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JP2019083231A - Deposition device and deposition method - Google Patents

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JP2019083231A
JP2019083231A JP2017208549A JP2017208549A JP2019083231A JP 2019083231 A JP2019083231 A JP 2019083231A JP 2017208549 A JP2017208549 A JP 2017208549A JP 2017208549 A JP2017208549 A JP 2017208549A JP 2019083231 A JP2019083231 A JP 2019083231A
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Tadashi Mitsunari
正 光成
剛 守屋
Takeshi Moriya
剛 守屋
宗仁 加賀谷
Munehito Kagaya
宗仁 加賀谷
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

To improve uniformity of a film thickness internal surface distribution of a peripheral direction of a thin film on a substrate.SOLUTION: When forming a film to a target film thickness by repeating plural times one cycle containing each step of an adsorption of an original gas, displacement of a processing atmosphere, and generation of a reaction product by a reaction of the original gas and the reaction gas, a placing table is intermittently rotated in each cycle so that the placing table performs N rotations. A rotation speed Rs of the placing table can be obtained on the basis of a step time tp of a step Sp (adsorption step S1) of which a step time is shortest from the step time in the steps influencing a film thickness internal surface of a peripheral direction, and the placing table is rotated in a time band when the step Sp is performed. Therefore, a position in the peripheral direction of a wafer W when the step Sp is performed is sequentially deviated, the film thickness distribution in each position is overlapped, and the wafer W becomes the N rotations in the termination of deposition. As a result, uniformity of the internal surface distribution of the peripheral direction in the film thickness is improved.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するサイクルを繰り返して反応生成物を基板に積層する技術に関する。   The present invention relates to a technology for laminating a reaction product on a substrate by repeating a cycle in which a source gas adsorbed on a substrate is reacted with a reaction gas to generate a reaction product.

半導体装置の製造ステップにおいては、基板である半導体ウエハ(以下、ウエハと記載する)に対して、熱エネルギーにより、或いはプラズマを形成してALD(Atomic Layer Deposition)による成膜処理が行われている。この成膜処理は、例えば処理容器内に設けられ、上部電極を兼用するガスシャワープレートから、下部電極を兼用するステージに載置されたウエハに処理ガスを供給し、ガスシャワープレートとステージとの間に処理ガスのプラズマを形成する成膜装置を用いて行われる。   In a manufacturing step of a semiconductor device, a film formation process is performed by ALD (Atomic Layer Deposition) on a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a wafer) which is a substrate, by thermal energy or by forming plasma. . In this film forming process, for example, a processing gas is supplied from a gas shower plate, which is provided in a processing vessel and serves as the upper electrode, to a wafer mounted on a stage that also serves as the lower electrode. The deposition is performed using a film formation apparatus that forms a plasma of a processing gas between the two.

この装置では、ウエハに原料ガスを吸着させ、例えば原料ガスの供給と並行して反応ガスを供給すると共に、間欠的にプラズマを形成して反応ガスを活性化し、反応ガスの活性種とウエハに吸着した原料ガスとを反応させて反応生成物を生成する。そして、原料ガスを供給するステップと、原料ガスと反応ガスとを反応させるステップとを交互に行うサイクルを複数繰り返すことにより、所望の膜厚の薄膜を形成している。次工程であるドライエッチング工程では、同心円状にエッチングレートを調整する場合が多いことなどから、このようなALDプロセスにおいて、ウエハ面内において、周方向の膜厚が均一になるような膜厚プロファイルの制御を求められることがある。   In this apparatus, the raw material gas is adsorbed on the wafer, for example, the reactive gas is supplied in parallel with the supply of the raw material gas, and the plasma is intermittently formed to activate the reactive gas and activate the reactive gas active species and the wafer. Reaction with the adsorbed source gas produces a reaction product. Then, a thin film having a desired film thickness is formed by repeating a plurality of cycles of alternately performing the step of supplying the source gas and the step of reacting the source gas and the reaction gas. In the dry etching process, which is the next process, the etching rate is adjusted concentrically in many cases, etc., in such an ALD process, a film thickness profile such that the film thickness in the circumferential direction becomes uniform in the wafer surface. May be required to control the

即ち、周方向における膜厚の均一性が良好であれば、ウエハの径方向に見て、中央部の膜厚が周縁部に比べて大きくなる凸型形状や、中央部の膜厚が周縁部に比べて小さくなる凹型形状であっても、後のドライエッチング工程で径方向の膜厚分布を均すことができる。しかしながら、ALDプロセスでは、特定のステップにおいてウエハ面内において局所的に処理が進行し、膜厚のばらつきが生じる場合がある。   That is, if the uniformity of the film thickness in the circumferential direction is good, the convex shape in which the film thickness at the central portion is larger than that at the peripheral portion as viewed in the radial direction of the wafer Even in the case of the concave shape which is smaller than the above, the film thickness distribution in the radial direction can be equalized in the later dry etching step. However, in the ALD process, processing may locally proceed in the wafer surface in a specific step, and variations in film thickness may occur.

特許文献1及び特許文献2には、回転テーブルに載置された基板を公転させてALDプロセスを行うにあたり、基板を自転させて基板の周方向における膜厚の均一性を向上させる技術が提案されている。また、特許文献3には、基板を多段に保持したボートを反応管に搬入し、少なくとも2種のガスを交互に供給してALDプロセスを行うにあたり、ガスの供給周期とウエハの回転周期とが同期しないように制御することにより、膜厚の面内均一性を向上させる技術が記載されている。しかしながら、これら特許文献1〜特許文献3では、特定のステップにおける局所的な処理の進行に着目するものではなく、本発明の課題を解決することはできない。   Patent Document 1 and Patent Document 2 propose a technique for improving the uniformity of the film thickness in the circumferential direction of the substrate by rotating the substrate in revolving the substrate placed on the rotary table and performing the ALD process. ing. Further, in Patent Document 3, a boat holding multiple substrates in multiple stages is carried into a reaction tube, and at least two kinds of gases are alternately supplied to perform an ALD process, the gas supply period and the wafer rotation period are different. A technique for improving the in-plane uniformity of film thickness by controlling so as not to be synchronized is described. However, these Patent Documents 1 to 3 do not focus on the progress of the local processing in a specific step, and can not solve the problem of the present invention.

特開2016−92156号公報JP, 2016-92156, A 特開2016−206025号公報JP, 2016-206025, A 国際公開WO2005/088692号公報International Publication WO 2005/088692

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布の均一性を改善する技術を提供することにある。   The present invention has been made under such circumstances, and an object thereof is to provide a technique for improving the uniformity of circumferential in-plane distribution in the film thickness of a thin film on a substrate.

本発明は、基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む1サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜装置において、
基板の載置台がその内部に配置され、真空の処理雰囲気を形成するための処理容器と、
前記載置台を回転させるための回転機構と、
前記回転機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記1サイクルの繰り返し回数をMとすると、360度×{N(1以上の整数)/M}で表される角度ずつ前記載置台を間欠的に回転させ、
前記1サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをSp、当該ステップSpのステップ時間をtpとすると、前記ステップSpが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、載置台を回転させるように制御信号を出力するように構成され、
ステップSpが開始される時点から載置台が停止するまでの載置台の平均回転速度Rsは、Rs=(N/M)×(1/tp)で表されることを特徴とする。
The present invention comprises one cycle including the steps of: adsorbing a source gas on a substrate; replacing the processing atmosphere with a replacement gas; and reacting the source gas adsorbed on the substrate with a reaction gas to generate a reaction product. In a film forming apparatus for laminating a reaction product on a substrate repeatedly a plurality of times,
A processing container for placing a substrate mounting table therein and forming a vacuum processing atmosphere;
A rotation mechanism for rotating the mounting table;
A control unit that controls the rotation mechanism;
The control unit
Assuming that the number of repetitions of one cycle is M, the table is intermittently rotated by an angle represented by 360 degrees × {N (an integer of 1 or more) / M}.
Among the steps that affect the circumferential in-plane distribution of the film thickness of the thin film on the substrate in the one cycle, let Sp be the step with the shortest step time required for the step, and tp be the step time of the step Sp. And outputting a control signal to rotate the mounting table in a time zone including at least a part while the step Sp is being performed,
An average rotation speed Rs of the mounting table from when the step Sp is started to when the mounting table stops is characterized by Rs = (N / M) × (1 / tp).

また、本発明は、基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む1サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜装置において、
基板の載置台がその内部に配置され、真空の処理雰囲気を形成するための処理容器と、
前記載置台を回転させるための回転機構と、
前記回転機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記1サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをSp、当該ステップSpのステップ時間をtpとすると、前記ステップSpが行われている間の80%以上の時間帯を含む時間tpにおいて、載置台をN(1以上の整数)回転させるように制御信号を出力するように構成されることを特徴とする。
Further, the present invention includes the steps of: adsorbing a source gas on a substrate; replacing the processing atmosphere with a replacement gas; and reacting the source gas adsorbed on the substrate with a reaction gas to generate a reaction product. In a film forming apparatus in which a reaction product is laminated on a substrate by repeating a plurality of cycles.
A processing container for placing a substrate mounting table therein and forming a vacuum processing atmosphere;
A rotation mechanism for rotating the mounting table;
A control unit that controls the rotation mechanism;
Among the steps affecting the in-plane distribution in the circumferential direction in the film thickness of the thin film on the substrate, the control unit Sp in the one cycle is a step having the shortest step time required for the step Sp, the step of the step Sp Assuming that the time is tp, a control signal is output so as to rotate the mounting table N (an integer of 1 or more) at time tp including a time zone of 80% or more while the step Sp is performed. It is characterized by being.

さらに、本発明は、真空の処理雰囲気において、載置台に載置された基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む1サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜工程と、
前記1サイクルの繰り返し回数をMとすると、360度×{N(1以上の整数)/M}で表される角度ずつ前記載置台を間欠的に回転させる工程と、を含み、
前記載置台を間欠的に回転させる工程は、前記1サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをSp、当該ステップSpのステップ時間をtpとすると、前記ステップSpが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、載置台を回転させる工程であり、
ステップSpが開始される時点から載置台が停止するまでの載置台の平均回転速度Rsは、Rs=(N/M)×(1/tp)で表されることを特徴とする。
Furthermore, in the present invention, in the vacuum processing atmosphere, the step of causing the substrate mounted on the mounting table to adsorb the source gas, the step of replacing the processing atmosphere with the replacement gas, and the reaction of the source gas adsorbed on the substrate and the reaction gas Forming a reaction product by laminating the reaction product on the substrate by repeating a cycle including a step of causing the reaction product to form a reaction product;
Intermittently rotating the table by an angle represented by 360 degrees × {N (an integer of 1 or more) / M}, where M represents the number of repetitions of one cycle.
In the step of intermittently rotating the mounting table, one of the steps affecting the circumferential in-plane distribution of the film thickness of the thin film on the substrate in the one cycle has the shortest step time required for the step. Sp, assuming that the step time of the step Sp is tp, is a step of rotating the mounting table in a time zone including at least a part while the step Sp is being performed,
An average rotation speed Rs of the mounting table from when the step Sp is started to when the mounting table stops is characterized by Rs = (N / M) × (1 / tp).

さらにまた、本発明は、真空の処理雰囲気において、載置台に載置された基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む1サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜工程と、
前記1サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをSp、当該ステップSpのステップ時間をtpとすると、前記ステップSpが行われている間の80%以上の時間帯を含む時間tpにおいて、載置台をN(1以上の整数)回転させることを特徴とする。
Furthermore, in the present invention, in the vacuum processing atmosphere, the step of causing the substrate mounted on the mounting table to adsorb the source gas, the step of replacing the processing atmosphere with the replacement gas, the source gas adsorbed on the substrate and the reaction gas A film forming step of laminating a reaction product on a substrate by repeating one cycle including a step of reacting to form a reaction product a plurality of times;
Among the steps that affect the circumferential in-plane distribution of the film thickness of the thin film on the substrate in the one cycle, let Sp be the step with the shortest step time required for the step, and tp be the step time of the step Sp. The mounting table is rotated N (an integer of 1 or more) at a time tp including a time zone of 80% or more while the step Sp is performed.

本発明は、原料ガスの吸着、処理雰囲気の置換、原料ガスと反応ガスとの反応による反応生成物の生成、の各ステップを含む1サイクルを複数回繰り返し、目標の膜厚に成膜したときに、基板の載置台がN回転するように、各サイクル毎に載置台を間欠的に回転させる。このときの載置台の平均回転速度Rsは、周方向の膜厚面内分布に影響のあるステップの中でステップ時間が最も短いステップSpの当該ステップ時間tpに基づいて求め、ステップSpが行われている時間帯を含む時間帯において、載置台を回転させる。このため、ステップSpが行われるときの基板の周方向の位置が順次変位し、各位置における膜厚分布が重ね合わされて、成膜終了時には基板がN回転した状態になる。この結果、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される。   In the present invention, when a film is formed to a target film thickness by repeating one cycle including each step of adsorption of the source gas, substitution of the processing atmosphere, and generation of a reaction product by reaction of the source gas and the reaction gas The mounting table is intermittently rotated in each cycle so that the substrate mounting table rotates N times. The average rotation speed Rs of the mounting table at this time is obtained based on the step time tp of the step Sp having the shortest step time among the steps affecting the film thickness in-plane distribution in the circumferential direction, and the step Sp is performed. The mounting table is rotated in the time zone including the time zone. Therefore, the circumferential position of the substrate when step Sp is performed is sequentially displaced, the film thickness distribution at each position is superimposed, and the substrate is rotated N times at the end of film formation. As a result, the uniformity of the circumferential in-plane distribution in the film thickness is improved.

また、本発明の他の発明は、前記1サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップSpが行われている間の80%以上の時間帯を含む時間tpにおいて、載置台をN(1以上の整数)回転させる。このため、ステップSpが行われる度に基板がN回転するので、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される。   Further, in another aspect of the present invention, in the one cycle, among the steps affecting the in-plane distribution in the circumferential direction of the film thickness of the thin film on the substrate, the step Sp having the shortest step time is required. The mounting table is rotated N (an integer of 1 or more) at a time tp including a time zone of 80% or more. Therefore, since the substrate rotates N times each time step Sp is performed, the uniformity of the in-plane distribution in the circumferential direction in the film thickness is improved.

本発明の実施の形態に係る成膜装置を示す縦断側面図である。It is a longitudinal side view showing the film deposition system concerning an embodiment of the invention. 成膜装置の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the film-forming apparatus. 成膜装置にて実施される成膜方法を示すチャート図である。It is a chart figure which shows the film-forming method implemented by the film-forming apparatus. 成膜装置の作用を説明する平面図である。It is a top view explaining an operation of a film deposition system. 成膜装置にて実施される他の成膜方法を示すチャート図である。It is a chart figure which shows the other film-forming method implemented by the film-forming apparatus. 成膜装置にて実施される他の成膜方法を示す平面図である。It is a top view which shows the other film-forming method implemented by the film-forming apparatus.

本発明の実施の形態に係る成膜装置について、例えばウエハWにプラズマALD(Atomic Layer Deposition)により成膜する成膜装置に適用した例について説明する。例えば成膜装置1は、図1に示すように横断面が矩形の処理容器10を備えている。図中101は、処理容器10の天井部材、102は容器本体である。処理容器10の側壁にはウエハWを搬入出するための搬入出口11が形成され、この搬入出口11はゲートバルブ12により開閉される。処理容器10内には、基板処理部13及び14が、搬入出口11から見て手前側及び奥側に例えば2個並べて配置されている。処理容器10の底面には、処理容器10内の雰囲気を排気するための排気口15が設けられ、この排気口15には排気管16を介して真空排気機構をなす真空ポンプ17に接続されている。図1中18は、処理容器10内の圧力調整を行う圧力調整部である。   A film forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described by way of example applied to a film forming apparatus for forming a film on a wafer W by plasma ALD (Atomic Layer Deposition). For example, as shown in FIG. 1, the film forming apparatus 1 includes a processing container 10 having a rectangular cross section. In the figure, reference numeral 101 denotes a ceiling member of the processing container 10, and reference numeral 102 denotes a container body. A loading / unloading port 11 for loading / unloading the wafer W is formed on the side wall of the processing container 10, and the loading / unloading port 11 is opened and closed by the gate valve 12. In the processing container 10, for example, two substrate processing units 13 and 14 are arranged side by side as viewed from the loading / unloading port 11 and on the back side. An exhaust port 15 for exhausting the atmosphere in the processing container 10 is provided on the bottom surface of the processing container 10, and the exhaust port 15 is connected to a vacuum pump 17 forming an evacuation mechanism via an exhaust pipe 16. There is. Reference numeral 18 in FIG. 1 denotes a pressure adjustment unit that adjusts the pressure in the processing container 10.

基板処理部13及び14は互いに同様に構成されているので、基板処理部13を例にして説明する。基板処理部13は、図1に示すようにウエハWを載置する載置台21を備えている。載置台21は下部電極を兼用するものであり、例えばアルミニウムやニッケルなどの金属からなる扁平な円柱状に形成され、回転機構を兼用する駆動機構22により駆動軸221を介して昇降自在及び鉛直軸回りに回転自在に構成されている。   Since the substrate processing units 13 and 14 are configured in the same manner, the substrate processing unit 13 will be described as an example. The substrate processing unit 13 includes a mounting table 21 on which the wafer W is mounted, as shown in FIG. The mounting table 21 doubles as a lower electrode, and is formed in a flat cylindrical shape made of metal such as aluminum or nickel, for example, and can be moved up and down via a drive shaft 221 by a drive mechanism 22 which doubles as a rotation mechanism. It is configured to be rotatable around.

図1には、実線にて処理位置にある載置台21を描き、点線にて受け渡し位置にある載置台21を示している。処理位置とは、後述する成膜処理を実行するときの位置であり、受け渡し位置とは、図示しない外部の搬送機構との間でウエハWの受け渡しを行う位置である。載置台21には、載置面上のウエハWを加熱するためのヒータ23が埋設されており、ウエハWを例えば300℃〜450℃程度に加熱するように構成されている。また、載置台21は図示しない整合器を介して接地電位に接続されている。   In FIG. 1, the mounting table 21 in the processing position is drawn by solid lines, and the mounting table 21 in the delivery position is shown by dotted lines. The processing position is a position at which a film forming process to be described later is performed, and the delivery position is a position at which the wafer W is delivered to / from an external transfer mechanism (not shown). A heater 23 for heating the wafer W on the mounting surface is embedded in the mounting table 21 and configured to heat the wafer W to, for example, about 300 ° C. to 450 ° C. Further, the mounting table 21 is connected to the ground potential through a matching unit (not shown).

さらに、基板処理部13及び14の上部側には、絶縁部材31を介して、上部電極をなす金属製のガスシャワーヘッド4が設けられている。図中101は処理容器10の天井部材、102この処理容器10は蓋体101と容器本体102と、により構成されている。このガスシャワーヘッド4には整合器32を介して高周波電源33が接続されている。こうして、成膜装置1は、ガスシャワーヘッド4と載置台21との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる平行平板型プラズマ処理装置として構成されている。   Furthermore, on the upper side of the substrate processing units 13 and 14, a metal gas shower head 4 forming an upper electrode is provided via an insulating member 31. In the figure, reference numeral 101 denotes a ceiling member of the processing container 10, and the processing container 10 is configured of a lid 101 and a container main body 102. A high frequency power supply 33 is connected to the gas shower head 4 via a matching unit 32. Thus, the film forming apparatus 1 is configured as a parallel plate type plasma processing apparatus that applies high frequency power between the gas shower head 4 and the mounting table 21 to generate plasma.

ガスシャワーヘッド4は、蓋体41と、載置台21の載置面と対向するように設けられたシャワープレート42と、これら蓋体41とシャワープレート42との間に形成された扁平なガスの通流室43と、を備えている。蓋体41には、ガス供給路5が接続されると共に、シャワープレート42には、厚さ方向に貫通するガス供給孔44が例えば縦横に配列され、ガスがシャワー状に載置台21に向けて供給される。   The gas shower head 4 includes a lid 41, a shower plate 42 provided to face the mounting surface of the mounting table 21, and a flat gas formed between the lid 41 and the shower plate 42. The flow-through chamber 43 is provided. The gas supply passage 5 is connected to the lid 41, and gas supply holes 44 penetrating in the thickness direction are arranged, for example, vertically and horizontally in the shower plate 42, and the gas is directed to the mounting table 21 in a shower shape. Supplied.

ガスシャワーヘッド4に接続されたガス供給路5の上流側は、分岐されて例えば原料ガスの供給源51、置換ガスの供給源52、反応ガスの供給源53に接続されている。図1中V1〜V3はバルブであり、C1〜C3は流量調整部である。原料ガスとしては、例えばSi2Cl6、Si2H6、HCDS(ヘキサクロロジシラン)、TDMAS(トリジメチルアミノシラン)、BDEAS(ビスジエチルアミノシラン)等のシリコン(Si)を含むガスが用いられる。反応ガスとして、酸化ガスや還元ガスが用途に応じて用いられ、例えば酸化ガスとしては、酸素(O2)ガスやオゾン(O3)ガス等を用いることができる。置換ガスとしては、例えばアルゴン(Ar)ガス等の不活性ガスが用いられる。   The upstream side of the gas supply path 5 connected to the gas shower head 4 is branched and connected to, for example, a supply source 51 of a source gas, a supply source 52 of a replacement gas, and a supply source 53 of a reaction gas. In FIG. 1, V1 to V3 denote valves, and C1 to C3 denote flow rate adjusters. As a source gas, for example, a gas containing silicon (Si) such as Si 2 Cl 6, Si 2 H 6, HCDS (hexachlorodisilane), TDMAS (tridimethylaminosilane), BDEAS (bisdiethylaminosilane) is used. As a reaction gas, an oxidation gas or a reduction gas is used according to the application, and, for example, an oxygen (O 2) gas, an ozone (O 3) gas, or the like can be used as the oxidation gas. For example, an inert gas such as argon (Ar) gas is used as the replacement gas.

さらに、処理容器10の底面には、複数本例えば3本の受け渡しピン20が各載置台21に対応した位置に設けられる一方、載置台21には、この受け渡しピン20の通過領域を形成するための貫通孔24が形成されている。載置台21を受け渡し位置に下降させると、受け渡しピン20が貫通孔24を通過して、受け渡しピン20の上端が載置台21の載置面から突出する。こうして、図示しない外部の搬送機構と、受け渡しピン20と、載置台21との協働作用により、搬送機構と各載置台21との間でウエハWの受け渡しが行われるように構成されている。図1中の25は、処理容器10内を気密に保つためのシール部材である。   Furthermore, while a plurality of, for example, three delivery pins 20 are provided on the bottom surface of the processing container 10 at positions corresponding to the respective mounting tables 21, the mounting table 21 is provided with a passage area for the delivery pins 20. Through holes 24 are formed. When the mounting table 21 is lowered to the delivery position, the delivery pin 20 passes through the through hole 24, and the upper end of the delivery pin 20 protrudes from the placement surface of the mounting table 21. Thus, the wafer W is transferred between the transfer mechanism and each mounting table 21 by the cooperative action of an external transfer mechanism (not shown), the delivery pin 20 and the mounting table 21. Reference numeral 25 in FIG. 1 denotes a seal member for keeping the inside of the processing container 10 airtight.

さらに、この成膜装置1は、図1及び図2に示すように、基板処理部13及び14の夫々において、処理位置にある載置台21の載置面とガスシャワーヘッド4の下面との間に処理領域A1、A2を形成するために、絶縁部材よりなる区画部材26が設けられている。この区画部材26は、処理領域A1、A2を夫々囲むように形成され、外部の搬送機構により基板処理部13及び14の載置台21に夫々基板を受け渡すための開口部261が形成されている。   Furthermore, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, in each of the substrate processing units 13 and 14, the film forming apparatus 1 is located between the mounting surface of the mounting table 21 at the processing position and the lower surface of the gas shower head 4. In order to form the processing areas A1 and A2 in the above, a dividing member 26 made of an insulating member is provided. The partitioning member 26 is formed so as to surround the processing regions A1 and A2, respectively, and an opening 261 for delivering the substrate to the mounting table 21 of the substrate processing units 13 and 14 is formed by an external transfer mechanism. .

図2は、基板処理部13及び14を備えた成膜装置1を2個連結した構成を概略的に示すものであり、一方の成膜装置1は、ガスシャワーヘッド4の蓋体41を設けた構成、他方の成膜装置1は、蓋体41を外した構成である。他方の成膜装置1は、載置台21を受け渡し位置に配置した様子を示している。   FIG. 2 schematically shows a configuration in which two film forming apparatuses 1 including the substrate processing units 13 and 14 are connected, and one film forming apparatus 1 is provided with a lid 41 of the gas shower head 4. The other film forming apparatus 1 has a structure in which the lid 41 is removed. The other film-forming apparatus 1 has shown the mode that the mounting base 21 was arrange | positioned in the delivery position.

この成膜装置1にて実施されるウエハWの成膜処理について、図3を参照して簡単に説明する。この成膜処理は、吸着ステップS1と、第1の置換ステップS2と、反応ステップS3と、第2の置換ステップS4と、を含む1サイクルを複数回例えば100回繰り返すものである。図3中各ステップS1〜S4のステップ時間(ステップが行われている時間)をt1〜t4としている。   The film forming process of the wafer W performed by the film forming apparatus 1 will be briefly described with reference to FIG. This film forming process repeats one cycle including the adsorption step S1, the first substitution step S2, the reaction step S3 and the second substitution step S4 a plurality of times, for example, 100 times. In FIG. 3, the step time of each step S1 to S4 (the time when the step is being performed) is set to t1 to t4.

吸着ステップS1とは、ウエハWに原料ガスを吸着させるステップ、第1の置換ステップS2とは、処理雰囲気である処理領域A1、A2の雰囲気を置換ガスにより置換するステップである。反応ステップS3とは、ウエハWに吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップ、第2の置換ステップS4とは、原料ガスを供給する前に処理領域A1、A2の雰囲気を置換ガスにより置換するステップである。そして、このステップS1〜S4よりなる1サイクルを設定回数繰り返して行うことで、反応生成物であるシリコン酸化膜の層をウエハWの表面に積層して、所定の膜厚のSiO2膜を形成する。   The adsorption step S1 is a step of adsorbing the source gas to the wafer W, and the first replacement step S2 is a step of replacing the atmosphere of the processing areas A1 and A2 as the processing atmosphere with a replacement gas. The reaction step S3 is a step of reacting the source gas adsorbed on the wafer W with the reaction gas to generate a reaction product, and the second replacement step S4 is a processing area A1, A2 before the source gas is supplied. And the step of replacing the atmosphere with a replacement gas. Then, by repeating one cycle of steps S1 to S4 a set number of times, a layer of silicon oxide film as a reaction product is laminated on the surface of wafer W to form a SiO2 film of a predetermined film thickness. .

成膜装置1には、コンピュータからなる制御部6が設けられている。制御部6は、例えばプログラム、メモリ、CPUからなるデータ処理部などを備えている。プログラムには、制御部6から成膜装置1の各部に制御信号を送り、既述の成膜処理を実行することができるように命令が組み込まれている。具体的には、載置台21の駆動機構22、各バルブV1〜V3や流量調整部C1〜C3、高周波電源33、圧力調整部18、ヒータ23などが、上記のプログラムによって制御される。これらプログラムは、例えば、コンパクトディスク、ハードディスク、MO(光磁気ディスク)などの記憶媒体に格納されて制御部6にインストールされる。   The film forming apparatus 1 is provided with a control unit 6 composed of a computer. The control unit 6 includes, for example, a program, a memory, and a data processing unit including a CPU. In the program, a control signal is sent from the control unit 6 to each unit of the film forming apparatus 1, and an instruction is incorporated so that the film forming process described above can be performed. Specifically, the drive mechanism 22 of the mounting table 21, the valves V1 to V3, the flow rate adjusting units C1 to C3, the high frequency power supply 33, the pressure adjusting unit 18, the heater 23, and the like are controlled by the above program. These programs are stored in a storage medium such as a compact disk, hard disk, MO (magneto-optical disk) or the like, and installed in the control unit 6.

プログラムには、載置台21の回転を制御するプログラムも含まれる。このプログラムは、成膜処理の1サイクルの繰り返し回数をMとすると、360度×{N/M}で表される角度ずつ載置台21を平均回転速度Rsで間欠的に回転させるように構成されている。平均回転速度Rsは、次の(1)式にて求められる速度である。
Rs=(N/M)×(1/tp)・・・(1)
The program also includes a program for controlling the rotation of the mounting table 21. This program is configured to intermittently rotate the mounting table 21 at an average rotation speed Rs by an angle represented by 360 degrees × {N / M}, where M is the number of repetitions of one cycle of film forming processing. ing. The average rotation speed Rs is a speed obtained by the following equation (1).
Rs = (N / M) × (1 / tp) (1)

(1)式中、tpとは、成膜処理の1サイクルにおいて、ウエハW上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップSpのステップ時間である。また、成膜サイクルの繰り返し回数Mは、目標膜厚(Å)と、1サイクルあたりの成膜速度(Å/サイクル)とにより決定される。さらに、Nは1サイクルをM回繰り返したときのウエハWの回転回数であって、1以上の整数である。   In the equation (1), tp means that the step time required for the step is the shortest among the steps that affect the circumferential in-plane distribution of the film thickness of the thin film on the wafer W in one cycle of the film forming process. It is a step time of step Sp. Further, the number M of repetitions of the film formation cycle is determined by the target film thickness (Å) and the film formation rate per cycle (Å / cycle). Furthermore, N is the number of rotations of the wafer W when one cycle is repeated M times, and is an integer of 1 or more.

そして、回転を制御するプログラムは、ステップSpが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、載置台21を回転させ、ステップSpが開始される時点から載置台21が停止するまでの載置台21の平均回転速度がRsとなるように制御するように構成されている。ステップSpが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯は、ステップSpが行われている間の30%以上を含む時間帯であり、好ましくは50%以上を含む時間帯である。また、より一層好ましい動作は、ステップSpの開始と同時に載置台21が回転を開始し、ステップSpの終了時に載置台21の回転が停止する動作である。この場合には、ステップSpが行われている間の100%の時間帯において載置台21が回転することになる。   Then, the program for controlling the rotation rotates the mounting table 21 in a time zone including at least a part while the step Sp is being performed, from when the step Sp is started to when the mounting table 21 stops. Control is performed such that the average rotation speed of the mounting table 21 becomes Rs. The time zone including at least a part during the execution of the step Sp is a time zone including 30% or more during the execution of the step Sp, preferably a time zone including 50% or more. A still more preferable operation is an operation in which the mounting table 21 starts rotating simultaneously with the start of step Sp and the rotation of the mounting table 21 stops at the end of step Sp. In this case, the mounting table 21 is rotated in a time zone of 100% while the step Sp is being performed.

ここで、成膜処理の1サイクルにおいて、ウエハW上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップとは、この例では、ウエハWに原料ガスを吸着させる吸着ステップS1と、ウエハWに吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成する反応ステップS3である。吸着ステップS1のステップ時間t1と、反応ステップS3のステップ時間t3とを比較すると、ステップ時間t1の方が短いことから、ステップSpは吸着ステップS1、tpは吸着ステップS1のステップ時間となる。   Here, in one cycle of the film forming process, the step having an influence on the in-plane distribution in the circumferential direction in the film thickness of the thin film on the wafer W is, in this example, an adsorption step S1 for adsorbing the source gas to the wafer W The reaction step S3 is to react the source gas adsorbed on the wafer W with the reaction gas to generate a reaction product. When the step time t1 of the adsorption step S1 and the step time t3 of the reaction step S3 are compared, since the step time t1 is shorter, the step Sp is the adsorption step S1 and the step tp is the step time of the adsorption step S1.

具体的に、載置台21の回転開始時点が、ステップSp(吸着ステップS1)の開始時点であり、載置台21が等速で回転する場合を例にして説明する。例えばNを1、繰り返し回数Mを100、吸着ステップS1のステップ時間tpを0.05秒(0.05/60分)とすると、(1)式より、平均回転速度Rsは12rpmとなる。また、載置台21の回転角度θは、360度×(1/100)より3.6度となる。   Concretely, the rotation start time of the mounting base 21 is the start time of step Sp (suction step S1), and the case where the mounting base 21 rotates at a constant speed will be described as an example. For example, assuming that N is 1, the number of repetitions M is 100, and the step time tp of the adsorption step S1 is 0.05 seconds (0.05 / 60 minutes), the average rotation speed Rs is 12 rpm according to equation (1). Further, the rotation angle θ of the mounting table 21 is 3.6 degrees from 360 degrees × (1/100).

こうして、制御部6は、図3に示す成膜処理の各サイクルにおいて、吸着ステップS1の開始時点に、載置台21に12rpmで回転角度θだけ回転するように制御信号を出力する。これにより、ウエハWは1サイクル毎に、吸着ステップS1のステップ時間tp(0.05秒)の間、回転角度θ(3.6度)だけ、平均回転速度Rs、この場合は等速回転速度Rs(12rpm)で回転し、他のステップS2〜S4の間は回転を停止することになる。こうして、繰り返し回数Mを実行したときに、即ち目標膜厚に達したときにウエハWはN回転(1回転)するように制御される。   Thus, in each cycle of the film forming process shown in FIG. 3, the control unit 6 outputs a control signal to the mounting table 21 so as to rotate by 12 rpm at the start time of the suction step S1. As a result, the wafer W is subjected to the average rotation speed Rs, which is equal to the constant rotation speed in this case, by the rotation angle θ (3.6 degrees) during the step time tp (0.05 seconds) of the suction step S1 every cycle The rotation is performed at Rs (12 rpm), and the rotation is stopped during the other steps S2 to S4. Thus, the wafer W is controlled to rotate N times (one rotation) when the number of repetitions M is performed, that is, when the target film thickness is reached.

例えば成膜処理のレシピには、サイクルの繰り返し回数MやN、ステップSp、ステップ時間tpと共に平均回転速度Rsが書き込まれており、メモリに格納されたレシピを選択することにより、載置台21を回転させるように制御信号が出力される。また、制御部6に表示部を設け、この表示部を介してステップ時間を適宜変更できるように構成してもよい。この場合には、例えばレシピにおいて予め膜厚の周方向の面内分布に影響のあるステップ(この例では、吸着ステップS1、反応ステップS3)を指定しておき、ステップ時間が最も短いステップSpを自動で比較して選択し、これに基づいて平均回転速度Rsを演算して、このデータを用いて載置台21を回転させるように制御信号を出力するようにしてもよい。   For example, the average rotational speed Rs is written together with the number of repetitions M and N of the cycle, step Sp and step time tp in the recipe of the film forming process, and the mounting table 21 is selected by selecting the recipe stored in the memory. A control signal is output to rotate. In addition, a display unit may be provided in the control unit 6 so that the step time can be appropriately changed through the display unit. In this case, for example, a step (in this example, the adsorption step S1 and the reaction step S3 in this example) which affects the in-plane distribution in the circumferential direction of the film thickness is specified beforehand in the recipe, and the step Sp having the shortest step time is selected. It is also possible to automatically compare and select, to calculate the average rotation speed Rs based on this, and to output a control signal so as to rotate the mounting table 21 using this data.

続いて、この成膜装置1にて実施されるウエハWの成膜処理について説明する。先ず、処理容器10内を所定の真空雰囲気とし、2つの載置台21を受け渡し位置に位置させた状態でゲートバルブ12を開き、処理容器10に隣接する真空雰囲気の搬送室から搬送機構によって、例えば2枚のウエハWを夫々の載置台21から突出する受け渡しピン20に同時に受け渡す。載置台21の昇降による載置台21へのウエハWの受け渡し、及び搬送機構の処理容器10からの退出を行うと、ゲートバルブ12を閉じ、載置台21を処理位置へと上昇して処理領域A1、A2を形成する。また、ヒータ23によってウエハWを所定の温度に加熱する。   Subsequently, a film forming process of the wafer W performed by the film forming apparatus 1 will be described. First, with the inside of the processing container 10 set to a predetermined vacuum atmosphere and the two mounting tables 21 positioned at the delivery position, the gate valve 12 is opened, and the transfer chamber from the vacuum atmosphere adjacent to the processing container 10 is transferred by the transfer mechanism, for example The two wafers W are simultaneously delivered to the delivery pins 20 protruding from the respective mounting tables 21. When the wafer W is transferred to the mounting table 21 by lifting and lowering the mounting table 21 and the transfer mechanism is withdrawn from the processing container 10, the gate valve 12 is closed and the mounting table 21 is raised to the processing position to process the processing area A1. , A2. Further, the wafer W is heated to a predetermined temperature by the heater 23.

次いで、基板処理部13及び14において、夫々置換ガス供給用のバルブV2及び反応ガス供給用のバルブV3を開き、置換ガスの供給源52から例えばArガス、反応ガスの供給源53から例えばO2ガスを処理領域A1、A2に供給する。続いて、原料ガス供給用のバルブV1を開き、原料ガスの供給源51から、ガスシャワーヘッド4を介して処理領域A1、A2に吐出し、ウエハWに原料ガス分子(シリコンプリカーサであるシリコン原子を含む材料)を吸着させる(吸着ステップS1)。この吸着ステップS1のステップ時間tp(0.05秒)の間、ウエハWを予め設定された平均回転速度Rs(ここでは等速回転速度Rs)である12rpmで回転させる。   Next, in the substrate processing units 13 and 14, the valve V2 for substitution gas supply and the valve V3 for reaction gas supply are opened, respectively, and Ar gas from the substitution gas supply source 52, for example, O 2 gas from the reaction gas supply source 53 Are supplied to the processing areas A1 and A2. Subsequently, the valve V1 for supplying the source gas is opened, and the source gas 51 of the source gas is discharged to the processing areas A1 and A2 through the gas shower head 4, and the source gas molecules (silicon atoms serving as silicon precursors) Material) is adsorbed (adsorption step S1). During the step time tp (0.05 seconds) of this suction step S1, the wafer W is rotated at 12 rpm which is a preset average rotation speed Rs (herein, constant speed rotation speed Rs).

続いて、バルブV1を閉じ、ウエハWへの原料ガスの供給を停止すると共に、ウエハWの回転を停止する。引き続きArガスの供給を続けることにより、処理領域A1、A2に残留し、ウエハWに吸着されていない原料ガスをArガスによりパージして、処理領域A1、A2の雰囲気を置換する(第1の置換ステップS2)。   Subsequently, the valve V1 is closed, the supply of the source gas to the wafer W is stopped, and the rotation of the wafer W is stopped. Subsequently, by continuing the supply of Ar gas, the source gas remaining in the processing areas A1 and A2 and not adsorbed on the wafer W is purged with Ar gas to replace the atmosphere in the processing areas A1 and A2 (first process). Replacement step S2).

次に、高周波電源33をオンにする。このとき処理領域A1、A2には、O2ガスとArガスとが供給されており、高周波電力の印加により、処理領域A1、A2のO2ガスがプラズマ化され、このプラズマにより、ウエハWに吸着された原料ガスが酸化されて、シリコン酸化物の層が反応生成物として形成される(反応ステップS3)。次いで、高周波電源33をオフにすると共に、引き続きArガスの供給を続けることにより、処理領域A1、A2に残留しているプラズマの活性種をArガスにパージして、当該処理領域A1、A2から除去する(第2の置換ステップS4)。   Next, the high frequency power supply 33 is turned on. At this time, O 2 gas and Ar gas are supplied to the processing areas A 1 and A 2, and the O 2 gas in the processing areas A 1 and A 2 is plasmatized by application of high frequency power, and adsorbed onto the wafer W by this plasma. The raw material gas is oxidized to form a silicon oxide layer as a reaction product (reaction step S3). Next, the high frequency power supply 33 is turned off, and the supply of Ar gas is continued to purge the reactive species of plasma remaining in the processing areas A1 and A2 to Ar gas, and from the processing areas A1 and A2 It removes (2nd substitution step S4).

この後、再び、バルブV1を開いて原料ガスを供給すると共に、ウエハWを回転速度Rsで回転させながら、吸着ステップS1を実行する。続いて、第1の置換ステップS2、反応ステップS3、第2の置換ステップS4の4ステップを行い、ステップS1〜S4よりなる成膜サイクルを繰り返し回数Mである100回繰り返して行うことで、ウエハWの表面に、目標膜厚のSiO2膜を形成する。   Thereafter, the valve V1 is opened again to supply the source gas, and the adsorption step S1 is performed while rotating the wafer W at the rotation speed Rs. Subsequently, four steps of first substitution step S2, reaction step S3 and second substitution step S4 are performed, and the film forming cycle consisting of steps S1 to S4 is repeatedly performed 100 times, which is the number M of times, to obtain a wafer. A SiO 2 film of a target thickness is formed on the surface of W.

このように、ウエハWは、1サイクル目が始まったとき、吸着ステップS1が行われている間の0.05秒の間に等速の回転速度Rs(12rpm)の速度で、回転角度θ(3.6度)だけ回転し、その後、1サイクルの残りの時間が経過するまで休止する。その後、2サイクル目が開始すると、吸着ステップS1が行われている間の0.05秒の間に回転速度Rsで回転角度θだけ回転し、その後、2サイクルの残りの時間が経過するまで休止するという動作を繰り返す。こうして、総サイクル数である100サイクル終了時には、ウエハWは1回転(1周)し、例えばノッチNの位置は当初の位置に戻る。   As described above, when the first cycle starts, the wafer W rotates at the same rotational speed Rs (12 rpm) for 0.05 seconds while the suction step S1 is being performed. Rotate by 3.6 degrees) and then rest until the remaining time of one cycle has elapsed. After that, when the second cycle starts, rotation is performed by the rotation angle θ at the rotation speed Rs for 0.05 seconds while the adsorption step S1 is performed, and then rested until the remaining time of two cycles elapses Repeat the action to Thus, at the end of 100 cycles, which is the total number of cycles, the wafer W makes one rotation (one rotation), and for example, the position of the notch N returns to the original position.

このように、成膜処理において、ステップSp(吸着ステップS1)の時間帯において、載置台21を回転角度θだけ回転させると、ステップSpが行われるときのウエハWの周方向の位置が順次変位する。そして、この動作を1サイクルずつ行っていることにより、各回転位置における膜厚分布が重ね合わされて、成膜終了時にはウエハWがN回転(1回転)した状態になる。この結果、膜厚の周方向の面内分布に影響を与えるステップにおいて、ウエハWの面内において局所的に処理が進行する場合であっても、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される。   Thus, in the film forming process, when the mounting table 21 is rotated by the rotation angle θ in the time zone of step Sp (suction step S1), the circumferential position of the wafer W when step Sp is performed is sequentially displaced. Do. Then, by performing this operation one cycle at a time, the film thickness distribution at each rotational position is superimposed, and at the end of film formation, the wafer W is in a state of N rotations (one rotation). As a result, in the step of affecting the in-plane distribution in the circumferential direction of the film thickness, even if the processing locally progresses in the plane of the wafer W, the uniformity of the in-plane distribution in the circumferential direction of the film thickness Is improved.

その一例として、局所的に膜厚が大きくなる例を挙げて図4により模式的に説明する。図4は、図示の便宜上、Nを1、繰り返し回数Mを10とし、10サイクルでウエハWが1回転する様子を示している。図4(a)は、ウエハWを回転させないで1サイクル終了した時の状態、図4(b)はウエハWを回転させて2サイクル終了した時の状態、図4(c)は10サイクル終了時の状態である。   As an example, an example in which the film thickness locally increases will be described schematically with reference to FIG. FIG. 4 shows that the wafer W rotates once in 10 cycles, where N is 1 and the number of repetitions M is 10 for convenience of illustration. 4 (a) shows the state when one cycle is completed without rotating the wafer W, FIG. 4 (b) shows the state when the wafer W is rotated and two cycles are completed, and FIG. 4 (c) is ten cycles completed. It is a state of time.

図4(a)は、ウエハWを回転させないで1サイクル実施した場合に、周方向の0度の位置P1に局所的に膜厚が大きい領域71が形成される状態を示している。一方、各サイクルの吸着ステップS1が行われている間、ウエハWを回転させると、図4(b)に示すように、吸着ステップS1が行われるときのウエハWの周方向の位置が順次変位する。この例では、1サイクル目で回転角度θだけ回転させると、膜厚の大きい領域71は位置P0から回転角度θだけ移動した位置P1に亘って形成される扇形領域72に分散される。   FIG. 4A shows a state where a region 71 with a large film thickness is locally formed at the position P1 of 0 degree in the circumferential direction when the wafer W is not rotated and is carried out for one cycle. On the other hand, when the wafer W is rotated while the suction step S1 of each cycle is being performed, the circumferential position of the wafer W when the suction step S1 is performed is sequentially displaced as shown in FIG. 4B. Do. In this example, when the film is rotated by the rotation angle θ in the first cycle, the region 71 with a large film thickness is dispersed into a sector-shaped region 72 formed over the position P1 moved from the position P0 by the rotation angle θ.

こうして、次の2サイクル目において位置P1から回転角度θだけ移動した位置P2の間においても、膜厚が大きい領域71が扇形領域72に分散される。同様に、吸着ステップS1において回転角度θだけ回転させることにより、位置P2〜位置P3・・・位置P9〜P0においても、膜厚の大きい領域71が扇形領域72に分散される。この結果、概略的な言い方をすれば、図4(c)に示すように、膜厚の大きい領域71が環状となり、周方向の均一性が高くなる。   Thus, the area 71 with a large film thickness is dispersed into the fan-shaped area 72 also between the position P1 and the position P2 moved by the rotational angle θ in the next second cycle. Similarly, by rotating only at the rotation angle θ in the suction step S1, the area 71 with a large film thickness is dispersed into the fan-shaped area 72 also at the position P2 to the position P3... The position P9 to P0. As a result, as schematically shown, as shown in FIG. 4C, the region 71 with a large film thickness becomes annular, and the uniformity in the circumferential direction becomes high.

仮に、置換ステップのステップ時間tpを用いて、平均回転速度Rsを求め、当該置換ステップにウエハWを回転させるようにすると、置換ステップは膜厚に影響を与えるステップではないため、膜厚が大きい領域が図4(b)に示す点線で囲む領域73のように形成される。このため、ウエハWを回転させずにプロセスを行う場合に比べて、周方向の膜厚面内分布の均一性は改善されるものの、膜厚に影響を与えるステップにウエハWを回転させる場合に比べると、前記均一性は劣ってしまう。   Assuming that the average rotational speed Rs is determined using the step time tp of the replacement step and the wafer W is rotated in the replacement step, the film thickness is large because the replacement step is not a step that affects the film thickness. The area is formed as an area 73 surrounded by a dotted line shown in FIG. 4 (b). For this reason, although the uniformity of the film thickness in-plane distribution in the circumferential direction is improved as compared with the case where the process is performed without rotating the wafer W, the wafer W is rotated in the step of affecting the film thickness. By comparison, the uniformity is inferior.

上述の実施形態によれば、原料ガスの吸着、処理雰囲気の置換、原料ガスと反応ガスとの反応による反応生成物の生成、の各ステップを含む1サイクルを複数回繰り返し、目標の膜厚に成膜したときに、載置台21がN回転するように、各サイクル毎に載置台21を平均回転速度Rsで間欠的に回転させる。この平均回転速度Rsは、周方向の膜厚面内分布に影響のあるステップの中でステップ時間が最も短いステップSpの当該ステップ時間tpに基づいて求め、ステップSpが行われている時間帯を含む時間帯において、載置台21を回転させる。このため、ステップSpが行われるときのウエハWの周方向の位置が順次変位し、各位置における膜厚分布が重ね合わされて、成膜終了時には基板がN回転した状態になる。この結果、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される。   According to the above-described embodiment, one cycle including the respective steps of adsorption of the source gas, substitution of the processing atmosphere, and generation of a reaction product by reaction of the source gas and the reaction gas is repeated multiple times to obtain the target film thickness. When forming a film, the mounting table 21 is intermittently rotated at an average rotation speed Rs every cycle so that the mounting table 21 rotates N times. The average rotation speed Rs is determined based on the step time tp of the step Sp having the shortest step time among the steps affecting the film thickness in-plane distribution in the circumferential direction, and the time zone in which the step Sp is performed is The mounting table 21 is rotated in the included time zone. Therefore, the circumferential position of the wafer W when step Sp is performed is sequentially displaced, the film thickness distribution at each position is superimposed, and the substrate is rotated N times at the end of the film formation. As a result, the uniformity of the circumferential in-plane distribution in the film thickness is improved.

プロセス時間の短時間化により、原料ガスと反応ガスとが十分に反応できない場合や、ウエハWの中心部と周縁部との間での経時的な原料供給量の違い、電界不均一によるプラズマ反応の違いなどによって、ウエハ面内において局所的に膜厚が異なる場合がある。このように特徴的な膜厚分布が形成される場合であっても、上述の実施形態の手法を採用することにより、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される。   If the raw material gas and the reactive gas can not react sufficiently due to the shortening of the process time, or the difference in the raw material supply amount with time between the central portion and the peripheral portion of the wafer W, the plasma reaction due to the nonuniform electric field The film thickness may be locally different in the wafer surface due to the difference of Even when the characteristic film thickness distribution is formed as described above, the uniformity of the in-plane distribution in the circumferential direction in the film thickness is improved by adopting the method of the above-described embodiment.

また、膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップ時間が最も短いステップSpのステップ時間tpに基づいて平均回転速度Rsを設定している。これにより、当該最もステップ時間が短いステップの影響が及ぶ領域をウエハWの周方向にずらして、成膜処理が終了するまでにウエハWをN回転させて周方向の均一性を確保している。従って、ステップ時間がtpよりも長いステップでは、影響が及ぶ領域がステップSpよりも広いので、ステップSp毎に平均回転速度Rsで回転させると、成膜処理が終了するまでには前記影響が及ぶ領域が重なり合った状態でウエハWをN回転するため、結果として周方向の均一性が改善される。   Further, among the steps having an influence on the in-plane distribution in the circumferential direction in the film thickness, the average rotation speed Rs is set based on the step time tp of the step Sp having the shortest step time. Thereby, the area affected by the step having the shortest step time is shifted in the circumferential direction of the wafer W, and the wafer W is rotated N times until the film forming process is completed, thereby ensuring uniformity in the circumferential direction. . Therefore, in the step where the step time is longer than tp, since the affected area is wider than step Sp, when the rotation is performed at the average rotation speed Rs for each step Sp, the influence is exerted until the film forming process is completed. Since the wafer W is rotated N times with the overlapping regions, the circumferential uniformity is improved as a result.

上述の実施形態は、載置台21を等速で回転させたが、載置台21の回転中は、加速及び減速の少なくとも一方が行われるようにしてもよい。例えばステップSpが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、ステップSpが開始される時点から載置台21が停止するまでの載置台の平均回転速度がRsであればよい。このため、例えば1サイクル中にウエハWを回転角度θで回転させる間に、ウエハWの回転速度を加速(又は減速)させて、平均回転速度がRsとなるように回転させてもよい。図5は、吸着ステップS1の開始時点に載置台21の回転を開始し、吸着ステップS1の途中において、ウエハWの回転を加速し、その後、吸着ステップS1の後の第2の置換ステップS2に亘って、ウエハWを等速で回転させ、第2の置換ステップS2の途中でウエハWの回転を減速し、停止する例である。   In the above embodiment, the mounting table 21 is rotated at a constant speed, but at least one of acceleration and deceleration may be performed while the mounting table 21 is rotating. For example, in a time zone including at least a part during the execution of step Sp, the average rotation speed of the mounting table from when the step Sp is started to when the mounting table 21 stops may be Rs. For this reason, for example, while rotating the wafer W at the rotation angle θ during one cycle, the rotation speed of the wafer W may be accelerated (or decelerated) so that the average rotation speed becomes Rs. 5 starts the rotation of the mounting table 21 at the start of the suction step S1, accelerates the rotation of the wafer W in the middle of the suction step S1, and then proceeds to the second replacement step S2 after the suction step S1. In this example, the wafer W is rotated at a constant speed, and the rotation of the wafer W is decelerated and stopped in the middle of the second replacement step S2.

この例においても、既述と同様に、N=1、繰り返し回数Mを100とし、吸着ステップS1のステップ時間tp(0.05秒)に基づいて、平均回転速度Rsを12rpmに設定する。ウエハWは、1サイクル目が始まったとき、吸着ステップS1から第2の置換ステップS2に亘って、360度×1/100=3.6度だけ回転し、その後、1サイクルの残りの時間が経過するまで休止する。このとき、吸着ステップS1が開始される時点から載置台21が停止するまでの載置台21の平均回転速度Rsは12rpmに設定される。   Also in this example, as described above, N = 1, the number of repetitions M is 100, and the average rotation speed Rs is set to 12 rpm based on the step time tp (0.05 seconds) of the adsorption step S1. Wafer W rotates by 360 degrees × 1/100 = 3.6 degrees from the adsorption step S1 to the second replacement step S2 when the first cycle starts, and thereafter, the remaining time of one cycle is Pause until elapsed. At this time, the average rotation speed Rs of the mounting table 21 from when the adsorption step S1 is started to when the mounting table 21 stops is set to 12 rpm.

既述の1サイクルを繰り返す成膜プロセスにおいて、吸着ステップS1の制御波形と処理領域A1、A2への原料ガスの供給状態は必ずしも一致しない場合がある。例えばバルブV1を開いてから、実際にウエハWにガスが到達するまでには、タイムラグが存在するからである。そのため、既述のように、吸着ステップS1から第2の置換ステップS2に亘って、ウエハWを回転させ、その間で回転速度を変化させることで、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される場合がある。   In the film forming process in which one cycle described above is repeated, the control waveform of the adsorption step S1 and the supply state of the source gas to the processing regions A1 and A2 may not necessarily coincide with each other. For example, there is a time lag from when the valve V1 is opened to when the gas actually reaches the wafer W. Therefore, as described above, the wafer W is rotated from the suction step S1 to the second replacement step S2, and the rotational speed is changed between them, so that the uniformity of the in-plane distribution in the circumferential direction in the film thickness is obtained. May be improved.

さらに、図6(a)に示すように、例えばステップSpが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、例えばウエハWを高速で一周させた後、低速でθだけ移動させてもよい。この場合、ステップSpが開始される時点から載置台21が停止するまでの載置台の平均回転速度がRsであればよい。また、図6(b)に示すように、例えばステップSpが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、例えばウエハWを高速で一周以上させた後、逆向きに回転させる。こうして、結果として、移動開始時点からθだけ移動させ、ステップSpが開始される時点から載置台21が停止するまでの載置台の平均回転速度がRsである場合でもよい。図6中Psは、載置台21の回転を開始したときの位置、Peは回転を停止したときの位置である。   Furthermore, as shown in FIG. 6A, for example, in a time zone including at least a part during the execution of step Sp, for example, after rotating the wafer W once at high speed, it is moved by θ at low speed. Good. In this case, the average rotation speed of the mounting table from when the step Sp is started to when the mounting table 21 stops may be Rs. Further, as shown in FIG. 6B, for example, in a time zone including at least a part during the execution of step Sp, for example, after rotating the wafer W once or more at high speed, it is rotated in the reverse direction. In this way, as a result, the average rotation speed of the mounting table may be Rs from the movement start time point by θ, and from when the step Sp is started to when the mounting table 21 stops. Ps in FIG. 6 is a position when the rotation of the mounting table 21 is started, and Pe is a position when the rotation is stopped.

さらにまた、ステップSpが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において載置台21を回転させればよいため、載置台21は、ステップSpが行われている時間の一部で回転するようにしてもよい。例えばステップSpが行われている途中から回転を開始するようにしてもよいし、ステップSpが行われている途中で回転を停止するようにしてもよい。   Furthermore, since the mounting table 21 may be rotated in a time zone including at least a part during the execution of the step Sp, the mounting table 21 rotates in a part of the time during the step Sp. You may do so. For example, the rotation may be started while the step Sp is being performed, or the rotation may be stopped while the step Sp is being performed.

さらにまた、載置台21をステップSp毎に回転角度θだけ回転させる代わりに、ステップSp(膜厚の面内分布に影響のあるステップの中でステップ時間が最短のステップ)が行われている間の例えば80%以上の時間帯を含む時間tpにおいて、載置台21をN(1以上の整数)回転させるようにしてもよい。この例では、各サイクルにおいて、周方向の面内分布に影響のあるステップSpが行われる度にウエハWがN回転するので、当該ステップSpにおいて周方向の均一性が高い状態で処理が進行し、膜厚における周方向の面内分布の均一性が改善される。ステップSpが行われている時間と載置台21をN回転させるタイミングが完全に(100%)一致していなくても、ステップSpが行われている間の例えば80%以上の時間帯を含む時間tpにおいて載置台21をN回転させれば周方向の面内均一性を十分に改善できる。   Furthermore, instead of rotating the mounting table 21 by the rotation angle θ every step Sp, while the step Sp (the step having the shortest step time among the steps having an influence on the in-plane distribution of the film thickness) is performed. For example, the mounting table 21 may be rotated N (an integer of 1 or more) at time tp including a time zone of 80% or more. In this example, the wafer W rotates N times each time a step Sp having an influence on the in-plane distribution in the circumferential direction is performed in each cycle, so the process proceeds with high uniformity in the circumferential direction in the step Sp. The uniformity of the circumferential in-plane distribution in the film thickness is improved. A time including, for example, a time zone of 80% or more while Step Sp is being performed, even if the time when Step Sp is being performed and the timing of rotating the mounting table 21 N times do not completely coincide (100%) If the mounting table 21 is rotated N at tp, the in-plane uniformity in the circumferential direction can be sufficiently improved.

また、各サイクルの既述の時間帯を含む時間tpにおいて、載置台21をN回転させる回転速度であれば、既述のようにして載置台21を回転させた後、次のサイクルが開始されるまで停止していなくても、その回転速度で載置台21が回転し続けてもよい。即ちこの例は、成膜処理が開始してから終了するまで、前記回転速度で載置台21が回転することになる。   In addition, at the time tp including the already described time zone of each cycle, if the rotation speed is to rotate the mounting table 21 N times, the next cycle is started after rotating the mounting table 21 as described above. The mounting table 21 may continue to rotate at the rotation speed even if it does not stop until it reaches the end. That is, in this example, the mounting table 21 is rotated at the rotational speed from the start to the end of the film forming process.

本発明の成膜装置は上述の構成に限らず、1つの処理容器内に1つの載置台を備えた枚葉式の成膜装置に適用してもよい。さらに、ウエハWに吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップは、反応ガスを基板に供給した状態で、原料ガスと反応ガスとを熱エネルギーを用いて反応させるステップでもよい。さらに、上述の例のように置換ガスと反応ガスとを常時供給せずに、処理容器10内に対して、原料ガスと置換ガスと反応ガスとの供給を切り替えて行うようにしてもよい。   The film forming apparatus of the present invention is not limited to the above-described configuration, and may be applied to a single wafer type film forming apparatus having one mounting table in one processing container. Furthermore, in the step of reacting the source gas adsorbed on the wafer W with the reaction gas to generate a reaction product, the source gas and the reaction gas are reacted using thermal energy in a state where the reaction gas is supplied to the substrate. It may be a step. Furthermore, the supply of the source gas, the replacement gas, and the reaction gas may be switched to the inside of the processing container 10 without constantly supplying the replacement gas and the reaction gas as in the above-described example.

1 成膜装置
10 処理容器
21 載置台
22 駆動機構
33 高周波電源
4 ガスシャワーヘッド
5 ガス供給路
51 原料ガスの供給源
52 置換ガスの供給源
53 反応ガスの供給源
W 半導体ウエハ
S1 吸着ステップ
S2 第1の置換ステップ
S3 反応ステップ
S4 第2の置換ステップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 film-forming apparatus 10 processing container 21 mounting base 22 drive mechanism 33 high-frequency power supply 4 gas shower head 5 gas supply path 51 source gas source 52 source for substitution gas 53 source for reaction gas source W semiconductor wafer S1 adsorption step S2 1 substitution step S3 reaction step S4 second substitution step

Claims (11)

基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む1サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜装置において、
基板の載置台がその内部に配置され、真空の処理雰囲気を形成するための処理容器と、
前記載置台を回転させるための回転機構と、
前記回転機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記1サイクルの繰り返し回数をMとすると、360度×{N(1以上の整数)/M}で表される角度ずつ前記載置台を間欠的に回転させ、
前記1サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをSp、当該ステップSpのステップ時間をtpとすると、前記ステップSpが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、載置台を回転させるように制御信号を出力するように構成され、
ステップSpが開始される時点から載置台が停止するまでの載置台の平均回転速度Rsは、Rs=(N/M)×(1/tp)で表されることを特徴とする成膜装置。
One cycle including a step of adsorbing the source gas on the substrate, a step of replacing the processing atmosphere with the replacement gas, and a step of reacting the source gas adsorbed on the substrate with the reaction gas to generate a reaction product is repeated several times In a film forming apparatus for laminating reaction products on a substrate,
A processing container for placing a substrate mounting table therein and forming a vacuum processing atmosphere;
A rotation mechanism for rotating the mounting table;
A control unit that controls the rotation mechanism;
The control unit
Assuming that the number of repetitions of one cycle is M, the table is intermittently rotated by an angle represented by 360 degrees × {N (an integer of 1 or more) / M}.
Among the steps that affect the circumferential in-plane distribution of the film thickness of the thin film on the substrate in the one cycle, let Sp be the step with the shortest step time required for the step, and tp be the step time of the step Sp. And outputting a control signal to rotate the mounting table in a time zone including at least a part while the step Sp is being performed,
An average rotation speed Rs of the mounting table from when the step Sp is started to when the mounting table stops is represented by Rs = (N / M) × (1 / tp).
前記載置台の回転開始時点は、前記ステップSpの開始時点であることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein a rotation start time of the mounting table is a start time of the step Sp. 前記載置台は、前記ステップSpが行われている途中から回転を開始することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the mounting table starts rotating while the step Sp is being performed. 前記ステップSpが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯は、前記ステップSpが行われている間の30%以上を含む時間帯であることを特徴とする請求項1または2記載の成膜装置。   The time zone including at least a part during the execution of the step Sp is a time zone including 30% or more during the execution of the step Sp. Film forming apparatus. 前記載置台は、等速で回転することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the mounting table rotates at a constant speed. 前記載置台の回転中は、加速及び減速の少なくとも一方が行われることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of acceleration and deceleration is performed during rotation of the mounting table. 基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む1サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜装置において、
基板の載置台がその内部に配置され、真空の処理雰囲気を形成するための処理容器と、
前記載置台を回転させるための回転機構と、
前記回転機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記1サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをSp、当該ステップSpのステップ時間をtpとすると、前記ステップSpが行われている間の80%以上の時間帯を含む時間tpにおいて、載置台をN(1以上の整数)回転させるように制御信号を出力するように構成されることを特徴とする成膜装置。
One cycle including a step of adsorbing the source gas on the substrate, a step of replacing the processing atmosphere with the replacement gas, and a step of reacting the source gas adsorbed on the substrate with the reaction gas to generate a reaction product is repeated several times In a film forming apparatus for laminating reaction products on a substrate,
A processing container for placing a substrate mounting table therein and forming a vacuum processing atmosphere;
A rotation mechanism for rotating the mounting table;
A control unit that controls the rotation mechanism;
Among the steps affecting the in-plane distribution in the circumferential direction in the film thickness of the thin film on the substrate, the control unit Sp in the one cycle is a step having the shortest step time required for the step Sp, the step of the step Sp Assuming that the time is tp, a control signal is output so as to rotate the mounting table N (an integer of 1 or more) at time tp including a time zone of 80% or more while the step Sp is performed. The film-forming apparatus characterized by being.
前記ステップSpは、基板に原料ガスを吸着させるステップであることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the step Sp is a step of adsorbing the source gas to the substrate. 前記基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップは、反応ガスを基板に供給した状態で反応ガスをプラズマ化させるステップであり、前記ステップSpは、当該反応ガスをプラズマ化させるステップであることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載の成膜装置。   The step of reacting the source gas adsorbed on the substrate with the reaction gas to generate a reaction product is a step of plasmatizing the reaction gas in a state where the reaction gas is supplied to the substrate, and the step Sp is the reaction The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 7, which is a step of plasmatizing a gas. 真空の処理雰囲気において、載置台に載置された基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む1サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜工程と、
前記1サイクルの繰り返し回数をMとすると、360度×{N(1以上の整数)/M}で表される角度ずつ前記載置台を間欠的に回転させる工程と、を含み、
前記載置台を間欠的に回転させる工程は、前記1サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをSp、当該ステップSpのステップ時間をtpとすると、前記ステップSpが行われている間の少なくとも一部を含む時間帯において、載置台を回転させる工程であり、
ステップSpが開始される時点から載置台が停止するまでの載置台の平均回転速度Rsは、Rs=(N/M)×(1/tp)で表されることを特徴とする成膜方法。
In the vacuum processing atmosphere, the step of adsorbing the source gas on the substrate placed on the mounting table, the step of replacing the processing atmosphere with the replacement gas, and the reaction of the source gas adsorbed on the substrate with the reaction gas Forming a reaction product on the substrate by repeating one cycle including the step of generating a plurality of times;
Intermittently rotating the table by an angle represented by 360 degrees × {N (an integer of 1 or more) / M}, where M represents the number of repetitions of one cycle.
In the step of intermittently rotating the mounting table, one of the steps affecting the circumferential in-plane distribution of the film thickness of the thin film on the substrate in the one cycle has the shortest step time required for the step. Sp, assuming that the step time of the step Sp is tp, is a step of rotating the mounting table in a time zone including at least a part while the step Sp is being performed,
An average rotational speed Rs of the mounting table from when the step Sp is started to when the mounting table is stopped is represented by Rs = (N / M) × (1 / tp).
真空の処理雰囲気において、載置台に載置された基板に原料ガスを吸着させるステップと処理雰囲気を置換ガスにより置換するステップと基板に吸着した原料ガスと反応ガスとを反応させて反応生成物を生成するステップとを含む1サイクルを複数回繰り返して反応生成物を基板に積層する成膜工程と、
前記1サイクルにおいて、基板上の薄膜の膜厚における周方向の面内分布に影響のあるステップの中で、ステップに要するステップ時間が最も短いステップをSp、当該ステップSpのステップ時間をtpとすると、前記ステップSpが行われている間の80%以上の時間帯を含む時間tpにおいて、載置台をN(1以上の整数)回転させることを特徴とする成膜方法。
In the vacuum processing atmosphere, the step of adsorbing the source gas on the substrate placed on the mounting table, the step of replacing the processing atmosphere with the replacement gas, and the reaction of the source gas adsorbed on the substrate with the reaction gas Forming a reaction product on the substrate by repeating one cycle including the step of generating a plurality of times;
Among the steps that affect the circumferential in-plane distribution of the film thickness of the thin film on the substrate in the one cycle, let Sp be the step with the shortest step time required for the step, and tp be the step time of the step Sp. A film forming method comprising rotating the mounting table N (an integer of 1 or more) at a time tp including a time zone of 80% or more while the step Sp is performed.
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