KR102232633B1

KR102232633B1 - 처리 장치 및 커버 부재

Info

Publication number: KR102232633B1
Application number: KR1020200048786A
Authority: KR
Inventors: 다카시 가미오; 도시아키 후지사토
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2021-03-25
Also published as: TWI736687B; KR20180044803A; US11104991B2; JP2018070906A; JP6698001B2; KR20200044779A; TW201833370A; US20180112309A1

Abstract

본 발명은, 챔버 내에 배치된 스테이지의 외연부에서의 파티클의 발생을 억제하는 것을 목적으로 한다. 챔버 내에 배치된 스테이지와, 상기 스테이지의 외연부에 설치되고, 상기 챔버 내를 상기 스테이지의 상부의 처리 공간과 상기 스테이지의 하부의 보텀 공간으로 구획하는 커버 부재를 갖는 처리 장치로서, 상기 커버 부재는, 상기 스테이지의 표면과 면 접촉하는 제1 돌출부와, 상기 제1 돌출부와 이격해서 상기 스테이지의 표면과 면 접촉하는 제2 돌출부와, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부와의 사이에서 상기 커버 부재와 상기 스테이지에 의해 형성된 버퍼 공간으로부터 가스를 배기하는 배기로를 갖는 처리 장치가 제공된다.

Description

처리 장치 및 커버 부재{PROCESSING APPARATUS AND COVER MEMBER}

본 발명은 처리 장치 및 커버 부재에 관한 것이다.

ALD(Atomic Layer Deposition) 성막 장치 등에서는, 530℃ 정도의 통상의 프로세스보다도 고온에서 성막 처리를 행함으로써, 막 내의 불순물을 저감시켜, 막 강도의 향상을 도모하는 것이 행하여지고 있다. 예를 들어 600℃ 전후의 고온에서 TiN(질화티타늄)막을 성막함으로써 막의 강도를 높여, 패턴 도괴를 억제하여, 수율의 향상을 도모하는 것이 행하여지고 있다.

또한, 성막 장치 중에는, 웨이퍼가 적재되는 스테이지에 산화물이 퇴적되어, 파티클이 되는 것도 있다. 그래서, 스테이지에 퇴적되는 산화물이 어느 정도의 양이 될 때까지 문제를 발생하지 않고 장치를 사용할 수 있도록, 웨이퍼의 에지측에 퍼지 가스의 통로를 설치하는 것이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조). 이에 의해, 프로세스 가스를 웨이퍼의 에지측으로 들어가기 어렵게 함으로써, 스테이지 상의 퇴적물의 양을 저감한다.

일본 특허 공개 제2010-056561호 공보

그러나, 예를 들어 600℃ 전후의 고온에서 TiN막을 성막하는 성막 처리를 행하는 경우, 스테이지 상의 퇴적물의 강도가 높아져, 결정화되어 깨지기 쉬워진다. 그 결과, 깨진 퇴적물의 기둥 형상 편이 기판의 에지측으로 날아가서 파티클이 된다.

또한, 특허문헌 1에 개시된 성막 방법을 사용한 경우에는, 퍼지 가스가 웨이퍼의 에지측에 직접적으로 공급되기 때문에, 스테이지의 상부 영역에 공급되는 프로세스 가스와 웨이퍼 에지에 직접적으로 공급되는 퍼지 가스가 길항하는 개소에서 가스가 정체하여, 파티클이 발생하기 쉬워진다.

상기 과제에 대하여, 일 측면에서는, 본 발명은 챔버 내에 배치된 스테이지의 외연부에서의 파티클의 발생을 억제하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 일 형태에 의하면, 챔버 내에 배치된 스테이지와, 상기 스테이지의 외연부에 설치되고, 상기 챔버 내를 상기 스테이지의 상부의 처리 공간과 상기 스테이지의 하부의 보텀 공간으로 구획하는 커버 부재를 갖는 처리 장치로서, 상기 커버 부재는, 상기 스테이지의 표면과 면 접촉하는 제1 돌출부와, 상기 제1 돌출부와 이격해서 상기 스테이지의 표면과 면 접촉하는 제2 돌출부와, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부와의 사이에서 상기 커버 부재와 상기 스테이지에 의해 형성된 버퍼 공간으로부터 가스를 배기하는 배기로를 갖는 처리 장치가 제공된다.

일 측면에 의하면, 챔버 내에 배치된 스테이지의 외연부에서의 파티클의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 일 실시 형태에 따른 성막 장치의 종단면을 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 성막 장치의 스테이지(일부 생략)를 확대한 종단면을 도시하는 도면이다.
도 3은 일 실시 형태에 따른 성막 장치와 비교예의 커버 부재를 도시하는 도면이다.
도 4는 일 실시 형태에 따른 성막 장치와 비교예에서의 실증 결과의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 일 실시 형태에 따른 성막 장치의 스테이지의 외연부를 확대한 종단면을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다.

[성막 장치의 구성]

먼저, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 성막 장치(1)의 전체 구성에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 성막 장치(1)의 종단면을 나타낸다. 본 실시 형태에서는, 성막 장치(1)로서 ALD 성막 장치를 일례로 든다. 또한, 성막 장치(1)는, 가스의 작용에 의해 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼(W)」라고 함)에 성막 등의 소정의 처리를 행하는 처리 장치의 일례이다.

성막 장치(1)는, 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되고, 평면 형상이 대략 원형인 진공 처리 용기(이하, 「챔버(C)」라고 함)를 갖는다. 챔버(C) 내에는, 웨이퍼(W)가 적재되는 스테이지(2)가 설치되어 있다. 챔버(C)의 측면에는, 스테이지(2)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행할 때, 외부의 진공 반송로에 설치된 웨이퍼 반송 기구를 챔버(C) 내에 진입시키기 위한 반입출구(11)와, 반입출구(11)를 개폐하는 게이트 밸브(12)가 설치되어 있다.

반입출구(11)보다도 상부측의 위치에는, 알루미늄 등의 금속으로 이루어지고, 종단면의 형상이 사각형인 덕트를 원환 형상으로 만곡시켜 구성한 배기 포트(13)가, 챔버(C)의 본체를 구성하는 측벽 상에 겹쳐지도록 설치되어 있다. 배기 포트(13)의 내주면에는, 둘레 방향을 따라 신장되는 슬릿 형상의 개구부(131)가 형성되어 있어, 처리 공간(U)으로부터 흘러 나온 가스는, 개구부(131)를 통해서 배기 포트(13)로부터 배기된다. 이와 같이 하여 배기 포트(13) 내는, 챔버(C) 내를 배기하는 배기 공간으로 되어 있다. 배기 포트(13)의 외벽면에는 배기구(132)가 형성되고, 배기구(132)에는 진공 펌프 등으로 이루어지는 배기 장치(65)가 접속되어 있다. 배기 장치(65)에 의해, 챔버(C) 내는 소정의 감압 상태로 제어된다.

챔버(C) 내에는, 배기 포트(13)의 내측의 위치에, 스테이지(2)가 배치되어 있다. 스테이지(2)는, 웨이퍼(W)보다도 한층 큰 원판으로 이루어지고, 예를 들어 질화알루미늄(AlN), 석영 유리(SiO₂) 등의 세라믹스나 알루미늄(Al), 하스텔로이(등록 상표) 등의 금속에 의해 구성되어 있다. 스테이지(2)의 내부에는, 스테이지(2)의 온도를 예를 들어 540℃ 내지 600℃의 성막 온도로 가열하기 위한 히터(21)가 매설되어 있다. 필요에 따라, 웨이퍼(W)를 스테이지(2) 상에 유지하기 위한 정전 척을 설치해도 된다.

스테이지(2)에는, 웨이퍼(W)의 적재 영역보다도 외주측의 영역(즉, 스테이지(2)의 외연부) 및 스테이지(2)의 측 둘레면을 둘레 방향에 걸쳐서 덮도록 커버 부재(3)가 설치되어 있다. 커버 부재(3)는, 예를 들어 알루미나(Al₂O₃), 석영, 사파이어 등으로 이루어지고, 상하단이 각각 개구되는 대략 원통 형상으로 형성됨과 함께, 둘레 방향에 걸쳐서 그 상단부가 내측을 향해서 수평 방향으로 굴곡되어 있다. 이 굴곡부는, 스테이지(2)의 외연부의 표면에서 걸려 있고, 당해 굴곡부의 두께 치수는, 웨이퍼(W)의 두께 치수보다도 두껍게 형성되어 있다.

스테이지(2)의 하면의 중앙부에는, 챔버(C)의 저면을 관통하여, 상하 방향으로 신장되는 지지 부재(23)가 접속되어 있다. 지지 부재(23)의 하단부는, 챔버(C)의 하방에 수평으로 배치된 판상의 지지대(232)를 통해서 승강 기구(24)에 접속되어 있다. 승강 기구(24)는, 반입출구(11)로부터 진입해 온 웨이퍼 반송 기구와의 사이에서 웨이퍼(W)를 주고받는 수수 위치(도 1에 일점쇄선으로 기재되어 있음)와, 이 수수 위치의 상방이며, 웨이퍼(W)에의 성막이 행하여지는 처리 위치와의 사이에서 스테이지(2)를 승강시킨다.

이 지지 부재(23)가 관통하는 챔버(C)의 저면과, 지지대(232)와의 사이에는, 챔버(C) 내의 분위기를 외부와 구획하고, 지지대(232)의 승강 동작에 수반하여 신축하는 벨로우즈(231)가, 지지 부재(23)를 둘레 방향의 외측으로부터 덮도록 설치되어 있다.

스테이지(2)의 하방에는, 외부의 웨이퍼 반송 기구와의 웨이퍼(W)의 수수 시에, 웨이퍼(W)를 하면으로부터 지지해서 들어올리는, 예를 들어 3개의 지지 핀(25)이 설치되어 있다. 지지 핀(25)은, 승강 기구(26)에 접속되어 승강 가능하게 되어 있고, 스테이지(2)를 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍(201)을 통해서 스테이지(2)의 상면으로부터 지지 핀(25)을 돌출 함몰시킴으로써, 웨이퍼 반송 기구와의 사이에서의 웨이퍼(W)의 수수를 행한다.

배기 포트(13)의 상면에는, 원형의 개구를 막도록 원판 형상의 지지판(32)이 설치되어 있고, 이들 배기 포트(13)와 지지판(32)과의 사이에는 챔버(C) 내를 기밀하게 유지하기 위한 O링(133)이 배치되어 있다. 지지판(32)의 하면에는, 스테이지(2)의 상부의 처리 공간(U)에 프로세스 가스나 캐리어 가스를 공급하기 위한 천장판 부재(31)가 설치되어 있고, 천장판 부재(31)는, 볼트(323)에 의해 지지판(32)에 지지 고정되어 있다. 천장판 부재(31)나 지지판(32)은, 성막 장치(1)의 천장부를 구성하고 있다.

천장판 부재(31)의 하면에는 오목부가 형성되어 있고, 이 오목부의 중앙측의 영역은 평탄하게 되어 있다. 한편, 천장판 부재(31)의 하방 위치에는, 당해 천장판 부재(31)의 하면 전체를 덮도록 가스 확산판인 가스 샤워 헤드(5)가 설치되어 있다. 가스 샤워 헤드(5)는, 스테이지(2)와 대향하는 평탄한 면을 구비한, 예를 들어 금속제의 원판 부분과, 이 원판의 주연부에 형성되고, 하방으로 돌출된 환상 돌기부(53)를 구비한다.

스테이지(2)를 처리 위치까지 상승시켰을 때, 환상 돌기부(53)의 하단은, 스테이지(2)에 설치된 커버 부재(3)의 상면과 대향하도록 배치된다. 가스 샤워 헤드(5)의 하면 및 환상 돌기부(53)와, 스테이지(2)의 상면에 의해 둘러싸인 공간은, 웨이퍼(W)에 대한 성막이 행하여지는 처리 공간(U)으로 된다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 환상 돌기부(53)의 하단과, 커버 부재(3)의 굴곡부의 상면과의 사이에는 높이(h)의 간극이 형성되도록 처리 위치의 높이 위치가 설정되어 있다. 도 1에 도시하는 배기 포트(13)의 개구부(131)는, 이 간극을 향해서 개구되어 있다. 환상 돌기부(53)의 하단과 커버 부재(3)와의 간극의 높이(h)는, 예를 들어 0.2 내지 10.0mm의 범위의 3.0mm로 설정된다.

천장판 부재(31)와, 가스 샤워 헤드(5)와 맞닿게 해서 체결함으로써, 가스를 확산시키기 위한 확산 공간(50)이 구성된다. 확산 공간(50)의 저부에는, 그 전체면에 걸쳐서 다수의 가스 분출 구멍(511)이 형성되어, 웨이퍼(W)를 향해서 프로세스 가스나 캐리어 가스(예를 들어 질소 가스 등)를 공급할 수 있다.

본 예의 가스 샤워 헤드(5)는, 확산 공간(50)의 직경(즉, 가스 공급 영역(51)의 직경)이 310mm, 확산 공간(50)의 높이 치수가 8mm로 되어 있다. 제1 가스 분산부(4A)는, 웨이퍼(W)의 중심부를 중심으로 하는 제1 원을 따라 등간격으로 4개 배치되고, 또한 제2 가스 분산부(4B)가 제1 원과 동심원이며, 제1 원의 외측의 제2 원을 따라 등간격으로 8개 배치되어 있다.

확산 공간(50)의 직경이 310mm인 가스 샤워 헤드(5)가 스테이지(2) 상의 웨이퍼(W)의 중앙부의 상방 위치에 배치되어 있다. 이에 의해, 가스 샤워 헤드(5)의 가장 외측의 가스 분출 구멍(511)은, 평면적으로 볼 때 직경이 300mm인 웨이퍼(W)의 외연보다도 외측에 위치한다.

스테이지(2) 상의 웨이퍼(W)의 상면으로부터, 도 2에 도시한 바와 같이, 가스 공급 영역(51)의 가스 분출 구멍(511)까지의 높이(t)는, 6 내지 50mm 정도이고, 보다 바람직하게는 7 내지 17mm 정도로 설정된다. 이 높이(t)가 50mm보다도 커지면, 가스의 치환 효율이 저하된다.

제1 및 제2의 가스 분산부(4A, 4B)가 설치된 천장판 부재(31)에는, 제1 및 제2 가스 분산부(4A, 4B)에 가스를 공급하기 위한 가스 공급로(312)가 형성되어 있다. 이들 가스 공급로(312)는, 천장판 부재(31)의 상면과 지지판(32)의 하면과의 사이에 형성된 가스의 버퍼실을 구성하는 확산부(311)에 접속되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 지지판(32)에는, 확산부(311)에 암모니아 가스 및 캐리어 가스의 일례인 질소 가스를 공급하기 위한 암모니아 공급로(321)가 형성되고, 가스 공급부(6)와 접속되어 있다. 또한, 지지판(32)에는, 확산부(311)에 염화티타늄 가스 및 캐리어 가스의 일례인 질소 가스를 공급하기 위한 염화티타늄 공급로(322)가 형성되고, 가스 공급부(6)와 접속되어 있다. 가스 공급부(6)는, 질소 가스 공급부(61, 63), 암모니아 가스 공급부(62), 염화티타늄 가스 공급부(64), 개폐 밸브(602) 및 유량 조정부(601)를 갖는다.

암모니아 공급로(321) 및 염화티타늄 공급로(322)는, 배관을 통해서 암모니아 가스 공급부(62), 염화티타늄 가스 공급부(64)에 접속되어 있고, 이들 배관은, 각각 도중에 분기해서 질소 가스 공급부(61, 63)에 접속되어 있다. 각 배관에는, 가스의 급단을 행하는 개폐 밸브(602)와, 가스 공급량의 조정을 행하는 유량 조정부(601)가 설치되어 있다. 또한 도시의 편의상, 도 1에서는 질소 가스 공급부(61, 63)를 각각 별도로 나타냈지만, 이들은 공통의 질소 공급원을 사용해도 된다.

성막 장치는, 제어부(7)와 접속되어 있다. 제어부(7)는, 예를 들어 CPU와 메모리를 구비한 컴퓨터이어도 된다. 메모리에는, 웨이퍼(W)를 처리 위치까지 상승시켜, 처리 공간(U) 내에 미리 정해진 순서로 반응 가스 및 캐리어 가스를 공급해서 TiN막 등의 성막을 실행하고, 웨이퍼(W)를 반출할 때까지의 제어에 관한 스텝 군이 짜여진 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은, 예를 들어 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 마그네트 옵티컬 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되고, 그로부터 컴퓨터에 인스톨된다. 제어부(7)는, 프로그램의 수순에 따라, 배기 장치(65)나 가스 공급부(6) 등을 제어한다.

계속해서, 본 실시 형태에 따른 성막 장치(1)의 작용에 대해서 설명한다. 먼저, 미리 배기 장치(65)에 의해 챔버(C) 내를 진공 분위기로 감압한 후, 스테이지(2)를 수수 위치까지 강하시킨다. 그리고, 게이트 밸브(12)를 개방하여, 반입출구(11)와 접속된 진공 반송실에 설치된 웨이퍼 반송 기구의 반송 아암을 진입시켜, 지지 핀(25)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행한다. 그 후, 지지 핀(25)을 강하시키고, 히터(21)에 의해, 예를 들어 540℃ 내지 600℃의 범위의 고온으로 가열된 스테이지(2) 상에 웨이퍼(W)를 적재한다.

계속해서, 게이트 밸브(12)를 폐쇄하고, 스테이지(2)를 처리 위치까지 상승시킴과 함께, 챔버(C) 내의 압력 조정을 행한다. 그 후, 염화티타늄 가스 공급부(64)로부터 염화티타늄 가스를 공급하고, 공급된 염화티타늄 가스는, 염화티타늄 공급로(322)→확산부(311)→가스 공급로(312)를 통해서, 제1 및 제2 가스 분산부(4A, 4B)로 흐른다.

그리고, 가스 공급로(312)로부터 제1 및 제2 가스 분산부(4A, 4B)에 공급된 염화티타늄 가스는, 복수의 가스 도입구(42)로부터, 가로 방향으로 넓어지도록 확산 공간(50) 내에 도입된다.

이렇게 해서 확산 공간(50) 내에 도입된 가스는, 가스 샤워 헤드(5)의 다수의 가스 분출 구멍(511)을 통과할 때 압력 손실에 의해 충분히 속도가 저하되고, 처리 공간(U)에 분산해서 공급된다.

처리 공간(U)에 공급된 염화티타늄 가스는, 웨이퍼(W)의 주연 방향을 향해 흘러서 배기된다. 그 때문에 가스 샤워 헤드(5)의 상방의 확산 공간(50)으로부터 처리 공간(U)측으로 흐른 염화티타늄 가스는, 처리 공간(U)의 주연 방향으로 흐르면서 웨이퍼(W)에 공급되게 된다. 예를 들어 가스 분출 구멍(511)으로부터 공급된 염화티타늄 가스는, 처리 공간(U) 내를 강하해서 스테이지(2) 상의 웨이퍼(W)에 도달하고, 그 일부는 웨이퍼(W)에 흡착된다. 남은 염화티타늄 가스는, 일부가 웨이퍼(W)의 표면에 흡착되면서 웨이퍼(W)의 표면을 따라 직경 방향으로 방사상으로 퍼진다.

처리 공간(U) 내를 흘러, 환상 돌기부(53)의 하단과 커버 부재(3)와의 사이의 간극에 도달한 염화티타늄 가스는, 당해 간극으로부터 흘러나와, 배기 포트(13)를 통해서 외부로 배기된다. 처리 공간(U)에 공급된 염화티타늄 가스는, 웨이퍼(W)의 주연 방향으로 흐르면서, 웨이퍼(W)에 공급되기 때문에, 웨이퍼(W)의 중앙부는, 염화티타늄 가스가 공급되기 어렵고, 웨이퍼(W)의 주연측일수록 염화티타늄 가스가 공급되기 쉬워진다.

상술한 흐름에 있어서, 가스 샤워 헤드(5)의 주연부에 환상 돌기부(53)가 형성되어, 커버 부재(3)와의 사이의 간극의 높이가 적절하게 설정되어 있음으로써, 처리 공간(U)으로부터 주위의 배기 포트(13)측을 향해서 가스가 흐를 때의 압력 손실이 조정된다. 그 결과, 웨이퍼(W)에 흡착되기에 충분한 시간만큼 각 반응 가스를 처리 공간(U)에 체류시킨 후, 당해 간극이 형성되어 있는 둘레 방향 외측을 향해서 반응 가스를 균등하게 배출할 수 있다.

이어서, 염화티타늄 가스의 공급을 정지함과 함께, 질소 가스 공급부(63)로부터 캐리어 가스의 일례인 질소 가스를 공급한다. 질소 가스는, 염화티타늄 가스와 마찬가지의 경로를 지나서 처리 공간(U) 내에 공급되어, 당해 경로 및 처리 공간(U) 내의 염화티타늄 가스가 질소 가스와 치환된다.

이렇게 해서, 소정 시간, 질소 가스의 공급을 행하여, 가스의 치환을 행한 후, 질소 가스의 공급을 정지하고, 암모니아 가스 공급부(62)로부터 암모니아 가스를 공급한다. 공급된 암모니아 가스는, 암모니아 공급로(321)→확산부(311)→가스 공급로(312)를 통해서, 제1 및 제2 가스 분산부(4A, 4B)에 유입된다. 그리고, 제1 및 제2 가스 분산부(4A, 4B)로부터 확산 공간(50) 내에 도입된 암모니아 가스는, 염화티타늄 가스의 경우와 마찬가지의 흐름을 형성해서 처리 공간(U) 내에 공급된다.

배기 포트(13)의 저면은, 챔버(C)의 측벽으로부터 돌출되고, 그 돌출부(13a)와 커버 부재(3)에 의해 스테이지(2)의 하부 영역인 보텀 공간(B)과 스테이지(2)의 상부 영역인 처리 공간(U)이 구획된다.

이러한 구성에 의해, 챔버(C) 내는 이하의 3종류의 에어리어로 나뉘어져 있다.

1. 스테이지(2) 상에 성막을 위한 높은 치환 효율을 얻기 위한 극소화된 반응실(처리 공간(U))이 있다.

2. 웨이퍼(W)의 수수를 위한 대용량인 보텀 공간(B)이, 처리 공간(U)(스테이지(2))의 하방에 위치하고 있다.

3. 처리 공간(U)의 외주에 배기 포트(13)의 배기 공간이 링 형상으로 존재한다.

보텀 공간(B)은 처리 공간(U)보다도 넓은 공간으로 되어 있다. 프로세스 가스가 보텀 공간(B)에 유입되는 것을 피하기 위해서, 보텀 공간(B)에는, 가스 공급부(6)로부터 질소 가스 등의 보텀 퍼지 가스가 벨로우즈(231)와 지지 부재(23)와의 사이의 공간으로부터 도입된다. 또한, 보텀 공간(B)에 도입되는 보텀 퍼지 가스는, 질소 가스에 한정되지 않고, 불활성 가스이면 된다.

보텀 공간(B)에 도입된 보텀 퍼지 가스는, 커버 부재(3)와 배기 포트(13)의 돌출부(13a)와의 사이의 간극(4)으로부터 배기 포트(13)에 흘러, 배기되도록 되어 있다. 이에 의해, 보텀 퍼지 가스는, 프로세스 가스가 보텀 공간(B)으로 유입되는 것을 방지하고, 또한 커버 부재(3)를 냉각할 수 있다.

[커버 부재]

이어서, 본 실시 형태에 따른 커버 부재(3)에 대해서, 도 3 내지 도 5를 참조하면서 상세하게 설명한다. 커버 부재(3)는, 스테이지(2)의 외연부에 설치되어, 챔버(C) 내를 스테이지(2)의 상부의 처리 공간(U)과 스테이지(2)의 하부의 보텀 공간(B)으로 구획한다.

먼저, 도 3을 참조하면서, 도 3의 (c)의 본 실시 형태에 따른 커버 부재(3)를, 도 3의 (a)의 비교예 1에 관한 커버 부재(91) 및 도 3의 (b)의 비교예 2에 관한 커버 부재(92)와 비교하면서 설명한다.

예를 들어, 스테이지 온도를 540℃ 내지 600℃ 정도의 고온으로 해서 막을 생성하면, 막의 강도를 향상시킬 수 있다. 그 이유는, 상기 고온에서 성막하면 막 중에 도입되어 있는 불순물이 줄어들기 때문에, 막이 보다 단단해져서 막 내의 스트레스(응력)가 높아지기 때문이다. 이 때문에, 고온 성막 처리에서는, 처리 공간(U)에 폭로되어, 성막 중에 고온으로 된 스테이지(2)의 외연부의 표면에 존재하는 퇴적물이 결정화된다. 결정화된 퇴적물은, 단단하기 때문에 깨지기 쉽다. 그 결과, 스테이지(2)의 외연부의 표면에, 결정화된 퇴적물이 깨진 기둥 형상의 덩어리(파티클)가 생성된다.

도 3의 (a)에 도시하는 비교예 1에 관한 커버 부재(91)에서는, 웨이퍼(W)와 커버 부재(3)와의 사이에서 노출된 스테이지(2)의 외연부의 표면에, 기둥 형상의 파티클(G1)이 발생한 일례가 도시되어 있다. 도 4의 (a)에는, 비교예 1에 관한 커버 부재(91)를 사용한 경우의 실증 결과의 일례를 나타낸다. 웨이퍼(W) 상의 특히 에지측에 파티클(G1)이 많이 발생한 것을 알 수 있다.

도 3의 (b)에 도시하는 비교예 2에 관한 커버 부재(92)는, 굴곡부를 스테이지(2)의 외연부의 표면까지 연장시켜, 스테이지(2)의 외연부의 표면을 덮는다. 이에 의해, 처리 공간(U)에 폭로되는 부분의 표면 온도를 낮출 수 있다. 이에 의해, 기둥 형상의 파티클의 발생을 억제할 수 있다.

그러나, 도 3의 (b)의 커버 부재(92)의 구조에서는, 스테이지(2)의 표면에 연장되는 커버 부재(92)의 굴곡부의 선단부가, 보텀 공간(B)으로부터의 보텀 퍼지 가스와 처리 공간(U)으로부터의 프로세스 가스와의 길항점이 되어, 가스의 흐름이 정체한다. 이에 의해, 구 형상의 파티클(G2)이 발생한다. 도 4의 (b)에는, 비교예 2에 관한 커버 부재(92)를 사용한 경우의 실증 결과의 일례를 나타낸다. 웨이퍼(W) 상의 특히 에지측에 기둥 형상의 파티클(G1)보다도 수는 적지만, 파티클(G1)보다도 큰 파티클(G2)이 발생한 것을 알 수 있다.

이에 반해, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 커버 부재(3)는, 외부 링 부재(3a)와 내부 링 부재(3b)로 분할한 구성을 갖는다. 내부 링 부재(3b)의 웨이퍼(W)측의 선단에는, 하향으로 돌출되는 제1 돌출부(3b2)가 형성되어 있다. 제1 돌출부(3b2)는, 스테이지(2)의 외연부의 표면과 면 접촉한다.

또한, 외부 링 부재(3a)의 웨이퍼(W)측의 선단에는, 하향으로 돌출되는 제2 돌출부(3a2)가 형성되어 있다. 제2 돌출부(3a2)는, 제1 돌출부(3b2)보다도, 예를 들어 수 mm 정도 외주측에서 제1 돌출부(3b2)와 이격해서 형성되고, 스테이지(2)의 외연부의 표면과 면 접촉한다.

또한, 제1 돌출부(3b2) 및 제2 돌출부(3a2)와 스테이지(2)가 면 접촉하는 직경 방향의 폭은, 2mm 정도이다. 이에 의해, 클리닝 시에 커버 부재(3)와 스테이지(2)와의 사이에서 잔사가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이에 의해, 처리 공간(U)으로부터 흐르는 프로세스 가스와 보텀 공간(B)으로부터 흐르는 보텀 퍼지 가스를 제1 돌출부(3b2)와 제2 돌출부(3a2)에 의해 각각 블럭함으로써 길항점을 없앨 수 있다. 그 결과, 길항점에서의 가스의 정체를 없앰으로써, 구 형상의 파티클(G2)의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 커버 부재(3)에서는, 외부 링 부재(3a)와 내부 링 부재(3b)와의 사이의 공간이 배기로(8)로 되어 있다. 도 5를 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 커버 부재(3)의 구조 등에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 배기로(8)는, 제1 돌출부(3b2)와 제2 돌출부(3a2)와의 사이에서, 내부 링 부재(3b)에 형성된 오목부(3b1)와 스테이지(2)에 의해 형성된 버퍼 공간(V)에 고인 가스를 배기한다.

또한, 커버 부재(3) 중 스테이지(2)와 면 접촉하고 있는 부분은, 제1 돌출부(3b2) 및 제2 돌출부(3a2)만이며, 다른 부분은 스테이지(2)와 접촉하고 있지 않다. 그 이유의 하나는, 스테이지(2)와 커버 부재(3)와의 접촉 면적이 크면, 챔버(C) 내를 클리닝해도 반응 생성물의 잔사가 스테이지(2)와 커버 부재(3)와의 사이의 간극에 남아버려, 파티클을 증가시키는 요인이 되기 때문이다. 다른 이유로서는, 스테이지(2)와 커버 부재(3)와의 접촉 면적이 크면, 커버 부재(3)의 온도가 높아져, 결정화된 기둥 형상 파티클이 커버 부재(3) 상에 생성되는 요인이 되기 때문이다.

버퍼 공간(V)에는, 주로 처리 공간(U)의 프로세스 가스가 스테이지(2)와 제1 돌출부(3b2)와의 약간의 간극으로부터 들어간다. 또한, 버퍼 공간(V)에는, 주로 보텀 공간(B)의 보텀 퍼지 가스가 외부 링 부재(3a)의 오목부(3a1)를 지나서 스테이지(2)와 제2 돌출부(3a2)와의 약간의 간극으로부터 들어간다. 들어간 가스는, 외부 링 부재(3a)와 내부 링 부재(3b)와의 사이의 배기로(8)로부터 배기 공간(배기 포트(13))측으로 배기된다.

내부 링 부재(3b)에 형성된 제1 돌출부(3b2)와 반대의 선단부에는, 볼록부(3b3)가 형성되어 있다. 볼록부(3b3)는, 스테이지(2)와 접촉하고 있지 않다. 이에 의해 버퍼 공간(V) 내의 가스를 배기로(8)로부터 배기할 수 있다. 볼록부(3b3)는, 커버 부재(3)를 스테이지(2)의 외연부에 설치할 때의 위치 결정에 사용된다. 볼록부(3b3)는 없어도 된다.

보텀 공간(B)에 도입된 보텀 퍼지 가스는, 외부 링 부재(3a)의 측벽부(3a3)와 배기 포트(13)의 돌출부(13a)의 측벽과의 사이의 간극(4)으로부터 배기 포트(13)에 흘러, 배기되도록 되어 있다. 또한, 처리 공간(U)에 도입된 프로세스 가스 및 캐리어 가스는, 개구부(131)로부터 배기 포트(13)에 흘러, 배기되도록 되어 있다.

또한, 내부 링 부재(3b)는, 제1 돌출부(3b2)를 갖고, 스테이지(2)의 외연부의 표면을 덮도록 형성된 제1 부재의 일례이다. 또한, 외부 링 부재(3a)는, 제2 돌출부(3a2)를 갖고, 제1 부재보다도 외측에서 스테이지(2)의 외연부의 표면을 덮도록 형성된 제2 부재의 일례이다.

이러한 구성의 커버 부재(3)에 의하면, 스테이지(2)의 외연부에 설치되고, 챔버(C) 내를 스테이지(2)의 상부의 처리 공간(U)과 스테이지(2)의 하부의 보텀 공간(B)으로 구획할 수 있다. 또한, 커버 부재(3)가 스테이지(2)의 외주측의 표면을 덮도록 설치되어 있음으로써, 처리 공간(U)에 폭로되는 부분의 온도를 낮출 수 있다. 이에 의해, 스테이지(2)의 외연부의 퇴적물의 응력을 저감하여, 취화를 방지하여, 기둥 형상의 파티클의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 이러한 구성의 커버 부재(3)에 의하면, 스테이지(2)와 면 접촉하는 개소를, 제1 돌출부(3b2)와 제2 돌출부(3a2)의 2군데로 한정함으로써, 스테이지(2)와 커버 부재(3)와의 단열을 행할 수 있다.

또한, 제1 돌출부(3b2)가 처리 공간(U)으로부터 흐르는 프로세스 가스를 막고, 제2 돌출부(3a2)가 보텀 공간(B)으로부터 흐르는 보텀 퍼지 가스를 막는다. 이때, 제1 돌출부(3b2)와 제2 돌출부(3a2)는 이격되어 있으므로, 보텀 퍼지 가스와 프로세스 가스와의 길항점을 분리할 수 있다. 이에 의해, 구 형상의 파티클의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 배기로(8)가, 버퍼 공간(V) 내의 가스를 배기하고, 이에 의해, 가스의 정체를 해소할 수 있다. 특히, 배기로(8)는, 챔버(C) 내를 배기하는 배기 공간측으로 경사져서, 배기 공간을 향해 개구되어 있다. 이에 의해, 가스의 배기의 흐름을 원활하게 할 수 있다. 그 결과, 버퍼 공간(V) 내의 가스는, 개구부(131)를 통해서 배기 포트(13)로부터 원활하게 배기된다. 그 결과, 도 4의 (c)에 본 실시 형태에 따른 커버 부재(3)를 사용한 경우의 실증 결과의 일례를 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W) 상의 파티클(G)의 수를 격감시킬 수 있다.

[커버 부재와 압력]

처리 공간(U)의 압력을 P2로 하고, 보텀 공간(B)의 압력을 P1로 하고, 버퍼 공간(V)의 압력을 P3으로 한다. 이때, 제어부(7)는, P1 내지 P3의 압력의 관계가, P2>P3 및 P1>P3이 되도록, 배기 장치(65) 및 가스 공급부(6)를 제어한다. 이에 의해, 커버 부재(3)와 스테이지(2)와의 사이의 버퍼 공간(V) 내의 가스를 배기 포트(13)측으로 원활하게 배기할 수 있다.

이상, 커버 부재(3)에 의하면, 스테이지(2)의 외연부의 표면을 덮으면서, 제1 돌출부(3b2) 및 제2 돌출부(3a2)만으로 부분적으로 스테이지(2)와 면 접촉함으로써, 600℃ 정도의 고온 성막 처리에 있어서 처리 공간(U)에의 폭로면이 고온으로 되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 기둥 형상의 파티클의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 제1 돌출부(3b2)와 제2 돌출부(3a2)에 의해, 보텀 퍼지 가스와 프로세스 가스와의 길항점을 분리할 수 있다. 또한, 배기로(8)에 의해 커버 부재(3)와 스테이지(2)와의 사이의 버퍼 공간(V)에 고인 가스를 배기해서 가스의 정체를 해소할 수 있다. 이에 의해, 구 형상의 파티클의 발생을 방지할 수 있다.

이상, 처리 장치 및 커버 부재를 상기 실시 형태에 의해 설명했지만, 본 발명에 따른 처리 장치 및 커버 부재는 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.

예를 들어, 상기 실시 형태에 따른 커버 부재는, 본 발명에 따른 커버 부재의 일례이며, 본 발명에 따른 커버 부재는, 외부 링 부재(3a)와 내부 링 부재(3b)로 분할되어 있지 않아도 된다. 이 경우에도, 커버 부재에는, 제1 돌출부와, 제2 돌출부와, 그들 사이에 형성된 버퍼 공간으로부터 가스를 배기하는 배기로가 설치된다. 배기로는, 버퍼 공간과 연통되도록 커버 부재를 관통하고 있어도 된다.

예를 들어, 본 발명은, 도 1의 ALD 성막 장치뿐만 아니라, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치 등에 적용 가능하다.

본 명세서에서는, 성막 대상의 기판으로서 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 설명했지만, 이에 한정되지 않고, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display) 등에 사용되는 각종 기판이나, 포토마스크, CD 기판, 프린트 기판 등이어도 된다.

1: 성막 장치 2: 스테이지
3: 커버 부재 3a: 외부 링 부재
3a2: 제2 돌출부 3b: 내부 링 부재
3b2: 제1 돌출부 5: 가스 샤워 헤드
6: 가스 공급부 7: 제어부
8: 배기로 13: 배기 포트
31: 천장판 부재 32: 지지판
65: 배기 장치 B: 보텀 공간
C: 챔버 U: 처리 공간
V: 버퍼 공간

Claims

챔버 내에 배치된 스테이지와, 상기 스테이지의 외연부에 설치되고, 상기 챔버 내를 상기 스테이지의 상부의 처리 공간과 상기 스테이지의 하부의 보텀 공간으로 구획하는 커버 부재를 포함하는 처리 장치로서,
상기 커버 부재는,
상기 스테이지의 표면과 면 접촉하는 제1 돌출부와,
상기 제1 돌출부와 이격해서 상기 스테이지의 표면과 면 접촉하는 제2 돌출부와,
상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부와의 사이에서 오목하게 형성되어 상기 스테이지의 표면과는 접촉하지 않는 오목부와,
상기 오목부의 바닥면 중에서 상기 제2 돌출부측에 인접한 바닥면으로부터 볼록하게 돌출하여 상기 스테이지의 표면과는 접촉하지 않는 볼록부와,
상기 제1 돌출부와 상기 볼록부와의 사이에서 상기 커버 부재의 상기 오목부와 상기 스테이지에 의해 형성된 버퍼 공간으로부터 가스를 배기하는 배기로를 포함하고,
상기 배기로는 상기 볼록부와 상기 제2 돌출부와의 사이에 형성되는 공간이고,
상기 처리 장치는 상기 챔버 내를 배기하는 배기 장치와, 상기 처리 공간 내 및 상기 보텀 공간 내에 가스를 공급하는 가스 공급부와, 제어부를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 보텀 공간의 압력을 P1, 상기 처리 공간의 압력을 P2, 상기 버퍼 공간의 압력을 P3으로 했을 때의 압력의 관계가, P2>P3 및 P1>P3으로 제어되도록, 상기 배기 장치 및 상기 가스 공급부를 제어하는, 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 커버 부재는,
상기 제1 돌출부를 갖고, 상기 스테이지의 외연부의 표면을 덮도록 형성된 제1 부재와,
상기 제2 돌출부를 갖고, 상기 제1 부재보다도 외측에서 상기 스테이지의 외연부의 표면을 덮도록 형성된 제2 부재를 포함하는, 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 돌출부는, 상기 처리 공간으로부터 흐르는 가스를 막고,
상기 제2 돌출부는, 상기 보텀 공간으로부터 흐르는 가스를 막고,
상기 배기로는, 상기 제1 돌출부측 또는 상기 제2 돌출부측으로부터 상기 버퍼 공간에 누출된 가스를 배기하는, 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 배기로는, 상기 챔버 내를 배기하는 배기 공간측을 향해서 개구되는, 처리 장치.
삭제
삭제