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KR102030882B1 - 성막 처리 장치, 성막 처리 방법 및 기억 매체 - Google Patents

성막 처리 장치, 성막 처리 방법 및 기억 매체 Download PDF

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KR102030882B1
KR102030882B1 KR1020160081532A KR20160081532A KR102030882B1 KR 102030882 B1 KR102030882 B1 KR 102030882B1 KR 1020160081532 A KR1020160081532 A KR 1020160081532A KR 20160081532 A KR20160081532 A KR 20160081532A KR 102030882 B1 KR102030882 B1 KR 102030882B1
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KR
South Korea
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substrate
wafer
film
heating
rotary table
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KR1020160081532A
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Inventor
히토시 가토
가즈히데 하세베
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Filing date
Publication date
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Abstract

기판을 공전시켜서 성막 처리를 행함에 있어서, 동심 형상의 막 두께 분포가 되도록 성막을 행한다. 진공 용기 내의 기판의 열처리 영역 전체를 가열하는 제1 가열부와, 회전 테이블에 적재된 기판에 대응해서 당해 회전 테이블에 대향해서 설치되고, 기판을 동심 형상의 면내 온도 분포로 가열하는 제2 가열부를 구비하는 장치를 형성한다. 그리고 회전 테이블 상의 기판이 제2 가열부에 대응하는 위치에 놓이도록 하고, 기판을 제2 가열부에 의해 가열해서 당해 기판에 동심 형상의 면내 온도 분포를 형성하는 제1 스텝과, 이어서 기판이 제2 가열부로부터 받는 가열 에너지를, 제1 스텝보다도 작게 한 상태에서, 회전 테이블을 회전시켜서 기판에 대하여 성막 처리를 행하는 제2 스텝을 행한다. 기판에 상기 온도 분포가 형성된 상태에서 처리 가스를 공급할 수 있기 때문에, 동심 형상의 막 두께 분포를 형성 가능하다.

Description

성막 처리 장치, 성막 처리 방법 및 기억 매체{FILM-FORMING PROCESSING APPARATUS, FILM-FORMING METHOD, AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 기판을 공전시키면서 처리 가스를 기판에 공급함으로써 성막 처리를 행하는 기술 분야에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서는, 에칭 마스크 등을 형성하기 위한 각종 막을 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 기재함)에 성막하기 위해서, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)가 행하여진다. 반도체 장치의 생산성을 높게 하기 위해서 상기의 ALD는, 복수의 웨이퍼를 적재한 회전 테이블을 회전시킴으로써 당해 웨이퍼를 공전시켜, 당해 회전 테이블의 직경 방향을 따르도록 배치되는 처리 가스의 공급 영역(처리 영역)을 반복해서 통과시키는 장치에 의해 행하여지는 경우가 있다. 또한, 상기 각 막의 성막을 행하기 위해서는 CVD(Chemical Vapor Deposition)가 행하여지는 경우가 있는데, 이 CVD에 의한 성막도 상기 ALD와 마찬가지로, 웨이퍼를 공전시킴으로써 행하는 것을 생각할 수 있다.
그런데, 성막 후의 웨이퍼를 에칭하는 에칭 장치에서는, 웨이퍼의 직경 방향을 따른 각 부의 에칭 레이트가 서로 상이하도록 에칭이 행하여지는 경우가 있다. 그 때문에 웨이퍼의 막 두께 분포에 대해서는, 동심원 형상이 되도록 성막이 행하여지는 것이 요구되는 경우가 있다. 이 동심원 형상의 막 두께 분포란, 보다 구체적으로는, 웨이퍼의 중심으로부터 등거리인 당해 웨이퍼의 둘레 방향을 따른 각 위치에서 막 두께가 동일 또는 대략 동일함과 함께, 웨이퍼의 직경 방향을 따른 각 위치에서는 서로 다른 막 두께가 되는 막 두께 분포이다.
그러나, 상기 웨이퍼를 공전시키는 성막 장치에서는, 상기와 같이 회전 테이블의 직경 방향을 따라서 처리 가스가 공급되므로, 웨이퍼에 형성되는 막 두께 분포는, 회전 테이블의 중심측으로부터 주연측을 향함에 따라서 막 두께가 변이하는 막 두께 분포로 되는 경향이 있어, 상기 동심원 형상의 막 두께 분포로 하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다. 특허문헌 1에는, 웨이퍼의 면 내에 소정의 온도 분포를 형성해서 CVD를 행함으로써, 상기 동심원 형상의 막 두께 분포를 형성하는 성막 장치가 나타나 있지만, 이 성막 장치에서는 성막 처리 중에 웨이퍼는 공전하지 않는다. 따라서, 특허문헌 1은 상기 문제를 해결할 수 있는 것이 아니다.
일본 특허 공개 제2009-170822호 공보
본 발명은, 회전 테이블에 의해 기판을 공전시켜서 성막 처리를 행하는 장치에 있어서, 동심 형상의 막 두께 분포가 되도록 기판에 성막을 행할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명의 성막 처리 장치는, 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블의 일면측에 기판을 적재하고, 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써 기판을 공전시키면서 상기 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 성막 처리하는 성막 처리 장치에 있어서, 상기 진공 용기 내의 기판의 열처리 영역 전체를 가열하는 제1 가열부와, 상기 회전 테이블에 적재된 기판에 대응해서 상기 회전 테이블에 대향해서 설치되고, 기판을 동심 형상의 면내 온도 분포로 가열하기 위한 제2 가열부와, 상기 회전 테이블의 일면측에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 회전 테이블 상의 기판이 상기 제2 가열부에 대응하는 위치에 놓이도록 상기 회전 테이블의 회전 위치를 설정하고, 상기 기판을 상기 제2 가열부에 의해 가열해서 상기 기판에 동심 형상의 면내 온도 분포를 형성하는 제1 스텝과, 상기 기판이 상기 제2 가열부로부터 받는 가열 에너지를, 상기 제1 스텝보다도 작게 한 상태에서, 상기 회전 테이블을 회전시켜서 기판에 대하여 성막 처리를 행하는 제2 스텝을 실행하도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 성막 처리 방법은, 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블의 일면측에 기판을 적재하고, 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써 기판을 공전시키면서 상기 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 성막 처리하는 방법에 있어서, 제1 가열부와, 상기 회전 테이블에 적재된 기판에 대응해서 상기 회전 테이블에 대향해서 설치된 제2 가열부를 사용하고, 상기 진공 용기 내의 기판의 열처리 영역 전체를 상기 제1 가열부에 의해 가열하는 공정과, 상기 회전 테이블 상의 기판이 상기 제2 가열부에 대응하는 위치에 놓이도록 상기 회전 테이블의 회전 위치를 설정하고, 상기 기판을 상기 제2 가열부에 의해 가열해서 상기 기판에 동심 형상의 면내 온도 분포를 형성하는 제1 공정과, 상기 기판이 상기 제2 가열부로부터 받는 가열 에너지를, 상기 제1 공정보다도 작게 한 상태에서, 상기 회전 테이블을 회전시키면서 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 성막 처리를 행하는 제2 공정을 포함한다.
본 발명의 기억 매체는, 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블의 일면측에 기판을 적재하고, 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써 기판을 공전시키면서 상기 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 성막 처리하는 성막 처리 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 기억한 기억 매체이며, 상기 컴퓨터 프로그램은, 상기의 성막 처리 방법을 컴퓨터와 결합되어 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있다.
본 발명은, 회전 테이블을 회전시킴으로써 기판을 공전시키면서 당해 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 성막 처리함에 있어서, 성막 처리 전에 가열부에 의해 기판에 동심 형상의 면내 온도 분포를 형성하도록 가열하고, 계속해서 당해 가열부로부터 기판이 받는 가열 에너지를 작게 한 상태에서 기판을 회전시켜서 성막 처리를 행하고 있다. 따라서 기판을 공전시킨 상태에서 성막 처리를 행하는 장치를 사용하면서, 기판에 동심 형상의 면내 막 두께 분포를 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 성막 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 성막 장치의 개략 횡단 사시도이다.
도 3은 상기 성막 장치의 횡단 평면도이다.
도 4는 상기 성막 장치에 설치되는 회전 테이블 및 처리 용기의 천장의 둘레 방향을 따른 종단 측면도이다.
도 5는 상기 성막 장치의 회전 테이블의 하방측에서의 횡단 평면도이다.
도 6은 상기 성막 장치의 동작을 설명하기 위한 개략 종단 측면도이다.
도 7은 상기 성막 장치의 동작을 설명하기 위한 개략 종단 측면도이다.
도 8은 상기 성막 장치의 동작을 설명하기 위한 개략 종단 측면도이다.
도 9는 성막 처리되는 웨이퍼의 상태를 나타내기 위한 모식도이다.
도 10은 성막 처리되는 웨이퍼의 상태를 나타내기 위한 모식도이다.
도 11은 성막 처리되는 웨이퍼의 상태를 나타내기 위한 모식도이다.
도 12는 성막 처리되는 웨이퍼의 상태를 나타내기 위한 모식도이다.
도 13은 성막 처리되는 웨이퍼의 상태를 나타내기 위한 모식도이다.
도 14는 상기 성막 장치에 설치되는 가스의 흐름을 나타내기 위한 개략 횡단 평면도이다.
도 15는 성막 처리되는 웨이퍼의 상태를 나타내기 위한 모식도이다.
도 16은 회전 테이블의 다른 구성예를 도시하는 사시도이다.
도 17은 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 18은 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 19는 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 20은 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 21은 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프도이다.
본 발명의 일 실시 형태이며, 기판인 웨이퍼(W)에 ALD를 행하여, TiO2(산화티타늄)막을 형성하는 성막 처리 장치(1)에 대해서 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한다. 이 성막 처리 장치(1)에서는, 원형의 기판인 웨이퍼(W)의 면 내에 동심원 형상의 막 두께 분포를 형성하기 위해서, 당해 웨이퍼(W)의 면 내에 동심원 형상의 온도 분포를 형성하고, 그렇게 온도 분포가 형성된 상태에서 처리 가스를 공급해서 성막 처리를 행한다. 동심원 형상의 온도 분포란, 보다 구체적으로는 웨이퍼(W)의 중심으로부터 등거리인 당해 웨이퍼(W)의 둘레 방향을 따른 각 위치에서는 동일 또는 대략 동일한 온도이며, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 각 위치에서는 서로 상이한 온도가 되는 온도 분포이다.
도 1은 성막 처리 장치(1)의 종단 측면도이며, 도 2는 성막 처리 장치(1)의 내부를 도시하는 개략 사시도이며, 도 3은 성막 처리 장치(1)의 횡단 평면도이다. 성막 처리 장치(1)는, 대략 원 형상의 편평한 진공 용기(처리 용기)(11)와, 진공 용기(11) 내에 설치된 원판 형상의 수평한 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(11)는, 천장판(12)와 진공 용기(11)의 측벽 및 저부를 이루는 용기 본체(13)에 의해 구성되어 있다. 도 1 중 도면부호 14는, 용기 본체(13)의 하측 중앙부를 덮는 커버이다. 도 1 중 도면부호 71은 가스 공급관이며, 성막 처리 중에 커버(14) 내에 퍼지 가스인 N2(질소) 가스를 공급하고, 그것에 의해서 회전 테이블(2)의 하면측을 퍼지한다.
상기 회전 테이블(2)의 하면측 중심부에는 수직인 지지 축(21)의 상단이 접속되고, 지지 축(21)의 하단은, 커버(14) 내에 설치되는 접촉 분리 기구인 구동 기구(22)에 접속되어 있다. 회전 테이블(2)은, 구동 기구(22)에 의해, 도 1 중에 실선으로 나타내는 상승 위치와 이점 쇄선으로 나타내는 하강 위치와의 사이에서 승강하고, 또한 당해 회전 테이블(2)의 둘레 방향으로 회전할 수 있도록 구성되어 있다. 회전 테이블(2)의 표면측(일면측)에는, 당해 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 5개의 원형의 오목부(23)가 서로 간격을 두고 형성되어 있고, 이 오목부(23)의 저면(24) 상에 웨이퍼(W)가 수평으로 적재되고, 적재된 웨이퍼(W)는 회전 테이블(2)의 회전에 의해 공전한다. 오목부(23)의 측벽은, 저면(24) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 위치를 규제한다. 저면(24) 상에 적재되는 웨이퍼(W)에 대하여, 후술하는 히터(43)에 의해 동심원 형상의 온도 분포를 형성하기 위해서, 회전 테이블(2)은 열전도율이 비교적 높은 재질, 예를 들어 석영에 의해 구성하는 것이 바람직하지만, 예를 들어 알루미늄 등의 금속에 의해 구성해도 된다.
도 3 중 도면부호 25로 나타내는 구멍은, 성막 처리 장치(1)에 대하여 웨이퍼(W)의 반출입을 행하는 웨이퍼 반송 기구(26)와, 오목부(23)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 이동 탑재하기 위한 3개의 승강 핀(27)(도 1 내지 도 3에서는 비표시)의 승강로를 이루고, 회전 테이블(2)을 상하 방향으로 뚫어 형성되어 각 저면(24)에 3개씩 개구되어 있다. 또한, 진공 용기(11)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반송구(15)가 개구되어 있고, 게이트 밸브(16)에 의해 개폐 가능하게 구성되어 있다. 반송구(15)를 통해서, 상기 웨이퍼 반송 기구(26)가, 진공 용기(11)의 외부와 진공 용기(11) 내와의 사이에서 이동하여, 승강 핀(27)을 통해서 반송구(15)에 면하는 위치에서의 오목부(23)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행하여진다.
회전 테이블(2)의 상방에는, 각각 회전 테이블(2)의 외주로부터 중심을 향해서 신장되는 막대 형상의 원료 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(32), 산화 가스 노즐(33) 및 분리 가스 노즐(34)이, 이 순서대로 회전 테이블(2)의 둘레 방향을 따라 간격을 두고 배치되어 있다. 이들 가스 노즐(31 내지 34)은, 그 하방에, 길이 방향을 따라서 다수의 개구부(35)를 구비하고, 회전 테이블(2)의 직경을 따라 각각 가스를 공급한다. 처리 가스 공급부인 원료 가스 노즐(31)은, 성막을 행하기 위한 처리 가스로서, 원료 가스인 예를 들어 티타늄메틸펜탄디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토(Ti(MPD)(THD))) 가스 등의 Ti(티타늄) 함유 가스를 토출한다. 산화 가스 노즐(33)은, Ti 함유 가스를 산화하기 위한 산화 가스로서, 예를 들어 O3(오존) 가스를 토출한다. 분리 가스 노즐(32, 34)은, 예를 들어 N2(질소) 가스를 토출한다.
도 4는, 회전 테이블(2) 및 상기 진공 용기(11)의 천장판(12)의 둘레를 따른 종단측면을 나타내고 있다. 이 도 4도 참조하면서 설명하면, 천장판(12)은 하방으로 돌출되고, 회전 테이블(2)의 둘레 방향을 따라 형성된 부채 형상의 2개의 돌출형부(36, 36)를 구비하고, 돌출형부(36, 36)는, 당해 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 형성되어 있다. 상기 분리 가스 노즐(32, 34)은, 돌출형부(36)를 둘레 방향으로 분할하도록 당해 돌출형부(36)에 깊이 박히게 설치되어 있다. 상기 원료 가스 노즐(31) 및 산화 가스 노즐(33)은, 각 돌출형부(36)로부터 이격되어 설치되어 있다.
도 4에서는, 상승 위치, 하강 위치에서의 회전 테이블(2)을 실선, 이점 쇄선으로 각각 표시하고 있다. 회전 테이블(2)이 상승 위치에 위치하고 있을 때, 회전 테이블(2)이 회전함과 함께, 각 가스 노즐(31 내지 34)로부터 가스가 공급된다. 원료 가스 노즐(31)의 하방의 가스 공급 영역을 제1 처리 영역(P1), 산화 가스 노즐(33)의 하방의 가스 공급 영역을 제2 처리 영역(P2)으로 한다. 또한, 돌출형부(36, 36)는, 상승 위치에 위치하는 회전 테이블(2)에 근접한다. 그렇게 근접함과 함께, 분리 가스 노즐(32, 34)로부터 N2 가스(분리 가스)가 공급됨으로써, 회전 테이블(2)과 돌출형부(36)와의 사이는, 처리 영역(P1, P2)의 분위기를 서로 분리하는 분리 영역(D, D)으로서 구성된다.
진공 용기(11)의 저면에 있어서, 회전 테이블(2)의 직경 방향 외측에는 배기구(37)가 2개 개구되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 각 배기구(37)에는 배기관(38)의 일단이 접속되어 있다. 각 배기관(38)의 타단은 합류하여, 밸브를 포함하는 배기량 조정부(39)를 통해서 진공 펌프에 의해 구성되는 배기 기구(30)에 접속된다. 배기량 조정부(39)에 의해 각 배기구(37)로부터의 배기량이 조정되고, 그것에 의해서 진공 용기(11) 내의 압력이 조정된다.
회전 테이블(2)의 중심부 영역(C) 상의 공간에는, N2 가스가 공급되도록 구성되어 있다. 당해 N2 가스는 천장판(12)의 중앙부 하방에 링 형상으로 돌출된 링 형상 돌출부(28)의 하방의 유로를 통해서, 회전 테이블(2)의 직경 방향 외측으로 퍼지 가스로서 흐른다. 링 형상 돌출부(28)의 하면은, 분리 영역(D)을 형성하는 돌출형부(36)의 하면에 연속하도록 구성되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 용기 본체(13)의 저부에는, 당해 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 히터 수납 공간(41)을 구성하는 원형 링 형상의 오목부가 형성되어 있다. 도 5는, 이 히터 수납 공간(41)을 도시하는 평면도이다. 이 히터 수납 공간(41)에는, 열처리 영역인 진공 용기(11) 내 전체를 가열하기 위한 제1 가열부인 히터(42)와, 진공 용기(11) 내를 가열하고, 또한 웨이퍼(W)에 동심원 형상의 온도 분포를 형성하기 위한 제2 가열부인 히터(43)가, 회전 테이블(2)에 대향하도록 설치되어 있다. 도면 중에서의 확인을 용이하게 하기 위해서, 도 5에서는 히터(42, 43)에 다수의 도트를 붙여서 나타내고 있다. 히터(42, 43)는, 서로 겹치지 않고, 가로 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다.
히터(43)는, 상기 하강 위치에 위치함과 함께 회전이 정지한 상태의 회전 테이블(2)에 적재된 각 웨이퍼(W)를 가열하고, 당해 각 웨이퍼(W)의 면 내에 상기 동심원 형상의 온도 분포를 형성할 수 있도록 5개 설치되어 있고, 1개의 히터(43)는, 히터 소자(43A 내지 43E)에 의해 구성되어 있다. 히터 소자(43A)는, 예를 들어 원판 형상으로 구성되어 있다. 히터 소자(43B 내지 43E)는, 서로 그 직경이 상이한 원형 링 형상으로 형성되고, 히터 소자(43A)의 중심을 중심으로 하는 동심원 형상으로 배치되어 있다. 43E>43D>43C>43B의 순서대로 링의 직경은 크다. 히터 소자(43A 내지 43E)의 출력은 개별로 제어 가능하게 구성되고, 이 예에서는 43B 및 43C에 대해서는 서로 동일한 온도가 되고, 43D 및 43E에 대해서는 서로 동일한 온도가 되도록 제어된다.
도 5에서는, 상기 온도 분포를 형성하기 위해서 가열을 행할 때의 웨이퍼(W)와 히터 소자(43A 내지 43E)와의 위치 관계를 나타내고 있다. 웨이퍼(W)의 중심부와 주연부와의 사이의 링 형상의 영역을 중간부로 하면, 그렇게 웨이퍼(W)에 온도 분포를 형성할 때는, 히터 소자(43A, 43B 및 43C, 43D 및 43E)는, 각각 중심부, 중간부, 주연부의 하방에 위치하고, 히터 소자(43A, 43B 및 42C, 42D 및 42E)는, 서로 상이한 온도로 된다. 그에 의해, 웨이퍼(W)의 중심부, 중간부, 주연부가 서로 다른 온도로 가열되어, 당해 웨이퍼(W)에 동심원 형상의 온도 분포를 형성할 수 있다. 도 1에 H1로 나타내는, 이렇게 웨이퍼(W)의 온도 분포가 형성될 때의 하강 위치에서의 회전 테이블(2)의 하면과 각 히터 소자(43A 내지 43E)와의 이격 거리는, 예를 들어 3mm 내지 4mm이다. 또한, 도 1에 H2로 나타내는, 상승 위치에서의 회전 테이블(2)의 하면과 히터 소자(43A 내지 43E)와의 이격 거리는, 예를 들어 10mm 내지 15mm이다.
도 5로 돌아가서, 히터(42)에 대해서 설명한다. 히터(42)는, 상기 히터 소자(43E)가 설치되는 영역의 외측을, 회전 테이블(2)의 회전 중심을 중심으로 하는 동심원을 따라 배치되는 곡선 형상의 다수의 히터 소자에 의해 구성되어 있다. 히터(42)는, 진공 용기(11) 내 전체를 가열할 수 있도록, 예를 들어 히터(42)를 구성하는 히터 소자 중, 히터 수납 공간(41)의 가장 외측에 배치된 히터 소자(최외 히터 소자로 함)는, 회전 테이블(2)의 주연부 하방에 위치하고, 히터 수납 공간(41)의 가장 내측에 배치된 히터 소자(최내 히터 소자로 함)는, 상기 히터 소자(43E)의 가장 회전 테이블(2)의 회전 중심에 가까운 위치보다도 내측에 위치하고 있다. 그리고, 히터 수납 공간(41)을 직경 방향을 따라서 보아, 최내 히터 소자와, 최외 히터 소자와의 사이에는, 히터(42)를 구성하는 다른 히터 소자가 복수 배치되어 있다. 또한, 이미 설명한 승강 핀(27)은, 승강 중에 히터(42, 43)에 간섭하지 않도록 배치되어 있다.
또한, 히터 수납 공간(41)을 형성하는 오목부를 상측으로부터 덮도록 플레이트(44)가 설치되어 있고(도 1 참조), 당해 플레이트(44)에 의해 당해 히터 수납 공간(41)이, 원료 가스 및 산화 가스가 공급되는 분위기로부터 구획되어 있다. 도시는 생략하고 있지만, 웨이퍼(W)의 처리 중에 히터 수납 공간(41)에 퍼지 가스를 공급하고, 당해 수납 공간(41)에 처리 가스의 침입을 방지하기 위한 가스 공급관이, 용기 본체(13)의 하부에 접속되어 있다.
이 성막 처리 장치(1)에는, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(10)가 설치되어 있다. 이 제어부(10)에는, 후술하는 바와 같이 성막 처리를 실행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 상기 프로그램은, 성막 처리 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 송신해서 각 부의 동작을 제어한다. 구체적으로는, 도시하지 않은 가스 공급원으로부터 각 가스 노즐(31 내지 34) 및 중심부 영역(C) 등에 대한 각 가스의 공급 및 중단, 구동 기구(22)에 의한 회전 테이블(2)의 승강 및 회전 테이블(2)의 회전 속도의 제어, 배기량 조정부(39)에 의한 각 진공 배기구(37, 37)로부터의 배기량의 조정, 히터(42, 43)에의 전력 공급에 의한 웨이퍼(W)의 각 부 및 진공 용기(11) 내의 온도 제어 등의 각 동작이 제어된다.
상기 프로그램에 있어서는, 이들 동작을 제어하여, 후술하는 각 처리가 실행 되도록 스텝 군이 짜여져 있다. 또한, 당해 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체로부터 제어부(10) 내에 인스톨된다.
계속해서, 성막 처리 장치(1)에 의해 행하여지는 동작에 대해서 도 6 내지 도 8의 개략 종단 측면도를 참조하면서 설명한다. 또한, 성막 처리 장치(1)의 동작 중 웨이퍼(W) 상태를 도시하는 설명도인 도 9 내지 도 13에 대해서도 적절히 참조하면서 설명한다. 도 9 내지 도 13 중 도 12를 제외한 각 도면에서는, 편의상, 웨이퍼(W)의 중심부, 중간부, 주연부를 W1, W2, W3으로서 각각 나타낸다. 또한, 도 9 내지 도 11, 도 13에서는, 이들 W1 내지 W3의 온도, 또는 히터 소자의 온도를 3단계로 개략적으로 나타낸 바와 같이 대, 중, 소의 문자를 붙임으로써 W1 내지 W3간에서의 온도의 분포, 또는 각 히터 소자(43A 내지 43E)간에서의 온도의 분포에 대해 나타내고 있다. 이 도 6 내지 도 13에서 설명하는 성막 처리에서는, 웨이퍼(W)의 중심측의 막 두께가 주연측의 막 두께보다도 큰 동심원 형상의 막 두께 분포가 되도록, 히터(43)의 온도가 제어된다.
우선, 회전 테이블(2)이 하강 위치에 위치하는 상태에서, 히터 소자(43A 내지 43E)의 온도가 상승하고, 그 온도에 대해서 43A<43B=43C<43D=43E가 된다. 또한 히터(42)도 온도가 상승하여, 이들 히터(42, 43)에 의해, 진공 용기(11) 내 전체가 가열된다. 그리고, 게이트 밸브(16)가 개방된 상태에서, 승강 핀(27)의 승강과 회전 테이블(2)의 단속적인 회전과의 협동에 의해, 웨이퍼(W)를 보유 지지한 반송 기구(26)가 진공 용기(11) 내로 진입할 때마다, 당해 웨이퍼(W)가 오목부(23) 내로 이동 탑재된다(도 6). 그리고, 5개의 오목부(23)에 웨이퍼(W)가 수납되고, 반송 기구(26)가 진공 용기(11)로부터 퇴피되면, 게이트 밸브(16)가 폐쇄된다.
그 후, 각 웨이퍼(W)가 각 히터(43) 상에 위치하도록 회전 테이블(2)이 회전한 후, 당해 회전 테이블(2)의 회전이 정지한다(도 7). 즉, 도 5에서 설명한 위치에서 웨이퍼(W)가 정지한다. 배기구(37)로부터 배기됨으로써 진공 용기(11) 내가 소정의 압력의 진공 분위기로 되도록 조정된다. 이 압력 조정에 병행하여, 히터(43)에 의해 회전 테이블(2)의 오목부(23)의 저면(24)이 가열되고, 그에 의해 웨이퍼(W)가 가열된다. 회전 테이블(2)이 하강 위치에 있고, 회전 테이블(2)과 히터 소자(43A 내지 43E)와의 거리가 비교적 가깝기 때문에, 웨이퍼(W)는 회전 테이블(2)을 통해서 히터 소자(43A 내지 43E)로부터 비교적 큰 가열 에너지를 받는다. 그리고, 상기와 같이 히터 소자(43A 내지 43E)간에서 온도 분포가 형성되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 면 내에는, 주연측의 온도가 중심측의 온도보다도 높은 동심원 형상의 온도 분포가 형성된다(도 9). 예를 들어 중심부(W1)가 170℃, 주연부(W3)가 177℃, 중간부(W2)가 170℃보다 크고 177℃보다 작은 온도로 되도록, 웨이퍼(W)가 가열된다.
이렇게 웨이퍼(W)에 동심원 형상의 온도 분포가 형성된 상태에서 회전 테이블(2)이 상승 위치로 이동하고, 그 후, 평면에서 보아 시계 방향으로 회전한다(도 8). 이 회전 테이블(2)의 상승에 의해, 웨이퍼(W)가 히터 소자(43A 내지 43E)로부터 받는 가열 에너지가 감소한다. 예를 들어 히터 소자(43A 내지 43E)의 온도는, 회전 테이블(2)의 상승 위치로의 이동 후에도 하강 위치에 있을 때와 동일한 온도로 유지되는데, 회전 테이블(2)과 히터(43)와의 거리가 커짐으로써, 히터 소자(43A 내지 43E)의 온도의 영향을 회전 테이블(2), 나아가서는 웨이퍼(W)가 받기 어려워져, 상기와 같이 웨이퍼(W)의 면 내에 형성된 온도 분포가 유지된다(도 10). 그리고, 분리 가스 노즐(32, 34) 및 중심부 영역(C)으로부터 소정의 유량으로 N2 가스가 공급되고, 원료 가스 노즐(31), 산화 가스 노즐(33)로부터 예를 들어 Ti 함유 가스, O3 가스가 각각 공급된다.
그리고, 온도 분포가 형성되어 있는 웨이퍼(W)는, 원료 가스 노즐(31)의 하방의 제1 처리 영역(P1)과 산화 가스 노즐(33)의 하방의 제2 처리 영역(P2)을 교대로 반복 통과한다(도 11). 그에 의해, 웨이퍼(W)에의 Ti 함유 가스의 흡착과, O3 가스에 의한 흡착된 Ti 함유 가스의 산화에 의한 TiO2의 분자층의 형성으로 이루어지는 사이클이 반복해서 행하여져, 이 분자층이 적층된다. 이 ALD의 사이클이 행하여지고 있는 동안에, 웨이퍼(W)의 면 내에는 상기 온도 분포가 형성되어 있음으로써, 웨이퍼(W)의 중심측에서는 주연측에 비해 Ti 함유 가스의 흡착량이 많아지고, 1 사이클에서 형성되는 TiO2의 분자층의 두께가 크다. 그러한 분자층이 상기와 같이 적층됨으로써, 중심측의 막 두께가 주연측의 막 두께보다도 큰 동심원 형상의 TiO2막(20)이 형성된다(도 12).
도 14에서는 상기 Ti 함유 가스의 흡착과 산화와의 사이클이 행하여지고 있을 때의 진공 용기(11) 내의 각 가스의 흐름을 화살표로 나타내고 있다. 분리 가스 노즐(32, 34)로부터 상기 분리 영역(D)에 공급된 분리 가스인 N2 가스가, 당해 분리 영역(D)을 둘레 방향으로 펴져나가, 회전 테이블(2) 상에서 Ti 함유 가스와 O3 가스가 혼합되는 것을 방지한다. 또한, 중심부 영역(C)에 공급된 N2 가스가 회전 테이블(2)의 직경 방향 외측에 공급되어, 상기 중심부 영역(C)에서의 Ti 함유 가스와 O3 가스와의 혼합을 방지할 수 있다. 또한, 이 사이클이 행하여질 때는, 상술한 바와 같이 히터 수납 공간(41) 및 회전 테이블(2)의 이면측에도 N2 가스가 공급되어, 원료 가스 및 산화 가스가 퍼지된다.
상기 사이클이 행하여지고 있는 동안에, 웨이퍼(W)의 면 내에서의 열의 이동에 의해, 웨이퍼(W)의 면내 각 부의 온도는 점차 균일화된다. 따라서, 예를 들어 회전 테이블(2)의 상승 위치로의 이동으로부터 소정의 시간 경과 후에 Ti 함유 가스 및 O3 가스의 공급이 정지되고, 회전 테이블(2)이 하강 위치로 이동하고, 각 히터(43) 상에 각 웨이퍼(W)가 위치하도록 회전 테이블(2)의 회전이 정지된다. 즉, 웨이퍼(W)는, 다시 상기 도 5, 도 7에서 나타낸 위치에서 정지하여, 히터(43)에 의해 웨이퍼(W)의 면 내에 앞서 서술한 동심원 형상의 온도 분포가 형성된다.
그 후, 회전 테이블(2)이 다시, 도 8에서 나타낸 바와 같이 상승 위치로 이동하고, 시계 방향으로 회전한다. 그리고 가스 노즐(31, 33)로부터 Ti 함유 가스, O3 가스의 공급이 각각 재개되고, 웨이퍼(W)에 TiO2의 분자층이 적층되어, 웨이퍼(W)의 면내 각 부에서 TiO2막의 막 두께가 상승한다. 여기에서도 웨이퍼(W)에는 상기와 같이 온도 분포가 형성되어 있기 때문에, 적층되는 분자층의 두께는 웨이퍼(W)의 주연측보다도 중심측이 더 커지므로, 동심원 형상의 막 두께 분포로 되면서, 웨이퍼(W)의 면내 각 부에서 TiO2막(20)의 막 두께가 상승한다.
회전 테이블(2)의 다시 상승 위치로의 이동으로부터 소정의 시간이 경과하고, 웨이퍼(W)의 면내 각 부가 원하는 막 두께로 되면, 분리 가스 노즐(32, 34) 및 중심부 영역(C)에의 N2 가스의 공급량이 저하되어 소정의 유량으로 되고, 가스 노즐(31, 33)로부터 처리 가스의 공급이 정지된다. 회전 테이블(2)이 하강 위치로 이동함과 함께, 각 히터 소자(43A 내지 43E)의 온도가, 상기 웨이퍼(W)에 온도 분포를 형성했을 때 히터 소자(43A 내지 43E) 중에서 최고 온도가 된 히터 소자(43D, 43E)의 온도로 된다. 그리고, 각 히터(43) 상에 각 웨이퍼(W)가 위치하도록 회전 테이블(2)이 회전한 후에 정지된다. 즉, 이미 설명한 온도 분포가 형성된 도 5, 도 7의 위치에서 웨이퍼(W)가 정지된다.
히터(43)의 온도가 상기와 같이 조정되어 있음으로써, 웨이퍼(W)의 면내 전체가, 온도 분포 형성 시의 웨이퍼(W)의 면내의 최고 온도로 된다. 상기와 같이 온도 분포 형성 시에는 W1 내지 W3 중 주연부(W3)가 177℃로, 가장 높은 온도가 되었으므로, 여기에서는 웨이퍼(W) 전체가 177℃로 가열된다(도 13). 이렇게 웨이퍼(W) 면내 전체가 가열됨으로써, 온도 분포를 형성해서 성막함으로써, 중심부(W1)와 중간부(W2)와 주연부(W3)와의 사이에서 TiO2막(20)의 막질에 차가 있다고 해도, 이 차가 완화 또는 해소된다. 그리고, 회전 테이블(2)의 회전 정지부터 소정의 시간 경과 후, 게이트 밸브(16)가 개방되어 승강 핀(27)의 승강과 회전 테이블(2)의 간헐적인 회전과의 협동에 의해, 진공 용기(11) 내에 진입한 반송 기구(26)에 순차 각 웨이퍼(W)가 전달되어, 진공 용기(11)로부터 반출된다. 또한, 상기 W1 내지 W3 사이의 막질 차를 완화하기 위한 가열 시에는, 온도 분포 형성 시의 웨이퍼(W)의 면내의 최고 온도인 177℃보다도 웨이퍼(W)의 면내 전체가 높은 온도로 되도록, 각 히터 소자(43A 내지 43E)의 온도를 제어해도 된다.
이 성막 처리 장치(1)에 의하면, 회전 테이블(2)을 회전시킴으로써 웨이퍼(W)를 공전시키면서 당해 웨이퍼(W)에 대하여 원료 가스 및 산화 가스를 공급해서 성막 처리를 행함에 있어서, 원료 가스 및 산화 가스를 공급하기 전에 히터(43)에 의해 하강 위치에서의 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)에 동심원 형상의 면내 온도 분포가 형성되도록 웨이퍼(W)를 가열하는 스텝이 행하여진다. 계속해서 회전 테이블(2)을 상승 위치로 이동시켜, 웨이퍼(W)가 받는 가열 에너지를 작게 한 상태에서, 당해 웨이퍼(W)를 공전시킴과 함께 상기 원료 가스 및 산화 가스를 당해 웨이퍼(W)에 공급해서 성막하는 스텝이 행하여진다. 그에 의해, 동심원 형상의 막 두께 분포가 되도록 웨이퍼(W)에 성막을 행할 수 있다.
상기 예에서는, 웨이퍼(W)의 중심부가 주연부보다도 더 작은 동심원 형상의 막 두께 분포가 되도록 TiO2막(20)을 형성하는 예를 나타냈지만, 도 15에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 주연측의 막 두께가 중심측의 막 두께보다도 더 작은 동심원 형상의 막 두께 분포가 되도록 TiO2막(20)을 성막할 수도 있다. 그 경우에는, 상기 성막 처리에 있어서, 웨이퍼(W)의 면 내에 동심원 형상의 온도 분포를 형성할 때, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 주연을 향함에 따라서 온도가 높아지도록 웨이퍼(W)에 온도 분포를 형성하는 대신에, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 주연을 향함에 따라서 온도가 낮아지도록 웨이퍼(W)에 온도 분포를 형성한다. 구체적으로는 예를 들어, 히터 소자(43A 내지 43E)의 온도에 대해서 43A>43B=43C>43D=43E가 되도록 제어한다. 그에 의해, 일례로서는, 웨이퍼(W)의 중심부(W1)를 170℃, 주연부(W3)를 163℃, 중간부(W2)를 170℃보다 작고 163℃보다 높은 온도로 한다.
상기 성막 처리에서는, 히터(43)에 의해 웨이퍼(W)에 동심원 형상의 온도 분포를 형성하는 공정과, 히터(43)로부터 웨이퍼(W)가 받는 에너지를 온도 분포 형성 시보다도 작게 한 상태에서 회전 테이블(2)을 회전시켜 각 가스에 의해 TiO2막을 형성하는 공정을 2회 반복해서 행하고 있지만, 3회 이상 반복해서 행해도 된다. 또한, 원하는 막 두께를 얻을 수 있도록, 충분한 시간 웨이퍼(W)의 온도 분포를 유지할 수 있으면, 그러한 온도 분포의 형성 공정과 TiO2막을 형성하는 공정을 반복해서 복수회 행하지 않고, 각 공정을 1회만 행하도록 해도 된다.
그런데, 웨이퍼(W)에 동심원 형상의 온도 분포가 형성된 후, 당해 온도 분포가 형성된 상태가 유지되도록 웨이퍼(W)가 히터(43)로부터 받는 가열 에너지를 작게 하기 위해서는, 진공 용기(11) 내에서 회전 테이블(2)의 높이가 고정된 구성으로 해도 된다. 그 경우에는, 예를 들어 히터(43)의 높이가 승강 기구에 의해 변경됨으로써, 히터(43)와 웨이퍼(W)와의 이격 거리가 변경되도록 장치가 구성된다.
또한, 이 웨이퍼(W)에의 동심원 형상의 온도 분포 형성 후, 당해 웨이퍼(W)가 히터(43)로부터 받는 가열 에너지를 작게 하기 위해서는, 상기 회전 테이블(2)과 히터(43)와의 이격 거리를 변경하는 것에 한정되지는 않는다. 예를 들어 웨이퍼(W)에 온도 분포를 형성한 후, 히터(43)의 각 히터 소자(43A 내지 43E)의 각 온도를, 당해 온도 분포 형성 시의 각 히터 소자(43A 내지 43E)의 각 온도보다도 저하시킴으로써, 즉 발열량을 저하시킴으로써, 웨이퍼(W)에 공급하는 가열 에너지를 저하시키도록 해도 된다. 그렇게 온도를 저하시킨 각 히터 소자(43A 내지 43E)에 대해서는, 서로 동일한 온도여도 되고, 웨이퍼(W)의 온도 분포 형성 시와 마찬가지로 히터 소자간의 온도에 차가 있어도 된다. 그렇게 웨이퍼(W)의 온도 분포 형성 후에 히터 소자(43A 내지 43E)의 온도를 저하시키기 위해서, 히터 소자(43A 내지 43E)에의 전력 공급을 정지하고, 상기 ALD의 사이클의 실행 중에는, 히터(42)만에 의해 진공 용기(11) 내를 가열하도록 해도 된다.
또한, 웨이퍼(W)에 동심원 형상의 온도 분포를 형성하기 위해서는, 히터 소자(43A 내지 43E)간에 온도 분포를 형성하는 것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 도 16은, 회전 테이블(2)의 오목부(23)의 저면(24)은, 웨이퍼(W)의 중심부(W1)가 적재되는 적재부(51), 중간부(W2)가 적재되는 적재부(52), 주연부(W3)가 적재되는 적재부(53)에 의해 구성되어 있고, 이들 적재부(51 내지 53)는, 열용량이 서로 다른 재질에 의해 구성되어 있다. 이렇게 적재부(51 내지 53)를 설치한 경우, 웨이퍼(W)에 동심원 형상의 온도 분포를 형성할 때는, 예를 들어 이미 설명한 바와 같이 회전 테이블(2)이 하강 위치에 위치함과 함께 웨이퍼(W)가 히터 소자(43A 내지 43E) 상에 위치했을 때, 히터 소자(43A 내지 43E)는 예를 들어 동일한 온도가 되도록 제어된다.
그렇게 히터 소자(43A 내지 43E)가 동일한 온도라도 적재부(51 내지 53)간의 방사율이 상이함으로써, 적재부(51 내지 53)는 서로 다른 온도로 가열된다. 그에 의해 웨이퍼(W)의 중심부(W1), 중간부(W2), 주연부(W3)가 서로 다른 온도로 가열되어, 적재부(51 내지 53) 상의 웨이퍼(W)에 동심원 형상의 온도 분포가 형성된다. 예를 들어, 도 13에서 나타낸 중심측의 막 두께가 큰 TiO2막(20)을 성막한다고 했을 경우, 적재부(51)를 구성하는 재질로서는 Al(알루미늄):0.04(38℃)-0.08(538℃), 적재부(52)를 구성하는 재질로서는 SUS(스테인리스강):0.44(216℃)-0.36(490℃), 적재부(53)를 구성하는 재질로서는 석영:0.92(260℃)-0.42(816℃)이 사용된다. 또한, 상기 Al, SUS, 석영에 대해서, 각각 「:」의 후에는, 이들 각 재질이 가질 수 있는 방사율의 범위를 기재하고 있다. 또한, 괄호 내에는 방사율이 괄호 직전에 기재된 수치로 될 때의 각 재질의 온도를 기재하고 있다.
또한, 회전 테이블(2)의 하방으로부터 웨이퍼(W)를 가열해서 상기 동심원 형상의 온도 분포를 형성하는 것에 한정되지는 않는다. 예를 들어 천장판(12)에 회전 테이블(2)에 대향하도록 램프 히터를 설치하고, 하방을 향해서 광을 조사함으로써 웨이퍼(W)를 가열하여, 온도 분포를 형성해도 된다. 예를 들어 이 램프 히터에 의한 온도 분포 형성 시에는 회전 테이블(2)은 상승 위치에 위치한 상태에서 회전 정지하고, 온도 분포 형성 후에는 회전 테이블(2)이 상승 위치에 위치한 채 회전함과 함께 램프 히터의 출력이 저하되어, 웨이퍼(W)에의 열에너지의 공급량이 저하되고, 이미 설명한 바와 같이 ALD의 사이클이 행하여진다.
일례로서, TiO2막(20)의 형성에 대해서 설명했지만, 웨이퍼(W)에 형성하는 막으로서는 TiO2에 한정되지 않는다. 예를 들어, 원료 가스로서 상기 Ti 함유 가스 대신에 BTBAS(비스터셜부틸아미노실란) 등의 Si(실리콘) 함유 가스를 사용해서 SiO2(산화 실리콘)막을 형성해도 된다. 또한, 본 발명은, 기판의 면내의 온도에 따라 당해 기판에의 처리 가스의 흡착량을 조정할 수 있는 것에 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은, ALD에 의해 성막을 행하는 성막 장치에 적용하는 것에는 한정되지 않고, CVD에 의해 성막을 행하는 장치에도 적용할 수 있다.
상기의 예에서는, 웨이퍼(W)의 면내의 3개의 영역을 각각 상이한 온도로 가열하고 있지만, 보다 많은 영역을 상이한 온도로 가열해서 온도 분포를 형성해도 된다. 예를 들어, 히터 소자(43A 내지 43E) 모두가 서로 다른 온도로 되도록 제어하고, 히터 소자(43A 내지 43E)에 각각 대응하는 웨이퍼(W)의 각 부가 서로 상이한 온도로 되도록 가열해도 된다. 또한, 웨이퍼(W)의 중심부 가열용의 히터 소자와, 주연부 가열용의 히터 소자의 2개만을 설치하고, 웨이퍼(W)에 동심원 형상의 온도 분포를 형성해도 된다.
그런데, 본 발명은, 각형의 기판을 처리하는 경우에도 적용할 수 있다. 그 경우에는, 예를 들어 히터(43)의 각 히터 소자(43B 내지 43E)를 원형 링 형상으로 하는 대신에, 각형 기판의 둘레를 따른 각형 링 형상으로 하면 된다. 즉, 본 발명은, 기판에 동심 형상의 면내 온도 분포를 형성하고, 그것에 의해서 동심 형상의 막 두께 분포를 형성할 수 있다. 이 동심 형상의 면내 온도 분포에는, 기하학적으로 동심 형상인 것에 한정되지 않고, 기판의 둘레 방향으로 대략 동일한 온도의 영역이 형성되고, 이러한 영역이 기판의 직경 방향에서 보았을 때 복수 존재하는 경우에 대해서도 포함된다.
또한, 앞서 서술한 장치의 각 구성예는 서로 조합할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 이미 설명한 바와 같이 서로 재질이 상이한 적재부(51 내지 53)를 설치한 뒤에, 히터 소자(43A 내지 43E)간에 온도 분포를 형성하고, 웨이퍼(W)에 동심원 형상의 온도 분포를 형성해도 된다. 또한, 웨이퍼(W)에 공급되는 히터(43)의 가열 에너지를 감소시키기 위해서, 히터(43)의 출력을 저하시킴과 함께 회전 테이블(2)을 상승 위치로 이동시켜도 된다.
(평가 시험)
평가 시험 1
평가 시험 1-1로서, 앞서 서술한 성막 처리 장치(1)의 성막 처리와 대략 마찬가지의 성막 처리에 의해 웨이퍼(W)에 TiO2막을 형성하였다. 이 평가 시험 1-1의 성막 처리에서는, 상기 성막 처리와의 차이점으로서, 이미 설명한 ALD의 사이클 실시 시에, 웨이퍼(W)에 동심원 형상의 온도 분포는 형성하고 있지 않다. 또한, 이 평가 시험 1-1의 성막 처리에서는 처리를 행할 때마다, 상기 사이클 실시 중의 웨이퍼(W)의 온도를 150℃ 내지 180℃의 범위 내에서 변경하였다. 각 성막 처리 후의 웨이퍼(W)에 대해서는, TiO2막의 막 두께를 측정하고, 측정된 막 두께를 성막을 행한 시간으로 나눈 데포지션 레이트(단위: nm/분)를 산출하였다.
또한, 평가 시험 1-2로서, TiO2막 대신에 SiO2막을 형성한 것, 및 성막 처리마다 웨이퍼(W)의 온도를 50℃ 내지 70℃의 범위 내에서 변경한 것을 제외하고는, 평가 시험 1-1과 마찬가지로 시험을 행하였다. 또한, 평가 시험 1-3으로서, TiO2막 대신에 SiO2막을 형성한 것, 및 성막 처리마다 웨이퍼(W)의 온도를 590℃ 내지 637℃의 범위 내에서 변경한 것을 제외하고는, 평가 시험 1-1과 마찬가지로 시험을 행하였다.
평가 시험 1-1에서, 각 웨이퍼(W)로부터 산출된 데포지션 레이트는 5.905nm/분 내지 5.406nm/분의 범위 내의 값이 되고, 온도가 커질수록 데포지션 레이트가 작아졌다. 취득된 데포지션 레이트 중 일부를 나타내면, 웨이퍼(W)의 온도 150℃, 160℃, 170℃, 180℃일 때, 각각 데포지션 레이트는 5.905nm/분, 5.726nm/분, 5.560nm/분, 5.406nm/분이었다.
평가 시험 1-2에서, 각 웨이퍼(W)로부터 산출된 데포지션 레이트는, 33.401nm/분 내지 29.534nm/분의 범위 내의 값으로 되었다. 도 17의 편대수 그래프는, 이 평가 시험 1-2의 결과로부터 얻어진 그래프이며, 종축은 데포지션 레이트, 횡축은 1000/(웨이퍼(W)의 온도(단위: K))이다. 종축의 값을 Y, 횡축의 값을 X라 했을 때, 측정 결과로부터 얻어지는 근사식은 Y=4.741e0 .6817X이며, 온도가 커질수록 데포지션 레이트가 작아지는 경향이 나타났다.
평가 시험 1-3에서, 각 웨이퍼(W)로부터 산출된 데포지션 레이트는 8.187nm/분 내지 8.657nm/분의 범위 내의 값으로 되었다. 도 18의 편대수 그래프는, 이 평가 시험 1-3의 결과를, 도 17의 편대수 그래프와 마찬가지로 나타낸 것이다. 그래프의 종축의 값을 Y, 횡축의 값을 X라 하고, 측정 결과로부터 얻어지는 근사식은 Y=24.202e-0.932X이며, 이 근사식의 결정 계수 R2는 0.9209이다. 그래프에 나타낸 바와 같이, 이 평가 시험 1-3에서는 온도가 커질수록, 데포지션 레이트가 커지는 경향이 나타났다. 이렇게 평가 시험 1-1 내지 1-3의 결과로부터, 데포지션 레이트는 웨이퍼(W)의 온도에 대하여 의존성이 있는 것으로 나타나 있다. 따라서, 도 6 내지 도 13에서 설명한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 면 내에 온도 분포를 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 면내 각 부의 막 두께를 제어할 수 있을 것이라 추정된다.
평가 시험 2
평가 시험 2-1 내지 2-3으로서, 도 1에서 나타낸 성막 처리 장치(1)와 대략 마찬가지로 구성된 성막 처리 장치의 회전 테이블(2)에 웨이퍼(W)를 적재해서 히터로 가열한 후에, 승강 핀(27)에 의해 히터와 웨이퍼(W)와의 거리를 변경하고, 그 후 히터에의 전력 공급을 정지시켰다. 이렇게 승강 핀(27) 및 히터의 동작을 제어하는 한편, 웨이퍼(W)의 각 부에 설치된 열전쌍을 사용해서 당해 웨이퍼(W)의 각 부의 온도의 추이를 조사하였다. 이 평가 시험 2의 성막 처리 장치에서는, 히터(43)가 설치되지 않고, 히터(42)를 회전 테이블(2)의 둘레 방향을 따라 동심원 형상으로 형성하여, 상기 웨이퍼(W)의 가열을 행하였다.
평가 시험 2-1, 2-2, 2-3에서, 히터(42)의 동작 중, 회전 테이블(2)에 적재되어 있을 때의 웨이퍼(W)의 중심부의 온도가 각각 200℃, 400℃, 550℃로 되도록 당해 히터(42)의 출력이 설정되었다. 또한, 웨이퍼(W)의 온도의 측정은, 웨이퍼(W)의 중심부, 웨이퍼(W)에 있어서의 회전 테이블(2)의 중심측의 단부(일단부라 함), 웨이퍼(W)에 있어서의 회전 테이블(2)의 주연측의 단부(타단부라 함)의 3군데에 대해서 행하고, 온도의 측정 중, 회전 테이블(2)은 정지시켰다. 히터(42)의 동작 중에 웨이퍼(W)가 회전 테이블(2)에 적재되어 있을 때, 웨이퍼(W)의 일단부의 온도는 웨이퍼(W)의 중심부의 온도보다도 높고, 웨이퍼(W)의 타단부의 온도는 웨이퍼(W)의 중심부의 온도보다도 낮아지도록, 히터(42)의 출력을 제어하였다.
이 평가 시험 2에서 사용한 성막 처리 장치에 대해서, 히터의 구성 이외의 성막 처리 장치(1)와의 차이점을 들면, 가스 노즐(31)로부터 Ti 함유 가스 대신에 원료 가스인 SiH2Cl2 가스를 공급하는 것, 회전 테이블(2)의 둘레 방향으로 간격을 두고 가스 노즐(33)이 2개 설치되어 있는 것, 각 가스 노즐(33)로부터 O3 가스 대신에 원료 가스를 질화하기 위한 N2 가스를 공급하는 것, 및 각 가스 노즐(33)에 의해 N2 가스가 공급되는 영역에 플라즈마를 형성하는 플라즈마 형성부가 설치되는 것을 들 수 있다. 단, 웨이퍼의 온도의 측정 중에 상기 플라즈마는 형성하지 않았다. 또한 2개의 가스 노즐(33)은, 하나의 분리 영역(D)으로부터 회전 테이블(2)의 둘레 방향을 따라 보아 다른 분리 영역(D)에 이르기까지의 사이에 설치되어 있다.
상기 온도 측정중, 진공 용기(11) 내의 압력은 1.8Torr(240Pa)가 되도록 설정되고, 진공 용기(11)의 벽부에 설치되는 도시하지 않은 유로에는 냉매를 공급하여, 당해 벽부가 85℃로 되도록 냉각하였다. 온도 측정 중에 있어서 성막 처리 장치의 각 부에 공급한 가스의 유량을 설명하면, 각 가스 노즐(33)에는 5000sccm의 N2 가스를 공급하고, 중심부 영역(C)에는 1000sccm의 N2 가스를 공급하고, 가스 노즐(32, 34)에는 1000sccm의 N2 가스를 각각 공급하였다. 또한, 고체의 SiH2Cl2가 저류된 탱크에 N2 가스를 1000sccm으로 공급해서 SiH2Cl2를 기화시켜 생성한 SiH2Cl2 가스를, 그와 같이 SiH2Cl2를 기화시키기 위해서 사용한 N2 가스와 함께 가스 노즐(31)에 공급하였다.
도 19, 도 20, 도 21은, 평가 시험 2-1, 2-2, 2-3의 결과를 각각 나타내는 그래프이다. 각 그래프에 대해서, 종축은 측정된 웨이퍼(W)의 온도(단위: ℃)를 나타내고, 횡축은 온도의 측정이 개시되고 나서의 경과 시간(단위: 초)을 나타내고 있다. 그래프 중 일점 쇄선, 실선, 점선으로, 웨이퍼(W)의 일단부, 중심부, 타단부의 온도를 각각 나타내고 있다. 그래프 중, 시각 t1은 승강 핀(27)이 상승한 시각이다. 이 승강 핀(27)의 상승에 의해, 웨이퍼(W)가 회전 테이블(2)로부터 부상하여, 웨이퍼(W)와 히터(42)와의 거리가 커진다. 시각 t1 후의 시각 t2는, 승강 핀(27)이 하강한 시각이다. 이 승강 핀(27)의 하강에 의해, 웨이퍼(W)는 다시 회전 테이블(2)에 적재된다. 시각 t2 후의 시각 t3은, 히터(42)에의 전력 공급을 정지시킨 시각이다.
평가 시험 2-1 내지 2-3에서, 시각 t1로부터 시각 t2에 이르기까지와, 시각 t3 이후에 있어서는, 그래프에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중심부, 일단부, 타단부와의 사이의 온도 차가 점차 작아짐과 함께, 이들 중심부, 일단부, 타단부의 온도가 점차 저하된다. 평가 시험 2-1에서는 시각 t1에서의 웨이퍼(W)의 일단부와 중심부와의 온도 차(A1이라 함)는 26.3℃, 웨이퍼(W)의 타단부와 중심부와의 온도 차(A2라 함)는 20.2℃였다. 그리고, 웨이퍼(W)의 중심부와 일단부에 대해서, 시각 t1에서의 온도 차보다도 2℃ 작아지는 시각 t1로부터의 경과 시간(B1이라 함)은 5초였다. 또한, 웨이퍼(W)의 주연부와 중심부에 대해서, 시각 t1에서의 온도 차보다도 2℃ 작아지는 시각 t1로부터의 경과 시간(B2라 함)은 9초였다.
또한, 평가 시험 2-1에서는 시각 t3에서, 웨이퍼(W)의 일단부와 중심부와의 온도 차(A3이라 함)는 27.3℃, 웨이퍼(W)의 타단부와 중심부와의 온도 차(A4라 함)는 19.7℃였다. 그리고, 웨이퍼(W)의 중심부와 일단부에 대해서, 시각 t3에서의 온도 차보다도 2℃ 작아지는 시각 t3으로부터의 경과 시간(B3이라 함)은 1103초였다. 또한, 웨이퍼(W)의 주연부와 중심부에 대해서, 시각 t3에서의 온도 차보다도 2℃ 작아지는 시각 t3으로부터의 경과 시간(B4라 함)은 1409초였다. 평가 시험 2-2에서는, 온도 차 A1, A2, A3, A4는, 각각 10.5℃, 36.0℃, 12.7℃, 32.8℃이고, 경과 시간 B1, B2, B3, B4는, 각각 3초, 6초, 44초, 160초였다. 평가 시험 2-3에서는, 온도 차 A1, A2, A3, A4는, 각각 17.1℃, 102.1℃, 18.8℃, 98.3℃이고, 경과 시간 B1, B2, B3, B4는, 각각 4초, 18초, 3초, 8초였다.
또한, 시각 t1로부터 웨이퍼(W)의 일단부의 온도가 2℃ 떨어질 때까지의 경과 시간을 C1이라 하고, 그와 같이 2℃ 떨어졌을 때의 웨이퍼의 일단부와 웨이퍼(W)의 중심부와의 온도 차를 D1, 웨이퍼의 타단부와 웨이퍼(W)의 중심부와의 온도 차를 D2라 한다. 또한, 시각 t3으로부터 웨이퍼(W)의 일단부의 온도가 2℃ 떨어질 때까지의 경과 시간을 C2라 하고, 그와 같이 2℃ 떨어졌을 때의 웨이퍼의 일단부와 웨이퍼(W)의 중심부와의 온도 차를 D3, 웨이퍼의 타단부와 웨이퍼(W)의 중심부와의 온도 차를 D4라 한다. 평가 시험 2-1에서는, C1, C2, D1, D2, D3, D4는, 각각 5초, 168초, 24.7℃, 18.2℃, 27.3℃, 19.9℃였다. 평가 시험 2-2에서는, C1, C2, D1, D2, D3, D4는, 각각 3초, 130초, 8.5℃, 34.1℃, 9.1℃, 34.0℃였다. 평가 시험 2-3에서는, C1, C2, D1, D2, D3, D4는, 각각 4초, 3초, 15.1℃, 100.4℃, 16.8℃, 98.0℃였다.
이렇게 시각 t1, t3 후, 잠시 동안은 웨이퍼(W)의 각 부의 온도 및 웨이퍼(W)의 각 부의 온도 차는 유지된다. 특히 평가 시험 2-1, 2-2에서 시각 t3 후, 웨이퍼(W)의 각 부의 온도는 비교적 오랜 시간 내려가기 어렵고, 또한 웨이퍼(W)의 각 부의 온도 차가 비교적 오랜 시간 유지되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 히터에 의해 가열되고 있을 때의 웨이퍼(W)의 온도가 비교적 낮음으로써, 이미 설명한 바와 같이 냉각되어 있는 진공 용기(11)의 측벽의 영향을 받기 어려웠기 때문이다. 이 평가 시험 2의 결과로부터, 발명의 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 웨이퍼(W)에 온도 분포를 형성하고, 당해 온도 분포가 유지된 상태에서 성막을 행하는 것이 가능한 것을 알 수 있다.
W : 웨이퍼 1 : 성막 처리 장치
10 : 제어부 11 : 진공 용기
2 : 회전 테이블 22 : 구동 기구
23 : 오목부 31 : 원료 가스 노즐
42, 43 : 히터 43A 내지 43E : 히터 소자

Claims (7)

  1. 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블의 일면측에 기판을 적재하고, 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써 기판을 공전시키면서 상기 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 성막 처리하는 성막 처리 장치에 있어서,
    상기 진공 용기 내의 기판의 열처리 영역 전체를 가열하는 제1 가열부와,
    상기 회전 테이블에 적재된 기판에 대응해서 상기 회전 테이블에 대향해서 설치되고, 기판을 동심 형상의 면내 온도 분포로 가열하기 위한 제2 가열부와,
    상기 회전 테이블의 일면측에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 회전 테이블 상의 기판이 상기 제2 가열부에 대응하는 위치에 놓이도록 상기 회전 테이블의 회전 위치를 설정하고, 상기 기판을 상기 제2 가열부에 의해 가열해서 상기 기판에 동심 형상의 면내 온도 분포를 형성하는 제1 스텝과, 상기 기판이 상기 제2 가열부로부터 받는 가열 에너지를, 상기 제1 스텝보다도 작게 한 상태에서, 상기 회전 테이블을 회전시키면서 상기 처리 가스를 공급하여 기판에 대하여 성막 처리를 행하는 제2 스텝을 실행하도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 성막 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전 테이블을 상기 제2 가열부에 대하여 상대적으로 접근, 이격시키기 위한 접촉 분리 기구를 더 포함하고,
    상기 회전 테이블과 상기 제2 가열부와의 사이의 이격 거리는, 상기 제1 스텝보다도 상기 제2 스텝이 더 큰, 성막 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 가열부의 발열량은, 상기 제1 스텝보다도 상기 제2 스텝이 더 작은, 성막 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 스텝 및 상기 제2 스텝을 반복해서 행하도록 제어 신호를 출력하는, 성막 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 성막 처리 후의 기판을 진공 용기로부터 반출하기 전에, 상기 회전 테이블 상의 기판 전체를, 상기 제1 스텝 시에 있어서 동심 형상의 면내 온도 분포를 형성했을 때의 기판 면 내에서의 최고 온도 이상의 온도로 상기 제2 가열부에 의해 가열하는 스텝을 실행하도록 제어 신호를 출력하는, 성막 처리 장치.
  6. 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블의 일면측에 기판을 적재하고, 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써 기판을 공전시키면서 상기 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 성막 처리 하는 방법에 있어서,
    제1 가열부와, 상기 회전 테이블에 적재된 기판에 대응해서 상기 회전 테이블에 대향해서 설치된 제2 가열부를 사용하고,
    상기 진공 용기 내의 기판의 열처리 영역 전체를 상기 제1 가열부에 의해 가열하는 공정과,
    상기 회전 테이블 상의 기판이 상기 제2 가열부에 대응하는 위치에 놓이도록 상기 회전 테이블의 회전 위치를 설정하고, 상기 기판을 상기 제2 가열부에 의해 가열해서 상기 기판에 동심 형상의 면내 온도 분포를 형성하는 제1 공정과,
    상기 기판이 상기 제2 가열부로부터 받는 가열 에너지를, 상기 제1 공정보다도 작게 한 상태에서, 상기 회전 테이블을 회전시키면서 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 성막 처리를 행하는 제2 공정을 포함하는 성막 처리 방법.
  7. 진공 용기 내에 설치된 회전 테이블의 일면측에 기판을 적재하고, 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써 기판을 공전시키면서 상기 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 성막 처리하는 성막 처리 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 기억한 기억 매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 제6항에 기재된 성막 처리 방법을 컴퓨터와 결합되어 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있는 기억 매체.
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