KR20220164035A - 성막 장치 및 플레이트 - Google Patents

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KR20220164035A
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plate
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gas supply
gas
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요시아키 다이고
다쿠토 우메츠
아키오 이시구로
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가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
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Abstract

[과제] 기판 면내에 공급되는 프로세스 가스의 농도나 유량을 직경 방향으로 제어하는 것이 가능한 성막 장치 및 플레이트를 제공한다. [해결 수단] 본 실시 형태에 따른 성막 장치는, 기판을 수용 가능한 성막실과, 성막실의 상부에 마련되고 기판의 성막면 상에 프로세스 가스를 공급하는 복수의 노즐과 프로세스 가스의 온도 상승을 억제하는 냉각부를 갖는 가스 공급부와, 기판을 1500℃ 이상으로 가열하는 히터와, 성막실 내에 있어서 복수의 노즐의 제1 개구부가 형성된 가스 공급부의 하면에 대향하고, 해당 하면과 이격하여 배치된 플레이트를 구비하고, 플레이트는, 제1 개구부보다 작은 직경을 갖고, 해당 플레이트 면내에 대략 균등하게 배치된 복수의 제2 개구부와, 가스 공급부와의 대향면에 돌출되고, 플레이트의 면내를 복수 영역으로 칸막이하는 칸막이부를 포함한다.

Description

성막 장치 및 플레이트
본 실시 형태는 성막 장치 및 플레이트에 관한 것이다.
SiC막 등의 에피택셜 성장법에 사용되는 성막 장치는, 기판을 1500℃ 내지 1700℃라는 고온에서 가열할 필요가 있다. 이 때문에, 예를 들어 성막 챔버의 상부에 마련된 가스 공급부도, 기판을 가열하기 위한 히터 등으로부터의 복사에 의해 고온에 노출되게 된다. 그러나, 가스 공급부의 근방에 있어서 원료 가스나 도핑 가스가 대류하여 가열되면, 원료 및 도펀트를 포함하는 퇴적물이 가스 공급부의 표면에 부착되어 버린다. 이러한 가스 공급부에 부착된 퇴적물은 파티클로 되어 기판 상에 낙하하여, 디바이스 불량의 원인이 된다. 또한, 가스 공급부에 부착된 퇴적물로부터 도펀트 가스가 방출됨으로써, SiC막의 도핑 농도가 경시적으로 변화해 버린다고 하는 문제도 있다(메모리 효과).
일본 특허 공개 제2018-082063호 공보 일본 특허 공개 제2018-082064호 공보
기판 면내에 공급되는 프로세스 가스의 농도나 유량을 직경 방향으로 제어하는 것이 가능한 성막 장치 및 플레이트를 제공한다.
본 실시 형태에 따른 성막 장치는, 기판을 수용 가능한 성막실과, 성막실의 상부에 마련되고 기판의 성막면 상에 프로세스 가스를 공급하는 복수의 노즐과 프로세스 가스의 온도 상승을 억제하는 냉각부를 갖는 가스 공급부와, 기판을 1500℃ 이상으로 가열하는 히터와, 성막실 내에 있어서 복수의 노즐의 제1 개구부가 형성된 가스 공급부의 하면에 대향하고, 해당 하면과 이격하여 배치된 플레이트를 구비하고, 플레이트는, 제1 개구부보다 작은 직경을 갖고, 해당 플레이트 면내에 대략 균등하게 배치된 복수의 제2 개구부와, 가스 공급부와의 대향면에 돌출되고, 플레이트의 면내를 복수 영역으로 칸막이하는 칸막이부를 포함한다.
본 실시 형태에 따른 플레이트는, 성막실 내의 기판의 성막면 상에 가스를 공급하는 가스 공급부와 대향하고, 해당 가스 공급부로부터 이격하여 배치되는 플레이트로서, 가스 공급부에 마련되고 가스를 공급하는 노즐의 제1 개구부보다 작은 직경을 갖고, 해당 플레이트 면내에 대략 균등하게 배치된 복수의 제2 개구부와, 가스 공급부와의 대향면에 있어서 돌출되는 칸막이부를 구비한다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 구성예를 도시하는 단면도.
도 2는 챔버의 헤드부의 구성예를 도시하는 단면도.
도 3은 플레이트와 제1 개구부의 배치 관계를 도시하는 도면.
도 4는 도 3의 4-4선을 따른 단면도.
도 5는 플레이트의 측면도.
도 6은 노즐에 측온 창을 설치한 가스 공급부의 구성예를 도시하는 단면도.
도 7은 가스 공급부와 플레이트 사이의 간극을 도시하는 확대도.
도 8a는 기판의 면내에 있어서의 막의 도핑 농도의 변동을 나타내는 그래프.
도 8b는 기판의 면내에 있어서의 막의 도핑 농도의 변동을 나타내는 그래프.
도 9a는 기판의 면내에 있어서의 막 두께의 변동을 나타내는 그래프.
도 9b는 기판의 면내에 있어서의 막 두께의 변동을 나타내는 그래프.
도 10은 제2 실시 형태에 따른 플레이트와 제1 개구부의 배치 관계를 도시하는 도면.
도 11은 제3 실시 형태에 따른 플레이트의 구성예를 도시하는 도면.
도 12는 도 11의 12-12선을 따른 단면도.
도 13은 칸막이부의 구성예를 도시하는 사시도.
도 14는 지그의 구성예를 도시하는 사시도.
도 15는 지그의 구성예를 도시하는 사시도.
도 16은 제3 실시 형태의 변형예에 따른 플레이트의 구성예를 도시하는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 관한 실시 형태를 설명한다. 본 실시 형태는 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 도면은 모식적 또는 개념적인 것이며, 각 부분의 비율 등은 반드시 현실의 것과 동일하다고는 할 수 없다. 명세서와 도면에 있어서, 이미 나온 도면에 관하여 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명은 적절하게 생략한다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 성막 장치(1)의 구성예를 도시하는 단면도이다. 성막 장치(1)는, 챔버(10)와, 라이너(20)와, 냉각부(31, 35)와, 가스 공급부(40)와, 배기부(50)와, 서셉터(60)와, 지지부(70)와, 회전 기구(80)와, 하부 히터(90)와, 상부 히터(95)와, 리플렉터(100)와, 라이너(110)와, 플레이트(120)와, 단열재(96)를 구비하고 있다.
성막실로서의 챔버(10)는, 기판(W)을 수용 가능하며, 예를 들어 스테인리스제이다. 챔버(10)의 내부는, 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 감압되어 있다. 챔버(10)는, 헤드부(12)와, 동체부(13)를 갖는다. 헤드부(12)에는, 가스 공급부(40) 및 냉각부(31)가 마련되어 있다. 가스 공급부(40)로부터 공급된 원료 가스, 캐리어 가스, 어시스트 가스, 도핑 가스를 포함하는 프로세스 가스는, 챔버(10)의 헤드부(12)의 내부에서 냉각부(31)에 의해 온도 상승이 억제된다. 따라서, 챔버(10)의 헤드부(12)의 내부를, 이하, 온도 상승 억제 영역(Rc)이라고 칭한다. 또한, 어시스트 가스란, 원료 가스의 과잉 반응을 억제하는 등의 역할을 하는 가스이다. 예를 들어, SiC막의 형성에 있어서, 원료 가스로서 Si계 가스를 사용한 경우에, 어시스트 가스로서 HCl을 첨가함으로써, 기상 중에서의 Si의 클러스터화를 억제하는 등의 효과가 있다.
동체부(13)에 있어서의 챔버(10)의 내부에는, 서셉터(60), 회전 기구(80), 하부 히터(90) 및 상부 히터(95) 등이 마련되어 있다. 가스 공급부(40)로부터 공급된 가스는, 동체부(13)의 내부에 있어서 가열되어, 기판(W)의 표면에 있어서 반응한다. 이에 의해, 기판(W) 상에 막이 에피택셜 성장된다. 막은, 예를 들어 SiC막 등이다.
챔버(10)의 헤드부(12)에 구비된 라이너(110)의 내경은, 동체부(13)에 구비된 라이너(20)의 내경과 동등하거나, 그보다 작다. 라이너(110)는, 챔버(10)의 헤드부(12)의 내벽을 피복하여, 퇴적물이 헤드부(12)의 내벽에 생성되는 것을 억제하는 중공 원통의 부재이다. 라이너(110)의 재료로서는 적외선의 투과율이 높은 재료, 예를 들어 석영이 사용된다. 이와 같이 함으로써, 라이너(20)나 서셉터(60), 기판(W)을 통한 상부 히터(95)와 하부 히터(90)로부터의 복사에 의해, 라이너(110)가 고온으로 가열되는 것을 억제한다. 또한, 라이너(110)는, 열변형되어도, 동체부(13)의 내벽과 스치는 일이 없도록 배치된다. 이를 위해, 라이너(110)의 외벽면과, 동체부(13)의 내벽면은, 라이너(110)를 지지하는 헤드부(12)의 내벽측에 마련된 도시하지 않은 지지부(도 2의 지지부(140))를 제외하고, 이격하여 배치되어 있다.
라이너(20)는, 챔버(10)의 내벽을 피복하여, 퇴적물이 상부 히터(95)나, 단열재(96), 동체부(13)의 내벽에 생성되는 것을 억제하는 중공 통 형상의 부재이다. 라이너(20)는, 상부 히터(95)로부터의 복사에 의해 고온으로 가열되어, 기판(W)을 복사에 의해 가열하기 위한 핫월로서의 역할을 한다. 라이너(20)의 재료로서는, 내열성이 높은 재료가 선택되며, 예를 들어 카본이나, SiC로 코트된 카본 등이 사용된다.
냉각부(31)는, 챔버(10)의 헤드부(12)에 마련되어 있으며, 예를 들어 냉매(예를 들어, 물)의 유로로 되어 있다. 유로를 냉매가 흐름으로써, 냉각부(31)는, 온도 상승 억제 영역(Rc) 내의 가스의 온도 상승을 억제한다. 또한, 후술하는 도 2에 도시하는 바와 같이, 가스 공급부(40)의 각 노즐(N)의 주위에도 냉각부(32)가 마련되어 있다. 이에 의해, 온도 상승 억제 영역(Rc)에 공급되는 가스의 온도 상승을 억제할 수 있다. 그것과 함께, 냉각부(31)는, 상부 히터(95)나 하부 히터(90)로부터의 복사에 의해 챔버(10)의 헤드부(12)를 가열하지 않도록 한다.
냉각부(35)는, 챔버(10)의 동체부(13)에 마련되어 있고, 냉각부(31)와 마찬가지로, 예를 들어 냉매(예를 들어, 물)의 유로로 되어 있다. 그러나, 냉각부(35)는, 동체부(13) 내의 공간을 냉각하기 위해 마련되어 있는 것이 아니라, 상부 히터(95)나 하부 히터(90)로부터의 열이 챔버(10)의 동체부(13)를 가열하지 않도록 마련되어 있다.
가스 공급부(40)는, 기판(W)의 표면에 대향하는 챔버(10)의 상면에 마련되어 있고, 복수의 노즐을 갖는다. 가스 공급부(40)는, 하부 히터(90) 및 상부 히터(95)보다 상방에 마련되어 있고, 온도 상승 억제 영역(Rc)의 상부에 마련되어 있다. 가스 공급부(40)는, 노즐을 통하여, 원료 가스(Si계 가스, C계 가스 등), 도핑 가스(질소 가스, 알루미늄 함유 가스 등), 어시스트 가스(HCl 가스 등) 및 캐리어 가스(수소 가스, 아르곤 가스 등)를 챔버(10)의 내부의 온도 상승 억제 영역(Rc)에 공급한다.
배기부(50)는, 챔버(10)의 저부에 마련되어 있고, 성막 처리에 사용된 후의 가스를 챔버(10)의 외부로 배기한다.
서셉터(60)는, 기판(W)을 적재 가능한 원환상의 부재이며, 예를 들어 카본제이다. 지지부(70)는, 서셉터(60)를 지지 가능한 원통형의 부재이며, 예를 들어 서셉터(60)와 마찬가지로 카본제이다. 지지부(70)는, 회전 기구(80)에 접속되어 있고, 회전 기구(80)에 의해 회전 가능하게 구성되어 있다. 지지부(70)는, 서셉터(60)와 함께 기판(W)을 회전시킬 수 있다. 서셉터(60) 및 지지부(70)는, 카본 외에, 예를 들어 SiC(탄화규소), TaC(탄화탄탈럼), W(텅스텐), Mo(몰리브덴) 등의 1500℃ 이상의 내열성이 있는 재료로 형성되어도 된다. 또한, 서셉터(60) 및 지지부(70)에는, 카본에 SiC나 TaC 등을 코트한 것을 사용할 수도 있다.
하부 히터(90)는, 서셉터(60) 및 기판(W)의 하방, 또한 지지부(70)의 내부에 마련되어 있다. 하부 히터(90)는, 서셉터(60)를 통하여, 기판(W)을 그 하방으로부터 가열한다. 상부 히터(95)는, 챔버(10)의 동체부(13)의 내주에 마련된 단열재(96)의 측면을 따라 마련되어 있고, 라이너(20)를 통하여, 기판(W)을 그 상방으로부터 가열한다. 회전 기구(80)가 기판(W)을, 예를 들어 300rpm 이상의 회전 속도로 회전시키면서, 하부 히터(90) 및 상부 히터(95)가, 그 기판(W)을 1500℃ 이상의 고온으로 가열한다. 이에 의해, 기판(W)이 균일하게 가열될 수 있다.
리플렉터(100)는, 챔버(10)의 헤드부(12)와 동체부(13)의 사이에 마련되어 있으며, 예를 들어 카본제이다. 리플렉터(100)는, 하부 히터(90), 상부 히터(95)로부터의 열을 하방으로 반사한다. 이에 의해, 헤드부(12)의 온도가 하부 히터(90), 상부 히터(95)로부터의 복사에 의해 과잉으로 상승하지 않도록 한다. 리플렉터(100)와 냉각부(31)는, 온도 상승 억제 영역(Rc)의 온도를 원료 가스의 반응 온도 미만으로 하도록 기능한다. 리플렉터(100)는, 카본 외에, 예를 들어 SiC(탄화규소), TaC(탄화탄탈럼), W(텅스텐), Mo(몰리브덴) 등의 1500℃ 이상의 내열성이 있는 재료로 형성되어도 된다. 리플렉터(100)는, 1매의 박판이어도 되지만, 열을 효율적으로 반사하기 위해 복수의 박판을 적당한 간격으로 이격시킨 구조로 하는 것이 바람직하다.
라이너(110) 및 플레이트(120)의 구성에 대해서는, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는, 챔버(10)의 헤드부(12)의 구성예를 도시하는 단면도이다. 가스 공급부(40)에는, 복수의 노즐(N)이 마련되어 있다. 노즐(N)은, 챔버(10) 내의 서셉터(60) 상에 적재된 기판(W)의 표면을 향하여 원료 가스, 도핑 가스, 어시스트 가스 및 캐리어 가스를 분출하도록 마련되어 있다. 가스 공급부(40)는, 기판(W)의 표면에 대하여 대략 수직 방향(즉, 대략 연직 방향) D1로 원료 가스, 도핑 가스, 어시스트 가스, 캐리어 가스 등의 가스를 분출한다. 노즐(N)은, 원료 가스, 도핑 가스, 어시스트 가스, 캐리어 가스 등의 가스를, 노즐(N)에 접속된 도시하지 않은 가스 배관으로부터, 온도 상승 억제 영역(Rc)에 도입한다. 노즐(N)의 제1 개구부(OP1)는, 챔버(10)의 내측에 있고, 가스를 분출하는 노즐(N)의 개구이다. 가스 공급부(40)에는, 노즐(N)의 주위에 냉각부(32)를 마련하고 있고, 가스 공급부(40)와 헤드부(12)의 온도가 과잉으로 상승하는 것을 억제한다.
라이너(110)는, 챔버(10) 내의 헤드부(12)의 내벽을 피복하여, 퇴적물이 헤드부(12)의 내벽에 생성되는 것을 억제하는 중공 원통의 부재이다. 라이너(110)는, 헤드부(12)의 내벽측에 마련된 지지부(140)에 의해 지지된다. 라이너(110)의 재료로서는 적외선의 투과율이 높은 재료, 예를 들어 석영이 사용된다. 이와 같이 함으로써, 라이너(20)나 서셉터(60), 기판(W) 등을 통한 상부 히터(95)와 하부 히터(90)로부터의 복사에 의해, 라이너(110)가 고온으로 가열되는 것을 억제한다. 또한, 라이너(110)는, 열변형되어도, 헤드부(12)의 내벽과 접촉하는 일이 없도록 배치된다. 이 때문에, 라이너(110)의 외벽면은, 지지부(140)를 제외하고, 헤드부(12)의 내벽면으로부터 이격하여 배치되어 있다.
플레이트(120)는, 가스 공급부(40)의 하부에 마련되며, 또한 라이너(110)의 내측 에지를 따라 마련되어 있다. 플레이트(120)는, 대략 원형의 평면 형상을 갖고, 석영 등의 적외선의 투과율이 높은 재료로 구성되어 있다. 이와 같이 함으로써, 플레이트(120)가 고온으로 가열되는 것을 억제한다. 플레이트(120)는, 플레이트(120)의 지지부(121d)에 의해, 라이너(110) 상에 부분적으로 적재된다. 또한, 지지부(121d)와 라이너(110)의 접촉부를 제외하고, 플레이트(120)와 라이너(110)의 사이에는, 간극(GP2)이 마련되어 있다. 간극(GP2)은, 후술하는 개구부(OP10)로부터의 퍼지 가스를, 라이너(110)의 내주측면을 따라 흘릴 수 있다. 이와 같이 함으로써, 후술하는 제2 개구부(OP2)로부터 온도 상승 억제 영역(Rc)에 도입된 원료 가스를, 라이너(110)에 도달시키기 어렵게 할 수 있어, 라이너(110) 표면에서의 반응 부생성물의 생성을 억제한다.
플레이트(120)는, 챔버(10) 내에 있어서 가스 공급부(40)의 복수의 노즐(N)의 제1 개구부(OP1)에 대향하는 위치에 마련되어 있고, 가스 공급부(40)의 하면으로부터 이격하여 배치되어 있다. 플레이트(120)는, 제1 개구부(OP1)가 있는 가스 공급부(40)의 하면을 피복하도록 마련되어 있다. 한편, 가스 공급부(40)의 가스 공급부(40)와 플레이트(120)의 사이에는, 간극(GP)이 있고, 플레이트(120)는, 가스 공급부(40)에는 직접 접촉하고 있지 않다. 이에 의해, 플레이트(120)가 온도 상승에 의해 열변형되어도, 플레이트(120)가 가스 공급부(40)의 하면에 간섭하는 것을 억제한다.
플레이트(120)는, 플레이트 면내에 대략 균등하게 배치된 복수의 제2 개구부(OP2)를 갖는다. 제2 개구부(OP2)는, 제1 개구부(OP1)보다 작은 직경을 갖는다. 따라서, 제1 개구부(OP1)로부터의 가스는, 일단 간극(GP)에 체류하고, 그 후 제2 개구부(OP2)를 통하여 온도 상승 억제 영역(Rc)에 대략 균등하게 도입된다. 이와 같이, 플레이트(120)는, 제2 개구부(OP2)에 의해, 가스의 정류 효과를 갖는다.
또한, 플레이트(120)는, 가스 공급부(40)와의 대향면(F120)에 있어서 돌출되는 칸막이부(121a, 121b, 121c)를 포함한다. 후술하는 바와 같이, 복수의 칸막이부(121a, 121b, 121c)가, 플레이트(120)의 대향면(F120) 내에 있어서 대략 원형으로 동심원 형상으로 마련되어 있다.
가스 공급부(40)에 마련된 개구부(OP10)는, 퍼지 가스를 공급하기 위해 마련된 구멍이다. 상술한 바와 같이, 개구부(OP10)로부터 공급된 퍼지 가스는, 플레이트(120)와 라이너(110) 사이의 간극(GP2)을 통하여, 라이너(110)의 내주측면을 따라 흐른다. 이와 같이 함으로써, 제2 개구부(OP2)로부터 온도 상승 억제 영역(Rc)에 도입된 원료 가스를, 라이너(110)에 도달시키기 어렵게 할 수 있어, 라이너(110)의 표면에서의 반응 부생성물의 생성을 억제한다.
도 3은, 플레이트(120)와 제1 개구부(OP1)의 배치 관계를 도시하는 도면이다. 도 4는, 도 3의 4-4선을 따른 단면도이다. 도 5는, 플레이트(120)의 측면도이다. 도 3 내지 도 5를 참조하여, 플레이트(120)의 구성 및 제1 개구부(OP1)의 배치를 설명한다.
플레이트(120)는, 대향면(F120) 상에 복수의 칸막이부(121a, 121b, 121c)를 갖는다. 칸막이부(121a, 121b, 121c) 중 가장 내주측에 있는 제1 칸막이부(121a)로 둘러싸인 중심 영역이 제1 플레이트 영역(R1)이다. 제1 칸막이부(121a)의 외주측에 있는 제2 칸막이부(121b)와 제1 칸막이부(121a) 사이의 중간 영역이 제2 플레이트 영역(R2)이다. 제2 칸막이부(121b)의 외주측에 있는 제3 칸막이부(121c)와 제2 칸막이부(121b) 사이의 외측 영역이 제3 플레이트 영역(R3)이다.
제2 개구부(OP2)는, 플레이트 면내에 대략 균등하게 배치되며, 영역(R1 내지 R3)의 각각에 공급된 가스를 대략 균등하게 챔버(10) 내에 도입한다. 제1 플레이트 영역(R1)에 대향하는 제1 개구부(OP1)를 OP1_1이라 하고, 제2 플레이트 영역(R2)에 대향하는 제1 개구부(OP1)를 OP1_2라 하고, 제3 플레이트 영역(R3)에 대향하는 제1 개구부(OP1)를 OP1_3이라 하자. 개구부(OP1_1 내지 OP1_3)는, 칸막이부(121a 내지 121c)에 의해 칸막이된 영역(R1 내지 R3)에 각각 가스를 공급한다. 개구부(OP1_1 내지 OP1_3)의 노즐(N)은, 서로 다른 농도의 가스 또는 서로 다른 종류(조성)의 가스를, 가스 공급부(40)와 플레이트(120) 사이의 간극(GP)에 공급한다. 따라서, 간극(GP)에서는, 칸막이부(121a 내지 121c)에 의해, 영역(R1 내지 R3)에 공급된 가스가 서로 거의 혼합되지 않고, 제2 개구부(OP2)를 통하여 챔버(10) 내에 도입된다.
가스 공급부(40)는, 원료 가스(예를 들어, 실란 가스, 프로판 가스 등), 도핑 가스(예를 들어, 질소 가스, TMA(트리메틸알루미늄) 가스, 디보란 등), 어시스트 가스(HCl 가스 등), 캐리어 가스(예를 들어, 수소 가스, 아르곤 가스 등)를 노즐(N)로부터 공급한다.
가스 공급부(40)는, 영역(R1 내지 R3)에 있어서, 원료 가스, 도핑 가스, 어시스트 가스, 캐리어 가스의 비율 또는 농도를 변경할 수 있다. 예를 들어, 가스 공급부(40)는, 원료 가스의 실란의 실리콘양과 프로판 가스의 카본양의 비(C/Si비)를 영역(R1 내지 R3)에 있어서 변경할 수 있다. 또한, 가스 공급부(40)는, 캐리어 가스의 수소 가스의 유량을 영역(R1 내지 R3)에 있어서 변경할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)의 면내에 있어서의 SiC막의 막 두께나 도핑 농도를 대략 균일하게 조정할 수 있다.
이와 같이, 가스 공급부(40)는, 영역(R1 내지 R3)의 각각에 다른 농도비의 가스를 공급할 수 있다. 플레이트(120)는, 칸막이부(121a 내지 121c)를 가지므로, R1 내지 R3의 간극(GP)에 공급된 가스의 혼합을 억제하고, 제2 개구부(OP2)로부터 각각 대략 균등하게 챔버(10) 내에 도입한다.
또한, 본 실시 형태에 따른 플레이트(120)는, 가스 공급부(40)의 제1 개구부(OP1_1 내지 OP1_3)와 대향하여 제2 개구부(OP2)를 갖지만, 제2 개구부(OP2)보다 큰 개구부를 갖고 있지 않다. 따라서, 제1 개구부(OP1_1 내지 OP1_3)로부터 공급된 가스는, 그대로 챔버(10) 내에 직접 도입되지 않고, 영역(R1 내지 R3)의 각각의 간극(GP)에서 일단 체류하고 나서, 제2 개구부(OP2)를 통하여 챔버(10) 내에 도입된다. 이에 의해, 플레이트(120)는, 영역(R1 내지 R3)의 각각으로부터 가스를 대략 균등하게 챔버(10) 내에 도입할 수 있다.
가스 공급부(40)는, 도 3에 도시하는 바와 같이 제3 개구부(OP3)를 갖는다. 제3 개구부(OP3)는, 챔버(10)의 내부 온도를 방사 온도계(도시하지 않음)로 측정하기 위한 파이로 광로이다. 방사 온도계는, 측온 창이 설치된 노즐을 통하여 기판(W)의 표면 온도를 측정한다. 예를 들어, 도 6은, 노즐(N)에 측온 창(130)을 설치한 가스 공급부(40)의 구성예를 도시하는 단면도이다. 노즐(N)의 제3 개구부(OP3)에 배관(PL1)을 통하여 설치되어 있다. 방사 온도계는, 배관(PL1)을 통하여 챔버(10) 내의 기판(W)의 표면 온도를 측정한다. 배관(PL1)은 측온 창(130)과는 별도로 배관(PL2)과 연통되어 있고, 화살표 A로 나타내는 바와 같이 가스(예를 들어, 수소, 아르곤 등)를 흘릴 수 있다. 도 3에 도시하는 예에서는, 측온 창은 영역(R1 내지 R3)의 각각의 제3 개구부(OP3)에 마련되어 있다.
도 7은, 가스 공급부(40)와 플레이트(120) 사이의 간극(GP)을 도시하는 확대도이다. 가스 공급부(40)의 하면(가스 공급면)(F40)과 플레이트(120)의 상면(대향면)(F120) 사이의 제1 거리를 d1이라 하고, 하면(F40)과 칸막이부(121a 내지 121c) 사이의 제2 거리를 d2라 하자. 제2 거리 d2는, 제1 거리 d1보다 작다.
예를 들어, 제1 거리 d1은 약 1.0mm 내지 8.0mm이고, 제2 거리 d2는 약 0.5mm 내지 2mm로 하는 것이 바람직하다. 제1 거리 d1이 1.0mm 미만인 경우, 칸막이부(121a 내지 121c)에 의한 가스의 분리 효과를 얻기 어려워진다. 또한, 제1 거리 d1이 8.0mm보다 큰 경우, 플레이트(120)로부터 가스 공급부(40)로의 방열 효과가 억제된다. 또한, 제2 거리 d2가 0.5mm 미만인 경우, 온도 상승에 의해 플레이트(120)가 변형됨으로써, 칸막이부(121a 내지 121c)의 일부가 가스 공급부(40)에 간섭할 우려가 있다. 한편, 제2 거리 d2가 2.0mm보다 크면, 칸막이부(121a 내지 121c)가 영역(R1 내지 R3)에 있어서 가스를 분리할 수 없게 된다. 또한, d1과 d2의 비율(d2/d1)은 0.5 이하인 것이 바람직하다. d2/d1이 0.5 이상이 되면, 가스의 분리 효과를 얻기 어려워지기 때문이다.
플레이트(120)의 제2 개구부(OP2)의 직경은, 예를 들어 0.5mm 이상 5mm 이하이다. 또한, 플레이트(120)에 마련된 제2 개구부(OP2)의 총 면적은, 플레이트(120)의 면(F120) 혹은 그 반대측의 면의 면적에 대하여 5％ 이상 25％ 이하이다. 제2 개구부(OP2)가 0.5mm 미만인 경우, 플레이트(120)로부터 챔버(10)의 내부로의 가스의 흐름이 악화되기 때문에, 간극(GP)에 가스가 체류하기 쉬워진다. 이 때문에, 칸막이부(121a 내지 121c)로 칸막이된 영역(R1 내지 R3)에 있어서의 가스의 분리 효과를 얻기 어려워진다. 제2 개구부(OP2)가 5mm보다 큰 경우, 플레이트(120)가 제1 개구부(OP1)의 위치에 의존하여 불균일하게 가스를 통과시켜 버리므로, 가스의 정류 효과를 얻기 어려워진다. 또한, 제2 개구부(OP2)의 총 면적이 플레이트(120)의 면(F120) 혹은 그 반대측의 면의 면적에 대하여 5％ 미만인 경우, 가스의 흐름이 악화되기 때문에, 간극(GP)에 가스가 체류하기 쉬워진다. 이 때문에, 영역(R1 내지 R3)의 가스 분리 효과를 얻기 어려워진다. 한편, 제2 개구부(OP2)의 총 면적이 플레이트(120)의 면(F120) 혹은 그 반대측의 면의 면적에 대하여 25％보다 큰 경우, 플레이트(120)가 제1 개구부(OP1)의 위치에 의존하여 불균일하게 가스를 통과시켜 버리므로, 플레이트(120)에 의한 정류 효과를 얻기 어려워진다. 또한, 제2 개구부(OP2)가 열에 의해 변형되기 쉬워진다.
이러한 구성으로 함으로써, 본 실시 형태에 따른 성막 장치(1)는, 칸막이부(121a 내지 121c)에 의해 간극(GP)에 있어서의 가스의 혼합을 억제하면서, 영역(R1 내지 R3)의 가스 농도나 유량을 변동시킬 수 있다. 그 결과, 기판(W) 상에 형성되는 막의 막질(막 두께, 도핑 농도, 혼정 조성비, 결정성 등)의 균일성을 높일 수 있다.
도 8a 및 도 8b는, 기판(W) 면내의 막 중 도핑 농도 분포를 나타내는 그래프이다. 도 8a 및 도 8b는, 원료 가스의 실란의 실리콘양과 프로판 가스의 카본양의 비(C/Si비)를 영역(R1 내지 R3)에 있어서 변경한 경우의 도핑 농도의 변동을 나타내고 있다. 종축은, 성막된 막(예를 들어, SiC막)의 도핑 농도(평균값으로 규격화한 것)를 나타낸다. 횡축은, 기판(W)의 중심을 0으로 하여, 그 중심 0으로부터의 거리이다.
도 8a에서는, 가스 공급부(40)는, 가스의 C/Si비를 제1 플레이트 영역(R1)에 있어서 5.7, 제2 플레이트 영역(R2)에 있어서 1.3, 제3 플레이트 영역(R3)에 있어서 1.0으로, 기판(W)의 중심으로부터 단부로 점차 저하시키고 있다. 이에 의해, 기판(W) 면내의 막 중 도핑 농도 분포는, 기판(W)의 중심에 있어서 비교적 낮고, 단부에 있어서 비교적 높게 되어 있다. 즉, 도핑 농도는, 기판(W)의 면내에 있어서, 대략 U자형으로 되어 있다.
이에 비해, 도 8b에서는, 가스 공급부(40)는, 가스의 C/Si비를 제1 플레이트 영역(R1)에 있어서 1.9, 제2 플레이트 영역(R2)에 있어서 0.18, 제3 플레이트 영역(R3)에 있어서 4.3으로, 중심부로부터 단부를 향하여 일단 저하시키고 나서 상승시키고 있다. 이에 의해, 막 중 도핑 농도 분포는, 도 8a에 도시되는 것보다 편평하게 되어 있어, 도핑 농도의 면내 균일성이 향상되어 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 성막 장치(1)는, 가스 공급부(40)의 중심으로부터 외주 방향으로의 가스의 C/Si비를 조절함으로써, 기판(W) 상에 성막되는 막의 도핑 농도의 분포 형상을 제어할 수 있다. 즉, 기판(W) 상에 성막되는 막의 도핑 농도의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 9a 및 도 9b는, 캐리어 가스의 수소 가스의 유량을 영역(R1 내지 R3)에 있어서 변경한 경우의 막 두께의 변동을 나타내는 그래프이다. 도 9a 및 도 9b에 있어서 종축은, 성막된 막(예를 들어, SiC막)의 막 두께(평균값으로 규격화한 것)를 나타낸다. 횡축은, 기판(W)의 중심을 0으로 하여, 그 중심 0으로부터의 거리이다.
도 9a에서는, 가스 공급부(40)는, 수소 가스의 유량을 제1 플레이트 영역(R1)에 있어서 20L, 제2 플레이트 영역(R2)에 있어서 62L, 제3 플레이트 영역(R3)에 있어서 70L로, 기판(W)의 중심으로부터 단부로 완만하게 증가시키고 있다. 이에 의해, 막 두께는, 기판(W)의 중심에 있어서 비교적 얇게, 단부에 있어서 두껍게 되어 있다. 즉, 도핑 농도는, 기판(W)의 면내에 있어서, 대략 M자형으로 되어 있다.
이에 비해, 도 9b에서는, 가스 공급부(40)는, 수소 가스의 유량을 제1 플레이트 영역(R1)에 있어서 13.5L, 제2 플레이트 영역(R2)에 있어서 34.5L, 제3 플레이트 영역(R3)에 있어서 104L로, 기판(W)의 중심으로부터 단부로 급준하게 증가시키고 있다. 이에 의해, 막 두께는, 최단부에서 얇게 되어 있기는 하지만, 기판(W)의 중심으로부터 단부에 걸쳐 대략 균일화되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 성막 장치(1)는, 수소 가스의 유량을 조절함으로써, 기판(W) 상에 성막되는 막의 막 두께의 분포 형상을 제어할 수 있다. 즉, 기판(W) 상에 성막되는 막의 막 두께의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 10은, 제2 실시 형태에 따른 플레이트(120)와 제1 개구부(OP1)의 배치 관계를 도시하는 도면이다. 제2 실시 형태에서는, 플레이트(120)는, 도 6을 참조하여 설명한 제3 개구부(파이로 광로)(OP3)에 대응하는 위치에 제4 개구부(OP4)를 갖는다. 제4 개구부(OP4)의 직경은, 제3 개구부(OP3)의 직경과 동일하거나 그보다 큰 것이 바람직하다. 제4 개구부(OP4)는, 제3 개구부(OP3)로부터의 수소 가스를, 플레이트(120)와 가스 공급부(40) 사이의 간극(GP)에 공급하지 않고, 챔버(10)에 흘릴 수 있다. 또한, 제3 개구부(OP3)가 플레이트(120)에 의해 차단되지 않는다. 따라서, 방사 온도계는, 제3 개구부(OP3)를 통하여 기판(W)의 온도를 정확하게 측정 가능하게 된다.
또한, 플레이트(120)는, 제4 개구부(OP4)의 주위 전체에 칸막이부(121e)를 갖는다. 칸막이부(121e)는, 칸막이부(121a 내지 121c) 중 어느 것과 연속되어 있으며, 또한 제4 개구부(OP4)의 각각을 개별적으로 둘러싸고 있다. 따라서, 제3 개구부(OP3)로부터의 수소 가스가, 플레이트(120)와 가스 공급부(40) 사이의 간극(GP)에 진입하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 성막 장치(1)는, 영역(R1 내지 R3)의 각각에 있어서의 수소 가스의 유량을 용이하게 제어할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 11은, 제3 실시 형태에 따른 플레이트(120)의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 12는, 도 11의 12-12선을 따른 단면도이다. 제3 실시 형태에 따르면, 칸막이부(121a, 121b)가, 착탈 가능한 복수의 지그(예를 들어, 도 13의 150a, 150b 등)에 의해 구성되어 있다. 칸막이부(121a, 121b)는, 플레이트(120)로의 가스의 공급 방향으로부터 본 평면 레이아웃에 있어서, 대략 사각형, 대략 원형, 대략 타원형, 대략 다각형 중 어느 것이어도 된다. 칸막이부(121a, 121b)는, 복수의 지그(150a, 150b) 등을 조합함으로써, 플레이트(120) 상에 있어서 임의의 평면 형상으로 구성할 수 있다. 이와 같이, 제3 실시 형태에서는, 칸막이부(121a, 121b)가 플레이트(120)와 별체로서 마련되어 있고, 복수의 지그(150a, 150b) 등의 조합에 의해, 플레이트 영역(R1 내지 R3)을 임의로 칸막이할 수 있다. 칸막이부(121a, 121b)를 구성하는 복수의 지그(150a, 150b) 등에는, 플레이트(120)와 동일한 재료(예를 들어, 석영)를 사용해도 된다. 또한, 칸막이부(121a, 121b)는 각각 일체 형성되어 있어도 된다. 한편, 칸막이부(121a, 121b)는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 하부와 상부로 나누어져 있어도 된다. 이 경우, 칸막이부(121a, 121b)는, 각각 하부와 상부를 접속함으로써 구성된다.
도 13은, 칸막이부(121a)의 구성예를 도시하는 사시도이다. 도 14는, 지그(150a)의 구성예를 도시하는 사시도이다. 도 15는, 지그(150b)의 구성예를 도시하는 사시도이다. 칸막이부(121a)는, 서로 다른 형상을 갖는 복수의 지그(150a, 150b)에 의해 구성되어 있다. 칸막이부(121a)는, 4개의 지그(150a)와 4개의 지그(150b)를 조합함으로써, 4개의 각이 둥글게 된 대략 사각형의 형상을 갖는다.
지그(150a)는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 각기둥의 부재를 만곡하여 형성되어 있고, 돌기부(151a)를 갖는다. 돌기부(151a)는, 도 12에 도시하는 개구부(OP2)에 끼워 맞춰지도록 개구부(OP2)와 대략 상사의 평면 형상을 갖고, 해당 평면 형상에 있어서 개구부(OP2)보다 약간 작게 성형되어 있다. 지그(150a)의 수평 연신 방향의 길이와 수직 연신 방향의 길이는, 임의로 설정 가능하다. 또한, 도 14에서는, 지그(150a)가, 4개의 각이 둥글게 된 대략 사각형을 형성하기 위해 90도로 만곡되어 있지만, 임의의 형상을 형성하기 위해, 각은 임의의 각도로 만곡되어 형성되어도 된다.
지그(150b)는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 각기둥의 부재에 의해 형성되어 있고, 돌기부(151b)를 갖는다. 돌기부(151b)는, 돌기부(151a)와 마찬가지로 개구부(OP2)에 끼워 맞추도록 개구부(OP2)와 대략 상사의 평면 형상을 갖고, 해당 평면 형상에 있어서 개구부(OP2)보다 약간 작게 성형되어 있다. 지그(150b)의 수평 연신 방향의 길이와 수직 연신 방향의 길이는, 임의로 설정 가능하다.
지그(150a, 150b)의 돌기부(151a, 151b)를 개구부(OP2)에 끼움으로써, 지그(150a, 150b)가, 플레이트(120)의 표면에 있어서 고정되어, 칸막이부(121a)를 구성할 수 있다.
상기 칸막이부(121a, 121b)의 설명과 같이, 지그(150a, 150b)는 각각 일체 형성되어 있어도 된다. 한편, 지그(150a)는, 돌기부(151a)의 하부와 그 위의 상부로 나누어져 있어도 된다. 또한, 지그(150b)는, 돌기부(151b)의 하부와 그 위의 상부로 나누어져 있어도 된다. 이 경우, 지그(150a, 150b)는, 각각 하부와 상부를 접속함으로써 구성된다.
또한, 여기서는 칸막이부(121a)의 구성을 설명하고 있다. 칸막이부(121a)는, 지그(150a, 150b), 혹은 지그(150a, 150b)와는 형상 또는 크기가 상이한 다른 지그를 조합함으로써, 플레이트(120)로의 가스의 공급 방향으로부터 본 평면 레이아웃에 있어서의 형상을 바꿀 수 있다. 또한, 칸막이부(121b)도, 지그(150a, 150b), 혹은 지그(150a, 150b)와는 형상 또는 크기가 상이한 다른 지그를 조합함으로써, 플레이트(120)로의 가스의 공급 방향으로부터 본 평면 레이아웃에 있어서의 형상을 임의로 구성할 수 있다.
제3 실시 형태의 그 밖의 구성은, 제1 실시 형태의 대응하는 구성과 마찬가지여도 된다. 따라서, 도 11 및 도 12에 도시하는 바와 같이, 칸막이부(121a, 121b)는, 플레이트(120)의 표면으로부터 돌출되어 있고, 플레이트(120)를 플레이트 영역(R1 내지 R3)으로 칸막이한다. 또한, 지그(150a, 150b)의 크기를 바꿈으로써, 도 7에 도시하는 바와 같은 하면(F40)과 칸막이부(121a, 121b) 사이의 제2 거리 d2를 조정할 수 있다. 이에 의해, 제3 실시 형태는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(변형예)
도 16은, 제3 실시 형태의 변형예에 따른 플레이트(120)의 구성예를 도시하는 도면이다. 본 변형예에 따르면, 플레이트(120)로의 가스의 공급 방향으로부터 본 평면 레이아웃에 있어서, 칸막이부(121a, 121b)의 평면 형상이 도 11의 그것과 다르다. 본 변형예의 그 밖의 구성은, 제3 실시 형태의 구성과 마찬가지여도 된다. 이와 같이, 칸막이부(121a, 121b)의 평면 형상은, 지그의 형상 및 조합에 따라 임의로 변경 가능하다. 또한, 칸막이부의 수는 3개 이상이어도 된다. 칸막이부의 수를 증대시킴으로써, 플레이트 영역을 보다 잘게 구분할 수 있다. 본 변형예는, 제3 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 몇 개의 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시 형태는, 그 밖의 여러 가지의 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그의 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 마찬가지로, 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그의 균등의 범위에 포함되는 것이다.
1: 성막 장치
10: 챔버
20: 라이너
31, 35: 냉각부
40: 가스 공급부
50: 배기부
60: 서셉터
70: 지지부
80: 회전 기구
90: 하부 히터
95: 상부 히터
100: 리플렉터
110: 라이너
120: 플레이트
N: 노즐
OP1: 제1 개구부
OP2: 제2 개구부
OP3: 제3 개구부
OP4: 제4 개구부
121a 내지 121c: 칸막이부
R1 내지 R3: 제1 내지 제3 플레이트 영역
W: 기판

Claims (17)

  1. 기판을 수용 가능한 성막실과,
    상기 성막실의 상부에 마련되고 상기 기판의 성막면 상에 프로세스 가스를 공급하는 복수의 노즐과, 상기 프로세스 가스의 온도 상승을 억제하는 냉각부를 갖는 가스 공급부와,
    상기 기판을 1500℃ 이상으로 가열하는 히터와,
    상기 성막실 내에 있어서 상기 복수의 노즐의 제1 개구부가 형성된 상기 가스 공급부의 하면에 대향하고, 해당 하면과 이격하여 배치된 플레이트를 구비하고,
    상기 플레이트는,
    상기 제1 개구부보다 작은 직경을 갖고, 해당 플레이트 면내에 대략 균등하게 배치된 복수의 제2 개구부와,
    상기 가스 공급부와의 대향면에 돌출되고, 상기 플레이트의 면내를 복수 영역으로 칸막이하는 칸막이부를 포함하는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는, 상기 칸막이부로 둘러싸인 제1 플레이트 영역과, 상기 칸막이부의 외주측에 있는 제2 플레이트 영역을 갖고,
    상기 제1 플레이트 영역과 상기 제2 플레이트 영역에, 서로 다른 농도 또는 서로 다른 유량으로 상기 가스 공급부로부터 프로세스 가스를 공급하는, 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 칸막이부가, 상기 대향면에 있어서 동심원 형상으로 마련되는, 성막 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 성막실의 내부 온도를 측정하기 위한 제3 개구부를 갖고,
    상기 플레이트는, 상기 제3 개구부에 대향하는 위치에, 상기 제3 개구부와 동일하거나 보다 큰 제4 개구부를 갖고, 상기 칸막이부는, 또한 상기 제4 개구부의 주위에 마련되는, 성막 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 칸막이부는, 상기 제4 개구부의 주위에 마련되어 있는, 성막 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 노즐이 대향하는 상기 플레이트의 대향 위치에도, 상기 제2 개구부가 마련되어 있는, 성막 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부와 상기 플레이트 사이의 간극은 1.0mm 내지 8.0mm이고,
    상기 가스 공급부와 상기 칸막이부 사이의 간극은 0.5mm 내지 2mm인, 성막 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 개구부의 직경은 0.5mm 내지 5mm인, 성막 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 칸막이부는, 상기 플레이트에 착탈 가능하게 설치되어 있는, 성막 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 칸막이부는, 상기 제2 개구부에 끼워 넣어지는 돌기부를 갖는, 성막 장치.
  11. 성막실 내의 기판의 성막면 상에 가스를 공급하는 가스 공급부와 대향하고, 해당 가스 공급부로부터 이격하여 배치된 플레이트이며,
    상기 가스 공급부에 마련되고 상기 가스를 공급하는 노즐의 제1 개구부보다 작은 직경을 갖고, 해당 플레이트 면내에 대략 균등하게 배치된 복수의 제2 개구부와,
    상기 가스 공급부에 대한 대향면에 있어서 돌출되는 칸막이부를 구비하는, 플레이트.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 칸막이부로 둘러싸인 제1 플레이트 영역과, 상기 칸막이부의 외주측에 있는 제2 플레이트 영역을 갖는, 플레이트.
  13. 제11항에 있어서,
    복수의 상기 칸막이부가, 상기 대향면에 있어서 동심원 형상으로 마련되는, 플레이트.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 성막실의 내부 온도를 측정하기 위한 제3 개구부를 갖고,
    상기 제3 개구부에 대향하는 위치에, 상기 제3 개구부와 동일하거나 보다 큰 제4 개구부를 갖고, 상기 칸막이부는, 또한 상기 제4 개구부의 주위에 마련되는, 플레이트.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 노즐이 대향하는 상기 플레이트의 대향 위치에도, 상기 제2 개구부가 마련되어 있는, 플레이트.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 칸막이부는, 당해 플레이트에 착탈 가능하게 설치되어 있는, 플레이트.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 칸막이부는, 각각 상기 제2 개구부에 끼워 넣어지는 돌기부를 갖는, 플레이트.
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