KR20160076459A - 성막 장치 - Google Patents

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KR20160076459A
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마사키 사노
다카시 가미오
도시오 다카기
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

진공 분위기에서 서로 반응하는 복수 종류의 반응 가스를 치환용의 가스의 공급을 거쳐서 순차로 공급하여 성막 처리를 실행하는 성막 장치에 있어서, 반응 가스와 치환용의 가스와의 치환성이 높고, 면내 균일성이 높은 성막 처리를 실행할 수 있는 기술을 제공한다. 웨이퍼(W)의 탑재대(2)의 상방에 마련된 샤워 헤드(5)의 가스 분출 구멍(511)을 웨이퍼(W)보다 넓은 영역에 배치하는 동시에, 이 샤워 헤드(5) 위의 확산 공간(50)에, 횡방향으로 가스를 분산시키도록 그 둘레방향을 따라서 가스 토출구(52)가 형성된 복수의 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)를 배치하고 있다. 그리고, 기판의 중심부를 중심으로 하는 내측의 제 1 원을 따라서 4개의 제 1 가스 분산부(4A)를 마련하고, 또한, 제 1 원의 외측의 제 2 원을 따라서 8개의 제 2 가스 분산부(4B)를 이용하고 있다.

Description

성막 장치{FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은 진공 분위기 하에서 기판의 표면에 처리 가스를 공급하여 성막하는 기술 분야에 관한 것이다.
기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라 함)에 성막을 실행하는 방법으로서, 원료 가스, 및 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 웨이퍼에 대해 순차로 공급하여 웨이퍼의 표면에 반응 생성물의 분자층을 퇴적시켜서 박막을 얻는, 이른바 ALD(Atomic Layer Deposition)법 등으로 불리고 있는 방법이 알려져 있다.
ALD법에서는, 원료 가스의 공급과 반응 가스의 공급과의 사이에 분위기를 치환하기 위한 치환 가스의 공급을 실행할 필요가 있다. 그 때문에 높은 스루풋을 얻으려면, 분위기의 치환을 신속히 실행하는 것이 중요하고, 또한 성막되는 막의 막두께의 면내 균일성이 양호한 것이 요구된다.
최근에는, 나노미터의 오더로 성막되는 막의 웨이퍼면 내에 있어서의 막두께의 균일성[예컨대, 후술의 1σ％값(표준편차(σ)를 평균값으로 나누어 백분율 표시한 값)]을 2% 정도 이내로 하는 것이 요구되는 경우가 있기 때문에, 치환성이 좋은 것뿐만 아니라, 보다 면내 균일성이 양호한 성막을 실현할 수 있는 가스 공급 구조의 개발이 요구되고 있다.
가스 공급 구조로서는, 예컨대 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 샤워 헤드로부터 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 장치가 알려져 있는데, 샤워 헤드 내에 있어서의 처리 가스의 분산성이 나쁘고, 성막된 막의 막두께의 면내 균일성이 나쁘다고 하는 과제가 있었다.
또한, 특허문헌 2에 나타내는 바와 같은 확산 공간이 좁아 치환 효율이 좋은 샤워 헤드를 이용하여, 확산 공간 내에 수평 방향으로 가스를 토출하는 가스 분산부를 마련하고, 토출된 가스가 흐름 방향을 바꾸어 샤워 헤드의 바닥면을 빠져 나가도록 구성된 성막 장치가 알려져 있다. 그렇지만, 확산 공간 내에 있어서 중앙에 배치된 가스 분산부의 하방에 있어서의 가스의 흐름이 나쁘고, 이 때문에 중앙부와 그 주변과의 사이에서 막두께 차이가 커져, 막두께의 면내 균일성을 양호하게 하는 것이 어려우며, 또한 기판의 주변부에서 처리 가스의 공급이 불충분하게 되어, 기판의 주변부의 막두께가 안정되지 않는다고 하는 문제가 있었다.
일본 공개 특허 특개2013-165276호 공보 일본 공개 특허 특개2014-070249호 공보
본 발명은 이러한 사정하에 이루어진 것으로서, 그 목적은, 진공 분위기에서 서로 반응하는 복수 종류의 반응 가스를 치환용의 가스의 공급을 거쳐서 순차로 공급하여 성막 처리를 실행하는 성막 장치에 있어서, 반응 가스와 치환용의 가스와의 치환성이 높고, 면내 균일성이 양호한 성막 처리를 실행할 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 성막 장치는, 진공 분위기인 처리실 내의 기판에 대해 서로 반응하는 복수 종류의 반응 가스를 순차로 공급하고, 하나의 반응 가스의 공급과 다음 반응 가스의 공급과의 사이에 치환용의 가스를 공급하여 성막 처리를 실행하는 성막 장치에 있어서,
상기 처리실에 마련되며, 기판이 탑재되는 탑재부와,
상기 탑재부의 상방측에 위치하는 천정부를 구성하며, 가스를 샤워 형상으로 내뿜기 위한 복수의 가스 분출 구멍이 형성되는 동시에 평면적으로 보아 가장 외측의 가스 분출 구멍이 기판의 외주연보다 외측에 위치하고 있는 가스 확산판부와,
상기 가스 확산판부의 상방측에 가스의 확산 공간을 거쳐서 대향하는 대향부에 마련되며, 각각 상기 확산 공간에 횡방향으로 가스를 분산시키도록 그 둘레방향을 따라서 가스 토출구가 형성된 복수의 가스 분산부와,
상기 처리실 내의 진공 배기를 실행하는 진공 배기부를 구비하고,
상기 복수의 가스 분산부는, 평면적으로 보아 상기 탑재부 상의 기판의 중심부를 중심으로 하는 제 1 원을 따라서 등간격으로 배치된 3개 이상의 제 1 가스 분산부와, 상기 제 1 원과 동심으로 제 1 원의 외측에 위치하는 제 2 원을 따라서 등간격으로 배치된 3개 이상의 제 2 가스 분산부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 기판의 탑재부의 상방에 마련된 가스 확산판부의 가스 분사 구멍을 기판보다 넓은 영역에 배치하는 동시에, 이 가스 확산판부 위의 가스 확산 공간에, 횡방향으로 가스를 분산시키도록 그 둘레방향을 따라서 가스 토출구가 형성된 복수의 가스 분산부를 배치하고 있다. 그리고, 복수의 가스 분산부로서, 기판의 중심부를 중심으로 하는 내측의 제 1 원을 따라서 3개 이상의 제 1 가스 분산부를 마련하고, 또한, 제 1 원의 외측의 제 2 원을 따라서 3개 이상의 제 2 가스 분산부를 이용하고 있다. 따라서, 가스 확산판부의 상방의 가스 확산 공간에서 기판의 중심부에 가스가 체류하기 어려워지고, 또한 가스의 분산성이 좋기 때문에, 면내 균일성이 양호한 성막 처리를 실행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 성막 장치의 종단면도,
도 2는 성막 장치의 일부 확대 종단면도,
도 3은 성막 장치에 마련되어 있는 천판 부재의 사시도,
도 4는 성막 장치에 마련되어 있는 천판 부재의 평면도,
도 5는 천판 부재에 마련되어 있는 제 1 가스 분산부의 사시도,
도 6은 천판 부재에 마련되어 있는 제 2 가스 분산부의 사시도,
도 7a 및 도 7b는 제 1 및 제 2 가스 분산부의 종단면도,
도 8은 성막 장치의 작용을 나타내는 설명도,
도 9는 성막 장치의 작용을 나타내는 설명도,
도 10은 제 1 및 제 2 가스 분산부의 다른 예를 나타내는 평면도,
도 11은 실시예 및 비교예에 있어서 성막된 막의 막두께의 면내 분포를 나타내는 특성도,
도 12는 실시예 및 비교예에 있어서 성막된 막의 막두께의 면내 분포를 나타내는 특성도.
본 발명의 실시형태에 따른 성막 장치의 구성에 대해 설명한다. 성막 장치는, 성막 대상인 원형의 기판(원판)이며, 예컨대 직경이 300㎜인 웨이퍼(W)의 표면에, 서로 반응하는 반응 가스인 염화티탄(TiCl4) 가스(원료 가스)와 암모니아(NH3) 가스(반응 가스)를 교대로 공급하여, 이른바 ALD법에 의해 질화티탄(TiN) 막을 성막하는 장치로서 구성되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 성막 장치는, 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되며, 평면 형상이 대략 원형인 진공 용기로서, 처리실을 구성하는 처리 용기(1)를 구비하고, 이 처리 용기(1) 내에는, 웨이퍼(W)가 탑재되는 탑재부인 탑재대(2)가 마련되어 있다. 처리 용기(1)의 측면에는, 탑재대(2)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 실행할 때에, 외부의 진공 반송로에 마련된 웨이퍼 반송 기구를 처리 용기(1) 내에 진입시키기 위한 반입·반출구(11)와, 이 반입·반출구(11)를 개폐하는 게이트 밸브(12)가 마련되어 있다.
상기 반입·반출구(11)보다 상부측의 위치에는, 알루미늄 등의 금속으로 이루어지며, 종단면의 형상이 각형(角型)인 덕트를 원환 형상으로 만곡시켜 구성한 배기 덕트(13)가, 처리 용기(1)의 본체를 구성하는 측벽 위에 적층되도록 마련되어 있다. 배기 덕트(13)의 내주면에는, 둘레방향을 따라서 연장되는 슬릿 형상의 개구부(131)가 형성되어 있으며, 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 있으며, 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 실행하는 진공 배기부에 해당한다.
처리 용기(1) 내에는, 상기 배기 덕트(13)의 내측의 위치에 탑재대(2)가 배치되어 있다. 탑재대(2)는 웨이퍼(W)보다 한층 큰 원판으로 이루어지며, 예컨대 질화알루미늄(AlN), 석영 유리(SiO2) 등의 세라믹스나 알루미늄(Al), 하스텔로이(등록상표) 등의 금속에 의해 구성되어 있다. 탑재대(2)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 예컨대 350℃~550℃의 성막 온도로 가열하기 위한 히터(21)가 매설되어 있다. 또한, 필요에 따라서, 웨이퍼(W)를 해당 탑재대(2)의 상면측의 탑재 영역 내에 고정하기 위한 도시하지 않는 정전 척을 마련해도 좋다. 또한, 도 1 이외의 종단면도에서는 히터(21)의 기재를 생략하고 있다.
이 탑재대(2)에는, 상기 탑재 영역의 외주측의 영역, 및 탑재대(2)의 옆둘레면을 둘레방향에 걸쳐서 덮도록 마련된 커버 부재(22)가 마련되어 있다. 커버 부재(22)는 예컨대 알루미나 등으로 이루어지며, 상하단이 각각 개구되는 대략 원통 형상으로 형성되는 동시에, 둘레방향에 걸쳐서 그 상단부가 내측을 향해 수평 방향으로 굴곡되어 있다. 이 굴곡부는, 탑재대(2)의 주변부에서 계지되어 있으며, 해당 굴곡부의 두께 치수는 웨이퍼(W)의 두께 치수(0.8㎜)보다 두껍고, 예컨대 1~5㎜의 범위 내인 3㎜로 되어 있다.
탑재대(2)의 하면측 중앙부에는, 처리 용기(1)의 바닥면을 관통하여, 상하 방향으로 연장되는 지지 부재(23)가 접속되어 있다. 이 지지 부재(23)의 하단부는, 처리 용기(1)의 하방측에 수평으로 배치된 판상의 지지대(232)를 거쳐서 승강 기구(24)에 접속되어 있다. 승강 기구(24)는, 반입·반출구(11)으로부터 진입해 온 웨이퍼 반송 기구와의 사이에서 웨이퍼(W)를 주고 받는 수수 위치(도 1에 일점쇄선으로 기재되어 있음)와, 이 수수 위치의 상방측으로서, 웨이퍼(W)에의 성막이 실행되는 처리 위치와의 사이에서 탑재대(2)를 승강시킨다.
이 지지 부재(23)가 관통하는 처리 용기(1)의 바닥면과 지지대(232)와의 사이에는, 처리 용기(1) 내의 분위기를 외부와 구획하고, 지지대(232)의 승강 동작에 수반하여 신축하는 벨로우즈(231)가 상기 지지 부재(23)를 둘레방향의 외측으로부터 덮도록 마련되어 있다.
탑재대(2)의 하방측에는, 외부의 웨이퍼 반송 기구와의 웨이퍼(W)의 수수시에, 웨이퍼(W)를 하면측으로부터 지지해서 들어올리는, 예컨대 3개의 지지 핀(25)이 마련되어 있다. 지지 핀(25)은, 승강 기구(26)에 접속되어 승강 가능하게 되어 있으며, 탑재대(2)를 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍(201)을 거쳐서 탑재대(2)의 상면으로부터 지지 핀(25)을 돌몰시킴으로써, 웨이퍼 반송 기구와의 사이에서의 웨이퍼(W)의 수수를 실행한다.
배기 덕트(13)의 상면측에는, 원형의 개구를 막도록 원판 형상의 지지판(32)이 마련되어 있으며, 이들 배기 덕트(13)와 지지판(32)과의 사이에는 처리 용기(1) 내를 기밀하게 유지하기 위한 O링(133)이 배치되어 있다. 지지판(32)의 하면측에는, 처리 공간(313)에 반응 가스나 치환 가스를 공급하기 위한 천판 부재(31)가 마련되어 있으며, 천판 부재(31)는 볼트(323)에 의해 지지판(32)에 지지 고정되어 있다.
천판 부재(31)의 하면측에는 오목부가 형성되어 있으며, 이 오목부의 중앙측의 영역은 평탄하게 되어 있다. 한편, 천판 부재(31)의 하방 위치에는, 해당 천판 부재(31)의 하면 전체를 덮도록 가스 확산판부인 샤워 헤드(5)가 마련되어 있다. 샤워 헤드(5)는, 탑재대(2)와 대향하는 평탄한 면을 구비한 예컨대 금속제의 원판 부분과, 이 원판의 주변부에 형성되며 하방측으로 돌출한 환상 돌기부(53)를 구비한다. 상기 천판 부재(31)나 지지판(32)은 본 성막 장치의 천정부를 구성하고 있다.
탑재대(2)를 처리 위치까지 상승시켰을 때, 환상 돌기부(53)의 하단은 탑재대(2)에 마련된 커버 부재(22)의 상면과 대향하도록 배치된다. 샤워 헤드(5)의 하면 및 환상 돌기부(53)와 탑재대(2)의 상면에 의해 둘러싸인 공간은, 웨이퍼(W)에 대한 성막을 실행하는 처리 공간(313)이 된다.
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 환상 돌기부(53)의 하단과 커버 부재(22)의 굴곡부의 상면과의 사이에는 높이(h)의 간극이 형성되도록 처리 위치의 높이 위치가 설정되어 있다. 상기 배기 덕트(13)의 개구부(131)는 이 간극을 향해서 개구되어 있다. 환상 돌기부(53)의 하단과 커버 부재(22)와의 간극의 높이(h)는, 예컨대 0.2~10.0㎜의 범위인 3.0㎜로 설정된다.
천판 부재(31)와 샤워 헤드(5)는, 양 부재(31, 5)의 하면 및 상면에 형성된 평탄한 면끼리를 맞닿게 해서 체결되어, 가스를 확산시키기 위한 확산 공간(50)이 구성되어 있다. 이 예에서는 천판 부재(31)는 샤워 헤드(5)에 대향하는 대향부에 해당한다. 샤워 헤드(5)(확산 공간(50)의 아래)에는, 그 전면에 걸쳐서 다수의 가스 분출 구멍(511)이 뚫려 있어서, 웨이퍼(W)를 향해 반응 가스를 공급할 수 있다.
본 예의 샤워 헤드(5)는, 확산 공간(50)의 직경(즉, 가스 공급 영역(51)의 직경)이 310㎜(반경 155㎜), 확산 공간(50)의 높이 치수가 8㎜, 후술의 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)의 체적을 제외한 확산 공간(50)의 용적이 600㎤로 되어 있다.
직경 300㎜(반경 150㎜)의 웨이퍼(W)에 대해서, 확산 공간(50)의 직경이 310㎜인 샤워 헤드(5)를 탑재대(2) 상의 웨이퍼(W)의 중앙부의 상방 위치에 배치하면, 샤워 헤드(5)의 가장 외측의 가스 분출 구멍(511)은 평면적으로 보아 웨이퍼(W)의 외연보다 외측에 위치하게 된다.
탑재대(2) 상의 웨이퍼(W)의 상면으로부터 가스 공급 영역(51)의 가스 분출 구멍(511)까지의 높이(t)는 6~50㎜ 정도이며, 보다 바람직하게는 7~17㎜ 정도로 설정된다. 이 높이(t)가 50㎜보다 커지면, 가스의 치환 효율이 저하한다.
탑재대(2)를 처리 위치까지 상승시켰을 때, 환상 돌기부(53)의 하단은 탑재대(2)에 마련된 커버 부재(22)의 상면과 대향하도록 배치된다. 샤워 헤드(5)의 하면 및 환상 돌기부(53)와 탑재대(2)의 상면에 의해 둘러싸인 공간은, 웨이퍼(W)에 대한 성막을 실행하는 처리 공간(313)이 된다.
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 환상 돌기부(53)의 하단과 커버 부재(22)의 굴곡부의 상면과의 사이에는 간극이 형성되도록 처리 위치의 높이 위치가 설정되어 있다. 상기 배기 덕트(13)의 개구부(131)는 이 간극을 향해 개구되어 있다.
또한, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 확산 공간(50) 내에는, 평면적으로 보아 탑재대(2)에 탑재된 웨이퍼(W)의 중심부를 중심으로 하는 제 1 원을 따라서 등간격으로 4개의 제 1 가스 분산부(4A)가 배치되며, 나아가, 제 1 원과 동심이며, 제 1 원의 외측에 있는 제 2 원을 따라서 등간격으로 8개의 제 2 가스 분산부(4B)가 배치되어 있다. 이 예에서는, 제 1 가스 분산부(4A)는 제 2 원의 원주를 제 2 가스 분산부(4B)의 중심부에 의해 8등분되는 8개의 원호에 대해서, 하나 걸러 하나씩의 원호의 중심점과 제 2 원의 중심을 연결하는 직선상에 배치되어 있다. 제 2 가스 분산부(4B)는 평면적으로 보아 탑재대(2)에 탑재된 웨이퍼(W)의 중심부로부터 반경 90㎜ 이내의 범위, 즉 웨이퍼(W)의 크기의 60% 이내의 영역에 포함되도록 배치하는 것이 바람직하며, 본 예에서는 50㎜이다. 도 4 중의 쇄선은 투영한 웨이퍼(W)의 위치를 나타낸다.
도 5에 도시하는 바와 같이 4개의 제 1 가스 분산부(4A)는, 천판 부재(31)에 체결되는 공통의 대좌부(43)를 구비하며, 이 대좌부(43)의 하면측에 내부가 중공인 제 1 헤드부(41A)가 4개 마련되어 있다. 또한, 도 6에 도시하는 바와 같이 제 2 가스 분산부(4B)는 8개의 제 2 가스 분산부(4B)의 각각이 개별적으로 대좌부(44)를 구비하며, 이 대좌부(44)의 하면측에 제 2 헤드부(41B)가 1개 마련되어 있다.
천판 부재(31)의 하면에는, 상기 제 1 가스 분산부(4A)의 대좌부(43)가 삽입되는 오목부가 1개소, 상기 제 2 가스 분산부의 대좌부(44)가 삽입되는 오목부가 8개소 형성되어 있다.
도 7a 및 도 7b는 각각 제 1 가스 분산부(4A) 및 제 2 가스 분산부(4B)의 종단면도를 나타낸다. 이와 같이 각 대좌부(43, 44)를 대응하는 오목부 내에 끼워맞췄을 때, 제 1 헤드부(41A) 및 제 2 헤드부(41B)가 천판 부재(31)의 하면으로부터 확산 공간(50) 내로 돌출한 상태가 된다.
각 대좌부(43, 44)에는 나사 구멍(431)이 형성되며, 해당 나사 구멍(431), 및 천판 부재(31)측의 상기 오목부 내에 형성된 나사 구멍에 나사(435)를 나사 결합시킴으로써, 천판 부재(31)에 대해 대좌부(43, 44)가 체결된다.
여기서, 대좌부(43, 44)와 천판 부재(31) 사이에 반응 가스가 침입하여 막이 성막되어, 이들 부재에 고착하면, 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)를 떼어낼 때 등에 파티클이 발생하는 원인이 된다. 그래서, 본 예의 대좌부(43, 44)는 이러한 파티클의 발생을 억제할 수 있는 구성으로 되어 있다.
대좌부(43, 44)는 천판 부재(31)측의 오목부보다 한층 작게 형성되어 있으며, 대좌부(43, 44)의 외주면과 천판 부재(31)측의 오목부의 내주면과의 사이에는 예컨대, 0.1~1㎜ 정도의 간극(314)이 형성된다. 또한, 대좌부(43, 44)에 있어서의 나사 구멍(431)의 상단부에는, 상부측을 향해 돌출하는 편평한 링 형상의 돌기부(432)가 돌출되어 있다. 대좌부(43, 44)는 이 돌기부(432)의 상면측의 접촉면을 거쳐서 천판 부재(31)와 접촉하며, 대좌부(43, 44)의 상면과 천판 부재(31)측의 오목부의 하면과의 사이에도 측면측과 동일한 정도의 간극(314)이 형성된다.
나아가, 대좌부(43, 44)에는, 대좌부(43, 44)를 상하 방향으로 관통하도록, 천판 부재(31)에 형성되어 있는 후술의 가스 공급로(312)에 연통하는 연통로(434)가 형성되어 있다. 연통로(434)의 상단측의 개구부의 주위에는, 가스 공급로(312)와 연통로(434)를 기밀하게 접속하는 패킹 부재인 O링(433)이 마련되어 있다.
그 결과, 천판 부재(31)와 접촉하는 부분은 상기 돌기부(432)의 상면측의 접촉면 및 O링(433)으로 한정되며, 그 외의 부분에서는 대좌부(43, 44)와 천판 부재(31)의 사이에 비교적 큰 간극(314)이 형성되게 된다. 따라서, 대좌부(43, 44)와 천판 부재(31)와의 간극(314)에 반응 가스 및 클리닝 가스가 진입하여, 막이 형성되어도 대좌부(43, 44)와 천판 부재(31)가 고착하기 어려워서, 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)의 분리시 등에 있어서의 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
제 1 및 제 2 헤드부(41A, 41B)는 연통로(434)의 하단측의 개구부를 대좌부(43, 44)의 하면측으로부터 덮도록 마련된다. 제 1 및 제 2 헤드부(41A, 41B)는, 각각 예컨대 직경이 8~20㎜의 범위 내인 예컨대 19㎜의 크기의 편평한 원통 형상의 커버로서 구성된다. 또한, 제 1 헤드부(41A)는 대좌부(43)로부터 하방으로 3㎜ 돌출하도록 마련되며, 제 2 헤드부(41B)는 대좌부(44)로부터 하방으로 5㎜ 돌출하도록 마련되어 있다. 따라서, 확산 공간(50) 내에 있어서, 제 1 가스 분산부(4A)의 하면의 높이 위치는 제 2 가스 확산부(4B)의 하면의 높이 위치보다 2㎜ 높은 위치가 된다. 또한, 도 1에서는, 기재가 번잡해지는 것을 피하기 위해, 제 1 헤드부(41A) 및 제 2 헤드부(41B)를 동일한 크기로 기재하고 있다.
제 1 및 제 2 헤드부(41A, 41B)의 측면에는, 둘레방향을 따라서 간격을 두고 마련된 복수의 가스 토출구(42)가 형성되어 있다. 제 1 및 제 2 헤드부(41A, 41B)에 대해서 가스 토출구(42)는 예컨대 3개 이상 마련하는 것이 바람직하고, 본 예에서는 등간격으로 12개 마련되어 있다. 또한, 제 1 및 제 2 헤드부(41A, 41B)의 하면은 막혀 있으며 가스 토출구(42)가 마련되어 있지 않으므로, 제 1 및 제 2 헤드부(41A, 41B) 내에 흘러든 가스는 각 가스 토출구(42)로부터 수평 방향을 향해 균일하게 퍼지도록 토출된다.
도 1 및 도 2로 돌아와, 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)가 마련된 천판 부재(31)에는, 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)에 가스를 공급하기 위한 가스 공급로(312)가 형성되어 있다. 이들 가스 공급로(312)는, 천판 부재(31)의 상면과 지지판(32)의 하면과의 사이에 형성된 가스의 버퍼실을 구성하는 확산부(311)에 접속되어 있다.
지지판(32)에는, 상기 확산부(311)에 암모니아 가스 및 치환용의 질소 가스를 공급하기 위한 암모니아 공급로(321), 및 마찬가지로 확산부(311)에 염화티탄 가스 및 치환용의 질소 가스를 공급하기 위한 염화티탄 공급로(322)가 형성되어 있다. 암모니아 공급로(321) 및 염화티탄 공급로(322)는 배관을 거쳐서 암모니아 가스 공급부(62), 염화티탄 가스 공급부(64)에 접속되어 있으며, 이들 배관은 각각 도중에서 분기하여 질소 가스 공급부(61, 63)에 접속되어 있다. 각 배관에는, 가스의 공급 및 중단을 실행하는 개폐 밸브(602)와, 가스 공급량의 조정을 실행하는 유량 조정부(601)가 마련되어 있다. 또한, 도시의 편의상, 도 1에서는 질소 가스 공급부(61, 63)를 별개로 도시했지만, 이들은 공통의 질소 공급원을 이용해도 좋다.
성막 장치는, 도 1에 도시하는 바와 같이 제어부(7)와 접속되어 있다. 제어부(7)는 예컨대 도시하지 않는 CPU와 기억부를 구비한 컴퓨터로 이루어지며, 기억부에는 성막 장치의 작용, 즉 탑재대(2) 상에 탑재된 웨이퍼(W)를 처리 위치까지 상승시키고, 처리 공간(313) 내에 사전 결정된 순서로 반응 가스 및 치환용의 가스를 공급하여 TiN의 성막을 실행하고, 성막이 실행된 웨이퍼(W)를 반출하기까지의 제어에 대한 스텝(명령) 군이 짜여진 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은, 예컨대 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 마그넷 옵티컬 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되며, 그 곳으로부터 컴퓨터에 인스톨된다.
이어서, 본 발명의 실시형태에 따른 성막 장치의 작용에 대해 설명한다. 처음에, 미리 처리 용기(1) 내를 진공 분위기로 감압한 후, 탑재대(2)를 수수 위치까지 강하시킨다. 그리고, 게이트 밸브(12)를 개방하고, 반입·반출구(11)와 접속된 진공 반송실에 마련된 웨이퍼 반송 기구의 반송 아암을 진입시키며, 지지 핀(25)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 실행한다. 그리고 나서, 지지 핀(25)을 강하시키고, 히터(21)에 의해 예컨대 440℃로 가열된 탑재대(2) 상에 웨이퍼(W)를 탑재한다.
이어서, 게이트 밸브(12)를 닫고, 탑재대(2)를 처리 위치까지 상승시키는 동시에, 처리 용기(1) 내의 압력 조정을 실행한 후, 염화티탄 가스 공급부(64)로부터 염화티탄 가스를 공급하고, 공급된 염화티탄 가스는 염화티탄 공급로(322)→확산부(311)→가스 공급로(312)를 거쳐서 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)에 흘러든다.
그리고, 가스 공급로(312)로부터 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)에 공급된 염화티탄 가스는, 도 8에 도시하는 바와 같이 제 1 및 제 2 헤드부(41A, 41B)의 둘레벽에 마련된 복수의 가스 토출구(42)로부터 횡방향으로 퍼지도록 확산 공간(50) 내에 토출된다.
제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)는, 도 4에 도시하는 바와 같이 평면적으로 보면 웨이퍼(W)의 중심부를 둘러싸는 이중의 원을 따라 배치되어 있으며, 확산 공간(50)의 중앙부에서 웨이퍼(W)의 직경방향, 둘레방향으로 집약되어 있는, 이른바 이중의 가스 분산부(4A, 4B)가 각각 가스 분산원으로 되어 있다. 나아가, 이 예에서는, 외측의 제 2 가스 분산부(4B)의 배열의 사이에 면하도록 내측의 제 1 가스 분산부(4A)가 배치되어 있기 때문에, 이 가스 분산원으로부터 가스가 둘레방향의 가스 농도의 균일성이 높은 상태로 외측으로 퍼져 간다.
한편, 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)의 각각으로부터 이들에 의해 둘러싸이는 내측의 영역을 향해서, 여러 가지의 방향으로 가스가 토출되어 분산해 간다. 그리고, 웨이퍼(W)의 중심부에 해당하는 확산 공간(50)의 중심부는 사방으로부터 집중적으로 가스가 향하는 영역이지만, 이 영역에는 가스 분산부가 마련되어 있지 않기 때문에, 가스가 원활히 흘러, 가스 고임이 형성되기 어렵다. 나아가, 제 1 가스 분산부(4A)의 하면은 제 2 가스 분산부(4B)의 하면보다 높은 위치에 있기 때문에, 기류가 흐르기 쉽다. 이러한 것으로부터, 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)의 내측에서도, 확산 공간(50)의 중심부를 포함하여, 가스 농도의 균일성이 높은 상태로 가스가 확산해 간다. 그 결과, 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)의 외측, 내측 및 하방측에서, 높은 확산성, 균일성을 가지고 가스가 분산하여 충만한다.
이렇게 확산 공간(50) 내에 토출된 가스는, 샤워 헤드(5)의 다수의 가스 분출 구멍(511)을 통과할 때에 압력 손실에 의해 충분히 속도가 저하하여, 도 9에 도시하는 바와 같이 처리 공간(313)에 분산하여 공급된다.
처리 공간(313)에 공급된 염화티탄 가스는, 도 9에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 주변 방향을 향해 흘러 배기된다. 그 때문에 샤워 헤드(5)의 상방측의 확산 공간(50)으로부터 처리 공간(313)측으로 흐른 염화티탄 가스는 처리 공간(313)의 주변 방향으로 흐르면서 웨이퍼(W)에 공급되게 된다. 예컨대, 가스 분출 구멍(511)으로부터 공급된 염화티탄 가스는, 처리 공간(313) 내를 강하하여 탑재대(2) 상의 웨이퍼(W)에 도달하고, 그 일부는 웨이퍼(W)에 흡착한다. 나머지 염화티탄 가스는, 일부가 웨이퍼(W)의 표면에 흡착하면서 웨이퍼(W)의 표면을 따라서 직경방향으로 방사상으로 퍼진다.
처리 공간(313) 내를 흘러서 환상 돌기부(53)의 하단과 커버 부재(22)와의 사이의 간극에 도달한 염화티탄 가스는, 해당 간극으로부터 처리 용기(1) 내로 흘러나온 후, 배기 덕트(13)를 거쳐서 외부로 배출된다. 처리 공간(313)에 공급된 염화티탄 가스는 웨이퍼(W)의 주변 방향으로 흐르면서, 웨이퍼(W)에 공급되기 때문에, 웨이퍼(W)의 중앙부는, 염화티탄 가스가 공급되기 어렵고, 웨이퍼(W)의 주변측일수록 염화티탄 가스가 공급되기 쉬워진다.
상술한 흐름에 있어서, 샤워 헤드(5)의 주변부에 환상 돌기부(53)가 마련되며, 탑재대(2)(커버 부재(22))와의 사이의 간극의 높이가 적절하게 설정되어 있는 것에 의해, 처리 공간(313)으로부터 주위의 배기 덕트(13)측을 향해 가스가 흐를 때의 압력 손실이 조정된다. 그 결과, 웨이퍼(W)에 흡착하는데 충분한 시간만큼 각 반응 가스를 처리 공간(313)에 체류시킨 후, 해당 간극이 형성되어 있는 둘레방향 외측을 향해 반응 가스를 균등하게 배출할 수 있다.
다음에, 염화티탄 가스의 공급을 정지하는 동시에, 질소 가스 공급부(63)로부터 치환용의 가스인 질소 가스를 공급한다. 질소 가스는 염화티탄 가스와 동일한 경로를 통해 처리 공간(313) 내에 공급되며, 해당 경로 및 처리 공간(313) 내의 염화티탄 가스가 질소 가스와 치환된다.
이렇게, 소정 시간, 질소 가스를 공급하여 가스의 치환을 실행하면, 질소 가스의 공급을 정지하고, 암모니아 가스 공급부(62)로부터 암모니아 가스를 공급한다. 공급된 암모니아 가스는 암모니아 공급로(321)→확산부(311)→가스 공급로(312)를 거쳐서 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)로 흘러든다. 그리고, 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)로부터 확산 공간(50) 내에 토출된 암모니아 가스는 염화티탄의 경우와 같은 흐름을 형성하여 처리 공간(313) 내에 공급된다.
처리 공간(313) 내를 흐르는 암모니아 가스가 웨이퍼(W)의 표면에 도달하면, 먼저 웨이퍼(W)에 흡착되어 있는 염화티탄 가스의 성분을 질화하여 질화티탄이 형성된다. 그리고 나서, 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.
이와 같이 하여, 염화티탄 가스→질소 가스→암모니아 가스→질소 가스의 순서로 반응 가스(염화티탄 가스, 암모니아 가스)와 치환용의 가스(질소 가스)를 공급하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 질화티탄(TiN)의 분자층이 적층되어, 질화티탄의 막이 성막된다.
또한, 확산 공간(50) 내에 복수의 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)에 의해 가스를 공급하고 있다. 그 때문에 확산 공간(50)의 높이가 낮은 경우에도, 확산 공간(50) 내에 가스를 넓게 공급할 수 있어서, 확산 공간(50) 내의 가스는 효율적으로 치환된다. 따라서, 확산 공간(50)의 높이를 낮게 하여, 샤워 헤드(5) 내의 용적이 작게 함으로써, 치환 가스에 의해 치환하는 조작에 필요한 시간을 짧게 할 수 있다.
또한, ALD에 이용되는 반응 가스는 각각 다른 유동성을 가지고 있다. 예컨대, 염화티탄은 좁은 유로에도 퍼지기 쉬운 특징을 가지고 있는 한편, 암모니아 가스는 염화티탄에 비해 퍼지기 어렵다. 이때, 탑재대(2) 상의 웨이퍼(W)에 대향하는 샤워 헤드(5)의 하면이 평탄하게 되어 있어서, 웨이퍼(W)의 상면과 샤워 헤드(5)의 하면과의 거리가 일정하게 되어 있는 것에 의해, 반응 가스는 그 유동성의 차이에 의하지 않고, 높이 치수가 균일한 처리 공간(313) 내를 균일하게 퍼질 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 두께의 면내 균일성이 양호하게 된다.
이렇게 염화티탄 가스의 공급과 암모니아 가스의 공급을, 예컨대 수십회~수백회 반복하여, 소망의 막두께의 질화티탄의 막을 성막한 후, 치환용의 질소 가스를 공급하여 최후의 암모니아 가스를 배출한 후, 탑재대(2)를 수수 위치까지 강하시킨다. 그리고, 게이트 밸브(12)를 열어 반송 아암을 진입시키고, 반입시와는 반대의 순서로 지지 핀(25)으로부터 반송 아암에 웨이퍼(W)를 인도하여, 성막 후의 웨이퍼(W)를 반출시킨 후, 다음의 웨이퍼(W)의 반입을 기다린다.
상술한 실시형태에 따른 성막 장치에서는, 웨이퍼(W)의 탑재대(2)의 상방에 마련된 샤워 헤드(5)의 가스 분출 구멍(511)을 웨이퍼(W)보다 넓은 영역에 배치하고 있다. 그리고, 샤워 헤드(5)의 상방의 확산 공간(50)에, 횡방향으로 가스를 분산시키도록 그 둘레방향을 따라서 가스 토출구(42)가 형성된 복수의 가스 분산부를 배치하고 있다. 복수의 가스 분산부로서, 웨이퍼(W)의 중심부를 중심으로 하는 내측의 제 1 원을 따라서 4개의 제 1 가스 분산부(4A)를 마련하고, 또한 제 1 원의 외측의 제 2 원을 따라서 8개의 제 2 가스 분산부(4B)를 이용하고 있다. 따라서, 확산 공간(50)에 있어서 웨이퍼(W)의 중심부에 가스가 체류하기 어려워지고, 또한 가스의 분산성이 좋기 때문에, 면내 균일성이 양호한 성막 처리를 실행할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태로서, 제 1 가스 분산부(4A) 및 제 2 가스 분산부(4B)를 수평 방향으로 회전시켜 처리 가스를 토출하는 방향을 조정할 수 있도록 구성해도 좋다. 예컨대 도 10에 도시하는 바와 같이, 각 제 1 헤드부(41A) 및 각 제 2 헤드부(41B)를 각각 개별의 원판 형상의 대좌부(45)에 접속하고, 대좌부(45)와 천판 부재(31)를 나사(435)에 의해 고정하기 위한 나사 구멍부(451)에 제 1 가스 분산부(4A) 및 제 2 가스 분산부(4B)를 회전시키기 위한 여유를 마련하여, 가스의 토출 방향을 조정하는 예를 들 수 있다. 이와 같이 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)의 각각의 가스의 토출 방향을 조정하는 것에 의해, 확산 공간(50)에 있어서의 가스의 흐름의 방향을 조정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 확산 공간(50) 내에 있어서, 제 1 및 제 2 가스 분산부(4A, 4B)끼리의 거리나 벽면과의 거리에 따라, 가스의 흐름 용이성 및 고임 용이성은 다르다. 그 때문에, 가스의 토출 방향을 조정함으로써, 웨이퍼(W)에 공급되는 처리 가스의 농도의 면내 분포가 조정되어, 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 막두께 분포를 조정할 수 있다.
나아가, 제 1 가스 분산부(4A)는 2개 이하이면, 확산 공간(50) 내에서 가스의 수평 방향의 분포가 균일하게 되기 어렵기 때문에, 3개 이상 마련하는 것이 바람직하다. 제 2 가스 분산부(4B)의 설치 개수는 5개 이상이 바람직하고, 나아가서는 제 1 가스 분산부(4A)의 설치 개수에 대해 2배 이상의 개수를 마련하는 것이 바람직하다. 제 2 가스 분산부(4B)가 마련되는 제 2 원은 제 1 가스 분산부(4A)가 마련되는 제 1 원의 외측에 위치하므로, 제 2 가스 분산부(4B)의 수가 적으면 확산 공간(50)의 주변 근처의 영역에서 처리 가스의 농도가 낮아져 버린다. 그 때문에, 제 2 가스 분산부(4B)의 수를 적어도 5개, 보다 바람직하게는 제 1 가스 분산부(4A)의 2배 이상의 개수를 마련함으로써, 확산 공간(50) 내에서 외주 근처의 영역의 가스 농도의 저하를 억제할 수 있어서, 웨이퍼(W)에 성막 처리를 실행한 경우에 웨이퍼(W)의 주변부의 막두께의 저하를 억제할 수 있다.
나아가, 상술한 제 2 원의 반경방향으로 보았을 때에 제 1 가스 분산부(4A)와 제 2 가스 분산부(4B)가 일직선상에 늘어서지 않게 배치되는 것이 바람직하다. 예컨대, 제 1 가스 분산부(4A)의 배치 개수(n)에 대해 제 2 가스 분산부(4B)의 배치 개수가 2배(2n)인 경우에는, 앞의 실시형태의 배치 레이아웃을 채용하는 것이 바람직하다. 즉, 제 2 원의 원주를 제 2 가스 분산부(4B)의 중심부에 의해 2n등분되는 2n개의 원호에 대해서, 하나 걸러 하나씩의 원호의 중점과 제 2 원의 중심을 연결하는 직선상에 제 1 가스 분산부(4A)를 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 제 1 가스 분산부(4A)로부터 토출되는 가스가 제 2 가스 분산부(4B)가 설치되어 있는 사이를 흐르기 쉬워지며, 제 2 가스 분산부(4B)로부터 토출되는 가스가 제 1 가스 분산부(4A)가 설치되어 있는 사이를 흐르기 쉬워진다. 그 때문에, 확산 공간(50) 내에서, 처리 가스가 균일하게 퍼져, 가스가 고이기 어려워지므로, 웨이퍼(W)에 성막되는 막의 막두께의 면내 균일성이 보다 양호해진다.
본 발명은, 제 1 가스 분산부(4A)와 제 2 가스 분산부(4B)가 각각 제 1 원 및 제 2 원 위에 등간격으로 배치되어 있는 것이 필요하지만, 「등간격」이란, 설치 오차에 의해 약간 서로의 이격 간격이 다른 경우도 포함된다. 또한, 제 1 가스 분산부(4A)와 제 2 가스 분산부(4B)의 서로 간의 원주의 치수를 수% 어긋하게 할 실익은 없지만, 이와 같이 수% 어긋나 있는 경우라도, 본 발명의 효과를 얻을 수 있기 때문에, 「등간격」에 포함된다.
나아가, 본 발명의 성막 장치에서는, 상술한 TiN막의 성막 외에, 금속 원소, 예컨대 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, Re, lr, Pt 등의 원소를 포함한 막을 성막해도 좋다. 웨이퍼(W) 표면에 흡착시키는 금속 원료로서는, 이들 금속 원소의 유기 금속 화합물이나 무기 금속 화합물 등을 반응 가스(원료 가스)로서 이용하는 경우를 들 수 있다. 금속 원료의 구체적인 예로서는, 상술한 TiCl4 외에, BTBAS((비스터셔리부틸아미노)실란), DCS(디클로로실란), HCD(헥사디클로로실란), TMA(트리메틸알루미늄), 3DMAS(트리스디메틸아미노실란) 등을 들 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착한 원료 가스를 반응시켜서, 소망의 막을 얻는 반응에는, 예컨대 O2, O3, H2O 등을 이용한 산화 반응, H2, HCOOH, CH3COOH 등의 유기산, CH3OH, C2H5OH 등의 알콜류 등을 이용한 환원 반응, CH4, C2H6, C2H4, C2H2 등을 이용한 탄화 반응, NH3, NH2NH2, N2 등을 이용한 질화 반응 등의 각종 반응을 이용해도 좋다.
나아가, 반응 가스로서, 3종류의 반응 가스나 4종류의 반응 가스를 이용해도 좋다. 예컨대, 3종류의 반응 가스를 이용하는 경우의 예로서는, 티탄산 스트론튬(SrTiO3)을 성막하는 경우가 있고, 예컨대 Sr 원료인 Sr(THD)2(스트론튬 비스 테트라메틸헵탄디오네이트)와, Ti 원료인 Ti(OiPr)2(THD)2(티타늄 비스 이소프로폭시드 비스 테트라메틸헵탄디오네이트)와, 이들의 산화 가스인 오존 가스가 이용된다. 이 경우에는, Sr 원료 가스→치환용의 가스→산화 가스→치환용의 가스→Ti 원료 가스→치환용의 가스→산화 가스→치환용의 가스의 순서로 가스가 전환된다. 또한, 성막 처리를 실행하는 기판으로서 원형의 웨이퍼(W)에 대해 설명했지만, 예컨대 직사각형의 유리 기판(LCD용 기판)에 대해 본 발명을 적용해도 좋다.
[실시예]
본 발명의 효과를 검증하기 위해서 이하의 시험을 실시했다.
(실시예 1)
도 1에 나타낸 성막 장치를 이용하여, 웨이퍼(W)에 실시형태에 나타낸 ALD법에 의해 성막을 실행하여 질화티탄막의 막두께의 면내 균일성을 조사했다. 원료 가스로서 염화티탄 가스, 반응 가스로서 암모니아 가스를 이용하고, 성막시의 설정 온도를 530℃로 설정하며 목표 막두께를 150Å으로 하는 성막 처리와, 설정 온도를 440℃로 설정하며 목표 막두께를 100Å으로 하는 성막 처리를 실행했다.
(실시예 2)
제 1 가스 분산부(4A)의 제 1 헤드부(41A)를 제 2 가스 분산부(4B)의 제 2 헤드부(41B)로 대신한 것을 제외하고, 실시예 1과 같은 조건에서 성막 처리를 실행했다.
(비교예)
제 1 가스 분산부(4A) 대신에, 제 2 가스 분산부(4B)와 같은 크기의 가스 확산부를, 확산 공간(50)의 중심부에 1개 마련한 것을 제외하고, 실시예 1과 같은 조건에서 성막 처리를 실행했다.
도 11은 성막시의 온도를 530℃로 설정한 경우의 실시예 1, 2 및 비교예에 있어서 성막된 막의 막두께의 면내 분포를 나타내며, 도 12는 성막시의 온도를 440℃로 설정한 경우의 실시예 1, 2 및 비교예에 있어서 성막된 막의 막두께의 면내 분포를 나타낸다. 도 11 및 도 12의 횡축은, 웨이퍼(W)의 중심부를 지나는 직선상에 있어서의 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리를 나타내고, 종축은 웨이퍼(W)마다의 평균 막두께를 1로 하여, 각 위치에 있어서의 막두께를 규격화한 값을 나타내고 있다.
또한, 표 1 및 표 2는 각각 성막 온도를 530℃ 및 440℃로 설정했을 때의 실시예 1, 2 및 비교예의 각각에 있어서의 막의 막두께의 최대값(Max: Å), 막두께의 최소값(Min: Å), 평균 막두께(Ave: Å), 최대값과 최소값의 차이[(Max-Min): Å], 평균 막두께에 대한 최대값과 최소값의 차이의 비율[100×(Max-Min)/Ave] 및 1σ％(표준 편차(σ)를 평균값으로 나누어 백분율 표시한 값)을 나타낸다.
530℃ 실시예 1 실시예 2 비교예
Max(Å) 152.8 153.3 172.3
Min(Å) 151.1 151.7 160.3
Ave(Å) 152.0 152.5 163.9
Max-Min(Å) 1.6 1.6 12.0
100×(Max-Min)/Ave 0.5 0.5 3.7
1σ％ 0.3 0.3 2.0
440℃ 실시예 1 실시예 2 비교예 2
Max(Å) 105.9 106.2 107.0
Min(Å) 104.2 104.3 104.7
Ave(Å) 105.1 105.4 105.7
Max-Min(Å) 1.7 1.9 2.3
100×(Max-Min)/Ave 0.8 0.9 1.1
1σ％ 0.4 0.4 0.6
이 결과에 의하면, 도 11 및 표 1에 나타내는 바와 같이 성막 온도를 530℃로 설정한 경우에는, 비교예에서는, 웨이퍼(W)의 중앙부의 막두께가 두껍고, 중심부로부터 50㎜ 정도의 위치에서 막두께가 얇아지며, 또한 외주측에서 막두께가 두꺼워져 있는 것을 알 수 있다. 또한, 막두께의 최대값과 최소값의 차이는 12.0Å이며, 1σ％의 값은 2.0이었다.
한편, 실시예 1 및 2에서는, 막두께의 최대값과 최소값의 차이는 각각 1.6Å이었다. 나아가, 1σ％의 값도 0.3이 되었다.
또한, 도 12 및 표 2에 나타내는 바와 같이 성막 온도를 440℃로 설정한 경우에는, 비교예에서는, 웨이퍼(W)의 중앙부의 막두께가 두껍고, 중심부로부터 50㎜ 정도의 위치에서 막두께가 얇아지며, 또한 외주측에서 막두께가 두꺼워져 있고, 막두께의 최대값과 최소값의 차이는 2.3Å이며, 1σ％의 값은 0.6이었다.
이에 대해 실시예 1에서는, 웨이퍼(W)의 중심부에서 막두께가 얇아져 있으며, 막두께의 최대값과 최소값의 차이는 1.7Å이었다. 또한, 실시예 2에서도, 실시예 1과 마찬가지로 웨이퍼(W)의 중심부에서 막두께가 얇아져 있고, 막두께의 최대값과 최소값의 차이는 1.9Å이며, 1σ％의 값은 0.4이었다.
이상의 결과로부터 성막 처리의 온도가 440℃ 및 530℃의 어느 경우에서도 막두께의 면내 균일성에 대해 실시예 1 및 2가 비교예보다 우수한 것을 알 수 있다.
이러한 결과에 의하면, 본 발명의 성막 장치를 이용하여 성막함으로써, 막두께의 면내 균일성이 양호하게 된다고 말할 수 있다.
1: 처리 용기 2: 탑재대
4A: 제 1 가스 분산부 4B: 제 2 가스 분산부
5: 샤워 헤드 31: 천판부
65: 배기부 W: 웨이퍼

Claims (7)

  1. 진공 분위기인 처리실 내의 기판에 대해 서로 반응하는 복수 종류의 반응 가스를 순차로 공급하고, 하나의 반응 가스의 공급과 다음의 반응 가스의 공급과의 사이에 치환용의 가스를 공급하여 성막 처리를 실행하는 성막 장치에 있어서,
    상기 처리실에 마련되며, 기판이 탑재되는 탑재부와,
    상기 탑재부의 상방측에 위치하는 천정부를 구성하며, 가스를 샤워 형상으로 내뿜기 위한 복수의 가스 분출 구멍이 형성되는 동시에 평면적으로 보아 가장 외측의 가스 분출 구멍이 기판의 외주연보다 외측에 위치하고 있는 가스 확산판부와,
    상기 가스 확산판부의 상방측에 가스의 확산 공간을 거쳐서 대향하는 대향부에 마련되며, 각각 상기 확산 공간에 횡방향으로 가스를 분산시키도록 그 둘레방향을 따라서 가스 토출구가 형성된 복수의 가스 분산부와,
    상기 처리실 내의 진공 배기를 실행하는 진공 배기부를 구비하고,
    상기 복수의 가스 분산부는, 평면적으로 보아 상기 탑재부 상의 기판의 중심부를 중심으로 하는 제 1 원을 따라서 등간격으로 배치된 3개 이상의 제 1 가스 분산부와, 상기 제 1 원과 동심으로 제 1 원의 외측에 위치하는 제 2 원을 따라서 등간격으로 배치된 3개 이상의 제 2 가스 분산부를 구비한 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 천정부에 있어서의 상기 가스 분출 구멍의 배치 영역보다 외측으로부터, 상기 탑재부의 상면과의 사이에 간극을 형성하도록, 천정부의 둘레방향을 따라서 하방측으로 돌출하여 마련된 환상 돌기부를 구비한 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 가스 분산부의 개수는 5개 이상인 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 가스 분산부의 개수는 제 1 가스 분산부의 개수의 2배 이상인 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 분산부의 하면의 높이 위치는 상기 제 2 가스 분산부의 하면의 높이 위치보다 높은 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    평면적으로 보아, 상기 제 2 가스 분산부는 상기 기판의 직경의 60% 이내의 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 확산판부 위에 마련되며, 상기 복수의 가스 분산부가 설치되는 천판 부재를 포함하고,
    상기 복수의 가스 분산부는 닫혀진 하면을 가지며, 상기 가스 확산판부와 상기 천판 부재 사이의 상기 확산 공간에, 상기 횡방향으로 상기 복수 종류의 반응 가스 및 치환용의 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
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