KR20080037729A - 원료 공급 장치, 성막 장치 및 기체 원료 공급 방법 - Google Patents

원료 공급 장치, 성막 장치 및 기체 원료 공급 방법 Download PDF

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KR20080037729A
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Abstract

고체원료를 승화시킨 기체원료를 성막 장치에 공급하는 원료 공급 장치로서, 내부에 상기 고체원료를 유지하는 원료용기와, 상기 원료용기의 제 1 측에 설치된 제 1 가열 수단과, 상기 원료용기의 제 2 측에 설치된 제 2 가열 수단과, 상기 제 2 측보다 상기 제 1 측의 온도를 높게 하고, 상기 제 1 측에서 상기 고체원료가 승화하도록 상기 제 1 가열 수단 및 상기 제 2 가열 수단을 제어하는 제 1 처리를 실행하는 제 1 온도 제어 수단과, 상기 제 1 측보다 상기 제 2 측의 온도를 높게 하고, 상기 제 2 측에서 상기 고체원료가 승화하도록 상기 제 1 가열 수단 및 상기 제 2 가열 수단을 제어하는 제 2 처리를 실행하는 제 2 온도 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 원료 공급 장치.

Description

원료 공급 장치 및 성막 장치{RAW MATERIAL FEEDING DEVICE AND FILM FORMATION SYSTEM}
본 발명은 고체원료를 승화시켜 성막에 이용하는 기체원료를 생성하고, 성막 장치에 공급하는 원료 공급 장치와, 해당 원료 공급 장치를 이용한 성막 장치에 관한 것이다.
최근, 예를 들면 유기 금속 원료 가스를 이용하여 피처리 기판 상에 성막을 실행하는 방법(예를 들면 MOCVD법)이 이용되도록 되어 오고 있다. 이러한 유기 금속 원료 가스 중에는 상온·상압에서는 고체의 형태로 존재하는 것도 많다.
이러한 고체원료를 성막에 이용하기 위해서는 해당 고체원료를 승화시켜 성막 장치에 공급할 필요가 있다. 고체원료를 승화시키기 위해서는 예를 들면 고체원료를 가열하여 승화시킴과 동시에, 승화된 원료를 캐리어 가스와 함께 성막 장치에 공급하는 방법이 이용되고 있었다.
(특허문헌1) 일본국 특허공개공보 제2004-140328호
그러나, 고체원료의 대부분은 분말형상이고, 통상은 각종 입경의 것이 혼재되어 있다. 이 때문에, 예를 들면 가열에 의해 대류가 발생한 경우, 또는 캐리어 가스를 이용한 경우 등에, 특히 입경이 작은 분말형상의 고체원료가 날아 올라, 성막 장치에 공급되어 버릴 우려가 있었다.
이러한 파티클이 성막 장치에 공급되면, 성막시에 막중에 받아들여질 염려가 있고, 예를 들면 반도체 장치의 양품률의 저하 등 성막의 품질 저하를 초래할 가능성이 있었다.
그래서, 본 발명에서는 상기의 문제를 해결한 새롭고 유용한 원료 공급 장치, 및 해당 원료 공급 장치를 이용한 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 구체적인 과제는 고체원료를 승화시킨 기체원료를 성막 장치에 공급하는 원료 공급 장치로서, 파티클의 발생이 억제된 원료 공급 장치와, 해당 원료 공급 장치를 이용한 성막 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 관점에서는 상기의 과제를, 고체원료를 승화시킨 기체원료를 성막 장치에 공급하는 원료 공급 장치로서, 내부에 상기 고체원료를 유지하는 원료용기와, 상기 원료용기의 제 1 측에 설치된 제 1 가열 수단과, 상기 원료용기의 제 2 측에 설치된 제 2 가열 수단과, 상기 제 2 측보다 상기 제 1 측의 온도를 높게 하고, 상기 제 1 측에서 상기 고체원료가 승화하도록 상기 제 1 가열 수단 및 상기 제 2 가열 수단을 제어하는 제 1 처리를 실행하는 제 1 온도 제어 수단과, 상기 제 1 측보다 상기 제 2 측의 온도를 높게 하고, 상기 제 2 측에서 상기 고체원료가 승화하도록 상기 제 1 가열 수단 및 상기 제 2 가열 수단을 제어하는 제 2 처리를 실행하는 제 2 온도 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 원료 공급 장치에 의해, 해결한다.
또한, 본 발명의 제 2 관점에서는 상기의 과제를, 피처리 기판을 내부에 유지하는 처리용기와, 상기 피처리 기판으로의 성막에 이용하는 기체원료를 고체원료를 승화시켜 생성하고, 상기 처리용기에 공급하는 원료 공급 장치를 갖는 성막 장치로서, 상기 원료 공급 장치는, 내부에 상기 고체원료를 유지하는 원료용기와, 상기 원료용기의 제 1 측에 설치된 제 1 가열 수단과, 상기 원료용기의 제 2 측에 설치된 제 2 가열 수단과, 상기 제 2 측보다 상기 제 1 측의 온도를 높게 하고, 상기 제 1 측에서 상기 고체원료가 승화하도록 상기 제 1 가열 수단 및 상기 제 2 가열 수단을 제어하는 제 1 처리를 실행하는 제 1 온도 제어 수단과, 상기 제 1 측보다 상기 제 2 측의 온도를 높게 하고, 상기 제 2 측에서 상기 고체원료가 승화하도록 상기 제 1 가열 수단 및 상기 제 2 가열 수단을 제어하는 제 2 처리를 실행하는 제 2 온도 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치에 의해, 해결한다.
본 발명에 따르면, 고체원료를 승화시킨 기체원료를 성막 장치에 공급하는 원료 공급 장치로서, 파티클의 발생이 억제된 원료 공급 장치와, 해당 원료 공급 장치를 이용한 성막 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1a는 실시예 1에 의한 원료 공급 장치를 모식적으로 나타내는 도면(그 1),
도 1b는 실시예 1에 의한 원료 공급 장치를 모식적으로 나타내는 도면(그 2),
도 1c는 실시예 1에 의한 원료 공급 장치를 모식적으로 나타내는 도면(그 3),
도 1d는 실시예 1에 의한 원료 공급 장치를 모식적으로 나타내는 도면(그 4),
도 2a는 원료 공급 장치의 온도 제어의 예(그 1),
도 2b는 원료 공급 장치의 온도 제어의 예(그 2),
도 3a는 고체원료의 입성장<입자성장; grain growth>이 너무 진행된 상태를 모식적으로 나타내는 도면(그 1),
도 3b는 고체원료의 입성장이 너무 진행된 상태를 모식적으로 나타내는 도면(그 2),
도 4a는 캐리어 가스의 유량과, 유동하는 고체원료의 입경<입자직경>의 관계를 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내는 도면(그 1),
도 4b는 캐리어 가스의 유량과, 유동하는 고체원료의 입경의 관계를 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내는 도면(그 2),
도 5는 실시예2에 의한 성막 장치를 나타내는 도면.
(부호의 설명)
200 원료 공급 장치
201 원료용기
201a, 201b 입자
201A 고체원료
205 원료 보충 수단
206, 207 가스라인
206A, 207A, 205A 밸브
208 다공판
301 인터페이스
302, 303, 304 제어 수단
300 성막 장치
300A 제어 장치
300a CPU
101, 102 처리용기
103 배기구
104 기판 유지대
106 핀 설치대
107 밀어올림 핀
108 개구부
109 샤워헤드부
109A 확산 영역
109B 공급구
110 가스 구멍
111 채널
112 냉매 공급원
113 전원
114 배기 장치
115 가동 장치
116 게이트밸브
120, 130 가스라인
121, 131 퍼지라인
120A, 120C, 121A, 121C, 131A, 131C, 130C 밸브
120B, 121B, 131B, 130B 질량 유량 콘트롤러
130A 유량계
120D 원료 가스 공급원
121D, 131D 퍼지 가스 공급원
다음에, 본 발명의 실시형태에 관해 도면에 의거하여, 이하에 설명한다.
(실시예 1)
도 1a는 본 발명의 실시예 1에 의한 원료 공급 장치(200)를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 1a를 참조함에 있어서, 본 실시예에 의한 원료 공급 장치(200)는 내부에 고체원료(201A)를 유지한다, 예를 들면 대략 원통형상의 원료용기(201)를 갖고 있다. 상기 원료용기(201)의 원통형상의 하측의 면의 외측에 히터(202)가 설치되고, 대향하는 상측의 면의 외측에 히터(203)가 설치되어 있다. 또한 해당 원통형상의 측면(곡면)에는 해당 측면을 덮도록 히터(204)가 설치되고, 이들 히터에 의해, 상기 고체원료(201A)를 가열하여 승화시키는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
또한, 상기 원료용기(201)의 하측의 면에는 해당 원료용기(201)에 캐리어 가스를 공급하기 위한 밸브(206A)가 부착된 가스라인(206)이 접속되어 있다. 또한, 상기 원료용기(201)의 내부에는 상기 가스라인(206)이 설치된 측의 근방에 다공판(208)이 설치되어, 상기 고체원료(201A)를 유지함과 동시에, 상기 가스라인(206)으로부터 공급되는 캐리어 가스가 해당 다공판(208)에 형성된 구멍부를 거쳐서, 상기 원료용기(201) 내에 균일하게 공급되는 구조로 되어 있다.
또한, 히터에 의해 가열되어 승화된 원료는 상기 원료용기(201)의 상기 가스라인(206)이 설치된 측의 반대측에 설치된 밸브(207A)가 부착된 가스라인(207)을 거쳐서, 본 도면에서는 도시를 생략하는 성막 장치에 공급되는 구조로 되어 있다.
또한, 상기 가스라인(207)과 인접하여 원료 보충 수단(205)이 설치되어, 밸브(205A)를 개방하여 해당 원료 보충 수단(205)으로부터 상기 원료용기(201)에 고 체원료를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다.
본 실시예에 의한 원료 공급 장치(200)를 이용하여 예를 들면 성막 장치 등에 기체원료를 공급하는 경우에는 우선, 상기 히터(202, 203, 204)에 의해서 상기 고체원료(201A)를 가열하여 승화시키고, 기체원료를 생성한다. 또한, 상기 밸브(206A, 207A)를 개방함으로써, 예를 들면 Ar 등의 캐리어 가스를 상기 원료용기(201)에 공급하고, 해당 캐리어 가스와 함께 해당 기체원료를 상기 가스라인(207)으로부터 성막 장치에 공급하도록 한다.
종래의 원료 공급 장치에서는 분말로 이루어지는 고체원료를 감아 올려 버려, 파티클로 되어 성막 장치에 유입되어 버리는 문제가 생기고 있었다. 고체원료는 통상은 분말상태이며, 각종 입경의 분말이 혼재되어 있는 상태로 되어 있다. 도 1a 에서는 고체원료(201A)를 구성하는 입자 중, 큰 입경(예를 들면 입경 1.5㎜을 넘는다)의 것을 입자(201a)로 나타내고, 작은 입경(예를 들면 입경 1.5㎜ 이하)의 것을 입자(201b)로 나타내고 있다. 상기의 표현은 편의적인 것이며, 실제로는 고체원료(201A)는 각종 입경의 것이 혼재되어 있다.
본 실시예에 의한 원료 공급 장치(200)에서는 입경이 작은 고체원료(입자(201b))를 적극적으로 승화시켜 기체원료로 하고, 해당 기체원료를 입경이 큰 고체원료(입자(201a))에 응고 부착시켜서, 그 결정립이 성장하도록 이용되고 있다.
그 결과, 고체원료(201A) 중, 입경이 작은 것을 배제하여, 원료 공급인 경우에 파티클이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능하게 되어 있다.
이 때문에, 본 실시예에 의한 원료 공급 장치(200)에서는 상기 히터(202, 203, 204)를 적절한 온도로 하여, 복수의 온도 조건에 의한 온도 처리를 실행하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
구체적으로는 상기 원료 공급 장치(200)는 상기 히터를 제어하여 상기 원료 용기(201)에 제 1 온도 처리를 실행하는 제 1 온도(온도 분포)로 하기 위한 제 1 제어 수단(302)과, 상기 히터를 제어하여 상기 원료 용기(201)에 제 2 온도 처리를 실행하는 제 2 온도(온도 분포)로 하기 위한 제 2 제어 수단(303)과, 상기 히터를 제어하여 상기 원료 용기(201)를 성막의 원료 공급을 위한 온도(온도 분포)로 하기 위한 제 3 제어 수단(304)을 갖고 있다.
상기 제 1 온도 제어 수단(302), 제 2 온도 제어 수단(303), 및 제 3 온도 제어 수단(304)은 인터페이스(301)를 거쳐서 상기 히터(202, 203, 204)에 접속되어 있다.
상기 원료 공급 장치(200)에서는 우선, 상기의 제 1 온도 처리를 실행하고, 또한 제 2 온도 처리를 실행함으로써, 고체원료 중에서 입경이 작은 것을 배제하는(입경이 큰 것의 일부로 변화시키는) 것이 가능하게 된다. 그 후, 상기 원료용기를 성막의 원료 공급을 위한 온도로 함으로써, 파티클의 발생을 억제하여, 안정적으로 원료를 성막 장치에 공급하는 것이 가능하게 된다.
다음에, 상기의 제 1 온도 처리 및 제 2 온도 처리에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.
도 1b 내지 도 1d는 각각 상기 원료 공급 장치(200)에 의한 상기의 제 1 온도 처리, 제 2 온도 처리, 및 성막시의 원료 공급의 상태를 나타낸 것이다. 단 도 면 중, 앞서 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
우선, 도 1b에 나타내는 제 1 온도 처리의 상태에서는 상기 제 1 온도 제어 수단(302)에 의해 상기 히터(202, 203, 204)의 온도 제어를 실행한다. 이 경우, 상기 히터(202)의 온도를 상기 히터(203, 204)보다 높게 한다.
여기서, 상기 원료용기(201)의 내부의 상기 히터(202)가 설치된 측(이하 하측이라 함)에서는 상기 고체원료(201A)의 승화가 일어난다. 고체원료의 승화는 입경이 작은 입자일수록 발생하기 쉽다. 이것은 고체원료의 부피에 대한 표면적의 비율이 크기 때문이다. 도면 중, 상기 입자(201a, 201b) 중, 입자(201b)의 승화가 주로 발생한다.
즉, 상기의 제 1 온도 처리에 있어서, 주로 하측의 미소한 분말로 이루어지는 고체원료가 적극적으로 승화되어 기체원료로 되고, 온도가 낮은 히터(203)가 설치된 측(이하, 상측이라 함)에서 석출되어 입자(201c)를 성장시키거나, 상측의 결정립 예를 들면 입자(201a)를 성장시키게 된다.
다음에, 도 1c에 나타내는 제 2 온도 처리의 상태에서는 상기 제 2 온도 제어 수단(303)에 의해 상기 히터(202, 203, 204)의 온도 제어를 실행한다. 이 경우, 상기 히터(203)의 온도를 상기 히터(202, 204)보다 높게 한다.
여기서, 상기 원료용기(201)의 내부의 상측에서는 상기 고체원료(201A)의 승화가 일어난다. 고체원료의 승화는 앞서 설명한 바와 같이 입경이 작은 입자일수록 발생하기 쉽기 때문에, 주로 상측에 잔류한 미소한 분말로 이루어지는 고체원료(201b)와, 제 1 온도 처리에 의해 석출된 고체원료(201c)가 적극적으로 승화되어 기체원료로 되고, 온도가 낮은 하측의 결정립, 예를 들면 입자(201a)를 성장시키게 된다.
이와 같이, 상기의 제 1 온도 처리와 제 2 온도 처리에 의해, 온도가 높은 부분과 낮은 부분을 교대로 원료용기 내에 발생시킴으로써, 승화된 원료가 온도의 낮은 부분에서 응고되고, 원료용기 내의 압력이 낮게 되기 때문에 원료 가스가 원료용기 내에서 포화되는 일 없이, 연속적으로 입경이 작은 고체원료를 줄이는 처리를 실행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 동일한 부분을(상측 혹은 하측만을) 연속적으로 가열하면, 후술하는 바와 같이 필요 이상으로 입자 성장이 진행되어 버리기 때문에, 원료의 공급의 효율이 나빠지는 문제가 있다. 이 때문에, 상측과 하측을 교대로 고온측과 저온측으로 하고 있는 본 실시예의 경우, 입자(201a)가 적절히 성장하기 때문에, 원료를 안정적으로 공급할 수 있게 되어 바람직하다.
또한, 도 1d는 상기의 제 1 온도 처리 및 제 2 온도 처리를 실시한 후, 고체원료를 기화시켜 기체원료로 하고, 성막 장치(도시하지 않음)로 공급하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 1d를 참조함에 있어서, 본 도면에 나타내는 상태에서는 상기 제 3 온도 제어 수단(304)에 의해, 상기 히터(202, 203, 204)의 온도 제어를 실행하고 있다. 이 경우, 상기 히터(202, 203, 204)의 온도를 상기 고체원료(201A)를 승화시키기 위해 효율이 좋은 온도로 제어하고 있다.
또한, 상기 밸브(206A, 207A)를 개방함으로써, 상기 원료용기(201)에 캐리어 가스를 공급하고 있다. 상기 원료용기(201) 내에서 승화하여 생성된 기체원료는 해당 캐리어 가스와 함께, 상기 가스라인(207)으로부터 성막 장치에 공급된다. 이 경우, 먼저 나타낸 제 1 온도 처리 및 제 2 온도 처리에 의해서 입경이 작은 고체원료가 감소되어 있기 때문에, 파티클의 발생이 억제되어 청정한 기체원료를 안정적으로 성막 장치에 공급하는 것이 가능하게 된다.
본 실시예에 의한 원료 공급 장치에서는 각종 고체원료를 승화시켜 성막 장치에 공급하는 것이 가능하다. 예를 들면, 유기 금속 원료 등은 그 전형적인 예이지만, 본 실시예는 유기 금속 원료에 한정되지 않고, 각종 원료의 공급에 적용하는 것이 가능하다.
도 2a, 도 2b는 상기의 원료 공급 장치(200)를 이용하여, 유기 금속 원료의 일예인 W(CO)6을 공급하는 경우의 온도 제어의 예이다. 또한, 이들 도면에는 2개의 예(조건 1, 조건 2)를 기재하고 있다. 도 2a에 있어서는 각각의 조건에 있어서, 제 1 온도 처리, 제 2 온도 처리의 경우의 히터(202, 203, 204)의 온도 설정값과 처리의 시간이 나타내어져 있다. 도 2b에 있어서는 각각의 조건에 있어서, 제 1 온도 처리, 제 2 온도 처리의 경우의 히터(202, 203, 204)의 온도 실측값과 처리의 시간이 나타내어져 있다. 또, 도 2a에 있어서는 성막 장치에 원료를 공급하는 경우의 히터(202, 203, 204)의 온도 설정값과, 해당 온도로 한 경우에 성막 개시할 때까지 요하는 준비 시간(승화가 충분히 안정될 때까지의 시간)도 아울러 나타내고 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조함에 있어서, 우선 조건 1의 경우, 제 1 온도 처리에 있어서는 히터(203)의 온도를 15℃로, 히터(204)의 온도를 20℃로, 또한 히터(202)의 온도를 60℃로 설정하고, 실제로는 히터(203)는 54℃, 히터(204)는 54℃, 히터(202)는 60℃를 나타내고 있다. 또한, 해당 제 1 온도 처리는 9.5시간 실시된다.
다음에, 제 2 온도 처리에 있어서는 히터(203)의 온도를 70℃로, 히터(204)의 온도를 20℃로, 또한 히터(202)의 온도를 20℃로 설정하고, 실제로는 히터(203)는 70℃, 히터(204)는 51.5℃, 히터(202)는 51.5℃를 나타내고 있다. 또한, 해당 제 2 온도 처리는 5시간 실시한다.
또한, 성막 장치에 원료를 공급하는 경우에는 히터(203)의 온도를 45℃로, 히터(204)의 온도를 40℃로, 또한 히터(202)의 온도를 40℃로 설정하고, 또한 실제의 온도도 마찬가지이다. 또한, 해당 온도로 한 경우에 성막개시할 때까지 요하는 준비 시간(승화가 충분히 안정될 때까지의 시간)은 3.5시간이다.
마찬가지로, 조건 2의 경우, 제 1 온도 처리에 있어서는 히터(203)의 온도를 20℃로, 히터(204)의 온도를 20℃로, 또한 히터(202)의 온도를 70℃로 설정하고, 실제로는 히터(203)는 60℃, 히터(204)는 60℃, 히터(202)는 70℃를 나타내고 있다. 또한, 해당 제 1 온도 처리는 5시간 실시한다.
다음에, 제 2 온도 처리에 있어서는 히터(203)의 온도를 80℃로, 히터(204)의 온도를 20℃로, 또한 히터(202)의 온도를 20℃로 설정하고, 실제로는 히터(203)는 80℃, 히터(204)는 57℃, 히터(202)는 57℃를 나타내고 있다. 또한, 해당 제 2 온도 처리는 5시간 실시한다.
또한, 성막 장치에 원료를 공급하는 경우에는 히터(203)의 온도를 45℃로, 히터(204)의 온도를 40℃로, 또한 히터(202)의 온도를 40℃로 설정하고, 또한 실제의 온도도 마찬가지이다. 또한, 해당 온도로 한 경우에 성막개시할 때까지 요하는 준비 시간은 2시간이다.
상기의 조건 1 및 조건 2의 어느 쪽의 경우에 있어서도, 원료를 공급하는 경우의 파티클을 억제하는 것이 가능하다. 단, 조건 2쪽이 온도 설정이 높고, 특히 고온으로 되는 측의 온도가 높게 설정되어 있고, 한편 처리 시간이 짧은 것이 특징이다.
이것은 조건 2에서는 더욱 고온측의 온도를 높게 하여 효율 좋게 처리를 실행하여, 처리 시간의 단축을 도모한 것이다. 그 때문에, 조건 2에서는 처리 시간이 짧게 되어 있고, 또한 성막 개시할 때까지 요하는 준비 시간이 짧게 되어 있다.
그러나, 처리온도(특히 고온측의 온도)를 너무 높게 하면, 앞서 설명한 바와 같이, 필요 이상으로 고체원료의 입자성장이 진행되어 버릴 우려가 있기 때문에, 처리온도는 적절한 온도로 하는 것이 바람직하다.
도 3a, 도 3b는 예를 들면 처리온도가 너무 높기 때문에, 또는 처리 시간이 너무 길었기 때문에 고체원료의 입성장이 너무 진행된 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다. 단 도면 중, 앞서 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
우선, 도 3a를 참조함에 있어서, 본 도면에 나타내는 경우, 고체원료의 입성 장이 진행하여 입자가 커지는 한편, 고체원료 전체의 표면적이 감소되어 있는 것을 알 수 있다. 이 때문에, 고체원료의 승화의 효율이 감소되고, 기체원료의 공급효율이 나빠져 버린다.
또한, 도 3b는 도 3a의 상태에서 더욱 입성장이 진행된 상태이다. 본 도면에 나타내는 상태에서는 고체원료가 승화되어 공급되는 통로가 실질적으로 1개로 되어 버려, 기체원료의 공급효율이 더욱 저하되어 있다.
이와 같이 입성장이 너무 진행하는 것을 방지하면서, 효율적으로 원료를 승화시키기 위해, 제 1 온도 처리 및 제 2 온도 처리에 있어서, 고온측의 히터의 온도는 적절한 온도범위로 되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 제 1 온도 처리에 있어서의 히터(202)의 온도 및 상기 제 2 온도 처리에 있어서의 히터(203)의 온도는 고체원료의 분해 개시 온도의 50% 이상 95% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 안정적으로 고체원료를 승화시키기 위해서는 고체원료의 증기압이 0.05Torr 이상, 10Torr 이하가 되도록, 더욱 바람직하게는 0.1Torr 이상, 5Torr 이하가 되도록, 고온측의 온도(상기 제 1 온도 처리에 있어서의 히터(202)의 온도 및 상기 제 2 온도 처리에 있어서의 히터(203)의 온도)가 제어되는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 온도 처리 및 제 2 온도 처리에 있어서, 저온측의 히터의 온도는 너무 높으면 원료의 응고가 곤란하게 되고, 너무 낮으면 고온측에서의 승화가 곤란하게 되기 때문에, 적절한 온도범위로 되는 것이 바람직하다.
이 때문에, 예를 들면, 상기 제 1 온도 처리에 있어서의 히터(203)의 온도 및 상기 제 2 온도 처리에 있어서의 히터(202)의 온도는 각 처리에 있어서의 고온 부(고온측 히터)보다 5∼20℃ 낮은 온도로 되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에 있어서는 히터(204)는 생략하는 것도 가능하다. 이 경우, 제 1 온도 처리, 제 2 온도 처리, 및 성막을 위한 온도의 유지는 히터(202, 203)에서 실시하게 된다. 그러나, 히터(204)를 부가한 구조로 함 으로써, 온도 처리의 시간이 단축되고, 온도가 안정될 때까지의 시간이 짧아지는 효과를 얻는다.
또한, 본 실시예에서는 주로 1.5㎜ 이하의 입경의 고체원료를 배제(승화시켜 큰 입자로 함)하여, 기체원료 중의 파티클의 감소를 도모하고 있다.
도 4a는 상기의 원료 공급 장치에 있어서, 캐리어 가스의 유량과 해당 캐리어 가스의 흐름에 대해, 유동하는(감아 올려지는) 고체원료의 입경의 관계를 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내는 도면이고, 도 4b는 도 4a의 확대도(캐리어 가스 유량 0∼50sccm까지)를 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b를 참조함에 있어서, 캐리어 가스(Ar)의 유량이 증대함에 따라, 감아 올려지는 고체원료의 입경은 커져 있는 것을 알 수 있다. 통상, 성막에 이용되는 캐리어 가스는 200sccm 정도 이하이고, 이 캐리어 가스의 유량영역에서 감아 올려지는 고체원료의 입경은 1.5㎜ 이하이다. 즉, 본 실시예에 의한 원료 공급 장치에서는 주로 1.5㎜ 이하의 입경의 입자를 배제하도록 하고 있다. 또한, 입경 1.5㎜ 이하의 입자로서, 특히 50㎛ 이하인 것은 파티클의 발생원으로 되기 쉽기 때문에, 입경이 작은 고체원료를 배제하는 것에 의한 파티클 억제 효과가 특히 커진다.
(실시예 2)
다음에, 실시예 1에 기재한 원료 공급 장치(200)를 이용한 성막 장치의 일예인 성막 장치(300)를 도 5에 나타낸다. 단 도면 중, 앞서 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
도 5를 참조함에 있어서, 본 실시예에 의한 성막 장치(300)는 바닥부에 개구부를 갖는 하우징형상의 처리용기(101)와, 해당 개구부에 설치되고 아래로 볼록하게 되는 원통부를 갖는 처리용기(102)를 갖고 있으며, 해당 처리용기(101, 102)에 의해 구획되는 내부공간(101A)을 갖고 있다.
상기 내부공간(101A)은 상기 처리용기(102)에 설치된 배기구(103)로부터, 예를 들면 진공 펌프 등의 배기 장치(114)에 의해 배기되어 감압 상태로 되는 것이 가능하게 구성되어 있다.
또한, 상기 처리용기(102)의 바닥부에는 원주형상의 지지부(117)가 기립하도록 설치되고, 해당 지지부(117)에는 대략 원판형상의 기판 유지대(104)가 설치되어 있다. 상기 기판 유지대(104)에는 전원(113)에 접속된 히터(104A)가 내장되어, 상기 기판 유지대(104) 상에 유지되는 피처리 기판 W를 가열하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 상기 기판 유지대(104)에 유지된 피처리 기판 W는 상기 기판 유지대(104)를 관통하도록 설치된 밀어올림 핀(107)에 의해 밀어 올려지는 구조로 되어 있다. 상기 밀어올림 핀(107)은 원판 상의 핀 설치대(106)에 설치되고, 해당 핀 설치대(106)가 가동 장치(115)에 의해 상하이동되어, 상기 밀어올림 핀(107)의 상하이동의 조작이 이루어진다.
예를 들면, 상기 피처리 기판 W를 상기 처리용기(101)의 외부로 반출하는 경우나, 또는 외부로부터 반출된 상기 피처리 기판 W를 상기 기판 유지대(104)에 설치하는 경우에, 상기 밀어올림 핀(107)의 상하이동의 조작이 실행된다.
또한, 상기 처리용기(101)의 측벽부에는 게이트밸브(116)가 부착된 개구부(108)가 형성되어 있다. 이 때문에, 상기 게이트밸브(116)를 개방하여, 예를 들면 반송로봇의 아암을 이용하여 피처리 기판 W의 반출·반입을 실시하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 상기 처리용기(101)의 상기 기판 유지대(104)에 대향하는 측에는 피처리 기판 W에 성막을 실행하기 위한 기체원료를 상기 내부공간(101A)에 공급하는 샤워헤드부(109)가 설치되어 있다. 상기 샤워헤드부(109)는 상기 원료 공급 장치(200) 등으로부터 기체원료 등이 공급되는 공급구(109B)와, 해당 기체원료가 확산하는 확산 영역(109A), 및 해당 기체원료를 상기 내부공간(101A)에 공급하는 가스 구멍(110)을 갖고 있다.
또한, 상기 샤워헤드부(109)에는 해당 샤워헤드부(109)를 냉각하기 위한 냉매가 흐르는 채널(111)이 형성되어 있고, 해당 채널(111)에는 냉매 공급원(112)으로부터 냉매가 공급된다.
또한, 상기 공급구(109B)에는 가스라인(120, 130)이 각각 접속되어 있으며, 본 실시예의 경우에는 2종류의 기체원료(가스)를 공급하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
우선, 상기 가스라인(120)에는 밸브(120A, 120C) 및 질량 유량 콘트롤 러(120B)를 거쳐서, 원료 가스 공급원(120D)이 설치되어 있다. 상기 밸브(120A, 120C)를 개방함으로써, 상기 질량 유량 콘트롤러(120B)에 의해 유량을 제어하고, 원료 가스를 상기 내부공간(101A)에 공급하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
또한, 상기 가스라인(120)에는 퍼지라인(121)이 접속되어 있다. 상기 퍼지라인(121)에는 밸브(121A, 121C), 및 질량 유량 콘트롤러(121B)를 거쳐서, 퍼지 가스 공급원(121D)이 설치되어 있다. 상기 밸브(121A, 121C)를 개방함으로써, 상기 질량 유량 콘트롤러(121B)에 의해 유량을 제어하고, 퍼지 가스를 상기 내부공간(101A)에 공급하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
또한, 상기 가스라인(130)에는 유량계(130A)를 거쳐서, 도 1a 내지 도 1d에 있어서 앞서 설명한 상기 원료 공급 장치(200)가 접속되어 있다. 이 경우, 상기 유량계(130A)에는 상기 가스라인(207)이 접속되고, 승화된 고체원료가 상기 가스라인(130)을 거쳐서 상기 내부공간(101A)에 공급된다.
또한, 상기 가스라인(206)에는 질량 유량 콘트롤러(130B), 밸브(130C)를 거쳐서, 캐리어 가스 공급원(130D)이 접속되어 있다. 상기 밸브(130C)를 개방함으로써, 상기 질량 유량 콘트롤러(130B)에 의해 유량을 제어하고, 캐리어 가스를 상기 원료 공급 장치(200)에 공급하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 상기 가스라인(130)에는 퍼지라인(131)이 접속되어 있다. 상기 퍼지라인(131)에는 밸브(131A, 131C) 및 질량 유량 콘트롤러(131B)를 거쳐서, 퍼지 가스 공급원(131D)이 설치되어 있다. 상기 밸브(131A, 131C)를 개방함으로써, 상기 질량 유량 콘트롤러(131B)에 의해 유량을 제어하고, 퍼지 가스를 상기 내부공 간(101A)에 공급하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
또한, 상기의 성막 장치(300)에 있어서 성막에 관한 처리, 예를 들면 상기의 밸브 개폐나, 유량 제어, 기판 유지대의 히터의 제어, 밀어올림 핀의 상하이동, 진공 배기 등의 동작은 CPU(300a)를 갖는 제어 장치(300A)에 의해 제어되어 있다. 이들 접속 배선은 도시를 생략하고 있다.
또한, 상기 CPU(300a)는 상기 제 1 온도 제어 수단(302), 상기 제 2 온도 제어 수단(303) 및 상기 제 3 온도 제어 수단(304)과도 접속되고(이들 접속 배선은 도시를 생략함), 앞서 설명한 원료 공급 장치(200)의 온도 처리의 히터 제어도 상기 제어 장치(300A)에 의해서 통괄하여 실행되고 있다.
혹은 제 1 온도 제어 수단(302), 제 2 온도 제어 수단(303), 및 제 3 온도 제어 수단(304)은 각각 별개로 마련될 필요는 없고, 1개의 온도 제어 수단과 제어 장치(300A)로부터의 지시에 의거하여, 제 1 온도 처리, 제 2 온도 처리, 성막의 원료 공급을 위한 온도 제어를 전환하여 실행해도 좋다.
본 실시예에 의한 성막 장치(300)에 있어서 성막이 실행되는 경우, 우선, 성막에 앞서 미리 상기 원료 공급 장치(200)에 있어서 먼저 도 1b 내지 도 1c에서 설명한 제 1 온도 처리 및 제 2 온도 처리가 실시되고, 입자형상의 고체원료 중, 입경이 작은 고체원료가 배제된다. 다음에, 상기 히터(202, 203, 204)가 성막에 이용하는 온도(성막에 이용하는 기체원료를 공급할 수 있도록 승화가 진행되는 온도)로 되고, 소정의 준비 시간의 후, 도 1d에서 설명한 바와 같이, 캐리어 가스를 이용하여 기체원료를 상기 내부공간(101A)에 공급한다.
상기 내부공간(101A)에 공급된 기체원료는 상기 히터(104A)에 의해 가열된 상기 피처리 기판 W 상에서 분해되고, 성막된다.
다음에, 상기의 성막 장치(300)를 이용하여 성막을 실행하고, 피처리 기판상의 파티클을 측정한 결과에 대해, 이하에 설명한다. 상기의 실험에서는 실험1) 도 1b 내지 도 1c의 온도 처리를 실행하지 않고 성막을 실행한 경우, 실험2) 도 1b 및 도 1c의 온도 처리를 도 2a 및 2b에 나타낸 조건 1로 실시하고, 그 후 성막을 실행한 경우, 실험3) 도 1b 및 1c의 온도 처리를 도 2a 및 2b에 나타낸 조건 2로 실시하고, 그 후 성막을 실행한 경우의 3가지의 경우로 비교하였다.
각각의 실험에 대해, 이하의 조건을 공통으로 하였다. 우선, 고체원료는 분말형상의 W(CO)6, 캐리어 가스에는 Ar을 이용하고, 또한 퍼지 가스(희석 가스)로서 Ar을 첨가하였다. 캐리어 가스의 Ar의 유량은 90sccm, 퍼지 가스의 Ar의 유량은 700sccm으로 하였다. 또한, 상기 내부공간(101A)의 압력은 67Pa, 성막시간은 75sec로 하고, 피처리 기판 상에 두께가 10㎚의 W(텅스텐)막을 형성하였다.
상기의 각각의 실험에 대해, 파티클 카운터에서 성막된 피처리 기판의 파티클의 개수를 측정한 바, 입경이 0.1㎛ 이상의 파티클의 개수는 실험 1에서 252개, 실험 2에서 48개, 실험 3에서 11개이었다. 또한, 입경이 0.5㎛ 이상인 파티클의 개수는 실험 1에서 143개, 실험 2에서 17개, 실험 3에서 0개였다.
이와 같이, 본 실시예에 의한 원료 공급 장치를 이용한 성막 장치에서는 파티클의 개수를 억제할 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 본 실시예에 있어서는 고체원료로서 주로 유기 금속 원료를 이용한 경우를 예로 들어 설명하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 각종 고체원료를 승화하여 이용하는 경우에 적용 가능한 것은 명백하다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기의 특정된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재한 요지 내에 있어서 각종 변형·변경이 가능하다.
본 발명에 따르면, 고체원료를 승화시킨 기체원료를 성막 장치에 공급하는 원료 공급 장치로서, 파티클의 발생이 억제된 원료 공급 장치와, 해당 원료 공급 장치를 이용한 성막 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
본 국제출원은 2005년 9월 21일에 출원한 일본국 특허출원 제2005-274470호에 의거하는 우선권을 주장하는 것이며, 제2005-274470호의 전체 내용을 본 국제출원에 원용한다.

Claims (8)

  1. 고체원료를 승화시킨 기체원료를 성막 장치에 공급하는 원료 공급 장치로서,
    내부에 상기 고체원료를 유지하는 원료용기와,
    상기 원료용기의 제 1 측에 설치된 제 1 가열 수단과,
    상기 원료용기의 제 2 측에 설치된 제 2 가열 수단과,
    상기 제 2 측보다 상기 제 1 측의 온도를 높게 하고, 상기 제 1 측에서 상기 고체원료가 승화하도록 상기 제 1 가열 수단 및 상기 제 2 가열 수단을 제어하는 제 1 처리를 실행하는 제 1 온도 제어 수단과,
    상기 제 1 측보다 상기 제 2 측의 온도를 높게 하고, 상기 제 2 측에서 상기 고체원료가 승화하도록 상기 제 1 가열 수단 및 상기 제 2 가열 수단을 제어하는 제 2 처리를 실행하는 제 2 온도 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 원료 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체원료는 입경 1.5㎜ 이하의 분말원료를 포함하는 것을 특징으로 하는 원료 공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료용기에는 승화된 상기 고체원료를 상기 성막 장치에 공급하기 위한 캐리어 가스의 공급로가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 원료 공급 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체원료는 유기 금속 원료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원료 공급 장치.
  5. 피처리 기판을 내부에 유지하는 처리용기와,
    상기 피처리 기판으로의 성막에 이용하는 기체원료를 고체원료를 승화시켜 생성하고, 상기 처리용기에 공급하는 원료 공급 장치를 갖는 성막 장치로서,
    상기 원료 공급 장치는
    내부에 상기 고체원료를 유지하는 원료용기와,
    상기 원료용기의 제 1 측에 설치된 제 1 가열 수단과,
    상기 원료용기의 제 2 측에 설치된 제 2 가열 수단과,
    상기 제 2 측보다 상기 제 1 측의 온도를 높게 하고, 상기 제 1 측에서 상기 고체원료가 승화하도록 상기 제 1 가열 수단 및 상기 제 2 가열 수단을 제어하는 제 1 처리를 실행하는 제 1 온도 제어 수단과,
    상기 제 1 측보다 상기 제 2 측의 온도를 높게 하고, 상기 제 2 측에서 상기 고체원료가 승화하도록 상기 제 1 가열 수단 및 상기 제 2 가열 수단을 제어하는 제 2 처리를 실행하는 제 2 온도 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고체원료는 입경 1.5㎜ 이하의 분말원료를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 원료용기에는 상기 기체원료를 상기 처리용기에 공급하기 위한 캐리어 가스의 공급로가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 고체원료는 유기 금속 원료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
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