KR100584191B1 - 샤워 헤드 구조를 이용한 처리 장치 및 처리 방법 - Google Patents

샤워 헤드 구조를 이용한 처리 장치 및 처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100584191B1
KR100584191B1 KR1020047016739A KR20047016739A KR100584191B1 KR 100584191 B1 KR100584191 B1 KR 100584191B1 KR 1020047016739 A KR1020047016739 A KR 1020047016739A KR 20047016739 A KR20047016739 A KR 20047016739A KR 100584191 B1 KR100584191 B1 KR 100584191B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
gas injection
processing
injection hole
sec
Prior art date
Application number
KR1020047016739A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040108745A (ko
Inventor
가키모토아키노부
오시모겐타로
마츠도마사히코
Original Assignee
동경 엘렉트론 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동경 엘렉트론 주식회사 filed Critical 동경 엘렉트론 주식회사
Publication of KR20040108745A publication Critical patent/KR20040108745A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100584191B1 publication Critical patent/KR100584191B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02175—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
    • H01L21/02183—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal the material containing tantalum, e.g. Ta2O5
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/0223—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
    • H01L21/02233—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer
    • H01L21/02236—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor
    • H01L21/02238—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor silicon in uncombined form, i.e. pure silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/02255—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02337—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314—Inorganic layers
    • H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/3165—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation
    • H01L21/31654—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself
    • H01L21/31658—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself by thermal oxidation, e.g. of SiGe
    • H01L21/31662—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself by thermal oxidation, e.g. of SiGe of silicon in uncombined form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314—Inorganic layers
    • H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/3165—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation
    • H01L21/31683—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of metallic layers, e.g. Al deposited on the body, e.g. formation of multi-layer insulating structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)

Abstract

본 발명에 의한 처리 장치는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 천장부에 설치되고, 상기 처리 용기의 내부측에 면하는 가스 분사면에 소정의 처리 가스를 상기 처리 용기내로 분출하는 복수의 가스 분사 구멍이 형성된 샤워 헤드 구조와, 상기 처리 용기내에 있어서 상기 샤워 헤드 구조에 대향하도록 배치된 탑재대를 구비한다. 상기 가스 분사면과 상기 탑재대 사이의 헤드 거리와 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가, 상기 헤드 거리를 가로축으로 하고 상기 가스 분출 속도를 세로축으로 한 평면 좌표계에 있어서, 상기 헤드 거리가 15 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 32 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 15 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 67 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 77 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 40 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 77 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 113 m/sec인 포인트를 사각형상으로 직선으로 연결하여 둘러싸이는 범위내로 설정되어 있다.

Description

샤워 헤드 구조를 이용한 처리 장치 및 처리 방법{PROCESSING DEVICE USING SHOWER HEAD STRUCTURE AND PROCESSING METHOD}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피 처리체의 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 소망하는 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는 반도체 웨이퍼 등의 피 처리체에 성막 처리, 에칭 처리, 열 처리, 개질 처리, 결정화 처리 등의 각종 낱장 처리가 반복하여 실행된다. 상기 각종의 처리가 실행될 경우에는 그 처리의 종류에 대응하여 필요한 처리 가스, 예컨대 성막 처리의 경우에는 성막 가스, 개질 처리의 경우에는 오존 가스 등, 결정화 처리의 경우에는 N2 가스 등의 불 활성 가스와 O2 가스 등이 각각 처리 용기내로 도입된다.
예컨대, 반도체 웨이퍼에 대하여 한 장마다 열 처리를 실시하는 낱장식의 처리 장치에서는, 진공 상태로 만들 수 있도록 이루어진 처리 용기내에, 예컨대 저항가열히터를 내장한 탑재대가 설치되어 있다. 탑재대의 상면에 반도체 웨이퍼가 탑 재된 상태로 소정의 처리 가스가 처리 용기내로 도입된다. 그리고, 소정의 프로세스 조건하에서, 웨이퍼에 각종의 열 처리가 실시되도록 되어 있다.
그런데, 상술한 바와 같은 각종의 열 처리를 실행하는데 있어서는, 생산성을 높게 유지하고 또한 제품화 후의 전기적 특성을 양호하게 하기 위해서, 각 열 처리의 면내 균일성을 높게 함과 동시에 그 스루풋(throughput)도 향상시켜야 한다.
여기서 예컨대, 커패시터 등에 이용하는 탄탈 산화막(Ta2O5)의 개질 처리의 경우, 진공 배기가 가능하도록 이루어진 처리 용기내로 오존이 도입되고, 웨이퍼 표면의 탄탈 산화막이 상기 O3(오존)의 존재하에서 어닐 처리됨으로써 개질된다. 이 개질 처리에 의해서, 탄탈 산화막중의 탄소 성분이 CO2로서 제거되고, 이에 따라, 기판의 폴리 실리콘층과 탄탈 산화막과의 계면에 있어서의 SiO2막의 형성이 촉진되고, 전기적 특성이 향상될 수 있다. 또한, 이와 같은 개질 처리의 효율을 높이기 위해서, 개질시의 웨이퍼 온도와 오존 농도를 충분히 높이는 것이 실행되고 있다.
그런데, 현재의 반도체 집적 회로의 제조공정에서는 이윤추구를 위해 그리고 경쟁률의 격화에 의해서, 추가적인 생산성의 향상이 요구되고 있다. 그러나, 상술한 개질시의 온도에는, 이것에 선행하는 공정에서 형성되어 있는 기판의 각 층의 내열성 때문에 자체의 상한 온도가 있다. 기판의 막 종류에 따라 다르지만, 그 상한 온도는 예컨대 720℃ 정도이다. 따라서, 스루풋을 향상시킬 목적으로 개질시의 웨이퍼 온도를 극단적으로 올리는 것은 현 상태에서는 곤란하다.
또한, 스루풋을 향상시키기 위해서, 발생하는 오존 농도를 더욱 올리는 것도 고려할 수 있다. 그러나, 오존 농도는 오존 발생기의 제약을 받기 때문에, 현행의 오존 농도 이상으로 올리는 것은 현재 상황에 있어서 곤란하다.
본 발명은 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하도록 창안된 것이다. 본 발명의 목적은 열 처리의 면내 균일성을 저하시키는 일 없이 높게 유지하여, 열 처리의 스루풋을 향상시키는 것이 가능한 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자 등은 열 처리, 특히 오존 존재하에서의 어닐에 의한 개질 처리에 대해서 예의 연구한 결과, 샤워 헤드 구조로부터 처리 용기내로의 처리 가스의 분출 속도를 어느정도 빠른 속도 범위내로 설정함으로써, 개질 효율을 촉진시킬 수 있다는 지견을 얻었다.
본 발명은 처리 용기와, 상기 처리 용기의 천장부에 설치되고, 상기 처리 용기의 내부측에 면하는 가스 분사면에 소정의 처리 가스를 상기 처리 용기내로 분출하는 복수의 가스 분사 구멍이 형성된 샤워 헤드 구조와, 상기 처리 용기내에 있어서, 상기 샤워 헤드 구조에 대향하도록 배치된 탑재대를 구비하고, 상기 가스 분사면과 상기 탑재대 사이의 헤드 거리(통상, 이와 같이 피 처리체의 두께는 무시하고 규정된다)와 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가, 상기 헤드 거리를 가로축으로 하고 상기 가스 분출 속도를 세로축으로 한 평면 좌표계에 있어서, 상기 헤드 거리가 15 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 32 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 15 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 67 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 77 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 40 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 77 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 113 m/sec인 포인트를 사각형상으로 직선으로 연결하여 둘러싸이는 범위내로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치이다.
본 발명에 의해서, 샤워 헤드 구조의 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가, 샤워 헤드 구조와 탑재대 사이의 헤드 거리와의 관계에서 최적의 범위내로 설정될 때, 처리의 면내 균일성이 높게 유지된 채로 처리 효율이 향상되어 스루풋을 크게 하는 것이 가능해진다.
예컨대, 상기 가스 분사면에 있어서의 상기 가스 분사 구멍의 형성 영역은 원형형상이며, 상기 탑재대 상에 탑재되는 피 처리체도 원형형상이다.
이 경우, 바람직하게는 상기 가스 분사면에 있어서의 상기 가스 분사 구멍의 형성 영역의 직경은, 상기 피 처리체의 직경에 대하여 동일 또는 작게 설정되어 있다. 가스 분사 구멍의 형성 영역의 직경을 피 처리체의 직경보다 작게 설정함으로써, 처리의 면내 균일성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
특히 바람직하게는, 상기 가스 분사면에 있어서의 상기 가스 분사 구멍의 형성 영역의 직경은, 상기 피 처리체의 직경의 70 내지 100% 이다.
바람직하게는, 상기 처리 가스는 상기 피 처리체의 표면에 형성되어 있는 금속 산화막을 개질 하기 위한 오존 함유 가스이다.
또한, 바람직하게는 상기 금속 산화막은 탄탈 산화막이다.
또한, 본 발명은 처리 용기와, 상기 처리 용기의 천장부에 설치되고, 상기 처리 용기의 내부측에 면하는 가스 분사면에 소정의 처리 가스를 상기 처리 용기내로 분출하는 복수의 가스 분사 구멍이 형성된 샤워 헤드 구조와, 상기 처리 용기내에 있어서, 상기 샤워 헤드 구조에 대향하도록 배치된 탑재대를 구비한 처리 장치을 이용하여, 피 처리체에 소정의 처리를 실시하는 방법에 있어서, 상기 가스 분사면과 상기 탑재대 사이의 헤드 거리와 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도를, 상기 헤드 거리를 가로축으로 하고 상기 가스 분출 속도를 세로축으로 한 평면 좌표계에 있어서, 상기 헤드 거리가 15 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 32 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 15 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 67 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 77 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 40 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 77 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 113 m/sec인 포인트를 사각형상으로 직선으로 연결하여 둘러싸이는 범위내로 설정하는 공정과, 상기 탑재 대상에 피 처리체를 탑재한 공정과, 상기 가스 분사 구멍으로부터 상기 처리 용기내로 상기 처리 가스를 도입하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 처리 방법이다.
바람직하게는, 상기 처리 가스는 상기 피 처리체의 표면에 형성되어 있는 금속 산화막을 개질하기 위한 오존 함유 가스이다.
또한, 바람직하게는, 상기 금속 산화막은 탄탈 산화막이다.
도 1은 본 발명에 따른 처리 장치의 1실시예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 샤워 헤드 구조의 하면도이다.
도 3은 헤드 거리와의 관계에 의한 가스 분출 속도의 최적범위를 도시하는 도면이다.
도 4는 어닐을 실시하여 개질 처리를 실행했을 때의 가스 분출 속도와 이 때 형성된 SiO2의 막두께(5분간 처리)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 O3 농도와 SiO2 막의 막두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 헤드 거리가 77 mm일 때의 가스 분출 속도의 상한값을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7a는 종래의 처리 장치의 샤워 헤드 구조로부터 분출되는 가스의 처리공간에 있어서의 가스속도분포의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이고, 도 7b는 본 발명의 처리 장치의 샤워 헤드 구조로부터 분출되는 가스의 처리공간에 있어서의 가스속도분포의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.
도 8은 가스 분출 속도와 SiO2 막의 막두께(5분간 처리)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 헤드 거리가 15 mm일 때의 가스 분출 속도의 상한값을 설명하기 위한 그래프이다.
이하에, 본 발명에 따른 처리 장치 및 처리 방법의 일 실시예를 첨부 도면에 근거하여 상술한다.
도 1은 본 발명에 따른 처리 장치의 일 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 2는 도 1의 샤워 헤드 구조의 하면도이다. 도 3은 헤드 거리와의 관계에 따른 가스 분출 속도의 최적범위를 도시하는 도면이다. 본 실시예의 처리 장치는 탄탈 산화막을 어닐하여 개질하기 위한 처리 장치이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 처리 장치(2)는 내부가 대략 원통형상으로 이루어진 알루미늄제의 처리 용기(4)를 갖고 있다. 이 처리 용기(4)의 천장부에는 필요한 처리 가스, 예컨대 산소(O2)와 오존(O3)의 혼합 가스, 또는 이것에 산소의 활성종(*O)이 추가된 혼합 가스를 도입하기 위한 가스 공급 수단인 샤워 헤드 구조(6)가 설치된다. 샤워 헤드 구조(6)의 하면의 가스 분사면(8)에는 다수의 가스 분사 구멍이 형성된다. 그리고, 다수의 가스 분사 구멍(10)으로부터 처리공간(S)을 향해서, 처리 가스가 분출되도록 하여 분사되도록 되어 있다.
샤워 헤드 구조(6)내에는 중공형상의 가스 확산실(12)이 형성되어 있다. 처리 가스는 가스 확산실(12)에서 평면 방향으로 확산한 뒤, 상기 각 가스 분사 구멍(10)으로부터 분출되도록 되어 있다. 샤워 헤드 구조(6)의 전체는, 예컨대 니켈, Hastelloy(등록상표) 등의 니켈합금, 알루미늄 또는 알루미늄합금에 의해서 형성되어 있다. 샤워 헤드 구조(6)의 가스 분사면(8)의 주연부에는, 처리 가스의 흐름을 아래 방향으로 안내하기 위해서, 아래쪽으로 돌출한 링형상의 안내돌기(14)가 형성되어 있다. 그리고, 이 샤워 헤드 구조(6)와 처리 용기(4)의 상단 개구부와의 접합부에는, 예컨대 O링 등으로 이루어지는 밀봉 부재(16)가 개재되어 있다. 이에 따라, 처리 용기(4)내의 기밀성이 유지되도록 되어 있다.
처리 용기(4)내의 측벽(4A)에는 처리 용기(4)내에 대하여 피 처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 반입 반출하기 위한 반출입구(18)가 형성되어 있다. 반출입구(18)에는 기밀하게 개폐 가능하게 되어 있는 게이트밸브(20)가 설치되어 있다.
그리고, 처리 용기(4)의 바닥부(22)에는 배기가스 낙하 공간(24)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 처리 용기(4)의 바닥부(22)의 중앙부에 큰 개구부(26)가 형성되어 있고, 이 개구부(26)에 그 아래쪽으로 연장하는 바닥이 있는 원통체형상의 원통 구획벽(28)이 연결되어 있고, 원통 구획벽(28)의 내부가 상기 배기가스 낙하 공간(24)으로 되어있다. 이 공간(24)을 구획하는 원통 구획벽(28)의 바닥부(28A)에는, 예컨대 원통체형상의 지주(30)가 기립하고 있다. 지주(30)의 상단부에 탑재대(32)가 고정되어 있다.
상기 배기가스 낙하 공간(24)의 입구 개구부(26)의 직경은 탑재대(32)의 직경보다도 작게 설정되어 있다. 이에 따라서, 탑재대(32)의 주연부의 외측을 흘러 내려가는 처리 가스는 탑재대(32)의 아래쪽으로 돌아 들어가고 나서 입구 개구부(26)로 유입하도록 되어 있다. 또한, 처리 용기(4)의 내측벽에는 상기 탑재대(32)의 하부근방을 향해서 내측으로 돌출하는 링형상의 안내판(34)이 설치되어 있다. 링형상의 안내판(34)에 의해서 배기되는 분위기가 상기 입구 개구부(26)를 향하도 록 되어 있다. 원통 구획벽(28)의 하부 측벽에는 배기가스 낙하 공간(24)으로 연통하는 배기구(36)가 형성되어 있다. 배기구(36)에는 도시하지 않은 진공 펌프가 사이에 설치된 배기관(38)이 접속되어 있다. 이에 따라서, 처리 용기(4)내 및 배기가스 낙하 공간(24)내의 분위기를 배기할 수 있도록 되어 있다.
배기관(38)의 도중에는 개방도 컨트롤이 가능하게 되어 있는 도시하지 않은 압력조정밸브가 사이에 설치되어 있다. 압력조정밸브의 밸브 개방도를 자동적으로 조정함으로써, 상기 처리 용기(4)내의 압력이 일정값으로 유지될 수 있고, 또는 소망하는 압력으로 신속하게 변화될 수 있다.
또한, 상기 탑재대(32)는 가열 수단으로서, 예컨대 내부에 소정의 패턴형상으로 배치된 저항 가열 히터(40)를 가지고 있다. 또한, 탑재대(32)의 외측은 소결된, 예컨대 AlN 등으로 이루어지는 세라믹에 의해서 구성되어 있다. 그리고, 탑재대(32)의 상면에 피 처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)가 탑재될 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 저항 가열 히터(40)는 상기 지주(30)내에 배치된 급전선(42)에 접속되어 있다. 이에 따라서, 저항 가열 히터(40)로의 전력이 제어되면서 공급되도록 되어 있다.
상기 탑재대(32)에는 해당 탑재대(32)를 상하 방향으로 관통하는 복수, 예컨대 3개의 핀 삽입 통과 구멍(44)이 형성되어 있다(도 1에서는 2개만 나타냄). 각 핀 삽입 통과 구멍(44)에는 밀어 올림 핀(46)이 상하 이동 가능하게 끼워진 상태로 삽입 통과되어 있다. 밀어 올림 핀(46)의 하단에는 원형링형상의 일부를 깎아서 이루어지는 원호형상으로 형성된 예컨대 알루미나와 같은 세라믹으로 만든 밀어 올림 링(48)이 연결되어 있다. 즉, 밀어 올림 링(48)의 상면에, 각 밀어 올림 핀(46)의 하단이 지지되어 있다. 밀어 올림 링(48)으로부터 연장하는 아암부(48A)가 용기바닥부(22)를 관통하는 출몰 로드(50)에 연결되어 있고, 이 출몰 로드(50)는 액추에이터(52)에 의해서 승강 가능하도록 되어 있다. 이에 따라서, 상기 각 밀어 올림 핀(46)은 웨이퍼(W)의 수수시에, 각 핀 삽입 통과 구멍(44)의 상단으로부터 위쪽 또는 아래쪽으로 출몰하도록 되어 있다. 또한, 처리 용기(4)의 바닥부(22)의 액추에이터(52)의 출몰 로드(50)가 관통하는 부분과 액추에이터(52) 사이에는 신축 가능한 벨로스(54)가 사이에 설치되어 있다. 이에 따라서, 상기 출몰 로드(50)는 처리 용기(4)내의 기밀성을 유지하면서 승강할 수 있도록 되어 있다.
여기서, 본 발명의 특징인 샤워 헤드 구조(6)에 대하여 구체적으로 설명하면, 이 샤워 헤드 구조(6)에 있어서는 도 2에 도시하는 바와 같이 다수의 가스 분사 구멍(10)이 대략 원형의 영역에 대략 균등하게 분산되어 형성되어 있다. 각 가스 분사 구멍(10)의 내경은, 예컨대 0.4 내지 0.8 mm 정도이다. 또한, 가스 분사 구멍(10)의 개수는 50 내지 800개 정도이다. 또한, 본건 발명자의 지견에 의하면, 가스 분사 구멍(10)이 형성되어 있는 원형의 형성 영역(56)의 직경(D1)은 반도체 웨이퍼(W)의 직경(D2)(도 1참조)과 동일, 또는 이보다도 작게 설정되는 것이 좋다. 바람직하게는, 상기 형성 영역(56)의 직경(D1)은 상기 웨이퍼(W)의 직경(D2)의 70 내지 100%의 범위내로 설정되는 것이 좋다.
또한, 본 실시예에서는 상기 가스 분사면(8)과 상기 탑재대(32)의 탑재면(32A) 사이의 거리를 헤드 거리(L1)라고 하면, 상기 헤드 거리(L1)와 상기 가스 분 사 구멍(10)으로부터의 가스 분출 속도(V1)와의 관계가, 상기 헤드 거리(L1)가 15 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분출 속도(V1)가 32 m/sec인 포인트와 67 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리(L1)가 77 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분출 속도(V1)가 40 m/sec인 포인트와 113 m/sec인 포인트를 각각 직선으로 사각형상으로 연결했을 때에 둘러싸이는 범위내, 즉 도 3에 나타내는 그래프에 있어서 사선으로 나타내는 범위내가 되도록 설정된다.
이와 같이, 헤드 거리(L1)와 가스 분출 속도(V1)와의 관계가 도 3에 나타내는 사선의 범위내로 설정됨으로써, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼면상에 있어서의 가스 흐름의 표면속도가 최적화되고, 처리의 면내 균일성이 높게 유지될 수 있음과 동시에, 처리 효율 및 스루풋이 향상될 수 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 처리 장치의 동작에 대하여 설명한다.
우선, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 앞서, 예컨대 도시하지 않은 로드록실에 접속된 처리 장치(2)의 처리 용기(4)내가, 예컨대 진공 상태가 된다. 또한, 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 탑재대(32)가 가열 수단인 저항 가열 히터(40)에 의해서 소정의 온도로 승온되어 안정적으로 유지된다.
이러한 상태에 있어서, 우선 미 처리의 반도체 웨이퍼(W)가 도시하지 않은 반송아암에 유지되어, 열린 상태로 되어 있는 게이트밸브(20), 반출입구(18)를 거쳐서 처리 용기(4)내로 반입된다. 이 웨이퍼(W)는 상승되어 있는 밀어 올림 핀(46)상에 수수된다. 그 후, 이 밀어 올림 핀(46)이 강하됨으로써, 웨이퍼(W)가 탑재대(32)의 상면에 탑재되어 지지된다. 또한, 본 실시예의 실리콘 기판으로 이루어지는 웨이퍼(W)의 표면에는, 전(前)공정에서 금속 산화막으로서 예컨대 탄탈 산화막이 형성되어 있다.
다음에, 샤워 헤드 구조(6)로, 처리 가스로서 예컨대 O2와 O3을 포함하는 처리 가스가 유량 제어되면서 공급된다. 이 가스는 가스 분사 구멍(10)으로부터 분출되어(분사되어), 처리공간(S)으로 도입된다. 그리고, 배기관(38)에 마련된 진공 펌프(도시하지 않음)의 구동을 계속함으로써, 처리 용기(4)내 및 배기가스 낙하 공간(24)내의 분위기가 진공 상태로 되고, 또한, 압력조정밸브의 밸브 개방도가 조정되어 처리공간(S)의 분위기가 소정의 프로세스압력으로 유지된다. 이 때, 웨이퍼(W)의 온도는 예컨대 660℃ 정도로 유지된다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼(W)의 표면의 탄탈 산화막이 어닐되어, 상기 O2 나 O3 등에 의해서 개질되게 된다.
이 때, 상술한 바와 같이, 상기 헤드 거리(L1)와 상기 가스 분사 구멍(10)으로부터의 가스 분출 속도(V1)와의 관계가, 상기 헤드 거리(L1)가 15 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분출 속도(V1)가 32 m/sec인 포인트(P1)와 67 m/sec인 포인트(P2)와, 상기 헤드 거리(L1)가 77 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분출 속도(V1)가 40 m/sec인 포인트(P3)와 113 m/sec인 포인트(P4)를 각각 직선으로 연결했을 때에 둘러싸이는 범위내, 즉 도 3에 도시하는 그래프에 있어서 사선으로 표시되는 범위내가 되도록 설정되어 있다.
이와 같이, 헤드 거리(L1)와 가스 분출 속도(V1)의 관계가 도 3에 도시하는 사선의 범위내로 설정됨으로써, 웨이퍼면상에 있어서의 가스 흐름의 표면속도가 최 적화되고, 처리의 면내 균일성이 높게 유지될 수 있음과 동시에, 처리 효율 및 스루풋이 향상될 수 있다.
이 점에 대하여, 이하에 상세하게 설명한다.
도 4는 직경이 200 mm인 실리콘 기판으로 이루어지는 반도체 웨이퍼에 대하여 어닐 처리가 실시되어 개질 처리되었을 때의 가스 분출 속도와 이때 형성된 SiO2의 막두께와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5는 O3 농도와 SiO2 막의 막두께와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6은 헤드 거리가 77 mm일 때의 가스 분출 속도의 상한값을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 개질 능력을 평가하기 위해서, 샤워 헤드 구조(6)의 가스 분사 구멍(10)으로부터 분출되는 가스의 분출 속도(V1)와, 이 때 형성되는 SiO2 막의 막두께와의 관계가 조사되었다. 사용된 웨이퍼의 사이즈는 2OO mm이며, 헤드 거리(L1)는 77 mm였다. 또한, 프로세스 온도는 660℃, 프로세스 압력은 30 Torr (4000 Pa)였다. 또한, 도 4의 곡선(A, B)에서는, O2 가스의 유량은 1OOOO sccm으로 일정하고, 총 유량의 1.3O%가 O3 가스로 치환되었다. 또한, 분출 속도를 변화시키기 위해서, N2 가스가 0 내지 7000 sccm의 범위에서 적절하게 변경하여 첨가되었다. 또한, 도 4의 곡선 C에서는 O2 가스의 유량이 7OOO 내지 1OOOO sccm에서 변화되고, 총 유량의 1.30%가 O3 가스로 치환되고, 또한 N2 가스는 첨가되지 않았다.
또한, 여기서는 개질 처리 능력이 SiO2 막의 막두께(성막율)로 평가된다. 그 이유는 개질 처리 능력이 높아질수록 SiO2 막의 성막율도 높아져, 결과적으로 동일 시간내의 개질 처리에 있어서는 SiO2 막이 두꺼운 쪽이 개질 처리 능력이 높다고 판단할 수 있기 때문이다.
또한, 분출 속도(V1)를 변화시키기 위해서, O2 가스 유량 또는 N2 가스 유량이 각각 변화되었다. 이 경우, 분출 속도(V1)뿐만 아니라 O3 농도도 변화한다. 그러나, 도 5에 도시하는 바와 같이, SiO2 막의 막두께와 O3 농도와의 관계는 적어도 본 실시예에서 사용하는 O3 농도의 범위에 있어서는, 대략 평탄하게되어 있어, 즉 O3 농도의 SiO2 막의 막두께에 대한 의존성은 매우 작다. 따라서, 도 4에 있어서의 SiO2 성막율의 변화는, 이하에 설명하는 바와 같이 가스 분출 속도(V1)에 의존한다고 할 수 있다. 또한, 도 5의 경우, O3 농도는 0.5 내지 2.5%의 범위에서 변화되었다.
또한, 가스 분출 속도(V1)는 이하의 식으로 나타내진다.
V1=Q·(273+T)/(K·A·P·273)
Q : 가스 유량(sccm)
A : 샤워 헤드의 전체 분출구의 면적(m2)
P : 샤워 헤드의 분출구에서의 압력(Pa)
T : 샤워 헤드 온도(℃)
K : 변환정수=592
그런데, 도 4에 있어서, 곡선 A 상에 플롯되어 있는 데이터에서는 가스 분사 구멍(10)의 내경이 0.8 mm, 수가 368개였다. 이들 데이터는 종래의 샤워 헤드 구조에 대응하고 있다. 특히, 곡선 A 상의 데이터 중 가장 좌측의 포인트(A1)로 나타내지는 조건하에서, 종래의 개질 어닐 처리가 실행되고 있다.
곡선 B 상에 플롯되어 있는 데이터에서는 가스 분사 구멍(10)의 내경이 0.8 mm, 수가 140개였다. 곡선 C 상에 플롯되어 있은 데이터에서는 가스 분사 구멍(10)의 내경이 0.8 mm, 수가 88개였다. 또한, 가스 분사 구멍(10)의 수가 140개 또는 88개인 샤워 헤드 구조는, 종래의 샤워 헤드 구조에 있어서 가장 바깥쪽 둘레측으로부터 수열의 가스 분사 구멍(10)을 밀봉함으로써, 각각 용이하게 실현할 수 있다.
도 4의 그래프로부터 분명한 바와 같이, 전체적으로 가스 분출 속도(V1)를 올림으로써, 개질 처리에 의해서 형성되는 SiO2의 막두께(성막율)도 상승되는 것이 판명된다.
이 경우, 곡선 A에 대응하는 종래의 샤워 헤드 구조에서는, 포인트(A1)에서의 막두께는 20 Å 정도였다. 가스 분출 속도(V1)를 올리면, 40 m/sec 정도까지 막두께는 증가한다. 그러나, 그 이상 가스 분출 속도를 올리더라도, 23 Å 정도에서 포화되어 막두께는 그 이상 증가하지 않는다.
이것에 대하여, 곡선 B 및 곡선 C에 대응하도록, 가스 분사 구멍(10)의 수를 적게 하여 가스 분출 속도(V1)를 보다 큰 범위까지 올린 경우에는, 가스 분출 속도(V1)가 70 내지 113 m/sec의 범위에서, SiO2의 막두께가 24 내지 25 Å 정도까지 상승되어, 즉 높은 성막율을 얻을 수 있었다. 가스 분사 구멍(10)의 수가 368개인 종래의 경우에서 종래의 가스 분출 속도에 대응하는 포인트(A1)에 있어서의 5분간에서의 성막율의 상한값이 20 Å 정도인 것에 비추어 보면, 신규 또한 바람직한 가스 분출 속도(V1)의 하한값은 SiO2막두께가 23 Å가 되는 4O m/sec 정도가 된다. 보다 바람직하게는, 가스 분출 속도(V1)의 하한값은 종래의 샤워 헤드 구조에서는 달성할 수 없는, 5분간에서의 성막율이 24 Å 정도가 되는 70 m/sec 정도이다.
여기서, 가스 분출 속도(V1)의 상한값에 대하여 검토되었다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 여기서는 가스 분출 속도(V1)가 113 m/sec(도 4의 포인트 C1에 대응)인 경우와 207 m/sec인 경우에 대하여, 웨이퍼 반경 방향의 SiO2의 막두께에 대해서 검토되었다. 다른 프로세스 조건은 도 4에서 설명한 조건과 마찬가지였다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 가스 분출 속도가 113 m/sec인 경우에는 막두께의 요철은 그다지 심하지는 않고, 막두께의 면내 균일성도 3.82%로 양호한 결과였다. 이것에 대하여, 가스 분출 속도가 207 m/sec인 경우에는 가스 분출 속도가 과도하게 크기 때문에, 가스 분사 구멍(10)에 대응하는 부분의 막두께가 극단적으로 얇아져(패턴이 전사되어 버려), 전체적으로 큰 요철이 발생하고 있다.
이 때문에, 이 가스 분출 속도가 207 m/sec인 경우에는, 막두께의 면내 균일성이 15.63%까지 저하해 버려, 바람직하지 못한 결과였다. 이와 같이 가스 분출 속도(V1)를 크게 하면 성막율이 상승하는 이유는, 웨이퍼면상에 있어서의 가스의 표면속도가 증가하고, 이것에 기인하여 탄탈 산화막에 대한 O2 가스와 O3 가스에 의한 산화력이 증대한 것으로 생각된다.
이상에 의해서, 헤드 거리(L1)가 77 mm인 경우에는, 신규 또한 바람직한 가스 분출 속도(V1)의 상한값은 113 m/sec이며, 하한값은 40 m/sec이라고 말할 수 있다.
또한, 도 4에 있어서, 곡선 A에 대응하는 조건에서의 막두께의 면내 균일성은 9.86 내지 14.98% 정도로 그다지 양호하지 않지만, 곡선 B 및 곡선 C에 대응하는 조건에서의 막두께의 면내 균일성은 3.32 내지 3.82%정도로 매우 양호했다.
또한, 가스 분사 구멍(10)이 140개(곡선 B) 또는 88개(곡선 C) 형성되어 있는 형성 영역(56)(도 1 및 도 2 참조)의 직경(D1)은 웨이퍼(W)의 직경(D2)과 동일, 또는 이보다도 작게 설정되어 있다. 예컨대, 직경(D1)은 직경(D2)의 70 내지 100%의 범위내로 설정되어 있다. 이에 따라서, 막두께의 면내 균일성이 한층 더 향상되어 있다. 이와 관련하여, 가스 분사 구멍의 수가 368개(곡선 A)인 경우에는 형성 영역(56)의 직경(D1)은 웨이퍼(W)의 직경(D2)보다도 약간 크게 설정되어 있었다.
여기서, 종래의 처리 장치의 샤워 헤드 구조와 본 발명에 따른 처리 장치의 샤워 헤드 구조로부터 각각 분출되는 가스의 처리공간에서의 가스속도의 분포가 시뮬레이션되었다. 그 시뮬레이션 결과에 대하여 설명한다.
도 7은 상기 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이며, 처리 용기내의 오른쪽절반의 상태를 나타내고 있다. 도 7a는 종래의 처리 장치의 샤워 헤드 구조로부터 분출된 가스속도의 분포를 나타내고 있고, 도 4의 곡선 A에 대응하는 것이다. 도 7b는 본 발명의 처리 장치의 샤워 헤드 구조로부터 분출된 가스속도의 분포를 나타내고 있고, 도 4의 곡선 B 또는 곡선 C에 대응하는 것이다. 또한, 도면 중 백색에 더욱 가까운 부분일수록 가스의 속도가 보다 높은 영역을 나타내고 있다.
도 7a에 도시하는 바와 같이, 종래 장치의 경우에는 웨이퍼(W)의 표면상에서 가스속도는 그다지 빠르지 않고, 웨이퍼(W)의 외주의 부분에서만 유속이 빠르게 되어 있는 것에 불과하다. 이것에 대하여, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 본 발명 장치의 경우에는 웨이퍼(W)의 표면상의 대부분에서 가스유속이 빠르게 되어 있다.
그런데, 상기 장치는 200 mm의 웨이퍼 사이즈에 대응하고 있고, 헤드 거리(L1)가 77 mm 정도인 처리 장치였다. 그러나, 웨이퍼 사이즈는 한정되지 않고, 예컨대 300 mm의 웨이퍼 사이즈에 대응하는 처리 장치에 대해서도 본 발명은 적용할 수 있다. 300 mm의 웨이퍼 사이즈에 대응하는 처리 장치의 경우에는 탑재대(32)와 샤워 헤드 구조(6)의 각 직경은 상기 웨이퍼 사이즈에 대응하여 당연히 커진다. 그러나, 헤드 거리(L1)는 장치 소형화의 요청에 의해, 반대로 작게 설정되어, 예컨대 15 mm 정도로 설정될 수 있다.
여기서, 상기 헤드 거리(L1)가 15 mm인 경우의 300 mm 웨이퍼에 대응하는 처 리 장치에 대하여, 앞에서 설명한 것과 동일한 실험을 했다. 이 결과, 가스 분출 속도(V1)의 신규 또한 바람직한 상한값은 약 67 m/sec 정도로, 즉 웨이퍼 사이즈 200 mm에 대응하는 처리 장치의 경우의 상한값인 113 m/sec 보다도 낮아졌다. 이 이유는 상술한 바와 같이 헤드 거리(L1)가 77 mm 정도에서 15 mm 정도로 작아졌기 때문에, 보다 전사가 일어나기 쉬워졌다고 추측된다. 또한, 이 때의 가스 분출 속도의 하한값은 5분간의 성막율의 최소값을 23 Å 정도라고 하면, 32 m/sec 정도, 바람직하게는 40 m/sec 정도였다.
여기서의 가스 분사 구멍(10)은 유속을 빠르게 유지하면서, 전사를 극력 억제하고, 또한 균일한 흐름을 달성하기 위해서, 직경을 0.4 mm로 하고, 가스 분사 구멍(10)의 수는 761개로 되어있다. 또한, 프로세스온도는 660℃, 프로세스압력은 30 Torr (4OOO Pa)였다. 분출 속도(V1)를 변화시키기 위해서, O2 가스의 유량은 6000 내지 10000 sccm, N2 가스의 유량은 0 내지 9000 sccm의 범위로 변화되었다. 이 때, O3 가스 유량은 총 유량의 0.68% 내지 2.17%의 범위로 변화되었다.
도 8은 가스 분출 속도(V1)와, 이 때 형성되는 SiO2 막의 막두께(5분간 처리)와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 가스 분출 속도(V1)가 32 m/sec 내지 102 m/sec의 전 유역에서, 종래의 성막율인 20 Å(도 4에 있어서의 포인트(A1)에 상당)을 상회하는 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 분출 속도(V1)가 32 m/sec보다도 작은 영역에서는 O2 가스 유량을 60OO sccm 이하로 설정해야 한다. 그러나, 이와 같이 O2 가스 유량이 감소하면 오존 발생기로부터의 오존 발생이 안정적으로 실행되지 않게 되기 때문에, 이 영역에서의 데이터는 채취할 수 없었다.
또한, 도 9는 헤드 거리가 15 mm일 때의 가스 분출 속도의 상한값을 설명하기 위한 그래프이다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 가스 분출 속도(V1)가 67 m/sec인 경우에는 막두께의 요철은 그다지 심하지 않고, 막두께의 면내 균일성도 3.5%로 양호한 결과였다. 이에 대하여, 가스 분출 속도(V1)가 102 m/sec인 경우에는 심한 전사가 일어나버려, 전체적으로 큰 요철이 발생하고, 막두께의 면내 균일성도 7.2%로 되어 양호하지 않다. 따라서, 가스 분출 속도(V1)의 상한값은 67 m/sec라고 말할 수 있다.
한편, 가스 분출 속도(V1)의 하한값은 상술한 바와 같이 더욱 낮은 유속인 것이 예상되지만, 크더라도 32 m/sec이다. 이에 따라, 도 3중에서 포인트 P1 내지 P4로 둘러싸이는 사선으로 도시되는 범위가 적정범위가 된다. 또한, 앞으로의 기술혁신에 의해서, 헤드 거리가 15 mm보다도 더욱 작은 처리 장치가 개발된다면, 이 적정 영역은 도 3에서 더욱 좌측의 영역으로 연장할 것이 예측된다.
이상과 같이 하여, 도 3에 있어서 포인트 P1, P2, P4, P3로 둘러싸이는 사선의 범위가, 개질 어닐 처리를 하는 데에 있어서 최적의 조건이 되는 범위인 것이 판명되었다.
그리고, 상기 도 3에 나타내는 사선의 범위내에서, 헤드 거리(L1) 및 가스 분출 속도(V1)를 임의로 설정함으로써, 상술한 바와 같이, 처리의 면내 균일성을 높게 유지할 수 있음과 동시에, 처리 효율을 향상시켜서 스루풋도 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서의 가스 분사 구멍(10)의 직경과 수량은 단지 일례를 나타낸 것에 지나지 않고, 이것에 한정되지 않는 것은 물론이다.
또한, 상기 실시예에서는 탄탈 산화막의 어닐 개질 처리를 하는 처리 장치가 설명되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 열 CVD 처리 장치, 플라즈마 CVD 처리 장치, 에칭 처리 장치, 산화 확산 처리 장치, 스퍼터링 처리 장치 등에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 피 처리체로서 반도체 웨이퍼을 사용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, LCD 기판, 유리 기판 등을 이용할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (9)

  1. 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 천장부에 설치되고, 상기 처리 용기의 내부측에 면하는 가스 분사면에 소정의 처리 가스를 상기 처리 용기내로 분출하는 복수의 가스 분사 구멍이 형성된 샤워 헤드 구조와,
    상기 처리 용기내에서 상기 샤워 헤드 구조에 대향하도록 배치된 탑재대를 구비하고,
    상기 가스 분사면과 상기 탑재대 사이의 헤드 거리와 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가, 상기 헤드 거리를 가로축으로 하고 상기 가스 분출 속도를 세로축으로 한 평면 좌표계에 있어서, 상기 헤드 거리가 15 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 32 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 15 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 67 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 77 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 40 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 77 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 113 m/sec인 포인트를 사각형상으로 직선으로 연결하여 둘러싸이는 범위내로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는
    처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분사면에 있어서의 상기 가스 분사 구멍의 형성 영역은 원형형상이고, 상기 탑재대 상에 탑재되는 피 처리체도 원형형상인 것을 특징으로 하는
    처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 분사면에 있어서의 상기 가스 분사 구멍의 형성 영역의 직경은 상기 피 처리체의 직경에 대하여, 동일 또는 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는
    처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스 분사면에 있어서의 상기 가스 분사 구멍의 형성 영역의 직경은 상기 피처리체의 직경의 70 내지 100%인 것을 특징으로 하는
    처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 상기 피 처리체의 표면에 형성되어 있는 금속 산화막을 개질하기 위한 오존 함유 가스인 것을 특징으로 하는
    처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속 산화막은 탄탈 산화막인 것을 특징으로 하는
    처리 장치.
  7. 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 천장부에 설치되고, 상기 처리 용기의 내부측에 면하는 가스 분사면에 소정의 처리 가스를 상기 처리 용기내로 분출하는 복수의 가스 분사 구멍이 형성된 샤워 헤드 구조와,
    상기 처리 용기내에 있어서 상기 샤워 헤드 구조에 대향하도록 배치된 탑재대를 구비한 처리 장치를 이용하여, 피 처리체에 소정의 처리를 실시하는 방법에 있어서,
    상기 가스 분사면과 상기 탑재대 사이의 헤드 거리와 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도를, 상기 헤드 거리를 가로축으로 하고 상기 가스 분출 속도를 세로축으로 한 평면 좌표계에 있어서, 상기 헤드 거리가 15 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 32 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 15 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 67 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 77 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 40 m/sec인 포인트와, 상기 헤드 거리가 77 mm일 때에 있어서의 상기 가스 분사 구멍으로부터의 가스 분출 속도가 113 m/sec인 포인트를 사각형상으로 직선으로 연결하여 둘러싸이는 범위내로 설정하는 공정과,
    상기 탑재 대상에 피 처리체를 탑재하는 공정과,
    상기 가스 분사 구멍으로부터 상기 처리 용기내로 상기 처리 가스를 도입하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는
    처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 상기 피 처리체의 표면에 형성되어 있는 금속 산화막을 개질하기 위한 오존 함유 가스인 것을 특징으로 하는
    처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속 산화막은 탄탈 산화막인 것을 특징으로 하는
    처리 방법.
KR1020047016739A 2002-04-24 2003-04-22 샤워 헤드 구조를 이용한 처리 장치 및 처리 방법 KR100584191B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002123145 2002-04-24
JPJP-P-2002-00123145 2002-04-24
JP2003028876A JP4218360B2 (ja) 2002-04-24 2003-02-05 熱処理装置及び熱処理方法
JPJP-P-2003-00028876 2003-02-05
PCT/JP2003/005123 WO2003092060A1 (fr) 2002-04-24 2003-04-22 Dispositif de traitement utilisant une structure tete de pulverisation et procede de traitement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040108745A KR20040108745A (ko) 2004-12-24
KR100584191B1 true KR100584191B1 (ko) 2006-05-29

Family

ID=29272341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020047016739A KR100584191B1 (ko) 2002-04-24 2003-04-22 샤워 헤드 구조를 이용한 처리 장치 및 처리 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7615251B2 (ko)
JP (1) JP4218360B2 (ko)
KR (1) KR100584191B1 (ko)
WO (1) WO2003092060A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006096073A1 (en) 2005-03-08 2006-09-14 Fonterra Co-Operative Group Limited High pressure processing of metal ion lactoferrin
US20090155488A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-18 Asm Japan K.K. Shower plate electrode for plasma cvd reactor
US8216640B2 (en) * 2009-09-25 2012-07-10 Hermes-Epitek Corporation Method of making showerhead for semiconductor processing apparatus
US9129778B2 (en) 2011-03-18 2015-09-08 Lam Research Corporation Fluid distribution members and/or assemblies
JP6379550B2 (ja) * 2014-03-18 2018-08-29 東京エレクトロン株式会社 成膜装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0917778A (ja) 1995-07-03 1997-01-17 Fujitsu Ltd 高周波プラズマｃｖｄ装置
US6555394B2 (en) * 1995-11-28 2003-04-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of fabricating capacitors including Ta2O5 layers in a chamber including changing a Ta2O5 layer to heater separation or chamber pressure
KR100279963B1 (ko) * 1997-12-30 2001-04-02 윤종용 반도체소자제조용가스디퓨져및이를설치한반응로
US6126753A (en) * 1998-05-13 2000-10-03 Tokyo Electron Limited Single-substrate-processing CVD apparatus and method
US6228173B1 (en) * 1998-10-12 2001-05-08 Tokyo Electron Limited Single-substrate-heat-treating apparatus for semiconductor process system
JP3648144B2 (ja) 1999-10-13 2005-05-18 東京エレクトロン株式会社 処理装置，および，被処理体の処理方法

Also Published As

Publication number Publication date
US7615251B2 (en) 2009-11-10
US20050223981A1 (en) 2005-10-13
WO2003092060A1 (fr) 2003-11-06
JP2004006654A (ja) 2004-01-08
KR20040108745A (ko) 2004-12-24
JP4218360B2 (ja) 2009-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101937844B (zh) 绝缘膜形成方法
JP3341619B2 (ja) 成膜装置
KR100644000B1 (ko) 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
US9508546B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
KR101991574B1 (ko) 성막 장치, 및 그것에 이용하는 가스 토출 부재
US7926445B2 (en) Oxidizing method and oxidizing unit for object to be processed
KR101124869B1 (ko) 실리콘 산화막의 형성 방법 및 장치
CN106920760A (zh) 衬底处理装置及半导体器件的制造方法
JPH10107018A (ja) 半導体ウェーハの熱処理装置
KR100584191B1 (ko) 샤워 헤드 구조를 이용한 처리 장치 및 처리 방법
US20230227979A1 (en) Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, method of processing substrate, and recording medium
TW569345B (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2002289557A (ja) 成膜方法
CN114597156A (zh) 用于处理基板的支撑单元、设备及用于处理基板的方法
JP4345410B2 (ja) 酸化方法
US20240153818A1 (en) Embedding method and processing system
JP2751015B2 (ja) 被処理体の処理方法
JP2010225989A (ja) 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
JP4506056B2 (ja) 被処理体の窒化方法及び半導体素子
JP2002343779A (ja) 熱処理装置
JPH0786264A (ja) 成膜方法
JP2002110562A (ja) 半導体製造装置
JP2002289602A (ja) 半導体基板処理装置
JP2002151499A (ja) 半導体製造装置
KR20000015476A (ko) 반도체장치 제조용 공정튜브의 내부온도 제어방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130503

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140502

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee