JP2001053030A - 成膜装置 - Google Patents

成膜装置

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JP2001053030A
JP2001053030A JP11228047A JP22804799A JP2001053030A JP 2001053030 A JP2001053030 A JP 2001053030A JP 11228047 A JP11228047 A JP 11228047A JP 22804799 A JP22804799 A JP 22804799A JP 2001053030 A JP2001053030 A JP 2001053030A
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英亮 山▲崎▼
Takashi Mochizuki
隆 望月
Susumu Arima
進 有馬
Yumiko Kouno
有美子 河野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 載置台の裏面側への成膜ガスの流入を防止す
ることができる処理装置を提供する。 【解決手段】 被処理体Ｗに対して成膜処理を施す成膜
装置２０において、真空引き可能になされた処理容器２
２と、前記被処理体を載置する載置台２４と、処理ガス
を前記処理容器内へ供給する処理ガス供給手段７２と、
前記被処理体を加熱する加熱手段２６と、昇降可能にな
されて前記被処理体の周縁部と部分的に当接しつつ僅か
な隙間の第１ガスパージ用間隙５０を形成するリング状
のクランプリング部材４０と、前記載置台の裏面側を区
画して不活性ガスパージ室４７を形成する区画壁４４
と、前記不活性ガスパージ室へ不活性ガスを供給する不
活性ガス供給手段５４と、前記区画壁の上端面と前記ク
ランプリング部材の外周端の下面との間に形成される第
２ガスパージ用間隙５２とを備える。これにより、載置
台の裏面側への成膜ガスの流入を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、配線用金属を化学
蒸着法を用いて堆積することなどに代表される、低圧気
相化学反応を用いて金属膜及び金属化合物膜を成膜する
成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣ等の集積回路の半導体装置の微細化
に伴い、異なる金属配線層間を接続するための コンタ
クト孔も微小になり、そのアスペクト比（＝孔の深さ／
開口幅）が増大している。また、予め絶縁膜表面に金属
配線パターンに対応する細い溝を形成し、その中に配線
要素を形成する方法も提案されている（米国特許第４７
８９６４８号公報）。このような場合、配線要素を形成
するための配線用金属は、被覆性に優れ、細い溝を埋め
込む能力に優れた化学蒸着法（CVD法）で堆積すること
が好ましい。
【０００３】CVD 法で形成される金属膜及び金属化合物
膜としては、Ｗ（タングステン）、ＷＳｉ、ＴｉＮ、Ｔ
ｉ、Ａｌ、Ｃｕ等があげられる。ここでは従来の成膜装
置の一例としてＷの成膜装置について説明する。図７に
その概略構成図を示す。この成膜装置は、真空引き可能
になされた略円筒体状の処理容器２を有しており、この
内部には加熱ヒータ４を埋め込んだ載置台６を設けてお
り、この載置台６上に被処理体である半導体ウエハＷを
載置するようになっている。この載置台６の周囲には、
押し上げ棒１０に接続されたリング状のクランプリング
８が昇降可能に配置されており、このクランプリング８
の内側のテーパ面８ＡをウエハＷの円周端に当接させて
下方へ付勢することにより、ウエハＷを載置台６上に固
定している。この載置台６の対向面である天井部には、
処理ガスとして例えば成膜ガスを処理容器２内の処理空
間Ｓへ導入するためのシャワーヘッド部１２が設けられ
ている。更に、載置台６の下方には、成膜時にウエハＷ
の裏面側或いは載置台６の裏面側へ成膜ガスが侵入して
不要な成膜が堆積することを防止するために載置台６の
裏面空間Ｓ１へＡｒガス等の不活性ガスを導入する不活
性ガス供給ノズル１４が設けられる。
【０００４】成膜時には、ウエハＷを所定のプロセス温
度に維持し、シャワーヘッド部１２から成膜ガスを処理
容器２内へ導入する。そして、処理容器２内を真空引き
して所定のプロセス圧力を維持しつつタングステン膜等
を成膜する。この時、載置台６の裏面側の裏面空間Ｓ１
には不活性ガス供給ノズル１４からＡｒガス等の不活性
ガスを供給し、成膜ガスがクランプリング８のウエハと
の接触部を介して裏面空間Ｓ１に流入することを防止し
ようとしていた。これはウエハＷの側面や裏面に不要な
膜が堆積すると、この不要な膜が後工程等において剥が
れてパーティクルになったりするので、このパーティク
ルの発生を防止するためである。図８はこの時の理想的
な膜付け状態を示す半導体ウエハの部分断面図を示して
おり、メタル膜、例えばタングステン膜をウエハＷの表
面（図中では上面）のみに堆積させ、その側面や裏面側
へは堆積させないように企図している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、クランプリ
ング８のテーパ面８ＡはウエハＷの周端に線接触で接触
しているが、接触状態が均一にならずに不均一になる場
合が多く、この接触部に形成された僅かな間隙から成膜
ガスが裏面空間Ｓ１側に入り込み、ウエハ側面や裏面に
不要な膜が堆積されるのみならず、載置台６側へも不要
な膜が堆積していた。また、処理容器２の内面やシャワ
ーヘッド部１２の表面等にも不要な膜が付着する場合も
あった。このように、メタルCVD法において、成膜時
に、ウエハの上（上面）のみに成膜することは難しく、
載置台６の周辺の反応温度と同程度に温度の高い部分
や、処理容器２の壁面などで反応生成物、副生成物が形
成したり、また、低温部で未反応原料ガスが凝縮するな
どの不都合は避けられない。そこで、従来のメタルCVD
であるW, WSi, TiN ,Ti等のCVD法においては、一定枚数
毎、或いは枚葉に、処理容器２内にClF3やNF3などのク
リーニングガスあるいはプラズマを流通させて、これら
の不要な膜や残留物を分解除去する、いわゆるin-situ
クリーニングを実施することが、一般的であった。
【０００６】上述のように、Ｗ、ＷＳｉ、ＴｉＮ、Ｔｉ
膜等の不要膜に対しては、これを除去する有効なクリー
ニングガスが存在するが、アルミニウム膜や銅膜に対し
ては有効なクリーニングガスが見い出せないのが現状で
ある。すなわち、CVD法を用いて堆積することができる
導電金属及び金属化合物としては、４塩化チタン（Ｔｉ
Ｃｌ4 ）を原料とするチタン及び窒化チタン、6弗化タ
ングステン（ＷＦ6 ）を原料とするタングステン、有機
アルミニウム化合物を原料とするアルミニウム、有機銅
化合物を原料とする銅が代表的である。
【０００７】しかし、低抵抗の配線要素の形成が可能で
あるという点ではアルミニウムや銅が優れているが、こ
のような有機アルミニウム、銅化合物を原料としてCVD
法を用いて上記コンタクト孔や配線溝などを埋込む手法
の歴史は新しく、開発が始まったばかりであり、有効な
クリーニングガスが存在しない。上述したような有機ア
ルミニウム、銅化合物を原料とした新しいCVD法におい
ても、やはり同様に、処理容器内の高温部、低温部での
反応生成物、副生成物の形成、未反応原料ガスの凝縮及
びウエハ側面や裏面への不要膜の形成などは避けること
ができないが、従来のメタルCVD法と違ってこれらの不
要膜や残留物をin-situクリーニングすることが困難で
ある。
【０００８】すなわち、上述したように有機銅化合物を
原料として銅のCVDを行う場合、銅の化合物は、一般に
蒸気圧が低く、気相で十分短い時間に、これらの残留物
をエッチングできるエッチングガスが事実上存在しない
という問題がある。また、有機アルミ化合物を原料とし
てアルミのCVDを行う場合、メタルCVDの処理容器の構成
材料は、一般的にアルミであり、アルミを含む残留物を
クリーニングするためにクリーニングガスを流通させる
と、同時に処理容器やシャワーヘッド部の表面などの腐
食を大きく進行させるという問題がある。本発明は、以
上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創
案されたものである。本発明の目的は、載置台の裏面側
への成膜ガスの流入を防止することができる処理装置を
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、被処理体に対して成膜処理を施す成膜装置におい
て、真空引き可能になされた処理容器と、前記被処理体
を載置する載置台と、処理ガスを前記処理容器内へ供給
する処理ガス供給手段と、前記被処理体を加熱する加熱
手段と、昇降可能になされて前記被処理体の周縁部と部
分的に当接しつつ僅かな隙間の第１ガスパージ用間隙を
形成するリング状のクランプリング部材と、前記載置台
の裏面側を区画して不活性ガスパージ室を形成する区画
壁と、前記不活性ガスパージ室へ不活性ガスを供給する
不活性ガス供給手段と、前記区画壁の上端面と前記クラ
ンプリング部材の外周端の下面との間に形成される第２
ガスパージ用間隙とを備えるように構成したものであ
る。
【００１０】これにより、少なくとも成膜時に不活性ガ
ス供給手段を用いて載置台の裏面側の不活性ガスパージ
室へ不活性ガスを供給することにより、この不活性ガス
は第１ガスパージ用間隙と第２ガスパージ用間隙を通過
して処理空間側へ流れ込むことになる。従って、被処理
体の側面や裏面側へ成膜ガスが回り込むことを阻止し
て、側面や裏面に或いは載置台の表面に不要な膜が堆積
することを防止することができる。また、第２ガスパー
ジ用間隙を設けていることから、供給される不活性ガス
等に圧力変動が生じても、この圧力変動を吸収すること
ができ、第１ガスパージ用間隙からは常に安定した流量
及び流速で不活性ガスを流し込むことが可能となる。
【００１１】請求項２に規定するように、例えば前記ク
ランプリング部材の下面には、下端面が前記被処理体の
周縁部の上面と当接するための所定の高さの複数の接触
突起が形成されている。これにより、上記第１ガスパー
ジ用間隙を形成している。この場合、被処理体の厚さ
が、製造誤差等により変動しても、接触突起の高さは一
定なので、上記第１ガスパージ用間隙の幅を常に精度良
く一定に維持することができ、安定した流量または流速
で不活性ガスを第１ガスパージ用間隙から処理空間側へ
流入させることが可能となる。
【００１２】この場合、請求項３に規定するように、例
えば前記第２ガスパージ用間隙の幅は、前記第１ガスパ
ージ用間隙の幅よりも大きく設定されていることによ
り、供給される不活性ガスの圧力変動を効果的に吸収で
き、第１ガスパージ用間隙より処理空間へ流れ込む不活
性ガスの流量や流速を一層安定させることが可能とな
る。また、請求項４に規定するように、例えば前記処理
容器及び／または処理ガス供給手段には、温度調整手段
が設けられており、前記処理ガスの凝縮温度よりも高
く、分解温度或いは反応温度よりも低い温度に設定され
ているようにすれば、処理容器の壁面や処理ガス供給手
段の表面に不要な膜が付着したり、処理ガスが凝縮して
付着したりすることも防止することが可能となる。請求
項５に規定するように、前記クランプリング部材にはヒ
ータ部材とこの温度を検出するための制御用熱電対が設
けられるようにすれば、制御用熱電対でクランプリング
部材の温度を検出してこのクランプリング部材の温度を
被処理体の温度と略同じになるように設定でき、従っ
て、被処理体の温度の面内均一性を高くすることが可能
となる。請求項６に規定するように、前記載置台上に
は、静電チャックが設けられるようにすれば、載置台か
らウエハへの熱伝達をより効率良く行なうことができる
と共に、上記クランプリング部材による被処理体の保持
力が不足している場合でも、静電チャックによる吸着力
によりその不足分を補償することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る成膜装置の
一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明
に係る成膜装置を示す構成図、図２はクランプリング部
材の裏面を示す平面図、図３は図１に示す成膜装置の主
要部の部分拡大図である。この成膜装置２０は、例えば
アルミニウム等により円筒状或いは箱状に成形された処
理容器２２を有しており、この処理容器２２内には、処
理容器底部より支柱２３により起立させて被処理体とし
ての半導体ウエハＷを載置するための載置台２４が設け
られている。この載置台２４は例えばカーボン素材、Ａ
ｌＮなどのアルミ化合物等により構成されており、内部
には加熱手段として例えば抵抗加熱ヒータ２６が埋め込
まれている。
【００１４】この載置台２４の下方には、複数本、例え
ば３本のＬ字状のリフタピン２８（図示例では２本のみ
記す）がリング状の支持部材３０に対して上方へ起立さ
せて設けられている。そして、この支持部材３０を処理
容器底部に貫通して設けられた押し上げ棒３２により上
下動させることにより、上記リフタピン２８を載置台２
４に貫通させて設けたリフタピン穴３４に挿通させてウ
エハＷを持ち上げ得るようになっている。上記押し上げ
棒３２の下端は、処理容器２２において内部の気密状態
を保持するために伸縮可能なベローズ３６を介してアク
チュエータ３８に接続されている。上記載置台２４の周
縁部には、ウエハＷの周縁部を保持してこれを載置台２
４側へ固定するために、例えばウエハの輪郭形状に沿っ
た略リング状の例えばＡｌＮなどのセラミック製のクラ
ンプリング部材４０が設けられている。このクランプリ
ング部材４０は、連結棒４２を介して上記リング状の支
持部材３０に連結されており、上記リフタピン２８と一
体的に昇降するようになっている。尚、上記リフタピン
２８や連結棒４２等はアルミニウムなどにより形成され
る。
【００１５】そして、上記載置台２４の外周側には、処
理容器底部より起立させた円筒体状の例えばアルミニウ
ムよりなる区画壁４４が形成されており、その上端を例
えばＬ字状に水平方向へ屈曲させて屈曲部４６を形成し
ている。このように、円筒体状の区画壁４４を設けるこ
とにより、載置台２４の裏面側に不活性ガスパージ室４
７を形成している。上記屈曲部４６の水平レベルは載置
台２４の上面と略同じ程度のレベルになされており、載
置台２４の外周よりも僅かな距離だけ離間されて、この
間隙に上記連結棒４２が挿通されている。そして、上記
リング状のクランプリング部材４０の内周側の下面に
は、図２及び図３にも示すようにその周方向に沿って略
等間隔で配置された複数、図示例では６個の接触突起４
８が形成されており、クランプ時には、この接触突起４
８の下端面が、ウエハＷの周縁部の上面と当接してこれ
を押下するようになっている。この場合、接触突起４８
の直径は１ｍｍ程度、高さＨ１は略５０μｍ程度であ
り、結果的に、クランプ時にはこの部分に幅がＨ１とな
るリング状の間隙、すなわち第１ガスパージ用間隙５０
を形成するようになっている。また、クランプ時のウエ
ハＷの周縁部とクランプリング部材４０の内周側とのオ
ーバラッブ量（第１ガスパージ用間隙５０の流路長さ）
Ｌ１は数ｍｍ程度である。また、このクランプリング部
材４０の下面であって、上記接触突起４８に近い部分に
は、クランプリング部材４０の周方向に沿ってリング状
になされたヒータ部材１３１が埋め込まれると共に、こ
の接触突起４８の近傍には制御用熱電対１３２が設けら
れるようにしてもよい。そして、このヒータ部材１３１
及び制御用熱電対１３２にはそれぞれケーブル１３３及
び１３４が接続され、これらのケーブル１３３、１３４
は容器側壁に設けたケーブルポート１３５を介して容器
外へ引き出すようにしてもよい。
【００１６】また、上記クランプリング部材４０の周縁
部は、上記区画壁４４の上端屈曲部４６の上方に位置さ
れており、ここに、リング状の第２ガスパージ用間隙５
２を形成している。この場合、第２ガスパージ用間隙５
２の幅Ｈ２は５００μｍ程度に設定されており、上記第
１ガスパージ用間隙５０の幅Ｈ１よりも例えば１０倍程
大きくなされている。また、クランプリング部材４０の
周縁部と屈曲部４６とのオーバラップ量（第２ガスパー
ジ用間隙５２の流路長さ）Ｌ２は例えば略１０ｍｍ程度
に設定されている。これにより、不活性ガスパージ室４
７内の不活性ガスは、上記両間隙５０、５２から処理空
間Ｓ側へ流出できるようになっている。
【００１７】そして、図１へ戻って、処理容器底部に
は、不活性ガス供給手段５４の一部を構成するガスノズ
ル５６が設けられており、このガスノズル５６には、途
中にマスフローコントローラのような流量制御器５８及
び開閉弁６０を介設したガス流路６２が接続されてお
り、このガス流路６２の他端には、不活性ガスとして例
えばＡｒガスを貯留するＡｒガス源６４が接続されてい
る。この不活性ガスとしてＡｒガスに替えてＨｅガス等
を用いてもよい。また、処理容器底部の周縁部には排気
口６６が設けられ、この排気口６６には図示しない真空
ポンプに接続された排気路６８が接続されており、処理
容器２２内を所定の真空度に維持し得るようになってい
る。また、処理容器２２の側壁には、ウエハを搬出入す
る際に開閉されるゲートバルブ７０が設けられる。
【００１８】一方、上記載置台２４と対向する処理容器
天井部には、成膜ガス等を処理容器２２内へ導入するた
め処理ガス供給手段としてのシャワーヘッド部７２が設
けられている。具体的には、このシャワーヘッド部７２
は、例えばアルミニウム等により円形箱状に成形された
ヘッド本体７４を有し、この天井部にはガス導入口７６
が設けられている。このガス導入口７６には、ガス通路
を介して処理に必要なガス、例えば銅の錯体ガス（Ｃｕ
（Ｉ）ｈｆａｃＴＭＶＳ：Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ ｖｉｎ
ｙｌｓｉｌｙｌ ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏａｃｅｔｙｌａ
ｃｅｔｏｎａｔｏ ＣｏｐｐｅｒＩ）キャリアガスとし
てのＨ2 ガス等のガス源が流量制御可能に接続されてい
る。ヘッド本体７４の下部には、ヘッド本体７４内へ供
給されたガスを処理空間Ｓへ放出するための多数のガス
噴射孔７８が面内の略全体に配置されており、ウエハ表
面に亘ってガスを放出するようになっている。また、必
要に応じ、ヘッド本体７４内には、多数のガス分散孔８
０を有する拡散板８２が配設されており、ウエハ面に、
より均等にガスを供給するようになっている。そして、
上記処理容器２２の側壁内及びシャワーヘッド部７２の
側壁内には、それぞれ温度調整手段として熱媒体流路８
４、８６が設けられており、熱媒体として例えば所定の
温度の温水を流すようになっている。
【００１９】次に、以上のように構成された成膜装置を
用いて行なわれる成膜処理について説明する。まず、処
理容器２２の側壁に設けたゲートバルブ７０を開いて図
示しない搬送アームにより処理容器２２内にウエハＷを
搬入し、リフタピン２８を押し上げることによりウエハ
Ｗをリフタピン２８側に受け渡す。そして、リフタピン
２８を、押し上げ棒３２を下げることによって降下さ
せ、ウエハＷを載置台２４上に載置すると共に更に押し
上げ棒３２を下げることによってウエハＷの周縁部をク
ランプリング部材４０の自重でこれを押圧して固定す
る。次に、載置台２４の下方に配置した不活性ガス供給
手段５４のガスノズル５６からＡｒガスを不活性ガスパ
ージ室４７に所定の流量で導入する。一方、ウエハＷは
載置台２４に内蔵されている抵抗加熱ヒータ２６により
所定のプロセス温度に昇温、維持される。
【００２０】次に、図示しない処理ガス源から成膜ガス
としてＣｕを含む錯体ガスをキャリアガスであるＨ2 ガ
スと共にシャワーヘッド部７２へ所定量ずつ供給し、こ
れをヘッド本体７４の下面のガス噴射孔７８から処理容
器２２の処理空間Ｓへ略均等に供給する。これと同時
に、排気口６６から内部雰囲気を吸引排気することによ
り処理容器２２内を所定の圧力に設定する。ここで処理
空間Ｓに供給された成膜ガスは所定の化学反応を生じ、
銅膜がウエハ表面に堆積し、形成されることになる。
【００２１】この成膜時には、載置台２４の下方の不活
性ガスパージ室４７へ供給された不活性ガスであるＡｒ
ガスの圧力は、処理空間Ｓにおける成膜ガスの圧力より
も僅かに高くなされており、このＡｒガスは図３にも示
すようにＨ１＝５０μｍ程度の幅の第１ガスパージ用間
隙５０を通って、及びＨ２＝５００μｍ程度の幅の第２
ガスパージ用間隙５２を通って、それぞれ上方の処理空
間Ｓ側へ僅かずつ流出している。従って、成膜ガスが第
１ガスパージ用間隙５０を介して不活性ガスパージ室４
７側へ侵入してくることはないので、ウエハＷの側面側
及び裏面側に不要な銅膜が堆積することを防止すること
ができる。また、同様な理由で、載置台２４の表面に不
要な銅膜が堆積することも防止することができる。
【００２２】ここで重要な点は、第１ガスパージ用間隙
５０を介して上方の処理空間Ｓへ流出するＡｒガス量が
多過ぎると、ウエハＷの表面に到達すべき成膜ガスの流
れを妨害してしまってウエハ上面上の正規な部分におけ
る銅膜の堆積を阻害し、悪影響を与える。従って、Ａｒ
ガスの上方への流出量を適正に制御することが必要であ
る。このＡｒガスの流出量の制御は、Ａｒガスの供給
量、不活性ガスパージ室４７内の圧力をコントロールす
ることにより行なうことができ、また、この他に、第１
ガスパージ用間隙５０の幅Ｈ１や流路長さＬ１、または
第２ガスパージ用間隙５２の幅Ｈ２や流路長さＬ２等を
変化させることによっても行なうことができる。
【００２３】特に、ウエハＷの厚さは、製造誤差によっ
てある程度変動するが、一定の高さの接触突起４８がウ
エハ表面に当接するので、この第１ガスパージ用間隙５
０の幅Ｈ１は、常に精度良く設計値通りの一定値（ここ
では５０μｍ）を維持することになり、ここを流れるＡ
ｒガス流量が変動することなく一定値に保たれることに
なる。また、何らかの外乱によって、不活性ガスパージ
室４７内に供給されるＡｒガスの圧力が変動等しても、
ここでは第２ガスパージ用間隙５２の幅Ｈ２を、第１ガ
スパージ用間隙５０の幅Ｈ１よりもかなり大きく、例え
ば略１０倍程度大きく設定しているので、上記Ａｒガス
の圧力変動は第２ガスパージ用間隙５２を流出するＡｒ
ガスの流量が変動することで吸収されてしまい、従っ
て、第１ガスパージ用間隙５０からは常に安定した流量
及び流速でＡｒガスを流出させることが可能となる。
【００２４】ここで第２ガスパージ用間隙５２の必要性
について更に詳しく説明する。第１ガスパージ用間隙５
０において、成膜ガスが下方の不活性ガスパージ室４７
内へ流入することを避けるためには、［Ａｒガスの流速
Ｖ１×流路長さＬ１］が成膜ガスの拡散定数に対して大
きくなっていることが必要である。ところが、第１ガス
パージ用間隙５０の流路長さＬ１のコンダクタンスＣ１
を構造的にコントロールするのは非常に難しく、加工公
差内での寸法のばらつきや組立精度により、処理容器に
よって大きくばらつく。もし、第２ガスパージ用間隙５
２を設けないと仮定すると、コンダクタンスＣ１の変動
に従って、第１ガスパージ用間隙５０から流れ出すＡｒ
パージガスの流量Ｑ１が変動してしまい、流速Ｖ１＝
（流量Ｑ１）／（ガス噴出断面積）を変動させてしま
う。しかし、第２ガスパージ用間隙５２を設ければ、Ａ
ｒパージガスの流量を第１ガスパージ用間隙５０（Ｑ
１）、第２ガスパージ用間隙５２（Ｑ２）に振り分ける
ことができ、間隙５２の幅Ｈ２、流路長さＬ２を幅Ｈ
１、流路長さＬ１に比べて大きくとることで、第１ガス
パージ用間隙５０から流れる流量Ｑ１を第２ガスパージ
用間隙５２から流れる量Ｑ２に比べて約２桁小さくでき
る。このような流量関係においては、コンダクタンスＣ
１が多少変動しても流量Ｑ１が大きく変動することを避
けることができ、流速Ｖ１の安定化を達成できる。
【００２５】また、他の理由として、成膜ガスがパージ
室４７内に微量ながら流れ込んだとしても、これを希釈
して排気することができる。前述のように、第１ガスパ
ージ用間隙５０においては、ウエハ表面端部の未成膜部
分を少なくする要求から、流路長さＬ１を小さくしなけ
ればならない。一方、（流速）＝（流量）／（ガス噴出
断面積）であることから、この流量Ｑ１も多過ぎると成
膜に影響を与えるので、必要最小限にしたいという制約
がある。すなわち、第１ガスパージ用間隙５０において
は、流速×流路長さを大きくするための手段は、幅Ｈ１
を小さくし、ガス噴出断面積を小さくすることに限られ
る。また、第２ガスパージ用間隙５２においては、流路
長さＬ２の制約は特になく、流量Ｑ２も第１ガスパージ
用間隙５０の流量Ｑ１を小さくする関係から、Ａｒパー
ジガスの大部分は第２ガスパージ用間隙５２に流れるた
め十分多い。ただし、第１ガスパージ用間隙５０、第２
ガスパージ用間隙５２の幅Ｈ１、Ｈ２と流路長さＬ１、
Ｌ２は、共にコンダクタンスＣ１、Ｃ２を介して互いの
流量Ｑ１、Ｑ２に影響を与えるため、第２ガスパージ用
間隙５２の幅、流路長さとしては、この流量Ｑ１、Ｑ２
の割り振りを適正に実行できるよう決定する。
【００２６】ここで一例として図４に示すような条件に
設定したところ、ウエハの側面や裏面にはタングステン
膜が堆積せずに良好な結果を得ることができた。この時
の処理容器２２の内径は略３００ｍｍ（８インチウエハ
対応）であり、プロセス条件に関しては、プロセス温度
は２００℃、プロセス圧力は１Ｔｏｒｒ、成膜ガス（Ｃ
ｕ錯体ガス）は０．２ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガスは５００ｓｃ
ｃｍ、Ａｒガスは５００ｓｃｃｍ、Ａｒ圧力は２ｋｇｆ
（ボンベ出口圧）である。また、本実施例では、処理容
器２２の側壁及びシャワーヘッド部７２の側壁に設けた
各熱媒体通路８４、８６に、熱媒体を流すことにより、
それぞれの壁面の温度を、成膜ガスの凝縮温度よりも高
く、且つその分解温度或いは反応温度よりも低い温度に
維持する。例えばＣｕ（Ｉ）ｈｆａｃＴＭＶＳの場合に
は凝縮開始温度が４０℃程度、分解開始温度が６５℃程
度なので、各壁面の温度をその中間の温度、例えば６０
℃程度に維持する。これにより、成膜ガスが壁面に凝縮
して付着することも防止でき、また、成膜ガスが分解や
反応して壁面に銅膜が付着することも防止することがで
きる。
【００２７】尚、本発明のクランプリング部材４０に設
けた接触突起４８の効用を調べるために、この接触突起
４８を設けないで、クランプリング部材４０の高さレベ
ルを成膜時に常に精度良く同一となるようにして複数枚
のウエハに成膜処理を行なってみた。この場合、ウエハ
間には、このスライス誤差等により厚さの誤差が存在す
るので、ウエハ毎に第１ガスパージ用間隙５０の幅Ｈ１
が僅かに異なってしまう。この結果、例えば基準の厚さ
より僅かに薄いウエハの場合には、幅Ｈ１が少し大きく
なって間隙５０を介して処理空間Ｓ側へ流出するＡｒパ
ージガスの流量が多くなり、ウエハ表面の成膜に悪影響
を与えた。逆に、基準の厚さより僅かに厚いウエハの場
合には、幅Ｈ１が少し小さくなって流出するＡｒパージ
ガスの流量が少なくなり、この結果、成膜ガスが下方へ
流れ込んでしまったので、ウエハの側面及び裏面へ不要
な膜が堆積してしまい、好ましくなかった。
【００２８】また、図１にて説明した本発明装置を用い
て、シャワーヘッド部７２及び処理容器２２の内壁の温
度を、原料ガスであるＣｕ（Ｉ）ｈｆａｃＴＭＶＳの熱
分解温度（略６５℃）よりも高い１５０℃に保持してＣ
ｕ膜の成膜処理を行なったところ、シャワーヘッド部７
２の内壁面や処理容器２２の内壁面に成膜ガスの分解生
成物と見られる付着物があった。また、逆に、シャワー
ヘッド部７２及び処理容器２２の内壁の温度を、上記成
膜ガスの凝縮温度（略４０℃）よりも低い２０℃に保持
してＣｕ膜の成膜処理を行なったところ、成膜ガスの凝
縮物と推定される付着物が見られた。これら付着物が見
られた成膜処理においては、ウエハＷ上のパーティクル
増加やウエハ間の膜厚変動が発生した。従って、シャワ
ーヘッド部７２や処理容器２２の内壁面の温度調整を行
なった方が好ましいことが判明する。
【００２９】尚、上記実施例においては、第２ガスパー
ジ用間隙５２の幅Ｈ２は一定値に固定したが、図５に示
すように、区画壁４４の上端の屈曲部４６に、断面Ｌ字
状になされた環状の補助部材９０を摺動可能に圧入して
設置しておき、この補助部材９０の上下方向の位置を例
えばプロセス条件に応じて調整することにより、第２ガ
スパージ用間隙５２の幅Ｈ２を最適な値に調整すること
ができる。尚、補助部材９０の上面９０Ａの長さは、屈
曲部４６の上面４６Ａの長さと略同じになるように設定
しておく。また、６個の接触突起４８の下端面がウエハ
Ｗの周縁部の上面に当接すると、ウエハＷからこの接触
突起４８を介してクランプリング部材４０側へ熱が逃げ
る、いわゆる脱熱が生じて、ウエハ温度の面内均一性が
損なわれる恐れがあるが、この場合、クランプリング部
材４０に設けた制御用熱電対１３２でこの部分の温度を
モニタし、ヒータ部材１３１に供給する電力をコントロ
ールしてクランプリング部材４０の温度をウエハ温度と
略同一になるように制御しておけば、ウエハの脱熱を防
止でき、ウエハ温度の面内均一性を高く維持することが
できる。また、接触突起４８の数を増やし、またこの材
質としてＡｌＮ等の熱伝導性が良好な材料を用いれば、
クランプリング４０とウエハＷとが接触した後、クラン
プリング部材４０の温度を短時間でウエハＷと略同程度
の温度にすることができる。更には、上記とは逆に、接
触突起４８の数を減らして、その材質として石英やテフ
ロン（登録商標）等の断熱材料を用いるようにすれば、
クランプリング部材４０とウエハＷとが接触した時、脱
熱量を減らすことができる。いずれにしても、クランプ
リング部材４０は、ウエハＷに対する熱的影響を抑制す
るために、できる限り薄くし、熱容量の小さいものが好
ましい。また、載置台２４の上面に、クランプリング部
材４０によるクランプ力を補助するために静電チャック
を設けてもよく、これによれば、特に、接触突起４８の
数を減らすことによってそのクランプ力が低下した時
に、そのクランプ力（保持力）を補償することができ
る。更に、この場合には、載置台２４とウエハＷとの密
着性が高まって両者間の伝熱性が向上し、その結果、ウ
エハの温度を所定の温度まで昇温するまでの時間を短縮
することが可能となり、ひいてはクランプリング部材４
０とウエハＷの温度を同程度にするまでの時間を短縮化
することができる。また、上記実施例では、ウエハの加
熱手段として抵抗加熱ヒータを用いた場合を例にとって
説明したが、これに限定されず、例えば加熱手段として
加熱ランプを用いた成膜装置にも本発明を適用し得る。
図６は、本発明をランプ加熱方式に適用した時の成膜装
置を示す構成図である。ここでは、図１において示した
構成部分と同一部分については同一符号を付して説明を
省略する。
【００３０】この成膜装置１００では、載置台１０２は
厚さ１ｍｍ程度の例えばカーボン素材、ＡｌＮなどのア
ルミ化合物等により構成される。この載置台１０２は、
処理容器２２の底部より起立された円筒体状の例えばア
ルミニウム製のリフレクタ１０４の上部内壁より延びる
３本（図示例では２本のみ記す）の支持アーム１０６に
より支持されている。また、このリフレクタ１０４の上
端には、例えばアルミニウム製のリング状のアタッチメ
ント１０８が設けられている。そして、このリフレクタ
１０４と上記アタッチメント１０８が、その内側に不活
性ガスパージ室４７を区画する区画壁として構成され、
アタッチメント１０８の内周側の上面とクランプリング
部材４０の外周側の下面との間で、第２ガスパージ用間
隙５２を形成している。
【００３１】また、上記アタッチメント１０８の外周側
に接して、多数の整流孔１１０を有するリング状の整流
板１１２が容器底部より起立さた支持コラム１１４によ
り支持されている。また、載置台１０２の直下の処理容
器底部には、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓１１
６が気密に設けられており、この下方には、透過窓１１
６を囲むように箱状の加熱室１１８が設けられている。
この加熱室１１８内には加熱手段として複数個の加熱ラ
ンプ１２０が反射鏡も兼ねる回転台１２２に取り付けら
れており、この回転台１２２は、回転軸を介して加熱室
１１８の底部に設けた回転モータ１２４により回転され
る。従って、この加熱ランプ１２０より放出された熱線
は、透過窓１１６を透過して載置台１０２の下面を照射
してこれを加熱し得るようになっている。
【００３２】この成膜装置１００においても、ガスノズ
ル５６からＡｒガスが載置台１０２の下方の不活性ガス
パージ室４７内へ導入され、このＡｒガスはクランプリ
ング部材４０の内周側の第１ガスパージ用間隙５０や外
周側の第２ガスパージ用間隙５２を介して処理空間Ｓ側
へ流出し、これによりウエハＷの側面や裏面等に不要な
膜が付着することを防止でき、図１に示した成膜装置と
同様な作用効果を発揮することができる。この成膜装置
１００において、クランプリング部材４０の温度をウエ
ハの温度と略同一になるように制御するための機構は図
１と同じように、クランプリング部材４０に制御用熱電
対１３２とヒータ部材１３１とを設けることを図示した
が、これに限定されることなく、例えばクランプリング
部材４０の裏面を着色すると共に加熱室１１８の加熱ラ
ンプ１２０の角度を調整してこのランプ光を吸収してク
ランプリング部材４０の温度が上昇する機構を用いても
良い。本実施例では、メタル膜として銅膜を形成する場
合を例にとって説明したが、これに限定されず、アルミ
ニウム膜を成膜する場合についても適用することができ
る。また、ここではパージに用いる不活性ガスとしてＡ
ｒガスを用いた場合を示したが、これに替えて他の不活
性ガス、例えばＨｅガスを用いるようにしてもよい。更
には、被処理体としては半導体ウエハに限定されず、Ｌ
ＣＤ基板、ガラス基板にも本発明を適用できるのは勿論
である。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜装置
によれば、次のように優れた作用効果を発揮することが
できる。請求項１に規定する発明によれば、載置台の裏
面側に設けた不活性ガスパージ室より不活性ガスを、ク
ランプリング部材の内周側と外周側の間隙を介して処理
空間側へ積極的に僅かずつ流すようにしたので、成膜ガ
スが被処理体の側面や裏面側へ回り込むことを防止で
き、従って、この部分に不要な膜が付着することを未然
に阻止することができる。請求項２に規定する発明によ
れば、一定の高さの接触突起を用いているので、被処理
体の厚さが製造誤差によって変化しても、第１ガスパー
ジ用間隙の幅を常に精度良く一定に維持でき、従って、
上記間隙を介して安定した流量または流速で不活性ガス
を処理空間側へ流すことができる。請求項３に規定する
発明によれば、第２ガスパージ用間隙の幅を第１ガスパ
ージ用間隙の幅よりも大きく設定したので、不活性ガス
源等に圧力変動が生じても、この圧力変動を第２ガスパ
ージ用間隙の部分で吸収でき、従って、第１ガスパージ
用間隙を流れる不活性ガスの流速、流量を一層安定化す
ることができる。また、請求項４に規定する発明によれ
ば、処理容器の壁面や処理ガス供給手段の表面に不要な
膜が付着したり、処理ガスが凝縮して付着したりするこ
とも防止することができる。請求項５に規定する発明に
よれば、制御用熱電対でクランプリング部材の温度を検
出してこのクランプリング部材の温度を被処理体の温度
と略同じになるように設定でき、従って、被処理体の温
度の面内均一性を高くすることができる。請求項６に規
定する発明によれば、クランプリング部材による被処理
体の保持力が不足している場合でも、静電チャックによ
る吸着力によりその不足分を補償することができ、更
に、ウエハを所望の温度に制御する際の応答性も高める
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成膜装置を示す構成図である。
【図２】クランプリング部材の裏面を示す平面図であ
る。
【図３】図１に示す成膜装置の主要部の部分拡大図であ
る。
【図４】本発明装置の主要部の寸法やガス流速等の条件
を示す図である。
【図５】本発明装置の変形例の一部を示す部分拡大図で
ある。
【図６】本発明をランプ加熱方式に適用した時の成膜装
置を示す構成図である。
【図７】従来の成膜装置の一例を示す概略構成図であ
る。
【図８】理想的な膜付け状態を示す半導体ウエハの部分
断面図である。
【符号の説明】
２０ 成膜装置 ２２ 処理容器 ２４ 載置台 ２６ 抵抗加熱ヒータ（加熱手段） ２８ リフタピン ３２ 押し上げ棒 ４０ クランプリング部材 ４４ 区画壁 ４７ 不活性ガスパージ室 ４８ 接触突起 ５０ 第１ガスパージ用間隙 ５２ 第２ガスパージ用間隙 ５４ 不活性ガス供給手段 ７２ シャワーヘッド部（処理ガス供給手段） ８４，８６ 熱媒体通路（温度調整手段） Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｂ 21/31 21/302 Ｂ (72)発明者 有馬 進 山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650番地 東京 エレクトロン株式会社山梨事業所内 (72)発明者 河野 有美子 山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650番地 東京 エレクトロン株式会社山梨事業所内 Ｆターム(参考） 4K030 AA11 AA17 BA01 CA12 DA03 EA04 FA10 GA02 JA03 JA10 KA05 LA01 4M104 AA10 BB02 BB04 BB14 BB18 BB30 DD44 DD45 HH20 5F004 AA14 AA15 AA16 BB18 BB21 BB22 BB26 BB28 BC08 BD04 DA22 DA23 5F045 AA03 AA06 AC16 AC17 AF02 AF07 DP03 DQ10 EF05 EM03 EM05 EM07

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被処理体に対して成膜処理を施す成膜装
    置において、真空引き可能になされた処理容器と、前記
    被処理体を載置する載置台と、処理ガスを前記処理容器
    内へ供給する処理ガス供給手段と、前記被処理体を加熱
    する加熱手段と、昇降可能になされて前記被処理体の周
    縁部と部分的に当接しつつ僅かな隙間の第１ガスパージ
    用間隙を形成するリング状のクランプリング部材と、前
    記載置台の裏面側を区画して不活性ガスパージ室を形成
    する区画壁と、前記不活性ガスパージ室へ不活性ガスを
    供給する不活性ガス供給手段と、前記区画壁の上端面と
    前記クランプリング部材の外周端の下面との間に形成さ
    れる第２ガスパージ用間隙とを備えたことを特徴とする
    成膜装置。
  2. 【請求項２】 前記クランプリング部材の下面には、下
    端面が前記被処理体の周縁部の上面と当接するための所
    定の高さの複数の接触突起が形成されていることを特徴
    とする請求項１記載の成膜装置。
  3. 【請求項３】 前記第２ガスパージ用間隙の幅は、前記
    第１ガスパージ用間隙の幅よりも大きく設定されている
    ことを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
  4. 【請求項４】 前記処理容器及び／または処理ガス供給
    手段には、温度調整手段が設けられており、前記処理ガ
    スの凝縮温度よりも高く、分解温度或いは反応温度より
    も低い温度に設定されていることを特徴とする請求項１
    乃至３のいずれかに記載の成膜装置。
  5. 【請求項５】 前記クランプリング部材にはヒータ部材
    とこの温度を検出するための制御用熱電対が設けられる
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の成
    膜装置。
  6. 【請求項６】 前記載置台上には、静電チャックが設け
    られることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記
    載の成膜装置。
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