KR20010041872A - 막 형성 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 막 형성 장치는 대상물이 처리되는 처리실을 형성하는 용기와, 처리실내에 설치되어 대상물이 탑재되는 탑재대와, 탑재대에 설치되어 탑재대에 탑재되는 대상물을 가열하기 위한 제 1 가열 장치와, 용기에 설치되어 탑재대상에 탑재된 대상물에 고융점 금속막층을 형성하기 위한 처리 가스를 처리실내에 공급하는 제 1 가스 공급부와, 대상물의 주연부를 가압하여 대상물을 탑재대상에 유지하는 이동 가능한 클램프와, 클램프와 별도로 형성되어 클램프를 간접적으로 가열하기 위한 제 2 가열 장치와, 클램프가 대상물을 가압하는 위치로 이동되었을 때에 적어도 클램프와 제 2 가열 장치 사이에 형성되는 가스 유로와, 가스 유로에 백사이드 가스를 흘려보내는 제 2 가스 공급부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

막 형성 장치{FILM FORMING DEVICE}
예를 들면, M0S(Metal 0xide Semiconductor)형 전계 효과 트랜지스터 구조를 갖는 반도체 장치에서는 배선층의 구성재료로서 Al, Si 및 Cu로 이루어진 Al 합금이 사용되고 있다. 열처리에 의해 Al을 포함하는 배선층을 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 칭함)를 구성하는 Si 기판에 막을 형성하는 경우에는 배선층의 Al과 기판의 Si가 상호 확산하여, 확산층이 파괴될 우려가 있다. 따라서, 상기와 같이 Al 합금중에 Si를 첨가하여, 상기 상호 확산의 발생을 방지하고 있다. 그러나, 반도체 장치의 미세화에 따라 Al 합금중의 Si가 접촉부의 Si 기판상으로 석출되어, 소위 pn 접합을 발생시키는 n형 Si 층이나 p형 Si 층이 형성되기 때문에, 접촉 저항이 상승하는 문제가 발생한다. 따라서, Si 기판과 배선층 사이에 배리어 금속층을 개재하여, 상술한 기판 Si와 배선층 Al의 반응을 방지하여, pn 접합의 발생을 방지하고 있다.
배리어 금속층의 구성재료로는 최근에는 종래에 사용되고 있던 W 합금이나 W 등보다도 반응성이 낮고, 열 등에 대하여 매우 안정적인 성질을 나타내는 TiN이나 Ti-W 등의 Ti 합금 또는 Ti가 채용되고 있다.
또한, 최근 Si 기판의 단차부에서의 막의 피착 상태, 즉 단차 피복(step coverage)을 향상시키기 위해서, 스패터링(spattering) 장치 대신에 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치가 배리어 금속층을 형성하는 막 형성 장치로서 사용되고 있고, 예를 들면 TiN으로 이루어진 배리어 금속층을 형성하는 경우에는 열 CVD 장치가 사용되고 있다.
그러나, TiN 층의 막을 형성하는 처리(막 형성) 가스는 종래의 W 합금 막층 등을 막 형성하는 처리 가스에 비해서 막 형성 속도의 온도 의존성이 높으므로, W 합금 막층 등의 막을 형성하는 열 CVD 장치와 같이, 탑재대상의 웨이퍼의 주연부를 클램프로 유지하면, 웨이퍼 주연부의 열이 클램프에 흡열되어 기판의 온도 분포가 불균일하게 되고, 균일한 배리어 금속층을 형성하는 것이 곤란하다. 따라서, TiN 막층의 막을 형성하는 열 CVD 장치에서는 도 6a에 도시한 바와 같이 클램프를 이용하지 않고, 웨이퍼(W)를 탑재대(10)상에 단지 탑재하여 막 형성 처리를 실시하고 있다.
그러나, 상기 열 CVD 장치에서는 웨이퍼(W)가 탑재대(10)상에 놓여 있을 뿐이므로, 도 6a에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 상면 뿐만 아니라 그 주위에도 TiN 막층(12)이 형성되어 버린다. 배리어 금속층의 막 형성후에는 일반적으로 배리어 금속층(12)상에 금속막(배선층)(11)이 막 형성됨과 동시에, 그 금속막(11)을 평탄화하는 처리가 실행되지만, 반도체 장치의 초미세화 및 초다층화에 따라 금속막(11)의 평탄도를 높일 필요가 있으므로, 이러한 평탄화를 CMP(화학 기계 연마) 처리에 의해서 실행하는 것이 요청되고 있다. 그러나, CMP 처리에 의해 웨이퍼(W) 상면의 금속막(11)의 평탄화를 실행하면, 도 6b에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 주위에 형성된 TiN 막층(12)이 제거되지 않고 남아 버린다. 즉, 배리어 금속층(12)상에 막을 형성시킨 금속막(11)을 평탄화한 후에 제거할 수 없는 막이 웨이퍼(W)의 주위에 잔존해 버린다. 그 결과, 이 잔존하는 주위의 막이 후처리를 실행하는 처리실내에서 박리되어 오염(contamination)의 원인이 되고, 양품률의 저하를 초래한다.
또한, 예를 들면 플라즈마 에칭 처리에 의해 금속막의 평탄화를 실행하면, 이 평탄화와 동시에 웨이퍼(W) 주위의 TiN 막층(12)도 제거되지만, 플라즈마를 정밀하게 제어하는데에는 한계가 있으므로, 금속막의 평탄도를 높이는 것은 곤란하다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 처리 대상물의 주연부가 처리 가스에 노출되지 않고, 처리 대상물의 처리면 전면의 온도 분포를 균일하게 유지할 수 있는 막 형성 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은 하기의 막 형성 장치에 의해서 달성된다. 즉, 이 막 형성 장치는 대상물이 처리되는 처리실을 형성하는 용기와, 처리실내에 설치되어 대상물이 탑재되는 탑재대와, 탑재대에 설치되어 탑재대에 탑재되는 대상물을 가열하기 위한 제 1 가열 장치와, 용기에 설치되어 탑재대상에 탑재된 대상물에 고융점 금속막층을 형성하기 위한 처리 가스를 처리실내에 공급하는 제 1 가스 공급부와, 대상물의 주연부를 가압하여 대상물을 탑재대상에 유지하는 이동 가능한 클램프와, 클램프와 별도로 형성되어 클램프를 간접적으로 가열하기 위한 제 2 가열 장치와, 클램프가 대상물을 가압하는 위치로 이동되었을 때에 적어도 클램프와 제 2 가열 장치 사이에 형성되는 가스 유로와, 가스 유로에 백사이드 가스를 흘려보내는 제 2 가스 공급부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 대상물의 가압시에 대상물의 주연부에 클램프가 밀착하여, 대상물의 처리면(상면)과 측부 사이가 클램프에 의해 차폐됨과 동시에, 백사이드 가스에 의해서 대상물의 주연부에 처리 가스가 돌아 들어가는 것이 방지되기 때문에, 대상물의 처리면에 공급되는 처리 가스가 대상물의 측부에 도달하기 어렵게 된다. 그 결과, 대상물 주위에 고융점 금속막층이 형성되기 어렵게 되므로, 상기 고융점 금속막층이 박리됨으로써 발생하는 이물질의 발생을 최소한으로 막을 수 있다. 또한, 클램프는 가열원으로부터의 복사열이나 백사이드 가스를 지나서 가열되므로, 대상물의 가압시에 대상물의 주연부의 온도가 저하하지 않고, 대상물 전면에 균일한 막 형성 처리를 실시할 수 있다.
또한, 가스 유로가 클램프에 의해서 가압되는 대상물의 주연부와 탑재대 주위를 통과하도록 연장되어 있는 경우에는 처리 가스가 대상물의 주위에 도달하지 않게 되기 때문에, 대상물의 측부에 고융점 금속막층이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 대상물 주위로의 처리 가스의 침입을 방지하기 위해서는 백사이드 가스가 클램프의 외주 방향으로 배출되도록 가스 유로를 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 대상물의 측부에의 고융점 금속막층의 부착을 확실하게 방지하기 위해서는 백사이드 가스로서 불활성 가스를 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 처리실내에 방출된 백사이드 가스가 막 형성 처리에 미치는 영향을 경감시키기 위해서는 백사이드 가스로서, 처리 가스를 구성하는 가스 성분의 일부와 동일한 가스를 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 탑재대의 형상이나 배관 설비 등의 이유로 가스 유로의 길이가 줄어들어, 가스 유로에 소정의 컨덕턴스(conductance)를 확보할 수 없는 경우에는 가스 유로에 가스 유로의 컨덕턴스를 조정하는 버퍼(buffer)부를 개재하는 것이 바람직하다.
클램프를 링 형상으로 형성하고, 클램프 내측의 주연부로 대상물을 전 주위에 걸쳐 가압하면, 대상물의 전 주위를 확실하게 가압할 수 있어, 대상물의 주위와 처리실내 환경을 기밀하게 구획할 수 있다. 또한, 대상물을 가압하는 클램프의 내측 주연부에 대상물과 선접촉하는 테이퍼면을 형성하면, 테이퍼면으로 대상물을 가압하였을 때에 가스 유로의 기밀성이 높아져, 대상물의 주위에의 고융점 금속막층의 부착을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 테이퍼면으로 대상물을 가압하면, 대상물이 탑재대상에 어느 정도 어긋나게 탑재된 경우에도 소정의 기밀성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 Ti 또는 Ti 합금으로 이루어진 고융점 금속막층의 막을 형성하는 경우와 같이, 피처리체의 온도 분포의 균일성이 특히 요구되는 경우에 적용함으로써 보다 효과를 거둘 수 있다.
본 발명은 막 형성 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 열 CVD 장치를 갖는 처리 장치의 개략적인 평면도,
도 2는 도 1의 열 CVD 장치의 개략적인 단면도,
도 3은 도 2의 열 CVD 장치의 탑재부의 개략적인 단면도,
도 4는 도 2의 열 CVD 장치의 웨이퍼를 가압할 때의 탑재부의 개략적인 단면도,
도 5는 도 4의 구성의 변형예를 도시한 단면도,
도 6a는 종래의 열 CVD 장치에 의해서 웨이퍼상에 TiN 막층을 지나서 배선층을 형성하였을 때의 단면도,
도 6b는 CMP 처리 후의 웨이퍼(W)의 상태를 도시한 단면도.
하기에 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 막 형성 장치를 열 CVD 장치(이하, 「CVD 장치」라고 함)에 적용한 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
(l) 처리 장치의 구성
우선, 도 1을 참조하면서 본 실시예의 CVD 장치(100)가 접속되는 클러스터 장치화된 멀티챔버형 처리 장치(200)의 구성에 대하여 설명한다.
도시한 바와 같이, 처리 장치(200)는 반송 아암(202)이 배치된 공통 이송 탑재실(204)을 중심으로 다수의 실이 방사형상으로 배치되어 이루어진다. 구체적으로, 처리 장치(200)는 카세트(206)와 공통 이송 탑재실(204) 사이에서 웨이퍼(W)의 교환을 실행하는 카세트 챔버(208, 210)와, 웨이퍼(W)의 예비 가열 또는 막 형성 처리후의 냉각을 실행하는 진공 예비실(2l2, 214)과, 웨이퍼(W)에 막 형성 처리를 실시하는 각각 대략 동일하게 구성된 CVD 장치(100, 216, 218, 220)가 공통 이송 탑재실(204)에 접속되어 이루어진다.
이러한 구성에 의해, 카세트(206)내의 웨이퍼(W)는 반송 아암(202)에 의해 카세트 챔버(208, 210)내와 공통 이송 탑재실(204)내를 지나 진공 예비실(212)내로 운반되어 예비 가열된 후에, CVD 장치(100, 2l6, 218,220)로 운반되어, 예를 들면 TiN이나 Ti로 이루어진 배리어 금속층(고융점 금속막층)의 막 형성 처리가 실시된다. 소정의 막 형성 처리가 실시된 웨이퍼(W)는 진공 예비실(214)내로 운반되어 냉각된 후에, 공통 이송 탑재실(204)내와 카세트 챔버(208, 210)내를 지나서 다시 카세트(206)내에 수용된다.
(2) CVD 장치의 구성
다음에, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 실시예의 CVD 장치(100)의 구성에 대하여 설명한다.
(A) CVD 장치의 전체 구성
우선, 도 2를 참조하여 CVD 장치(100)의 전체 구성에 대하여 설명한다. CVD 장치(100)의 처리실(102)은 기밀 처리 용기(104)내에 형성되어 있다. 처리실(102)의 측벽에는 처리실(102)내 벽면을 소정 온도로 가열하기 위한 히터(106)가 내장되어 있다. 또한, 처리 용기(104) 상부에는 후술하는 가스 공급부(118)를 소정 온도로 가열하기 위한 히터(108)가 탑재되어 있다. 또한, 처리실(102)내에는 지주(110)에 의해서 지지되어 있는 탑재부(112)가 배치되어 있고, 이 탑재부(112)에 웨이퍼(W)를 탑재하는 후술하는 탑재대(114) 등(도 3 참조)이 설치되어 있다. 또한, 탑재부(112)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
또한, 처리실(102)내의 천정부에는 가스 공급부(118)가 설치되어 있다. 가스 공급부(118)는 소위 샤워헤드 방식의 가스 공급 장치로서, 가스 공급원(128)으로부터 개폐 밸브(124)와 유량 조정 밸브(122)를 거쳐서 공급되는 처리 가스를 가스 확산실(120)에서 확산시킨 후에, 탑재대(114)와 대향하는 면에 형성된 다수의 가스 분출 구멍(118a)으로부터 처리실(102)내로 균일하게 공급할 수 있다.
또한, 처리실(102)내의 하부 방향부에는 처리실(102)내를 배기하기 위한 진공 펌프(130)가 배기 경로(132)를 지나서 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 처리실(102)내에 공급된 처리 가스는 탑재대(114)상에 유지된 웨이퍼(W)의 처리면에 분사된 후에, 탑재대(114) 주위를 통과하여 배기되기 때문에, 웨이퍼(W)의 처리면 전면에 처리 가스를 균일하게 공급할 수 있어 균일한 막 형성 처리를 실행할 수 있다.
(B) 탑재부의 구성
다음에, 도 3을 참조하여 탑재부(112)의 구성에 대하여 상세히 설명한다. 탑재부(112)는 웨이퍼(W)를 탑재 가능한 대략 원판 형상의 탑재대(114)와, 탑재대(114)를 둘러싸듯이 배치되는 대략 링 형상의 가열 블록(135)으로 구성되어 있다. 탑재대(114)에는 처리시에 히터 제어기(150)로 제어되어 웨이퍼(W)를 가열할 수 있는 가열 장치(146)가 내장되어 있다. 또한, 가열 블록(135)은 후술하는 바와 같이, 처리시에 클램프부(116)를 가열하기 위한 것이며, 상술한 히터 제어기(150)의 제어를 받는 가열 장치(148)를 내장하고 있다. 또한, 탑재대(114) 및 가열 블록(135)에 내장되는 가열 장치(146, 148)는 구분된 영역마다 가열할 수 있는 영역 히터가 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 영역 히터를 사용함으로써, 온도 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 탑재대(114) 및 가열 블록(135)은 다수, 예를 들면 3개 내지 4개의 석영제의 지주(석영 튜브)(110)로 지지된 지지 플레이트(134)상에 장착되어 있다. 또한, 각 지주(110)내에는 상술한 가열 장치(146, 148)에 전력이나 제어 신호 등을 공급하는 전기 배선 시스템의 배선 또는 후술하는 바와 같이 탑재대(114) 및 웨이퍼(W)의 주위에 막 형성 방지 가스로서 백사이드 가스를 공급하는 가스 공급 시스템의 배관 등이 형성되어 있다.
또한, 상기 탑재대(114)에는 웨이퍼(W)용 승강 핀(160)이 승강 가능한 핀 구멍(114a)이 승강 핀(160)의 개수에 대응하여 형성되어 있다. 다수 개, 예를 들면 3개의 승강 핀(160)은 승강하는 아암(154)상에 장착되어 있고, 상기 핀 구멍(114a)내를 승강한다. 또한, 아암(154)은 도시하지 않은 액추에이터(actuator)에 의해 승강되는 승강 축(156)에 지지되어 있다. 즉, 승강 핀(160)은 웨이퍼(W)의 반송 반출시에는 상기 탑재대(114) 표면보다 상부 방향으로 돌출하여, 웨이퍼(W)를 수취 또는 주고받도록 동작하고, 처리시에는 상기 탑재대(114) 표면보다 하부 방향으로 하강하여 웨이퍼(W)를 탑재대(114) 표면에 탑재한다.
또한, 처리실(102)내에는 처리시 탑재대(114)에 탑재된 웨이퍼(W)를 고정하는 클램프 기구(117)가 설치되어 있다. 이 클램프 기구(117)는 세라믹이나 금속, 예를 들면 AlN 등으로 이루어지고, 대략 링 형상을 갖는 클램프부(116)와, 상기 탑재대(114)의 주위에 배치된 클램프부(116)를 지지하는 다수 개, 예를 들면 3개 내지 4개의 지주(승강 핀)(162)와, 상기 지주(162)를 지지하는 승강 핀 홀더(152)와, 승강 핀 홀더(152)를 승강시키는 승강 기구(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시예에서는 클램프부(116)를 지지하는 승강 핀 홀더(152)와, 승강 핀(160)을 지지하는 아암(154)은 일체로 구성되어 있고, 도시하지 않은 액추에이터에 의해 승강 축(156)을 지나서 일체로 승강하도록 구성되어 있지만, 승강 핀 홀더(152)와 아암(154)을 각각의 승강 기구에 의해 승강시키도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 클램프부(116)와 승강 핀(160)을 일체로 동작시키는 경우에는 클램프부(116)를 승강 핀(160)의 선단보다도 상부 방향에 배치시킬 필요가 있다. 이러한 구성에 의해, 승강 핀(160)으로 지지된 웨이퍼(W)는 하강 동작시에는 승강 핀(160)의 하강 동작에 의해 탑재대(114)에 탑재된 후에, 클램프부(116)에 의해 클램프되는 것이 가능해지고, 상승 동작시에는 클램프부(116)에 의한 클램프가 해제된 후에, 승강 핀(160)에 의해 상승되는 것이 가능해진다. 또한, 도시하지 않은 반송 아암에 의해, 승강 핀(160)에 웨이퍼(W)를 주고받거나, 또는 승강 핀(160)으로부터 웨이퍼(W)를 수취하는 경우에, 클램프부(116)는 반입 반출 경로의 상부 방향에 자연스럽게 위치하기 때문에, 반입 반출 동작이 방해되지 않는다.
다음에, 클램프부(116)의 구성에 대하여 상세히 설명한다. 클램프부(116)는 이미 설명한 바와 같이, 대략 링 형상을 이루고 있지만, 도 4에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)를 지지할 수 있는 내경 치수로 설정되어 있다. 구체적으로, 클램프부(116)의 내측의 주연부에 웨이퍼(W)의 외주연부와 접촉 가능한 상향으로의 테이퍼면(116a)이 형성되어 있다. 이와 같이, 클램프부(116)의 내측의 주연부에 테이퍼면(116a)을 형성함으로써, 테이퍼면(116a)과 웨이퍼(W)의 주위를 선접촉시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 탑재대(114)에 대한 웨이퍼(W)의 탑재 위치의 허용 오차를 높이는 것이 가능해지고, 또한 웨이퍼(W)의 주위로 처리 가스가 흘러 들어가는 것을 방지함과 동시에, 후술하는 백사이드 가스 유로에 대한 기밀성을 높일 수 있다.
다음에, 백사이드 가스 유로에 대하여 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 이미 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 도 4에 도시하는 바와 같이 탑재대(114)에 탑재된 웨이퍼(W)를 클램프부(116)에 의해 클램프할 때에 웨이퍼(W)의 주위에 처리 가스가 흘러 들어오지 않도록, 클램프부(116)의 테이퍼면(116a)에 의해 웨이퍼(W) 주위를 처리실(102)내 환경으로부터 기밀하게 격리해야 한다. 또한, 웨이퍼(W)의 처리면의 온도가 클램프부(116)와의 접촉에 의해 영향을 받지 않도록, 클램프부(116)를 가열 블록(135)에 의해 간접적으로 가열해야 한다. 클램프부(116)는 가열 블록(135)으로부터의 복사열만으로도 가열될 수 있지만, 클램프부(116)와 가열 블록(135) 사이에 백사이드 가스를 흘려보냄으로써, 클램프부(116)에 효과적으로 또한 효율적으로 열을 전달할 수 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이 백사이드 가스 유로는, 가스 공급원(144)으로부터 개폐 밸브(142), 유량 조정 밸브(140) 및 지주(110)내를 관통하는 배관(138)을 지나서 지지 플레이트(134)와 탑재대(114) 사이에 형성된 가스 유로(136)로 인도되는 백사이드 가스가 탑재대(114) 주위로 흘러 들어간 후에 웨이퍼(W)의 주위에 인도되어 다시 가열 블록(135)과 클램프부(116) 사이에 형성된 공간을 통해, 클램프부(116)의 외주로부터 빠져 나오도록 확보된다. 본 실시예에 따르면, 상기와 같이 백사이드 가스 유로를 확보함으로써, 하기와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(a) 탑재대(114)의 주위로부터 웨이퍼(W)의 주위에 백사이드 가스를 공급함으로써, 처리 가스가 웨이퍼(W) 주위로 흘러 들어가는 것을 방지할 수 있어 웨이퍼(W) 주위로의 막 형성을 방지할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 클램프부(116)의 테이퍼면(116a)과 웨이퍼(W) 주위가 선접촉하고, 또한 클램프부(116)가 소정의 힘으로 하부 방향으로 가압되어 있기 때문에 어느 정도의 기밀성이 확보되어 있지만, 상기와 같이 웨이퍼(W) 주위에 백사이드 가스를 공급하도록 하면, 클램프부(116)의 테이퍼면(116a)과 웨이퍼(W) 주위의 접점부의 기밀성이 완전하지 않은 경우에도 웨이퍼(W) 주위로 처리 가스가 흘러 들어가는 것을 방지할 수 있다.
(b) 가열 블록(135)과 클램프부(116) 사이에 형성된 공간에 백사이드 가스를 흘려 보내기 때문에, 백사이드 가스가 열전도 매체로서 작용하여 가열 블록(135)으로부터 클램프부(116)로 빠르게 열전도가 실행된다. 그 때문에, 클램프부(116)를 소망하는 온도로 빠르게 가열하는 것이 가능해 진다.
또한, 백사이드 가스로는 처리 종류에 따라 각종 가스를 채용하는 것이 가능하지만, 열전도 특성이 우수한 것과, 처리실(102)내에서 실행되고 있는 처리에 대하여 불리한 영향을 미치지 않는 특성을 갖고 있는 것이 바람직하므로, 예를 들면 N2나 Ar 등의 불활성 가스를 채용할 수 있다.
(3) 막 형성 공정
다음에, 도 2 내지 도 4를 참조하여 CVD 장치(100)에서의 막 형성 공정에 대하여 설명한다. 우선, 도 3에 도시한 승강 핀 홀더(152)를 상승시켜 승강 핀(160)상에 Si 기판으로 이루어진 웨이퍼(W)를 탑재한다. 이어서, 승강 핀 홀더(152)를 하강시켜 웨이퍼(W)를 탑재대(114)상에 탑재하는 동시에, 클램프부(116)에 의해 웨이퍼(W)의 주연부를 가압한다. 또한, 개폐 밸브(142)를 개방하고, 유량 조정 밸브(140)의 개방도를 조정하여 가스 공급원(144)으로부터 불활성 가스를 가스 유로(136)내에 공급한다. 불활성 가스는 도 4에서 화살표로 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 주위를 통과한 후에, 클램프부(116)와 가열 블록(135) 사이를 통하여 클램프부(116)의 외주 방향으로 방출된다. 또한, 가스 유로(136)내에 공급되는 불활성 가스의 유량 및 압력은 처리실(102)내에 공급되는 처리 가스가 가스 유로(136) 등에 침입하지 않고, 또한 불활성 가스의 방출시에 상술한 처리실(102)내의 처리 가스의 흐름이 교란되지 않는 유량 및 압력으로 설정되어 있다.
또한, 웨이퍼(W)는 탑재대(114)에 내장되는 가열 장치(146)에 의해, 예를 들면 400℃ 내지 800℃, 바람직하게는 700℃ 정도로 가열된다. 한편, 클램프부(116)는 가열 블록(135)에 내장되는 가열 장치(148)에 의해 가열된다. 또한, 본 실시예에 있어서 클램프부(116)는 가열 블록(135)과 직접 접촉하고 있는 것은 아니므로, 클램프부(116)와 가열 블록(135) 사이에 형성되는 가스 유로(136)내를 흐르는 불활성 가스에 의해서 간접적으로 가열된다.
다음에, 클램프부(116)의 온도 제어에 대하여 설명한다. 웨이퍼(W)의 온도는 가열 장치(146)에 설치된 도시하지 않은 온도 센서에 의해서 검출되고, 그 온도 정보가 히터 제어기(150)에 입력된다. 그리고, 히터 제어기(150)는 웨이퍼(W)로부터 클램프부(116)로 손실되는 열 만큼을 보상하여 웨이퍼(W)의 처리면 전면의 온도 분포가 균일하게 되도록 가열 장치(148)에 설치된 도시하지 않은 온도 센서로부터의 온도 정보에 근거하여 가열 장치(148)의 발열량을 조정하고, 클램프부(116)를 가열한다. 이러한 구성에 의해, 웨이퍼(W)로부터 클램프부(116)로 전달되는 열과, 클램프부(116)로부터 웨이퍼(W)로 전달되는 열이 실질적으로 상쇄되므로, 웨이퍼(W)를 클램프부(116)로 가압하더라도, 종래와 같이 웨이퍼(W)의 열이 클램프부(116)를 지나서 손실되지 않고, 웨이퍼(W)의 처리면 전면의 온도 분포를 균일하게 유지할 수 있다. 또한, 간단한 방법으로는 가열 장치(148)에 온도 센서를 설치하지 않고[가열 장치(146)에만 온도 센서를 설치하여], 항상 클램프부(116)를 탑재대(114)보다 높은 온도로 유지함[예를 들면, 클램프부(116)의 온도를 탑재대(114)의 온도보다 항상 일정값 만큼 높게 유지하거나, 클램프부(116)의 온도를 탑재대(114)의 온도보다 높은 일정 온도로 유지함]으로써, 결과적으로 웨이퍼(W)의 온도를 균일하게 하는 것도 가능하다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 가열 장치(146, 148)로서 다수, 예를 들면 3개로 분할된 히터로 이루어진 영역 히터를 채용하고 있다. 따라서, 상기 각 히터마다 독립적인 온도 제어가 가능하므로, 웨이퍼(W)나 클램프부(116)의 부분적인 온도 조정을 실행할 수 있어 웨이퍼(W)의 처리면 전면의 온도 분포를 보다 균일하게 유지할 수 있다. 또한, 상기 영역 히터를 채용하면, 하나의 히터로 가열하는 경우보다 발열 효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 소비 전력을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 영역 히터를 구성하는 히터의 개수는 상기 개수에 한정되지 않고, 장치 구성 등에 따라 적절하게 임의의 개수의 히터로 이루어진 영역 히터를 채용하여도 무방하다.
또한, 처리실(102)의 벽부와 가스 공급부(118)는 각각 대응하는 히터(106, 108)에 의해, 예를 들면 150℃로 미리 가열되어 있다. 그리고, 상기 여러 조건이 갖추어진 후에, 소정 유량의 TiCl4와 NH3로 이루어진 처리 가스를 처리실(102)내의 웨이퍼(W) 면상에 공급함과 동시에, 처리실(102)내의 가스를 배기하여, 처리실(102)내를 소정의 압력 분위기로 유지한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)에 TiN으로 이루어진 배리어 금속층이 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 클램프부(116)에 의한 웨이퍼(W)의 가압시에 불활성 가스가 웨이퍼(W)의 주위를 통과하므로, 웨이퍼(W)의 주위에 처리 가스가 도달하는 일이 없다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 주위에 TiN 막층이 형성되지 않기 때문에, 상기 TiN 막층의 박리에 기인하는 이물질의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 클램프부(116)가 소정 온도로 가열되므로, 웨이퍼(W)를 클램프부(116)로 가압하더라도 웨이퍼(W)의 처리면 전면의 온도 분포를 균일하게 유지할 수 있어 균일한 TiN 막층을 형성할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주에 있어서는 당업자라면 각종 변경예 및 수정예를 생각해 낼 수 있으며, 그들 변경예 및 수정예에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다. 예를 들면, 상기 실시예에서는 가스 유로가 탑재대(114)의 대략 중심으로부터 주연 방향쪽으로 형성되어 있지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 배관 등의 장치 구성상의 이유로부터, 도 5에 도시하는 바와 같이 충분한 길이의 가스 유로(300)를 확보할 수 없고, 소정의 컨덕턴스를 얻을 수 없는 경우에는 소정 용량의 컨덕턴스 조정용 버퍼부(302)를 가스 유로(300)내에 설치하면 좋다. 또한, 상기 실시예에서는 막 형성 방지 가스로서 불활성 가스가 채용되어 있지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 처리 가스를 구성하는 가스 성분의 일부와 동일한 가스를 막 형성 방지 가스로서 채용하는 것도 가능하다. 이러한 경우에는 처리 가스를 구성하는 가스 성분의 일부와 동일한 가스가 클램프를 가열하는 가열 수단에 의해 가열되어 처리실내로 방출되기 때문에, 막 형성 처리에의 영향을 최소한으로 방지할 수 있다. 또한, Cl2나 ClF3가스 등의 클리닝 가스를 백사이드 가스 유로에 흘려보내서 웨이퍼(W)의 주연부에 부득이 하게 형성된 막을 적극적으로 제거하도록 해도 무방하다. 또한, 상기 실시예에서는 TiN으로 이루어진 배리어 금속층의 막을 형성하기 위한 구성을 예로 설명하고 있지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 Ti 막층, W층, WSi층, Ta층 등의 고융점 금속막층을 형성하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는 4개의 CVD 장치를 갖는 처리 장치를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라, 단독으로 사용하는 막 형성 장치나, 하나 이상의 막 형성 장치를 구비한 처리 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 막 형성 장치에 있어서,
    대상물이 처리되는 처리실을 형성하는 용기와,
    상기 처리실내에 설치되어, 대상물이 탑재되는 탑재대와,
    상기 탑재대에 설치되어, 탑재대에 탑재되는 대상물을 가열하기 위한 제 1 가열 장치와,
    상기 용기에 설치되어, 탑재대상에 탑재된 대상물에 고융점 금속막층을 형성하기 위한 처리 가스를 처리실내에 공급하는 제 1 가스 공급부와,
    대상물의 주연부를 가압하여 대상물을 탑재대상에 유지하는 이동 가능한 클램프와,
    상기 클램프와 별도로 형성되어, 클램프를 간접적으로 가열하기 위한 제 2 가열 장치와,
    상기 클램프가 대상물을 가압하는 위치로 이동되었을 때에 적어도 클램프와 제 2 가열 장치 사이에 형성되는 가스 유로와,
    상기 가스 유로에 백사이드 가스를 흘려보내는 제 2 가스 공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는
    막 형성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 유로가 클램프에 의해서 가압되는 대상물의 주연부와 탑재대 주위를 통과하도록 연장되어 있는 것을 특징으로 하는
    막 형성 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 백사이드 가스가 제 2 가열 장치로부터의 열을 클램프로 전달하는 열전도 매체로서 작용하는 것을 특징으로 하는
    막 형성 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 백사이드 가스가 대상물의 주연부에 처리 가스가 흘러 들어가는 것을 방지하는 막 형성 방지 가스로서 작용하는 것을 특징으로 하는
    막 형성 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 백사이드 가스가 대상물의 주연부에 부착한 막을 제거하는 클리닝 가스로서 작용하는 것을 특징으로 하는
    막 형성 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 백사이드 가스가 불활성 가스로 이루어진 것을 특징으로 하는
    막 형성 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 백사이드 가스가 처리 가스를 구성하는 가스 성분의 일부와 동일한 가스로 이루어진 것을 특징으로 하는
    막 형성 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 고융점 금속막층이 티탄 또는 티탄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는
    막 형성 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 유로에는 가스 유로의 컨덕턴스를 조정하기 위한 버퍼부가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는
    막 형성 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    클램프를 지나서 제 2 가열 장치에 의해서 가열되는 대상물의 처리면 전면의 온도 분포가 대략 균일하게 되도록, 제 2 가열 장치의 발열량을 제어하는 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    막 형성 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 클램프는 링 형상을 이루고, 그 내측의 주연부로 대상물을 전 주위에 걸쳐 가압하는 것을 특징으로 하는
    막 형성 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    대상물을 가압하는 클램프의 내측 주연부에는 대상물과 선접촉하는 테이퍼면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    막 형성 장치.
KR1020007010168A 1999-01-18 2000-01-17 막 형성 장치 KR100705170B1 (ko)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP99-9529 1999-01-18
JP00952999A JP4317608B2 (ja) 1999-01-18 1999-01-18 成膜装置

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