KR20140042699A - 성막 장치 - Google Patents

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KR20140042699A
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

반응 가스와 치환 가스와의 치환성이 높고, 면내 균일성이 양호한 막을 성막 가능한 성막 장치를 제공한다.
진공 분위기인 처리실 내의 기판(W)에 대하여 서로 반응하는 복수 종류의 반응 가스를 순서대로 공급해서 성막 처리를 행하는 성막 장치에 있어서, 기판(W)가 탑재되는 탑재부(2)에 대향해서 마련되는 천정부(31)는, 중앙으로부터 외주를 향해서 점점 넓어지는 형상의 경사면 구조를 가진다. 이 천정부(31)의 중앙 영역에 마련된 복수의 가스 공급부(4)에는, 둘레 방향에 따라 복수의 가스 토출구(42)가 형성되고, 이들의 가스 공급부(4)를 하방측에서 덮도록 마련된 샤워헤드(5)는, 복수의 가스 공급구를 거쳐서, 기판(W)을 향해서 샤워 형상으로 가스를 공급한다. 그리고 이 샤워헤드(5)의 외연은, 탑재부(2)에 탑재된 기판(W)의 외연보다도 내측에 위치하고 있다.

Description

성막 장치{FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은 기판에 대해 서로 반응하는 복수 종류의 반응 가스를 순서대로 공급해서 막을 형성하는 성막 장치에 관한 것이다．
반도체 웨이퍼(이하 "웨이퍼"라고 한다)와 같은 기판에 막을 성막하는 방법으로서, 서로 반응하는 복수 종류의 반응 가스를 웨이퍼에 순서대로 공급하는 이른바 원자층 증착 (ALD: Atomic Layer Deposition)법이나 다층 증착 (MLD: Multi Layer Deposition)법(이하, 이들을 종합해서 "ALD법"이라고 한다) 등으로 불리는 방법이 알려져 있다.
이러한 성막 방법에 있어서 웨이퍼에 반응 가스를 공급하는 다양한 가스 공급 기구가 제안되어 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1 및 2에는, 복수 매의 플레이트를 상하로 간격을 두고 배치하는 것에 의해, 중간단의 플레이트를 사이에 두고 상하로 적층된 가스 확산 공간(특허 문헌 1에서는 공간(11a, 11b), 특허 문헌 2에서는 가스 확산 공간(50), 공간(81)으로 기재)을 구성하고, 각각의 확산 공간으로부터 최하단의 샤워 플레이트의 하면에 개구가 마련된 것과 다수의 가스 유로를 마련한 샤워헤드가 기재되어 있다.
상기 타입의 샤워헤드는, 서로 격리된 가스 확산 공간으로부터, 복수 종류의 반응 가스를 각각 공급하므로, 가스 확산 공간 내에서의 반응 가스끼리의 혼합을 피하고, 샤워헤드 내에서의 반응 생성물의 퇴적을 방지할 수 있다.
한편, 상하로 적층된 각 가스 확산 공간으로부터, 서로 혼합되지 않도록 반응 가스를 공급하기 위해서는, 하단측의 가스 확산 공간을 관통하여 상단측의 가스 확산 공간에 연통하는 가스 유로용의 도관(導管)을 다수 마련할 필요가 있고, 샤워헤드의 구조가 매우 복잡해진다.
이러한 과제에 대하여, 출원인은, 공통의 가스 확산 공간에 복수 종류의 반응 가스를 전환하여 공급하는 간단한 구성의 샤워헤드를 개발하고 있다. 공통의 가스 확산 공간을 이용하는 경우에는, 반응 생성물의 퇴적을 방지하기 위해서, 하나의 반응 가스를 공급하고 나서, 다음의 반응 가스를 공급할 때까지의 사이에, 불활성 가스 등을 공급해서 가스의 치환을 행할 필요가 있다.
반응 가스의 치환을 행할 경우에는, 치환 조작에 요하는 시간을 가능한 한 짧게 하는 것이 성막을 효율적으로 행하는 것에서 중요한 과제가 된다. 또한 최근에는, 나노미터 (nm) 오더로 성막되는 막의 웨이퍼면 내에 있어서의 막두께의 균일성(예를 들면, 후술의 M-m값)을 5% 정도 이내로 하는 것이 요구되는 경우가 있기 때문에, 치환성의 장점만이 아니라, 보다 면내 균일성이 양호한 성막을 실현할 수 있는 샤워헤드의 개발이 요구되고 있다.
이러한 요구에 대하여, 특허 문헌 1 및 2에 기재된 샤워헤드는, 웨이퍼의 전면(全面)에 대응하는 영역에 걸쳐서 확산되는 큰 가스 확산 공간을 구비하고 있고, 가스 확산 공간의 한쪽 측에 반응 가스나 치환 가스를 전환하여 공급한다고 해도 치환 조작에 장시간을 요하게 된다.
또한, 특허 문헌 1 및 2에는, 각 가스 확산 공간에 반응 가스를 공급하는 가스 공급부(특허 문헌 1에 있어서, 관부(10j)에 마련된 토출구(121), 특허 문헌 2에 있어서, 토출구(55)를 구비한 토출 포트(56), 및 가스 토출관(83))가 기재되어 있다. 그러나, 반응 가스나 치환 가스를 전환하여 공급하는 샤워헤드에 있어서, 성막되는 막의 균일성을 향상시키기 위해서, 이들 가스 공급부가 구비해야 할 특별한 기술적 특징은 개시되지 않았다.
이에 출원인은, 특허 문헌 3에 도시하는 바와 같이, 중앙으로부터 외주를 향해서 점점 넓어지는 형상의 경사면 구조를 가지는 천정부의 중앙 영역에, 성막 대상의 웨이퍼보다도 면적이 작은 샤워헤드를 마련하는 것에 의해(특허 문헌 3에서는 "가스 공급 노즐"로 기재하고 있다), 치환성을 높인 성막 장치를 개발했다.
그러나, 샤워헤드에 다수 뚫어서 설치된 가스 공급구 중, 예를 들면, 샤워헤드 내에 가스를 도입하는 가스 공급로의 바로 아래의 위치와, 이 위치로부터 이격된 위치를 비교하면, 가스 공급로의 바로 아래에 위치하는 가스 공급구로부터 유출하는 반응 가스의 유속이 높아진다. 그 결과, 각 가스 공급구로부터 유출하는 가스 유속의 차이에 의해 웨이퍼에 흡착하는 반응 가스의 양에 차이가 발생하고, 웨이퍼의 면내에서 막의 두께가 근소하게 변화될 우려가 있다. 그러나 상술한 바와 같이, M-m값이 5% 이내인 높은 면내 균일성이 요구되면, 이러한 근소한 막두께의 차이도 개선할 필요가 발생된다.
일본 특허 공개 공보 제2002-327274호: 단락 0032 ~ 0034, 도 1, 3, 6, 7 일본 특허 공개 공보 제2006-299294호: 단락 0020, 0024, 도 2, 3, 5 일본 특허 공개 공보 제2009-224775호: 단락 0068 ~ 0072, 도 15 ~ 17
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 반응 가스와 치환 가스와의 치환성이 높고, 면내 균일성이 양호한 막을 성막 가능한 성막 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 성막 장치는, 진공 분위기의 처리실 내의 기판에 대하여 서로 반응하는 복수 종류의 반응 가스를 순서대로 공급하고, 하나의 반응 가스의 공급과 다음의 반응 가스의 공급과의 사이에 치환용의 가스를 공급해서 성막 처리를 행하는 성막 장치에 있어서, 상기 처리실에 마련되고, 기판이 탑재되는 탑재부와, 상기 탑재부에 대향해서 마련되고, 중앙으로부터 외주를 향해서 점점 넓어지는 형상의 경사면 구조를 가지는 천정부와, 상기 천정부의 중앙 영역에 마련되고, 상기 천정부의 둘레 방향에 따라 가스 토출구가 형성된 복수의 가스 공급부와, 상기 복수의 가스 공급부를 하방측에서 덮도록 마련됨과 함께, 상기 탑재부와 대향하는 면에 복수의 가스 공급구가 형성된 샤워헤드와, 상기 처리실 내의 진공 배기를 행하는 배기부를 구비하고, 상기 샤워헤드의 외연(外緣)은, 상기 탑재부에 탑재된 기판의 외연보다도 내측에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
상술의 성막 장치는 이하의 특징을 구비하고 있어도 좋다.
(a) 상기 가스 공급부에 형성된 가스 토출구는, 상기 샤워헤드를 평면에서 보았을 때, 해당 샤워헤드의 중앙부측과 주변부측을 향해서 확산되는 가스의 흐름을 형성하는 위치에 마련되어 있는 것.
(b) 상기 가스 공급부는, 상기 샤워헤드의 둘레 방향에 따라 3개 이상 마련되어 있는 것.
(c) 상기 샤워헤드는, 상기 탑재부와 대향하는 면의 외주를 따라 마련된 측벽부를 구비하고, 이 측벽부에는, 가로 방향을 향하여 샤워 형상으로 가스를 공급하는 복수의 가스 공급구가 마련되어 있는 것.
(d) 상기 기판이 원판이며, 상기 저면부를 평면에서 보았을 때의 형상이 원형이며, 상기 원판의 반경을 R, 상기 저면부의 원의 반경을 r이라고 했을 때, r/R의 값이 4/15 이상, 2/3 이하의 범위 내인 것.
본 발명은 성막 대상 기판보다도 면적이 작은 샤워헤드를 이용하고, 이 샤워헤드의 내측에 복수의 가스 공급부를 마련하고 있으므로, 반응 가스와 치환용의 가스와의 치환을 단시간에 행할 수 있다. 또한, 이 샤워헤드는, 중앙으로부터 외주를 향해서 점점 넓어지는 형상의 경사면 구조를 가지는 천정부의 중앙 영역에 마련되어 있으므로, 기판이 반응 가스와 접촉하는 공간(처리 공간)의 용적도 작아지고, 여기에서도 반응 가스의 치환에 요하는 시간을 짧게 할 수 있다.
또한, 각 가스 공급부에는, 천정부의 둘레 방향에 따라 복수의 가스 토출구가 형성되어 있고, 반응 가스는 흐름 방향을 바꾸고 나서 샤워헤드의 저면부에 마련된 가스 공급구를 빠져나가므로, 샤워헤드의 전면으로부터 균일하게 반응 가스가 공급되고, 기판에 성막되는 막두께의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 성막 장치의 종단면도이다.
도 2는 상기 성막 장치의 일부 확대 종단면도이다.
도 3은 상기 성막 장치에 마련되어 있는 천판 부재의 사시도이다.
도 4는 상기 천판 부재에 마련되어 있는 가스 공급부의 종단면도이다.
도 5는 상기 가스 공급부의 배치 상태를 나타내는 샤워헤드의 횡단 평면도이다.
도 6은 상기 성막 장치의 작용을 나타내는 제 1 설명도이다.
도 7은 상기 성막 장치의 작용을 나타내는 제 2 설명도이다.
도 8은 상기 가스 공급부의 다른 배치 상태를 나타내는 샤워헤드의 횡단 평면도이다.
도 9는 제 2 예에 관한 성막 장치의 천판 부재의 사시도이다.
도 10은 제 2 예에 관한 성막 장치의 종단면도이다.
도 11은 제 3 예에 관한 성막 장치의 종단면도이다.
도 12는 제 4 예에 관한 성막 장치의 종단면도이다.
도 13은 비교예에 관한 성막 장치의 종단 측면도이다.
도 14는 실시예에 관한 성막 결과를 나타내는 제 1 설명도이다.
도 15는 실시예에 관한 성막 결과를 나타내는 제 2 설명도이다.
도 16은 비교예에 관한 성막 결과를 나타내는 설명도이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 성막 장치의 구성에 대해서, 도 1 ~ 도 5를 참조해서 설명한다. 본 성막 장치는, 성막 대상인의 원형의 기판(원판)으로, 예를 들면, 직경이 300mm의 웨이퍼(W)의 표면에, 서로 반응하는 반응 가스인 염화 티탄(TiCl4) 가스(원료 가스)와 암모니아(NH3) 가스(질화 가스)를 교대로 공급해서 ALD법에 의해 질화 티탄(TiN)막을 성막하는 장치로서 구성된다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 성막 장치는 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되고, 평면 형상이 대략 원형의 진공 용기이며, 처리실을 구성하는 처리 용기(1)와, 이 처리 용기(1) 내에 마련되고, 웨이퍼(W)가 탑재되는 탑재대(탑재부)(2)와, 탑재대(2)와 대향하도록 마련되고, 탑재대(2)와의 사이에 처리 공간(313)을 형성하기 위한 천판 부재(31)를 구비하고 있다. 처리 용기(1)의 측면에는, 탑재대(2)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행할 때에, 외부의 진공 반송로에 마련된 웨이퍼 반송 기구를 처리 용기(1) 내에 진입시키기 위한 반입출구(11)와, 이 반입출구(11)를 개폐하는 게이트 밸브(12)가 마련된다.
상기 반입출구(11)보다도 상부측의 위치에는, 알루미늄 등의 금속으로부터 이루어지고, 종단면의 형상이 각형(角型)인 덕트를 둥근 링 형상으로 만곡시켜서 구성한 배기 덕트(13)가, 처리 용기(1)의 본체를 구성하는 측벽 위에 적층되도록 마련되어 있다. 배기 덕트(13)의 내주면에는, 둘레 방향에 따라 신장하는 슬릿 형상의 개구부(131)가 형성되어 있고, 처리 공간(313)으로부터 흘러나온 가스는 이 개구부(131)를 거쳐서 배기 덕트(13) 내에 배기된다. 배기 덕트(13)의 외벽면에는 배기구(132)가 형성되어 있고, 이 배기구(132)에는 진공 펌프 등으로 이루어지는 배기부(65)가 접속되어 있다. 배기구(132)나 배기부(65)는, 처리 공간(313) 내의 진공 배기를 행하는 배기부에 해당한다.
처리 용기(1) 내에는, 상기 배기 덕트(13)의 내측의 위치에, 탑재대(2)가 배치된다. 탑재대(2)는, 웨이퍼(W)보다도 한층 더 큰 원판으로부터 이루어지고, 예를 들면, 질화 알루미늄(AlN), 석영 유리(SiO2) 등의 세라믹스나 알루미늄(Al), 하스텔로이(등록상표) 등의 금속에 의해 구성된다. 탑재대(2)의 내부에는, 웨이퍼(W)를, 예를 들면, 350℃ ~ 450℃의 성막 온도로 가열하기 위한 히터(21)가 매설된다. 또한 필요에 따라서, 웨이퍼(W)를 해당 탑재대(2)의 상면의 탑재 영역 내에 고정하기 위한 도시하지 않는 정전척을 마련해도 좋다. 또, 도 1 이외의 종단면도에 있어서는 히터(21)의 기재를 생략한다.
이 탑재대(2)에는, 상기 탑재 영역의 외주측의 영역, 및 탑재대(2)의 측주위면을 둘레 방향으로 걸쳐서 덮도록 마련된 커버 부재(22)가 구비되어 있다. 커버 부재(22)는, 예를 들면, 알루미나 등으로 이루어지고, 상하단이 각각 개구하는 대략 원통 형상으로 형성됨과 함께, 그 상단부가 내측을 향해서 둘레 방향으로 걸쳐서 수평 방향으로 굴곡 되어 있다. 이 굴곡부는, 탑재대(2)의 주변부에 있고, 해당 굴곡부의 두께 치수는, 웨이퍼(W)의 두께 치수(0.8mm)보다도 두껍고, 예를 들면, 1mm ~ 5mm의 범위 내의 3mm가 된다.
탑재대(2)의 하면측 중앙부에는, 처리 용기(1)의 저면을 관통하고, 상하 방향에 신장하는 지지 부재(23)가 접속된다. 이 지지 부재(23)의 하단부는, 처리 용기(1)의 하방측에 수평으로 배치된 판형상의 지지판(232)을 거쳐서 승강 기구(24)에 접속된다. 승강 기구(24)는, 반입출구(11)로부터 진입한 웨이퍼 반송 기구와의 사이에서 웨이퍼(W)를 전달하는 전달 위치(도 1에 일점쇄선으로 기재하고 있다)와, 이 전달 위치의 상방측이며, 웨이퍼(W)에의 성막이 행해지는 처리 위치와의 사이에서 탑재대(2)를 승강시킨다.
이 지지 부재(23)가 관통하는 처리 용기(1)의 저면과, 지지판(232)과의 사이에는, 처리 용기(1) 내의 분위기를 외부와 구획하고, 지지판(232)의 승강 동작에 따라 신축하는 벨로즈(231)가, 상기 지지 부재(23)를 둘레 방향의 외부측에서 덮도록 마련된다.
탑재대(2)의 하방측에는, 외부의 웨이퍼 반송 기구와의 웨이퍼(W)의 전달시에, 웨이퍼(W)를 하면측에서 지지해서 들어올리는, 예를 들면, 3개의 지지핀(25)이 마련된다. 지지핀(25)은, 승강 기구(26)에 접속되어서 승강이 자유롭게 되어 있고, 탑재대(2)를 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍(201)을 거쳐서 탑재대(2)의 상면으로부터 지지핀(25)을 돌출 및 함몰하는 것에 의해, 웨이퍼 반송 기구와의 사이에서의 웨이퍼(W)의 전달을 행한다.
배기 덕트(13)의 상면측에는, 원형의 개구를 막도록 원판 형상의 지지판(32)이 마련되어 있고, 이들 배기 덕트(13)와 지지판(32)과의 사이에는 처리 용기(1) 내를 기밀하게 유지하기 위한 O링(133)이 마련된다. 지지판(32)의 하면측에는, 처리 공간(313)에 반응 가스나 치환 가스를 공급하기 위한 천판 부재(31)가 마련되고, 천판 부재(31)는 볼트(323)에 의해 지지판(32)에 지지 고정된다.
천판 부재(31)의 하면측에는 오목부가 형성되고, 이 오목부의 중앙측의 영역은 평탄하게 되어 있다. 이 평탄한 중앙 영역의 외주측에는, 중앙측에서 외주측을 향해서 점점 넓어지는 형상의 경사면이 형성된다. 이 경사면의 더욱 외측에는, 평탄한 림(314)이 마련된다.
탑재대(2)를 처리 위치까지 상승시켰을 때, 천판 부재(31)는, 탑재대(2)에 마련된 커버 부재(22)의 상면과, 림(314)의 하면이 서로 대향하도록 배치된다. 천판 부재(31)의 오목부와 탑재대(2)의 상면과에 의해 둘러싸여진 공간은, 웨이퍼(W)에 대한 성막이 행해지는 처리 공간(313)이 된다. 상기 오목부가 마련된 천판 부재(31)는, 본 성막 장치의 천정부를 구성한다.
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 천판 부재(31)의 림(314)의 하면과, 커버 부재(22)의 굴곡부의 상면과의 사이에는 높이(h)의 극간이 형성되도록 처리 위치의 높이 위치가 설정된다. 상기 배기 덕트(13)의 개구부(131)는, 이 극간을 향하여 개구하고 있다. 림(314)과 커버 부재(22)와의 극간의 높이(h)는, 예를 들면, 0.2mm ~ 10.0mm의 범위인 0.5mm 로 설정된다.
천판 부재(31)의 하면측 중앙 영역에는, 상술한 바와 같은 평탄한 영역, 및 그 외주측의 경사면의 일부를 하방측에서 덮도록, 샤워헤드(5)가 마련된다. 샤워헤드(5)는, 탑재대(2)와 대향하도록 마련된, 예를 들면, 금속제의 원판으로 이루어지는 저면부(51)와, 이 저면부(51)의 외주에 따라 마련된 측벽부(52)를 구비하고, 상면측이 개구한 트레이 형상의 부재이다. 본 예의 샤워헤드(5)는, 직경이 166mm(반경 83mm), 천판 부재(31)의 평탄한 영역의 하면으로부터 저면부(51)의 상면까지의 높이 방향의 거리가 8.5mm, 후술의 가스 공급부(4)의 체적을 제외한 샤워헤드(5)내의 용적이 146.5cm3이 된다. 예를 들면, 측벽부(52)의 상단부에는, 도시하지 않은 플랜지가 마련되고, 샤워헤드(5)는, 나사 등에 의해 이 플랜지를 거쳐서 천판 부재(31)에 체결된다.
직경 300mm(반경 150mm)의 웨이퍼(W)에 대하여, 저면부(51)의 직경이 166mm(반경 83mm)의 샤워헤드(5)를 탑재대(2)상의 웨이퍼(W)의 중앙부의 상방 위치에 배치하면, 샤워헤드(5)의 외연(저면부(51)의 외주)은, 웨이퍼(W)의 외연보다도 내측에 위치하게 된다. 이렇게, 저면부(51)의 면적이 웨이퍼(W)의 면적보다도 작은 샤워헤드(5)를 이용하는 것에 의해, 치환 가스에 의한 반응 가스의 치환을 단시간에 행할 수 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 샤워헤드(5)의 반경을 r, 웨이퍼(W)의 반경을 R 이라고 하면, r/R의 값은 4/15 ~ 2/3의 범위 내인 것이 바람직하고, 또한, 샤워헤드(5) 내의 높이는 3 ~ 10mm, 내부의 용적은 30 ~ 245cm3의 범위 내인 것이 바람직하다. 이 샤워헤드(5) 내에, 예를 들면, 2 ~ 6L/분의 유량으로 상기 용적의 2 ~ 5배의 양의 치환 가스를 공급하는 것에 의해, 0.1 ~ 0.5초 정도로 치환 조작을 끝낼 수 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 저면부(51)에는 그 전면에 다수의 가스 공급구(511)가 형성되어 있고, 탑재대(2) 상에 탑재된 웨이퍼(W)를 향해서 반응 가스를 공급할 수 있다. 또한, 측벽부(52)에는 슬릿 형상의 가스 공급구(521)가, 측벽부(52)의 외주에 따라, 서로 간격을 두고 복수 형성되어 있고, 가로 방향을 향해서 반응 가스를 토출할 수 있다. 적어도 저면부(51)에 가스 공급구(511)가 마련되어 있으면, 처리 공간(313)에의 균일한 가스 공급을 실현할 수 있는 경우에는, 측벽부(52)에 가스 공급구(521)를 마련하는 것을 생략할 수 있다. 또한, 가스 공급구(511)를 저면부(51)의 전면에 마련하는 것도 필수가 아니고, 샤워헤드(5) 내의 가스의 치환 시간이나 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 균일성이 목표를 만족하는 범위 내에서, 예를 들면, 저면부(51)의 중앙 영역에 가스 공급구(511)를 마련하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 도 3에 있어서는, 편의상, 저면부(51)의 전면(全面)에 마련된 가스 공급구(511)의 일부만을 도시한다.
또한, 탑재대(2) 상의 웨이퍼(W)의 상면으로부터, 저면부(51)의 가스 공급구(511)까지의 높이(t)(저면부(51)가 평판인 경우에는, 웨이퍼(W)의 상면으로부터 저면부(51)의 저면까지의 거리에 해당한다)는, 10 ~ 50mm 정도이며, 보다 바람직하게는 15 ~ 20mm 정도로 설정된다. 이 높이가 50mm 보다도 커지면, 가스의 치환 효율이 저하하는 한편, 10mm 보다도 작아지면, 가스 공급부(4)나 샤워헤드(5)를 마련하는 스페이스가 없어지거나, 처리 공간(313) 내를 가스가 흐르기 어려워지거나 한다.
이 저면부(51)로 덮힌 천판 부재(31)의 하면측의 중앙 영역에는, 도 3, 도 5에 도시하는 바와 같이 오목부의 중앙부에 1개, 이 중앙부를 둥근 링 형상으로 등간격으로 둘러싸도록 8개, 합계 9개의 가스 공급부(4)가 배치된다. 여기에서, 저면부(51)의 내측에 마련되는 가스 공급부(4)의 개수는, 9개의 경우에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 적어도 2개, 바람직하게는 3개 이상의 가스 공급부(4)가 샤워헤드(5)의 둘레 방향에 따라 마련되어 있으면, 단시간에 샤워헤드(5) 내에 균일하게 가스를 공급할 수 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 각 가스 공급부(4)는, 천판 부재(31)에 마련된 가스 공급로(312)의 하단의 개구부를, 내부가 속이 빈 원통 형상의 헤드부(41)로 덮은 구조로 되어 있다. 헤드부(41)는, 천판 부재(31)의 하면으로부터 하방측을 향해서 돌출하도록 마련되어 있고, 그 측면에는, 둘레 방향을 따라 간격을 두고 마련된 복수의 가스 토출구(42)가 형성된다. 헤드부(41)의 측면은, 천판 부재(31)의 둘레 방향과 일치하도록 마련되어 있으므로, 이들 가스 토출구(42)는, 천판 부재(31)(천정부)의 둘레 방향에 따라 마련되어 있다고 말할 수 있다. 각 헤드부(41)에 대하여 가스 토출구(42)는, 예를 들면, 3개 이상 마련하는 것이 바람직하고, 본 예에서는 8개 마련된다. 또한, 헤드부(41)의 하면은 막혀 있어서 가스 토출구(42)가 마련되어 있지 않고 있으므로, 헤드부(41)내에 흘러들어온 가스는, 각 가스 토출구(42)로부터 가로 방향을 향하여 균일하게 확산되도록 토출된다.
상술과 같이 가스 공급부(4)는, 둘레 방향을 향해서 균일하게 가스를 확산할 수 있도록 구성되고, 이들 가스 공급부(4)의 가스 토출구(42)로부터 토출된 가스가 샤워헤드(5) 내에 충분히 확산되고 나서 가스 공급구(511, 521)를 거쳐서 처리 공간(313)에 가스가 공급되는 것에 의해, 탑재대(2)상의 웨이퍼(W)의 표면에 균일하게 가스가 공급된다. 이 가스 공급부(4)가 샤워헤드(5)의 측벽부(52)에 바로 가깝게 배치되어 있으면, 가스 공급부(4)로부터 토출된 가스가 측벽부(52)의 가스 공급구(521)로부터 바로 통과하여, 충분한 가스가 저면부(51)측에 공급되지 않고, 저면부(51)로부터 공급되는 가스의 흐름에 편차가 발생해버릴 우려가 있다.
또한, 측벽부(52)에 가스 공급구(521)가 마련되지 않는 경우라도, 가스 공급부(4)로부터 토출된 가스가 힘차게 측벽부(52)의 내벽면에 충돌하고, 그 흐름 방향을 바꾸고 나서 저면부(51)의 가스 공급구(511)로부터 처리 공간(313) 내에 공급되면, 충분히 유속이 저하한 가스가 공급되는 중앙부측의 가스 공급구(511)과의 사이에서 가스의 공급 속도에 편차가 생긴다. 이런 경우에도, 가스의 흐름에 편차가 발생하고, 성막 결과의 면내 균일성에 악영향을 미치게 할 우려가 있다.
여기서, 본 예의 가스 공급부(4)는, 측벽부(52)의 내벽면(본 예에 있어서의 샤워헤드(5)의 외연에 해당한다)에서 천판 부재(31)의 하면측에 형성된 오목부의 중심을 향해서 이격된 위치에 배치되어 있다. 그리고 헤드부(41)의 측면에 따라 균일하게 가스 토출구(42)가 마련되어 있는 것에 의해, 도 5에 도시하는 바와 같이 샤워헤드(5)를 평면에서 보았을 때, 샤워헤드(5)의 중앙부측과 주변부측을 향해서 확산되는 가스의 흐름이 형성된다. 여기서 측벽부(52)의 내벽면에서 가스 공급부(4)까지의 거리(d)는, 예를 들면, 10 ~ 30mm 이상 분리되어 있으면, 가스 공급부(4)의 가스 토출구(42)로부터 토출된 가스의 유속도 충분히 저하하고, 샤워헤드(5)의 각 가스 공급구(511, 521)로부터 균일하게 가스를 공급할 수 있다.
가스 공급부(4)가 마련된 천판 부재(31)에는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 각 가스 공급부(4)에 가스를 공급하기 위한 가스 공급로(312)가 형성되어 있다. 이들의 가스 공급로(312)는, 천판 부재(31)의 상면과 지지판(32)의 하면과의 사이에 형성된 가스의 확산 공간(311)에 접속되어 있다.
지지판(32)에는, 상기 확산 공간(311)에 암모니아 가스 및 치환용의 질소 가스를 공급하기 위한 암모니아 공급로(321)와 마찬가지로 확산 공간(311)에 염화 티탄 가스 및 치환용의 질소 가스를 공급하기 위한 염화 티탄 공급로(322)가 형성되어 있다. 암모니아 공급로(321) 및 염화 티탄 공급로(322)는, 배관을 거쳐서 암모니아 가스 공급부(62), 염화 티탄 가스 공급부(64)에 접속되어 있고, 이들의 배관은, 각각 도중에 분기해서 질소 가스 공급부(61, 63)에 접속되어 있다. 각 배관에는, 가스의 공급 및 차단을 행하는 개폐 밸브(602)와, 가스 공급량의 조정을 행하는 유량 조정부(601)가 마련되어 있다. 또한 도시의 편의상, 도 1에 있어서는 질소 가스 공급부(61, 63)를 따로따로 나타냈지만, 이들은 공통의 질소 공급원을 이용하여도 좋다.
이상에 설명한 구성을 구비한 성막 장치는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 제어부(7)와 접속되어 있다. 제어부(7)는, 예를 들면, 도시하지 않는 CPU와 기억부를 구비한 컴퓨터로부터 이루어지고, 기억부에는 성막 장치의 작용, 즉 탑재대(2) 상에 탑재된 웨이퍼(W)를 처리 위치까지 상승시키고, 처리 공간(313) 내에 미리 결정된 순서로 반응 가스 및 치환용의 가스를 공급해서 TiN의 성막을 실행하고, 성막이 실행된 웨이퍼(W)를 반출할 때까지의 제어에 관한 스텝(명령)군이 조합된 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은, 예를 들면, 하드 디스크, 컴팩트 디스크, 마그넷 옵티컬 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되어, 거기에서 컴퓨터에 인스톨된다.
계속하여, 본 성막 장치의 작용에 대해서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 먼저, 미리 처리 용기(1) 내를 진공 분위기로 감압한 후, 탑재대(2)를 전달 위치까지 강하시킨다. 그리고, 게이트 밸브(12)를 개방하고, 반입출구(11)와 접속된 진공 반송실에 마련된 웨이퍼 반송 기구의 반송 아암(arm)을 진입시키고, 지지핀(25)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행한다. 이 후, 지지핀(25)을 강하시키고, 히터(21)에 의해 상술의 성막 온도로 가열된 탑재대(2) 상에 웨이퍼(W)를 탑재한다.
다음으로, 게이트 밸브(12)를 닫고, 탑재대(2)를 처리 위치까지 상승시킴과 함께, 처리 용기(1) 내의 압력 조정을 행한 후, 염화 티탄 가스 공급부(64)로부터 염화 티탄 가스를 공급한다(도 6). 공급된 염화 티탄 가스는, 염화 티탄 공급로(322)→확산 공간(311)→가스 공급로(312)를 거쳐서, 각 가스 공급부(4)에 흘러 들어온다.
가스 공급부(4) 내에 흘러 들어온 염화 티탄 가스는, 가스 토출구(42)를 거쳐서 샤워헤드(5) 내에 유입하고, 또한 샤워헤드(5)에 형성된 가스 공급구(511, 521)를 거쳐서 처리 공간(313) 내에 공급된다.
각 가스 공급구(511, 521) 중, 측벽부(52)의 가스 공급구(521)로부터 처리 공간(313)에 공급된 염화 티탄 가스는, 처리 공간(313)의 천정부의 경사면에 안내되면서, 천판 부재(31)의 중앙부측에서 외주부측을 향하여, 직경 방향을 따라서 방사 형상으로 확산된다. 또한, 해당 염화 티탄 가스는, 하방측을 향해서도 확산되고, 탑재대(2)상의 웨이퍼(W)의 표면에 접촉하면, 염화 티탄 가스는 웨이퍼(W)에 흡착한다.
한편, 저면부(51)의 가스 공급구(511)로부터 공급된 염화 티탄 가스는, 처리 공간(313) 내를 강하해서 탑재대(2)상의 웨이퍼(W)에 도달하고, 그 일부는 웨이퍼(W)에 흡착한다. 남는 염화 티탄 가스는, 일부가 웨이퍼(W)의 표면에 흡착하면서 웨이퍼(W)의 표면에 따라 직경 방향으로 방사 형상으로 확산된다. 웨이퍼(W)의 표면에 따라 흐르는 염화 티탄 가스에는, 측벽부(52)의 가스 공급구(521)로부터 공급된 염화 티탄 가스가 합류한다.
처리 공간(313) 내를 흘러서 림(314)과 커버 부재(22)와의 사이의 극간에 도달한 염화 티탄 가스는, 해당 극간으로부터 처리 용기(1) 내에 흘러 나온 후, 배기 덕트(13)를 거쳐서 외부에 배출된다.
상술의 흐름에 있어서, 천판 부재(31)의 하면에 점점 넓어지는 형상의 경사면이 형성되어 있는 것에 의해, 염화 티탄 가스의 가스 덩어리가 형성되기 어렵고, 처리 공간(313)에 공급된 염화 티탄 가스를 효율적으로 웨이퍼(W) 표면에 공급할 수 있다.
다음에, 염화 티탄 가스의 공급을 정지함과 함께, 질소 가스 공급부(63)로부터 치환용의 가스인 질소 가스를 공급한다(도 6). 질소 가스는, 염화 티탄 가스와 같은 경로를 통하여 처리 공간(313) 내에 공급되고, 해당 경로 및 처리 공간(313) 내의 염화 티탄 가스가 질소 가스와 치환된다.
이렇게 하여, 소정 시간, 질소 가스의 공급을 행하고, 가스의 치환을 행하면, 질소 가스의 공급을 정지하고, 암모니아 가스 공급부(62)로부터 암모니아 가스를 공급한다(도 7). 공급된 암모니아 가스는, 암모니아 공급로(321)→확산 공간(311)→가스 공급로(312)를 거쳐서, 각 가스 공급부(4)에 흘러 들어온다. 그리고, 가스 공급부(4)로부터 샤워헤드(5) 내에 토출된 암모니아 가스는, 염화 티탄의 경우와 마찬가지인 흐름을 형성해서 처리 공간(313) 내에 공급된다.
처리 공간(313) 내를 흐르는 암모니아 가스가 웨이퍼(W)의 표면에 도달하면, 먼저 웨이퍼(W)에 흡착하고 있는 염화 티탄 가스의 성분을 질화하여 질화 티탄이 형성된다. 이 후, 가스 공급로(312)에 공급되는 가스를 질소 가스 공급부(61)로부터의 치환용의 질소 가스로 전환하여, 암모니아 가스의 공급 경로 및 처리 공간(313) 내의 암모니아 가스를 질소 가스와 치환한다(도 7).
이렇게 하여, 염화 티탄 가스→질소 가스→암모니아 가스→질소 가스의 순서로 반응 가스(염화 티탄 가스, 암모니아 가스)와 치환용의 가스(질소 가스)를 공급하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 질화 티탄(TiN)의 분자층이 적층되어, 질화 티탄의 막이 성막된다.
이들 반응 가스나 치환용의 가스의 공급시에 있어서의 가스 공급부(4) 및 샤워헤드(5)의 작용을 설명한다. 우선, 가스 공급로(312)로부터 가스 공급부(4)에 공급된 가스는, 헤드부(41)의 둘레 방향에 따라 간격을 두고 마련된 복수의 가스 토출구(42)로부터, 가로 방향으로 확산되도록 샤워헤드(5) 내의 공간에 토출된다. 이 때, 둥근 링 형상으로 배치된 가스 공급부(4)는 측벽부(52)의 내벽면에서 거리(d)만큼 분리된 위치에 배치되어 있는 것으로부터, 가스 토출구(42)로부터 토출된 가스의 일부는, 유속이 충분히 저하하고 나서, 측벽부(52)에 도달한다. 한편, 가스 토출구(42)로부터 토출된 가스의 남은 부분은, 샤워헤드(5) 내로 하방측을 향해서 흐름을 바꾸고, 저면부(51)에 도달한다. 저면부(51) 및 측벽부(52)에 도달한 가스는, 각 가스 공급구(511, 521)를 거치고, 샤워헤드(5)에서 보아서 직경 방향 외측 및 하방측을 향해서 처리 공간(313) 내에 균일하게 공급된다(도 5 ~ 도 7).
가스 공급부(4)로부터 토출된 가스의 유속이 샤워헤드(5)의 내부에서 충분히 저하하고, 또한, 다수의 가스 공급구(511, 521)를 거쳐서 가스가 처리 공간(313)에 분산되어서 공급되므로, 반응 가스(염화 티탄 가스, 암모니아 가스)의 경우에는, 각 가스 공급구(511, 521)로부터 토출되는 가스의 유속이 낮아진다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 표면에 도달할 때의 반응 가스의 유속이 낮아지고, 막두께의 면내 균일성이 향상한다.
한편, 치환용의 가스(질소 가스)의 공급 시에는, 저면부(51)의 면적이 웨이퍼(W)의 면적보다도 작고, 소형의 샤워헤드(5)를 이용하는 것에 의해, 샤워헤드(5) 내의 용적이 작은 것으로부터 가스를 치환하는 조작에 필요로 하는 시간이 짧다. 또한, 샤워헤드(5)의 외측에 있어서도, 천판 부재(31)의 하면(천장면)에 점점 넓어지는 형상의 경사면이 형성되어 있고, 해당 천장면이 평탄한 경우에 비교해서 처리 공간(313)이 작고, 가스가 소용돌이쳐서 가스 덩어리를 형성하는 각형상의 공간을 가지지 않는 것으로부터, 처리 공간(313)의 가스의 치환에 요하는 시간도 짧게 할 수 있다.
이렇게 해서 염화 티탄 가스의 공급과 암모니아 가스의 공급을, 예를 들면, 수 십회에서 수 백회를 반복하여, 소망하는 막두께의 질화 티탄의 막을 성막하면, 치환용의 질소 가스를 공급해서 최후의 암모니아 가스를 배출한 후, 탑재대(2)를 전달 위치까지 강하시킨다. 그리고 게이트 밸브(12)를 열어서 반송 아암을 진입시키고, 반입시와는 역순서로 지지핀(25)으로부터 반송 아암에 웨이퍼(W)를 전달하고, 성막후의 웨이퍼(W)를 반출시킨 후, 다음 웨이퍼(W)의 반입을 기다린다.
본 실시예에 관한 성막 장치에 의하면 이하의 효과가 있다. 성막 대상의 웨이퍼(W)보다도 면적이 작은 샤워헤드(5)를 이용하고, 이 샤워헤드(5)의 내측에 복수의 가스 공급부(4)를 마련하고 있으므로, 반응 가스와 치환용의 가스와의 치환을 단시간에 행할 수 있다. 또한, 이 샤워헤드(5)는, 중앙으로부터 외주를 향해서 점점 넓어지는 형상의 경사면 구조를 가지는 천판 부재(31)(천정부)의 중앙 영역에 마련되어 있으므로, 웨이퍼(W)가 반응 가스와 접촉하는 처리 공간(313)의 용적도 작아짐과 함께, 가스 덩어리가 형성되기 어렵고, 여기에서도 반응 가스의 치환에 요하는 시간을 짧게 할 수 있다.
또한, 각 가스 공급부(4)는, 가로 방향에 가스를 확산시키는 복수의 가스 토출구(42)가 형성되어 있고, 또 측벽부(52)의 내벽면에서 거리(d)만 이격된 위치에 배치되어 있는 것에 의해, 샤워헤드(5)의 전면으로부터 균일하게 반응 가스가 공급되어, 웨이퍼(W)에 성막되는 막두께의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
여기에서 샤워헤드(5) 내에 있어서의 가스 공급부(4)의 배치는, 도 5에 나타낸 것 같이 중앙의 가스 공급부(4)의 주위에 둥근 링 형상으로 가스 공급부(4)를 배치하는 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 8에 도시하는 바와 같이 바둑판의 점형상으로 가스 공급부(4)를 배치해도 좋다. 또한, 도 5, 도 8의 배치 예에 있어서 중앙의 가스 공급부(4)를 마련하지 않아도 좋다. 도 8에 나타낸 배치의 경우에 있어서도, 측벽부(52)에 가장 가까운 가스 공급부(4)는, 측벽부(52)의 내벽면에서 거리(d) 이상만큼 이격하여 배치하는 것이 바람직하다.
다음에, 도 9 및 도 10은, 샤워헤드(5a)의 직경 및 높이를 더 작게 해서 반응 가스의 치환성을 향상시킨 예를 나타내고 있다. 이 예에서는, 샤워헤드(5a)의 저면부(51)로부터 각 가스 공급부(4a)의 하단부를 관통시키고, 이들 가스 공급부(4a)에 의해 샤워헤드(5a)를 지지하는 구조로 되어 있다. 상세하게는, 각 가스 공급부(4a)의 하단부에는, 원판 형상으로 넓어지는 헤드부(43)가 마련되어 있고, 이 헤드부(43)에서 샤워헤드(5a)의 저면부(51)를 하방측에서 지지한다. 한편, 각 가스 공급부(4a)의 상단측은, 수나사부(44)로 되어 있어서, 샤워헤드(5a)를 지지한 각 가스 공급부(4a)를 가스 공급로(312)에 따라 형성된 암나사부에 감합시키는 것에 의해, 천판 부재(31)에 샤워헤드(5a)가 고정된다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 9개의 가스 공급부(4)가 배치되어 있을 때, 샤워헤드(5a)는, 직경이 116mm(반경 58mm), 천판 부재(31)의 평탄한 영역의 하면으로부터 저면부(51)의 상면까지의 높이 방향의 거리가 4mm, 가스 공급부(4)의 체적을 제외한 샤워헤드(5) 내의 용적이 37cm3로 되어 있다.
후술의 실시예에 도시하는 바와 같이, 저면부(51)의 직경이 다른 샤워헤드(5, 5a)를 비교하면, 직경이 큰 샤워헤드(5)를 이용한 쪽이 균일한 막두께를 가지는 막을 성막할 수 있다. 한편으로 작은 샤워헤드(5a)는 치환성이 높고, 성막 처리에 요하는 시간을 단축 가능하다. 이 때문에, 샤워헤드(5)의 사이즈는, 성막되는 막의 면내 균일성에 관한 품질 요구와, 성막 처리의 시간을 감안해서 종합적으로 결정된다.
또한 저면부(51)는 평판인 경우에 한정되지 않고, 도 11에 도시하는 바와 같이 구면의 일부를 아래로 돌출되도록 배치해서 샤워헤드(5b)를 구성해도 좋고, 도 12에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)에서 보아서 오목부가 형성된 샤워헤드(5c)를 이용하여 용적을 작게 해도 좋다.
그 외에, 가스 공급부(4)의 헤드부(41)에 마련된 가스 토출구(42)의 구성은, 도 4에 예시한 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 헤드부(41)의 측면의 둘레 방향으로 신장하는 1 개의 슬릿을 형성해도 좋고, 이 슬릿을 그물망 형상의 부재로 덮은 구성으로 해도 좋다. 또한, 가스 공급부(4)에 헤드부(41)를 마련하는 것도 필수적인 요건이 아니다. 예를 들면, 가스 공급로(312)로부터 토출되는 가스가 선회류를 형성하면서 샤워헤드(5) 내에 토출 되도록 나선형의 유로 등에 의해 가스 공급로(312)를 형성해도 좋다. 이런 경우에도 선회류를 형성하면서 토출된 가스는, 샤워헤드(5) 내를 가로 방향으로 확산되고, 유속이 저하한 후, 가스 공급구(511, 512)로부터 처리 공간(313)에 균일하게 공급된다.
그 외에, 천판 부재(31)의 형상에 관해서도 도 1 및 도 2 등에 나타낸 예에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 오목부의 중앙에 평탄한 영역을 마련하지 않고, 오목부의 중심으로부터 주변을 향해 넓어지는 경사면에 샤워헤드(5)를 마련해도 좋다. 또한, 림(314)이 형성되지 않은 천판 부재(31)를 이용해도 되는 것은 물론이다.
또한 본 발명의 성막 장치로는, 상술의 TiN막의 성막의 이외에, 금속 원소, 예를 들면, 주기표의 제 3 주기의 원소인 Al, Si 등, 주기표의 제 4 주기의 원소인 Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge 등, 주기표의 제 5 주기의 원소인 Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag 등, 주기표의 제 6 주기의 원소인 Ba, Hf, Ta, W, We, Ir, Pt 등의 원소를 포함하는 막을 성막해도 좋다. 웨이퍼(W) 표면에 흡착시키는 금속 원료로서는, 이들의 금속 원소의 유기 금속화합물이나 무기 금속 화합물 등을 반응 가스(원료 가스)로서 이용하는 경우를 들 수 있다. 금속 원료의 구체적인 예로서는, 상술의 TiCl4의 이외에, BTBAS((비스타샬부틸아미노)실란), DCS(디클로로 실란), HCD(헥사 디클로로 실란), TMA(트리메틸 알루미늄), 3DMAS(트리스 디메틸 아미노 실란)등을 들 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착한 원료 가스를 반응시켜서, 소망하는 막을 얻는 반응에는, 예를 들면, O2, O3, H2O 등을 이용한 산화 반응, H2, HCOOH, CH3COOH 등의 유기산, CH3OH, C2H5OH 등의 알코올류 등을 이용한 환원 반응, CH4, C2H6, C2H4, C2H2 등을 이용한 탄화반응, NH3, NH2NH2, N2 등을 이용한 질화 반응 등의 각종 반응을 이용해도 좋다.
또한, 반응 가스로서, 3종류의 반응 가스나 4종류의 반응 가스를 이용하여도 좋다. 예를 들면, 3종류의 반응 가스를 이용하는 경우의 예로서는, 티탄산 스트론튬(SrTiO3)을 성막하는 경우가 있고, 예를 들면, Sr원료인 Sr(THD)2(strontium bis tetra methyl heptane dionate)와, Ti원료인 Ti(OiPr)2(THD)2(titanium bis isopropoxide bis tetra methyl heptane dionate)와, 이들의 산화 가스인 오존 가스가 이용된다. 이런 경우에는, Sr원료 가스→치환용의 가스→산화 가스→치환용의 가스→Ti원료 가스→치환용의 가스→산화 가스→치환용의 가스의 순서로 가스가 전환된다. 또한, 성막 처리를 행하는 기판으로서 원형의 웨이퍼(W)에 대해서 설명했지만, 예를 들면, 직사각형의 유리 기판(LCD용 기판)에 대하여 본 발명을 적용해도 좋다.
[실시예]
(실험)
다른 타입의 천판 부재(31)를 이용하여, 처리 공간(313) 내에 염화 티탄 가스와 암모니아 가스를 공급해서 질화 티탄의 막을 성막하고, 그 면내 균일성을 측정했다.
A. 실험 조건
(실시예1) 도 2, 도 5에 나타낸 구성의 가스 공급부(4), 및 샤워헤드(5)를 마련한 천판 부재(31)를 이용해서 질화 티탄의 막을 성막했다. 샤워헤드(5)의 구성을 다시 기술하자면, 직경이 166mm(반경 83mm), 천판 부재(31)의 평탄한 영역의 하면으로부터 저면부(51)의 상면까지의 높이 방향의 거리가 8.5mm, 가스 공급부(4)의 체적을 제외한 샤워헤드(5)내의 용적은 146.5cm3이다. 염화 티탄 가스는 50sccm 에서 0.05초간, 암모니아 가스는 2700sccm 에서 0.3초간, 질소 가스는 치환 조작시마다 6L 흘렸다.
그리고, 성막된 막의 막두께를 분광 타원 편광 반사법(ellipsometry)식의 막두께계에 의해 측정하고, 하기 (1)식에 의해 면내 균일성(M-m값)을 계산했다.
(M-m값) = {(최대 막두께(M값)-최소 막두께(m값))/(2×평균 막두께)}×100(%) … (1)
(실시예2) 실시예 1에 기재된 샤워헤드(5)로 바꾸고, 도 10에 나타낸 소형의 샤워헤드(5a)를 이용하여 질화 티탄의 막을 성막하고, 실시예 1과 같은 방법에 의해 면내 균일성을 계산했다. 샤워헤드(5a)의 구성을 다시 기술하자면, 직경이 116mm(반경 58mm), 천판 부재(31)의 평탄한 영역의 하면으로부터 저면부(51)의 상면까지의 높이 방향의 거리가 4mm, 가스 공급부(4)의 체적을 제외한 샤워헤드(5)내의 용적은 37cm3이다.
(비교예1) 도 13에 도시하는 바와 같이 하면측의 중앙부를 향해서 개구하는 1개의 가스 공급로(312)를 구비한 천판 부재(31)를 이용해서 성막하고, 실시예 1와 같은 방법에 의해 면내 균일성을 계산했다.
B. 실험 결과
실시예 1, 2 및 비교예 1에서 성막된 막의 막두께의 변위를 각각 도 14 ~ 도 16에 각각 나타낸다. 각 도의 가로축은, 웨이퍼(W)의 직경 방향의 위치이며, 세로축은, M-m값에 대한 막두께의 상대적인 변화를 나타낸다.
도 14 및 도 15에 나타낸 결과에 의하면, 대형의 샤워헤드(5)를 이용한 실시예 1에서는 M-m값이 1.8%이 되는 한편, 소형의 샤워헤드(5a)를 이용한 실시예 2에서는 M-m값이 3.8%이 되고, 모두 5% 이내의 높은 면내 균일성이 달성되었다. 또한, 실시예 1과 실시예 2를 비교하면, 가스 공급부(4)의 설치 개수, 배치 상태가 동일해도, 직경이 작은 샤워헤드(5a)를 이용한 실시예 2보다도, 직경의 큰 샤워헤드(5)를 이용한 실시예 1쪽이 면내 균일성의 높은 막을 성막할 수 있었다.
한편, 천판 부재(31)의 중앙부에 마련된 개구로부터 가스를 공급한 비교예 1에서는, 도 16에 도시하는 바와 같이 가스가 공급되는 개구부의 하방 위치의 막두께가 가장 두껍고, 웨이퍼(W)의 외주측에 향함에 따라서, 막두께가 급격하게 얇아지는 산(山) 형상의 막두께 분포가 확인되었다. 그리고, 비교예 1의 M-m값은, 11%이며, 요구값(5%)의 2배 이상이 되었다. 이는, 반응 가스가 고속으로 웨이퍼(W)에 도달하는 영역과, 그 외측의 영역과의 사이에서 원료 가스의 흡착량이 변화되어 버렸기 때문으로 생각된다.
W 웨이퍼
1 처리 용기
2 탑재대
31 천판 부재
313 처리 공간
4 가스 공급부
41 헤드부
42 가스 토출구
5, 5a ~ 5c 샤워헤드
51 저면부
511 가스 공급구
52 측벽부
521 가스 공급구
7 제어부

Claims (5)

  1. 진공 분위기의 처리실 내의 기판에 대하여 서로 반응하는 복수 종류의 반응 가스를 순서대로 공급하고, 하나의 반응 가스의 공급과 다음의 반응 가스의 공급과의 사이에 치환용의 가스를 공급하여 성막 처리를 행하는 성막 장치에 있어서,
    상기 처리실에 마련되고, 기판이 탑재되는 탑재부와,
    상기 탑재부에 대향해서 마련되고, 중앙으로부터 외주를 향해서 점점 넓어지는 형상의 경사면 구조를 가지는 천정부와,
    상기 천정부의 중앙 영역에 마련되고, 상기 천정부의 둘레 방향을 따라 가스 토출구가 형성된 복수의 가스 공급부와,
    상기 복수의 가스 공급부를 하방측에서 덮도록 마련됨과 함께, 상기 탑재부와 대향하는 면에 복수의 가스 공급구가 형성된 샤워헤드와,
    상기 처리실 내의 진공 배기를 실행하는 배기부
    를 구비하고,
    상기 샤워헤드의 외연은 상기 탑재부에 탑재된 기판의 외연보다도 내측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부에 형성된 가스 토출구는, 상기 샤워헤드를 평면에서 보았을 때, 해당 샤워헤드의 중앙부측과 주변부측을 향해서 확산되는 가스의 흐름을 형성하는 위치에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 샤워헤드의 둘레 방향에 따라 3개 이상 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는, 상기 탑재부와 대향하는 면의 외주를 따라 마련된 측벽부를 구비하고, 상기 측벽부에는, 가로 방향을 향하여 샤워 형상으로 가스를 공급하는 복수의 가스 공급구가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판이 원판이며, 샤워헤드의 저면부를 평면에서 보았을 때의 형상이 원형이며, 상기 원판의 반경을 R, 상기 저면부의 원의 반경을 r이라고 했을 때, r/R의 값이 4/15 이상, 2/3 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
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