TWI334888B - - Google Patents
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Description
九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 發明領域 本發明係關於—種喷麗器頭結構及其清潔方法,在半 導體晶圓等之被處理体,使聽職舰行成膜,並被搭 載於成膜裝置等。 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 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(石夕化鎢)、Ti(欽)、遭(氮化 鈦)、Τ6ί(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%(氫)還元法、SiH4(矽烷)還元法、與SiH2CL(二 氯矽烷)還元法等。其中,SiHiCh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600t程度之高 溫下形成W與Wsi(矽化鎢)膜之方法。另外,5出4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 體,在比SiHzCI2還元法還低之45〇艺程度之溫度下,形成w 與Wsi膜之方法。另外,&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—步,適當的組合此等方法之還原法也被眾所皆 1334888 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—般的成膜裝 置之構成例。另外,第10圖係詳細的表示第9圖中之喷灑器 頭結構之擴大圖。 處理室2,係使用鋁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鋁化合物成形之载置台4,在 該下方,介由石英製之透過窗6配置鹵燈等之加熱部。
由外部被搬送之半導體晶圓W被載置向載置台4上,該 曰曰圓W的周緣部被構成可以升降,例如藉環形狀之固定環 10固定於被壓入之載置台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。在該噴灑 器頭結構I2的下面,形成略均等被配置之多數氣體噴射孔 14 〇 且,喷灑器頭結構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50°C程声之熱媒體 而
16(例如CHIRA(商品名))等流到内部。該噴灑器頭結構丨之係 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安裝多數嘴射所= 成之喷射板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只 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,間捿的加熱被固定於 6 载置台4上之半導體晶圓W,使其形成—定之溫度。 在與此等同時,由被設置於載置台4的上方之氣體喷射 孔14,作為處理氣體之例如WF6與Η。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。 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,1枚1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,例如載置台與固定環與 噴灑器頭結構等之剩餘的膜為目的,使用CIF3等之清潔氣 體進行乾洗(沖洗)。如此,在一般,重複的進行橫跨多數牧 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1枚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枚之晶圓之處理的厚 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流動到噴灌器頭結 構12之噴灑基準水路18,該溫㈣是變高,依照增 加由喷灑H頭結構12流動處理氣體之晶_處理枚數,喷 麗器頭結構12,特別是氣體噴射板的溫度,起因於逐漸降 低形成洛到所希望之溫度。 在此,使噴灑器頭結構12之氣體噴射板的溫度維持在 預先之較低· ’進行晶圓之連續成膜處理。但是,如此從 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,附著於喷灑器頭 結構12的氣體噴射板的表面之問題。該氟化鈦,係在前過 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t之一部之鈦原子,與在該成膜處理時所供給之WFe氣 體之既素反應而生成。 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4〇(rc連續處理乃枚之 膜厚lOOnm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枚之膜厚800nm之鎮金屬時之特性。 由此等之圖可以明瞭,將噴灑器頭結構之氣體喷射板 的溫度,由100°C程度降低至8(TC程度之後,反應副生成物 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,作成某種程度的高溫,也具有反應副生成物很難 附著之方法,但疋依據成膜的條件,限制喷麗器頭結構之 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。 C 明内容_】 發明概要 本發畴係以提供-種被搭載於成膜裂置,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 的實施料在舰處理時所附著之反朗生成物之喷灑器 頭結構及其清潔方法為目的。 在此本發明係提供一種噴灑器頭結構,用以供給一定 的氣體至該處理錢,並被設置於為了對被處理實施成膜 處理之處理㈣觸’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 凸緣部;頭加熱部,係用以_頭本體調整至所希望的溫 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側壁上, 形成使該缝之截面積料—叫讀傳送熱量之熱阻 亢的頸部。 該噴麗器頭結構,更包含有:頭加熱•冷卻部,係用 以在上述被處理体的成膜處理時冷卻上述頭本體,或在上 述處理室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50〜300°C的範固。 另外,提供-種清潔處理,其係一種喷灑器頭結構之 1334888 清潔方法’而該噴;麗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嘴灑器頭結構流動至 5上述處理室内,且將該噴麗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’噴麓器頭結構之氣體喷射部之溫度 為130°C以上’以附著於頭結構之氣體噴射部的表面 10之氟化鈦(TiFx)作為主成分除去反應副生成物。 圖式簡單說明 第1圖為表示關於本發明搭載嘴麗器頭結構之成膜裝 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 15 之截面圖。 第3圖為由基座側來看第1圖所示之噴灑器頭結構之平 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 體噴射部之中心部)與膜厚之再現性之關係之圖。 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ό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。 10 i334888 第8圖為表示噴丨麗器頭結構之變形例之截面圖。 第9圖為表示搭載習知之喷麗器頭結構之成膜裝置之 構成例之圖。 帛ίο圖為表示在第9圖所示之喷灌器頭結構之詳細構 造之截面圖。 第11A、11B圖係表示喷麗器頭結構之氣體喷射部之溫 度與附著於噴壤器頭結構之氣體喷射部的表面之反應副生 成物之膜厚的關係之圖。 C實施方式;j 10 較佳實施例之詳細說明 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喷灑器頭結構之一實施 型%於成膜裝置之構造之戴面圖。另外,第2圖為表示上述 噴灑器頭結構之詳細截面構造之圖,第3圖為由基座側來看 15 上述噴麗器頭結構之平面圖β 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鋁 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 11 1334888 升降栓30(在第1圖中僅代表的顯示2根),使其由支撲構件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。該支樓構件 32之各個的他端’藉環狀結合部34結合,使各升降栓3〇一 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的下私,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。在該構造中,藉致動器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 20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!圖中僅代表的顯示2根),支撐固定環本體 46,與升降栓3〇—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* 12 1334888 狀悲。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 被汉置在也兼作反射鏡之旋轉台58。該旋轉台58,係介由 旋轉轴藉設置於加熱室54的底部之旋轉馬達6〇旋轉《藉被 5杈轉之加熱燈56所放出之熱線,係透過透過窗52照射載置 σ28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 抓孔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的下方底部設皇排氣口 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, 將處理室22内排氣,維持在所希望之真空狀態。另外,在 處理至22的側壁,設置在搬出入晶圓之際用以開關之閘閥 72 ° 15 另—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 室22内之噴灑器頭結構80,密封的被崁入該開口部74,使 其可以維持真空狀態。 具體的’如第2圖所示,噴灑器頭結構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挾持安裝〇環等之密封構件86。另外,頭蓋体84, 係在接觸於頭本體82之面,沿著Ο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。 在該氣體導入口 88,介由氣體通路90,可以流量控制的連 13 ⑶4888 接處理氣體,例如使用於成膜處理時之WF6、Ar、SiU4、 H2、乂等之氣體供給系(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 父將供給至頭本體82内之氣體放出至處理空間S之多數氣 體噴射孔94,橫跨面全體的被打開,將氣體均—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 4分相接觸,兩構件間之熱傳導性不佳,另外,由於材料 〇不同,熱膨脹率的不同因不正與摺合而發生粒子,但藉— 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—周,作為主要的是將該頭本體82加熱。頭 加熱器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104使其 20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 的接觸部伤熱很難傳送。該斷熱材1〇6&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 1334888 餘之接觸面形成密封面。另外,在接觸該頂部108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106b。 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11〇使真空狀態保 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 10防止發生粒子的效果。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 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。 15 另一方面,在接合凸緣部仞4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)。ίό耳帖元件m,係藉料帖控制部114的控制, 使用於為了因應必要加熱或冷卻接合凸緣部lQ4與頭本體 82 ° 20帛本體82之溫度控制範圍,係藉例如料帖元件m與 頭加熱加熱器的組合’為了維持且加熱頭本體82的下面 之面内溫度均一性,例如50〜3〇(rc的範圍内,最好為5〇~25〇 °(:的範圍。 而且’在拍耳帖讀112的上面(溫調面),設置形成相 15 1334888 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,傳送在站耳帖元件112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100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 1〇周側削掉而形成亦可。 另外,在碩本體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, 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、11〇,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喷灑器頭結構 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 處理條件當成臈中之頭本體82的溫度無法上升到反應副生 成物不吾歡付著之溫度的場合,維持噴灑器頭結構8〇之頭 本體82的氣體喷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 16 1334888 加熱部進行清潔處理。但是,其時間點即使在每成膜處理 终了來進行亦可,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,將 5 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i 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之氣體嘴射部之溫度更高之溫 10 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,例如實施如鐫之金屬膜的成膜 15 處理的場合,打開設置於處理室22的側壁之閘閥72,藉未 圖不之搬送臂將晶圓"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3〇側。 而且,藉降低推上棒36使升降栓3〇下降,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 2〇推壓固定此等。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n2等之 輸運氣體輸送WFe、SiHc Η:等之處理氣體,使其供給各一 定董至噴麗器頭結構80内加以混合。在頭本體82内使該混 17 1334888 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〜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。該载置台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,例如作為鶴膜被堆積於晶 圓W的全表面上。 15
20 此時,維持晶圓w的溫度在48(rc以下(載置台28的溫度 為500°C以下),控制喷灑器頭結構8〇特別是頭本體82之氣 體喷射部之溫度在11(rc以下,最好是維持在价以下。 此種場合,頭本體82,由於係由载置台28側接受較多 之輻射熱之錢定溫度,例如由於有上升至坑以上的傾 向,所以驅動設置於接合凸緣部崩之叫帖元件ιι2,冷 卻該下面。藉_’_本舰奪去溫齡卻此等,將頭 本體82之氣體切敎溫度健於如上叙95。(:以下。 料了細料元件112虹面發生溫熱,在接合 二_。^,2的上面之媒體流路116,使例如由被維 流体所形成之熱媒體例如CHIRA(商品 μ,將在叫帖元件112的上面所發生之溫熱輸送至 18 1334888 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 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108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。此等與轴耳帖元件112的作用相結合之喷灑器頭結構 10 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之氣體喷射部之溫度,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%,頭本體82之氣體嘴射部之溫度,以11〇$以 下,最好為95°C程度之溫度,在晶圓琛上形成物膜後,例 如連縯的成膜處理1組25牧之晶圓時之各膜厚變成略相 同旗尽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以的表面之 傾向。 19 1334888 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,及清潔處理時之喷 5 灑器頭結構之氣體噴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噴 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410°C的場合與 10 460°C的場合,檢討25牧的膜變動率與喷灑器頭結構之氣體 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°C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 °(:的場合時,噴灑器頭結構之氣體噴出部的溫度,由110°C 15 降至70°C越降越低,膜厚的再現性提升(數值變小),藉設定 喷灑器頭結構之氣體噴出部之溫度在95°C以下,可以改善 膜厚的再現性。 例如,氣體喷出部的溫度在90°C以下,變成1%以下。 從而,在使膜厚的再現性提升,可以了解將喷灑器結構之 20 氣體喷出部之溫度設定在略95°C以下,若使鎢膜堆積即 可。但是,在該場合,噴灑器頭結構之溫度作為反比例, 則無法避免的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(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(比晶圓溫賴南)約略為420 20 fl334888 °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500°C以下時,若將頭本體的溫 度設定在約略11 〇 C以下亦可。 第5圖為表示清潔時噴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,將喷 灑器頭結構之氣體喷射部的溫度,以130°C、140。〇、15(TC 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(TC、清潔氣 體之CIF3的流量為500sccm、壓力為2666Pa(20Torr)、清潔 10 時間為725sec、載置台尺寸為8英〇于用。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 體喷射部的溫度在130C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130°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,了解噴灑器頭結 構之氣體噴射部的溫度,若設定在至少略135°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 2〇 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l~200sccm,最好 流量為30〜lOOsccm、壓力為〇.133~13333pa,最好作為 0.133〜133pa’沖洗時間為1〜i5〇min,最好為5~100min,若 21 1334888 2到11沖洗給予對錢㈣結構_損害與反應副生成 =除去效果後,«的是少❹、低真^。在該沖洗作 為具體的條件,仙如作為清麵體,需要ciF3氣體 W壓抓廳、沖洗時咖mm、噴灑器頭結構物之 氣體喷射部的溫度丨就之條件,以不要之顧與習知之清 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’勤·轉在25叱料。胁料,縣麟及結 合凸緣部綱的溫度,特別是氣體喷射部%的表面溫度,係 1〇設定於比f知之清«理時之溫度心叱程度還要高的 溫度,例如13(TC以上程度,最好為出心贼之溫度。
»亥δ又疋係在設置於接合凸緣部丨〇 4之珀耳帖元件i 12, 流動與成膜時相反方向之電流,使料帖元件m的下面側 •^熱,由上方侧加熱接合凸緣部1〇4與頭本體82。如此將喷 15灑器頭結構由下方藉藉頭加熱之加熱器1〇〇、由上方藉始耳 帖兀件112分別藉加熱,將頭本體82(特別是氣體噴射部% 的表面近旁)維持在135~170t之溫度。在此, 加熱溫度,係以舆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 20物。另外,加熱溫度的上限,對於氣體噴射部92的材料之 清潔氣體為腐蚀溫度以下,例如鋁的場合為例如4〇〇。〇程度 以下。 如以上將噴灑器頭結構8〇、特別是頭本體82,藉加熱 維持在135〜17(TC,不用說不要之鎢膜,連在習知之清潔處 22 處理難以去除之反應副成物,例如氟化鈦系生成物也容易 的由頭本體82的表面,例如主要在氣體噴射面去除。此種 場合,在頭本體82的側壁,由於設置有較大熱阻抗之頸部 118所以以熱傳導可以抑制熱逃向上方,發揮保溫機能。 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 2: ’針對其模擬試驗結杲加以說明。 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。〇,另外,頭本體以的高度^^為 67mm。由該圖所示之溫度分布可以明瞭,在頸部中, 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)》 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,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的場合略同之作角 1334888 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、CI2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鎢膜時 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Ti(鈦)、 Cu(銅)、Ta(组)、A1(銘)、TiN(鈦硝化)、Ta2〇5(|a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 發明。另外’進一步’本發明不僅可以適用於使用電聚進 10行薄膜生成之電榮·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,若依據本發明之喷灑器頭結構及其清 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嘖射板(相當於本發明 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,所以即使在噴灑器頭結構具有 /皿度變化’因熱膨脹沒有發生模擦之虞慮,所以可 制粒子的發生。 在成膜處理中,藉 20 •种叉灑器頭結構之氣體噴射邛 溫度維持在比較低的溫度,使各被處理体間之膜厚 化,使膜厚的再現性提升高_。料,在清潔處理時一 藉頭加熱《倾H祕構的溫度本身維持在比成膜_ ,,可以除去發生在成媒處_,附著於賴器頭結構 氣體噴射部的表面之反應副生成物。 、 24 1334888 •清潔處理係以每一成膜處理終了、累積處理牧數、 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 喷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 1〇裝中,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,其面内溫度的均一性也 提高’可以有效率的進行反應副生成物的除去。 •耩頭σ卩加熱•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。 20 ·用以將發生在設置於頭本體的上部之料帖元件的 上面之溫熱輸送至外部之熱媒體,係具有使躲成膜處理 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。 •在成膜處科及清雜科,藉制祕體除去由 25 1334888 珀耳帖元件的上面侧所發生之溫熱或冷熱,可以使噴灑器 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 置之一構成例之戴面構成圖。 第2圖為表示在第1圖所示之喷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。 第5圖為表示清潔時噴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 造之截面圖。 第11A、11B圖係表示喷灑器頭結構之氣體喷射部之溫 26 1334888 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…蓋检孔 8…加熱器 40…波敌管 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…氣體喷射孔 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…噴射基準水路 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 1334888 72…閘閥 74…開口部 80…噴灑器頭結構 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 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)
1334888 . 第%!侧號專利申請案申請專利範圍替換本,修正日期:卵年9月抑 十、申請專利範圍: , y種氣體處理裝置,其特徵在於包含有··處理室,係用 、 、處理基板者’及’嘴灌器頭,係用以將處理氣體供給 至上述處理室内者; 5 上述喷灑器頭具有: 頭本體; 接σ σ卩,一體形成於上述頭本體之上端部,且用以 • W該頭本體安裝於上述處理室之上部;及 氣體喷射部’係具有形成於上述頭本體之底部的多 10 數個氣體喷射孔者; • 且上述處理室具有: - J哀狀密封溝,係形成於與前述噴灑器頭相接之密封 面’设有使真空側之密封面降低之高低差,且該密封面 與前述處理室之間產生間隙之斷面係呈凹形狀;及 15 密封構件,係插入於前述環狀密封溝,而使上述處 籲 理室與上述頭本體之間保持氣密。 2.如申请專利範圍第1項之氣體處理裝置,其中於上述密 封構件之大氣側配置斷熱材。 3·如申請專利範圍第1項之氣體處理裝置,其中上述頭本 2〇 體具有與上述氣體噴射部一體形成之側壁部,並形成有 用以使上述側壁部之截面積縮小且放大對所傳送之熱 的熱阻抗之頸部。 4·如申請專利範圍第1項之氣體處理裝置,其具有設於上 述接合部使其靠近一方之溫調面之珀耳帖元件、及用以 29 5 5
10 15 20 行上it#耳帖元件之驅動控制的控制部。 5·==Γ圍第1項之氣體處理裝置,其中上述頭本 I有藉由上述密封構件而被安裝之頭蓋體。 .如申π專利圍第5項之氣體處理裝置,其中上 體與上述頭蓋體接觸 "本 斷熱構件。 封構件的大氣側夫設有 如申請專利範圍第5項之氣體處理裝置,Μ在上 倾與上述頭蓋體之間,設置擴散該處理氣體之擴散 至,該擴散室係用以將上述處理氣料等地供給至 處理室内。 迎 8·如申4專利範圍第7項之氣體處理裝置,其中在上述 散室設置具有多數之氣體分散孔之擴散板。 ' 9’如U利範圍第4項之氣體處理裝置,其中設置有_ 供熱媒體㈣m路,並使之接近上賴耳帖元件 之另一方之溫調面’用以將該溫調面發生之溫熱、或冷 熱輸送至外部》 7 瓜如申請專利範圍第!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。 11·如申請專利範圍第i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,並使之接近上述接合部,用 以將該接合部發生之溫熱、或冷熱輸送至外部。 30
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