KR20010041619A - 진공처리장치 - Google Patents

Abstract

진공처리장치는, 피처리체(웨이퍼)(1)를 얹어 두는 얹어 놓는 대(22)를 내부에 갖는 진공처리용기(16)를 구비하고 있다. 피처리체(W)의 둘레가장자리부를 위쪽에서 눌러 피처리체(W)를 얹어 놓는 대(22) 위에 고정하기 위한 누름 부재(클램프 링)(38)와, 얹어 놓는 대(22)에 대향한 샤워헤드부(74)가 설치되어 있다. 샤워헤드부(74)는, 아랫면에 다수의 가스분사구멍(80,80A)이 형성되어 있다. 이 샤워헤드부(74)의 아랫면은, 누름 부재(38)에 대향하는 대향부분과 그 이외의 비대향부분으로 나누어진 경우에 있어서, 비대향부분의 단위면적당의 가스분사량이 대략 균일해지고, 대향부분의 단위면적당의 가스분사량이 비대향부분보다도 많아지도록 구성되어 있다. 이러한 구성은, 예컨대 가스분사구멍(80,80A)의 직경을 달리 함으로써 달성된다.

Description

진공처리장치{VACUUM PROCESSING APPARATUS}

일반적으로, 반도체집적회로의 제조공정에 있어서는, 피처리체인 반도체웨이퍼 표면에 배선패턴을 형성하기 위해서 혹은 배선사이 등의 오목부를 메워 넣기 위해서 W(텅스텐), WSi(텅스텐실리사이드), Ti(티타늄), TiN(티타늄나이트라이드), TiSi(티타늄실리사이드) 등의 금속 혹은 금속화합물을 퇴적시켜 박막을 형성하는 것이 행하여지고 있다.

이 종류의 금속박막의 형성방법으로는, 3가지 방식, 예를 들면 H₂(수소)환원법, SiH₄(실란)환원법, SiH₂Cl₂(디클로로실란)환원법 등이 알려져 있다. 이 중 SiH₂Cl₂환원법은, 배선패턴을 형성하기 위해서, 예를 들면 환원가스로서 디클로로실란을 사용하여, 600℃ 정도의 고온하에서 W나 WSi(텅스텐실리사이드)막을 형성하는 방법이다. 또한 SiH₄환원법은, 마찬가지로 배선패턴을 형성하기 위해서, 예를 들면 환원가스로서 실란을 사용하여 아까보다도 낮은 450℃ 정도의 저온하에서 W나 WSi막을 형성하는 방법이다. 또한 H₂환원법은, 배선간의 오목부와 같은 웨이퍼 표면상의 구멍을 메우기 위해 예컨대 환원가스로서 수소를 사용하여 400∼430℃ 정도의 온도하에서 W막을 퇴적시키는 방법이다.

상기의 경우, 모두 처리가스로서, 예컨데 WF₆(육불화텅스텐)이 사용된다.

이러한 금속박막을 형성하는 일반적인 진공처리장치는 도 11에 나타나 있다. 도 11에 나타내는 진공처리장치에 있어서는, 예를 들어 알루미늄 등에 의해 통체형상으로 성형된 진공처리용기(2)내에, 예를 들면 얇은 카본소재 혹은 알루미화합물로 성형된 얹어 놓는 대(4)가 설치되어 있으며, 이 아래쪽에는, 석영제의 투과창 (6)을 통해 할로겐램프 등의 가열수단(8)을 배치하고 있다. 그리고, 반도체웨이퍼 (1)는 얹어 놓는 대(4)위에 놓이고, 이 웨이퍼(1)의 둘레가장자리부는, 승강가능하도록 이루어진 예를 들면 대략 링형상의 클램프 링(누름 부재)(10)에 의해 눌러져 얹어 놓는 대(4)상에 고정된다. 이 얹어 놓는 대(4)에 대향시켜 샤워 베드(13)를 설치하고 있으며, 이 아랫면에는 대략 균등하게 분포시켜 다수의 가스분사구멍(12)을 형성하고 있다.

그리고, 가열수단(8)으로부터의 열선은 투과창(6)을 투과하여 얹어 놓는 대(4)에 도달하고, 이것을 가열하여, 이 위에 배치되어 있는 반도체웨이퍼(1)를 소정 온도로 간접적으로 가열유지한다. 이와 동시에, 얹어 놓는 대(4)의 위쪽에 설치한 샤워헤드(13)의 가스분사구멍(12)으로부터는 처리가스로서 예컨대 WF₆이나 H₂등이 웨이퍼표면상에 균등하게 공급되어, 웨이퍼표면상에 W 등의 금속막이 형성되게 된다.

그런데, 반도체웨이퍼에 대한 성막처리에 있어서는, 디바이스의 전기적 특성이나 생산수율의 향상의 관점에서, 막두께의 면내균일성을 높게 유지해야만 한다. 상술한 바와 같은 장치구성에 있어서, 샤워헤드(13)의 가스분사구멍(12)으로부터 분사된 처리가스는, 아래쪽으로 흐르면서 균등하게 바깥쪽으로 퍼져 나가고, 얹어 놓는 대(4)의 바깥둘레 아래쪽에 위치하는 배기구에서 배출된다.

이 경우, 클램프 링(1O)은, 두께가 불과 수mm 정도이지만, 웨이퍼 둘레가장자리부에서의 처리가스의 흐름을 약간 어지럽혀 버리는 것을 피할 수 없다. 이 때문에, 웨이퍼둘레가장자리부에 있어서의 성막의 막두께가 웨이퍼중심부와 비교하여 얇아지는 경향이 있으며, 막두께의 균일성이 뒤떨어진다고 하는 문제가 있었다.

특히, 성막속도가 주로 프로세스온도에 의존하는 반응율속의 조건하에서는, 상기한 막두께의 균일성은 그다지 저하하지 않지만, 성막속도가 주로 가스농도에 의존하는 공급율속의 조건하에서는, 웨이퍼중심부의 막두께가 그 둘레가장자리부와 비교하여 커져 버려 막두께의 균일성을 크게 저하시킨다고 하는 문제가 있었다. 이 때문에, 샤워헤드로부터 공급하는 처리가스의 유량에 분포를 갖게 하는 것도 여러 가지로 행하여지고 있지만, 가스유량과 막두께의 관계는 매우 미묘하여, 최적인 것을 얻을 수 없는 것이 현재 상황이다.

본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 효과적으로 해결하도록 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 샤워헤드부에 가스공급량의 적정한 분포를 갖게 함으로써, 막두께의 면내균일성을 향상시킬 수 있는 진공처리장치를 제공하는 데에 있다.

[발명의 개시]

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해서, 피처리체를 얹어 두는 얹어 놓는 대를 내부에 갖는 진공처리용기와, 상기 피처리체의 둘레가장자리부를 위쪽에서 눌러 상기 피처리체를 상기 얹어 놓는 대 위에 고정하기 위한 누름 부재와, 상기 얹어 놓는 대에 대향시켜 설치되고, 아랫면에 다수의 가스분사구멍이 형성된 샤워헤드부를 구비하며, 상기 샤워헤드부의 아랫면은, 상기 누름 부재의 안둘레에 대향한 대향부분과 그 이외의 비대향부분으로 나누어진 경우에 있어서, 상기 비대향부분의 단위면적당 가스분사량이 대략 균일해지고, 상기 대향부분의 단위면적당 가스분사량이 상기 비대향부분의 단위면적당 가스분사량보다도 많아지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 진공처리장치를 제공하는 것이다.

이에 따라, 샤워헤드부로부터의 단위면적당의 가스분사량은, 비대향부분에서는 실질적으로 균일해지고, 또한, 대향부분에서는 비대향부분보다도 많아지기 때문에, 피처리체의 중앙부에서의 성막을 상대적으로 억제하여, 피처리체 전체의 막두께의 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.

이 경우, 단위면적당의 가스분사량을 많게 하기 위해서는, 대응하는 부분의 가스분사구멍의 직경을 다른 부분의 가스분사구멍의 직경보다도 크게 하거나, 혹은 가스분사구멍의 직경은 같게 설정하고 대응하는 부분의 가스분사구멍의 밀도를 크게 하면 좋다. 또, 샤워헤드부의 아랫면에 있어서, 대향부분의 안쪽과 바깥쪽에 비대향부분이 존재하도록 구성하여도 좋다.

본 발명의 다른 관점에서는, 샤워헤드부의 아랫면에 있어서, 단위면적당의 가스분사량이 다른 영역보다도 큰 거의 고리형상의 영역이 형성되고, 상기 고리형상의 영역은, 피처리체를 얹어 놓는 대 상에 고정하는 누름 부재의 안둘레가장자리의 형상에 따라, 거의 바로 위에 형성되어 있다. 상기 고리형상 영역의 안쪽 영역에서는, 단위면적당의 가스분사량이 대략 균일하고, 상기 고리형상 영역보다도 단위면적당의 가스분사량이 작다. 더욱 이 상기 고리형상 영역의 바깥쪽에, 단위면적당의 가스분사량이 대략 균일하고, 상기 고리형상의 영역보다도 단위면적당의 가스분사량이 작은 영역을 형성하여도 좋다. 그 경우에, 상기 고리형상 영역의 안쪽 영역과 바깥쪽 영역에서, 단위면적당의 가스분사량이 거의 같아지도록 하여도 좋다.

본 발명은, 예를 들면 금속박막, 실리콘산화막, 실리콘막 등을 형성하는 성막처리장치 등의 진공처리장치에 관한 것이다.

도 1은, 본 발명에 따른 진공처리장치의 한 실시형태로서의 성막처리장치를 나타내는 단면도,

도 2는, 도 1에 나타내는 장치의 샤워헤드부와 얹어 놓는 대 부분을 나타내는 확대단면도,

도 3은, 도 2에 나타내는 샤워헤드부의 저면도,

도 4A∼도 4F는, 본 발명장치의 막두께의 균일성을 평가하기 위해 형성된, 본 발명의 실시예 및 비교예의 샤워헤드부를 나타내는 모식도,

도 5는, 도 4A∼도 4F에 나타내는 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서의 샤워헤드부의 각 부 치수 및 막두께 균일성의 평가결과를 나타내는 표,

도 6은, 도 5에 나타내는 막두께 균일성의 평가를 행할 때의 성막조건을 나타내는 표,

도 7은, 각 실시예 및 비교예에 있어서의 웨이퍼 각부의 시트저항(막두께에 반비례)을 나타내는 그래프,

도 8은, 대구경가스 분사구멍의 위치를 평가하기 위한 웨이퍼표면상에 있어서의 막두께의 등고선을 나타내는 도면,

도 9는, 도 6중의 A-A선 및 B-B선 방향에 있어서의 시트저항(막두께에 반비례)을 나타내는 그래프,

도 10은, 본 발명에 따른 진공처리장치의 샤워헤드부의 변형예를 나타내는 평면도,

도 11은, 본 발명이 적용되는 일반적인 진공처리장치로서의 성막처리장치의 개요를 나타내는 단면도이다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하에, 본 발명에 관한 진공처리장치의 한 실시형태를 첨부도면에 기초하여 상세히 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 진공처리장치의 한 실시형태로서의 성막처리장치를 나타내는 단면도, 도 2는 도 1에 나타내는 장치의 샤워헤드부와 얹어 놓는 대 부분을 나타내는 확대단면도, 도 3은 도 2에 나타내는 샤워헤드부의 저면도이다.

본 실시형태의 성막처리장치(14)는, 예를 들면 알루미늄 등으로 원통형상 혹은 상자형상으로 성형된 진공처리용기(16)를 구비하고 있다. 이 처리용기(16)내에는, 처리용기 바닥부로부터 기립시킨 원통형상의 얹어 놓는 대 지지부재(18)상에, 피처리체로서의 반도체웨이퍼(1)를 얹어 놓기 위한 얹어 놓는 대(22)가, 예를 들면 단면이 L자 형상의 유지 부재(20)를 통해 설치되어 있다. 이 얹어 놓는 대 지지부재(18) 및 유지 부재(20)는, 열선투과성의 재료, 예를 들면 석영으로 구성되어 있고, 또한, 얹어 놓는 대(22)는, 두께 1mm 정도의 예를 들면 카본소재, AlN 등의 알루미화합물 등으로 구성되어 있다.

이 얹어 놓는 대(22)의 아래쪽에는, 복수 개, 예를 들면 3개의 리프터 핀 (24)이 지지부재(26)에 대하여 위쪽으로 기립시켜 설치되어 있고, 이 지지부재(26)를 처리용기 바닥부에 관통하여 설치된 밀어 올림 막대(28)에 의해 상하이동시킴으로써, 얹어 놓는 대(22)에 관통시켜 설치한 리프터 핀 구멍(30)에 상기 리프터 핀 (24)을 끼워 통하게 하여 웨이퍼(1)를 들어올릴 수 있도록 되어 있다. 상기 밀어 올림 막대(28)의 하단은, 처리용기(16)에 있어서 내부의 기밀상태를 유지하기 위해서 신축가능한 벨로우즈(32)를 통해, 액츄에이터(34)에 접속되어 있다.

상기 얹어 놓는 대(22)의 둘레가장자리부에 대응하여, 피처리체로서의 웨이퍼(1)를 얹어 놓는 대(22)상에 고정하기 위한 피처리체 누름 장치(36)가 설치되어 있다. 이 피처리체 누름 장치(36)는, 웨이퍼(1)의 둘레가장자리부를 위쪽에서 눌러 이것을 얹어 놓는 대(22)상에 고정하기 위한 클램프 링(누름 부재)(38)을 가지고 있다. 이 클램프 링(38)은, 웨이퍼(1)의 윤곽형상을 따라서 또 약간 작은 안둘레 형상을 가지는, 대략 링 형상의 세라믹판으로 이루어져 있다.

클램프 링(38)은, 상기 유지 부재(20)를 느슨하게 끼운 상태로 관통시킨 지지막대(40)를 통해 상기 지지부재(26)에 연결되어 있어, 리프터 핀(24)과 일체적으로 승강하도록 되어 있다. 여기서 유지 부재(20)와 지지부재(26)의 사이의 지지막대(40)에는 코일스프링(42)이 끼워 설치되어 있어, 클램프 링(38) 등의 하강을 돕고, 또한 웨이퍼의 클램프를 확실하게 죄고 있다. 이들 리프터 핀(24), 지지부재 (26) 및 유지부재(20)도 석영 등의 열선투과부재에 의해 구성되어 있다.

또한, 얹어 놓는 대(22) 바로 아래의 처리용기(16)의 바닥부에는, 석영 등의 열선투과재료로 이루어진 투과창(44)이 기밀로 설치되어 있으며, 이 아래쪽에는, 투과창(44)을 둘러싸도록 상자형상의 가열실(46)이 설치된다. 이 가열실(46)내에는 가열부로서 복수개의 가열램프(48)가 반사경도 겸하는 회전대(50)에 부착되어 있으며, 이 회전대(50)는, 회전축(52)을 통해 가열실(46)의 바닥부에 설치한 회전모터(54)에 의해 회전된다. 따라서, 이 가열램프(48)로부터 방출된 열선은, 투과창(44)을 투과하여 얹어 놓는 대(22)의 아랫면을 조사하여 이것을 가열할 수 있도록 되어 있다.

이 가열실(46)의 측벽에는, 이 실내나 투과창(44)을 냉각하기 위한 냉각공기를 도입하는 냉각공기도입구(56) 및 이 공기를 배출하는 냉각공기배출구(58)가 설치되어 있다.

또한, 얹어 놓는 대(22)의 바깥둘레쪽에는, 다수의 정류구멍(60)을 가진 링형상의 정류판(62)이, 상하방향으로 고리형상으로 성형된 지지컬럼(64)에 의해 지지시켜져 설치되어 있다. 정류판(62)의 안둘레쪽에는, 클램프 링(38)의 바깥둘레부와 접촉하여 이 아래쪽으로 가스가 흐르지 않도록 하는 링 형상의 석영제 어태치먼트(66)가 설치되어 있다. 정류판(62)의 아래쪽의 바닥부에는 배기구(68)가 설치되고, 이 배기구(68)에는 도시하지 않은 진공펌프에 접속된 배기로(70)가 접속되어 있으며, 처리용기(16)내를 소정의 진공도로 유지할 수 있도록 되어 있다. 또한, 처리용기(16)의 측벽에는, 웨이퍼를 반입 및 반출할 때에 개폐되는 게이트밸브(72)가 설치되어 있다.

한편, 상기 얹어 놓는 대(22)와 대향하는 처리용기(16)의 천정부에는, 처리가스 등을 처리용기(16)내에 도입하기 위해서 본 발명의 특징인 샤워헤드부(74)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 이 샤워헤드부(74)는, 예를 들면 알루미늄 등에 의해 원형상자형상으로 성형된 헤드본체(76)를 가지며, 이 천정부에는 가스도입구 (79)가 설치되어 있다.

이 가스도입구(79)에는, 가스통로를 통해 처리에 필요한 처리가스, 예를 들면 WF₆, Ar, SiH₄, H₂, N₂등의 가스원이 유량제어가 가능하도록 접속되어 있다. 헤드본체(76)의 아랫면인 가스분사면(76A)에는, 헤드본체(76)내에 공급된 가스를 웨이퍼표면을 향하여 방출하기 위한 다수의 가스분사구멍(80,80A)이 면내의 대략 전체에 배치되어 있다. 이들 가스분사구멍(80,80A)은, 도 2 및 도 3에도 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(1)의 대향면보다도 약간 큰 범위에 걸쳐서 형성되어 있다.

여기서, 샤워헤드부(74)의 아랫면인 가스분사면(76A)은, 클램프 링(누름 부재)(38)의 안둘레가장자리(38A)에 대향한 대향부분과 그 이외의 비대향부분으로 나누어진 경우에 있어서, 비대향부분의 단위면적당의 가스분사량이 대략 균일해지고, 대향부분의 단위면적당의 가스분사량이 비대향부분의 단위면적당의 가스분사량보다도 많아지도록 구성되어 있다.

구체적으로는, 샤워헤드부(74)의 가스분사면(76A)에 있어서, 클램프 링(38)의 안둘레가장자리(38A)의 대략 바로 위에 위치한 상기 대향부분의 안쪽과 바깥쪽에 비대향부분이 존재하고 있으며, 비대향부분에 있어서의 가스분사구멍(80)은, 단위면적당의 가스분사량이 대략 균일해지록 설정되고, 대향부분에 있어서의 가스분사구멍(80A)은, 단위면적당의 가스분사량이 비대향부분의 가스분사량보다도 많아지도록 설정되어 있다.

보다 구체적으로는, 샤워헤드부(74)의 가스분사면(76A)에 있어서, 가스분사구멍(80,80A)은, 대략 격자형상으로 웨이퍼면적보다도 큰 범위에 걸쳐서 배열되어 있다. 그리고, 클램프 링(38)의 안둘레가장자리(38A)의 대략 바로 위에 위치하는 가스분사구멍(80A)의 직경(L2)을, 그 안쪽 및 바깥쪽의 가스분사구멍(80)의 직경 (L1)보다도 약간 크게 설정함으로써, 이 대구경 가스분사구멍(80A)으로부터의 가스분사량이 가스분사구멍(80)으로부터의 가스분사량보다도 많아지도록 하고 있다. 특히, 이 대구경 가스분사구멍(80A)의 직경 및 위치는, 후술하는 바와 같이 막두께의 균일성에 크게 관여하고, 이 위치는 바람직하게는 클램프 링(38)의 안둘레가장자리 (38A)의 대략 바로 위에 대응시켜 형성하는 것이 좋다.

또한, 웨이퍼(1)에는, 위치 결정용 절결부로서, 웨이퍼 바깥둘레부의 일부를 직선형상으로 절단하여 이루어지는 오리엔테이션 플랫이나, 직경 수 mm의 반원형상으로 절단하여 이루어지는 노치 등이 설치되는데, 그 웨이퍼(1)의 윤곽에 대응시켜 대구경 가스분사구멍(80A)을 배열한다. 도 3에 있어서는, 오른쪽의 4개의 대구경 가스분사구멍(80Aa)이 웨이퍼(1)의 오리엔테이션 플랫(도시하지 않음)에 대응하고 있다.

도시한 예에서는, 설명의 이해를 쉽게 하기 위해서 통상의 가스분사구멍(80)에 대하여 대구경 가스분사구멍(80A)의 직경을 수배이상으로 크게 기재하였으나, 실제의 장치에서는 통상의 가스분사구멍(80)의 직경(L1)에 대하여 대구경가스분사구멍(80A)의 직경은 1.5배 정도이다. 구체적으로는, 처리되는 웨이퍼의 사이즈가 6∼12인치(15∼30cm)정도인 경우에는 직경(L1)은 1.0mm전후, 직경(L2)은 1.5mm 전후이며, 이 때의 가스분사구멍(80)의 피치는 3∼4mm정도이기 때문에, 가스분사구멍 (80,80A)은 매우 다수 형성되게 된다.

또한, 도시한 예에서는 대구경 가스분사구멍(80A)은 일렬로 배열되어 있지만, 이것을 2열 혹은 그 이상의 복수예로 배열하여도 좋다.

또한 도 2에 있어서, 클램프 링(38)의 두께(L4)는 2mm정도, 폭(L5)은 40mm 정도, 웨이퍼 둘레가장자리부와의 겹침폭(L6)은 1∼2mm 정도이며, 샤워 헤드부(74)와 웨이퍼(1)사이의 거리(L3)는 20mm 전후이다. 또한 도 1에 나타낸 바와 같이, 헤드본체(76)내에는, 다수의 가스분산구멍(82)을 가진 2매의 확산판(84,86)이 상하 2단으로 배설되어 있고, 웨이퍼면에, 보다 균등하게 가스를 공급하도록 되어 있다.

다음으로, 이상과 같이 구성된 본 실시형태의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 웨이퍼표면에 예를 들어 텅스텐과 같은 금속막의 성막처리를 실시하는 경우에는, 처리용기(16)의 측벽에 설치한 게이트밸브(72)를 열고 반송아암에 의해 처리용기(16)내에 웨이퍼(1)를 반입하고, 리프터 핀(24)을 밀어 올림으로써 웨이퍼(1)를 리프터 핀(24)쪽으로 받아넘긴다. 그리고, 리프터 핀(24)을, 밀어 올림 막대(28)를 내림으로써 하강시켜, 웨이퍼(1)를 얹어 놓는 대(22)상에 얹어 놓는 동시에, 더욱 밀어 올림 막대(28)를 내림으로써 웨이퍼(1)의 둘레가장자리부를 피처리체 누름 장치(36)의 일부인 클램프 링(38)으로 위쪽에서 눌러 이것을 고정한다.

다음으로, 도시하지 않은 처리가스원에서 처리가스로서 WF₆, SiH₄, H₂등을 샤워헤드부(74)로 소정량씩 공급하여 혼합하고, 이것을 헤드본체(76)의 아랫면의 가스분사구멍(80,80A)에서 처리용기(16)내로 공급한다. 이와 동시에, 배기구(68)로부터 내부분위기를 흡인배기함으로써 처리용기(16)내를 소정의 진공도, 예컨대 200Pa∼11000Pa의 범위내의 값으로 설정하고, 또한 가열실(46)내의 가열램프(48)를 회전시키면서 열선을 방사시킨다.

방사된 열선은, 투과창(44)을 투과한 후, 석영제의 지지부재(26) 등도 투과하여 얹어 놓는 대(22)의 이면을 조사하여 이것을 가열한다. 이 얹어 놓는 대(22)는, 상술한 바와 같이 1mm 정도로 매우 얇기 때문에 신속하게 가열되고, 따라서, 이 위에 얹어 둔 웨이퍼(1)를 신속하게 소정 온도까지 가열할 수 있다. 공급된 혼합가스는 소정의 화학반응을 생기게 하고, 예를 들면 텅스텐막이 웨이퍼표면에 퇴적되게 된다.

여기서, 본 실시예에 있어서는, 샤워헤드부(74)의 가스분사구멍(80,80A)에 관해서, 대구경 가스분사구멍(80A)의 안쪽 및 바깥쪽에 배치된 가스분사구멍 (80)으로부터는 각각 소정량의 균일한 가스유량으로 분사되지만, 클램프 링(38)의 안둘레가장자리(38A)에 대응시켜 설치한 대구경 가스분사구멍(80A)으로부터는 비교적 다량의 가스가 방출되게 된다.

이 결과, 이 클램프 링(38)의 안둘레쪽의 처리가스의 농도 혹은 분압을 높일 수 있는 동시에, 대구경 가스분사구멍(80A)에서 다량으로 가스가 방출되는 것만큼 안쪽의 통상의 가스분사구멍(80)으로부터의 가스농도 혹은 분압이 경감되게 된다. 이 때문에, 웨이퍼 중심쪽의 성막이 조금 억제됨과 동시에 웨이퍼 둘레가장자리부에 있어서의 성막이 약간 촉진되게 되고, 결과적으로 막두께의 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.

이 경우, 대구경 가스분사구멍(80A)의 바깥쪽에도 어느 정도의 범위, 예를 들면 수cm 정도에 걸쳐 통상의 가스분사구멍(80)을 형성하도록 하는 것이, 막두께 균일성의 향상면에서 바람직하다. 이 이유는, 웨이퍼면내에 있어서의 막두께의 균일성을 향상시키기 위해서는, 클램프 링(38)의 윗면에 대해서도 어느 정도의 성막이 실시되도록 하는 가스분사를 행할 필요가 있기 때문이다.

또한, 실제의 성막조작은, 예를 들면 텅스텐막은 일반적으로는 기초의 TiN막상에 형성되지만, 이 텅스텐막의 성막은, 본 성막조작과, 본 성막조작시에 있어서의 성막을 용이하게 하기 위해서 본 성막조작시에 앞서 단시간만큼 행하여지는 핵성장성막조작이 있다. 그리고, 본 실시형태에 의하면, 핵성장성막과 본 성막의 양 성막조작에 있어서 모두 막두께의 면내균일성을 향상시키는 것이 가능하다.

다음으로, 각종 샤워헤드부의 구조에 대하여 성막의 면내균일성의 평가를 행하였기 때문에, 그 설명을 한다.

평가함에 있어서, 직경 8인치(20cm)의 웨이퍼를 사용하여, 클램프 링에 의해 웨이퍼의 둘레가장자리부의 겹침폭(L6)(도 2 참조)이 약 1mm 정도가 되도록 눌러 유지하였다. 이 결과, 클램프 링(38)의 안둘레가장자리(38A) 사이의 직경(도 2 참조)은 198mm가 된다.

샤워헤드부의 구조로서, 도 4A∼도 4F에 모식적으로 나타내는 바와 같은 3개의 본 발명의 실시예와 3가지의 비교예를 준비하였다. 그 각 부 치수 및 평가결과를 도 5 및 도 7에 나타낸다. 여기서, 도 4A∼도 4C는, 각각 본 발명의 실시예 1∼3을 나타내고, 도 4D∼도 4F는 각각 비교예 1∼3을 나타낸다.

도 4A에 나타내는 실시예 1의 샤워헤드부는, 반경(R)[가스분사면(76A)의 중심으로부터의 거리. R에 대하여 이하 동일)이 99mm(직경 198mm)의 위치에, 직경 (L2)이 1.3mm의 대구경 가스분사구멍(80A)을 대략 링 형상으로 배치하고(오리엔테이션 플랫 부분은 직선형상으로 배치함), 그 외에 대략 격자형상으로 배열된 통상의 가스분사구멍(80)의 직경(L1)을 1.1mm로 설정하였다. 또한, 가장 바깥둘레의 가스분사구멍(80)사이의 직경은 230mm의 원주상에 배치된다.

도 4B에 나타내는 실시예 2의 샤워헤드부는, 반경(R)이 99mm(직경 198mm)의 위치에, 직경(L2)이 1.5mm의 대구경 가스분사구멍(80A)을 형성하고, 그 외에 통상의 가스분사구멍(80)의 직경(L1)을 상기와 같이 1.1mm로 설정하였다. 또한, 가장 바깥둘레의 가스분사구멍(80)사이의 직경은 230mm의 원주상에 배치된다.

도 4C에 나타내는 실시예 3의 샤워헤드부는, 반경(R)이 99mm(직경 198mm)의 위치에, 직경(L2)이 1.7mm의 대구경 가스분사구멍(80A)을 형성하고, 그 외에 통상의 가스분사구멍(80)의 직경(L1)을 상기와 같이 1.1mm로 설정하였다. 또한, 가장 바깥둘레의 가스분사구멍(80)은 지름 약 230mm의 원주상에 배치된다.

도 4D에 나타내는 비교예 1의 샤워헤드부는, 종래 사용되고 있던 것으로, 직경(L1)이 1.1mm의 통상의 가스분사구멍(80)을 대략 격자형상으로 균일하게 분산시켜 형성하고 있으며, 대구경 가스분사구멍은 형성하고 있지 않다. 또한, 가장 바깥둘레의 가스분사구멍(80)은 직경 약 230mm의 원주상에 배치된다.

도 4E에 나타내는 비교예 2의 샤워헤드부는, 직경(L1)이 상기 비교예 1보다도 작은 0.8mm의 통상의 가스분사구멍(80)을 대략 격자형상으로 균일하게 분산시켜 형성하고 있으며, 대구경 가스분사구멍은 형성하고 있지 않다. 또한, 가장 바깥둘레의 가스분사구멍(80)은 직경 약 230mm의 원주상에 배치된다.

도 4F에 나타내는 비교예 3의 샤워헤드부는, 반경(R)이 100mm(직경200mm)의 위치에, 직경(L2)이 2.0mm의 대구경 가스분사구멍(80A)을 형성하고, 그 안쪽에만 직경(L1)을 상술한 각 실시예와 같은 1.1mm로 설정한 통상의 가스분사구멍(80)을 형성하였다.

한편, 웨이퍼와 샤워헤드와의 사이의 거리(L3)는 모두 17mm로 설정하였다. 핵성장성막조작과 본 성막조작을 행하였을 때의 성막조건은 도 6에 나타내고 있으며, Ar가스를 캐리어가스로서 사용하고, N₂가스를 희석가스로서 사용하고 있다. 이들 성막조건은, 모두 공급율속이 되는 성막조건이다.

도 7은 각 실시예 및 비교예의 웨이퍼 각 부에 있어서의 시트저항(막두께에 반비례)을 나타내고 있으며, 앞의 도 5는, 이 측정결과를 정리한 것이다. 도 7에도 나타낸 바와 같이 실시예 1∼3의 측정치는, 웨이퍼둘레가장자리부의 값을 포함해도 그다지 큰 변동은 없고, 시트저항(막두께)이 대략 균일한 것을 알 수 있다. 또, 도 5에 있어서의 균일성은, 다음 식으로 정의된다.

균일성(±%)= [(최대막두께-최소막두께)/(2×평균막두께)]×100

구체적으로는, 도 7에 나타내는 값을 정리한 상기 도 5로부터 명백하듯이, 본 발명의 실시예 1∼3에 있어서는, 핵성장성막조작의 막두께균일성은 4.43% 이하이고, 또한, 본 성막조작의 막두께 균일성은 5.16% 이하이며, 모두 비교예 1∼3에 대하여 성막속도는 약간 저하하지만, 막두께 균일성을 대폭 향상시킬 수 있다. 특히, 실시예 2 및 3의 경우에는, 막두께의 지배적 요인이 되는 성막조작에 있어서의 막두께 균일성은 각각 3.94% 및 4.27%로서 매우 우수하고, 실시예 2의 경우에는 가장 바람직한 것으로 판명되었다.

이에 대하여, 비교예 1에 나타내는 바와 같은 종래 사용하고 있던 샤워헤드부의 경우에는, 본 성막조작 및 핵성장성막조작에 있어서의 막두께 균일성이 각각 5.25% 및 11.18%로 뒤떨어지고 있다. 그리고, 비교예 2, 3의 경우에는, 핵성장성막조작에 있어서의 막두께 균일성은 비교예 1보다도 향상하고 있지만, 본 성막조작에 있어서의 막두께 균일성은 각각 6.98% 및 9.27%로 되어 비교예 1보다도 매우 뒤떨어지고 있다.

특히 주의되는 점은, 비교예 3에 나타낸 바와 같이 대구경 가스분사구멍 (80A)을 형성하고 있어도, 그 설치위치 및 직경이 실시예 1∼3의 경우와는 겨우 1 mm정도만 다르고, 더욱이 대구경 가스분사구멍(80A)의 바깥둘레에 통상의 가스분사구멍을 형성하지 않은 경우에는, 막두께 균일성이 저하하고 있는 점이다. 이것으로부터도, 대구경 가스분사구멍(80A)의 설정치 및 이 직경 등이 매우 큰 요인이 되고 있는 것을 알 수 있다.

즉, 대구경 가스분사구멍(80A)을, 클램프 링(38)의 안둘레가장자리(38A)의 위쪽에 위치정밀도가 좋고, 또한 구멍 직경도 그만큼 크게 하지 않게 형성함으로써, 핵성장성막조작 및 본 성막조작에 있어서 모두 막두께의 균일성을 향상시킬 수 있는 것으로 판명되었다.

여기서, 대구경 가스분사구멍(80A)의 설치위치에 대한 보다 상세한 평가를 행하였으므로, 그에 대하여 설명한다.

도 8은 대구경 가스분사구멍의 위치를 평가하기 위한 웨이퍼표면상에 있어서의 막두께의 등고선을 나타낸 도면이며, 도 9는 도 8중의 A-A선 및 B-B선 방향에 있어서의 시트저항(막두께에 반비례)을 나타내는 그래프이다.

여기서는 비교예 3에 사용한 도 4F에 나타내는 샤워헤드부에 유사한 샤워헤드부를 사용하여, 대구경 가스분사구멍(80A)의 직경(L2)을 2mm로 하고, 가스분사면 (76A)의 중심에서 가스분사구멍(80A)까지의 반경(R)을 A-A선 방향에서는 99.2mm으로 하고, B-B선 방향에서는 103mm으로 설정하여, 성막을 행하였다. 한편, 대구경 가스분사구멍(80A)의 바깥둘레에는, 통상의 가스분사구멍(80)을 형성하고 있지 않다.

이 경우, 도 9로부터 명백하듯이 대구경 가스분사구멍(80A)의 설정위치를, 불과 3.8mm(=103mm-99.2mm)만 이동하였을 뿐인데, 웨이퍼 주변부에서의 막두께는, 극단적으로 변동하고 있으며, 이것으로부터 대구경 가스분사구멍(80A)의 설치위치는, 막두께 균일성의 개선에서 대단히 중요한 것으로 판명되었다. 한편, 도 8중에 있어서의 굵은 실선은 막두께의 평균치의 등고선을 나타내고, +는 평균치보다 막두께가 두꺼운 부분을 나타내며, -는 평균치보다 막두께가 얇은 부분을 나타내고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 성막처리장치에 의하면, 샤워헤드부 (74)로부터의 단위면적당의 가스분사량은, 비대향부분에 있어서는 실질적으로 균일해지고, 또한, 대향부분에 있어서는 비대향부분보다도 많아지기 때문에, 막두께가 커지는 경향에 있는 웨이퍼(1)의 중앙부에서의 성막량을 상대적으로 억제하고, 막두께가 작아지는 경향에 있는 둘레가장자리부에 있어서의 성막량을 상대적으로 촉진할 수가 있기 때문에, 전체로서의 막두께의 균일성을 대폭 향상시킬 수 있다. 특히, 처리가스의 농도분포가 성막속도에 대하여 지배적인 요인이 되는 공급율속 조건하에서의 막두께의 균일성을 보다 향상시킬 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 샤워헤드부(74)에 있어서의 단위면적당의 가스분사량을 많게 하는 구성으로 하고, 다른 부분의 가스분사구멍(80)보다도 직경이 큰 대구경 가스분사구멍(80A)을 형성하도록 하였지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 도 10에 나타낸 바와 같이 단위면적당의 가스분사량을 많이 해야 할 부분의 가스분사구멍(80B)의 밀도를 높게 하여, 결과적으로 단위면적당의 가스분사량을 많게 하도록 하여도 좋고, 이 경우에도 상술한 바와 같은 작용효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 형성밀도를 높게 하는 부분의 가스분사구멍(80B)의 직경과, 이 주변의 가스분사구멍(80)의 직경은 동일하고, 동일 드릴로 구멍을 뚫는 가공을 행할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 텅스텐막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 다른 재료의 성막, 예컨대 WSi, Ti, TiN. TiSi, Si, SiO₂등의 성막에도 적용할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 진공처리장치의 가열부로서는, 램프가열에 의한 것에 한정되지 않고, 저항가열에 의한 것을 사용하여도 좋다. 더욱, 웨이퍼 사이즈도 8인치(20cm)인 것에 한정되지 않고, 6인치(15cm), 12인치(30cm) 혹은 그 이상의 웨이퍼 사이즈에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

더욱이, 상기 실시형태에서는, 성막처리장치로서 구성된 진공처리장치를 예로 들어 설명하였지만, 진공처리용기내의 얹어 놓는 대 위에 피처리체를 고정하기 위한 누름 부재가 설치되고, 얹어 놓는 대에 대향하여 다수의 가스분사구멍을 가진 샤워헤드부가 설치된 진공처리장치이면, 예를 들어 에칭장치 등의 다른 처리장치로서 구성된 진공처리장치에도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 본 발명을 진공처리장치로서의 에칭장치에 적용하면, 피처리체에 대한 에칭의 면내균일성을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 피처리체를 얹어 두는 얹어 놓는 대를 내부에 가진 진공처리용기와,

   상기 피처리체의 둘레가장자리부를 위쪽에서 눌러, 상기 피처리체를 상기 얹어 놓는 대 위에 고정하기 위한 누름 부재와,

   상기 얹어 놓는 대에 대향시켜 설치되어, 아랫면에 다수의 가스분사구멍이 형성된 샤워헤드부를 구비하며,

   상기 샤워헤드부의 아랫면은, 상기 누름 부재의 안둘레에 대향한 대향부분과 그 이외의 비대향부분으로 나누어진 경우에 있어서, 상기 비대향부분의 단위면적당의 가스분사량이 대략 균일해지고, 상기 대향부분의 단위면적당의 가스분사량이 상기 비대향부분의 단위면적당의 가스분사량보다도 많아지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 샤워헤드부의 대향부분에 있어서의 적어도 일부의 가스분사구멍의 직경이, 상기 비대향부분에 있어서의 가스분사구멍의 직경보다도 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 샤워헤드부의 대향부분의 적어도 일부에 있어서의 가스분사구멍의 밀도가, 상기 비대향부분에 있어서의 가스분사구멍의 밀도보다도 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 샤워헤드부의 아랫면에 있어서, 상기 대향부분의 안쪽과 바깥쪽에 상기 비대향부분이 존재하는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
5. 피처리체를 얹어 두는 얹어 놓는 대를 내부에 가진 진공처리용기와,

   상기 피처리체의 둘레가장자리부를 위쪽에서 눌러, 상기 피처리체를 상기 얹어 놓는 대 위에 고정하기 위한 누름 부재와,

   상기 얹어 놓는 대에 대향시켜 설치되어, 아랫면에 다수의 가스분사구멍이 형성된 샤워헤드부를 구비하고,

   상기 샤워헤드부의 아랫면은, 단위면적당의 가스분사량이 다른 영역보다도 큰 고리형상의 영역을 가지며, 상기 고리형상 영역의 안쪽에, 단위면적당의 가스분사량이 대략 균일하고, 상기 고리형상 영역보다도 단위면적당의 가스분사량이 작은 영역이 형성되며,

   상기 고리형상의 영역은, 상기 누름 부재의 안둘레가장자리의 형상을 따라, 상기 안둘레가장자리의 거의 바로 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 샤워헤드부의 아랫면은, 상기 고리형상의 영역의 바깥쪽에, 단위면적당의 가스분사량이 대략 균일하고, 상기 고리형상의 영역보다도 단위면적당의 가스분사량이 작은 영역을 더욱 가진 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 고리형상 영역의 안쪽 영역과 바깥쪽 영역에서, 단위면적당의 가스분사량이 거의 같아지고 있는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.