KR100263202B1 - 성막처리방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

진공처리실내의 소정온도까지 가열된 피처리체 유지부상에 유지되는 피처리체의 표면에 반응성 가스를 노즐로부터 공급하고, 피처리체 표면에서의 화학반응에 의해 소망하는 박막을 피처리체 표면에 형성하는 성막처리방법에 있어서, 진공처리실내에 최초의 피처리체를 반입하기 전에 진공처리실내에 반응가스를 노즐로부터 공급하여 진공처리실내의 분위기를 피처리체의 박막처리 분위기와 미리 동등하게 되도록 하는 공정과, 진공처리실내에 피처리체를 반입하는 공정과, 진공처리실내에 상기 반응성 가스를 노즐로부터 공급하여 피처리체 표면에 소망하는 박막을 형성하는 공정과, 성막처리가 끝난 피처리체를 진공처리실내에서 반출하는 공정으로 이루어지는 성막처리방법에 관한 것이다. 또, 진공처리실내에서 피처리체를 소정온도까지 가열한 상태에서 유지하는 피처리체 유지부와, 진공처리실내에 반응성 가스를 공급하는 노즐과를 구비하는 성막처리장치에 있어서, 공급노즐을 피처리체 유지부와 대응하는 위치에 배열설치함과 동시에 공급노즐에 냉각수단을 붙여 설치하고, 피처리체 유지부와 노즐과의 사이에 반응성 가스의 흐름을 차페하는 가스 흐름 제어부를 설치한 것을 특징으로 하는 성막처리장치에 관한 것이다.

Description

성막처리방법 및 그 장치
이 발명은 성막처리방법 및 그 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 진공처리실내에서 수용되는 반도체 웨이퍼 등의 피처리체 표면에 반응성 가스를 공급하여, 피처리체 표면에서의 화학반응에 의해 소망하는 박막(薄膜)을 그 위에 형성하는 성막처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라 칭함)의 표면에 전극재료나 도전(導電)재료의 박막을 퇴적(堆積)하는 성막기술로서, 박막을 구성하는 원소로 되는 일종 또는 그 이상의 화합물기체(반응성 가스)를 웨이퍼표면에 공급하여, 웨이퍼 표면상에서 화학반응시켜서 소망하는 박막을 그 위에 형성하는 성막처리방법(CVD) 및 그 장치가 알려져 있다.
이 성막처리장치로서는, 주로 SiO2등의 절연박막을 웨이퍼표면에 형성하기 위하여 다수의 웨이퍼를 세로방향 혹은 가로방향으로 좁은 간격으로 나란히 해서 성막처리하는 배치(batch)식 장치 및 주로 금속막을 형성하기 위해 사용되는 낱장식 장치가 알려져 있다.
상기한 낱장식 성막처리장치는, 예를 들면, 진공분위기의 진공용기내에 웨이퍼를 반입하여, 이것을 소정의 온도(약 360℃~700℃)까지 가열유지한 상태에서, 웨이퍼의 유지부와 대향하는 부위로부터 육불하텅스텐(WF6)(예를 들면, 유량2cc/분)과 실란(SiH4) 혹은 디클로로실란(SiH2CL2)(예를 들면, 유량 200cc/분) 등의 반응성 가스를 소정의 비율로 혼합하여 진공용기내의 웨이퍼 표면에 공급하고, 웨이퍼표면에서의 화학반응에 의하여 소망하는 박막, 예를 들면, WSiX를 그 위에 형성하는 것이다. 이 경우, 웨이퍼는 각 웨이퍼 카세트내에 수용된 복수매(예를 들면, 25매)를 1 단위(군(郡))로 하여 1매마다 연속적으로 성막처리되고 있다.
그러나, 종래의 이 종류의 성막처리에 있어서는, 특히 처리되는 각군의 최초의 웨이퍼는 고진공상태에 장시간 유지된 상태하에서 반응성 가스가 공급되기 때문에, 최초(1매째)의 웨이퍼막의 두께나 시이트 저항 등의 2매째 이후의 웨이퍼에 비하여 불균일하게 되어서, 성막처리공정의 효율저하를 초래할 뿐만 아니라 제품수율의 저하를 초래한다고 하는 문제점이 있었다.
또, 이 종류의 종래의 성막처리장치에 있어서, 웨이퍼 유지부의 가열원으로부터의 복사열이 반응성 가스의 유통부에 전달하기 때문에, 이 가스 유통부는 실란과 육불화텅스텐의 반응개시온도 이상의 온도, 즉 50~100℃정도로 가열되고 만다.
이 결과, 가스 유통부를 구성하는 부재의 표면에 반응성 가스의 생성물(WSIX)등이 부착되는 경우가 많이 있었다.
또한, 이 부착된 생성물은 촉매작용이 있으므로 반응이 촉진되어, 상기한 온도보다도 낮은 온도라도 화학반응이 일어나게 되고, 또, 같은 온도라면 높은 레이트로 성막이 진척되게 된다. 이 결과, 반응성 가스의 웨이퍼로의 공급이 그때마다 불균일하게 되어서 각 웨이퍼의 면내 및 면간의 막두께가 불균일하게 된다고 하는 문제점이 있었다.
또, 가스 유통부에 부착된 막이 열에 의해서 그 부분에서 벗겨져 떨어져서 미세입자, 즉 파티클로 되어서 피처리체에 부착하여, 제품수율의 저하를 초래할 뿐만 아니라 성막처리의 신뢰성이 나빠진다고 하는 문제점도 있었다.
이 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 각 군의 모든 웨이퍼를 불균일하게 박막처리하여 성막처리공정의 효율 및 제품 수율의 향상을 도모하도록 한 성막처리방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 가스 유통부를 냉각함으로써, 이 부분에 반응생성물이 부착하는 것을 저지할 수 있는 성막처리장치를 제공하는데 있다.
제1도는 본 발명의 성막처리장치의 제1실시예의 개략단면도.
제2도는 본 발명의 성막처리방법의 각 공정을 나타낸 플로우차트.
제3도는 본 발명의 성막처리방법과 종래의 성막처리방법에 의한 웨이퍼 처리 매수(枚數)와 시이트 저항과의 관계를 나타낸 그래프.
제4도는 본 발명의 성막처리장치의 제2실시예의 개략단면도.
제5도는 제4도에 나타낸 반응성 가스의 공급노즐의 확대단면도.
제6도는 제4도에 나타낸 반응성 가스의 공급노즐의 사시·단면도.
제7도는 본 발명의 성막처리장치의 제3실시예의 개략단면도.
제8도는 제7도에 나타낸 가스 유통부의 사시·단면도.
제9도는 본 발명의 성막처리장치의 제4실시예의 개략단면도.
제10도는 제9도에 나타낸 성막처리장치의 가스 흐름 제어부의 사시·단면도.
제11도는 제10도에 나타낸 가스 흐름 제어부의 다른 실시예를 나타낸 종단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 웨이퍼 1a : 핑거
2 : 척 플레이트 3 : 진공처리실
4 : 반응성 가스혼합실 5 : 가스노즐
5a : 고리형상기체(基體) 5b,5c : 고리형상실
5d : 분구(噴口) 5e : 둘레홈(周溝)
5f : 덮개체 6 : 배기구
7 : 창(窓) 8 : 게이트밸브
9 : 석영 글라스 9a : 0링
10 : 가열용 램프 11 : 가스 흐름 제어부
12 : 연통구(連通口) 13 : 정류통(整流筒)체
14 : 돌출벽 16 : 정류체(整流體)
16a : 플런저부 17 : 0링
19a,19b : 수냉실 20,21 : 관로(管路)
20a : 둘레홈 22 : 가스봄베
23 : 가스봄베 24,27 : 개폐밸브
24a : 개폐밸브 25 : 유량조절밸브
26 : 배기관 28 : 제어부
29 : 청소용 관로 30a,30b : 냉수·온수실
31 : 수냉실 31a : 둘레홈
31b : 덮개체 41 : 냉매공급 관로
42 : 개폐밸브 43 : 순환펌프
44 : 냉각수 수용탱크 45,46 : 관로
47 : 개폐밸브 48,49 : 가스공급부
51 : 냉매공급 관로 52 : 개폐밸브
53 : 순환펌프 54 : 냉각수 수용탱크
55,56 : 관로 57 : 개폐밸브
58 : 공급관 59 : 변환밸브
60 : 냉각수 공급원 61 : 온수 공급원
62 : 흑색 65 : 가스봄베
66 : 가스봄베 70 : 냉각수 공급관
72 : 개폐밸브 74,76 : 관로
80a : 냉매 공급관 80b : 냉매 배출관
82 : 개폐밸브 83 : 냉매통로
84 : 펌프 85 : 냉매 수용 탱크
86 : 냉각수 공급관 87 : 개폐밸브
88 : 펌프 89 : 냉각수 수용 탱크
90 : 배수관 100 : 로드록 챔버
상기 목적을 달성하기 위하여, 이 발명의 성막처리방법은, 진공처리실내에 수용되는 피처리체 표면에 반응성 가스를 공급하고, 피처리체 표면에서의 화학반응에 의해 소망하는 박막을 그 위에 형성하는 성막처리방법에 있어서, 진공처리실내에 수용되는 최초의 피처리체의 성막처리전에, 처리실내에 반응성 가스를 공급하여, 처리실내의 분위기를 미리 피처리체의 성막처리분위기와 동등하게 되도록 한 것을 특징으로 한다.
상기와 같이, 처리실내에 수용되는 최초의 피처리체의 성막처리전에, 처리실내에 반응성 가스를 공급함으로써, 성막처리 때에 생성되는 부생성물을 사전에 생성할 수가 있다. 그 때문에 처리실내의 분위기를 최초부터 2매째 이후의 피처리체의 성막처리분위기와 동등하게 할 수 있으며, 최초의 피처리체를 2매째 이후의 피처리체의 박막처리와 같이 균일하게 박막처리할 수 있다.
본 발명의 성막처리장치는, 진공처리실과, 그 진공처리실내에서 설치되어, 피처리체를 소정온도까지 가열한 상태에서 유지하는 피처리체 유지부와, 상기 진공처리실내로 반응성 가스를 공급하는 노즐로서, 상기 피처리체 유지부에 대향하는 위치에 배치된 노즐과, 상기 피처리체 유지부와 상기 노즐사이에 설치되어, 반응성 가스의 흐름을 상기 피처리체 유지부에 유지된 피처리체에 대하여 균일화하는 가스 흐름 제어부와, 이 가스 흐름 제어부와 상기 노즐사이에 설치되어 노즐로부터 공급된 가스를 혼합하는 가스혼합실을 구비한다.
본 발명은, 이상과 같이 구성하였으므로, 가스공급노즐에서 고급된 반응성 가스는 진공처리실내를 상승하여, 피처리체 유지수단에 의해 유지된 피처리체표면에 반응생성물인 박막을 퇴적시킨다.
또, 반응성 가스의 흐름을 차폐하여 제어하는 가스 흐름 제어부는, 큰 직경의 통형상으로 형성됨과 동시에 상기 피처리체 유지부로 향하여 개구하는 한 쪽의 개구부를 갖는 정류통체와, 이 정류통체의 다른 쪽의 노즐 측에 설치되어, 외주로부터 반경방향으로 안쪽방향으로 돌출하여 작은 직경의 개구를 갖는 다른 쪽의 개구부와, 상기 정류통체의 내경보다 작은 직경으로 되어, 상기 정류통체내에서 상기 다른 쪽 개구부로 향하여 축방향 이접가능하게 설치된 정류체를 구비한다.
다시 말하면, 가스 흐름 제어부는, 피처리체를 가열하는 가열원으로부터의 복사열에 의해 가열될 경향에 있으나, 이 부분에는 냉각수단을 설치하고 있기 때문에 반응성 가스의 반응온도 이하로 냉각된다. 따라서 이 가스 흐름 제어부 표면에 반응성 가스의 생성물 등에 의해 박막이 부착하는 것을 방지할 수가 있으므로, 피처리체에 대하여 반응성 가스를 적정한 농도 및 혼합비율로 공급할 수가 있다. 그 결과, 막두께가 균일한 성막처리를 실시할 수가 있다.
[실시예 1]
이하, 본 발명의 실시예 1를 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 성막처리방법을 실시하기 위한 성막처리장치의 실시예 1의 요부의 개략단면도를 나타낸다.
이 실시예의 성막처리장치는, 피처리체인 반도체(1) (이하, 웨이퍼라 칭함)를, 핑거(1a)로 유지하는 척 플리트(2)를 그 천정부(天井部)에 배열설치되는 진공처리실(3)과, 이 전공처리실(3) 하부에 연이어 통하는 반응성 가스의 혼합실(4)로 구성되어 있다. 이 혼합실(4)에는, 여기에 반응성 가스(예를 들면, WF6, SiH2, Cl2)를 공급하는 고리형상의 가스노즐(5)이 배열설치되고, 또, 진공처리실(3)의 천정부에는 동심(同心)원통상의 4개소에 배기구(6)이 설치되어 있다. 이들 배기구(6)는 도시하지 않는 진공펌프 등의 흡인수단에 접속되어서, 진공처리실(3) 및 혼합실(4)내가 진공분위기에 유지되도록 되어 있다. 또한, 진공처리실(3)의 측벽에는 웨이퍼(1)의 로드록챔버(100)로의 반입·반출용의 창(7)이 개설(開設)되어 있고, 이 창(7)에는 폐쇄시에 진공처리실(3) 및 혼합실(4)내를 진공분위기에 유지하는 게이트밸브(8)가 개폐가 가능하게 부착되어 있다.
척 플레이트(2)의 배면쪽, 즉 그 윗편쪽에는, 대기와 진공처리실(3)을 차단하는 석영글라스(9)가 0링(9a)을 개재하여 부착되어 있고, 이 석영글라스(9)의 상부에 예를 들면, 할로겐램프(1KW), 8개로 이루어진 가열용 램프(10)가 배열설치되어서, 척 플레이트(2)가 약 600℃~700℃로 가열되도록 되어 있다.
또한, 이 가열용 램프(10)를 대신하여 척 플레이트(2)내에 가열 히터를 매설하는 것도 할 수 있다.
또, 진공처리실(3)과 혼합실(4)과의 연통부에는, 반응성 가스의 흐름 제어부(11)가 형성되어 있다. 이 흐름 제어부(11)는, 진공처리실(3) 저부(底部)에 설치된 연통구(12)의 상부에 세워 설치하는 정류통체(13)와, 이 정류통체(13)의 하부쪽에서 정류통체(13)의 반경방향 안쪽으로 향해서 돌출하여 척 플레이트(2)로부터의 복사열이 가스노즐(5)에 직접 조사(照射)되는 것을 방지하는 돌출벽(14)과, 정류통체(13)내에 틈(L1)을 두고 이동가능하게 배열설치됨과 동시에 돌출벽(14)과의 틈(L2)을 가변(可變)이 자유롭게하여 반응성 가스의 흐름을 제어하는 원형의 정류체(16)로 구성되어 있다. 이 경우, 정류체(16)의 플런저부(16a)와 혼합실(4)의 저부와의 사이에는 0링(17)이 개재되어서 혼합실(4)의 기밀성이 유지되어 있다. 또, 정류통체(13)와 정류체(16)내부에는 수냉실(19a,19b)이 형성되어 있으며, 이 수냉실(19a,19b)내에 냉각수가 적당한 수단에 의해 순환공급되도록 되어 있다.
한편, 가스노즐(5)은, 고리형상기체(5a)의 동심원상에 설치된 반경이 다른 2개의 고리형상실(5b,5c) 상면에 각각 복수의 분구(도시 않음)를 적당한 간격을 두고 뚫어 설치한 구조로 되어 있다. 각 고리형상실(5b,5c)에는 각각 관로(20,21)를 개재하여 WF6가스봄베(22) 또는 SiH2Cl2가스봄베(23)가 접속되어 있다. 또한, 각 관로(20,21)에는 개폐밸브(24) 및 유량조정밸브(25)가 배열설치되어 있다. 또한, 개폐밸브(23,27)는 제어부(28)에 의하여 제어되도록 되어 있다.
이 경우, 각 가스봄베(22,23)의 WF6가스와 SiH2Cl2가스는 1~5cc 분:200~400cc 분의 비율로 혼합실(4)내에 공급되어서 혼합실(4)내에서 혼합된 후, 진공처리실(3)내로 공급되도록 되어 있다. 또, 제어부(28)로부터의 개폐밸브(24,27)로의 제어신호에 의해, 웨이퍼(1)의 처리 전에는 관로(20) 속에 잔류하는 가스가 배기된다.
관로(20)속의 잔류가스를 완전히 배기한 후에, 가스봄베(22) 속의 신규(新規)가스를 혼합실(4)내로 공급할 수 있도록 되어 있다. 또, 이 관로(20)에 청소용 관로(29)를 접속하여, 질소(N2)가스 혹은 아르곤(Ar)가스등의 불활성가스를 관로(20)속에 흘려서 배기관(26)으로부터 배출하므로써 관로(20)속의 청소를 할 수 있도록 하고 있다. 또한, 청소용 관로(29)에 배열설치되는 개폐밸브(24a)는 다른 개폐밸브(24)와 같이 제어부(28)에 의하여 제어되도록 되어 있다. 또 개폐밸브(24a)를 변환해서 진공처리실(3)내에 플라즈마발생용의 NF3가스를 공급할 수 있도록 되어 있다.
또한, 진공처리실(3) 및 혼합실(4)은 각각 내식성(耐蝕性) 및 열전도성이 양호한 재질 예를 들면, 알루미늄합금 등으로 형성되어 있고, 그 임의의 개소에는 고리형상의 수냉실(30a,30b)이 형성되어서 적당한 수단에 의해 거기에 냉각용수가 순환공급되어서 성막처리시에 진공처리실(3) 및 혼합실(4)이 고온으로 되는 것을 방지하고 있다. 또, 가스노즐(5)의 양고리형상실(5b,5c)간에도 고리형상의 수냉실(31)이 설치되어서, 가스노즐(5)이 척 플레이트(2)로부터의 복사열로 가열되는 것을 방지하고 있다.
또한, 척 플레이트(2)에는 플라즈마발생장치(RF)가 배열설치되어 있다.
다음에, 이 발명의 성막처리방법의 프로세스에 대해서, 제2도에 나타낸 플로우차트를 참조하여 설명한다.
먼저, 제어부(28)에 의해 RF시스템을 제어하여 청소용 관로(29)로부터 플라즈마클리닝용의 NF3가스를 200mm Torr 정도로 한 진공처리실(3)에 흘려서 RF(200W)에 고주파를 인가하여 전극으로 되는 카본제의 척 플레이트(2)로부터 플라즈마를 발생시켜, 진공처리실(3)내의 플라즈마클리닝을 예를 들면, 20분간 실시한다(스텝 A). 뒤이어, 진공처리실(3) 및 혼합실(4)내의 진공배기를 실시하여, 척 플레이트(2)를 소정의 성막온도로 설정하고, 진공분위기(예를 들면, 1mm Torr 이하)로 한 진공처리실(3)내에 WF6가스 및 SiH2Cl2가스를 약 20분간 공급(이하에 가동전 공(空)데포라고 함)하여 척 플레이트의 표면 및 척 플레이트 주위의 고온부분에 성막되고 이 가동전 공데포에 의해 척 플레이트의 표면에 최소로 1μmm 바람직하기는 1.4μmm의 성막이 이루어지다(스텝 B). 그리고, 수동으로 시동스위치를 ON으로 하면(스텝 C), 제어부(28)로부터의 신호에 의하여 개폐밸브(24,27)이 작동하여, 웨이퍼(1)가 반입되지 않는 상태에서 척 플레이트(2)가 가열된 상태로 진공처리실(3)내에 WF6가스 및 SiH2Cl2가스를 처리전 공데포한다(스텝 D). 이 처리된 공데포에 의해 진공처리실(3)내가 최초부터 성막처리 분위기와 동등한 상태가 된다. 이 처리전 공데포에 의해 척 플레이트(2)의 표면에 최소로 0.1μmm, 바람직하기는 1.4μmm의 성막이 이루어져서 척 플레이트(2)에 웨이퍼를 유지했을 때 노출되는 척 플레이트(2) 표면은 처리하는 웨이퍼 1매째에서부터 2매째의 것과 같은 성막처리상태가 되어, 더미웨이퍼를 사용하지 않고 다음의 막질(膜質)도 변하지 않게 된다. 이 상태일 때 웨이퍼(1)는 게이트 밸브(8)를 열고서 창(7)에서 진공처리실(3)로 반입된다(스텝 E). 그리고, 웨이퍼(1)를 척 플레이트(2)에 유지한 후, 다시 제어부(28)로부터의 신호에 의하여 개폐밸브(24,27)가 작동하여, WF6가스 및 SiH2Cl2가스가 혼합실(4)내로 공급되어서 혼합된 후, 가스 유량제어부(11)를 통과하여 진공처리실(3)내로 유입되고, 웨이퍼(1) 표면에서의 화학반응이 일어나고, 이 화학반응에 의하여 웨이퍼표면에 소망하는 박막이 형성된다(스텝 F). 이와 같이하여, 1매째의 웨이퍼처리가 종료된 후, 웨이퍼(1)가 교환되어(스텝 G), 2매째의 웨이퍼(1)가 진공처리실(3)내로 반입되고, 상기와 같이 웨이퍼 처리된다(스텝 H). 이하, 같은 공정에 의하여 1군(群)의 웨이퍼(예를 들면, 25매)의 모든 성막처리가 완료하여 웨이퍼(1)가 진공처리실(3)에서 반출된 후(스텝 I), 다음의 군의 최초의 웨이퍼(1)의 성막처리를 하기 전에, 상기와 같은 방법으로 처리전 공데포를 실시하여 진공처리실(3)내의 분위기를 박막 처리분위기와 동등한 상태로 한다(스텝 J). 이하, 같은 공정을 되풀이하여(스텝 D에서 I까지), 소정 매수의 웨이퍼(1)의 성막처리(스텝 K)를 할 수가 있다. 이 동안, 상기 척 플레이트(2)를 성막온도로 가열하고, 진공처리실(3)을 냉각수로 냉각하여 배기를 실시한다.
상기와 같은 방법으로 각 군의 최초의 웨이퍼(1)의 박막처리전에 공 데포를 실시한 결과 제3도에 나타낸 바와 같이, 종래의 방법에서는 최초의 성막처리하는 웨이퍼(1)의 막 두께가 불균일 즉, 시이트저항이 높아서 불량품으로 되어 있었던 것을, 1매째부터 막두께가 균일한 웨이퍼(1)를 얻을 수가 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 이 발명의 성막처리방법에 의하면, 진공처리실내에 수용되는 최초의 피처리체의 성막처리전에, 처리실내에 반응성 가스를 공급함으로써, 성막처리 때에 생성되는 부생성물을 사전에 생성할 수 있는 동시에, 진공처리실내의 분위기를 성막처리 분위기와 동등하게 할 수 있으므로, 최초의 피처리체를 2매째 이후의 피처리체의 성막처리와 같이 균일하게 성막처리할 수가 있다.
따라서, 성막처리 효율의 향상 및 제품 수율의 향상을 도모할 수가 있다.
[실시예 2]
이하에 이 발명의 실시예 2를 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
제4도는 이 발명의 성막처리방법을 실시하기 위한 성막처리장치의 실시예 2의 요부의 개략단면도를 나타내고, 제5도는 이 실시예에 있어서의 공급노즐의 확대단면도를 나타내며, 제6도는 공급노즐의 단면사시도를 나타낸다.
이 실시예 2에서는, 특히 가스노즐(5)은, 제5도 및 제6도에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 스테인레스강제의 고리형상기체(5a)의 동심원상에 그 반경을 다르게 하여 설치된 2개의 고리형상실(5b,5c)의 상면에서 45° 경사진 위치에 각각 복수의 부구(5d,5d)를 적당한 간격을 두고 뚫어 설치한 구조로 되어 있다. 또, 양고리형상실(5b,5c)의 사이에는 고리형상의 수냉실(31)이 형성되어 있다.
이들 고리형상실(5b,5c) 및 수냉실(31)은, 각각 고리형상기체(5a)에 설치된 둘레홈(5e,5e,31a)과, 둘레홈(5e,5e):(20a)의 개구부에 용접 등에 의하여 폐쇄되는 덮개체(5f,5f); (31b)로 구성되어 있다.
또, 수냉실(31)에 접속되는 냉매공급관로(41)에는 개폐밸브(42)를 개재하여 냉매공급원인 순환펌프(43) 및 냉각수 수용탱크(44)가 접속되어 있다. 냉각수 수용탱크(44)내의 냉각수가 펌프(43)의 구동에 의하여 냉매공급관로(41)로부터 수냉실(31)내로 순환공급되어, 가스노즐(5)이 가열용램프(10)로부터의 복사열에 의하여 과잉 가열되는 것을 방지한다. 또한, 각 고리형상실(5b,5c)에는 각각 간로(45,46)가 접속되어 있고, 이 관로(45,46)에 각각 개폐밸브(47)를 개재하여 WF6가스 또는 SiH4가스공급부(48,49)가 접속되어 있다.
또한, 진공처리실(3) 및 혼합실(4)은 각각 내식성 및 전열성(傳熱性)이 양호한 재질, 예를 들면, 알루미늄합금 등으로 형성되어 있고, 그 임의의 개소에는 고리형상의 수냉실(30a,30b)이 형성되어서, 박막처리시에 진공처리실(3) 및 혼합실(4)이 고온으로 되는 것을 방지하고 있다. 이 경우, 수냉실(30a,30b)은 흐름 제어부(11)의 수냉실(19b)과 함께 냉매공급관로(41)를 개재하여 펄프(43) 및 탱크(44)에 접속함으로써, 동일한 냉매공급원에서 각 수냉실(19a,19b,31,30a,30b)내로 냉각수를 공급할 수가 있다. 또, 마찬가지로, 동일한 냉매공급원에 의해 가열용램프(10)의 주변을 냉각하는 것을 할 수 있다.
성막처리할 때, 가열용램프(10)로부터 복사열이 가스노즐(5)이 표면에 전달되지만, 가스노즐(5)에 설치된 수냉실(31)내에 냉각수가 공급되어 있으므로, 가스노즐(5)에 설치된 수냉실(31)내에 냉각수가 공급되어 있으므로, 가스노즐(5)은 과잉하게 가열되는 일이 없고, 그 부분에 WF6가스 및 SiH4가스의 생성물 등의 막이 부착되는 일이 없다.
[실시예 3]
이하에 이 발명의 성막처리방법에 사용되는 성막처리장치의 실시예 3을 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
제7도는 이 발명의 성막처리장치의 실시예 3의 요부의 개략단면도, 제8도는 이 발명에 있어서의 가스 유통부의 개략단면 사시도를 나타낸다.
이 실시예 3에서도 제7도에 나타낸 바와 같이 진공처리실(3)과 혼합실(4)과의 사이의 가스유통로에는, 반응성 가스의 흐름 제어부(11)가 형성되어 있다. 이 흐름 제어부(11)는, 연통구(12)의 상부에 세워 설치하는 정류통체(13)와, 이 정류통체(13)의 하부쪽에서 정류통체(13)의 안쪽으로 향해서 돌출하여 척 플레이트(2)로부터의 복사열이 가스노즐(5)에 직접 조사되는 것을 저지하는 열차단부인 돌출벽(14)과, 정류통체(13)내에 틈(L1)을 두고 이동가능하게 배열설치되는 동시에 돌출벽(14)과의 틈(L2)을 가변으로 하여 반응성 가스의 흐름을 제어하는 정류체(16)로 구성되어 있다. 이 경우, 정류통체(13), 돌출벽(14) 및 정류체(16)의 적어도 척 플레이트(2)와 대향하는 면에 가열원으로부터의 열을 흡수하기 위한 흑색(62)으로 도포함으로써, 척 플레이트(2)로부터의 열에 의하여 가스노즐(5)이 과잉 가열되는 것을 방지할 수가 있다.
또, 이 실시예 3에서는, 가스노즐(5)은, 제7도와, 제8도에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 스테인레스강제의 고리형상기체(5a)의 동심원상에 설치된 2개의 고리형상실(5b,5c)의 상면에서 45° 경사진 위치에 각각 복수의 분구(도시 않음)를 적당한 간격을 두고 뚫어 설치한 구조로 되어 있다. 또, 양고리형상실(5a,5b)의 사이에는 고리형상의 수냉실(31)이 형성되어 있다. 이 수냉실(31)에 접촉되는 냉매공급관로(51)에 개폐밸브(52)를 개재하여 냉매공급원인 순환펌프(53) 및 냉각수 수용탱크(54)가 접속되어 있다.
탱크(54)내의 냉각수가 펌프(53)의 구동에 의하여 냉매공급관로(51)에서 수냉실(31)내로 순환공급되어 가스노즐(5)이 가열용램프(10)로부터의 복사열에 의하여 과잉 가열되는 것을 방지하도록 되어 있다.
또한, 각 고리형상실(5b,5c)에는 각각 관로(55,56)가 접속되어 있고, 이 관로(55,56)에 각각 개폐밸브(57)를 개재하여 WF6가스봄베(65) 또는 SiH2Cl2가스봄베(60)가 접속되어 있다.
이것에 의해 WF6가스와 SiH4Cl2가스가 소정의 비율로 혼합실(4)내로 공급되어, 혼합실(4)내에서 양자가 혼합된 후, 진공처리시(3)내로 공급되도록 되어 있다.
또한, 진공처리실(3) 및 혼합실(4)은 각각 내식성 및 전열성이 양호한 재질, 예를 들면, 알루미늄합금 등으로 형성되어 있고, 그 임의의 개소에는 고리형상의 냉수·온수실(30a,30b)이 형성되어서, 성막처리시에 진공처리실(3) 및 혼합실(4)이 고온으로 되는 것을 방지하고 있다.
이 경우, 냉수·온수실(30a,30b)에는 공급관(58)이 접속되어 있고, 이 공급관(58)에 변환밸브(59)를 개재하여 냉각수 공급원(60)과 온수공급원(61)이 선택적으로 변환접속되도록 되어 있다.
이와 같이 배관함으로써, 성막처리중은 냉각수공급원실(30a,30b)내로 공급되어서, 진공처리실(3) 및 혼합실(4)내가 약 15℃로 냉각되고, 또, 성막처리후, 진공처리실(3)이 개방되었을시에는, 변환밸브(59)를 변환해서 온수공급원(61)으로부터 온수가 공급관(58)을 개재하여 냉수·온수실(30a,30b)내로 공급된다.
이것에 의해 진공처리실(3) 및 혼합실(4)내의 온도를 약 50℃로 가온하여, 진공처리실(3)의 벽면의 수분을 휘발시킴으로써, 유지보수성(maintainability)의 향상 및 내식성의 향상을 도모할 수 있도록 되어 있다. 또한, 제7도에 가상선으로 나타낸 바와 같이, 흐름 제어부(11)의 수냉실(19a)에도 온수를 공급할 수 있도록 배관하는 것도 가능하며, 이와 같이 배관함으로써 더욱 유지보수성 및 내식성의 향상을 도모할 수가 있다.
[실시예 4]
제9도는 본 발명에 의한 성막처리장치의 실시예 4를 나타낸 개략단면도이고, 제10도는 제9도에 나타낸 장치의 가스 흐름 제어부를 나타낸 개략단면 사시도이다.
이 실시예 4에서는, 정류통체(13)의 내부에는, 그 윗끝단면 및 안쪽면에 근접한 위치에 냉각수단으로서의 고리형상의 공간으로 되는 냉매공급실(19a)이 형성되어 있다. 이 냉매공급실(19a)에는, 예를 들면, 베로우즈형상의 스테인레스관으로 되는 플렉시블한 냉매공급관(80a)이 접속됨과 동시에 이 공급관(80a)의 끝단부에는, 진공처리실(3)의 측벽을 관통시켜서 접속되어 있다. 이 공급관(80a)은 다시 도중에 개폐밸브(82)를 개재한 냉매통로(83)에 접속됨과 동시에, 이 냉매통로(83)에는 냉매공급원인 펌프(84) 및 냉매수용탱크(85)가 접속되어 있다.
본 실시예에서는 정류통체(13)를 -5℃ 이하로 냉각할 필요성 때문에, 냉매로서 예를 들면, 에틸렌글리콜을 사용한다. 또, 냉매공급실(19a)에는 제10도에 나타낸 바와 같이, 냉매공급관(80a)에 병설시켜서 냉매배출관(80b)이 접속되어 있으며, 냉매인 에틸렌글리콜을 순환하여 사용할 수 있도록 되어 있다.
또, 특히 제10도에 나타낸 바와 같이, 정류체(16)의 두부에는, 그 윗끝단면 및 바깥쪽면에 근접시켜서 수냉실(19b)이 형성되어 있다. 이 수냉실(19b)은, 냉각수 공급관(86) 및 개폐밸브(87)를 개재하여 냉각수 공급원인 펌프(89) 및 냉각수수용탱크(89)와 접속되어 있다. 또, 수냉실(19b)에는 배수관(90)이 접속되어, 이것에 의해 냉각수가 배수되어서 냉각수가 순환되어 공급되도록 되어 있다. 또한, 정류체(16)의 플런저부(16a)와 혼합용기(4)와의 사이에는 0링(17)이 개재되어서 혼합용기(4)의 기밀성이 유지되어 있다.
또, 이 실시예 4에서는, 가스공급노즐(5)은, 예를 들면, 스테인레스강제의 고리형상기체(5a)가 동심원상에 설치된 2개의 고리형상실(5b,5c)의 상면에서 45° 경사진 위치에 각각 복수의 분구(도시 않음)를 적당한 간격을 두고 뚫어 설치한 구조로 되어 있다. 또, 양고리형상실(5b,5c)의 사이에는 고리형상의 수냉실(31)이 형성되어 있다. 이 수냉실(31)에 접속되는 냉각수공급관(70)에 개폐밸브(72)를 개재하여 펌프(88) 및 냉각수수용탱크(89)가 접속되어 있고, 탱크(89)내의 냉각수가 펌프(88)의 구동에 의하여 수냉실(31)내로 순환공급되어, 가스공급노즐(5)이 가열용램프(10)로부터의 복사열에 의하여 과잉 가열되는 것을 방지할 수 있도록 되어 있다. 또한, 각 고리형상실(5b,5c)에는 각각 관로(74,76)가 접속되어 있고, 이 관로(74,76)에 각각 도시하지 않는 WF6가스봄베, 또는 SiH4가스봄베가 접속되어서, WF6가스와 SiH4가스와 소정의 비율로 혼합용기(4)내에 공급되고, 혼합용기(4)내에서 혼합된 후, 진공처리실(3)내로 공급되도록 되어 있다.
또한, 진공처리실(3) 및 혼합용기(4)는 각각 내식성 및 전열성이 양호한 재질, 예를 들면, 알루미늄합금 등으로 형성되어 있으며, 그 임의의 개소에는 별도, 냉각수 수용탱크(89), 고리형상의 수냉실(30a,30b)이 형성되어서, 성막처리시에 진공처리실(3) 및 혼합용기(4)가 고온으로 되는 것을 방지하고 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 실시예 4의 성막처리장치의 동작에 대해서 설명한다.
먼저, 진공처리실(3) 및 혼합용기(4)내의 진공배기를 배기관(6)을 개재하여 실시하고 그 속의 진공분위기가 확인된 후, 진공처리실(3)내에 WF6가스 및 SiH4가스를 공급(이하에 공데포라고 함)하여 척 플레이트(2)의 표면에 성막처리에 의하여 생기는 생성물의 막을 미리 부착시킨다. 그리고, 시동스위치를 ON으로 하여 웨이퍼(1)가 반입되지 않는 상태에서 진공처리실(3)내에 WF6가스 및 SiH4가스를 공데포한다.
이 처리전 공데포에 의해 진공처리실(3)내 성막처리분위기와 동등한 상태가 된다. 이 상태일 때 게이트밸브(8)를 열고 진공용기(3)의 창(7)을 개재하여 인접한 로드록실로부터 웨이퍼가 진공처리실(3)내로 반입되고, 웨이퍼(1)는 척 플레이트(2)의 핑거(2a)로 유지된 후, 가열용램프(10)로부터의 가열에 의하여 소정온도로 가열한다.
이 상태에서 WF6가스 및 SiH4가스가 혼합용기(4)내로 가스공급노즐(5)로부터 공급되고, 거기서 혼합된 후, 가스 흐름 제어부(11)를 통과하여 진공처리실(3)내로 유입된다. 그러면, 웨이퍼(1)의 표면(처리면)에서 화학반응이 일어나고, 이 화학반응에 의하여 웨이퍼(1)의 표면에 소망하는 박막, 즉, WSiX의 금속막이 형성된다. 이때, 반응조건으로서는 그라파이트로 되는 척 플레이트(2)를 약 360℃로 가열함으로써 웨이퍼(4)의 표면온도를 약 310℃로 유지하고, 진공처리실(3)내의 압력을 약 200mm Torr로 유지한다.
또, SiH4의 유량을 약 300cc/분으로 설정하는 동시에, WF6가스의 유량을 2cc/분으로 설정하에 소정시간, 예를 들면, 약 250초간, 성막처리를 실시한다. 성막처리시에, 혼합용기(4)에서 혼합된 반응성 가스가 진공처리실(3)내에 유입하여 웨이퍼(1)에 접촉할 때, 이 가스 흐름이 가스 흐름 제어부(11)의 정류통체(13)에 안내되어서 화살표로 나타내듯이 상승하므로 균일하게 웨이퍼(1)에 접촉하게 된다. 그리고, 이 성막처리시에 냉각수 수용탱크(89)내의 냉각수를 냉각수 공급관(86,70) 등을 통하여 정류체(16) 및 가스공급노즐(5)등의 수냉시(19b,30a,31)에 순환시켜서, 이들의 소정의 온도, 예를 들면, 15~20℃ 범위의 온도로 냉각한다. 이것에 의해 이들 부재에 반응생성물이 부착하는 것이 저지된다.
또, 동시에, 척 플레이트(2)와의 사이의 거리가 30~40mm로 매우 작기 때문에 가장 심하게 가열되는 경향이 있는 가스 흐름 제어부(11)의 정류통체(13)의 냉매공급실(19a)에는 냉매수용탱크(85)로부터 냉매공급관(80a)을 개재하여 냉각수보다도 냉각효과가 있는 냉매인 에틸렌글리콜을 공급하여, 이 정류통체(13)를 -5℃이하, 바람직하기는 후술하듯이 -20℃ 이하로 냉각한다. 이 때문에 제어부(11)에 반응성 가스가 접촉해도 이들 가스의 반응개시온도, 예를 들면, 50℃보다도 낮은 온도(-5℃ 이하)로 정류통체(13)가 냉각되어 있으므로, 국부적으로 반응이 억제되어, 이 정류통체(13)에 SiH4와 WF6의 반응생성물이 부착하는 것이 저지된다. 또한, 정류통체(13)뿐만이 아니라 정류체(16)내에도 냉각수 대신에 에틸렌글리콜을 흘려서 이것을 -20℃정도의 저온으로 냉각하면 정류통체(13)로의 반응생성물의 부착이 한층 억제된다. 또, 반응생성물의 부착이 억제되기 때문에, 부착된 생성물을 벗겨내는 데 따르는 파티클의 발생도 극력 억제되는 결과가 된다.
하기 표 1은 상기한 반응조건하에 정류통체(13)의 냉각온도를 적절하게 변경하여 각각 50매의 웨이퍼를 성막처리한 결과 얻어진 파티클 수, 면내 및 면간 균일성을 나타낸다.
이 표 1에서 명확하듯이 정류통체(13)의 온도를 +20℃에서 -20℃까지 순차적으로 내림에 따라서, 파티클 수, 막두께의 면내균일성 및 면간균일성이 향상해 가는 것이 판명된다.
특히, 냉각온도를 -5℃로 설정하면 파티클수는 각별히 감소되고, 냉각온도 -20℃에서는 표준적 규정인 파티클수 50을 크게 밑돌아서 파티클수 10으로 되어 가장 좋은 결과를 나타내고 있다.
이와 같이, 실시예 4에서는 가스 흐름 제어부(11)의 정류통체(13)를 반응가스의 반응온도 이하로 냉각하도록 하였으므로, 이 부분에 반응생성물이 부착하는 일이 없고, 따라서, 반응생성물을 벗기는데 따르는 파티클의 발생도 억제할 수 있고, 제품의 수율이 매우 향상된다.
또, 진공처리실(3)이나 혼합용기(4)의 외벽 등은 수냉실(30a,30b)을 통상의 냉각수에 의해 냉각하여 과도하게 냉각되지 않도록 하고 있으므로, 이 외벽등에 결로가 생기는 일이 없다. 따라서, 이 아래쪽에 위치하는 전자기기 등(도시 않음)에 결로(結露)가 적하(適下)하는 일이 없고, 전자기기의 쇼트 등의 문제가 일어날 일이 없다.
또, 실시예 4에서는, 정류통체(13)를 냉각하는 냉매로서 에틸렌글리콜을 사용하였으나, 이에 한정되지 않고, 다른 냉매를 사용해도 된다.
또, 실시예 4에서는, 냉매공급관(19a)은 이 냉각효과를 높이기 위하여 정류통체(13)의 윗끝단면 및 안쪽면에 근접하는 부위에 고리형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 또, 정류체(16)속에 수냉실(19a)을 형성할 경우에는, 정류체(16)의 윗끝단면 및 바깥쪽면에 근접하는 부위에 이것을 설치하는 것이 좋다.
또한, 실시예 4에서는 돌출벽(14)을 정류통체(13)의 하부에 설치한 경우에 대해서 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 정류통체(13)의 내주(內周)면에 같은 돌출벽을 돌출설치해도 좋고, 혹은 정류체(16)의 외주면에 돌출벽을 설치하도록 해도 된다.
또, 실시예 4에서는 정류통체(13)를 그 종단면(縱斷面)을 직사각형상으로 하였으나, 이에 한정되지 않고, 이 정류통체(13)에 예를 들면, 제11도에 나타낸 바와 같이 윗쪽을 향해서 그 횡폭(橫幅)이 순차적으로 작아지도록 횡단면이 삼각형상으로 테이퍼를 형성해도 된다. 이 경우, 이 정류통체(13)의 단면형상에 대응시켜서 냉매공급실(19a)의 단면형상도 삼각형상으로 설정한다. 이것에 의해 이 정류통체(13)의 윗쪽에 위치하는 웨이퍼(1)의 가열원인 척 플레이트(2)에 대한 정류통체의 투영(投影)면적(面積)은 동일하더라도 플레이트에 대한 통체 테이퍼면의 거리가 멀어지므로 이 부분의 가열온도가 앞서의 실시예의 경우보다도 낮아져서, 그 결과, 정류통체(13)의 냉각효율을 더욱 높일 수가 있다.
또, 실시예 4에서는 반응성 가스로서 SiH4와 WF6을 사용한 경우에 대해서 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 다른 반응성 가스를 사용하여 금속막을 퇴적할 경우에도 적용할 수가 있다. 이 경우에는 반응성 가스에 대응시켜서 정류통체의 냉각온도를 선택하도록 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 다음과 같은 뛰어나 작용효과를 발휘할 수가 있다.
가스 흐름 제어부가 반응성 가스의 반응온도 이상으로 가열되는 것을 방지할 수 있으므로, 이 부분에 반응생성물인 박막이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 반응생성물을 벗기는데 따르는 파티클의 발생도 억제할 수 있고, 제품의 수율을 극력 향상시킬 수가 있다.
또, 상기한 이유로 반응성 가스가 진공처리실 및 혼합용기내를 상승도동중에서 소비되는 것을 방지할 수 있으므로, 반응성 가스를 피처리체의 면내에 균일하게 공급할 수 있고, 성막의 면간 및 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 진공처리실내에 피처리체를 반입하여, 그 처리체를 가열된 피처리체 유지부상에 유지하고, 상기 진공처리실내에 반응성 가스를 공급하여, 상기 피처리체의 표면에서의 화학반응에 의해 피처리체의표면에 박막을 형성하며, 상기 성막처리가 종료된 피처리체를 상기 진공처리실로부터 반출하는 성막공정을 복수의 피처리체에 대해서 순차 수행하는 성막처리방법에 있어서, 상기 복수의 피처리체 중의 최초에 처리되는 피처리체를 반입하기 전에, 진공분위기로 된 상기 진공처리실에, 상기 피처리체에 성막처리를 하는 반응성가스와 동일한 반응가스를 공급하여 상기 피처리체유지부의 표면 및 상기 피처리체 유지부의 주위부분에 성막을 행하는 공정, 및 상기 진공처리실내에 상기 반응성 가스를 공급하여, 상기 진공처리실내의 분위기를 상기 피처리체의 성막처리를 하는 때의 분위기와 동등하게 되도록 하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막처리방법.
  2. 진공처리실과, 그 진공처리실내에서 설치되어, 피처리체를 소정온도까지 가열한 상태에서 유지하는 피처리체 유지부와, 상기 진공처리실내로 반응성 가스를 공급하는 노즐로서, 상기 피처리체 유지부에 대향하는 위치에 배치된 노즐과, 상기 피처리체 유지부와 상기 노즐사이에 설치되어, 반응성 가스의 흐름을 상기 피처리체 유지부에 피처리체에 대하여 균일화하는 가스 흐름 제어부와, 이 가스 흐름 제어부와 상기 노즐사이에 설치되어 노즈로부터 공급된 가스를 혼합하는 가스혼합실을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막처리장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가스 흐름 제어부는, 큰 직경의 통형상으로 형성됨과 동시에 상기 피처리체 유지부로 향하여 개구하는 한 쪽의 개구부를 갖는 정류통체와, 이 정류통체의 다른 쪽의 노즐 측에 설치되어, 외주로부터 반경방향으로 돌출하여 작은 직경의 개구를 갖는 다른 쪽의 개구부와, 상기 정류통체의 내경보다 작은 직경으로 되어, 상기 정류통체내에서 상기 다른 쪽 개구부로 향하여 축방향 이접가능하게 설치된 정류체를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막처리장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 가스 흐름 제어부의 적어도 상기 피처리체 유지부에 대향하는 면에는 열흡수를 위해 흑색으로 도포하는 것을 특징으로 하는 성막처리장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 가스 흐름 제어부에 반응성 가스를 그 반응 온도 이하로 냉각하는 냉각 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 성막처리장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 노즐은 냉각 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 성막처리장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 노즐은 절연성을 갖는 고리형상 기체와 그 고리형상 기체내에 형성되어 상기 진공 처리실에 공급되는 가스를 통과시키는 복수의 고리형상실과, 상기 고리형상 기체내에 설치되어, 그 고리형상 기체를 냉각하는 냉매가 공급되는 고리형상의 액체냉각실을 구비하고, 상기 냉각 수단은 상기 냉각실과 그 냉각실에 냉매를 공급하는 냉매공급원을 갖는 것을 특징으로 하는 성막처리장치.
  8. 제2항 내지 제7항의 어느 한 항에 있어서, 상기 피처리체가 반도체 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 성막처리장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 반응성 가스로서 SiH4와 WF6을 사용하여 WSiX의 금속막을 피처리체로 형성하는 경우에는, 상기 가스 흐름 제어부를 -5℃ 이하로 냉각하도록 한 것을 특징으로 하는 성막처리장치.
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