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KR101089977B1 - 성막 장치 및 성막 방법, 가스 공급 장치 및 기억 매체 - Google Patents

성막 장치 및 성막 방법, 가스 공급 장치 및 기억 매체 Download PDF

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KR101089977B1
KR101089977B1 KR1020087030964A KR20087030964A KR101089977B1 KR 101089977 B1 KR101089977 B1 KR 101089977B1 KR 1020087030964 A KR1020087030964 A KR 1020087030964A KR 20087030964 A KR20087030964 A KR 20087030964A KR 101089977 B1 KR101089977 B1 KR 101089977B1
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KR
South Korea
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cooling
gas
shower head
substrate
chamber
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Inventor
다카시 가케가와
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

본 발명은, 기판에 대하여 성막 처리를 실시하기 위한 처리 공간을 구획하는 챔버와, 상기 챔버내에 마련되어, 상기 기판을 탑재하기 위한 스테이지와, 상기 스테이지에 마련된 상기 기판을 가열하기 위한 기판용 가열 수단과, 상기 스테이지에 대향하여 마련된 다수의 가스 토출 구멍을 가지는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드를 거쳐서 상기 챔버내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 샤워헤드의 상방에 마련된, 상기 샤워헤드를 냉각하는 냉각 수단과, 상기 냉각 수단의 상방에 마련된, 상기 냉각 수단을 거쳐서 상기 샤워헤드를 가열하는 샤워헤드용 가열 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 장치이다.

Description

성막 장치 및 성막 방법, 가스 공급 장치 및 기억 매체{FILM FORMING APPARATUS AND METHOD, GAS SUPPLY DEVICE AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은 화학적 증착(CVD)에 의해 기판에 대하여 소정의 박막을 형성하는 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다．
반도체 제조 공정에 있어서는, 피처리체인 반도체 웨이퍼(이하 "웨이퍼"라고 칭함)에 형성된 배선간의 홀을 매설하기 위해서, 또는, 배리어층으로서, Ti, Al, Cu 등의 금속이나 WSi, TiN, TiSi 등의 금속화합물을 퇴적시켜서, 박막을 형성하고 있다. 이들 금속이나 금속화합물의 박막의 성막수법의 하나로서, CVD법이 있다. 이 방법은, 물리적 증착(PVD)에 비해, 매립성이 좋다는 이점이 있다.
CVD 성막 장치는, 챔버내에 마련된 히터가 내장된 웨이퍼용의 스테이지와, 상기 스테이지의 상방에 대향하도록 마련된 처리 가스 토출용의 샤워헤드를 구비한다. 챔버내의 처리 공간은, 소정의 진공도로 한다. 스테이지상의 웨이퍼가 소정의 온도로 가열되면서, 샤워헤드로부터 처리 가스가 챔버내에 연속적으로 공급되는 것에 의해, 웨이퍼 표면에서 화학 반응이 발생하여, 그 반응물이 웨이퍼 표면에 퇴적되어 성막이 실행된다.
그런데, 예컨대, 처리 가스로서 TiCl4와 NH3을 이용하여 웨이퍼 상에 TiN막을 형성할 때, 처리 가스로부터 발생한 저차(低次)의 TiCx가 웨이퍼에 부착되는 것을 피하기 위해서, 샤워헤드에 있어서의 처리 공간에 접하는 부위의 온도 컨트롤이 필요해질 경우가 있다. 이 목적을 위하여, 샤워헤드측에도 히터를 마련하는 경우가 있다.
한편, 양호한 막질의 박막을 밀착성 및 스텝 커버리지(step coverage) 좋게 형성하기 위해서, CVD의 하나의 수법인 SFD(Sequential Flow Deposition)라 불리는 수법을 이용하여 성막 처리가 실행되는 경우가 있다. SFD는, 성막 원료를 포함한 처리 가스를 챔버내의 처리 공간에 단속(斷續)적으로 공급하는 사이클을 반복적으로 실행함으로서, 웨이퍼에 분자층을 적층시켜서 원하는 두께의 박막을 형성하는 수법이다.
SFD에 의해 성막을 실행할 경우, 단속적인 화학 반응을 촉진하기 위해서, 보다 단시간에 처리 가스에 에너지를 부여할 필요가 있기 때문에, 통상 종래의 CVD를 실행하는 경우에 비해, 스테이지에 마련된 히터의 온도가 보다 고온으로 설정된다.
그러나, 그렇게 스테이지의 히터의 온도가 높게되면, 성막 처리중에 처리 공간에 접하는 샤워헤드 표면의 온도가 스테이지(stage)의 히터로부터 복사되는 열을 받아서 상승해버려서, 상기 샤워헤드 표면에도 처리 가스에 의한 막이 형성되기 쉬워져버린다.
그러한 상황에 있어서, 샤워헤드에 막이 부착되면, 그 막이 열을 흡수하기 때문에, 더욱 샤워헤드의 승온을 초래한다. 그리고, 그 승온에 의해, 더욱 샤워헤드에 막이 부착되기 쉬워져, 상기 샤워헤드가 한층 더 승온되는 악순환에 빠지게 된다. 결과적으로, 샤워헤드측의 히터에 의한 온도 컨트롤을 할 수 없게 되고, 즉 성막 처리에 필요한 샤워헤드의 온도 제어를 실행할 수 없게 될 우려가 있다. 또한, 샤워헤드가 니켈제인 경우, 샤워헤드의 온도 제어가 실행될 수 없게 됨으로써 샤워헤드의 온도가 허용되는 범위를 초과하면 샤워헤드에 니켈 화합물이 생성되어버려서, 파티클 발생의 요인이 될 수 있다.
여기서, 일본 특허 공개공보 제2002-327274호(특히, 단락[0038], 도 1)에는, 샤워헤드의 상방에 가열 수단이 마련되고, 상기 가열 수단의 상방에 또한 냉각 수단이 마련된 성막 장치가 개시되어 있다. 그러나, SFD와 같이, 처리 공간측으로부터의 열에 의해 샤워헤드가 승온될 때에, 상기 승온을 억제하는 온도 제어가 요구될 경우, 상기 공보에 개시된 냉각 수단에서는, 냉각 작용이 직접 샤워헤드에 작용하지 않고 가열 수단의 상방으로부터 실행되므로, 냉각의 응답성이 나쁘고, 즉 처리 공간에 면하는 샤워헤드 표면의 온도를 정밀도 높게 제어하는 것은, 여전히 달성되고 있지 않다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하고자 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 처리 공간에 면하는 샤워헤드의 표면의 온도를 정밀도 높게 설정 온도로 제어할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 기판에 대하여 성막 처리를 실시하기 위한 처리 공간을 구획하는 챔버와, 상기 챔버내에 마련되어, 상기 기판을 탑재하기 위한 스테이지와, 상기 스테이지에 마련된 상기 기판을 가열하기 위한 기판용 가열 수단과, 상기 스테이지에 대향하여 마련된 다수의 가스 토출 구멍을 가지는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드를 거쳐서 상기 챔버내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 샤워헤드의 상방에 마련된, 상기 샤워헤드를 냉각하는 냉각 수단과, 상기 냉각 수단의 상방에 마련된, 상기 냉각 수단을 거쳐서 상기 샤워헤드를 가열하는 샤워헤드용 가열 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 장치이다.
그 특징에 의하면, 냉각 수단의 냉각 작용이 직접 샤워헤드에 작용하기 때문에, 냉각의 응답성이 좋고, 즉 처리 공간에 면하는 샤워헤드 표면의 온도도 설정 온도로 정밀도 높게 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판사이에서 균일성이 높은 성막 처리를 실행할 수 있다.
예컨대, 상기 냉각 수단은, 복수의 냉각용 핀과, 상기 냉각용 핀에 냉각용 가스를 공급하는 냉각용 가스 공급로를 갖고 있다.
이 경우, 바람직하게는, 상기 복수의 냉각용 핀의 각각은, 가로 방향으로 긴 판 형상으로 서있고, 상기 복수의 냉각용 핀은, 서로 평행히 배열되어 있고, 상기 냉각용 가스 공급로는, 상기 복수의 냉각용 핀의 사이의 가로 방향으로 연장하는 간격의 한쪽 단부측으로부터 다른쪽 단부측을 향해 냉각용 가스를 통류시키기 위해, 상기 한쪽 단부측에 개구하는 가스 분출구를 갖고 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 냉각 수단 및 상기 샤워헤드용 가열 수단은, 배기구를 구비한 하우징내에 수납되어 있다.
또, 바람직하게는, 상기 샤워헤드는, 상기 다수의 가스 토출 구멍에 연통하는 가스 확산실을 갖고 있고, 상기 가스 확산실에는, 상기 샤워헤드의 상면측부와 하면측부 사이의 열전도를 위한 다수의 기둥부가 배치되어 있다.
또, 본 발명에 의한 성막 장치는, 상기 샤워헤드의 하면에 대응하는 온도를 검출하기 위한 온도 검출부와, 상기 온도 검출부의 온도 검출값에 근거하여, 상기 샤워헤드용 가열 수단을 제어하는 제어부를 또한 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게는, 상기 가스 공급 기구는, 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스를 동시에 또는 따로따로, 다수의 사이클로 분할하여 처리 공간에 공급하도록 되어 있다. 이 경우, 예컨대, 상기 제 1 처리 가스는, 티탄 화합물의 가스이고, 상기 제 2 처리 가스는 암모니아 가스이다.
또한, 본 발명은, 기판에 대하여 성막 처리를 실시하기 위한 처리 공간을 구획하는 챔버와, 상기 챔버내에 마련되어, 상기 기판을 탑재하기 위한 스테이지를 구비한 성막 장치에 내장되어 이용되는 가스 공급 장치로서, 상기 스테이지에 대향하여 마련된 다수의 가스 토출 구멍을 가지는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드의 상방에 마련된, 상기 샤워헤드를 냉각하는 냉각 수단과, 상기 냉각 수단의 상방에 마련된, 상기 냉각 수단을 거쳐서 상기 샤워헤드를 가열하는 샤워헤드용 가열 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치이다.
이 특징에 따르면, 냉각 수단의 냉각 작용이 직접 샤워헤드에 작용하기 때문에, 냉각의 응답성이 좋고, 즉 처리 공간에 면하는 샤워헤드 표면의 온도도 설정 온도로 정밀도 높게 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판간에서 균일성이 높은 성막 처리를 실행할 수 있다.
또한, 본 발명은, 기판에 대하여 성막 처리를 실시하기 위한 처리 공간을 구획하는 챔버와, 상기 챔버내에 마련되어, 상기 기판을 탑재하기 위한 스테이지와, 상기 스테이지에 마련된 상기 기판을 가열하기 위한 기판용 가열 수단과, 상기 스테이지에 대향하여 마련된 다수의 가스 토출 구멍을 가지는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드를 거쳐서 상기 챔버내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 샤워헤드의 상방에 마련된, 상기 샤워헤드를 냉각하는 냉각 수단과, 상기 냉각 수단의 상방에 마련된, 상기 냉각 수단을 거쳐서 상기 샤워헤드를 가열하는 샤워헤드용 가열 수단을 구비한 성막 장치를 이용하여 기판에 성막 처리를 실시하는 방법으로서, 기판을 스테이지상에 탑재하는 공정과, 상기 기판을 상기 기판용 가열 수단에 의해 가열하는 공정과, 상기 가스 공급 기구에 의해 상기 샤워헤드를 거쳐서 상기 챔버내에 처리 가스를 공급하는 공정과, 상기 샤워헤드의 상방에 마련된 상기 냉각 수단에 의해 상기 샤워헤드를 냉각하는 공정과, 상기 냉각 수단의 상방에 마련된, 상기 샤워헤드용 가열 수단에 의해 상기 냉각 수단을 거쳐서 상기 샤워헤드를 가열하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 방법이다.
또한, 본 발명은, 전술한 특징을 가지는 성막 방법을 컴퓨터에 실시시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 컴퓨터 프로그램을 구비한 것을 특징으로 하는 기억 매체이다.
또한, 기판으로서는, 반도체 웨이퍼나 LCD 기판, 글라스 기판, 세라믹 기판 등을 들 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 성막 장치의 일 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 성막 장치의 샤워헤드를 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 도 2의 샤워헤드를 구성하는 스페이서(spacer)부의 상면을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 스페이서부의 하면을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 2의 샤워헤드의 상방의 각 부재의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 2의 샤워헤드의 상방의 냉각 부재의 평면도이다.
도 7은 도 6의 냉각 부재에 냉각 가스가 공급되는 모양을 설명하기 위한 상면도이다.
도 8은 도 2의 샤워헤드의 상방의 히터를 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 1의 성막 장치의 상면측의 각 부재의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 10은 웨이퍼에의 성막 방법의 일 실시의 형태를 나타내는 흐름도이다.
도 11은 도 10의 성막 공정중에 있어서의 각 처리 가스 공급의 온, 오프를 나타내는 설명도이다.
도 12는 비교예로서 이용된 종래의 성막 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 13은 도 12의 성막 장치의 샤워헤드를 구성하는 스페이서부의 상면을 나타내는 사시도이다.
도 14a는 샤워헤드가 프리 코트(pre-coat)되어 있지 않을 경우에 대한, 본 발명에 따른 성막 장치의 일 실시의 형태를 이용한 성막 처리시와, 종래의 성막 장치를 이용한 성막 처리시에 있어서의 샤워헤드의 온도를 나타내는 그래프이다.
도 14b는 샤워헤드가 프리 코트되어 있을 경우에 대한, 본 발명에 따른 성막 장치의 일 실시의 형태를 이용한 성막 처리시와, 종래의 성막 장치를 이용한 성막 처리시에 있어서의 샤워헤드의 온도를 나타내는 그래프이다.
도 15a는 본 발명에 따른 성막 장치의 일 실시의 형태의 샤워헤드의 온도 및 종래의 성막 장치의 샤워헤드의 온도를 나타내는 그래프이다.
도 15b는 본 발명에 따른 성막 장치의 일 실시의 형태의 히터의 출력 및 종래의 성막 장치의 히터의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 1은 본 발명의 일 실시의 형태에 따른 성막 장치를 나타내는 개략 단면도이다. 본 실시의 형태의 성막 장치(1)는, SFD에 의해, 기판인 웨이퍼(W)에 TiN박막을 형성하는 장치이다.
상기 성막 장치(1)는, 기밀로 구성된 대략 원통형의 챔버(2)를 갖고 있다. 챔버(2)의 바닥부 중앙에는, 하방으로 돌출한 원통형의 (챔버(2)보다도 작은 직경의)스테이지 유지 부재(21)가 밀봉 링(sealing ring)을 거쳐서 부착되어 있다. 챔버(2)에 의해 처리 공간(S)이 규정되어 있다(둘러싸여져 있다). 챔버(2) 및 스테이지 유지 부재(21)는, 도시되지 않는 가열 기구를 갖고 있고, 그들 가열 기구는, 도시되지 않는 전원으로부터 급전되어 소정의 온도로 가열되게 되어 있다.
챔버(2)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반출입을 실행하기 위한 반입·출구(22)가 마련되어 있다. 이 반입·출구(22)는, 게이트 밸브(23)에 의해 개폐되게 되어 있다.
스테이지 유지 부재(21)의 측벽에는, 배기관(24)이 접속되어 있다. 이 배기관(24)에는, 배기 수단(25)이 접속되어 있다. 이 배기 수단(25)은, 후술하는 제어부(100)로부터의 제어 신호를 받아서 작동하게 되어 있다. 이에 의해, 챔버(2)내가 소정의 진공도까지 감압된다.
챔버(2)중에는, 기판인 웨이퍼(W)를 수평으로 탑재하기 위한 탑재대인 스테이지(3)가 마련되어 있다. 스테이지(3)는, 원통형상의 지지 부재(31)에 의해 지지되어 있다. 지지 부재(31)의 하단은, 도시하지 않는 밀봉 링을 거쳐서, 스테이지 유지 부재(21)에 부착되어 있다.
스테이지(3)내에는, 웨이퍼용 히터(32)가 매설되어 있다. 이 웨이퍼용 히터(32)는, 도시되지 않는 전원으로부터 급전되는 것에 의해, 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다.
스테이지(3)에는, 웨이퍼(W)를 지지하여 승강시키기 위한 3개(2개만 도시되어 있음)의 웨이퍼 지지핀(33)이, 스테이지(3)의 표면에 대하여 돌출 및 함몰 가능하게 마련되어 있다. 이들 웨이퍼 지지핀(33)은, 지지판(34)에 고정되어 있어, 예컨대 모터를 포함한 구동 기구(35)에 의해 지지판(34)이 승강되는 것에 따라 승강된다.
챔버(2)의 상부에는, 지지 부재(2a)가 마련되어 있다. 이 지지 부재(2a)를 거쳐서 스테이지(3)에 대향하도록, 샤워헤드(4)가 마련되어 있다. 도 2는 샤워헤드(4)의 종단면도이다. 도 2를 참조하면서, 샤워헤드(4)의 구성에 대해서 설명한다. 샤워헤드(4)는 베이스부(41), 스페이서부(51) 및 샤워 플레이트(42)에 의해 구성되어 있다. 베이스부(41)의 중앙 하면부에, 스페이서부(51)가 마련되고, 스페이서부(51)의 하면측에, 샤워 플레이트(42)가 마련되어 있다. 도면중 도면부호(40)는 스페이서부(51) 및 샤워 플레이트(42)를 베이스부(41)에 고착하기 위한 나사이며, 도면중 도면부호(40a)는 나사 구멍이다.
베이스부(41)는 편평한 원형형상으로 형성되어 있다. 그 하단의 외측에는, 플랜지부가 마련되어 있다. 이 플랜지부가 상기 지지 부재(2a)에 지지된다. 베이스부(41)의 내부에는, 서로 구획된 제 1 가스 유로(41a) 및 제 2 가스 유로(41b)가 각기 형성되어 있다.
또한, 베이스부(41)의 플랜지부보다도 상측부에는, 베이스부(41)의 상기 상측부의 온도를 검출하는 검출부인 센서(4A)가 마련되어 있다. 이 온도 검출 센서(4A)는, 검출한 온도에 대응하는 전기 신호를, 후술하는 제어부(100)에 송신한다. 또한, 베이스부(41)는 스페이서부(51)를 거쳐서 샤워 플레이트(42)에 접속되어 있기 때문에, 이 온도 검출 센서(4A)에 의해 검출되는 온도는 샤워헤드(4)에 있어서 처리 공간(S)에 면하는 표면의 온도에 대응한 값이 된다.
도 3은 도 2의 샤워헤드를 구성하는 스페이서부의 상면을 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 3의 스페이서부의 하면을 나타내는 사시도이다. 스페이서부(51)는, 원판부(52)와 상기 원판부(52)의 둘레에 있어서 상하로 각기 돌출된 돌출 테두리부(53, 54)를 갖고 있다. 돌출 테두리(53)의 상면은, 상기 베이스부(41)에 밀착되어 있다. 돌출 테두리(54)의 하면은, 샤워 플레이트(42)에 밀착되어 있다. 돌출 테두리(53), 원판부(52) 및 베이스부(41)에 의해 둘러싸여지는 공간은, 제 1 가스 확산실(52a)로서 구성되어 있다. 또한, 돌출 테두리(54), 원판부(52) 및 샤워 플레이트(42)에 의해 둘러싸여지는 공간은, 제 2 가스 확산실(52b)로서 구성되어 있다.
제 1 가스 확산실(52a)은, 베이스부(41)의 제 1 가스 유로(41a)와 연통하고 있다. 또한, 도 3 및 도 4에서는 도시가 생략되어 있지만, 도 2에 도시하는 바와 같이 원판부(52)의 두께 방향으로 마련된 중간로(50)를 거쳐서, 베이스부(41)의 제 2 가스 공급로(41b)와 제 2 가스 확산실(52b)이 연통하고 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이 원판부(52)의 상면측에는, 예컨대 서로 간격을 두고 상방으로 긴 다수의 기둥부인 보스(boss)(55)가, 섬(島) 형상으로 마련되어 있다. 이들 각 보스(55)의 상면(선단면)은, 베이스부(41)의 하면에 접하고 있다. 후술하는 냉각 부재(6)에 의해 베이스부(41)가 냉각될 때에, 각 보스(55)는, 스페이서부(51)에 효율적으로 베이스부(41)의 냉기(냉열)를 전한다. 이에 의해, 상기 스페이서부(51)의 표면 및 상기 스페이서부(51)에 접속되는 샤워 플레이트(42)의 표면의 온도가, 고정밀도로 제어된다.
본 실시의 형태에서는, 스페이서부(51)의 직경은 340mm이다. 또한, 스페이서부(51)에 있어서 베이스부(41)에 접하는 면적의 합계는 385cm2 정도이다. 이 합계 면적은, 스페이서부(51)의 베이스부(41)로의 투영 영역의 면적의 약 42%이다.
도 4에 도시하는 바와 같이 원판부(52)의 하면에는, 그 하면 전체에 걸쳐, 서로 간격을 두고 하방으로 긴 다수의 돌기(보스)(56)가 마련되어 있다. 이들 각 보스(56)의 선단면은, 샤워 플레이트(42)의 상면에 접하고 있다. 또한, 각 보스(56) 및 원판부(52)를 두께 방향으로 관통하도록, 가스 도입 구멍(57a)이 뚫려있다. 가스 도입 구멍(57a)은, 제 1 가스 확산실(52a)과 연통하고 있다.
또한, 도 3에서는, 도시의 편의상, 가스 도입 구멍(57a)은 몇 개밖에 그려져 있지 않다. 그러나, 실제로는, 도 4의 각 보스(56)에 대응하도록, 다수개가 마련되어 있다. 또한, 도 3 및 도 4는 원판부의 상면 및 하면을 모식적으로 나타낸 것에 지나지 않고, 보스(55) 및 보스(56)의 크기, 각 보스간의 간격, 각 보스(55, 56)의 개수는, 각기 적절히 변경할 수 있는 것이다.
샤워 플레이트(42)는, 원판형상으로 형성된 부재이며, 두께 방향으로 다수의 가스 토출 구멍이 뚫려 있다. 가스 토출 구멍은, 예컨대 샤워 플레이트(42) 전체에 걸쳐서 매트릭스형상으로 배열되어 있다. 이들 가스 토출 구멍은, 제 1 가스 확산실(52a)에 연통하는 제 1 가스 토출 구멍(42a)과, 제 2 가스 확산실(52b)에 연통하는 제 2 가스 토출 구멍(42b)에 의해 구성되어 있다. 제 1 및 제 2 가스 토출 구멍(42a, 42b)은, 교대로 배열되어 있다.
제 1 가스 유로(41a)에 공급되는 가스는, 제 1 가스 확산실(52a) 및 가스 도입 구멍(57a)을 거쳐서, 가스 토출 구멍(42a)으로부터 샤워 형상으로 처리 공간(S)에 토출되어, 스테이지(3)상의 웨이퍼(W)에 공급된다. 또한, 제 2 가스 유로(41b)에 공급되는 가스는, 중간로(50)와 제 2 가스 확산실(52b)을 거쳐서, 가스 토출 구멍(42b)으로부터 샤워 형상으로 처리 공간(S)에 토출되어, 스테이지(3)상의 웨이퍼(W)에 공급된다. 즉, 제 1 가스 유로(41a)에 공급되는 가스와, 제 2 가스 유로(41b)에 공급되는 가스는, 샤워헤드(4)내에서는 서로 혼합되지 않는다.
다음에, 도 5는 샤워헤드(4)의 상방의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이 베이스부(41)상에는, 예컨대 알루미늄에 의해 구성된 냉각 부재(6)가 마련되어 있다.
베이스부(41)의 상면과 냉각 부재(6)의 하면은 전면에 걸쳐 밀접하도록 도시하지 않는 나사 등에 의해 고정된다. 또한, 열전도를 효율적으로 실행하기 위해서, 베이스부(41)와 냉각 부재(6)의 사이에, 카본그라파이트(carbon graphite), 금속, 세라믹 등, 고열전도율의 재질로 이루어지는 부재를 마련해도 좋다. 도 6은 냉각 부재(6)의 상면도이다. 냉각 부재(6)는, 원판형상의 베이스부(61)와, 상기 베이스부(61)의 상면에 세워진 다수의 냉각용 핀(62)에 의해 구성되어 있다. 각 냉각용 핀(fin)(62)은, 가로 방향으로 긴 판형상으로 형성되고, 냉각용 핀(62)은, 서로 평행하게 배열되어 있다.
베이스부(61)의 중앙은, 후술하는 가스 공급 블럭(81)의 접속 영역으로 되어 있다. 상기 베이스부(61)의 중앙에는, 각(角)형의 구멍(61a)이 베이스부(61)의 두께 방향으로 마련되어 있다. 이 구멍(61a)을 거쳐서, 후술하는 가스 공급 블럭(81)이, 샤워헤드(4)에 접속되어 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이 베이스부(61)상에는, 상기 베이스부(61)의 한쪽 단부로부터 그 중심을 향하도록, 냉각 가스 도입관(63)이 배치되어 있다. 냉각 가스 도입관(63)은, 베이스부(61)상을 그 직경을 따라 신장하는 냉각 가스 토출관(64)의 중앙부에 접속되어 있다. 또한, 베이스부(61)상에는, 가스 공급 블럭(81)의 접속 영역을 둘러싸도록 측관(65)이 마련되어 있다. 측관(65)의 양쪽 단부는, 냉각 가스 토출관(64)에 접속되어 있다.
냉각 가스 토출관(64) 및 측관(65)에는, 냉각용 핀(62)사이의 가로로 긴 간격에 냉각용 핀(62)의 신장 방향을 따라서 가스를 토출하기 위한 가스 분출구(냉각 가스 토출 구멍)(66)가, 각각 간격을 두고 마련되어 있다. 또한, 냉각 가스 도입관(63)에는, 냉각 가스로서 예컨대 드라이·에어가 저류(貯留)된 냉각 가스 공급원(67)이 접속되어 있다. 도면중 도면부호(V1)는 밸브이며, 제어부(100)의 전기 신호를 받아 냉각 가스 공급원(67)으로부터 냉각 가스 도입관(63)으로의 냉각 가스의 공급의 온(on), 오프(off)를 제어하게 되어 있다.
제어부(100)의 전기 신호에 의하여 밸브(V1)가 열리면, 도 7에 도시하는 바와 같이 소정의 유량의 냉각 가스가, 냉각 가스 공급원(67)으로부터 냉각 가스 도입관(63)을 거쳐서 냉각 가스 토출관(64) 및 측관(65)으로 유입되어 냉각 가스 토출 구멍(66)으로부터 토출된다. 토출된 냉각 가스는, 도면중에서 화살표로 도시하는 바와 같이, 냉각용 핀(62)을 따라 냉각 부재(6)의 주연부로 향한다. 이 때, 냉각용 핀(62) 및 베이스부(61)의 표면이, 냉각 가스의 기류에 노출되어 냉각된다. 이렇게　하여 냉각　부재(6)가 냉각되면 인접하는 샤워헤드(4)가 냉각된다.
또한, 냉각 부재(6), 냉각 가스 도입관(63), 냉각 가스 토출관(64), 측관(65) 및 냉각 가스 공급원(67)이, 특허청구의 범위에서 말하는 냉각 수단을 구성한다. 또한, 냉각 가스 도입관(63), 냉각 가스 토출관(64) 및 측관(65)이, 냉각용 가스 공급로를 구성한다.
또한, 도 8에 도시하는 바와 같이 냉각용 핀(62)의 상부에는, 알루미늄으로　이루어지는 판형상　부재(70)를 거쳐서 샤워헤드용 가열 수단인 원판형상의 샤워헤드용 히터(71)가 마련되어 있다. 이 히터(71)는, 판형상　부재(70) 및 냉각 부재(6)를 거쳐서, 샤워헤드(4)를 가열하는　것이 가능하다. 샤워　헤드용 히터(71)는, 예컨대, 발열 저항체(72)를 상하에서 절연재인 고무시트(73)로 끼운 구성을 가진다. 도면중 도면부호(74)는 예컨대 알루미늄으로　이루어지는 판형상　부재이다. 샤워헤드용 히터(71)로서는, 금속판에 발열 저항체가 매설된 것을 이용하여도 좋다. 단지, 장치의 경량화를 도모하는 관점에서는 상술한 바와 같은 구성을 채용하는 것이 바람직하다．　
샤워헤드(4)의 온도 검출 센서(4A)로부터 전기 신호를 받은 제어부(100)는, 그 온도 검출 센서(4A)의 검출값이 예컨대 미리 설정된 온도가 되도록, 샤워헤드용 히터(71)에 전기 신호를 송신하여, 상기 히터(71)의 출력을 조정한다. 샤워헤드용 히터(71)는, 이러한 제어부(100)의 제어하에서 냉각 부재(6)를 거쳐서 샤워헤드(4)를 가열한다.
샤워헤드용 히터(71)로부터 발생하는 열과 기술한 냉각 부재(6)의 냉기(냉열)에 의해, 샤워헤드(4)의 처리 공간(S)에 면하는 표면에 있어서 TiN막의 성막을 억제할 수 있는 한편, 처리 공간(S)에 있어서 웨이퍼(W)에 양호한 성막 처리가 실행되는 온도 제어가 이루어질 수 있다. 또한, 성막 처리중에 있어서, 샤워헤드(4) 표면에의 TiN막의 형성을 막기 위해서는 그 표면의 온도는 185℃ 이하로 제어되는 것이 바람직하다.
베이스부(41)의 상부 중앙에는 가스 공급 블럭(81)이 마련되어 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이 가스 공급 블럭(81)에는, 제 1 가스 공급관(81a) 및 제 2 가스 공급관(81b)이 마련되어 있다.
제 1 가스 공급관(81a)의 한쪽 단부가 제 1 가스 유로(41a)에 접속되어 있다. 그리고, 제 1 가스 공급관(81a)의 다른쪽 단부가, 분기하고, 제 1 처리 가스인 NH3 가스가 저류된 가스 공급원(82)과, 캐리어 가스인 N2(질소) 가스가 저류된 가스 공급원(83)에 접속되어 있다.
또한, 제 2 가스 공급관(81b)의 한쪽 단부가, 제 2 가스 유로(41b)에 접속되어 있다. 그리고, 제 2 가스 공급관(81b)의 다른쪽 단부가, 분기하고, 제 2 처리 가스인 TiCl4 가스가 저류된 가스 공급원(84), 캐리어 가스인 N2 가스가 저류된 가스 공급원(85) 및 크리닝 가스인 ClF3 가스가 저류된 가스 공급원(86)에 접속되어 있다.
또한, 각 가스 공급관(81a, 81b)에는, 밸브 및 매스플로우 컨트롤러 등에 의해 구성된 가스 공급 기기군(87)이 개설되어 있다. 이 가스 공급 기기군(87)은, 후술하는 제어부(100)로부터의 제어 신호를 수신하고, 각 처리 가스의 공급의 온, 오프를 제어하도록 되어 있다. 또한, 각 가스 공급원(82 내지 86), 각 가스 공급관(81a, 81b) 및 가스 공급 기기군(87)이, 특허청구의 범위에서 말하는 가스 공급 기구에 상당한다.
도 9는 성막 장치(1)의 상면을 나타낸 사시도이다. 도 1 및 도 9에 도시하는 바와 같이 챔버(2)상에는, 판부재(2b)를 거쳐서, 냉각 부재(6) 및 샤워헤드용 히터(71)를 수납하는 하우징인 커버(27)가 마련되어 있다. 도 1에 있어서 도면부호(27a)는 커버(27)에 둘러싸여지는 배기 공간이다. 커버(27)의 상부에는, 배기 공간(27a)에 개구하는 배기구(28a)가 마련되어 있다. 배기구(28a)에는, 배기관(29)의 한쪽 단부가 접속되어 있다. 배기관(29)의 다른쪽 단부는 배기 수단(29a)에 접속되어 있다.
냉각 가스의 토출 구멍(66)으로부터 토출되는 냉각 가스는, 냉각 부재(6)를 냉각한 후, 배기 공간(27a)을 거쳐서 배기 수단(29a)에 의해 배기관(29)으로부터 제거된다.
본 실시의 형태의 성막 장치(1)에는, 예컨대 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 마련되어 있다. 제어부(100)는, 프로그램, 메모리, CPU로 이루어지는 데이터 처리부 등을 구비하고 있다. 상기 프로그램에서는, 제어부(100)가 성막 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 보내어 후술하는 각 작용을 실시함으로써, 웨이퍼(W)에 대하여 TiN막을 성막할 수 있게 하는 명령이 구성되어 있다. 또한, 예컨대 메모리에는, 처리 압력, 처리 시간, 가스 유량, 전력값 등의 처리 파라미터의 값(레시피)이 입력되는 영역이 마련되어 있다. CPU가 상기 프로그램의 각 명령을 실행할 때에는, 이들 처리 파라미터가 읽혀내어져 상기 파라미터 값에 따른 제어 신호가, 성막 장치(1)의 각 부에 보내지게 되어 있다.
이 프로그램(처리 파라미터의 입력용 화면에 관련되는 프로그램도 포함함)은, 예컨대, 플렉시블 디스크, 컴팩트 디스크, MO(광자기 디스크) 등에 의해 구성되는 기억 매체인 기억부(101)에 저장되어 있어 제어부(100)에 적절히 인스톨된다.
계속해서, 상술한 성막 장치(1)의 작용으로서, 웨이퍼(W) 표면에 TiN막을 성막하는 성막 방법에 대해서, 도 10을 참조하면서 설명한다.
우선, 배기 수단(25)에 의해, 챔버(2)내가 진공배기된다. 그리고, 가스 공급원(83)으로부터, 불활성 가스인 N2 가스가, 소정의 유량으로 챔버(2)내에 공급된다. 또한, 이 때, 웨이퍼용 히터(32)에 의해, 스테이지(3)가 소정의 온도 예컨대600℃~700℃ 정도까지 가열된다. 또한, 챔버(2)의 도시하지 않은 히터도 가열되어, 챔버(2)내가 소정의 온도로 유지된다.
웨이퍼용 히터(32) 및 챔버(2)의 상기 도시하지 않은 히터의 승온후, 냉각 가스 공급원(67)으로부터 냉각 가스가 냉각 가스 토출관(64)에 예컨대 유량 150L/min으로 공급된다. 이 냉각 가스는, 냉각 가스 토출 구멍(66)으로부터 토출 되어서 냉각 부재(6)가 냉각된다(스텝 S1). 또한, 예컨대 냉각 가스의 공급과 대략 동시에 배기 수단(29a)이 작동하여, 배기 공간(27a)이 배기된다.
냉각 가스의 공급이 개시된 후, 가스 샤워헤드용 히터(71)가 승온하여, 냉각 부재(6)를 거쳐서 샤워헤드(4)가 가열된다. 여기에서, 예컨대 온도 검출 센서(4A)에 의해 검출되는 온도가 소정의 값, 예컨대 165℃로 유지되도록 샤워헤드(4)의 온도가 제어된다(스텝 S2).
그 후, 게이트 밸브(23)를 열 수 있게 되어, 도시되지 않는 반송 아암에 의해, 웨이퍼(W)가 챔버(2)내에 반입된다. 그리고, 상기 반송 아암과 웨이퍼 지지핀(33)의 협동작업에 의해, 웨이퍼(W)가 스테이지(3)의 상면에 탑재되어 게이트 밸브(23)를 닫을 수 있다(스텝 S3).
스테이지(3)에 탑재된 웨이퍼(W)는, 소정의 온도로 가열된다(스텝 S4).
도 11은 웨이퍼(W)상에 TiN막의 박막을 형성하는 공정에 있어서의 가스 공급의 온, 오프와 압력의 제어를 시계열에 따라 나타내는 그래프이다. 스테이지(3)에 탑재된 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열되어, 챔버(2)내의 온도가 소정의 온도로 유지되고, 또한, 챔버(2)내의 압력이 예컨대 260Pa에 유지되면, 도 11에 도시하는 바와 같이 시간 t1에 있어서 양 처리 가스의 공급이 온(ON)이 된다. 그리고, 시간 t1에서 t2에 이르기까지, 예컨대 TiCl4 가스와 NH3 가스가 각기 소정의 유량으로 챔버(2)내에 공급된다. 이들 TiCl4 가스와 NH3 가스는 하기의 (1)식과 같이 반응하여 웨이퍼(W)의 표면에 TiN막이 성막된다(스텝 S5).
6TiCl4+8NH3 　→ 6TiN+24HCl+N2 ··· (1)
계속해서, 시간 t2에서, TiCl4 가스 및 NH3 가스의 공급이 정지되어, 챔버(2)내에 잔류한 미반응의 가스나 반응 부생성물이 제거된다. 이 때에는, 퍼지 가스로서 예컨대 N2 가스가 공급되어도 좋다. 그 후, TiCl4 가스의 공급이 정지된채 NH3 가스의 공급이 소정의 유량으로 소정 시간 실행된다(상세하게는, NH3 가스에 더해, 그 캐리어 가스로서 N2 가스도 공급됨). 이에 따라, 웨이퍼(W)상에 성막된 TiN 내에 포함되는 잔류염소가 NH3 가스에 의해 환원된다. 이 환원 반응에 의해 발생한 염화물은 챔버(2)내로부터 제거된다.
그리고, NH3 가스의 공급이 정지되어, 상기 챔버(2)내의 잔류 NH3 가스가 배기된다. 이 때, 예컨대 N2 가스가 공급되어도 좋다. 이상으로, 시간 t3에 이른 시점에서, 1 사이클이 종료한다.
그 후, 시간 t1에서 시간 t3에 이르기까지 실행된 것과 동일한 스텝군이 반복 실행된다. 예컨대, 시간 t1~t3까지의 스텝군이 10 사이클 이상, 바람직하게는 30 사이클 이상, 원하는 TiN막을 얻을 수 있을 때까지 반복된다. 이 사이클수에 대해서는, 1 사이클에서 형성되는 박막의 막두께에 의해 적절히 조정된다.
웨이퍼(W) 표면에의 TiN막의 형성 완료 후, TiCl4 및 NH3의 양 처리 가스의 공급이 정지되고, 소정 시간 챔버(2)내의 퍼지가 실행된다. 그런 뒤에 NH3 가스를 캐리어 가스인 N2 가스와 함께 챔버(2)내에 공급하여 웨이퍼(W)상의 TiN막 표면의 질화 처리가 실행된다. 이렇게 하여 소정 매수의 웨이퍼(W)에 대하여, 동일한 공정으로 반복하여 성막 처리가 실행된다.
소정매수의 웨이퍼(W)에의 성막 처리후, 챔버(2)내에 부착된 불필요한 성막물을 제거하기 위해, 상기 챔버(2)내에 ClF3 가스가 공급되어 클리닝이 실행된다.
상술한 성막 장치(1)에 의하면, 샤워헤드(4)의 상방에 냉각 가스에 의해 냉각되는 냉각 부재(6)가 마련되고, 또한 그 위에 샤워헤드용 히터(71)가 마련되어 있다. 이 때문에, 처리 공간(S)측에서 웨이퍼용 히터(32)에 의해 복사되는 열이나 챔버(2)의 도시하지 않는 가열 수단으로부터 복사되는 열에 의해 샤워헤드(4)의 온도가 지나치게 승온되는 사태가, 샤워헤드(4)의 바로위에 마련된 냉각 부재(6)의 냉각 작용에 의해 억제된다. 그리고, 냉각 부재(6)의 상방의 샤워헤드용 히터(71)를 보조적으로 활용함으로써 냉각 작용의 정도를 조정할 수 있으므로, 처리 공간(S)에 면하는 샤워헤드 표면의 온도를 설정 온도로 정밀도 높게 컨트롤 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)사이에서 균일성 높은 TiN막의 성막 처리를 실행할 수 있다.
또한, 처리 가스의 제 1 확산실(52a)을 구성하는 스페이서부(51)의 상면에는, 다수의 보스(55)가 마련되어 있고, 또한, 처리 가스의 제 2 확산실을 구성하는 스페이서부(51)의 하면에도, 다수의 보스(56)가 마련되어 있다. 그리고, 보스(55)는 베이스부(41)에 접하고 있고, 보스(56)는 샤워 플레이트(42)에 접하고 있다. 이에 의해, 베이스부(41)와 스페이서부(51)의 사이 또는 스페이서부(51)와 샤워 플레이트(42)의 사이에서 열전도가 효율적으로 실행된다. 이에 의해서도, 스페이서부(51) 및 샤워 플레이트(42) 표면의 온도를 보다 높은 정밀도로 설정 온도로 제어할 수 있다.
또한, 냉각 수단으로서는, 상술한 성막 장치와 같이 냉각 부재(6) 및 가스 토출관(64) 등을 마련하는 대신에, 예컨대 내부에 통풍실을 마련한 블럭을 샤워헤드(4)와 히터(71)의 사이에 설치하여, 상기 통풍실에 냉각 가스를 유통시키는 구성을 채용해도 좋다. 또는, 냉각 수단으로서는, 펠티에(peltier)소자에 의해 구성된 냉각 부재를 이용해도 좋다.
또는, 예컨대 냉각액이 통류하는 유로가 표면에 마련된 플레이트가 냉각 수단으로서 샤워헤드(4)상에 마련되어도 좋다. 단지, 기술한 실시의 형태와 같이 냉각 가스를 이용하는 냉각 수단을 마련하는 구성쪽이, 냉각액의 통류를 위한 배관의 둘러침이 불필요하여, 성막 장치(1)를 구성하는 부품의 레이아웃의 자유도가 높아짐과 동시에 장치의 대형화를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 상술의 실시예에 있어서, 각 냉각용 핀(62)은 세워져 마련되어 각 핀(62)사이의 간격에 냉각 가스가 통류되는 구성이기 때문에 냉각 가스에 노출되는 냉각 부재(6)의 표면적을 크게 잡을 수 있는 한편, 냉각 부재(6)의 바닥면적을 억제할 수 있다. 따라서, 장치의 대형화를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 상술한 성막 공정에서는 처리 가스를 펄스적으로 챔버(2)내에 도입하는 사이클이 반복적으로 실행되어 막이 단계적으로 적층되지만, 처리 가스를 연속적으로 공급하는 CVD 성막 처리가 실행되어도 좋다. 또한, TiCl4 가스 및 NH3 가스를 동시에 챔버(2)내에 공급하는 것이 아니라, 각기 교대로 공급함으로써 처리 공간(S)의 분위기를 TiCl4 가스에 의한 분위기와 NH3 가스에 의한 분위기로 교대로 여러번 전환하여 웨이퍼(W)상에의 Ti원자층(또는 분자층)의 형성과 질화를 교대로 실행하도록 하여 TiN막을 형성해도 좋다.
또한, 예컨대 샤워헤드(4)에 고주파를 인가하고, 챔버(2)내에 플라즈마를 발생시켜, 그 플라즈마의 에너지와 웨이퍼용 히터(32)의 열에너지를 이용하여 웨이퍼(W)에 성막을 실행해도 좋다.
또한, 상기 실시의 형태에서는, TiN막의 성막 처리를 예로 들어 설명했지만, 이에 한하지 않고, 성막 장치(1)는, Ti막 등 다른 막의 CVD 성막 처리에 적용할 수도 있다.
또한, 상술한 성막 장치(1)의 샤워헤드(4)와, 그 상방의 냉각 부재(6) 및 상기 냉각 부재(6)에 냉각 가스를 공급하기 위한 각 배관과, 히터(71)로 이루어지는 가스 공급 장치를 발명으로서 파악해도 좋다.
또한, 성막 장치(1)를 포함하는 본 발명의 성막 장치, 또는, 상기 가스 공급 장치는, SFD와 같이 스테이지 히터 등의 처리 공간측으로부터의 열에 의해 샤워헤드(4)의 온도가 제어 대상 온도보다도 높아져버리는 처리를 실행할 경우에 특히 유효하다.
(실시예)
계속해서, 본 발명의 효과를 확인하기 위해서, 이하의 실시예 및 비교예가 검증되었다.
이하의 실시예에 있어서는, 기술한 성막 장치(1)가 이용되었다. 한편, 비교예에 있어서는, 도 12에 나타내는 종래예의 성막 장치(9)가 이용되었다. 여기에서, 성막 장치(9)는, 이하에 설명하는 상위(相違)점을 제외하고는 성막 장치(1)와 대략 동일하게 구성된 것이다. 도 12에 있어서, 성막 장치(1)와 동일한 구성을 가지는 각 부에 대해서는, 성막 장치(1)에 대하여 이용한 부호와 동일한 부호를 이용하고 있다. 또한, 성막 장치(9)에 마련되는 제어부의 도시는 생략되어 있지만, 성막 장치(9)의 제어부도, 제어부(100)와 동일하게 웨이퍼(W)에 TiN 막이 성막되도록 성막 장치(9)의 각 부를 제어하게 되어 있다.
성막 장치(1)와의 상위점으로서, 성막 장치(9)에 있어서는, 샤워헤드(104)의 상방에 냉각 부재(6) 및 커버(27) 등이 마련되어 있지 않다. 그 대신에, 히터(91)가 샤워헤드(104)상에 적층되어 있다. 또한, 히터(91)상에 단열재(92)가 적층되어 있다.
또한, 성막 장치(9)의 샤워헤드(104)는, 전술한 구성을 가지는 스페이서부(51) 대신에, 종래의 구성을 가지는 스페이서부(93)가 마련되어 있다. 스페이서부(93)의 구성에 대해서 도 13을 이용하여 설명한다. 도 13은 도 12의 성막 장치(9)의 샤워헤드(104)를 구성하는 스페이서부(93)의 상면을 나타내는 사시도이다. 도 13에 도시하는 바와 같이 스페이서부(93)의 원판부(152)의 상면에는 보스가 마련되어 있지 않다. 그 대신에, 원판부(152)의 직경 방향을 따라 서로 직교하는 2개의 리브(94)가 마련되어 있다. 리브(94)의 상면이, 베이스부(41)의 하면에 밀착되어 있다. 스페이서부(93)의 직경은, 성막 장치(1)의 스페이서부(51)의 직경과 동일한 340mm이지만, 스페이서부(93)에 있어서 베이스부(41)에 접하는 면적의 합계는 276cm2이다. 이것은, 스페이서부(93)의 베이스부(41)에의 투영 영역 면적의 약 30%에 상당하고, 스페이서부(51)가 베이스부(41)에 접하는 면적보다 작다.
(실시예 1-1)
성막 장치(1)를 이용하여, 본 발명의 실시의 형태로서 전술한 순서에 따라 웨이퍼(W)에 대하여 TiN막의 성막이 실행되었다. 성막 처리중, 히터(71)의 온도는 165℃로 설정되고, 냉각 가스 공급원(67)으로부터 냉각 부재(6)에 공급되는 냉각 가스의 유량은 150L/min로 설정되었다. 또한, 샤워헤드(4)의 표면에(처리 공간(S)과 접하는 면에) 열전쌍으로 이루어지는 온도 검출 센서(TC)가 일시적으로 붙여져, 스테이지(3)의 웨이퍼용 히터(32)의 온도를 변경하면서 상기 온도 검출 센서(TC)에 의해 검출되는 샤워헤드(4)의 온도를 조사할 수 있었다.
(비교예 1-1)
성막 장치(9)를 이용하여, 웨이퍼(W)에 대하여 TiN막의 성막이 실행되었다. 성막 처리중, 스테이지(3)의 웨이퍼용 히터(32)의 설정 온도를 변경하면서, 샤워헤드(104)의 표면에 부착된 온도 검출 센서(TC)에 의해 검출되는 상기 샤워헤드(104)의 온도를 조사할 수 있었다. 단지, 샤워헤드(104)상의 히터(91)의 설정 온도는 170℃가 되었다.
도 14a는 실시예 1-1 및 비교예 1-1의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 14a의 그래프에 도시하는 바와 같이 스테이지(3)의 히터(32)의 온도가 높게 설정되면, 실시예 1-1에 비해 비교예 1-1에 있어서, 샤워헤드(104)의 표면의 온도 검출 센서(TC)에 의해 검출되는 온도가 급격히 높아져 있다. 따라서, 이 그래프에서, 실시예 1-1에 있어서의 처리 공간(S)에 면하는 샤워헤드(4)의 표면 온도는, 비교예 1-1에 있어서의 샤워헤드(104)의 표면 온도에 비해 억제되고 있다고 말할 수 있다.
또한, 실시예 1-1의 그래프의 기울기는, 비교예 1-1의 그래프의 기울기에 비해 작다. 이것으로부터, 실시예 1-1에서는, 비교예 1-1에 비해 샤워헤드의 온도상승이 억제되고 있다고 말할 수 있다.
(실시예 1-2)
성막 장치(1)에 있어서, 처리 공간(S)에 면하는 샤워헤드(4)의 표면에, TiN막이 미리 형성(프리 코트(pre-coat))되었다. 그러한 성막 장치(1)를 이용하여, 실시예 1-2로서, 본 발명의 실시의 형태로서 전술한 순서에 따라 웨이퍼(W)에 대하여 TiN막의 성막이 실행되었다. 성막 처리의 각종 조건은, 실시예 1-1과 동일하게 하고, 또한, 샤워헤드(4)의 표면에(처리 공간(S)과 접하는 면에) 열전쌍으로 이루어지는 온도 검출 센서(TC)가 일시적으로 부착되어 스테이지(3)의 웨이퍼용 히터(32)의 온도를 변경하면서 상기 온도 검출 센서(TC)에 의해 검출되는 샤워헤드(4)의 온도를 조사할 수 있었다.
(비교예 1-2)
실시예 1-2와 동일하게, 성막 장치(9)에 있어서, 처리 공간(S)에 면하는 샤워헤드(104) 표면에, TiN막이 미리 형성(프리 코트)되었다. 그러한 성막 장치(9)를 이용하여, 웨이퍼(W)에 대하여 TiN막의 성막이 실행되었다. 성막 처리의 각종 조건은, 비교예 1-1과 동일하게 되고, 또한, 스테이지(3)의 웨이퍼용 히터(32)의 설정 온도를 변경하면서, 샤워헤드(104)의 표면에 부착된 온도 검출 센서(TC)에 의해 검출되는 상기 샤워헤드(104)의 온도를 조사할 수 있었다.
도 14b는 실시예 1-2 및 비교예 1-2의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 14b의 그래프에 도시하는 바와 같이 실시예 1-2에 비해 비교예 1-2에 있어서, 상기 온도 검출 센서(TC)에 의해 검출되는 샤워헤드(4)의 온도는 높아져 있다. 따라서, 이 그래프로부터, 실시예 1-2에 있어서의 샤워헤드(4)의 표면 온도는, 비교예 1-2의 샤워헤드(104)의 표면 온도에 비해 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 14b의 그래프의 600℃~700℃ 부근의 온도 범위에 있어서, 실시예 1-2의 그래프의 기울기는, 비교예 1-2의 그래프의 기울기에 비해서 작다. 이것으로부터, 이 온도 범위에 있어서, 실시예 1-2에서는, 비교예 1-2에 비해 샤워헤드의 온도 상승이 억제되고 있다고 말할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 2에서는, 기술한 성막 장치(1)를 이용하여, 본 발명의 실시의 형태로서 전술한 순서에 따라 500장의 웨이퍼(W)에 대하여 순차적으로 TiN막의 성막이 실행되었다. 이들 성막 처리시에 있어서, 온도 검출 센서(4A)가 나타내는 샤워헤드(4)의 온도의 변화와, 상기 샤워헤드(4)상의 히터(71)의 출력이 모니터 되었다. 또한, 제어부(100)의 프로그램은, 성막 처리중에 있어서 센서(4A)의 온도가 165℃로 유지될 수 있도록 히터(71)의 온도가 조정되도록 설정되어 있었다.
(비교예 2)
비교예 2에서는, 기술한 성막 장치(9)를 이용하여, 본 발명의 실시의 형태로서 전술한 순서에 따라, 500장의 웨이퍼(W)에 대하여 순차적으로 TiN막의 성막이 실행되었다. 이들 성막 처리시에 있어서, 온도 검출 센서(온도 검출 센서(4A)와 동일하게 마련됨)가 나타내는 샤워헤드(104)의 온도의 변화와, 상기 샤워헤드(104)상의 히터(91)의 출력이 모니터 되었다. 또한, 성막 장치(9)의 제어부의 프로그램은, 성막 처리중에 있어서 상기 온도 검출 센서의 온도가 170℃로 유지될 수 있도록 히터(91)의 온도가 조정되도록 설정되어 있었다.
도 15a는 실시예 2 및 비교예 2의 모니터된 온도를 나타내고 있다. 실시예 2에서는, 설정대로의 온도 165℃로 추이(推移)하고 있다. 이에 반해, 비교예 2에서는, 처리 개시 직후에 설정된 온도 170℃를 넘어 그 후, 시간이 경과함에 따라서 더욱 더 온도가 상승하고 있다.
도 15b는 실시예 2의 히터(71)의 출력 및 비교예 2의 히터(91)의 출력을 나타내고 있다. 도 15b의 그래프의 가로축에 나타내는 시간은, 도 15a의 그래프의 가로축에 나타내는 시간에 대응하고 있다. 도 15b의 그래프에 도시하는 바와 같이 실시예 2의 히터(71)의 출력은, 처리 개시 직후에 90% 정도로 상승한 후, 50% 정도로 하강하여, 상기 50% 주변에서 안정하고 있다. 이에 반해, 비교예 2에 있어서는, 개시 직후부터 출력이 저하하여, 거의 0%로 되어 있다.
도 15a 및 도 15b의 그래프로부터, 실시예 2에 있어서는, 냉각 부재(6) 및 히터(71)에 의해 샤워헤드(4)를 안정적으로 온도 제어할 수 있는 것을 알 수 있다. 이 때문에, 샤워헤드(4)의 처리 공간(S)에 대향하는 표면의 온도가 알맞게 제어되어, 그 표면에 있어서의 TiN막의 성막을 억제할 수 있다. 한편, 비교예 2에 있어서는, 히터(71)의 출력이 제로이더라도, 샤워헤드(104)의 온도는 계속해서 상승하고 있다. 즉, 샤워헤드(104)의 온도가 충분히 제어되어있지 않음을 알 수 있다.

Claims (23)

  1. 기판에 대하여 성막 처리를 실시하기 위한 처리 공간을 구획하는 챔버와,
    상기 챔버내에 마련되어, 상기 기판을 탑재하기 위한 스테이지와,
    상기 스테이지에 마련된 상기 기판을 가열하기 위한 기판용 가열 수단과,
    상기 스테이지에 대향하여 마련된 다수의 가스 토출 구멍을 가지는 샤워헤드와,
    상기 샤워헤드를 거쳐서 상기 챔버내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 샤워헤드의 상방에 마련된, 상기 샤워헤드를 냉각하는 냉각 수단과,
    상기 냉각 수단의 상방에 마련된, 상기 냉각 수단을 거쳐서 상기 샤워헤드를 가열하는 샤워헤드용 가열 수단을 구비하며,
    상기 냉각 수단은 복수의 냉각용 핀과, 상기 냉각용 핀에 냉각용 가스를 공급하는 냉각용 가스 공급로를 갖고 있으며,
    상기 복수의 냉각용 핀의 각각은 가로 방향으로 연장되는 판형상으로 세워져 있고,
    상기 냉각용 가스 공급로는, 상기 복수의 냉각용 핀의 사이의 가로 방향으로 연장하는 간격에 냉각용 가스를 통류시키기 위해, 가스 분출구를 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 냉각용 핀은 서로 평행히 배열되고 있고,
    상기 가스 분출구는 상기 간격의 한쪽 단부측에서 다른쪽을 향해 냉각용 가스를 통류시키기 위해 상기 한쪽 단부측에 개구하는 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각 수단 및 상기 샤워헤드용 가열 수단은 배기구를 구비한 하우징내에 수납되어 있는 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 상기 다수의 가스 토출 구멍에 연통하는 가스 확산실을 갖고 있고,
    상기 가스 확산실에는, 상기 샤워헤드의 상면측부와 하면측부의 사이의 열전도를 위한 다수의 기둥부가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 샤워헤드의 하면에 대응하는 온도를 검출하기 위한 온도 검출부와,
    상기 온도 검출부의 온도 검출값에 근거하여, 상기 샤워헤드용 가열 수단을 제어하는 제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 가스 공급 기구는, 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스를, 동시에 또는 따로따로, 다수의 사이클로 분할하여 처리 공간에 공급하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 처리 가스는 티탄 화합물의 가스이고,
    상기 제 2 처리 가스는 암모니아 가스인 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  9. 기판에 대하여 성막 처리를 실시하기 위한 처리 공간을 구획하는 챔버와,
    상기 챔버내에 마련되어, 상기 기판을 탑재하기 위한 스테이지를 구비한 성막 장치에 내장되어 이용되는 가스 공급 장치에 있어서,
    상기 스테이지에 대향하여 마련된 다수의 가스 토출 구멍을 가지는 샤워헤드와,
    상기 샤워헤드의 상방에 마련된, 상기 샤워헤드를 냉각하는 냉각 수단과,
    상기 냉각 수단의 상방에 마련된, 상기 냉각 수단을 거쳐서 상기 샤워헤드를 가열하는 샤워헤드용 가열 수단을 구비하며,
    상기 냉각 수단은 복수의 냉각용 핀과, 상기 냉각용 핀에 냉각용 가스를 공급하는 냉각용 가스 공급로를 갖고 있으며,
    상기 복수의 냉각용 핀의 각각은 가로 방향으로 연장되는 판형상으로 세워져 있고,
    상기 냉각용 가스 공급로는, 상기 복수의 냉각용 핀의 사이의 가로 방향으로 연장하는 간격에 냉각용 가스를 통류시키기 위해, 가스 분출구를 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    가스 공급 장치.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 냉각용 핀은 서로 평행히 배열되고 있고,
    상기 가스 분출구는 상기 간격의 한쪽 단부측에서 다른쪽을 향해 냉각용 가스를 통류시키기 위해 상기 한쪽 단부측에 개구하는 것을 특징으로 하는
    가스 공급 장치.
  12. 제 9 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각 수단 및 상기 샤워헤드용 가열 수단은 배기구를 구비한 하우징내에 수납되어 있는 것을 특징으로 하는
    가스 공급 장치.
  13. 제 9 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 상기 다수의 가스 토출 구멍에 연통하는 가스 확산실을 갖고 있고,
    상기 가스 확산실에는, 상기 샤워헤드의 상면측부와 하면측부의 사이의 열전도를 위한 다수의 기둥부가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
    가스 공급 장치.
  14. 제 9 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 샤워헤드의 하면에 대응하는 온도를 검출하기 위한 온도 검출부와,
    상기 온도 검출부의 온도 검출값에 근거하여, 상기 샤워헤드용 가열 수단을 제어하는 제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는
    가스 공급 장치.
  15. 기판에 대하여 성막 처리를 실시하기 위한 처리 공간을 구획하는 챔버와, 상기 챔버내에 마련되어, 상기 기판을 탑재하기 위한 스테이지와, 상기 스테이지에 마련된 상기 기판을 가열하기 위한 기판용 가열 수단과, 상기 스테이지에 대향하여 마련된 다수의 가스 토출 구멍을 가지는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드를 거쳐서 상기 챔버내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 샤워헤드의 상방에 마련된, 상기 샤워헤드를 냉각하는 냉각 수단과, 상기 냉각 수단의 상방에 마련된, 상기 냉각 수단을 거쳐서 상기 샤워헤드를 가열하는 샤워헤드용 가열 수단을 구비하는 성막 장치로서, 상기 냉각 수단은 복수의 냉각용 핀과, 상기 냉각용 핀에 냉각용 가스를 공급하는 냉각용 가스 공급로를 갖고 있으며, 상기 복수의 냉각용 핀의 각각은 가로 방향으로 연장되는 판형상으로 세워져 있고, 상기 냉각용 가스 공급로는, 상기 복수의 냉각용 핀의 사이의 가로 방향으로 연장하는 간격에 냉각용 가스를 통류시키기 위해, 가스 분출구를 갖고 있는, 상기 성막 장치를 이용하여 기판에 성막 처리를 실시하는 방법에 있어서,
    기판을 스테이지상에 탑재하는 공정과,
    상기 기판을 상기 기판용 가열 수단에 의해 가열하는 공정과,
    상기 가스 공급 기구에 의해 상기 샤워헤드를 거쳐서 상기 챔버내에 처리 가스를 공급하는 공정과,
    상기 샤워헤드의 상방에 마련된 상기 냉각 수단에 의해 상기 샤워헤드를 냉각하는 공정과,
    상기 냉각 수단의 상방에 마련된 상기 샤워헤드용 가열 수단에 의해 상기 냉각 수단을 거쳐서 상기 샤워헤드를 가열하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 냉각 수단에 의해 상기 샤워헤드를 냉각하는 공정은 상기 냉각용 핀에 상기 냉각용 가스를 공급하는 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 성막 장치는,
    상기 샤워헤드의 하면에 대응하는 온도를 검출하기 위한 온도 검출부와,
    상기 온도 검출부의 온도 검출값에 근거하여, 상기 샤워헤드용 가열 수단을 제어하는 제어부를 더 구비하고,
    상기 성막 방법은,
    상기 온도 검출부에 의해 상기 샤워헤드의 하면에 대응하는 온도를 검출하는 공정과,
    상기 제어부에 의해, 상기 온도 검출부의 온도 검출값에 근거하여, 상기 샤워헤드용 가열 수단을 제어하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 가스 공급 기구에 의해 상기 샤워헤드를 거쳐서 상기 챔버내에 처리 가스를 공급하는 공정은,
    제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스를 동시에 또는 따로따로, 다수의 사이클로 분할하여 처리 공간에 공급하여, 박막의 성분층을 기판에 포개어 적층하는 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 처리 가스는 티탄 화합물의 가스이고,
    상기 제 2 처리 가스는 암모니아 가스인 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  23. 기판에 대하여 성막 처리를 실시하기 위한 처리 공간을 구획하는 챔버와, 상기 챔버내에 마련되어, 상기 기판을 탑재하기 위한 스테이지와, 상기 스테이지에 마련된 상기 기판을 가열하기 위한 기판용 가열 수단과, 상기 스테이지에 대향하여 마련된 다수의 가스 토출 구멍을 가지는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드를 거쳐서 상기 챔버내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 샤워헤드의 상방에 마련된, 상기 샤워헤드를 냉각하는 냉각 수단과, 상기 냉각 수단의 상방에 마련된, 상기 냉각 수단을 거쳐서 상기 샤워헤드를 가열하는 샤워헤드용 가열 수단을 구비하는 성막 장치로서, 상기 냉각 수단은 복수의 냉각용 핀과, 상기 냉각용 핀에 냉각용 가스를 공급하는 냉각용 가스 공급로를 갖고 있으며, 상기 복수의 냉각용 핀의 각각은 가로 방향으로 연장되는 판형상으로 세워져 있고, 상기 냉각용 가스 공급로는, 상기 복수의 냉각용 핀의 사이의 가로 방향으로 연장하는 간격에 냉각용 가스를 통류시키기 위해, 가스 분출구를 갖고 있는, 상기 성막 장치를 이용하여 기판에 성막 처리를 실시하는 방법에 있어서,
    제 15 항, 제 16 항, 제 20 항, 제 21 항 또는 제 22 항중 어느 한 항에 기재된 성막 방법을 컴퓨터에 실시시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 컴퓨터 프로그램을 구비한 것을 특징으로 하는
    기억 매체.
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