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KR101758433B1 - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

성막 장치 및 성막 방법 Download PDF

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KR101758433B1
KR101758433B1 KR1020140128969A KR20140128969A KR101758433B1 KR 101758433 B1 KR101758433 B1 KR 101758433B1 KR 1020140128969 A KR1020140128969 A KR 1020140128969A KR 20140128969 A KR20140128969 A KR 20140128969A KR 101758433 B1 KR101758433 B1 KR 101758433B1
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film forming
liner
substrate
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히데키 이토
구니히코 스즈키
히데카즈 츠치다
이사호 가마타
마사히코 이토
히로아키 후지바야시
마사미 나이토
아유무 아다치
고이치 니시카와
Original Assignee
가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
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Abstract

성막 장치는, 기판 상에 성막(成膜)을 행하는 성막실과, 상기 성막실의 측벽 내측에 설치되는 원통형의 라이너와, 상기 성막실의 상부에 형성되고, 상기 라이너의 내측에 프로세스 가스를 공급하는 제1 가스 분출 구멍을 갖는 프로세스 가스 공급부와, 상기 성막실 내에서 상기 라이너의 외측에 설치되고, 상기 기판을 상방으로부터 가열하는 제1 히터와, 상기 기판을 하방으로부터 가열하는 제2 히터와, 상기 제1 가스 분출 구멍보다도 상기 성막실의 측벽측에 실드 가스를 공급하는 복수의 제2 가스 분출 구멍을 갖는 실드 가스 공급부를 구비한다.

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}
본 발명의 실시형태는, 주로 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
종래부터, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor: 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터) 등의 파워 디바이스와 같이, 비교적 막 두께가 큰 결정막을 필요로 하는 반도체 소자의 제조 공정에서는, 웨이퍼 등의 기판에 단결정 박막을 기상 성장시켜 성막(成膜)하는 에피택셜 성장 기술이 이용된다.
에피택셜 성장 기술에 사용되는 성막 장치에서는, 상압 또는 감압으로 유지된 성막실의 내부에, 예컨대, 웨이퍼를 배치한다. 그리고, 이 웨이퍼를 가열하면서 성막실 내에, 성막을 위한 원료가 되는 가스(이하, 간단히 원료 가스라고도 말한다)를 공급한다. 그러면, 웨이퍼의 표면에서 원료 가스의 열분해 반응 및 수소 환원 반응이 일어나, 웨이퍼 상에 에피택셜막이 성막된다.
막 두께가 큰 에피택셜 웨이퍼를 높은 수율로 제조하기 위해서는, 균일하게 가열된 웨이퍼의 표면에 새로운 원료 가스를 차례로 접촉시켜, 기상 성장의 속도를 향상시킬 필요가 있다. 그래서, 웨이퍼를 고속으로 회전시키면서 에피택셜 성장시키는 것이 행해지고 있다(예컨대, 일본 특허 공개 공보 평성 제5-152207호 참조).
종래의 성막 장치에서는, 성막실의 상부에, 원료 가스를 공급하는 가스 공급부가 형성되어 있다. 또한, 가스 공급부에는, 원료 가스의 토출 구멍이 다수 형성된 샤워 플레이트가 접속되어 있다. 이 샤워 플레이트를 이용함으로써, 성막실 내에서의 원료 가스의 유동을 균일하게 하여, 원료 가스를 웨이퍼 상에 균일하게 공급하고 있다.
SiC 에피택셜 성장 등에 있어서, 1600℃ 이상의 고온 가열이 필요해지기 때문에, 웨이퍼를 하방뿐만 아니라 상방으로부터도 가열하는 보조 히터를 설치한 성막 장치가 이용되고 있다. 이러한 고온 가열을 행하는 성막 장치에 있어서, 공급된 원료 가스가 성막실의 내벽면에 접촉하여, 내벽면에 막이 퇴적되고, 이 내벽면에 퇴적된 막이 벗겨져, 파티클이 발생한다고 하는 문제가 있었다. 또한, 그 퇴적물의 클리닝을 위해서 가스 공급부로부터 에칭 가스를 공급한 경우에, 성막실의 내벽 부재를 부식시켜, 파티클이 발생한다고 하는 문제도 있었다. 또한, 승온 및 냉각에 시간이 걸린다고 하는 문제가 발생하고 있었다.
본 발명은, 파티클의 발생을 억제하고, 승온, 냉각 시간의 단축이 가능한 성막 장치 및 성막 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 의한 성막 장치는, 기판 상에 성막을 행하는 성막실과, 상기 성막실의 측벽 내측에 설치되는 원통형의 라이너와, 상기 성막실의 상부에 형성되고, 상기 라이너의 내측에 프로세스 가스를 공급하는 제1 가스 분출 구멍을 갖는 프로세스 가스 공급부와, 상기 성막실 내에서 상기 라이너의 외측에 설치되고, 상기 기판을 상방으로부터 가열하는 제1 히터와, 상기 기판을 하방으로부터 가열하는 제2 히터와, 상기 제1 가스 분출 구멍보다도 상기 성막실의 측벽측에 실드 가스를 공급하는 복수의 제2 가스 분출 구멍을 갖는 실드 가스 공급부를 구비한다.
본 발명의 일 양태에 의한 성막 장치는, 상기 프로세스 가스 공급부는, 수평 방향으로 배치되고, 복수의 상기 제1 가스 분출 구멍과 접속되는 복수의 가스 유로를 갖는 샤워 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의한 성막 장치는, 상기 프로세스 가스 공급부는, SiC 소스 가스, 또는 에칭 가스를 포함하는 가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의한 성막 장치는, 가스를 전환하여 공급하는 가스 전환부를 더 구비하고, 상기 가스 전환부는, 상기 성막실 내의 승온시에 아르곤 가스를 공급하고, 상기 성막실 내의 냉각시에 수소 가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의한 성막 방법은, 성막실 내에 SiC 기판을 반입하고, 상기 성막실의 상부에 설치된 샤워 플레이트를 통해, 상기 성막실 내에, SiC 소스 가스를 포함하는 프로세스 가스를 공급하여, 상기 SiC 기판 상에의 성막을 행하며, 상기 샤워 플레이트보다도 상기 성막실의 측벽측에 실드 가스를 분출하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 성막 장치의 개략 구성도.
도 2는 샤워 플레이트를 기판측에서 본 모식적인 평면도.
도 3은 샤워 플레이트의 단면도.
도 4는 샤워 플레이트 및 분출부를 기판측에서 본 모식적인 평면도.
도 5의 (a) 내지 (c)는 제2 실시형태에 의한 막대형 부재를 설명하는 도면.
도 6은 막대형 부재가 삽입된 가스 유로의 모식도.
도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제3 실시형태에 의한 프로세스 가스 공급 기구의 개략 구성도.
도 8은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 성막 장치의 주요부 개략 구성도.
도 9는 본 발명의 제5 실시형태에 의한 성막 장치의 개략 구성도.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 이용하여 설명한다.
(제1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 성막 장치의 개략 구성도이다.
성막 처리의 대상인 시료로서, SiC를 포함하는 기판(101)이 이용된다. 도 1에서는, 서셉터(102)에 기판(101)을 배치한 상태를 도시하고 있다. 그리고, 서셉터(102) 상에 배치된 기판(101) 상에, SiC 에피택셜막을 형성하기 위한 원료가 되는 복수 종류의 가스(프로세스 가스)(G1)를 공급하고, 기판(101) 상에서 기상 성장 반응시켜 성막을 행한다.
성막 장치(100)는, 기판(101) 상에서 기상 성장을 시켜 SiC 에피택셜막의 성막을 행하는 성막실로서, 챔버(103)를 갖는다.
챔버(103)의 내부에 있어서, 서셉터(102)가 회전부(104)의 상방에 설치되어 있다. 서셉터(102)는, 개구부를 가지고 구성된 링 모양의 형상을 갖는다. 그리고, 서셉터(102)는, 서셉터(102)의 내주측에 스폿 페이싱이 형성되고, 이 스폿 페이싱 내에 기판(101)의 외주부를 받아들여 지지하는 구조를 갖는다. 또한, 서셉터(102)는, 고온하에 노출되기 때문에, 예컨대, 등방성 흑연의 표면에 CVD법에 의해 고내열인 고순도의 SiC를 피복하여 구성된다.
한편, 서셉터(102)의 구조는, 도 1에 도시하는 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 그 개구부를 막는 부재를 설치하여 서셉터를 구성하는 것이 가능하다.
회전부(104)는, 원통부(104a)와 회전축(104b)을 갖고 있다. 회전부(104)에서는, 원통부(104a)의 상부로 서셉터(102)를 지지하고 있다. 그리고, 회전축(104b)이 도시하지 않은 모터에 의해 회전함으로써, 원통부(104a)를 통해 서셉터(102)가 회전한다. 이렇게 해서, 서셉터(102) 위에 기판(101)이 배치된 경우, 그 기판(101)을 회전시킬 수 있다.
도 1에 있어서, 원통부(104a)는, 상부가 개구되는 구조를 가지며, 상부가 해방된 구조이다. 원통부(104a) 내에는, 히터(주히터)(120)가 설치되어 있다. 히터(120)에는 저항 가열 히터를 이용하는 것이 가능하고, 예컨대 불순물이 도핑된 카본(C)재로 구성된다. 히터(120)는, 회전축(104b) 내에 설치된 대략 원통형의 석영제의 샤프트(108)의 내부를 통과하는 배선(도시하지 않음)에 의해 급전되어, 기판(101)을 그 이면으로부터 가열한다.
또한, 원통부(104a) 내에는, 히터(120)에 의한 가열을 효율적으로 행하기 위해서, 히터(120)의 하방에 리플렉터(110)가 설치되어 있다. 리플렉터(110)는, 카본, SiC, 또는 SiC를 피복한 카본 등의 내열성이 높은 재료를 이용하여 구성된다. 또한, 리플렉터(110)의 하방에는 단열재(111)가 설치되어 있어, 히터(120)로부터의 열이 샤프트(108) 등에 전해지는 것을 방지할 수 있어, 가열시의 히터 전력을 억제할 수도 있다.
샤프트(108)의 내부에는, 기판 승강 수단으로서 승강핀(112)이 배치되어 있다. 승강핀(112)의 하단은, 샤프트(108)의 하부에 설치된 도시되지 않은 승강 장치까지 연장되어 있다. 그리고, 그 승강 장치를 동작시켜 승강핀(112)을 상승 또는 하강시킬 수 있다. 이 승강핀(112)은, 기판(101)의 챔버(103) 내부로의 반입과 챔버(103) 외부로의 반출시에 사용된다. 승강핀(112)은, 기판(101)을 하방으로부터 지지해서, 들어올려 서셉터(102)로부터 분리시킨다. 그리고, 기판(101)의 반송용 로봇(도시되지 않음)과의 사이에서 기판(101)의 전달을 할 수 있도록, 기판(101)을 회전부(104) 상의 서셉터(102)로부터 떨어진 상방의 소정의 위치에 배치하도록 동작한다.
또한, 챔버(103) 내에는, 성막 처리가 행해지는 성막 영역과, 챔버(103)의 측벽(내벽)(103a)을 구획하는 원통형의 라이너(130)가 설치되어 있다. 라이너(130)는, 카본 또는 SiC를 피복한 카본 등의 내열성이 높은 재료를 이용하여 구성된다.
라이너(130)와 측벽(103a) 사이에는, 기판(101)을 상방으로부터 가열하는 보조 히터(131)가 설치되어 있다. 보조 히터(131)는, 예컨대 저항 가열형의 히터이다. 또한, 보조 히터(131)와 측벽(103a) 사이에는 단열재(132)가 설치되어 있어, 보조 히터(131)로부터의 열이 챔버(103)에 전해지는 것을 방지한다. 이것에 의해, 가열시의 히터 전력을 억제할 수 있다.
성막 장치(100)의 챔버(103)의 상부에는, 샤워 플레이트(124)가 설치되어 있다. 샤워 플레이트(124)는, SiC 에피택셜막을 형성하기 위한 SiC 소스 가스를 포함하는 프로세스 가스(G1)를, 기판(101)의 표면을 향해 샤워 형상으로 공급하도록 기능한다. 샤워 플레이트(124)는, 소정의 두께를 가진 판 모양의 형상을 갖는다. 샤워 플레이트(124)는, 스테인리스강이나 알루미늄 합금 등의 금속 재료를 이용하여 구성할 수 있다.
샤워 플레이트(124)의 내부에는, 가스 유로(121)가 복수 형성되어 있다.
도 2는 샤워 플레이트(124)를 기판(101)측에서 본 모식적인 평면도이다. 또한, 도 3은 도 2의 A-A선을 따른 모식적인 단면도이다.
성막 장치(100)에서는, 에피택셜막을 형성하기 위해서, 복수 종류의 가스(G1)를 이용할 수 있다. 예컨대, 가스(G1)는 3종류의 가스를 포함하고, 이 3종류의 가스를, 샤워 플레이트(124)를 이용하여 챔버(103) 내에 도입하여, 챔버(103) 내에서 각각을 정류(整流)하고, 3종류의 가스 각각을 기판(101)의 표면을 향해 공급한다. 도 2에 도시하는 샤워 플레이트(124)는, 3종류의 각 가스를 혼합시키는 일 없이, 분리한 채 챔버(103) 내의 기판(101)에 공급하도록 구성되어 있다.
한편, 에피택셜막을 형성하기 위해서 사용하는 가스의 종류는 3종류에 한정되지 않고, 3종류보다 많아도 좋고, 적어도 좋다. 이하, 3종류의 가스를 이용하는 경우에 대해서 설명한다.
도 2에 도시하는 샤워 플레이트(124)는, 그 내부에 가스 유로(121)로서, 6개의 가스 유로(121-1∼121-6)가 형성되어 있다. 챔버(103) 내의 기판(101)은, 서셉터(102) 상에서 수평으로 배치되어 있다. 따라서, 샤워 플레이트(124)는, 성막 장치(100)에 있어서, 기판(101)측으로 향해져 그것과 대향하는 샤워 플레이트(124)의 제1 면이, 수평이 되도록 설치되는 것이 바람직하다. 그 경우, 샤워 플레이트(124) 내부의 가스 유로(121-1∼121-6)는, 샤워 플레이트의 제1 면을 따르도록 형성되는 것이 바람직하고, 샤워 플레이트(124)가 설치된 상태에서, 각각이 수평으로 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 가스 유로(121-1∼121-6)는, 샤워 플레이트(124)의 내부에서, 소정의 간격으로 배열되는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는, 1종류의 가스에 대하여 2개의 가스 유로(121)를 대응시키고, 3종류의 가스를 사용하기 때문에, 합계 6개의 가스 유로(121)를 형성하고 있으나, 가스 유로(121)의 수는 6개에 한정되지 않는다. 복수 종류의 가스의 각각에 대해서 임의의 개수의 가스 유로(121)를 대응시킬 수 있다.
샤워 플레이트(124)는, 그 단부에 가스 공급로(122)를 갖는다. 가스 공급로(122)는, 가스 유로(121-1∼121-6)의 각각과 교차하도록 배치된다. 예컨대, 도 2에 도시하는 바와 같이, 가스 공급로(122)는, 가스 유로(121)와의 사이에서, 매트릭스 형상을 이루도록 배치된다. 도 2에서는, 사용하는 가스의 종류수에 대응하여, 가스 공급로(122)로서 3개의 가스 공급로(122-1∼122-3)가 형성된 예가 도시된다.
3개의 가스 공급로(122-1∼122-3)의 각각은, 6개의 가스 유로(121-1∼121-6)의 각각과 교차하고 있다. 그리고, 가스 공급로(122-1∼122-3)는, 가스 유로(121-1∼121-6)와의 교차부 중 소정의 일부에서 접속부(141)를 구성하며, 가스 유로(121-1∼121-6)와 가스 배관 접속하고 있다. 예컨대, 가스 공급로(122-1)와 가스 유로(121-1)와의 교차부에 접속부(141)가 구성되어 있다.
가스 공급로(122)는, 가스관(도시하지 않음)을 통해, 가스 봄베를 이용하여 구성된 가스 공급부(도시하지 않음)와 접속된다. 예컨대, 기판(101) 상에 SiC 에피택셜막을 성막하는 경우, 가스 공급부로부터는, 탄소의 소스 가스나 규소의 소스 가스가 공급된다.
또한, 성막 장치(100)는, 성막 처리뿐만 아니라, 에칭 처리를 행할 수 있다.
이 경우, 가스 공급부로부터는, 프로세스 가스(G1)로서, HCl 등의 에칭 가스가 공급된다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 샤워 플레이트(124)는, 가스 유로(121-1∼121-6)의 각각과 챔버(103)의 성막 영역을, 기판(101)측으로 향해지는 제1 면측에서 연통(連通)하도록 뚫려 형성된 복수의 가스 분출 구멍(129)을 갖는다. 가스 분출 구멍(129)은, 가스 유로(121-1∼121-6) 각각의 배치 위치에 뚫려 형성되고, 샤워 플레이트(124)의 면 내에서, 서로 소정의 간격을 두고 분산 배치되도록 구성되어 있다. 샤워 플레이트(124)에서는, 복수 종류의 가스(G1)를 혼합하지 않고, 분리한 상태로, 기판(101)을 향해 샤워 형상으로 공급할 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 샤워 플레이트(124)는, 가스 분출 구멍(129)이 형성된, 기판(101)측으로 향해지는 제1 면과 대향하는 제2 면측에, 내부를 냉각수 등의 냉매가 통과하는 중공의 수냉 유닛(142)이 설치되어 있다. 수냉 유닛(142)을 구비함으로써, 샤워 플레이트(124)에서는 냉각이 가능해져, 고온의 상태가 되는 것이 억제된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 챔버(103)의 상부, 구체적으로는 라이너(130)의 상부이며 샤워 플레이트(124)의 하부에, 실드 가스(G2)를 분출하는 가스 분출 구멍(151)을 구비한 분출부(150)가 형성되어 있다. 실드 가스(G2)는, 예컨대 수소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스이며, SiC 소스 가스를 포함하는 프로세스 가스(G1)와의 반응성이 낮은 가스이다. 한편, 실드 가스는, 단체(單體)의 가스여도, 이들의 혼합 가스여도 좋다.
가스 분출 구멍(151)은, 샤워 플레이트(124)의 가스 분출 구멍(129)보다도 챔버(103)의 측벽(103a)측에 위치한다. 보다 상세하게는, 가스 분출 구멍(151)의 수평 방향(도면 중 좌우 방향)의 위치는, 가스 분출 구멍(129)과 라이너(130) 사이에 있고, 라이너(130)를 따라 성막 영역에 실드 가스(G2)를 연직 하향으로 공급한다.
챔버(103)의 하부에는, 가스 분출 구멍(129, 151)으로부터 공급된 가스를 배기하기 위한 가스 배기부(125)가 형성되어 있다. 가스 배기부(125)는, 조정 밸브(126) 및 진공 펌프(127)를 포함하는 배기 기구(128)에 접속하고 있다. 배기 기구(128)는, 도시하지 않은 제어 기구에 의해 제어되어 챔버(103) 내를 소정의 압력으로 조정한다.
도 4는, 샤워 플레이트(124) 및 분출부(150)를 기판(101)측에서 본 모식적인 평면도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 분출부(150)는, 샤워 플레이트(124)의 외주부에 형성되어 있다.
분출부(150)의 가스 분출 구멍(151)으로부터 연직 하향으로 공급되는 실드 가스(G2)는, 샤워 플레이트(124)의 가스 분출 구멍(129)으로부터 공급되는 SiC 소스 가스를 포함하는 프로세스 가스(G1)가 라이너(130)에 접촉하는 것을 방지한다. 이것에 의해, 성막용의 SiC 소스 가스를 포함하는 프로세스 가스(G1)가 라이너(130)에 접촉하여 라이너(130)에 막이 퇴적되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 라이너(130)에 퇴적된 막이 벗겨져 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 샤워 플레이트(124)의 가스 분출 구멍(129)으로부터 에칭용의 프로세스 가스(G1)가 공급되는 경우, 실드 가스(G2)는, 에칭 가스로부터 라이너(130)를 보호하여, 라이너(130)의 부식을 방지한다. 부식을 방지함으로써, 라이너(130)를 구성하는 부재에 의해 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1 실시형태에 있어서, 샤워 플레이트(124)의 상부에 방사 온도계를 설치하여, 기판(101)의 온도를 측정할 수 있도록 해도 좋다. 이 경우, 샤워 플레이트(124)의 일부에 석영 유리창을 설치하여, 석영 유리창을 통해 방사 온도계로 기판(101)의 온도를 측정한다.
또한, 샤워 플레이트의 하면에 석영 플레이트를 설치해도 좋다. 샤워 플레이트의 표면으로부터 떼어내어 약액 세정을 행하는 것이 가능하기 때문에, 한층 더한 파티클의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 상기 제1 실시형태에 있어서 샤워 플레이트(124)를 설치하고 있으나, 샤워 플레이트를 통하지 않고 프로세스 가스(G1)를 공급하는 경우라도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 복수 종의 프로세스 가스(G1)는, 혼합하여 공급해도, 분리하여 공급해도 좋다.
(제2 실시형태)
본 실시형태는, 도 2에 도시하는 제1 실시형태와 비교하여, 가스 유로(121)의 일단이 샤워 플레이트(124)를 수평 방향으로 관통하도록 터널 형상으로 형성되고, 가스 유로(121)에 도 5에 도시하는 막대형 부재(310)가 삽입되는 점이 상이하다.
가스 유로(121)는, 단면 형상이 원형이며, 샤워 플레이트(124)를 수평 방향으로 관통하는 일단이 개폐 가능하게 되어 있다. 가스 유로(121)의 일단을 개방함으로써, 막대형 부재(310)를 장착/탈착할 수 있다. 또한, 가스 유로(121)의 일단을 폐쇄함으로써, 가스가 유출되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는, 샤워 플레이트(124)의 가스 유로(121)에 삽입되는 막대형 부재(310)의 구조를 설명하는 도면이며, 도 5의 (a)는 막대형 부재(310)의 평면도이고, 도 5의 (b)는 막대형 부재(310)의 측면도이며, 도 5의 (c)는 도 5의 (a)의 B-B선을 따른 단면도이다.
막대형 부재(310)는, 본체부(312)와, 샤워 플레이트(124)의 가스 분출 구멍(129)의 위치에 맞춰 형성된 돌기부(314)를 갖고 있다. 돌기부(314)는, 수평 방향의 단면 형상이 가스 분출 구멍(129)과 거의 동일하여, 가스 분출 구멍(129)에 끼워 맞춰지도록 구성되어 있다.
또한, 막대형 부재(310)에는, 본체부(312) 및 돌기부(314)를 상하로 관통하는 관통 구멍(316)이 형성되어 있다. 관통 구멍(316)의 직경은, 가스 분출 구멍(129)의 직경보다도 작게 되어 있다.
도 6은, 막대형 부재(310)가 삽입된 가스 유로(121)의 모식도이다. 막대형 부재(310)가 가스 유로(121)에 삽입되고, 가스 분출 구멍(129)에 돌기부(314)가 끼워 맞춰지면, 가스 유로(121)의 내부에서는, 가스 유로(121)와 막대형 부재(310)의 본체부(312) 사이에 공간이 형성되어, 가스의 유로가 확보된다.
돌기부(314)가 가스 분출 구멍(129)에 끼워 맞춰지면, 관통 구멍(316)이 가스 유로와 챔버(103)의 성막 영역을 연통하는 가스 분출 구멍으로서 기능한다.
이와 같이, 가스 유로(121)에 삽입된 막대형 부재(310)는, 가스 유로(121)와 챔버(103) 내를 연통하는 복수의 가스 분출 구멍(129)의 적어도 일부를 막는 폐색 부재로서 기능한다.
한편, 막대형 부재(310)를 중공의 원통 형상으로 하고, 그 외부 직경을 가스 유로(121)의 내부 직경과 맞춤으로써 돌기부(314)를 없애며, 또한 관통 구멍(316)과 가스 분출 구멍(129)의 위치를 정확히 맞춤으로써, 관통 구멍(316)이 가스 유로와 챔버(103)의 성막 영역을 연통하는 가스 분출 구멍으로서 기능하게 하고, 가스 유로(121)와 챔버(103) 내를 연통하는 복수의 가스 분출 구멍(129)의 적어도 일부를 막는 폐색 부재로서 기능하게 하도록 해도 좋다.
관통 구멍(316)의 직경에 따라, 가스 분출 구멍(129)의 폐색도가 변화한다. 관통 구멍(316)의 직경이 클수록, 가스 분출 구멍(129)의 폐색도는 작고, 관통 구멍(316)의 직경이 작을수록, 가스 분출 구멍(129)의 폐색도는 크다. 또한, 관통 구멍(316)을 형성하지 않음으로써, 가스 분출 구멍(129)을 막을 수 있다.
따라서, 관통 구멍(316)의 직경을 변경함으로써, 이미 뚫려 형성되어 있는 가스 분출 구멍(129)과는 상이한, 원하는 직경의 가스 분출 구멍으로부터 프로세스 가스(G1)를 기판(101)을 향해 분출시킬 수 있다. 이것에 의해, 가스 유속의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 관통 구멍(316)의 유무를 변경함으로써, 이미 뚫려 형성되어 있는 복수의 가스 분출 구멍(129) 중에서 실제로 사용하는 것을 선택할 수 있다. 즉, 각 가스 유로(121)에 형성된 가스 분출 구멍(129) 중 원하는 가스 분출 구멍(129)을, 막대형 부재(310)의 관통 구멍(316)이 형성되어 있지 않은 돌기부(314)로 막을 수 있다. 이것에 의해, 사용하는 가스 분출 구멍(129)의 선택을 행하여, 기판(101)을 향해 프로세스 가스(G1)를 분출시킬 수 있다.
기판(101)의 사이즈가 작은 경우는, 막대형 부재(310)의 관통 구멍(316)을, 중심부 근방에만 선택적으로 형성하고, 본체부(312)의 양단에 가까운 부분에는 형성하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 가스 유로(121)에 형성된 복수의 가스 분출 구멍(129) 중, 단(端)의 부분에 있는 것이 막대형 부재(310)의 돌기부(314)에 의해 막혀진다. 그리고, 프로세스 가스(G1)를 분출할 수 있는 가스 분출 구멍(129)으로서는, 중심 부분의 근방에 있는 것이 선택된다. 이와 같이 함으로써, 기판(101)의 사이즈에 맞춘 최적의 가스 공급이 가능해져, 가스의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
(제3 실시형태)
상기 제1 실시형태에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 가스 공급로(122)가 가스 유로(121)와 교차하고, 교차부 중 소정의 일부에서 접속부(141)를 구성하며, 가스 공급로(122)가, 도시하지 않은 가스관을 통해 가스 공급부와 접속된다. 그리고, 가스 공급부로부터 공급된 프로세스 가스(G1)가, 가스관, 가스 공급로(122), 및 가스 유로(121)를 통해 가스 분출 구멍(129)으로부터 분출되도록 구성되어 있다.
이에 비하여, 본 실시형태에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 가스 공급부로부터 공급된 SiC 소스 가스를 포함하는 프로세스 가스(G1)가, 가스관(410), 연결관(412A, 412B), 및 가스 유로(121)를 통해, 가스 분출 구멍(129)으로부터 분출되도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 가스관(410)이, 2개의 가스관(410A, 410B)으로 분기되고, 가스관(410A, 410B)이 각각 연결관(412A, 412B)에 의해 가스 유로(121)에 접속하도록 구성되어 있다. 한편, 도 7의 (a)는 측면도이고, 도 7의 (b)는 평면도이다.
가스관(410A)에는, 개폐 가능한 연결부(414a∼414d)가 형성되어 있고, 가스관(410B)에는, 개폐 가능한 연결부(414e∼414h)가 형성되어 있다. 또한, 가스 유로(121)에는, 연결부(414a∼414h)에 대응한 연결부(416a∼416h)가 형성되어 있다. 연결부(414a∼414h) 및 연결부(416a∼416h)는, 연결관(412A, 412B)의 단부와 연결 가능한 구성으로 되어 있다.
연결관(412A)은, 일단이 연결부(414a∼414d) 중 어느 하나에 연결되고, 타단이 대응하는 연결부(416a∼416d)에 연결된다. 또한, 연결관(412B)은, 일단이 연결부(414e∼414h) 중 어느 하나에 연결되고, 타단이 대응하는 연결부(416e∼416g)에 연결된다. 연결관(412A, 412B)이 연결되어 있지 않은 연결부(414a∼414h, 416a∼416h)는 폐쇄되어 있다.
연결관(412A, 412B)이 연결된 연결부(416a∼416h)로부터 멀어질수록, 가스 분출 구멍(129)으로부터의 가스 유속은 내려간다.
예컨대, 도 7에 도시하는 바와 같이, 연결관(412A)이 연결부(414a 및 416a)를 연결하고, 연결관(412B)이 연결부(414h 및 416h)를 연결하는 경우, 가스 유로(121)에 형성된 복수의 가스 분출 구멍(129) 중, 중심부의 가스 분출 구멍(129)으로부터의 가스 유속은, 단부의 가스 분출 구멍(129)으로부터의 가스 유속보다도 낮아진다.
본 실시형태에서는, 연결관(412A, 412B)이 연결되는 연결부(414a∼414h, 416a∼416h)를 적절하게 전환할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 복수의 가스 분출 구멍(129)에 있어서의 가스 유속을 조정하여, 가스 유속의 균일성을 향상시킬 수 있다.
(제4 실시형태)
도 8에 본 발명의 제4 실시형태에 따른 성막 장치의 주요부의 개략 구성을 도시한다. 본 실시형태는, 도 1에 도시하는 제1 실시형태와 비교하여, 샤워 플레이트(124)의 하방에 리플렉터(510)가 설치되어 있는 점이 상이하다. 도 8에 있어서, 도 1에 도시하는 제1 실시형태와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
리플렉터(510)는, 석영, 또는 SiC를 피복한 카본 등의 내열성이 높은 재료를 이용하여 구성된다. 리플렉터(510)에는 샤워 플레이트(124)의 가스 분출 구멍(129)에 맞춘 구멍(512)이 형성되어 있고, 구멍(512)의 직경은 가스 분출 구멍(129)의 직경보다도 약간 크다. 리플렉터(510)는, 샤워 플레이트(124)의 제1 면[기판(101)에 대향하는 면]에 접촉하도록 설치하고 있어도 좋고, 2 ㎜ 정도의 간격을 두고 설치해도 좋다.
가스 분출 구멍(129)으로부터 분출된 SiC 소스 가스를 포함하는 프로세스 가스(G1)는, 리플렉터(510)의 구멍(512)을 통해 기판(101)의 표면을 향해 공급된다.
리플렉터(510)를 설치함으로써, 챔버(103) 내의 열이 샤워 플레이트(124)를 통해 외부로 전해지는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 가열시의 히터 전력을 억제하고, 챔버(103) 내의 승온에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
SiC 소스 가스를 포함하는 프로세스 가스(G1)에는 실란계 가스가 공급되기 때문에, 석영을 포함하는 리플렉터(510)를 사용하는 것이 바람직하다. 실란 가스의 공급에 의해, 리플렉터(510)에 실란이 퇴적될 수 있으나, 석영을 포함하는 리플렉터(510)는, 약액 세정에 의해 실란 퇴적물을 제거할 수 있다. 그 때문에, 리플렉터(510)의 재이용이 가능해져, 비용을 삭감할 수 있다.
(제5 실시형태)
도 9에 본 발명의 제5 실시형태에 따른 성막 장치의 개략 구성을 도시한다.
본 실시형태는, 도 1에 도시하는 제1 실시형태와 비교하여, 챔버(103)의 측벽(103a)을 따르는 원통형의 라이너(610)와, 라이너(610)와 측벽(103a) 사이에, 수소 가스 및 아르곤 가스를 전환하여 공급하는 가스 공급부(가스 전환부)(620)가 형성되어 있는 점이 상이하다. 도 9에 있어서, 도 1에 도시하는 제1 실시형태와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
라이너(610)는, 성막 영역과, 챔버(103)의 측벽(103a)을 구획하고, 카본 또는 SiC를 피복한 카본 등의 내열성이 높은 재료를 이용하여 구성된다. 라이너(610)는, 라이너(130), 보조 히터(131), 및 단열재(132)보다도 측벽(103a)측에 설치되어 있다.
라이너(610)는 챔버(103) 내에 있어서 상하 방향으로 연장되어 있고, 그 상단은 측벽(103a)에 접속되어 있다. 그 때문에, 라이너(610)와 측벽(103a) 사이의 공간은 상부가 폐쇄된 것으로 되어 있다.
또한, 라이너(610)의 하단은 챔버(103)의 바닥면보다 높은 위치에 있어, 라이너(610)와 챔버(103) 바닥면 사이에는 소정의 간격이 마련되어 있다. 챔버(103)의 바닥면을 기준으로 한 라이너(610)의 하단의 높이는, 히터(120)의 높이보다 낮은 것이 바람직하고, 리플렉터(110)의 높이보다 낮은 것이 더욱 바람직하다. 또한, 리플렉터(110)의 하방에 단열재(111)가 설치되어 있는 경우는, 라이너(610)의 하단의 높이를, 단열재(111)의 높이보다 낮게 하는 것이 더욱 바람직하다.
라이너(610)와 측벽(103a) 사이에는, 가스 공급부(620)로부터 공급된 가스를 정류하는 정류판(612)이 설치되어 있다. 정류판(612)은, 예컨대, 직경 1 ㎜ 정도의 구멍이 복수 형성된 링 형상의 석영 플레이트를 포함한다.
가스 공급부(620)는, 라이너(610)와 측벽(103a) 사이에, 수소 가스 및 아르곤 가스를 전환하여 공급한다. 예컨대, 가스 공급부(620)는, 수소 가스가 흐르는 가스관(621), 아르곤 가스가 흐르는 가스관(622), 가스관(621, 622)에 설치된 가스 유량을 조정하는 밸브(623, 624), 밸브의 개방도를 제어하는 제어부(도시하지 않음), 수소 가스 및 아르곤 가스를 챔버(103) 내에 도입하는 도입구(625) 등으로 구성할 수 있다. 도입구(625)는 라이너(610)의 상단과 정류판(612) 사이의 범위에서, 라이너(610)의 상단 근방의 높이에 배치하는 것이 바람직하다.
가스 공급부(620)에 의해 챔버(103) 내에 공급된 가스는, 정류판(612)에 의해 정류되고, 라이너(610)와 측벽(103a) 사이의 공간을 유하(流下)하여, 가스 배기부(125)로부터 배기된다.
아르곤 가스는 열전도율이 낮고, 수소 가스, 헬륨 가스는 열전도율이 높다. 그 때문에, 가스 공급부(620)는, 챔버(103) 내의 승온시에 아르곤 가스를 공급한다. 라이너(610)와 측벽(103a) 사이의 공간을 열전도율이 낮은 아르곤 가스가 흐름으로써, 챔버(103) 내의 열이 외부로 전해지는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 가열시의 히터 전력을 억제하고, 챔버(103) 내의 승온에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
또한, 가스 공급부(620)는, 챔버(103) 내의 냉각시(강온시)에 수소 가스 또는 헬륨 가스를 공급한다. 라이너(610)와 측벽(103a) 사이의 공간을 열전도율이 높은 수소 가스가 흐름으로써, 챔버(103) 내의 열을 외부로 전해지기 쉽게 하여, 냉각 속도를 올릴 수 있다. 이것에 의해, 챔버(103) 내의 냉각에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
이와 같이, 측벽(103a)을 흐르는 실드 가스를, 챔버(103)의 가열/냉각에 연동하여, 열전도율이 낮은 아르곤 가스 또는 열전도율이 높은 수소 가스 또는 헬륨 가스로 전환함으로써, 챔버(103)의 승강온에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
또한, 라이너(610)를 설치하고, 라이너(610)의 하단의 높이를, 히터(120)의 높이보다 낮게 함으로써, 가스 공급부(620)로부터 공급된 가스가 기판(101)의 주변으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 예컨대, 냉각의 전(前)처리로서, 성막 중에 가스 공급부(620)로부터 수소 가스를 공급하기 시작하도록 해도 좋다.
한편, 실드 가스로서 이용되는 열전도율이 낮은 아르곤 가스, 열전도율이 높은 수소 가스, 헬륨 가스는, 각각 단체로 이용해도, 열전도율이나 프로세스 가스와의 반응성에 크게 영향을 주지 않는 범위에서, 다른 가스를 포함해도 좋다.
상기 제5 실시형태에 있어서, 가스 공급부(620)는, 아르곤 가스와 수소 가스의 합계 유량을 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 챔버(103) 내의 압력 변동을 억제하고, 기판(101)에 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제5 실시형태에 있어서, 가스 공급부(620)에 의해 챔버(103) 내에 가스를 도입하기 위한 도입구(625)를 복수 형성하는 것이 바람직하다. 도입구(625)를 복수 형성함으로써, 라이너(610)와 측벽(103a) 사이의 공간에, 가스를 보다 균일하게 흘릴 수 있다.
또한, 상기 제5 실시형태에 있어서, 샤워 플레이트(124) 대신에 단수 또는 복수의 프로세스 가스 공급구를 형성해도 좋다. 또한, 정류판(612)은 반드시 설치할 필요는 없으며, 어느 것이나 본 실시형태의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기 실시형태 그대로에 한정되는 것은 아니며, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적절한 조합에 의해, 여러 가지 발명을 형성할 수 있다. 예컨대, 실시형태에 나타나는 전체 구성 요소로부터 몇 가지 구성 요소를 삭제해도 좋다. 또한, 상이한 실시형태에 걸친 구성 요소를 적절하게 조합해도 좋다.

Claims (8)

  1. 기판 상에 성막(成膜)을 행하는 성막실과,
    상기 성막실의 측벽 내측에 설치되는 제1 원통형의 라이너와,
    상기 제1 원통형의 라이너와 상기 성막실의 측벽 사이에서 상기 성막실의 측벽 내측에서 설치되고, 상단이 상기 성막실의 측벽에 연결되는 제2 원통형의 라이너와,
    상기 성막실의 상부에 형성되고, 상기 제1 원통형의 라이너의 내측에 프로세스 가스를 공급하는 제1 가스 분출 구멍을 갖는 프로세스 가스 공급부와,
    상기 성막실 내에서 상기 제1 원통형의 라이너의 외측에 설치되고, 상기 기판을 상방으로부터 가열하는 제1 히터와,
    상기 기판을 하방으로부터 가열하는 제2 히터와,
    제1 원통형의 라이너의 내측에 제1 실드 가스를 공급하되, 제1 실드 가스를 상기 제1 가스 분출 구멍의 위치보다 상기 성막실의 측벽측에 가까운 위치로 공급하는 복수의 제2 가스 분출 구멍을 갖는 제1 실드 가스 공급부와,
    상기 성막실의 측벽과 상기 제2 원통형의 라이너 사이에 제2 실드 가스를 공급하는 복수의 제3 가스 분출 구멍을 갖는 제2 실드 가스 공급부
    를 구비하고,
    상기 제2 가스 분출 구멍은, 상기 제1 가스 분출 구멍과 상기 라이너 사이에 구비되고, 상기 제2 가스 분출 구멍은 라이너를 따라 성막 영역에 제1 실드 가스를 연직 하방으로 공급하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 실드 가스는, 수소 가스, 아르곤 가스, 및 헬륨 가스 중 적어도 일종의 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 실드 가스를 전환하여 공급하는 가스 전환부를 더 구비하고,
    상기 가스 전환부는, 상기 성막실 내의 승온시에 아르곤 가스를 공급하고, 상기 성막실 내의 냉각시에 수소 가스 및 헬륨 가스 중 적어도 일종을 공급하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 가스 공급부는, 수평 방향으로 배치되고, 복수의 상기 제1 가스 분출 구멍과 접속되는 복수의 가스 유로를 갖는 샤워 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 가스 공급부는, SiC 소스 가스, 또는 에칭 가스를 포함하는 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  6. 제1항의 성막 장치를 포함하며,
    성막실 내에 SiC 기판을 반입하고,
    상기 성막실의 상부에 설치된 샤워 플레이트를 통해, 상기 성막실 내에, SiC 소스 가스를 포함하는 프로세스 가스를 공급하여, 상기 SiC 기판 상에의 성막을 행하며,
    상기 샤워 플레이트보다도 상기 성막실의 측벽측에 제1 실드 가스를 분출하고,
    상기 제1 실드 가스는 상기 성막실의 측벽 내측에 설치되는 라이너와 상기 프로세스 가스 사이에서 상기 라이너를 따라 성막 영역에 연직 하방으로 공급되는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 실드 가스는, 수소 가스, 아르곤 가스, 및 헬륨 가스 중 적어도 일종의 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제1 실드 가스로서, 상기 성막실 내의 승온시에 아르곤 가스를 공급하고, 상기 성막실 내의 냉각시에 수소 가스 및 헬륨 가스 중 적어도 일종을 공급하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
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