KR102245116B1 - 가스 공급 장치 및 성막 장치 - Google Patents

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다카시 가케가와
가츠마사 야마구치
유이치 후루야
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 프로세스 개시 시의 원료 가스의 유량을 단시간에 안정화시키는 것이 가능한 가스 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 실시형태의 가스 공급 장치는, 원료 가스를 버퍼 탱크 및 제1 고속 개폐 밸브를 통해 처리 용기 내에 간헐적으로 공급할 수 있는 가스 공급 장치로서, 상기 버퍼 탱크의 2차측에 접속되고, 상기 버퍼 탱크 내부를 배기할 수 있는 이배큐에이션 라인(evacuation line)과, 상기 이배큐에이션 라인에 설치된 제2 고속 개폐 밸브를 갖는다.

Description

가스 공급 장치 및 성막 장치{GAS SUPPLY APPARATUS AND FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은 가스 공급 장치 및 성막 장치에 관한 것이다.
LSI를 제조할 때에는, MOSFET 게이트 전극, 소스·드레인과의 컨택트, 메모리의 워드선 등에 텅스텐막이 널리 이용되고 있다.
텅스텐막은, 예컨대 육염화텅스텐(WCl6) 가스 및 H2 가스를 이용한 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법에 의해 성막된다(예컨대, 특허문헌 1 참조). ALD법에서는, 단시간에 필요한 WCl6 가스의 공급이 가능하도록, 성막 원료 탱크 내에 수용된 WCl6를 승화시켜 생성한 WCl6 가스를 버퍼 탱크 내에 일단 저류시킨 후, 처리 용기 내에 공급하고 있다.
일본 특허 공개 제2016-145409호 공보
그런데, 상기한 방법에서는, 프로세스 개시 시에 성막 원료 탱크 내와 버퍼 탱크 내 사이의 압력차가 큰 경우, 처리 용기 내에 WCl6 가스를 공급할 때, WCl6 가스의 유량이 안정화될 때까지 시간을 요한다고 하는 과제가 있었다.
그래서, 본 발명의 일 양태에서는, 프로세스 개시 시의 원료 가스의 유량을 단시간에 안정화시키는 것이 가능한 가스 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 양태에 따른 가스 공급 장치는, 원료 가스를 버퍼 탱크 및 제1 고속 개폐 밸브를 통해 처리 용기 내에 간헐적으로 공급할 수 있는 가스 공급 장치로서, 상기 버퍼 탱크의 2차측에 접속되고, 상기 버퍼 탱크 내부를 배기할 수 있는 이배큐에이션 라인(evacuation line)과, 상기 이배큐에이션 라인에 설치된 제2 고속 개폐 밸브를 갖는다.
개시하는 가스 공급 장치에 의하면, 프로세스 개시 시의 원료 가스의 유량을 단시간에 안정화시킬 수 있다.
도 1은 제1 실시형태의 가스 공급 장치를 구비하는 성막 장치의 개략 단면도이다.
도 2는 텅스텐막의 성막 방법의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 3은 성막 공정에서의 가스 공급 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 4는 제2 실시형태의 가스 공급 장치를 구비하는 성막 장치의 개략 단면도이다.
도 5는 텅스텐막의 성막 방법의 일례를 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복된 설명을 생략한다.
〔제1 실시형태〕
제1 실시형태의 가스 공급 장치를 구비하는 성막 장치에 대해 설명한다. 도 1은 제1 실시형태의 가스 공급 장치를 구비하는 성막 장치의 개략 단면도이다. 제1 실시형태의 성막 장치는, 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법에 의한 성막, 및 화학적 기상 성장(CVD: Chemical Vapor Deposition)법에 의한 성막이 실시 가능한 장치로서 구성되어 있다.
성막 장치는, 처리 용기(1)와, 처리 용기(1) 내에서 기판인 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼(W)」라고 함)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(2)와, 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 샤워형으로 공급하기 위한 샤워 헤드(3)와, 처리 용기(1)의 내부를 배기하는 배기부(4)와, 샤워 헤드(3)에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구(5)와, 제어부(6)를 갖고 있다.
처리 용기(1)는, 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되고, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 처리 용기(1)의 측벽에는 웨이퍼(W)를 반입 또는 반출하기 위한 반입 반출구(11)가 형성되고, 반입 반출구(11)는 게이트 밸브(12)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 처리 용기(1)의 본체 위에는, 단면이 직사각형 형상을 이루는 원환형의 배기 덕트(13)가 설치되어 있다. 배기 덕트(13)에는, 내주면을 따라 슬릿(13a)이 형성되어 있다. 또한, 배기 덕트(13)의 외벽에는 배기구(13b)가 형성되어 있다. 배기 덕트(13)의 상면에는 처리 용기(1)의 상부 개구를 막도록 천장벽(14)이 설치되어 있다. 천장벽(14)과 배기 덕트(13) 사이는 시일 링(15)으로 기밀하게 밀봉되어 있다.
서셉터(2)는, 웨이퍼(W)에 대응한 크기의 원판 형상을 이루며, 지지 부재(23)에 지지되어 있다. 서셉터(2)는, 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹스 재료나, 알루미늄이나 니켈기 합금 등의 금속 재료로 구성되어 있고, 내부에 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(21)가 매립되어 있다. 히터(21)는 히터 전원(도시하지 않음)으로부터 급전되어 발열하도록 되어 있다. 그리고, 서셉터(2)의 상면의 웨이퍼 배치면 근방에 설치된 열전대(도시하지 않음)의 온도 신호에 의해 히터(21)의 출력을 제어함으로써, 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 제어하도록 되어 있다.
서셉터(2)에는, 웨이퍼 배치면의 외주 영역, 및 서셉터(2)의 측면을 덮도록 알루미나 등의 세라믹스로 이루어지는 커버 부재(22)가 설치되어 있다.
서셉터(2)를 지지하는 지지 부재(23)는, 서셉터(2)의 바닥면 중앙으로부터 처리 용기(1)의 바닥벽에 형성된 구멍부를 관통하여 처리 용기(1)의 하방으로 연장되고, 그 하단이 승강 기구(24)에 접속되어 있다. 승강 기구(24)에 의해 서셉터(2)가 지지 부재(23)를 통해, 도 1에서 도시된 처리 위치와, 그 하방의 일점 쇄선으로 도시된 웨이퍼의 반송이 가능한 반송 위치 사이에서 승강 가능하게 되어 있다. 또한, 지지 부재(23)의 처리 용기(1)의 하방에는, 플랜지부(25)가 부착되어 있고, 처리 용기(1)의 바닥면과 플랜지부(25) 사이에는, 처리 용기(1) 내의 분위기를 외기와 구획하고, 서셉터(2)의 승강 동작에 따라 신축하는 벨로우즈(26)가 설치되어 있다.
처리 용기(1)의 바닥면 근방에는, 승강판(27a)으로부터 상방으로 돌출하도록 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지핀(27)이 설치되어 있다. 웨이퍼 지지핀(27)은, 처리 용기(1)의 하방에 설치된 승강 기구(28)에 의해 승강판(27a)을 통해 승강 가능하게 되어 있고, 반송 위치에 있는 서셉터(2)에 형성된 관통 구멍(2a)에 삽입 관통되어 서셉터(2)의 상면에 대해 돌출 및 함몰 가능하게 되어 있다. 이와 같이 웨이퍼 지지핀(27)을 승강시킴으로써, 웨이퍼 반송 기구(도시하지 않음)와 서셉터(2) 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해진다.
샤워 헤드(3)는, 금속에 의해 형성되고, 서셉터(2)에 대향하도록 설치되어 있으며, 서셉터(2)와 거의 동일한 직경을 갖고 있다. 샤워 헤드(3)는, 처리 용기(1)의 천장벽(14)에 고정된 본체부(31)와, 본체부(31) 아래에 접속된 샤워 플레이트(32)를 갖고 있다. 본체부(31)와 샤워 플레이트(32) 사이에는 가스 확산 공간(33)이 형성되어 있고, 가스 확산 공간(33)에는, 본체부(31) 및 처리 용기(1)의 천장벽(14)의 중앙을 관통하도록 가스 도입 구멍(36)이 형성되어 있다. 샤워 플레이트(32)의 주연부(周緣部)에는 하방으로 돌출하는 환형 돌기부(34)가 형성되고, 샤워 플레이트(32)의 환형 돌기부(34)의 내측의 평탄면에는 가스 토출 구멍(35)이 형성되어 있다.
서셉터(2)가 처리 위치에 존재한 상태에서는, 샤워 플레이트(32)와 서셉터(2) 사이에 처리 공간(37)이 형성되고, 환형 돌기부(34)와 서셉터(2)의 커버 부재(22)의 상면이 근접하여 환형 간극(38)이 형성된다.
배기부(4)는, 배기 덕트(13)의 배기구(13b)에 접속된 배기 배관(41)과, 배기 배관(41)에 접속된, 진공 펌프나 압력 제어 밸브 등을 갖는 배기 기구(42)를 구비한다. 처리 시에는, 처리 용기(1) 내의 가스는 슬릿(13a)을 통해 배기 덕트(13)에 이르고, 배기 덕트(13)로부터 배기부(4)의 배기 기구(42)에 의해 배기 배관(41)을 지나 배기된다.
처리 가스 공급 기구(5)는, WCl6 가스 공급 기구(51), 제1 H2 가스 공급원(52), 제2 H2 가스 공급원(53), 제1 N2 가스 공급원(54), 제2 N2 가스 공급원(55), 및 SiH4 가스 공급원(56)을 갖는다. WCl6 가스 공급 기구(51)는, 원료 가스인 금속 염화물 가스로서의 WCl6 가스를 공급한다. 제1 H2 가스 공급원(52)은, 환원 가스로서의 H2 가스를 공급한다. 제2 H2 가스 공급원(53)은, 첨가 환원 가스로서의 H2 가스를 공급한다. 제1 N2 가스 공급원(54) 및 제2 N2 가스 공급원(55)은, 퍼지 가스인 N2 가스를 공급한다. SiH4 가스 공급원(56)은, SiH4 가스를 공급한다.
또한, 처리 가스 공급 기구(5)는, WCl6 가스 공급 라인(61), 제1 H2 가스 공급 라인(62), 제2 H2 가스 공급 라인(63), 제1 N2 가스 공급 라인(64), 제2 N2 가스 공급 라인(65), 및 SiH4 가스 공급 라인(63a)을 갖는다. WCl6 가스 공급 라인(61)은, WCl6 가스 공급 기구(51)로부터 연장되는 라인이다. 제1 H2 가스 공급 라인(62)은, 제1 H2 가스 공급원(52)으로부터 연장되는 라인이다. 제2 H2 가스 공급 라인(63)은, 제2 H2 가스 공급원(53)으로부터 연장되는 라인이다. 제1 N2 가스 공급 라인(64)은, 제1 N2 가스 공급원(54)으로부터 연장되고, WCl6 가스 공급 라인(61)측에 N2 가스를 공급하는 라인이다. 제2 N2 가스 공급 라인(65)은, 제2 N2 가스 공급원(55)으로부터 연장되고, 제1 H2 가스 공급 라인(62)측에 N2 가스를 공급하는 라인이다. SiH4 가스 공급 라인(63a)은, SiH4 가스 공급원(56)으로부터 연장되고, 제2 H2 가스 공급 라인(63)에 접속되도록 설치된 라인이다.
제1 N2 가스 공급 라인(64)은, ALD법에 의한 성막 중에 항상 N2 가스를 공급하는 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66)과, 퍼지 단계일 때만 N2 가스를 공급하는 제1 플래시 퍼지 라인(67)으로 분기되어 있다. 또한, 제2 N2 가스 공급 라인(65)은, ALD법에 의한 성막 중에 항상 N2 가스를 공급하는 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68)과, 퍼지 단계일 때만 N2 가스를 공급하는 제2 플래시 퍼지 라인(69)으로 분기되어 있다. 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66) 및 제1 플래시 퍼지 라인(67)은, 제1 접속 라인(70)에 접속되고, 제1 접속 라인(70)은 WCl6 가스 공급 라인(61)에 접속되어 있다. 또한, 제2 H2 가스 공급 라인(63), 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68), 및 제2 플래시 퍼지 라인(69)은, 제2 접속 라인(71)에 접속되고, 제2 접속 라인(71)은 제1 H2 가스 공급 라인(62)에 접속되어 있다. WCl6 가스 공급 라인(61) 및 제1 H2 가스 공급 라인(62)은, 합류 배관(72)에 합류하고 있고, 합류 배관(72)은, 전술한 가스 도입 구멍(36)에 접속되어 있다.
WCl6 가스 공급 라인(61), 제1 H2 가스 공급 라인(62), 제2 H2 가스 공급 라인(63), 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66), 제1 플래시 퍼지 라인(67), 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68), 및 제2 플래시 퍼지 라인(69)의 최하류측에는, 각각 ALD 시에 가스를 전환하기 위한 개폐 밸브(73, 74, 75, 76, 77, 78, 79)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(73, 74, 75, 76, 77, 78, 79)는, 고속으로 개폐 가능한 ALD 밸브이다. ALD 밸브는, 0.5초 이하의 간격으로 개폐 가능한 것이 바람직하고, 0.01초 이하의 간격으로 개폐 가능한 것이 보다 바람직하다. 또한, 제1 H2 가스 공급 라인(62), 제2 H2 가스 공급 라인(63), 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66), 제1 플래시 퍼지 라인(67), 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68), 및 제2 플래시 퍼지 라인(69)의 개폐 밸브의 상류측에는, 각각 유량 제어기로서의 매스 플로우 컨트롤러(82, 83, 84, 85, 86, 87)가 설치되어 있다. 매스 플로우 컨트롤러(83)는, 제2 H2 가스 공급 라인(63)에 있어서의 SiH4 가스 공급 라인(63a)의 합류점의 상류측에 설치되어 있고, 매스 플로우 컨트롤러(83)와 합류점 사이에는 개폐 밸브(88)가 설치되어 있다. 또한, SiH4 가스 공급 라인(63a)에는, 상류측으로부터 순서대로, 매스 플로우 컨트롤러(83a) 및 개폐 밸브(88a)가 설치되어 있다. 따라서, 제2 H2 가스 공급 라인(63)을 통해 H2 가스 및 SiH4 가스 중 어느 하나 또는 양방이 공급 가능하게 되어 있다. WCl6 가스 공급 라인(61) 및 제1 H2 가스 공급 라인(62)에는, 단시간에 필요한 가스의 공급이 가능하도록, 각각 버퍼 탱크(80, 81)가 설치되어 있다.
WCl6 가스 공급 기구(51)는, WCl6를 수용하는 원료 용기인 성막 원료 탱크(91)를 갖고 있다. WCl6는 상온에서 고체인 고체 원료이다. 성막 원료 탱크(91) 주위에는 히터(91a)가 설치되어 있고, 성막 원료 탱크(91) 내의 성막 원료를 적절한 온도로 가열하여, WCl6를 승화시키도록 되어 있다. 성막 원료 탱크(91) 내에는 전술한 WCl6 가스 공급 라인(61)이 상방으로부터 삽입되어 있다.
또한, WCl6 가스 공급 기구(51)는, 성막 원료 탱크(91) 내에 상방으로부터 삽입된 캐리어 가스 배관(92)과, 캐리어 가스 배관(92)에 캐리어 가스인 N2 가스를 공급하기 위한 캐리어 N2 가스 공급원(93)과, 캐리어 가스 배관(92)에 접속된, 유량 제어기로서의 매스 플로우 컨트롤러(94), 및 매스 플로우 컨트롤러(94)의 하류측의 개폐 밸브(95a 및 95b)와, WCl6 가스 공급 라인(61)의 성막 원료 탱크(91)의 근방에 설치된, 개폐 밸브(96a 및 96b), 및 유량계(97)를 갖고 있다. 캐리어 가스 배관(92)에 있어서, 개폐 밸브(95a)는 매스 플로우 컨트롤러(94)의 바로 아래 위치에 설치되고, 개폐 밸브(95b)는 캐리어 가스 배관(92)의 삽입단측에 설치되어 있다. 또한, 개폐 밸브(96a 및 96b), 및 유량계(97)는, WCl6 가스 공급 라인(61)의 삽입단으로부터 개폐 밸브(96a), 개폐 밸브(96b), 유량계(97)의 순으로 배치되어 있다.
캐리어 가스 배관(92)의 개폐 밸브(95a)와 개폐 밸브(95b) 사이의 위치, 및 WCl6 가스 공급 라인(61)의 개폐 밸브(96a)와 개폐 밸브(96b) 사이의 위치를 연결하도록, 바이패스 배관(98)이 설치되고, 바이패스 배관(98)에는 개폐 밸브(99)가 개재되어 설치되어 있다. 개폐 밸브(95b, 96a)를 폐쇄하고 개폐 밸브(99, 95a, 96b)를 개방함으로써, 캐리어 N2 가스 공급원(93)으로부터 공급되는 N2 가스가 캐리어 가스 배관(92), 바이패스 배관(98)을 거쳐, WCl6 가스 공급 라인(61)에 공급된다. 이에 의해, WCl6 가스 공급 라인(61)을 퍼지하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, WCl6 가스 공급 라인(61)에 있어서의 유량계(97)의 상류측에는, 희석 가스인 N2 가스를 공급하는 희석 N2 가스 공급 라인(100)의 하류측의 단부가 합류하고 있다. 희석 N2 가스 공급 라인(100)의 상류측의 단부에는, N2 가스의 공급원인 희석 N2 가스 공급원(101)이 설치되어 있다. 희석 N2 가스 공급 라인(100)에는, 상류측으로부터 매스 플로우 컨트롤러(102)와, 개폐 밸브(103)가 개재되어 설치되어 있다.
WCl6 가스 공급 라인(61)에 있어서의 버퍼 탱크(80)와 개폐 밸브(73) 사이에는, 이배큐에이션 라인(Evacuation Line)(104)의 일단이 접속되고, 이배큐에이션 라인(104)의 타단은 배기 배관(41)에 접속되어 있다. 이에 의해, 이배큐에이션 라인(104)을 통해 버퍼 탱크(80) 내부를 배기 기구(42)에 의해 배기할 수 있게 되어 있다.
이배큐에이션 라인(104)에는, 상류측으로부터 개폐 밸브(105)와, 오리피스(107)와, 개폐 밸브(106)가 개재되어 설치되어 있다.
개폐 밸브(105)는, 고속으로 개폐 가능한 ALD 밸브이다. ALD 밸브는, 0.5초 이하의 간격으로 개폐 가능한 것이 바람직하고, 0.01초 이하의 간격으로 개폐 가능한 것이 보다 바람직하다. 개폐 밸브(105)의 개폐 동작에 의해, 성막 원료 탱크(91)로부터 공급되는 WCl6 가스를 이배큐에이션 라인(104)에 간헐적으로 공급할 수 있다. 개폐 밸브(105)는, 개폐 밸브(73)와 동일 또는 대략 동일한 속도로 개폐 가능한 밸브인 것이 바람직하다. 이에 의해, 성막 원료 탱크(91)로부터 개폐 밸브(73)를 통해 처리 공간(37)에 공급되는 WCl6 가스와 동일한 주기로, 이배큐에이션 라인(104)에 WCl6 가스를 공급·배기할 수 있다.
오리피스(107)는, 개폐 밸브(105)와 개폐 밸브(106) 사이에 마련되어 있다. 오리피스(107)는, 이배큐에이션 라인(104) 내의 압력을, 프로세스 시의 처리 용기(1) 내의 압력에 근접시키기 위해서 마련되어 있다.
개폐 밸브(106)는, 오리피스(107)의 하류측에 설치되어 있다. 개폐 밸브(106)를 개방함으로써, 이배큐에이션 라인(104) 내부가 배기 기구(42)에 의해 배기된다.
이배큐에이션 라인(104)에 있어서의 개폐 밸브(105)의 하류측, 또한 오리피스(107)의 상류측에는, 이배큐에이션 라인(104)에 압력 조정용 가스를 공급하는 압력 조정용 가스 공급 라인(110)의 하류측의 단부가 합류하고 있다. 압력 조정용 가스 공급 라인(110)의 상류측의 단부에는, 압력 조정용 가스의 공급원인 압력 조정용 가스 공급원(111)이 설치되어 있다. 압력 조정용 가스 공급 라인(110)에는, 상류측으로부터 매스 플로우 컨트롤러(112)와, 개폐 밸브(113)가 개재되어 설치되어 있다. 압력 조정용 가스 공급원(111)으로부터 공급되고, 매스 플로우 컨트롤러(112)에 의해 유량이 조정된 압력 조정용 가스는, 압력 조정용 가스 공급 라인(110)을 통해 이배큐에이션 라인(104)에 공급된다. 압력 조정용 가스는, 예컨대 N2 가스여도 좋다.
제어부(6)는, 각 구성부, 구체적으로는 밸브, 전원, 히터, 펌프 등을 제어하는 마이크로 프로세서(컴퓨터)를 구비한 프로세스 컨트롤러와, 사용자 인터페이스와, 기억부를 갖고 있다. 프로세스 컨트롤러에는 성막 장치의 각 구성부가 전기적으로 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 사용자 인터페이스는, 프로세스 컨트롤러에 접속되어 있고, 오퍼레이터가 성막 장치의 각 구성부를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 성막 장치의 각 구성부의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어져 있다. 기억부도 프로세스 컨트롤러에 접속되어 있다. 기억부에는, 성막 장치에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 성막 장치의 각 구성부에 소정의 처리를 실행시키기 위한 제어 프로그램, 즉 처리 레시피나, 각종 데이터베이스 등이 저장되어 있다. 처리 레시피는 기억부 중의 기억 매체(도시하지 않음)에 기억되어 있다. 기억 매체는, 하드 디스크 등의 고정적으로 설치되어 있는 것이어도 좋고, CDROM, DVD, 반도체 메모리 등의 가반성(可搬性)의 것이어도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해 레시피를 적절히 전송시키도록 해도 좋다. 필요에 따라, 사용자 인터페이스로부터의 지시 등으로 소정의 처리 레시피를 기억부로부터 불러내어 프로세스 컨트롤러에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러의 제어하에, 성막 장치에서의 원하는 처리가 행해진다.
다음으로, 도 1에 도시된 제1 실시형태의 성막 장치를 이용하여, ALD법에 의해 텅스텐막을 성막하는 경우를 예로 들어, WCl6 가스의 공급 방법에 대해 설명한다. 제1 실시형태의 가스 공급 방법은, 처리 용기(1) 내에 WCl6 가스를 공급하여 웨이퍼(W)에 텅스텐막을 성막하기 전에, 이배큐에이션 라인(104)에 WCl6 가스를 간헐적으로 공급하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 처리 용기(1) 내에 공급하는 WCl6 가스의 초기 유량을 단시간에 안정화시킬 수 있다. 이하, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 텅스텐막의 성막 방법의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 텅스텐막의 성막 방법은, 반입 공정 S10과, 초기 유량 안정화 공정 S20과, 성막 공정 S30을 포함한다.
반입 공정 S10은, 처리 용기(1) 내에 웨이퍼(W)를 반입하는 공정이다. 반입 공정 S10에서는, 서셉터(2)를 반송 위치로 하강시킨 상태에서 게이트 밸브(12)를 개방하여, 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼(W)를, 반입 반출구(11)를 통해 처리 용기(1) 내에 반입하고, 히터(21)에 의해 소정 온도로 가열된 서셉터(2) 상에 배치한다. 계속해서, 서셉터(2)를 처리 위치까지 상승시키고, 처리 용기(1) 내부를 소정 압력까지 감압한다. 그 후, 개폐 밸브(76, 78)를 개방하고, 개폐 밸브(73, 74, 75, 77, 79)를 폐쇄한다. 이에 의해, 제1 N2 가스 공급원(54) 및 제2 N2 가스 공급원(55)으로부터, 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66) 및 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68)을 거쳐 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급하여 압력을 상승시키고, 서셉터(2) 상의 웨이퍼(W)의 온도를 안정시킨다. 웨이퍼(W)로서는, 트렌치나 홀 등의 오목부를 갖는 실리콘막의 표면에 하지막(下地膜)이 형성된 것을 이용할 수 있다. 하지막으로서는, TiN막, TiSiN막, Ti 실리사이드막, Ti막, TiO막, TiAlN막 등의 티탄계 재료막을 들 수 있다. 또한, 하지막으로서는, WN막, WSix막, WSiN막 등의 텅스텐계 화합물막을 들 수도 있다. 하지막을 실리콘막의 표면에 형성함으로써, 텅스텐막을 양호한 밀착성으로 성막할 수 있다. 또한, 인큐베이션 시간을 짧게 할 수 있다.
초기 유량 안정화 공정 S20은, 이배큐에이션 라인(104)에 WCl6 가스를 간헐적으로 공급하는 공정이며, 반입 공정 S10이 개시된 후에 실행된다. 초기 유량 안정화 공정 S20에서는, 먼저, WCl6 가스 공급 라인(61)에 WCl6 가스를 공급하여, 버퍼 탱크(80) 내에 WCl6 가스를 충전시킨다. 구체적으로는, 개폐 밸브(73, 105)를 폐쇄한 상태에서, 개폐 밸브(95a, 95b, 96a, 96b)를 개방함으로써, 캐리어 N2 가스 공급원(93) 및 성막 원료 탱크(91)로부터 WCl6 가스 공급 라인(61)에 각각 N2 가스 및 WCl6 가스를 공급한다. 또한, 개폐 밸브(103)를 개방함으로써, 희석 N2 가스 공급 라인(100)으로부터 WCl6 가스 공급 라인(61)에 N2 가스를 공급한다. WCl6 가스 공급 라인(61)에 공급된 WCl6 가스 및 N2 가스는, 버퍼 탱크(80) 내에 충전된다. 버퍼 탱크(80) 내에 WCl6 가스 및 N2 가스가 충전된 후, 이배큐에이션 라인(104)에 WCl6 가스 및 N2 가스를 간헐적으로 공급한다. 구체적으로는, 개폐 밸브(73)를 폐지(閉止)한 상태에서 개폐 밸브(105)를 고속으로 개폐 동작시킴으로써, 이배큐에이션 라인(104)에 WCl6 가스 및 N2 가스를 간헐적으로 공급한다. 또한, 개폐 밸브(106)를 개방하여, 이배큐에이션 라인(104)에 공급되는 WCl6 가스 및 N2 가스를, 오리피스(107)를 통해 배기 기구(42)에 의해 배기한다. 이에 의해, 성막 공정 S30에 앞서, 처리 용기(1) 내에 WCl6 가스 및 N2 가스를 공급하지 않고서, 성막 공정 S30과 대략 동등한 가스 공급 환경을 실현할 수 있기 때문에, 성막 공정 S30의 개시 시에 있어서의 WCl6 가스의 유량을 단시간에 안정화시킬 수 있다. 개폐 밸브(105)의 개폐 타이밍은, 성막 공정 S30에 있어서의 개폐 밸브(73)의 개폐 타이밍과 동일 또는 대략 동일한 것이 바람직하다. 이에 의해, 성막 공정 S30에 있어서의 가스 공급 환경을 높은 정밀도로 실현할 수 있다.
또한, 초기 유량 안정화 공정 S20에서는, 이배큐에이션 라인(104) 내의 압력을 성막 중의 처리 공간(37)의 압력에 보다 근접시키기 위해서, 개폐 밸브(113)를 개방하여 압력 조정용 가스 공급원(111)으로부터 이배큐에이션 라인(104)에 압력 조정용 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이때, 매스 플로우 컨트롤러(112)에 의해, 이배큐에이션 라인(104) 내의 압력이 성막 중의 처리 공간(37)의 압력과 대략 동일하게 되도록, 이배큐에이션 라인(104)에 공급하는 압력 조정용 가스의 유량을 조정하는 것이 바람직하다.
성막 공정 S30은, 웨이퍼(W)에 텅스텐막을 성막하는 공정이며, 초기 유량 안정화 공정 S20이 종료된 후에 실행된다. 성막 공정 S30에서는, 처리 용기(1) 내의 서셉터(2) 상에 배치된 웨이퍼(W) 위에, ALD법에 의해 텅스텐막을 성막한다. 도 3은 성막 공정 S30에 있어서의 가스 공급 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 성막 공정 S30에서는, 원료 가스 공급 단계 S31과, 퍼지 단계 S32와, 환원 가스 공급 단계 S33과, 퍼지 단계 S34를 포함하는 일련의 동작을 1사이클로 하고, 사이클수를 제어함으로써 원하는 막 두께의 텅스텐막을 성막한다.
원료 가스 공급 단계 S31은, 원료 가스인 WCl6 가스를 처리 공간(37)에 공급하는 단계이다. 원료 가스 공급 단계 S31에서는, 먼저, 개폐 밸브(76, 78)를 개방한 상태에서, 제1 N2 가스 공급원(54) 및 제2 N2 가스 공급원(55)으로부터, 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66) 및 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68)을 거쳐 N2 가스를 계속 공급한다. 또한, 개폐 밸브(73)를 개방함으로써, WCl6 가스 공급 기구(51)로부터 WCl6 가스 공급 라인(61)을 거쳐 WCl6 가스를 처리 공간(37)에 공급한다. 이때, 버퍼 탱크(80)에 일단 저류되고, 초기 유량 안정화 공정 S20에 의해 안정화된 유량의 WCl6 가스가 공급된다. 또한, 원료 가스 공급 단계 S31에서는, 제2 H2 가스 공급원(53)으로부터 연장되는 제2 H2 가스 공급 라인(63)을 거쳐 첨가 환원 가스로서 H2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급해도 좋다. 원료 가스 공급 단계 S31에 있어서 WCl6 가스와 동시에 환원 가스를 공급함으로써, 공급된 WCl6 가스가 활성화되어, 그 후의 환원 가스 공급 단계 S33 시의 성막 반응이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 높은 스텝 커버리지를 유지하고, 또한 1사이클당의 퇴적막 두께를 두껍게 하여 성막 속도를 크게 할 수 있다. 첨가 환원 가스의 유량으로서는, 원료 가스 공급 단계 S31에 있어서 CVD 반응이 발생하지 않을 정도의 유량으로 할 수 있다.
퍼지 단계 S32는, 처리 공간(37)의 잉여의 WCl6 가스 등을 퍼지하는 단계이다. 퍼지 단계 S32에서는, 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66) 및 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68)을 통한 N2 가스의 공급을 계속한 상태에서, 개폐 밸브(73)를 폐쇄하여 WCl6 가스의 공급을 정지한다. 또한, 개폐 밸브(77, 79)를 개방함으로써, 제1 플래시 퍼지 라인(67) 및 제2 플래시 퍼지 라인(69)으로부터도 N2 가스(플래시 퍼지 N2 가스)를 공급하여, 대유량의 N2 가스에 의해, 처리 공간(37)의 잉여의 WCl6 가스 등을 퍼지한다.
환원 가스 공급 단계 S33은, 환원 가스인 H2 가스를 처리 공간(37)에 공급하는 단계이다. 환원 가스 공급 단계 S33에서는, 개폐 밸브(77, 79)를 폐쇄하여 제1 플래시 퍼지 라인(67) 및 제2 플래시 퍼지 라인(69)으로부터의 N2 가스의 공급을 정지한다. 또한, 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66) 및 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68)을 통한 N2 가스의 공급을 계속한 상태에서, 개폐 밸브(74)를 개방한다. 이에 의해, 제1 H2 가스 공급원(52)으로부터 제1 H2 가스 공급 라인(62)을 거쳐 환원 가스로서의 H2 가스를 처리 공간(37)에 공급한다. 이때, H2 가스는, 버퍼 탱크(81)에 일단 저류된 후에 처리 용기(1) 내에 공급된다. 환원 가스 공급 단계 S33에 의해, 웨이퍼(W) 상에 흡착한 WCl6 가스가 환원된다. 이때의 H2 가스의 유량은, 충분히 환원 반응이 발생하는 양으로 할 수 있다.
퍼지 단계 S34는, 처리 공간(37)의 잉여의 H2 가스를 퍼지하는 단계이다. 퍼지 단계 S34에서는, 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66) 및 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68)을 통한 N2 가스의 공급을 계속한 상태에서, 개폐 밸브(74)를 폐쇄하여 제1 H2 가스 공급 라인(62)으로부터의 H2 가스의 공급을 정지한다. 또한, 개폐 밸브(77, 79)를 개방하여, 제1 플래시 퍼지 라인(67) 및 제2 플래시 퍼지 라인(69)으로부터도 N2 가스(플래시 퍼지 N2 가스)를 공급하여, 대유량의 N2 가스에 의해, 처리 공간(37)의 잉여의 H2 가스를 퍼지한다.
이상으로 설명한 원료 가스 공급 단계 S31과, 퍼지 단계 S32와, 환원 가스 공급 단계 S33과, 퍼지 단계 S34를 포함하는 일련의 동작을 1사이클로 하고, 사이클수를 제어함으로써, 원하는 막 두께의 텅스텐막을 성막할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 제1 실시형태의 가스 공급 장치는, 버퍼 탱크(80)의 2차측에 접속되고, 버퍼 탱크(80) 내부를 배기할 수 있는 이배큐에이션 라인(104)과, 이배큐에이션 라인(104)에 설치된 개폐 밸브(105)를 갖는다. 이에 의해, 처리 용기(1) 내에 WCl6 가스를 공급하여 웨이퍼(W)에 텅스텐막을 성막하기 전에, 이배큐에이션 라인(104)에 WCl6 가스를 간헐적으로 공급할 수 있다. 그 결과, 버퍼 탱크(80) 내의 압력과 성막 원료 탱크(91) 내의 압력을 성막 시와 동등한 압력으로 할 수 있기 때문에, 성막 개시 시에 처리 용기(1) 내에 공급하는 WCl6 가스의 초기 유량을 단시간에 안정화시킬 수 있다.
한편, 상기한 예에서는, 반입 공정 S10이 개시된 후, 초기 유량 안정화 공정 S20을 개시하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 초기 유량 안정화 공정 S20을 개시하는 타이밍은, 성막 공정 S30 전이면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 반입 공정 S10의 개시와 동시에, 초기 유량 안정화 공정 S20을 개시해도 좋다. 반입 공정 S10의 개시와 동시에 초기 유량 안정화 공정 S20을 개시함으로써, 반입 공정 S10과 초기 유량 안정화 공정 S20을 동시에 진행시킬 수 있기 때문에, 성막 공정 S30을 개시하기까지의 시간을 단축할 수 있고, 생산성이 향상된다.
〔제2 실시형태〕
제2 실시형태의 가스 공급 장치를 구비하는 성막 장치에 대해 설명한다. 도 4는 제2 실시형태의 가스 공급 장치를 구비하는 성막 장치의 개략 단면도이다. 제2 실시형태의 성막 장치는, 개폐 밸브(105)의 2차측에, 도 1에 도시된 오리피스(107)를 대신하여, 버퍼 탱크(109), 압력계(109a), 및 자동 압력 제어(APC: Auto Pressure Control) 밸브(108)가 설치되어 있다. 한편, 그 외의 구성에 대해서는, 제1 실시형태와 동일한 구성으로 할 수 있기 때문에, 이하에서는 제1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
이배큐에이션 라인(104)에는, 상류측으로부터 개폐 밸브(105)와, 버퍼 탱크(109)와, APC 밸브(108)와, 개폐 밸브(106)가 개재되어 설치되어 있다.
개폐 밸브(105)는, 고속으로 개폐 가능한 ALD 밸브이다. ALD 밸브는, 0.5초 이하의 간격으로 개폐 가능한 것이 바람직하고, 0.01초 이하의 간격으로 개폐 가능한 것이 보다 바람직하다. 개폐 밸브(105)의 개폐 동작에 의해, 성막 원료 탱크(91)로부터 공급되는 WCl6 가스를 이배큐에이션 라인(104)에 간헐적으로 공급할 수 있다. 개폐 밸브(105)는, 개폐 밸브(73)와 동일 또는 대략 동일한 속도로 개폐 가능한 밸브인 것이 바람직하다. 이에 의해, 성막 원료 탱크(91)로부터 개폐 밸브(73)를 통해 처리 공간(37)에 공급되는 WCl6 가스와 동일한 주기로, 이배큐에이션 라인(104)에 WCl6 가스를 공급할 수 있다.
버퍼 탱크(109)는, 이배큐에이션 라인(104)에 공급되는 WCl6 가스 및 N2 가스를 저류한다. 버퍼 탱크(109)를 설치함으로써, 이배큐에이션 라인(104)의 용적을, 처리 공간(37)의 용적에 근접시킬 수 있다. 버퍼 탱크(109)에는, 버퍼 탱크(109) 내의 압력을 검출하는 압력계(109a)가 설치되어 있다. 압력계(109a)는, 예컨대 커패시턴스 마노미터여도 좋다.
APC 밸브(108)는, 압력계(109a)에 의해 검출되는 압력에 기초하여, 자동적으로 개방도를 조절하는 밸브이다. 예컨대, 압력계(109a)에 의해 검출되는 압력이 미리 정해지는 소정 압력보다 낮은 경우, APC 밸브(108)는 그 개방도가 작아지도록 조절된다. 한편, 압력계(109a)에 의해 검출되는 압력이 미리 정해지는 소정 압력보다 높은 경우, APC 밸브(108)는 그 개방도가 커지도록 조절된다. 소정 압력은, 예컨대 성막 중의 처리 공간(37)의 압력이어도 좋다.
개폐 밸브(106)는, APC 밸브(108)의 하류측에 설치되어 있다. 개폐 밸브(106)를 개방함으로써, 이배큐에이션 라인(104) 내부가 배기 기구(42)에 의해 배기된다.
이배큐에이션 라인(104)에 있어서의 개폐 밸브(105)의 하류측, 또한 버퍼 탱크(109)의 상류측에는, 이배큐에이션 라인(104)에 압력 조정용 가스를 공급하는 압력 조정용 가스 공급 라인(110)의 하류측의 단부가 합류하고 있다. 압력 조정용 가스 공급 라인(110)의 상류측의 단부에는, 압력 조정용 가스의 공급원인 압력 조정용 가스 공급원(111)이 설치되어 있다. 압력 조정용 가스 공급 라인(110)에는, 상류측으로부터 매스 플로우 컨트롤러(112)와, 개폐 밸브(113)가 개재되어 설치되어 있다. 압력 조정용 가스 공급원(111)으로부터 공급되고, 매스 플로우 컨트롤러(112)에 의해 유량이 조정된 압력 조정용 가스는, 압력 조정용 가스 공급 라인(110)을 지나 이배큐에이션 라인(104)에 공급된다. 압력 조정용 가스는, 예컨대 N2 가스여도 좋다.
다음으로, 도 4에 도시된 제2 실시형태의 성막 장치를 이용하여, ALD법에 의해 텅스텐막을 성막하는 경우를 예로 들어, WCl6 가스의 공급 방법에 대해 설명한다. 제2 실시형태의 가스 공급 방법은, 처리 용기(1) 내에 WCl6 가스를 공급하여 웨이퍼(W)에 텅스텐막을 성막하기 전에, 이배큐에이션 라인(104)에 WCl6 가스를 간헐적으로 공급하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 처리 용기(1) 내에 공급하는 WCl6 가스의 초기 유량을 단시간에 안정화시킬 수 있다. 이하, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 텅스텐막의 성막 방법의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 텅스텐막의 성막 방법은, 반입 공정 S110과, 초기 유량 안정화 공정 S120과, 성막 공정 S130을 포함한다.
반입 공정 S110은, 처리 용기(1) 내에 웨이퍼(W)를 반입하는 공정이다. 반입 공정 S110은, 제1 실시형태의 텅스텐막의 성막 방법에 있어서의 반입 공정 S10과 동일하게 할 수 있다.
초기 유량 안정화 공정 S120은, 이배큐에이션 라인(104)에 WCl6 가스를 간헐적으로 공급하는 공정이며, 반입 공정 S110이 개시된 후에 실행된다. 초기 유량 안정화 공정 S120에서는, 먼저, WCl6 가스 공급 라인(61)에 WCl6 가스를 공급하여, 버퍼 탱크(80) 내에 WCl6 가스를 충전시킨다. 구체적으로는, 개폐 밸브(73, 105)를 폐쇄한 상태에서, 개폐 밸브(95a, 95b, 96a, 96b)를 개방함으로써, 캐리어 N2 가스 공급원(93) 및 성막 원료 탱크(91)로부터 WCl6 가스 공급 라인(61)에 각각 N2 가스 및 WCl6 가스를 공급한다. 또한, 개폐 밸브(103)를 개방함으로써, 희석 N2 가스 공급 라인(100)으로부터 WCl6 가스 공급 라인(61)에 N2 가스를 공급한다. WCl6 가스 공급 라인(61)에 공급된 WCl6 가스 및 N2 가스는, 버퍼 탱크(80) 내에 충전된다. 버퍼 탱크(80) 내에 WCl6 가스 및 N2 가스가 충전된 후, 이배큐에이션 라인(104)에 WCl6 가스 및 N2 가스를 간헐적으로 공급한다. 구체적으로는, 개폐 밸브(73)를 폐지한 상태에서 개폐 밸브(105)를 고속으로 개폐 동작시킴으로써, 이배큐에이션 라인(104)에 WCl6 가스 및 N2 가스를 간헐적으로 공급한다. 또한, 개폐 밸브(106)를 개방하여, 이배큐에이션 라인(104)에 공급되는 WCl6 가스 및 N2 가스를, 버퍼 탱크(109) 및 APC 밸브(108)를 통해 배기 기구(42)에 의해 배기한다. 이때, APC 밸브(108)의 개방도는, 압력계(109a)에 의해 검출되는 압력에 기초하여, 자동적으로 조절된다. 구체적으로는, APC 밸브(108)의 개방도는, 압력계(109a)에 의해 검출되는 압력이 미리 정해진 소정 압력, 예컨대 성막 중의 처리 공간(37)의 압력이 되도록 자동적으로 제어된다. 이에 의해, 성막 공정 S130에 앞서, 처리 용기(1) 내에 WCl6 가스 및 N2 가스를 공급하지 않고서, 성막 공정 S130과 대략 동등한 가스 공급 환경을 실현할 수 있기 때문에, 성막 공정 S130의 개시 시의 WCl6 가스의 유량을 단시간에 안정화시킬 수 있다. 개폐 밸브(105)의 개폐 타이밍은, 성막 공정 S130에 있어서의 개폐 밸브(73)의 개폐 타이밍과 동일 또는 대략 동일한 것이 바람직하다. 이에 의해, 성막 공정 S130에 있어서의 가스 공급 환경을 높은 정밀도로 실현할 수 있다.
또한, 초기 유량 안정화 공정 S120에서는, 이배큐에이션 라인(104) 내의 압력을 성막 중의 처리 공간(37)의 압력에 보다 근접시키기 위해서, 개폐 밸브(113)를 개방하여 압력 조정용 가스 공급원(111)으로부터 이배큐에이션 라인(104)에 압력 조정용 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이때, 매스 플로우 컨트롤러(112)에 의해, 이배큐에이션 라인(104) 내의 압력이나 버퍼 탱크(109) 내의 압력이 성막 중의 처리 공간(37)의 압력과 대략 동일하게 되도록, 이배큐에이션 라인(104)에 공급하는 압력 조정용 가스의 유량을 조정하는 것이 바람직하다.
성막 공정 S130은, 웨이퍼(W)에 텅스텐막을 성막하는 공정이며, 초기 유량 안정화 공정 S120이 종료된 후에 실행된다. 성막 공정 S130은, 제1 실시형태의 텅스텐막의 성막 방법에 있어서의 성막 공정 S30과 동일하게 할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 제2 실시형태의 가스 공급 장치는, 버퍼 탱크(80)의 2차측에 접속되고, 버퍼 탱크(80) 내부를 배기할 수 있는 이배큐에이션 라인(104)과, 이배큐에이션 라인(104)에 설치된 개폐 밸브(105)를 갖는다. 이에 의해, 처리 용기(1) 내에 WCl6 가스를 공급하여 웨이퍼(W)에 텅스텐막을 성막하기 전에, 이배큐에이션 라인(104)에 WCl6 가스를 간헐적으로 공급할 수 있다. 그 결과, 버퍼 탱크(80) 내의 압력과 성막 원료 탱크(91) 내의 압력을 성막 시와 동등한 압력으로 할 수 있기 때문에, 성막 개시 시에 처리 용기(1) 내에 공급하는 WCl6 가스의 초기 유량을 단시간에 안정화시킬 수 있다.
특히, 제2 실시형태에서는, APC 밸브(108)에 의해, 이배큐에이션 라인(104)에 개재되어 설치된 버퍼 탱크(109) 내의 압력이 성막 중의 처리 공간(37)의 압력이 되도록 조절된다. 이에 의해, 성막 공정 S130에 앞서, 성막 공정 S130에 있어서의 처리 공간(37)의 가스 공급 환경을 높은 정밀도로 실현할 수 있다. 그 때문에, 성막 공정 S130의 개시 시의 WCl6 가스의 유량을, 제1 실시형태보다 단시간에 안정화시킬 수 있다.
한편, 상기한 예에서는, 반입 공정 S110을 개시하고 나서 초기 유량 안정화 공정 S120을 개시하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 초기 유량 안정화 공정 S120을 개시하는 타이밍은, 성막 공정 S130 전이면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 반입 공정 S110의 개시와 동시에, 초기 유량 안정화 공정 S120을 개시해도 좋다. 반입 공정 S110의 개시와 동시에 초기 유량 안정화 공정 S120을 개시함으로써, 반입 공정 S110과 초기 유량 안정화 공정 S120을 동시에 진행시킬 수 있기 때문에, 성막 공정 S130을 개시하기까지의 시간을 단축할 수 있고, 생산성이 향상된다.
한편, 상기한 각 실시형태에 있어서, 개폐 밸브(73) 및 개폐 밸브(105)는, 각각 제1 고속 개폐 밸브 및 제2 고속 개폐 밸브의 일례이다.
이상, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 설명하였으나, 상기 내용은, 발명의 내용을 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 변형 및 개량이 가능하다.
상기한 실시형태에서는, 금속 염화물 가스로서 WCl6 가스를 이용하여 텅스텐막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 금속 염화물 가스와 환원 가스를 교대로 공급하여 금속막을 성막하는 경우이면 본 발명을 적용할 수 있다. 금속 염화물 가스로서는, WCl5 가스 등의 다른 염화텅스텐 가스를 이용할 수 있고, WCl5 가스를 이용해도 WCl6 가스와 거의 동일한 거동을 나타낸다. WCl5 가스를 이용하는 경우, 성막 원료로서는 상온에서 고체인 WCl5를 사용할 수 있다. 또한, 예컨대 염화몰리브덴 가스와 환원 가스를 이용하여 몰리브덴막을 성막하는 경우나, 염화탄탈 가스와 환원 가스를 이용하여 탄탈막을 성막하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이들의 경우, 성막 원료로서는 상온에서 고체인 염화몰리브덴이나 염화탄탈을 사용할 수 있다. 또한, 상기한 실시형태에서는, 고체 원료를 승화시킨 것을 원료 가스로 사용하였으나, 액체 원료를 기화시킨 것을 원료 가스로 사용할 수도 있다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 환원 가스로서 H2 가스를 이용하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 수소를 포함하는 환원성 가스이면 되고, H2 가스 외에, SiH4 가스, B2H6 가스, NH3 가스 등을 이용할 수도 있다. H2 가스, SiH4 가스, B2H6 가스, 및 NH3 가스 중 2개 이상을 공급할 수 있도록 해도 좋다. 또한, 이들 이외의 다른 환원 가스, 예컨대 PH3 가스, SiH2Cl2 가스를 이용해도 좋다. 막 중의 불순물을 보다 저감하여 저저항값을 얻는 관점에서는, H2 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 퍼지 가스 및 캐리어 가스로서 N2 가스 대신에 Ar 가스 등의 다른 불활성 가스를 이용할 수도 있다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 기판으로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명하였으나, 반도체 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼여도 좋고, GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 웨이퍼여도 좋다. 또한, 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 액정 표시 장치 등의 FPD(플랫 패널 디스플레이)에 이용하는 유리 기판이나, 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
1: 처리 용기 5: 처리 가스 공급 기구
51: WCl6 가스 공급 기구 73: 개폐 밸브
80: 버퍼 탱크 104: 이배큐에이션 라인
105: 개폐 밸브 107: 오리피스
108: APC 밸브 109: 버퍼 탱크
109a: 압력계 110: 압력 조정용 가스 공급 라인
111: 압력 조정용 가스 공급원 112: 매스 플로우 컨트롤러
113: 개폐 밸브 W: 웨이퍼

Claims (7)

  1. 원료 가스를 버퍼 탱크 및 제1 고속 개폐 밸브를 통해 처리 용기 내에 간헐적으로 공급할 수 있는 가스 공급 장치에 있어서,
    상기 버퍼 탱크와 상기 처리 용기 사이에 접속되고 상기 제1 고속 개폐 밸브가 설치된 원료 가스 공급 라인과,
    상기 버퍼 탱크의 2차측에 접속되고, 상기 버퍼 탱크 내부를 배기할 수 있는 이배큐에이션 라인(evacuation line)과,
    상기 이배큐에이션 라인에 설치된 제2 고속 개폐 밸브
    를 갖고,
    상기 제1 고속 개폐 밸브와 상기 제2 고속 개폐 밸브는 상기 원료 가스 공급 라인과 상기 이배큐에이션 라인에 각각 병렬적으로 접속되어 있고,
    상기 처리 용기 내에 상기 원료 가스를 공급하기 전에, 상기 제2 고속 개폐 밸브를 개폐 동작시킴으로써, 상기 이배큐에이션 라인에 상기 원료 가스를 간헐적으로 공급하여, 상기 버퍼 탱크 내의 압력을 성막 시의 상기 처리 용기 내의 압력에 근접시킬 수 있는 것인 가스 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 고속 개폐 밸브의 2차측에는, 오리피스가 마련되는 가스 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 고속 개폐 밸브의 2차측에는, 상기 이배큐에이션 라인의 압력을 검출하는 압력계와, 상기 압력계에 의해 검출되는 압력에 기초하여 개방도가 조정되는 압력 제어 밸브가 설치되는 가스 공급 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 고속 개폐 밸브의 2차측에는, 상기 이배큐에이션 라인에 공급되는 상기 원료 가스를 저류하는 버퍼 탱크가 설치되는 가스 공급 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 고속 개폐 밸브의 2차측에는, 상기 이배큐에이션 라인에 압력 조정용 가스를 공급하는 압력 조정용 가스 공급 라인이 접속되는 가스 공급 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 고속 개폐 밸브는, 상기 제1 고속 개폐 밸브와 동일한 속도로 개폐 가능한 것인 가스 공급 장치.
  7. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에, 버퍼 탱크 및 제1 고속 개폐 밸브를 통해 원료 가스를 간헐적으로 공급할 수 있는 가스 공급 장치
    를 구비하고,
    상기 가스 공급 장치는,
    상기 버퍼 탱크와 상기 처리 용기 사이에 접속되고 상기 제1 고속 개폐 밸브가 설치된 원료 가스 공급 라인과,
    상기 버퍼 탱크의 2차측에 접속되고, 상기 버퍼 탱크 내부를 배기할 수 있는 이배큐에이션 라인과,
    상기 이배큐에이션 라인에 설치된 제2 고속 개폐 밸브
    를 갖고,
    상기 제1 고속 개폐 밸브와 상기 제2 고속 개폐 밸브는 상기 원료 가스 공급 라인과 상기 이배큐에이션 라인에 각각 병렬적으로 접속되어 있고,
    상기 처리 용기 내에 상기 원료 가스를 공급하기 전에, 상기 제2 고속 개폐 밸브를 개폐 동작시킴으로써, 상기 이배큐에이션 라인에 상기 원료 가스를 간헐적으로 공급하여, 상기 버퍼 탱크 내의 압력을 성막 시의 상기 처리 용기 내의 압력에 근접시킬 수 있는 것인 성막 장치.
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