KR100633892B1 - 가스 샤워 헤드, 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 가스 샤워 헤드는 기판의 표면에 대향하여 마련됨과 동시에 상기 기판과 대향하는 면에 다수의 구멍부가 형성되고, 가스 공급로로부터 이송되는 복수종의 성막 가스를 이들 구멍부를 거쳐서 상기 기판에 동시에 공급하는 가스 샤워 헤드에 있어서, 복수의 금속부재를 갖고, 해당 복수의 금속부재를 상하에 중첩시킨 상태로 소정의 온도 조건으로 가열함으로써 각 금속부재의 접촉면끼리가 국소적으로 금속 확산 접합되어 있는 샤워 헤드 본체와, 상기 샤워 헤드 본체내의 상기 접촉면을 가로지르도록 관통하고, 또한 성막 가스의 종류마다 각각이 섞이는 일이 없도록 독립하여 형성되는 복수의 가스 유로를 구비한다. 상기 온도 조건은 그 후의 재가열에 의해서, 국소적으로 금속 확산 접합된 부분은 박리 가능한 온도 조건이다.

Description

가스 샤워 헤드, 성막 장치 및 성막 방법{GAS SHOWER HEAD, FILM FORMING DEVICE, AND FILM FORMING METHOD}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대하여 가스를 공급하는 가스 샤워 헤드, 해당 가스 샤워 헤드를 이용하여 상기 기판의 표면에 성막을 하는 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 프로세스의 하나로, CVD(Chemical vapor deposition) 처리에 의해서 피 처리체 상에 성막을 하는 프로세스가 있다. 이 성막 프로세스를 실행하는 장치의 하나로 낱장식 성막 장치가 있다. 이 성막 장치는 예컨대 내부에 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 생략하여 칭함)를 탑재하기 위한 탑재대를 갖는 처리 용기와, 해당 탑재대와 대향하여 마련된 웨이퍼 표면을 향해서 성막 가스의 공급을 실행하는 가스 샤워 헤드를 구비하고 있다. 이 샤워헤드에는 복수 종의 성막 가스가 서로 섞이지 않도록, 또한 가로 방향으로 확산되어 웨이퍼 표면에 균일하게 공급되도록 가스 유로가 형성되어 있다. 또한, 샤워헤드는 금속판(금속으로 만들어진 확산판)을 예컨대 3단으로 적층하여 구성된다. 이들 금속판은 예컨대 볼 트로 서로 고정되고, 또한 처리 용기에 장착되어 있다. 상면측으로부터 공급되는 성막 가스는 3단의 금속판내를 관통하는 유로를 아래쪽을 향해서 흐르고, 하단면에 형성된 다수의 구멍부을 거쳐서 웨이퍼의 표면 전체에 균일하게 공급된다. 가스 샤워 헤드에는 복수 종의 성막 가스가 동시에 공급되도록 되어 있다. 예컨대 티타늄 질화물(TiN)을 성막하기 위해서, TiCl4 가스와 NH3 가스가 서로 섞이지 않도록 가스 샤워 헤드내를 통과하여 처리 용기내로 공급된다.
그러나, 상술한 것과 같은 복수 종의 성막 가스를 공급하기 위한 가스 샤워 헤드에는 이하와 같은 문제가 있다.
나사 고정에 의해서 고정되는 각 단(段)의 금속판의 접촉면(접합면)(P2)에는 도 7에 도시하는 바와 같이 기계적 연마로는 해소할 수 없는 미소한 요철이 있다. 이 때문에, 나사 고정을 하더라도 완전히 밀착하는 일은 없고, 도 8에 도시하는 바와 같이 수 ㎛의 극히 미소한 간극이 발생해버린다. 따라서, 이 간극을 거쳐서 TiCl4 가스와 NH3 가스가 혼합되어버리는 일이 있고, 이 경우에 가스 샤워 헤드내에서 소망하지 않는 생성물이 발생하는 일이 있다.
즉, 양 성막 가스는 열에너지에 의해서 반응을 일으키기 때문에, 통상은 그 이면측으로부터 가열되는 웨이퍼의 표면 근방에서 반응이 일어나지만, 가스 샤워 헤드와 웨이퍼는 접근하고 있기 때문에, 웨이퍼로부터 방사되는 열에 의해서 가스 샤워 헤드가 가열되는 것에 의해, 양 성막 가스의 일부가 가스 샤워 헤드내에서 반응해버리는 것이다. 이렇게 해서 발생한 반응 생성물은 파티클(particle)의 원인 이 될 우려가 있다.
한편, 확산판의 접합시에 해당 확산판의 접합면에 납재를 도포해 놓음으로써 상기 간극의 발생을 방지하는 방법도 있다. 그러나, 이 방법을 채용하면, 확산판내의 유로 근방 부위에서 납재와 성막 가스가 반응하고, 그 반응 생성물이 파티클(particle)이 될 우려가 있다. 구체적으로는, 상술한 구성의 장치에 있어서 예컨대 Ag, Cu, Zn 등의 가스 샤워 헤드의 구성 모재 이외의 납재를 이용한 경우에, 성막 가스 중의 Cl이나 F 등이 납재와 반응하여, 반응 생성물이 발생할 우려가 있다. 또한, 납재를 이용하면, 각 확산판을 분해하는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 세정작업을 하는 경우에 불편하다라고 하는 문제도 있다.
발명의 요지
본 발명은 이러한 사정에 근거하여 이루어진 것으로, 그 목적은 복수의 금속부재를 중첩시키는 것에 의해서 구성되고, 기판에 대하여 복수종의 성막 가스를 공급 가능한 가스 샤워 헤드에 있어서, 각 금속부재의 접촉면 사이에 발생하는 간극의 존재에 의해서 다른 종류의 성막 가스가 섞이는 것을 막는 기술을 제공하는 것에 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 가스 샤워 헤드를 성막 장치에 적용하여 파티클(particle)의 발생을 억제하는 것에 있다.
본 발명은 기판의 표면에 대향하여 마련됨과 동시에 상기 기판과 대향하는 면에 다수의 구멍부가 형성되고, 가스 공급로로부터 이송되는 복수종의 성막 가스를 이들 구멍부를 거쳐서 상기 기판으로 동시에 공급하는 가스 샤워 헤드에 있어 서, 복수의 금속부재를 갖고, 해당 복수의 금속부재를 상하로 중첩시킨 상태로 소정의 온도 조건으로 가열함으로써 각 금속부재의 접촉면끼리 국소적으로 금속 확산 접합되어 있는 샤워 헤드 본체와, 상기 샤워 헤드 본체내의 상기 접촉면을 가로지르도록 관통하고, 또한 성막 가스의 종류마다 각각이 섞이는 일이 없도록 독립하여 형성되는 복수의 가스 유로를 구비하고, 상기 온도 조건은 그 후의 재가열에 의해서 국소적으로 금속 확산 접합된 부분은 박리 가능한 온도 조건인 것을 특징으로 하는 가스 샤워 헤드이다.
본 발명에 의하면, 가스 샤워 헤드를 구성하는 금속부재의 접촉면 끼리를 가열에 의해서 국소적으로 화학적으로 결합시키고 있기 때문에, 해당 접합면에서 기계적인 결합으로는 충분히 해소할 수 없었던 미소한 요철에 의해 형성되는 미소한 간극이 현저하게 저감되어 있다. 따라서, 각 가스 유로에 있어서의 가스 누설이 억제됨과 동시에, 가스 샤워 헤드 내에서 다른 성막 가스끼리가 섞여 소망하지 않는 반응 생성물이 발생하는 것을 막을 수 있다.
예컨대, 복수의 금속부재는 니켈 또는 니켈합금으로 이루어진다. 특히 바람직하게는 복수의 금속부재는 니켈로 이루어진다.
또한, 본 발명은 기판을 탑재하기 위한 탑재대를 갖는 처리 용기와, 상기 탑재대에 탑재되는 기판을 가열하기 위한 가열부와, 상기 처리 용기에 마련된 상기 특징을 갖는 가스 샤워 헤드를 구비한 것을 특징으로 하는 성막 장치이다.
또한, 본 발명은 처리 용기내의 탑재대에 탑재된 기판에 대하여, 해당 기판에 대향하는 가스 샤워 헤드로부터 성막 가스를 공급하여 성막 처리를 하는 성막 방법에 있어서, 가스 샤워 헤드를 구성하는 복수의 금속부재를 중첩시킨 상태로, 이것을 소정의 온도 조건으로 가열하고, 각 금속부재의 접촉면끼리를 국소적으로 금속 확산 접합하는 가스 샤워 헤드의 조립공정과, 상기 가스 샤워 헤드를 거쳐서 복수종의 성막 가스를 해당 샤워 헤드내에서 혼합되지 않도록 기판으로 공급하고, 해당 기판의 표면에 성막 처리를 하는 처리공정을 구비하고, 상기 온도 조건은 그 후의 재가열에 의해서 국소적으로 금속 확산 접합된 부분이 분리 가능한 온도 조건인 것을 특징으로 하는 성막 방법이다.
바람직하게는, 상기 조립공정은 복수의 금속부재를 중첩시켜 소정의 토크로 누르는 가압공정과, 그 후 가스 샤워 헤드를 처리 용기에 장착하는 장착공정을 포함한다.
상기 가압공정은 예컨대 나사 고정을 하는 것에 의해서 실시된다.
또한, 상기 소정의 토크는 바람직하게는 15kg/cm2 이상의 토크, 특히 약 30kg/cm2의 토크이다.
예컨대, 상기 조립공정에서 가스 샤워 헤드는 기판을 가열하기 위한 가열부 및 가스 샤워 헤드에 마련된 가열부의 적어도 한쪽을 이용하여 가열된다.
상기 조립공정의 온도 조건은 바람직하게는 500℃ 이상, 특히 500℃ 내지 550℃이다.
또한, 상기 조립공정에서 상기 온도 조건은 약 12시간 계속되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 처리공정의 후, 가스 샤워 헤드를 가열하여 복수의 금속부재를 서로 분리하는 분리공정을 또한 포함하는 것이 바람직하다.
이 경우, 예컨대 상기 분리공정에서 가스 샤워 헤드는 기판을 가열하기 위한 가열부 및 가스 샤워 헤드에 마련된 가열부의 적어도 한쪽을 이용하여 가열된다.
또한, 바람직하게는 상기 분리공정에서 가스 샤워 헤드는 550℃ 이상으로 가열된다.
도 1은 본 발명에 따른 성막 장치의 1실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 상기 성막 장치에 설치되는 샤워 헤드 본체의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 3은 상기 샤워 헤드 본체를 분해하여 나타낸 종단면도이다.
도 4는 본 실시예에 있어서의 작용을 나타내는 공정도이다.
도 5는 본 실시예의 효과를 확인하기 위해서 실행된 시험의 결과를 나타내는 특성도이다.
도 6은 본 발명에 관한 성막 장치의 다른 실시예에 있어서의 샤워 헤드 본체의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 7은 종래의 기술에 관한 가스 샤워 헤드의 과제에 대하여 나타내는 개략설명도이다.
도 8은 종래의 기술에 관한 가스 샤워 헤드의 과제에 대하여 나타내는 개략 설명도이다.
이하에, 본 발명에 따른 가스 샤워 헤드를 적용한 성막 장치의 실시예를 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한다. 참조부호(11)는, 예컨대 알루미늄으로 이루어지는 처리 용기를 구성하는 챔버이다. 이 챔버(11)내에는 기판인 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 웨이퍼(W)보다 약간 큰 원판형상의 탑재대(12)와, 이 탑재대(12)를 하방측에서 지지하는 지지체(13)가 설치되어 있다. 탑재대(12)내에는 예컨대 저항 가열체로 이루어지고 가열부를 구성하는 제 1 히터(14)가 매설되어 있다. 제 1 히터(14)는 성막 처리시에 있어서, 예컨대 웨이퍼(W)를 전면에 걸쳐서 균등하게 승온시킨다. 또는, 제 1 히터(14)는 후술하는 가스 샤워 헤드의 조립 및 분해의 각 작업시에 가스 샤워 헤드를 소정 온도로 가열한다. 이들 목적을 위하여, 예컨대 성막 장치 밖에 설치되는 전력 공급부(15)가 각 용도에 따라 제 1 히터(14)의 온도 제어를 하도록 되어 있다.
챔버(11)의 천장부에는 가스 샤워 헤드 본체(30)와 해당 가스 샤워 헤드 본체(30)의 측방을 지지하는 리드(30a)와 절연 밀봉 부재(30c)와 석영 충전재(30b)로 구성되는 가스 샤워 헤드(3)가 설치된다. 후술하는 바와 같이, 가스 샤워 헤드 본체(30)는 3개의 금속판(3a, 3b, 3c)으로 구성되어 있고, 금속판(3a)의 외연부가 절연 밀봉 부재(30c)를 거쳐서 리드(30a)에 지지되어 있다. 절연 밀봉 부재(30c)는 고주파 전력 공급시에, 챔버(11)와 가스 샤워 헤드(3)를 절연하기 위한 부재로, 예 컨대 Al2O3등으로 구성된다. 한편, 가스 샤워 헤드 본체(30)의 외주와 챔버(11)의 사이에는 환상(環狀)의 석영 충전재(30b)가 설치된다. 이것에 의해서, 챔버(11)의 데드 스페이스가 매립되어, 양호한 성막 처리가 가능하게 되어 있다.
이 가스 샤워헤드(3)는 가스 공급로를 이루는 가스 공급관(21, 22)에 접속되어 있다. 가스 샤워 헤드(3)의 하단면에는 다수의 구멍부(33, 34)(도 2 및 도 3 참조)가 형성되어 있다. 이들 구멍부를 거쳐서, 상기 탑재대(12)상에 탑재되는 웨이퍼(W)의 표면에 성막 가스의 공급을 실행할 수 있다. 또한, 가스 샤워 헤드(3)의 상면부에는 제 2 히터(23)가 설치된다. 제 2 히터(23)는 상술한 제 1 히터(14)와 같이, 전력 공급부(15)에 의해서 온도 제어되도록 구성되어 있다. 또한, 가스 샤워 헤드(3)에는 정합기(20a)를 거쳐서 고주파 전원부(20b)가 접속되어 있다. 이것에 의해서, 성막 처리시에 있어서 웨이퍼(W)에 공급되는 성막 가스가 플라즈마화되어, 성막 방법이 촉진될 수 있다.
챔버(11)의 측방에는 웨이퍼(W)의 반출입을 위한 게이트밸브(16)가 설치된다. 탑재대(12)에는 게이트밸브(16)를 거쳐서 진입하여 온 도시하지 않는 반송 아암과의 사이에서 웨이퍼(W)의 주고받음을 할 수 있도록, 리프트핀(17)(실제로는 예컨대 3개 있음)이 돌출 함몰 가능하게 설치된다. 리프트핀(17)의 승강은 그 하단부를 지지하는 지지부재(17a)를 거쳐서, 승강기구(17b)의 동작에 의해서 실행된다. 또한, 지지체(13)의 주위에는 도 1에 도시하는 바와 같이 배기구(11a)가 형성되어 있다. 이 배기구(11a)에는 배기관(18) 및 밸브(V1)를 거쳐서, 진공 펌프(19)가 접 속되어 있다.
다음에, 본 실시예의 주요부인 샤워 헤드 본체(30)에 대하여, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2는 샤워 헤드 본체(30)의 전체 구조를 나타내는 종단면도이다. 샤워 헤드 본체(30)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 예컨대 니켈로 이루어지는 3개의 금속부재인 금속판(3a, 3b, 3c)을 상하로 적층하여 구성되어 있다. 각 금속판(3a, 3b, 3c)의 접촉면(접합면)은, 예컨대 기계가공, 기계연마, 화학연마 또는 전해연마 등에 의해서 가공이 이루어져 있다. 그 표면 거칠기는, 예컨대 Ra 3.2 내지 0.2정도이다.
도 3은 이들 3단의 금속판(3a, 3b, 3c)을 분해하여 도시한 것이다. 각 금속판을 편의상 상단부(3a), 중단부(3b), 하단부(3c)라고 부르는 것으로 하면, 상단부(3a)와 중단부(3b)와의 접합면(P1) 및 중단부(3b)와 하단부(3c)와의 접합면(P2)이 함께 확산 접합에 의해 간극 없이 접합되어 있다. 상단부(3a)와 중단부(3b)와의 사이에는 공간(31)이 형성되어 있고, 중단부(3b)와 하단부(3c)와의 사이에는 공간(41)이 형성되어 있다. 중단부(3b)에는 공간(31)으로부터 하단부(3c)로 관통하는 다수의 제 1 가스 유로(32)와, 공간(31)과는 연통하지 않고 공간(41)과 연통하는 제 2 가스 유로(42)가 형성되어 있다. 하단부(3c)에는 제 1 가스 유로(32)에 연통하는 다수의 제 1 구멍부(33)와, 공간(41)에 연통하는 다수의 제 2 구멍부(43)가 형성되어 있다. 또한, 상단부(3a)와 중단부(3b)는 볼트(34a)에 의해서도 고정(나사 고정) 가능하게 되어 있다. 마찬가지로, 중단부(3b)와 하단부(3c)는 볼트(34b)에 의해서도 고정이 가능하게 되어 있다.
상단부(3a)의 상면에는 전술한 바와 같이, 가스 공급관(21) 및 가스 공급관(22)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(21)은 공간(31)에 연통하고, 가스 공급관(22)은 제 2 가스 유로(42)를 거쳐서 공간(41)으로 연통하고 있다.
여기서, 공간(31) 및 공간(41)의 형상에 대하여, 도 3을 참조하면서 설명한다. 공간(31)은 예컨대 중단부(3b)의 상면에 형성되는 원주형상의 오목부(35a)와 상단부(3a)의 하면(35b)으로 둘러싸이는 원주형상의 공간이며, 가로 방향으로 연통하는 일체적 공간으로서 구성되어 있다. 공간(41)은 예컨대 중단부(3b)의 하면(36a)에 형성되는 원주형상의 다수의 볼록부(41b)에 의해서 형성된다. 즉, 각 볼록부(41b)에 인접하는 공극부(홈부)가 가로 방향으로 연통하고, 공간(41)은 중단부(3b)의 하면(36a)과 하단부(3c)의 상면(36b)과의 사이에 가로 방향으로 연통하는 일체적 공간으로서 구성되어 있다.
이것에 의해서, 가스 공급관(21)으로부터 이송되어 오는 성막 가스는 공간(31)에서 가로 방향으로 균일하게 분산되고, 제 1 가스 유로(32)를 거쳐서 제 1 구멍부(33)로 향한다. 한편, 가스 공급관(22)으로부터 이송되어 오는 성막 가스는 제 2 가스 유로(42)를 거쳐서 공간(41)으로 유입하고, 공간(41)내에서 가로 방향으로 균일하게 분산하여, 제 2 구멍부(43)로 향한다. 즉, 가스 공급관(21, 22)을 각각 흐르는 두 가지의 성막 가스는 샤워 헤드 본체(30)내에서 섞이는 일 없이, 독립하여 웨이퍼(W)로 향하고, 처리실내에서 처음으로 혼합하도록 되어 있다. 이러한 가스 샤워 헤드(3)는 포스트믹스타입이라고 불려지고 있다.
이어서, 가스 공급관(21, 22)의 상류측에 대하여 설명한다. 가스 공급관(21)의 상류측에는 밸브(V2)를 거쳐서 제 1 성막 가스(TiCl4) 공급원(21a)이 접속되어 있다. 또한, 가스 공급관(22)의 상류측에는 밸브(V3)를 거쳐서 제 2 성막 가스(NH3) 공급원(22b)이 접속되어 있다. 제 1 및 제 2 성막 가스 공급원(21a, 22b)에는 각각의 성막 성분인 소스 가스가 저류되어 있다. 제 1 성막 가스 공급원(21a)은 예컨대 성막 처리시에 캐리어 가스를 이용하여 각 액체 소스를 기화시켜서 증기로 하고, 이 증기를 가스 공급관(21)을 거쳐서 가스 샤워 헤드(3)로 보내도록 구성되어 있다. 제 2 성막 가스 공급원(22b)은 예컨대 성막 처리시에 제 2 성막 가스의 증기를 가스 공급관(22)을 거쳐서 가스 샤워 헤드(3)로 보내도록 구성되어 있다.
다음에, 본 발명의 전술한 실시예에 있어서의 작용에 대하여, 도 4에 도시하는 공정도에 따라서 설명한다. 우선, 웨이퍼(W)로의 성막 처리에 앞서서, 가스 샤워 헤드(3)의 조립이 행해진다. 이것은, 예컨대 세정 등을 하기 위해서 분해된 샤워 헤드 본체(30)를 이루는 3개의 금속판을 접합하는 작업이다. 우선, 예컨대 챔버(11)의 외부에서, 상단부(3a), 중단부(3b), 하단부(3c)를 소정의 방향 및 위치로 밀착시킨다. 그리고, 상단부(3a)와 중단부(3b)의 사이는 볼트(34a)로, 중단부(3b)와 하단부(3c)의 사이는 볼트(34b)로, 각 개소가 예컨대 15kg/cm2 이상, 바람직하게는 약 30kg/cm2의 토크로 임시 고정된다(단계 S1). 그리고, 임시 고정된 가스 샤워 헤드(3)가 챔버(11)내의 소정위치에 장착되고, 챔버(11)내에 예컨대 도시하지 않은 질소 가스 공급 수단으로부터 3600cc/분으로 질소 가스가 공급됨과 동시에, 압력이 1.33322×102Pa(1Torr)가 되도록 배기 유량의 조절이 실행된다. 이러한 상태에서, 제 1 히터(14) 및 제 2 히터(23)를 이용하여, 챔버(11)내의 가열이 개시된다. 이것에 의해서, 샤워 헤드 본체(30)내의 상단부(3a)(의 하면)와 중단부(3b)(의 상면)와의 접합면(P1) 및 중단부(3b)의 하면(36a)에서의 볼록부(41b)의 면과 하단부(3c)의 상면(36b)과의 접합면(P2)에 있어서, 니켈끼리 결합하여, 해당 접합면(P1, P2)에 있어서의 미소한 간극을 메우면서, 극표층에서 금속 확산 접합이 진행한다(단계 S2). 예컨대 볼트(34a, 34b)를 빼더라도 접합면(P1)또는 접합면(P2)이 분리되지 않는 정도의 결합력을 얻을 수 있을 때까지, 그대로 가열이 계속된다. 이것에 의해서, 가스 샤워 헤드(3)의 조립이 종료한다. 구체적으로는 접합면(P1, P2)이 소정의 결합력을 얻는 것이 필요하다. 예컨대 접합면(P2)의 면적[중단부(3b)의 하면(36a)에서의 볼록부(41b)의 면의 면적]이 50cm2 이상 바람직하게는 70cm2 이상일 때에는 500℃ 이상으로, 바람직하게는 500℃ 내지 550℃의 범위로(모두 접합면에서의 온도) 12 시간의 가열을 행하는 것이 바람직하다.
계속해서, 웨이퍼(W)에 대하여 성막 처리가 실행된다. 우선 게이트밸브(16)가 열리고, 도시되지 않은 반송 아암이 챔버(11)내로 진입하여, 웨이퍼(W)가 반송 아암으로부터 리프트핀(17)으로 수수된다. 그러한 후, 리프트핀이 하강하여 웨이퍼(W)가 탑재대(12)의 중앙에 탑재되고, 단계 S3의 성막 처리공정이 시작된다. 이 공정에서는 우선 제 1 히터(14) 및 제 2 히터(23)에 의해서, 웨이퍼(W)의 표면온도 가 소정의 프로세스온도 예컨대 450℃ 내지 700℃로 될 때까지 승온된다. 또한, 밸브(V1)가 열리고, 챔버(11)내가 소정의 진공도로 유지되도록 배기구(11a)를 거쳐서 진공 펌프(19)로부터 배기가 실행된다. 그러한 후, 밸브(V2) 및 밸브(V3)가 열리고, 가스 샤워 헤드(3)로의 성막 가스의 공급이 개시된다. 이 때, 도시하지 않는 제어부가 TiCl4 가스 및 NH3 가스가 소정의 유량으로 가스 샤워 헤드(3)를 향하도록, 예컨대 도시하지 않은 유량조절 수단을 거쳐서 각 성막 가스의 유량조절을 한다.
TiCl4 가스 및 NH3 가스는 가스 샤워 헤드(3)내에서 각 유로내를 하방측을 향하면서 각각 섞이는 일없이 균일하게 분산되어 가고, 서로 다르게 배치된 제 1 구멍부(33) 및 제 2 구멍부(43)를 거쳐서, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 균등하게 공급된다. 그리고, 각 성막 가스는 웨이퍼(W)의 표면 근방에서 해당 웨이퍼(W)로부터 방사되는 열에너지를 받아서 분해한다. 그리고, 웨이퍼(W)의 표면에서는 열에너지에 의한 화학적 기상반응에 의해서, TiN의 박막이 성형된다. 소정 시간 경과후, 밸브(V2) 및 밸브(V3)가 닫히고 성막 가스의 공급이 정지되고, 또한 제 1 히터(14)에 의한 가열이 정지되고, 챔버(11)내에서의 소정의 후속 공정이 실행된다. 그 후, 반입시와는 반대의 순서로 웨이퍼(W)의 반출이 행하여진다.
가스 샤워 헤드(3)는 예컨대 소정 매수의 성막 처리를 한 후에, 도시하지 않은 가스 공급원으로부터 이송되는 클리닝 가스, 예컨대 ClF3 가스를 챔버(11)내로 공급하고, 챔버(11)내에 성막된 불필요한 막의 제거(클리닝)를 한다(단계 S4).
그러한 후, 내부의 세정을 하기 위해서, 가스 샤워 헤드(3)는 다시 해체(분해)된다(단계 S5). 이 가스 샤워 헤드(3)의 해체공정은 기본적으로 단계 S1 및 S2에서 설명한 조립공정과 반대의 순서로 행하여지는 것이다. 먼저, 가스 샤워 헤드(3)가 챔버(11)로부터 출력되고, 단계 S1에서의 임시 고정 때보다도 볼트(34a, 34b)를 예컨대 1mm 정도 풀어지게 한다. 그리고, 다시 가스 샤워 헤드(3)가 챔버(11)내로 되돌려지고 가열되면, 접합면(P1) 및 접합면(P2)에 있어서의 결합력이 약해져, 샤워 헤드 본체(30)를 구성하는 각 금속판끼리가 탈리(脫離)한다.
이 때의 가열 조건은 단계 S2와 대개 동일하지만, 가열온도에 대해서는 조립시보다 동일하거나 약간 높은 것이 바람직하다. 상술한 예와 동일한 샤워 헤드 본체(30)에 대해서 말하면, 조립시의 접합 가열 온도가 500℃이었을 경우, 분해시에는 500℃ 이상, 특히 550℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 가열이 정지되고 냉각된 후, 상단부(3a), 중단부(3b) 및 하단부(3c)가 각각 분리되고, 챔버(11)로부터 출력되고, 볼트(34a) 및 볼트(34b)가 각각 풀어짐으로써 해체공정이 완료한다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 가스 샤워 헤드(3)[샤워 헤드 본체(30)]를 구성하는 복수의 금속면이 가열에 의해서 화학적으로 결합되어 있기 때문에, 예컨대 나사 고정 등의 기계적인 결합에 의해서는 해소할 수 없었던 금속면(접합면)간의 간극, 즉 기계적 연마로는 해소할 수 없었던 금속면(접합면)의 미소한 요철에 의한 간극이 현저하게 저감되어 있다. 따라서, 각 금속판의 접합면을 횡단하여 형성되는 성막 가스의 유로에 있어서, 상기 접합면에서의 가스누설을 완전히 억제할 수 있다. 이 때문에, 가스 샤워 헤드(3)내에서 다른 종류의 성막 가스끼리 섞이는 것이 억제됨과 동시에, 이 섞임에 의한 반응 생성물의 발생도 완전히 억제할 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 상기 성막 가스의 섞임이 완전히 방지되고, 각 성막 가스는 가스 샤워 헤드(3)의 구멍부(32)(32a, 32b)의 배열에 따라서, 웨이퍼(W) 표면상의 전체에 높은 정밀도로 균일하게 공급될 수 있다. 이것에 의해서, 박막의 면내 균일성이 향상한다. 또한, 가스 샤워 헤드(3)내에서의 반응 생성물의 발생이 억제되기 때문에, 파티클(particle)의 발생원인이 소멸한다. 이것에 의해서, 웨이퍼(W) 상의 이물질에 의한 오염의 우려가 완전히 없어져, 제품의 양품률이 향상한다고 하는 효과도 있다.
또한, 본 실시예에서는 금속면의 접합에 납재 또는 용접 등을 이용할 필요도 없기 때문에, 가스 샤워 헤드(3)의 조립과 동일한 순서로, 간편하게 접합면을 분리할 수 있다. 이것에 의해서, 예컨대 가스 샤워 헤드(3)내에 형성되어 있는 각 가스 유로의 세정 등의 유지 보수 작업을 용이하게 실행할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 가스 샤워 헤드(3)의 조립 및 해체의 모든 공정이 성막 처리를 하는 챔버(11)내에서 실행되지만, 이들 작업은 예컨대 챔버(11)와는 별도로 마련한 가열로 등에서 실행되더라도 좋다. 이것에 의해서, 유지 보수 시간을 대폭 저감할 수 있고, 장치의 구동율이 향상하고, 제품의 양품률도 향상한다. 또한, 가스 샤워 헤드(3)를 구성하는 금속판은 성막 가스와 반응하는 일이 없고, 또한 가열에 의한 금속 확산 접합 및 분리가 가능한 금속이라면, 니켈 이외의 금속으 로 구성되더라도 좋다. 예컨대, 알루미늄 및 그 합금, 혹은 니켈, 크롬계의 합금 등이더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 동일한 효과를 얻는 것인 한, 복수의 금속판은 모두 같은 종류의 금속일 필요는 없다. 구체적으로는, 예컨대 니켈로 만든 금속판과 알루미늄으로 만든 금속판과의 조합 등이 채용 가능하다. 또한, 가스 샤워 헤드(3)의 조립 및 해체에 있어서의 가열에 있어서 사용되는 히터는 제 1 히터(14), 제 2 히터(23) 중 어느 한쪽이더라도 좋다.
또한, 샤워 헤드 본체(30)의 구성은 상기 실시예의 것에 한정되는 것이 아니다. 예컨대 Ti막 또는 TiN막 등의 성막에 이용되는 도 6에 나타내는 샤워 헤드 본체(5)에 의해서도, 전술한 실시예와 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다. 이하 샤워 헤드 본체(5)의 구성에 대하여 간단하게 설명한다. 샤워 헤드 본체(5)에 대해서도 복수 예컨대 3단의 금속판으로 이루어진다. 이들 금속판을 상측으로부터 순서대로 상단부(5a), 중단부(5b) 및 하단부(5c)라고 부른는 것으로 한다. 이 경우, 각각의 접합면(Q1, Q2)은 금속 확산 접합으로 밀착되어 있다. 이것에 덧붙여, 3단의 금속판은 하단부(3c)의 하면측으로부터 상단부(3a)까지 관통하는 볼트(50)에 의해서도 고정이 가능하게 되어 있다. 상단부(5a)와 중단부(5b)와의 사이에는 중단부(5b)의 상면에 오목부를 형성하여 이루어지는 공간(51)이 형성되어 있다. 중단부(5b)와 하단부(5c)와의 사이에는 중단부(5b)의 하면에 오목부를 형성하여 이루어지는 공간(61)이 형성되어 있다.
중단부(5b)에는 공간(51)으로부터 하단부(5c)로 연통하는 다수의 제 1 가스 유로(52)와, 공간(51)에는 연통하지 않고 공간(61)으로부터 상단부(5a)로 연통하는 제 2 가스 유로(62)가 각각 형성되어 있다. 하단부(5c)에는 제 1 가스 유로(52)와 연통하는 다수의 제 1 구멍부(53)와, 공간(61)과 연통하는 다수의 제 2 구멍부(63)가 각각 형성되어 있다. 제 1 구멍부(53)와 제 2 구멍부(63)는, 예컨대 서로 어긋나도록 배열되어 있다.
상단부(5a)의 상면에는 제 1 성막 가스를 공급하는 가스 공급관(54)과 제 2 성막 가스를 공급하는 가스 공급관(64)이 접속되어 있다. 또한, 상단부(5a)내에는 가스 공급관(54)과 공간(51)을 연통시키는 제 3 가스 유로(55)와, 가스 공급관(64)과 제 2 유로(62)를 연통시키는 제 4 가스 유로(65)가 형성되어 있다. 따라서, 제 1 성막 가스는 가스 공급관(54)→제 3 가스 유로(55)→공간(51)→제 1 가스 유로(52)→제 1 구멍부(53)라는 경로로 웨이퍼(W)로 공급되고, 제 2 성막 가스는 가스 공급관(64)→제 4 가스 유로(65)→제 2 가스 유로(62)→공간(61)→제 2 구멍부(63)라는 경로로 웨이퍼(W)로 공급되고, 각각은 샤워 헤드 본체(5)내에서 섞이는 일이 없다.
또한, 샤워 헤드 본체(5)에 사용되는 금속은 전술한 실시예와 동일하다. 이 때문에, 가열에 의한 접합, 이탈의 각 공정에 대해서도, 전술한 실시예와 동일한 조건하에서 실행하는 것이 가능하다.
전술한 실시예에 있어서의 가열 조건과 니켈끼리의 결합력과의 관계를 확인하기 위해서, 1조의 니켈로 만든 시험편을 준비하고, 양자의 결합력과 가열온도와 의 관계를 조사하는 시험을 실시했다. 이 시험에서 사용한 시험편끼리의 접촉면적은 25cm2였다. 가열 장치로서는 본 실시예의 성막 장치를 사용했다. 또한, 해당 성막 장치에 있어서의 챔버 내의 압력은 질소 가스가 3600cc/분의 유량으로 공급되어서 1.33322×102Pa(1Torr)로 유지되고, 또한 가열 시간을 12시간으로 하여 시험이 실행되었다.
도 5는 이 시험의 결과를 나타내는 특성도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 니켈의 결합력은 시험편의 온도가 450℃ 이상에서 급격히 상승하는 것을 알 수 있다. 또한, 도면 중 일점쇄선으로 도시되는 결합력(α)은 본 실시예의 가스 샤워 헤드(3)에 있어서 접합면(P1)의 면적이 50cm2 이상 바람직하게는 70cm2 이상일 때에, 접합면(P1)이 분리되지 않는 결합력을 나타내는 것이다. 이와 같이 확산 접합된 금속면끼리는 높은 결합력으로 연결되는, 즉 접합면의 미소한 간극이 대폭 저감되는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (19)

  1. 기판의 표면에 대향하여 형성됨과 동시에 상기 기판과 대향하는 면에 다수의 구멍부가 형성되고, 가스 공급로로부터 이송되는 복수종의 성막 가스를 이들 구멍부를 거쳐서 상기 기판에 동시에 공급하는 가스 샤워 헤드에 있어서,
    복수의 금속부재를 갖고, 해당 복수의 금속부재를 상하로 중첩시킨 상태로 가열함으로써 각 금속부재의 접촉면끼리가 국소적으로 금속 확산 접합되며 또한 분리가능한 온도조건으로 재가열함으로써 분리가능하도록 금속 확산 접합되어 있는 샤워 헤드 본체와,
    상기 샤워 헤드 본체내의 상기 접촉면을 가로지르도록 관통하고, 또한 성막 가스의 종류마다 각각이 섞이는 일이 없도록 독립하여 형성되는 복수의 가스 유로를 구비한 것을 특징으로 하는
    가스 샤워 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 금속부재는 니켈 또는 니켈합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    가스 샤워 헤드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    복수의 금속부재는 니켈로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    가스 샤워 헤드.
  4. 삭제
  5. 처리 용기내의 탑재대에 탑재된 기판에 대하여, 해당 기판에 대향하는 가스 샤워 헤드로부터 성막 가스를 공급하여 성막 처리를 하는 성막 방법에 있어서,
    가스 샤워 헤드를 구성하는 복수의 금속부재를 중첩시킨 상태로, 이것을 가열하여, 각 금속부재의 접촉면끼리를 국소적으로 금속 확산 접합하며 또한 분리가능한 온도조건으로 재가열함으로써 분리가능하도록 금속 확산 접합하는 가스 샤워 헤드의 조립공정과,
    상기 가스 샤워 헤드를 거쳐서 복수종의 성막 가스를 해당 샤워 헤드내에서 혼합되지 않도록 기판으로 공급하고, 해당 기판의 표면에 성막 처리를 하는 처리공정을 구비하는 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조립공정은,
    복수의 금속부재를 중첩시켜 토크로 누르는 가압공정과,
    그 후 가스 샤워 헤드를 처리 용기에 장착하는 장착공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가압공정은 나사 고정을 하는 것에 의해서 실시되는 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 토크는 15kg/cm2 이상의 토크인 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 토크는 30kg/cm2의 토크인 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 조립공정에서, 가스 샤워 헤드는 기판을 가열하기 위한 가열부 및 가스 샤워 헤드에 마련된 가열부의 적어도 한쪽을 이용하여 가열되는 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 조립공정의 온도 조건은 500℃ 이상인 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 조립공정의 온도 조건은 500℃ 내지 550℃인 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 조립공정에서, 상기 온도 조건은 12시간 계속되는 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 처리공정의 후, 가스 샤워 헤드를 가열하여 복수의 금속부재를 서로 분리하는 분리공정을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 분리공정에서, 가스 샤워 헤드는 기판을 가열하기 위한 가열부 및 가스 샤워 헤드에 마련된 가열부의 적어도 한쪽을 이용하여 가열되는 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 분리공정에서, 가스 샤워 헤드는 550℃ 이상으로 가열되는 것을 특징으로 하는
    성막 방법.
  17. 기판을 탑재하기 위하 탑재대를 갖는 처리 용기와,
    상기 탑재대에 탑재되는 기판을 가열하기 위한 가열부와,
    상기 처리 용기에 마련된 가스샤워헤드를 구비하고,
    상기 가스 샤워헤드는 기판의 표면에 대향하여 마련됨과 동시에 상기 기판과 대향하는 면에 다수의 구멍부가 형성되고, 가스 공급로로부터 이송되는 복수종의 성막가스를 이들 구멍부를 거쳐서 상기 기판으로 동시에 공급하도록 되어 있고,
    상기 가스 샤워헤드는, 복수의 금속부재를 갖고, 해당 복수의 금속부재를 상하에 중첩시킨 상태로 가열함으로써 각 금속부재의 접촉면끼리가 국소적으로 금속 확산 접합되며 또한 그 후 분리가능한 온도조건으로 재가열함으로써 국소적으로 금속 확산 접합된 부분이 분리 가능하도록 금속 확산 접합되어 있는 샤워 헤드 본체와,
    상기 샤워 헤드 본체내의 상기 접촉면을 가로지르도록 관통하고, 또한 성막 가스의 종류마다 각각이 섞이는 일이 없도록 독립하여 형성되는 복수의 가스 유로를 갖는 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    복수의 금속부재는 니켈 또는 니켈함금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    복수의 금속부재는 니켈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성막장치.
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