JP2022089151A - Film deposition apparatus and film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、成膜装置及び成膜方法に関する。 The present disclosure relates to a film forming apparatus and a film forming method.
処理容器内の圧力を測定する圧力センサを有する成膜装置が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。また、処理容器内で載置台とシャワーヘッドとの間に拡散空間を形成し、ガスの置換性を向上させて処理を行う原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)装置が知られている(例えば、特許文献3参照)。
A film forming apparatus having a pressure sensor for measuring the pressure in the processing container is known (see, for example,
本開示は、基板近傍の圧力を高い精度で測定できる技術を提供する。 The present disclosure provides a technique capable of measuring the pressure in the vicinity of a substrate with high accuracy.
本開示の一態様による成膜装置は、内部を減圧可能な処理容器と、前記処理容器内にガスを供給するシャワーヘッドであり、複数のガス孔が形成された下部材と、該下部材との間に前記ガスを拡散させる拡散空間を形成する上部材とを含むシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドと対向して配置され、前記シャワーヘッドとの間に処理空間を形成する載置台と、前記載置台を昇降させる昇降機構と、前記シャワーヘッドを貫通して前記処理空間と連通する筒状部と、前記筒状部の内部に気密に設けられ、前記処理空間の圧力を測定する圧力センサと、を有する。 The film forming apparatus according to one aspect of the present disclosure is a processing container capable of depressurizing the inside, a shower head for supplying gas into the processing container, a lower member having a plurality of gas holes formed therein, and the lower member. A shower head including an upper member forming a diffusion space for diffusing the gas between the two, a mounting table arranged facing the shower head and forming a processing space between the shower head, and the above description. An elevating mechanism that raises and lowers the pedestal, a tubular portion that penetrates the shower head and communicates with the processing space, and a pressure sensor that is airtightly provided inside the tubular portion to measure the pressure in the processing space. Has.
本開示によれば、基板近傍の圧力を高い精度で測定できる。 According to the present disclosure, the pressure in the vicinity of the substrate can be measured with high accuracy.
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, non-limiting exemplary embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. In all the attached drawings, the same or corresponding members or parts are designated by the same or corresponding reference numerals, and duplicate description is omitted.
〔第1の実施形態〕
(成膜装置)
図1~図6を参照し、第1の実施形態の成膜装置の一例について説明する。第1の実施形態の成膜装置は、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法による成膜が実施可能な装置として構成されている。
[First Embodiment]
(Film formation device)
An example of the film forming apparatus of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. The film forming apparatus of the first embodiment is configured as an apparatus capable of forming a film by an atomic layer deposition (ALD) method.
成膜装置100は、処理容器1、載置台2、シャワーヘッド3、ガス供給部4、ガス導入部5、排気部6、圧力測定部7、制御部9等を備える。
The
処理容器1は、内部を減圧可能な真空容器である。処理容器1は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有する。処理容器1は、基板の一例である半導体ウエハ(以下「ウエハW」という。)を収容する。処理容器1の側壁には、ウエハWを搬入又は搬出するための搬入出口11が形成されている。搬入出口11は、ゲートバルブ12により開閉される。処理容器1の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト13が設けられている。排気ダクト13には、内周面に沿ってスリット13aが形成されている。排気ダクト13の外壁には、排気口13bが形成されている。排気ダクト13の上面には、処理容器1の上部開口を塞ぐように天板部材14が設けられている。排気ダクト13と天板部材14との間は、シールリング15で気密に封止されている。
The
載置台2は、処理容器1内でウエハWを水平に支持する。載置台2は、ウエハWよりも大きい円板状を有し、窒化アルミニウム(AlN)等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で構成されている。載置台2の内部には、ウエハWを加熱するためのヒータ21が埋め込まれている。ヒータ21は、ヒータ電源(図示せず)から給電されて発熱する。そして、載置台2の上面の近傍に設けられた熱電対(図示せず)の温度信号によりヒータ21の出力を制御することにより、ウエハWが所定の温度に制御される。載置台2には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材22が設けられている。
The mounting table 2 horizontally supports the wafer W in the
載置台2は、支持部材23に支持されている。支持部材23は、載置台2の底面中央から処理容器1の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器1の下方に延び、その下端が昇降機構24に接続されている。載置台2は、昇降機構24により、図1で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハWの搬送が可能な搬送位置との間で昇降する。支持部材23の処理容器1の下方には、鍔部25が取り付けられている。処理容器1の底面と鍔部25との間には、ベローズ26が設けられている。ベローズ26は、処理容器1内の雰囲気を外気と区画し、載置台2の昇降動作にともなって伸縮する。
The mounting table 2 is supported by the
処理容器1の底面近傍には、昇降板から上方に突出するように3本(2本のみ図示)のウエハ支持ピン27が設けられている。ウエハ支持ピン27は、処理容器1の下方に設けられた昇降機構28により昇降板を介して昇降する。ウエハ支持ピン27は、搬送位置にある載置台2に設けられた貫通孔2aに挿通されて載置台2の上面に対して突没可能となっている。ウエハ支持ピン27を昇降させることにより、搬送ロボット(図示せず)と載置台2との間でウエハWの受け渡しが行われる。
Near the bottom surface of the
シャワーヘッド3は、処理容器1内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド3は、例えば金属材料により形成され、載置台2に対向して配置されている。シャワーヘッド3は、載置台2とほぼ同じ直径を有する。シャワーヘッド3は、上部材31及び下部材32を含む。上部材31は、天板部材14の下面に固定されている。下部材32は、上部材31の下に接続されている。上部材31と下部材32との間には、ガスを拡散する拡散空間33が形成されている。拡散空間33には、天板部材14及び上部材31を貫通するようにガス導入路36が設けられている。ガス導入路36には、ガス導入部5から後述するインレットブロック55を介してガスが導入される。下部材32の周縁部には、下方に突出する環状突起部34が形成されている。下部材32における環状突起部34の内側の平坦面には、多数のガス孔35が形成されている。載置台2が処理位置に移動した状態では、載置台2と下部材32との間に狭い処理空間37が形成され、カバー部材22の上面と環状突起部34とが近接して環状隙間38が形成される。
The
多数のガス孔35は、複数の傾斜孔35a及び複数の未傾斜孔35bを含む。複数の傾斜孔35aは、後述する筒状部71の周囲に配置され、拡散空間33の側から処理空間37の側に向けて筒状部71の中心方向に傾斜する。複数の傾斜孔35aは、筒状部71の中心に近いほど傾斜角が大きくなるように配置されていることが好ましい。これにより、ガス孔35が配置されていない筒状部71の下方にもガスが吐出されるため、面内均一性が向上する。複数の未傾斜孔35bは、複数の傾斜孔35aの周囲に配置され、拡散空間33の側から処理空間37の側に向けて傾斜を有しない。
The large number of
ガス供給部4は、拡散空間33内に、例えば8個設けられている。8個のガス供給部4は、シャワーヘッド3の中心を円環状に等間隔で囲むように配置されている。なお、拡散空間33内に設けられるガス供給部4の個数は、8個の場合に限られるものではない。例えば少なくとも2個、好ましくは3個以上のガス供給部4がシャワーヘッド3の中心を囲む環上の互いに離れた位置に設けられていれば、短時間でシャワーヘッド3内に均一にガスを供給できる。なお、複数のガス供給部4が設けられる環の形状は円環に限られるものではなく、例えば四角い環上に配置してもよい。
For example, eight
各ガス供給部4は、図4及び図5に示されるように、上部材31に締結される台座部43と、台座部43の下面側に設けられ、内部が中空のヘッド部41とを備えている。上部材31の下面には、台座部43が挿入される凹部が形成され、台座部43をこの凹部内に嵌合させたとき、ヘッド部41が、上部材31の下面から拡散空間33内に突出した状態となる。
As shown in FIGS. 4 and 5, each
台座部43には、ねじ穴43aが形成され、ねじ穴43a及び上部材31側の凹部内に形成されたねじ穴にねじ43bを螺合させることにより、上部材31に対して台座部43が締結される。
A
台座部43と上部材31との間に処理ガスが侵入して膜が成膜され、台座部43及び上部材31が固着すると、ガス供給部4を取り外す際などにパーティクルが発生する原因となる。そこで、本例の台座部43は、このようなパーティクルの発生を抑制できる構成となっている。
If the processing gas invades between the
図5に示されるように、台座部43は上部材31側の凹部よりも一回り小さく形成されており、台座部43の外周面と上部材31側の凹部の内周面との間には例えば、0.1~1mm程度の隙間31aが形成される。また、台座部43におけるねじ穴43aの上端部には、上部側へ向けて突出する扁平なリング状の突部43cが突出している。台座部43はこの突部43cの上面側の接触面を介して上部材31と接触し、台座部43の上面と、上部材31側の凹部の下面との間にも側面側と同程度の隙間31aが形成される。
As shown in FIG. 5, the
さらに台座部43には、台座部43を上下方向に貫通するように、上部材31に形成されているガス導入路36に連通するガス路43dが形成されている。ガス路43dの上端側の開口部の周囲には、ガス導入路36とガス路43dとを気密に接続するパッキング部材であるOリング43eが設けられている。
Further, the
この結果、上部材31と接触する部分は突部43cの上面側の接触面及びOリング43eに限定され、その他の部分では台座部43と上部材31との間に比較的大きな隙間31aが形成されることになる。従って、台座部43と上部材31とに処理ガスが進入して膜が形成されても、台座部43と上部材31とが固着しにくい。その結果、ガス供給部4の取り外しの際等におけるパーティクルの発生を抑制できる。
As a result, the portion that comes into contact with the
また、上部材31に接触する部分が突部43cの上面側の接触面、及びOリング43eに限定され、これらの接触部分は反応ガスが進入位置から遠い台座部43の上面側に設けられている。このため、突部43cの接触面やOリング43eと、上部材31との間に反応ガスが進入しにくい。また、進入したとしてもその面積が小さい。その結果、ガス供給部4の取り外し等におけるパーティクルの発生を抑制できる。
Further, the portion in contact with the
ヘッド部41は、ガス路43dの下端側の開口部を台座部43の下面側から覆うように設けられ、例えば直径が8~20mmの範囲内の例えば20mmの扁平な円筒形状のカバーである。ヘッド部41の側面には、周方向に沿って間隔をおいて設けられた複数のガス吐出口42が形成されている。各ヘッド部41に対してガス吐出口42は例えば3個以上設けることが好ましく、本例では12個設けられている。また、ヘッド部41の下面は塞がれていてガス吐出口42が設けられていないので、ヘッド部41内に流れ込んだガスは、各ガス吐出口42から横方向へ向けて均一に広がるように吐出される。
The
上述のようにガス供給部4は、周方向に向けて均一にガスを広げることができるように構成されている。これらガス供給部4のガス吐出口42から吐出されたガスは、シャワーヘッド3内に十分に広がってからガス孔35を介して処理空間37に供給される。これにより、載置台2上のウエハWの表面に均一にガスが供給される。
As described above, the
ガス導入部5は、各種のガスをシャワーヘッド3に供給する。ガス導入部5は、原料ガス供給部51、第1のパージガス供給部52、窒化ガス供給部53、第2のパージガス供給部54及びインレットブロック55を有する。
The
原料ガス供給部51は、原料ガスソース51S、ガス供給ライン51L、流量制御器51M、貯留タンク51T及びバルブ51Vを含む。原料ガスソース51Sは、処理容器1内に、ガス供給ライン51Lを介して原料ガスの一例である塩化チタンガス(TiCl4)を供給する。ガス供給ライン51Lは、原料ガスソース51Sから延びるラインである。ガス供給ライン51Lは、インレットブロック55に接続されている。ガス供給ライン51Lには、原料ガスソース51S側から順に、流量制御器51M、貯留タンク51T及びバルブ51Vが介設されている。流量制御器51Mは、ガス供給ライン51Lを流れるTiCl4の流量を制御する。流量制御器51Mは、例えば質量流量制御器(MFC:Mass Flow Controller)である。貯留タンク51Tは、TiCl4を一時的に貯留する。貯留タンク51Tが設けられていることにより、処理容器1内に短時間で大流量のTiCl4を供給できる。貯留タンク51Tは、バッファタンク、フィルタンクとも称される。バルブ51Vは、ALDの際にガスの供給及び停止を切り替えるためのバルブである。バルブ51Vは、例えば高速で開閉可能なALDバルブである。ALDバルブは、0.01秒~1.0秒の間隔で開閉可能であることが好ましい。
The raw material
第1のパージガス供給部52は、パージガスソース52S、ガス供給ライン52L、流量制御器52M及びバルブ52Vを含む。パージガスソース52Sは、処理容器1内に、ガス供給ライン52Lを介してパージガスの一例である窒素ガス(N2)を供給する。ガス供給ライン52Lは、パージガスソース52Sから延びるラインである。ガス供給ライン52Lは、ガス供給ライン51Lに接続されている。ガス供給ライン52Lには、パージガスソース52S側から順に、流量制御器52M及びバルブ52Vが介設されている。流量制御器52Mは、ガス供給ライン52Lを流れるN2の流量を制御する。流量制御器52Mは、例えば質量流量制御器である。バルブ52Vは、ALDの際にガスの供給及び停止を切り替えるためのバルブである。バルブ52Vは、例えば高速で開閉可能なALDバルブである。ALDバルブは、0.01秒~1.0秒の間隔で開閉可能であることが好ましい。
The first purge
窒化ガス供給部53は、窒化ガスソース53S、ガス供給ライン53L、流量制御器53M、貯留タンク53T及びバルブ53Vを含む。窒化ガスソース53Sは、処理容器1内に、ガス供給ライン53Lを介して窒化ガスの一例であるアンモニアガス(NH3)を供給する。ガス供給ライン53Lは、窒化ガスソース53Sから延びるラインである。ガス供給ライン53Lは、インレットブロック55に接続されている。ガス供給ライン53Lには、窒化ガスソース53S側から順に、流量制御器53M、貯留タンク53T及びバルブ53Vが介設されている。流量制御器53Mは、ガス供給ライン53Lを流れるNH3の流量を制御する。流量制御器53Mは、例えば質量流量制御器である。貯留タンク53Tは、NH3を一時的に貯留する。貯留タンク53Tが設けられていることにより、処理容器1内に短時間で大流量のNH3を供給できる。貯留タンク53Tは、バッファタンク、フィルタンクとも称される。バルブ53Vは、ALDの際にガスの供給及び停止を切り替えるためのバルブである。バルブ53Vは、例えば高速で開閉可能なALDバルブである。ALDバルブは、0.01秒~1.0秒の間隔で開閉可能であることが好ましい。
The nitriding
第2のパージガス供給部54は、パージガスソース54S、ガス供給ライン54L、流量制御器54M及びバルブ54Vを含む。パージガスソース54Sは、処理容器1内に、ガス供給ライン54Lを介してパージガスの一例である窒素ガス(N2)を供給する。ガス供給ライン54Lは、パージガスソース54Sから延びるラインである。ガス供給ライン54Lは、ガス供給ライン53Lに接続されている。ガス供給ライン54Lには、パージガスソース54S側から順に、流量制御器54M及びバルブ54Vが介設されている。流量制御器54Mは、ガス供給ライン54Lを流れるN2の流量を制御する。流量制御器54Mは、例えば質量流量制御器である。バルブ54Vは、ALDの際にガスの供給及び停止を切り替えるためのバルブである。バルブ54Vは、例えば高速で開閉可能なALDバルブである。ALDバルブは、0.01秒~1.0秒の間隔で開閉可能であることが好ましい。
The second purge
インレットブロック55は、内部が中空な円筒形状を有し、天板部材14上に設けられている。インレットブロック55は、天板部材14の中心に配置されている。インレットブロック55の内部には、ガス流路55aが形成されている。ガス流路55aは、ガス供給ライン51L,53L及びガス導入路36と連通しており、ガス供給ライン51L,53Lから供給されるガスをガス導入路36へ供給する。
The
排気部6は、処理容器1の内部を排気することにより、該処理容器1内を減圧する。排気部6は、排気配管61、圧力制御器62及び真空ポンプ63を含む。排気配管61は、排気口13bに接続されている。圧力制御器62は、排気配管61に介設されている。圧力制御器62は、例えば開度を調整することで排気配管61内のコンダクタンスを制御するバルブであってよい。真空ポンプ63は、排気配管61に介設されている。
The
圧力測定部7は、筒状部71及び圧力センサ72を含む。筒状部71は、内部が中空な円筒形状を有する。筒状部71は、天板部材14及びシャワーヘッド3を厚さ方向に貫通して処理空間37と連通する。筒状部71は、天板部材14の中心に設けられている。これにより、平面視において、筒状部71の中空部とインレットブロック55の中空部とが連通する。圧力センサ72は、筒状部71の内部に気密に設けられ、処理空間37の圧力を測定する。圧力センサ72は、測定値を制御部9に送信する。
The
制御部9は、成膜装置100の各部の動作の制御することにより、後述する成膜方法を実施する。制御部9は、例えばコンピュータ等であってよい。成膜装置100の各部の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、DVD等であってよい。
The
ところで、従来、減圧CVD装置、減圧ALD装置においては、処理容器内の圧力を測定するために、キャパシタンスマノメータ等の圧力センサを処理容器の側壁に設置し、圧力測定が行われている。しかし、前述の成膜装置100のように処理容器1内で載置台2とシャワーヘッド3との間に狭い処理空間37を形成し、ガスの置換性を向上させて処理を行うALD装置においては、処理空間37の正確な圧力が測定できない。そのため、プロセス性能を確保するためには条件を変えて何度もプロセスを試行しなくてはならないことから、プロセス性能の確保が困難である。
By the way, conventionally, in a decompression CVD device and a decompression ALD device, in order to measure the pressure in the processing container, a pressure sensor such as a capacitance manometer is installed on the side wall of the processing container to measure the pressure. However, in the ALD device such as the above-mentioned
これに対し、実施形態の成膜装置100によれば、シャワーヘッド3を貫通して処理空間37と連通する筒状部71と、該筒状部71の内部に気密に設けられ、処理空間37の圧力を測定する圧力センサ72と、を有する。これにより、処理空間37の圧力、すなわち、ウエハW近傍の圧力を高い精度で測定できる。
On the other hand, according to the
(成膜方法)
図7を参照し、実施形態の成膜方法の一例について説明する。実施形態の成膜方法は、搬入工程、成膜工程及び搬出工程を有する。
(Film formation method)
An example of the film forming method of the embodiment will be described with reference to FIG. 7. The film forming method of the embodiment includes a carry-in step, a film forming step, and a carry-out step.
搬入工程では、処理容器1内にウエハWを搬入する。搬入工程では、載置台2を搬送位置に下降させた状態でゲートバルブ12を開き、搬送ロボット(図示せず)によりウエハWを、搬入出口11を介して処理容器1内に搬入し、ヒータ21により所定温度に加熱された載置台2上に載置する。続いて、載置台2を処理位置まで上昇させ、処理容器1内を所定圧力まで減圧する。
In the carry-in process, the wafer W is carried into the
成膜工程は、搬入工程の後に行われる。成膜工程では、TiCl4供給ステップ、TiCl4パージステップ、NH3供給ステップ及びNH3パージステップを含む一連の動作を1サイクルとし、サイクル数を制御することで所望の膜厚の窒化チタン(TiN)膜を成膜する。 The film forming step is performed after the carry-in step. In the film forming step, a series of operations including a TiCl 4 supply step, a TiCl 4 purge step, an NH 3 supply step, and an NH 3 purge step are set as one cycle, and the number of cycles is controlled to control the number of cycles of titanium nitride (TiN) having a desired film thickness. ) Form a film.
TiCl4供給ステップは、TiCl4を処理空間37に供給するステップである。TiCl4供給ステップでは、まず、バルブ52V,54Vを開き、パージガスソース52S,54Sから、ガス供給ライン52L,54Lを経てN2ガスを供給し続ける。また、バルブ51Vを開くことにより、原料ガス供給部51からガス供給ライン51Lを経てTiCl4を処理空間37に供給する。このとき、TiCl4は、貯留タンク51Tに一旦貯留された後に処理容器1内に供給される。また、TiCl4供給ステップでは、制御部9は、圧力センサ72の測定値に基づき圧力制御器62を制御することにより、処理空間37内を所望の圧力に制御する。
The TiCl 4 supply step is a step of supplying TiCl 4 to the
TiCl4パージステップは、処理空間37の余剰のTiCl4等をパージするステップである。TiCl4パージステップでは、ガス供給ライン52L,54Lを介してのN2ガスの供給を継続した状態で、バルブ51Vを閉じてガス供給ライン51LからのTiCl4の供給を停止する。
The TiCl 4 purge step is a step of purging the surplus TiCl 4 and the like in the
NH3供給ステップは、NH3ガスを処理空間37に供給するステップである。NH3供給ステップでは、ガス供給ライン52L,54Lを介してのN2ガスの供給を継続した状態で、バルブ53Vを開く。これにより、窒化ガスソース53Sからガス供給ライン53Lを経てNH3ガスを処理空間37に供給する。このとき、NH3は、貯留タンク53Tに一旦貯留された後に処理容器1内に供給される。NH3供給ステップにより、ウエハW上に吸着したTiCl4が還元される。このときのNH3の流量は、十分に還元反応が生じる量とすることができる。また、NH3供給ステップでは、制御部9は、圧力センサ72の測定値に基づき圧力制御器62を制御することにより、処理空間37内を所望の圧力に制御する。
The NH 3 supply step is a step of supplying NH 3 gas to the
NH3パージステップは、処理空間37の余剰のNH3をパージするステップである。NH3パージステップでは、ガス供給ライン52L,54Lを介してのN2ガスの供給を継続した状態で、バルブ53Vを閉じてガス供給ライン53LからのNH3の供給を停止する。
The NH 3 purge step is a step of purging the surplus NH 3 in the
以上に説明したTiCl4供給ステップ、TiCl4パージステップ、NH3供給ステップ及びNH3パージステップを含む一連の動作を1サイクルとし、サイクル数を制御することで、所望の膜厚のTiN膜を成膜できる。 A series of operations including the TiCl 4 supply step, the TiCl 4 purge step, the NH 3 supply step, and the NH 3 purge step described above are set as one cycle, and the number of cycles is controlled to form a TiN film having a desired film thickness. It can be a film.
搬出工程は、成膜工程が終了した後に実行される。搬出工程では、載置台2を搬送位置まで下降させた状態でゲートバルブ12を開き、搬送ロボット(図示せず)によりウエハWを、搬入出口11を介して処理容器1外に搬出する。
The carry-out step is executed after the film forming step is completed. In the carry-out step, the
また、次に処理するウエハWがある場合には、搬出工程の後、再び搬入工程に戻り、成膜工程及び搬出工程を実行する。これにより、次のウエハWに対して所望の膜厚のTiN膜を成膜できる。 If there is a wafer W to be processed next, the wafer W is returned to the carry-in step again after the carry-out step, and the film forming step and the carry-out step are executed. As a result, a TiN film having a desired film thickness can be formed on the next wafer W.
以上に説明した実施形態の成膜方法によれば、シャワーヘッド3を貫通して処理空間37と連通する筒状部71の内部に気密に設けられる圧力センサ72の測定値に基づき圧力制御器62を制御することにより、処理空間37内を所望の圧力に制御する。これにより、ウエハW近傍の圧力を高い精度で制御できるので、所望のプロセス性能を容易に実現できる。
According to the film forming method of the embodiment described above, the
なお、図2に示す例では圧力センサ72とシャワーヘッド3のウエハWと対向する面との間にデッドスペース73が存在しているが、ガスの滞留・残留を抑制する観点から、圧力センサ72とシャワーヘッド3のウエハWと対向する面は同一面になるように圧力センサ72を配置することが好ましい。
In the example shown in FIG. 2, a
〔第2の実施形態〕
図8及び図9を参照し、第2の実施形態の成膜装置の一例について説明する。図8は、第2の実施形態の成膜装置のシャワーヘッドの一例を示す概略断面図である。図9は、第2の実施形態の成膜装置のシャワーヘッドの一例を示す概略平面図である。なお、図8は、図9における一点鎖線VIII-VIIIにおいて切断した断面を示す。
[Second Embodiment]
An example of the film forming apparatus of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an example of a shower head of the film forming apparatus of the second embodiment. FIG. 9 is a schematic plan view showing an example of a shower head of the film forming apparatus of the second embodiment. Note that FIG. 8 shows a cross section cut along the alternate long and short dash line VIII-VIII in FIG.
図8及び図9に示されるように、第2の実施形態の成膜装置100Aは、インレットブロック55上にバルブ51V~54Vが設けられている点で、第1の実施形態の成膜装置100と異なる。なお、その他の構成については、第1の実施形態の成膜装置100と同じ構成であってよい。
As shown in FIGS. 8 and 9, the film forming apparatus 100A of the second embodiment is provided with
第2の実施形態の成膜装置100Aによれば、処理空間37の近傍にバルブ51V~54Vが設けられているので、バルブ51V~54Vを開いた後に処理ガスが処理空間37に供給されるまでのタイムラグ(時間の遅れ)を短くできる。更にはバルブ51V~54Vから処理空間37までの距離を短くできることから、バルブ51V~54Vを閉じた後のバルブ51V~54Vの二次側のガス流路内に残留するガスの量を減らすことができる。その結果、ALDプロセスにおけるガスの切り替えを短時間でスムースに行うことができる。
According to the film forming apparatus 100A of the second embodiment, since the
〔実施例〕
実施例では、前述した実施形態の成膜方法によりTiN膜を成膜する際のTiCl4の供給タイミングを変更したときのTiCl4分圧を比較した。
〔Example〕
In the examples, the partial pressures of TiCl 4 when the supply timing of TiCl 4 was changed when the TiN film was formed by the film forming method of the above-described embodiment were compared.
ALDプロセスでは、高速でガスや処理容器1内の圧力を切り替えながら成膜しており、処理容器1内の圧力が変動(脈動)する中でガスを供給する必要から、反応領域(処理空間37)へ供給される原料ガス(TiCl4)の圧力も非定常となり易い。
In the ALD process, the film is formed while switching the gas and the pressure in the
図10は、処理容器1内の圧力の時間変化を示す図である。図10中、横軸は時間[秒]を示し、縦軸は処理容器1内の圧力[Torr]を示す。図11は、TiCl4分圧の時間変化を示す図である。図11中、横軸は時間[秒]を示し、縦軸はTiCl4分圧[Torr]を示す。図10及び図11において、実線、破線及び一点鎖線は、処理容器1内の圧力が夫々1.5Torr(200Pa)、3.0Torr(400Pa)及び5.0Torr(667Pa)となった時点で処理容器1内にTiCl4を供給したときの結果を示す。
FIG. 10 is a diagram showing the time change of the pressure in the
図10及び図11に示されるように、処理容器1内の圧力が変動する中で原料ガス(TiCl4)を供給する場合、原料ガス(TiCl4)分圧は処理容器1内の圧力を監視するだけでは一意に求めることが難しいことが分かる。そのため、シャワーヘッドに圧力センサを設置し、基板近傍の圧力を測定することは、TiCl4分圧を知るうえで重要であると考えられる。
As shown in FIGS. 10 and 11, when the raw material gas (TiCl 4 ) is supplied while the pressure in the
図12は、段差被覆性とTiCl4分圧との関係を示す図である。図12中、横軸は凹部を含むパターンが形成されたパターン基板にTiN膜を成膜したときの段差被覆性[%]を示し、縦軸はTiCl4分圧[Torr]を示す。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the step covering property and the TiCl 4 partial pressure. In FIG. 12, the horizontal axis shows the step covering property [%] when a TiN film is formed on a pattern substrate having a pattern including recesses, and the vertical axis shows the TiCl 4 partial pressure [Torr].
図12に示されるように、段差被覆性とTiCl4分圧との間には正の相関があることが分かる。この結果から、TiCl4分圧を高くすることにより、段差被覆性を高めることができると言える。 As shown in FIG. 12, it can be seen that there is a positive correlation between the step coverage and the TiCl 4 partial pressure. From this result, it can be said that the step covering property can be improved by increasing the TiCl 4 partial pressure.
以上の結果から、シャワーヘッドに圧力センサを設置し、基板近傍の圧力を測定することは、プロセス性能(例えば段差被覆性)を把握する上で重要であると言える。 From the above results, it can be said that it is important to install a pressure sensor on the shower head and measure the pressure in the vicinity of the substrate in order to grasp the process performance (for example, step coverage).
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The above embodiments may be omitted, replaced or modified in various forms without departing from the scope of the appended claims and their gist.
上記の実施形態では、筒状部及び圧力センサがシャワーヘッドの中心に設けられている場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、筒状部及び圧力センサは、シャワーヘッドの中心以外に設けられていてもよい。また例えば、筒状部及び圧力センサは、シャワーヘッドの面内における複数の位置に設けられていてもよい。これにより、基板面内における圧力分布を測定できる。 In the above embodiment, the case where the tubular portion and the pressure sensor are provided in the center of the shower head has been described, but the present disclosure is not limited to this. For example, the tubular portion and the pressure sensor may be provided in a place other than the center of the shower head. Further, for example, the tubular portion and the pressure sensor may be provided at a plurality of positions in the plane of the shower head. This makes it possible to measure the pressure distribution in the substrate surface.
上記の実施形態では、TiCl4ガス及びNH3ガスを交互に間欠的に供給してTiN膜を成膜するALD装置を説明したが、本開示はこれに限定されず、他のガスを利用して他の膜を成膜するALD装置にも本開示を適用できる。 In the above embodiment, the ALD apparatus for forming a TiN film by alternately and intermittently supplying TiCl 4 gas and NH 3 gas has been described, but the present disclosure is not limited to this, and other gases are used. The present disclosure can also be applied to an ALD device that forms a film on another film.
1 処理容器
2 載置台
24 昇降機構
3 シャワーヘッド
31 上部材
32 下部材
33 拡散空間
35 ガス孔
37 処理空間
71 筒状部
72 圧力センサ
100,100A 成膜装置
1 Processing
Claims (8)
前記処理容器内にガスを供給するシャワーヘッドであり、複数のガス孔が形成された下部材と、該下部材との間に前記ガスを拡散させる拡散空間を形成する上部材とを含むシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドと対向して配置され、前記シャワーヘッドとの間に処理空間を形成する載置台と、
前記載置台を昇降させる昇降機構と、
前記シャワーヘッドを貫通して前記処理空間と連通する筒状部と、
前記筒状部の内部に気密に設けられ、前記処理空間の圧力を測定する圧力センサと、
を有する、成膜装置。 A processing container that can reduce the pressure inside,
A shower head that supplies gas into the processing container, and includes a lower member having a plurality of gas holes formed therein and an upper member forming a diffusion space for diffusing the gas between the lower members. When,
A mounting table that is arranged to face the shower head and forms a processing space between the shower head and the shower head.
An elevating mechanism that raises and lowers the above-mentioned stand,
A tubular portion that penetrates the shower head and communicates with the processing space,
A pressure sensor that is airtightly provided inside the tubular portion and measures the pressure in the processing space,
A film forming apparatus.
請求項1に記載の成膜装置。 The tubular portion is provided in the center of the shower head.
The film forming apparatus according to claim 1.
請求項1又は2に記載の成膜装置。 The plurality of gas holes include a plurality of inclined holes inclined toward the center of the tubular portion from the side of the diffusion space toward the side of the processing space.
The film forming apparatus according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の成膜装置。 The plurality of inclined holes have a larger inclination angle as they are closer to the center of the cylindrical portion.
The film forming apparatus according to claim 3.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の成膜装置。 The plurality of gas holes include a plurality of unsloping holes having no inclination from the side of the diffusion space toward the side of the processing space.
The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記圧力センサの測定値に基づいて前記圧力制御器を制御する制御部と、
を有する、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の成膜装置。 A pressure controller that controls the pressure inside the processing container,
A control unit that controls the pressure controller based on the measured value of the pressure sensor,
Have,
The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5.
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の成膜装置。 It is provided on the upper member so as to surround the tubular portion, and has a cylindrical inlet block for introducing the gas into the diffusion space.
The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 6.
前記処理容器内にガスを供給するシャワーヘッドであり、複数のガス孔が形成された下部材と、該下部材との間に前記ガスを拡散させる拡散空間を形成する上部材とを含むシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドと対向して配置され、前記シャワーヘッドとの間に処理空間を形成する載置台と、
前記載置台を昇降させる昇降機構と、
前記シャワーヘッドを貫通して前記処理空間と連通する筒状部と、
前記筒状部の内部に気密に設けられ、前記処理空間の圧力を測定する圧力センサと、
を有する成膜装置における成膜方法であって、
前記圧力センサの測定値に基づいて前記処理容器内の圧力を制御する、
成膜方法。 A processing container that can reduce the pressure inside,
A shower head that supplies gas into the processing container, and includes a lower member having a plurality of gas holes formed therein and an upper member forming a diffusion space for diffusing the gas between the lower members. When,
A mounting table that is arranged to face the shower head and forms a processing space between the shower head and the shower head.
An elevating mechanism that raises and lowers the above-mentioned stand,
A tubular portion that penetrates the shower head and communicates with the processing space,
A pressure sensor that is airtightly provided inside the tubular portion and measures the pressure in the processing space,
It is a film forming method in a film forming apparatus having
The pressure in the processing container is controlled based on the measured value of the pressure sensor.
Film formation method.
Priority Applications (3)
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