에 의해 유체 온도 조정부(8)에 저류된 갈덴이 그 웨이퍼(W)의 가열 온도 600℃에 따른 90℃로 온도 조절된다. 그 후, 밸브(V1)가 개방되고 펌프(83)가 작동하여, 온도 조절된 갈덴이 온도 조절용 배관(82a 내지 82e)을 하류측으로 통류한다. 계속해서 히터 유닛(7)이 승온하여, 회전 테이블(2)이 가열되는 동시에, 이들 히터 유닛(7)으로부터의 열복사를 받아, 진공 용기(1)의 온도가 상승한다. 진공 용기(1)의 천장판(11), 저면부(14) 및 측벽의 각 표면을 흐르는 갈덴은 이들의 각 부를 냉각하는 동시에 이들 천장판(11), 저면부(14) 및 측벽으로부터의 열을 받아 가열되어, 온도 조정부(8)로 복귀되고, 거기에서 다시 90℃로 냉각되어 온도 조절용 배관(82a 내지 82e)을 하류측으로 흐른다.

그 후, 상기와 같이 웨이퍼가 회전 테이블(2)에 전달되어, 진공 용기(1) 내가 진공화된 후, 웨이퍼(W)의 온도가 도시하지 않은 온도 센서에 의해 설정 온도인 600℃로 되고, 각 반응 가스 노즐(31, 32)로부터 각각 BTBAS 가스, O₃ 가스가 각각 토출되는 동시에 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 N₂ 가스가 토출된다. 이때 진공 용기(1)의 온도는 상기와 같이 갈덴의 유통과 히터 유닛(7)으로부터의 열복사에 의해, 예를 들어 80℃ 내지 100℃로 유지된다. 이것 이후에는, 웨이퍼(W)의 가열 온도를 350℃로 한 경우와 마찬가지로 성막 처리가 진행된다.

이 성막 장치에 있어서는 진공 용기(1) 내에 설치되어, 웨이퍼(W)를 적재하는 회전 테이블(2)과, 이 회전 테이블(2)에 적재된 웨이퍼(W)를 가열하기 위해 설치된 히터 유닛(7)과, BTBAS 가스를 토출하여 성막 처리를 행하는 반응 가스 노즐(31)과, 분리 영역(D)에 분리 가스를 공급하는 분리 가스 노즐(41, 42)과, 상기 진공 용기(1)를 가열 또는 냉각할 수 있도록 구성된, 온도 조절용 유체가 유통하는 온도 조절용 배관(82a 내지 82e)이 설치되어 있다. 따라서, 웨이퍼의 가열 온도가 진공 용기의 온도에 미치는 영향을 억제할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 가열 온도가 높은 경우에 진공 용기(1)의 온도가 지나치게 높아져 그 강도가 저하되는 것이나, 웨이퍼(W)의 가열 온도가 낮은 경우에 반응 가스 노즐(31)로부터 토출된 BTBAS 가스가 액화되는 것이 억제되어, 성막 처리를 정상적으로 행할 수 없게 되거나, 웨이퍼(W)에 형성되는 막의 막질이 저하되는 것이 억제된다.

이 성막 장치에 있어서는, 진공 용기(1)의 천장판(11), 저면부(14), 측벽에 각각이 온도 조절용 배관(82a 내지 82e)이 형성되어 있지만, 이와 같이 천장판(11), 저면부(14) 및 측벽의 모두에 온도 조절용 배관을 설치하는 것으로 한정되지 않고, 그 배관의 배치의 레이아웃도 상기한 예로 한정되지 않는다. 그런데, 회 전 테이블(2)에는 그 둘레 방향으로 웨이퍼(W)가 배치되므로 이 성막 장치의 천장판(11) 및 저면부(14)는 1매씩 기판에 성막 처리를 행하는 매엽식 성막 장치의 천장판 및 저면부에 비해 커진다. 그 결과로서, 이들 천장판(11) 및 저면부(14)로부터의 방열이 커져, 성막 처리 중에 이들 천장판(11) 및 저면부(14)의 온도가 높아지기 쉽다. 따라서, 상기한 실시 형태와 같이 천장판(11), 저면부(14)에 온도 조절용 배관(82a 내지 82d)을 설치하여, 웨이퍼(W)를 고온으로 가열하는 경우에는 이들 천장판(11) 및 저면부(14)를 냉각함으로써 효율적으로 진공 용기(1)의 온도를 내릴 수 있으므로 유효하다.

본 발명에서 적용되는 반응 가스로서는, 상술한 예 외에, DCS[디클로로실란], HCD[헥사클로로디실란], TMA[트리메틸알루미늄], 3DMAS[트리스디메틸아미노실란], TEMAZ[테트라키스에틸메틸아미노지르코늄], TEMHF[테트라키스에틸메틸아미노하프늄], Sr(THD)₂[스트론튬비스테트라메틸헵탄디오나토], Ti(MPD)(THD)[티타늄메틸펜탄디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토], 모노아미노 실란 등을 들 수 있다.

상기와 같이 이 성막 장치는 고체 혹은 액체를 기화시켜 처리 가스로서 사용하는 것에 대해, 진공 용기(1) 내에서 액화 및 고화되는 것을 방지할 수 있으므로 특히 유효하다.

이 성막 장치에 있어서, 온도 조절용 배관(82a 내지 82e)에 갈덴 대신에, 냉각수나 펠티에 소자 등의 냉매(냉각 유체)를 유통시켜, 그 냉매와의 사이의 열교환에 의해 진공 용기(1)의 냉각을 행하는 동시에, 진공 용기(1)의 가열을 상기 진공 용기에 설치한 가열 수단인 히터에 의해 행해도 좋다. 도 12는 그와 같이 전열선으로 이루어지는 히터(84a 내지 84g)(도시의 편의상 판 형상으로 나타내고 있음) 및 냉각용 배관(85a, 85b)이 설치된 저면부(14)를 도시하고 있다. 각 냉각용 배관(85a, 85b)은 유통하는 매체가 갈덴이 아닌 상기 냉각수 등의 냉매인 것 외에는 상술한 각 온도 조절용 배관(82a, 82b)과 마찬가지로 구성되어 있다. 또한, 유체 온도 조정부(8A)는 유체 온도 조정부(8)와 동일한 공지의 칠러 유닛으로서 구성되어, 상기 냉매를 저류하는 저류부와, 열교환에 의해 그 저류부에 저류된 냉매를 냉각하기 위한 냉각 기구를 구비하고 있다. 도면 중 부호 86은 전력 컨트롤러로, 제어부(100)로부터의 제어 신호를 받아, 각 히터(84a 내지 84g)에 공급하는 전력을 제어한다. 또한, 진공 용기(1)의 저면부(14)로 한정되지 않고 천장판(11)이나 측벽에도 이와 같은 히터 및 냉각용 배관을 설치할 수 있다.

또한, 진공 용기(1)에 이와 같은 냉각용 배관을 설치하는 경우, 가열 수단으로서는 배경 기술의 란에서 설명한 맨틀 히터를 설치해도 좋고, 냉각용 배관의 냉매의 온도를 제어하여, 맨틀 히터에 의해 진공 용기(1)의 온도가 지나치게 높아지는 것을 방지하는 것이 유효하다.

상기 분리 영역(D)의 천장면(44)에 있어서, 상기 분리 가스 노즐(41, 42)에 대해 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측 부위는 외측 테두리에 위치하는 부위일수록 상기 회전 방향의 폭이 큰 것이 바람직하다. 그 이유는 회전 테이블(2)의 회전에 의해 상류측으로부터 분리 영역(D)을 향하는 가스의 흐름이 외측 테두리에 치우칠수록 빠르기 때문이다. 이 관점에서 보면, 상술한 바와 같이 볼록 형상부(4) 를 부채형으로 구성하는 것은 좋은 방법이다.

그리고, 상기 분리 가스 공급 노즐[41(42)]의 양측에 각각 위치하는 협애한 공간을 형성하는 상기 제1 천장면(44)은, 도 13a 및 도 13b에 상기 분리 가스 공급 노즐(41)을 대표하여 도시한 바와 같이, 예를 들어 300㎜ 직경의 웨이퍼(W)를 피처리 기판으로 하는 경우, 웨이퍼(W)의 중심(WO)이 통과하는 부위에 있어서 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따른 폭 치수(L)가 50㎜ 이상인 것이 바람직하다. 볼록 형상부(4)의 양측으로부터 상기 볼록 형상부(4)의 하방(협애한 공간)으로 반응 가스가 침입하는 것을 유효하게 저지하기 위해서는, 상기 폭 치수(L)가 짧은 경우에는 그것에 따라서 제1 천장면(44)과 회전 테이블(2) 사이의 거리도 작게 할 필요가 있다. 또한, 제1 천장면(44)과 회전 테이블(2) 사이의 거리를 어느 치수로 설정했다고 하면, 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 이격될수록, 회전 테이블(2)의 속도가 빨라지므로, 반응 가스의 침입 저지 효과를 얻기 위해 요구되는 폭 치수(L)는 회전 중심으로부터 이격될수록 길게 되어 있다.

이와 같은 관점에서 고찰하면, 웨이퍼(W)의 중심(WO)이 통과하는 부위에 있어서의 상기 폭 치수(L)가 50㎜보다도 작으면, 제1 천장면(44)과 회전 테이블(2)의 거리를 매우 작게 할 필요가 있으므로, 회전 테이블(2)을 회전했을 때에 회전 테이블(2) 혹은 웨이퍼(W)와 천장면(44)의 충돌을 방지하기 위해, 회전 테이블(2)의 요동을 최대한 억제하는 고안이 요구된다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전수가 높을수록, 볼록 형상부(4)의 상류측으로부터 상기 볼록 형상부(4)의 하방측으로 반응 가스가 침입하기 쉬워지므로, 상기 폭 치수(L)를 50㎜보다도 작게 하면, 회전 테이 블(2)의 회전수를 낮게 해야만 해, 처리량의 점에서 좋은 방법은 아니다. 따라서, 폭 치수(L)가 50㎜이상인 것이 바람직하지만, 50㎜ 이하라도 본 발명의 효과를 얻을 수 없는 것은 아니다. 즉, 상기 폭 치수(L)가 웨이퍼(W)의 직경의 1/10 내지 1/1인 것이 바람직하고, 약 1/6 이상인 것이 보다 바람직하다.

여기서 처리 영역(P1, P2) 및 분리 영역(D)의 각 레이아웃에 대해 상기한 실시 형태 이외의 다른 예를 들어 둔다. 도 14는 제2 반응 가스 노즐(32)을 반송구(15)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측에 위치시킨 예이고, 이와 같은 레이아웃이라도 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 분리 영역(D)은 부채형의 볼록 형상부(4)를 둘레 방향으로 2개로 분할하여, 그 사이에 분리 가스 노즐[41(42)]을 설치하는 구성이어도 되는 것을 이미 서술하였지만, 도 15는 이와 같은 구성의 일례를 도시하는 평면도이다. 이 경우, 부채형의 볼록 형상부(4)와 분리 가스 노즐[41(42)]의 거리나 부채형의 볼록 형상부(4)의 크기 등은 분리 가스의 토출 유량이나 반응 가스의 토출 유량 등을 고려하여 분리 영역(D)이 유효한 분리 작용을 발휘할 수 있도록 설정된다.

상술한 실시 형태에서는, 상기 제1 처리 영역(P1) 및 제2 처리 영역(P2)은 그 천장면이 상기 분리 영역(D)의 천장면보다도 높은 영역에 상당하는 것이었지만, 본 발명은, 제1 처리 영역(P1) 및 제2 처리 영역(P2)의 적어도 한쪽은 분리 영역(D)과 마찬가지로 반응 가스 공급 수단의 상기 회전 방향 양측에서 상기 회전 테이블(2)에 대향하여 설치되고, 상기 회전 테이블(2)과의 사이에 가스의 침입을 저지하기 위한 공간을 형성하도록 또한 상기 분리 영역(D)의 상기 회전 방향 양측의 천장면[제2 천장면(45)]보다도 낮은 천장면, 예를 들어 분리 영역(D)에 있어서의 제1 천장면(44)과 동일한 높이의 천장면을 구비하고 있는 구성으로 해도 좋다. 도 16은 이와 같은 구성의 일례를 도시하는 것으로, 제2 처리 영역(본 예에서는 O₃ 가스의 흡착 영역)(P2)에 있어서 부채형의 볼록 형상부(30)의 하방측에 제2 반응 가스 노즐(32)을 배치하고 있다. 또한, 제2 처리 영역(P2)은, 분리 가스 노즐[41(42)] 대신에, 제2 반응 가스 노즐(32)을 설치한 것 이외는 분리 영역(D)과 완전히 동일하다.

본 발명은 분리 가스 노즐[41(42)]의 양측에 협애한 공간을 형성하기 위해 낮은 천장면(제1 천장면)(44)을 설치하는 것이 필요하지만, 도 17에 도시한 바와 같이 반응 가스 노즐[31(32)]의 양측에도 동일한 낮은 천장면을 설치하여, 이들 천장면을 연속시키는 구성, 즉 분리 가스 노즐[41(42)] 및 반응 가스 노즐[31(32)]이 설치되는 개소 이외는, 회전 테이블(2)에 대향하는 영역 전체면에 볼록 형상부(4)를 설치하는 구성으로 해도 동일한 효과가 얻어진다. 이 구성은 다른 관점에서 보면, 분리 가스 노즐[41(42)]의 양측의 제1 천장면(44)이 반응 가스 노즐[31(32)]까지 넓어진 예이다. 이 경우에는, 분리 가스 노즐[41(42)]의 양측으로 분리 가스가 확산되고, 반응 가스 노즐[31(32)]의 양측으로 반응 가스가 확산되어, 양 가스가 볼록 형상부(4)의 하방측(협애한 공간)에서 합류하지만, 이들 가스는 분리 가스 노즐[31(32)]과 반응 가스 노즐[42(41)] 사이에 위치하는 배기구[61(62)]로부터 배기되게 된다.

이상의 실시 형태에서는, 회전 테이블(2)의 회전축(22)이 진공 용기(1)의 중심부에 위치하고, 회전 테이블(2)의 중심부와 진공 용기(1)의 상면부 사이의 공간에 분리 가스를 퍼지하고 있지만, 본 발명은 도 18에 도시한 바와 같이 구성해도 좋다. 도 18의 성막 장치에 있어서는, 진공 용기(1)의 중앙 영역의 저면부(14)가 하방측으로 돌출되어 있고 구동부의 수용 공간(90)을 형성하고 있는 동시에, 진공 용기(1)의 중앙 영역의 상면에 오목부(90a)가 형성되고, 진공 용기(1)의 중심부에 있어서 수용 공간(90)의 저부와 진공 용기(1)의 상기 오목부(90a)의 상면 사이에 지주(91)를 개재시켜, 제1 반응 가스 노즐(31)로부터의 BTBAS 가스와 제2 반응 가스 노즐(32)로부터의 O₃ 가스가 상기 중심부를 통해 혼합되는 것을 방지하고 있다.

회전 테이블(2)을 회전시키는 기구에 대해서는, 지주(91)를 둘러싸도록 회전 슬리브(92)를 설치하여 이 회전 슬리브(92)를 따라서 링 형상의 회전 테이블(2)을 설치하고 있다. 그리고, 상기 수용 공간(90)에 모터(93)에 의해 구동되는 구동 기어부(94)를 설치하여, 이 구동 기어부(94)에 의해, 회전 슬리브(92)의 하부의 외주에 형성된 기어부(95)를 통해 상기 회전 슬리브(92)를 회전시키도록 하고 있다. 부호 96, 부호 97 및 부호 98은 베어링부이다. 또한, 상기 수용 공간(90)의 저부에 퍼지 가스 공급관(74)을 접속하는 동시에, 상기 오목부(90a)의 측면과 회전 슬리브(92)의 상단부 사이의 공간에 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 공급관(75)을 진공 용기(1)의 상부에 접속하고 있다. 도 18에서는 상기 오목부(90a)의 측면과 회전 슬리브(92)의 상단부 사이의 공간에 퍼지 가스를 공급하기 위한 개구 부는 좌우 2개소에 기재하고 있지만, 회전 슬리브(92)의 근방 영역을 통해 BTBAS 가스와 O₃ 가스가 혼합되지 않도록 하기 위해, 개구부(퍼지 가스 공급구)의 배열수를 설계하는 것이 바람직하다.

도 18의 실시 형태에서는 회전 테이블(2)측에서 보면, 상기 오목부(90a)의 측면과 회전 슬리브(92)의 상단부 사이의 공간은 분리 가스 토출 구멍에 상당하고, 그리고 이 분리 가스 토출 구멍, 회전 슬리브(92) 및 지주(91)에 의해, 진공 용기(1)의 중심부에 위치하는 중심부 영역이 구성된다. 본 실시 형태에 있어서도 도 1의 실시 형태와 마찬가지로 온도 조절용 배관(81a 내지 81e)이 진공 용기(1)의 천장판, 측벽 및 저면부에 설치되어 있다.

본 발명은 2종류의 반응 가스를 사용하는 것으로 한정되지 않고, 3종류 이상의 반응 가스를 순서대로 기판 상에 공급하는 경우에도 적용할 수 있다. 그 경우에는, 예를 들어 제1 반응 가스 노즐, 분리 가스 노즐, 제2 반응 가스 노즐, 분리 가스 노즐, 제3 반응 가스 노즐 및 분리 가스 노즐의 순서로 진공 용기(1)의 둘레 방향으로 각 가스 노즐을 배치하고, 각 분리 가스 노즐을 포함하는 분리 영역을 상술한 실시 형태와 같이 구성하면 된다.

상기한 예에서는 MLD를 행하는 성막 장치에 대해 도시하였지만, 예를 들어 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 행하는 장치에 본 발명을 적용해도 좋다. 그 경우 가스 공급 수단으로서 상기 가스 노즐을 사용하는 대신에, 장치의 천장판에 가스 샤워 헤드를 설치하여 반응 가스를 웨이퍼(W)에 공급해도 좋다.

이상 서술한 성막 장치를 사용한 기판 처리 장치에 대해 도 19에 도시해 둔다. 도 19 중, 부호 101은, 예를 들어 25매의 웨이퍼를 수납하는 후프라고 불리는 밀폐형의 반송 용기, 부호 102는 반송 아암(103)이 배치된 대기 반송실, 부호 104, 부호 105는 대기 분위기와 진공 분위기 사이에서 분위기가 절환 가능한 로드 로크실(예비 진공실), 부호 106은 2기의 반송 아암(107)이 배치된 진공 반송실, 부호 108, 부호 109는 본 발명의 성막 장치이다. 반송 용기(101)는 도시하지 않은 적재대를 구비하는 반입 반출 포트에 외부로부터 반송되어, 대기 반송실(102)에 접속된 후, 도시하지 않은 개폐 기구에 의해 덮개가 개방되어 반송 아암(103)에 의해 반송 용기(101) 내로부터 웨이퍼가 취출된다. 계속해서, 로드 로크실[104(105)] 내로 반입되어 상기 실내를 대기 분위기로부터 진공 분위기로 절환하고, 그 후 반송 아암(107)에 의해 웨이퍼가 취출되어 성막 장치(108, 109)의 한쪽으로 반입되어, 상술한 성막 처리가 행해진다. 이와 같이, 예를 들어 5매 처리용 본 발명의 성막 장치를 복수개, 예를 들어 2개 구비함으로써, ALD(MLD)를 높은 처리량으로 실시할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 기술하였지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 특허청구의 범위 내에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 다양한 변형ㆍ변경이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 형태의 성막 장치를 도시하는 단면도.

도 2는 상기한 실시 형태의 성막 장치의 내부의 개략 구성을 도시하는 사시도.

도 3은 상기한 실시 형태의 성막 장치의 평면도.

도 4a, 도 4b는 상기한 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 처리 영역 및 분리 영역을 도시하는 단면도.

도 5는 상기한 실시 형태의 성막 장치의 일부를 도시하는 단면도.

도 6은 상기한 실시 형태의 성막 장치의 일부 파단 사시도.

도 7은 분리 가스 혹은 퍼지 가스가 흐르는 모습을 도시하는 설명도.

도 8은 상기한 실시 형태의 성막 장치의 일부 파단 사시도.

도 9는 상기한 실시 형태의 성막 장치의 진공 용기의 하측을 도시한 평면도.

도 10은 상기한 실시 형태의 성막 장치의 진공 용기의 상측을 도시한 평면도.

도 11은 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스가 분리 가스에 의해 분리되어 배기되는 모습을 도시하는 설명도.

도 12는 상기한 실시 형태의 성막 장치의 진공 용기의 상측의 다른 구성을 도시한 평면도.

도 13a, 도 13b는 분리 영역에 사용되는 볼록 형상부의 치수예를 설명하기 위한 설명도.

도 14는 본 발명의 다른 실시 형태의 성막 장치를 도시하는 평면도.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시 형태의 성막 장치를 도시하는 평면도.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시 형태의 성막 장치의 내부의 개략 구성을 도시하는 사시도.

도 17은 본 발명의 상기 이외의 실시 형태의 성막 장치를 도시하는 평면도.

도 18은 본 발명의 상기 이외의 실시 형태의 성막 장치를 도시하는 단면도.

도 19는 본 발명의 성막 장치를 사용한 기판 처리 시스템의 일례를 도시하는 개략 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 회전 테이블

11 : 천장판

14 : 저면부

20 : 케이스체

21 : 코어부

22 : 회전축

71 : 커버 부재

72, 73 : 퍼지 가스 공급관

Claims

편평한 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하는 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치이며,

상기 진공 용기 내에 설치되어, 기판을 적재하는 기판 적재 영역을 갖는 회전 테이블과,

이 회전 테이블과, 상기 진공 용기의 저면부와의 사이에 간극을 개재하여 설치되고, 당해 회전 테이블을 가열함으로써 상기 적재 영역에 적재된 기판을 가열하는 기판 가열 수단과,

간극을 개재하여 상기 회전 테이블을 상면측으로부터 덮도록 설치된 상기 진공 용기의 천장판과,

상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 서로 이격되어 설치되어, 상기 회전 테이블에 있어서의 기판의 적재 영역측의 면에, 적어도 한쪽이 고체 원료 또는 액체 원료를 기화시켜서 얻은 반응 가스인 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 각각 공급하기 위한 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단과,

제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해, 상기 둘레 방향에 있어서 이들 처리 영역 사이에 위치하는 분리 영역에 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급 수단과,

상기 회전 테이블에 공급된 각 반응 가스 및 분리 가스를 배기하기 위한 배기구와,

상기 진공 용기의 저면부 및 천장판에 설치되고, 이들 저면부 및 천장판을 상기 반응 가스가 기체 상태를 유지할 수 있는 온도로 가열하고, 또한 상기 기판 가열 수단으로부터의 열에 의해 가열되는 저면부 및 천장판을 냉각할 수 있도록 구성된 온도 조절 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 조절 수단은 상기 진공 용기에 설치된 온도 조절 유체 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 조절 수단은 상기 진공 용기에 설치된 냉각 유체 유로와, 상기 진공 용기에 설치된 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 조절 수단은 또한 진공 용기의 측벽에 설치된 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 영역은 분리 가스 공급 수단의 상기 회전 테이블의 둘레 방향 양측에 위치하여, 상기 분리 영역으로부터 처리 영역측으로 분리 가스가 흐르기 위한 협애한 공간을 회전 테이블과의 사이에 형성하기 위해서 상기 천장판에 설치된 천장면을 구비하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 처리 영역과 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 진공 용기 내의 중심부에 위치하여, 상기 회전 테이블의 기판 적재면측에 분리 가스를 토출하는 토출구가 형성된 중심부 영역을 구비하고,

상기 반응 가스는 상기 분리 영역의 양측으로 확산되는 분리 가스 및 상기 중심부 영역으로부터 토출되는 분리 가스와 함께 상기 배기구로부터 배기되는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
편평한 진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하는 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 방법이며,

상기 진공 용기 내의 회전 테이블의 기판 적재 영역에 기판을 적재하여, 상기 회전 테이블을 회전시키는 공정과,

상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 서로 이격되어 상기 진공 용기에 설치된 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단으로부터, 상기 회전 테이블을 상면측으로부터 덮도록 설치된 상기 진공 용기의 천장판과 당해 회전 테이블과의 사이의 간극 내에 형성된 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역에서, 상기 회전 테이블에 있어서의 기판의 적재 영역측의 면에, 적어도 한쪽이 고체 원료 또는 액체 원료를 기화시켜서 얻은 반응 가스인 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 각각 공급하는 공정과,

상기 회전 테이블의 둘레 방향에 있어서 제1 반응 가스 공급 수단 및 제2 반응 가스 공급 수단 사이에 위치하는 분리 영역에 설치된 분리 가스 공급 수단으로부터 분리 가스를 공급하여, 제1 반응 가스가 공급되는 제1 처리 영역과 제2 반응 가스가 공급되는 제2 처리 영역의 분위기를 분리하는 공정과,

배기구로부터 상기 회전 테이블에 공급된 각 반응 가스 및 분리 가스를 배기하는 공정과,

회전 테이블과, 상기 진공 용기의 저면부와의 사이에 간극을 개재하여 설치되고, 당해 회전 테이블을 가열함으로써 상기 적재 영역에 적재된 기판을 가열하는 기판 가열 수단에 의해 기판을 가열하는 공정과,

상기 진공 용기의 저면부 및 천장판에 설치되는 온도 조절 수단에 의해, 이들 저면부 및 천장판을 상기 반응 가스가 기체 상태를 유지할 수 있는 온도로 가열하고, 또한 상기 기판 가열 수단으로부터의 열에 의해 가열되는 저면부 및 천장판을 냉각하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제7항에 있어서, 온도 조절 수단에 의해 상기 진공 용기를 가열 또는 냉각하는 공정은 진공 용기에 설치된 유로에 온도 조절 유체를 유통시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제7항에 있어서, 온도 조절 수단에 의해 상기 진공 용기를 가열 또는 냉각하는 공정은 진공 용기에 설치된 유로에 냉각 유체를 유통시키는 공정과, 가열 수단에 의해 진공 용기를 가열하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 영역은 분리 가스 공급 수단의 상기 회전 테이블의 둘레 방향 양측에 위치하고, 상기 분리 영역으로부터 처리 영역측으로 분리 가스가 흐르기 위한 협애한 공간을 회전 테이블과의 사이에 형성하기 위해서 상기 천장판에 설치된 천장면을 구비하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 처리 영역과 제2 처리 영역의 분위기를 분리하기 위해 진공 용기 내의 중심부에 위치하는 중심부 영역에 형성된 토출구로부터 상기 회전 테이블의 기판 적재면측으로 분리 가스를 토출하는 공정을 포함하고,

상기 배기 공정은 상기 반응 가스, 상기 분리 영역의 양측으로 확산되는 분리 가스 및 상기 중심부 영역으로부터 토출되는 분리 가스를 함께 상기 배기구로부터 배기하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
진공 용기 내에서 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 순서대로 기판의 표면에 공급하는 사이클을 실행함으로써 반응 생성물의 층을 다수 적층하여 박막을 형성하는 성막 장치에 사용되는 프로그램을 저장하는 기억 매체이며,

상기 프로그램은 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 성막 방법을 실시하도록 스텝군이 짜여져 있는 것을 특징으로 하는, 기억 매체.
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