KR101028362B1

KR101028362B1 - 성막 장치

Info

Publication number: KR101028362B1
Application number: KR1020100101478A
Authority: KR
Inventors: 교코 이케다; 스미에 세가와; 이쿠오 사와다
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2011-04-11
Also published as: KR20090031291A; JP5141155B2; KR101020374B1; KR20100124222A; JP2009074148A

Abstract

본 발명은 원료 가스를 이용하여 기판에 열 CVD에 의해 금속 박막을 성막함에 있어서, 기판 사이에서 기판의 면내 온도 분포를 가지런히 하고, 이에 따라 기판 사이에서의 성막 처리의 격차를 억제하는 것을 과제로 한다. 이를 해결하기 위해서, 탑재대의 하부 측을 지지하고 있는 지지 부재로서, 처리 용기 내에 장착되기 전부터 그 외주면이 상기 금속 박막의 방사율과 동등한 방사율을 갖는 금속층으로 덮여져 있는 지지 부재를 이용한다. 이 때문에, 금속 박막의 성막 처리를 반복함으로써 탑재대의 지지 부재의 외주면에 금속 박막이 퇴적하더라도, 지지 부재의 외주면은, 원래 상기 금속 박막의 방사율과 동등한 방사율을 갖는 금속으로 덮여져 있기 때문에, 지지 부재의 방사율이 안정되어, 탑재대의 온도의 경시 변화가 억제된다.

Description

성막 장치{FILM FORMING APPARATUS}

본 발명은 원료 가스를 반응시켜서 기판에 대하여 금속 박막을 성막하는 성막 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스 중에는 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함)에 대하여 금속 박막을 성막하는 프로세스가 있고, 그 하나로서 예컨대 열 CVD를 들 수 있다. 열 CVD에서는, 히터를 매설한 탑재대 상에 웨이퍼를 탑재하여, 히터에 의해 웨이퍼를 가열하고 그 열에 의해 원료 가스를 분해하여 금속 예를 들면 텅스텐(W)을 웨이퍼 표면에 퇴적하도록 하고 있다. 이러한 종류의 프로세스에서는, 성막 처리에 대하여 높은 면내 균일성을 확보하기 위해서 기판의 온도를 균일하게 또는 그 장치에 어울리는 적절한 온도 분포 패턴으로 설정할 필요가 있다. 이 때문에, 히터를 중앙부와 주연부로 분할하여 온도 제어를 행하는 존 제어가 알려져 있다(특허 문헌 1 참조).

이와 같이 히터를 분할하여 온도 제어하고, 탑재대에 탑재되어 있는 웨이퍼(10)에 대하여 성막 처리를 행하는 장치를 도 9에 나타낸다. 도 9 중 1은 버섯 형상의 처리 용기로서, 해당 처리 용기(1)의 바닥부에는 웨이퍼(10)를 탑재하는 탑재대(11)를 지지하기 위한, 예를 들면 질화 알루미늄으로 이루어지는 통상체인 지지 부재(12)가 마련되고, 상기 탑재대(11)의 중앙부 및 주연부에는 각각 히터 H1 및 히터 H2가 매설되어 있다. 상기 히터 H1의 공급 전력은, 도시하지 않은 온도 검출부에 의해 얻어진 탑재대(11)의 중앙부의 온도 검출치에 근거하여 구해지고, 상기 히터 H2의 공급 전력은, 히터 H1의 공급 전력에 일정한 공급비를 곱하여 구해진다. 또한, 상기 처리 용기(1)의 천장부에는, 웨이퍼(10)에 처리 가스를 공급하기 위한 가스 샤워 헤드(13)가 마련되어 있다.

그런데, 상술한 성막 장치를 이용하여 웨이퍼(10)의 표면에 금속 박막 예를 들면 텅스텐막을 성막하는 경우에 있어서, 상기 장치에서 웨이퍼(10)를 연속 처리하여 처리 매수를 겹쳐 가면, 처리 용기(1) 내에 공급된 원료 가스가 탑재대(11)의 둘레 가장자리로부터 돌아 들어가서 지지 부재(12)의 외주면에 부착하여, 해당 지지 부재(12)의 외주면에 텅스텐막이 성막된다.

이 지지 부재(12)에 텅스텐막이 성막되면 다음과 같은 문제가 일어난다. 상기 지지 부재(12)를 구성하는 질화 알루미늄의 방사율이 0.8이기 때문에, 지지 부재(12)의 초기의 방사율은 0.8이다. 그러나, 처리 매수를 겹쳐 가면 샤프트(22)의 표면에는 방사율이 0.13인 텅스텐막이 퇴적해 간다. 이 때문에, 웨이퍼의 처리를 행함에 따라서 지지 부재(12)에서는, 초기에 비해서 탑재대(11)로부터의 열이 지지 부재(12)로부터 방출되기 어렵게 되고, 이 결과 지지 부재(12)에 열이 집중하여, 결과적으로 이 열이 탑재대(11)의 중앙부의 온도를 올려 버린다.

이 탑재대(11)의 중앙부의 온도의 상승을 억제하기 위해서, 중앙부의 히터 H1에 대한 공급 전력을 적게 하도록 제어계가 작동하지만, 중앙부의 히터 H1에 대한 주연부의 히터 H2의 공급 전력비가 일정하기 때문에, 탑재대(11)의 주연부의 온도는 저하된다. 이 때문에, 도 10에 도시하는 바와 같이, 처리 용기(10) 내를 클리닝한 후의 1장째의 웨이퍼(10)와 비교하여, 예컨대 200장째, 400장째, 500장째의 웨이퍼에서는, 주연부의 온도가 차차 낮아져 버린다. 이와 같이 웨이퍼(10) 사이에서 면내 온도 분포가 변함으로써, 웨이퍼(10) 사이에서의 성막 처리의 균일성이 나빠져, 수율 저하의 요인으로 된다.

한편, 웨이퍼(10)에 대하여 성막 처리를 행하기 전에, 처리 용기(1) 내에서 원료 가스를 이용하여 소위 프리코팅 처리가 행해지고 있지만, 탑재대(11)의 이면 및 지지 부재(12)의 외주면은, 장치의 구조에 의해 원료 가스가 공급되기 어렵고, 또한 온도가 낮기 때문에, 충분히 프리코팅되지 않아, 상기 문제가 해결되고 있지 않다. 또한, 과도한 프리코팅은 파티클의 발생 원인으로 되기 때문에, 프리코팅을 증가시키지 않고서 대책을 취할 필요가 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허공개 2003-257873호 공보

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 원료 가스를 이용하여 기판에 금속 박막을 성막함에 있어서, 기판 사이에서 기판의 면내 온도 분포를 가지런히 하고, 이에 따라 기판 사이에서의 성막 처리의 격차를 억제할 수 있는 성막 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 처리 용기 내의 탑재대 상에 탑재된 기판에 대하여 원료 가스를 공급하고, 가열에 의해 이 원료 가스를 반응시켜서 금속 박막을 성막하는 성막 장치에 있어서,

상기 탑재대의 상방 측으로부터 원료 가스를 포함하는 처리 가스를 기판에 공급하는 가스 공급부와,

상기 탑재대의 하부 측을 지지하고, 처리 용기 내에 장착되기 전부터 그 외주면이 상기 금속 박막의 방사율과 동등한 방사율을 갖는 금속층으로 덮여져 있는 지지 부재와,

상기 탑재대에 마련되고, 기판을 미리 설정된 처리 온도로 가열하기 위한 가열 수단과,

상기 기판의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부와,

이 온도 검출부의 온도 검출치에 근거하여 상기 가열 수단의 발열량을 제어하는 제어부와,

상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

이 성막 장치에 있어서, 상기 금속층은, 예컨대 상기 지지 부재의 표면에 성막되어 있는 금속막 또는 상기 지지 부재를 둘러싸는 금속제의 통상체이다.

또한, 본 발명은 처리 용기 내의 탑재대 상에 탑재된 기판에 대하여 원료 가스를 공급하고, 가열에 의해 이 원료 가스를 반응시켜서 금속 박막을 성막하는 성막 장치에 있어서,

상기 탑재대의 하부 측을 지지하는 지지 부재와,

이 지지 부재를 보온하기 위해서 둘러싸고, 상기 탑재대와의 사이에 간극이 형성되어 있는 보온 부재와,

상기 기판의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부와,

이 성막 장치에 있어서, 상기 보온 부재로서는, 예컨대 세라믹스 또는 석영이 사용된다. 또한, 상기 지지 부재는, 예컨대 세라믹스에 의해 구성된다.

또한, 상술한 성막 장치에 있어서, 상기 탑재대는 상기 처리 용기 내에 장착되기 전부터 이면 측이 상기 금속 박막의 방사율과 동등한 방사율을 갖는 금속층으로 덮여져 있어도 좋다. 또한, 상기 지지 부재는, 상기 탑재대의 예컨대 중앙부를 지지하는 통상체로 구성된다.

또한, 탑재대의 온도 제어계의 일례에 있어서, 상기 가열 수단은, 기판의 중앙부와 주연부를 각각 가열하기 위한 제 1 히터 및 제 2 히터를 구비하고, 상기 제어부는, 탑재대의 중앙부의 온도 검출치에 근거하여 상기 제 1 히터의 공급 전력을 제어함과 아울러 제 1 히터의 공급 전력에 대하여 미리 정해진 비율의 전력을 제 2 히터에 공급하도록 구성된다. 또한, 기판 상에 성막하는 금속 박막으로서는 예컨대 텅스텐막, 타이타늄 나이트 라이드막 등을 들 수 있다.

본 발명은 탑재대 상의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하고, 가열에 의해 이 원료 가스를 반응시켜서 금속 박막을 성막하는 장치에 있어서, 상기 탑재대의 하부 측을 지지하는 지지 부재로서, 처리 용기 내에 장착되기 전부터 그 외주면이 상기 금속 박막의 방사율과 동등한 방사율을 갖는 금속층으로 덮여져 있는 지지 부재를 이용하고 있다. 이 때문에, 금속 박막의 성막 처리를 반복함으로써 탑재대의 지지 부재의 외주면에 금속 박막이 퇴적하더라도, 지지 부재의 외주면은, 원래 상기 금속 박막의 방사율과 동등한 방사율을 갖는 금속으로 덮여져 있기 때문에, 지지 부재의 방사율이 안정되어, 탑재대의 온도의 경시 변화가 억제된다.

또한, 다른 발명은 상기 지지 부재를 보온하기 위해서 보온 부재에 의해 둘러싸도록 하고 있기 때문에, 금속 박막의 성막 처리를 반복하여 보온 부재의 외주면의 방사율이 변하더라도, 지지 부재는 초기부터 열이 집중한 상태에 있기 때문에, 이 상태에서 온도 제어의 매칭을 해둠으로써 탑재대의 온도의 경시 변화가 억제된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 기판 사이에서 기판의 면내 온도 분포를 가지런히 하고, 이에 따라 기판 사이에서의 성막 처리의 격차를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 성막 장치의 종단면도,
도 2는 상기 성막 장치에 설치되는 스테이지의 구성을 나타내는 종단면도,
도 3은 상기 스테이지의 투시 평면도,
도 4는 상기 성막 장치의 전기적 구성에 따른 블록도,
도 5는 상기 성막 장치에 설치되는 스테이지의 다른 구성을 나타내는 종단면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 성막 장치에 설치되는 스테이지의 구성을 나타내는 종단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 성막 장치의 개략적인 종단면도,
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 성막 장치의 개략적인 종단면도,
도 9는 종래의 성막 장치를 나타내는 개략적인 단면도,
도 10은 1장째, 200장째, 400장째 및 500장째의 웨이퍼의 면내 온도 분포를 나타내는 설명도.

(제 1 실시형태)

본 발명에 따른 성막 장치(2)의 전체 구성에 대해서, 도 1 내지 도 4를 참조하면서, 웨이퍼(10) 표면에 열 CVD에 의해 배선 재료의 텅스텐(W) 막을 성막하는 경우를 예로 들어서 설명한다. 도 1 중의 20은, 예컨대 알루미늄으로 이루어지는 진공 챔버를 이루는 처리 용기이다. 이 처리 용기(20)는, 상측의 대경(大徑) 원통부(20a)와, 그 하측의 소경(小俓) 원통부(20b)가 연결되어 마련된, 말하자면 버섯 형상으로 형성되어 있고, 그 내벽을 가열하기 위한 도시하지 않은 가열 기구가 내부에 마련되어 있다. 처리 용기(20) 내에는, 예컨대 12인치의 웨이퍼(10)를 수평으로 탑재하기 위한, 예컨대 알루미늄제의 탑재대인 편평한 원주 형상의 스테이지(21)가 마련되어 있고, 이 스테이지(21)는 소경 원통부(20b)의 바닥부에, 예컨대 세라믹스인 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어지는, 두께가 예컨대 2mm, 외경이 예컨대 60mm인 원통 형상의 지지 부재인 샤프트(22)를 통해서 지지되어 있다.

상기 샤프트(22)의 외주면에는, 성막 대상물인 금속 박막의 방사율과 동등한 방사율을 갖는 금속층인 금속막(5), 이 예에서는 텅스텐막이 덮여져 있다. 이 금속막(5)은 장치를 조립하기 전에, 예를 들면 열 CVD법 또는 스퍼터링법 등에 의해 미리 샤프트(22)에 성막되어 있고, 따라서 장치를 조립할 때에는, 외주면을 금속막(5)으로 덮은 샤프트(22)가 이용되게 된다. 또한, 상기 금속막(5)으로서는, 성막 대상의 금속 박막의 방사율과 동등한 방사율을 갖는 금속막을 이용하는 것에 한정되지 않고, 상기 금속 박막의 방사율과 동등한 방사율을 갖는 금속막이더라도 좋다. 동등한 방사율이란, 상기 금속 박막의 방사율에 대하여 ±0.1의 범위에 있는 방사율인 것을 말한다. 따라서, 텅스텐막의 성막 처리를 행하는 경우의 금속막의 바람직한 방사율은 0.03 내지 0.23으로 된다. 상기 금속막(5)의 방사율이 이 범위이면, 샤프트(22)에 열이 집중하는 정도는 작다. 즉, 후술하는 바와 같이 웨이퍼(10) 중앙부와 웨이퍼(10) 주연부의 온도차 정도가 작다. 또한, 이 범위이면, 처리 용기(20) 내를 정기적으로 클리닝하는 경우에 있어서, 종전의 유지 보수 사이클, 즉 스테이지(21)의 측면이나 스테이지(21) 상의 처리 분위기에 대응하는 높이의 처리 용기(20)의 측벽 부위의 박막이 두껍게 되었기 때문에, 실시되는 클리닝 사이클로 처리 용기(20) 내를 클리닝할 수 있다.

또한, 상기 샤프트(22) 내에는 후술하는 히터(2a, 2b)의 전력 공급선 및 열전쌍(23)의 신호선, 및 정전 척의 공급 전선 등이 이 안을 통해서 처리 용기(20)의 밖으로 인출되어 있다.

상기 스테이지(21)에는, 도 2에도 도시하는 바와 같이 스테이지(21) 상에 탑재된 웨이퍼(10)의 중앙(센터) 영역을 가열하기 위한 가열 수단을 이루는 제 1 히터(2a)와, 그 웨이퍼(10)의 둘레 가장자리 측(에지) 영역을 가열하기 위한 가열 수단을 이루는 제 2 히터(2b)가 매설되어 있고, 스테이지(21)에 탑재된 웨이퍼(10)를 가열할 수 있도록 되어 있다. 이 예에서는, 이들 2개의 히터(2a, 2b)는, 각각 시트 형상의 저항 발열체에 의해 구성되고, 도 3에 도시하는 바와 같이 스테이지(21)의 중심에 대하여 동심원 형상으로 나열하도록 스테이지(21) 내에 배치되어 있지만, 그 형상에 대해서는 한정되는 것은 아니다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 상기 스테이지(21) 중앙 영역의 표면 근방에는, 웨이퍼(10)의 중앙 영역의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부인 열전쌍(23)이 매설되어 있어, 스테이지(21)의 해당 부위의 온도를 검출함으로써 간접적으로 웨이퍼(10) 중앙 영역의 온도를 검출할 수 있도록 되어 있다.

또한, 도면에는 도시하고 있지 않지만, 스테이지(21)의 표면 측에는 정전 척이 마련되어 있고, 해당 척 전극에 전압을 인가함으로써 웨이퍼(10)가 스테이지(21)에 정전 흡착되도록 되어 있다. 또한, 스테이지(21)에는, 도 2에 도시하는 바와 같이 전열성의 불활성 가스로 이루어지는 백사이드 가스, 예를 들면 헬륨(He) 가스 등을 공급하기 위한 다수의 가스 공급 구멍(24)이 마련되어 있고, 이 가스 공급 구멍(24)은 백사이드 가스를 공급하는 가스 공급관(25)과 접속되어 있다. 또한, 가스 공급 구멍(24)이나 가스 공급관(25)은 도시의 편의상, 도 2에만 도시하였다. 웨이퍼(10)는 정전 척에 의해 스테이지(21)로 가압되지만, 스테이지(21)와 웨이퍼(10) 사이에는 미시적으로 보면 근소한 간극이 존재하고, 이 간극에 백사이드 가스가 채워짐으로써 웨이퍼(10)와 스테이지(21) 사이의 열전달성이 높여진다.

또한, 스테이지(21)에는, 웨이퍼(10)를 승강시켜서 외부의 반송 수단과 교환을 행하기 위한 승강 핀(26)이 탑재면으로부터 출몰 자유롭게 마련되어 있다. 이 승강 핀(26)은 지지 부재(27)를 거쳐서 구동부(28)에 연결되어 있고, 이 구동부(28)를 구동시킴으로써 승강 핀(26)을 승강시킬 수 있도록 구성되어 있다.

그리고, 스테이지(21) 표면 전체는, 예컨대 실리콘 질화막, 질화 텅스텐막, 실리콘막이 내부 측으로부터 이 순서로 프리코팅되어 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 처리 용기(20) 내를 클리닝한 후, 제품 웨이퍼(10)를 스테이지(21)에 탑재하기 전에, 더미 웨이퍼를 스테이지(21)에 탑재하여 처리 용기(20) 내에 성막 가스를 도입하여, 스테이지(20)의 웨이퍼(10)의 탑재 영역을 제외한 영역에 텅스텐막이 프리코팅된다. 이와 같이 스테이지(21)의 표면 및 측면에는 텅스텐막이 프리코팅되지만, 스테이지(21)보다도 하방 측은 이미 설명한 바와 같이 원료 가스가 돌아 들어가기 어렵고, 또한 온도가 낮기 때문에, 샤프트(22)의 외주면에는 텅스텐막도 포함하여 프리코팅막은 충분히 부착하지 않는다.

도 1의 장치의 설명으로 되돌아가서, 상기 처리 용기(20)의 바닥부에는 배기관(29)의 일단 측이 접속되고, 이 배기관(29)의 타단 측에는 진공 펌프(50)가 접속되어 있다. 또한, 처리 용기(20)의 대경 원통부(20a)의 측벽에는, 게이트 벨브(G)에 의해 개폐되는 반송구(51)가 형성되어 있다.

한편, 처리 용기(20)의 천장부에는 개구부(30)가 형성되고, 이 개구부(30)를 막도록, 또한 스테이지(21)에 대향하도록, 예컨대 알루미늄제의 가스 샤워 헤드(31)가 마련되어 있다. 이 가스 샤워 헤드(31)는 가스실(32a)과 가스 공급 구멍(32b)을 구비하고, 가스실(32a)에 공급된 가스는 가스 공급 구멍(32b)으로부터 처리 용기(20) 내에 공급된다.

상기 가스실(32a)에는 원료 가스 공급로(33)를 거쳐서 원료 저류부(34)가 접속되고, 해당 원료 저류부(34)에는 텅스텐막의 전구체로 이루어지는 텅스텐 헥사카보닐(W(CO)₆)이 액체 상태로 저류되어 있다. 상기 원료 저류부(34)는 아르곤 가스 등에 의해서 가압됨으로써 원료를 가스 샤워 헤드(31)를 향해서 밀어낼 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 원료 가스 공급로(33)에는, 액체 매스 플로우 컨트롤러나 액체 밸브를 포함하는 유량 조정부(36) 및, 원료를 기화하기 위한 베이퍼라이저(37)가 상류로부터 이 순서로 삽입되어 있다. 도 1 중의 38 및 39은, 각각 예컨대 캐리어 가스인 아르곤 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급부 및 캐리어 가스의 유량을 조정하는 유량 조정부이다.

다음에, 스테이지(21)의 내부에 마련되어 있는 히터(2a, 2b)의 제어계에 대해서 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4 중의 43 및 44는 각각 히터(2a) 및 히터(2b)에 전력을 공급하는 전원부이다. 도 4 중의 45는 가산부로서, 상기 온도 검출부(23)의 출력치인 온도 검출치와 상기 히터(2a)의 온도 목표치와의 차분을 취출하는 기능을 갖고 있다. 도 4 중의 46은 연산부로서, 상기 차분에 근거하여 제 1 히터(2a)의 전력 지령을 구하는 기능을 갖는다. 또한, 도 4 중의 47은 승산부로서, 제 1 히터(2a)의 전력 지령치에 일정한 공급비 k를 승산하여 제 2 히터(2b)의 전력 지령치를 구하는 기능을 갖는다.

다음에, 상술한 성막 장치(2)의 작용에 대해서 설명한다. 먼저, 처리 용기(20) 내를 클리닝한 후, 소정의 원료 가스에 의해 이미 설명한 바와 같이 하여 스테이지(21) 표면에 실리콘 질화막, 질화 텅스텐막, 실리콘막, 텅스텐막을 이 순서로 프리코팅해 둔다.

그리고, 1장째의 제품 웨이퍼(10)를 도시하지 않은 외부의 반송 아암에 의해 처리 용기(20) 내에 반입하여, 해당 반송 아암과 승강 핀(26)의 협동 작용에 의해 스테이지(21)의 위에 탑재한다. 이어서 처리 용기(20) 내를 진공 분위기로 하면서 가스 샤워 헤드(31)의 가스 공급 구멍(32b)으로부터 원료 가스인 텅스텐 헥사카보닐과 캐리어 가스인 아르곤 가스를 포함하는 처리 가스를 처리 용기(20) 내에 도입한다. 한편, 상기 스테이지(21)는 스테이지(21) 내의 히터(2a, 2b)에 의해서 가열되고 있어, 스테이지(21) 상의 웨이퍼(10)는 소정의 프로세스 온도까지 가열되고, 이 열에 의해 처리 가스가 열분해하여 웨이퍼(10)의 표면에 텅스텐막이 성막된다. 1장째의 웨이퍼(10)의 성막 처리가 종료한 후, 해당 웨이퍼(10)는 처리 용기(20) 내로부터 반출되고, 2장째의 웨이퍼(10)가 스테이지(21)에 탑재되어, 마찬가지로 하여 성막 처리가 행해진다. 미반응의 처리 가스는 스테이지(21)의 주위로부터 하방 측으로 흘러서 상기 배기관(29) 내로 배출되어 가기 때문에, 샤프트(22) 및 스테이지(21)의 이면에 접촉하지만, 스테이지(21)의 상면이나 측면 등에 비해서 접촉하는 처리 가스의 양이 적고 또한 온도도 낮다. 이 때문에, 1장의 웨이퍼(10)의 성막 처리만으로는 스테이지(21)의 하방 측에는 거의 텅스텐막이 성막되지 않는다. 그러나, 처리 매수를 겹쳐 가면 샤프트(22)의 외주면에는 텅스텐막이 서서히 퇴적하고, 이윽고 두꺼운 텅스텐막으로 덮여진다.

여기서 상기 샤프트(22)의 외주면은, 장치의 조립 전에 미리 텅스텐막인 금속막(5)으로 덮여져 있기 때문에, 미리 금속막(5)으로 덮고 있지 않으면 1장째의 웨이퍼(10)의 처리시와 샤프트(22)의 외주면의 방사율이 상이해져 버리지만, 처리 매수, 예를 들어 500장째에 있어서 샤프트(22)의 방사율은 샤프트(22)의 초기의 방사율과 동일한 값으로 된다.

이와 같이 상술한 실시형태에 의하면, 성막 처리를 반복함으로써 샤프트(22)의 외주면에 텅스텐막이 퇴적하더라도, 샤프트(22)의 외주면은 원래 성막 처리의 대상의 금속막인 텅스텐막으로 덮여져 있기 때문에, 샤프트(22)의 방사율이 거의 변화되지 않는다. 이 때문에, 클리닝 후의 초기의 웨이퍼(10)(예를 들면, 1장째의 웨이퍼(10))에 대한 성막 처리시와, 처리를 반복한 후의 성막 처리시, 예를 들면 500장째의 웨이퍼(10)의 성막 처리시에 있어서, 샤프트(22)의 표면(외주면)으로부터의 열의 방출 정도가 동일하게 되고, 이 결과, 스테이지(21)의 중앙부의 온도가 경시적으로 안정된다. 따라서, 스테이지(21)의 중앙부의 히터(2a)로의 전력 공급량이 웨이퍼(10)의 처리 매수를 겹쳐도 안정되어 있기 때문에, 스테이지(21)의 주연부의 전력 공급량에 대해서도 안정되어 있고, 결국 웨이퍼(10)의 면 사이에서의 온도의 균일성이 높기 때문에, 웨이퍼(10) 사이에서 균일성이 높은 성막 처리를 행할 수 있다.

상술한 실시형태에서는, 샤프트(22)의 외주면을 덮는 금속층으로서 금속막(5)을 이용했지만, 금속판이더라도 좋다. 이 금속판은 샤프트(22)의 외주면에, 예를 들어 밀착해 있고, 이러한 예로서 도 5에 도시하는 바와 같이 샤프트(22)를 둘러싸는 금속제의 통상체(60)를 들 수 있다. 또한, 이 통상체(60)와 샤프트(22) 사이에 간극이 있더라도 좋다. 이와 같이 금속층으로서 금속판을 이용한 경우이더라도 상술과 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.

(제 2 실시형태)

본 발명에 따른 성막 장치의 제 2 실시형태에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이 원통 형상의 샤프트(22)의 외주면을 금속막(5) 또는 금속판으로 덮음과 아울러, 스테이지(21)의 이면(하면)을 웨이퍼(10)의 표면에 형성하는 금속 박막의 방사율과 동등한 방사율을 갖는 금속층, 예컨대 성막 대상의 금속막과 동일한 재질인 텅스텐으로 이루어지는 금속막으로 덮는 것 외에는, 제 1 실시형태에서 설명한 성막 장치(2)와 완전히 동일한 구성이다.

스테이지(21)의 이면 측에는 이미 설명한 바와 같이 프리코팅하기 어렵기 때문에, 이 부분에 대해서도 장치를 조립하기 전에, 예컨대 열 CVD법 또는 스퍼터링법 등에 의해 미리 금속막(8)을 형성해 둠으로써, 웨이퍼(10)의 처리 매수를 겹쳐 가는 동안, 스테이지(21)의 이면에 텅스텐막이 퇴적하더라도, 스테이지(21)의 이면은 원래 텅스텐막의 방사율과 동등한 방사율을 갖는 금속막(8)으로 덮여져 있기 때문에, 스테이지(21) 이면의 방사율이 경시적으로 안정되어 있다. 따라서, 이 실시형태에서는, 샤프트(22)뿐만 아니라 스테이지(21)의 이면으로부터의 방열 정도에 대해서도 경시적으로 안정되어 있는 점에서 바람직하다.

(제 3 실시형태)

본 발명에 따른 성막 장치의 제 3 실시형태에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이 샤프트(22)의 외주면을 금속막 또는 금속판으로 덮는 대신에, 샤프트(22)와 소경 원통부(20b)의 측벽 사이에서 해당 샤프트(22)를 둘러싸도록 열용량이 큰 재질로 이루어지는 통상체, 예를 들면 원통체(90)를 설치한 것 외에는, 제 1 실시형태와 완전히 동일한 구성이다. 이 열용량이 큰 재질로서는, 예컨대 석영 등의 세라믹스를 이용할 수 있다. 이 원통체(90)의 하단부는 소경 원통부(20b)의 바닥 벽에 당접하여 고정되어 있다. 또한, 원통체(90)의 상단부와 상기 스테이지(21)의 이면 사이에는 처리 용기(20) 내에 도입된 원료 가스가 샤프트(22)에 도달하지 않을 정도의 간극(91), 구체적으로는 예를 들어 1mm 이내, 바람직하게는 0.2mm의 간극(91)이 형성되어 있어, 스테이지(21)의 열이 원통체(90)에 전해지지 않도록 구성되어 있다.

이러한 구성에 의하면 샤프트(22)를 둘러싸는 원통체(90)의 외주면은 웨이퍼(10)의 처리를 반복함에 따라서 텅스텐막이 성막되어 방사율이 변화되어 가지만, 샤프트(22)와 원통체(90) 사이에 형성된 간극(92)이 웨이퍼(10)의 1장째의 처리시부터 보온되고 있기 때문에, 샤프트(22)로부터의 방사 열량은 원통체(90)의 외주면의 방사율에는 크게 영향을 받지 않는다. 또한, 원통체(90)의 상단부는 스테이지(21)로부터 떨어져 있기 때문에, 원통체(90)의 외주면의 방사율의 변화에 의해 스테이지(21)로부터 원통체(90)를 거쳐서 방열하는 열에 대해서는 고려하지 않아도 좋고, 결과적으로 웨이퍼(10)의 처리 매수를 겹쳐 갔을 때에 스테이지(21)로부터 하부 측으로 방열하는 정도는 그만큼 변하지 않기 때문에, 샤프트(22)의 재질을 드러낸채로 한 경우에도 웨이퍼(10) 사이에서의 온도의 균일성은 향상한다.

이상에 있어서, 스테이지(21)의 온도 제어의 수법으로서는, 스테이지(21)의 중앙부의 온도에 근거하여 히터(2a, 2b)를 제어하는 것에 한정되는 것은 아니고, 예컨대 스테이지(21)의 주연부의 온도를 검출하여, 그 온도 검출치에 근거해서 히터(2a, 2b)를 제어하는 수법이더라도 좋다. 또한, 스테이지(21)를 지지하는 지지 부재로서는 스테이지(21)의 중앙부를 지지하는 대신에 예컨대 스테이지(21)의 주연부를 복수 개소, 예를 들면 3개소 지지하는 것이더라도 좋다.

여기서, 스테이지(21)로부터 지지 부재를 거쳐서 방열되는 정도를 웨이퍼(10) 사이에서 가지런히 하는 다른 수법에 대해서 설명한다. 이 형태에서는 도 8에 도시하는 바와 같이 샤프트(22)의 외주면은 금속막 또는 금속판으로 덮여져 있지 않고, 샤프트(22)를 둘러싸는 소경 원통부(20b)의 측벽에 가열 수단인 저항 발열체로 이루어지는 히터(80)가 매설되어 있다. 그리고, 상기 샤프트(22)의 외주면에 해당 샤프트(22)의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부인 열전쌍(83)이 마련되고, 상기 열전쌍(83)에 의해서 검출된 온도 검출치에 근거하여 제어부(84)에서 히터(80)를 제어하고 있다. 그 밖에는, 제 1 실시형태와 완전히 동일한 구성이다.

이 형태에서는, 처리 용기(20) 내를 클리닝한 후의 초기시의 웨이퍼(10), 예컨대 1장째의 웨이퍼(10)의 처리에 있어서, 샤프트(22)의 온도를 열전쌍(83)으로 검출하여, 이것을 초기값으로서 설정해 두고, 처리를 어느 정도 반복한 후의 웨이퍼(10)의 처리에 있어서, 예를 들면 2장째 이후의 웨이퍼(10)의 처리에 있어서, 이때의 값과 초기값의 차분이 허용 범위에 들어가도록 히터(80)의 전력 공급량이 결정된다. 이 예에서는 웨이퍼(10)의 처리를 반복함에 따라서 샤프트(22)의 외주면에 텅스텐막이 부착하여 샤프트(22)의 방사율이 내려가기 때문에, 즉 샤프트(22)에 열이 집중해 가기 때문에, 히터(80)의 전력 공급량은 초기값과 비교하여 적게 설정되게 된다.

또한, 샤프트(22)의 재질과 성막 대상인 금속막의 종류에 따라서는 샤프트(22)로부터의 방열량이 웨이퍼(10)의 처리를 반복함에 따라서 커지는 경우도 있기 때문에, 이 경우에는 히터(80)의 전력 공급량은 초기값과 비교하여 크게 설정되게 된다.

또한, 히터(80)의 가열 제어를 특별히 더 행하지 않고, 샤프트(22)를 둘러싸는 소경 원통부(20b)의 측벽의 온도를 샤프트(22)와 동일한 정도의 온도로 되도록 히터(80)의 발열량을 설정해 두고, 이에 따라 샤프트(22)의 보온 효과를 높여서 샤프트(22)의 외주의 방사율의 변화에 의한 샤프트(22)의 온도 변화를 억제하도록 해도 좋다. 이러한 형태에 있어서, 스테이지(21)의 이면 주위의 소경 원통부(20b)의 내벽에도 히터를 마련하고, 상기 열전쌍(83)이나 스테이지(21) 이면의 온도를 검출하는 열전쌍의 온도 검출치에 근거하여, 이미 설명한 바와 같은 온도 제어를 행해도 좋다. 또한, 이러한 히터를 이용하여 스테이지(21) 이면의 보온 효과를 높이도록 해도 좋다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 반도체 웨이퍼 2: 성막 장치
2a: 제 1 히터 2b: 제 2 히터
20: 처리 용기 21: 스테이지
22: 샤프트 23: 열전쌍
31: 가스 샤워 헤드 33: 원료 가스 공급로
43, 44: 전원부 45: 가산부
46: 연산부 47: 승산부
5, 8: 금속막 60: 통상체
80: 히터 83: 열전쌍
84: 제어부 90: 원통체
91: 간극

Claims

처리 용기 내의 탑재대 상에 탑재된 기판에 대하여 원료 가스를 공급하고, 가열에 의해 이 원료 가스를 반응시켜서 금속 박막을 성막하는 성막 장치에 있어서,
상기 탑재대의 상방 측으로부터 원료 가스를 포함하는 처리 가스를 기판에 공급하는 가스 공급부와,
상기 탑재대의 하부 측을 지지하는 지지 부재와,
이 지지 부재를 보온하기 위해서 둘러싸고, 상기 탑재대와의 사이에 간극이 형성되어 있는 보온 부재와,
상기 탑재대에 마련되고, 기판을 미리 설정된 처리 온도로 가열하기 위한 가열 수단과,
상기 기판의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부와,
상기 온도 검출부의 온도 검출치에 근거하여 상기 가열 수단의 발열량을 제어하는 제어부와,
상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 보온 부재는 세라믹스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 보온 부재는 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 부재는 세라믹스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탑재대는 상기 처리 용기 내에 장착되기 전부터 이면 측이 상기 금속 박막의 방사율과 동등한 방사율을 갖는 금속층으로 덮여져 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
기판 상에 성막하는 금속 박막은 텅스텐막인 것을 특징으로 하는 성막 장치.