KR102264575B1 - 기판 보유 지지 기구 및 성막 장치 - Google Patents

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다이스케 도리야
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Abstract

플라스마 CVD 또는 플라스마 ALD에 의해 도전성막을 성막할 때 피처리 기판을 정전 흡착할 수 있는 기판 보유 지지 기구 및 그것을 사용한 성막 장치를 제공한다.
기판 보유 지지 기구는, 유전체로 구성되고, 피처리 기판을 지지하는 스테이지와, 스테이지 내에 마련된 흡착 전극과, 스테이지를 가열하는 히터를 구비하고, 존슨-라벡력에 의해 피처리 기판이 스테이지의 표면에 정전 흡착되고, 스테이지는, 스테이지의 표면의 피처리 기판의 외주에 대응하는 위치에, 피처리 기판이 밀착되고, 도전성막을 성막하기 위한 원료 가스가 상기 피처리 기판의 이면측에 돌아 들어가는 것을 저지하는 기능을 갖는 환형을 이루는 밀착 영역과, 스테이지의 표면의 밀착 영역의 외측의 부분에 환형으로 마련된, 원료 가스에 의한 도전성 퇴적막이 축적 가능한 홈부를 갖는다.

Description

기판 보유 지지 기구 및 성막 장치 {SUBSTRATE HOLDER AND FILM FORMING APPARATUS}
본 개시는 기판 보유 지지 기구 및 성막 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼에 대하여, 건식 에칭이나 스퍼터링, 플라스마 CVD 등의 플라스마 처리가 다용되고 있다.
이러한 플라스마 처리에 있어서는, 피처리 기판을 보유 지지하기 위해, 정전 흡착을 이용한 정전 척(chuck)이 다용되고 있다(예를 들어 특허문헌 1 내지 5).
한편, 플라스마 CVD나 플라스마 ALD와 같은 등방적인 성막 방법에 의해 도전성막을 성막하는 경우에는, 피처리 기판의 보유 지지면에 원료 가스가 돌아 들어가 도전성 퇴적막이 퇴적됨으로써, 정전 척 기능이 발휘되지 않을 것이 우려된다. 이 때문에, 플라스마 CVD나 플라스마 ALD로 도전성막을 성막하는 경우에는, 정전 척을 사용하지 않고 기판 적재대에 기판을 적재한 상태에서 플라스마 처리를 행하고 있다.
일본 특허 공개 평5-67673호 공보 일본 특허 공개 평7-130830호 공보 일본 특허 공개 평9-260472호 공보 일본 특허 공개 제2003-297912호 공보 일본 특허 공개 제2009-21592호 공보
본 개시는, 플라스마 CVD 또는 플라스마 ALD에 의해 도전성막을 성막할 때 피처리 기판을 정전 흡착할 수 있는 기판 보유 지지 기구 및 그것을 사용한 성막 장치를 제공한다.
본 개시의 일 양태에 관한 기판 보유 지지 기구는, 플라스마 CVD 또는 플라스마 ALD에 의해 도전성막을 성막할 때, 피처리 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지 기구이며, 유전체로 구성되고, 피처리 기판을 지지하는 스테이지와, 상기 스테이지 내에 마련된, 상기 피처리 기판을 정전 흡착하기 위한 흡착 전극과, 상기 스테이지를 가열하는 히터를 구비하고, 상기 흡착 전극에 직류 전압이 인가됨으로써, 존슨-라벡력에 의해 상기 피처리 기판이 상기 스테이지의 표면에 정전 흡착되고, 상기 스테이지는, 상기 스테이지의 표면의 피처리 기판의 외주에 대응하는 위치에, 상기 피처리 기판이 밀착되고, 상기 도전성막을 성막하기 위한 원료 가스가 상기 피처리 기판의 이면측에 돌아 들어가는 것을 저지하는 기능을 갖는 환형을 이루는 밀착 영역과, 상기 스테이지의 표면의 상기 밀착 영역의 외측의 부분에 환형으로 마련된, 상기 원료 가스에 의한 도전성 퇴적막이 축적 가능한 홈부를 갖는다.
본 개시에 따르면, 플라스마 CVD 또는 플라스마 ALD에 의해 도전성막을 성막할 때 피처리 기판을 정전 흡착할 수 있는 기판 보유 지지 기구 및 그것을 사용한 성막 장치가 제공된다.
도 1은, 일 실시 형태에 관한 기판 보유 지지 기구를 도시하는 사시도이다.
도 2는, 일 실시 형태에 관한 기판 보유 지지 기구를 도시하는 평면도이다.
도 3은, 일 실시 형태에 관한 기판 보유 지지 기구를 도시하는 단면도이다.
도 4는, 일 실시 형태에 관한 기판 보유 지지 기구의 주요부를 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 5는, 다른 실시 형태에 관한 기판 보유 지지 기구의 일부를 도시하는 단면도이다.
도 6은, 도 5에 도시하는 다른 실시 형태에 관한 기판 보유 지지 기구의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 7은, 도 5에 도시하는 다른 실시 형태에 관한 기판 보유 지지 기구의 다른 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 8은, 일 실시 형태에 관한 기판 보유 지지 기구를 적용한 성막 장치를 도시하는 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시 형태에 대하여 설명한다.
<기판 보유 지지 기구>
처음에, 일 실시 형태에 관한 기판 보유 지지 기구에 대하여 설명한다. 도 1은 일 실시 형태에 관한 기판 보유 지지 기구를 도시하는 사시도, 도 2는 그 평면도, 도 3은 그 단면도, 도 4는 그 주요부를 확대하여 도시하는 단면도이다.
기판 보유 지지 기구(1)는, 플라스마 CVD 또는 플라스마 ALD에 의해 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(이하 간단히 웨이퍼라고 기재함)에 도전성막을 성막하는 성막 장치에 있어서, 진공으로 유지되는 챔버 내에서 웨이퍼를 보유 지지하는 것이다. 성막하는 도전성막으로서는, Ti막, TiN막, W막, Ni막 등을 들 수 있다.
기판 보유 지지 기구(1)는, 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 적재(지지)하는 스테이지(2), 및 스테이지(2)의 이면측의 중앙에 하방으로 연장되도록 설치된 지지 부재(3)를 갖는다
스테이지(2)는, 유전체, 예를 들어 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹스로 이루어진다. 스테이지(2)의 내부에는, 그 표면 근방 부분에, 웨이퍼(W)를 정전 흡착하는 흡착 전극(11)이 매설되어 있고, 정전 척을 구성하고 있다. 흡착 전극(11)은, 예를 들어 Mo로 형성되고, 예를 들어 메쉬형을 이루고 있다. 흡착 전극(11)에는 급전선(13)을 통하여 직류 전원(14)이 접속되어 있고, 흡착 전극(11)에 직류 전압이 인가됨으로써 웨이퍼(W)가 정전 흡착된다. 직류 전원(14)은 스위치(도시하지 않음)에 의해 ONㆍOFF 가능하게 되어 있다. 또한, 흡착 전극(11)은, 플라스마에 대한 접지 전극으로서도 기능한다.
스테이지(2) 내부의 흡착 전극(11)의 하방에는, 히터(12)가 매설되어 있다. 히터(12)에는 급전선(15)을 통하여 히터 전원(16)이 접속되어 있고, 열전대 등의 온도 센서(도시하지 않음)의 검출값에 기초하여 히터(12)의 출력이 제어되어, 스테이지(2)의 온도가 제어된다.
스테이지(2)의 표면에는, 웨이퍼(W)의 외주에 대응하는 위치에 원환형을 이루며, 웨이퍼(W)가 밀착되는 밀착 영역(21)이 형성되어 있다. 밀착 영역(21)은, 도전성막을 성막하기 위한 원료 가스가 웨이퍼(W) 이면측으로 돌아 들어가는 것을 저지하는 기능을 갖는다. 이에 의해, 웨이퍼 이면에 도전성 퇴적막이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 그러한 기능을 발휘한다는 관점에서, 밀착 영역(21)의 폭 X1은 10 내지 40mm인 것이 바람직하다. 밀착 영역(21)은, 그 외경이 웨이퍼(W)의 직경보다 작아지도록 형성된다. 밀착 영역(21)의 외경이 웨이퍼(W)의 직경보다 크면, 퇴적이 웨이퍼(W) 상에 올라 앉아 버리기 때문이다.
밀착 영역(21)의 내측에는, 밀착 영역(21)으로부터, 20 내지 70㎛ 정도 낮게 형성되어 오목부를 이루는, 웨이퍼(W)를 흡착하는 흡착면(22)이 형성되어 있다. 흡착면(22)은, 예를 들어 엠보싱 가공이 실시된 엠보싱면으로 되어 있다. 흡착면(22)과 웨이퍼 이면의 사이에는 공간(23)이 형성된다. 흡착면(22)에는, 가스 도입구(24)가 형성되어 있고, 가스 공급원(18)으로부터 가스 공급로(17)를 통하여 공급된 백 사이드 가스가 가스 도입구(24)로부터 공간(23) 내로 공급되도록 되어 있다. 가스 공급원(18), 가스 공급로(17), 가스 도입구(24)는, 백 사이드 가스 공급 기구를 구성한다. 백 사이드 가스로서는, 헬륨(He) 가스와 같은 열전도성이 높은 가스가 사용되며, 백 사이드 가스를 통하여 스테이지(2)의 열이 웨이퍼(W)에 전열된다.
백 사이드 가스의 가스압은, 20 내지 100Torr로 높게 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 누설되는 가스양을 많게 하여, 원료 가스의 웨이퍼(W) 이면에의 침입을 억제할 수 있다.
스테이지(2)의 표면의, 밀착 영역(21)보다 외측의 부분에는, 원환형으로 마련된, 도전성막을 성막하기 위한 원료 가스에 의한 도전성 퇴적막이 축적 가능한 홈부(25)가 형성되어 있다. 스테이지(2)의 표면의 밀착 영역(21)보다 외측 부분에는 도전성 퇴적막이 퇴적되는데, 도 4에 도시하는 바와 같이, 홈부(25)를 마련함으로써, 도전성 퇴적막(28)이 홈부(25)에 축적된다. 이 때문에, 경시적으로 도전성 퇴적막(28)이 증가해도, 웨이퍼(W)의 이동 탑재 어긋남이 생긴 경우 등에 밀착 영역(21)에 도전성 퇴적막이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 정전 척의 전하의 방출을 억제할 수 있다. 그러한 관점에서, 홈부(25)의 밀착 영역(21)으로부터의 깊이(거리 d(도 4 참조))는 20 내지 100㎛의 범위가 바람직하며, 예를 들어 50㎛이다. 또한, 홈부(25)의 폭은 0.5 내지 2mm의 범위가 바람직하다.
스테이지(2)의 표면의, 홈부(25)보다 외측의 부분은, 밀착 영역(21)보다 높게 형성되며, 웨이퍼(W)를 가이드하는 가이드부(26)로 되어 있다. 또한, 홈부(25)로부터 가이드부(26)로 이어지는 측벽부는, 예를 들어 테이퍼형이다.
스테이지(2)의 밀착 영역(21)의 외측부에는, 수직 방향으로 관통되는 리프트 핀 삽통 구멍(27)이 형성되어 있다. 리프트 핀 삽통 구멍(27)에는, 리프트 핀(도시하지 않음)이 승강 가능하게 삽통되고, 스테이지(2)에 대한 전달 시에 웨이퍼 적재면(밀착 영역(21)의 표면)으로부터 리프트 핀이 돌출되도록 되어 있다.
피처리 기판인 웨이퍼(W)의 휨을 유효하게 교정한다는 관점에서, 흡착 전극(11)에의 급전에 의해 웨이퍼(W)를 존슨-라벡력(Johnsen-Rahbeck force)으로 흡착하도록 한다. 존슨-라벡력을 사용한 웨이퍼(W)의 흡착은, 스테이지(2)를 구성하는 유전체를, 성막 온도에서의 체적 저항률이 1×109 내지 1×1012Ωㆍ㎝ 정도로서 다소의 도전성을 갖게 하여, 전하의 이동을 가능하게 하여 행해진다. 존슨-라벡력을 사용함으로써, 전하의 축적량을 많게 할 수 있어, 쿨롱력보다 높은 흡착력을 얻을 수 있다. 유전체로서 AlN을 사용함으로써, 상기 범위의 체적 저항률을 얻을 수 있고, 존슨-라벡력을 유효하게 발휘시킬 수 있다. 사용 온도에 따라서는, AlN에 적당한 첨가물을 첨가함으로써, 존슨-라벡력이 유효하게 발휘되는 체적 저항률로 조정할 수 있다. 존슨-라벡력에 의해 효과적으로 웨이퍼의 흡착을 행하기 위해서는, 흡착 전극(11)에서부터 웨이퍼(W)의 흡착면까지의 거리 a를, 0.5 내지 1.5mm로 하는 것이 바람직하다.
히터(12)에 의한 스테이지(2) 표면의 온도, 즉 웨이퍼(W)의 성막 온도는 200℃ 이상인 것이 바람직하다. 가열 온도 200℃ 이상인 경우에 피처리 기판인 웨이퍼(W)의 휨이 커지기 쉬워, 정전 척으로서의 기능의 필요성이 높아진다. 보다 바람직하게는 400℃ 이상, 나아가 400 내지 700℃이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 흡착 전극(11)은, 밀착 영역(21)보다 외측에 형성되는 도전성 퇴적막(28)과의 사이의 거리 b가, 웨이퍼(W)와의 사이의 거리 a보다 커지는, 즉 b>a로 되도록 마련되는 것이 바람직하다. 적합한 일례로서, a가 1mm, b가 2mm 이상이다. 이에 의해, 도전성 퇴적막(28)에의 누설 전류를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 흡착 전극(11)은 플라스마의 접지 전극으로서도 기능하지만, b>a를 충족하도록 흡착 전극(11)의 직경이 제한되기 때문에, 플라스마 영역도 흡착 전극(11)의 직경에 대응하는 것으로 된다. 따라서, 플라스마 영역을 보다 확장하고 싶은 경우에는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 흡착 전극(11)에 전기적으로 접속하도록, 흡착 전극(11)의 외측에 보조 전극(19)을 마련하면 된다.
이때, 보조 전극(19)은, 흡착 전극(11)의 하방의, 도전성 퇴적막(28)으로부터 충분히 이격된 위치(즉, 보조 전극(19)과 도전성 퇴적막(28)의 사이의 거리가 거리 a보다 큰 위치(도 4 참조))에 마련된다. 또한, 도 6과 같이, 보조 전극을 일체화한 흡착 전극(11a)을 마련해도 된다. 또한, 도 7과 같이, 보조 전극(19)의 ONㆍOFF를 스위치(19a)로 전환하도록 해도 된다.
이어서, 이상과 같이 구성되는 기판 보유 지지 기구(1)의 작용ㆍ효과에 대하여 설명한다.
웨이퍼 등의 피처리 기판에 대하여 플라스마 처리를 행할 때에는, 종래부터, 피처리 기판의 흡착에 정전 척이 사용되어 왔다. 한편, 플라스마 CVD나 플라스마 ALD와 같은 등방적인 성막 방법에 의해 도전성막을 성막하는 경우에는, 피처리 기판의 보유 지지면에 원료 가스가 돌아 들어가 도전성 퇴적막이 퇴적되어, 정전 척의 기능이 발휘되지 않는 경우가 생긴다. 이 때문에, 정전 척 기능이 발휘되지 않을 것이 우려된다. 이 때문에, 플라스마 CVD나 플라스마 ALD에 의해 도전성막을 성막하는 경우에는, 정전 척은 사용되지 않았다.
그러나, 최근, 디바이스의 세대의 진전과 수반하여, 디바이스의 변경이나, 새로운 디바이스 재료의 채용에 의해, 웨이퍼가 휘기 쉬워지고, 웨이퍼의 휨에 의해, 균일성의 악화나 웨이퍼와 스테이지 사이의 아킹 등이 발생해 버린다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 플라스마 CVD나 플라스마 ALD에 의해 도전성막을 성막할 때 사용하는 기판 보유 지지 기구에 있어서, 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 정전 흡착 가능하게 하였다.
즉, 기판 보유 지지 기구(1)는, 유전체로 구성되고, 웨이퍼(W)를 적재하는 스테이지(2)와, 스테이지 내에 마련된 웨이퍼(W)를 정전 흡착하기 위한 흡착 전극(11)을 갖고, 존슨-라벡력에 의해 웨이퍼(W)를 흡착한다. 또한, 스테이지(2)는, 그 표면의 웨이퍼(W)의 외주에 대응하는 위치에, 웨이퍼(W)가 밀착되고, 도전성막을 성막하기 위한 원료 가스가 웨이퍼(W) 이면측으로 돌아 들어가는 것을 저지하는 기능을 갖는 원환형의 밀착 영역(21)을 갖는다. 또한, 스테이지(2)는, 그 표면의 밀착 영역(21)보다 외측의 부분에 원환형으로 마련된, 도전성막을 성막하기 위한 원료 가스에 의한 도전성 퇴적막이 축적 가능한 홈부(25)를 갖는다.
이와 같이, 존슨-라벡력에 의해 웨이퍼(W)의 흡착력을 높이며, 또한 원료 가스의 웨이퍼(W) 이면측으로의 돌아 들어감을 저지하는 기능을 갖는 밀착 영역(21) 및 그 외측의 도전성 퇴적막이 축적 가능한 홈부(25)를 마련하였기 때문에, 웨이퍼(W) 이면에의 도전성 퇴적막의 형성을 억제할 수 있다. 이 때문에, 플라스마 CVD나 플라스마 ALD에 의한 도전성막의 성막에 있어서, 누설 전류를 발생시키기 어렵게 할 수 있어, 웨이퍼(W)를 확실하게 정전 흡착할 수 있다. 또한, 이와 같이 존슨-라벡력에 의한 높은 흡착력으로 웨이퍼(W)를 정전 흡착할 수 있으므로, 웨이퍼(W)에 휨이 생긴 경우라도, 휨을 교정한 상태에서 웨이퍼(W)를 흡착ㆍ보유 지지할 수 있다.
웨이퍼(W)의 휨은, 히터(12)에 의한 스테이지(2)의 가열 온도, 즉 웨이퍼(W)의 성막 온도가 200℃ 이상으로 커지기 쉬우므로, 가열 온도가 200℃ 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 400℃ 이상, 나아가 400 내지 700℃이다.
밀착 영역(21)은, 폭 X1이 10 내지 40mm인 것이 바람직하다. 이에 의해, 원료 가스가 웨이퍼(W) 이면에 돌아 들어가는 것을 억제하는 효과를 높일 수 있어, 웨이퍼(W) 이면에의 도전성 퇴적막의 형성을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 홈부(25)의 깊이를 20 내지 100㎛의 범위로 하고, 홈부(25)의 폭을 0.5 내지 2mm의 범위로 함으로써, 밀착 영역(21)에 도전성 퇴적막이 형성되는 것을 억제하는 효과를 보다 높일 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)의 정전 흡착 시에, 웨이퍼(W) 이면측의 공간(23) 내에 도입되는 전열용 백 사이드 가스의 가스압을 30 내지 70Torr로 높게 설정함으로써, 누설되는 가스양을 많게 하여, 원료 가스의 웨이퍼(W) 이면에의 침입을 한층 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 흡착 전극(11)은, 밀착 영역(21)보다 외측에 형성되는 도전성 퇴적막(28)과의 사이의 거리 b와 웨이퍼(W)와의 사이의 거리 a의 관계가, b>a로 되도록 마련되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 도전성 퇴적막(28)에의 누설 전류를 효과적으로 억제할 수 있어, 정전 척의 기능 저하를 억제할 수 있다.
또한, 흡착 전극(11)을 플라스마의 접지 전극으로서도 기능시킴으로써, 별개로 접지 전극을 마련할 필요가 없어, 전극 및 배선의 스페이스를 작게 할 수 있다.
이 경우에, 플라스마 영역은, b>a를 충족하도록 형성되는 흡착 전극(11)의 직경으로 제한되지만, 흡착 전극(11)의 외측의 도전성 퇴적막(28)으로부터 충분히 이격된 위치에 보조 전극을 마련함으로써, 플라스마 영역을 확장할 수 있다.
<성막 장치>
이어서, 일 실시 형태에 관한 기판 보유 지지 기구를 적용한 성막 장치에 대하여 설명한다.
도 8은, 일 실시 형태에 관한 기판 보유 지지 기구를 적용한 성막 장치를 도시하는 단면도이다.
성막 장치(100)는, 평행 평판 전극에 고주파 전계를 형성함으로써 플라스마 CVD 또는 플라스마 ALD에 의해 Ti막을 성막하는 것이다.
이 성막 장치(100)는, 대략 원통형을 이루는 금속제 챔버(101)를 갖고 있다. 챔버(101)는, 본체의 저벽(101b)의 중앙부에 형성된 원형의 구멍(150)을 덮도록 하방을 향하여 돌출되는 배기실(151)을 갖고 있다. 배기실(151)의 측면에는 배기관(152)이 접속되어 있고, 이 배기관(152)에는 압력 제어 밸브 및 진공 펌프를 갖는 배기 장치(153)가 마련되어 있다. 이 배기 장치(153)에 의해, 챔버(101) 내를 배기함과 함께, 챔버(101) 내의 압력을 소정 압력의 감압 상태로 제어하는 것이 가능하게 되어 있다.
챔버(101)의 측벽에는, 챔버(101)와 인접하여 마련된 웨이퍼 반송실(도시하지 않음)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반입출을 행하기 위한 반입출구(157)와, 이 반입출구(157)를 개폐하는 게이트 밸브(158)가 마련되어 있다.
챔버(101)의 내부에는, 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 흡착ㆍ보유 지지하기 위한, 일 실시 형태에 관한 기판 적재 기구(1)가 마련되어 있다. 기판 적재 기구(1)는, 상술한 구성을 가지므로 설명을 생략한다. 기판 보유 지지 기구(1)의 지지 부재(3)는, 절연 부재(4)를 통하여 배기실(151)의 저벽에 설치되어 있다.
챔버(101)의 천장벽(101a)에는, 절연 부재(109)를 통하여 평행 평판 전극의 상부 전극으로서도 기능하는 샤워 헤드(110)가 기판 보유 지지 기구(1)의 스테이지(2)에 대향하도록 마련되어 있다. 샤워 헤드(110)는, 가스 도입부로서 기능한다. 샤워 헤드(110)는, 베이스 부재(111)와 샤워 플레이트(112)를 갖고 있으며, 샤워 플레이트(112)의 외주부는, 원환형을 이루는 중간 부재(113)를 통하여 베이스 부재(111)에 나사 고정되어 있다. 샤워 플레이트(112)는 원판 형상을 이루고, 그 외주에 플랜지가 형성되어 있다. 그리고, 베이스 부재(111)와 샤워 플레이트(112)의 사이에 가스 확산 공간(114)이 형성되어 있다. 베이스 부재(111)는 그 외주에 플랜지부(111a)가 형성되어 있고, 이 플랜지부(111a)가 절연 부재(109)에 의해 지지되어 있다. 샤워 플레이트(112)는, 서셉터(2)에 대향하는 가스 토출면(118)을 가지며, 샤워 플레이트(112)에는 복수의 가스 토출 구멍(115)이 형성되어 있다. 베이스 부재(111)의 중앙 부근에는 1개의 가스 도입 구멍(116)이 형성되어 있다. 가스 도입 구멍(116)에는, 후술하는 가스 공급 기구(120)의 가스 배관이 접속되고, 가스 공급 기구(120)로부터 공급된 처리 가스가 샤워 헤드(110)를 통하여 챔버(101) 내로 샤워 형상으로 도입된다.
또한, 샤워 헤드(110)의 베이스 부재(111)에는, 샤워 헤드(110)를 가열하기 위한 히터(147)가 마련되어 있다. 이 히터(147)는 히터 전원(도시하지 않음)으로부터 급전되며, 샤워 헤드(110)를 원하는 온도로 가열한다. 베이스 부재(111)의 상부에 형성된 오목부에는 단열 부재(149)가 마련되어 있다.
가스 공급 기구(120)는, TiCl4 가스 공급원(121), Ar 가스 공급원(122), H2 가스 공급원(123), NH3 가스 공급원(124) 및 N2 가스 공급원(125)을 갖고 있다. TiCl4 가스는 Ti 원료 가스로서 사용된다. Ar 가스는, 플라스마 생성 가스, 캐리어 가스 및 퍼지 가스로서 사용된다. H2 가스는 환원 가스, NH3 가스는 질화 가스, N2 가스는 퍼지 가스로서 사용된다.
TiCl4 가스 공급원(121), Ar 가스 공급원(122), H2 가스 공급원(123), NH3 가스 공급원(124) 및 N2 가스 공급원(125)에는, 각각 TiCl4 가스 공급 라인(131), Ar 가스 공급 라인(132), H2 가스 공급 라인(133), NH3 가스 공급 라인(134) 및 N2 가스 공급 라인(135)이 접속되어 있다. 그리고, 각 가스 라인에는 매스 플로우 컨트롤러(137)와, 그 전후의 2개의 개폐 밸브(136)가 마련되어 있다.
Ar 가스 공급 라인(132)은 TiCl4 가스 공급 라인(31)에 접속되고, NH3 가스 공급 라인(134) 및 N2 가스 공급 라인(135)은 H2 가스 공급 라인(133)에 접속되어 있다. TiCl4 가스 공급 라인(131) 및 H2 가스 공급 라인(133)은 가스 혼합부(138)에 접속되며, 그래서 혼합된 혼합 가스가 가스 배관(139)을 통하여 상기 가스 도입 구멍(116)에 접속된다. 그리고, 혼합 가스는, 가스 도입 구멍(116)을 거쳐 가스 확산 공간(114)에 이르고, 샤워 플레이트(112)의 가스 토출 구멍(115)을 통하여 챔버(101) 내의 웨이퍼(W)를 향하여 샤워 형상으로 토출된다.
샤워 헤드(110)에는, 정합기(140)를 통하여 고주파 전원(141)이 접속되어 있고, 이 고주파 전원(141)으로부터 샤워 헤드(110)로 고주파 전력이 공급되도록 되어 있다. 샤워 헤드(110)는 평행 평판 전극의 상부 전극으로서 기능한다. 한편, 기판 보유 지지 기구(1)의 스테이지(2) 내에 마련된 흡착 전극(11)은, 평행 평판 전극의 하부 전극(접지 전극)으로서 기능한다. 따라서, 샤워 헤드(110)에 고주파 전력이 공급됨으로써, 샤워 헤드(110)와 흡착 전극(11)의 사이에 고주파 전계가 형성되고, 이 고주파 전계에 의해, 샤워 헤드(110)로부터 토출된 처리 가스가 플라스마화된다. 즉, 고주파 전원(141)은 플라스마 생성 기구로서 기능한다. 고주파 전원(141)의 주파수는 200kHz 내지 13.56MHz로 설정되는 것이 바람직하며, 전형적으로는 450kHz가 사용된다.
성막 장치(100)는, 그 구성부인 기판 보유 지지 기구(1), 밸브(136), 매스 플로우 컨트롤러(137), 정합기(140), 고주파 전원(141) 등을 제어하는 제어부(160)를 갖고 있다. 제어부(160)는, CPU(컴퓨터)를 가지며, 상기 각 구성부의 제어를 행하는 주 제어부와, 입력 장치, 출력 장치, 표시 장치 및 기억 장치를 갖고 있다. 기억 장치에는, 성막 장치(100)에서 실행되는 처리를 제어하기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된 기억 매체가 세팅되고, 주 제어부는, 기억 매체에 기억되어 있는 소정의 처리 레시피를 호출하고, 그 처리 레시피에 기초하여 성막 장치(100)에 소정의 처리를 행하게 하도록 제어한다.
이어서, 이상과 같은 성막 장치(100)를 사용하여 행해지는 Ti막의 성막 처리에 대하여 설명한다.
우선, 챔버(101) 내의 압력을 조정한 후, 게이트 밸브(158)를 개방으로 하여, 반송실(도시하지 않음)로부터 반입출구(157)를 통하여 웨이퍼(W)를 챔버(101) 내로 반입하고, 기판 보유 지지 기구(1)의 소정 온도로 유지된 스테이지(2)의 표면에 적재한다. 그리고, 플라스마 생성 가스인 Ar 가스, 환원 가스인 H2 가스, Ti 원료 가스인 TiCl4 가스를 도시하지 않은 프리플로우 라인에 흘려 프리플로우를 행한다. 이어서, 가스 유량 및 압력을 동일하게 유지한 채 성막용 라인으로 전환하고, 이들 가스를 동시에, 또는 시퀀셜하게 샤워 헤드(110)를 통하여 챔버(101) 내에 도입한다.
그리고, 이들 가스의 도입 개시 후, 샤워 헤드(110)에 고주파 전원(41)으로부터 고주파 전력을 인가하여, 소정의 타이밍에 챔버(101) 내에 플라스마를 생성한다. 그것과 동시에, 직류 전원(14)으로부터 흡착 전극(11)으로 직류 전압을 인가함으로써, 웨이퍼(W)를 스테이지(2)에 존슨-라벡력에 의해 정전 흡착시킨다.
그리고, 동시에 또는 소정의 타이밍에 시퀀셜하게 Ar 가스, H2 가스, TiCl4 가스를 도입하면서, 플라스마를 계속적으로 또는 소정의 타이밍에 생성하여, 플라스마 CVD 또는 플라스마 ALD에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 Ti막을 성막한다. 즉, 플라스마 CVD인 경우에는, Ar 가스, H2 가스, TiCl4 가스를 챔버(101) 내에 도입하면서, 고주파 전원(41)에 의해 연속적으로 챔버(101) 내에 플라스마를 생성한다. 또한, 플라스마 ALD의 경우에는, Ar 가스 및 N2 가스를 연속적으로 공급하면서, TiCl4 가스 및 H2 가스를 교대로 공급하며, 예를 들어 H2 가스를 공급하는 타이밍에 플라스마를 생성한다.
이때, 스테이지(2) 표면의 온도(웨이퍼(W)의 성막 온도)는, 300 내지 700℃의 범위로 하는 것이 가능하다. 바람직하게는 400 내지 700℃, 보다 바람직하게는 500 내지 600℃이다.
또한, 챔버(101) 내의 압력은, 플라스마 손상과 Ti막의 면내 균일성 등에 의해 결정되며, 바람직한 범위는 13.3 내지 1333Pa(0.1 내지 10Torr)이다.
상술한 바와 같은 300 내지 700℃의 성막 온도에서는, 종래와 같이 정전 척을 사용하지 않는 경우에는, 웨이퍼(W)에 휨이 생기고, 웨이퍼(W)의 휨에 의해, 균일성의 악화나 웨이퍼(W)와 스테이지 사이의 아킹 등이 발생해 버린다.
이에 비해, 상기 구성의 기판 보유 지지 기구(1)에서는, 도전성막인 Ti막을 성막하는 경우에, 도전성 퇴적막이 웨이퍼(W)의 이면에 형성되는 것이 억제되어, 정전 척 기능을 갖게 할 수 있다. 그리고, 정전 흡착력으로서 흡착력이 높은 존슨-라벡력을 사용하므로, 웨이퍼(W)의 휨을 확실하게 교정할 수 있다.
<다른 적용>
이상, 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 특허청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 기판 보유 지지 기구(1)로서 스테이지(2)를 지지하는 지지 부재(3)를 마련한 예를 나타내었지만, 지지 부재(3)를 마련하지 않고 스테이지(2)를 직접 챔버의 저부에 마련해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼를 스테이지에 적재한 예를 나타내었지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 스테이지 표면을 하향으로 하여, 그 표면에 피처리 기판을 지지하고, 정전 흡착에 의해 흡착ㆍ보유 지지하도록 해도 된다.
또한, 피처리 기판으로서 반도체 웨이퍼를 사용한 예를 나타내었지만, 피처리 기판은 웨이퍼에 한하지 않고, FPD 기판 등의 다른 피처리 기판이어도 된다. 피처리 기판이 FPD 기판과 같은 직사각 형상인 경우에는, 밀착 영역이나 홈부는 프레임형으로 하면 된다.
또한, 상기 성막 장치는 예시에 지나지 않으며, 플라스마를 사용한 성막 장치라면 특별히 한정되지 않는다. 플라스마 생성 방식도 임의이다.

Claims (18)

  1. 플라스마 CVD 또는 플라스마 ALD에 의해 도전성막을 성막할 때, 피처리 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지 기구이며,
    유전체로 구성되고, 피처리 기판을 지지하는 스테이지와,
    상기 스테이지 내에 마련되고, 상기 피처리 기판을 정전 흡착하도록 구성된 흡착 전극과,
    상기 스테이지를 가열하는 히터
    를 포함하고,
    상기 흡착 전극에 직류 전압이 인가됨으로써, 존슨-라벡력에 의해 상기 피처리 기판이 상기 스테이지의 표면에 정전 흡착되고,
    상기 스테이지는,
    상기 스테이지의 표면의 피처리 기판의 외주에 대응하는 위치에, 상기 피처리 기판이 밀착되고, 상기 도전성막을 성막하기 위한 원료 가스가 상기 피처리 기판의 이면측에 돌아 들어가는 것을 저지하는 환형을 이루는 밀착 영역과,
    상기 스테이지의 표면의 상기 밀착 영역의 외측의 부분에 환형으로 마련된, 상기 원료 가스에 의한 도전성 퇴적막이 축적 가능한 홈부
    를 포함하는, 기판 보유 지지 기구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀착 영역은, 그 폭이 10 내지 40mm인, 기판 보유 지지 기구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 홈부는, 상기 밀착 영역으로부터의 깊이가 20 내지 100㎛이고, 폭이 0.5 내지 2mm의 범위인, 기판 보유 지지 기구.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 히터에 의한 상기 스테이지의 표면의 온도는 200℃ 이상인, 기판 보유 지지 기구.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 히터에 의한 상기 스테이지의 표면의 온도는 400 내지 700℃인, 기판 보유 지지 기구.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스테이지의 상기 밀착 영역의 내측의 부분은, 오목부를 이루는 흡착면을 포함하고,
    상기 피처리 기판과 상기 흡착면의 사이의 공간에 전열용 백 사이드 가스를 공급하는 백 사이드 가스 공급 기구를 더 포함하는, 기판 보유 지지 기구.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 백 사이드 가스 공급 기구는, 백 사이드 가스의 가스압을 20 내지 100Torr로 설정하는, 기판 보유 지지 기구.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 흡착 전극은, 플라스마에 대한 접지 전극으로서 기능하는, 기판 보유 지지 기구.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유전체는, 성막 온도에 있어서의 체적 저항률이 1×109 내지 1×1012Ωㆍ㎝ 인, 기판 보유 지지 기구.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유전체는 AlN인, 기판 보유 지지 기구.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 흡착 전극에서부터 상기 스테이지에 흡착된 상기 피처리 기판의 흡착면까지의 거리는, 0.5 내지 1.5mm인, 기판 보유 지지 기구.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 흡착 전극과, 상기 스테이지의 표면의 상기 밀착 영역보다 외측에 형성되는 도전성 퇴적막의 사이의 거리는, 상기 흡착 전극에서부터 상기 스테이지에 흡착된 상기 피처리 기판의 흡착면까지의 거리보다 큰, 기판 보유 지지 기구.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 흡착 전극의 외측에, 상기 도전성 퇴적막과의 사이의 거리가, 상기 흡착 전극에서부터 상기 스테이지에 흡착된 상기 피처리 기판의 흡착면까지의 거리보다 큰, 플라스마를 확장하는 보조 전극을 더 포함하는, 기판 보유 지지 기구.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스테이지의 저면의 이면측 중앙에 하방으로 연장되도록 설치된 지지 부재를 더 포함하는, 기판 보유 지지 기구.
  15. 플라스마 CVD 또는 플라스마 ALD에 의해 도전성막을 성막하는 성막 장치이며,
    성막 처리가 행해지는 챔버와,
    챔버 내에 마련된 제1항 또는 제2항의 기판 보유 지지 기구와,
    상기 도전성막을 성막하기 위한 가스를 챔버 내에 도입하는 가스 도입부와,
    상기 챔버 내에 플라스마를 생성하는 플라스마 생성 기구와,
    상기 챔버 내의 가스를 배기하는 배기 장치
    를 포함하는, 성막 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 가스 도입부는, 가스를 샤워 형상으로 상기 챔버 내에 도입하는 샤워 헤드를 포함하고,
    상기 플라스마 생성 기구는, 상기 샤워 헤드에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 포함하는, 성막 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 도전성막을 성막하기 위한 가스로서, Ti 원료 가스 및 환원 가스를 사용하여, 도전성막으로서 Ti막을 성막하는, 성막 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 Ti 원료 가스로서 TiCl4 가스, 상기 환원 가스로서 H2 가스를 사용하는, 성막 장치.
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