KR20120135253A - 성막 장치 - Google Patents

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아츠시 고미
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

유기 금속 화합물로 이루어지는 원료 가스를 이용하여 박막을 형성하는 성막 장치는, 내부를 진공 배기할 수 있는 처리 용기(22)와, 피처리체(W)를 배치하며 피처리체(W)를 가열하는 가열 히터(34)가 설치된 배치대(28)와, 배치대(28)의 상방에 배치대(28)에 대향하도록 설치되고, 배치대(28) 상의 피처리체(W)의 외주단보다 외측의 영역을 향하여 원료 가스를 도입하는 가스 도입 기구(80)와, 배치대(28)의 상방의 처리 공간(S)을 둘러싸, 그 내외를 구획하며, 그 하단부가 배치대(28)에 접근하도록 설치되고, 하단부와 배치대(28)의 주연부 사이에서 가스 출구(92)를 형성하는 내부 구획벽(90)과, 내부 구획벽(90)의 하단부에 배치대(28)의 반경 방향의 내방을 향하여 연장되도록 설치되며, 배치대(28)의 주연부와의 사이에서 가스 출구(92)에 연통하는 오리피스부(98)를 형성하는 오리피스 형성 부재(96)를 구비한다.

Description

성막 장치{DEPOSITION DEVICE}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 원료 가스를 이용하여 박막을 형성하는 성막(成膜) 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적 회로 장치에서는, 미세화에 따라, 층간 절연막 중에 형성되는 Cu 비아 플러그의 직경이 65 ㎚에서 45 ㎚로 축소되어 오고 있으며, 가까운 장래에, 비아 플러그 직경은 32 ㎚ 혹은 22 ㎚로 더욱 축소될 것으로 예측되고 있다.
이러한 반도체 집적 회로 장치의 미세화에 따라, 미세한 비아 홀 혹은 배선 홈에 있어서는, 배리어 메탈막 혹은 Cu 시드층의 성막이, 종래의 PVD법에서는, 스텝 커버리지의 관점에서 곤란하게 되어 있다. 이 때문에, 우수한 스텝 커버리지를 실현할 수 있는 MOCVD법 혹은 ALD법에 따른 성막 기술이 주목받고 있다. 또한, 최근 다용되고 있는 저유전률 재료로 이루어지는 층간 절연막(Low-k막)은 열에 의해 손상을 받기 때문에, MOCVD법 혹은 ALD법에 따른 성막을, Low-k막에 손상을 부여하지 않는 것 같은 저온에서 행하는 것이 검토되고 있다.
그런데, MOCVD법이나 ALD법은, 일반적으로 금속 원자가 유기기와 결합한 유기 금속 화합물을 원료로서 사용하기 때문에, 형성된 막 중에 불순물이 잔류하기 쉽고, 이 때문에 일견하면 양호한 스텝 커버리지로 형성된 막이라도 막질이 불안정하다. 예컨대 Ta 배리어 메탈막 상에 MOCVD법에 따라 Cu 도금의 시드층을 형성한 경우, 형성된 시드층은 응집을 발생시키기 쉬워, Ta 배리어막을 안정되게 똑같은 막 두께로 덮는 시드층의 성막은 곤란하다. 이러한 응집을 발생시킨 시드층을 전극으로 하여 Cu층의 전해 도금을 행하면, 배선 홈 혹은 비아 홀을 충전하는 Cu층 중에 잠재적인 결함이 포함되어, 전기 저항의 증가뿐만 아니라, 전자 마이그레이션 내성이나 스트레스 마이그레이션 내성의 열화 등의 문제를 야기한다.
그래서 최근에서는, 금속 카르보닐 원료를 사용한 MOCVD법에 따라 배리어 메탈막 혹은 시드층을 층간 절연막 상에 직접 형성하는 방법이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 1, 2). 금속 카르보닐 원료는 비교적 저온에서 용이하게 열분해되어 금속막을 형성할 수 있는 것과 동시에, 금속 카르보닐 원료의 배위자인 CO는 형성된 막 중에 잔류하지 않고 그대로 성막 반응계 밖으로 배기되어, 불순물이 매우 적은 양질의 배리어 메탈막이나 시드층을 형성할 수 있다. 이 방법에 따라 배리어 메탈막으로서, 예컨대 W(CO)6을 이용하여 W막을 성막하거나, Cu 도금의 시드층으로서, 예컨대 Ru3(CO)12를 이용하여 Ru막을 형성하거나 할 수 있다.
이 경우, 금속 카르보닐 원료는 비교적 저온에서 매우 분해되기 쉬운 성질을 갖기 때문에, 분해 억제 작용이 있는 CO 가스를 캐리어 가스로서 이용하는 것이 행해지고 있다. 그리고, 금속 카르보닐 원료로 이루어지는 원료 가스는, 처리 용기의 천장부에 설치한 샤워 헤드로부터 공급되어, 배치대에 배치되어 가열된 반도체 웨이퍼 상에, 예컨대 CVD에 따라 성막하도록 되어 있다.
그러나, 샤워 헤드를 이용하여 금속 카르보닐 원료 가스를 공급하여 성막을 행하면, 피처리체인 반도체 웨이퍼의 중심부의 막 두께가 커지고, 웨이퍼의 주변부로 감에 따라 막 두께가 작아지는 것 같은 특성으로 되어 버린다.
그래서, 이러한 것을 회피할 수 있는 성막 장치로서, 처리 용기의 천장부에 샤워 헤드 대신에 배플판을 설치하며, 처리 용기 내의 처리 공간을 둘러싸도록 환형의 내부 구획벽을 설치하고, 배플판의 주연부(周緣部)에 설치한 가스 방출구로부터 배치대에 배치된 반도체 웨이퍼의 외주단보다 외측의 영역을 향하여 원료 가스를 공급하도록 한 것이 제안되어 있다(특허문헌 3). 이 성막 장치에 있어서는, 배플판의 주연부에 설치된 가스 방출구로부터 하방을 향하여 처리 공간에 공급된 원료 가스는, 대부분은 하측 방향으로 흘러, 그 일부가 처리 공간의 중심 방향으로 확산되어 흘러 가고, 이에 의해 피처리체인 반도체 웨이퍼의 표면에 박막이 형성된다. 한편, 처리 공간 내의 가스는, 내부 구획벽의 하단과 배치대 사이에 형성되어 있는 환형의 가스 출구로부터 하방을 향하여 배기된다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2002-60944호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2004-346401호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2009-239104호 공보
전술한 바와 같은 배플판을 설치함으로써, 피처리체인 반도체 웨이퍼의 중심부에의 원료 가스의 공급이 억제되기 때문에, 중심부의 막 두께가 커지는 것이 회피되어 막 두께의 면내 균일성은 충분히 높게 유지할 수 있지만, 배플판의 주연부의 가스 방출구로부터 방출된 가스의 대부분이 가스 출구로부터 배기되어 성막에 기여하는 원료 가스량이 적어지기 때문에, 성막 속도를 충분히 높게 할 수 없다.
또한, Ru3(CO)12 등의 유기 금속 화합물은 고가의 원료이기 때문에, 회수하여 재이용하는 것이 요구되고 있지만, 특허문헌 3과 같은 종래의 장치는, 배치대가 높은 온도로 설정되어 있기 때문에, 배치대 주연부에서 원료 가스가 분해되어 불필요한 막이 퇴적하여, 원료의 회수가 곤란하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 양호한 막 두께의 면내 균일성과, 높은 성막 속도를 양립할 수 있는 성막 장치를 제공하는 것에 있다.
또한, 이에 더하여 원료를 유효하게 회수할 수 있는 성막 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제1 관점에 따르면, 유기 금속 화합물로 이루어지는 원료 가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치로서, 내부에 피처리체가 수용되며, 내부를 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 수용되고, 피처리체를 배치하며 피처리체를 가열하는 가열 히터가 설치된 배치대와, 상기 배치대의 상방에 상기 배치대에 대향하도록 설치되고, 상기 배치대 상의 상기 피처리체의 외주단보다 외측의 영역을 향하여 상기 원료 가스를 도입하는 가스 도입 기구와, 상기 배치대의 상방의 처리 공간을 둘러싸, 그 내외를 구획하며, 그 하단부가 상기 배치대에 접근하도록 설치되고, 상기 하단부와 상기 배치대의 주연부 사이에서 가스 출구를 형성하는 내부 구획벽과, 상기 내부 구획벽의 하단부에 상기 배치대의 반경 방향의 내방을 향하여 연장되도록 설치되며, 상기 배치대의 주연부와의 사이에서 상기 가스 출구에 연통하는 오리피스부를 형성하는 오리피스 형성 부재를 구비한 성막 장치가 제공된다.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 유기 금속 화합물로 이루어지는 원료 가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치로서, 내부에 피처리체가 수용되며, 내부를 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 수용되고, 피처리체를 배치하며 피처리체를 가열하는 가열 히터가 설치된 배치대와, 상기 배치대의 상방에 상기 배치대에 대향하도록 설치되고, 상기 배치대 상의 상기 피처리체의 외주단보다 외측의 영역을 향하여 상기 원료 가스를 도입하는 가스 도입 기구와, 상기 배치대의 상방의 처리 공간을 둘러싸, 그 내외를 구획하며, 그 하단부가 상기 배치대에 접근하도록 설치되고, 상기 하단부와 상기 배치대의 주연부 사이에서 가스 출구를 형성하는 내부 구획벽과, 상기 가스 출구에 상측의 간극과 하측의 간극을 형성하도록 개재되며, 그 내주단이 상기 배치대의 반경 방향의 내방을 향하여 연장되도록 설치되고, 상기 상측의 간극이 오리피스부를 형성하는 오리피스 형성 부재를 구비한 성막 장치가 제공된다.
본 발명의 제3 관점에 따르면, 유기 금속 화합물로 이루어지는 원료 가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치로서, 내부에 피처리체가 수용되며, 내부를 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 수용되고, 피처리체를 배치하며 피처리체를 가열하는 가열 히터가 설치된 배치대와, 상기 배치대의 상방에 상기 배치대에 대향하도록 설치되고, 상기 배치대 상의 상기 피처리체의 외주단보다 외측의 영역을 향하여 상기 원료 가스를 도입하는 가스 도입 기구와, 상기 배치대의 상방의 처리 공간을 둘러싸, 그 내외를 구획하며, 그 하단부가 상기 배치대에 접근하도록 설치되고, 상기 하단부와 상기 배치대의 주연부 사이에서 가스 출구를 형성하는 내부 구획벽과, 상기 가스 출구에 상측의 간극과 하측의 간극을 형성하도록 개재되며, 그 내주단이 상기 배치대의 반경 방향의 내방을 향하여 연장되도록 설치되고, 상기 상측의 간극이 오리피스부를 형성하는 오리피스 형성 부재와, 상기 하측의 간극에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 기구와, 상기 배치대의 주연부의 외측 부분을 덮도록 설치된 커버 부재를 구비하며, 상기 내부 구획벽과 상기 오리피스 형성 부재와 상기 커버 부재는, 상기 원료 가스의 분해 온도 미만이며 또한 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도 범위로 유지되고, 상기 배치대의 주연부는, 상기 원료 가스가 분해되는 온도로 유지되는 것인 성막 장치가 제공된다.
본 발명의 제4 관점에 따르면, 유기 금속 화합물로 이루어지는 원료 가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치로서, 내부에 피처리체가 수용되며, 내부를 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 수용되고, 피처리체를 배치하며 피처리체를 가열하는 가열 히터가 설치된 배치대와, 상기 배치대의 상방에 상기 배치대에 대향하도록 설치되고, 상기 배치대 상의 상기 피처리체의 외주단보다 외측의 영역을 향하여 상기 원료 가스를 도입하는 가스 도입 기구와, 상기 배치대의 상방의 처리 공간을 둘러싸, 그 내외를 구획하며, 그 하단부가 상기 배치대에 접근하도록 설치되고, 상기 하단부와 상기 배치대의 주연부 사이에서 가스 출구를 형성하는 내부 구획벽과, 상기 내부 구획벽의 하단부에 상기 배치대의 반경 방향의 내방을 향하여 연장되도록 설치되며, 상기 배치대의 주연부와의 사이에서 상기 가스 출구에 연통하는 오리피스부를 형성하고, 원료 가스의 분해 온도보다 낮으며, 또한 그 고화 온도 또는 액화 온도보다 높은 온도로 유지된 오리피스 형성 부재를 구비하고, 상기 배치대는, 상기 가열 히터를 갖는 배치대 본체와, 상기 배치대 본체의 주변부에 상기 피처리체와는 떨어져 설치되며, 또한 상기 배치대 본체와 부분적으로 접촉하여 온도가 조정된 주변 링 부재와, 상기 피처리체의 주변부에 상기 피처리체와는 떨어져 설치되고, 또한 상기 주변 링 부재 상에 설치되는 커버 링를 갖는 것인 성막 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 성막 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 성막 장치에 이용하는 배플판의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1의 성막 장치에 이용하는 배치대를 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 도 1의 성막 장치에 이용하는 배치대의 일부를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 5는 도 1의 성막 장치에 있어서 배치대가 강하하였을 때의 상태를 나타내는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 성막 장치의 처리 용기 내의 원료 가스의 흐름을 나타내기 위한 모식도이다.
도 6b는 도 6a의 오리피스부의 주위를 확대하여 그 부분에서의 원료 가스의 흐름을 나타내는 모식도이다.
도 7은 종래의 성막 장치에 있어서의 처리 용기 내의 원료 가스의 흐름을 나타내기 위한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 성막 장치에 있어서의 배치대의 일부를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 성막 장치에 있어서의 배치대의 부분을 나타내는 측면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 성막 장치의 처리 용기 내의 원료 가스의 흐름을 나타내기 위한 모식도이다.
도 11은 제1 실시형태 및 제2 실시형태의 성막 장치, 및 종래의 성막 장치에 있어서의 성막 속도와 막 두께의 면내 균일성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 성막 장치에 있어서의 배치대의 일부를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 성막 장치의 처리 용기 내의 원료 가스의 흐름과, 반도체 웨이퍼 및 각 부재의 온도를 나타내기 위한 모식도이다.
도 14는 웨이퍼 온도와 성막 레이트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는 실드 링의 온도와 막 두께의 면내 균일성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 성막 장치에 있어서의 퍼지 가스 유량과 막 두께 및 막 두께의 면내 균일성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17은 커버 링 부재의 온도를 변화시켰을 때의 원료의 회수율과 막 두께의 면내 균일성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은 특허문헌 3의 성막 장치와 제3 실시형태의 성막 장치 및 그 중간 단계의 2개의 성막 장치에 대해서, 원료 가스의 부착 상황을 확인한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 19는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 성막 장치에 있어서의 배치대의 일부를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
이하에, 본 발명에 따른 성막 장치의 적합한 일실시형태를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
<제1 실시형태에 따른 성막 장치>
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 성막 장치를 나타내는 개략 구성도이고, 도 2는 도 1의 성막 장치에 이용되는 배플판의 일례를 나타내는 평면도이며, 도 3은 도 1의 성막 장치에 이용되는 배치대를 나타내는 확대 단면도이고, 도 4는 배치대의 일부를 나타내는 부분 확대 단면도이며, 도 5는 배치대가 강하하였을 때의 상태를 나타내는 도면이다. 여기서는 유기 금속 화합물의 원료로서 카르보닐계의 유기 금속 화합물인 Ru3(CO)12를 이용하며, 캐리어 가스로서 CO(일산화탄소)를 이용하여 Ru 금속막으로 이루어지는 박막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 성막 장치(20)는, 예컨대 알루미늄 합금 등으로 이루어지는 통체형의 처리 용기(22)를 갖고 있다. 이 처리 용기(22)는, 대직경의 상부실과, 소직경의 하부실로 구성되어 있고, 하부실 내가 배기 공간(24)으로서 기능한다. 이 하부실인 배기 공간(24)을 구획하는 하부 측벽에 배기구(26)가 형성되고, 이 배기구(26)에, 배기 시스템(11)이 접속되어 있다. 처리 용기(22)의 상부실에는 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 배치하여 유지하는 배치대(28)가 설치되어 있다. 또한, 처리 용기(22)의 천장부의 중앙부에는, 처리에 필요한 가스를 처리 용기 내에 도입하는 가스 입구(78)가 형성되어 있다. 가스 입구(78)에는, 원료 가스 등을 공급하는 가스 공급 시스템(14)이 접속되어 있다. 또한, 처리 용기(22)의 상부에는 가스 입구(78)에 연통하여 가스 도입 기구(80)가 설치된다.
배기 시스템(11)은, 터보 분자 펌프(11A)와 드라이 펌프(11B)를 직렬 접속한 구성을 가지며, 상기 터보 분자 펌프(11A)에는 밸브(11b)를 통해 질소 가스가 공급된다. 처리 용기(22)와 터보 분자 펌프(11A) 사이에는, 가변 컨덕턴스 밸브(11a)가 설치되어, 처리 용기(22) 내의 전체 압력을 일정하게 유지한다. 처리 용기(22)를 드라이 펌프(11B)에 의해 러핑(roughing, 粗引)하기 위해, 터보 분자 펌프(11A)를 바이패스하는 배기 경로(11C)가 설치되어 있고, 배기 경로(11C)에는 밸브(11c)가 설치되어 있다. 또한, 터보 분자 펌프(11A)의 하류측에는 별도의 밸브(11d)가 설치되어 있다. 또한, 드라이 펌프(11B)의 상류측에는, 배기 가스 중으로부터 잔류 성분을 제거하는 트랩 기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 배기 시스템(11)의 트랩 기구까지의 배기로에는, 예컨대 테이프 히터 등의 배기 가열 히터가 설치되어 있어, 배기 가스 중의 미반응의 원료 가스를 원료의 분해 온도보다 보다 낮으며 또한 고화 온도 또는 액화 온도 이상으로 유지하도록 되어 있고, 이 트랩 기구를 통해 미반응의 원료 가스를 회수 가능하게 되어 있다.
가스 공급 시스템(14)은, 원료를 기화시키는 버블러(14A)와, 원료 가스를 처리 용기(22)로 유도하는 가스 도입 라인(14B)을 갖고 있다. 버블러(14A)의 내부에는, Ru의 카르보닐 화합물인 Ru3(CO)12가 원료로서 유지되어 있고, MFC(질량 유량 제어기)(14b)가 개재된 버블링 가스 라인(14a)으로부터 CO 가스를 캐리어 가스로서 공급하여 버블링함으로써, 기화한 Ru3(CO)12 가스가 원료 가스로서 가스 도입 라인(14B)을 통해, 처리 용기(22) 내에 도입할 수 있다. MFC(14c)가 개재된 라인(14d)으로부터도 CO 가스를 캐리어 가스로서 흐르게 할 수 있도록 되어 있고, 원료 가스는 이 캐리어 가스에 의해 가스 도입 라인(14B) 내를 처리 용기(22)를 향하여 반송된다. 또한, 상기 가스 공급 시스템(14)에는, 밸브(14g, 14h) 및 MFC(14e)가 개재되어 Ar 등의 불활성 가스를 공급하는 라인(14f)이 설치되어 있고, 가스 도입 라인(14B)을 통해 상기 처리 용기(22)에 공급되는 Ru3(CO)12 가스에 필요에 따라 이 불활성 가스를 첨가할 수 있도록 되어 있다.
배치대(28)는, 전체가, 예컨대 원판형으로 성형되어 있고, 그 직경은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 크며, 이 상면측에 반도체 웨이퍼(W)를 배치하도록 되어 있다. 그리고, 이 배치대(28)는, 처리 용기(22)의 바닥부측으로부터 기립된, 예컨대 알루미늄 합금과 같은 금속제의 지주(30)의 상단부에 부착되어 고정되어 있다. 이 지주(30)는, 배기 공간(24)을 구획하는 바닥부를 관통하여 하방으로 연장되어 있고, 도시하지 않는 액츄에이터에 의해, 배치대(28)의 전체를 상하 방향으로 승강 가능하게 하여 임의의 위치에 정지할 수 있게 되어 있다. 또한 지주(30)의 관통부에는, 신축 가능하게 이루어진 금속제의 벨로우즈(32)가 설치되어 있어, 처리 용기(22) 내의 기밀성을 유지하면서 배치대(28)의 승강을 허용하도록 되어 있다.
배치대(28) 내에는, 그 상부측에 가열 수단으로서, 예컨대 텅스텐 와이어 히터나 카본 와이어 히터와 같은 가열 히터(34)가 매설되어 있고, 이 가열 히터(34)에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 가열하도록 되어 있다. 가열 히터(34)의 하방에는 이 배치대(28)의 하부나 측부를 냉각하여 온도 조정하는 냉매를 흐르게 하기 위한 냉매 통로(36)가 설치되어 있다. 또한, 이 배치대(28)의 세부 사항에 대해서는 후술한다.
배치대(28)의 주변부에는, 복수, 예컨대 3개의(도시예에서는 2개만 기재함)의 핀 삽입 구멍(37)이 설치되고 있고, 이 각 핀 삽입 구멍(37) 내에는 리프터 핀(38)이 삽입 관통할 수 있게 되어 있다. 각 리프터 핀(38)의 하단부는, 승강 아암(40)에 지지되어 있고, 이 승강 아암(40)은, 용기 바닥부를 벨로우즈(42)에 의해 기밀하게 관통하는 승강 로드(44)에 의해 승강 가능하게 이루어져 있다. 그리고, 웨이퍼(W)의 이동 탑재 위치에 상기 배치대(28)를 하방으로 강하시킨 상태로(도 5 참조), 리프터 핀(38)을, 배치대(28)의 상방으로 출몰시켜 웨이퍼(W)를 밀어 올리거나, 밀어 내리거나 하도록 되어 있다.
배치대(28)를 하방으로 강하시킨 위치에서, 배치대(28)의 상면의 수평 레벨에 대응하는 용기 측벽에 반송 아암(도시하지 않음)에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 반출입하는 개구(46)가 형성되어 있고, 이 개구(46)를 개폐하기 위한 게이트 밸브(48)가 설치되어 있다.
처리 용기(22)의 측벽이나 천장부에는 각각 히터(49A, 49B)가 설치되어 있고, 이들을 정해진 온도로 유지함으로써 원료 가스가 고화나 액화하는 것을 방지하도록 되어 있다.
배치대(28)는, 도 3 및 도 4에도 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W)를 배치하는 배치대 본체(50)와, 이 배치대 본체(50)의 측면과 바닥면을 둘러싼 상태로 배치대 본체(50)를 지지하는 베이스(52)에 의해 주로 구성되어 있다. 가열 히터(34)는 배치대 본체(50)의 내부에 설치되고, 상기 냉매 통로(36)는 베이스(52)의 내부에 설치되어 있다. 베이스(52)는, 냉매 통로(36)에 냉매를 흐르게 함으로써, 원료 가스의 분해 온도 미만이며 또한 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도 범위로 유지되도록 되어 있다. 또한, 도 3에 있어서는 핀 삽입 구멍(37)이나 리프터 핀(38)의 기재는 생략하고 있다.
배치대 본체(50)는, 전체가 세라믹재나 금속으로 구성되어 있고, 원판형을 이루고 있다. 그리고, 그 내부에 대략 전체면에 걸쳐 가열 히터(34)가 절연된 상태로 매설되어 있어, 이 상면에 직접적으로 배치되어 접하고 있는 반도체 웨이퍼(W)를 원하는 온도로 가열하여 온도 제어를 하도록 되어 있다.
배치대 본체(50)를 구성하는 세라믹재로서는, 예컨대 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 실리콘카바이트(SiC) 등을 이용할 수 있고, 금속으로서는, 알루미늄, 알루미늄 합금 등을 이용할 수 있다. 또한, 이 배치대 본체(50)의 직경은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 약간 작게 설정되어 있고, 예컨대 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 300 ㎜인 경우에는, 배치대 본체(50)의 직경은 295 ㎜ 정도로 설정되어 있다. 상기 배치대 본체(50)의 주연부에는, 단면이 직각형으로 절취된 단차부(54)(도 4 참조)가 그 둘레 방향을 따라 링형으로 형성되어 있다.
또한 베이스(52)는, 전체가 금속에 의해 형성되어 있다. 그리고, 베이스(52)는, 내부에 상기 냉매 통로(36)가 대략 전체면에 걸쳐 설치된, 원판형의 금속제의 베이스부(56)와, 이 베이스부(56)의 주연부에 상기 배치대 본체(50)의 둘레면을 둘러싸도록 설치된 링형의 금속제의 엣지 링(58)에 의해 구성되어 있다. 냉매 통로(36)에는, 도시하지 않는 배관을 통해 냉매로서 냉각수, 플루오리너트(fluorinert), 갈덴(galden)(등록 상표) 등을 흐르게 하도록 되어 있다.
베이스부(56)와 엣지 링(58) 사이에는, 이 엣지 링(58)의 냉각을 완화하기 위해 열전도성이 낮은 금속으로 이루어지는 링형의 열전도 완화 부재(60)가 개재되어 있다. 구체적으로는, 베이스부(56) 및 엣지 링(58)은, 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 이루어지고, 열전도 완화 부재(60)는, 알루미늄이나 알루미늄 합금보다 열전도성이 떨어지는 스테인레스 스틸로 이루어져 있다. 열전도 완화 부재(60)는, 필요에 따라 설치하면 좋고, 생략할 수도 있다. 또한, 상기 베이스부(56)나 엣지 링(58)은 알루미늄이나 알루미늄 합금 대신에, 열전도성은 조금 떨어지지만 스테인레스 스틸을 이용하도록 하여도 좋다. 엣지 링(58), 열전도 완화 부재(60) 및 베이스부(56)는, 그 상방으로부터 복수개의 볼트(62)에 의해 착탈 가능(분해 가능)하게 일체적으로 결합되어 있다.
베이스부(56)의 상면과 배치대 본체(50)의 바닥부(하면)의 사이에는, 단열재(64)가 개재되어 있어, 이에 의해 베이스부(56)와 배치대 본체(50) 사이의 단열을 도모하도록 되어 있다. 이 단열재(64)로서는, 열전도성이 낮고, 또한 내열성이 우수한 세라믹재나 스테인레스 스틸 등을 이용할 수 있다.
엣지 링(58)은, 반도체 웨이퍼(W)의 배치면의 수평 레벨과 동일 레벨을 유지하면서, 반도체 웨이퍼(W)의 반경 방향 외측으로 정해진 길이만큼 연장되는 링형의 플랜지부(66)를 갖고 있다. 플랜지부(66)의 주연부에는, 상방으로 돌출하는 돌출부(66a)가 원주형으로 형성되어 있다.
엣지 링(58)의 내주측의 상부에는, 배치대 본체(50)측으로 돌출한 돌기부(68)가 그 둘레 방향을 따라 링형으로 형성되어 있고, 이 돌기부(68)는 배치대 본체(50)의 단차부(54)의 도중까지 연장되어 있다. 이 돌기부(68)에는, 이것을 하방으로 관통시켜 고정 나사(70)가 마련되어 있고, 이 고정 나사(70)를 하측 방향으로 전진시킴으로써 배치대 본체(50)의 주변부를 압박하여 이것을 고정하도록 되어 있다. 따라서, 엣지 링(58)의 내주면과 배치대 본체(50)의 외주면은 직접적으로는 접촉하고 있지 않고, 양자 사이에는 단열을 도모하는 공간부(72)가 형성되어 있다. 또한 고정 나사(70)는 전체에서, 예컨대 6개 정도밖에 마련되어 있지 않고, 엣지 링(58)과 배치대 본체(50) 사이의 단열성을 높이도록 되어 있다.
배치대 본체(50)의 단차부(54)의 측면과 엣지 링(58)의 돌기부(68)의 내주면 사이에는, 링형의 실드 링(74)이 유동 감입 상태로 착탈 가능하게 설치되어 있다. 이 실드 링(74)은, 알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 금속으로 구성되고, 배치대 본체(50)의 측벽에의 성막 방지, 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 균일성의 확보, 반도체 웨이퍼(W)의 이면에의 성막 방지, 배치대 본체(50)와 엣지 링(58) 사이의 단열 등의 기능을 갖고 있다.
엣지 링(58)의 상면에는, 반도체 웨이퍼(W)의 단면인 베벨부에 막이 부착하는 것을 방지하기 위한 링형의 커버 링(76)이 설치되어 있다. 이 커버 링(76)은, 예컨대 알루미나나 질화알루미늄 등의 세라믹재로 구성되어 있다. 이 커버 링(76)의 온도도 베이스(52)와 마찬가지로, 성막 시에는, 원료 가스의 분해 온도 미만이며, 또한 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도 범위로 유지된다.
가스 도입 기구(80)는, 처리 용기(22)의 천장부의 중앙부에 설치된 가스 입구(78)에 연통하며, 또한 배치대(28)에 대향하여 설치되어 있어, 배치대(28)의 수직 방향 상방으로부터 배치대(28) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 외주단보다 외측의 영역을 향하여 원료 가스가 방출 내지 분사되도록 되어 있다. 따라서, 가스 도입 기구(80)는, 배치대(28) 상에 배치된 반도체 웨이퍼(W)의 외측 부분에 웨이퍼(W)를 피하는 것 같은 방향으로 원료 가스를 공급하도록 되어 있다.
구체적으로는, 이 가스 도입 기구(80)는, 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 직경을 갖는 배플판(82)을 갖고 있고, 이 배플판(82)은, 처리 용기(22)의 천장부 내면으로부터 하방으로 연장되는 원형 링형의 지지 부재(84)에 의해 처리 용기(22)의 천장부로부터 하방으로 적정 거리 이격하여 지지되어 있다. 이 때문에, 배플판(82)은, 배치대(28) 상의 반도체 웨이퍼(W)와 대향하도록 부착되어 있게 된다.
배플판(82)의 주연부에는, 도 2에도 나타내는 바와 같이, 그 둘레 방향을 따라 원호형으로 형성된 복수의 가스 방출구(86)가 전체 둘레에 걸쳐 설치되어 있다. 복수의 가스 방출구(86)는, 배치대(28) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 외주단보다 외측의 영역의 수직 방향의 상방에 형성되어 있다. 처리 용기(22)의 천장부와 배플판(82) 사이의 부분은, 원료 가스가 확산되는 확산실(88)로서 형성되게 되고, 확산실(88)에서 외방으로 확산된 원료 가스가 복수의 가스 방출구(86)로부터 하방의 처리 공간(S)을 향하여 방출 내지 분사된다.
이와 같이, 가스 방출구(86)의 바로 아래는 반도체 웨이퍼(W)의 외주단보다 외측의 영역에 대응하고 있기 때문에, 원료 가스는 반도체 웨이퍼(W)의 외측의 영역을 향하여 방출되어, 웨이퍼(W)의 상면에는 직접적으로는 원료 가스가 유하(流下)되지 않도록 되어 있다.
또한, 이러한 원호형의 가스 방출구(86) 대신에, 둘레 방향을 따라 내직경이 작은 가스 분사 구멍을 다수 형성하도록 하여도 좋다.
지지 부재(84)나 배플판(82)은, 열전도성이 양호한 금속 재료, 예컨대 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 형성되어 있다.
지지 부재(84)의 하측에는, 지지 부재(84)로부터 하방으로 연장되도록 하여 링형의 내부 구획벽(90)이 설치되어 있다. 이 내부 구획벽(90)은, 지지 부재(84)와 연속하도록 일체화하여 설치되어 있고, 지지 부재(84)와 같은 재료로 형성되어 있다. 이 내부 구획벽(90)은, 배치대(28)의 상방의 처리 공간(S)의 주위를 둘러싸도록 설치되어 있고, 그 하단부는 배치대(28)에 접근되어 있다. 그리고, 이 내부 구획벽(90)의 하단과 배치대(28)의 주연부 사이에, 배치대(28)의 둘레 방향을 따라 환형으로 배기용의 가스 출구(92)가 형성되어 있다. 이 가스 출구(92)로부터 처리 공간(S)의 분위기가 웨이퍼(W)의 외주측으로부터 균등하게 배기되도록 되어 있다.
내부 구획벽(90)은, 배치대(28)의 주연부에 위치하는 플랜지부(66) 및 커버 링(76)의 상방에 위치되어 있고, 가스 출구(92)는, 커버 링(76)의 상면(플랜지부(66)의 상면도 일부 포함함)과 내부 구획벽(90)의 하단면 사이에 형성되어 있다. 이 가스 출구(92)의 외주측의 유로 폭을 더욱 좁히기 위해 내부 구획벽(90)의 하단부에는 그 둘레 방향을 따라 링형으로 이루어진 돌기(94)가 플랜지부(66)의 돌출부(66a)에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 이 가스 출구(92)의 상하 방향의 폭(L1)은, 2 ㎜∼19.5 ㎜의 범위 내, 예컨대 5 ㎜ 정도로 설정된다(도 4 참조).
내부 구획벽(90)의 하단부에는 오리피스 형성 부재(96)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 이 오리피스 형성 부재(96)는, 상기 내부 구획벽(90)의 하단부에, 이것보다 상기 배치대(28)의 반경 방향의 내방을 향하여 연장시켜 설치되어 있고, 배치대(28)의 둘레 방향을 따라 링형으로 형성되어 있다. 그리고, 이 오리피스 형성 부재(96)의 하면과 배치대(28)의 주연부 사이에서, 상기 가스 출구(92)에 연통하는 오리피스부(98)를 형성하도록 되어 있다. 따라서, 이 오리피스부(98)는, 상기 오리피스 형성 부재(96)의 하면과 배치대(28)의 주연부에 배치된 커버 링(76)의 상면 사이에서 구획 형성되고, 배치대(28)의 둘레 방향을 따라 링형으로 형성되게 된다.
이 오리피스 형성 부재(96)의 재료는, 상기 내부 구획벽(90)과 같은 열전도성이 양호한 재료, 예컨대 알루미늄이나 알루미늄 합금 등으로 이루어지고, 여기서는 양자는 일체적으로 성형되어 있다. 이와 같이, 오리피스 형성 부재(96)를 처리 용기(22)의 중심 방향으로 연장시켜 설치함으로써, 상방으로부터 유하하여 온 원료 가스의 일부의 흐름을 처리 용기(22)의 중심 방향으로 변경시키며, 오리피스부(98)에 의해 배기되는 분위기의 유로 면적을 좁힘으로써 처리 공간(S)에서의 원료 가스의 체류 시간을 적절하게 길어지게 하도록 되어 있다.
이 경우, 상기 오리피스 형성 부재(96)의 내주단은, 상기 배치대(28) 상에 배치된 반도체 웨이퍼(W)의 외주단의 상방과, 이 상방보다 배치대(28)의 반경 방향의 외방으로 10 ㎜만큼 떨어진 위치 사이에 설정한다. 구체적으로는, 도 4 중에서, 웨이퍼(W)의 외주단과 오리피스 부재(96)의 내주단 사이의 수평 방향에서의 거리(L2)(상하 방향에서 본 경우의 거리)를 0∼10 ㎜의 범위 내가 되도록 설정한다. 이 오리피스 부재(96)의 내주단이 길어져 웨이퍼 상에 위치하면, 막 두께의 면내 균일성이 저하하여 바람직하지 못하고, 또한, 거리(L2)가 10 ㎜보다 커지면, 오리피스부(98)를 설치한 효과가 적어져 성막 속도가 저하하여 버린다. 또한, 오리피스부(98)의 상하 방향의 폭(L3)(도 4 참조)은, 2 ㎜∼19.5 ㎜의 범위 내로, 예컨대 가스 출구(92)의 폭(L1)과 같은 5 ㎜로 설정된다.
또한 배플판(82)의 가스 방출구(86)를 형성하지 않는 중앙부측의 직경(D)(도 1 참조)은, 웨이퍼(W)의 직경 이상의 크기이며, 예컨대 직경 300 ㎜의 웨이퍼(W)를 처리하는 경우에는 300 ㎜ 이상으로 한다. 또한, 상기 배플판(82)과 웨이퍼(W) 사이의 거리(G)(도 1 참조)는, 예컨대 25 ㎜∼67 ㎜의 범위 내로 설정한다.
또한, 처리 시에는 배치대(28)는 도 4의 위치에 배치되지만, 반도체 웨이퍼(W)의 반입출 등의 처리 이외의 때에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 배치대(28)는 하강된다.
성막 장치(20)의 전체의 동작, 예컨대 가스의 공급의 개시, 정지, 프로세스 온도, 프로세스 압력, 냉매 통로(36)에 흐르는 냉매의 온도 제어는, 예컨대 컴퓨터로 이루어지는 장치 제어부(100)에 의해 행해진다.
성막 장치(20)에 있어서의 성막 처리의 제어에 필요한 컴퓨터에 판독 가능한 프로그램은 기억 매체(102)에 기억되어 있고, 이 기억 매체(102)로서는, 플렉서블 디스크, CD(Compact Disc), CD-ROM, 하드디스크, 플래시 메모리 또는 DVD 등을 이용할 수 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 성막 장치(20)를 이용하여 행해지는 성막 처리에 대해서 도 6a 및 도 6b도를 참조하여 설명한다. 도 6a 및 도 6b는 처리 용기(22) 내의 원료 가스의 흐름을 나타내기 위한 모식도이고, 도 6b는 도 6a의 오리피스부의 주위를 확대하여 나타내고 있다.
이 성막 장치(20)에 있어서는, 우선, 처리 용기(22) 내에 반도체 웨이퍼(W)를 반송하여 배치대(28) 상에 배치한다. 처리 용기(22) 내는 배기 시스템(11)이 계속적으로 구동됨으로써 진공 처리되어 정해진 압력으로 유지된다. 또한 배치대(28)에 지지된 반도체 웨이퍼(W)는 가열 히터(34)에 의해 정해진 온도로 유지되고 있다.
또한 처리 용기(22)의 측벽, 천장부, 지지 부재(84), 내부 구획벽(90) 및 오리피스 형성 부재(96)도 각각 히터(49A, 49B)에 의해 정해진 온도로 유지되고 있다. 이 온도는 원료 가스의 분해 온도 미만이며 또한 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도 범위이고, 예컨대 80℃ 정도로 각각 가열되어 있다.
이 상태로, 가스 공급 시스템(14)에 의해 캐리어 가스로서의 CO 가스와 함께 원료 가스(Ru3(CO)12)가 공급되고, 가스 입구(78)로부터 가스 도입 기구(80)의 확산실(88) 내에 유입된다.
이 원료 가스는, 배플판(82)의 작용에 의해 확산실(88) 내를 그 주위를 향하여 확산되고, 배플판(82)의 주위에 설치되어 있는 각 가스 방출구(86)로부터 하방을 향하여 방출되어, 처리 공간(S) 내를 화살표(110)(도 6a 참조)로 나타내는 바와 같이 유하하여 간다. 이 유하하는 방향은, 배치대(28)의 주연부로서 웨이퍼(W)의 외주단의 외측의 영역을 향하는 방향이다. 원료 가스의 일부는, 이 유하의 도중에 화살표(112)(도 6a 참조)로 나타내는 바와 같이, 처리 공간(S) 내의 중앙부를 향하여 확산되어 가, 체류하게 된다.
이와 동시에, 상기 유하한 원료 가스의 대부분은, 내부 구획벽(90)의 하단부에, 처리 공간(S)의 중앙부를 향하여 연장시켜 설치한 오리피스 형성 부재(96)에 닿아, 화살표(114)로 나타내는 바와 같이, 일단, 처리 공간(S)의 중앙부측으로 구부려진다. 그 원료 가스의 일부는 처리 공간(S) 내에 체류함과 동시에, 대부분의 원료 가스는 유로 면적이 좁혀진 오리피스부(98) 내를 흐르고, 또한 가스 출구(92)를 통과하여 화살표(115)로 나타내는 바와 같이, 처리 용기(22) 내의 배치대(28)의 하방의 공간으로 흘러 가게 된다. 그리고, 처리 용기(22) 내의 분위기는 배기구(26)를 통과하여 용기 밖으로 배출된다. 처리 공간(S) 내에서 반도체 웨이퍼(W)에 공급된 원료 가스는, 반도체 웨이퍼(W) 상에서 열분해하여 CVD에 의해 Ru막이 형성된다. 이때의 성막 반응은 하기의 화학식으로 나타내고, 반응에 의해 캐리어 가스와 같은 가스종인 CO(일산화탄소)가 발생한다.
Ru3(CO)12⇔Ru3(CO)12↑
Ru3(CO)12↑⇔Ru3(CO)12-x↑+XCO↑
Ru3(CO)12-x↑+ Q→3Ru+(12-X)CO↑
Ru3(CO)12↑+Q→3Ru+12CO↑
또한, 상기 화학식에 있어서 "⇔"는 가역적인 것을 나타내고, "↑"는 가스 상태인 것을 나타내며, "↑" 가 붙어있지 않은 것은 고체 상태인 것을 나타내고, "Q"는 열이 가해지는 것을 나타낸다.
이와 같이, 배기 경로의 면적을 적당하게 좁힌 오리피스부(98)를 설치하도록 하였기 때문에, 원료 가스는 처리 공간(S) 내에 적절한 시간 체류하고, 더구나 처리 공간(S)의 중앙부에서는 원료 가스가 과잉이 되지 않으며, 이 처리 공간(S) 내의 분위기는 오리피스부(98) 및 가스 출구(92)를 통해 배출되어 가게 된다. 즉, 처리 공간(S)에 있어서 주변부와 비교하여 중앙부의 원료 가스 농도가 높아지는 일은 없고, 그 상태를 유지한 채로, 처리 공간(S) 내에의 원료 가스를 적절하게 체류시킬 수 있다.
즉, 도 7에 나타내는 바와 같은, 오리피스부를 설치하지 않고 단순히 내부 구획벽(90)과 배치대(28) 사이에 가스 출구(192)를 설치하였을 뿐인 특허문헌 3의 구성의 경우에는, 가스 방출구(86)로부터 화살표(110)로 나타내는 바와 같이 유하하여 온 원료 가스는, 화살표(114a)로 나타내는 바와 같이 그대로 가스 출구(192)로부터 배출되기 때문에, 성막에 기여하는 원료 가스의 양이 적어져, 성막 속도가 작아지는 경향이 있지만, 본 실시형태의 경우에는, 배기 경로의 면적을 적당하게 좁힌 오리피스부(98)의 존재에 의해, 처리 공간(S) 내의 원료 가스의 체류시간을 적절히 길게 할 수 있기 때문에, 막 두께의 면내 균일성을 손상시키는 일없이 Ru막의 성막 속도를 높게 할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 막 두께의 면내 균일성을 높게 유지한 채로, 종래보다 높은 성막 속도로 Ru막을 퇴적할 수 있다.
이때의 프로세스 조건은, 프로세스 압력이 0.001 Torr∼1 Torr의 범위 내의 압력, 예컨대 0.1 Torr(13.3 ㎩), 웨이퍼 온도가 원료 가스의 분해 온도 이상, 예컨대 150℃∼250℃의 범위 내의 온도, 예컨대 190℃ 정도이다. 또한 원료 가스의 유량은 1 sccm∼2 sccm, 캐리어 가스인 CO 가스의 유량은 100 sccm이다. 그리고, 오리피스 형성 부재(96)나 내부 구획벽(90)이나 배치대(28)의 주연부의 커버 링(76) 등은, 전술한 바와 같이 원료 가스의 분해 온도 이하이며, 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도, 예컨대 80℃ 정도로 설정되어 있기 때문에, 이들 부재의 표면에는 거의 불필요한 막이 퇴적되는 일은 없다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시형태에 따르면, 유기 금속 화합물로 이루어지는 원료 가스를 이용하여 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서, 내부에 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)가 수용되고, 내부를 진공 배기 가능한 처리 용기(22)와, 반도체 웨이퍼(W)를 배치하며 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 히터(34)가 설치된 배치대(28)와, 배치대(28)의 상방에 배치대(28)에 대향하도록 설치되고, 배치대(28) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 외주단보다 외측의 영역을 향하여 원료 가스를 도입하는 가스 도입 기구(80)와, 배치대(28)의 상방의 처리 공간(S)을 둘러싸, 그 내외를 구획하며, 그 하단부가 배치대(28)에 접근하도록 설치되고, 하단부와 배치대(28)의 주연부 사이에서 가스 출구(92)를 형성하는 내부 구획벽(90)과, 내부 구획벽(90)의 하단부에 배치대(28)의 반경 방향의 내방을 향하여 연장되도록 설치되며, 배치대(28)의 주연부와의 사이에서 가스 출구(92)에 연통하는 오리피스부(98)를 형성하는 오리피스 형성 부재(96)를 구비하기 때문에, 막 두께의 면내 균일성을 높게 유지한 채로, 성막 속도를 높게 할 수 있다.
<제2 실시형태에 따른 성막 장치>
다음에, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 성막 장치에 대해서 설명한다. 도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 성막 장치의 일부를 나타내는 부분 확대 단면도이고, 도 9는 도 8의 성막 장치의 배치대의 부분을 나타내는 측면도이다. 또한, 여기에 도시되어 있지 않은 부분은 제1 실시형태와 동일한 구성이다. 또한, 도 8은 제1 실시형태에 있어서의 도 4에 대응하는 것이며, 도 4에 나타내는 구성과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
앞의 제1 실시형태에서는, 오리피스 형성 부재(96)를 내부 구획벽(90)과 일체적으로 되도록 형성하였지만, 본 실시형태에서는, 앞의 제1 실시형태의 오리피스 형성 부재(96)보다 얇게 하고, 또한, 반경 방향의 폭도 크게 설정하여 원형 링형상으로 성형한 오리피스 형성 부재(116)를 갖고 있다. 이 박판 원형 링 형상의 오리피스 형성 부재(116)의 두께는, 가스 출구(92)의 폭(L1)보다 작게 설정되어 있다. 그리고, 이 얇은 오리피스 형성 부재(116)를 내부 구획벽(90)과 배치대(28) 사이의 가스 출구(92) 안에 삽입하도록 하여 설치되어 있고, 이 상방과 하방에 상측의 간극(92A)과 하측의 간극(92B)이 형성되어 있다. 이 상측의 간극(92A)이 오리피스부(118)로서 구성되게 되고, 이 오리피스부(118)는, 제1 실시형태의 오리피스부(98)와 마찬가지로 배치대(28)의 둘레 방향을 따라 링형으로 형성되어 있다.
따라서, 제1 실시형태의 경우와 마찬가지로 오리피스 형성 부재(116)의 내주단은, 배치대(28)의 내방을 향하여 연장시켜 설치되게 된다. 또한, 이 오리피스 형성 부재(116)의 외주단은, 내부 구획벽(90)의 하단부에, 그 둘레 방향을 따라 정해진 간격을 이격하여 배치된 복수의 지지 아암(120)에 의해 현수 상태로 지지되어 있다(도 9 참조).
지지 아암(120)은, 전체로서, 예컨대 6개 정도 설치되어 있을 뿐으로, 배기에 영향을 부여하는 경우는 거의 없다. 이 지지 아암(120)도 상기 오리피스 형성 부재(116)와 마찬가지로 열전도성이 양호한 재료, 예컨대 알루미늄이나 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있고, 표면에 박막이 부착하지 않도록 제1 실시형태와 마찬가지로 원료 가스의 분해 온도 미만이며 또한 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도 범위로 설정되고, 여기서는 예컨대 80℃ 정도가 되도록 설정되어 있다. 또한, 제1 실시형태에 있어서 가스 출구(92)에 설치한 돌기(94)는, 이 제2 실시예에서는 설치하고 있지 않다.
여기서 상측의 간극(92A)의 상하 방향의 폭(L1A)은, 1 ㎜∼5 ㎜ 정도이며, 하측의 간극(92B)의 상하 방향의 폭(L1B)은, 1 ㎜∼5 ㎜ 정도이다. 또한, 이 오리피스 형성 부재(116)의 내주단과 웨이퍼(W)의 외주단 사이의 수평 방향에서의 거리(L2)(상하 방향에서 본 경우의 거리)는, 제1 실시형태와 마찬가지로 0∼10 ㎜의 범위 내가 되도록 설정하고 있다. 이 이유는 제1 실시형태의 경우와 같다.
또한, 여기서는 엣지 링(58) 상에 설치한 커버 링(76)을, 내주측 링(76A)과 외주측 링(76B)으로 2분할하고 있으며, 양 링(76A, 76B) 사이에 근소한 간극(122)을 형성하고 있다. 그리고, 이 간극(122)을 통해 하측의 간극(92B)에 대하여 캐리어 가스와 같은 종류의 가스를 퍼지 가스로서 공급하는 퍼지 가스 공급 기구(126)가 설치된다. 구체적으로는, 이 퍼지 가스 공급 기구(126)는, 간극(122)에 대응하는 엣지 링(58)측에, 그 둘레 방향을 따라 링형으로 형성된 가스 홈(124)을 갖고 있다. 이 가스 홈(124)은, 지주(30)(도 1 참조) 및 배치대(28) 내를 통과하도록 형성된 가스 유로(128)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 이 가스 유로(128)는 지주(30) 내를 수직으로 연장하며, 배치대(28)에 있어서의 베이스(52)의 베이스부(56) 내를 수평으로 연장하고, 엣지 링(58) 내를 수직으로 연장하여 가스 홈(124)에 도달하도록 되어 있다. 이 가스 유로(128)에는, 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(130)나 개폐 밸브(132)가 개재되어 있고, 필요에 따라 퍼지 가스로서 CO 가스를 유량 제어하면서 공급할 수 있게 되어 있다.
도 10은 본 실시형태의 성막 장치에 있어서의 처리 용기 내의 원료 가스의 흐름을 나타내기 위한 모식도이고, 제1 실시형태에 있어서의 도 6a 및 도 6b에 대응하는 것이다. 본 실시형태에서는 배플판(82)의 가스 방출구(86)(도 1 참조)로부터 수직 방향으로 화살표(110)로 나타내는 바와 같이 유하하여 온 원료 가스는, 그 일부가 제1 실시형태와 마찬가지로 화살표(122)로 나타내는 바와 같이 배치대(28)의 중앙부를 향하여 확산되어 가, 용기 내에서 체류하게 된다. 그리고, 수직 방향으로 더욱 유하하여 온 원료 가스의 일부는, 화살표(140)로 나타내는 바와 같이 가스 출구(92)의 상측의 간극(92A)인 오리피스부(118)에서 흐름이 좁혀져 배출되어 간다.
또한, 유하하여 오는 원료 가스의 다른 일부는, 화살표(142)로 나타내는 바와 같이 상기 오리피스 형성 부재(116)의 내측의 주연부의 상면에 닿아, 일시적으로 배치대(28)의 중앙부측을 향하여 흐른 후에, 다시 되돌아오도록 하여 오리피스부(118)를 통해 유출되어 가게 된다. 이와 같이 하여, 처리 공간(S) 내의 원료 가스는 처리 공간(S) 내에 일시적으로 체류함과 동시에 유로 면적이 좁혀진 오리피스부(118) 내를 흘러, 화살표(144)로 나타내는 바와 같이 배치대(28)의 하방으로 흘러 가게 된다.
이와 같이, 배기 경로의 면적을 적절하게 좁힌 오리피스부(118)를 설치하도록 하였기 때문에, 원료 가스는 처리 공간(S) 내에 적절한 시간 체류하고, 또한 처리 공간(S)의 중앙부에서는 원료 가스가 과잉이 되지 않으며, 이 처리 공간(S) 내의 분위기는 가스 출구(92)의 오리피스부(118)를 통해 배출되어 가게 된다. 즉, 처리 공간(S)에 있어서 주변부와 비교하여 중앙부의 원료 가스 농도가 높아지는 일은 없으며, 그 상태를 유지한 채로, 처리 공간(S) 내에의 원료 가스를 적절하게 체류시킬 수 있다. 그 결과, 제1 실시형태와 마찬가지로, 막 두께의 면내 균일성을 높게 유지하면서 높은 성막 속도로 Ru막을 퇴적할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 이와 같이 성막하고 있을 때에, 퍼지 가스 공급 기구(126)의 가스 유로(128)에는 퍼지 가스가 유량 제어된 상태로 공급되고 있다. 이 퍼지 가스는, 링형으로 형성된 가스 홈(124)으로부터 오리피스 형성 부재(116)의 하방에 설치한 하측의 간극(92B) 내에 유입되게 된다. 이 하측의 간극(92B) 내에 유입된 퍼지 가스는, 그 일부는 화살표(146)로 나타내는 바와 같이 외측을 향하여 흡인되어 흘러 간다. 또한, 나머지 퍼지 가스는 화살표(148)로 나타내는 바와 같이 처리 공간(S)측을 향하여 가지만, 이때, 처리 공간(S)측으로부터 하측의 간극(92B) 내에 유입되고자 하는 화살표(150)로 나타내는 바와 같은 원료 가스의 흐름과 충돌하도록 간섭하여, 원료 가스가 이 하측의 간극(92B) 내에 유입되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 배치대(28)의 주연부의 표면, 구체적으로는 커버 링(76) 및 엣지 링(58)의 표면에 불필요한 막이 퇴적하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 퍼지 가스로서 캐리어 가스와 동일한 CO 가스를 이용하고 있고, CO 가스는 앞서 설명한 바와 같이, 원료 가스의 분해를 억제하도록 작용하기 때문에, 불필요한 막의 퇴적 방지를 한층 더 향상시킬 수 있다. 이 경우, 이 CO 가스가 이 하측의 간극(92B)보다 처리 공간(S)측으로 다량으로 유입되어 웨이퍼(W)의 주연부까지 이르면, 이 웨이퍼(W)의 주연부의 상면에서의 성막이 저해되어 버리기 때문에 바람직하지 못하다. 따라서, CO 가스의 유량은 매우 작아지도록 설정하고, 바람직하게는, 화살표(148)로 나타내는 퍼지 가스가 처리 공간(S)측으로 거의 나오는 일이 없도록 하는 정도로, 그 유량을 설정하는 것이 좋다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시형태에 따르면, 유기 금속 화합물로 이루어지는 원료 가스를 이용하여 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서, 내부에 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)가 수용되고, 내부를 진공 배기 가능한 처리 용기(22)와, 반도체 웨이퍼(W)를 배치하며 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 히터(34)가 설치된 배치대(28)와, 배치대(28)의 상방에 배치대(28)에 대향하도록 설치되고, 배치대(28) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 외주단보다 외측의 영역을 향하여 원료 가스를 도입하는 가스 도입 기구(80)와, 배치대(28)의 상방의 처리 공간(S)을 둘러싸, 그 내외를 구획하며, 그 하단부가 배치대(28)에 접근하도록 설치되고, 하단부와 배치대(28)의 주연부 사이에서 가스 출구를 형성하는 내부 구획벽(90)과, 가스 출구(92)에 상측의 간극(92A)과 하측의 간극(92B)을 형성하도록 개재되며, 그 내주단이 배치대(28)의 반경 방향의 내방을 향하여 연장되도록 설치되고, 상측의 간극(92A)이 오리피스부(118)를 형성하는 오리피스 형성 부재(116)를 구비하도록 하였기 때문에, 막 두께의 면내 균일성을 높게 유지한 채로, 성막 속도를 높게 할 수 있다. 또한, 하측의 간극(92B)에 퍼지 가스를 흐르게 하도록 하였기 때문에, 배치대(28)의 주연부에의 막의 퇴적을 방지할 수 있어, 제1 실시형태보다 성막 속도를 높게 할 수 있다.
<제1 실시형태 및 제2 실시형태의 평가 실험>
다음에, 이상과 같은 제1 실시형태 및 제2 실시형태의 성막 장치에 대해서 평가 실험을 행한 결과에 대해서 설명한다. 또한, 비교를 위해 오리피스부를 갖지 않는 종래의 성막 장치(도 7 참조)에 대해서도 실험을 행하였다.
종래의 성막 장치에서는, 내부 구획벽(90)의 하단부의 가스 출구(192)(도 7 참조)의 상하 방향의 폭을 2 ㎜로 설정하였다. 또한 제1 실시형태의 성막 장치에서는, 가스 출구(92)의 폭(L1) 및 오리피스부(98)의 상하 방향의 폭(L3)을 모두 2 ㎜로 설정하고, 거리(L2)를 10 ㎜로 설정하였다(도 4 참조). 또한 제2 실시형태의 성막 장치에서는, 오리피스부(118)(상측의 간극(92A))의 상하 방향의 폭(L1A)을 3 ㎜로 설정하고, 하측의 간극(92B)의 폭(L1B)을 2 ㎜로 설정하며, 거리(L2)를 8 ㎜로 설정하였다(도 8 참조). 또한, 퍼지 가스 공급 기구(126)의 CO 가스의 유량을 100 sccm으로 설정하였다. 그리고, 다른 프로세스 조건은, 전부 동일하게 되도록 설정하여 Ru막을 성막하였다.
이때의 결과를 도 11에 나타낸다. 도 11은 본 발명과 종래의 성막 장치의 성막 속도와 막 두께의 면내 균일성을 나타내는 그래프이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 성막 속도에 관해서는, 종래의 성막 장치는 1.93 ㎚/min이었다. 이에 대하여, 본 발명의 제1 실시형태의 경우는 2.17 ㎚/min이며, 제2 실시형태의 경우는 2.66 ㎚/min이었다. 이와 같이, 제1 실시형태 및 제2 실시형태의 성막 장치에서는, 종래의 성막 장치보다 높은 성막 속도를 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 이 중에서도 특히, 제2 실시형태의 성막 장치에서는 성막 속도를 대폭 향상시킬 수 있는 것이 확인되었다.
또한 막 두께의 면내 균일성에 대해서는, 종래의 성막 장치가 6％ 정도이다. 이에 대하여, 본 발명의 제1 실시형태 및 제2 실시형태는 막 두께 균일성은 저하하고 있지만, 모두 한계값인 10％ 이하로 허용 범위 내인 것이 확인되었다.
<제3 실시형태에 따른 성막 장치>
다음에, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 성막 장치에 대해서 설명한다. 도 12는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 성막 장치의 일부를 나타내는 부분 확대 단면도이다. 또한, 여기에 도시되어 있지 않은 부분은 제1 실시형태와 동일한 구성이다. 또한, 도 12는 제2 실시형태의 도 8에 대응하는 것이며, 도 8에 나타내는 구성과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
앞의 제2 실시형태에서는, 배치대(28)의 엣지 링(58) 및 실드 링(74)을, 가열하고 있는 배치대 본체(50)로부터 단열한 상태로 설치하고, 이들의 온도를 원료 가스의 분해 온도 미만이며 또한 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도 범위, 예컨대 80℃로 유지하며, 하측의 간극(92B)에 퍼지 가스를 흐르게 함으로써, 배치대(28)의 주연부의 실드 링(74), 커버 링(76) 및 엣지 링(58)의 표면에 불필요한 막이 퇴적하는 것을 방지하도록 하였지만, 이러한 구성의 경우, 배치대(28)의 주연부의 온도가 성막 온도보다 낮고, 또한, 성막 온도보다 저온의 퍼지 가스가 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 도달하기 때문에, 얻어지는 막 두께 면내 균일성에는 자연히 한계가 있다.
그래서, 본 실시형태에서는, 배치대(28)의 주연부의 막의 퇴적을 방지하고, 또한 더욱 막 두께 균일성을 높일 수 있는 구성으로 한다.
본 실시형태에 있어서는, 제2 실시형태의 실드 링(74) 대신에, 폭이 넓고, 또한 성막 온도로 가열되어 있는 배치대 본체(50)에 부분적으로 접촉한 실드 링(74′)을 설치하며, 또한, 제2 실시형태의 엣지 링(58) 대신에, 배치대 본체(50)에 부분적으로 접촉한 엣지 링(58′)을 설치하고, 이들 실드 링(74′) 및 엣지 링(58′)에 의해 주변 링 부재를 구성하고 있다.
실드 링(74′)은, 그 내주면과 배치대 본체(50)의 외주면 사이에 근소한 간극이 형성되도록 설치되어 있다. 또한, 실드 링(74′)의 하면의 배치대 본체(50)측의 부분에는 접촉 돌기(74a)가 하방으로 돌출하여 설치되어 있고, 이 접촉 돌기(74a)의 하면이 배치대 본체(50)의 단차부(54)의 상면에 접하는 접촉부(74b)로 되어 있다. 이에 의해, 실드 링(74′)은, 배치대 본체(50)의 열이 전열되어 가열된다. 이 실드 링(74′)은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 금속으로 이루어지고, 상기 구성에 의해 웨이퍼(W)의 온도와 거의 동일하거나, 또는 약간 낮은(예컨대 10℃ 이내) 온도가 되도록 온도 조정되어 있다. 실드 링(74′)의 온도 조정은, 접촉 돌기(74a)의 접촉부(74b)의 접촉 면적을 조정함으로써 행할 수 있다.
엣지 링(58′)은, 그 내측 상부에 단차부(68′)가 형성되어 있다. 그리고 단차부(68′)의 내주면과 실드 링(74′)의 외주면 사이는 간소한 간극이 형성되어 있다. 단차부(68′)의 하면은 배치대 본체(50)의 단차부(54)의 상면에 접하고 있고, 접촉부(68a)로 되어 있다. 이 엣지 링(58′)은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 금속으로 이루어지고, 상기 구성에 의해 웨이퍼(W)의 온도와 거의 동일하거나, 또는 약간 낮은(예컨대 10℃ 이내) 온도가 되도록 온도 조정되어 있다. 엣지 링(58′)의 온도 조정은, 단차부(68′)의 접촉부(68a)의 접촉 면적을 조정함으로써 행할 수 있다. 엣지 링(58′), 열전도 완화 부재(60), 및 베이스 부재(56)는 복수개의 볼트(도시하지 않음)에 의해 결합되어 있다. 열전도 완화 부재(60)를 설치하는 대신에, 엣지 링(58′)과 베이스 부재(56) 사이에 간극을 형성하여도 좋고, 열전도 완화 부재(60)를 설치하며, 또한 간극을 설치하여도 좋다.
또한, 실드 링(74′) 및 엣지 링(58′)을 접촉부(74b) 및 접촉부(68a)에 의해 배치대 본체(50)에 직접 접촉시키는 것 대신에, 열전도성이 양호한 금속 재료, 예컨대, 알루미늄, 구리 등으로 형성된 열저항이 작은 스페이서 부재를 개재시켜 부분적으로 접촉시켜도 좋고, 어떻게든 가장 고온 상태가 되는 배치대 본체(50)에 대하여 부분적으로 접하는 것 같은 상태로 하여, 실드 링(74′) 및 엣지 링(58′)의 온도가 배치대 본체(50)의 온도보다 낮은 정해진 온도가 되면 좋다.
이와 같이, 실드 링(74′) 및 엣지 링(58′)은, 배치대 본체(50)의 온도보다 낮은 온도가 되지만, 원료 가스로서 Ru3(CO)12를 이용하여 Ru막을 형성하는 경우에는, 배치대 본체가 215℃ 정도, 반도체 웨이퍼(W)가 190℃ 정도, 실드 링(74′) 및 엣지 링(58′)은 180℃∼190℃ 정도로 가열된다.
또한, 본 실시형태에서는, 엣지 링(58′)의 외주측(처리 용기(22)와 반대측)을 덮도록 알루미늄 등의 고열전도성 재료로 이루어지는 커버 부재(164)를 설치하고 있다. 커버 부재(164)는, 하단부가 열전도 완화 부재(60)와 베이스부(56) 사이에 압박되도록 설치되고, 상단부가 엣지 링(58′)에 단열재(166)를 개재시켜 부착되어 있다. 커버 부재(164)는 베이스 부재(56)의 온도에 가까운, 원료 가스의 분해 온도 미만이며 또한 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도, 예컨대 80℃ 정도로 유지된다.
또한, 본 실시형태에서는, 제2 실시형태에 있어서의 퍼지 가스 공급 기구(126) 대신에, 보다 고온의 퍼지 가스를 공급할 수 있는 퍼지 가스 공급 기구(126′)를 설치하고 있다. 이 퍼지 가스 공급 기구(126′)는 지주(30)의 유로(도시하지 않음), 배치대 본체(50)와 단열재(64) 사이의 유로(172), 이 유로(172)에 접속되어 배치대 본체(50)의 단차부(54)를 수직으로 연장하는 유로(174), 실드 링(74′)과 단차부(54) 사이의 유로(176), 실드 링(74′)과 엣지 링(58′) 사이의 유로(178), 및 엣지 링(58′)과 커버 링(76)의 내주측 링(76A) 사이의 유로(180)를 포함하는 가스 유로(182)를 갖고 있고, 유로(180)가 내주측 링(76A)과 외주측 링(76B) 사이의 간극(122)에 연결되어 있다. 이 때문에, 가스 유로(182)를 흐르는 퍼지 가스는, 배치대 본체(50), 실드 링(74′), 엣지 링(58′)에 의해 가열되고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도와 동등하거나 약간 낮은 온도, 예컨대 170℃ 정도의 온도로 간극(92B)에 공급된다.
커버 링(76)를 내주측 링(76A)과 외주측 링(76B)으로 분할함으로써, 그 사이에 가스 유로가 되는 간극을 형성하는 것 외에, 이들의 재질을 상이한 것으로 하는 등 하여, 온도 구배를 형성할 수 있다. 커버 링(76)은 3분할 이상 하여도 좋다. 내주측 링(76A)과 외주측 링(76B)은, 알루미나나 질화알루미늄 등의 세라믹스나 알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 금속으로 형성할 수 있다. 내주측 링(76A)과 외주측 링(76B)은 동일한 재료여도 상이한 재료여도 좋다. 예컨대, 내주측 링(76A)을 세라믹스로 형성하고, 외주측 링(76B)을 알루미늄으로 형성할 수 있다. 커버 링(76)은, 주변 링인 실드 링(74′) 및 엣지 링(58′)의 위에 형성되어 있기 때문에, 실드 링(74′) 및 엣지 링(58′)보다 약간 낮으며, 반도체 웨이퍼(W)보다 20℃∼30℃ 낮은 온도, 예컨대 170℃ 정도로 되어 있다. 즉, 배치대(28)의 주연부의 표면 온도는, 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)의 온도와 동등 또는 그보다 낮은, 웨이퍼 온도의 근방 온도로 유지된다. 또한, Ru3(CO)12의 분해 온도는 130℃ 이상이며, 커버 링(76)은 원료 가스의 분해 온도 이상으로 가열된다.
본 실시형태에 있어서는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 제2 실시형태와 마찬가지로, 배기 경로의 면적을 적절하게 좁힌 오리피스부(118)를 설치하도록 하였기 때문에, 도 10과 마찬가지로 원료 가스가 흘러, 원료 가스는 처리 공간(S) 내에 적절한 시간 체류하고, 더구나 처리 공간(S)의 중앙부에서는 원료 가스가 과잉이 되지 않으며, 이 처리 공간(S) 내의 분위기는 가스 출구(92)의 오리피스부(118)를 통해 배출되어 가게 되기 때문에, 처리 공간(S)에 있어서 주변부와 비교하여 중앙부의 원료 가스 농도가 높아지는 일은 없고, 그 상태를 유지한 채로, 처리 공간(S) 내에의 원료 가스를 적절하게 체류시킬 수 있다. 그 결과 막 두께의 면내 균일성을 높게 유지하면서 높은 성막 속도로 Ru막을 퇴적할 수 있다.
이에 더하여, 배치대(28)의 주연부의 주변 링을 구성하는 실드 링(74′)과 엣지 링(58′)이 반도체 웨이퍼(W)의 온도(190℃)와 동일하거나 약간 낮은 온도(180℃∼190℃)로 설정되고, 더구나 퍼지 가스 온도도 반도체 웨이퍼(W)의 온도에 가까운 온도로 흐르기 때문에, 배치대(28) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도는 비교적 고온으로 유지된다. 이 때문에, 제2 실시형태보다 막 두께의 면내 균일성을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 종래는, 원료 가스가 배치대 주연부를 통과하여 배출되고, 더구나 배치대의 주연부가 반도체 웨이퍼를 배치하고 있는 중앙부와 동등한 온도(예컨대 215℃)로 가열되고 있었기 때문에, 배치대 주연부에서 원료 가스가 분해되어 다량의 막이 퇴적하고 있었지만, 본 실시형태에서는, 커버 링(76) 및 엣지 링(58′)의 단부는 원료 가스의 분해 온도보다 낮은 온도, 예컨대 80℃ 정도로 유지된 오리피스 형성 부재(116)로 덮어져 있고, 또한 실드 링(74′) 및 엣지 링(58′)의 배치대 본체(50)에 대하여 일부에서만 접촉시켜, 배치대(28)의 주연부의 실드 링(74′) 및 엣지 링(58′)의 온도를 배치대 본체(50)보다 낮으며, 반도체 웨이퍼(W)와 동등 또는 그보다 약간 낮은 온도(180℃∼190℃)로 하여, 그 위의 커버 링(76)의 온도를 더욱 낮게 할 수 있기 때문에(예컨대 170℃), 배치대(28)의 주연부에의 막의 퇴적을 억제할 수 있다.
또한, 이에 더하여, 내주측 링(76A)과 외주측 링(76B) 사이의 간극(122)으로부터, 오리피스 형성 부재(116)와, 배치대(28)의 주연부인 실드 링(74), 커버 링(76) 및 엣지 링(58)의 표면과의 사이의 간극(92B)에 퍼지 가스를 흐르게 하도록 하였기 때문에, 이들 표면에의 불필요한 막의 퇴적을 한층 더 억제할 수 있다. 이때, 퍼지 가스의 온도가 170℃ 정도로 높기 때문에, 유량을 어느 정도 크게 하여도 면내의 막 두께 변동을 작게 유지할 수 있어, 퍼지 가스의 유량을 크게 하여 불필요한 막의 퇴적을 유효하게 방지할 수 있다.
또한, 이들에 더하여, 엣지 링(58′)의 외주측이, 원료 가스의 분해 온도보다 낮은 온도, 예컨대 80℃ 정도로 유지된 커버 부재(164)로 덮어져 있기 때문에, 그 부분에 퇴적하는 막의 퇴적도 억제된다.
이와 같이, 본 실시형태의 성막 장치에서는, 막 두께의 면내 균일성을 보다 향상시킬 수 있는 것에 더하여, 배치대(28)의 주연부에의 불필요한 막의 퇴적을 억제할 수 있다. 또한, 이와 같이 배치대(28)의 주연부에의 불필요한 막의 부착을 억제할 수 있는 결과, 반도체 웨이퍼(W) 상에서의 반응에 기여하지 않은 원료 가스를 높은 비율로 미반응인 채로 배출시킬 수 있다. 이 때문에, 비싼 원료 가스(Ru3(CO)12)를 높은 회수율로 회수하는 것이 가능해진다.
또한, Ru막을 성막하는 경우에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 150℃∼250℃가 바람직하고, 오리피스 형성 부재(116) 및 커버 부재(164)는 원료가 분해되지 않으며 또한 고화 내지 액화하지 않는 온도인 50℃∼120℃인 것이 바람직하고, 커버 링(76)의 온도는 반도체 웨이퍼(W)의 온도보다 20℃∼30℃ 낮은 것이 바람직하다.
<제3 실시형태의 평가 실험>
·웨이퍼 온도와 성막 레이트의 관계
이 제3 실시형태에 있어서, 실제로 Ru3(CO)12를 원료로서 이용하였을 때의 웨이퍼 온도와 성막 레이트의 관계를 조사한 결과에 대해서 설명한다. 도 14는 Ru3(CO)12를 원료로서 이용하였을 때의 웨이퍼 온도와 성막 레이트의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서는, 캐리어 가스로서는 CO 가스를 이용하고, 가스 유량은 CO 가스의 유량을 100 sccm으로 설정하였다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 온도가 140℃보다 낮은 경우에는 막은 퇴적하지 않고, 140℃ 정도일 때에 성막이 시작된다. 그리고, 온도의 상승과 함께, 성막 레이트는 급격히 상승해 가게 된다. 그리고, 1 ㎚/min 이상의 성막 레이트가 필요한 경우에는 웨이퍼 온도는 175℃ 이상으로 설정하고, 또한 2 ㎚/min 이상의 성막 레이트가 필요한 경우에는 웨이퍼 온도는 190℃ 이상으로 설정하는 것이 필요할 것을 알 수 있다.
·배치대 본체의 주변 부품인 실드 링의 온도와 막 두께의 면내 균일성의 관계
다음에, 배치대 본체의 주변 부품인 실드 링(74′)의 온도와 막 두께의 면내 균일성의 관계를 조사한 결과에 대해서 설명한다. 도 15는 배치대 본체의 주변 부품인 실드 링(74′)의 온도와 막 두께의 면내 균일성의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서는 캐리어 가스로서는 CO 가스를 이용하고, 가스 유량은 100 sccm으로 하였다. 또한 웨이퍼 온도는 190℃로 설정하고 있다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 실드 링(74) 부재의 온도가 낮은 경우에는, 웨이퍼 표면에 퇴적한 박막의 막 두께의 면내 균일성은 나쁜 경향이 있지만, 실드 링 부재의 온도를 상승시킴에 따라, 막 두께의 면내 균일성은 개선되는 것을 알 수 있다. 그리고, 실드 링 부재의 온도가 180℃ 정도일 때에 막 두께의 면내 균일성은 6％ 정도까지 개선되고, 그 후는 실드 링 부재의 온도를 올려도, 막 두께의 면내 균일성은 거의 포화하여 6％ 정도를 유지하고 있다. 따라서, 배치대 본체(50)에 가장 가까운 주변 부품인 실드 링 부재(74′)의 온도는 180℃ 이상으로 설정하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
·퍼지 가스 유량과 막 두께의 면내 균일성의 관계
다음에, 본 실시형태의 성막 장치를 이용하여 실제로 퍼지 가스의 유량을 변화시켜 성막하였을 때의 Ru막의 막 두께 및 막 두께의 면내 균일성(1σ[％])을 확인한 결과에 대해서 도 16을 참조하여 설명한다. 도 16에 나타내는 바와 같이 퍼지 가스 유량을 100 sccm까지 증가시켜도, Ru막의 막 두께 및 균일성에는 영향이 없어, 퍼지 가스 유량을 크게 하여 불필요한 막의 퇴적을 억제하는 효과를 크게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
·주변 부품의 온도를 제어한 경우에 있어서의 원료의 회수율과 막 두께의 면내 균일성의 관계
다음에, 배치대 본체의 주변 부품인 커버 링(76)의 온도를 변화시켰을 때의 원료의 회수율과 막 두께의 면내 균일성의 관계를 조사한 결과에 대해서 설명한다. 도 17은 배치대 본체의 주변 부품인 커버 링(76)의 온도를 변화시켰을 때의 원료의 회수율과 막 두께의 면내 균일성의 관계를 나타내는 그래프이다. 각 시험에 있어서 웨이퍼 온도는 190℃로 설정하였다. 또한 본 실시형태의 성막 방법인 시험 1에서는 커버 링(76)의 온도를 170℃로 설정하고, 시험 2에서는 커버 링(76)의 온도를 웨이퍼(W)와 같은 온도인 190℃로 설정하며, 시험 3에서는 커버 링(76)의 온도를 80℃로 설정하였다. 또한, 각 시험 1∼3에 있어서, 오리피스 형성 부재(116), 내부 구획벽(90) 및 커버 부재(164)의 온도를 80℃로 설정하였다.
도 17의 그래프에 있어서 좌측 종축은 원료의 회수율을 나타내고, 우측 종축은 막 두께의 면내 균일성을 나타낸다. 우선 본 실시형태의 성막 장치인 시험 1의 경우에는, 원료 회수율은 60％ 정도에까지 도달하며, 또한 막 두께의 면내 균일성은 6％ 정도로서, 모두 양호한 결과를 나타내고 있다. 이에 대하여, 커버 링(76)의 온도를 웨이퍼 온도와 같은 온도인 190℃로 한 시험 2에서는, 막 두께의 면내 균일성은 시험 1과 같은 정도이지만, 원료 회수율은 낮은 값이 되었다. 또한 커버 링(76)의 온도를 80℃로 설정한 시험 3에서는, 원료의 회수율은 시험 1과 거의 같지만, 막 두께의 면내 균일성은 저하하는 것이 확인되었다.
·각종 조건에 있어서의 원료 회수율
다음에, 각종 조건의 성막 장치에 있어서 원료 회수율을 조사하였다. 도 18은, 특허문헌 3의 성막 장치와 제3 실시형태의 성막 장치 및 그 중간 단계의 2개의 성막 장치에 대해서, 원료 가스의 부착 상황을 확인한 결과를 나타내는 그래프이다. 여기서는, 배치대(28)의 주변 링 부재(실드 링(74′), 엣지 링(58′))의 온도를 180℃∼190℃정도, 커버 링(76)의 온도를 170℃ 정도로 높게 하는 것을 전제로 하고 있으며, A는 오리피스 형성 부재(116)가 없으며, 퍼지 가스가 없고, 커버 부재(164)가 없는 특허문헌 3의 성막 장치, B는 오리피스 형성 부재(116)가 있으며, 퍼지 가스 및 커버 부재(164)가 없는 성막 장치, C는 오리피스 형성 부재(116) 및 퍼지 가스가 있으며, 커버 부재(164)가 없는 성막 장치, D는 제3 실시형태의 성막 장치이다.
도 18에 나타내는 바와 같이, 특허문헌 3의 성막 장치에서는, 반도체 웨이퍼(W)에의 성막에 기여하지 않은 원료 가스의 대부분이 커버 링(76)에의 막의 퇴적에 소비되어, 미반응의 원료 가스로서는 거의 회수할 수 없는데 대하여, 오리피스 형성 부재(116)를 설치한 B는, 커버 링(76)에서의 막 퇴적에 소비되는 원료 가스의 양이 대폭으로 저하하여 미반응의 원료 가스가 30.7％까지 증가하고, 또한 퍼지 가스를 도입한 C는 실드 링(74′)에서의 막 퇴적에 소비되는 원료 가스의 양이 저하하여 미반응의 원료 가스가 32.0％까지 증가하며, 또한 커버 부재(164)를 설치한 제3 실시형태의 성막 장치에서는, 엣지 링(58′) 이면에의 막 퇴적이 대폭으로 저하하여 미반응의 원료 가스가 65.8％까지 증가하는 것이 확인되었다.
이와 같이, 본 발명의 제3 실시형태에 따르면, 성막 속도를 높게 또한 막 두께의 면내 균일성을 보다 높게 할 수 있으며, 배치대(28)의 주연부에의 불필요한 막의 퇴적을 적게 할 수 있어, 미반응의 원료 가스를 유효하게 회수할 수 있다.
또한, 제1 실시형태 및 제2 실시형태에서는, 배치대(28)의 주연부의 온도를 80℃ 정도로 성막 반응이 생기지 않을 정도의 온도로 유지하고 있기 때문에, 불필요한 막의 퇴적은 적으며, 미반응의 원료 가스의 회수율을 높게 할 수 있다.
<제4 실시형태에 따른 성막 장치>
다음에, 본 발명의 제4 실시형태에 따른 성막 장치에 대해서 설명한다. 도 19는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 성막 장치의 일부를 나타내는 부분 확대 단면도이다. 본 실시형태는, 제1 실시형태와 제3 실시형태를 합친 것으로, 각각의 실시형태와 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 간략화한다.
본 실시형태에서는, 제1 실시형태와 동일한 내부 구획벽(90)의 하단부에, 이와 동일한 재료로 오리피스 형성 부재(96)를 일체적으로 형성하고 있고, 그 하방에 커버 링 부재(76)의 상면과의 사이에서 오리피스부(98)를 형성하며, 가스 출구(92)를 형성하고 있다. 또한 제3 실시형태에서는 커버 링(76)을 내주측 링(76A)과 외주측 링(76B)으로 2분할하고 있지만, 이 실시형태에서는 제1 실시형태와 마찬가지로, 커버 링(76)은 일체로 형성되어 있다. 또한, 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 기구는 설치하고 있지 않다. 실드 링(74′) 및 엣지 링(58′)은 제3 실시형태와 동일하게 구성되고, 온도의 설정은 제3 실시형태와 동일하게 되어 있다.
이 제4 실시형태의 경우에도, 제1 실시형태와 마찬가지로, 배치대(28)의 주연부로서 웨이퍼(W)의 외주단의 외측의 영역을 향하여 유하하는 원료 가스의 일부는, 이 유하의 도중에, 처리 공간(S) 내의 중앙부를 향하여 확산하여 가, 체류하게 된다. 이와 동시에, 유하한 원료 가스의 대부분은 내부 구획벽(90)의 하단부에, 처리 공간(S)의 중앙부를 향하여 연장시켜 설치한 오리피스 형성 부재(96)에 닿아, 일단, 처리 공간(S)의 중앙부측으로 구부려진다. 그리고, 그 원료 가스의 일부는 처리 공간(S) 내에 체류함과 동시에, 대부분의 원료 가스는 유로 면적이 좁혀진 오리피스부(98) 내를 흘러, 또한 가스 출구(92)를 통과하여 배치대(28)의 하방의 공간으로 흘러 가게 된다. 그리고, 제3 실시형태와 마찬가지로, 커버 링(76)은 웨이퍼 온도보다 근소한 온도만큼 낮게 되어 있기 때문에, 이것에 막이 퇴적하는 것이 억제되고, 또한, 80℃ 정도로 원료 가스의 분해 온도 이하로 이루어진 커버 부재(164)에 의해 엣지 링(58′)의 외측 부분에의 막의 퇴적이 방지되어, 미분해인 채로 배출되는 원료 가스의 비율을 증가시켜 성막 원료의 회수율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 일없이 본 발명의 범위 내에서 여러가지 변형 가능하다. 예컨대, 상기 실시형태에서는, 원료의 유기 금속 화합물로서, Ru3(CO)12를 이용하여 Ru막을 성막하는 경우에 대해서 설명하였지만, 이에 한정되는 일없이, W(CO)6, Ni(CO)4, Mo(CO)6, Co2(CO)8, Rh4(CO)12, Re2(CO)10, Cr(CO)6, Os3(CO)12, Ta(CO)5, TEMAT(테트라키스에틸메틸아미노티타늄), TAIMATA, Cu(EDMDD)2, TaCl5, TMA(트리메틸알루미늄), TBTDET(터셔리부틸이미드-트리-디에틸아미노탄탈), PET(펜타에톡시탄탈), TMS(테트라메틸실란), TEH(테트라키스에톡시하프늄), Cp2Mn[=Mn(C5H5)2], (MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2], (EtCp)2Mn[=Mn(C2H5C5H4)2], (i-PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2], MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO)3], (t-BuCp)2Mn[=Mn(C4H9C5H4)2], CH3Mn(CO)5, Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3], Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)], Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2], Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2], Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3] 중 하나의 재료를 이용할 수도 있다.
또한, 여기서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명하였지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판의 외에, GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되고, 또한 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 이용하는 유리 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.

Claims (24)

  1. 유기 금속 화합물로 이루어지는 원료 가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치로서,
    내부에 피처리체가 수용되며, 내부를 진공 배기할 수 있는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 수용되고, 피처리체를 배치하며 피처리체를 가열하는 가열 히터가 설치된 배치대와,
    상기 배치대의 상방에 상기 배치대에 대향하도록 설치되고, 상기 배치대 상의 상기 피처리체의 외주단보다 외측의 영역을 향하여 상기 원료 가스를 도입하는 가스 도입 기구와,
    상기 배치대의 상방의 처리 공간을 둘러싸, 그 내외를 구획하며, 그 하단부가 상기 배치대에 접근하도록 설치되고, 상기 하단부와 상기 배치대의 주연부 사이에서 가스 출구를 형성하는 내부 구획벽과,
    상기 내부 구획벽의 하단부에 상기 배치대의 반경 방향의 내방을 향하여 연장되도록 설치되며, 상기 배치대의 주연부와의 사이에서 상기 가스 출구에 연통하는 오리피스부를 형성하는 오리피스 형성 부재
    를 구비한 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오리피스 형성 부재의 내주단과, 상기 배치대 상에 배치된 상기 피처리체의 외주단의 수평 거리는 0∼10 ㎜인 것인 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내부 구획벽과 상기 오리피스 형성 부재는, 상기 원료 가스의 분해 온도 미만이며, 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도 범위로 유지되어 있는 것인 성막 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스 도입 기구는,
    상기 처리 용기 내에서 상기 배치대의 상방에 대향하여 배치된 배플판과,
    상기 배플판의 주연부에, 상기 배치대 상에 배치된 상기 피처리체의 외주단보다 외측의 영역에 대응하는 위치에 형성된 가스 방출구를 갖는 것인 성막 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 배치대의 주연부는, 상기 원료 가스의 분해 온도 미만이며, 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도 범위로 유지되고 있는 것인 성막 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유기 금속 화합물은, Ru3(CO)12, W(CO)6, Ni(CO)4, Mo(CO)6, Co2(CO)8, Rh4(CO)12, Re2(CO)10, Cr(CO)6, Os3(CO)12, Ta(CO)5, TEMAT(테트라키스에틸메틸아미노티타늄), TAIMATA, Cu(EDMDD)2, TaCl5, TMA(트리메틸알루미늄), TBTDET(터셔리부틸이미드-트리-디에틸아미노탄탈), PET(펜타에톡시탄탈), TMS(테트라메틸실란), TEH(테트라키스에톡시하프늄), Cp2Mn[=Mn(C5H5)2], (MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2], (EtCp)2Mn[=Mn(C2H5C5H4)2], (i-PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2], MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO)3], (t-BuCp)2Mn[=Mn(C4H9C5H4)2], CH3Mn(CO)5, Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3], Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)], Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2], Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2], Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]으로 이루어지는 군에서 선택되는 재료로 이루어지는 것인 성막 장치.
  7. 유기 금속 화합물로 이루어지는 원료 가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치로서,
    내부에 피처리체가 수용되며, 내부를 진공 배기할 수 있는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 수용되고, 피처리체를 배치하며 피처리체를 가열하는 가열 히터가 설치된 배치대와,
    상기 배치대의 상방에 상기 배치대에 대향하도록 설치되고, 상기 배치대 상의 상기 피처리체의 외주단보다 외측의 영역을 향하여 상기 원료 가스를 도입하는 가스 도입 기구와,
    상기 배치대의 상방의 처리 공간을 둘러싸, 그 내외를 구획하며, 그 하단부가 상기 배치대에 접근하도록 설치되고, 상기 하단부와 상기 배치대의 주연부 사이에서 가스 출구를 형성하는 내부 구획벽과,
    상기 가스 출구에 상측의 간극과 하측의 간극을 형성하도록 개재되며, 그 내주단이 상기 배치대의 반경 방향의 내방을 향하여 연장되도록 설치되고, 상기 상측의 간극이 오리피스부를 형성하는 오리피스 형성 부재
    를 구비한 성막 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 오리피스 형성 부재는, 환형으로 형성되어 있고, 상기 내부 구획벽의 하단부에, 그 둘레 방향을 따라 정해진 간격을 이격하여 배치된 복수의 지지 아암에 의해 지지되어 있는 것인 성막 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 하측의 간극에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 기구를 더 구비한 성막 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 퍼지 가스는, 상기 원료 가스의 성막 반응을 억제하는 가스인 것인 성막 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 원료 가스는 금속 카르보닐 가스이고, 상기 퍼지 가스는 CO 가스인 것인 성막 장치.
  12. 제7항에 있어서, 상기 오리피스 형성 부재의 내주단과, 상기 배치대 상에 배치된 상기 피처리체의 외주단의 수평 거리는 0∼10 ㎜인 것인 성막 장치.
  13. 제7항에 있어서, 상기 내부 구획벽과 상기 오리피스 형성 부재는, 상기 원료 가스의 분해 온도 미만이며, 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도 범위로 유지되어 있는 것인 성막 장치.
  14. 제7항에 있어서, 상기 가스 도입 기구는,
    상기 처리 용기 내에서 상기 배치대의 상방에 대향하여 배치된 배플판과,
    상기 배플판의 주연부에, 상기 배치대 상에 배치된 상기 피처리체의 외주단보다 외측의 영역에 대응하는 위치에 형성된 가스 방출구를 갖는 것인 성막 장치.
  15. 제7항에 있어서, 상기 배치대의 주연부는, 상기 원료 가스의 분해 온도 미만이며, 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도 범위로 유지되어 있는 것인 성막 장치.
  16. 제7항에 있어서, 상기 유기 금속 화합물은, Ru3(CO)12, W(CO)6, Ni(CO)4, Mo(CO)6, Co2(CO)8, Rh4(CO)12, Re2(CO)10, Cr(CO)6, Os3(CO)12, Ta(CO)5, TEMAT(테트라키스에틸메틸아미노티타늄), TAIMATA, Cu(EDMDD)2, TaCl5, TMA(트리메틸알루미늄), TBTDET(터셔리부틸이미드-트리-디에틸아미노탄탈), PET(펜타에톡시탄탈), TMS(테트라메틸실란), TEH(테트라키스에톡시하프늄), Cp2Mn[=Mn(C5H5)2], (MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2], (EtCp)2Mn[=Mn(C2H5C5H4)2], (i-PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2], MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO)3], (t-BuCp)2Mn[=Mn(C4H9C5H4)2], CH3Mn(CO)5, Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3], Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)], Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2], Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2], Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]으로 이루어지는 군에서 선택되는 재료로 이루어지는 것인 성막 장치.
  17. 유기 금속 화합물로 이루어지는 원료 가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치로서,
    내부에 피처리체가 수용되며, 내부를 진공 배기할 수 있는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 수용되고, 피처리체를 배치하며 피처리체를 가열하는 가열 히터가 설치된 배치대와,
    상기 배치대의 상방에 상기 배치대에 대향하도록 설치되고, 상기 배치대 상의 상기 피처리체의 외주단보다 외측의 영역을 향하여 상기 원료 가스를 도입하는 가스 도입 기구와,
    상기 배치대의 상방의 처리 공간을 둘러싸, 그 내외를 구획하며, 그 하단부가 상기 배치대에 접근하도록 설치되고, 상기 하단부와 상기 배치대의 주연부 사이에서 가스 출구를 형성하는 내부 구획벽과,
    상기 가스 출구에 상측의 간극과 하측의 간극을 형성하도록 개재되며, 그 내주단이 상기 배치대의 반경 방향의 내방을 향하여 연장되도록 설치되고, 상기 상측의 간극이 오리피스부를 형성하는 오리피스 형성 부재와,
    상기 하측의 간극에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 기구와,
    상기 배치대의 주연부의 외측 부분을 덮도록 설치된 커버 부재
    를 구비하며,
    상기 내부 구획벽과 상기 오리피스 형성 부재와 상기 커버 부재는, 상기 원료 가스의 분해 온도 미만이며, 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도 범위로 유지되고, 상기 배치대의 주연부의 표면은, 상기 배치대 상의 피처리체의 온도와 동등 또는 그보다 낮은, 피처리체의 온도의 근방 온도로 유지되는 것인 성막 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 퍼지 가스는, 상기 원료 가스의 성막 반응을 억제하는 가스인 것인 성막 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 원료 가스는 금속 카르보닐 가스이고, 상기 퍼지 가스는 CO 가스인 것인 성막 장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 오리피스 형성 부재의 내주단과, 상기 배치대 상에 배치된 상기 피처리체의 외주단의 수평 거리는 0∼10 ㎜인 것인 성막 장치.
  21. 제17항에 있어서, 상기 가스 도입 기구는,
    상기 처리 용기 내에서 상기 배치대의 상방에 대향하여 배치된 배플판과,
    상기 배플판의 주연부에, 상기 배치대 상에 배치된 상기 피처리체의 외주단보다 외측의 영역에 대응하는 위치에 형성된 가스 방출구
    를 갖는 것인 성막 장치.
  22. 제17항에 있어서, 상기 유기 금속 화합물은, Ru3(CO)12, W(CO)6, Ni(CO)4, Mo(CO)6, Co2(CO)8, Rh4(CO)12, Re2(CO)10, Cr(CO)6, Os3(CO)12, Ta(CO)5, TEMAT(테트라키스에틸메틸아미노티타늄), TAIMATA, Cu(EDMDD)2, TaCl5, TMA(트리메틸알루미늄), TBTDET(터셔리부틸이미드-트리-디에틸아미노탄탈), PET(펜타에톡시탄탈), TMS(테트라메틸실란), TEH(테트라키스에톡시하프늄), Cp2Mn[=Mn(C5H5)2], (MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2], (EtCp)2Mn[=Mn(C2H5C5H4)2], (i-PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2], MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO)3], (t-BuCp)2Mn[=Mn(C4H9C5H4)2], CH3Mn(CO)5, Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3], Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)], Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2], Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2], Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]으로 이루어지는 군에서 선택되는 재료로 이루어지는 것인 성막 장치.
  23. 유기 금속 화합물로 이루어지는 원료 가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치로서,
    내부에 피처리체가 수용되며, 내부를 진공 배기할 수 있는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 수용되고, 피처리체를 배치하며 피처리체를 가열하는 가열 히터가 설치된 배치대와,
    상기 배치대의 상방에 상기 배치대에 대향하도록 설치되고, 상기 배치대 상의 상기 피처리체의 외주단보다 외측의 영역을 향하여 상기 원료 가스를 도입하는 가스 도입 기구와,
    상기 배치대의 상방의 처리 공간을 둘러싸, 그 내외를 구획하며, 그 하단부가 상기 배치대에 접근하도록 설치되고, 상기 하단부와 상기 배치대의 주연부 사이에서 가스 출구를 형성하는 내부 구획벽과,
    상기 내부 구획벽의 하단부에 상기 배치대의 반경 방향의 내방을 향하여 연장되도록 설치되며, 상기 배치대의 주연부와의 사이에서 상기 가스 출구에 연통하는 오리피스부를 형성하고, 원료 가스의 분해 온도보다 낮으며, 그 고화 온도 또는 액화 온도보다 높은 온도로 유지된 오리피스 형성 부재
    를 구비하고,
    상기 배치대는,
    상기 가열 히터를 갖는 배치대 본체와,
    상기 배치대 본체의 주변부에 상기 피처리체와는 떨어져 설치되며, 상기 배치대 본체와 부분적으로 접촉하여 온도가 조정된 주변 링 부재와,
    상기 피처리체의 주변부에 상기 피처리체와는 떨어져 설치되고, 상기 주변 링 부재 상에 설치되는 커버 링
    을 갖는 것인 성막 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 주변 링 부재의 외측 부분을 덮도록 설치된 커버 부재를 더 구비하고,
    상기 배치대는, 상기 배치대 본체의 밑에 단열 부재를 개재시켜 설치되며, 상기 원료 가스의 분해 온도보다 낮고, 그 고화 온도 또는 액화 온도보다 높은 온도로 유지되는 냉각 베이스를 가지며, 상기 커버 부재는 상기 냉각 베이스에 접촉하도록 설치되어 상기 원료 가스의 분해 온도보다 낮고, 그 고화 온도 또는 액화 온도보다 높은 온도로 유지되는 것인 성막 장치.
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