JP2005228972A - 成膜方法および成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 独立に設けられた原料ガス吐出孔43aおよび酸化ガス吐出孔43bから載置台5上のウェハWに原料ガスおよび酸化ガスを個別に供給するポストミックス型のシャワーヘッド40を用いて成膜する成膜装置において、酸化ガスの供給流量とシャワーヘッド40の下面温度との組み合わせ毎に当該酸化ガスを供給する酸化ガス吐出孔43bの孔詰まり度合い値Dを格納した判定テーブル85を備え、プロセスコントローラ80は、成膜レシピにて指定された酸化ガスの供給流量に基づいて、酸化ガス吐出孔43bの詰まりが発生しないシャワーヘッド40の下面温度を判定テーブル85から読み出して、シャワーヘッド40の温度制御を行う。
【選択図】図1
Description
また、本発明は、成膜の均一性や再現性を向上させることができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、装置の稼働率の向上やメンテナンスコストの削減を実現することができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
さらにまた、本発明は、シャワーヘッド表面からのパーティクル発生を防止することができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
図1は本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置の構成の一例の断面図であり、図2は、その作用の一例を示すフローチャート、図3は、その作用の一例を示す線図、図4は、その判定テーブルの一例を示す概念図である。
ガス拡散板42の下面側には酸化ガス拡散空間42bが設けられ、この酸化ガス拡散空間42bは、当該ガス拡散板42を貫通して形成された酸化ガス通路42eを経由してシャワーベース41の酸化ガス導入路41bに連通している。また、下側の酸化ガス拡散空間42bには、複数の円柱状突起42jが設けられ、その一部は、中心部に原料ガス通路42dが貫通して形成されたガス通路柱42fとなっている。このガス通路柱42f(およびそれ以外の円柱状突起42j)の高さは、酸化ガス拡散空間42bの深さとほぼ等しくなっており、ガス拡散板42の下側に密着するシャワープレート43の上面に密着している。なお、ガス通路柱42fの位置は、下側に密着するシャワープレート43の後述の原料ガス吐出孔43aの位置に原料ガス通路42dと一致するように配置されている。また、円柱状突起42jはすべてガス通路柱42fであってもよい。
なお、供給条件Yとしては、酸化ガスの流量のみならず、酸化ガスの分圧、または原料ガスの分圧と酸化ガスの分圧との比でもよい。
まず、作業者が外部からユーザインタフェース81にて、たとえばPZT成膜用のレシピを選択すると(ステップ201)、プロセスコントローラ80は、プロセスデータベース84から指定されたレシピに対応した、処理空間Sの圧力、原料ガスの供給流量、酸化ガスの供給流量、載置台5におけるウェハWの加熱温度、等の各種の成膜条件データを読み出す(ステップ202)。
上述の実施の形態においては、ヒータ91および水冷用流路92の設置場所はシャワーベース41の上部、すなわち大気側であり、この部分の温度制御は比較的容易である。しかし、PZT成膜などのMOCVD(有機金属化学気相成長)プロセスの多くにおいて、ウェハWの加熱温度は400〜650℃に達するため、載置台5およびウェハWからの熱輻射によってシャワープレート43の下面には過剰な熱入力が発生する。
また、シャワーヘッド内部に冷媒流路を設置し、その中に冷媒を循環させ、載置台等から受けた輻射熱を除去する手法に比べると、高温チラーを必要としないことから装置をコンパクトにすることができ、メンテナンス頻度を減らして装置稼働率を向上することができるとともに、コストを低く抑えることができる。また、高温の冷媒を流す危険性やシャワーヘッド内部での冷媒漏れの際の危険性を回避することができる。具体的には、ヒートパイプ内部は負圧であり内部に封入されている液体は微量の水なので、万一ヒートパイプの気密が破れても危険性は少なく、冷媒を直接シャワーヘッド内部に流す方法に比べると安全性を向上させることができる。冷媒流路は入口と出口が必要であり、往々にして入口と出口との温度差が生ずるものであるが、ヒートパイプではただ1本の筒によって熱輸送がなされるので設置場所や設置方法の自由度が大きく、設置流路による温度差は無いに等しい。
これにより、上述の図5および図6と同様の効果を奏するとともに、さらに、シャワープレート43の面内温度の均一化によるウェハWにおけるPZT等の膜質の面内分布の均一化を実現できる。
上述の、第3の実施の形態においては、シャワーヘッドの構造をポストミックス形式として説明したが、プレミックス形式のシャワーヘッドにおいても適用可能であることはもちろんである。
2…処理容器
5…載置台
10…熱電対(温度検出機構)
40…シャワーヘッド
41…シャワーベース
41a…原料ガス導入路
41b…酸化ガス導入路
42…ガス拡散板
42a…原料ガス拡散空間
42b…酸化ガス拡散空間
42d…原料ガス通路
42e…酸化ガス通路
43…シャワープレート
43a…原料ガス吐出孔
43b…酸化ガス吐出孔
51…原料ガス配管
52…酸化ガス配管
52a…酸化ガス分岐配管
52b…酸化ガス分岐配管
60…ガス供給機構
80…プロセスコントローラ
81…ユーザインタフェース
82…外部入力インタフェース
83…外部出力インタフェース
84…プロセスデータベース
85…判定テーブル
86…判定論理
90…温度制御機構
91…ヒータ
92…水冷用流路
93…温度制御部
101…ヒートパイプ
102…ヒートパイプ
103…ヒートパイプ
104…ヒートパイプ
105…ヒートパイプ
106…温度制御機構
W…ウェハ
Claims (28)
- 被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、
前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制するように、前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法。 - 被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、
前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じて、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制するように、前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法。 - 被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、
前記シャワーヘッドの温度を検出し、その温度が前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、加熱手段および/または冷却手段により前記シャワーヘッドを加熱または冷却して前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法。 - 被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、
前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じて、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な前記シャワーヘッドの温度を把握しておき、前記シャワーヘッドの温度を検出して、その温度が前記反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な温度になるように、加熱手段および/または冷却手段により前記シャワーヘッドを加熱または冷却して前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法。 - 被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、
前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積量および/または有機金属原料の凝縮量とシャワーヘッドの温度との相関関係を記憶手段に入力し、前記相関関係に基づいてシャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法。 - 前記シャワーヘッドの加熱手段および/または冷却手段はシャワーヘッドに配置されたヒートパイプであることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の成膜方法。
- 前記シャワーヘッドの温度は、前記シャワーヘッドの被処理基板に対向した面に近接して配置された温度センサにより検出されることを特徴とする請求項3または請求項4または請求項6に記載の成膜方法。
- 前記有機金属原料は、金属βジケネートまたは金属アルコキシドであることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記有機金属原料は、Pb(dpm)2、Zr(dpm)4、Zr(O−i−C3H7)(dpm)3、Zr(O−i−C3H7)2(dpm)2、Ti(O−i−C3H7)2(dpm)2、Ba(dpm)2、Sr(dpm)2からなる群から選択された複数種であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記酸化ガスは、N2O、NO2、O2からなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項9に記載の成膜方法。
- 前記有機金属原料は、HTB(ハフニウムテトラターシャリブトキサイド)またはZTB(ジルコニウムテトラターシャリブトキサイド)であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記酸化ガスは、NO2またはO3であることを特徴とする請求項11に記載の成膜方法。
- 前記有機金属原料は、Pb含有原料としてのPb(dpm)2、Zr含有原料としてのZr(dpm)4またはZr(O−i−C3H7)2(dpm)2またはZr(O−i−C3H7)(dpm)3、Ti含有原料としてのTi(O−i−C3H7)2(dpm)2を含み、前記酸化ガスは、N2O、NO2、O2からなる群から選択されたものであり、これらによりPZT膜を形成することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドと
を具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、
前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制するように、前記シャワーヘッドの温度を制御する温度制御機構をさらに具備したことを特徴とする成膜装置。 - 被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドと
を具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、
前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じて、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制するように、前記シャワーヘッドの温度を制御する温度制御機構をさらに具備したことを特徴とする成膜装置。 - 被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドと
を具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、
前記シャワーヘッドを加熱する加熱手段および/または冷却する冷却手段と、
前記シャワーヘッドの温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出されたシャワーヘッドの温度が前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、前記加熱手段および/または冷却手段を制御する温度制御機構と
をさらに具備したことを特徴とする成膜装置。 - 被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドと
を具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、
前記シャワーヘッドを加熱する加熱手段および/または冷却する冷却手段と、
前記シャワーヘッドの温度を検出する温度検出手段と、
前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じた、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な前記シャワーヘッドの温度の情報が記憶される記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された情報に基づいて、前記温度検出手段により検出されたシャワーヘッドの温度が、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、前記加熱手段および/または冷却手段を制御する温度制御機構と
をさらに具備したことを特徴とする成膜装置。 - 被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドと
を具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、
前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積量および/または有機金属原料の凝縮量とシャワーヘッドの温度との相関関係が入力される記憶手段と、
前記相関関係に基づいてシャワーヘッドの温度を制御する制御機構と
をさらに具備したことを特徴とする成膜装置。 - 前記シャワーヘッドの加熱手段および/または冷却手段はシャワーヘッドに配置されたヒートパイプであることを特徴とする請求項16または請求項17に記載の成膜装置。
- 前記シャワーヘッドの冷却手段はヒートパイプであって、前記ヒートパイプの少なくも吸熱端が前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面に近接して配置することを特徴とする請求項16または請求項17に記載の成膜装置。
- 温度検出手段は、前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面の温度を検出する温度センサであることを特徴とする請求項16、請求項17、請求項19、請求項20のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記センサは、前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面に近接して配置されることを特徴とする請求項21に記載の成膜装置。
- 前記有機金属原料は、金属βジケネートまたは金属アルコキシドであることを特徴とする請求項15から請求項22のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記有機金属原料は、Pb(dpm)2、Zr(dpm)4、Zr(O−i−C3H7)(dpm)3、Zr(O−i−C3H7)2(dpm)2、Ti(O−i−C3H7)2(dpm)2、Ba(dpm)2、Sr(dpm)2からなる群から選択された複数種であることを特徴とする請求項15から請求項22のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記酸化ガスは、N2O、NO2、O2からなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項24に記載の成膜装置。
- 前記有機金属原料は、HTB(ハフニウムテトラターシャリブトキサイド)またはZTB(ジルコニウムテトラターシャリブトキサイド)であることを特徴とする請求項15から請求項22のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記酸化ガスは、NO2またはO3であることを特徴とする請求項26に記載の成膜装置。
- 前記有機金属原料は、Pb含有原料としてのPb(dpm)2、Zr含有原料としてのZr(dpm)4またはZr(O−i−C3H7)2(dpm)2またはZr(O−i−C3H7)(dpm)3、Ti含有原料としてのTi(O−i−C3H7)2(dpm)2を含み、前記酸化ガスは、N2O、NO2、O2からなる群から選択されたものであり、これらによりPZT膜を形成することを特徴とする請求項15から請求項22のいずれか1項に記載の成膜装置。
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