TWI297510B - - Google Patents

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五、發明説明（1 ) <背景技術> 、本發明係關於一種喷灑器頭結構及其清潔方法，在 半導體晶®等之被處理体，使用處理氣體進行成膜，並被 搭載於成膜裝置等。 在一般之半導體集體電路之製造過程中，在形成被 處理体，半導體体晶圓表面上，《了形成配線型式或埋入 配線間等之凹部，使W(鎢）、WSi(發化鶴）、(欽）、通(氮 化鈦）、Tisi(矽化鈦）、Cu(銅）、τ&2〇5(氧化鈕）等之金屬或 金屬化合物堆積形成薄膜。 作為該種之金屬薄膜的形成方法，眾知者係具有3種 方法，例如Η2(氫）還元法、siH4(矽烷）還元法、與SiH2Cl2(二 氣矽烷）還元法等。其中，SiP^C!2還元法，係為了形成配 線型式，例如使用二氣矽烷作為還元氣體，在6〇(rc程度 之高溫下形成”與|。（矽化鎢）膜之方法。另外，以札還 元法係同樣的為了形成配線型式，例如使用石夕烧作為還 元氣體，在比SiH/l2還元法還低之450°C程度之溫度下， 形成W與Wsi膜之方法。另外，札還元法，係為了埋孔配 線間的凹部進行晶圓表面的平坦化，例如使用氫作為還元 氣體，在380〜430。(：程度之溫度下，使W膜堆積的方法。 更進步’適當的組合此等方法之還原法也被眾所 皆知’例如wf6(六氟化鎢）亦被使用於哪個的方法。 第9圖係表示形成如此之金屬薄膜等之一般的成膜裝 置之構成例。另外，第1〇圖係詳細的表示第9圖中之喷灑 器頭結構之擴大圖。 4 本紙張尺度適用中國國家標準M規格（21〇χ297公菱） 五、發明説明（2 ) 處理室2，係使用紹等例如成形成筒體形狀。在該處 理室2内，設置藉薄的碳素材或銘化合物成形之載置台4, 在該下方，介由石英製之透過窗6配置_燈等之加熱部。 由外部被搬送之半導體晶圓w被載置向載置台4上， 該晶圓W的周緣部被構成可以升降，例如藉環形狀之固定 % 10固定於被壓人之載置台4上。在使其對向於該載置台4 的上方，設置例如由鋁所形成之喷灑器頭結構12。在該喷 灑器頭結構12的下面，形成略均等被配置之多數氣體喷射 孔14 〇 而且，喷灑器頭結構12,係為了使成膜處理中之溫 度維持在某種程度較低且安定的，例如將％^程度之熱媒 體16(例如CHIRAC商品名））等流到内部。該喷灑器頭結構J2 係具有頭本體7，如第1〇圖所示藉螺釘5被安裝於容器頂部 2a。在該頭本體7的下面，藉螺釘13安裝多數喷射孔9所形 成之噴射板11。 在該頭本體7内的空間，設置多數擴散孔15所形成之 擴散板17，形成使導入頭本體7内之氣體擴散至晶圓面方 向。另外，在該頭本體7之側壁部分，設置喷灑基準水路18， 熱媒體16被流到此等。而且，在成膜處理之際，由加熱部 8透過透過窗6，將熱線照射至載置台4，間接的加熱被固 定於載置台4上之半導體晶圓臀，使其形成一定之溫度。 在與此等同時，由被設置於载置台4的上方之氣體喷 射孔14，作為處理氣體之例如與％等，藉均等的供給 至晶圓表面上，在晶圓表面上形成鎢等之金屬膜。 五、發明説明（3 ) 前述之成膜處理，係將依枚葉式、也就是多數枚例 如25枚之晶圓’如枚的連續作成膜處理，在該連續成膜 中，以除去附著於處理室内2之構造物，例如載置台與固 定壞與喷灑器頭結構等之剩餘的膜為目的，使用Cm等 之清潔氣體進行乾洗（沖洗）。如此，在—般，重複的進行 橫跨多數枚的晶圓之連續的成膜處理與清潔處理。 然而’為了維持形成於各個晶圓之堆積膜的電器特 性等於一定之設計水準，有必要求得維持較高之再現性， 使堆積於各晶圓之膜的厚度形成約略一定。但是實際上， 在進行清潔處理之後對於第丨牧之晶圓之成膜處理之膜 厚，與例如連續處理25枚時之對於第25牧之晶圓之成膜處 理的厚度，存在著有相當不同的時候。例如依照累積之晶 圓的連續處理枚數，逐漸的成膜於晶圓之模厚有減少的傾 向。此乃在處理室2之空轉中，儘管將熱媒體16流動到噴 灑器頭結構12之喷灑基準水路18,該溫度還是變高。而且， 依照增加由噴灑器頭結構12流動處理氣體之晶圓的處理枚 數，喷灑器頭結構12，特別是氣體喷射板的溫度，起因於 逐漸降低形成落到所希望之溫度。 在此’使喷灑器頭結構12之氣體喷射板的溫度維持 在預先之較低溫，進行晶圓之連續成膜處理。但是，如此 從處理開始，使喷灑器頭結構12之氣體喷射板維持在比較 低溫的場合，再度發生所謂在清潔處理比較難去除之化合 物’例如氟化鈦（TiFx)等之反應副生成物，附著於喷灑器 頭結構12的氣體喷射板的表面之問題。該氟化鈦，係在前 1297510 . A7 ____B7 __ 五、發明説明（4 ) 過程已經堆積於晶圓表面之鈦金屬膜與鈦氮化膜等之鈦含 有膜中之一部之鈦原子，與在該成膜處理時所供給之WF6 氣體之氟素反應而生成。 第11A、11B圖，係表示喷灑器頭結構之氣體喷射板 的溫度與附著於喷灑器頭結構之反應副生成物之膜厚的關 係。第11A圖係表示載置台的溫度在400°C連續處理25枚 之膜厚100nm之鎢金屬時之特性，第11B圖係表示載置台 的溫度在460 °C連續處理25牧之膜厚800nm之鎢金屬時之 特性。 由此等之圖可以明瞭，將喷灑器頭結構之氣體喷射 板的溫度，由loot程度降低至80°c程度之後，反應副生 成物的膜厚急遽的變厚。而且，一般的清潔處理，係將處 理室2内之構造物（氣體喷射板）的溫度，維持在與成膜處 理時略同程度，且藉流動清潔氣體例如CIf3氣體來進行。 此種場合，附著於載置台4等之不要之鎢膜被除去，但具 有所謂氟化鈦等之反應副生成物很難被除去之問題。 另外，藉將成膜處理中之喷灑器頭結構之氣體喷射 板的溫度’作成某種程度的兩溫，也具有反應副生成物很 難附著之方法，.但是依據成膜的條件，限制喷灑器頭結構 之氣體噴射板的溫度之上限，也具有無法上升到難於附著 之溫度的場合。在如此的場合，若優先作成膜處理後，則 反應副生成物的附著變多，累積處理枚數被限制，另外， 變成對應附著量要求清潔處理。 <發明的概要> 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 五、發明説明（6 ) 在―潔處理中，喷m器頭結構之氣體喷射部之溫 2為13代以上，以附著於喷麗器頭結構之氣體喷射部的 表面之氟化鈦（TiFX)作為主成分除去反應副生成物。 <圖面的簡單說明〉 第1圖為表示關於本發明搭载噴灌器頭結構之成膜裝 置之一構成例之截面構成圖。 第2圖為表示在第！圖所示之喷灑器頭結構之詳細構 造之截面圖。 第3圖為由基座側來看第丨圖所示之喷灑器頭結構之 平面圖。 第4圖為表示鎢膜之成膜時之喷灑器頭結構之溫度（氣 體噴射部之中心部）與膜厚之再現性之關係之圖。 第5圖為表示清潔時喷灑器頭結構物之溫度（氣體喷射 部之中央部）與反應副生成物（TiFx)之除去量的關係之 圖。 第6圖為表示依本發明除去反應副生成物時之頭本體 之溫度與反應副生成物之除去速度的關係之圖。 第7圖為表示頭本體之溫度分布之模擬試驗結果之 圖。 第8圖為表示噴灑器頭結構之變形例之截面圖。 第9圖為表示搭載習知之喷灑器頭結構之成膜裝置之 構成例之圖。 第10圖為表示在第9圖所示之喷灑器頭結構之詳細構 造之截面圖。 9 本紙張尺度翻中關緖準（_ M祕⑽χ297公董) 1297510 · A7 __— ___ B7 _ 五、發明説明（7 ) 第HA、11B圖係表示噴灑器頭結構之氣體噴射部之 溫度與附著於喷灑器頭結構之氣體噴射部的表面之反應副 生成物之膜厚的關係之圖。 <發明的實施型態> 以下，參照圖面針對本發明之實施型態加以詳細說 明。 第1圖為表示關於本發明搭載喷灑器頭結構之一實施 型態於成膜裝置之構造之截面圖。另外，第2圖為表示上 述喷灑器頭結構之詳細截面構造之圖，第3圖為由基座側 來看上述喷灑器頭結構之平面圖。 該成膜裝置20，係具有例如使用鋁等成形成圓筒狀 或箱狀之處理室22。在由該處理室22的内部底面立起之圓 筒狀之反射器24上，設置例如被以截面l字狀之保持構件 26支撐之載置台28。該反射器24之内側係被研磨成鏡面由 紹所形成，保持構件26，係由熱線透過性之材料例如石英 所形成。另外，載置台28，係由厚度2mm程度之例如碳素 材、AIN等之鋁化合物所形成，並載置形成被處理体之半 導體晶圓（以下稱晶圓）。 更進一步，在載置台28的下方，設置多數根例如3根 之升降栓30(在第1圖中僅代表的顯示2根），使其由支撐構 件32之一端延伸至上方。另外，支撐構件32的他端，係穿 越形成於反射器24之垂直切口（未圖示）延伸到外面。該支 撐構件32之各個的他端，藉環狀結合部34結合，使各升降 栓30—齊的上下動。進一步，該環狀結合構件34，係連結 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 10 請 先 閲 面 之 注 意 事

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1297510 . A7 B7 五、發明説明（8 ) 於貫通處理室22的底部延伸成垂直之推上棒36的上端。 上述推上棒36的下端，在處理室22中為了保持内部 之真空狀態，連接於通過可以伸縮之波紋管40内之致動器 42。在該構造中，藉致動器42將推上棒36向上方移動後， 升降栓30插通押出載置台28之蓋栓孔38，舉起載置之晶圓 W 〇 另外，在載置台28的周圍設置固定機構44，用以將 晶圓W的周緣部朝載置台28壓住固定。該固定機構44，主 要由線接觸固定於半導體晶圓W的周緣部之環形狀之固定 環本體46、與賦予該固定環本體46向下方之勢能之線圈彈 簧48所構成。該固定環本體46，係由沿著晶圓之輪廓形狀 之略環狀之陶瓷材料所形成。作為該陶瓷材料者例如使用 AIN。 該固定環本體46，係藉貫通之支撐棒50朝支撐構件32 連結，使其不接觸於保持構件26。該支撐棒50，係設置有 例如3根（在第1圖中僅代表的顯示2根），支撐固定環本體 46，與升降栓30—體的升降。 另外，在載置台28的正下方之處理室底部，安裝藉 石英等熱線透過材料所形成之透過窗52，使其可以保持真 空狀態。進一步，在該下方，設置箱狀之加熱室54使其圍 住透過窗52。在該加熱室54内形成加熱部之多數個加熱燈 56被設置在也兼作反射鏡之旋轉台58。該旋轉台58，係介 由旋轉軸藉設置於加熱室54的底部之旋轉馬達60旋轉。藉 被旋轉之加熱燈56所放出之熱線，係透過透過窗52照射載 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -11- 1297510 , 五、發明説明（9 ) 置台28的下面均一的加熱此等。尚且，即使將阻抗加熱之 加熱器埋入載置台28内，替代加熱登56作為加熱部亦可。 更進一步，在載置台28的外周側，設置具有多數之 整流孔62之環狀之整流板64，並藉成形於上下方向之支撐 立柱66支撐。在上述整流板64的下方底部設置排氣口 68， 在該排氣口 68連接連接於未圖示之真空幫浦之排氣通路 70 ’將處理至22内排氣，維持在所希望之真空狀態。另外，

在處理室22的側壁，設置在搬出入晶圓之際用以開關之閘 閥72 〇 訂 另一方面，在與上述載置台28對向之處理室22的頂 部，開口比較大的開口部74，為了將處理氣體等導入處理 至22内之喷灑器頭結構8〇，密封的被崁入該開口部％，使 其可以維持真空狀態。

具體的，如第2圖所示，喷灑器頭結構8〇，係具有例 女由銘專所形成杯狀之頭本體82，在該頭本體μ之開口 側，頭蓋体84挾持安裝0環等之密封構件86。另外，頭蓋 体84，係在接觸於頭本體82之面，沿著〇環設置由樹脂等 所形成之斷熱構件87。該頭蓋体84之中心部係設置氣體導 入口 88。在邊氣體導入口 88，介由氣體通路90，可以流量 控制的連接處理氣體，例如使用於成膜處理時之WF6、Ar、 SiH4 %、N2專之氣體供給系（未圖示）與使用於清潔時之 清潔氣體、例如CIF3等之氣體供給系（未圖示）。 如第3圖所示，在頭本體82之底部之氣體喷射部％， 用以將供給至頭本體82内之氣體放出至處理空間s之多數 本紙張尺度適用巾標準（⑽）規格⑵GX297公馨） 五 、發明說明（10 孔94，橫跨面全體的被打開，將氣體均-的朝晶 此等7。該氣體噴射部92係與頭本體側壁—體成形。 f邻八士於氣體喷射部92與頭本體82為別体，所以安 =相接f嶋州，另外，由^ 輕率的不同因不正與摺合而發生粒子，但藉 此 \提升熱傳導性，使粒子變成不會發生解決了 之問喊。即使在頭蓋体84之斷熱構件87， 梃亦可以得到同樣之效果。 而且，在該頭本體82之侧壁98的下端部，作為頭加 :士例如由絕緣之鎧裝式電熱爐所形成之頭加熱器100， ?埋入成環狀略—周，作為主要的是將該頭本體82加熱。 …、器1〇〇，係藉如第3圖所示之頭溫度控制部102，在 必要之溫度範圍内控制在任意之溫度。 另外，在頭本體82的上端部，設置接合凸緣部1〇4使 其擴充至外周方向。在該接合凸緣部104的下面，設置圓 形％狀之斷熱材1〇仏與密封面。頭本體82在被崁入處理室 的開口部74之際，藉斷熱材l〇6a連接與頂璧log的上面 之大半的接觸部份熱很難傳送。該斷熱材1〇6a係由樹脂等 斤幵y成其寬度係由比上述兩接觸面的寬度稍狹小所形 成，剩餘之接觸面形成密封面。另外，在接觸該頂部1〇8 上面與接合凸緣部104下面之密封面的部份，使由〇環等 所形成之岔封構件110介在於此，形成可以維持真空狀態。 之 另外’在接舍凸緣部10 4的外周，設置由樹脂等所形成 斷熱材106b。 1297510 五、發明説明（11 ) 特別是，對於密封面藉僅僅低於第2圖所示之頂璧108 的上面之真空侧之表面，使頂璧⑽面與接合凸緣部104之 ，下面不接觸，Μ造間隙，且以密封構件110使真空狀態 保持。也就是，藉使頂璧108面與接合凸緣部104之密封面 非接觸，減少熱傳導，且藉熱膨脹等使摩擦變無，可以得 到防t發生粒子的效果。尚且，如第2圖所示，在頭本體82 與頭蓋體84之接觸部份也同樣的形成，藉後述之頭加熱· 冷部部，在朝頭本體82之加熱•冷卻之際，減少由頭本體 82向頭蓋體84之熱傳導，可以提高頭本體82之加熱•冷卻 效率。 另一方面，在接合凸緣部104的上面設置成環狀，使 形成頭加熱•冷卻部，例如珀耳帖元件沿著該上面連接下 面（溫調面）。珀耳帖元件112，係藉珀耳帖控制部114的控 制，使用於為了因應必要加熱或冷卻接合凸緣部1〇4與頭 本體82。 頭本體82之溫度控制範圍，係藉例如珀耳帖元件112 與頭加熱加熱器100的組合，為了維持且加熱頭本體82的 下面之面内溫度均一性，例如5〇〜3〇〇它的範圍内，最好 為50〜250°C的範圍。 而且，在珀耳帖元件112的上面（溫調面），設置形成 相同環狀之媒體流路116。在該媒體流路ι16藉流動一定溫 度之熱媒體，傳送在珀耳帖元件Π 2的上面侧所發生之溫 熱或冷熱。 另外，在頭本體82之側璧98的頭加熱加熱器1〇〇的上 1297510 A7 —-------B7 _ 五、發明説明（12 ) 方中’用以使該側璧之截面積縮小之頸部丨丨8，沿著側璧98 •的外周側形成環狀。在該頸部118中藉放大朝上下方向的 熱阻抗，在頭加熱加熱器1〇〇所發生之熱，傳至頭側璧98 形成很難逃至其上方。尚且，在第2圖所示之例，由側壁98 的外周側，藉削掉成凹部狀形成頸部118，但替換此等即 使由其内周側削掉而形成亦可。 另外，在頭本體82内，設置形成多數之氣體分散孔12〇 之擴散板122,在晶圓貿面，更均等的供給氣體。進一步， 广又置於喷灑器頭結構之構成零件之接合部之各密封構件 86、110，係各個被崁入形成截面凹部狀之環狀之密封溝 124 、 126 〇 其次’如以上藉搭載構成本實施型態之噴灑器頭結 構之成膜裝置’針對其處理動作加以說明。 在此，在本實施型態，在課題中如前所述，依據成 膜處理條件當成膜中之頭本體82的溫度無法上升到反應副 生成物不喜歡付著之溫度的場合，維持喷灑器頭結構80之 頭本體82的氣體噴射部之溫度於比較的低溫進行成膜處 理。此等仍生成於晶圓w上之膜的膜厚形成略相同，針對 膜厚的再現性變成非常良好，但很難被除去之反應副生成 物也附著。在此，在某時間點有必要利用本實施型態之構 成之加熱部進行清潔處理。但是，其時間點即使在每成膜 處理終了來進行亦可，不過由於依使用者侧的使用狀況而 不同，例如累積處理牧數、或累積處理時間、或所測定之 反應副生成物的膜厚、或晶圓上之生成膜的電氣特性等， 請 先 閲

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1297510 A7 B7 五、發明説明（13 ) 將規格内等作為基準，例如，以100組作為累積處理枚數， 最好在1〜50組的範圍，若決定有無實施清潔處理即可。 在1組25枚之晶圓的成膜處理後中，將頭本體82之氣體喷 射部的表面溫度，以與成膜條件相同之溫度進行清潔處 理，在處理20組之後，比頭本體82之氣體喷射部之溫度更 高之溫度，自動的組合成如實施清潔處理之順序，即使無 使用者的指示亦可以定期的實施清潔處理。另外，在處理 不同程序之少數多品種之晶圓的場合，在每完成其1種類 之程序，即使使其自動的實施清潔處理亦可。 首先，在晶圓W的表面，例如實施如嫣之金屬膜的成 膜處理的場合，打開設置於處理室22的側壁之閘閥72，藉 未圖示之搬送臂將晶圓W搬入處理室22内，藉推上升降栓 30將晶圓W收付於升降栓30側。 而且，藉降低推上棒36使升降栓30下降，將晶圓W載 置於載置台28上，同時將晶圓W的周緣部以固定環本體46 推壓固定此等。尚且，在該晶圓W的表面，已經在前過程 堆積鈦金屬膜與鈦氮化膜等之鈦含有有膜。 其次，由未圖示之處理氣體供給系，藉Ar、與1^2等 之輸運氣體輸送WF6、SiH4、H2等之處理氣體，使其供給 各一定量至喷灑器頭結構80内加以混合。在頭本體82内使 該混合氣體擴散，且由下面之氣體喷射孔94略均等的供給 至處理室22内。 在與如此供給氣體的同時，藉由排氣口 68排出内部 環境（混合氣體），將處理室22内設定成一定之真空度，例 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 1297510 A7 ___B7 ______一 五、發明説明（14 ) 如200pa〜llOOOpa範圍内之值，且驅動使位置於載置台28 的下方之加熱燈56旋轉，放射熱能源（熱線）。 所放射之熱線，係透過透過窗52之後，照射載置台28 的裡面，由裡面側加熱晶圓W。該載置台28，係如前所述 厚度為2mm，由於非常薄可以迅速的被加熱，所以載置於 其上之晶圓W也可以迅速的加熱到一定之溫度。所供給之 混合氣體發生一定之化學反應，例如作為鎢膜被堆積於晶 圓W的全表面上。 此時，維持晶圓w的溫度在480°C以下（載置台28的溫 度為500°C以下），控制噴灑器頭結構8〇特別是頭本體以之 氣體喷射部之溫度在1UTC以下，最好是維持在95它以下。 此種場合，頭本體82，由於係由載置台28側接受較 多之輪射熱之該設定溫度，例如由於有上升至％以上的 傾向，所以驅動設置於接合凸緣部1〇4之珀耳帖元件112， 冷卻該下面。藉此等，由頭本體82奪去溫熱冷卻此等，將 頭本體82之氣體喷射部之溫度保持於如上述之9yc以下。 此時，為了在珀耳帖元件112的上面發生溫熱，在接 合於該珀耳帖元件112的上面之媒體流路116，使例如由被 維持在2030 C程度之流体所形成之熱媒體例如cmRA(商 品名）流動，將在珀耳帖元件112的上面所發生之溫熱輸送 至外部。孩熱媒體，係需要在成膜處理時用以冷卻之較低 溫度之熱媒體，與在清潔處理時用以加熱之較高溫度之熱 ㈣之至少2種類溫度之熱冷煤。但是，在熱冷煤的溫度 、變更需要時間的場合，由於形成時間的損失，所以在短時 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐) --'~1 广讀先閲讀背面之注意事頊再填W本頁}

1297510 A7 —--- -B7 _ 五、發明説明（IS ) 間可以變換此等，作成具有2系列之溫度設定用之媒體流 露之構造，藉閥的切換在短時間也可以變更成膜處理與清 潔處理。 另外’在容器頂壁1〇8與接合凸緣部1〇4之接合部， 由於斷熱材介於期間，所以可以抑制熱由頭本體82逃至頂 壁108。此等與珀耳帖元件112的作用相結合之喷灑器頭結 構80，係形成熱的被略絕緣之漂浮狀態，主要可以將頭本 體82女疋的維持在所希望的溫度。也就是，藉此可以將頭 本體82在成膜中安定的維持在所希望之一定溫度。尚且， 在頭本體82之氣體噴射部之溫度，有變成過度太低的傾向 時’若驅動設置於該側壁98之頭加熱之加熱器1〇〇作適當 加熱並進行溫度控制即可。 成膜時’頭本體82之氣體喷射部之溫度，以u〇°c以 下，最好為95°C程度之溫度，在晶圓W上形成物膜後，例 如連續的成膜處理1組25牧之晶圓時之各膜厚變成略相 同，膜厚的再現性變成非常良好。如此進行成膜處理後， 在晶圓W以外，例如在載置台28的表面與固定環本體46的 表面等，也附著作為不要之膜之鎢膜。此時發生之反應副 生成物，例如與晶圓表面之鈦含有膜中之鈦化合發生之氟 化鈦（TiFx)系之生成物，形成多量附著於頭本體82的表面 之傾向。 而且，若達到某種程度之累積處理枚數的話，則進 行除去不要之鎢膜與反應副生成物之清潔處理。 在此，由於實際的評價成膜時之喷灑器頭結構之氣 18 本紙張尺度適财關家標準（CNS) A4規格⑵〇χ297公幻 五、發明説明（) +嘴射。P的/皿度與膜厚的再現性之關係，及清潔處理時之 ^灑裔頭結構之氣體喷射部之溫度與反應副生成物的除去 1之關係’針對其評價的結果加以說明。 第4圖為表示鶴臈之成膜時之喷灑器頭結構之氣體喷 射部之溫度與膜厚之再現性之關係。在此，各個測定25枚 2晶圓連續成料之膜厚，針對錢溫度為41(rc的場合 :〇 C的場σ，檢纣25枚的膜變動率與喷灑器頭結構之 氣體噴射部的溫度之關係。 由該圖可以明顯的了解，成膜溫度在46代時，膜厚 的再現性沒有變化，3%以下沒有問題。但是，成膜溫度 在410°C的場合時’噴灑器頭結構之氣體喷出部的溫度， 由110 C降至70°c越降越低，膜厚的再現性提升（數值變 小）’藉設定噴灑器頭結狀氣體喷出部之溫度在9rc以 下，可以改善膜厚的再現性。 例如，氣體噴出部的溫度在9〇t以下， 從而，在使膜厚的再現性提升’可以了解將喷麗器結構之 氣體喷出部之溫度設定在略95t町，若使㈣堆積即 可。但是’在該場合，錢器頭結構之溫度作為反比例， 則無法避免的附著於噴麗器頭結構之氣體噴射部的表面之 反應副生成物(TiF系)的量增加。另外，為了將膜厚的再 現性作為3%以内，成膜處理溫度（比晶圓溫稍高）約略為 420°C以下時，將頭本體的溫度設定於略95。〇以下，另外， 可以了解成膜處理溫度約略為5〇代以下時，若將頭本體 的溫度設定在約略110°c以下亦可。 1297510 A7 _________ B7 五、發明説明（17 ) 第5圖為表示清潔時喷灑器頭結構之氣體喷射部的溫 度與反應副生成物（TiFx)之除去量的關係。在該圖中，將 噴灑器頭結構之氣體喷射部的溫度，以l3〇〇c、l4〇〇c、15〇 °C作為例，分別表示清潔前與後之反應副生成物的膜厚。 此時其他之清潔條件，係載置台溫度為25〇°C、清潔 氣體之CIF3的流量為500sccm、壓力為2666Pa(20Torr)、 清潔時間為725sec、載置台尺寸為8英吋用。由該圖表可 以了解，初期的膜厚作成約略19nm的場合，喷灑器頭結 構之氣體噴射部的溫度在130°C時，殘存之略7nm後之反 應副生成物無法充分的清潔。 從而，可以了解藉頭本體的溫度比l30°c還高就可以 充分的清潔。對於此等，喷灑器頭結構之氣體噴射部的溫 度在140°C及150°C的場合，反應副生成物的殘存量為零， 判明了可以完全除去反應副生成物。從而，了解喷灑器頭 結構之氣體喷射部的溫度，若設定在至少略i 3 5 °c以上即 可。 參照第6圖，在該清潔處理（沖洗）中，說明表示除去 反應副生成物（TiFx等）時之頭本體82之氣體喷射部之溫度 與反應副生成物之除去速度的關係。 在該一例中，清潔氣體（CIF3)流量為1〜200sccm，最 好流量為30〜10〇8(^111、壓力為〇.133〜13333?&，最好作為 〇·133〜133pa，沖洗時間為1〜150min，最好為5〜lOOmin， 若考慮到藉沖洗給予對噴灑器頭結構80的損害與反應副生 成物的除去效果後，希望的是少流量、低真空。在該沖洗

1297510 A7 一 B7 五、發明説明（18 ) 作為具體的條件，係例如作為清潔氣體，需要CIF3氣體 Occm壓力〇.133Pa、沖洗時間6〇min、喷灑器頭結構物 之氣體噴射部的溫度15(rc之條件，以不要之鎢膜與習知 之清潔方法除去難以除去之反應副生成物。 此時’載置台28的溫度，係略與習知之清潔處理的 場合相同，例如維持在25(rc程度。對於此等，頭本體82 及結合凸緣部104的溫度，特別是氣體噴射部92的表面溫 度，係叹疋於比習知之清潔處理時之溫度7〇〜8〇t程度還 要回的/皿度，例如13〇。(：以上程度，最好為135〜17〇。〇之 溫度。 該設定係在設置於接合凸緣部1〇4之珀耳帖元件112， 流動與成膜時相反方向之電流，使珀耳帖元件112的下面 側發熱，由上方側加熱接合凸緣部1〇4與頭本體82。如此 將噴灑器頭結構由下方藉藉頭加熱之加熱器1〇〇、由上方 藉珀耳帖元件112分別藉加熱，將頭本體82(特別是氣體喷 射部92的表面近旁）維持在135〜17〇t之溫度。在此， 135〜170 C的加熱溫度，係以與關於清潔處理之時間之關 係來設定，即使在135°C以下若花費一點時間就可以除去 反應副生成物。另外，加熱溫度的上限，對於氣體喷射部 92的材料之清潔氣體為腐蝕溫度以下，例如鋁的場合為例 如400°C程度以下。 如以上將喷灑器頭結構80、特別是頭本體82，藉加 熱維持在135〜170 C，不用說不要之鎢膜，連在習知之清 潔處處理難以去除之反應副成物，例如氟化鈦系生成物也 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 21 1297510 A7 _______B7 五、發明説明（19 ) 容易的由頭本體82的表面，例如主要在氣體喷射面去除。 此種場合，在頭本體82的側壁，由於設置有較大熱阻抗之 頸。卩118 ’所以以熱傳導可以抑制熱逃向上方，發揮保溫 機月b。其結果，可以充分的高度維持氣體喷射部92全體的 溫度，確實的除去附著於該下面之氣體喷射面之反應副生 成物。另外，藉頸部118的作用，也可以使氣體噴射部92 的面内溫度之均一性提升。 其次，由於將頭本體82的溫度分布進行模擬試驗測 量’針對其模擬試驗結果加以說明。 第7圖為表示頭本體之溫度分布之模擬試驗結果之 圖。在此，將頭本體82的上端溫度設定於5(rc，將氣體喷 射部92之溫度設定於2〇〇°c，另外，頭本體82的高度111為 67mm。由該圖所示之溫度分布可以明瞭，在頸部丨丨8中， 溫度斜度變成非常大，也就是溫度分布的曲線變成相當 岔，藉該頸部118的熱阻抗，對於氣體喷射部具有非常優 良之保溫效果，可以了解是一種容易控制頭本體溫度之構 造0 在該頸部118中，厚度為3〜l〇mm(第7圖之a部分）、長 度為10〜50mm(第7圖之b部分）。 另外’在上述實施型態，在接合凸緣部1〇4設置珀耳 帖元件112，但是如第8圖所示，不設置該珀耳帖元件丨12 , 即使直接的在該接合凸緣部1 〇4接合媒體流路丨丨6亦可。在 該場合，也可以發揮與設置珀耳帖元件112的場合略同之 作用效果。 M,··· 1 . 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐〉 請 先 閲 面 之 注 意 事 項

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1297510 五、發明説明（η ) /月潔處理係以每一成膜處理、終了、累積處理枚數、 f積處理時間、及所敎之反應副生成物之膜厚、形成於 曰曰曰圓上之膜的規袼之任何一種為基準，使用者可以作為適 當、實施之時間點。 •藉一體的形成噴灑器頭結構之頭本體，即使在氣 體喷射口P和側面與上部之間發生溫度差，由於構成構件之 接合部分不存在，所以因溫度差起因於熱膨服差之構件間 的摩擦不會發生，因而可以防止粒子的發生。 •即使在喷灑器頭結構之頭本體與其他構成構件之 安裝中，藉由樹脂等所形成之斷熱材作出僅僅之間隙，可 以使構件間的摩擦消失。 •在頭本體的側面藉形成頸部減少熱傳導，加上藉 斷熱材使熱傳導減少，在清潔處理時藉頸部的熱阻抗與斷 ”、、材抑制熱由頭本體的氣體射出面侧逃離，使氣體射出 面的。卩分之溫度維持較高，進一步，其面内溫度的均一性 也提咼，可以有效率的進行反應副生成物的除去。 •藉頭部加熱•冷卻部，在成膜處理時冷卻頭本體 更提高模厚的再現性，在清潔處理時加熱頭本體可以更有 效率的除去反應副生成物。 •用以將發生在設置於頭本體的上部之珀耳帖元件 的上面之溫熱輸送至外部之熱媒體，係具有使用於成膜處 理時之冷卻用之溫度較低者、與使用於清潔處理時加熱用 的溫度較高者，藉切換可以在短時間内切換利用。 •在成膜處理時及清潔處理時，藉使用熱媒體除去 (210X297公釐） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格 1297510 A7 B7 五、發明説明（22 ) 由珀耳帖元件的上面側所發生之溫熱或冷熱，可以使喷灑 器頭結構熱的漂浮。 •由於可以安定的維持一定之喷灑器頭結構的溫 度，所以可以使膜厚的面内均一性提升。 25 本紙張尺度適用中國國家標準（GNS) A4規格（210X297公釐） 1297510 A7 B7 五、發明説明（23 ) 元件標號對照 1… 處理室 4 · · · 載置台 5·.· 螺釘 6… 透過窗 7"· 頭本體 8… 加熱器 9··· 喷射孔 10·. >·固定環 11· ••喷射板 12· •喷灑器頭結構 13· ••螺釘 14· •氣體喷射孔 15· ••擴散孔 16· •熱媒體 17. ••擴散板 18· •喷射基準水路 20· ••成膜裝置 22· •處理室 24· ••反射器 26· •保持構件 28· ••載置台 30· •升降栓 32· ••支撐構件 34· •環狀結合構件 36· ••推上棒 38· •蓋栓孔 40· ••波紋管 42· •致動器 44· ••固定機構 46· •固定環本體 48· ••線圈彈簧 50· •支撐棒 52· ••透過窗 54· •加熱室 56· ••加熱燈 58· •旋轉台 60· ••旋轉馬達 62· •整流孔 64· ••整流板 66· •立柱 68· ••排氣口 70· •排氣通路 72· ••閘閥 74· •開口部 26 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 1297510 A7 B7 發明説明（24 ) 80…喷灑器頭結構 82…頭本體 84…頭蓋體 86…密封構件 ’ 87…斷熱構件 88···氣體導入口 90···氣體通路 92…氣體喷射部 94…氣體喷射孔 9 8…側璧 100…頭加熱加熱器 102…頭溫度控制部 104…接合凸緣部 106a、106b···斷熱材 10 8…頂部 110…密封構件 112…珀耳帖元件 114…珀耳帖控制部 116…媒體流路 118…頸部 120…氣體分散孔 122…擴散板 124···密封溝 27 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. Α8 Β8 C8 D8 只释場換-.頁 i尺年...•月’ Εί 六、申請專利範圍 弟90122145號專利申請案申請專利範圍替換本 2007年11月23日 1 · 一種喷灑器頭，係設置於為了對被處理體實施成膜處 I 理之處理室的上部，且用以供給一定的氣體至上述處 理室内者，包含有？ 頭本體，具有底部設置多數個氣體喷射孔之氣體 喷射部；及 頸部，設於上述頭本體之側壁部，且使上述側壁 部之截面積縮小以抑制傳送的熱量。 2·—種氣體處理裝置，包含有： 處理室，係用以處理基板者； 喷灑器頭，係用以供給處理氣體至上述處理室内 者；及 真空幫浦，係將前述處理室排氣者， 且上述喷灑器頭具有： 頭本體； 氣體喷射部，係具有形成於上述頭本體之底部的多 數個氣體喷射孔者；及 接合部，係形成於上述頭本體之上端部，且用以將 上述頭本體安裝於上述處理室之上部； 又，上述頭本體具有與上述氣體喷射部一體形成之 側壁部，且具有形成以縮小上述側壁部之斷面的頸部。 3·如申請專利範圍第2項之氣體處理裝置，其中以密封構 件使上述處理室與上述接合部保持氣密，且在上述密封 構件之大氣側夾設有斷熱材。

   28 申請專利範圍 4·如申請專利範圍第2項之氣體處理裝置，其中在上述處 理室與上述頭本體之接合部之間，藉由上述密封構件保 持氣密’且形成使上述處理室之真空側之密封面與上述 接合部之密封面不搖觸的間隙。 5·如申請專利範圍第2項之氣體處理裝置，其中在上述接 合部設有用以冷卻或加熱上述頭本體之頭加熱•冷卻 部。 6.如申請專利範圍第5項之氣體處理裝置，其中上述頭加 熱•冷卻部具有設於上述接合部使其靠近—方之溫調面 之拍耳帖元件、及用以進行上述耳帖元件之驅動控制 的控制部。 7·如申請專利範圍第4項之氣體處理裝置，其中上述頭本 體係以上述氣體喷射部和一體形成之侧壁部形成杯形 狀者。 8.如申請專利範圍第6項之氣體處理裝置，其中設置 一供熱媒體流動之媒體流路，並使之接近上述珀耳帖… 件之另一方之溫調面，用以將該溫調面發生之溫熱、或 冷熱輸送至外部。 I·1 I i；

   有 元 製 9·如申請專利範圍第5項之氣體處理裝置，更包含有設 於上述頭本體底部之上述氣體喷射部之外周部，用以調 整上述氣體喷射部至所希望溫度的頭加熱部，且藉由上 述頭加熱部與上述頭加熱·冷卻部，將上述頭本體之上 述氣體噴射部的溫度控制在5〇〜3〇〇。(：的範圍内9 1〇·如申請專利範圍第5項之氣體處理裝置，其中上述頭 規格（2Π)Χ297公釐） 29

   30 口P的外周部’心將上述氣體噴射部調整至所希望 溫度者。 ' 16.如申清專利範圍第u項之氣體處理裝置，其中上述頭 本體係以上述氣體★射部和一體形成之側壁部形成杯 形狀者，且該氣體處理裝置更包含有設於上述頭本體 之上部且用以安裝於上述處理室之接合部，及設置於 上述頭本體且用以將該頭本體之上述氣體喷射部調整 至所希望的溫度之頭加熱部。 經濟部DJ·.夬椟迤局員工消費合作社印製 張 _紙 本 Μ \—/ Ns 6一 ί 標 家 I國 國 I中 用 一適 ¥ 公 7 9 2 31