KR20180072551A - 가스 처리 장치 및 가스 처리 방법 - Google Patents

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유이치 후루야
다이스케 도리야
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 기판에 처리 가스를 공급하여, 당해 기판의 면내에서 균일성이 높은 처리를 행하는 것이다. 처리 가스를 적재부(21)에 적재된 기판(W)에 샤워 형상으로 분출하는 가스 확산판(35)과, 상기 가스 확산판(35)의 상방측에 확산 공간(36)을 개재해서 대향하는 대향부(34)에 설치되고, 둘레 방향을 따라 복수의 가스 토출구(43)가 각각 형성되는 복수의 가스 분산부(41)와, 상류측이 각 가스 분산부(41)에 공통되는 공통 유로를 이루고, 도중에 분기해서 하류측이 각 가스 분산부(41)에 접속됨과 함께, 상기 공통 유로로부터 각 가스 분산부(41)에 이르기까지의 길이가 서로 일치된 처리 가스의 유로(5)를 구비하는 장치를 구성한다. 가스 분산부(41)는, 확산 공간(36)의 중심부 둘레에, 중심이 각각 위치함과 함께 확산 공간(36)의 둘레 방향을 따른 복수의 원을 따라, 1개의 상기 원에 있어서 복수씩, 확산 공간(36)의 중심부로부터의 거리가 서로 다른 레이아웃으로 배치된다.

Description

가스 처리 장치 및 가스 처리 방법{GAS TREATMENT APPARATUS AND GAS TREATMENT METHOD}
본 발명은, 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리를 행하는 기술에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서는, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 기재함)에 대하여, ALD(Atomic Layer Deposition)나 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등에 의한 성막 처리가 행하여진다. 일반적으로, 이 성막 처리에서는 웨이퍼 면내에서 균일성이 높은 막 두께를 갖도록 성막하는 것이 요구된다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 기판에 대향하는 샤워 헤드와, 당해 샤워 헤드의 상방에 성막 가스의 확산 공간을 개재해서 대향하는 천장판 부재와, 당해 천장판 부재에 평면에서 본 확산 공간의 중심을 중심으로 하는 동심원을 따라 설치되는 복수의 가스 분산부를 구비한 성막 장치에 대해서 기재되어 있으며, 상기 가스 분산부는, 균일성이 높게 웨이퍼에 성막 처리를 행할 수 있도록, 가로 방향으로 성막 가스를 분산시키도록 당해 성막 가스의 토출구가 형성되어 있다.
반도체 장치의 배선의 미세화 요청에 의해, 당해 웨이퍼에 대하여 보다 균일성이 높은 성막 처리를 행하는 것이 검토되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 웨이퍼에 용제의 증기를 공급하는 처리 장치에 있어서, 유로를 토너먼트의 조합을 정하는 선도 형상으로 형성함으로써, 각 가스 토출 구멍으로부터 동시에 가스가 토출되도록 하는 것에 대해서 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2016-117933호 공보 일본 특허 공개 제2014-57047호 공보
본 발명은 이러한 사정에 기초해서 이루어진 것이며, 그 목적은, 기판에 처리 가스를 공급하여, 당해 기판의 면내에서 균일성이 높은 처리를 행하기 위한 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 가스 처리 장치는, 진공 분위기인 처리실 내의 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리를 행하는 가스 처리 장치로서,
상기 처리실에 설치되고, 상기 기판이 적재되는 적재부와,
상기 적재부의 상방측에 위치하는 천장부를 구성하고, 상기 처리 가스를 샤워 형상으로 분출하기 위한 복수의 가스 분출 구멍이 형성되는 가스 확산판과,
상기 가스 확산판의 상방측에 상기 처리 가스의 확산 공간을 개재해서 대향하는 대향부에 설치되고, 상기 확산 공간에 가로 방향으로 상기 처리 가스를 분산시키기 위해 둘레 방향을 따라 복수의 가스 토출구가 각각 형성되는 복수의 가스 분산부와,
상류측이 상기 각 가스 분산부에 공통되는 공통 유로를 이루고, 도중에 분기해서 하류측이 당해 각 가스 분산부에 접속됨과 함께, 상기 공통 유로로부터 각 가스 분산부에 이르기까지의 길이가 서로 일치된 상기 처리 가스의 유로,
를 포함하고,
상기 가스 분산부는, 상기 확산 공간을 평면에서 보았을 때 당해 확산 공간의 중심부 둘레에, 중심이 각각 위치함과 함께 상기 확산 공간의 둘레 방향을 따른 복수의 제1 원을 따라, 1개의 상기 제1 원에 있어서 복수씩, 상기 확산 공간의 중심부로부터의 거리가 서로 다른 레이아웃으로 배치된다.
본 발명의 가스 처리 방법은, 진공 분위기인 처리실 내의 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리를 행하는 가스 처리 방법으로서,
상기 처리실에 설치되는 적재부에 상기 기판을 적재하는 공정과,
상기 적재부의 상방측에 위치하는 천장부를 구성하는 가스 확산판에 형성되는 복수의 가스 분출 구멍으로부터 상기 처리 가스를 샤워 형상으로 분출하는 공정과,
상기 가스 확산판의 상방측에 상기 처리 가스의 확산 공간을 개재해서 대향하는 대향부에 설치되고, 둘레 방향을 따라 복수의 가스 토출구가 각각 형성되는 복수의 가스 분산부로부터 상기 확산 공간에 가로 방향으로 상기 처리 가스를 토출해서 분산시키는 공정과,
상류측이 상기 각 가스 분산부에 공통되는 공통 유로를 이루고, 도중에 분기해서 하류측이 당해 각 가스 분산부에 접속됨과 함께, 상기 공통 유로로부터 각 가스 분산부에 이르기까지의 길이가 서로 일치된 유로에 상기 처리 가스를 공급하는 공정,
을 포함하고,
상기 가스 분산부는, 상기 확산 공간을 평면에서 보았을 때 당해 확산 공간의 중심부 둘레에, 중심이 각각 위치함과 함께 상기 확산 공간의 둘레 방향을 따른 복수의 원을 따라, 1개의 상기 원에 있어서 복수씩, 상기 확산 공간의 중심부로부터의 거리가 서로 다른 레이아웃으로 배치된다.
본 발명의 가스 처리 장치에 의하면, 처리 가스를 샤워 형상으로 분출하는 가스 확산판과, 당해 가스 확산판의 상방의 확산 공간에서 가로 방향으로 상기 처리 가스를 토출해서 분산시키기 위한 복수의 가스 분산부와, 상류측이 상기 각 가스 분산부에 공통되는 공통 유로를 이루고, 도중에 분기해서 하류측이 당해 각 가스 분산부에 접속됨과 함께, 상기 공통 유로로부터 각 가스 분산부에 이르기까지의 길이가 서로 일치된 처리 가스의 유로를 구비하고 있다. 그리고, 상기 가스 분산부는, 상기 확산 공간을 평면에서 보았을 때 당해 확산 공간의 중심부 둘레에 중심이 각각 위치함과 함께 상기 확산 공간의 둘레 방향을 따른 복수의 원을 따라, 1개의 원에 있어서 복수씩 상기 확산 공간의 중심부로부터의 거리가 서로 다른 레이아웃으로 설치된다. 이와 같은 구성에 의해, 기판의 면내에 균일성 높게 처리 가스를 공급하여, 처리를 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 성막 장치를 구성하는 처리 용기의 천장부의 사시도이다.
도 3은 상기 천장부에 설치되는 가스 공급부의 횡단 평면도이다.
도 4는 상기 가스 공급부가 형성되는 확산 공간의 천장면의 평면도이다.
도 5는 상기 가스 공급부가 설치되는 가스 공급 유닛의 종단 측면도이다.
도 6은 상기 가스 공급 유닛의 종단 측면도이다.
도 7은 상기 가스 공급 유닛에 설치되는 가스 유로의 평면도이다.
도 8은 상기 가스 유로의 평면도이다.
도 9는 상기 처리 용기에 있어서 각 가스가 공급되는 타이밍을 나타내는 차트 도이다.
도 10은 제1 실시 형태의 변형예에서의 상기 천장면의 평면도이다.
도 11은 제2 실시 형태에서의 상기 천장면의 평면도이다.
도 12는 제2 실시 형태에서의 상기 가스 유로의 사시도이다.
도 13은 제2 실시 형태의 변형예에서의 상기 천장면의 평면도이다.
도 14는 상기 각 가스 공급 유닛에 설치되는 샤워 헤드의 평면도이다.
도 15는 제3 실시 형태에 관한 상기 가스 공급 유닛의 사시도이다.
도 16은 상기 가스 공급 유닛의 종단 측면도이다.
도 17은 상기 가스 공급 유닛의 종단 측면도이다.
도 18은 비교 시험에서 사용한 가스 공급 유닛의 평면도이다.
(제1 실시 형태)
본 발명의 가스 처리 장치의 일 실시 형태인 성막 장치(1)에 대해서, 도 1의 종단 측면도를 참조하여 설명한다. 이 성막 장치(1)는, 기판인 웨이퍼(W)를 저장해서 처리를 행하는 진공 용기인 처리 용기(11)를 구비하고 있고, 처리 용기(11) 내는 웨이퍼(W)에 처리를 행하는 처리실로서 구성된다. 그리고, 원료 가스인 텅스텐 함유 가스와, 반응 가스인 H2(수소) 가스를 교대로 반복해서 복수회, 처리 용기(11) 내에 공급하여, ALD에 의해 웨이퍼(W)에 W(텅스텐)막을 형성한다. 웨이퍼(W)는, 예를 들어 직경이 300mm인 원형으로 구성되어 있다. 텅스텐 함유 가스 및 H2(수소) 가스는, 웨이퍼(W)에 처리를 행하기 위한 처리 가스이며, 캐리어 가스인 N2(질소) 가스와 함께 웨이퍼(W)에 공급된다.
상기 처리 용기(11)는, 대략 편평한 원형으로 구성되어 있고, 그 측벽에는, 성막 처리 시에 당해 측벽을 소정의 온도로 가열하기 위한 히터가 설치되어 있지만, 당해 히터에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 또한, 당해 처리 용기(11)의 측벽에는, 웨이퍼의 반입출구(12)와, 이 반입출구(12)를 개폐하는 게이트 밸브(13)가 설치되어 있다. 반입출구(12)보다도 상부측에는, 처리 용기(11)의 측벽의 일부를 이루는, 종단면의 형상이 사각형인 덕트를 원환 형상으로 만곡시켜 구성한 배기 덕트(14)가 설치되어 있다. 배기 덕트(14)의 내주면에는, 둘레 방향을 따라 신장되는 슬릿 형상의 개구부(15)가 형성되어 있어, 처리 용기(11)의 배기구를 이룬다.
또한, 상기 배기 덕트(14)에는, 배기관(16)의 일단이 접속되어 있다. 배기관(16)의 타단은 진공 펌프에 의해 구성되는 배기 기구(17)에 접속되어 있다. 배기관(16)에는, 압력 조정용 밸브에 의해 구성되는 압력 조정 기구(18)가 설치되어 있다. 후술하는 제어부(10)로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여, 압력 조정 기구(18)를 구성하는 밸브의 개방도가 조정되어, 처리 용기(11) 내의 압력이 원하는 진공 압력으로 되도록 조정된다.
처리 용기(11) 내에는 수평하고 원형인 적재대(21)가 설치되어 있고, 웨이퍼(W)는 그 중심이 적재대(21)의 중심에 겹치도록, 당해 적재대(21)에 적재된다. 적재부를 이루는 적재대(21)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(22)가 매설되어 있다. 적재대(21)의 하면측 중앙부에는 처리 용기(11)의 저부를 관통하고, 상하 방향으로 신장되는 지지 부재(23)의 상단이 접속되어 있고, 이 지지 부재(23)의 하단은 승강 기구(24)에 접속되어 있다. 이 승강 기구(24)에 의해 적재대(21)는, 도 1에 쇄선으로 나타내는 하방측의 위치와, 도 1에 실선으로 나타내는 상방측의 위치와의 사이를 승강할 수 있다. 하방측의 위치는, 상기 반입출구(12)로부터 처리 용기(11) 내에 진입하는 웨이퍼(W)의 반송 기구와의 사이에서, 당해 웨이퍼(W)의 수수를 행하기 위한 수수 위치이다. 상방측의 위치는, 웨이퍼(W)에 처리가 행하여지는 처리 위치이다.
도면 중 25는, 지지 부재(23)에 있어서 처리 용기(11)의 저부의 하방에 설치되는 플랜지이다. 도면 중 26은 신축 가능한 벨로우즈이며, 상단이 처리 용기(11)의 저부에, 하단이 플랜지(25)에 각각 접속되어, 처리 용기(11) 내의 기밀성을 담보한다. 도면 중 27은 3개(도에서는 2개만 표시하고 있음)의 지지 핀이며, 도면 중 28은 지지 핀(27)을 승강시키는 승강 기구이다. 적재대(21)가 수수 위치에 위치했을 때, 적재대(21)에 형성되는 관통 구멍(19)을 통해서 지지 핀(27)이 승강하고, 적재대(21)의 상면에 있어서 돌출 함몰하여, 적재대(21)와 상기 반송 기구와의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수가 행하여진다.
상기 배기 덕트(14)의 상측에는, 처리 용기(11) 내를 상측으로부터 막도록 가스 공급 유닛(3)이 설치되어 있다. 가스 공급 유닛(3)은, 주연부가 배기 덕트(14)를 따라 설치됨과 함께 당해 배기 덕트(14)에 지지되는 편평한 원형의 본체부(30)를 구비하고 있다. 이 본체부(30)의 중앙 하부는, 처리 용기(11) 내를 적재대(21)를 향하도록 돌출해서 하측 돌출부(31)로서 구성되고, 본체부(30)의 중앙 상부는, 상방으로 돌출해서 상측 돌출부(32)로서 구성되어 있다.
하측 돌출부(31)는, 평면에서 볼 때 원형으로 구성되어 있고, 당해 하측 돌출부(31)의 중앙부는 주연부보다도 더 하방으로 돌출해서, 중앙부와 주연부와의 사이에서 단차가 형성되어 있다. 이 하측 돌출부(31)의 중앙부의 하면은, 적재대(21)에 대향하는 수평하고 평탄한 대향면으로서 구성되어 있고, 이 대향면으로부터 하방으로 돌출하도록, 예를 들어 30개의 가스 분산부(41)가 설치되어 있다. 이 가스 분산부(41)에 대해서는 후술한다. 하측 돌출부(31)의 하방에는, 원판 상의 샤워 헤드(35)가 수평으로, 당해 하측 돌출부(31)의 중앙부의 하면과, 적재대(21)에 각각 대향하도록 설치되어 있다. 이 샤워 헤드(35)는, 처리 용기(11)의 천장부를 구성한다.
샤워 헤드(35)의 주연부는, 상방으로 인출되도록 두꺼운 구조로 되어 있고, 하측 돌출부(31)의 주연부에 접속되어 있다. 그리고, 샤워 헤드(35)와 하측 돌출부(31)의 중앙부의 하면과의 사이의 공간은, 가스 분산부(41)로부터 토출되는 가스가 확산되는 확산 공간(36)으로서 구성되어 있다. 따라서, 상기 하측 돌출부(31)의 중앙부의 하면은 당해 확산 공간(36)의 천장면을 이루고 있고, 이후는 천장면(34)으로서 기재한다. 도 2는, 샤워 헤드(35)의 일부를 절결함으로써, 천장면(34) 및 확산 공간(36)을 나타낸 사시도이다. 이 확산 공간(36)은, 편평한 원형으로 구성되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 샤워 헤드(35)의 하면의 주연부는 하방으로 돌출하고, 평면에서 볼 때 샤워 헤드(35)의 중심을 중심으로 하는 동심원상의 환상 돌기(37) 및 환상 돌기(38)를 구성한다. 단, 도 2에서는 환상 돌기(37, 38)의 표시는 생략하고 있다. 이들 환상 돌기(37, 38)는 기류 제어용 돌기이며, 환상 돌기(38)는 환상 돌기(37)의 외측에 형성되어 있다. 환상 돌기(37)는, 처리 위치에서의 적재대(21)의 주연부에 근접하고, 그와 같이 적재대(21)에 근접했을 때의 당해 환상 돌기(37)의 내측에서, 샤워 헤드(35)와 적재대(21) 사이에 끼워지는 공간은, 웨이퍼(W)의 처리 공간(40)으로서 구성된다.
또한, 샤워 헤드(35)에 대해서, 환상 돌기(37)의 내측 영역에서는, 샤워 헤드(35)의 두께 방향으로 각각 천공된 다수의 가스 분출 구멍(39)이 분산해서 배치되어 있고, 따라서, 가스 분출 구멍(39)을 통해서 처리 공간(40) 및 확산 공간(36)이 연통한다. 이 샤워 헤드(35)에 있어서는, 인접하는 가스 분출 구멍(39)간의 거리가 서로 동등해지도록, 각 가스 분출 구멍(39)이 천공되어 있다. 또한, 도시의 편의상, 각 도면에서 가스 분출 구멍(39)의 개수는, 실제의 개수보다도 적게 도시하고 있다.
도 3은, 상기 가스 분산부(41)의 횡단 평면도이다. 가스 분산부(41)는, 편평한 원형으로 구성되고, 그 상측의 중심부에는 가스 도입구(42)가 형성되어 있다. 그리고, 가스 분산부(41)의 측면에는 다수의 가스 토출구(43)가 둘레 방향으로, 등간격으로 개구되어 있다. 가스 도입구(42)로부터 공급된 가스는, 각 가스 토출구(43)로부터 수평 방향으로 토출되어, 상기 확산 공간(36)에서 분산된다.
가스 공급 유닛(3)에는, 상기 가스 분산부(41)의 가스 도입구(42)에 이미 설명한 각 가스를 도입하기 위한 가스 유로(5)가 형성되어 있다. 이 가스 유로(5)의 개요를 설명하면, 상류측이 예를 들어 30개의 가스 분산부(41)에 공통되는 공통 유로를 이루고, 이 공통 유로의 하류측이 토너먼트의 조합을 정하는 선도 형상으로 계단 형상으로 분기해서 상기 가스 도입구(42)에 접속된다. 더 설명하면, 상기 공통 유로 하류측은 6개로 분기해서 상류측 분기로를 형성하고, 각 상류측 분기로가 5개씩 분기해서 하류측 분기로를 형성하고, 당해 각 하류측 분기로의 하류단이 가스 도입구(42)에 접속된다. 그리고, 각 가스 도입구(42)에 공급되는 가스의 유량 및 유속을 서로 맞추기 위해서, 상기 공통 유로로부터 각 가스 분산부(41)의 가스 도입구(42)까지의 길이가 서로 일치되도록 구성됨과 함께, 각 상류측 분기로의 폭, 각 하류측 분기로의 폭도 서로 일치되도록 구성되어 있다. 또한, 각 가스 분산부(41)는, 웨이퍼(W)의 면내 각 부에서 균일성이 높은 성막 처리를 행하기 위해서, 도 2에 도시한 바와 같이 확산 공간(36)을 이루는 천장면(34)의 둘레 방향이면서 또한 직경 방향에 있어서, 서로 이격되어 배치되어 있다.
천장면(34)의 평면도인 도 4도 참조하면서, 가스 분산부(41)의 레이아웃에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 또한 설명에 있어서, 동일한 상류측 분기로에 접속되는 5개의 가스 분산부(41)를, 동일한 그룹에 속하는 가스 분산부(41)로 한다. 도면 중의 점(P1)은, 확산 공간(36)의 천장면(34)의 중심이며, 적재대(21)의 중심과 겹친다. 이 점(P1)을 중심으로 하는 가상의 원(R0) 상에 위치하는 6개의 점(P2)을 중심으로 하는 각 가상의 원을 R1로서 나타내고 있다. 각 점(P2)은, 둘레 방향으로 등간격으로 위치하고 있고, 각 원(R1)의 직경은 동일하다. 하나의 원(R1) 상에는 동일한 그룹에 속하는 5개의 가스 분산부(41)의 각 중심과, 이 그룹과는 상이한 그룹에 속하는 1개의 가스 분산부(41)의 중심이 위치하고 있다. 그리고, 이와 같이 동일한 원(R1) 상에 그 중심이 위치하는 6개의 가스 분산부(41)는, 당해 원(R1)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되어 있다.
또한, 동일한 그룹에 속하는 가스 분산부(41) 중, 가장 점(P1)에 가깝게 위치하는 가스 분산부(41)는, 그 중심이 점(P1)을 중심으로 하는 가상의 원(R2) 상에 위치하고 있다. 즉, 원(R2) 상에는 6개의 가스 분산부(41)의 중심이 위치하고 있고, 이들 6개의 가스 분산부(41)는, 원(R2)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되어 있다. 평면에서 볼 때, 원(R2) 상에 위치하는 가스 분산부(41)의 중심과 점(P1)과의 거리는, 예를 들어 43.3mm이며, 평면에서 볼 때 가장 점(P1)으로부터 이격된 위치에 위치하는 가스 분산부(41)의 중심과, 점(P1)과의 거리는, 예를 들어 129.9mm이다. 따라서, 각 가스 분산부(41)는, 웨이퍼(W)의 둘레 끝 위치보다도 확산 공간(36)의 중심 근방의 위치에 배치되어 있다. 또한, 확산 공간(36)의 직경은, 예를 들어 310mm이다.
계속해서, 상기 가스 유로(5)에 대해서 도 1과, 가스 공급 유닛(3)의 종단 측면도인 도 5 및 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 5는, 도 4에서의 A-A' 화살표 방향에서 본 단면도, 도 6은 도 4에서의 B-B' 화살표 방향에서 본 단면도이다. 또한, 이들 A-A' 화살표 방향에서 본 단면 및 B-B' 화살표 방향에서 본 단면은, 이미 설명한 확산 공간(36)의 중심의 점(P1)을 지나는 단면이며, 방향이 서로 90° 상이한 단면이다.
상기 가스 공급 유닛(3)의 상측 돌출부(32) 내의 상부측에는, 후술하는 각 가스 공급원으로부터 각 가스가 공급되는 수평 유로(51)가 형성되어 있다. 이 수평 유로(51)는, 편평하고 수평인 유로로서 구성되고, 확산 공간(36)의 중심부의 상방에 위치하고 있다. 이 수평 유로(51)에는, 당해 수평 유로(51)의 상방측으로부터 가스를 도입하는 2개의 포트(70)가 접속되어 있고, 각 포트(70)에는 후술하는 가스 공급관(71, 72)의 하류단이 각각 접속된다. 각 포트(70)로부터 가스 유로(5)의 각 하류단까지의 유로의 길이를 맞추기 위해서, 당해 각 포트(70)는 수평 유로(51)의 중심부를 향해서 개구되어 있다. 그리고, 이 수평 유로(51)에 있어서 가로 방향으로 서로 이격된 양단부로부터, 각각 수직 하방으로 신장되는 수직 유로(52)가 형성되어 있다. 수직 유로(52)의 하단은, 편평하고 수평으로 형성된 수평 유로(53)의 가로 방향으로 서로 이격된 양단부에 접속되어 있다.
또한, 수평 유로(53)의 중심부로부터 수직 하방으로 신장되는 수직 유로(54)가 형성되어 있다. 평면에서 본 수직 유로(54)의 중심은, 도 4에 도시한 확산 공간(36)의 중심의 점(P1)에 일치하고 있다. 이상의 포트(70), 수평 유로(51), 수직 유로(52), 수평 유로(53) 및 수직 유로(54)는, 상기 가스 유로(5)의 개요로서 설명한, 각 가스 분산부(41)에 가스를 공급하기 위해서 공통되게 사용되는 공통 유로에 해당한다.
그리고, 수직 유로(54)의 하방측에는, 6개의 수평 유로(55)가 설치되어 있다. 각 수평 유로(55)는 수평 방향으로 신장되는 직선 형상으로 형성되어 있다. 6개의 수평 유로(55)의 기단은 서로 일치하고 있고, 상기 수직 유로(54)의 하단은, 이 수평 유로(55)의 기단에 접속되어 있다. 그리고, 6개의 수평 유로(55)의 선단은, 확산 공간(36)의 주연부를 향하도록, 평면에서 볼 때 방사 형상으로 신장되어 있다.
각 수평 유로(55)의 선단으로부터 수직 하방으로 신장되도록 수직 유로(56)가 형성되어 있고, 당해 수직 유로(56)의 하단은, 직선 형상으로 형성된 수평 유로(57)의 일단에 접속되어 있다. 이 수평 유로(57)는, 평면에서 볼 때 확산 공간(36)의 중심부측으로부터 주연부측으로 신장되도록 수평으로 형성되어 있다. 또한, 당해 수평 유로(57)의 타단으로부터 수직 하방으로 신장되도록 수직 유로(58)가 형성되어 있다. 도 7은, 평면에서 본 수직 유로(54), 수평 유로(55), 수직 유로(56), 수평 유로(57) 및 수직 유로(58)를 나타내고 있고, 수직 유로(58)의 중심은, 도 4에서 설명한 점(P2)에 일치하고 있다. 수평 유로(55), 수직 유로(56), 수평 유로(57) 및 수직 유로(58)는, 가스 유로(5)의 개요로서 설명한 상류측 분기로를 구성한다.
그리고, 수직 유로(58)의 하방측에는, 5개의 수평 유로(59)가 설치되어 있다. 각 수평 유로(59)는 수평 방향으로 신장되는 직선 형상으로 형성되어 있다. 5개의 수평 유로(59)의 기단은 서로 일치하고 있고, 5개의 수평 유로(59)의 선단은, 확산 공간(36)의 주연부를 향하도록, 평면에서 볼 때 방사 형상으로 신장되어 있다. 상기 수직 유로(58)의 하단은, 수평 유로(59)의 기단에 접속되어 있다. 각 수평 유로(59)의 선단으로부터 수직 하방으로 신장되는 수직 유로(50)가 형성되어 있고, 수직 유로(50)의 하단은, 상기 가스 분산부(41)의 가스 도입구(42)에 접속되어 있다. 수평 유로(59) 및 수직 유로(50)는, 가스 유로(5)의 개요로서 설명한 하류측 분기로를 구성한다. 또한, 도 8은, 평면에서 본 수직 유로(58), 수평 유로(59), 수직 유로(50) 및 가스 분산부(41)를 나타내고 있다.
유로의 길이 및 유로의 직경에 대해서, 2개의 수직 유로(52)간, 6개의 수평 유로(55)간, 6개의 수직 유로(56)간, 6개의 수평 유로(57)간, 6개의 수직 유로(58)간, 30개의 수평 유로(59)간, 30개의 수직 유로(50)간에 있어서는 각각 동일해지도록 구성되어 있다. 유로의 길이에 대해서 더 설명하면, 공통 유로의 하류단인 수직 유로(54)의 하단으로부터 각 가스 분산부(41)의 가스 도입구(42)에 이르기까지의 각 유로의 길이는, 서로 일치되어 있다. 또한, 상기와 같이 공통 유로(54)의 상류단인 포트(70)로부터 각 가스 도입구(42)에 이르기까지의 유로의 길이도 서로 일치되어 있다.
그런데, 유로의 길이가 일치된다는 것은, 유로의 길이가 예를 들어 ±1％의 오차 범위 내에 수렴되는 것이다. 구체적으로 설명하면, 수직 유로(54)의 하단으로부터 1개의 가스 분산부(41)의 가스 도입구(42)에 이르기까지의 유로의 길이를 Amm(A는 실수)로 했을 때, 당해 수직 유로(54)의 하단으로부터 다른 가스 분산부(41)에 이르기까지의 유로가, A-(A×1/100)mm 내지 A+(A×1/100)mm의 범위 내에 수렴되는 길이로 되도록 형성되어 있는 경우에는, 유로의 길이는 일치되어 있다. 즉, 각 유로의 길이가 동일하지 않고, 장치의 조립 정밀도의 오차나 설계 정밀도의 오차 등에 의해 변동이 있는 경우도, 유로의 길이는 일치되어 있는 것으로 한다. 또한, 적어도 이와 같이 공통 유로의 하류단으로부터 각 가스 분산부(41)에 이르기까지의 길이가 일치되어 있으면, 공통 유로로부터 각 가스 분산부(41)에 이르기까지의 길이가 일치되는 것에 포함된다.
상기와 같이 가스 유로(5)가 구성됨으로써, 각 가스 분산부(41)의 가스 도입구(42)에 공급되는 가스의 유량 및 유속은 서로 일치된다. 유량이 서로 일치된다는 것은, 1개의 가스 분산부(41)에 공급되는 가스의 유량을 BmL/분(B는 실수)으로 했을 때, 예를 들어 다른 가스 분산부(41)에 공급되는 가스의 유량이 ±3％의 오차 범위 내에 수렴되는 것, 즉, 각 가스 분산부(41)에 공급되는 가스의 유량이 B-(B×3/100)mL/분 내지 B+(B×3/100)mL/분의 범위 내에 수렴되는 것을 말한다. 유속이 서로 일치된다는 것은, 1개의 가스 분산부(41)에 공급되는 가스의 유속을 Cm/초(C는 실수)로 했을 때, 예를 들어 다른 가스 분산부(41)에 공급되는 가스의 유속이 ±3％의 오차 범위 내에 수렴되는 것을 말한다.
그런데 상기의 가스 공급 유닛(3)의 본체부(30) 및 하측 돌출부(31)는, 복수의 블록이 상하로 적층됨으로써 구성되어 있고, 각 블록에는, 수직 방향으로 형성된 관통 구멍 및/또는 홈이 형성되어 있다. 당해 관통 구멍은, 앞서 설명한 가스 유로(5)에서의 수직 유로를 구성한다. 또한, 상기 홈은 블록의 상부에 형성되어 있고, 당해 블록의 상측에 적층된 블록에 의해 홈의 상방이 막힘으로써, 앞서 설명한 가스 유로(5)에서의 수평 유로가 형성된다.
도 5, 도 6을 사용해서 각 블록에 대해 설명한다. 도면 중 61은 수직 유로(50)를 이루는 관통 구멍을 구비한 편평한 원형의 블록이며, 그 하방에는 상기의 가스 분산부(41)가 설치된다. 도면 중 62는 편평한 블록이며, 그 상측에 수평 유로(59)를 이루는 홈을 구비하고, 당해 홈의 단부에는 블록(61)의 관통 구멍과 함께 수직 유로(50)를 이루는 관통 구멍이 형성되어 있다. 또한, 블록(62)의 하면에는 둘레 방향으로 5개의 오목부(63)가 형성되고, 당해 블록(62)에 형성된 관통 구멍은 당해 오목부(63) 내에 개구된다. 1개의 블록(62)에 형성되는 5개의 각 오목부(63)에는, 5개의 블록(61)이 각각 수납되고, 이 5개의 블록(61)에 각각 설치되는 가스 분산부(41)는, 동일한 그룹에 속한다.
도면 중 64는 편평한 원형의 블록이며, 그 상측에 수평 유로(57)를 이루는 홈을 구비하고, 당해 홈의 단부에는 수직 유로(58)를 이루는 관통 구멍이 형성되어 있다. 당해 관통 구멍은 블록(64)의 하면에 형성된 오목부(65) 내에 개구되어 있고, 오목부(65)에는 블록(62)이 수납된다. 상기 천장면(34)은, 이들 블록(61, 62, 64)의 하면에 의해 구성되어 있다. 도면 중 66은 편평한 원형의 블록이며, 그 상측에 수평 유로(55)를 이루는 홈을 구비하고, 당해 홈의 단부에는 수직 유로(56)를 이루는 관통 구멍이 형성되어 있다. 당해 관통 구멍은 블록(66)의 하면에 형성된 오목부(67) 내에 개구되어 있고, 오목부(67)에는 블록(64)의 상부가 수납된다.
도면 중 68은 편평한 블록이며, 그 상측에 수평 유로(53)를 이루는 홈을 구비하고, 당해 홈 내에는 수직 유로(54)를 이루는 관통 구멍이 개구되어 있다. 도면 중 69는 편평한 블록이며, 수직 유로(52)의 하부측을 이루는 관통 구멍을 구비하고, 당해 관통 구멍은, 블록(69)의 하측에 형성되는 오목부(60) 내에 개구되어 있다. 블록(69)은 오목부(60)에 블록(68)을 수납한 상태에서, 블록(66) 상에 배치된다. 이상 설명한, 각 블록에 의해 가스 공급 유닛(3)의 본체부(30) 및 하측 돌출부(31)가 구성된다. 블록(69)의 상방에는 상측 돌출부(32)를 구성하기 위한 블록이 설치되고, 당해 블록에 의해 도 1에서 설명한 상기의 포트(70)와 수평 유로(51)와 수직 유로(52)의 상부측이 형성되는데, 이 블록의 설명은 생략한다.
계속해서, 상기 포트(70)에 접속된 가스 공급관(71, 72)에 대해서, 도 1을 참조하여 설명한다. 가스 공급관(71)의 상류단은, 밸브(V1)를 통해서 텅스텐 함유 가스의 공급원(73)에 접속되어 있다. 또한 가스 공급관(71)의 밸브(V1)의 하류측에는 가스 공급관(74)의 일단이 접속되어 있고, 가스 공급관(74)의 타단은, 밸브(V2)를 통해서 N2(질소) 가스의 공급원(75)에 접속되어 있다. 가스 공급관(72)의 상류단은, 밸브(V3)를 통해서 H2 가스의 공급원(76)에 접속되어 있다. 또한 가스 공급관(72)의 밸브(V2)의 하류측에는 가스 공급관(77)의 일단이 접속되어 있고, 가스 공급관(77)의 타단은, 밸브(V4)를 통해서 N2(질소) 가스의 공급원(78)에 접속되어 있다.
상기 N2 가스는 성막 처리 중에 항상, 각 포트(70)에 연속해서 공급된다. 이와 같이 공급되는 N2 가스는, 포트(70)에 텅스텐 함유 가스 및 H2 가스 중 어느 것도 공급되지 않았을 때는, 처리 공간(40)에 잔류하는 텅스텐 함유 가스 또는 H2 가스를 제거하는 퍼지 가스로서 작용한다. 그리고, 포트(70)에 텅스텐 함유 가스, H2 가스가 공급될 때는, 이들 텅스텐 함유 가스, H2 가스를 처리 용기(11) 내에 안정되게 도입하기 위한 캐리어 가스로서 작용한다.
또한, 성막 장치(1)에는, 컴퓨터로 이루어지는 제어부(10)가 설치되어 있다. 제어부(10)는, 프로그램, 메모리, CPU로 이루어지는 데이터 처리부 등을 구비하고 있다. 프로그램에는, 제어부(10)로부터 성막 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 보내어, 후술하는 성막 처리를 실행할 수 있도록 명령(스텝)이 내장되어 있다. 구체적으로는, 각 밸브의 개폐 타이밍, 압력 조정 기구(18)에 의한 처리 공간(40)의 압력, 적재대(21)의 히터(22)에 의한 웨이퍼(W)의 온도나, 히터(22) 및 처리 용기(11)의 측벽의 히터에 의한 처리 공간(40)의 온도 등이, 상기 프로그램에 의해 제어된다. 이 프로그램은, 예를 들어 콤팩트 디스크, 하드 디스크, MO(광자기 디스크) 등의 기억 매체에 저장되어 제어부(10)에 인스톨된다.
계속해서, 성막 장치(1)에 의한 성막 처리에 대해서, 도 9의 타이밍 차트도 적절히 참조하여 설명한다. 이 타이밍 차트는, 각 가스에 대해서, 가스 유로(5)에의 공급이 행하여지는 타이밍 및 공급이 정지되는 타이밍을 나타내고 있다. 또한, 당해 타이밍 차트는, 후술하는 각 스텝 S1 내지 S4가 실시되는 타이밍에 대해서도 나타내고 있다.
우선, 처리 용기(11) 내가 배기되어, 소정의 압력의 진공 분위기로 된 상태에서 게이트 밸브(13)가 열리고, 처리 용기(11)에 인접하는 진공 분위기의 반송실로부터 반송 기구에 의해 웨이퍼(W)가, 처리 용기(11) 내의 하방의 수수 위치에 위치하는 적재대(21) 상에 반송된다. 지지 핀(27)의 승강에 의한 적재대(21)에의 웨이퍼(W)의 수수, 및 반송 기구의 처리 용기(11)로부터의 퇴출이 행하여지면, 게이트 밸브(13)가 폐쇄되고, 적재대(21)가 처리 위치로 상승하여, 처리 공간(40)이 형성된다. 이 적재대(21)의 상승 중에, 당해 적재대(21)의 히터(22)에 의해 웨이퍼(W)는 소정의 온도가 되도록 가열된다.
밸브(V2, V4)가 열리어, 처리 공간(40)에 N2 가스가 공급된다. 계속해서 밸브(V1)가 열리어, 가스 공급원(73)으로부터 텅스텐 함유 가스가 가스 공급 유닛(3)의 가스 유로(5)에 공급된다(차트 중, 시각 t1). 가스 유로(5)에 있어서는, 이미 설명한 바와 같이 상류단의 포트(70)로부터 각 가스 분산부(41)에 이르기까지의 각 유로의 길이가 일치되어 있고, 텅스텐 함유 가스는, 각 가스 분산부(41)에 유량 및 유속이 일치되도록 공급된다. 그리고, 가스 분산부(41)는, 확산 공간(36)의 둘레 방향이면서 또한 직경 방향으로 서로 이격되도록 분산해서 배치되어 있기 때문에, 상기와 같이 가스 분산부(41)에 공급된 텅스텐 함유 가스는, 확산 공간(36)의 각 부에 균일성 높게 공급되어, 샤워 헤드(35)로부터 웨이퍼(W)를 향해서 샤워 형상으로 분출된다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 면내의 각 부에 있어서, 균일성 높게 텅스텐 함유 가스가 흡착된다(스텝 S1).
계속해서, 밸브(V1)가 폐쇄되어(시각 t2), 가스 분산부(41)로부터의 텅스텐 함유 가스의 공급이 정지하고, 당해 가스 분산부(41)로부터 공급되는 N2 가스에 의해, 웨이퍼(W)에 흡착되지 않고 처리 공간(40)에 잔류하고 있는 텅스텐 함유 가스가 퍼지된다(스텝 S2). 그 후, 밸브(V3)가 열리어, 가스 공급원(76)으로부터 H2 가스가 가스 유로(5)에 공급되고(시각 t3), 텅스텐 함유 가스와 마찬가지로, 각 가스 분산부(41)에 유량 및 유속이 일치되도록 공급되어, 샤워 헤드(35)로부터 웨이퍼(W)를 향해서 분출된다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 면내의 각 부에 균일성 높은 유량으로 H2 가스가 공급되고, 당해 H2 가스가 웨이퍼(W)에 흡착된 텅스텐 함유 가스와 반응하여, 텅스텐의 박층이 반응 생성물로서 형성된다(스텝 S3). 그 후, 밸브(V3)가 폐쇄되어(시각 t4), 가스 분산부(41)로부터의 H2 가스의 공급이 정지하고, 당해 가스 분산부(41)로부터 공급되는 N2 가스에 의해, 텅스텐 함유 가스와 반응하지 않고 처리 공간(40)에 잔류하고 있는 H2 가스가 퍼지된다(스텝 S4).
그 후, 밸브(V1)가 개방되어(시각 t5), 웨이퍼(W)에 다시 텅스텐 함유 가스가 공급된다. 즉, 도 9에 도시한 상기의 스텝 S1이 행하여진다. 이후, 스텝 S2 내지 S4가 행하여지고, 그 후에는 스텝 S1 내지 S4가 더 행하여진다. 이와 같이 스텝 S1 내지 S4가 반복해서 복수회 행해짐으로써, 텅스텐의 박층이 웨이퍼(W)의 표면에 적층되어 텅스텐막이 형성되고, 그 막 두께가 상승한다. 상기와 같이 웨이퍼(W)의 표면의 각 부에 균일성 높게, 텅스텐 함유 가스 및 H2 가스가 각각 공급됨으로써, 웨이퍼(W)의 면내의 각 부에서의 당해 텅스텐막의 막 두께의 균일성은 비교적 높다. 스텝 S1 내지 S4가 소정의 횟수, 반복해서 행하여지면, 적재대(21)가 하강하고, 처리 용기(11)에의 반입 시와는 반대의 수순으로, 웨이퍼(W)의 처리 용기(11)로부터의 반출이 행하여지고, 성막 처리가 종료된다.
이 성막 장치(1)에 있어서는, 가스가 도입되는 포트(70)를 포함하는 공통 유로의 하류측이 분기해서 다수의 가스 분산부(41)에 접속되도록 형성된 가스 유로(5)가 가스 공급 유닛(3)에 설치되어 있다. 그리고, 각 가스 분산부(41)에 공급되는 가스의 유량 및 유속이 일치되도록, 공통 유로로부터 각 가스 분산부(41)에 이르기까지의 유로의 길이가 일치되어 있다. 또한, 가스 분산부(41)는, 평면에서 본 확산 공간(36)의 중심의 점(P1)을 중심으로 하는 원(R0) 상에 위치함과 함께 서로 둘레 방향으로 이격된 복수의 점(P2)을 중심으로 하는 각 원(R1) 상에 설치되고, 1개의 원(R1) 상에는 점(P1)으로부터의 거리가 서로 다르게 가스 분산부(41)가 복수 설치된다. 따라서, 가스 분산부(41)는, 확산 공간(36)에 있어서 둘레 방향이면서 또한 직경 방향으로 분산해서 배치되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 확산 공간(36)의 각 부에 균일성 높게 텅스텐 함유 가스 및 H2 가스를 각각 공급할 수 있고, 이와 같이 확산한 각 가스를 확산 공간(36)의 하방의 샤워 헤드(35)를 통해서 웨이퍼(W)에 공급할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 면내에 균일성 높은 막 두께로 성막을 행할 수 있다.
계속해서, 제1 실시 형태의 변형예에 대해서 설명한다. 이 변형예에서의 성막 장치와, 앞서 설명한 제1 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 처리 용기(11)의 천장면(34)에 설치되는 가스 분산부(41)의 수가 상이한 것을 들 수 있다. 도 10은, 이 변형예의 성막 장치의 천장면(34)을 나타내고 있고, 당해 변형예의 천장면(34)에서는 도 4에서 나타낸 천장면(34)에 설치되는 가스 분산부(41) 중 일부가 설치되어 있지 않음으로써, 총 15개의 가스 분산부(41)가 설치되어 있다. 상기와 같이 상류측 분기로에 접속되어 있는 가스 분산부(41)를 1개의 그룹으로 하면, 이 변형예에서 1개의 그룹에 속하는 가스 분산부(41)는 2개 또는 3개이다. 동일한 그룹에 속하는 가스 분산부(41)에 대해서는, 도 4에서 설명한 원(R1) 상에서 등간격으로 배치되어 있고, 동일한 그룹에 속하는 3개의 가스 분산부(41)가 배치된 원(R1), 동일한 그룹에 속하는 2개의 가스 분산부(41)가 배치된 원(R1)이, 둘레 방향으로 교대로 위치한다. 또한, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 원(R2) 상에는, 6개의 각 그룹의 가스 분산부(41)가 배치되어 있다.
이 변형예에서의 가스 유로(5)에 대해서는, 예를 들어 하류단을 구성하는 30개의 수직 유로(50) 중 15개가 가스 분산부(41)에 접속되지 않고 밀봉되는 것을 제외하고, 제1 실시 형태의 가스 유로(5)와 마찬가지로 구성되어 있다. 따라서, 이 변형예에서도 공통 유로로부터 각 가스 분산부(41)에 이르는 각 유로의 길이는 각각 일치되어 있다.
(제2 실시 형태)
계속해서 제2 실시 형태의 성막 장치에 대해서, 제1 실시 형태의 성막 장치(1)와의 차이점을 중심으로 설명한다. 도 11은, 제2 실시 형태의 성막 장치의 천장면(34)을 나타내고 있다. 이 제2 실시 형태에서는, 천장면(34)에 있어서 12개의 가스 분산부(41)가 설치되어 있고, 가스 공급 유닛(3)에는, 이 12개의 가스 분산부(41)에 가스를 도입하기 위해서 가스 유로(5) 대신에 가스 유로(8)가 설치된다. 도 12는 가스 유로(8)의 사시도이다.
이 가스 유로(8)의 개요를 설명하면, 상류측이 12개의 가스 분산부(41)에 공통되는 공통 유로를 이루고, 이 공통 유로의 하류측이 토너먼트의 조합을 정하는 선도 형상으로 계단 형상으로 분기하여, 가스 분산부(41)에 접속된다. 더 자세하게 설명하면, 상기 공통 유로의 하류측은 4개로 분기해서 상류측 분기로를 형성하고 있다. 그리고, 각 상류측 분기로의 하류측이 3개씩 분기해서 하류측 분기로를 형성해서 가스 분산부(41)에 접속되어 있다. 따라서, 동일한 상류측 분기로에 접속되는 가스 분산부(41)는 3개이며, 제2 실시 형태의 설명에서는, 이 3개를 동일한 그룹에 속하는 가스 분산부(41)로 한다.
제1 실시 형태와 동일하게, 평면에서 본 확산 공간(36)의 중심의 점(P1)을 중심으로 하는 원(R0) 상에 위치하는 점(P2)을 중심으로 하는 원을 R1로 한다. 원(R0)에 대해서는, 도 11에서는, 도면의 번잡화를 피하기 위해서 표시를 생략하고 있다. 점(P2) 및 원(R1)은, 이 제2 실시 형태에서는 4개, 둘레 방향으로 등간격으로 설정되는 것으로 하고, 1개의 원(R1)에는 서로 동일한 그룹에 속하는 3개의 가스 분산부(41)의 중심이 위치한다. 그리고, 동일한 그룹에 속하는 가스 분산부(41) 중, 가장 점(P1)에 가깝게 위치하는 가스 분산부(41)는, 그 중심이 점(P1)을 중심으로 하는 원(R2) 상에 위치하고 있다. 즉, 원(R2) 상에는 4개의 가스 분산부(41)의 중심이 위치하고 있다. 또한, 중심이 원(R2) 상에 위치하고 있지 않은 가스 분산부(41)의 중심은, 그 중심이 점(P1)을 중심으로 해서, 원(R2)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원(R3) 상에 위치하고 있다.
계속해서, 가스 유로(8)에 대해서 상세하게 설명한다. 이 가스 유로(8)는 수직 방향으로 신장되는 수직 유로(81)를 구비하고 있고, 평면에서 볼 때 이 수직 유로(81)의 중심은, 확산 공간(36)의 중심점(P1)에 겹친다. 이 수직 유로(81)의 상단에는 도 1에서 설명한, 가스 공급 유닛(3)에 각 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(71, 72)의 하류단이 각각 접속된다. 따라서, 수직 유로(81)는, 가스 유로(8)의 개요에서 설명한 공통 유로에 상당한다. 그리고, 수직 유로(81)의 하방측에는, 4개의 수평 유로(82)가 설치되어 있다. 이들 수평 유로(82)는, 평면에서 볼 때 십자를 그리듯이 서로 다른 방향으로, 수평으로 각각의 선단이 신장되도록 형성됨과 함께, 그 기단은 서로 일치하고 있다. 상기 수직 유로(81)의 하단은, 이 수평 유로(82)의 기단에 접속되어 있다.
수평 유로(82)의 선단은, 평면에서 볼 때 당해 수평 유로(82)의 연장 방향으로 직선 형상으로 신장되는 경사 유로(83)의 기단에 접속된다. 이 경사 유로(83)는, 그 선단을 향함에 따라서 하강하도록 경사져 있다. 이 수평 유로(82) 및 경사 유로(83)는, 상기 가스 유로(8)의 개요에서 설명한 상류측 분기로에 상당한다. 경사 유로(83)의 선단은, 편평한 원형 공간(84)의 중심부 상에 접속되어 있다. 이 원형 공간(84)의 중심은, 상기의 점(P2) 상에 위치하고 있다. 각 원형 공간(84)의 측방으로부터는, 평면에서 볼 때 방사 형상으로 3개의 수평 유로(85)가 직선 형상으로 신장되고, 이 수평 유로(85)의 선단은, 수직 방향으로 신장되는 수직 유로(86)의 상단에 접속되어 있다. 수직 유로(86)의 하단은, 가스 분산부(41)에 접속되어 있다. 원형 공간(84), 수평 유로(85) 및 수직 유로(86)는, 상기의 하류측 분기로로서 구성되어 있다.
유로의 길이 및 유로의 직경에 대해서, 4개의 수평 유로(82)간, 4개의 경사 유로(83)간, 12개의 수평 유로(85)간, 12개의 수직 유로(86)간에서는 각각 동일해지게 구성되어 있고, 4개의 원형 공간(84) 사이에서의 크기도 서로 동일하다. 이와 같이 구성됨으로써, 수직 유로(81)로부터 각 가스 분산부(41)에 이르기까지의 유로의 길이는 서로 일치되어 있고, 각 가스 분산부(41)의 가스 도입구(42)에 공급되는 가스의 유량 및 유속에 대해서도 서로 일치된다. 따라서, 제2 실시 형태의 성막 장치에 대해서도 제1 실시 형태의 성막 장치(1)와 마찬가지로, 웨이퍼(W)의 면내의 각 부에 있어서 막 두께의 균일성이 높아지도록 성막을 행할 수 있다.
도 13은, 제2 실시 형태의 변형예에 관한 천장면(34)에서의 가스 분산부(41)의 배치를 나타내고 있다. 이 변형예에서는, 제2 실시 형태와는 가스 유로(8)를 구성하는 원형 공간(84)으로부터 수평 유로(85)가 신장되는 방향이 상이하다. 그에 의해, 하나의 그룹 내에서 확산 공간(36)의 중심의 점(P1)에 가장 가까운 위치의 가스 분산부(41)와 당해 점(P1)과의 거리가, 그룹마다 상이하다. 이 변형예에 나타낸 바와 같이, 그룹간에 있어서 점(P1)과 가스 분산부(41)와의 거리를 동일하게 하는 것에 한정되지는 않는다.
또한, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 공통 유로가 상류측 분기로로 분기하고, 또한 하류측 분기로로 분기한다. 즉, 2단으로 분기하고 있는데, 분기의 단수는 2단으로 하는 것에 한정되지 않고, 1단이어도 되고, 3단 이상이어도 된다. 또한, P2를 중심으로 하는 1개의 원(R1) 상에 배치되는 가스 분산부(41)의 수로서는 상기의 예에 한정되지 않고, 4개나 5개 이상이어도 된다.
또한, 샤워 헤드로서는 이미 설명한 샤워 헤드(35)와 같이 구성하는 것에 한정되지 않는다. 도 14는, 샤워 헤드(91)의 하면을 나타내고 있다. 이하, 이 샤워 헤드(91)에 대해서, 샤워 헤드(35)와의 차이점을 중심으로 설명한다. 샤워 헤드(91)에서도 샤워 헤드(35)와 마찬가지로, 환상 돌기(37)의 내측에 있어서, 다수의 가스 분출 구멍(39)이 형성되어 있다. 도면 중의 쇄선으로 둘러싸인 영역(92)은 적재대(21)의 중심부에 대향하고, 당해 영역(92)에 있어서 서로 인접하는 가스 분출 구멍(39)의 거리는 L1이다. 영역(92)의 외측 영역(93)은 적재대(21)의 주연부에 대향하고, 당해 영역(93)에 있어서 서로 인접하는 가스 분출 구멍(39)의 거리는, 거리(L1)보다도 작은 L2이다. 이 샤워 헤드(91)는 이와 같이 거리(L1, L2)가 설정됨으로써, 샤워 헤드(35)에 비해, (웨이퍼(W)의 주연부에 공급되는 가스의 양/웨이퍼(W)의 중심부에 공급되는 가스의 양)을 크게 할 수 있다. 그리고, 그와 같이 가스의 양을 조정함으로써, 웨이퍼(W)의 면내에서의 막 두께 분포의 조정을 행할 수 있다. 이 샤워 헤드(91)는, 본 명세서에서 설명하는 각 실시 형태 및 각 실시 형태의 변형예에 적용할 수 있다.
(제3 실시 형태)
계속해서, 제3 실시 형태의 성막 장치에 설치되는 가스 공급 유닛(101)에 대해서, 제1 실시 형태의 성막 장치(1)에 설치되는 가스 공급 유닛(3)과의 차이점을 중심으로 설명한다. 이 가스 공급 유닛(101)으로서는, 가스 공급 유닛(3)에 대하여 가스 분산부(41)의 배치 및 설치되는 개수에 대해서 상이하다. 도 15는, 가스 공급 유닛(101)의 하면측 사시도에 대해서 나타내고 있다. 단, 이 도 15에서는, 가스 분산부(41)가 도시되는 바와 같이, 샤워 헤드(35)의 표시는 생략하고 있다. 또한, 도 16, 도 17은, 이미 설명한 도 5, 도 6과 마찬가지로, 서로 90° 방향이 상이한 가스 공급 유닛(101)의 종단면을 나타내고 있고, 각 종단면은 확산 공간(36)의 중심의 점(P1)을 지난다. 또한, 도 16, 도 17에서는, 단면을 나타낸 가스 분산부(41) 이외의 가스 분산부(41)에 관한 표시는 생략하고 있다.
이 가스 공급 유닛(101)에 대해서는, 천장면(34)의 중심의 점(P1) 상에 1개의 가스 분산부(41)가 배치되고, 또한 이 점(P1)을 중심으로 하는 동심원을 따라, 가스 분산부(41)가 2열로 배치되어 있다. 동심원을 따라 설치된 가스 분산부(41)에 대해서는, 둘레 방향으로 서로 등간격으로 배치되어 있다. 동심원 중 내측의 원을 따라 8개의 가스 분산부(41)가 배치되어 있고, 이 8개의 가스 분산부(41)를 내측 그룹으로 한다. 그리고, 동심원 중 외측의 원을 따라 16개의 가스 분산부(41)가 배치되어 있고, 이 16개의 가스 분산부(41)를 외측 그룹으로 한다.
이 가스 공급 유닛(101)의 가스 유로에 대해서 설명하면, 제1 실시 형태에서 설명한 수직 유로(52)의 하방에, 평면에서 볼 때 비교적 큰 면적을 가짐과 함께 천장면(34)의 중심부 상에 위치하는 편평 공간(102)이 형성되어 있다. 이 편평 공간(102)으로부터 하방으로 수직으로 유로(103)가 신장되어, 점(P1) 상에 위치하는 가스 분산부(41)에 접속된다.
또한, 편평 공간(102)의 하방의 8군데로부터 유로(104)가 비스듬히 하방으로 신장되어 있고, 이들 8개의 유로(104)는 평면에서 볼 때 방사 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 8개의 유로(104)의 하류측은 수직 방향을 향하도록 굴곡되어, 내측 그룹의 가스 분산부(41)에 각각 접속되어 있다. 또한, 편평 공간(102)의 하방의 16군데로부터 유로(105)가 비스듬히 하방으로 신장되어 있고, 이들 16개의 유로(105)는, 평면에서 볼 때 방사 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 16개의 유로(105)의 하류측은 수직 방향을 향하도록 굴곡되어, 외측 그룹의 가스 분산부(41)에 각각 접속되어 있다. 평면에서 볼 때, 각 유로(104)의 상단 및 각 유로(105)의 상단은, 점(P1)을 둘러싸는 동심원 상에 배치되어 있다. 유로(103, 104, 105)는 서로 길이가 다르다. 또한, 유로(103 내지 105), 편평 공간(102)은, 제1 실시 형태의 가스 유로(5)와 마찬가지로, 오목부나 홈이나 관통 구멍이 형성된 블록을 적층함으로써 형성된다.
이 제3 실시 형태에 대해서는, 확산 공간(36)의 중심부에 가스 분산부(41)가 설치되고, 또한 확산 공간(36)의 중심으로부터 이격된 위치에, 당해 확산 공간(36)의 중심을 중심으로 하는 동심원을 따라 가스 분산부(41)가 배치되기 때문에, 확산 공간(36)의 각 부에 균일성 높게 가스를 공급하여, 웨이퍼(W)의 면내의 각 부에 있어서 균일성이 높은 막 두께로 성막을 행할 수 있다. 또한, 제3 실시 형태에 대해서, 이미 설명한 바와 같이 배치된 가스 분산부(41) 중 일부를 제거하고, 그와 같이 제거된 당해 가스 분산부(41)에 가스를 공급하기 위한 유로에 대해서는 밀봉함으로써, 확산 공간(36)에서의 처리 가스의 분포를 적절히 조정할 수 있다.
ALD를 행하는 성막 장치를 실시 형태로서 나타냈지만, 본 발명은 CVD를 행하는 성막 장치에 대해서도 적용할 수 있고, 그 경우도 웨이퍼(W)의 면내의 각 부에 균일성 높게 처리 가스를 공급해서 성막 처리를 행할 수 있다. 또한, 본 발명은 성막 장치에 적용되는 것에 한정되지는 않고, 웨이퍼(W)에 처리 가스를 공급해서 에칭을 행하는 에칭 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 앞서 설명한 예에 한정되지는 않고, 적절히 변경하거나 조합하거나 가스 종을 변경하거나 할 수 있다. 가스 종을 변경하는 경우, 예를 들어 TiCl4 가스, NH3 가스를 사용하여 TiN막을 형성하거나 할 수 있다.
이하, 본 발명에 관련해서 행하여진 평가 시험에 대해서 설명한다. 평가 시험 1로서, 시뮬레이션에 의해, 제2 실시 형태에서 설명한 가스 유로(8)를 구비한 성막 장치를 설정하고, 처리 가스를 웨이퍼(W)에 공급했을 때의 당해 웨이퍼(W)의 면내에서의 처리 가스의 몰 분율에 대해서, 표준 편차(1σ)를 산출하였다. 이 시뮬레이션에서는, 샤워 헤드(35)로부터 웨이퍼(W)의 표면까지의 높이를 2mm로 설정하고 있다. 처리 가스의 공급 시간은 0.1초로 하였다.
또한 비교 시험 1로서, 시뮬레이션에 의해 가스 유로(8) 대신에 가스 유로(111)를 구비한 성막 장치를 설정하였다. 도 18은 이 가스 유로(111)의 개략을 나타낸 평면도이다. 이 가스 유로(111)는, 수직 하방을 향해서 가스를 공급하는 수직 유로(112)와, 수직 유로(112)의 하단이 접속되고, 천장면(34)의 중심부 상에서 수평으로, 평면에서 볼 때 방사 형상으로 가스를 확산시키기 위한 8개의 수평 유로(113)와, 수평 유로(113)의 선단으로부터 2개로 분기해서 형성되고, 비스듬히 하방을 향해서 신장됨과 함께 그 선단에 가스 분산부(41)가 접속되는 경사 유로(114)를 구비하고 있다. 이 경사 유로(114)에 접속되는 가스 분산부(41)는, 천장면(34)의 중심의 점(P)을 중심으로 하는 가상의 원(R4)을 따라 배치되어 있다.
또한, 상기 수직 유로(112)로부터는 하방으로 유로(도시는 생략하고 있음)가 신장되고, 당해 유로는 천장면(34)의 중심부에 설치된 가스 분산부(41)에 접속되어 있다. 따라서, 원(R4)을 따라 배치된 가스 분산부(41)와, 천장면(34)의 중심부에 설치된 가스 분산부(41)는, 이들 가스 분산부(41)에 공용되는 수직 유로(112)에 이르기까지의 유로의 길이가 상이하다. 비교 시험 1에서는, 이와 같이 가스 유로의 구성이 상이한 것을 제외하고는, 평가 시험 1과 동일한 조건에서 시뮬레이션을 행하여, 웨이퍼(W)의 면내에서의 성막 가스의 몰 분율에 대해서 표준 편차(1σ)를 산출하였다.
평가 시험 1에서 산출된 1σ는 3.85×10％이며, 비교 시험 1에서 산출된 1σ는 3.65×104％이었다. 이와 같이 비교 시험 1보다도 평가 시험 1이, 1σ에 대해서 더 작았다. 따라서, 평가 시험 1에서는, 웨이퍼(W)의 면내에 보다 균일성 높게 성막 가스가 공급되고 있으며, 이 평가 시험 1로부터 본 발명의 효과가 확인되었다.
평가 시험 2로서, 도 10에서 설명한 제1 실시 형태의 변형예인 성막 장치를 사용해서 웨이퍼(W)에 성막 처리를 행하였다. 그리고, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 막에 대해서, 면내의 각 부에서의 시트 저항(ohm/sq)을 측정하였다. 이 시트 저항의 평균값은 4.19ohm/sq이며, 1σ/평균값×100(단위: ％)은 13.89％이었다. 이 값은, 비교 시험 1에서 설명한 가스 유로(111)를 구비한 성막 장치를 사용하고, 평가 시험 2와 마찬가지의 평가 시험을 행해서 얻어진 1σ/평균값×100과 큰 차이가 없었다. 그러나, 이 평가 시험 2에서는, 가스 분산부(41)의 배치나 가스 분산부(41)의 가스 토출구(43)의 구멍 직경을 조정함으로써, 또한 1σ/평균값×100을, 즉 웨이퍼(W)의 면내에서의 막 두께의 균일성을 개선할 수 있다고 생각된다.
W : 웨이퍼 1 : 성막 장치
11 : 처리 용기 17 : 배기 기구
21 : 적재대 3 : 가스 공급 유닛
34 : 천장면 35 : 샤워 헤드
36 : 확산 공간 39 : 가스 분출 구멍
41 : 가스 분산부 43 : 가스 토출 구멍
5 : 가스 유로

Claims (6)

  1. 진공 분위기인 처리실 내의 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리를 행하는 가스 처리 장치로서,
    상기 처리실에 설치되고, 상기 기판이 적재되는 적재부와,
    상기 적재부의 상방측에 위치하는 천장부를 구성하고, 상기 처리 가스를 샤워 형상으로 분출하기 위한 복수의 가스 분출 구멍이 형성되는 가스 확산판과,
    상기 가스 확산판의 상방측에 상기 처리 가스의 확산 공간을 개재해서 대향하는 대향부에 설치되고, 상기 확산 공간에 가로 방향으로 상기 처리 가스를 분산시키기 위해 둘레 방향을 따라 복수의 가스 토출구가 각각 형성되는 복수의 가스 분산부와,
    상류측이 상기 각 가스 분산부에 공통되는 공통 유로를 이루고, 도중에 분기해서 하류측이 당해 각 가스 분산부에 접속됨과 함께, 상기 공통 유로로부터 각 가스 분산부에 이르기까지의 길이가 서로 일치된 상기 처리 가스의 유로,
    를 포함하고,
    상기 가스 분산부는, 상기 확산 공간을 평면에서 보았을 때 당해 확산 공간의 중심부 둘레에, 중심이 각각 위치함과 함께 상기 확산 공간의 둘레 방향을 따른 복수의 제1 원을 따라, 1개의 상기 제1 원에 있어서 복수씩, 상기 확산 공간의 중심부로부터의 거리가 서로 다른 레이아웃으로 배치되는 가스 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유로는, 상기 공통 유로로부터 상기 가스 분산부에 이르기까지, 토너먼트의 조합을 정하는 선도 형상으로 계단 형상으로 분기되도록 형성되어 있는, 가스 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    하나의 상기 제1 원을 따라 3개 이상의 상기 가스 분산부가 배치되는, 가스 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    각 제1 원을 따라 배치되는 복수의 상기 가스 분산부는, 상기 확산 공간의 중심부에 중심이 위치하는 제2 원을 따라 배치되어 있는, 가스 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 확산판은, 상기 적재대의 중심부에 대향하는 제1 대향 영역과, 상기 적재대의 주연부에 대향하는 제2 대향 영역을 구비하고,
    상기 제1 대향 영역은, 상기 제2 대향 영역보다도 인접하는 상기 가스 분출 구멍끼리의 간격이 큰, 가스 처리 장치.
  6. 진공 분위기인 처리실 내의 기판에 대하여 처리 가스를 공급해서 처리를 행하는 가스 처리 방법에 있어서,
    상기 처리실에 설치되는 적재부에 상기 기판을 적재하는 공정과,
    상기 적재부의 상방측에 위치하는 천장부를 구성하는 가스 확산판에 형성되는 복수의 가스 분출 구멍으로부터 상기 처리 가스를 샤워 형상으로 분출하는 공정과,
    상기 가스 확산판의 상방측에 상기 처리 가스의 확산 공간을 개재해서 대향하는 대향부에 설치되고, 둘레 방향을 따라 복수의 가스 토출구가 각각 형성되는 복수의 가스 분산부로부터 상기 확산 공간에 가로 방향으로 상기 처리 가스를 토출해서 분산시키는 공정과,
    상류측이 상기 각 가스 분산부에 공통되는 공통 유로를 이루고, 도중에 분기해서 하류측이 당해 각 가스 분산부에 접속됨과 함께, 상기 공통 유로로부터 각 가스 분산부에 이르기까지의 길이가 서로 일치된 유로에 상기 처리 가스를 공급하는 공정,
    을 포함하고,
    상기 가스 분산부는, 상기 확산 공간을 평면에서 보았을 때 당해 확산 공간의 중심부 둘레에, 중심이 각각 위치함과 함께 상기 확산 공간의 둘레 방향을 따른 복수의 원을 따라, 1개의 상기 원에 있어서 복수씩, 상기 확산 공간의 중심부로부터의 거리가 서로 다른 레이아웃으로 배치되는 가스 처리 방법.
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