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KR101676083B1 - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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KR101676083B1
KR101676083B1 KR1020130085368A KR20130085368A KR101676083B1 KR 101676083 B1 KR101676083 B1 KR 101676083B1 KR 1020130085368 A KR1020130085368 A KR 1020130085368A KR 20130085368 A KR20130085368 A KR 20130085368A KR 101676083 B1 KR101676083 B1 KR 101676083B1
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gas
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thin film
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히토시 가토
시게히로 미우라
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 회전 테이블을 회전시키면서, 웨이퍼에 대해 처리 가스를 공급하여 반응층을 형성하는 스텝과, 당해 반응층을 플라즈마에 의해 개질하는 스텝을 반복하여 박막을 형성하는 것이다. 그리고, 이 박막을 형성한 후, 처리 가스의 공급을 정지하는 동시에, 가열 램프를 사용하여 웨이퍼를 성막 온도보다도 높은 온도로 가열하여 박막의 개질을 행한다.

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}
본 출원은 2012년 7월 20일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 2012-161817호에 기초하는 우선권을 주장하는 것으로, 일본 특허 출원 2012-161817호의 전체 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은 기판에 박막을 성막하는 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판(이하, 「웨이퍼」라고 함)에, 예를 들어 실리콘 산화막(SiO2) 등의 박막을 성막하는 방법으로서, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2011-40574에 기재된 장치를 사용한 ALD(Atomic Layer Deposition)법이 알려져 있다. 이 장치에서는 회전 테이블 상에 5매의 웨이퍼를 둘레 방향으로 배열하는 동시에, 이 회전 테이블의 상방측에 복수의 가스 노즐을 배치하고 있다. 그리고, 공전하고 있는 각각의 웨이퍼에 대해 서로 반응하는 복수 종류의 반응 가스를 순서대로 공급하여, 반응 생성물을 적층하고 있다. 또한, 가스 노즐에 대해 둘레 방향으로 이격한 위치에 플라즈마 개질을 행하는 부재를 설치하여, 웨이퍼 상에 적층되는 각각의 반응 생성물에 대해 플라즈마 개질 처리를 행함으로써, 박막의 치밀화를 도모하고 있다.
그러나, 이와 같은 실리콘 산화막이 적용되는 디바이스의 종별에 따라서는, 플라즈마 개질을 행해도, 요구되는 스펙을 만족시킬 정도의 치밀한 박막이 형성되지 않는 경우가 있다. 구체적으로는, 웨이퍼의 표면에, 예를 들어 수십 내지 100을 초과하는 큰 어스펙트비를 갖는 홀이나 홈(트렌치) 등의 오목부가 형성되어 있는 경우에는, 이 오목부의 깊이 방향에 있어서의 개질의 정도가 변동되어 버릴 우려가 있다. 즉, 이와 같이 어스펙트비가 큰 오목부가 형성되어 있으면, 플라즈마(상세하게는 아르곤 이온)가 오목부 내에 진입하기 어려워진다. 또한, 진공 용기 내에서는 플라즈마 개질 처리와 함께 성막 처리를 행하고 있으므로, 당해 진공 용기 내에 있어서의 처리 압력은 플라즈마가 양호하게 활성을 유지할 수 있는 진공 분위기에 비해 고압으로 되어 있다. 그로 인해, 오목부의 내벽면에 플라즈마가 접촉했을 때에 당해 플라즈마가 실활(失活)되기 쉬우므로, 이것으로부터도 오목부의 깊이 방향에 있어서의 개질의 정도가 변동되기 쉽게 되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2010-245448에는 이와 같은 성막 장치에 있어서 각 노즐에 대해 회전 테이블의 둘레 방향으로 이격한 위치에, 어닐 처리를 행하기 위한 가열 램프를 설치한 구성에 대해 기재되어 있지만, 박막의 구체적인 막질에 대해서는 검토되어 있지 않다. 일본 특허 출원 공개 평10-79377에는 성막 처리와 함께 개질 처리를 행하는 장치에 대해 기재되어 있지만, 상술한 과제에 대해서는 기재되어 있지 않다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 회전 테이블에 의해 공전하고 있는 기판에 대해 처리 가스를 사용하여 박막을 성막하는 데 있어서, 기판의 표면에 오목부가 형성되어 있는 경우라도, 당해 오목부의 깊이 방향에 걸쳐서 양질의 박막을 형성할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 관한 성막 장치는,
진공 용기 내에서 기판에 대해 성막 처리를 행하기 위한 성막 장치가 제공된다. 상기 성막 장치는,
기판을 적재하는 기판 적재 영역을 공전시키기 위한 회전 테이블과,
상기 회전 테이블의 회전에 수반하여 기판 상에 분자층 혹은 원자층을 순차 적층하여 박막을 형성하기 위해, 처리 영역에서 기판에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
박막을 형성하는 성막 온도로 기판을 가열하기 위한 가열부와,
상기 처리 가스 공급부에 대해 상기 회전 테이블의 회전 방향으로 이격하여 설치되어, 플라즈마 발생용 가스를 플라즈마화하여 생성한 플라즈마에 의해 기판 상의 분자층 혹은 원자층을 개질하기 위한 플라즈마 처리부와,
상기 회전 테이블 상의 기판의 통과 영역과 대향하도록 당해 회전 테이블의 상방측에 설치되어, 기판의 흡수 파장 영역의 광을 당해 기판에 조사하고, 상기 성막 온도보다도 높은 온도로 기판을 가열하여 박막을 개질하기 위한 가열 램프와,
상기 회전 테이블의 회전에 의해 분자층 혹은 원자층을 형성하는 스텝과 분자층 혹은 원자층에 대해 플라즈마에 의해 개질하는 스텝을 반복한 후, 처리 가스의 공급을 정지하고, 상기 가열 램프에 의해 기판을 가열하도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비한다.
본 발명의 일 형태에 관한 성막 방법은,
기판에 박막을 성막하기 위한 성막 방법이 제공된다. 상기 성막 방법은,
진공 용기 내에 설치된 회전 테이블 상의 기판 적재 영역에, 표면에 오목부가 형성된 기판을 적재하는 동시에, 이 기판 적재 영역을 공전시키는 공정과,
박막을 형성하는 온도로 상기 회전 테이블 상의 기판을 가열하는 공정과,
계속해서, 상기 회전 테이블 상의 기판에 대해 처리 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하여, 당해 기판 상에 분자층 혹은 원자층을 형성하는 스텝과, 상기 진공 용기 내에 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 동시에, 플라즈마 처리부에서 이 플라즈마 발생용 가스를 플라즈마화하고, 플라즈마에 의해 기판 상의 분자층 혹은 원자층의 개질을 행하는 스텝을 반복하여 박막을 성막하는 공정과,
그 후, 상기 성막 온도보다도 높은 온도로 기판을 가열하여, 상기 박막을 개질하는 공정을 포함한다.
도 1은 본 발명의 성막 장치의 일례를 도시하는 종단면도.
도 2는 상기 성막 장치를 도시하는 사시도.
도 3은 상기 성막 장치를 도시하는 횡단 평면도.
도 4는 상기 성막 장치를 도시하는 횡단 평면도.
도 5는 상기 성막 장치의 플라즈마 처리부를 도시하는 분해 사시도.
도 6은 상기 성막 장치의 플라즈마 처리부나 가열 램프가 수납되는 하우징을 도시하는 사시도.
도 7은 상기 가열 램프를 도시하는 종단면도.
도 8은 상기 성막 장치를 둘레 방향으로 절단한 모습을 모식적으로 도시하는 종단면도.
도 9는 상기 성막 장치의 진공 용기 내에 공급되는 각 가스의 분포를 도시하는 모식도.
도 10은 상기 성막 장치에 있어서의 작용을 도시하는 모식도.
도 11은 상기 성막 장치에 있어서의 작용을 도시하는 모식도.
도 12는 상기 성막 장치에 있어서의 작용을 도시하는 모식도.
도 13은 상기 성막 장치에 있어서의 작용을 도시하는 모식도.
도 14는 상기 성막 장치에 있어서의 작용을 도시하는 모식도.
도 15는 상기 작용의 플로우를 도시하는 흐름도.
도 16은 상기 성막 장치의 다른 예에 있어서의 시퀀스를 도시하는 개략도.
도 17은 본 발명에 있어서 행한 실험의 결과를 나타내는 특성도.
도 18은 본 발명에 있어서 행한 실험의 결과를 나타내는 특성도.
본 발명의 실시 형태의 성막 장치의 일례에 대해, 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다. 이 장치는, 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이 평면 형상이 대략 원형인 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되어, 평면에서 보았을 때에 당해 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 석영 등으로 이루어지는 회전 테이블(2)을 구비하고 있고, 실리콘(Si)으로 이루어지는 웨이퍼(W)에 대해 박막의 성막 처리를 행하도록 구성되어 있다. 그리고, 이 성막 장치는 이후에 상세하게 서술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면에, 예를 들어 수십 내지 100을 초과하는 어스펙트비를 갖는 오목부가 형성되어 있어도, 당해 오목부의 깊이 방향에 걸쳐서 치밀하고 또한 균질한 박막을 형성할 수 있도록 구성되어 있다. 계속해서, 이 성막 장치의 각 부에 대해 이하에 설명한다.
진공 용기(1)는 천장판(11) 및 용기 본체(12)를 구비하고 있고, 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 착탈할 수 있도록 구성되어 있다. 천장판(11)의 상면측에 있어서의 중앙부에는 진공 용기(1) 내의 중심부 영역(C)에 있어서 서로 다른 처리 가스끼리가 혼합되는 것을 억제하기 위해, 질소(N2) 가스를 분리 가스로서 공급하기 위한 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있다. 도 1 중 부호 13은 용기 본체(12)의 상면의 주연부에 링 형상으로 설치된 시일 부재, 예를 들어 O링이다. 또한, 도 2 중 부호 10a는 후술하는 반송구(15)를 통해 진공 용기(1) 내로 반입되는 반송 아암(10b) 상의 웨이퍼(W)를 검출하기 위한 카메라 유닛이다. 또한, 각 도면에서는 기재를 생략하고 있지만, 이 카메라 유닛(10a)에 대해 둘레 방향으로 이격한 위치에 있어서의 천장판(11) 상에는, 당해 천장판(11)에 끼워 넣어진 투명창 등을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)의 온도를 검출하기 위한, 예를 들어 방사 온도계 등으로 이루어지는 온도 검출부가 설치되어 있다.
회전 테이블(2)은 중심부에서 개략 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있고, 이 코어부(21)의 하면에 접속되는 동시에 연직 방향으로 연신되는 회전축(22)에 의해, 연직축 주위, 이 예에서는 시계 방향으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 도 1 중 부호 23은 회전축(22)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(회전 기구)이고, 부호 20은 회전축(22) 및 구동부(23)를 수납하는 케이스체이다. 이 케이스체(20)는 상면측의 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저면부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있다. 또한, 이 케이스체(20)에는 회전 테이블(2)의 하방 영역에 질소 가스를 퍼지 가스로서 공급하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 접속되어 있다. 진공 용기(1)의 저면부(14)에 있어서의 코어부(21)의 외주측은 회전 테이블(2)에 하방측으로부터 근접하도록 링 형상으로 형성되어 돌출부(12a)를 이루고 있다.
진공 용기(1)의 저면부(14)의 상방측에는, 도 1에 도시한 바와 같이 가열부인 히터 유닛(7)이 설치되어 있고, 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 성막 온도, 예를 들어 300℃ 내지 650℃로 가열하도록 구성되어 있다. 도 1 중 부호 71a는 히터 유닛(7)의 측방측에 설치된 커버 부재, 부호 7a는 이 히터 유닛(7)의 상방측을 덮는 덮개 부재이다. 또한, 저면부(14)에는 히터 유닛(7)의 하방측에 있어서, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이 둘레 방향에 걸쳐서 복수 개소에 설치되어 있다.
회전 테이블(2)의 표면부에는, 도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)를 떨어뜨려 넣어 보유 지지하기 위해, 원형의 오목부(24)가 기판 적재 영역으로서 설치되어 있고, 이 오목부(24)는 당해 회전 테이블(2)의 회전 방향(둘레 방향)을 따라서 복수 개소, 예를 들어 5개소에 형성되어 있다. 오목부(24)의 통과 영역과 각각 대향하는 위치에는, 각각, 예를 들어 석영으로 이루어지는 5개의 노즐(31, 32, 34, 41, 42)이 진공 용기(1)의 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 방사상으로 배치되어 있다. 이들 각 노즐(31, 32, 34, 41, 42)은, 예를 들어 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심부 영역(C)을 향해 웨이퍼(W)에 대향하여 수평으로 연신되도록 각각 설치되어 있다. 이 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 볼 때 시계 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 플라즈마 발생용 가스 노즐(34), 분리 가스 노즐(41), 제1 처리 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42) 및 제2 처리 가스 노즐(32)이 이 순서로 배열되어 있다.
처리 가스 노즐(31, 32)은 각각 제1 처리 가스 공급부 및 제2 처리 가스 공급부를 이루고, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)은 플라즈마 발생용 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)은 각각 분리 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 도 3은 노즐(34, 42)이 보이도록 후술하는 플라즈마 처리부(80), 하우징(90) 및 가열 램프(120)를 제거한 상태, 도 4는 이들 플라즈마 처리부(80), 하우징(90) 및 가열 램프(120)를 설치한 상태를 나타내고 있다.
각 노즐(31, 32, 34, 41, 42)은 유량 조정 밸브를 통해 각각 이하의 각 가스 공급원(도시하지 않음)에 각각 접속되어 있다. 즉, 제1 처리 가스 노즐(31)은 Si(실리콘)를 포함하는 제1 처리 가스, 예를 들어 BTBAS{비스터셜부틸아미노실란, SiH2[NH-C(CH3)3]2} 가스 등의 공급원에 접속되어 있다. 제2 처리 가스 노즐(32)은 제2 처리 가스, 예를 들어 오존(O3) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스의 공급원(상세하게는 오조나이저가 설치된 산소 가스 공급원)에 접속되어 있다. 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)은, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스와 산소 가스의 혼합 가스로 이루어지는 플라즈마 발생용 가스의 공급원에 접속되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은 분리 가스인 질소 가스의 가스 공급원에 각각 접속되어 있다. 이들 가스 노즐(31, 32, 34, 41, 42)의, 예를 들어 하면측에는 가스 토출 구멍(33)이 각각 형성되어 있고, 이 가스 토출 구멍(33)은 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 복수 개소에, 예를 들어 등간격으로 배치되어 있다. 도 3 중 부호 31a는 제1 처리 가스 노즐(31)의 상방측에 설치된 노즐 커버이고, 당해 노즐(31)로부터 토출된 처리 가스가 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)의 표면을 따라서 통류하도록 구성되어 있다.
처리 가스 노즐(31, 32)의 하방 영역은 각각 제1 처리 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(성막 영역) P1 및 웨이퍼(W)에 흡착한 제1 처리 가스의 성분과 제2 처리 가스를 반응시키기 위한 제2 처리 영역 P2가 된다. 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 하방측의 영역은 웨이퍼(W)에 대해 플라즈마 개질 처리를 행하기 위한 개질 영역 P3이 된다. 즉, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 상방측에는, 도 1, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 당해 노즐(34)로부터 공급되는 가스를 플라즈마화하기 위해, 금속선으로 이루어지는 안테나(83)를 코일 형상으로 권회하여 구성된 플라즈마 처리부(80)가 설치되어 있다. 또한, 도 2에서는, 플라즈마 처리부(80)에 대해서는 묘화를 생략하고 있다.
이 안테나(83)는, 도 4에 도시한 바와 같이 평면에서 보았을 때에 회전 테이블(2)의 중앙부측으로부터 외주부측에 걸쳐서 웨이퍼(W)의 통과 영역을 걸치도록 배치되어 있고, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 연신되는 띠 형상의 영역을 둘러싸도록 개략 8각형을 이루고 있다. 또한, 이 안테나(83)는 정합기(84)를 통해 주파수가, 예를 들어 13.56㎒ 및 출력 전력이, 예를 들어 5000W의 고주파 전원(85)에 접속되는 동시에, 진공 용기(1)의 내부 영역으로부터 기밀하게 구획되도록 배치되어 있다.
즉, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 상방측에 있어서의 천장판(11)은 평면적으로 보았을 때에 개략 부채형으로 개방되어 있고, 예를 들어 석영 등으로 이루어지는 하우징(90)에 의해 기밀하게 막혀 있다. 이 하우징(90)은 주연부가 둘레 방향에 걸쳐서 플랜지 형상으로 수평으로 연신되는 동시에, 중앙부가 진공 용기(1)의 내부 영역을 향해 움푹 들어가도록 형성되어 있고, 이 하우징(90)의 내측에 상기 안테나(83)가 수납되어 있다. 도 1 중 부호 11a는 하우징(90)과 천장판(11) 사이에 설치된 시일 부재이고, 부호 91은 하우징(90)의 주연부를, 하방측을 향해 압박하기 위한 압박 부재이다. 또한, 도 1 중 부호 86은 플라즈마 처리부(80)와 정합기(84) 및 고주파 전원(85)을 전기적으로 접속하기 위한 접속 전극이다.
하우징(90)의 하면은 당해 하우징(90)의 하방 영역으로의 질소 가스나 오존 가스 등의 침입을 저지하기 위해, 도 1 및 도 6에 도시한 바와 같이, 외측 테두리부가 둘레 방향에 걸쳐서 하방측[회전 테이블(2)측]을 향해 수직으로 연신되어, 가스 규제용 돌기부(92)를 이루고 있다. 그리고, 이 돌기부(92)의 내주면, 하우징(90)의 하면 및 회전 테이블(2)의 상면에 의해 둘러싸인 영역에는 상술한 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)이 수납되어 있다.
하우징(90)과 안테나(83) 사이에는, 도 1, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 상면측이 개방되는 개략 상자형의 패러데이 실드(95)가 배치되어 있고, 이 패러데이 실드(95)는 도전성의 판형상체인 금속판에 의해 구성되는 동시에 접지되어 있다. 이 패러데이 실드(95)의 저면에는 안테나(83)에 있어서 발생하는 전계 및 자계(전자계) 중 전계 성분이 하방의 웨이퍼(W)를 향하는 것을 저지하는 동시에, 자계를 웨이퍼(W)에 도달시키기 위해, 슬릿(97)이 형성되어 있다. 이 슬릿(97)은 안테나(83)의 권회 방향에 대해 직교하는 방향으로 연신되도록 형성되어 있고, 안테나(83)를 따르도록 둘레 방향에 걸쳐서 당해 안테나(83)의 하방 위치에 설치되어 있다. 패러데이 실드(95)와 안테나(83) 사이에는 이들 패러데이 실드(95)와 안테나(83)의 절연을 취하기 위해, 예를 들어 석영으로 이루어지는 절연판(94)이 개재되어 있다. 또한, 도 4에서는 슬릿(97)에 대해 생략하고 있다.
분리 가스 노즐(41, 42)은 각각 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2를 분리하는 분리 영역 D를 각각 형성하기 위한 것이다. 이들 분리 가스 노즐(41, 42) 중, 처음에 분리 가스 노즐(41)에 대해 설명하면, 당해 분리 가스 노즐(41)의 상방측에 있어서의 천장판(11)에는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 개략 부채형의 볼록 형상부(4)가 설치되어 있다. 그리고, 분리 가스 노즐(41)은 이 볼록 형상부(4)의 하면에 있어서 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따르도록 형성된 홈부(43) 내에 수납되어 있다. 따라서, 분리 가스 노즐(41)에 있어서의 회전 테이블(2)의 둘레 방향 양측에는, 도 8에 도시한 바와 같이 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위해, 상기 볼록 형상부(4)의 하면인 낮은 천장면(44)이 배치되고, 이 천장면(44)의 상기 둘레 방향 양측에는 당해 천장면보다도 높은 천장면(45)이 배치되어 있다. 볼록 형상부(4)의 주연부[진공 용기(1)의 외측 테두리측의 부위]는 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위해, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하는 동시에 용기 본체(12)에 대해 약간 이격되도록, 하방측을 향해 직각으로 굴곡되어 있다. 또한, 도 8에서는 플라즈마 처리부(80)를 간략화하여 묘화하고 있다.
계속해서, 분리 가스 노즐(42)에 대해 설명한다. 이 분리 가스 노즐(42)의 상방측에는, 상술한 플라즈마 처리부(80)에서 설명한 하우징(90)이 설치되어 있다. 즉, 분리 가스 노즐(42)의 상방측에 있어서의 천장판(11)은 평면에서 보았을 때에 개략 부채 형상으로 개방되어 있고, 하우징(90)에 의해 기밀하게 막혀 있다. 그리고, 이 하우징(90)에 대해서도, 하면측에 있어서의 외측 테두리부가 둘레 방향에 걸쳐서 회전 테이블(2)을 향해 수직으로 연신되어, 가스 규제용 돌기부(92)를 이루고 있다. 따라서, 분리 가스 노즐(42)로부터 보면, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측 및 하류측과, 중심부 영역(C)측과, 회전 테이블(2)의 외측 테두리측에는 돌기부(92)가 각각 배치되어 있다. 그로 인해, 이 분리 가스 노즐(42)로부터 분리 가스를 토출하면, 하우징(90)의 하방측의 영역이 진공 용기(1) 내의 다른 영역보다도 양압으로 되어, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 제1 처리 가스가 침입하는 것 및 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측으로부터 제2 처리 가스가 침입하는 것이 방지된다.
분리 가스 노즐(42)로부터 볼 때 하우징(90)의 상방측에는 웨이퍼(W)에 대해 개질(열어닐) 처리를 행하기 위한 가열 램프(120)가 가열 기구로서 설치되어 있다. 이 가열 램프(120)는, 석영으로 이루어지는 부재[하우징(90) 및 회전 테이블(2)]를 투과하는 동시에 웨이퍼(W)가 흡수하는 파장의 광(예를 들어, 0.5㎛ 내지 3㎛의 적외선)을 당해 웨이퍼(W)에 조사하여, 상술한 성막 온도보다도 높은 어닐 온도, 예를 들어 650℃도 내지 900℃로 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 것으로, 복수 개소에 설치되어 있다. 즉, 회전 테이블(2) 상에 있어서 웨이퍼(W)가 공전하고 있고, 회전 테이블(2)의 회전 중심측과 외측 테두리측에서는 웨이퍼(W)의 주속도가 다르기 때문에, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 웨이퍼(W)의 가열 온도를 균일하게 하기 위해, 가열 램프(120)의 배치 개수 및 레이아웃을 조정하고 있다. 구체적으로는, 가열 램프(120)는 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 원호 형상으로 복수 개소에 배치되는 동시에, 이 원호 형상의 배열이 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 서로 이격되도록 동심원 형상으로 복수주, 이 예에서는 5주에 걸쳐서 배열되어 있다.
여기서, 상기 원호 형상의 배열을 「램프군」이라고 부르는 동시에, 각각의 램프군에 대해, 도 4에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)의 회전 중심측으로부터 외주측을 향해 각각 「121」, 「122」, 「123」, 「124」 및 「125」의 번호를 부여하면, 이들 램프군(121 내지 125)에 있어서의 각각의 가열 램프(120)는 회전 테이블(2)의 회전 중심측으로부터 외주부측을 향해 수량이 증가하도록 배치되어 있고, 구체적으로는 각각 2개, 3개, 4개, 5개 및 6개로 되어 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전 중심측의 램프군(121)은 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)에 있어서의 당해 회전 중심측의 외측 테두리의 상방측에 위치하도록 배치되어 있다. 회전 테이블(2)의 외주측의 램프군(125)은 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)에 있어서의 당해 외주측의 외측 테두리의 상방측에 위치하도록 배치되어 있다. 그리고, 램프군(122 내지 124)은 회전 중심측의 램프군(121)과, 외주측의 램프군(125) 사이에 있어서 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 서로 등간격이 되도록 배치되어 있다.
각각의 가열 램프(120)에 대해 간단하게 설명하면, 이들 가열 램프(120)는, 도 7에 도시한 바와 같이 개략 원통 형상으로 상하 방향으로 연신되는 글래스 등의 광투과재(131)의 내부에 복사원을 이루는 광원(132)이 봉입되어 할로겐 램프로서 각각 구성되어 있다. 그리고, 광원(132)으로부터 상방측 및 측방측에 조사되는 적외선을 하방측에 반사시키기 위해, 광투과재(131)의 상방측 및 측주위면을 덮도록, 하방측이 개방되는 개략 원추 형상의 반사 부재(133)가 설치되어 있다. 따라서, 광원(132)으로부터 복사열로서 조사되는 적외선은 하방측을 향해 집약되는 동시에, 광투과재(131), 하우징(90)을 투과하여, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)에 흡수된다. 그리고, 회전 테이블(2)이 상술한 바와 같이 석영에 의해 구성되어 있으므로, 가열 램프(120)는 웨이퍼(W)만을 복사열에 의해 국소적으로 가열하게 된다. 이와 같이 하여 분리 가스 노즐(42)의 하방측의 영역은, 상술한 바와 같이 분리 영역 D를 이루는 동시에, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)에 대해 어닐 처리를 행하는 가열 영역 P4를 이루고 있다.
도 7 중 부호 134는 각각의 가열 램프(120)에 급전하기 위한 전원부로, 웨이퍼(W)를 면 내에 걸쳐서 균일한 온도로 가열하기 위해, 급전량을, 예를 들어 300W 이하의 범위에서 각각의 램프군(121 내지 125)마다 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 도 1 중 부호 135는 하면측이 개방되는 개략 상자형의 수납 부재로, 각각의 가열 램프(120)는 이 수납 부재(135)의 내부에 있어서 상단부가 지지되고, 적외선의 조사 위치가 각각의 가열 램프(120)에 의해 정렬되도록 구성되어 있다. 또한, 도 1에서는, 일부의 반사 부재(133)에 대해서는 종단면을 도시하고 있고, 또한 도 5에서는 가열 램프(120)나 당해 가열 램프(120)의 하방측의 하우징(90)에 대해 생략하고 있다.
도 9는 이상 설명한 각 가스가 공급되는 영역을 모식적으로 도시한 것으로, 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스가 각각 공급되는 처리 영역 P1, P2 사이에는 각각 분리 가스가 공급되는 분리 영역 D가 개재되어 있다. 그리고, 처리 영역 P2의 하류측의 분리 영역 D와 당해 처리 영역 P2 사이에는 개질 영역 P3이 위치하는 동시에, 이 분리 영역 D에 대해 회전 테이블(2)의 둘레 방향으로 이격하여 배치된 다른 분리 영역 D는 상술한 바와 같이 가열 영역 P4를 이루고 있다.
회전 테이블(2)의 외주측에 있어서 당해 회전 테이블(2)보다도 약간 아래의 위치에는 링 형상의 사이드 링(100)이 배치되어 있고, 이 사이드 링(100)의 상면에는 서로 둘레 방향으로 이격하도록 2개소에 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 진공 용기(1)의 저면부(14)에 2개의 배기구가 형성되고, 이들 배기구에 대응하는 위치에 있어서의 사이드 링(100)에 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 이들 2개의 배기구(61, 62) 중 한쪽 및 다른 쪽을 각각 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)라고 하면, 제1 배기구(61)는 제1 처리 가스 노즐(31)과, 당해 제1 처리 가스 노즐(31)보다도 회전 테이블의 회전 방향 하류측에 있어서의 분리 영역 D 사이에 있어서, 당해 분리 영역 D측으로 치우친 위치에 형성되어 있다. 제2 배기구(62)는 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)과, 당해 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)보다도 회전 테이블의 회전 방향 하류측에 있어서의 분리 영역 D 사이에 있어서, 당해 분리 영역 D측으로 치우친 위치에 형성되어 있다.
제1 배기구(61)는 제1 처리 가스 및 분리 가스를 배기하기 위한 것이고, 제2 배기구(62)는 제2 처리 가스 및 분리 가스에 추가하여, 플라즈마 발생용 가스를 배기하기 위한 것이다. 그리고, 2개의 하우징(90, 90) 중 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)의 상방측의 하우징(90)에 대해, 당해 하우징(90)의 외측 테두리측에 있어서의 사이드 링(100)의 상면에, 이 하우징(90)을 피해 가스를 제2 배기구(62)에 통류시키기 위한 홈 형상의 가스 유로(101)가 형성되어 있다. 이들 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 도 1에 도시한 바와 같이 각각 나비 밸브 등의 압력 조정부(65)가 개재 설치된 배기관(63)에 의해, 진공 배기 기구인, 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다.
천장판(11)의 하면에 있어서의 중앙부에는, 도 3 등에 도시한 바와 같이 볼록 형상부(4)에 있어서의 중심부 영역(C)측의 부위와 연속하여 둘레 방향에 걸쳐서 개략 링 형상으로 형성되는 동시에, 그 하면이 볼록 형상부(4)의 하면과 동일한 높이로 형성된 돌출부(5)가 설치되어 있다. 이 돌출부(5)보다도 회전 테이블(2)의 회전 중심측에 있어서의 코어부(21)의 상방측에는 중심부 영역(C)에 있어서 제1 처리 가스와 제2 처리 가스가 서로 혼합되는 것을 억제하기 위한 래버린스 구조부(110)가 배치되어 있다. 이 래버린스 구조부(110)는 회전 테이블(2)측으로부터 천장판(11)측을 향해 둘레 방향에 걸쳐서 수직으로 연신되는 제1 벽부(111)와, 천장판(11)측으로부터 회전 테이블(2)을 향해 둘레 방향에 걸쳐서 수직으로 연신되는 제2 벽부(112)를 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 교대로 배치한 구성을 취하고 있다.
진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이 외부의 반송 아암(10b)과 회전 테이블(2) 사이에 있어서 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있고, 이 반송구(15)는 게이트 밸브(G)에 의해 기밀하게 개폐 가능하게 구성되어 있다. 또한, 이 반송구(15)를 면하는 위치에 있어서의 회전 테이블(2)의 하방측에는 회전 테이블(2)의 관통구를 통해 웨이퍼(W)를 이면측으로부터 들어올리기 위한 승강 핀(모두 도시하지 않음)이 설치되어 있다.
또한, 이 성막 장치에는 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(200)가 설치되어 있고, 이 제어부(200)의 메모리 내에는 후술하는 성막 처리, 개질 처리 및 어닐 처리를 행하기 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 매체인 기억부(201)로부터 제어부(200) 내로 인스톨된다.
다음에, 상술한 실시 형태의 작용에 대해, 도 10 내지 도 14 및 도 15의 흐름도에 기초하여 설명한다. 우선, 게이트 밸브(G)를 개방하여, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시키면서, 반송 아암(10b)에 의해 반송구(15)를 통해 회전 테이블(2) 상에, 예를 들어 5매의 웨이퍼(W)를 적재한다. 각각의 웨이퍼(W)의 표면에는, 도 10에 도시한 바와 같이 홈이나 홀 등으로 이루어지는 오목부(10)가 형성되어 있고, 이 오목부(10)의 어스펙트비[오목부(10)의 깊이 치수÷오목부(10)의 폭 치수]는, 예를 들어 수십 내지 100을 초과하는 크기로 되어 있다. 계속해서, 게이트 밸브(G)를 폐쇄하여, 진공 펌프(64)에 의해 진공 용기(1) 내를 진공의 상태로 하는 동시에, 회전 테이블(2)을, 예를 들어 2rpm 내지 240rpm으로 시계 방향으로 회전시킨다. 그리고, 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를, 예를 들어 300℃ 정도로 가열한다(스텝 S11).
계속해서, 처리 가스 노즐(31, 32)로부터 각각 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 토출하는 동시에, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)로부터 플라즈마 발생용 가스를 토출한다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스를 소정의 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 73)으로부터도 질소 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 그리고, 압력 조정부(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 조정한다.
제1 처리 영역 P1에서는, 도 11에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면에 제1 처리 가스의 성분이 흡착하여 흡착층(300)이 생성된다(스텝 S12). 계속해서, 제2 처리 영역 P2에 있어서, 도 12에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W) 상의 흡착층(300)이 산화되어, 박막 성분인 실리콘 산화막(SiO2)의 분자층이 1층 혹은 복수층 형성되어 반응 생성물인 반응층(301)이 형성된다(스텝 S13). 이 반응층(301)에는, 예를 들어 제1 처리 가스에 포함되는 잔류기로 인해, 수분(OH기)이나 유기물 등의 불순물이 남는 경우가 있다.
플라즈마 처리부(80)에서는 고주파 전원(85)으로부터 공급되는 고주파 전력에 의해 전계 및 자계가 발생한다. 이들 전계 및 자계 중 전계는 패러데이 실드(95)에 의해 반사 혹은 흡수(감쇠)되어, 진공 용기(1) 내로의 도달이 저해된다. 한편, 자계는 패러데이 실드(95)에 슬릿(97)을 형성하고 있으므로, 이 슬릿(97)을 통과하여, 하우징(90)의 저면을 통해 진공 용기(1) 내의 개질 영역 P3에 도달한다.
따라서, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)로부터 토출된 플라즈마 발생용 가스는, 도 13에 도시한 바와 같이 자계에 의해 활성화되어, 예를 들어 이온(아르곤 이온:Ar＋)이나 라디칼 등의 플라즈마가 생성된다. 상술한 바와 같이, 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 연신되는 띠 형상체 영역을 둘러싸도록 안테나(83)를 배치하고 있으므로, 이 플라즈마는 안테나(83)의 하방측에 있어서, 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 연신되도록 개략 라인 형상이 된다. 이 플라즈마에 웨이퍼(W)가 접촉하면, 반응층(301)의 개질 처리가 행해지게 된다(스텝 S14). 구체적으로는, 플라즈마가 웨이퍼(W)의 표면에 충돌함으로써, 반응층(301)으로부터 수분이나 유기물 등의 불순물이 방출되거나, 반응층(301) 내의 원소의 재배열이 일어나 당해 반응층(301)의 치밀화(고밀도화)가 도모되게 된다.
이와 같이 하여 회전 테이블(2)의 회전에 의해 이상 설명한 흡착층(300)의 성막 처리와, 흡착층(300)의 산화에 의한 반응층(301)의 형성 처리와, 반응층(301)의 플라즈마 개질 처리를 다수회(n회, n:자연수)에 걸쳐서 반복하면, 반응층(301)이 n층에 걸쳐서 적층되어 박막이 형성된다. 즉, 상술한 제어부(200)에서는, 흡착층(300)의 형성, 반응층(301)의 형성 및 플라즈마 개질 처리를 행한 후, 회전 테이블(2)이 이미 n회 회전하였는지 여부, 바꾸어 말하면 반응층(301)의 적층수가 n층에 도달하였는지 여부를 판단하고 있다(스텝 S15). 반응층(301)이 n층에 도달하고 있지 않은 경우에는 회전 테이블(2)의 회전 및 각 가스의 공급이나 고주파 전원(85)으로의 급전을 계속한다.
여기서, 웨이퍼(W)의 표면에는 상술한 바와 같이 극히 큰 어스펙트비의 오목부(10)가 형성되어 있으므로, 당해 오목부(10) 내에는 플라즈마가 들어가기 어렵다. 또한, 진공 용기(1) 내에 있어서 플라즈마 개질 처리와 함께 성막 처리를 행하고 있으므로, 이 진공 용기(1) 내의 처리 압력은 플라즈마가 양호하게 활성을 유지하기 쉬운 압력보다도 고압으로 되어 있다. 그로 인해, 오목부(10)의 저면을 향해 플라즈마가 침입해 갈 때에, 예를 들어 오목부(10)의 내벽면에 플라즈마가 접촉하면, 이 플라즈마가 실활되어 버린다. 따라서, 도 13에 도시한 바와 같이, 오목부(10) 내에서는 저면을 향함에 따라서 플라즈마 개질 처리의 정도가 작아지므로, 상방측으로부터 하방측을 향해 막 두께가 커져 가는 막 두께 구배가 형성된다. 바꾸어 말하면, 웨이퍼(W)의 표면[서로 인접하는 오목부(10, 10) 사이에 있어서의 수평면]에서는 양호하게 플라즈마 개질 처리가 행해져 치밀한 박막이 형성되는 한편, 오목부(10)의 저면을 향함에 따라서 밀도가 낮은(성긴) 박막이 된다. 따라서, 오목부(10)의 깊이 방향에 걸쳐서 치밀한 박막을 형성하기 위해, 상술한 스텝 S15에 있어서 n층의 반응층(301)이 적층되어 있어 박막의 성막이 완성되어 있다고 판단된 경우에는, 이하와 같이 하여 어닐 처리에 의한 박막의 개질 처리를 행한다.
구체적으로는, 각 가스(제1 처리 가스, 제2 처리 가스, 플라즈마 발생용 가스, 분리 가스)의 공급을 정지하는 동시에, 고주파 전원(85)으로의 급전을 정지한다(스텝 S16). 그리고, 진공 용기(1) 내로부터의 각 가스의 배기가 종료된 후, 즉 진공 용기(1) 내의 압력을, 예를 들어 133 내지 1333㎩(1 내지 10Torr)까지 감압한 후, 각 가열 램프(120)에 대해 전원부(134)로부터 각각 급전하면[가열 램프(120)를 온으로 함], 이들 가열 램프(120)로부터 적외선이 하방측을 향해 조사된다. 이 적외선은, 상술한 바와 같이 하우징(90) 및 회전 테이블(2)을 투과하는 한편, 웨이퍼(W)에 흡수된다. 그로 인해, 회전 테이블(2)에 의해 공전하고 있는 각각의 웨이퍼(W)는 국소적으로 또한 급속하게 상술한 어닐 온도로 가열된다. 따라서, 회전 테이블(2) 등의 진공 용기(1) 내의 다른 부재는 승온이 억제된다.
이와 같이 하여 회전 테이블(2)이 회전하고 있는 동안에 각각의 웨이퍼(W)가 가열 램프(120)에 의해, 예를 들어 5초 내지 120초 사이에 걸쳐서 가열되면, 웨이퍼(W)의 두께 방향에 걸쳐서 상술한 어닐 온도가 되므로, 도 14에 도시한 바와 같이 오목부(10)의 내부에서 박막 내에 남아 있던 상술한 수분 등의 불순물은 당해 박막으로부터 제거되어, 오목부(10)의 깊이 방향에 걸쳐서 균질이고 치밀한 박막이 얻어진다(스텝 S17). 따라서, 박막의 막 두께에 대해서도, 오목부(10)의 깊이 방향에 걸쳐서 균일해진다. 이상의 어닐 처리를 행하고 있는 동안, 회전 테이블(2)과 웨이퍼(W)가 접촉되어 있으므로, 당해 웨이퍼(W)로부터의 입열에 의해 회전 테이블(2)이 승온해 간다. 그러나, 회전 테이블(2)을 적외선에 대해 투명한 석영에 의해 구성하고 있으므로, 또한 어닐 처리가 상술한 바와 같이 단시간에 종료되므로, 회전 테이블(2)의 승온량은 극히 약간이다. 또한, 이상 설명한 도 11 내지 도 14에 있어서, 오목부(10)의 치수나 각 막[흡착층(300), 반응층(301)]의 치수에 대해 모식적으로 묘화하고 있다.
또한, 이상의 일련의 프로세스를 행하고 있는 동안, 사이드 링(100)에 가스 유로(101)를 형성하고 있으므로, 각 가스는 이 가스 유로(101)의 상방측의 하우징(90)을 피하도록, 당해 가스 유로(101)를 통해 배기된다. 또한, 각각의 하우징(90)의 하단부측 주연부에 돌기부(92)를 설치하고 있으므로, 각 하우징(90) 내로의 질소 가스나 각 처리 가스의 침입이 억제된다.
또한, 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2 사이에 질소 가스를 공급하고 있으므로, 제1 처리 가스와 제2 처리 가스 및 플라즈마 발생용 가스가 서로 혼합되지 않도록 각 가스가 배기된다. 또한, 회전 테이블(2)의 하방측에 퍼지 가스를 공급하고 있으므로, 회전 테이블(2)의 하방측으로 확산하려고 하는 가스는, 상기 퍼지 가스에 의해 배기구(61, 62)측으로 되돌아간다.
상술한 실시 형태에 따르면, 회전 테이블(2)을 회전시키면서, 반응층(301)을 형성하는 스텝과, 이 반응층(301)을 플라즈마에 의해 개질하는 스텝을 반복하여 박막을 형성한 후, 각 가스의 공급을 정지하는 동시에, 박막 형성 시의 온도보다도 높은 온도로 웨이퍼(W)를 가열하여 박막을 개질하고 있다. 그로 인해, 웨이퍼(W)의 표면에 상술한 바와 같이 어스펙트비가 큰 오목부(10)가 형성되어 있어도, 당해 오목부(10)의 깊이 방향에 걸쳐서 균질이고 치밀한(양질의) 박막을 형성할 수 있다.
여기서, 플라즈마 개질 처리와 함께 어닐 처리를 이상에서 설명한 시퀀스로 행하고 있는 이유에 대해 상세하게 서술한다. 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 300℃ 정도 혹은 650℃ 정도의 저온의 성막 온도에서 ALD법을 사용하여 실리콘 산화막으로 이루어지는 박막을 성막한 것뿐이면, 당해 박막은 열산화막(실리콘 기판을 가열하면서 산화 처리하여 얻어진 산화막)에 비해, 불산(불화수소 수용액)에 대한 에칭률이 빠르다. 따라서, ALD법에 의해 성막한 실리콘 산화막은 열산화막보다도 막 밀도가 낮다고 할 수 있다. 이와 같은 박막의 막 밀도를 향상시키는 기술로서, 배경의 항목에서 서술한 바와 같이, 플라즈마 개질 처리가 알려져 있다. 그리고, 반응층(301)을 형성할 때마다 당해 반응층(301)을 개질함으로써, 즉 각 처리 영역 P1, P2에 대해 둘레 방향으로 이격한 위치에 플라즈마 처리부(80)를 배치함으로써, 상술한 바와 같이 저온에서 성막한 박막이라도 양호한 막 밀도가 얻어진다. 그러나, 웨이퍼(W)의 표면에 오목부(10)가 형성되어 있으면, 당해 오목부(10)의 저면 부근까지는 플라즈마가 도달하기 어려우므로, 오목부(10)의 깊이 방향에 있어서 막 밀도에 편차가 발생되어 버린다.
한편, 플라즈마 개질 처리와 마찬가지로 박막의 막 밀도를 향상시키는 기술로서, 성막 온도보다도 고온에 있어서 웨이퍼(W)를 가열하는 방법인 어닐 처리가 알려져 있다. 이와 같은 어닐 처리이면, 웨이퍼(W)의 두께 방향에 걸쳐서 당해 웨이퍼(W)를 가열할 수 있으므로, 상술한 바와 같이 오목부(10)가 형성되어 있어도, 당해 오목부(10)의 깊이 방향에 걸쳐서 균일하게 열처리를 행할 수 있다. 그러나, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 어닐 처리만으로는 충분한 막 밀도가 얻어지지 않는다.
따라서, 본 발명에서는, 이미 상세하게 서술한 바와 같이, 회전 테이블(2)이 회전할 때마다 플라즈마 개질 처리를 행하는 동시에, 반응층(301)을 다층에 걸쳐서 적층하여 박막을 형성한 후, 어닐 처리를 행하고 있다. 즉, 플라즈마 개질 처리에 대해서는 반응층(301)을 형성할 때마다 행하는 한편, 어닐 처리에 대해서는 박막의 형성 후에 일괄하여 행하는 방법을 채용하고 있다. 따라서, 어닐 처리를 플라즈마 개질 처리와 조합하여 행하는 데 있어서, 본 발명의 방법은 얻어지는 박막의 막질에 있어서, 또한 장치의 내열 구조상에 있어서, 또한 처리량의 관점으로부터도, 극히 유효한 방법이다. 즉, 박막의 막질로서는, 후술하는 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 반응층(301)을 형성할 때마다 어닐 처리를 행하지 않아도, 박막의 형성 후에 일괄하여 어닐 처리를 행하는 것만으로 충분히 양질의 막질이 얻어진다. 그로 인해, 가열 램프(120)에 대해 상시 통전하지 않아도 되므로, 비용면에서도 유리하다.
또한, 장치의 내열 구조에 대해서는, 상술한 바와 같이 박막의 형성 후에 일괄하여 어닐 처리를 행하는 동시에, 가열 램프(120)에 의해 웨이퍼(W)를 국소적으로 가열하고 있으므로, 어닐 처리에 필요로 하는 시간[가열 램프(120)에 통전하고 있는 시간]이 수십초 정도의 단시간으로 충분하다. 그로 인해, 이와 같은 단시간의 어닐 처리에서는, 진공 용기(1) 내의 회전 테이블(2) 등의 부재는 웨이퍼(W)에 비해 거의 승온되지 않는다. 따라서, 진공 용기(1)와 천장판(11) 및 하우징(90)의 시일 구조나, 회전 테이블(2)을 코어부(21)에 고정하는 부위에 있어서의 내열 구조 등에 대해, 성막 처리를 행하는 성막 온도(예를 들어, 300℃ 내지 650℃)에 견딜 수 있을 정도의 내열 구조로 충분하다. 즉, 장치에 대해, 어닐 온도에 견딜 수 있을 정도까지의 내열 구조를 취하지 않아도, 바꾸어 말하면 어닐 온도에 견딜 수 없는 내열 구조의 장치여도, 어닐 온도가 고온인 어닐 처리를 행할 수 있다.
따라서, 장치 메이커측으로부터 보면, 성막 처리나 플라즈마 개질만을 행하는 장치와, 상술한 바와 같이 이들 처리에 추가하여 어닐 처리를 행하는 장치에 있어서, 가열 램프(120)나 천장판(11)[하우징(90)]의 구성 이외의 부재[히터 유닛(7)의 가열 기구 등]에 대해서는 공용화할 수 있다. 즉, ALD법을 사용한 성막 처리와 플라즈마 개질 처리를 행하는 장치를 구성해 두면, 가열 램프(120)나 하우징(90)을 설치하는 것만으로 고온의 어닐 처리를 행할 수 있다. 따라서, 장치의 범용성이 높아져, 당해 장치를 제조하는 데 있어서 비용 절감을 도모할 수 있다고 할 수 있다.
이와 같은 장치를 사용하여 성막되는 실리콘 산화막의 적용예에 대해 일례를 들면, 웨이퍼(W)를 에칭하기 위한 하드 마스크로서 실리콘 산화막을 성막할 때에는, 당해 실리콘 산화막은 그 후 제거되므로, 치밀함에 대해 그 정도로 요구 레벨은 높지 않다. 따라서, 이와 같은 경우에는, 가열 램프(120)를 설치하지 않은 장치가 사용된다. 한편, 예를 들어 오목부 내에, 그 후 매립되는 구리 배선에 대한 배리어막으로서 실리콘 산화막을 당해 오목부의 내벽면을 따라서 형성할 때에는, 당해 실리콘 산화막은 디바이스의 형성 후에도 남으므로, 이 실리콘 산화막에 대해서는 가능한 한 치밀한 것이 요구된다. 따라서, 이 경우에는 가열 램프(120)를 구비한 장치가 사용된다. 이와 같이, 실리콘 산화막이 적용되는 디바이스에 따라서, 즉 실리콘 산화막의 치밀함에 대한 요구 레벨에 따라서, 적용되는 장치가 선택된다.
그리고, 하나의 공통의 진공 용기(1)에 각 노즐(31, 32, 41, 42) 및 플라즈마 처리부(80)에 추가하여 가열 램프(120)를 조립함으로써, 말하자면 in situ(인 사이츄)로 어닐 처리를 행할 수 있다. 그로 인해, 예를 들어 성막 처리 및 플라즈마 개질 처리를 행한 후, 다른 열처리 장치에서 열처리를 행하는 경우에 비해, 진공 용기(1)로부터 상기 다른 열처리 장치로의 웨이퍼(W)의 반송이 불필요해지므로, 웨이퍼(W)의 반송에 필요로 하는 시간의 분만큼 처리량의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 어닐 처리를 진공 용기(1) 내에서 행하는 데 있어서, 어닐 처리에 있어서의 웨이퍼(W)의 가열 온도는 상술한 바와 같이 650℃ 내지 900℃로 성막 시의 온도보다도 높다. 또한, 이 어닐 온도는 제1 처리 가스인 BTBAS 가스의 열분해 온도(예를 들어, 550℃)나, 제2 처리 가스인 오존의 열분해 온도(예를 들어, 600℃)보다도 높다. 그리고, 가열 램프(120)에 의해 어닐 온도로 가열된 웨이퍼(W)는 후단측의 제1 처리 영역 P1이나 제2 처리 영역 P2에 도달해도, 회전 테이블(2)이 고속으로 회전하고 있으므로, 그 정도로 강온되어 있지 않다. 그로 인해, 각 가스를 공급하면서 어닐 처리를 행하려고 하면, 이와 같은 고온의 웨이퍼(W)에 각 처리 가스가 접촉했을 때, 각 가스가 열분해되어, 제1 처리 가스의 흡착이나, 흡착층(300)의 산화가 양호하게 행해지지 않게 되어 버린다. 따라서, 본 발명에서는 어닐 처리를 행하는 데 있어서, 각 가스의 공급을 정지하는 동시에, 진공 용기(1) 내로부터 이들 가스를 배기한 후, 어닐 처리를 행하고 있다. 따라서, 각 처리 가스의 열분해를 억제하면서, 양호하게 어닐 처리를 행할 수 있다. 또한, 어닐 처리에서도 열분해되지 않는 제2 처리 가스로서, 예를 들어 산소 플라즈마를 얻기 위해서는, 고주파 전원 등의 부대 설비가 필요해지지만, 이 제2 처리 가스로서 오존 가스를 사용함으로써, 이와 같은 부대 설비, 또한 당해 부대 설비를 구동시키는 전력이 불필요해진다.
그리고, 가열 램프(120)에 대해, 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2를 분리하기 위한 분리 영역 D의 상방측에 배치하여, 말하자면 이 분리 영역 D와 어닐 처리를 행하기 위한 가열 영역 P4를 겸용시키고 있다. 그로 인해, 천장판(11) 상에는 플라즈마 처리부(80), 카메라 유닛(10a) 및 웨이퍼(W)의 온도 검출부가 둘레 방향으로 배치되어 있고, 진공 용기(1) 내에는 각 가스 노즐(31, 32, 34, 41, 42)이 둘레 방향으로 배치되어 있고, 빈 공간이 거의 없는 상술한 장치여도, 당해 장치의 대형화를 억제하면서 어닐 처리를 행할 수 있다.
가열 램프(120)에 대해서는, 분리 가스 노즐(41)의 상방측 등에 설치해도 된다.
이상의 예에서는 n층의 반응층(301)을 적층하여 박막을 형성한 후 어닐 처리를 행하였지만, 박막의 형성 후에 있어서의 어닐 처리에 추가하여, 이 박막의 성막 도중에 있어서 어닐 처리를 행해도 된다. 구체적으로는, 도 16에 도시한 바와 같이, 상술한 예와 마찬가지로 하여 m층(m:n보다도 작고 또한 1 이상의 자연수)의 반응층(301)을 형성하는 동시에 각각의 반응층(301)의 플라즈마 개질 처리를 행한(스텝 S21) 후, 각 가스의 공급 및 고주파 전원(85)으로의 급전을 정지한다(스텝 S22). 계속해서, 가열 램프(120)를 사용하여, m층의 반응층(301)의 어닐 처리를 행한다(스텝 S23). 계속해서, 반응층(301)의 적층수가 n층에 도달하고 있지 않은 경우(스텝 S24)에는, 제1 처리 가스, 제2 처리 가스 및 플라즈마 발생용 가스에 대해서는 공급을 정지한 상태에서, 예를 들어 분리 가스를 진공 용기(1) 내에 공급하여, 히터 유닛(7)에 의한 성막 온도가 될 때까지 웨이퍼(W)를 냉각한다(스텝 S25). 그리고, 다시 플라즈마 개질 처리를 행하면서 m층의 반응층(301)을 적층한 후, 마찬가지로 각 가스를 정지하여 어닐 처리를 행한다. 이와 같이 하여 반응층(301)의 적층, 어닐 처리 및 웨이퍼(W)의 냉각을 반복함으로써, 상술한 예와 마찬가지로 n층의 반응층(301)이 적층된다. 이와 같은 시퀀스에 있어서도, 상술한 예와 동일한 효과가 얻어진다. 도 16에 있어서, 스텝 S21 내지 S23으로 이루어지는 시퀀스를 복수회에 걸쳐서 반복하는 데 있어서, 스텝 S21에 있어서의 반응층(301)의 적층수 m으로서는, 어떤 시퀀스와 다른 시퀀스에서 서로 다른 값으로 해도 된다. 또한, 상기 적층수 m에 대해, 1회여도 되고, 즉 반응층(301)을 형성할 때마다 어닐 처리를 행해도 된다. 또한, 도 16에 있어서의 스텝 S21은 상술한 도 15에 있어서의 스텝 S11 내지 S15에 상당한다.
이상의 각 예에 있어서, 어닐 처리를 행하는 시간[가열 램프(120)에 통전하는 시간]은 지나치게 짧으면 웨이퍼(W)의 열처리가 불충분해지고, 지나치게 길면 웨이퍼(W)로부터의 입열에 의해 회전 테이블(2)이 지나치게 승온해 버려, 장치의 내열 구조에 데미지를 부여할 우려가 있으므로, 5초 내지 120초인 것이 바람직하다. 또한, 가열 램프(120)에 급전할 때에, 각 가스의 공급을 정지하여 진공 용기(1) 내를 진공 배기하였지만, 어닐 처리를 행하는 시점에 있어서의 진공 용기(1) 내의 진공도는 지나치게 낮으면 진공 용기(1) 내에 아직 처리 가스가 잔류하고 있을 우려가 있고, 한편 지나치게 높으면 처리량의 저하로 연결되어 버리므로, 133 내지 1333㎩(1 내지 10Torr) 정도인 것이 바람직하다. 또한, 어닐 처리를 행하기 전에, 진공 용기(1) 내의 진공 배기와 당해 진공 용기(1) 내로의 분리 가스의 공급을 행하여 분위기의 치환을 행하고, 상기 진공도 이상의 압력에 있어서 어닐 처리를 행해도 된다.
또한, 플라즈마 개질 처리에 대해, 복수층, 예를 들어 10 내지 100층의 반응층(301)을 형성할 때마다 행해도 된다. 구체적으로는, 성막 개시 시에는 고주파 전원(85)으로의 급전을 정지해 두고, 회전 테이블(2)을 반응층(301)의 적층수만큼 회전시킨 후, 노즐(31, 32)로의 가스의 공급을 정지하는 동시에, 고주파 전원(85)에 대해 급전하여 플라즈마 개질을 행한다. 그 후, 다시 반응층(301)의 적층과 플라즈마 개질을 반복한다. 또한, 본 발명은 상술한 오목부(10)가 형성되어 있는 웨이퍼(W)뿐만 아니라, 이와 같은 오목부(10)가 형성되어 있지 않은 평탄한 웨이퍼(W)에 대해 적용해도 된다.
또한, 이상 서술한 각 예에서는, 플라즈마 처리부(80)로서 안테나(83)를 권회하여 유도 결합형의 플라즈마(ICP:Inductively coupled plasma)를 발생시켰지만, 용량 결합형의 플라즈마(CCP:Capacitively Coupled Plasma)를 발생시키도록 해도 된다. 이 경우에는, 플라즈마 발생용 가스 노즐(34)에 대해 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측에, 도시하지 않은 한 쌍의 전극을 평행 전극으로서 배치한다. 그리고, 이들 전극 사이에 있어서 플라즈마 발생용 가스를 플라즈마화한다.
또한, 진공 용기(1) 내에서 성막 처리 및 플라즈마 개질 처리에 추가하여 어닐 처리에 대해서도 행하였지만, 어닐 처리에 대해서는 다른 열처리 장치(가열 기구)에 의해 행해도 된다. 구체적으로는, 다수매, 예를 들어 100매 정도의 웨이퍼(W)를 선반 형상으로 보유 지지하는 웨이퍼 보트와, 이 웨이퍼 보트를 하방측으로부터 기밀하게 수납하는 반응관을 구비한 종형 열처리 장치를 사용하여, 성막 처리 및 플라즈마 개질 처리가 종료된 처리 완료된 웨이퍼(W)를 일괄하여 어닐하도록 해도 된다.
이상 설명한 실리콘 산화막을 성막하는 데 있어서 사용하는 제1 처리 가스로서는, 이하의 표 1의 화합물을 사용해도 된다. 또한, 이하의 각 표에 있어서, 「원료 A 에어리어」라 함은, 제1 처리 영역 P1을 나타내고 있고, 「원료 B 에어리어」라 함은, 제2 처리 영역 P2를 나타내고 있다. 또한, 이하의 각 가스는 일례이고, 이미 설명한 가스에 대해서도 더불어 기재하고 있다.
Figure 112013065306536-pat00001
제1 처리 가스로서 3DMAS 혹은 4DMAS를 사용하면, 이 제1 처리 가스의 열분해 온도는 BTBAS의 열분해 온도보다도 높아지고, 또한 어닐 온도보다도 높아진다.
또한, 표 1의 제1 처리 가스를 산화하기 위한 제2 처리 가스로서는, 표 2의 화합물을 사용해도 된다.
Figure 112013065306536-pat00002
또한, 이 표 2에 있어서의 「플라즈마＋O2」나 「플라즈마＋O3」라 함은, 예를 들어 제2 처리 가스 노즐(32)의 상방측에 플라즈마 처리부(80)를 설치하거나, 혹은 상술한 평행 전극을 사용하여, 이들 산소 가스나 오존 가스를 플라즈마화하여 사용하는 것을 의미하고 있다. 제2 처리 가스로서 산소 가스의 플라즈마를 사용한 경우에는, 당해 제2 처리 가스의 열분해 온도는, 상술한 오존 가스의 열분해 온도보다도 높아져, 어닐 온도 이상이 된다.
또한, 상술한 표 1의 화합물을 제1 처리 가스로서 사용하는 동시에, 표 3의 화합물로 이루어지는 가스를 제2 처리 가스로서 사용하여, 실리콘 질화막(SiN막)을 형성해도 된다.
Figure 112013065306536-pat00003
또한, 이 표 3에 있어서의 「플라즈마」에 대해서도, 표 2와 마찬가지로 「플라즈마」의 용어에 이어지는 각 가스를 플라즈마화하여 사용하는 것을 의미하고 있다.
또한, 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스로서 표 4의 화합물로 이루어지는 가스를 각각 사용하여, 탄화 실리콘(SiC)막을 성막해도 된다.
Figure 112013065306536-pat00004
또한, 위에 예로 든 표 4의 제1 처리 가스를 사용하여, 실리콘막(Si막)을 성막해도 된다. 즉, 이 경우에는 제2 처리 가스 노즐(32)이 설치되어 있지 않아, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)는 제1 처리 영역(성막 영역) P1과 개질 영역 P3을 분리 영역 D를 통해 교대로 통과하게 된다. 그리고, 제1 처리 영역 P1에 있어서 웨이퍼(W)의 표면에 제1 처리 가스의 성분이 흡착하여 흡착층(300)이 형성되면, 회전 테이블(2)에 의해 회전하는 동안에, 히터 유닛(7)의 열에 의해 웨이퍼(W)의 표면에서 흡착층(300)이 열분해를 일으켜 수소나 염소 등의 불순물이 이탈해 간다. 따라서, 흡착층(300)의 열분해 반응에 의해 반응층(301)이 형성되어 간다.
그러나, 회전 테이블(2)이 연직축 주위로 회전하고 있으므로, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역 P1을 통과한 후, 개질 영역 P3에 이를 때까지의 시간, 즉 흡착층(300)으로부터 불순물을 배출하기 위한 시간은 극히 짧다. 그로 인해, 개질 영역 P3에 도달하기 직전의 웨이퍼(W)의 반응층(301)에는 여전히 불순물이 포함되어 있다. 따라서, 개질 영역 P3에 있어서, 예를 들어 아르곤 가스의 플라즈마를 웨이퍼(W)에 공급함으로써, 반응층(301)으로부터 불순물이 제거되어, 양호한 막질의 반응층(301)이 얻어진다. 이와 같이 하여 영역 P1, P3을 교대로 통과시킴으로써, 반응층(301)이 다층 적층되어 실리콘막이 성막된다. 그 후, 처리 가스의 공급을 정지하여 어닐 처리를 행함으로써, 오목부(10)의 깊이 방향에 걸쳐서 균일하고 양질인 박막이 얻어진다. 따라서, 본 발명에 있어서 「플라즈마 개질 처리」라 함은, 반응층(301)으로부터 불순물을 제거하여 당해 반응층(301)의 개질을 행하는 처리 외에, 흡착층(300)을 반응(열분해 반응)시키기 위한 처리도 포함된다.
실리콘막의 플라즈마 처리에 사용하는 플라즈마 발생용 가스로서는, 웨이퍼(W)에 대해 이온의 에너지를 부여하는 플라즈마를 발생시키는 가스가 사용되고, 구체적으로는 상술한 아르곤 가스 외에, 헬륨(He) 가스 등의 희가스 혹은 수소 가스 등이 사용된다.
또한, 실리콘막을 형성하는 경우에는, 제2 처리 가스로서 표 5의 도프재를 사용하여, 붕소(B)나 인(P)을 당해 실리콘막에 도프해도 된다.
Figure 112013065306536-pat00005
또한, 이하의 표 6에 나타내는 화합물로 이루어지는 가스를 제1 처리 가스로서 사용하는 동시에, 상술한 제2 처리 가스를 사용함으로써, 금속 산화막, 금속 질화막, 금속 탄화막 혹은 High-k막(고유전율막)을 형성해도 된다.
Figure 112013065306536-pat00006
또한, 플라즈마 개질용 가스 혹은 당해 플라즈마 개질용 가스와 함께 사용하는 플라즈마 이온 주입 가스로서는, 이하의 표 7의 화합물로 이루어지는 가스의 플라즈마를 사용해도 된다.
Figure 112013065306536-pat00007
또한, 이 표 7에 있어서, 산소 원소(O)를 포함하는 플라즈마, 질소 원소(N)를 포함하는 플라즈마 및 탄소 원소(C)를 포함하는 플라즈마에 대해서는, 산화막, 질화막 및 탄화막을 성막하는 프로세스에만 각각 사용해도 된다.
이상 서술한 각종 박막을 성막할 때에 있어서도, 박막의 형성 후에 어닐 처리를 행해도 되고, 박막의 성막 도중 혹은 반응층(301)을 형성할 때마다 어닐 처리를 행해도 된다. 또한, 어닐 처리를 행할 때, 각 가스의 공급 및 고주파 전원(85)으로의 급전을 정지하였지만, 분리 가스 및 플라즈마 발생용 가스의 공급, 또한 고주파 전원(85)으로의 급전(플라즈마 발생용 가스의 플라즈마화)에 대해서는, 어닐 처리에 특별히 악영향을 미치지 않으므로, 당해 어닐 처리를 행하고 있을 때에 상기 공급이나 급전을 행해도 된다.
[실시예]
계속해서, 본 발명에 대해 행한 실시예에 대해 설명한다.
(실험예 1)
처음에, 성막 온도가 600℃에 있어서의 ALD법으로 실리콘 산화막으로 이루어지는 박막을 성막했을 때(플라즈마 개질 처리 및 어닐 처리 없음)와, 이 박막에 대해 플라즈마 개질 처리나 어닐 처리를 행하였을 때에 대해, 박막의 막질을 평가한 실험에 대해 설명한다. 도 17은 이하의 표 8의 각 조건으로 성막이나 후처리를 각각 행한 박막에 대해, 불산에 대한 웨트 에칭률을 측정한 결과를 나타내고 있고, 참고예인 열산화막에 있어서의 웨트 에칭률을 1로 하여 규격화하고 있다. 또한, 이 실험은 오목부가 형성되어 있지 않은 실리콘 웨이퍼에 대해 박막을 성막하고 있고, 성막 처리 및 플라즈마 개질 처리에 대해서는, 상술한 진공 용기(1) 내에서 각각 행하고, 어닐 처리는 박막의 성막 후, 진공 용기(1)로부터 취출하여 다른 열처리 장치에서 행하고 있다.
Figure 112013065306536-pat00008
그 결과, 실험예 1-1, 1-4, 1-5, 1-6에서는, 후처리로서 플라즈마 개질 처리 및 어닐 처리 모두를 실시하지 않은 경우에 비해, 어닐 처리를 행함으로써 박막이 치밀화되어 있고, 어닐 온도가 높아질수록 치밀화가 진행되고 있는 것을 알 수 있었다. 그러나, 850℃의 고온의 어닐 처리를 행해도, 박막의 치밀함은 열산화막에 비해 2.5배 정도나 낮은(나쁜) 값으로 되어 있었다.
한편, 실험예 1-1, 1-2, 1-3의 결과를 비교하면, 플라즈마 개질 처리를 행함으로써 치밀한 박막이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 그리고, 실험예 1-1, 1-7, 1-8로부터 알 수 있는 바와 같이, 플라즈마 개질 처리에 추가하여 어닐 처리를 행함으로써, 열산화막에 극히 가까운 막 특성이 얻어지고 있었다. 그러나, 어닐 처리에 의해 치밀화가 진행되는 정도는, 실험예 1-1, 1-6의 차이와, 실험예 1-2(1-3), 1-7(1-8)의 차이의 비교로부터, 어닐 처리에 앞서 플라즈마 개질 처리를 행하였을 때에는 플라즈마 개질 처리를 행하지 않고 어닐 처리를 행한 경우보다도 작게 되어 있었다. 그로 인해, 이 실험예 1의 결과로부터 보면, 오목부가 형성되어 있지 않은 경우에는, 플라즈마 개질 처리에 계속해서 어닐 처리를 행해도, 당해 어닐 처리에 의한 치밀화의 효과는 작다고 할 수 있다.
(실험예 2)
따라서, 오목부가 형성된 웨이퍼에 대해, 실험예 1과 마찬가지로 박막을 형성하고, 계속해서 후처리로서 플라즈마 개질 처리나 어닐 처리를 행하였을 때에, 이 후처리에 의해 오목부의 깊이 방향에 있어서의 막질(불산에 대한 웨트 에칭률)이 어떤 경향으로 되는지 실험을 행하였다. 이 웨트 에칭률은 불산에 각각의 웨이퍼를 침지한 후, 웨이퍼를 판 두께 방향으로 절단하고, 서로 인접하는 오목부 사이에 있어서의 웨이퍼의 표면(수평면), 오목부 내의 측면, 오목부의 저면 부근에 있어서의 측면에 대해 각각 측정하였다. 이 실험에서는 오목부의 깊이 치수는 1.7㎛이고, 「오목부 내」 및 「오목부의 저면 부근」은 각각 웨이퍼의 표면으로부터 150㎚ 및 1.7㎛의 부위이다. 이 오목부의 개구 직경은 0.1㎛이다. 실험예 2에 있어서의 결과에 대해, 표 9 및 도 18에 나타낸다. 또한, 실험예 2에 있어서도, 웨트 에칭률은 열산화막에 대해 얻어진 결과를 1로 하여 규격화하고 있다. 또한, 실험예 2에 대해서도, 어닐 처리는 진공 용기(1)와는 다른 열처리 장치에서 행하고 있다.
Figure 112013065306536-pat00009
이들 표 9 및 도 18에 있어서, 「RF0」(플라즈마 개질 처리 없음)의 결과에서는, 어닐 온도가 750℃, 800℃ 및 850℃의 어떤 조건에 있어서도, 오목부의 깊이 방향에 걸쳐서 대략 균일한 막질로 되어 있었다. 그러나, 상술한 실험예 1에서 설명한 바와 같이, 어닐 온도만으로는 그 정도의 양호한 막질은 얻어지지 않았다.
한편, 「RF5000」[플라즈마 개질 처리 있음, 고주파 전원(85)으로의 급전이 5000W]의 경우에는, 어닐 처리를 행하지 않을 때에는 웨이퍼의 표면으로부터 오목부의 저면을 향할수록 막질이 악화되고 있었다. 그러나, 플라즈마 개질 처리와 함께 어닐 처리를 행함으로써, 오목부의 깊이 방향에 걸쳐서 치밀하고 또한 균질한 박막이 얻어지고 있고, 이때의 웨트 에칭률은 열산화막에 있어서의 값과 대략 동일한 값으로 되어 있었다. 따라서, 플라즈마 개질 처리에 이어서 어닐 처리를 행함으로써, 웨이퍼의 표면에 오목부가 형성되어 있어도, 플라즈마 개질 처리 및 어닐 처리 중 어느 한쪽만을 행하는 경우에 비해 양호한 막질의 박막이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
본 발명은 회전 테이블을 회전시키면서, 기판에 처리 가스를 공급하여 분자층 혹은 원자층을 형성하는 스텝과, 상기 분자층 혹은 원자층을 플라즈마에 의해 개질하는 스텝을 반복하여 박막을 형성하고 있다. 그리고, 이 박막을 형성한 후, 처리 가스의 공급을 정지하는 동시에, 박막 형성 시의 온도보다도 높은 온도로 기판을 가열하여 박막을 개질하고 있다. 그로 인해, 기판의 표면에 오목부가 형성되어 있어도, 당해 오목부의 깊이 방향에 걸쳐서 양질이고 막질이 정렬된 박막을 형성할 수 있다.

Claims (9)

  1. 진공 용기 내에서 기판에 대해 성막 처리를 행하기 위한 성막 장치에 있어서,
    기판을 적재하는 기판 적재 영역을 공전시키기 위한 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블의 회전에 수반하여 기판 상에 분자층 혹은 원자층을 순차 적층하여 박막을 형성하기 위해, 처리 영역에서 기판에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리 가스 공급부에 대해 상기 회전 테이블의 회전 방향으로 이격하여 설치되어, 당해 처리 가스 공급부로부터 공급되는 처리 가스와 반응하는 가스를 상기 기판 적재 영역에 공급하기 위한 다른 처리 가스 공급부와,
    박막을 형성하는 성막 온도로 기판을 가열하기 위한 가열부와,
    상기 회전 테이블의 회전 방향으로 보아, 상기 다른 처리 가스 공급부의 하류측이며 상기 처리 가스 공급부의 상류측에 설치되어, 플라즈마 발생용 가스를 플라즈마화하여 생성한 플라즈마에 의해 기판 상의 분자층 혹은 원자층을 개질하기 위한 플라즈마 처리부와,
    상기 회전 테이블 상의 기판의 통과 영역과 대향하도록 당해 회전 테이블의 상방측에 설치되어, 기판의 흡수 파장 영역의 광을 당해 기판에 조사하고, 상기 성막 온도보다도 높은 온도로 기판을 가열하여 박막을 개질하기 위한 가열 램프와,
    상기 회전 테이블의 회전에 의해 분자층 혹은 원자층을 형성하는 스텝과 분자층 혹은 원자층에 대해 플라즈마에 의해 개질하는 스텝을 반복한 후, 처리 가스의 공급을 정지하고, 상기 가열 램프에 의해 기판을 가열하도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하고,
    상기 처리 가스 공급부 및 상기 다른 처리 가스 공급부로부터 각각 가스가 공급되는 처리 영역끼리를 서로 분리하기 위해, 이들 처리 영역끼리의 사이에 설치된 분리 영역에 대해 분리 가스를 각각 공급하기 위한 분리 가스 공급부를 구비하고,
    상기 가열 램프는 상기 분리 영역의 상방측에 설치되어 있는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열부는 상기 회전 테이블의 하방측에 설치되어 있는, 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가열 램프에 의해 박막을 개질할 때에 있어서의 기판의 온도는 처리 가스가 열분해되는 온도 이상의 온도인, 성막 장치.
  4. 삭제
  5. 기판에 박막을 성막하기 위한 성막 방법에 있어서,
    진공 용기 내에 설치된 회전 테이블 상의 기판 적재 영역에, 표면에 오목부가 형성된 기판을 적재하는 동시에, 이 기판 적재 영역을 공전시키는 공정과,
    박막을 형성하는 성막 온도로 상기 회전 테이블 상의 기판을 가열하는 공정과,
    계속해서, 상기 회전 테이블 상의 기판에 대해 처리 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하여, 당해 기판 상에 분자층 혹은 원자층을 형성하는 스텝과, 상기 처리 가스 공급부에 대해 상기 회전 테이블의 회전 방향으로 이격하여 설치된 다른 처리 가스 공급부로부터, 상기 처리 가스 공급부의 처리 가스와 반응하는 가스를 공급하는 스텝과, 상기 진공 용기 내에 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 동시에, 상기 회전 테이블의 회전 방향으로 보아, 상기 다른 처리 가스 공급부의 하류측이며 상기 처리 가스 공급부의 상류측에 설치된 플라즈마 처리부에서 이 플라즈마 발생용 가스를 플라즈마화하고, 플라즈마에 의해 기판 상의 분자층 혹은 원자층의 개질을 행하는 스텝을 반복하여 박막을 성막하는 공정과,
    그 후, 가열 램프에 의해 상기 성막 온도보다도 높은 온도로 기판을 가열하여, 상기 박막을 개질하는 공정을 포함하고,
    상기 처리 가스 공급부 및 상기 다른 처리 가스 공급부로부터 각각 가스가 공급되는 처리 영역끼리를 서로 분리하기 위해, 이들 처리 영역끼리의 사이에 설치된 분리 영역에 대해 분리 가스를 각각 공급하는 공정이 행해지고,
    상기 개질하는 공정은 상기 분리 영역의 상방측에 설치된 상기 가열 램프에 의해 행해지는 공정인, 성막 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 박막을 개질하는 공정은 기판에 대해 상방측으로부터 당해 기판의 흡수 파장 영역의 광을 조사하기 위한 가열 램프를 사용하여 행하는 공정이고,
    상기 처리 가스 공급부, 상기 플라즈마 처리부 및 상기 가열 램프는 평면에서 보았을 때에 상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 서로 이격하도록 배치되어 있고,
    상기 박막을 성막하는 공정 및 상기 박막을 개질하는 공정은 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써 행해지고,
    상기 박막을 개질하는 공정은 처리 가스의 공급을 정지하여 행해지는, 성막 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 기판을 가열하는 공정은 상기 회전 테이블의 하방측으로부터 당해 회전 테이블을 통해 가열하는 공정인, 성막 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 개질하는 공정은 처리 가스가 열분해되는 온도 이상으로 기판을 가열하는 공정인, 성막 방법.
  9. 삭제
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