KR20230028471A - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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유이치 후루야
고히치 사토
마사토 아라키
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

원료 용기에 수용된 원료인 Ru3(CO)12를 챔버에 공급하는 공급원 라인과, 캐리어 가스인 CO 가스를 상기 원료 용기에 공급하는 CO 가스 라인과, 상기 공급원 라인과 상기 CO 가스 라인을 접속시켜 상기 원료 용기를 통하지 않는 라인을 형성하는 바이패스 라인과, 상기 공급원 라인에 접속된 제1 밸브를 포함하는 성막 장치에서 실행하는 성막 방법으로서, (a) 상기 제1 밸브를 개방함으로써 상기 원료 용기로부터 상기 공급원 라인을 통해 Ru3(CO)12와 CO 가스를 공급하여 상기 챔버에서 기판에 루테늄막을 형성하는 공정과, (b) 상기 (a)의 공정을 종료한 후에 상기 공급원 라인을 미리 정해진 제1 압력 이상으로 제어하고 상기 제1 밸브를 닫음으로써 상기 챔버에 대한 Ru3(CO)12 및 CO 가스의 공급을 정지하는 공정을 포함하는 성막 방법이 제공된다.

Description

성막 방법 및 성막 장치
본 개시 내용은 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 특허문헌 1에서는, Ru3(CO)12가 비교적 쉽게 분해되어 루테늄(Ru)이 석출되는 점과, Ru3(CO)12의 분해 반응의 반응물인 CO의 분압이 낮으면 Ru3(CO)12의 분해가 촉진되는 점이 개시되어 있다. 그리고, Ru3(CO)12가 수송되는 분위기에 CO를 첨가하여 그 분압을 제어함으로써 Ru3(CO)12의 분해 반응을 억제하는 것이 제안되고 있다.
일본국 공개특허공보 특개2008-244298호
본 개시 내용은 파티클을 저감하는 기술을 제공한다.
본 개시 내용의 일 양태에 의하면, 원료 용기에 수용된 원료인 Ru3(CO)12를 챔버에 공급하는 공급원 라인과, 캐리어 가스인 CO 가스를 상기 원료 용기에 공급하는 CO 가스 라인과, 상기 공급원 라인과 상기 CO 가스 라인을 접속시켜 상기 원료 용기를 통하지 않는 라인을 형성하는 바이패스 라인과, 상기 공급원 라인에 접속된 제1 밸브를 포함하는 성막 장치에서 실행하는 성막 방법으로서, (a) 상기 제1 밸브를 개방함으로써 상기 원료 용기로부터 상기 공급원 라인을 통해 Ru3(CO)12와 CO 가스를 공급하여 상기 챔버에서 기판에 루테늄막을 형성하는 공정과, (b) 상기 (a)의 공정을 종료한 후에 상기 공급원 라인을 미리 정해진 제1 압력 이상으로 제어하고 상기 제1 밸브를 닫음으로써 상기 챔버에 대한 Ru3(CO)12 및 CO 가스의 공급을 정지하는 공정을 포함하는 성막 방법이 제공된다.
일 측면에 의하면, 파티클을 저감할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 성막 장치의 일 예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 가스 공급부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시형태 및 비교예에 따른 성막 프로세스 후의 공급원 라인의 압력 측정 결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시형태에 따른 성막 방법에 의한 CO 분압 제어 결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시형태에 따른 성막 장치가 실행하는 성막 방법의 일 예를 나타내는 플로우 챠트이다.
도 6a는 도 5의 성막 방법 프로세스가 실행되는 동안을 설명하기 위한 도면이다.
도 6b는 도 5의 성막 방법 프로세스가 종료된 후를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시형태에 따른 성막 장치가 실행하는 성막 방법의 일 예를 나타내는 플로우 챠트이다.
도 8a는 도 7의 성막 방법 프로세스가 실행되는 동안을 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 도 7의 성막 방법 프로세스가 종료된 후를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 개시 내용을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 각 도면에 있어 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이며, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.
우선, 본 개시 내용의 일 실시형태에 따른 성막 장치(1)의 구성예에 대해 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 1은 일 실시형태에 따른 성막 장치(1)의 처리 위치에서의 단면 모식을 나타내는 도면이다. 도 2는 일 실시형태에 따른 성막 장치(1)의 기판 전달 위치에서의 단면 모식도 및 가스 공급부의 구성예를 나타내는 도면이다.
성막 장치(1)는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치로서, 예를 들어, 루테늄막을 성막하는 장치이다. 예를 들어, 도데카카르보닐삼루테늄(Ru3(CO)12) 등과 같은 루테늄 함유 가스(원료 가스, 전구체)와 CO 등과 같은 캐리어 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하여 기판(W) 상에 루테늄막을 성막한다.
성막 장치(1)는 챔버(101)를 구비한다. 챔버(101)는 상부에 개구를 갖는 바닥 있는 용기이다. 챔버(101)는 성막시에 내부가 진공 분위기로 된다. 챔버(101)는 내부에, 웨이퍼를 일 예로 하는 기판(W)을 탑재하기 위한 탑재대(105)와, 탑재대(105)에 대향하도록 챔버(101) 상부에 구비되어 가스를 기판(W)의 표면에 공급하기 위한 가스 토출 기구(103)를 갖는다. 가스 토출 기구(103)는 가스를 도입할 공간을 구획한다.
가스 토출 기구(103)의 천정부 가운데에는 가스 도입구(16)가 구비되어 있다. 가스 도입구(16)는 가스 라인(43)을 사이에 두고 가스 공급부(40)에 접속되며, 가스 토출 기구(103) 내에 원료 가스 및 캐리어 가스를 포함하는 처리 가스를 도입한다. 본 실시형태에서 원료는 Ru3(CO)12이고, 캐리어 가스는 CO 가스이다.
가스 토출 기구(103) 내에서 위에서부터 제1 판상 부재(10), 제2 판상 부재(11), 샤워 플레이트(12)의 순서로 구비되어 있다. 제1 판상 부재(10), 제2 판상 부재(11), 샤워 플레이트(12)는 원반 형상의 부재이며, 가스 토출 기구(103) 안에서 탑재대(105)에 대향하도록 대략 평행하게 수평 방향으로 이격되어 구비된다. 가스 도입구(16)로부터 도입된 처리 가스는 제1 판상 부재(10)의 바깥둘레쪽으로 흐르며 제2 판상 부재(11)의 중앙 개구(11a)를 통과하여 샤워 플레이트(12)에 구비된 복수 개의 가스 구멍(12a)으로부터 처리실(101c) 안에 공급된다.
지지 부재(102)는 가스 토출 기구(103)를 지지한다. 또한, 지지 부재(102)가 챔버(101) 상부의 개구를 막음으로써 챔버(101)가 밀폐되어 처리실(101c)이 형성된다.
탑재대(105)는, 예를 들어, 질화알루미늄, 석영 등을 재료로 해서 편평한 원판 형상으로 형성된 플레이트부(105a)를 구비한다. 탑재대(105)의 내부에는, 기판(W)을 가열하는 가열 수단의 일 예로서 히터(106)가 매설되어 있다. 히터(106)는, 예를 들어, 시트 형상의 저항 발열체로 구성되어 있다. 히터(106)는 챔버(101)의 외부에 구비된 전원(126)으로부터 전력을 공급받아 발열하는 바, 탑재대(105)의 탑재면을 가열함으로써 성막에 적합한 소정의 프로세스 온도까지 기판(W)을 승온시킨다. 히터(106)는 탑재대(105) 상에 탑재된 기판(W)을, 예를 들어, 130~300℃로 가열한다.
또한, 탑재대(105)는 탑재대(105)의 하면 중심부로부터 아랫쪽으로 연장되어 챔버(101)의 바닥부를 관통하는 지지 부재(105b)를 갖는다. 지지 부재(105b)의 일단은 승강 플레이트(109)를 사이에 두고 승강 기구(110)에 의해 지지되어 있다.
또한, 탑재대(105)의 하부에는 온도 조절 부재로서 온도 조절 재킷(108)이 설치되어 있다. 온도 조절 재킷(108)은, 상부에는 탑재대(105)와 같은 정도 크기의 플레이트부(108a)를 가지며, 하부에는 지지 부재(105b)보다 직경이 큰 축부(108b)를 가진다. 또한, 온도 조절 재킷(108)은 중앙의 상하 방향으로 플레이트부(108a) 및 축부(108b)를 관통하는 구멍부(108c)가 형성되어 있다. 온도 조절 재킷(108)은 구멍부(108c)에서 지지 부재(105b)를 수용하고 있다.
온도 조절 재킷(108)은, 플레이트부(108a)의 내부에 냉매 유로(108d)가 형성되며, 축부(108b)의 내부에 2개의 냉매 배관(115a,115b)이 구비되어 있다. 냉매 유로(108d)는 한쪽 단부가 냉매 배관(115a)에 접속되며 다른쪽 단부가 냉매 배관(115b)에 접속되어 있다. 냉매 배관(115a,115b)은 냉매 유닛(115)에 접속되어 있다.
냉매 유닛(115)은, 예를 들어, 칠러 유닛이다. 냉매 유닛(115)은 소정 온도의 냉매를 냉매 배관(115a)으로부터 냉매 유로(108d)에 공급한다. 냉매 유로(108d)에 공급된 냉매는 냉매 배관(115b)을 통해 냉매 유닛(115)으로 돌아간다. 온도 조절 재킷(108)은 냉매 유로(108d) 안으로 냉매, 예를 들어, 냉각수 등을 순환시킴으로써 온도 조절이 가능하게 되어 있다.
탑재대(105)와 온도 조절 재킷(108) 사이에는, 단열 부재로서 단열 링(107)이 배치되어 있다. 단열 링(107)은, 예를 들어, SUS 316, A5052, Ti(티탄), 세라믹 등에 의해 원반 형상으로 형성되어 있다.
온도 조절 재킷(108)의 축부(108b)는 챔버(101)의 바닥부를 관통한다. 온도 조절 재킷(108)의 하단부는, 챔버(101)의 아랫쪽에 배치된 승강 플레이트(109)를 사이에 두고 승강 기구(110)에 의해 지지된다. 챔버(101)의 바닥부와 승강 플레이트(109) 사이에는 벨로우즈(111)가 구비되는 바, 승강 플레이트(109)의 상하 이동이 있더라도 챔버(101) 내 밀폐성이 유지된다.
승강 기구(110)가 승강 플레이트(109)를 승강시킴으로써, 샤워 플레이트(12)와 탑재대(105) 간 거리를 제어할 수 있다. 챔버(101)의 측벽에는, 기판(W)을 반출입하기 위한 반출입구(101a)와, 반출입구(101a)를 개폐하는 게이트 밸브(118)가 구비되어 있다. 도 1에서, 탑재대(105)는 반출입구(101a)를 통해 외부의 반송 기구와의 사이에서 기판(W)의 전달이 이루어지는 전달 위치에 있다. 도 2에서는, 탑재대(105)가 상승하여 기판(W)의 처리가 행해지는 처리 위치에 있다.
승강 핀(112)은, 외부의 반송 기구와의 사이에서 기판(W)의 전달이 이루어질 때에, 기판(W)의 하면에서부터 지지하여 탑재대(105)의 탑재면으로부터 기판(W)을 들어올린다. 탑재대(105) 및 온도 조절 재킷(108)에는, 승강 핀(112)의 축부가 삽입 관통하는 관통 구멍이 형성되어 있다. 승강 핀(112)의 아랫쪽에는 맞닿음 부재(113)가 배치되어 있다.
탑재대(105)를 기판(W)의 처리 위치(도2 참조)까지 이동시킨 상태에서 승강 핀(112)의 머리부는 탑재대(105) 내에 수납되며 기판(W)은 탑재대(105)의 탑재면에 탑재된다.
환상(環狀) 부재(114)는 탑재대(105)의 윗쪽에 배치되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 탑재대(105)를 기판(W)의 처리 위치까지 이동시킨 상태에서 환상 부재(114)는 기판(W)의 상면 외주부에 접촉하는 바, 환상 부재(114)의 자중에 의해 기판(W)은 탑재대(105)의 탑재면 쪽으로 가압된다. 한편, 탑재대(105)를 기판(W)의 전달 위치(도 1 참조)까지 이동시킨 상태에서, 환상 부재(114)는 반출입구(101a)보다 윗쪽에서 걸림부(미도시)에 걸려 있는 바, 반송 기구에 의한 기판(W)의 전달을 방해하지 않도록 되어 있다.
도 1의 전열 가스 공급부(116)는, 배관(116a), 온도 조절 재킷(108), 탑재대(105)에 형성된 유로(미도시)를 통해, 탑재대(105)에 탑재된 기판(W)의 뒷면과 탑재대(105)의 탑재면 사이에, 예를 들어, He 가스 등과 같은 전열 가스를 공급한다.
퍼지 가스 공급부(117)는 배관(117a)과, 탑재대(105)의 지지 부재(105b)와 온도 조절 재킷(108)의 구멍부(108c) 사이에 형성된 틈새를 지나, CO 가스 등과 같은 퍼지 가스를 환상 부재(114)의 하면과 탑재대(105)의 상면 사이로 공급한다. 즉, 상기 틈새를 지난 퍼지 가스는, 탑재대(105)와 단열 링(107) 사이에 형성되며 직경 방향 바깥쪽을 향해 연장되는 유로와, 탑재대(105)의 외주부에 형성된 상하 방향 유로를 통해, 환상 부재(114)의 하면과 탑재대(105)의 상면 사이로 공급된다. 이로써, 환상 부재(114)의 하면과 탑재대(105)의 상면 사이의 공간으로 처리 가스가 유입되는 것을 억제하는 바, 환상 부재(114)의 하면이나 탐재대(105) 외주부의 상면에 성막되는 것을 방지한다.
챔버(101) 아랫쪽의 측벽에는, 배기관(101b)을 사이에 두고 터보 분자 펌프(TMP) 및 드라이 펌프를 포함하는 배기부(119)가 접속된다. 배기부(119)에 의해 챔버(101) 안이 배기되어 처리실(101c) 안이 소정의 진공 분위기로 설정되어 유지된다. 챔버(101)에는 압력계(CM1)가 설치되어 챔버(101) 내부의 압력을 측정한다(도2 참조). 배기관(101b) 및 배기부(119)는 탑재대(105)보다 아랫쪽에 위치한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 탑재대(105)의 직경 방향 바깥쪽 위에는, 처리실(101c)을 배기시키는 배기구(13)가 형성되어 있다. 탑재대(105)는 외주부에서 커버 링(104)이 맞물려 있는 바, 커버 링(104)에 의해 위치가 결정된 환상 부재(114)가 기판(W)의 둘레 가장자리부를 가압한다. 이로써, 기판(W)의 둘레 가장자리부를 가압하는 환상 부재(114)의 상면과 샤워 플레이트(12)의 하면 사이에 형성된 배기구(13)로부터, 처리 가스가 직경 방향 바깥쪽으로 배기된다. 배기구(13)는 환상 부재(114)의 상면과 샤워 플레이트(12) 외주부에 구비된 돌기부의 하면과의 사이에 설치된 개구이다.
성막 장치(1)는 또한 제어부(120)를 구비할 수 있다. 제어부(120)는 프로세서, 메모리 등의 기억부, 입력 장치, 표시 장치, 신호 입출력 인터페이스 등을 구비한 컴퓨터일 수 있다. 제어부(120)는 성막 장치(1)의 각 부를 제어한다. 예를 들어, 제어부(120)는 가스 공급부(40), 히터(106), 승강 기구(110), 냉매 유닛(115), 전열 가스 공급부(116), 퍼지 가스 공급부(117), 게이트 밸브(118), 배기부(119) 등을 제어함으로써 성막 장치(1)의 동작을 제어한다.
제어부(120)에서는, 작업자가 입력 장치를 이용하여 성막 장치(1)를 관리하기 위한 지령의 입력 조작 등을 행할 수 있다. 또한, 제어부(120)에서는, 표시 장치에 의해 성막 장치(1)의 가동 상황을 가시화해서 표시할 수 있다. 또한, 기억부에는 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 저장되어 있다. 제어 프로그램은 성막 장치(1)에서 성막 처리를 실행하기 위해 프로세서에 의해 실행된다. 프로세서가 제어 프로그램을 실행함으로써, 레시피 데이터에 따라 성막 장치(1)의 각 부를 제어한다.
[가스 공급부]
이어서, 가스 공급부(40)의 구성에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 일 실시형태에 따른 성막 장치(1)에 구비된 가스 공급부(40)의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다. 가스 공급부(40)는 원료 용기(41), CO 가스 공급원(42), 가스 라인(43), 공급원 라인(44,45), CO 가스 라인(46,47), 바이패스 라인(49), 밸브(VA, VB, VC, VD)를 갖는다.
CO 가스 공급원(42)은 CO 가스 라인(46,47)에 접속되어 있다. CO 가스 공급원(42)은 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller) 또는 압력 제어식 유량 제어기를 포함하며, CO 가스 라인(46,47)을 통해 소정 유량의 CO 가스를 원료 용기(41)에 공급한다.
원료 용기(41)는 루테늄막의 원료인 Ru3(CO)12를 수용한다. 원료 용기(41)는 히터 등의 가열 수단을 가지며, 고체 원료인 Ru3(CO)12를 승온시켜 기화시킨다. 원료 용기(41)는 공급원 라인(44,45)에 접속되며 가스 라인(43)을 통해 챔버(101)에 접속된다. 가스 라인(43)은 원료 용기(41)로부터 챔버(101)에 원료 가스를 공급하는 공급원 라인의 일부이다. 이하에서는, 가스 라인(43)을 포함하여 공급원 라인(43~45)이라고도 한다.
원료 용기(41) 내에서 기화된 원료 가스 Ru3(CO)12는 캐리어 가스인 CO 가스에 의해 공급원 라인(43~45)으로 수송되어 챔버(101) 내의 기판(W) 상으로 공급된다. 한편, 성막 장치(1)는 또한 희 가스를 공급할 수도 있다. 탑재대(105) 상의 기판(W)은 히터(106)에 의해 소정 온도로 제어됨으로써, 소정 온도로 공급된 Ru3(CO)12를 열분해시키고 이로써 루테늄막을 성막한다.
바이패스 라인(49)은 공급원 라인(43~45)과 CO 가스 라인(46,47)을 접속시킴으로써, 원료 용기(41)를 통하지 않고 CO 가스를 챔버(101) 안으로 공급하는 라인을 형성한다. 바이패스 라인(49)과 공급원 라인(43~45)의 접속 위치(B1)보다 원료 용기(41) 쪽의 공급원 라인(45)에는, 밸브(VA)가 접속되어 있다. 밸브(VA)는 제1 밸브의 일 예이다. 바이패스 라인(49)에는 밸브(VD)가 접속되어 있다. 밸브(VD)는 제2 밸브의 일 예이다.
바이패스 라인(49)와 공급원 라인(43~45)의 접속 위치(B1)보다 챔버(101)쪽의 공급원 라인(44)에는, 밸브(VB)가 접속되어 있다. 밸브(VB)는 제3 밸브의 일 예이다. 바이패스 라인(49)과 CO 가스 라인(46,47)의 접속 위치(B2)보다 원료 용기(41)쪽의 CO 가스 라인(46)에는, 밸브(VC)가 접속되어 있다.
적외선 모니터(48)는 VA 밸브와 VB 밸브 사이의 공급원 라인(44,45)에 접속되어 공급원 라인(44,45) 내의 Ru3(CO)12를 모니터링한다. 적외선 모니터(48)는, 알루미나로 된 창(48a)으로부터, 공급원 라인(44)에 조사(照射)된 적외선에 의한 Ru3(CO)12의 파장으로부터 Ru3(CO)12를 검출하고 Ru3(CO)12의 양(유량)을 감시하여, 공급원 라인의 CO 가스 분압(이하, "CO 분압"이라 함)의 관리에 이용한다.
VA 밸브와 VB 밸브 사이의 공급원 라인(44,45)에는 압력계(CM2)가 설치되어, 공급원 라인(44,45)의 내부 공간 압력을 측정한다. 본 실시형태에서는, 공급원 라인(44)에 압력계(CM2)가 접속되어, 압력계(CM2)에 의해 공급원 라인(44)의 내부 공간 압력이 측정된다.
공급원 라인(44,45) 안에서 CO 가스에 대한 루테늄의 양은 미량이다. 따라서, 압력계(CM2)가 계측하는 압력은 거의 CO 분압이라고 생각해도 된다. 따라서, 제어부(120)는 압력계(CM2)가 측정하는 공급원 라인(44,45)의 내부 공간 압력이 미리 정해진 제1 압력 이상으로 되도록 제어함으로써, 공급원 라인(44,45)의 CO 분압을 관리할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 적외선 모니터(48)에 의해, 공급원 라인(44,45)에 있어 원료 가스인 Ru3(CO)12의 양을 모니터링할 수 있다.
[CO 분압 제어]
이어서, 가스 공급부(40)에서의 CO 분압 제어에 대해 설명한다. 원료 용기(41) 안 그리고 공급원 라인(43~45)에서, Ru3(CO)12는 가스(기체) 상태로 존재하는 것이 바람직하다. 그러나, Ru3(CO)12는 하기 반응식 (1)의 왼쪽에서 오른쪽으로 비교적 쉽게 분해되는 바, 오른쪽에 나타내는 바와 같이 루테늄(Ru)의 석출을 일으킨다.
Ru3(CO)12→3Ru+12CO ····· (1)
CO의 분압이 낮으면, Ru3(CO)12의 분해가 촉진된다. 반응식 (1)의 왼쪽에서 오른쪽으로 화학 반응이 진행됨에 따라, 원료 용기(41) 안 그리고 공급원 라인(43~45)의 내부 공간에서는, 예를 들어, 섬유상(fibrous)의 루테늄이 석출되어 공급원 라인(43~45)을 통해 챔버(101)까지 수송되며 기판(W) 상으로 날아와 파티클이 된다.
도 3은 성막 프로세스 후의 공급원 라인(43~45)에서의 압력 측정 결과의 일 예를 나타낸다. 도 3에서 가로축의 시간 "0"은 루테늄막의 성막 프로세스 종료시를 나타내며, 세로축은 공급원 라인(43~45)의 CO 분압을 나타낸다. 공급원 라인(43~45)의 CO 분압은 압력계(CM2)에 의해 측정되는 공급원 라인(43~45)의 내부 공간 압력을 나타낸다.
성막 프로세스 후에, "Valve Full Close"로 나타내는 타이밍에 도 2에 나타낸 밸브(VA, VB, VC)를 닫는다. 밸브(VA, VB, VC)를 닫으면, 원료 가스 및 CO 가스가 챔버(101)로 공급되는 것이 정지된다.
원료 가스 및 CO 가스의 공급이 정지된 후에도 배기부(119)에 의해 챔버(101) 안은 배기되고 있으므로, 챔버(101)에 연결된 공급원 라인(43~45)의 내부 공간 역시 배기되는 바, 공급원 라인(43~45)의 CO 분압이 내려간다. 도 3에서, 비교예 1은 배기부(119)의 터보 분자 펌프로서 노멀 TMP(N-TMP)를 사용한 경우, 비교예 2는 배기부(119)의 터보 분자 펌프로서 라지 TMP(L-TMP)를 사용한 경우에 있어 공급원 라인(43~45)의 CO 분압을 나타낸다. 라지 TMP는 노멀 TMP보다 배기 용량이 크기 때문에, 비교예 2는 비교예 1보다 공급원 라인(43~45)에서의 CO 압력 저하가 크다.
본 실시형태에 따른 성막 장치(1)는 성막 프로세스 후의 공급원 라인(43~45)에서의 CO 분압을 제어하여 공급원 라인(43~45)의 CO 분압 저하를 방지함으로써, Ru3(CO)12의 분해를 억제한다. 이로써, Ru3(CO)12가 분해되어 석출되는 루테늄 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
한편, 종래에는 성막 프로세스를 하는 동안에 공급원 라인(43~45)의 CO 분압을 제어했었다. 이에 더해, 본 실시형태에서는 성막 프로세스 후에도 공급원 라인(43~45)의 CO 분압을 제어한다. 즉, 성막 프로세스 후에도 공급원 라인(43~45)의 내부 공간을 제1 압력 이상으로 제어한다. 구체적으로, 본 실시형태에서는, 성막 프로세스 후에 챔버(101) 안을 미리 정해진 제2 압력 이상으로 제어함으로써, 공급원 라인(43~45)의 내부 공간을 제1 압력 이상으로 유지한다. 예를 들어, 제2 압력은 0.0166Torr(2.213Pa)임이 바람직하다. 제2 압력을 0.0166Torr로 제어하면, 제1 압력은 0.053Torr(7.066Pa)로 제어된다. 제1 압력은, 예를 들어 도 3에 나타내는 바와 같이, "Valve Full Close" 보다 전의 성막 프로세스가 실행되는 동안의 공급원 라인의 압력 이상(以上)의 압력일 수 있다.
공급원 라인(43~45)에서의 CO 분압을 제어함에 따라, 공급원 라인(43~45) 내부 공간에서의 Ru3(CO)12의 분해 그리고 원료 용기(41) 안에서의 Ru3(CO)12의 분해가 억제되어 파티클 발생을 저감시킬 수 있다. 특히, VA 밸브 및 VB 밸브의 개폐 동작이 VC 밸브의 개페 동작보다 느린 경우에는, 도 3에서 "Valve Full Close"로 나타낸 타이밍에 제어부(120)가 VA 밸브, VB 밸브, VC 밸브를 동시에 "닫힘"으로 제어하더라도, VC 밸브가 먼저 닫히고 그 후에 VA 밸브 및 VB 밸브가 닫힌다. 이러한 타이밍 차이로 인해, 원료 용기(41) 안으로의 CO 가스 공급이 먼저 정지되고, 그 후에 VA 밸브 및 VB 밸브가 닫히게 된다. 이 경우, 원료 용기(41) 및 공급원 라인(43~45)의 내부 공간의 CO 분압이 더 내려가는 바, 다음의 성막 프로세스가 시작되기 전에 원료 용기(41) 및 공급원 라인(43~45)의 내부 공간의 CO 분압이 더욱 낮아지게 된다. 이로써, 원료 용기(41) 및 공급원 라인(43~45)에서의 Ru3(CO)12 분해가 더욱 촉진된다. 이에, 본 실시형태에 따른 성막 방법에 따르면, 원료 용기(41) 및 공급원 라인(43~45)에서의 Ru3(CO)12 분해를 억제하여 파티클을 저감시키는 기술을 제공한다.
도 4는 본 실시형태에 따른 성막 방법에 의한 CO 분압 제어 결과의 일 예를 나타내는 도면이다. 본 실시형태에 따른 성막 방법에서는, 성막 프로세스 후에 챔버(101) 안을 미리 정해진 제2 압력 이상으로 제어함으로써, 공급원 라인(43~45)의 내부 공간을 제1 압력 이상으로 유지하는 "CO 분압 제어"를 실시하였다. 이에 대해, 비교예 1,2에서는 CO 분압 제어를 하지 않았다. 그 결과, 비교예 1,2에서는 공급원 라인(43~45)의 CO 분압 저하에 의해 원료 용기(41) 및 공급원 라인(43~45)에서의 Ru3(CO)12 분해가 촉진되었다. 특히, 비교예 2에서는 비교예 1의 노멀 TMP보다 배기 용량이 큰 라지 TMP를 이용하였는 바, 공급원 라인(43~45)의 CO 분압이 더욱 저하되었다. 이로써, 원료 용기(43~45) 및 공급원 라인()에서의 Ru3(CO)12 분해가 더 촉진되었다. 그 결과, 기판(W) 상의 파티클 갯수는, 복수 개의 기판(W)에 대한 성막 프로세스 후의 측정에 있어, 비교예 1이 최대 74이고, 비교예 2가 최대 137이었다. 이에 대해, 본 실시형태에 따른 성막 방법에서는 상기 CO 분압 제어에 의해 파티클 갯수가 43으로서 가장 저감되어 있었다.
[성막 장치(1)의 동작]
이어서, 성막 장치(1)의 동작의 일 예에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5는 일 실시형태에 따른 성막 장치(1)가 실행하는 성막 방법(MT1)의 일 예를 나타내는 플로우 챠트이다. 도 6a는 도 5의 성막 방법(MT1) 프로세스가 실행되는 동안을 설명하기 위한 도면이다. 도 6b는 도 5의 성막 방법(MT1) 프로세스가 종료된 후를 설명하기 위한 도면이다. 성막 방법(MT1)은 제어부(120)에 의해 제어된다. 한편, 시작할 때에 챔버(101) 안은 배기부(119)에 의해 진공 분위기로 되어 있다. 또한, 탑재대(105)는 기판 전달 위치로 이동되어 있다.
성막 방법(MT1)이 시작되면, 기판을 준비한다(단계 S1). 단계 S1에서는, 우선 게이트 밸브(118)를 개방함으로써, 외부의 반송 기구에 의해 기판(W)을 승강 핀(112) 상에 탑재한다. 반송 기구가 반출입구(101a)로부터 나오면, 게이트 밸브(118)를 닫는다. 승강 기구(110)를 제어하여 탑재대(105)를 처리 위치로 이동시킨다. 이 때, 탑재대(105)가 상승함에 의해, 승강 핀(112) 상에 탑재된 기판(W)이 탑재대(105)의 탑재면에 탑재된다. 또한, 환상 부재(114)가 기판(W)의 상면 외주부에 접촉하는 바, 환상 부재(114)의 자중에 의해 기판(W)을 탑재대(105)의 탑재면 쪽으로 가압한다. 이로써, 처리실(101c)에는 탑재대(105)보다 윗쪽에 프로세스 공간이 형성된다.
제어부(120)는 히터(106)를 동작시키며, 가스 공급부(40)를 제어하여 VA 밸브, VB 밸브, VC 밸브를 개방하고 VD 밸브를 닫는다(단계 S2). 이로써, CO 가스가 CO 가스 공급원(42)으로부터 CO 가스 라인(47)을 통해 원료 용기(41) 안으로 공급된다. 원료 용기(41) 안의 Ru3(CO)12는 가열되어 기화되며, 캐리어 가스로서 CO 가스를 공급원 라인(43~45)으로부터 챔버(101) 안으로 공급한다(단계 S3). 이로써, 처리실(101c) 안으로 공급된 Ru3(CO)12와 CO 가스에 의해, 기판(W)에 루테늄 막이 형성된다(단계 S4). 처리 후의 가스는 처리실(101c)로부터 환상 부재(114) 상면쪽의 배기구(13)를 통과하여 배기관(101b)을 지나 배기부(119)에 의해 배기된다.
이어서, 성막 프로세스가 종료되었는지를 판정한다(단계 S5). 성막 프로세스가 종료되지 않았다고 판정한 경우에는, 단계 S3으로 돌아가서 단계 S3~S5의 성막 프로세스를 계속한다. 한편, 성막 프로세스가 종료되었다고 판정한 경우에는, 챔버(101) 안을 미리 정해진 제2 압력 이상으로 제어함으로써 공급원 라인(43~45)을 제1 압력 이상으로 유지한다(단계 S6).
이어서, 적외선 모니터(48)를 이용하여 공급원 라인(44,45) 내의 Ru3(CO)12의 양을 모니터링한다(단계 S7). 모니터링 결과에 기초하여 공급원 라인(43~45)의 내부 공간의 CO 분압을 관리한다.
이어서, 공급원 라인(43~45)을 제1 압력 이상으로 유지한 상태에서 VA 밸브, VB 밸브, VC 밸브를 닫는다(단계 S8). 이로써, 처리실(101c) 안으로의 Ru3(CO)12의 원료 가스 및 CO 가스의 공급이 정지된다. 이 때, 공급원 라인(43~45)은 Ru3(CO)12의 분해가 억제되도록 내부 공간의 CO 분압이 제어되어 있다. 이로써, 공급원 라인(43~45) 및 원료 용기(41)의 Ru3(CO)12 분해를 억제할 수 있어서 파티클을 저감할 수 있다.
이어서, VB 밸브 및 VD 밸브를 개방함으로써, CO 가스 라인(47), 바이패스 라인(49), 공급원 라인(43~45)을 통해 CO 가스를 챔버(101) 안으로 공급한다(단계 S9). CO 가스를 챔버(101) 안으로 공급함으로써, 각 기판(W)의 성막 프로세스마다 성막 프로세스 후에 공급원 라인(43~45) 내부에 잔류한 CO 가스를 배기시킬 수 있다.
이상에서, 본 실시형태에 따른 성막 방법(MT1)에 대해 설명하였다. 이에 의하면, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 성막 프로세스가 실행되는 동안에는 VA 밸브, VB 밸브, VC 밸브를 열고 VD 밸브를 닫았다(도 5의 S2).
성막 프로세스가 종료한 후에는, 도 6b에 나타내는 바와 같이, VA 밸브, VB 밸브, VC 밸브를 닫기(도 5의 S8) 전에 챔버(101) 안을 제2 압력 이상으로 제어함으로써 공급원 라인(43~45)을 제1 압력 이상으로 유지한다(도 5의 S6). 이로써, 공급원 라인(43~45) 및 원료 용기(41)에서의 Ru3(CO)12 분해를 억제할 수 있어서 파티클을 저감시킬 수 있다.
한편, 단계 S6~S9의 처리가 실행된 후에, 기판(W)을 챔버(101)로부터 반출한다. 기판(W)의 반출시에는 승강 기구(110)를 제어하여 탑재대(105)를 기판 전달 위치로 이동시킨다. 승강 핀(112)의 하단이 맞닿음 부재(113)와 맞닿음으로써 승강 핀(112)의 머리부가 탑재대(105)의 탑재면에서 돌출하여 탑재대(105)의 탑재면으로부터 기판(W)을 들어올리게 된다.
이어서, 게이트 밸브(118)를 개방함으로써, 외부의 반송 기구에 의해 승강 핀(112) 상에 탑재된 기판(W)이 반출된다. 반송 기구가 반출입구(101a)로부터 나오면 게이트 밸브(118)가 닫힌다.
[성막 장치(1)의 그 밖의 동작]
이어서, 성막 장치(1)의 그 밖의 동작의 예에 대해 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다. 도 7는 일 실시형태에 따른 성막 장치(1)가 실행하는 성막 방법(MT2)의 일 예를 나타내는 플로우 챠트이다. 도 8a는 도 5의 성막 방법(MT2)의 프로세스가 실행되는 동안을 설명하기 위한 도면이다. 도 8b는 도 5의 성막 방법(MT2)의 프로세스가 종료된 후를 설명하기 위한 도면이다. 성막 방법(MT2)은 제어부(120)에 의해 제어된다. 도 7의 성막 방법(MT2)은 도 5의 성막 방법(MT1)을 실행한 후에 실행할 수도 있다. 또한, 성막 방법(MT2)은 성막 프로세스가 행해지고 있지 않은 동안에도 실행 가능하다.
성막 방법(MT2)이 시작되면, 가스 공급부(40)를 제어하여, 도 8a에 나타내는 바와 같이, VA 밸브, VB 밸브, VC 밸브를 닫고 VD 밸브를 개방한다(단계 S11). 이로써, CO 가스가 CO 가스 공급원(42)으로부터 CO 가스 라인(47), 바이패스 라인(49)을 거쳐 VA 밸브와 VB 밸브 사이의 공급원 라인(44,45)으로 공급된다(단계 S12).
공급원 라인(44,45)으로 CO 가스를 공급한 후에는, 도 8b에 나타내는 바와 같이 VD 밸브를 닫아 공급원 라인(44,45)의 내부 공간에 CO 가스를 봉입한다(단계 S13). 이로써, 공급원 라인(44,45)에 CO 가스를 충전하여 공급원 라인(44,45)의 내부 공간에서의 Ru3(CO)12 분해를 억제함으로써 파티클을 저감시킬 수 있다.
공급원 라인(43~45)의 내부는 각 기판(W)의 성막 프로세스 후에 배기됨으로써, 공급원 라인(43~45) 내에 Ru3(CO)12를 남기지 않도록 하고 있다. 그러나, 공급원 라인(43~45) 안을 충분히 배기시키려면 상당한 정도의 시간이 필요하여 스루풋(throughput)을 저하시킨다. 따라서, 성막 프로세스가 실행되는 동안에 성막 방법(MT2)을 실행함으로써 공급원 라인(44,45)의 공간 내에 CO 가스를 봉입하여 CO 분압을 높인다. 이로써, 공급원 라인(44,45)의 내부 공간에서 Ru3(CO)12의 분해를 억제할 수 있어서 파티클을 저감할 수 있다.
이번에 개시된 실시형태에 따른 성막 방법 및 성막 장치는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니다. 실시형태는 첨부의 청구범위 및 그 주된 취지를 일탈하지 않으면서 다양한 형태로 변형 및 개량 가능하다. 상기 복수 개의 실시형태에 기재된 사항은 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있으며, 또한 모순되지 않는 범위에서 서로 조합될 수도 있다.
예를 들어, 본 개시 내용의 성막 장치는 ALD(Atomic Layer Deposition) 장치, 플라즈마 ALD 장치, 열 CVD 장치, 플라즈마 CVD 장치 등일 수도 있다.
본 출원은 2020년 7월 1일에 일본 특허청에 출원된 기초출원 제2020-114371호의 우선권을 주장하는 것으로서, 그 전체 내용을 참조로써 이에 원용한다.
1 성막 장치
12 샤워 플레이트
16 가스 도입구
40 가스 공급부
41 원료 용기
42 CO 가스 공급원
43 가스 라인
44,45 공급원 라인
46,47 CO 가스 라인
48 적외선 모니터
49 바이패스 라인
101 챔버
101c 처리실
105 탑재대
106 히터
120 제어부
VA, VB, VC, VD 밸브
W 기판

Claims (7)

  1. 원료 용기에 수용된 원료인 Ru3(CO)12를 챔버에 공급하는 공급원 라인과, 캐리어 가스인 CO 가스를 상기 원료 용기에 공급하는 CO 가스 라인과, 상기 공급원 라인과 상기 CO 가스 라인을 접속시켜 상기 원료 용기를 통하지 않는 라인을 형성하는 바이패스 라인과, 상기 공급원 라인에 접속된 제1 밸브를 포함하는 성막 장치에서 실행하는 성막 방법으로서,
    (a) 상기 제1 밸브를 개방함으로써 상기 원료 용기로부터 상기 공급원 라인을 통해 Ru3(CO)12와 CO 가스를 공급하여 상기 챔버에서 기판에 루테늄막을 형성하는 공정과,
    (b) 상기 (a)의 공정을 종료한 후에 상기 공급원 라인을 미리 정해진 제1 압력 이상으로 제어하고 상기 제1 밸브를 닫음으로써 상기 챔버에 대한 Ru3(CO)12 및 CO 가스의 공급을 정지하는 공정을 포함하는 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b)의 공정에서는 상기 챔버 안을 미리 정해진 제2 압력 이상으로 제어하며, 이에 의해 상기 공급원 라인을 상기 제1 압력 이상으로 유지하는 것인 성막 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 성막 장치는 상기 바이패스 라인에 접속된 제2 밸브를 포함하며,
    (c) 상기 (b)의 공정 후에 상기 공급원 라인을 상기 제1 압력 이상으로 유지한 상태에서 상기 제2 밸브를 개방함으로써 상기 바이패스 라인을 통해 CO 가스를 상기 챔버에 공급하는 공정을 포함하는 성막 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 성막 장치는 상기 바이패스 라인과 상기 공급원 라인의 접속 위치보다 상기 원료 용기쪽에서 상기 공급원 라인에 접속된 상기 제1 밸브와, 상기 바이패스 라인과 상기 공급원 라인의 접속 위치보다 상기 챔버쪽에서 상기 공급원 라인에 접속된 제3 밸브를 포함하며,
    (d) 상기 제1 밸브와 상기 제3 밸브를 닫고 상기 제2 밸브를 개방함으로써 상기 바이패스 라인을 통해 상기 제1 밸브와 상기 제3 밸브 사이의 상기 공급원 라인에 CO 가스를 충전하는 공정을 포함하는 성막 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 성막 장치는 상기 제1 밸브와 상기 제3 밸브 사이의 상기 공급원 라인에 적외선 모니터가 접속되어 있고,
    (e) 상기 공급원 라인 내의 원료 가스 Ru3(CO)12를 모니터링하는 공정을 포함하는 성막 방법.
  6. 원료 용기에 수용된 원료인 Ru3(CO)12를 챔버에 공급하는 공급원 라인과, 캐리어 가스인 CO 가스를 상기 원료 용기에 공급하는 CO 가스 라인과, 상기 공급원 라인과 상기 CO 가스 라인을 접속시켜 상기 원료 용기를 통하지 않는 라인을 형성하는 바이패스 라인과, 상기 공급원 라인에 접속된 제1 밸브와, 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    (a) 상기 제1 밸브를 개방함으로써 상기 원료 용기로부터 상기 공급원 라인을 통해 Ru3(CO)12와 CO 가스를 공급하여 상기 챔버에서 기판에 루테늄막을 형성하는 공정과,
    (b) 상기 (a)의 공정을 종료한 후에 상기 공급원 라인을 미리 정해진 제1 압력 이상으로 제어하고 상기 제1 밸브를 닫음으로써 상기 챔버에 대한 Ru3(CO)12 및 CO 가스의 공급을 정지하는 공정을 제어하는 것인 성막 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 밸브는 상기 바이패스 라인과 상기 공급원 라인의 접속 위치보다 상기 원료 용기쪽에서 상기 공급원 라인에 접속되며,
    상기 성막 장치는
    상기 바이패스 라인과 상기 공급원 라인의 접속 위치보다 상기 챔버쪽에서 상기 공급원 라인에 접속되는 제3 밸브와,
    상기 제1 밸브와 상기 제3 밸브 사이의 상기 공급원 라인에 접속되는 적외선 모니터를 포함하는 것인 성막 장치.
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