KR20080106566A - 성막장치의 배기계 구조, 성막장치, 및 배기가스의 처리방법 - Google Patents

성막장치의 배기계 구조, 성막장치, 및 배기가스의 처리방법 Download PDF

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

성막장치(100)는 처리용기(11)를 가지고, 처리용기(11)내에 TiCl4가스 및 NH3가스를 공급해서 처리용기(11)내에 배치된 기판(W) 상에 CVD에 의해 TiN막을 형성한다. 처리용기(11)에 배기계 구조(300)가 마련되어 있다. 이 배기계 구조(300)는 처리용기(11)내의 배기가스를 배출하는 배기관(51)과, 배기관(51)에 마련되어, 배기가스중의 부생성물을 포착하기 위한 트랩 기구(54)와, 배기가스중의 성분과 반응해서 소정의 부생성물을 얻기 위한 반응 가스를 가열한 상태로 배기가스중에 공급하는 가열 반응 가스 공급 기구(60)를 가지고 있다. 가열 반응 가스 공급 기구(60)로부터 가열 반응 가스로서 NH3가스가 공급되어, 부생성물로서 NH4Cl이 생성된다.

Description

성막장치의 배기계 구조, 성막장치, 및 배기가스의 처리방법{EXHAUST STRUCTURE OF FILM-FORMING APPARATUS, FILM-FORMING APPARATUS, AND METHOD FOR PROCESSIG EXHAUST GAS}
본 발명은, CVD에 의해 소정의 막을 성막하는 성막장치의 배기계 구조, 및 그러한 배기계 구조를 구비한 성막장치, 및 배기가스의 처리방법에 관한 것이다．
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 피처리기판인 반도체 웨이퍼에 대하여, 성막처리, 개질처리, 산화 확산 처리, 에칭 처리 등의 각종 처리가 행하여진다.
이 중에서, 성막처리로서는, 반도체 웨이퍼를 수용한 챔버내에 소정의 처리 가스를 도입해서 화학반응에 의해 소정의 막을 성막하는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 법이 다용되고 있다. CVD 법에 있어서는, 피처리기판인 반도체 웨이퍼 상에서 처리 가스를 반응시켜서 성막시키지만, 이 때 반응에 기여하는 처리 가스는 10% 정도이며, 대부분이 미반응인채로이다.
이러한 미반응인 처리 가스는 챔버내에서, 또는 배기관에 이것과 반응하는 가스를 도입하는 것에 의해 배기관을 통류하는 도중에 반응해서 부생성물이 되어, TiN 생성 시에 형성된 부생성물과 함께 흐르지만, 이러한 부생성물이 냉각되면 배관을 폐색시키거나, 진공펌프를 파손시키거나 하기 때문에, 일반적으로는 챔버로부터 연장하는 배기관에 트랩 기구를 마련하고, 이에 의해 부생성물을 포착하고 있다.
그런데, 트랩 기구에서는, 포착하기 쉽고 비교적 구조가 안정된 화합물의 상태로 트랩 되는 것이 바람직하지만, 성막처리 시의 각 처리 가스의 유량비로는 생성되는 부생성물은 반드시 소망하는 화합물로는 되지 않는다. 이에 대하여, 특허문헌 1에는, 트랩 기구에 직접 또는 그 상류측의 배관에, 챔버로부터 배출된 불순물 가스와 반응하는 가스를 도입하여, 이것들을 반응시켜서 트랩 가능한 부생성물을 형성하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 제2001-214272호 공보
그러나, 이론적으로는 소정의 반응 가스를 도입하는 것에 의해 트랩 되기 쉬운 소망하는 안정적인 부생성물이 생성되는 것 같은 경우라도, 실제로는, 충분한 반응이 발생하지 않고, 불안정한 부생성물이 생성되거나, 착체 등의 확정되지 않은 구조의 부생성물이 생성되는 경우가 발생한다. 이러한 경우에는, 트랩에서 포착하기 어렵기 때문에 트랩을 대형화할 필요성이 발생하는 것이나, 반응 생성물의 생성 상태(밀도 등)의 편차에 의한 트랩 기구의 폐색 시기의 불규칙함 등의 우려가 있다.
본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 소망하는 고밀도의 부생성물을 안정되게 포착할 수 있는, 성막장치의 배기계 구조, 및 그러한 배기계 구조를 가지는 성막장치, 및 배기가스의 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 처리용기내에 처리 가스를 공급해서 처리용기내에 배치된 기판 상에 CVD에 의해 막을 형성하는 성막장치의 배기계 구조이며, 상기 처리용기에 접속되어, 처리용기내의 배기가스를 배출하는 배기관과, 상기 배기관에 마련되어, 배기가스중의 부생성물을 포착하기 위한 트랩 기구와, 상기 배기가스중의 성분과 반응해서 소정의 부생성물을 생기게 하기 위한 반응 가스를 가열한 상태로 배기가스중에 공급하는 가열 반응 가스 공급 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조이다.
본 발명은, 처리용기내에 처리 가스로서 TiCl4가스 및 NH3가스를 공급해서 처리용기내에 배치된 기판 상에 CVD에 의해 TiN막을 형성함과 동시에, 상기 가열 반응 가스 공급 기구로부터 가열 반응 가스로서 NH3가스를 공급하여, 상기 부생성물로서 NH4Cl을 생성하는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조이다.
본 발명은, 상기 가열 반응 가스로서의 NH3가스는 170℃ 이상으로 가열된 상태에서 공급되는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조이다.
본 발명은, 상기 가열 반응 가스 공급 기구는, 상기 배기관의 상기 트랩 기구의 상류측에, 배관을 거쳐서 가열된 반응 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조이다.
본 발명은, 상기 가열 반응 가스 공급 기구는, 상기 트랩 기구에, 배관을 거쳐서 가열된 반응 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조이다.
본 발명은, 상기 가열 반응 가스 공급 기구는, 반응 가스를 가열하는 반응 가스 가열부를 포함하고, 상기 반응 가스 가열부는, 그 안에서 반응 가스가 가열되는 가열 용기와, 상기 가열 용기내에 배치된 권선 가공된 발열체를 가지는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조이다.
본 발명은, 상기 처리용기의 입구측에, 처리 가스를 상기 처리용기를 거치지 않고 배기하는 바이패스 배관을 접속한 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조이다.
본 발명은, 상기 바이패스 배관을 흐르는 처리 가스와 상기 가열 반응 가스 공급 기구로부터 공급된 가열 반응 가스를 가열 혼합하는 가열 혼합 용기를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조이다.
본 발명은, 기판이 배치되는 처리용기와, 기판이 배치된 처리용기내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와, 상기 처리 가스에 에너지를 부여해서 기판 상에서 성막반응을 생기게 하는 수단과, 상기 처리용기로부터 배기가스를 배출시켜, 배기가스를 처리하는 배기계 구조를 구비하여, 기판 상에 막을 형성하는 성막장치이며, 상기 배기계 구조는, 상기 처리용기내의 배기가스를 배출하는 배기관과, 상기 배기관에 마련되어, 배기가스중의 부생성물을 포착하기 위한 트랩 기구와, 상기 배기가스중의 성분과 반응해서 소정의 부생성물을 얻기 위한 반응 가스를 가열한 상태로 배기가스중에 공급하는 가열 반응 가스공급 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 성막장치이다.
본 발명은, 처리 가스 공급 기구는, 기판이 배치된 처리용기내에 처리 가스로서 TiCl4가스와 NH3가스를 공급하고, 처리용기내에 배치된 기판 상에서 성막반응을 생기게 하여 TiN막을 형성하기 위한 기판을 가열하는 수단이 마련되고, 상기 가열 반응 가스 공급 기구로부터 가열 반응 가스로서 NH3가스를 공급하여, 상기 부생성물로서 NH4Cl을 생성하는 것을 특징으로 하는 성막장치이다.
본 발명은, 처리용기내에 처리 가스를 공급해서 처리용기내에 배치된 기판 상에 CVD에 의해 막을 형성하는 성막장치에 있어서의 배기가스의 처리방법에 있어서, 상기 처리용기내의 배기가스를 처리용기에 접속된 배기관으로 배출하고, 이 배기관을 통류하는 배기가스중에 가열된 반응 가스를 공급하여, 배기가스중의 소정의 성분과의 사이에서 소정의 부생성물을 형성하는 반응을 진행시키고, 형성된 부생성물을 트랩 기구에 트랩 시키는 것을 특징으로 하는 배기가스의 처리방법이다.
본 발명은, 처리용기내에 처리 가스로서 TiCl4가스와 NH3가스를 공급해서 처리용기내에 배치된 기판 상에 CVD에 의해 TiN막을 형성함과 동시에, 이 배기관을 통류하는 배기가스중에 가열된 반응 가스로서 NH3가스를 공급하여, 배기가스중의 TiCl4과의 사이에서 부생성물로서의 NH4Cl을 형성하는 반응을 진행시키고, 형성된 부생성물로서의 NH4Cl을 트랩 기구에 트랩 시키는 것을 특징으로 하는 배기가스의 처리방법이다.
본 발명은, 컴퓨터에 제어 프로그램을 실행시키는 소프트웨어가 기억된 컴퓨터 판독가능한 기억 매체이며, 상기 제어 프로그램은, 실행시에, 처리용기내에 처리 가스를 공급해서 처리용기내에 배치된 기판 상에 CVD에 의해 막을 형성하는 성막장치에 있어서의 배기가스의 처리방법으로서, 상기 처리용기내의 배기가스를 처리용기에 접속된 배기관으로 배출하고, 이 배기관을 통류하는 배기가스중에 가열된 반응 가스를 공급하여, 배기가스중의 소정의 성분과의 사이에서 소정의 부생성물을 형성하는 반응을 진행시키고, 형성된 부생성물을 트랩 기구에 트랩 시키는 배기가스의 처리방법이 실시되도록 컴퓨터에 성막장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체이다.
본 발명은, 컴퓨터를 기능시키는 컴퓨터 프로그램에 있어서, 컴퓨터 프로그램은, 처리용기내에 처리 가스를 공급해서 처리용기내에 배치된 기판 상에 CVD에 의해 막을 형성하는 성막장치에 있어서의 배기가스의 처리방법으로서, 상기 처리용기내의 배기가스를 처리용기에 접속된 배기관으로 배출하고, 이 배기관을 통류하는 배기가스중에 가열된 반응 가스를 공급하여, 배기가스중의 소정의 성분과의 사이에서 소정의 부생성물을 형성하는 반응을 진행시키고, 형성된 부생성물을 트랩 기구에 트랩 시키는 배기가스의 처리방법이 실시되도록 컴퓨터에 성막장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램이다.
본 발명에 의하면, 배기가스중의 성분과 반응해서 소정의 부생성물을 생기게 하기 위한 반응 가스를 가열한 상태로 배기가스중에 공급하므로, 그 부생성물이 생성되는 반응의 반응성을 높여서 충분히 진행시킬 수 있어, 안정된 부생성물만을 생성시키는 트랩 기구에 포착시킬 수 있다. 이 때문에, 불확정요소가 높은 부생성물의 생성을 억제할 수 있어, 트랩 효율을 높일 수 있다.
특히, 처리 가스로서 TiCl4가스 및 NH3가스를 이용하고 배기관에 가열 반응 가스 공급 기구로 NH3가스를 공급하는 경우에는, 밀도가 높고 안정적인 NH4Cl을 부생성물로서 생성할 수 있다. 이 부생성물은 포착하기 쉽고, 트랩 기구 폐색 시기의 불규칙함 등도 발생하기 어려우므로, 트랩 기구를 대형화하는 일 없이 효율적으로 포착할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 배기계 구조를 구비한 성막장치를 나타내는 모식도.
도 2는 도 1에 나타내는 성막장치의 배기계에 이용되고 있는 가열 반응 가스 공급 기구를 나타내는 모식도.
도 3은 도 1에 나타내는 성막장치의 배기계에 이용되고 있는 트랩 기구를 일부 잘라내서 나타내는 사시도.
도 4는 도 1에 나타내는 성막장치의 배기계에 있어서의 가열 반응 가스 공급 기구의 접속 형태의 다른 예를 나타내는 모식도.
도 5는 도 1에 나타내는 성막장치의 배기계에 있어서 바이패스 배관을 흐르는 처리 가스와 가열 반응 가스를 가열 혼합실에서 혼합한 예를 나타내는 모식도.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 피처리기판으로서 반도체 웨이퍼(이하 단지 웨이퍼로 기재한다)의 표면에 CVD에 의해 TiN막을 성막하는 장치를 예로 들어서 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 배기계 구조를 구비한 성막장치를 나타내는 모식도다.
이 성막장치(100)는, 성막처리부(200)와, 배기계(300)로 크게 나누어진다.
성막처리부(200)는, 알루미늄 또는 알루미늄합금(예컨대JIS A5052)으로 이루어지는 대략 원통형상의 챔버(처리용기)(11)를 가지고 있다. 챔버(11)의 내부에는, 피처리기판인 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(12)가 그 중앙하부에 마련된 원통형상의 지지부재(13)에 의해 지지된 상태로 배치되어 있다. 서셉터(12)에는 히터(14)가 매설되어 있고, 이 히터(14)는 피처리기판인 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다. 챔버(11)의 상부에는, 가스 토출부재인 샤워 헤드(20)가 마련되어 있다. 이 샤워 헤드(20)는 원반형상을 이루고, 내부에 가스 확산 공간(21)을 가지고, 하부에는 다수의 가스 토출구멍(22)이 형성되어 있다. 또한, 그 상부 중앙에는 가스 공급구(23)가 마련되어 있다.
챔버(11)의 바닥벽의 중앙부에는 원형의 구멍(31)이 형성되어 있고, 챔버(11)의 바닥벽에는 이 구멍(31)을 덮도록 하방을 향해서 돌출하는 배기실(32)이 마련되어 있다. 배기실(32)의 저면에는 배기구(33)가 형성되어 있다. 또한, 챔버(11)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반출입을 행하기 위한 반입출구(35)가 형성되어 있고, 이 반입출구(35)는 게이트 밸브(36)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
상기 샤워 헤드(20)에는, 배관(41)을 거쳐서 성막을 위한 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계(40)가 접속되어 있고, 이 배관(41)의 도중에는 개폐 밸브(42)가 마련되어 있다. 처리 가스 공급계(40)는, TiCl4가스, NH3가스, N2가스 등을 각각 공급하기 위한 복수의 가스 공급원을 가지고 있고 이들은 매스플로컨트롤러와 같은 유량제어장치에 의해 유량제어되어 배관(41) 및 샤워 헤드(20)를 거쳐서 챔버(11)내에 공급 가능하게 되어 있다. 또한, 배관(41)은 편의상 1개로 나타내고 있지만, 각 가스를 개별 배관에 의해 공급하도록 해도 좋다.
한편, 배기계(300)는, 상기 배기구(33)에 접속된 배기관(51)을 가지고 있다. 이 배기관(51)은 스테인리스강제이며, 내경이 5∼10cm 정도의 것이 이용된다. 이 배기관(51)에는, 상류측으로부터 순서대로, 개폐 밸브(52), 압력조정 밸브(53), 배기가스중의 반응 부생성물을 포착하기 위한 트랩 기구(54), 챔버(11)를 배기하기 위한 진공펌프(55), 및 배기가스중에 잔류하는 불순물을 완전히 제거하는 제해 장치(56)가 마련되어 있다. 또한, 압력조정 밸브(53)는, 도 1에 있어서, 트랩 기구(54)와 진공펌프(55)의 사이에 마련해도 좋다. 이에 의해, 압력조정 밸브(53)내 에 부착되는 반응 부생성물이 줄기 때문에, 압력조정 밸브(53)의 유지 보수 주기를 연장하는 것이 가능해진다.
상기 배관(41)에 있어서의 개폐 밸브(42)의 상류부분과 상기 배기관(51)에 있어서의 압력조정 밸브(53)의 바로 하류의 부분을 연결하도록, 바이패스 배관(58)이 접속되어 있다. 이 바이패스 배관(58)에는 개폐 밸브(59)가 마련되어 있다. 이 바이패스 배관(58)은, 가스 유량을 안정화시킬 때 등에 흘리는 처리 가스를, 챔버(11)를 거치는 일 없이 직접 배기관(51)으로 배기하기 위한 것이다.
배기관(51)에 있어서의 트랩 기구(54)의 상류측 부분에는, 노즐(62)을 거쳐서 가열 반응 가스 공급 기구(60)로부터 연결되는 배관(61)이 접속되어 있다. 가열 반응 가스 공급 배관(61)에는, 매스플로컨트롤러와 같은 유량제어기(63)와 개폐 밸브(64)가 마련되어 있다. 그리고, 가열 반응 가스 공급 기구(60)로부터 가열 반응 가스 공급 배관(61) 및 노즐(62)을 거쳐, 배기관(51)을 통류하는 미반응의 처리 가스나 부생성물에 가열된 반응 가스를 공급하는 것에 의해, 트랩 기구(54)에서 포착하기 쉽고, 또한 안정되고 밀도가 높은 부생성물을 생성하는 것이 가능하게 되어 있다. 본 실시형태의 경우에는 이러한 가열된 반응 가스로서, 전형적으로는 가열된 NH3가스가 공급되게 되어 있다.
이 가열 반응 가스 공급 기구(60)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 반응 가스 공급원(65)과 반응 가스 가열부(66)를 가지고 있고, 반응 가스 가열부(66)는 반응 가스가 가열되는 가스 가열 용기(67)와, 그 안에 배치된 발열체(68)를 가지고 있 다. 이 발열체(68)는, 특수형상으로 권선가공해서 발열 면적을 현저히 크게 한 것이며, 가스 가열 용기(67)에 공급된 반응 가스를 순시 가열하게 되어 있다. 발열체(68)에는 전원(69)이 접속되어 있어, 이 전원(69)의 출력을 제어하는 것에 의해, 반응 가스를 소망하는 온도로 가열한다. 이 때에, 가열 반응 가스의 온도는 소망하는 반응을 확실하게 진행시키는 관점에서 170℃ 이상이 바람직하다. 또한, 설비 및 안전 상 등의 관점에서 400℃ 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 200∼350℃이다. 또한, 처리 가스 공급계(40)에 반응 가스가 포함되는 경우는, 반응 가스 공급원(65)을 생략하고, 처리 가스 공급계(40)로부터 반응 가스를 공급하는 것도 가능하다.
상기 트랩 기구(54)는, 도 3의 확대 도면에 도시하는 바와 같이, 원통형상의 하우징(71)을 가지고 있다. 하우징(71)의 측벽상부에는 배기가스 도입부(72)와 배기가스 배출부(73)가 마련되어 있다. 하우징(71)의 배기가스 배출부(73)측에는 하우징(71)에 대하여 편심한 상태로 원통형상의 냉각실(74)이 형성되어 있고, 하우징(71)내에 있어서 냉각실(74)과 그 외측은 하우징(71)바닥부에서 연결되어 있다. 하우징(71)내의 냉각실(74)의 외측부분에는 다수의 가스 통과 구멍(75a)을 가지는 트랩판(75)이 수평상태로 높이 방향으로 복수 장착되어 있다. 한편, 냉각실(74)내에도 다수의 가스 통과 구멍(76a)을 가지는 트랩판(76)이 수평상태로 높이 방향으로 복수 장착되어 있다. 냉각실(74)에는 복수의 트랩판(76)을 관통하도록 냉각수배관(77)이 마련되고 있고, 이 냉각수배관(77)에 냉각수를 통류하는 것에 의해 트랩판(76)이 냉각되게 되어 있다. 또한, 하우징(71)의 외측에는 냉각수배관(77)에 접속되는 냉각수공급관(78a)과 냉각수배출관(78b)이 마련되어 있다.
이 트랩 기구(54)에 있어서는, 배기가스 도입부(72)로부터 하우징(71)내에 도입된 배기가스가 트랩판(75)의 가스 통과 구멍(75a)을 지나 하방으로 유동되어, 하우징(71)의 바닥부에서 냉각실(74)에 이르고, 냉각실(74)에 있어서는, 하방으로부터 냉각된 트랩판(76)의 가스 통과 구멍(76a)을 지나, 배기가스 배출부(73)로부터 배출된다. 이에 의해 부생성물이 트랩판(75, 76)에 트랩되게 된다. 이 때, 트랩판(76)은 냉각수에 의해 냉각되어 있으므로 트랩 효율을 높일 수 있다.
배관(41), 바이패스 배관(58), 배기관(51)에는, 각각 도면에서 파선으로 도시하는 바와 같이, 테이프 히터(81, 82, 83)가 두루 감겨 있고, 이에 의해 각각을 소정의 온도로 가열하는 것에 의해 관내에서 가스 성분이 응축하는 것을 방지하고 있다. 또한, 가열 반응 가스 공급 배관(61)에도 테이프 히터(84)가 두루 감겨 있고, 이에 의해, 가열 반응 가스 공급 기구(60)로부터 공급된 가열 반응 가스의 온도저하를 방지하고 있다.
성막장치(100)의 구성부는, 마이크로세서(컴퓨터)로 이루어지는 프로세스 컨트롤러(110)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 프로세스 컨트롤러(110)에는, 공정관리자가 성막장치(100)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 실행하는 키보드나, 프로세스 컨트롤러(110)의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스(111)가 접속되어 있다. 또한, 프로세스 컨트롤러(110)에는, 성막장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(110)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리조건에 따라 에 칭 장치(100)의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램 즉 레시피가 격납된 기억부(112)가 접속되어 있다. 레시피는 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있어도 좋고, CDROM, DVD 등의 가반성 기억 매체에 수용된 상태에서 기억부(112)의 소정 위치에 세트하게 되어 있어도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 거쳐서 레시피를 적절히 전송시키도록 해도 좋다. 그리고, 필요에 따라서, 유저 인터페이스(111)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(112)로부터 불러내어 프로세스 컨트롤러(110)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(110)의 제어 하에서, 성막장치(100)에서의 소망하는 처리가 행하여진다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 성막장치(100)의 처리동작에 대해서 설명한다.
우선, 배기계(300)를 작동시켜서 챔버(11)내를 진공배기하고, 다음으로, 웨이퍼(W)를 챔버(11)내에 반입하고, 서셉터(12) 상에 탑재한다. 그리고, 히터(14)에 의해 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다. 이 상태에서, 처리 가스 공급계(40)로부터, TiCl4가스, NH3가스, N2가스를 소정유량으로, 최초에 바이패스 배관(58)에 흘려서 프리 플로우를 실행하고, 유량이 안정되면 배관(41)으로 전환하여, 샤워 헤드(20)를 거쳐서 챔버(11)내에 공급함과 동시에 압력조정 밸브(53)를 동작시켜, 챔버(11)내를 소정압력으로 유지한다. 이 상태에서, 서셉터(12)에 탑재되어, 소정온도로 유지된 웨이퍼(W) 상에서 TiCl4가스와 NH3가스가 반응해서 웨이퍼(W) 표면에 TiN막이 퇴적된다.
이렇게 하여 TiCl4가스, NH3가스, N2가스를 공급해서 TiN막을 성막 하는 경우에는, 배기가스가 배기관(51)을 지나 배기된다. 이 경우에, 반응에 소비되는 처리 가스는 10% 정도이며, 대부분이 미반응인 채이다. 이러한 미반응인 처리 가스는 챔버(11)내에서, 또는 배기관에 이것과 반응하는 가스를 도입하는 것에 의해 배기관(51)을 통류하는 도중에 반응해서 부생성물이 되고, TiN 생성 시에 형성된 부생성물과 함께 배기관(51)을 흐른다.
이 때, 챔버(11)내 및 배기관(51)에 있어서는, 이하의 (1)식의 반응을 생기게 해서 부생성물로서 NH4Cl을 주로 생기게 할 수 있다면, 트랩 기구(54)에 의해 포착하기 쉽고, 밀도가 높고 안정된 부생성물로서 포착할 수 있다. 즉, NH4Cl이 본 실시형태에 있어서 트랩 기구(54)에서 포착해야 할 부생성물이다.
6TiCl4+32NH3 → 6TiN+24NH4Cl+N2 …(1)
한편, TiN막을 성막할 때에 있어서는, 처리 가스인 TiCl4가스와 NH3가스를 거의 동일한 양으로 챔버(11)에 도입하기 때문에, 상기(1)의 반응을 생기게 하기 위해서는 NH3가스가 부족하게 된다. 거기에서, 본 실시형태에서는, 가열 반응 가스 공급 기구(60)로부터 가열된 NH3가스를 배관(51)에 공급해서 NH3가스를 보충하여, 상기 (1)식을 생기게 하도록 한다. 이 때의 NH3가스의 공급량은, (1)식으로 하면 성막을 위한 NH3유량의 4배정도의 유량으로 좋다.
이 경우에, NH3가스를 상온인 채 도입하면, 트랩 기구(54)에서의 트랩율은 상승하지만, 상기 (1)식의 반응이 충분히 발생하지 않고, 불확정요소로서 이하의 (2)식에 의해 생성되는 착체(TiCl4·4NH3)가 발생한다. 이 TiCl4·4NH3은 트랩 기구(54)에 포착되기 어렵기 때문에 트랩 기구(54)를 대형화하지 않으면 안 되고, 또한 TiCl4·4NH3은, 밀도가 낮고 부피가 크기 때문에, 이것이 많이 형성되면 트랩 기구(54)가 조기에 폐색해버리는 경우도 있다. 그리고, 이 TiCl4·4NH3의 생성량은 확정되어 있지 않기 때문에, 트랩 폐색 시기가 불규칙하게 되어 버린다.
TiCl4+4NH3 → TiCl4·4NH3 …(2)
이러한 바람직하지 않은 상태가 발생하는 원인에 대해서 검토를 거듭한 결과, 단지 NH3가스를 배기관(51)에 도입한 경우에는, 상기 (1)의 반응을 진행시키기 위한 열에너지가 부족하기 때문인 것이 판명되었다. 그리고, 상기 (2)식을 억제해서 (1)식을 우세하게 하기 위해서는, 배기관(51)에 NH3가스를 가열해서 공급하면 된다는 사실을 찾아냈다.
거기에서, 본 실시형태에서는, 배기관(51)에 가열 반응 가스 공급 기구(60)로부터 가열된 NH3가스를 도입하여, 상기 (2)의 반응을 억제하면서 상기 (1)에 따라서 생성된 NH4Cl을 주체로 하는 부생성물을 트랩 기구(54)에 포착시킨다. 이 때의 NH3가스의 온도는 상기 (1)식을 확실하게 진행시키는 관점에서 170℃ 이상이 바람직 하다. 또한, 설비 및 안전상 등의 관점에서 400℃ 이하가 바람직하다. 트랩 기구(54)에서는 트랩판(75, 76)에 부생성물이 포착되지만, 냉각실(74)에 있어서 트랩(76)이 냉각되어 있으므로, 그것에 의해 NH4Cl이 냉각되어서 포착 효율을 보다 높게 유지할 수 있다.
여기에서, TiCl4·4NH3은, TiCl4에 4개의 NH3가 배위 결합한 착체이며, NH4Cl은 화학 결합력이 보다 강한 이온 결합한 염이므로, 불확정요소인 TiCl4·4NH3의 생성을 억제해서 NH4Cl을 주체로 하는 부생성물을 생성시키는 것에 의해, 밀도가 높고 안정되어 있어, 포착하기 쉬운 부생성물을 얻을 수 있다. 또한, 트랩 기구(54)의 폐색 시기가 불규칙할 우려도 작다. 이 때문에， 트랩 기구(54)를 대형화하는 일 없이, 확실하게 또한 효율적으로 부생성물을 포착할 수 있어, 트랩 기구의 유지 보수 주기를 현저하게 연장시킬 수 있다. 또한, 평균 유지 보수 주기를 동등하게 한 경우에는, 트랩 기구(54)를 콤팩트화 할 수 있다.
덧붙여서, 트랩 기구(54)로서 종래 사용하고 있던 것과 같은 것을 사용해서 실험을 실행한 결과, 부생성물의 부피를 1/3 정도로 할 수 있고, 트랩 기구(54)의 유지 보수 주기를 3배로 연장시킬 수 있었다.
이상과 같이 해서 트랩 기구(54)에 부생성물이 포착된 후의 잔여 배기가스는 진공펌프(55)를 거쳐서 제해 장치(56)로 보내져 거기에서 불순물성분이 완전히 제거되지만, 상기 (1)식에 따라서 반응을 진행시키는 것에 의해 NH4Cl과 함께 TiN도 트랩 기구(54)에서 포착할 수 있고, N2는 무해한 가스 성분이기 때문에, 트랩 기구(54)에서 포착되지 않는 유해한 불순물성분의 양을 최대한 적게 할 수 있으므로, 제해 장치(56)의 부담을 경감할 수 있다. 이 때문에， 제해 장치(56)의 러닝코스트의 저감과 수명의 장기화를 실현하는 것도 가능하다.
가열 반응 가스 공급 기구(60)로부터 공급되는 가열된 NH3가스는 배관(61)에 의해 공급되기 때문에, 배기관(51)에 도달했을 때에 있어서의 온도저하가 우려되지만, 테이프 히터(84)에 의해 배관(61)을 가열하는 것에 의해, NH3가스의 온도저하를 억제해서 소망하는 온도로 공급할 수 있다.
본 실시형태에서는, 이렇게 가열된 NH3가스를 배기관(51)에 도입하기 때문에 반응성이 높다. 이 때문에, 가열된 NH3가스를 배기관(51)에 공급할 때에는, 단지 노즐(62)을 배기관(51)에 꽂는 것만으로 충분하다. 또한, 이렇게 반응성이 높기 때문에, 도 4에 도시하는 바와 같이, 트랩 기구(54)에 가스 도입구(79)를 마련하고, 거기에 배관(61)을 이어서 가열된 NH3가스를 직접 트랩 기구(54)에 도입하도록 해도 좋다.
또한, 바이패스 배관(58)을 직접 배관(51)에 잇는 대신에, 도 5에 도시하는 바와 같이, 배관(61)의 도중에 가열 혼합실(85)을 마련하고, 거기에 바이패스 배관(58)을 잇도록 할 수도 있다. 이에 의해 바이패스 배관(58)을 흘러 온 처리 가스를 가열된 NH3가스와 가열 혼합하고 나서 배기관(51)에 흘릴 수 있고, 이에 의해 바이패스 배관(58)을 흘러 온 처리 가스의 트랩 효율을 한층 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 일 없이 여러가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, TiCl4가스, NH3가스를 이용하여 TiN을 성막하는 경우를 예로 들어서 나타냈지만, 이에 한하지 않고 이하에 예시하는 여러가지의 성막처리에 적용하는 것이 가능하다.
(1) TiCl4가스, H2가스를 이용하여 Ti막을 성막할 때에 본 발명을 적용했을 경우, HCl이 포착해야 할 부생성물이며, 배기가스중에 가열 반응 가스로서 가열한 H2를 공급하는 것에 의해, HCl을 안정적으로 포착할 수 있다.
(2) WF6가스와 SiH4가스를 원료로 하여 W막을 성막할 때에 본 발명을 적용한 경우, SiF4, HF가 포착해야 할 부생성물이며, 배기가스중에 가열 반응 가스로서 가열한 SiH4가스를 공급하는 것에 의해, SiF4, HF를 안정적으로 포착할 수 있다.
(3) WF6가스와 SiH2Cl2가스를 원료로 하여 W막을 성막할 때에 본 발명을 적용한 경우에는, SiF4, HF, HCl, Cl2 등이 포착해야 할 부생성물이며, 배기가스중에 가열 반응 가스로서 가열한 SiH2Cl2가스를 공급하는 것에 의해, SiF4, HF, HCl, Cl2 등을 안정적으로 포착할 수 있다.
(4) Ta(OC2H5)가스를 이용하여, 고유전율 재료인 Ta2O5막을 성막하는 경우에는, 배기가스중에 가열 반응 가스로서 가열한 수증기 또는 가열한 O2가스를 공급하 는 것에 의해, 조성은 특정할 수 없지만 밀도가 높은 고형물을 안정적으로 포착할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 반응 가스인 NH3가스의 가열을, 가스 가열 용기(67) 안에 특수형상으로 권선가공해서 발열 면적을 현저히 크게 한 발열체(68)를 배치해서 그 안에 NH3가스를 통과시키는 것에 의해 실행하는 예를 나타냈지만, 이에 한하지 않고, 종래 알려져 있는 가스 가열 수단을 널리 이용할 수 있다.
또한, 트랩 기구(54)의 구조도 특별히 한정되는 것은 아니고, 종래 이용되고 있는 구조의 트랩 기구이면 적용가능하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 피처리기판으로서 반도체 웨이퍼를 예시했지만, 이에 한하지 않고, 액정표시장치(LCD)로 대표되는 플랫 패널 디스플레이(FPD)용 유리 기판 등, 다른 기판에도 적용이 가능하다.

Claims (14)

  1. 처리용기내에 처리 가스를 공급해서 처리용기내에 배치된 기판 상에 CVD에 의해 막을 형성하는 성막장치의 배기계 구조에 있어서,
    상기 처리용기에 접속되어, 처리용기내의 배기가스를 배출하는 배기관과,
    상기 배기관에 마련되어, 배기가스중의 부생성물을 포착하기 위한 트랩 기구와,
    상기 배기가스중의 성분과 반응해서 소정의 부생성물을 생기게 하기 위한 반응 가스를 가열한 상태로 배기가스중에 공급하는 가열 반응 가스 공급 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    처리용기내에 처리 가스로서 TiCl4가스 및 NH3가스를 공급해서 처리용기내에 배치된 기판 상에 CVD에 의해 TiN막을 형성함과 동시에,
    상기 가열 반응 가스 공급 기구로부터 가열 반응 가스로서 NH3가스를 공급하여, 상기 부생성물로서 NH4Cl을 생성하는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가열 반응 가스로서의 NH3가스는 170℃ 이상으로 가열된 상태에서 공급되는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 반응 가스 공급 기구는, 상기 배기관의 상기 트랩 기구의 상류측에, 배관을 거쳐서 가열된 반응 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 반응 가스 공급 기구는, 상기 트랩 기구에, 배관을 거쳐서 가열된 반응 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 반응 가스 공급 기구는, 반응 가스를 가열하는 반응 가스 가열부 를 포함하고, 상기 반응 가스 가열부는, 그 안에서 반응 가스가 가열되는 가열 용기와, 상기 가열 용기내에 배치된 권선 가공된 발열체를 가지는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리용기의 입구측에, 처리 가스를 상기 처리용기를 거치지 않고 배기하는 바이패스 배관을 접속한 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 바이패스 배관을 흐르는 처리 가스와 상기 가열 반응 가스 공급 기구로부터 공급된 가열 반응 가스를 가열 혼합하는 가열 혼합 용기를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 성막장치의 배기계 구조.
  9. 기판이 배치되는 처리용기와,
    기판이 배치된 처리용기내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와,
    상기 처리 가스에 에너지를 부여해서 기판 상에서 성막반응을 생기게 하는 수단과,
    상기 처리용기로부터 배기가스를 배출시켜, 배기가스를 처리하는 배기계 구조를 구비하여, 기판 상에 막을 형성하는 성막장치에 있어서,
    상기 배기계 구조는,
    상기 처리용기내의 배기가스를 배출하는 배기관과,
    상기 배기관에 마련되어, 배기가스중의 부생성물을 포착하기 위한 트랩 기구와,
    상기 배기가스중의 성분과 반응해서 소정의 부생성물을 얻기 위한 반응 가스를 가열한 상태로 배기가스중에 공급하는 가열 반응 가스공급 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    처리 가스 공급 기구는, 기판이 배치된 처리용기내에 처리 가스로서 TiCl4가스와 NH3가스를 공급하고,
    처리용기내에 배치된 기판 상에서 성막반응을 생기게 하여 TiN막을 형성하기 위한 기판을 가열하는 수단이 마련되고,
    상기 가열 반응 가스 공급 기구로부터 가열 반응 가스로서 NH3가스를 공급하여, 상기 부생성물로서 NH4Cl을 생성하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  11. 처리용기내에 처리 가스를 공급해서 처리용기내에 배치된 기판 상에 CVD에 의해 막을 형성하는 성막장치에 있어서의 배기가스의 처리방법에 있어서,
    상기 처리용기내의 배기가스를 처리용기에 접속된 배기관으로 배출하고,
    이 배기관을 통류하는 배기가스중에 가열된 반응 가스를 공급하여, 배기가스중의 소정의 성분과의 사이에서 소정의 부생성물을 형성하는 반응을 진행시키고,
    형성된 부생성물을 트랩 기구에 트랩시키는 것을 특징으로 하는 배기가스의 처리방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    처리용기내에 처리 가스로서 TiCl4가스와 NH3가스를 공급해서 처리용기내에 배치된 기판 상에 CVD에 의해 TiN막을 형성함과 동시에,
    이 배기관을 통류하는 배기가스중에 가열된 반응 가스로서 NH3가스를 공급하여, 배기가스중의 TiCl4과의 사이에서 부생성물로서의 NH4Cl을 형성하는 반응을 진행시키고,
    형성된 부생성물로서의 NH4Cl을 트랩 기구에 트랩시키는 것을 특징으로 하는 배기가스의 처리방법.
  13. 컴퓨터에 제어 프로그램을 실행시키는 소프트웨어가 기억된 컴퓨터 판독가능한 기억 매체이며, 상기 제어 프로그램은, 실행시에,
    처리용기내에 처리 가스를 공급해서 처리용기내에 배치된 기판 상에 CVD에 의해 막을 형성하는 성막장치에 있어서의 배기가스의 처리방법으로서,
    상기 처리용기내의 배기가스를 처리용기에 접속된 배기관으로 배출하고,
    이 배기관을 통류하는 배기가스중에 가열된 반응 가스를 공급하여, 배기가스중의 소정의 성분과의 사이에서 소정의 부생성물을 형성하는 반응을 진행시키고,
    형성된 부생성물을 트랩 기구에 트랩시키는 배기가스의 처리방법이 실시되도록 컴퓨터에 성막장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 기억 매체.
  14. 컴퓨터를 기능시키는 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    컴퓨터 프로그램은,
    처리용기내에 처리 가스를 공급해서 처리용기내에 배치된 기판 상에 CVD에 의해 막을 형성하는 성막장치에 있어서의 배기가스의 처리방법으로서,
    상기 처리용기내의 배기가스를 처리용기에 접속된 배기관으로 배출하고,
    이 배기관을 통류하는 배기가스중에 가열된 반응 가스를 공급하여, 배기가스중의 소정의 성분과의 사이에서 소정의 부생성물을 형성하는 반응을 진행시키고,
    형성된 부생성물을 트랩 기구에 트랩시키는 배기가스의 처리방법이 실시되도록 컴퓨터에 성막장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
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