KR20080003242A

KR20080003242A - 성막 장치 및 성막 방법

Info

Publication number: KR20080003242A
Application number: KR1020070060542A
Authority: KR
Inventors: 지로 센다; 모토히로 오시마; 테츠오 시미즈; 코지 토미나가; 코이치로 마츠다; 유타카 야마기시
Original assignee: 가부시키가이샤 호리바 세이샤쿠쇼; 가부시키가이샤 호리바 에스텍; 학교법인 도시샤
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2008-01-07
Also published as: JP2008007838A; CN101096753A; US20080095936A1

Abstract

본 발명의 과제는, 성막실의 소형화, 나아가서는 성막 장치의 소형화를 실현하고, 성막한 막두께 분포를 양호하게 할 수 있고, 기화량을 많게 하여 성막의 처리량을 향상시키는 것이다.

이러한 본 발명의 해결 수단으로서는, 액체 원료를 기화하고, 기판(W)상에 퇴적시켜서 성막하는 성막 장치(1)로서, 기판(W)을 내부에 유지하는 성막실(2)과, 상기 성막실(2)에 위치를 다르게 하여 배치되고, 동일한 액체 원료를 상기 성막실(2)내에 직접 분사하여 감압 비등시킴으로써, 상기 액체 원료를 기화하여 공급하는 복수의 분사 밸브(3)를 구비하고 있다.

성막실, 기화량, 기판, 분사 밸브, 액체 연료, 제어 장치

Description

성막 장치 및 성막 방법{An apparatus for forming film and a method thereof}

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련되는 성막 장치의 개략 구성도.

도 2는 분사 밸브로부터 분사된 액체 원료 상태의 변화를 나타내는 도면.

도 3은 상기 제 1 실시 형태에 있어서의 분사 밸브의 단면도.

도 4은 상기 제 1 실시 형태에 있어서의 제어장치의 기능 구성을 나타내는 도면.

도 5는 상기 제 1 실시 형태에 있어서의 분사 밸브의 제어 방법을 나타내는 도면.

도 6은 상기 제 1 실시 형태에 있어서의 성막 장치의 동작을 나타내는 플로차트.

도 7은 본 발명의 제 2 실시 형태에 관련되는 성막 장치의 분사 밸브의 제어 방법을 나타내는 도면.

도 8은 그 외의 변형 실시 형태에 관련되는 분사 밸브의 배치를 나타내는 도면.

도 9은 그 외의 변형 실시 형태에 관련되는 분사 밸브의 배치를 나타내는 도면.

도 1O은 그 외의 변형 실시 형태에 관련되는 분사 밸브의 배치를 나타내는 도면.

도 ll은 그 외의 변형 실시 형태에 관련되는 분사 밸브의 제어 방법을 나타내는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 성막 장치

W: 기판

2: 성막실

3: 분사 밸브

lO: 제어 장치

본 발명은, 성막 장치 및 성막 방법에 관하여, 특히 화학 기상 성장법을 사용한 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.

이 종류의 성막 장치에는, 예를 들면 특허문헌 1 에 나타내는 바와 같이, 액체 원료를 분사하는 1 개의 분사밸브(injector)가 성막실의 상부에 설치되고, 액체 원료를 직접 성막실 내에 분무하여 기판상에 성막하는 것이 있다. 이 때, 분사 밸브로부터 분사된 액체 원료는 감압 비등(沸騰)하여 기화한다.

그렇지만, 1 개의 분사 밸브를 사용하여 기판 전체에 액체 원료를 골고루 퍼 지게 하기 위해서는, 분사 밸브와 기판과의 거리를 충분히 취할 필요가 있다. 그렇게 하면, 분사 밸브와 기판과의 거리는 처리하는 기판의 크기(처리 면적)에 따라 커지며, 큰 면적의 기판으로의 성막에 대응하기 위해서는, 성막실을 크게 할 필요가 있고, 장치 코스트의 증대 및 장치 영역의 확보의 필요 등의 비용면에서의 문제와, 성막실 내의 진공 빼기 시간의 증가 및 가스 치환 시간의 증가 등의 장치성능 면에서의 문제가 있다.

또, 예를 들면 특허문헌 2 에 나타내는 바와 같이, 가스 농도 분포를 처리 면적에 대하여 균일하게 제어하기 위해, 샤워 형상의 격벽판(많은 구멍을 가지는 격벽판(隔壁板)을 기판의 위쪽에 설치하고, 샤워 구멍으로부터 원료 가스를 공급하는 것이 행해지고 있다.

그렇지만, 샤워 구멍의 구멍 막힘 또는 격벽판으로의 막의 형성등에 의해, 기판에의 안정된 균일한 농도의 원료 가스의 공급 및 성막이 방해된다고 하는 문제도 있다.

또한, 액체 원료의 공급이 간헐적으로 행해지는 경우, 단위 시간당의 기화량이 적어지고 말아, 성막의 처리량(throughput)이 나쁘다고 하는 문제도 있다.

[특허문헌 1] 특개 2O04-l97135호 공보

[특허문헌 2] 특개 2OO4-1115O6호 공보

그래서 본 발명은, 상기 문제점을 일거에 해결하기 위해 이루어진 것이며, 성막실의 소형화, 나아가서는 성막 장치의 소형화를 실현하고, 성막한 막 두께(膜厚) 분포를 양호하게 할 수 있고, 기화량을 많게 하여 성막의 처리량을 향상시키는 것을 그 주된 소기(所期)의 과제로 하는 것이다.

즉 본 발명에 관련되는 성막 장치는, 액체 원료를 기화하고 기판상에 퇴적시켜서 성막하는 성막 장치로서, 기판을 내부에 유지하는 성막실(成膜室)과, 상기 성막실에 위치를 다르게 하여 배치되고, 동일한 액체 원료를 상기 성막실 내에 직접 분사하여 감압 비등시킴으로써, 상기 액체 원료를 기화하여 공급하는 복수의 분사 밸브를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

바꾸어 말하면, 복수의 분사 밸브는, 동일한 액체 원료를 상기 성막실 내에 직접 분사하고, 그 액체 원료를 감압 비등 분무 기화하여 기판상에 공급하는 것이다. 또한,「감압 비등 분무 기화 방식」이란, 액체의 포화 증기압 이하로 감압된 압력장(壓力場)에 액체를 분사하여, 급격히 비등시켜서 기화시키는 방식을 말한다. 단열 팽창에 의한 기화 때문에, 고온을 필요로 하지 않고, 따라서, 액체 원료의 열분해 등을 억제할 수 있고, 다양한 액체 원료를 기화시킬 수 있게 된다. 따라서, 고온으로 유지한 기화기나 배관을 필요로 하지 않기 때문에, 성막 장치를 콤팩트하게 설계할 수 있고, 에너지 절약을 실현할 수 있게 된다.

이와 같은 것이라면, 비록 대면적 기판이라도 분사 밸브와 기판과의 거리를 작게 할 수 있으므로, 성막실을 소형화할 수 있고 나아가서는 성막 장치를 소형화할 수 있다. 또, 복수의 분사 밸브를 다른 위치에 배치하고 있으므로, 가스 농도를 균일하게 하여 성막한 막 두께 분포를 양호하게 할 수 있게 된다. 또한, 동시 에 기화하는 량을 많이 할 수 있으므로, 성막의 처리량을 향상시킬 수 있게 된다

기판상의 막 두께 분포를 균일하게 하기 위한 구체적인 배치 구성으로서는, 상기 복수의 분사 밸브를 상기 성막실 내의 소정 위치에 유지되는 기판의 중심축에 대해 대략 대칭으로 설치하고 있는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 상기 복수의 분사 밸브를 각각 서로 동일 간격으로 설치하고 있는 것을 고려할 수 있다.

기판상에 퇴적된 박막 중의 원자 또는 분자의 영동(泳動)이나 반응 부생성물(副生成物)의 충분한 증발을 행하고, 치밀하고 불순물이 적은 고품위인 박막을 생성할 수 있도록 하기 위해서는, 상기 분사 밸브를 주기적으로 개폐시키고, 상기 액체 원료를 상기 성막실 내에 간헐적으로 공급하는 제어장치를 구비하는 것이 바람직하다. 또 이것이라면, 액체 원료를 낭비 없이 유효하게 활용할 수 있다.

여기서, 복수의 분사 밸브를 동시에 개폐하면, 한번에 공급하는 분무량이 많아지고 말아, 조압(調壓)된 성막실 내의 압력이 크게 상승하고, 또는 진공도가 크게 저하하여, 분사한 액체 원료가 완전히 기화하는 것이 어렵게 되고 만다. 이것을 방지하는 데는 성막실 내의 압력을 조정하는 조압 펌프의 용량을 크게하여 변동하는 압력을 일정하게 유지할 필요가 있다. 이와 같은 문제를 매우 적절하게 해결하기 위해서는, 상기 제어장치가 상기 각각의 분사 밸브의 개폐의 타이밍을 다르게 하고, 상기 각각의 분사 밸브가 순차적으로 그 개폐를 행하도록 하고 있는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 관련되는 성막 방법은, 기판을 내부에 유지하는 성막실 내에, 다른 위치에 배치된 복수의 분사 밸브에 의해 동일한 액체 원료를 직접 분사하여 감압 비등시킴으로써, 상기 액체 원료를 기화하여 상기 기판상에 퇴적시켜서 성막하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 것이라면, 복수의 분사 밸브를 다른 위치에 배치하여 액체 원료를 분사하고 감압 비등 분무 기화시키고 있으므로, 가령 대(大)면적 기판이라도 분사 밸브와 기판과의 거리를 작게 할 수 있고, 또 동시에 기화하는 량을 많이 할 수 있으므로, 가스 농도를 균일하게 하여 성막의 처리량을 향상시킬 수 있다. 또, 성막한 막 두께 분포를 양호하게 할 수 있게 된다. 또한, 이와 같은 성막 방법을 실현하는 성막실을 소형화할 수 있고, 나아가서는 장치 자체를 소형화 할 수 있게 된다.

< 제 1 실시 형태 >

이하에 본 발명의 제 1 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시 형태와 관련되는 성막 장치(1)는, 도 l 에 나타내는 바와 같이, 가공 대상인 기판(W)상에 이산화규소(Si0₂) 막을 성막하기 위한 성막 장치이며, 액체 원료를 기화하여 기판(W)상에 박막을 퇴적시킴으로써 성막하는 것이다.

구체적인 장치 구성은, 기판(W)을 내부에 유지하는 성막실(2)과, 액체 원료를 성막실(2)내에 직접 분사하는 복수의 분사 밸브(3)(3O1, 3O2, 3O3)와, 분사 밸브(3)에 액체 원료를 공급하는 원료 공급관(4)으로 이루어진다. 또한, 이하에 있어서 각 분사 밸브(3)를 구별하여 설명할 때는, 주로 분사 밸브(301), 분사 밸 브(3O2), 분사 밸브(3O3)으로 적는다.

본 실시 형태의 액체 원료는, 테트라에톡시실란(TEOS:(Si(OC₂H₅)₄)이며, 예를 들면 스테인리스 제의 원료 탱크(5)에 보존되어 있다. 그리고, 해당 탱크(5) 상부로부터 가압(N₂)가스가 압입됨으로써 원료 공급관(4)을 통과하여 복수의 분사 밸브(3)에 압송되고, 그 분사 밸브(3)를 통하여 성막실(2) 내부에 공급된다. 또한, 액체 원료는 분사 밸브(3)로부터 성막실(2) 내에 분사되는 동시에, 감압 비등 분무 기화 현상이 일어나 기화되어서 성막실(2) 내에 충만한다.

여기서, 분사 밸브(3)로부터 분사된 액체 원료의 변화에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 분사 밸브(3)로부터 분사된 액체 원료는, 분사구 부근 (분사구(31A)로부터 수mm 정도)에 있어서는, 액체 원료는 아직 액체(안개(무(霧)))상태이다(도 2의 영역(가)). 그리고, 그 안개가 서서히 감압 비등하여 기화한다(도 2 의 영역(나)). 그러나 이 영역(나)에 있어서는, 전망하는 처리 면적에 대하여 기화한 원료 가스의 확산은 불충분하며 농도 분포에 편차가 있다. 그리고, 영역(나)보다 기판(W)측에 있어서는, 원료 가스가 확산하여 농도 분포가 균일하게 된다(도 2 의 영역(다)). 기판(W)상에 균일한 성막을 행하기 위해서는, 가스 농도 분포가 없는 영역(다)에 기판(W)이 위치하도록 설치한다. 예를 들면 대면적의 기판(W)을 하나의 분사 밸브(3)로 커버하려고 하면, 분사 밸브(3)와 기판(W)과의 거리를 큰 폭으로 취할 필요가 있으나, 본 실시 형태에서는, 복수의 분사 밸브(3) 각각의 영역(다)이 서로 겹치도록 하고, 하나의 분사 밸브(3)가 커버하는 부분은, 기판(W)의 일부분이 나, 모든 분사 밸브(3)가 커버하는 부분을 서로 더하면, 기판(W)의 모두를 커버하도록 하고 있다.

성막실(2)은, 보관 유지 기구에 의해 내부에 가공 대상으로 되는 기판(W)을 유지하는 것이며, 또한 기판(W)을 가열하기 위한 기판 히터(21)를 가지고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 기판 히터(21)가 유지 기구를 겸하고 있다.

또, 성막실(2)은, 성막실(2)내의 압력을 조절하기 위한 조압 밸브(6)를 통하여 진공 펌프(7)가 장착되고, 성막실(2)내의 압력을 측정하기 위한 압력계(8)가 장착되어 있다. 그리고, 이 진공 펌프(7)에 의해 그 실내의 압력을 약 13O [Pa] 로 제어되어 있다. 또, 이산화규소(Si0₂)막을 충분히 산화시키기 위한 산소(0₂)가스를 공급하기 위한 산소 공급관(도시하지 않음)도 배열 설치되어 있다. 이 산소 공급관은, 도시하지 않는 매스 플로 컨트롤러(mass flow controller)(MFC)에 의해 산소(0₂)가스의 공급 유량이 제어되어 있다.

분사 밸브(3)는, 액체 원료를 성막실(2)내에 직접 분사함으로써, 그 액체 원료를 감압 비등시켜서 기화하는 것이다. 그리고, 분사 밸브(3)는 성막실(2)의 상부에 기판(W)의 성막 대상면과 대향하도록 복수개(본 실시 형태에서는 3 개)설치되어 있다. 그 배치 방법은, 성막실(2)내에 유지된 기판(W)의 중심축 상에 분사 밸브(3O2)를 설치하고, 그 분사밸브(3O2)의 주위에 대칭으로 되도록 나머지 2 개의 분사 밸브(3O1) 및 분사 밸브(303)를 동심원상(본 실시 형태에서는, 중심축에 대해 좌우 대칭으로 된다.)으로 설치하고 있다. 이들 분사 밸브(3O1, 3O2, 303)는, 제 어장치(1O)에 의해 각각의 개폐가 제어된다

분사 밸브(3)의 구성은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본체부(31)와 그 본체부(31)에 내장된 솔레노이드(32)와, 해당 솔레노이드(32)의 전자 유도에 의해 분사구(31A)를 개폐하는 밸브 본체(33)로 이루어지며, 제어장치(1O)에 의해 제어되는 것이다. 그리고, 히터(9)를 사용하여 본체부(31)의 분사구(31A)의 근방을 예를 들면 수십℃정도(실온보다 다소 고온)로 가열하고 있다. 또한, 도 3 은 분사구(31A)가 닫고 있는 상태를 나타내고 있다.

밸브체(33)는, 본체부(31)의 내부 공간(31B)에 위치하고, 스프링(34)에 의해 분사구(31A)측에 가압되어 분사구(31A)를 폐색하는 것이며, 그 선단부 (33A)에 우산 형상의 플랜지(331)와 고리 형상 홈(332)을 형성하도록 하고 있다.

이와 같이 분사 밸브(3)로서 전자 밸브를 사용하고 있으므로, 분사되는 액체 원료의 유량 등의 제어를 고속 응답으로 정확하게 행하는 것이 용이하게 된다.

제어장치(lO)는, 분사 밸브(3)를 주기적으로 개폐시켜서 액체 원료를 성막실(2)내에 간헐적으로 공급하는 것이며, 그 기기 구성은, CPU, 내부 메모리, 입출력 인터페이스, AD 변환기 등을 구비한 범용 또는 전용의 컴퓨터이며, 상기 내부 메모리의 소정 영역에 격납하고 있는 프로그램에 의거하여 CPU 나 그 주변기기 등이 작동함으로써, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 성막 조건 제어부(1O1) 및 분사 밸브 제어부(1O2)로서 기능한다.

성막 조건 제어부(1O1)는, 압력계(8)로부터 압력 신호를 접수하여, 성막실(2)내의 압력이 일정 압력으로 유지되도록 조압 밸브(6)에 밸브 제어 신호를 출 력하여 조압 밸브(6)를 제어하는 동시에, 진공 펌프(7)에 펌프 제어 신호를 출력하여 진공 펌프(7)를 제어하는 것이다.

분사 밸브 제어부(1O2)는, 각 분사 밸브(3O1, 3O2, 3O3)를 각각 제어하는 것이며, 구체적으로는, 분사 밸브(3)를 구성하는 솔레노이드(32)를 구동함으로써 후술하는 공급 시간만 분사구(31A)를 개방하도록 제어한다.

분사 밸브(3)의 구체적인 제어 방법에 대해 도 5를 참조하여 설명한다. 또한, 도 5 에 있어서「분사 밸브 A」는 분사 밸브(301),「분사 밸브 B」는 분사 밸브(3O2),「분사 밸브 C」는 분사 밸브(3O3)의 것이다.

분사 밸브 제어부(1O2)는, 액체 원료를 성막실(2) 내에 공급하는 시간인 공급 시간(개방 시간)과 액체 원료를 상기 성막실(2)내에 공급하지 않는 시간인 공급 정지시간(패쇄 시간)을 주기적으로 반복하도록 각각의 분사 밸브 (3O1, 3O2, 3O3)를 제어한다. 이 때, 각 분사 밸브(3O1, 3O2, 3O3)의 개폐 동작의 타이밍을 동시에 하고 있다. 또, 공급 정지시간이 공급 시간의 약 5O 배 이상이 되도록 하고, 본 실시 형태에서는 공급 시간을 10[ms], 공급 정지시간을 99O[ms]로 하고 있다.

여기서, 공급 시간은, 예를 들면 기판(W)의 성막 대상 면적, 성막실(2)의 압력, 온도 또는 체적 혹은 액체 원료 등에 의거하여 설정하도록 하고 있다. 공급 정지시간은, 공급 시간중에 성막실(2)내에 공급되어 기판(W)상에 퇴적한 액체원료의 원자 또는 분자가 영동하고, 기판(W)상에 생성된 반응 부생성물이 증발하기 위해 필요한 영동ㆍ증발 시간과 동일하거나 혹은 그것보다도 길어지도록 설정한다.

이와 같이 구성한 성막 장치(1)의 동작 및 성막 방법에 대해, 도 6을 참조하 여 이하에 설명한다.

먼저, 기판(W)에는 12 인치 사이즈의 Si 기판을 사용하고 성막실(2)내의 기판 히터(21)상에 설치한다. 이 때 기판 히터(21)는 기판 표면이 65O ℃로 되도록 설정하고 있다. 또, 액체 원료에는 TEOS(테트라에톡시실란 Si(OC₂H₅) ₄)를 사용하고, 원료 탱크(5) 내에 충전시킨다. 압송용의 가압 가스에는, 질소(N₂)를 사용하여 약 O.4 MPa 으로 가압한다. 또, 성막 장치(1)의 작동중, 성막실(2)내의 압력은 약 13O Pa 로 제어되어 있다.

그리고, 예를 들면 기판(W)의 성막 대상 면적, 성막실(2)의 압력, 온도 또는 체적 혹은 액체 원료 등에 의거하여 공급 시간을 설정한다(스텝 Sl). 본 실시 형태에서는, 기판(W)의 크기는 12 인치 사이즈이며, 공급 시간을 약 10〔ms], 공급 정지시간을 99O [ms] 로 설정하고 있다.

다음에, 공급 시간중에 성막실(2) 내에 공급되어 기판(W)상에 퇴적한 액체 원료의 원자 또는 분자가 영동하고, 기판(W)상에서 생성된 반응 부생성물이 증발하기 위해 필요한 영동ㆍ증발 시간을 산출한다(스텝 S2).

그 후, 그 영동ㆍ증발 시간과 같거나 그것보다도 긴 시간을 공급 정지시간으로서 설정한다(스텝 S3).

그리고, 공급 시간, 공급 정지시간을 제어장치(1O)에 입력하고 제어장치 (1O)가 이 시간에 의거하여 솔레노이드(32)를 제어하고, 액체 원료를 성막실(2)내에 간헐적으로 공급한다(스텝 S4). 이것에 의해, 액체 원료인 TEOS 는 성막실 내 에서 감압 비등 분무에 의해 기화하고, 기판 표면상에서 열분해 반응에 의해 SiO₂ 막이 성장한다. 성막이 종료했다면 성막 장치(1)의 동작을 종료하고, 종료하고 있지 않다면 계속해서 성막을 행한다(스텝 S5). 각 분사 밸브(3O1, 3O2, 3O3)의 개폐의 반복 회수가 약 5OO 회로 막 두께는 약 1OO nm 의 SiO₂ 막을 형성할 수 있다.

이와 같이 구성한 성막 장치(1)에 의하면, 비록 대면적 기판(W)이라도 분사 밸브(3)와 기판(W)과의 거리를 작게 할 수 있으므로, 성막실(2)을 소형화할 수 있고 나아가서는 성막 장치(1)를 소형화할 수 있다. 따라서, 하나의 분사 밸브(3)로 대면적 기판(W)을 성막하는 경우에 생기고 있던 성막실(2)의 비대(肥大)에 따르는 장치 코스트의 증대 및 장치 영역의 확보의 필요 등의 비용면에서의 문제와, 성막실(2) 내의 진공 빼기 기간의 증가 및 가스 치환 시간의 증가 등의 장치 성능면에서의 문제를 해결할 수 있다. 또, 복수의 분사 밸브(3)를 다른 위치에 배치하고 있으므로, 성막한 막 두께 분포를 양호하게 할 수 있게 된다. 또한, 동시에 기화하는 량을 많게 할 수 있으므로, 성막의 처리량을 향상시킬 수 있게 된다.

〈제 2 실시 형태〉

다음에, 본 발명에 관련되는 성막 장치의 제 2 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

상기 제 1 실시 형태와 같이 복수의 분사 밸브(3)를 동시에 개폐시킨 경우에는, 한 번에 공급하는 분무량이 많아진다. 그러면, 성막실(2)내의 압력 변동이 커지며, 액체 원료를 완전히 기화시키려면 진공 펌프(7)의 용량을 크게 하여 성막 실(2)내의 압력을 일정하게 할 필요가 생긴다.

그래서, 본 실시 형태에 관련되는 성막 장치(1)는, 상기 제 1 실시 형태하고는 분사 밸브(3)의 제어 방법이 다르다. 즉, 본 실시 형태에 관련되는 성막 장치(1)에서는 제어장치(1O)가 각각의 분사 밸브(3)의 개폐의 타이밍을 다르게 하여, 상기 각각의 분사 밸브(3)가 차례로 그 개폐를 행하도록 하고 있다.

구체적인 분사 밸브(3)의 제어 방법을 도 7 에 나타낸다. 또한, 도 7 에 있어서「분사 밸브 A」는 분사 밸브(3O2),「분사 밸브 B」는 분사 밸브(3O2),「분사 밸브 C」는 분사 밸브(3O3)의 것이다.

각 분사 밸브(301, 3O2, 3O3)의 공급 시간 및 공급 정지시간은 같은 시간이다. 그리고, 분사 밸브(3O2)의 개폐 동작보다도 분사 밸브(3O1)의 개폐 동작을 일정시간 늦추고 있고, 그 분사 밸브(3O1)의 개폐 동작보다도 분사 밸브(3O3)의 개폐 동작을 일정시간 늦추고 있다.

구체적으로는, 각 분사 밸브(301, 3O2, 303) 의 공급 시간은 1O〔ms], 공급 정지시간은 99O [ms〕이다. 그리고, 분사 밸브(3O2)의 개폐 동작보다도 분사 밸브(3O1)의 개폐 동작을 약 32O [ms] 늦추고 있고, 그 분사 밸브(3O1)의 개폐 동작보다도 분사 밸브(3O3)의 개폐 동작을 약 32O〔ms] 늦추고 있다. 즉, 분사 밸브(3O2)(분사 밸브A) →분사 밸브(3O1)(분사 밸브B) →분사 밸브(303)(분사 밸브C) →분사 밸브(302)(분사 밸브A) →···, 과 각 분사 밸브(3Ol, 3O2, 303)가 차례로 그 개폐 동작을 행하도록 하고, 그리고 또한, 각 분사 밸브(3O1, 3O2, 303)의 개폐 동작의 개시 시기를 늦추는 동시에 주기가 동일해지도록 제어한다. 그리고, 약 1OOO msec 주기로 목적 회수까지 반복하고, 약 5OO회 반복하는 것으로 SiO₂ 막을 약 1OO nm 형성할 수 있다.

이 때, 분사 밸브(3O1, 3O2, 3O3)를 구별함이 없이, 성막실(2) 내에 공급하는 시간에만 착목(着目)하면, 공급 시간이 1O〔ms], 공급 정지시간이 약 320[ms]로 되고, 개폐 동작의 1주기가 약 33O [ms] 로 된다. 한편, 어느 하나의 분사 밸브(예를 들면 분사 밸브(3O2))에만 착목하면, 그 분사 밸브(3O2)는, 공급 시간 1O〔ms〕, 공급 정지시간 99O [ms] 로 1 주기의 개폐 동작을 행하게 된다.

여기서, 하나의 분사 밸브(3)를 사용하여 3.3 Hz (약 330 msec에 1회)로 공급하는 경우와, 3개의 분사 밸브(3O1, 3O2, 3O3)을 차례로 사용하여 약 33O msec 간격으로 공급하는 경우에 있어서는, 액체 원료의 기화 효율이 다르다.

하나의 분사 밸브(3)를 사용한 경우에는, 개폐 주파수가 약 3.3 Hz 이며, 한개 당의 개폐의 반복의 주파수가 크므로(개폐 간격이 짧아진다) 기화에 의한 기화열이 분사 밸브(3) 근방으로부터 빼앗기고 말아, 기화 효율이 서서히 악화된다.

또한, 퇴적한 박막중의 원자 또는 분자의 영동이나 반응 부생성물의 충분한 증발이 행해지지 않기 때문에, 치밀하고 불순물이 적은 고품위인 박막의 생성은 곤란하게 된다.

한편, 복수의 분사 밸브(3Ol, 3O2, 3O3)를 사용한 경우에는, 각 분사 밸브(3Ol, 302, 3O3)의 개폐 주파수가 약 lHz 이기 때문에, 액체 원료의 기화에 의해 빼앗긴 기화열을 회복할 수 있고, 기화 효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 퇴적한 박막중의 원자 또는 분자의 영동이나 반응 부생성물의 충분한 증발을 행하게 하여, 치밀하고 불순물이 적은 고품위인 박막을 생성할 수 있게 된다.

이와 같이 구성한 본 실시 형태에 관련되는 성막 장치에 의하면, 성막실 (2)내에의 한번의 공급량은 하나의 분사 밸브(3)를 사용한 경우와 동일하며, 성막실(2)내의 압력 변동을 작게 할 수 있으므로, 배기량이 큰 진공 펌프(7)를 필요로 하지 않는다. 또 압력 조절도 용이하게 할 수 있다. 또, 각 분사 밸브(3O1, 302, 3O3)의 개폐는 l Hz로 행해지므로, 분사 밸브 근방에 있어서의 액체 원료의 기화열에 관련되는 온도 감소를 작게 할 수 있고, 기화 효율을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 분사 밸브의 수는 3개로 한정되지 않고, 2 또는 4 이상이라도 된다. 이 때 가스 농도 분포에 맞춘 분사 밸브의 배치로 하고, 특히 원형 기판에 성막하는 경우에는 대칭 배치가 필요하다. 예를 들면 5개의 분사 밸브를 사용한 경우의 배치예를 도 8, 9 에 나타낸다. 이 때, 하나의 분사 밸브(3)를 소정 위치에 배치되는 원형 기판(W)의 중심축 상에 설치하고, 나머지 4 개의 분사 밸브(3)를, 그 중심축 상에 설치한 분사 밸브(3)에 대하여 동심원 상에 동일 간격이 되도록 배치한다. 이 때, 분사 밸브(3)는, 원형 기판(W)에 평행이 되도록 배치해도 되며(도 8 참조), 입체적으로 배치해도 된다(도 9 참조). 또, 각 분사 밸브(3)의 개폐 타이밍은, 상기 제 1 실시 형태와 동일하게 5개 동시에 개폐하여 5개소 동시에 액체 원료를 공급하는 것이라도 되며, 상기 제 2 실시 형태와 동일하게 개폐 타이밍을 처지게 하여 시간차를 붙여서 공급하도록 해도 된다.

상기 각 실시 형태에서는, 분사 밸브(3)가 기판(W)의 중심축에 대해 대칭였었으나, 다시 더하여 도 lO에 나타내는 바와 같이, 각 분사 밸브(3)의 거리를 동일하게 하는 것을 고려할 수 있다. 이것이라면, 한층 막 두께를 균일하게 할 수 있다. 또한, 도 lO에 있어서는, 분사 밸브(3)가 7 개이나 이것에 한정되지 않고 몇 개라도 된다.

상기 제 2 실시 형태에서는, 분사 밸브(3Ol, 3O2, 3O3)의 개폐 동작의 순번이, 분사 밸브(3O2)(분사 밸브A) →분사 밸브(3O1)(분사 밸브B) →분사 밸브(3O3)(분사 밸브C) →분사 밸브(3O2)(분사 밸브A) →···, 였었으나, 그 외에도 분사 밸브(3Ol)(분사 밸브B) →분사 밸브(3O2)(분사 밸브A) →분사 밸브(303)(분사 밸브C) →분사 밸브(3O1)(분사 밸브B)이라도 된다.

그 외에도, 각 분사 밸브를 연속 2회 이상씩 차례로 개폐시키도록 하는 것이라도 된다. 이 경우, 기화 효율을 고려하여 연속 개폐 회수를 설정한다. 예를 들면, 분사 밸브A →분사 밸브A →분사 밸브B →분사 밸브B →분사 밸브C →분사 밸브C →분사 밸브A →분사 밸브A →,···등이다.

또, 상기 각 실시 형태에 있어서, 성막실 내의 온도를 조절하는 히터 등의 온도 조절 기구를 설치하도록 해도 된다. 보다 바람직하게는, 분사 밸브의 분사구 근방의 영역의 온도를 조절하는 분사구 근방 온도 조절기구를 설정하도록 해도 된다. 이는, 액체 원료를 분사함으로써 액체 원료의 기화에 의해 기화열이 빼앗겨서 분사구 근방의 온도가 저하하고 말아, 기화 효율이 저하하고 마는 것을 막기 위해 서이다. 분사구 근방 온도 조절 기구로서는, 예를 들면 적외선을 조사하는 램프, 히터 또는 플라스마 등을 고려할 수 있다.

또한, 상기 제 1 실시 형태에 있어서는, 공급 시간을 1O [ms], 공급 정지시간을 99O〔ms]로 하고 있으나, 공급 정지시간을 영동ㆍ증발 시간과 같거나 혹은 그보다 길게 하고 있는 것이면 된다.

이에 더하여, 액체 원료를 성막실(2)내에 공급하는 공급시간 내에 있어서, 소정의 시간 간격으로 분사 밸브(3)를 복수회 개폐시킴으로써, 액체 원료를 성막실(2) 내에 공급하도록 해도 된다.

게다가, 막 두께를 균일하게 하는 관점으로부터 보면, 성막중에 기판을 일정 속도로 자전 및/또는 공전시키는, 모터 등으로 구성되는 기판 회전기구를 설정해도 된다. 이것이라면, 성막의 얼룩짐을 없앨 수 있고 막 두께 분포를 더욱 균일하게 할 수 있게 된다.

예를 들면, 도 8 또는 도 9 에 나타내는 바와 같이 분사 밸브를 배치한 경우에는, 기판이 클 때, 그 기판 전체를 도 2 에 나타내는 영역(다)에서 커버할 수 없는 경우가 있다. 이때는 기판을 회전시키는 것이 유효하다. 단 이 경우, 기판에 분사되는 액체 원료의 량은 기판 중심이 많아지고 만다. 그래서, 도 11에 나타내는 바와 같이, 중심의 분사 밸브보다도 외주부의 분사 밸브(중심의 분사 밸브의 주위에 배치된 4개의 분사 밸브)의 공급 시간을 길게 하는 등 조절을 함으로써 한층 막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 11 에 있어서, 중심의 분사 밸브의 공급 시간은 1O [ms] 이며, 주변부의 분사 밸브의 공급 시간은 15 [ms] 로 하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그 외에도, 중심의 분사 밸브와 외주부의 분사 밸브와의 분사 타이밍을 변경하여 분사시키도록 해도 되며, 외주부의 분사 밸브 각각의 분사 타이밍을 다르게 해도 되며, 외주부의 분사 밸브의 공급 시간을 각각 조절하여 다르게 하도록 해도 된다.

다시 이에 더하여, 간헐적으로 공급함에 있어 기판상에 퇴적한 원자 또는 분자가 증가함에 따라 서서히 공급 정지시간을 길게 해 가고, 기판상의 원자 또는 분자가 충분히 영동하고, 반응 부생성물이 충분히 증발하는 시간을 확보하도록 해도 된다.

또, 상기 실시 형태의 분사 밸브는 솔레노이드를 사용한 것이 였으나, 그 외에도 피에조 등의 압전소자 등을 사용하여 구성할 수도 있다.

또, 예를 들면 3 개의 분사 밸브를 사용한 경우에는, 그들의 배치 위치가 정삼각형이 되도록 해도 된다. 또한 이 경우, 소정 위치에 배치되는 기판의 중심축에 대하여 회전 대칭이 되도록 한다.

상기 각 실시 형태에서는, 분사 밸브를 기판에 대향하도록, 성막실의 상부에 설치하도록 하고 있으나, 그 외에도, 성막실의 하부에 설치하도록 해도 된다. 또, 분사 밸브를 성막실의 측면에 설치하도록 해도 된다.

그 외, 상술한 각 실시 형태나 변형 실시 형태의 일부 또는 전부를 적절히 편성해도 되며, 본 발명은 상기 각 실시 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능함은 말할 필요도 없다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 비록 대면적 기판이라도 분사 밸브와 기판과의 거리를 작게 할 수 있으므로, 성막실을 소형화할 수 있고, 나아가서는 성막 장치를 소형화할 수 있다. 또, 복수의 분사 밸브를 다른 위치에 배치하고 있으므로, 성막한 막 두께 분포를 양호하게 할 수 있게 된다. 또한, 동시에 기화하는 량을 많게 할 수 있으므로, 성막의 처리량을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims

액체 원료를 기화(氣化)하고, 기판상에 퇴적시켜서 성막(成膜)하는 성막장치로서,

기판을 내부에 유지하는 성막실과,

상기 성막실에 위치를 다르게 하여 배치되고, 동일한 액체 원료를 상기 성막실 내에 직접 분사하여 감압 비등시킴으로써, 상기 액체 원료를 기화하여 공급하는 복수의 분사 밸브를 구비하고 있는 성막 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 분사 밸브를, 상기 성막실 내의 소정 위치에 유지되는 기판의 중심축에 대하여 대략 대칭으로 설치하고 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 분사 밸브를, 각각 서로 동일 간격으로 설치하고 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 분사 밸브를 주기적으로 개폐시키고, 상기 액체 원료를 상기 성막 실 내에 간헐적으로 공급하는 제어장치를 구비하고 있는 성막 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 제어장치가, 상기 각각의 분사 밸브의 개폐의 타이밍을 다르게 하고, 상기 각각의 분사 밸브가 순차적으로 그 개폐를 행하도록 하고 있는 성막 장치.
기판을 내부에 유지하는 성막실 내에, 다른 위치에 배치된 복수의 분사 밸브에 의해 동일한 액체 원료를 직접 분사하여 감압 비등시킴으로써, 상기 액체 원료를 기화하여 상기 기판상에 퇴적시켜서 성막하는 성막 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 각각의 분사 밸브를 주기적으로 개폐시켜서, 상기 액체 원료를 상기 성막실 내에 간헐적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 각각의 분사 밸브의 개폐의 타이밍을 다르게 하고, 상기 각각의 분사 밸브가 순차적으로 그 개폐를 행하도록 하고 있는 성막방법.