TWI303084B - Shower head structure, film forming method, and gas processing apparauts - Google Patents

Description

1303084 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 發明領域 本發明係關於-種噴麗器頭結構及其清潔方法，在半 5 $體日日圓等之被處理体，使用處理氣體進行成膜，並被搭 載於成膜裝置等。 C先前:名好】 發明背景 在一般之半導體集體電路之製造過程中，在形成被處 10理体之半導體体晶圓表面上，為了形成配線型式或埋入配 線間等之凹部，使W(鎢）、wsi(矽化鎢）、Ti(鈦）、TiN(氮化 鈥）、TiSi(矽化鈦）、Cu(銅）、Ta2〇5(氧化鈕）等之金屬或金屬 化合物堆積形成薄膜。 作為該種之金屬薄膜的形成方法，眾知者係具有3種方 15法，例如H2(氫）還元法、SiH4(矽烷）還元法、與SiH2Cl2(二 氣矽烷)還元法等。其中，SiHzd2還元法，係為了形成配線 型式，例如使用二氯矽烷作為還元氣體，在6〇〇。〇程度之高 溫下形成W與Wsi(矽化鎢）膜之方法。另外，SiHU還元法， 係同樣的為了形成配線型式，例如使用矽烷作為還元氣 20體’在比S^Cl2還元法還低之45〇°C程度之溫度下，形成w 與Wsi膜之方法。另外，H2還元法，係為了埋孔配線間的凹 部進行晶圓表面的平坦化，例如使用氫作為還元氣體，在 380〜430°C程度之溫度下，使w膜堆積的方法。 更進一步，適當的組合此等方法之還原法也被眾所皆 1303084 知，例如WF0(六氟化鎢）亦被使用於哪個的方法。 第9圖係表示形成如此之金屬薄膜等之一般的成膜, 置之構成例。另外，第10圖係詳細的表示第9圖中之壩2 頭結構之擴大圖。 ^ ^ 5 處理室2，係使用料例如成形成筒體形狀。在該處理 室2内，設置藉薄的碳素材或鋁化合物成形之載置台$，在 該下方，介由石英製之透過窗6配置齒燈等之加熱部。 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環 1〇 10固定於被壓入之載置台4上。在使其對向於該載置台: 上方，設置例如由紹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噴射孔 14。 、 而且，噴灑1§頭結構12，係為了使成膜處理中之溫度 15維持在某種程度較低且安定的，例如將5〇t程度之熱媒^ 16(例如cmRA(商品名）)等流到内部。該噴渡器頭結構^ 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’㈣釘13安裝多數翁孔9_ 成之噴射板11。 20 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，設置噴灑基準水路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 6 1303084 載置口 4上之半導體晶圓评，使其形成一定之溫度。 在與此等同時，由被設置於載置台4的上方 =:為處理氣體之例一等，藉均等的供:: 面上，在晶圓表面上形成鎢等之金屬膜。 5

10 前述之錢處理，係將依枚葉式、也就是多數枚例如 晶枚1枚的連續作成膜處理，在該連續成膜中， 以^附著於處理室内2之構造物，例如魅台與固定環與 贺心碩結構等之剩餘的膜為目的，使用c奶等之清 體進行乾洗(沖洗）。如此，在-般，重複的進行橫跨多數二 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-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_定。但是實際上，在 進行清潔處理之後對於第i枚之晶圓之成膜處理2厚，盘 15例如連續處理25牧時之對於第25枚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流動到喷灑器頭結 而且，依照增 構12之喷灑基準水路18，該溫度還是變高 2〇加由喷灑器頭結構i2流動處理氣體之晶圓的處理枚數，喷 濃器頭結構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I2之氣體噴射板的溫度維持在 預先之較低溫，進行晶圓之連續成膜處理。但是，如此從 7 1303084 處理開始，使噴灑器頭結構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，附著於噴灑器頭 結構12的氣體喷射板的表面之問題。該氟化鈦，係在前過 5 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，係表示噴灑器頭結構之氣體噴射板的 溫度與附著於噴灑器頭結構之反應副生成物之膜厚的關 10係。第11A圖係表示載置台的溫度在400。〇連續處理25枚之 -膜厚lOOnm之鎢金屬時之特性，第ι1Β圖係表示載置台的溫 • 度在460 C連續處理25枚之膜厚800nm之嫣金屬時之特性。 由此等之圖可以明瞭，將噴灑器頭結構之氣體噴射板 的溫度，由100°C程度降低至8(TC程度之後，反應副生成物 15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氣體來進扞。此錄 附著於載置台4等之不要之鎢膜被除去，但具有所職化鈦 等之反應副生成物很難被除去之問題。 ,20 $外’藉將成膜處理中之噴麗器頭結構之氣體噴射板 . ㈣度’作成某種程度的高溫，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’限制喷麗器頭結構之 ㈣喷射板的溫度之上限，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 1303084 應副生錢的附著變多，累積處理枚數被限制’另外，變 成對應附者1要求清潔處理。 【明内溶^】 發明概要 5本發明係以提供—種被搭載於成膜裝置，可以使成膜 處理的再現性提升並高度的維持，同時可以在短時間容易 的實施除去在成膜處理時所附著之反應副生成物之噴麗器 頭結構及其清潔方法為目的。 在此本發明係提供一種喷讓器頭結構用以供給一定 10的氣體至該處理室内，並被設置於為了«處理實μ膜 處理之處理室的了頁部，包含有：頭本體係形成杯形狀在 底部具有打開多數氣體噴射孔之氣體噴出部，在該杯形狀 的開口侧-體的形成用以朝上述處理室之頂部安裝之接合 凸緣。Ρ ’頭加熱部’係用以將該頭本體調整至所希望的溫 15度，被設置於上述頭本體的底部近旁。 又，在上述頭加熱部之上方之上述頭本體的侧壁上， 形成使該侧壁之截面積縮小而用以增大對傳送熱量之熱阻 亢的頸部。 該唷灑器頭結構，更包含有：頭加熱•冷卻部，係用 20以在上述被處理体的成膜處理時冷卻上述頭本體，或在上 述處理至内之清潔處理時加熱上述頭本體，被設置於上述 接合凸緣部；藉上述頭加熱部與上述頭加熱.冷卻部，控 制上述頭本體的溫度在50〜30(rc的範圍。 另外，提供一種清潔處理，其係一種喷灑器頭結構之 1303084 清潔方法，而該喷灑器頭結構搭載於具有在處理氣體環境 内使反應生成物堆積於所加熱之被處理体的表面進行成膜 處理之處理室之成膜裝置，且朝上述處理室導入處理氣 體.，該清潔方法係使清潔氣體由上述喷灑器頭結構流動至 上述處理至内，且將該噴灑器頭結構之氣體喷射部之溫度 設定成比成膜處理時的溫度還高，以除去成膜處理時所發 生之反應副成膜。 在該清潔處理中，噴灑器頭結構之氣體噴射部之溫度 為携。(：以上，以附著於嗔灑器頭結構之氣體喷射部的表面 1〇之1化鈦(TiFx)作為主齡除纽制生成物。 圖式簡單說明 第1圖為表示關於本發明搭載噴灑器頭結構之成膜裝 置之一構成例之截面構成圖。 第2圖為表示在第i圖所示之噴灑器頭結構之詳細構造 15 之截面圖。 第3圖為由基座側來看第i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噴灑器頭結構之溫度（氣 體喷射部之中心部）與膜厚之再現性之關係之圖。酿又* 20 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圖為表不頭本體之溫度分布之模擬試驗結果之圖。 10 1303084 弟8圖為表示喷灑器頭結構之變形例之截面圖。 第9圖為表示搭載習知之噴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圖所示之噴灑器頭結構之詳細構 5 造之截面圖。 第11A' 11B圖係表示噴灑斋頭結構之氣體噴射部之溫 度與附著於噴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。 t實施方式】 10較隹實施例之詳細說明 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噴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圖為由基座侧來看 15 上述噴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 支播之載置台28。該反射器24之内側係被研磨成鏡面由銘 20 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等之紹化合物所形成，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 11 1303084 升降栓3〇(在第i圖中僅代表的顯示2根)，使其由支撑構仰 之-端延伸至上方。另外’支標構件32的他端穿越形 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^如一 5齊的上下動。進一步，該環狀結合構件34,係連結於貫通 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4〇内之致動器 42。在5亥構造中’藉致動斋42將推上棒36向上方移動後， 10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。 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 15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 2〇 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 12 1303084 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6〇旋轉。藉被 5 旋轉之加熱燈56所放出之熱線，係透過透過窗52照射載置 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 10柱66支撐。在上述整流板64的下方底部設置排氣口68，在 该排氣口 68連接連接於未圖示之真空幫浦之排氣通路7〇， 將處理室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 11。

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内之貞;麗為頭結構，密封的被嵌入該開口部％，使 其可以維持真空狀態。 具體的，如第2圖所示，賴器頭結構80,係具有例如 20由銘等所形成杯狀之頭本體82，在該頭本體82之開口側， 頭蓋体84挾持絲〇環等之密封構侧。另外，頭蓋体％， ^在接觸於頭本齡2之面，沿著〇環^置由樹脂等所形成之 斷熱構件87。該頭蓋体84之中心部係n氣體導入口 88。 在乂氣體&人口 88 ’介由氣體通路9()，可以流量控制的連 13 1303084 接處理氣體，例如使用於成膜處理時之WF6、Ar、SiH4、 Η2、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之底部之氣體噴射部92，用 5以將供給至頭本體82内之氣體放出至處理空間s之多數氣 體喷射孔94，橫跨面全體的被打開，將氣體均一的朝晶圓 表面放出。該氣體噴射部92係與頭本體側壁一體成形。此 等，習知由於氣體噴射部92與頭本體82為別体，所以安裝 部分相接觸，兩構件間之熱傳導性不佳，另外，由於材料 10不同，熱膨脹率的不同因不正與摺合而發生粒子，但藉一 體成形，提升熱傳導性，使粒子變成不會發生，解決了此 等之問題。即使在頭蓋体84之斷熱構件87，藉同樣之構造 亦可以得到同樣之效果。 而且，在該頭本體82之側壁98的下端部，作為頭加熱 15部，例如由絕緣之鎧裝式電熱爐所形成之頭加熱器100,被 埋入成環狀略一周，作為主要的是將該頭本體82加熱。頭 加熱100 ’係藉如第3圖所示之頭溫度控制部1〇2，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 2〇擴充至外周方向。在該接合凸緣部104的下面，設置圓形環 狀之斷熱材106a與密封面。頭本體82在被崁入處理室22的 開口部74之際，藉斷熱材1〇6a連接與頂璧1〇8的上面之大半 的接觸部份熱很難傳送。該斷熱材1〇以係由樹脂 等所形 成，其寬度係由比上述兩接觸面的寬度稍狹小所形成，剩 14 1303084 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◦環等所形成之密 封構件110介在於此，形成可以維持真空狀態。另外，在接 合凸緣部104的外周，設置由樹脂等所形成之斷熱材1〇6b。 5 特別是，對於密封面藉僅僅低於第2圖所示之頂璧1〇8 的上面之真空側之表面，使頂璧108面與接合凸緣部1〇4之 下面不接觸，僅製造間隙，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1〇4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 〇 防止發生粒子的效果。尚且，如第2圖所示，在頭本體82與 頊蓋體84之接觸部份也同樣的形成，藉後述之頭加熱•冷 卻部’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。 [5 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104與頭本體 82 ° i〇 頭本體82之溫度控制範圍，係藉例如珀耳帖元件112與 碩加熱加熱器1〇〇的組合，為了維持且加熱頭本體82的下面 之面内溫度均一性，例如5〇〜300°C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 15 1303084 同環狀之媒體流路116。在該媒體流路116藉流動一定溫度 之熱媒體，傳送在珀耳帖元件112的上面侧所發生之溫熱戋 冷熱。 另外，在頭本體82之侧璧98的頭加熱加熱器1〇〇的上方 5中’用以使該侧璧之截面積縮小之頸部118，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100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 侧，藉削掉成凹部狀形成頸部118,但替換此等即使由其内 10 周侧削掉而形成亦可。 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w面，更均等的供給氣體。進一步， 設置於噴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 15 124、126。 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 處理备'件§成膜中之頭本體82的溫度無法上升到反應副生 2〇成物不吾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，但报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 16 1303084 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，不過由於依使用者側的使用狀況而不 同，例如累積處理枚數、或累積處理時間、或所测定之反 應副生成物的臈厚、或晶圓上之生成膜的電氣特性等，將 5規袼内等作為基準，例如，以1〇〇組作為累積處理牧數，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牧之晶圓的成膜處理後中，將頭本體82之氣體噴射部 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之氣體噴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，在每完成其丨種類之程序， 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 15 處理的場合，打開設置於處理室22的侧壁之閘閥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3〇 將晶圓W收付於升降检30側。 而且，藉降低推上棒36使升降栓30下降，將晶圓|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 2Ό 推壓固定此％。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N2等之 輸運氣體輸送WF6、SiH4、H2等之處理氣體，使其供給各一 定量至噴灑器頭結構80内加以混合。在頭本體82内使該混 17 1303084 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，例如 5 200pa〜llOOQpa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 10 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480T：以下（載置台28的溫度 為50〇°C以下），控制噴灑器頭結構80特別是頭本體82之氣 15 體喷射部之溫度在110°C以下，最好是維持在95°C以下。 此種場合，頭本體82，由於係由載置台28側接受較多 之輻射熱之該設定溫度，例如由於有上升至95°C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 20本體82之氣體喷射部之溫度保持於如上述之95°C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CHIRA(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 18 1303084 外部。該熱媒體，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媒 體之至少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，所以在短時間可 5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 4，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108與接合凸緣部104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 1〇8。此等與珀耳帖元件112的作用相結合之喷灑器頭結構 1〇 8〇，係形成熱的被略絕緣之漂浮狀態，主要可以將頭本體 82安定的維持在財望的溫度。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 15 熱並進行溫度控制即可。 成膜時，頭本體82之氣體噴射部之溫度，以11〇μ 下，最好為95°c程度之溫度，在晶圓W上形成物膜後，例 如連續的成膜處理以狀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， 20在晶圓W以外，例如在载置台28的表面與固定環本體仙的 表面等纟P付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欽化合發生之氧 化鈦(TiFx)系之生錢，形成多量附著於頭本舰的表面之 傾向。 19 1303084 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噴灑器頭結構之氣體 ' 喷射部的溫度與膜厚的再現性之關係，及清潔處理時之噴 5 灑器頭結構之氣體喷射部之溫度與反應副生成物的除去量 之關係，針對其評價的結果加以說明。 第4圖為表示鎢膜之成膜時之噴灑器頭結構之氣體喷 鲁 射部之溫度與膜厚之再現性之關係。在此，各個測定25牧 之晶圓連續成膜時之膜厚，針對成膜溫度為41〇艺的場合與 10 460 C的場合，檢討25枝的膜變動率與噴灑器頭結構之氣體 • 喷射部的溫度之關係。 _ 由該圖可以明顯的了解，成膜溫度在460。(：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41() _ 艺的場合時，喷灑器頭結構之氣體噴出部的溫度，由11〇t • 15降至70°C越降越低，膜厚的再現性提升(數值變小），藉設定 • 噴灑器頭結構之氣體喷出部之溫度在95°C以下，可以改善 膜厚的再現性。 ° 例如，氣體噴出部的溫度在9(rc以下，變成找以下。 從而’在使膜厚的再現性提升，可以了解將嘴灑器結構之 • 2G驗噴出部之溫度設定在略95°C町，若使鶴膜堆積即 • 彳。但是，在該場合，噴―祕狀溫度料反比二， 則無法避免的附著於喷灑器頭結構之氣體噴射部的表面 反應副生成物(TiF系）的量增加。另外，為了將媒厚^ 性作為3%以内，成膜處理溫度（比晶圓溫稍高）約略為42〇 20 1303084 °C以下時’將頭本體的溫度設定於略95°C以下，另外，可 以了解成膜處理溫度約略為5〇〇°c以下時，若將頭本體的溫 度設定在約略ll〇°C以下亦可。 第5圖為表示清潔時喷灑器頭結構之氣體喷射部的溫 5度與反應副生成物(TiFx)之除去量的關係。在該圖中，將噴 麗器頭結構之氣體喷射部的溫度，以13(rc、l4〇°C、l5〇cC 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250°C、清潔氣 體之CIF3的流量為5〇〇sccm、壓力為2666Pa(20Torr)、清潔 10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 體嘴射部的溫度在13CTC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&13〇°c還高就可以充 15分的清潔。對於此等，噴灑器頭結構之氣體噴射部的溫度 在140C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 構之氣體噴射部的溫度，若設定在至少略135〇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 20應副生成物（TiFx等）時之頭本體82之氣體噴射部之溫度與 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，最好 流量為30〜lOOsccm、壓力為〇·ΐ33〜13333pa，最好作為 0.133〜133pa，沖洗時間為1〜i5〇min，最好為5〜1〇〇min，若 21 1303084 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。在該沖洗作 為具體的條件，係例如作為清潔氣體，需要cif3氣體 50ccm、壓力0.133Pa、沖洗時間6〇min、噴灑器頭結構物之 5 氣體噴射部的溫度150°C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250°C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 10設定於比習知之清潔處理時之溫度70〜80°C程度還要高的 溫度，例如130°C以上程度，最好為135〜i7〇°C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， 15 20 流動與成膜時相反方向之電流，使珀耳帖元件112的下面侧 發熱’由上方侧加熱接合凸緣部1G4與頭本體82。如此將喷 麗器頭結構由下方藉藉頭加熱之加熱以⑽、由上方藉料 帖元件山分_加熱，賴本體81(_是氣體噴料92 的表面近旁）維持在135〜17(rc之溫度。在此，135~17叱的 加熱溫度’係以與關於清潔處理之時間之_來設定，即 饥以下若花費-點時間就可以除去反應副生成 另外，加熱溫度的上限，對於氣體噴射部92的材料之 >月 >糸氣體為腐蝕溫度以下，例如鋁的γ人 以下。 每a為例如400°c程度 17n〇r 〜〜呼尽體82,藉加熱 、、隹持在135〜170C，不用說不要之鹤膜 胰連在習知之清潔處 22 1303084 :92的面内溫 2難以去除之反應副成物，例如氟化鈦系生成物也容易 碩她2喊面，例如主要錢料㈣去除。此種 在頭本體82的側壁，由於設置有較大熱阻抗之頸部 直莊所以以熱傳導可以抑㈣逃向上方，發揮保溫機能。 二〜果’可以充分的高度轉氣时射物全體的溫度， 石/的除去附著㈣下面之氣體噴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^

度之均一性提升。 曰其次，由於將頭本體82的溫度分布進行模擬試驗測 里針對其板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50°C，將氣體喷 射部92之溫度設定於20(rc，另外，頭本體82的高度^^為 67mm。由該圖所示之溫度分布可以明瞭，在頸部118中， 15溫度斜度變成非常大，也就是溫度分布的曲線變成相當 密’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。 在該頸部118中，厚度為3〜10mm(第7圖之a部分）、長度 為10〜50mm(第7圖之b部分）。 20 另外，在上述實施型態，在接合凸緣部104設置珀耳帖 元件112，但是如第8圖所示，不設置該ίό耳帖元件112 ’即 使直接的在該接合凸緣部104接合媒體流路116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。 23 1303084 尚且，在本實施型態，已取使用CIF3氣體作為清潔氣 體的場合為例加以說明，但是並不限定於此，使用其他之 清潔氣體，例如NF3氣體、HCI氣體、q2氣體等場合，亦可 以適用本發明。另外，在此已取藉清潔除去在堆積鶴膜時 5所產生反應副生成物(TiF)的場合之例加以說明，但是在除 去在形成含有其他之金屬及金屬化合物，例如Ή(鈦）、 Cu(銅）、Ta(组）、A1⑹、谓(鈦确化）、％〇5(組氧化物) 等堆積模時，所產生反應副生成物的場合，亦可以適用本 卷明另外，進一步，本發明不僅可以適用於使用電漿進 10行薄膜生成之電漿成膜裝置，不限定半導體晶圓亦可以使 用LCD基板、玻璃基板等作為被處理体。 如以上之說明，若依據本發明之噴灑器頭結構及其清 潔方法的話，就可以發揮如其次之優良作用效果。 •由於頭本體與習知為別体之噴射板（相當於本發明 15之頭本體底部之氣體喷射部）與接合凸緣部（相當於本發明 之接合凸緣部)係-體成形，所以即使在錢器頭結構具有 /皿度變化，SI熱雜差沒有發生模擦之虞慮，所以可以抑 制粒子的發生。 •在成膜處理中，藉將噴灑器頭結構之氣體噴射部的 20 /里度維持在比較低的溫度，使各被處理体間之膜厚略均_ 2，使膜厚的再現性提升高維持。另外，在清潔處理時， 猎頭加熱部將噴灑器頭結構的溫度本身維持在比成膜時還 回，可以除去發生在成膜處理時，附著於噴灑器頭結構的 氣體噴射部的表面之反應副生成物。 24 1303084 /月✓糸處理係以母一成膜處理終了、累積處理枚數、 累積處理時間、及所測定之反應副生成物之膜厚、形成於 晶圓上之膜的規格之任何一種為基準，使用者可以作為適 當、實施之時間點。 5 •藉一體的形成噴灑器頭結構之頭本體，即使在氣體 噴射部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脹差之構件間的 摩擦不會發生，因而可以防止粒子的發生。 •即使在噴灑器頭結構之頭本體與其他構成構件之安 10 &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熱 材抑制熱由頭本體的氣體射出面側逃離，使氣體射出面 15的部分之溫度維持較高，進一步，其面内溫度的均 —性也 提高，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 提冋模厚的再現性，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。 2〇 •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 日守之冷部用之溫度較低者、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，藉使用熱媒體除去由 25 1303084 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。 5 【圖式簡單說明】 第1圖為表示關於本發明搭載噴灑器頭結構之成膜裝 置之一構成例之截面構成圖。 第2圖為表示在第1圖所示之噴灑器頭結構之詳細構造 之截面圖。 10 第3圖為由基座側來看第1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 15 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。 20 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。 第11A、11B圖係表示噴灑器頭結構之氣體喷射部之溫 26 1303084 度與附著於噴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。

【主要元件符號說明】 2…處理室 30···升降栓 4…載置台 32···支撐構件 5…螺釘 34…環狀結合構件 6…透過窗 36···推上棒 7…頭本體 38···蓋栓孔 8…加熱器 40···波紋管 9…喷射孔 42···致動器 10…固定環 44…固定機構 11…喷射板 46···固定環本體 12…喷灑器頭結構 48···線圈彈簧 13…螺釘 50···支撐棒 14…氣體噴射孔 52…透過窗 15…擴散孔 54.··加熱室 16…熱媒體 .56···加熱燈 17…擴散板 58…旋轉台 18…喷射基準水路 60···旋轉馬達 20…成膜裝置 62…整流孔 22…處理室 64…整流板 24…反射器 66…立柱 26…保持構件 68…排氣口 28…載置台 70···排氣通路 27 1303084

72…閘閥 74…開口部 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···氣體噴射部 94…氣體喷射孔 98…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 108…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、126…密封溝 S…處理空間

28

Claims (1)

1. #U專利中請案中文中請專利範圍替換本日期：2_年8月4日 、申請專利範圍： _灑ϋ頭’係設置於用以對被處理體實施成膜處 之處理至的頂部，且用以供給一定的氣體至該處理 至内者，包含有： ^員本體’具有底部開設有多數個氣體喷射孔之氣體 噴出邛，且以上述氣體噴出部和一體形成之側壁部形成 杯形狀者； 接σ σ卩，係設置於上述頭本體之上部，且用以安裝 於上述處理室；及 頭加熱部，係設置於上述頭本體，用以將該頭本體 之上述氧體噴出部調整至所希望的溫度者。 •如申請專利範圍第1項之喷灑器頭，更包含有藉由密封 構件而安裝於上述頭本體之頭蓋體。 3·-種成財法，係由噴㈣頭結構將成膜氣體導入於處 里至内者，该處理室係用以對被處理體實施成膜處理 者，且該喷灑器頭結構包含有： 頭本體，具有底部開設有多數個氣體喷射孔之氣體 嘴出部，且以上it氣體噴出部和一體形成之側壁部形成 杯形狀者；及 頭加熱•冷卻部，係設置於上述頭本體，用以將該 頭本體之上述氣體噴出部調整至所希望的溫度者； 〃而該成膜方法係由前述噴m器頭結構將上述成膜 氣體導入真妹態之前述處理室内，且在對於上述處理 室内之上述被處理體實施成膜處理之際，藉上述頭加 29 1303084 熱•冷卻部’將上述氣體喷出部的溫度維持在比上述被 處理體的溫度還低之一定溫度。 4·如申請專利範圍第3項之成膜方法，其中成膜處理時之 上述被處理體的溫度在420°C以下時，上述喷灑器頭結 構的溫度藉由上述頭加熱·冷卻部設定在95°C以下。 5·如申请專利範圍第3項之成膜方法，其中成膜處理時之 上述被處理體的溫度在500°C以下時，上述喷灑器頭結 構的溫度藉由上述頭加熱•冷卻部設定在U(rc以下。 6_如申睛專利範圍第3項之成膜方法，其中上述頭本體之 側壁部上形成頸部，藉由該頸部抑制在成膜時發生之氣 體噴射σ卩之表面溫度朝上述接合部的熱傳送並進行成 膜者。 7·如申請專利範圍帛3項之成膜方法，其中使上述氣體喷 出。卩之温度較上述被處理體的溫度低，且在5〇〜3〇〇它 的範圍維持一定的溫度。 8· —種氣體處理裝置，包含有： 處理室，係用以處理基板處理者； 頭本體，係用以供給處理氣體至上述處理室内者； 乳體噴射部，係具有形成於上述頭本體之底部的多 婁文個氣體噴射孔者； 接合部，係形成於上述頭本體之上部，且用以將該 頭本體安裝於上述處理室之上部； ^加熱裝置，係設於上述頭本體底部之上述氣體噴射 部的外周部，用謂上述氣时射部難至所希望的溫 30 1303084 度者；及 加熱•冷卻裝置，係設於上述接合部，用以將上述 頭本體加熱或冷卻者。 9. 如申請專利範圍第8項之氣體處理裝置，其中將上述處 5 理室與上述接合部以密封構件保持氣密，且在上述密封 構件之大氣側夾設有斷熱材。 10. 如申請專利範圍第8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 10 部之密封面不接觸的間隙。 11. 如申請專利範圍第8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一方之溫調面 之珀耳帖元件、及用以進行上述珀耳帖元件之驅動控制 的控制部。 15 12.如申請專利範圍第8項之氣體處理裝置，其中上述頭本 體係形成杯形狀者。 13. 如申請專利範圍第11項之氣體處理裝置，其中設置有 一供熱媒體流動之媒體流路，並使之接近上述珀耳帖元 件之另一方之溫調面，用以將該溫調面發生之溫熱、或 20 冷熱輸送至外部。 14. 如申請專利範圍第13項之氣體處理裝置，其中上述熱 媒體包含有： 第1熱媒體，係用以冷卻上述珀耳帖元件；及 第2熱媒體，係用以加熱上述珀耳帖元件； 31 1303084 而上述第1熱媒體與第2熱媒體，係經過各個不同 之媒體流路接近於上述珀耳帖元件的溫調面，藉閥的切 換選擇其中之一個熱媒體者。 15·如申請專利範圍第8項之氣體處理裝置，其中藉由上述 加熱裝置與上述加熱•冷卻裝置，將上述頭本體之上述 氣體噴射部的溫度控制在50〜300°C的範圍内。 16.如申請專利範圍第8項之氣體處理裝置，其中上述頭加 熱•冷卻部設置有一供熱媒體流動之媒體流路，並使之 接近上述接合部上，用以將該接合部發生之溫熱、或冷 熱輪送至外部。 17·如申睛專利範圍第8項之氣體處理裝置，其中上述頭本 體具有藉由密封構件而被安裝之頭蓋體。 32