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KR102203554B1 - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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KR102203554B1
KR102203554B1 KR1020170148048A KR20170148048A KR102203554B1 KR 102203554 B1 KR102203554 B1 KR 102203554B1 KR 1020170148048 A KR1020170148048 A KR 1020170148048A KR 20170148048 A KR20170148048 A KR 20170148048A KR 102203554 B1 KR102203554 B1 KR 102203554B1
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gas
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auxiliary gas
supply unit
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시게히로 미우라
준 사토
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 원료 가스 공급의 면 내 균일성을 향상시킬 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
처리실과,
해당 처리실 내에 설치되어, 기판을 상면에 주위 방향을 따라 적재 가능한 기판 적재 영역을 갖는 회전 테이블과,
해당 회전 테이블의 반경 방향으로 연장되어, 해당 회전 테이블의 반경을 덮도록 해당 회전 테이블의 상방에 해당 회전 테이블과 제1 간격을 갖고 설치된 원료 가스 공급 수단과,
상기 회전 테이블의 상기 반경 방향의 축측의 소정 영역을 덮도록 상기 회전 테이블과 상기 제1 간격보다도 넓은 제2 간격을 갖고, 상기 원료 가스 공급 수단의 근방에 설치된 축측 보조 가스 공급 수단을 갖는다.

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMING DEVICE AND FILM FORMING METHOD}
본 발명은 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 웨이퍼 등의 기판 상에 실리콘 산화막(SiO2) 등의 박막의 성막을 행하는 방법의 하나로서, 서로 반응하는 복수 종류의 처리 가스(반응 가스)를 웨이퍼의 표면에 차례로 공급하고 반응 생성물을 퇴적시키는 ALD(Atomic Layer Deposition)법이 알려져 있다. ALD 성막 장치의 하나에, 서셉터를 회전시켜 ALD 성막을 행하는 회전 테이블식 ALD 장치가 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 ALD 성막 장치에서는, 회전 테이블 상에 5매 또는 6매의 웨이퍼를 주위 방향을 따라 배치하고, 회전 테이블의 회전에 의하여 이동하는 웨이퍼의 궤도 상에 원료 가스 공급부나 가스를 플라스마화하기 위한 안테나를 순차 배치하고 있다.
이러한 특허문헌 1에 기재된 ALD 성막 장치를 사용하여 고품질 SiO2 성막을 실시하는 경우, 예를 들어 원료 가스 공급 영역에서 3DMAS(Tris(dimethylamino)silane), 유기 아미노실란 가스 등의 Si 함유 가스, 산화 가스 공급 영역에서 O3 등의 산화 가스, 개질 영역에서 아르곤과 산소와 수소의 혼합 가스 플라스마를 각각 공급하고, 회전 테이블을 고속 회전시켜 웨이퍼에 3개의 가스 공급 영역을 고속으로 통과시켜, 고품질 SiO2막을 성막하는 방법이 있다. 이러한 방법에 의하면, 원료 가스 공급 영역에서 웨이퍼에 흡착된 Si 소스는 산화 가스 공급 영역에서 1층 분 산화된 후에 개질 영역에서 플라스마에 의하여 개질되고, 그 후에 다시 원료 가스 공급 영역에서 Si 흡착이라는 식으로 연속적으로 성막과 개질의 스텝이 반복되기 때문에, 용이하게 면 내 균일성이 높은 성막을 행할 수 있는 경우가 많다.
그러나 회로 패턴의 미세화에 수반하여, 예를 들어 트렌치 소자 분리 구조에 있어서의 트렌치나 라인 스페이스 패턴에 있어서의 스페이스의 애스펙트비가 커짐에 따라, 분자층 성막법에 있어서도 트렌치나 스페이스를 매립하는 것이 곤란한 경우가 있다.
예를 들어 약 30㎚의 폭을 갖는 스페이스를 산화실리콘막으로 매립하고자 하면, 좁은 스페이스의 저부에 반응 가스가 진입하기 어렵기 때문에, 스페이스를 구획 형성하는 라인측 벽의 상단부 근방에서의 막 두께가 두터워지고 저부측에서 막 두께가 얇아지는 경향이 있다. 그 때문에, 스페이스에 매립된 산화실리콘막에는 보이드가 발생하는 경우가 있다. 그러한 산화실리콘막이, 예를 들어 후속의 에칭 공정에 있어서 에칭되면, 산화실리콘막의 상면에, 보이드와 연통되는 개구가 형성되는 경우가 있다. 그렇게 하면, 그러한 개구로부터 보이드에 에칭 가스(또는 에칭액)가 진입하여 오염이 발생하거나, 또는 나중의 메탈라이제이션 시에 보이드 중에 금속이 들어가 결함이 발생하거나 할 우려가 있다.
이러한 문제는 분자층 성막법에 한정되지 않으며, 화학적 기상 퇴적(CVD, Chemical Vapor Deposition)법에 있어서도 발생할 수 있다. 예를 들어 반도체 기판에 형성되는 접속 구멍을 도전성 물질의 막으로 매립하여 도전성의 접속 구멍(소위 플러그)을 형성할 때, 플러그 중에 보이드가 형성되어 버리는 경우가 있다. 그래서, 이러한 보이드의 발생을 억제하기 위하여, 유기 아미노실란 가스의 산화에 의하여 생성된 산화실리콘막 상에 OH기를 흡착시키고 또한 산소 플라스마에 노출시킴으로써, 트렌치의 개구부 부근의 OH기를 감소시킴과 함께 저부 부근의 OH기를 많이 잔류시키고 SiO2 성막을 행하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 2 참조). OH기는 유기 아미노실란 가스의 흡착 사이트로서 작용하며, OH기의 분포에 따라 유기 아미노실란 가스가 흡착되기 때문에, 유기 아미노실란 가스도 저부 부근에 많이 흡착되고 개구부 부근에 적게 흡착된다. 따라서 산화실리콘막은, 트렌치의 저부 부근에 있어서 두터워지고 개구를 향하여 얇아지도록 성막된다. 예를 들어 이러한 성막 기술을 이용하여, 고애스펙트비의 트렌치를 갖는 회로 패턴에의 보텀 업적인 매립을 보이드 없이 행할 수 있다.
그러나 이러한 플라스마에 의하여 OH기 분포를 제어하여 유기 아미노실란 가스의 흡착량을 제어하는 성막 방법은, 1층 분 원료 가스를 흡착시키고 산화, 개질을 행하는 성막 방법과 비교하여 양호한 면 내 균일성을 얻는 것이 곤란한 경우가 많다. 즉, 회전 테이블식의 ALD 성막 장치에 있어서, 플라스마 소스에 의하여 OH기 분포를 제어하는 방법은, 회전 테이블의 축측과 외주부에서 각속도가 상이하기 때문에, 축측에 산화 플라스마가 많이 공급되고 외주부에는 산화 플라스마가 적게 공급되어 버린다. 그렇게 되면, 축측의 OH기가 상대적으로 적어지고 외주부의 OH기가 상대적으로 많아지기 때문에, 외주부의 유기 아미노실란 가스의 흡착량이 축측보다도 많아져 외주부의 막 두께가 축측보다도 두꺼워지는 사태가 발생한다.
이러한 회전 테이블의 축측과 외주부의 플라스마 공급의 불균형을 시정하기 위하여, 통상의 회전 테이블 반경 전체에 플라스마 가스를 공급하는 노즐 외에, 축측, 외주부에 플라스마 가스를 공급하는 노즐을 개별로 설치한 ALD 장치도 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 3 참조). 이러한 특허문헌 3에 기재된 ALD 장치에 의하면, 외주부의 플라스마 가스의 공급량을 국소적으로 증가시킬 수 있으므로 플라스마 처리량의 면 내 균일성을 향상시킬 수 있다.
일본 특허 공개 제2013-45903호 공보 일본 특허 공개 제2013-162154호 공보 일본 특허 공개 제2015-220293호 공보
그러나 플라스마를 사용한 개질 영역에 있어서의 면 내 균일성의 향상만으로는 불충분한 경우가 있다. 예를 들어 원료 가스의 유량이 크게 변화된 경우, 예를 들어 양산화를 위하여 저유량으로의 프로세스가 요구된 경우, 회전 테이블의 축 부근에 공급되고 있는 퍼지 가스의 영향을 받아 원료 가스 공급의 면 내 균일성을 충분히 확보할 수 없는 경우도 있을 수 있다.
그래서 본 발명은, 원료 가스 공급의 면 내 균일성을 향상시킬 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 관한 성막 장치는, 처리실과,
해당 처리실 내에 설치되어, 기판을 상면에 주위 방향을 따라 적재 가능한 기판 적재 영역을 갖는 회전 테이블과,
해당 회전 테이블의 반경 방향으로 연장되어, 해당 회전 테이블의 반경을 덮도록 해당 회전 테이블의 상방에 해당 회전 테이블과 제1 간격을 갖고 설치된 원료 가스 공급 수단과,
상기 회전 테이블의 상기 반경 방향의 축측의 소정 영역을 덮도록 상기 회전 테이블과 상기 제1 간격보다도 넓은 제2 간격을 갖고, 상기 원료 가스 공급 수단의 근방에 설치된 축측 보조 가스 공급 수단을 갖는다.
본 발명에 의하면, 원료 가스 공급의 면 내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 개략 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 개략 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 회전 테이블의 동심원을 따른 진공 용기의 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 다른 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 샤워 헤드의 저면판의 하면의 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 샤워 헤드의 저면판의 상면의 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 샤워 헤드의 전체 구성의 일례를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 샤워 헤드의 원료 가스 공급부를 따라 절단한 사시 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치에 설치한 샤워 헤드를, 원료 가스 공급부를 통과하는 라인으로 절단한 사시 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치에 설치한 샤워 헤드를, 축측 보조 가스 공급부 및 외주측 보조 가스 공급부를 통과하는 라인으로 절단한 사시 단면도이다.
도 12는 본 실시 형태에 관한 플라스마 발생부의 일례의 종단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부의 일례의 분해 사시도이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부에 설치되는 하우징의 일례의 사시도이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 회전 테이블의 회전 방향을 따라 진공 용기를 절단한 종단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 플라스마 처리 영역에 설치된 처리 가스 노즐을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 17은 본 실시 형태에 관한 성막 장치의 플라스마 발생부의 일례의 평면도이다.
도 18은 본 실시 형태에 관한 성막 장치의 플라스마 발생부에 설치되는 패러데이 실드의 일부를 도시한 사시도이다.
도 19는 시뮬레이션 실험 1에 관한 성막 결과를 도시한 도면이다.
도 20은 시뮬레이션 실험 2의 해석 결과를 도시한 도면이다.
도 21은 시뮬레이션 실험 3의 해석 결과를 도시한 도면이다.
도 22는 시뮬레이션 실험 4에 사용하는 성막 장치의 샤워 헤드의 저면판의 하면의 구성을 도시한 도면이다.
도 23은 시뮬레이션 실험 4의 해석 결과를 도시한 도면이다.
도 24는 본 실시 형태에 관한 성막 장치를 사용하여 성막 처리를 실시한 실시예 1의 실시 결과를 나타낸 도면이다.
도 25는 본 실시 형태에 관한 성막 장치를 사용하여 성막 처리를 실시한 실시예 2의 실시 결과를 나타낸 도면이다.
도 26은 본 실시 형태에 관한 성막 장치를 사용하여 성막 처리를 실시한 실시예 3의 실시 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 설명을 행한다.
[성막 장치]
먼저, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치에 대하여 설명한다. 도 1 내지 도 3까지를 참조하면, 성막 장치는, 거의 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 진공 용기(1)과, 진공 용기(1) 내에 설치되어, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는, 내부에 수용한 웨이퍼의 표면 상에 성막 처리를 행하기 위한 처리실이다. 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 통해 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 갖고 있다.
회전 테이블(2)은, 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되며, 이 코어부(21)는, 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(22)은 진공 용기(1)의 저부(14)를 관통하고, 하단부가 회전축(22)(도 1)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(23)에 설치되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는, 상면이 개구된 통형의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 케이스체(20)는 그 상면에 설치된 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저부(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(주위 방향)을 따라 복수(도시의 예에서는 5매)의 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라 함) W를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 형성되어 있다. 또한 도 3에는 편의상 하나의 오목부(24)에만 웨이퍼 W를 도시한다. 이 오목부(24)는, 웨이퍼 W의 직경보다도 약간, 예를 들어 4㎜ 큰 내경과, 웨이퍼 W의 두께와 거의 동등한 깊이를 갖고 있다. 따라서 웨이퍼 W가 오목부(24)에 수용되면, 웨이퍼 W의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(웨이퍼 W가 적재되지 않는 영역)이 동일한 높이로 된다. 오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼 W의 이면을 지지하여 웨이퍼 W를 승강시키기 위한, 예를 들어 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(모두 도시되지 않음)이 형성되어 있다.
도 2 및 도 3은, 진공 용기(1) 내의 구조를 설명하기 위한 도면이며, 설명의 편의상, 천장판(11)의 도시를 생략하고 있다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상방에는, 원료 가스 공급 영역 P1을 구성하는 샤워 헤드(30)의 저면판(31), 각각, 예를 들어 석영으로 이루어지는 처리 가스 노즐(60), 처리 가스 노즐(61), 및 분리 가스 노즐(41, 42)이 진공 용기(1)의 주위 방향{회전 테이블(2)의 회전 방향(도 3의 화살표 A)}으로 서로 간격을 갖고 배치되어 있다. 도시된 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 시계 방향{회전 테이블(2)의 회전 방향}으로 처리 가스 노즐(61), 분리 가스 노즐(41), 저면판(31), 분리 가스 노즐(42), 처리 가스 노즐(60)이 이 순서대로 배열되어 있다. 샤워 헤드(30)의 저면판(31)에는, 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33), 외주측 보조 가스 공급부(34)가 형성되어 있다. 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33), 외주측 보조 가스 공급부(34)는 각각, 원료 가스, 축측 보조 가스, 외주측 보조 가스(이하, 「축측 보조 가스」 및 「외주측 보조 가스」를 통틀어 「보조 가스」라 칭해도 되는 것으로 함)를 공급하기 위한 가스 공급 수단이며, 각각의 저면에는 도시되지 않은 복수의 가스 토출 구멍이 형성되어, 회전 테이블(2)의 직경 방향을 따라 원료 가스, 보조 가스를 공급한다. 원료 가스 공급부(32)는, 웨이퍼 W의 전체를 덮을 수 있도록 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 반경 전체에 걸쳐 연장되어 있다. 한편, 축측 보조 가스 공급부(33)는 회전 테이블(2)의 축측의 원료 가스 공급부(32)의 1/3 정도의 소정 영역으로만 연장되어 있고, 외주측 보조 가스 공급부(34)는 회전 테이블(2)의 외주측의 원료 가스 공급부(32)의 1/3 정도의 소정 영역으로만 연장되어 있다. 어느 가스 공급부(32 내지 34)도 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 배치되어 있다. 나중에 상세히 설명하겠지만, 원료 가스 공급부(32)와 회전 테이블(2)의 간격보다도 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)와 회전 테이블(2)의 간격은 넓게 형성되어 있다. 이는, 보조 가스 공급부(33, 34)가, 원료 가스 공급부(32)로부터 공급되는 원료 가스의 흐름을 방해하지 않고 면 내 균일성을 높이는 막 두께 조정용의 보조 가스를 공급하기 위해서인데, 그 점에 대해서는 후술한다.
가스 노즐(60, 61, 41, 42)은, 각 노즐(60, 61, 41, 42)의 기단부인 가스 도입 포트(60a, 61a, 41a, 42a)(도 3)를 용기 본체(12)의 외주벽에 고정함으로써, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 진공 용기(1) 내에 도입되며, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라 회전 테이블(2)에 대하여 수평으로 신장되도록 설치되어 있다.
한편, 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)는 도시되지 않은 샤워 헤드(30)의 저면판(31)에 설치되어 있으므로, 샤워 헤드(30)에 도입된 원료 가스 및 보조 가스가 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)를 통하여 진공 용기(1) 내에 도입되게 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 원료 가스 공급부(32)는 배관(110) 및 유량 제어기(120) 등을 통하여 원료 가스의 공급원(130)에 접속되어 있다. 축측 보조 가스 공급부(33)는 배관(111) 및 유량 제어기(121) 등을 통하여 축측 보조 가스의 공급원(131)에 접속되어 있다. 또한 외주측 보조 가스 공급부(34)는 배관(112) 및 유량 제어기(122) 등을 통하여 외주측 보조 가스의 공급원(132)에 접속되어 있다. 또한 원료 가스는, 예를 들어 유기 아미노실란 가스 등의 실리콘 함유 가스나 TiCl4 등의 티타늄 함유 가스 등이다. 또한 축측 보조 가스 및 외주측 보조 가스는, 예를 들어 Ar 등의 희가스나 질소 가스 등의 불활성 가스이거나, 원료 가스와 동일한 가스이거나, 이들의 혼합 가스이거나, 그렇지 않으면 상이한 다른 종류의 가스이거나 해도 된다. 보조 가스는, 용도 및 프로세스에 따라 막 두께의 조정 등, 면 내 균일성을 높이는 것에 바람직한 가스가 적절히 선택되어 사용된다.
또한 각 공급원(130 내지 132)은, 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)에 개별적으로 1대1로 접속된 구성이 도시되어 있지만, 혼합 가스를 공급하는 경우에는, 배관을 더 증가시켜 공급로끼리를 접속하고, 적절한 혼합비로 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)에 최종적으로 개별적으로 가스를 공급하는 구성으로 해도 된다. 즉, 원료 가스 공급부(32) 및 축측 보조 가스 공급부(33)의 양쪽에 동일한 가스를 포함한 혼합 가스를 공급하는 경우에는, 공통의 가스 공급원(130 내지 132)으로부터 동일한 종류의 가스를 도입하고, 각각에 최종적인 혼합 가스를 개별적으로 공급하는 구성으로 해도 된다. 즉, 최종적으로 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)의 각각에 개별로 가스를 공급할 수 있는 구성이면, 도중의 가스 공급로의 접속 구성은 불문한다.
처리 가스 노즐(60)은 배관(113) 및 유량 제어기(123) 등을 통하여 반응 가스의 공급원(133)에 접속되어 있다. 반응 가스는 원료 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성하는 가스이며, 예를 들어 실리콘 함유 가스에 대해서는 O3 등의 산화 가스, 티타늄 함유 가스에 대해서는 NH3 등의 질화 가스 등이 해당한다.
처리 가스 노즐(61)은 배관(114) 및 유량 제어기(124) 등을 통하여 개질 가스의 공급원(134)에 접속되어 있다. 개질 가스는, 생성된 반응 생성물의 막질을 높이기 위하여 플라스마를 생성할 수 있는 가스이며, 많은 경우, 반응 가스와 마찬가지의 성질을 갖는 가스가 사용된다. 예를 들어 실리콘 함유 가스에 대해서는 O2, O3 등의 산화 가스, 티타늄 함유 가스에 대해서는 NH3, N2 등의 질화 가스 등이 사용된다.
또한 필요에 따라, 처리 가스 노즐(61) 외에, 축측에 국소적으로 개질 가스를 공급하는 축측 노즐이나, 외주측에 국소적으로 개질 가스를 공급하는 외주측 노즐을 더 구비하고 있어도 된다. 도 3에 있어서는, 플라스마 가스 공급용의 노즐로서 처리 가스 노즐(61)이 하나만 설치된 예를 들고 있지만, 나중의 설명에 있어서는 3개의 플라스마 가스 공급용의 노즐을 사용한 예에 대해서도 설명한다.
분리 가스 노즐(41, 42)은, 모두 도시되지 않은 배관 및 유량 제어 밸브 등을 통하여 분리 가스의 공급원(도시되지 않음)에 접속되어 있다. 분리 가스로서는 헬륨(He)이나 아르곤(Ar) 등의 희가스나 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는 Ar 가스를 사용하는 예를 들어 설명한다.
처리 가스 노즐(60, 61)에는, 회전 테이블(2)을 향하여 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(64)(도 4 참조)이 처리 가스 노즐(60, 61)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 샤워 헤드(30)의 저면판(31)의 하방 영역은, 제1 반응 가스를 웨이퍼 W에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역 P1로 된다. 처리 가스 노즐(60)의 하방 영역은, 제1 처리 영역 P1에 있어서 웨이퍼 W에 흡착된 제1 반응 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하고, 반응 생성물의 분자층을 생성하는 제2 처리 영역 P2로 된다. 또한 반응 생성물의 분자층이, 성막되는 막을 구성한다. 처리 가스 노즐(61)의 하방 영역은, 제2 처리 영역 P2에 있어서 생성된 반응 생성물(막)에 개질용의 플라스마 가스를 공급하여 막을 개질하는 제3 처리 영역 P3으로 된다. 여기서, 제1 처리 영역 P1은 원료 가스를 공급하는 영역이므로, 원료 가스 공급 영역 P1이라 칭해도 되는 것으로 한다. 마찬가지로, 제2 처리 영역 P2는, 원료 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성 가능한 반응 가스를 공급하는 영역이므로, 반응 가스 공급 영역 P2라 칭해도 되는 것으로 한다. 또한 제3 처리 영역 P3은 제3 반응 가스, 즉 개질용의 플라스마 가스를 사용하여 플라스마 처리를 행하는 영역이므로, 개질 영역 P3 또는 플라스마 처리 영역 P3이라 칭해도 되는 것으로 한다.
또한 제3 처리 영역 P3의 상방에는 플라스마 발생부(81)가 설치된다. 도 3에 있어서, 플라스마 발생부(81)는 파선으로 간략화되어 나타나 있다. 플라스마 발생부(81)의 상세에 대해서는 후술한다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 진공 용기(1) 내에는 2개의 볼록형부(4)가 마련되어 있다. 입체 형상의 상세는 후술하겠지만, 볼록형부(4)는 분리 가스 노즐(41, 42)과 함께 분리 영역 D를 구성하기 위하여, 회전 테이블(2)을 향하여 돌출하도록 천장판(11)의 이면에 설치되어 있다. 또한 볼록형부(4)는, 정상부가 원호상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 가지며, 본 실시 형태에 있어서는, 내측 원호가 돌출부(5)(후술)에 연결되고, 외측 원호가 진공 용기(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다.
도 4는, 샤워 헤드(30)의 저면판(31)으로부터 처리 가스 노즐(60)까지 회전 테이블(2)의 동심원을 따른 진공 용기(1)의 단면을 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 천장판(11)의 이면에 볼록형부(4)가 설치되어 있기 때문에, 진공 용기(1) 내에는, 볼록형부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 주위 방향 양측에 위치하는, 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 존재한다. 천장면(44)은, 정상부가 원호상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한 도시한 바와 같이, 볼록형부(4)에는 주위 방향 중앙에 있어서, 반경 방향으로 신장되도록 형성된 홈부(43)가 형성되며, 분리 가스 노즐(42)이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 또 하나의 볼록형부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되며, 여기에 분리 가스 노즐(41)이 수용되어 있다. 또한 높은 천장면(45)의 하방의 공간에 샤워 헤드(30)의 저면판(31) 및 처리 가스 노즐(60)이 각각 설치되어 있다. 처리 가스 노즐(60)은 천장면(45)으로부터 이격된 웨이퍼 W의 근방에 설치되어 있다. 또한 도 4에 도시한 바와 같이, 높은 천장면(45)의 하방의 우측의 공간(481)에 저면판(31)이 설치되고, 높은 천장면(45)의 하방의 좌측의 공간(482)에 처리 가스 노즐(60)이 설치된다.
또한 볼록형부(4)의 홈부(43)에 수용되는 분리 가스 노즐(41, 42)에는, 회전 테이블(2)을 향하여 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(42h)(도 4 참조)이 분리 가스 노즐(41, 42)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다.
샤워 헤드(30)의 저면판(31)에 설치된 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)는 가스 토출 구멍{32a, 33a(도 4에는 도시되지 않음), 34a}을 각각 갖는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 원료 가스 공급부(32)의 가스 토출 구멍(32a)은 다른 처리 가스 노즐(60), 분리 가스 노즐(42)의 가스 토출 구멍(64, 43h)과 거의 동일한 높이에 마련되어 있지만, 외주측 보조 가스 공급부(34)의 가스 토출 구멍(34a)은 그보다도 높은 위치에 마련되어 있다. 즉, 저면판(31)은 저저면 영역(31a)과 고저면 영역(31b)을 가지며, 가스 토출 구멍(32a)은 저저면 영역(31a)에 마련되고, 가스 토출 구멍(34a)은 고저면 영역(31b)에 형성되어 있다. 또한 도 4에는 도시되어 있지 않지만, 축측 보조 가스 공급부(33)도 외주측 보조 가스 공급부(34)와 마찬가지로 고저면 영역(31b)에 마련되어 있다. 이러한 구성의 기술적 의의에 대해서는 나중에 실시예를 나타내어 설명하겠지만, 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)는 어디까지나 보조이며 조정용이므로, 원료 가스 공급부(32)로부터 공급되는 원료 가스의 흐름을 저해할 것 같으면, 원료 가스의 흡착의 면 내 균일성을 양호하게 한다는 역할을 할 수 없다. 즉, 원료 가스의 흐름을 저해하지 않는 범위에서의 영향에 그치게 할 필요가 있어, 웨이퍼 W의 표면에의 거리가 원료 가스 공급부(32)보다도 먼 편이 바람직하다. 따라서 본 실시 형태에 관한 성막 장치에 있어서는, 원료 가스 공급부(32)와 회전 테이블(2)의 간격 d1보다도, 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)와 회전 테이블(2)의 간격 d2가 넓게 설정되어 있다. 또한 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)와 회전 테이블(2)의 간격 d2는, 원료 가스 공급부(32)와 회전 테이블(2)의 간격 d1보다도 넓으면 다양한 값으로 설정해도 되는데, 예를 들어 간격 d2를 간격 d1의 1.1 내지 3배의 범위로 설정해도 되고, 바람직하게는 1.5 내지 2.5배의 범위, 더욱 바람직하게는 대략 2배로 설정해도 된다. 실제 폭으로서는, 예를 들어 간격 d1을 1.5㎜로 설정하면, 간격 d2를 그 2배인 3㎜로 설정하도록 해도 된다.
또한 축측 보조 가스 공급부(33)와 외주측 보조 가스 공급부(34)의 높이는 반드시 동일하게 할 필요는 없으며, 원료 가스 공급부(32)보다도 높은 위치로 설정되는 한, 양자를 상이하게 해도 된다. 예를 들어 축측 보조 가스 공급부(33)와 회전 테이블(2) 사이의 간격을 d3이라 한 때, d1<d3<d2로 되도록 설정하고, 외주측 보조 가스 공급부(34)와 회전 테이블(2)의 간격 d2가 축측 보조 가스 공급부 d3보다도 넓어지도록 설정해도 된다.
천장면(44)은, 협애한 공간인 분리 공간 H를 회전 테이블(2)에 대하여 형성하고 있다. 분리 가스 노즐(42)의 토출 구멍(42h)으로부터 Ar 가스가 공급되면, 이 Ar 가스는 분리 공간 H를 통과하여 공간(481) 및 공간(482)을 향하여 흐른다. 이때, 분리 공간 H의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다도 작기 때문에, Ar 가스에 의하여 분리 공간 H의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비하여 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481 및 482) 사이에 압력이 높은 분리 공간 H가 형성된다. 또한 분리 공간 H로부터 공간(481 및 482)에 흘러나오는 Ar 가스가, 제1 처리 영역 P1로부터의 원료 가스와 제2 영역 P2로부터의 반응 가스에 대한 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서 제1 영역 P1로부터의 원료 가스와 제2 영역 P2로부터의 반응 가스가 분리 공간 H에 의하여 분리된다. 따라서 진공 용기(1) 내에서 원료 가스와 반응 가스가 혼합하여 반응하는 것이 억제된다.
또한 회전 테이블(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이 h1은, 성막 시의 진공 용기(1) 내의 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도, 공급하는 분리 가스(Ar 가스)의 공급량 등을 고려하여, 분리 공간 H의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비하여 높게 하는 것에 적합한 높이로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 천장판(11)의 하면에는, 회전 테이블(2)을 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸는 돌출부(5)(도 2 및 도 3)가 마련되어 있다. 이 돌출부(5)는, 본 실시 형태에 있어서는, 볼록형부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속되어 있으며, 그 하면이 천장면(44)과 동일한 높이에 형성되어 있다.
도 5는, 천장면(44)이 마련되어 있는 영역을 도시하는 단면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 부채형의 볼록형부(4)의 주연부{진공 용기(1)의 외연측의 부위}에는, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 이 굴곡부(46)는 볼록형부(4)와 마찬가지로, 분리 영역 D의 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 억제하여 양 반응 가스의 혼합을 억제한다. 부채형의 볼록형부(4)는 천장판(11)에 마련되며, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 떼어낼 수 있도록 되어 있는 점에서, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 약간 간극이 있다. 굴곡부(46)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면의 간극, 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극은, 예를 들어 회전 테이블(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이와 마찬가지의 치수로 설정되어 있다.
용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역 D에 있어서는 도 4에 도시한 바와 같이 굴곡부(46)의 외주면과 근접하여 수직면으로 형성되어 있지만, 분리 영역 D 이외의 부위에 있어서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저부(14)에 걸쳐 외측으로 오목해져 있다. 이하, 설명의 편의상, 대략 직사각형의 단면 형상을 갖는 오목한 부분을 배기 영역이라 기재한다. 구체적으로는, 제1 처리 영역 P1에 연통되는 배기 영역을 제1 배기 영역 E1이라 기재하고, 제2 처리 영역 P2에 연통되는 영역을 제2 배기 영역 E2라 기재한다. 이들 제1 배기 영역 E1 및 제2의 배기 영역 E2의 저부에는, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 각각 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)가 형성되어 있다. 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)는, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 각각 배기관(630, 631)을 통하여 진공 배기 수단인, 예를 들어 진공 펌프(640, 641)에 접속되어 있다. 또한 제1 배기구(610)와 진공 펌프(640) 사이의 배기관(630)에는 압력 조정 수단인 자동 압력 제어 기기(APC, Auto Pressure Controller)(650)가 설치되어 있다. 마찬가지로, 제2 배기구(620)와 진공 펌프(641) 사이의 배기관(631)에는 압력 조정 수단인 자동 압력 제어기(651)가 설치되어, 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)의 배기 압력을 각각 독립적으로 제어 가능하게 구성되어 있다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저부(14) 사이의 공간에는, 도 1 및 도 5에 도시한 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되며, 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼 W가 프로세스 레시피에서 정해진 온도(예를 들어 450℃)로 가열된다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는, 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 배기 영역 E1, E2에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여 있는 분위기를 구획하여 회전 테이블(2)의 하방 영역에의 가스의 침입을 억제하기 위하여, 링형의 커버 부재(71)가 설치되어 있다(도 5). 이 커버 부재(71)는, 회전 테이블(2)의 외연부, 및 외연부보다도 외주측을 하방측으로부터 면하도록 설치된 내측 부재(71a)와, 이 내측 부재(71a)와 진공 용기(1)의 내벽면 사이에 설치된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 외측 부재(71b)는, 분리 영역 D에 있어서 볼록형부(4)의 외연부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)과 근접하여 설치되고, 내측 부재(71a)는, 회전 테이블(2)의 외연부 하방(및 외연부보다도 약간 외측의 부분의 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 주위에 걸쳐 둘러싸고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심 근처의 부위에 있어서의 저부(14)는, 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근에 있어서의 코어부(21)에 근접하도록 상방측으로 돌출하여 돌출부(12a)를 이루고 있다. 이 돌출부(12a)와 코어부(21) 사이는 좁은 공간으로 되어 있고, 또한 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁아져 있으며, 이들 좁은 공간은 케이스체(20)에 연통되어 있다. 그리고 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 Ar 가스를 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 설치되어 있다. 또한 진공 용기(1)의 저부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방에 있어서 주위 방향으로 소정의 각도 간격으로, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 복수의 퍼지 가스 공급관(73)이 설치되어 있다{도 5에는 하나의 퍼지 가스 공급관(73)을 도시함}. 또한 히터 유닛(7)과 회전 테이블(2) 사이에는, 히터 유닛(7)이 설치된 영역에의 가스의 침입을 억제하기 위하여, 외측 부재(71b)의 내주벽{내측 부재(71a)의 상면}으로부터 돌출부(12a)의 상단부와의 사이를 주위 방향에 걸쳐 덮는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다. 덮개 부재(7a)는, 예를 들어 석영으로 제작할 수 있다.
또한 진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있어, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 Ar 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이 공간(52)에 공급된 분리 가스는, 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)을 통하여 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라 주연을 향하여 토출된다. 공간(50)은 분리 가스에 의하여 공간(481) 및 공간(482)보다도 높은 압력으로 유지될 수 있다. 따라서 공간(50)에 의하여, 제1 처리 영역 P1에 공급되는 Si 함유 가스와 제2 처리 영역 P2에 공급되는 산화 가스가 중심 영역 C를 통과하여 혼합하는 것이 억제된다. 즉, 공간(50)(또는 중심 영역 C)은 분리 공간 H(또는 분리 영역 D)와 마찬가지로 기능할 수 있다.
이와 같이, 회전 테이블(2)의 축측에는, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72)으로부터 Ar 등의 희가스 또는 N2 등의 불활성 가스(이하, 통틀어 「퍼지 가스」라 칭해도 되는 것으로 함)가 상하로부터 공급되며, 원료 가스의 유량을 소유량, 예를 들어 30sccm 이하로 설정하면, 축측의 Ar 가스의 영향을 받아 버려 원료 가스의 농도가 회전 테이블(2)의 축측에서 엷어져, 막 두께의 면 내 균일성이 저하되는 경우가 있다. 본 실시 형태에 관한 성막 장치에서는, 축측에 축측 보조 가스 공급부(32)를 설치하여 보조 가스를 공급함으로써, 축측으로부터 제어되지 않고 유출되는 퍼지 가스의 영향을 저하시켜, 원료 가스의 농도를 적절히 제어할 수 있다. 이러한 관점에서, 축측 보조 가스 공급부(33)와 외주측 보조 가스 공급부(34)에서는 축측 보조 가스 공급부(33)가 하는 역할 쪽이 크기 때문에, 본 실시 형태에 관한 성막 장치의 가스 샤워 헤드(30)의 저면판(31)은 원료 가스 공급부(32) 및 축측 보조 가스 공급부(33)만을 갖는 구성으로 되어도 된다. 이러한 구성으로도 회전 테이블(2)의 축측의 막 두께 저하를 방지할 수 있어, 충분한 효과를 얻을 수 있다. 단, 더 다양한 프로세스에 대응하여 더 정확한 막 두께 조정을 행하기 위해서는, 축측 보조 가스 공급부(33)뿐만 아니라 외주측 보조 가스 공급부(34)도 구비하고 있는 것이 바람직하다.
진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2, 도 3에 도시한 바와 같이, 외부의 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 기판인 웨이퍼 W의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 이 반송구(15)는 도시되지 않은 게이트 밸브에 의하여 개폐된다. 또한 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 오목부(24)는, 이 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼 W의 전달이 행해지는 점에서, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 전달 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼 W를 이면으로부터 들어올리기 위한 전달용의 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시되지 않음)가 설치되어 있다.
또한 본 실시 형태에 의한 기판 처리 장치에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되어 있으며, 이 제어부(100)의 메모리 내에는, 제어부(100)의 제어 하에 후술하는 기판 처리 방법을 기판 처리 장치에 실시시키는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은 후술하는 기판 처리 방법을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있으며, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광 자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기록 매체(102)에 기억되어 있고, 소정의 판독 장치에 의하여 기억부(101)에 읽어들여져 제어부(100) 내에 인스톨된다.
다음으로, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 저면판(31)을 포함하는 샤워 헤드(30)의 구성에 대하여 더 상세히 설명한다.
도 6은, 샤워 헤드(30)의 저면판(31)의 저면(하면)의 구성의 일례를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 저면판(31)의 하면에는 고저면 영역(31a)과 저저면 영역(31b)이 형성되며, 고저면 영역(31a)에 원료 가스 공급부(32)가 형성되고, 저저면 영역(31b)에 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)가 형성되어 있다. 저면판(31)은 전체적으로 축측을 중심으로 하여, 전체적으로 대략 부채형의 평면 형상을 갖는다. 고저면 영역(31a)은 저저면 영역(31b)과 비교하여 1/5 내지 1/4 정도의 좁은 영역으로 되어 있다. 고저면 영역(31a)은 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측에 형성되며, 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)는 모두 부채형의 좌우 대칭의 중심보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측 근처에 설치되어 있다. 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)는 원료 가스 공급부(32)의 근방에 설치되며, 원료 가스 공급부(32)로부터 공급되는 원료 가스의 농도 조정을 행하는 것이 가능한 위치에 설치되어 있다.
또한 고저면 영역(31a)의 원료 가스 공급부(32)보다도 더 상류측에는 클리닝 가스 공급부(35)가 설치되어 있다. 클리닝 가스 공급부(35)는, 진공 용기(1) 내를 클리닝할 때 클리닝용의 가스를 공급하는 가스 공급 수단이며, 유지 보수 시에 필요에 따라 사용된다. 클리닝 가스 공급부(35)는 필수는 아니며, 필요에 따라 설치하도록 해도 된다.
도 7은, 샤워 헤드(30)의 저면판(31)의 상면의 구성의 일례를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 도 6과 대응하는 위치에 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33), 외주측 보조 가스 공급부(34) 및 클리닝 가스 공급부(35)가 설치된다. 또한 도 7에 있어서, 원료 가스 공급부(32)의 저면에 형성된 원료 가스 토출 구멍(32a)과, 원료 가스 공급부(32)에 접속된 원료 가스 공급로(32b)가 도시되어 있다. 마찬가지로, 축측 보조 가스 공급부(33)의 저면에는 축측 보조 가스 토출 구멍(33a)이 마련되며, 축측 보조 가스 공급부(33)에 접속된 축측 보조 가스 공급로(33b)가 설치되어 있다. 또한 외주측 보조 가스 공급부(34)의 저면에는 외주측 보조 가스 토출 구멍(34a)이 마련되며, 외주측 보조 가스 공급부(34)에 접속된 외주측 보조 가스 공급로(34b)가 설치되어 있다. 또한 클리닝 가스 공급부(35)의 저면에도 클리닝 가스 토출 구멍(35a)이 마련되어 있다. 또한 클리닝 가스 공급부(35)에는 가스 공급로가 접속되어 있지 않은데, 클리닝 가스의 공급로는 상이한 높이에 설치되어 있고 저면판(31)에는 설치되어 있지 않기 때문이다.
또한 각 가스 토출 구멍(32a, 33a, 34a, 35a)은, 직선상으로 형성된 가스 공급부(32, 33, 34, 35)의 저면에 역시 직선상으로 배열되어 형성되어 있다. 또한 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)는 도 2, 3, 6에 도시한 형상보다도 긴 형상을 갖지만, 도 7에 도시한 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)의 중앙부의 불필요한 부분을 매립함으로써, 도 6과 마찬가지의 형상으로 구성할 수 있다. 이와 같이, 용도에 따라 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)의 길이를 조정할 수 있다.
도 8은, 샤워 헤드(30)의 전체 구성의 일례를 도시한 사시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 샤워 헤드(30)는 저면판(31)과 중단부(36)와 상단부(37)와 중앙부(38)와 가스 도입부(39)를 갖는다. 또한 샤워 헤드(30)는 저면판(31)을 포함하며, 예를 들어 알루미늄 등의 금속 재료로 구성되어도 된다.
가스 도입부(39)는, 외부로부터 원료 가스 및 보조 가스, 또한 필요에 따라 클리닝 가스를 도입하기 위한 도입구이며, 예를 들어 조인트로서 구성된다. 가스 도입부(39)는 4개의 가스 공급로(32 내지 35)에 대응하여 4개 설치되어 있으며, 개별적으로 가스의 공급이 가능한 구성으로 되어 있다. 또한 가스 도입부(39)의 하방에는 가스 도입로(39a)가 형성되며, 도 7에서 설명한 가스 공급로(32a, 33a, 34a)에 직접적으로 접속이 가능한 구성으로 되어 있다.
중앙부(38)는 가스 도입부(39) 및 가스 도입로(39a)를 가짐과 함께, 회전 가능하게 구성되어 있다. 이것에 의하여 샤워 헤드(30)의 각도를 조정할 수 있으며, 프로세스에 따라 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)의 위치를 미세 조정할 수 있다.
상단부(37)는 상부의 프레임으로서 기능하며, 천장판(11)에 설치 가능한 구조를 갖는다. 또한 중단부(36)는 상단부(37)와 저면판(31)을 접속하는 역할을 함과 함께, 클리닝 가스 공급부(35)의 클리닝 가스 공급로가 내부에 형성되어 있어, 클리닝 가스의 공급로로서도 기능한다.
도 9는, 샤워 헤드(30)의 원료 가스 공급부(32)를 따라 절단한 사시 단면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 가스 도입부(39)의 하나로부터 공급된 원료 가스가 원료 가스 공급로(32b)를 경유하여 가스 공급부(32)에 공급되며, 원료 가스 토출 구멍(32a)으로부터 원료 가스가 샤워상으로 공급되는 구성으로 되어 있다.
도 10은, 성막 장치에 설치한 상태에 있어서의 샤워 헤드(30)를, 원료 가스 공급부(32)를 통과하는 라인으로 절단한 사시 단면도이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라, 적어도 웨이퍼 W의 직경을 커버할 수 있는 길이로 직선적으로 원료 가스 공급부(32) 및 가스 토출 구멍(32a)가 배치된다. 또한 중단부(36)에는, 클리닝 가스 공급부(35)에 접속되는 클리닝 가스 공급로(35b, 35c)가 형성되어 있다.
도 11은, 성막 장치에 설치한 상태에 있어서의 샤워 헤드(30)를, 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)를 통과하는 라인으로 절단한 사시 단면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라, 웨이퍼 W의 축측 및 외주측의 소정 범위를 커버할 수 있는 길이로 직선적으로 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)가 배치되어 있다. 또한 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)의 길이가 매립에 의하여 조정 가능한 점은 도 7에 있어서 설명한 바와 같다. 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)의 저면에 보조 가스 토출 구멍(33a, 34a)이 직선적으로 배열되어 있는 점도 도 7에서 설명한 바와 같다. 또한 도 18과 마찬가지로, 중단부(36)에는, 클리닝 가스 공급부(35)에 접속되는 클리닝 가스 공급로(35b, 35c)가 설치되어 있다.
이러한 구성에 의하여, 본 실시 형태에 관한 성막 장치는 원료 가스 공급부(32)에 추가하여, 원료 가스 공급부(32)와 회전 테이블(2)의 간격 d1보다도 회전 테이블(2)과의 사이의 간격 d3이 넓은 축측 보조 가스 공급부(33)를 가짐으로써, 막 두께의 면 내 균일성을 높이면서 소유량의 원료 가스의 공급으로 성막을 행할 수 있다. 또한 필요에 따라, 회전 테이블(2)과의 간격 d2가 축측 보조 가스 공급부(33)와 회전 테이블(2)의 간격 d3과 동등하거나 그보다도 넓은 외주측 보조 가스 공급부(34)를 구비함으로써, 막 두께의 면 내 균일성을 더 높이면서 소유량의 원료 가스의 공급으로 성막을 행할 수 있다.
또한 도 6 내지 11에 있어서는, 가스 도입구(39)로부터 가스 도입로(39a) 및 원료 가스 공급로(32b), 보조 가스 공급로(33b, 34b)를 경유하여 원료 가스 및 보조 가스를 도입하는 예를 들어 설명했지만, 가스 도입구(39)의 배치에 따라서는, 원료 가스 공급로(32b), 보조 가스 공급로(33b, 34b)를 경유하지 않고 가스 도입구(39) 및 가스 도입로(39a)만을 거쳐 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)에 원료 가스 및 보조 가스를 공급하는 것도 가능하다. 그 경우에는, 저면판(31)은 도 2, 3에 도시한 구성으로 된다.
또한 본 실시 형태에 있어서는, 원료 가스 공급 수단 및 보조 가스 공급 수단을 일체적으로 구성한 샤워 헤드를 사용하여 구성하는 예를 들어 설명했지만, 회전 테이블(2)과의 간격 d1, d2, d3과의 관계를 만족시키도록 하면, 처리 가스 노즐(60, 61)과 마찬가지로 가스 노즐을 사용한 구성으로 하는 것도 가능하다. 가스의 공급 방법이 상이할 뿐 실질적인 차이는 없기 때문에, 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)를 각각 독립된 처리 가스 노즐로서 구성하더라도 전혀 문제는 없다.
다음으로, 본 실시 형태에 관한 성막 장치에 필요에 따라 탑재되는 플라스마 발생부(81)에 대하여 설명한다.
도 12에, 본 실시 형태에 관한 플라스마 발생부의 일례의 횡단면도를 도시한다. 또한 도 13에, 본 실시 형태에 관한 플라스마 발생부의 일례의 분해 사시도를 도시한다.
플라스마 발생부(81)는, 금속선 등으로 형성되는 안테나(83)를 코일상으로, 예를 들어 연직축 주위에 3중으로 권회하여 구성되어 있다. 또한 플라스마 발생부(81)는, 평면에서 보아 회전 테이블(2)의 직경 방향으로 신장되는 띠형체 영역을 둘러싸도록, 또한 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼 W의 직경 부분에 걸쳐 있도록 배치되어 있다.
안테나(83)는 정합기(84)를 통하여, 주파수가, 예를 들어 13.56㎒이고 출력 전력이, 예를 들어 5000W인 고주파 전원(85)에 접속되어 있다. 그리고 이 안테나(83)는 진공 용기(1)의 내부 영역으로부터 기밀하게 구획되도록 설치되어 있다. 또한 도 1 및 도 3 등에 있어서의 참조 부호 86은 안테나(83)와 정합기(84) 및 고주파 전원(85)을 전기적으로 접속하기 위한 접속 전극이다.
도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 처리 가스 노즐(61 내지 63)의 상방측에 있어서의 천장판(11)에는, 평면에서 보아 개략 부채형으로 개구되는 개구부(11a)가 형성되어 있다.
개구부(11a)에는, 도 12에 도시한 바와 같이, 개구부(11a)의 개구 에지부를 따라, 이 개구부(11a)에 기밀하게 설치되는 환형 부재(82)를 갖는다. 후술하는 하우징(90)은 이 환형 부재(82)의 내주면측에 기밀하게 설치된다. 즉, 환형 부재(82)는, 외주측이 천장판(11)의 개구부(11a)에 면하는 내주면(11b)에 대향함과 함께, 내주측이 후술하는 하우징(90)의 플랜지부(90a)에 대향하는 위치에 기밀하게 설치된다. 그리고 이 환형 부재(82)를 통해 개구부(11a)에는, 안테나(83)를 천장판(11)보다도 하방측에 위치시키기 위하여, 예를 들어 석영 등의 유도체에 의하여 구성된 하우징(90)이 설치된다. 하우징(90)의 저면은 플라스마 처리 영역 P3의 천장면(46)을 구성한다.
또한 도 12에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 외주측에 있어서, 회전 테이블(2)보다도 약간 하측 위치에는 커버체인 사이드 링(100)이 배치되어 있다. 사이드 링(100)의 상면에는, 서로 주위 방향으로 이격되도록, 예를 들어 2개소에 배기구(610, 620)가 형성되어 있다. 달리 표현을 하면, 진공 용기(1)의 바닥면에는 2개의 배기구가 형성되며, 이들 배기구에 대응하는 위치에 있어서의 사이드 링(100)에는 배기구(610, 620)가 형성되어 있다.
도 14는, 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부에 설치되는 하우징의 일례의 사시도이다. 하우징(90)은, 도 14에 도시한 바와 같이, 상방측의 주연부가 주위 방향에 걸쳐 플랜지상으로 수평으로 신장되어 플랜지부(90a)를 이룸과 함께, 평면에서 보아, 중앙부가 하방측의 진공 용기(1)의 내부 영역을 향하여 오목해지도록 형성되어 있다.
하우징(90)은, 이 하우징(90)의 하방에 웨이퍼 W가 위치한 경우에, 회전 테이블(2)의 직경 방향에 있어서의 웨이퍼 W의 직경 부분에 걸쳐지도록 배치되어 있다. 또한 환형 부재(82)와 천장판(11) 사이에는 O-링 등의 시일 부재(11c)가 설치된다.
진공 용기(1)의 내부 분위기는, 환형 부재(82) 및 하우징(90)을 통해 기밀하게 설정되어 있다. 구체적으로는, 환형 부재(82) 및 하우징(90)을 개구부(11a) 내에 밀어넣고, 이어서 환형 부재(82) 및 하우징(90)의 상면이며, 환형 부재(82) 및 하우징(90)의 접촉부를 따르도록 프레임상으로 형성된 압박 부재(91)에 의하여 하우징(90)을, 하방측을 향하여 주위 방향에 걸쳐 압박한다. 또한 이 압박 부재(91)를 도시되지 않은 볼트 등에 의하여 천장판(11)에 고정한다. 이것에 의하여 진공 용기(1)의 내부 분위기는 기밀하게 설정된다. 또한 도 13에 있어서는, 간단화를 위하여 환형 부재(82)를 생략하여 도시하고 있다.
도 14에 도시한 바와 같이, 하우징(90)의 하면에는, 당해 하우징(90)의 하방측 처리 영역 P2를 주위 방향을 따라 둘러싸도록, 회전 테이블(2)을 향하여 수직으로 신장되는 돌기부(92)가 형성되어 있다. 그리고 이 돌기부(92)의 내주면, 하우징(90)의 하면, 및 회전 테이블(2)의 상면에 의하여 둘러싸인 영역에는, 전술한 처리 가스 노즐(61 내지 63)이 수납되어 있다. 또한 처리 가스 노즐(61 내지 63)의 기단부{진공 용기(1)의 내벽측}에 있어서의 돌기부(92)는, 처리 가스 노즐(61 내지 63)의 외형을 따르도록 개략 원호상으로 잘려 내어져 있다.
하우징(90)의 하방(제2 처리 영역 P3)측에는, 도 12에 도시한 바와 같이, 돌기부(92)가 주위 방향에 걸쳐 형성되어 있다. 시일 부재(11c)는 이 돌기부(92)에 의하여 플라스마에 직접 노출되지 않고, 즉, 제2 처리 영역 P2로부터 격리되어 있다. 그 때문에, 제2 처리 영역 P2로부터 플라스마가, 예를 들어 시일 부재(11c)측에로 확산하고자 하더라도 돌기부(92)의 하방을 경유하여 가게 되므로, 시일 부재(11c)에 도달하기 전에 플라스마가 실활하게 된다.
도 15는, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라 진공 용기(1)를 절단한 종단면도이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 플라스마 처리 중에는 회전 테이블(2)이 시계 방향으로 회전하므로, N2 가스가 이 회전 테이블(2)의 회전에 연동되어 회전 테이블(2)과 돌기부(92) 사이의 간극으로부터 하우징(90)의 하방측에 침입하고자 한다. 그 때문에, 간극을 통하여 하우징(90)의 하방측에의 N2 가스의 침입을 저지하기 위하여, 간극에 대하여 하우징(90)의 하방측으로부터 가스를 토출시키고 있다. 구체적으로는, 처리 가스 노즐(61)의 가스 토출 구멍(64)에 대하여, 도 12 및 도 15에 도시한 바와 같이, 이 간극을 향하도록, 즉 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측 및 하방을 향하도록 배치하고 있다. 연직축에 대한 처리 가스 노즐(61)의 가스 토출 구멍(64)의 적합한 각도 θ는, 도 15에 도시한 바와 같이, 예를 들어 45° 정도여도 되고, 돌기부(92)의 내측면에 대향하도록 90° 정도여도 된다. 즉, 가스 토출 구멍(36)의 적합한 각도 θ는, Ar 가스의 침입을 적절히 방지할 수 있는 45° 내지 90° 정도의 범위 내에서 용도에 따라 설정할 수 있다.
도 16은, 플라스마 처리 영역 P3에 설치된 처리 가스 노즐(61 내지 63)을 확대하여 도시한 사시도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 처리 가스 노즐(61)은, 웨이퍼 W가 배치되는 오목부(24)의 전체를 커버할 수 있으며, 웨이퍼 W의 전체면에 플라스마 처리용 가스를 공급 가능한 노즐이다. 한편, 처리 가스 노즐(63)은, 플라스마 발생용 가스 노즐(61)보다도 약간 상방에, 회전 테이블(2)의 외주부를 덮음과 함께, 플라스마 발생용 가스 노즐(61)과 대략 중첩되도록 설치된, 처리 가스 노즐(61)의 절반 정도의 길이를 갖는 노즐이다. 또한 처리 가스 노즐(62)은, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 부채형의 플라스마 처리 영역 P3의 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측의 반경을 따르도록 연장되며, 중심 영역 C 부근에 도달하면 중심 영역 C를 따르도록 직선적으로 굴곡된 형상을 갖고 있다. 이후, 구별의 용이성을 위하여, 전체를 커버하는 처리 가스 노즐(61)을 베이스 노즐(61), 외측만 커버하는 처리 가스 노즐(63)을 외측 노즐(63), 내측까지 연장된 처리 가스 노즐(62)을 축측 노즐(62)이라 칭해도 되는 것으로 한다.
베이스 노즐(61)은, 플라스마 처리용 가스를 웨이퍼 W의 전체면에 공급하기 위한 가스이고, 도 15에서 설명한 바와 같이, 플라스마 처리 영역 P3을 구획하는 측면을 구성하는 돌기부(92) 쪽을 향하여 플라스마 처리용 가스를 토출한다.
한편, 외측 노즐(63)은 웨이퍼 W의 외측 영역에 중점적으로 플라스마 처리용 가스를 공급하기 위한 노즐이다. 플라스마 처리 영역 P3 내에 공급되는 플라스마 처리용 가스는, 플라스마 발생부(81)에 가까운 플라스마 처리 영역의 최상부를 통과함으로써 플라스마화된다. 즉, 플라스마 발생부(81)는 플라스마 처리 영역 P3의 상방에 설치되어 있기 때문에, 플라스마 처리 영역 P3의 천장면(46) 부근을 따르도록 흐른 플라스마 처리용 가스가 플라스마화되어 플라스마 처리에 기여한다. 달리 말하면, 플라스마 처리 영역 P3의 천장면(46) 부근이 플라스마 발생 영역을 형성하고 있어, 이 영역을 통과한 플라스마 처리용 가스가 적절히 플라스마화된다. 외측 노즐(63)은, 플라스마 처리 후의 웨이퍼 W 상에 형성된 막의 플라스마 처리의 처리량을 취득하고, 외측의 처리량이 적은 경향이 있다는 결과였던 때, 외측 노즐(63)로부터 공급되는 플라스마 처리용 가스의 유량을 증가시켜, 외측의 플라스마 처리용 가스의 유속을 높이는 처리를 행한다. 플라스마 처리용 가스의 유속이 높아지면, 시간당 플라스마화되는 플라스마 처리용 가스의 양이 증가하므로, 플라스마 처리가 촉진되게 된다. 따라서 이러한 관점에서, 외측 노즐(63)의 가스 토출 구멍(36)(도시되지 않음)은 상측을 향하여 플라스마 처리 영역 P3의 천장면(46)과 대향하도록 설치되고, 공급되는 플라스마 처리용 가스는 플라스마 처리 영역 P3의 천장면(46)을 향하도록 구성되어 있다.
축측 노즐(62)은 웨이퍼 W의 회전 테이블(2)의 축측에 가까운 영역에 플라스마 처리용 가스를 중점적으로 공급하기 위한 노즐이다. 따라서 축측 노즐(62)의 선단부의 중심 영역 C를 따른 부분만 가스 토출 구멍(36)(도시되지 않음)이 형성되어 있으며, 웨이퍼 W의 중심측의 영역에 플라스마 처리용 가스를 공급하는 구성으로 되어 있다. 축측 노즐(62)에 있어서도, 가스 토출 구멍(36)은 상측을 향하며, 플라스마 처리 영역 P3의 천장면(46)과 대향하는 위치에 형성되어 있다. 이것에 의하여, 축측 노즐(62)로부터 공급된 플라스마 처리용 가스는 곧바로 플라스마 발생 영역을 향하며, 효율적으로 플라스마화되게 된다. 플라스마 처리 후의 웨이퍼 W 상의 막의 면 내 처리 분포를 취득하고, 웨이퍼 W의 축측의 영역의 플라스마 처리가 부족한 경우에는, 축측 노즐(62)로부터 공급되는 플라스마 처리용 가스의 유량을 증가시켜 플라스마 처리용 가스의 유속을 높임으로써, 웨이퍼 W의 축측의 영역의 플라스마 처리를 촉진할 수 있다.
이와 같이, 베이스 노즐(61) 외에, 외측 노즐(63) 및 축측 노즐(62)을 설치한 것에 의하여, 플라스마 처리용 가스의 유속을 영역마다 조정할 수 있으며, 이것에 의하여 웨이퍼 W 상의 막의 면 내 처리량을 조정할 수 있다.
또한 면 내 처리량의 조정은, 플라스마 처리의 면 내 균일성을 향상시키기 위하여 행해지는 것이 일반적이지만, 영역마다 처리량에 차를 부여하고자 하는 경우에는, 처리량을 많게 하고자 하는 영역의 노즐(63, 62)로부터 공급되는 플라스마 처리용 가스의 유량을 증가시켜 그 유속을 높이면 되므로, 면 내 균일성의 향상뿐만 아니라 다양한 처리량의 조정이 가능하다.
또한 외측 노즐(63) 및 축측 노즐(62)의 유량은 상대적인 것이므로, 처리량을 저하시키고자 하는 쪽의 영역에 대응하는 처리 가스 노즐(63, 62)로부터의 유량을 저감하는 조정도 당연히 가능하다.
이와 같이, 영역별의 유속 조정용의 처리 가스 노즐(63, 62)을 설치한 것에 의하여, 플라스마 처리의 면 내 처리량의 조정을 용이하고도 정확하게 행할 수 있다. 또한 도 16에 있어서는, 3개의 처리 가스 노즐(61 내지 63)을 설치한 예가 도시되어 있지만, 더 많은 플라스마 처리용 노즐을 설치하여 면 내 처리량의 조정을 더 세심하게, 또한 정확하게 행하게 해도 된다. 처리 가스 노즐(61 내지 63)의 수, 형상, 설치 장소 등은 용도에 따라 다양하게 변경할 수 있다.
다음으로, 플라스마 발생부(81)의 패러데이 실드(95)에 대하여 더 상세히 설명한다. 도 13은, 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부의 일례의 분해 사시도이다.
도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 하우징(90)의 상방측에는, 당해 하우징(90)의 내부 형상을 개략 따르도록 형성된 도전성의 판상체인 금속판, 예를 들어 구리 등으로 이루어지는, 접지된 패러데이 실드(95)가 수납되어 있다. 이 패러데이 실드(95)는, 하우징(90)의 바닥면을 따르도록 수평으로 걸림 지지된 수평면(95a)과, 이 수평면(95a)의 외측 종단부로부터 주위 방향에 걸쳐 상방측으로 신장되는 수직면(95b)을 구비하고 있으며, 평면에서 보아, 예를 들어 개략 육각형으로 되도록 구성되어 있어도 된다.
도 17에 본 실시 형태에 관한 플라스마 발생부의 일례의 평면도를 도시하고, 도 18에 본 실시 형태에 관한 플라스마 발생부에 설치되는 패러데이 실드의 일부를 도시하는 사시도를 나타낸다.
회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 패러데이 실드(95)를 본 경우의 우측 및 좌측에 있어서의 패러데이 실드(95)의 상단부 에지는 각각, 우측 및 좌측으로 수평으로 신장되어 지지부(96)를 이루고 있다. 그리고 패러데이 실드(95)와 하우징(90) 사이에는, 지지부(96)를 하방측으로부터 지지함과 함께 하우징(90)의 중심부 영역 C측 및 회전 테이블(2)의 외연부측의 플랜지부(90a)에 각각 지지되는 프레임상체(99)가 설치되어 있다.
전계가 웨이퍼 W에 도달하는 경우, 웨이퍼 W의 내부에 형성되어 있는 전기 배선 등이 전기적으로 손상을 받아 버리는 경우가 있다. 그 때문에, 도 18에 도시한 바와 같이, 수평면(95a)에는, 안테나(83)에 있어서 발생하는 전계 및 자계(전자계) 중 전계 성분이 하방의 웨이퍼 W를 향하는 것을 저지함과 함께, 자계를 웨이퍼 W에 도달시키기 위하여 다수의 슬릿(97)이 형성되어 있다.
슬릿(97)은, 도 17 및 도 18에 도시한 바와 같이, 안테나(83)의 권회 방향에 대하여 직교하는 방향으로 신장되도록, 주위 방향에 걸쳐 안테나(83)의 하방 위치에 형성되어 있다. 여기서, 슬릿(97)은, 안테나(83)에 공급되는 고주파에 대응하는 파장의 1/10000 이하 정도의 폭 치수로 되도록 형성되어 있다. 또한 각각의 슬릿(97)의 길이 방향에 있어서의 일 단부측 및 타 단부측에는, 이들 슬릿(97)의 개구 단부를 막도록, 접지된 도전체 등으로 형성되는 도전로(97a)가 주위 방향에 걸쳐 배치되어 있다. 패러데이 실드(95)에 있어서 이들 슬릿(97)의 형성 영역으로부터 벗어난 영역, 즉, 안테나(83)가 권회된 영역의 중앙측에는, 당해 영역을 통하여 플라스마의 발광 상태를 확인하기 위한 개구부(98)가 형성되어 있다. 또한 도 2에 있어서는, 간단화를 위하여 슬릿(97)을 생략하고 있으며, 슬릿(97)의 형성 영역예를 1점 쇄선으로 나타내고 있다.
도 13에 도시한 바와 같이, 패러데이 실드(95)의 수평면(95a) 상에는, 패러데이 실드(95)의 상방에 적재되는 플라스마 발생부(81)와의 사이의 절연성을 확보하기 위하여, 두께 치수가, 예를 들어 2㎜ 정도인 석영 등으로 형성되는 절연판(94)이 적층되어 있다. 즉, 플라스마 발생부(81)는, 하우징(90), 패러데이 실드(95) 및 절연판(94)을 통해 진공 용기(1)의 내부{회전 테이블(2) 상의 웨이퍼 W}를 덮도록 배치되어 있다.
또한 본 실시 형태에 있어서, 플라스마 발생부(81)를 설치하는 것은 필수는 아니며, 필요에 따라 설치하도록 해도 된다. 또한 플라스마 발생부(81)를 설치하는 경우에도, 3개의 처리 가스 노즐(61 내지 63)을 설치하는 구성 외에, 도 2, 3에서 도시한 바와 같은 1개의 처리 가스 노즐(61)만을 설치하는 구성으로 해도 된다.
[성막 방법]
다음으로, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법에 대하여, 상술한 성막 장치를 사용하여 실시되는 경우를 예로 들어 설명한다. 이를 위하여, 지금까지 참조한 도면을 적절히 참조한다.
우선, 회전 테이블(2)이 하강 완료된 상태에서, 도시되지 않은 게이트 밸브를 개방하고, 외부로부터 반송 아암(10)에 의하여 반송구(15)(도 3)를 통하여 웨이퍼 W를 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내에 전달한다. 회전 테이블(2)의 하강은, 제어부(100)가 승강 기구(17)를 제어함으로써 행해도 된다. 이 전달은, 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지한 때 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통하여 진공 용기(1)의 저부측으로부터 도시되지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행해진다. 이러한 웨이퍼 W의 전달을, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜 행하고, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼 W를 적재한다. 그때, 웨이퍼 W에 휨이 발생할 수 있지만, 회전 테이블(2)이 하강해 있어 상방에 공간이 형성되어 있기 때문에, 웨이퍼 W의 휨이 수속하는 것을 기다리기 전에 잇달아 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜, 오목부(24) 상에 복수 매의 웨이퍼 W를 적재한다. 웨이퍼 W의 적재가 종료되고 웨이퍼 W의 휨이 충분히 저감되면, 제어부(100)는 승강 기구(17)를 제어하여 회전 테이블(2)을 상승시키고, 기판 처리를 행하는 것에 적절한 위치에서 정지시킨다.
계속해서 게이트 밸브를 폐쇄하고, 진공 펌프(640)에 의하여 진공 용기(1)를 최저 도달 진공도까지 배기한 후, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스인 Ar 가스 또는 N2 가스를 소정의 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 73)으로부터도 Ar 가스 또는 N2 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 이에 수반하여, 자동 압력 제어기(650, 651)에 의하여 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 조정함과 함께, 제1 배기구(610)와 제2 배기구(620)가 적절한 차압으로 되도록 배기 압력을 설정한다. 상술한 바와 같이, 진공 용기(1) 내의 설정 압력에 따라, 적절한 압력차를 설정한다.
이어서, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로, 예를 들어 5rpm의 회전 속도로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의하여 웨이퍼 W를, 예를 들어 400℃로 가열한다.
이후, 샤워 헤드(30) 및 처리 가스 노즐(60)로부터 각각, Si 함유 가스 등의 원료 가스 및 O3 가스 등의 반응 가스(산화 가스)를 토출한다. 여기서, 샤워 헤드(30)의 원료 가스 공급부(32)로부터는 Si 함유 가스가 Ar 등의 캐리어 가스와 함께 공급되지만, 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)로부터는 Ar 가스 등의 캐리어 가스만이 공급되어도 되고, 원료 가스 공급부(32)로부터 공급되는 원료 가스와는 상이한 혼합비의 Si 함유 가스와 Ar 가스의 혼합 가스가 공급되어도 된다. 이것에 의하여 원료 가스의 축측 및 외주측의 농도를 조정할 수 있어, 면 내 균일성을 높일 수 있다. 또한 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)는 원료 가스 공급부(33)보다도 회전 테이블(2)과의 간격이 넓으므로, 원료 가스 공급부(32)로부터 공급되는 원료 가스의 흐름을 방해하지 않고 공급된다. 또한 원료 가스의 유량은 30sccm 이하, 예를 들어 10sccm 정도로 설정되어도 된다. 또한 축측 보조 가스 공급부(33)만을 설치하여 축측 보조 가스만을 보조 가스로서 공급해도 되는 점도 상술한 바와 같다.
필요에 따라, 처리 가스 노즐(61 내지 63)로부터 소정의 유량비로 혼합된 Ar 가스, O2 가스 및 H2 가스의 혼합 가스를 진공 용기(1) 내에 공급하고, 고주파 전원으로부터 플라스마 발생기(80)의 안테나에 고주파 전력을, 예를 들어 700W의 전력으로 공급한다. 이것에 의하여 플라스마가 생성되어, 성막된 막의 개질이 행해진다.
여기서, 회전 테이블(2)이 1회전하는 동안, 이하와 같이 하여 웨이퍼 W에 실리콘 산화막이 성막된다. 즉, 웨이퍼 W가 우선 반응 가스 노즐(31)의 하방의 제1 처리 영역 P1을 통과할 때, 웨이퍼 W의 표면에는 Si 함유 가스가 흡착된다. Si 함유 가스는, 예를 들어 유기 아미노실란 가스여도 된다. 다음으로, 웨이퍼 W가 반응 가스 노즐(32)의 하방의 제2 처리 영역 P2를 통과할 때, 반응 가스 노즐(32)로부터의 O3 가스에 의하여 웨이퍼 W 상의 Si 함유 가스가 산화되어 산화실리콘의 1분자층(또는 수 분자층)이 형성된다. 이어서, 웨이퍼 W가 플라스마 발생부(81)의 하방을 통과하는 경우에는, 웨이퍼 W 상의 산화실리콘층은 산소 라디칼을 포함하는 활성화된 가스에 노출된다. 산소 라디칼 등의 활성 산소 종은, 예를 들어 Si 함유 가스에 포함되고 산화실리콘층 중에 잔류한 유기물을 산화시킴으로써, 산화실리콘층으로부터 이탈시키도록 작용한다. 이것에 의하여 산화실리콘층을 고순도화할 수 있다.
원하는 막 두께를 갖는 산화실리콘막이 형성되는 횟수만큼 회전 테이블(2)을 회전시킨 후, Si 함유 가스와, 보조 가스와, O3 가스와, 필요에 따라 공급하는 Ar 가스, O2 가스를 포함하는 플라스마 처리용의 혼합 가스의 공급을 정지함으로써 성막 처리를 종료한다. 계속해서, 분리 가스 노즐(41, 42), 분리 가스 공급관(51), 및 퍼지 가스 공급관(72, 73)으로부터의 Ar 가스의 공급도 정지시키고, 회전 테이블(2)의 회전을 정지시킨다. 이후, 진공 용기(1) 내에 웨이퍼 W를 반입한 때의 수순과 반대의 수순에 의하여 진공 용기(1) 내로부터 웨이퍼 W가 반출된다.
또한 본 실시 형태에 있어서는, 원료 가스로서 실리콘 함유 가스, 반응 가스로서 산화 가스를 사용한 예를 들어 설명했지만, 원료 가스와 반응 가스의 조합은 다양한 조합으로 할 수 있다. 예를 들어 원료 가스로서 실리콘 함유 가스, 반응 가스로서 암모니아 등의 질화 가스를 사용하여 실리콘 질화막을 성막하도록 해도 된다. 또한 원료 가스를 티타늄 함유 가스, 반응 가스를 질화 가스로 하여 질화티타늄막을 성막해도 된다. 이와 같이, 원료 가스는 유기 금속 가스 등의 다양한 가스로부터 선택 가능하고, 반응 가스도, 산화 가스, 질화 가스 등의 원료 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성 가능한 다양한 반응 가스를 사용할 수 있다.
[시뮬레이션 결과]
다음으로, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치 및 성막 방법을 실시한 시뮬레이션 실험의 결과에 대하여 설명한다. 또한 이해의 용이성을 위하여, 상술한 실시 형태에서 설명한 구성 요소에 대응하는 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙여 그 설명을 생략한다. 실시예에 사용한 성막 장치는, 상술한 실시 형태에서 설명한 성막 장치와 마찬가지의 구성을 가지며, 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34) 모두를 구비한 샤워 헤드(30)를 갖는 성막 장치이다. 원료 가스 공급부(32)와 회전 테이블(2) 사이의 간격 d1은 1.5㎜, 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)와 회전 테이블(2) 사이의 간격 d3, d2는 3㎜로 설정되어 있다. 또한 샤워 헤드(30)의 저면판(31)도 고저면 영역(31b)과 회전 테이블(2)의 간격도 3㎜로 설정되어 있다.
도 19는, 시뮬레이션 실험 1에 관한 성막 결과를 도시한 도면이다. 시뮬레이션 실험 1에 있어서는, 진공 용기(1) 내의 압력을 2Torr로 설정하고, 배기구(610, 620)의 배기 압력을 50Torr로 설정하였다. 웨이퍼 W의 온도는 400℃로 설정하고 있다. 회전 테이블의 회전 속도는 5rpm으로 하고 있다. 원료 가스 공급부(32)로부터는, 유기 아미노실란 가스 1010sccm의 유량으로 공급하고 있다. 또한 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)로부터는 Ar 가스를 각각 5sccm의 유량으로 공급하고 있다. 처리 가스 노즐(60)로부터는 O3 가스를 500sccm의 유량으로 공급하고 있다. 또한 분리 가스 노즐(41, 42)로부터는 Ar 가스를 5slm의 유량으로 공급하고 있다. 축측 상방의 분리 가스 공급관(51)으로부터는 Ar 가스를 1slm의 유량으로 공급하고, 축측 하방의 퍼지 가스 공급관(72)으로부터는 Ar 가스를 3slm의 유량으로 공급하고 있다. 또한 플라스마 처리 영역 P3에 있어서는, 베이스 노즐(61)로부터는 Ar 가스를 14.8slm, O2 가스를 75sccm의 유량으로 공급하였다. 또한 축측 노즐(62)로부터 Ar 가스를 0.1slm의 유량으로 공급하고, 외측 노즐(63)로부터 Ar 가스를 0.1slm의 유량으로 공급하고 있다.
도 19의 (a)는 시뮬레이션 실험 1의 원료 가스의 농도 분포의 해석 결과를 도시한 도면이다. 도 19의 (a)에 있어서는, 원료 가스의 농도가 공급 농도의 50% 이상인 영역을 포화 기준 영역(풀스케일 영역)으로 하고, 그보다도 농도가 낮은 영역을 소정의 농도 폭으로 랭킹하여 분포를 나타내고 있다. 랭크는 농도가 높은 순으로 J, K, L, M, N, O의 6단계로 나타나 있다.
도 19의 (a)에 있어서, 농도는 원료 가스 공급부(32)로부터 주위 방향을 따라 대략 균일하게 분포하고 있어, 양호한 농도 분포 특성을 나타내고 있다.
도 19의 (b)는 시뮬레이션 실험 1의 원료 가스의 흐름의 궤적의 해석 결과를 도시한 도면이다. 도 19의 (b)에 도시된 바와 같이, 원료 가스는 주위 방향을 따라 흐르고 있으며, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 대략 균일하게 공급되고 있는 것이 나타나 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 성막 장치를 사용하여 성막을 행한 경우에는, 원료 가스의 분포를 균일하게 하여 막 두께의 면 내 균일성을 높이는 것이 가능한 해석 결과가 얻어졌다.
도 20은, 시뮬레이션 실험 2의 해석 결과를 도시한 도면이다. 시뮬레이션 실험 2에 있어서는, 시뮬레이션 실험 1과 동일한 성막 장치를 사용하며, 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)로부터의 Ar 가스의 유량을 10sccm로 증가시켰다. 원료 가스 공급부(32)로부터의 유기 실란 가스의 유량은 10sccm로 시뮬레이션 실험 1과 마찬가지이다. 또한 다른 조건도 시뮬레이션 실험 1과 마찬가지이다.
도 20의 (a)는 시뮬레이션 실험 2의 원료 가스의 농도 분포의 해석 결과를 도시한 도면이다. 도 20의 (a)에 있어서도, 농도 분포의 표시 방법은 도 19의 (a)와 마찬가지이며, 농도 분포가 주위 방향을 따라 분포하는, 대략 균일하고 양호한 원료 가스 농도 분포가 나타나 있다.
도 20의 (b)는 시뮬레이션 실험 2의 원료 가스의 흐름의 궤적의 해석 결과를 도시한 도면이다. 도 20의 (b)에 있어서, 외주측의 원료 가스가 원료 가스 공급부(32)보다도 좌측, 즉 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측을 향하여 이동해 있어, 약간의 역류가 발생하고 있는 것이 나타나 있다. 전체적으로는 양호하지만, 도 19의 (b)보다는 원료 가스의 흐름이 불균일해진 것이 나타나 있다. 이와 같이, 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주부 보조 가스 공급부(34)의 보조 가스의 유량을 변화시킴으로써 원료 가스의 흐름의 방향이나 분포에 영향을 줄 수 있는 것을 알 수 있다.
도 21은, 시뮬레이션 실험 3의 해석 결과를 도시한 도면이다. 시뮬레이션 실험 3에 있어서는, 시뮬레이션 실험 1, 2와 동일한 성막 장치를 사용하며, 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)로부터의 Ar 가스의 유량을 20sccm로 증가시켰다. 원료 가스 공급부(32)로부터의 유기 실란 가스의 유량은 10sccm로 시뮬레이션 실험 1, 2와 마찬가지이다. 또한 다른 조건도 시뮬레이션 실험 1, 2와 마찬가지이다.
도 21의 (a)는 시뮬레이션 실험 2의 원료 가스의 농도 분포의 해석 결과를 도시한 도면이다. 도 21의 (a)에 있어서, 반드시 주위 방향을 따라 농도가 균일하게 분포하고 있지는 않으며, 농도 분포에 불균형이 발생하고 있는 것을 알 수 있다.
도 21의 (b)는 시뮬레이션 실험 3의 원료 가스의 흐름의 궤적의 해석 결과를 도시한 도면이다. 도 21의 (b)에 있어서, 외주측의 원료 가스가 원료 가스 공급부(32)보다도 좌측, 즉 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측을 향하여 상당량 이동해 있어, 도 20의 (b)보다도 많이 역류가 발생하고 있는 것이 나타나 있다. 즉, 도 20의 (b)보다도 더 원료 가스의 흐름이 불균일해진 것이 나타나 있다. 이와 같이, 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주부 보조 가스 공급부(34)의 보조 가스의 유량을 변화시킴으로써 원료 가스의 흐름의 방향이나 분포에 영향을 줄 수 있는 것을 알 수 있다.
도 22는, 시뮬레이션 실험 4에 사용하는 성막 장치의 샤워 헤드의 저면판(231)의 저면(하면)의 구성을 도시한 도면이다. 시뮬레이션 실험 4에 관한 성막 장치에서는, 원료 가스 공급부(32), 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)의 높이를 동일하게 하고, 회전 테이블(2)과의 간격을 모두 원료 가스 공급부(22)와 동일한 1.5㎜로 설정하였다.
도 23은, 시뮬레이션 실험 4의 해석 결과를 도시한 도면이다. 시뮬레이션 실험 4에 있어서는, 도 22에 도시한 저면판(231)을 갖는 샤워 헤드를 구비한 성막 장치를 사용하며, 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)로부터의 Ar 가스의 유량을 10sccm로 설정하여, 시뮬레이션 실험 2와 동일한 설정으로 하였다. 원료 가스 공급부(32)로부터의 유기 실란 가스의 유량은 10sccm로 시뮬레이션 실험 1 내지 3과 마찬가지이다. 또한 다른 조건도 시뮬레이션 실험 1 내지 3과 마찬가지이다.
도 23의 (a)는 시뮬레이션 실험 4의 원료 가스의 농도 분포의 해석 결과를 도시한 도면이다. 도 23의 (a)에 있어서, 반드시 주위 방향을 따라 농도가 균일하게 분포하고 있지는 않으며, 농도 분포에 불균형이 발생하고 있는 것을 알 수 있다.
도 23의 (b)는 시뮬레이션 실험 3의 원료 가스의 흐름의 궤적의 해석 결과를 도시한 도면이다. 도 23의 (b)에 있어서, 외주측의 원료 가스가 원료 가스 공급부(32)보다도 좌측, 즉 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측을 향하여 상당량 이동해 있어, 동일한 조건의 도 20의 (b)보다도 더 많이 역류가 발생하고 있는 것이 나타나 있다. 즉, 도 20의 (b)보다도 더 원료 가스의 흐름이 불균일해진 것이 나타나 있다. 이와 같이, 축측 보조 가스 공급부(33) 및 외주측 보조 가스 공급부(34)의 높이를 원료 가스 공급부(32)와 동일하게 하고, 회전 테이블(2)과의 간격을 동일하게 하면, 원료 가스 공급의 면 내 균일성이 악화되는 것이 나타났다.
[실시예]
도 24는, 본 실시 형태에 관한 성막 장치를 사용하여 성막 처리를 실시한 실시예 1의 실시 결과를 나타낸 도면이다. 실시예 1에 있어서는, 원료 가스 공급부(32)로부터의 원료 가스인 유기 실란 가스의 유량을 10sccm로 일정하게 하고, 축측 보조 가스 공급부(33)로부터의 Ar 가스의 유량을 다양하게 변화시켰다. 또한 외주측 보조 가스 공급부(34)로부터는 가스의 공급을 행하지 않았다.
실시예 1에 있어서는, 웨이퍼 W의 온도는 400℃, 진공 용기(1) 내의 압력은 2.0Torr로 설정하였다. 또한 회전 테이블(2)의 회전 속도는 5rpm으로 설정하였다. 플라스마용의 고주파 전원(85)의 출력은 4㎾로 설정하였다. 처리 가스 노즐(60)로부터의 산화 가스는, O3 가스의 유량을 300g/㎥로 하고 O2 가스의 유량을 6000sccm로 설정하여 O3/O2 혼합 가스를 공급하였다.
실시예 1에 있어서, 축측 보조 가스 공급부(33)로부터의 Ar 가스의 유량을 0sccm, 20sccm, 40sccm로 변화시켰다. 또한 축측 보조 가스 공급부(33)로부터의 Ar 가스의 유량을 0sccm로 설정한 경우에는, 원료 가스만을 공급하는 경우와 원료 가스와 캐리어 Ar 가스 40sccm를 함께 공급하는 경우의 2가지 경우를 실시하였다.
도 24에 있어서, 횡축은 Y 좌표{회전 테이블(2)의 반경 방향을 따른 방향에 있어서의 좌표}이고, 종축은 막 두께(Å)이다. 도 24에 나타난 바와 같이, 축측 보조 가스 공급부(33)로부터 Ar 가스의 유량을 증가시킴에 따라, 축측의 막 두께가 저하되고 있는 것을 알 수 있다. 이는, 축측에 Ar 가스가 공급된 결과, 축측의 원료 가스의 농도가 저하되어 막 두께가 얇아진 것을 의미한다. 이와 같이, 축측 보조 가스 공급부(33)로부터 Ar 가스를 공급함으로써 축측의 막 두께를 저하시키는 제어가 가능한 것이 나타났다.
도 25는, 본 실시 형태에 관한 성막 장치를 사용하여 성막 처리를 실시한 실시예 2의 실시 결과를 나타낸 도면이다. 실시예 2에 있어서는, 원료 가스 공급부(32)로부터의 원료 가스인 유기 실란 가스의 유량을 25sccm로 일정하게 하고, 외주측 보조 가스 공급부(34)로부터의 Ar 가스의 유량을 다양하게 변화시켰다. 또한 축측 보조 가스 공급부(33)로부터는 가스의 공급을 행하지 않았다. 그 외의 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 2에 있어서는, 외주측 보조 가스 공급부(34)로부터의 Ar 가스의 유량을 0sccm, 50sccm, 100sccm로 변화시켰다.
도 25에 나타난 바와 같이, 외주측 보조 가스 공급부(34)로부터 Ar 가스의 유량을 증가시킴에 따라, 외주측의 막 두께가 저하되고 있는 것을 알 수 있다. 이는, 외주측에 Ar 가스가 공급된 결과, 외주측의 원료 가스의 농도가 저하되어 막 두께가 얇아진 것을 의미한다. 이와 같이, 외주측 보조 가스 공급부(34)로부터 Ar 가스를 공급함으로써 축측의 막 두께를 저하시키는 제어가 가능한 것이 나타났다.
도 26은, 본 실시 형태에 관한 성막 장치를 사용하여 성막 처리를 실시한 실시예 3의 실시 결과를 나타낸 도면이다. 실시예 3에 있어서는, 원료 가스 공급부(32)로부터의 원료 가스의 유량을 5sccm로 일정하게 하고, 축측 보조 가스 공급부(33)로부터 원료 가스인 유기 아미노실란 가스를 공급함과 함께, 그 유량을 0sccm, 5sccm, 10sccm로 변화시켰다. 또한 외주측 보조 가스 공급부(34)로부터의 보조 가스의 공급은 행하지 않았다. 또한 축측 보조 가스 공급부(33)로부터의 원료 가스의 유량이 0sccm인 경우에 원료 가스 공급부(32)로부터의 원료 가스의 유량을 10배인 50sccm로 한 경우도 함께 실시하였다.
도 26의 (a)는 Y축에 있어서의 막 두께 분포를 나타낸 도면이다. 도 26의 (a)에 나타난 바와 같이, 축측 보조 가스 공급부(33)로부터 공급되는 원료 가스의 유량을 증가시킴에 따라, 축측의 막 두께가 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 그리고 축측 보조 가스 공급부(33)로부터의 원료 가스의 유량을 10sccm로 한 경우에는, 원료 가스 공급부(32)로부터의 원료 가스의 유량을 10배인 50sccm로 한 경우와 동일하다. 즉, 원료 가스 공급부(32)로부터 5sccm의 유량, 축측 보조 가스 공급부(33)로부터 10sccm의, 합계 15sccm의 원료 가스를 공급한 막 두께는, 이것의 3배 이상인 50sccm의 유량으로 원료 가스 공급부(32)만으로부터 원료 가스를 공급한 경우와 거의 동일하며, 원료 가스의 공급량을 대폭 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 26의 (b)는 실시예 3의 평균 막 두께와 면 내 균일성을 나타낸 도면이다. 도 26의 (b)에 있어서, 막대그래프의 상측의 숫자가 평균 막 두께를 나타내고 있고, 막대그래프 내의 숫자가 면 내 균일성을 나타내고 있다. 도 26의 (b)에 나타난 바와 같이, 원료 가스 공급부(32)로부터의 원료 가스의 유량이 10sccm, 축측 보조 가스 공급부(33)로부터의 원료 가스의 유량이 5sccm인 경우가 면 내 균일성이 5.5로 가장 양호하며, 단순히 원료 가스 공급부(32)로부터 50sccm의 원료 가스를 공급한 경우의 7.6보다도 양호하다. 이와 같이, 본 실시 형태에 관한 성막 장치에 의하면, 축측 보조 가스 공급부(33)로부터 공급되는 보조 가스의 종류 및 유량을 적절히 설정함으로써, 적은 원료 가스의 공급으로 양호한 면 내 균일성을 얻을 수 있는 것이 나타났다.
또한 도 24에 나타낸 실시예 1의 결과와 더불어, 축측 보조 가스 공급부(33)로부터 Ar 가스를 공급하면 축측의 막 두께를 저감할 수 있고, 원료 가스를 공급하면 축측의 막 두께를 증가시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 축측 보조 가스 공급부(33)로부터의 용도에 따른 보조 가스의 공급에 의하여, 성막 프로세스에 있어서의 막 두께를 제어할 수 있는 것이 나타났다.
또한 축측 보조 가스 공급부(33)만으로부터의 보조 가스의 공급으로 막 두께의 대폭적인 제어가 가능한 점에서, 축측 보조 가스 공급부(33)만 설치하더라도 충분한 효과를 얻을 수 있는 것도 나타났다.
또한 외주측 보조 가스 공급부(34)에서는, 원료 가스만을 공급하는 실시예를 실시하고 있지 않지만, 도 26의 (a), (b)의 결과로부터, 외주측 보조 가스 공급부(34)로부터 원료 가스를 공급한 경우에는 외주측의 막 두께를 증가시키는 것이 가능하다고 할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 성막 장치 및 성막 방법에 의하면, 소유량의 원료 가스의 공급으로 면 내 균일성이 우수한 성막을 실현할 수 있다.
또한 본 실시 형태에 관한 성막 장치 및 성막 방법이, 실리콘 함유 가스를 사용한 산화막의 성막 프로세스에 한정되지 않으며, 실리콘 함유 가스를 사용한 질화막의 성막 프로세스, 티타늄 함유 가스를 사용한 질화막의 성막 프로세스에도 적용 가능한 것은 상술한 바와 같다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태 및 실시예에 대하여 상세히 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태 및 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 상술한 실시 형태 및 실시예에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.
1: 진공 용기
2: 회전 테이블
24: 오목부
30: 샤워 헤드
31: 저면판
32: 원료 가스 공급부
33: 축측 보조 가스 공급부
34: 외주측 보조 가스 공급부
32a 내지 34a: 가스 공급로
39: 가스 도입구
39a: 가스 도입로
81: 플라스마 발생부
120 내지 123: 유량 제어기
130 내지 133: 가스 공급원
P1 내지 P3: 처리 영역
W: 웨이퍼

Claims (16)

  1. 처리실과,
    해당 처리실 내에 설치되어, 기판을 상면에 주위 방향을 따라 적재 가능한 기판 적재 영역을 갖는 회전 테이블과,
    해당 회전 테이블의 반경 방향으로 연장되어, 해당 회전 테이블의 반경 전체를 덮도록 해당 회전 테이블의 상방에 해당 회전 테이블과 제1 간격을 갖고 설치된 원료 가스 공급 수단과,
    상기 회전 테이블의 상기 반경 방향의 축측의 소정 영역을 덮도록 상기 회전 테이블과 상기 제1 간격보다도 넓은 제2 간격을 갖고 설치된 축측 보조 가스 공급 수단과,
    상기 회전 테이블의 상기 반경 방향의 외주측의 소정 영역을 덮도록 상기 회전 테이블과 상기 제2 간격과 동등하거나 그보다도 넓은 제3 간격을 갖고 설치된 외주측 보조 가스 공급 수단을 가지고,
    상기 원료 가스 공급 수단은 적어도 원료 가스 공급원에 접속되고,
    상기 축측 보조 가스 공급 수단 및 상기 외주측 보조 가스 공급 수단은 적어도 불활성 가스 공급원에 접속된, 성막 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급 수단, 상기 축측 보조 가스 공급 수단 및 상기 외주측 보조 가스 공급 수단은 샤워 헤드로서 일체적으로 구성되어 있는, 성막 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 샤워 헤드는, 상기 회전 테이블의 상기 주위 방향의 일부를 부채형으로 덮는 형상을 갖는, 성막 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급 수단, 상기 축측 보조 가스 공급 수단 및 상기 외주측 보조 가스 공급 수단은, 상기 샤워 헤드의 저면에, 상기 회전 테이블의 상기 반경 방향을 따라 직선상으로 배열된 복수의 가스 토출 구멍을 각각 갖는, 성막 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 가스 토출 구멍은, 상기 샤워 헤드의 상기 저면 내에서, 상기 회전 테이블의 회전 방향의 상류측의 소정 위치에 배치된, 성막 장치.
  7. 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급 수단, 상기 축측 보조 가스 공급 수단 및 상기 외주측 보조 가스 공급 수단은 각각 독립적으로 유량 및 가스 조성을 변경 가능하도록 개별 공급 라인으로서 구성되어 있는, 성막 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급 수단으로부터 공급되는 원료 가스는 실리콘 함유 가스이고,
    상기 축측 보조 가스 공급 수단 및 상기 외주측 보조 가스 공급 수단으로부터 공급되는 보조 가스는 막 두께를 조정하기 위한 막 두께 조정용 가스인, 성막 장치.
  10. 처리실 내에 설치된 회전 테이블 상에 적재된 기판에, 상기 회전 테이블의 주위 방향의 일부에 형성된 원료 가스 공급 영역에 있어서, 상기 회전 테이블의 상방에서 상기 회전 테이블의 반경 전체를 덮도록 상기 회전 테이블과 제1 간격을 갖고 설치된 원료 가스 공급 수단으로부터, 상기 회전 테이블을 회전시키면서 원료 가스를 공급하는 공정과,
    상기 원료 가스 공급 영역에 있어서, 상기 회전 테이블의 축측의 소정 영역을 덮도록 상기 회전 테이블과 상기 제1 간격보다도 넓은 제2 간격을 갖고 설치된 축측 보조 가스 공급 수단으로부터, 상기 회전 테이블을 회전시키면서 막 두께를 조정하기 위한 소정의 축측 보조 가스를 공급하는 공정과,
    상기 원료 가스 공급 영역에 있어서, 상기 회전 테이블의 외주측의 소정 영역을 덮도록 상기 회전 테이블과 상기 제2 간격과 동등하거나 그보다도 넓은 제3 간격을 갖고 설치된 외주측 보조 가스 공급 수단으로부터, 상기 회전 테이블을 회전시키면서 막 두께를 조정하기 위한 소정의 외주측 보조 가스를 공급하는 공정을 가지고,
    상기 원료 가스 공급 수단은 적어도 원료 가스 공급원에 접속되고,
    상기 축측 보조 가스 공급 수단 및 상기 외주측 보조 가스 공급 수단은 적어도 불활성 가스 공급원에 접속된, 성막 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정, 상기 축측 보조 가스를 공급하는 공정 및 상기 외주측 보조 가스를 공급하는 공정은 동시에 계속적으로 행해지는, 성막 방법.
  13. 제10항 또는 제12항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급 수단으로부터 공급되는 원료 가스는 실리콘 함유 가스이고,
    상기 축측 보조 가스 공급 수단 및 상기 외주측 보조 가스 공급 수단으로부터 공급되는 상기 축측 보조 가스 및 상기 외주측 보조 가스는 불활성 가스를 포함하는 가스인, 성막 방법.
  14. 제10항 또는 제12항에 있어서,
    상기 축측 보조 가스 공급 수단 및 상기 외주측 보조 가스 공급 수단은 상기 원료 가스의 농도를 저하시키도록 상기 축측 보조 가스 및 상기 외주측 보조 가스를 공급하는, 성막 방법.
  15. 제10항 또는 제12항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급 수단, 상기 축측 보조 가스 공급 수단 및 상기 외주측 보조 가스 공급 수단은 샤워 헤드로서 일체적으로 구성되고, 상기 원료 가스, 상기 축측 보조 가스 및 상기 외주측 보조 가스는 상기 샤워 헤드의 저면으로부터 공급되는, 성막 방법.
  16. 제10항 또는 제12항에 있어서,
    상기 원료 가스는 30sccm 이하의 유량으로 공급되는, 성막 방법.
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