KR20010092239A - 성막 장치 - Google Patents

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KR20010092239A
KR20010092239A KR1020007010276A KR20007010276A KR20010092239A KR 20010092239 A KR20010092239 A KR 20010092239A KR 1020007010276 A KR1020007010276 A KR 1020007010276A KR 20007010276 A KR20007010276 A KR 20007010276A KR 20010092239 A KR20010092239 A KR 20010092239A
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wafer
processed
pedestal
peripheral edge
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KR1020007010276A
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아이바야스시
미무라다카노리
Original Assignee
히가시 데쓰로
동경 엘렉트론 주식회사
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Publication date
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Abstract

진공 흡입 가능하게 된 성막 처리용의 처리 용기(16)의 받침대(22) 상에 위치한 피처리체 W를 유지하는 클램프 기구(35)에 있어서, 상기 피처리체의 외주 가장자리부와 접촉하는 링 형상의 클램프 링 본체(38)와, 이 클램프 링 본체를 하방으로 부세하는 가압 부재(40)를 구비하고, 상기 클램프 링 본체의 내주 측의 접촉면(38A)은 상기 피처리체의 직경 방향 외측을 향하여 수평 방향에서 소정의 각도 θ로 하향 경사한 테이퍼면으로서 형성되어 있고, 상기 소정 각도를 2~15°의 범위 내로 설정함과 동시에 상기 접촉면과 상기 피처리체의 외주 가장자리부와의 오버랩량은 0.7~3.5㎜의 범위 내로 설정한다. 이것에 의해, 피처리체의 주변 가장자리부 및 측면 근방에의 불필요한 부착막의 형성을 적절하게 억제한다.

Description

성막 장치{FILM FORMING DEVICE}
일반적으로, 반도체 집적회로의 제조공정에 있어서는, 피처리체인 반도체 웨이퍼 표면에 배선 패턴을 형성하기 위해 혹은 배선 사이 등의 오목부를 매립하기 위해 W(텅스텐), WSi(텅스텐 실리사이드), Ti(티탄), TiN(티탄 나이트라이드), TiSi(티탄 실리사이드), Cu(동) 등의 금속 혹은 금속 화합물을 퇴적시켜 박막을 형성하는 것이 행해지고 있다.
이런 종류의 금속 박막의 형성 방법에는, 3가지의 방식, 예컨대, H2(수소) 환원법, SiH4(실란) 환원법, SiH2Cl2(디크롤 실란) 환원법 등이 알려져 있다. SiH2Cl2환원법은 배선 패턴을 형성하기 위해 예컨대, 환원 가스로서 디크롤 실란을 이용하여 600℃ 정도의 고온 하에서 W막이나 WSi막을 형성하는 방법이다. SiH4환원법은 동일하게 배선 패턴을 형성하기 위해 예컨대, 환원 가스로서 실란을 이용하여 앞선 예보다도 낮은 450℃ 정도의 저온 하에서 W막이나 WSi막을 형성하는 방법이다. 또한, H2환원법은 배선간의 오목부와 같은 웨이퍼 표면상의 구멍 매립을 위해 예컨대, 환원 가스로서 수소를 이용하여 400 ~ 430℃ 정도의 온도 하에서 W막을 퇴적시키는 방법이다.
상기 방법에서는 모두 성막용의 처리 가스로서 예컨대, WF6(6불화 텅스텐)이 사용되고 있다.
이와 같은 금속 박막을 형성하는 일반적인 방법을 성막 장치와 함께, 도 6을 참조하여 이하에서 설명한다.
예컨대, 알루미늄 등에 의해 통체 형상으로 성형된 처리 용기(2) 내에는 예컨대, 얇은 카본 소재 혹은 알루미늄 화합물에 의해 성형된 받침대(4)가 마련되어 있다. 그 아래쪽에는 처리 용기의 바닥에 형성된 석영제의 투과창(6)을 거쳐 할로겐 램프 등의 가열 수단(8)이 배치되어 있다. 피처리체인 반도체 웨이퍼 W는 받침대(4) 상에 놓여지고, 이 웨이퍼 W의 주변 가장자리부는 승강 가능하게 된 예컨대, 대략 링 형상의 클램프 링(10)에 의해 눌려 받침대(4) 상에 고정된다. 이 클램프 링(10)은, 도 7에 확대하여 도시하는 바와 같이, 그 내측 주변 가장자리부의 하면에 높이 H1이 30~50㎛ 정도로 된 매우 작은 돌기(13)를 마련하여, 이것을 원주 방향에 8개(도면에서는 1개만이 도시되어 있음) 정도 서로 균등하게 배치하여 웨이퍼 W의 주변부를 상술한 바와 같이 누르고 있다. 이 받침대(4)에 대향시켜, 즉, 반도체 웨이퍼와 소정 간격을 가지고 대면(對面)하도록 하여 예컨대, 알루미늄제의 샤워 헤드부(12)가 처리 장치의 상부에 마련되어 있다. 이 헤드부의 하면에는 대략 균등하게 분포되어 다수의 가스 분사 구멍(11)이 형성되어 있다.
성막 시에는, 상술한 바와 같이, 반도체 웨이퍼가 받침대(4) 상에 클램프 링에 의해 눌려 지지된 상태이고, 가열 수단(8)으로부터의 열선을 투과창(6)을 투과하여 받침대(4)에 조사하는 것에 의해 받침대를 가열하고, 그 위에 배치되어 있는 반도체 웨이퍼 W를 소정의 온도로 간접적으로 가열하여 유지한다. 이와 동시에, 받침대(4)의 위쪽에 설치된 샤워 헤드부(12)의 가스 분사 구멍(11)으로부터, 프로세스 가스로서 예컨대 WF6나 H2등이 웨이퍼 표면상에 균등하게 공급되고, 웨이퍼 표면상에 W 등의 금속막을 형성한다.
상기한 장치예에 있어서는, 받침대(4)의 이면 측에 압력 조정된 백 사이드 가스를 흘려 넣고 있지만, 처리 공간 측의 성막 가스가, 클램프 링(10)과 웨이퍼 상면의 주변 가장자리부와의 사이에 형성되는 폭 30~50㎛ 정도의 얇은 간격을 침입하여 받침대(4)의 이면 측에 흘러 들어오는 것은 피할 수 없었다. 이 때문에, 도 7에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼 W의 주변 가장자리부의 클램프 링(10)과 겹쳐 있는 부분이나 웨이퍼 W의 측면에도 불필요한 부착막(15)이 얇게 형성되어 있었다.
이와 같은 웨이퍼 W의 측면에 있어서의 불필요한 부착막(15)은 막 두께나 선폭이 그다지 엄격하지 않았던 종래의 디자인 규칙에 따르면, 그다지 문제로 되지 않았지만, 디자인 규격이 엄격하게 되고, 게다가 소자 구조가 다층화됨에 따라, 파티클의 발생 원인으로 되어 문제가 생기게 되었다. 구체적으로는 예컨대 소자의다층화를 행하기 위해서는, 배선 등의 단선 등을 방지하기 위해 층간 절연막이나 배선막 등의 표면을 평탄화할 필요가 있고, 성막 후에 평탄화 처리로서 CMP(Chemical Mechanical Polishing)나 에치백 처리를 하는 것이 일반적이다. 이 때, 웨이퍼 W의 상면에 부착 퇴적한, 소위 정규 막의 상면만이 주로 제거되기 때문에, 웨이퍼 측면의 불필요한 부착막(15)이, 이 공정의 도중 혹은 후(後)공정의 도중에 있어서 벗겨져, 이것이 파티클로 되거나, CMP 처리에서, 웨이퍼 외주 가장자리부가 연마되지 않게 막의 잔사(殘査)가 발생하여 원료에 대한 제품의 비율을 저하시키는 원인으로 되어 있었다.
이것에 대하여, 클램프 링(10)의 돌기를 없애, 클램프 링의 하면과 웨이퍼 상면의 주변 가장자리부를 면 접촉시켜 웨이퍼 이면(裏面) 측에 성막 가스가 흘러 들어가는 것을 방지하는 것도 고려되고 있지만, 이 경우에는 클램프 링(10)의 표면과 웨이퍼 표면에 부착하는 성막이 일체적으로 되어 버리고, 웨이퍼 반송 시에 클램프 링(10)이 웨이퍼 W로부터 분리되기 어렵게 되어 버리므로 채용할 수 없다.
일본 특허 공개 평성 제 9-115993 호 공보(미국 특허 제 08/729287)에 있어서, 클램프 링의 내주 측면을 테이퍼 면으로 하고, 이 테이퍼 면에서 웨이퍼와 선 접촉되도록 하여, 웨이퍼나 받침대의 이면 측으로의 성막 가스의 유입을 방지하는 구조가 제안되고 있다. 이 문헌은, 참고로서, 여기에 포함되어 있다. 그렇지만, 웨이퍼의 측면 측 및 이면 측으로의 성막 가스의 유입은 클램프 링의 근소한 형상 변화에 크게 좌우되는 것이 판명되고, 게다가 후 공정에 있어서 웨이퍼에 대하여 어떤 처리를 실시하는가에 의해서도, 허용되는 웨이퍼 측면으로의 부착막량이 다르고, 이것을 정밀도 양호하게 충분히 제어할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리체 상에 예컨대, 텅스텐을 포함하는 금속막과 같은 막을 형성하는 성막 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 관한 성막 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 2는 도 1에 도시하는 장치의 클램프 기구의 클램프 링 본체와, 반도체 웨이퍼와의 관계를 확대하여 도시하는 단면도,
도 3은 클램프 링 본체의 선단부를 확대하여 도시하는 측면도,
도 4는 에치백 처리에 적합한 성막을 하기 위한 반도체 웨이퍼의 외주 가장자리, 즉, 에지로부터의 거리(오버랩 길이)와 막두께율과의 관계를 나타내는 도면,
도 5는 화학 기계 연마(CMP) 처리에 적합한 성막을 하기 위한 반도체 웨이퍼의 외주 가장자리, 즉, 에지로부터의 거리(오버랩 길이)와 막두께율과의 관계를 나타내는 도면,
도 6은 일반적인 성막 장치를 나타내는 도면,
도 7은 도 6에 도시한 성막 장치에서 사용되고 있는 클램프 링을 확대하여 도시하는 도면.
본 발명의 목적은 피처리체의 주변 가장자리부 및 측면 근방에의 불필요한 부착막의 형성을 적정하게 억제할 수 있고, 따라서, 형성된 막을 평탄화 처리하여도 파티클의 발생을 최소로 하거나 혹은 방지하도록 피처리체 상에 박막을 형성하는 것이 가능한 성막 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명자 등은 반도체 웨이퍼의 측면 근방으로의 막의 부착에 대하여 예의(銳意) 연구한 결과, 웨이퍼의 외측면에의 막의 부착은 클램프 링 본체와 반도체 웨이퍼의 상부 주변 가장자리부와의 오버랩량과 클램프 링 본체의 웨이퍼 접촉부의 테이퍼각과에, 이들 사이에서 상관을 가지고 크게 좌우된다고 하는 지견을 얻는 것에 의해, 본 발명에 이르게 된 것이다.
본 발명의 제 1 형태에 관한 성막 장치는 처리 용기와, 이 처리 용기 내에 성막용의 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 이 처리 용기 내에 마련되어 그 위에 피처리체가 놓여지는 받침대과, 이 받침대에, 피처리체를, 받침대과의 사이에서 클램프하여 지지하는 클램프 기구와, 상기 받침대 상의 피처리체를 가열하며, 처리 가스에 의해 피처리체 상에 소정 두께의 막을 형성시키는 가열원을 구비하고, 상기 클램프 지지 기구는 피처리체의 외주부와 길이 L이고, 전체 외주에 걸쳐 오버랩하도록 피처리체의 외경보다도 작은 내경의 개구를 규정하고, 피처리체의 직경 방향 외측을 향하여 아래쪽에 각도 θ로 경사진 내주 접촉면과, 피처리체의 외경보다도 큰 외경을 갖는 링 형상의 클램프 본체와, 이 링 형상 부재를 피처리체의 방향으로 눌러, 상기 내주 접촉면을 피처리체의 외주 가장자리에 맞닿게 하여 처리 가스가 피처리체의 외주 가장자리로부터 외측으로 누설되는 것을 방지하는 구동 기구를 갖고, 상기 링 형상 부재의 내주 접촉면의 오버랩의 길이 L과 각도 θ는, 피처리체의 외주 가장자리에서 0.4㎜ 떨어진 중심 측의 영역에서는, 피처리체 상에 형성되는 막이, 상기 소정 두께의 적어도 90%의 두께를 갖고, 또한 웨이퍼 외주 가장자리부나 이면에는 성막되지 않도록 설정되어 있다.
이것에 의해, 피처리체의 외주면 나란히 이것의 근방에 있어서의 불필요한 막의 부착을 적정하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
이하에, 본 발명에 관한 성막 장치의 일 실시예를 첨부 도면에 근거하여 상세하게 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 성막 장치(14)는 예컨대 알루미늄 등의 금속에 의해 원통 형상 혹은 상자 형상으로 형성된 처리 용기(16)를 갖고 있다. 이 처리 용기(16) 내에는 처리 용기 바닥부에서 기립된 원통 형상의 리플렉터(18)가 마련되어 있다. 이 리플렉터(18)의 상면에는 예컨대 단면 L자 형상의 유지 부재(20)의 수평 기단부가 고정되어 있다. 이 유지 부재의 수직 선단부에는 피처리체로서의 반도체 웨이퍼 W를 놓기 위한 받침대(22)이 수평하게 마련되어 있다. 이 리플렉터(18) 및 유지 부재(20)는 열선 투과성 재료, 예컨대 석영에 의해 구성되어 있고, 또한, 받침대(22)은 두께 1㎜ 정도의 예컨대 카본 소재, AlN 등의 알루미늄화합물 등으로 구성되어 있다.
상기 받침대(22)의 하방에는 복수개, 예컨대 3개의 리프터 핀(24)(도시 예에서는 2개만을 도시)이 지지 부재(26)의 선단에 위쪽으로 기립하도록 하여 고정되어 있다. 이들 지지 부재의 기단은 상기 리플렉터(18)에 형성된 수직 슬릿을 거쳐 리플렉터의 외부로 연장하고 있다. 이들 지지 부재(26)는 일제히 상하 이동 가능하도록 상호 고리 형상 결합 부재에 의해 결합되어 있다. 1개의 지지 부재의 연장단은 처리 용기 바닥부를 관통하여 수직으로 연장한 누름봉(28)의 상단에 부착되어 있다. 이리하여, 이 누름봉(28)을 상하 이동시키는 것에 의해, 지지 부재(26)를 거쳐 상기 3개의 리프터 핀(24)을 받침대(22)에 관통시켜 마련한 리프터 핀 구멍(30)에 삽입시켜 웨이퍼 W를 받침대 위로부터 들어 올림 및 받침대 상에 위치시킴이 가능하게 되어 있다.
상기 누름봉(28)의 하단은 처리 용기(16)에 있어서 내부에 기밀 상태를 유지하기 위해 압축 가능한 벨로스(32)를 거쳐 액추에이터(34)에 접속되어 있다. 상기 받침대(22)의 주변 가장자리부에는 웨이퍼 W의 주변 가장자리부를 지지하여 이것을 받침대(22) 측에 고정하기 위한 클램프 기구(35)가 마련되어 있다. 이 클램프 기구(35)는 반도체 웨이퍼 W의 외주 측면 근방의 상면, 즉, 주변 가장자리부와 전체 외주에 걸쳐 선접촉, 즉, 가압하여 이것을 고정하는 링 형상의 클램프 링 본체(38)와, 이 클램프 링 본체를 아래 방향으로 부세하는 부세 수단으로서의 코일 스프링(42)을 갖고 있다. 구체적으로는 상기 클램프 링 본체(38)는 받침대(22)와 즉, 받침대 상에 놓여진 반도체 웨이퍼 W와 동축적으로 배치되어 있고, 반도체 웨이퍼의 외경보다도 조금 작은 내경을 갖는 원형 혹은 웨이퍼 형상의 개구를 갖는다. 이 결과, 반도체 웨이퍼 W가 클램프 링 본체(38)에 의해 눌려진 상태에서는, 반도체 웨이퍼는 주변 가장자리부를 제거하여 상기 클램프 링 본체(38)의 개구로부터 노출된다. 이 노출부는 성막 형성 영역으로 되어 있고, 예정된 두께의 막이 형성된다. 이 클램프 링 본체(38)의 외경은 임의이지만, 적어도 웨이퍼의 외경보다도 크게 설정되어 있다. 이 클램프 링 본체(38)는 내열성이 있음과 동시에 처리 가스에 의해 부식되기 어려운 재료, 예컨대 세라믹 재료로 형성되어 있다. 이 세라믹 재료로서는 예컨대 AlN, 혹은 AlN에 Al2O3를 표면 코팅한 것이 바람직하게는 사용되고 있다.
이 클램프 링 본체(38)의 상기 개구를 규정하는 내주면은 후술하는 바와 같은 테이퍼면으로 되어 웨이퍼와의 접촉면(38A)을 형성하고 있다. 이 클램프 링 본체(38)는 상기 유지 부재(20)를 관통하도록, 이 유지 부재에 형성된 3개의 관통 구멍에 삽입된 3개의 지지봉(40)(도시 예에서는 2개만 도시)의 상단에 지지되어 있다. 이들 지지봉의 하단은 상기 지지 부재(26)에 각각 지지되어 있다. 이 결과, 클램프 링 본체는 리프터 핀(24)과 일체적으로 지지 부재(26)의 상하 방향의 이동에 의해 승강 가능하다. 상기 유지 부재(20)와 각 지지 부재(26)와의 사이에는 각 지지봉(40)을 둘러싸도록 하여 상기 압축 코일 스프링(42)이 설치되어 있다. 이들 코일 스프링은 클램프 링 본체(38) 등을 항상 아래쪽으로 부세시키고 있고, 클램프 링 본체(38)가 하강되어 반도체 웨이퍼 W와 맞닿도록 하여 정지되었을 때에, 링 본체를 아래쪽으로 부세하여 반도체 웨이퍼와의 접촉을, 즉, 받침대와 공동한 웨이퍼의 클램프를 확실하게 하고 있다. 이들 리프터 핀(24), 지지 부재(26) 및 유지 부재(20)도 석영 등의 열선 투과 부재에 의해 형성되어 있다.
상기 받침대(22)의 바로 아래의, 즉 원통 형상의 리플렉터(18)에 의해 둘러싸여진 처리 용기 바닥부에는 원형 개구가 형성되어 있고, 이 개구는 석영 등의 열선 투과 재료에 의해 형성된 투과창(44)에 의해 기밀하게 닫혀져 있다. 이 투과창의 아래쪽에는 투과창(44)을 둘러싸도록 상자 형상의 가열실(46)이 마련되어 있다. 이 가열실(46) 내에는 가열 수단으로서 복수개의 가열 램프(48)가 반사경도 겸하는 회전대(50)에 부착되어 있다. 이 회전대(50)는 회전축을 거쳐 가열실(46)의 바닥부에 마련된 회전 모터(54)에 의해, 화살표로 나타내는 방향으로 회전된다. 따라서, 이 회전되고 있는 가열 램프(48)에 의해 방출된 열선은 투과창(44)을 투과하여 받침대(22)의 하면을 균일하게 조사하여, 이것을 가열할 수 있다. 이 가열 램프 대신에 가열 수단으로서 저항 가열 히터를 마련할 수도 있다.
상기 받침대(22)의 외주 측에 위치하도록 하여, 처리 용기(16) 내에는 다수의 정류 구멍(60)을 갖는 링 형상의 정류판(62)이 상하 방향으로 고리 형상으로 형성된 지지 칼럼(64)에 의해 지지되어 마련되어 있다. 이 정류판(62)의 내주측에는 상기 클램프 링 본체(38)가 클램프 위치에 있을 때에, 이것의 외주부와 접촉하여 그 아래쪽에 가스가 흐르지 않도록 하는 링 형상의 석영제 어태치먼트(66)가 마련되어 있다. 정류판(62) 아래쪽의 처리 용기의 바닥부에는 배기구(68)가 마련되어 있다. 이들 배기구(68)에는, 도시하지 않은 진공 펌프에 접속된 배기 통로(70)가 접속되어 있고, 처리 용기(16) 내를 소정의 진공도로 유지할 수 있다.
상기 처리 용기(16)의 측벽에는 웨이퍼를 반출입할 때에 개폐되는 게이트 밸브(72)가 마련되어 있다.
상기 받침대(22)과 대향하는 처리 용기 천정부에는 처리 가스 등을 처리 용기(16) 내에 도입하기 위한 가스 공급 수단으로서의 샤워 헤드부(74)가 반도체 웨이퍼 W와 소정 간격을 두어 처리 공간 S를 규정하도록 하여 마련되어 있다. 구체적으로는 이 샤워 헤드부(74)는, 예컨대 알루미늄 등의 금속에 의해 원형 상자 형상으로 성형되고, 헤드 본체(76)를 갖는다. 이 헤드 본체의 천정부에는 가스 도입구(78)가 마련되어 있다. 이 가스 도입구(78)에는 가스 통로를 거쳐 성막 처리에 필요한 가스, 예컨대 WF6, Ar, SiH4, H2, N2등의 가스원(도시하지 않음)이 유량 제어 가능하게 접속되어 있다. 헤드 본체(76)의 하벽에는 헤드 본체(76) 내에 공급된 가스를 처리 공간 S에 방출하기 위한 다수의 가스 분사 구멍(80)이 면내의 대략 전체에 배치되어 있고, 웨이퍼 표면에 걸쳐 가스를 방출하도록 되어 있다.
상기 헤드 본체(76) 내에는 다수의 가스 분산 구멍(82)을 갖는 확산판(84)이 설치되어 있고, 웨이퍼면에 보다 균등하게 가스를 공급하도록 되어 있다.
도시되어 있지 않지만, 처리 용기의 저벽에는, 퍼지 가스를 받침대(22)의 하면 측에, 즉, 반도체 웨이퍼의 측방을 위쪽으로 향하도록, 공급하기 위한 가스 포트가 마련되어 있다.
다음에, 상기 클램프 기구(35)의 클램프 링 본체(38)에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이, 이 클램프 링 본체(38)의 내주면의 접촉면(38A)은 반도체 웨이퍼 W의 직경 방향 외측을 향하여 수평 방향에서 소정 각도 θ만큼 하향 경사진 테이퍼면으로서 형성되어 있다. 따라서, 이 접촉면(38A)은 웨이퍼 W 상면의 주변 가장자리부와 전체 외주에 걸쳐 링 형상으로 선 접촉한 상태로 웨이퍼 W를 눌러 맞닿게 하는 것이 가능하고, 이 접촉 부분의 기밀성은 상당히 높게 된다. 또한, 웨이퍼 W의 주변 가장자리부의 측면은 곡선 형상 혹은 원호 형상으로 형성되어 있다.
상기 클램프 링 본체(38)의 접촉면(38A)의 상기 각도 θ는 웨이퍼 측면에의 불필요한 부착막을 적정하게 억제하기 때문에, 바람직하게는 2~15°의 범위 내로 설정되어 있다. 또한, 이 접촉면(38A)과 웨이퍼 W의 주변 가장자리부의 오버랩량(길이) L은 바람직하게는 0.7~3.5㎜의 범위 내로 설정되어 있다. 클램프 링 본체(38)의 두께는 1.0~1.5㎜ 정도이다.
상기 각도 θ 및 오버랩량 L은 반도체 웨이퍼 W의 후 공정에서, 이것에 실시되는 처리에 의존하여 더욱 적정한 값이 존재한다. 예컨대, 반도체 웨이퍼 W가 이 장치를 이용하여 행해지는 성막 처리 후에 CMP 처리될 예정이라면, 상기 각도는 2~15°의 범위 내에서 또한, 오버랩량 L은 1.5~3.5㎜의 범위 내로 한다. 바람직하게는, 각도 θ는 5°, 오버랩량 L은 2.0㎜로 한다. 반도체 웨이퍼 W가 이 성막 처리 후에, 에치백 처리가 부가될 예정이라면, 상기 각도 θ는 2~15°의 범위 내에서 또한 오버랩량 L은 0.7~2.35㎜의 범위 내로 한다. 바람직하게는 각도 θ는 10°, 오버랩량 L은 1㎜로 한다.
다음에, 이상과 같이 구성된 본 실시예의 동작을 반도체 웨이퍼 표면에 예컨대 텅스텐과 같은 금속막을 형성하는 경우에 대하여 설명한다.
먼저, 처리 용기(16)의 측벽에 마련된 게이트 밸브(72)를 열어, 도시하지 않은 반송 암에 의해 처리 용기(16) 내로 웨이퍼 W를 받침대(22)의 위쪽에 반입하고, 리프터 핀(24)을 밀어 올리는 것에 의해 웨이퍼 W를 리프터 핀(24) 측으로 주고받는다. 다음에, 리프터 핀(24)을 누름봉(28)을 내리는 것에 의해 하강시키고, 웨이퍼 W를 받침대(22) 상에 위치시킴과 동시에, 누름봉(28)의 하강에 의해, 웨이퍼 W의 주변 가장자리부를 클램프 기구(35)의 클램프 링 본체(38)로 눌러 이것을 고정한다. 이 때, 클램프 링 본체(38)의 테이퍼 형상의 접촉면(38A)이 웨이퍼 상면의 주변 가장자리부와 선접촉하여 기밀성이 높은 상태로 된다. 또한, 부세 수단인 코일 스프링(42)의 탄성력에 의해, 웨이퍼 W의 주변 가장자리는 아래쪽으로 눌려지고, 웨이퍼 전체가 받침대(22) 상에 고정된다.
다음에, 도시하지 않은 처리 가스원으로부터 처리 가스로서 WF6, SiH4, H2등을 샤워 헤드부(74)에 소정량씩 공급하여 혼합하고, 이것을 헤드 본체(76) 하면의 가스 분사 구멍(80)으로부터 처리 용기(16) 내에 대략 균등하게 공급한다. 이와 동시에, 배기구(68)로부터 내부 분위기를 흡입 배기하는 것에 의해 처리 용기(16) 내를 소정의 진공도, 예컨대 200Pa~11000Pa의 범위 내의 값으로 설정하고, 또한 받침대(22)의 아래쪽에 위치하는 가열 램프(48)를 회전시키면서 구동하고, 열 에너지를 방사한다. 방사된 열선은 투과창(44)을 투과한 후, 받침대(22)의 이면을 조사하여 이것을 가열한다. 이 받침대(22)은 상술한 바와 같이, 1㎜ 정도로 매우 얇기 때문에 신속하게 가열되고, 따라서 이 위에 놓여 있는 웨이퍼 W를 신속하게 소정 온도까지 가열할 수 있다. 공급된 혼합 가스는 소정 화학 반응을 일으키고, 예컨대, 텅스텐 막이 웨이퍼 표면의 전면에 퇴적하여 형성되는 것으로 된다.
이와 같이 성막 공정이 행해지는 동안에 있어서, 처리 공간 S에 도입된 대부분의 처리 가스는 분해하여 성막 반응을 한 후에 주위로 확산하고, 받침대(22)의 주위에 마련된 정류판(62)의 정류 구멍(60)을 거쳐 아래쪽으로 흐르고, 또한 배기구(68)로부터 처리 용기(16)의 외부로 배출된다. 이것에 대하여, 일부의 처리 가스는, 도 2에 도시하는 바와 같은 웨이퍼 주변 가장자리부의 상면과 클램프 링 본체(38)의 접촉면(38A)과의 접촉부가 완전히 밀봉되어 있는 것은 아니므로, 이것에 형성된 매우 좁은 간격으로부터 웨이퍼 W의 측면 측 및 이면 측에 유입된다.
그렇지만, 본 발명에 있어서는 이 클램프 링 본체(38)의 접촉면(38A)의 경사 각도 θ 및 이 선단과 웨이퍼 주변 가장자리부와의 오버랩량 L을 최적의 범위로, 즉, 피처리체의 외주 가장자리에서 0.4㎜ 떨어진 중심측의 영역에서는, 피처리체 상에 형성되는 막이 상기 소정 두께의 적어도 90%의 두께를 갖고, 또한, 웨이퍼 외주 가장자리부나 이면에는 성막되지 않도록 설정하고 있으므로, 웨이퍼 측면 측이나 이면측에 침입하고 있는 처리 가스를 억제하여, 이 부분에 부착하는 불필요한 막을 적절하게 억제하여 제어할 수 있다.
여기서, 상기 클램프 링 본체, 즉, 링 형상의 클램프 링 본체(38)의 접촉면(38A)의 각도 θ와 오버랩량(길이) L을 각각 변경하여, 형성되는 막 두께의 상황을 검사하고, 성막 처리 후에 행해지는 막평활화 처리, 즉, 화학 기계 연마(CMP : Chemical mechanical polishing)와 에치백 처리와의 관계를 고찰했으므로, 그 대표적인 예를 설명한다.
표 1은 오버랩량 L을 1㎜로 하고, 각도 θ를 5°와 10°로 각각 설정하고, 두께 5000 Å의 텅스텐 막을 형성한 경우의 웨이퍼의 외주 가장자리로부터의 거리에 대한 막 두께 및 막두께율을 나타낸다.
이 표에서, 상단은 막두께율(%)을 또한, 하단은 막두께(Å)을 각각 나타낸다.
도 4는 종축에 막두께율(%)을 또한, 횡축에 웨이퍼의 외주 가장자리로부터 중심을 향하는 거리를 취하여, 거리에 대한 막두께율의 변화를 표 1에 나타내는 데이터를 근거로 하여 나타내는 도면이다. 이 도면에서, 흑색 원은 각도 θ가 5°인 경우를 또한, 흑색 사각형은 각도 θ가 10°인 경우를 각각 나타낸다.
발명자 등의 실험에 의하면, 에치백 처리 시에 요구되는 막의 조건은 웨이퍼의 외주 가장자리로부터의 거리가 0.4㎜ 내측인 영역에서는 막두께율이 90% 이상을 가지고, 또한 웨이퍼 외주 가장자리부나 이면에는 성막되지 않을 것이 요구된다. 이것에 의해, 웨이퍼 외주 가장자리부나 이면에 성막되어 있으면, 막의 급사면에 의해, 파티클의 발생 원인으로 된다. 이 조건을 상기 측정 결과는 만족하고 있으므로, 거리 L이 1㎜, θ가 5° 및 10°의 클램프 링을 사용하여 성막하는 것에 의해, 후의 에치백 처리에서 전혀 문제가 생기지 않는 것은 명백하다.
본 발명자들의 실험에 의하면, 오버랩 거리 L이 0.7 내지 2.35㎜의 범위이고, 각도 θ가 2 내지 15°의 범위라면, 에치백 처리 시에 문제가 생기지 않는 것이 확인되었다.
표 2는 오버랩량 L을 2㎜로 하고, 각도 θ를 5°와 10°로 각각 설정하고, 두께 5000Å의 텅스텐 막을 형성한 경우의, 웨이퍼의 외주 가장자리로부터의 거리에 대한 막두께 및 막두께율을 나타낸다.
도 5는 종축에 막두께율(%)을 또한, 횡축에 웨이퍼의 외주 가장자리로부터 중심을 향하는 거리를 취하여, 거리에 대한 막두께율의 변화를 표 2에 나타내는 데이터를 근거로 하여 나타내는 도면이다. 이 도면에서, 흑색원은 각도 θ가 5°인 경우를 또한, 흑색 사각형은 각도 θ가 10°인 경우를 각각 나타낸다.
발명자 등의 실험에 의하면, CMP 처리일 때에 요구되는 막의 조건은 웨이퍼의 외주 가장자리로부터의 거리가 2.0㎜보다 내측인 영역에서는 막두께율이 90% 이상이고 또한, 웨이퍼 외주 가장자리부 0.5㎜보다 외주 방향의 레벨부나 이면에 성막되지 않을 것이 요구된다. 따라서, 웨이퍼 외주 가장자리부 0.5㎜에서 외주 방향의 레벨부나 이면에 성막되어 있으면, 막의 급사면에 의한 파티클의 발생 또는 CMP 처리 시에, 웨이퍼 외주 가장자리부가 연마되지 않아, 막 잔량의 발생 원인으로 된다. 이 조건을 상기 측정 결과는 만족하고 있으므로, 오버랩 거리 L이 2㎜, θ가 5° 및 10°의 클램프 링을 사용하여 성막하는 것에 의해, 후의 CMP 처리에서전혀 문제가 생기지 않는 것은 명백하다.
본 발명자들의 실험에 의하면, 오버랩 거리 L이 1.5 내지 3.5㎜의 범위이고, 각도 θ가 2 내지 15°의 범위라면, CMP 처리 시에 문제가 생기지 않는 것이 확인되었다.
또한, 본 발명의 성막 장치의 클램프 기구는 웨이퍼의 크기에 관계없고, 예컨대 6인치, 8인치, 12인치 등의 모든 크기의 웨이퍼에 적용할 수 있다. 또한, 성막 종류에 대하여도 텅스텐 막에 한정되는 것이 아니고, 동(銅)막 등의 다른 금속막, 혹은 SiO2, SiN막 등의 절연막의 성막에도 적용할 수 있다.
더욱이는 피처리체로서는 반도체 웨이퍼에 한정되는 것은 아니고, LCD 기판, 유기 기판 등에도 적용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 성막 장치에 의하면, 다음과 같은 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
클램프 링 본체의 접촉면의 경사 각도 및 피처리체와의 오버랩량을 최적의 범위로 설정하도록 했으므로, 피처리체의 주변 가장자리부 및 측면 근방에의 불필요한 부착막의 형성을 적절히 억제할 수 있다.
특히, 상기 경사 각도를 2~15°의 범위로 하고, 또한 오버랩량을 1.5~3.5㎜의 범위로 하는 것에 의해, CMP용에 적절한 클램프 기구로 할 수 있다.
또한, 상기 경사 각도를 3~15°의 범위로 하고, 또한 오버랩량을 0.7~2.35㎜의 범위로 하는 것에 의해, 에치백용에 적절한 클램프 기구로 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 처리 용기와,
    이 처리 용기 내에 성막용의 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    이 처리 용기 내에 마련되어 위에 피처리체를 위치시키는 받침대과,
    이 받침대에, 피처리체를, 받침대과의 사이에서 클램프하여 지지하는 클램프 지지 기구와,
    상기 받침대 상의 피처리체를 가열하여, 피처리체 상에 처리 가스에 의해 소정 두께의 막을 형성시키는 가열원을 포함하되,
    상기 클램프 지지기구는,
    피처리체의 외주부와 오버랩 길이 L에서, 전체 외주에 걸쳐 오버랩하도록 피처리체의 외경보다도 작은 내경의 개구를 규정하고, 피처리체의 직경 방향 외측을 향하여 아래쪽에 각도 θ로 경사진 내주 접촉면과, 피처리체의 외경보다도 큰 외경을 갖는 링 형상의 클램프 본체와,
    이 링 형상 부재를 피처리체의 방향으로 눌러, 상기 내주 접촉면을 피처리체의 외주 가장자리에 맞닿게 하는 구동 기구를 갖고,
    피처리체의 외주 가장자리에서 0.4㎜ 떨어진 중심 측의 영역에서는, 피처리체의 위에 형성되는 막이, 상기 소정 두께의 적어도 90%의 두께를 갖고, 또한, 웨이퍼 외주 가장자리부나 이면에 성막되지 않도록 설정되어 있는 성막 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 성막용의 처리 가스는 성막 피처리체 상에 금속막을 형성하기 위한 처리 가스인 성막 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 성막용의 처리 가스는 텅스텐 성분을 포함하는 처리 가스인 성막 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 링 형상 부재의 오버랩 길이 L은 0.7 내지 3.5㎜이고, 각도 θ는 2 내지 15°인 성막 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 피처리체에 형성된 막의 후(後)공정에 있어서, 화학 기계 연마 처리하는 경우에는, 상기 링 형상 부재의 오버랩 길이 L은 1.5 내지 3.5㎜이고, 각도 θ는 2 내지 15°인 성막 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 피처리체에 형성된 막의 후(後)공정에 있어서, 에치백 처리하는 경우에는, 상기 링 형상 부재의 오버랩 길이 L은 0.7 내지 2.35㎜이고, 각도 θ는 2 내지 15°인 성막 장치.
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