JP2003142410A

JP2003142410A - 成膜方法、及び成膜装置

Info

Publication number: JP2003142410A
Application number: JP2001335344A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Suzuki; 洋一鈴木
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-16
Anticipated expiration: 2021-10-31
Also published as: JP4081260B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ステージ及びステージを保持するための治具
を構成する構成元素が基板に到達するのを抑止できる成
膜方法及び成膜装置を提供する。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置１は、基板カセット
収容部２、搬送室３、チャンバ格納部４、高周波電源
５、及びガス供給部６を有する。搬送室３は、正イオン
を発生させるイオン発生器３１を有する。チャンバ格納
部４はチャンバ４０を有し、チャンバ４０は基板Ｗが載
置されるステージ４１を有する。基板Ｗは、チャンバ４
０に搬入される前に、ロボット３０により、イオン発生
器３１の下方に維持される。ここで、イオン発生器３１
から正イオンが放出され、基板Ｗに正イオンが照射され
る。正イオンの照射により基板Ｗは正に帯電される。そ
の後、基板Ｗはステージ４１上に載置され、基板Ｗ上に
膜が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜方法及び成膜
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路を製造する際、基板上に
は様々な膜が形成される。その一例としてチッ化珪素膜
がある。チッ化珪素膜の形成には、プラズマＣＶＤ装置
が広く採用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】プラズマＣＶＤ装置に
おいて、基板が載置されるステージ面は、絶縁材料から
構成されることが多い。また、ステージを保持する治
具、及びこの治具にステージを固定するのに使用される
ボルトやナットは、一般には、金属製である。

【０００４】本発明者は、これらの材料が、製造される
半導体装置に与える影響を調べるために構成材料につい
て調査した。その一例について示す。ステージがチッ化
アルミニウム(ＡｌＮ)又はアルミナ(Ａｌ₂Ｏ₃)といった
Ａｌ系の材料で構成される場合、ステージの温度が例え
ば５００℃を超えると、ステージからＡｌ原子が脱離し
てしまう。ステージを保持する治具、ボルト、及びナッ
トが鉄(Ｆｅ)やクロム(Ｃｒ)を含有するステンレスステ
ィールから構成される場合には、ステージが加熱される
と共にこれらもまた加熱され、微量ながらもＦｅ原子や
Ｃｒ原子が脱離してしまう。このようなＡｌ、Ｆｅ、及
びＣｒの原子は、プロセスチャンバ内を浮遊することと
なるため、プロセスチャンバ内に基板が搬入される際
に、これらの物質が基板に付着される可能性がある。付
着する量が増大すれば、基板はこれらの物質で汚染され
ることとなる。基板の汚染は、基板上に製造される半導
体装置の特性に悪影響を生じさせる。

【０００５】本発明は、ステージ及びステージを保持す
るための治具を構成する構成元素が基板に到達するのを
抑止できる成膜方法及び成膜装置を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る成膜方法
は、基板上に膜を形成する成膜方法であって、(ａ)基板
を正に帯電させる工程と、(ｂ)帯電された基板をプロセ
スチャンバ内のステージ上に載置する工程と、(ｃ)ステ
ージ上に配置された基板に膜を形成する工程と、を含
む。上記の方法によれば、基板は正に帯電された後、プ
ロセスチャンバ内に入れられてステージ上に載置され
る。そのため、ステージ及びステージを保持するための
治具から脱離する正イオンが基板に到達するのを抑制で
きる。

【０００７】また、上記の帯電させる工程において、基
板に正イオンを照射すると好適である。このようにすれ
ば、基板を容易かつ確実に正に帯電できる。

【０００８】さらに、膜を形成する工程において、形成
されるべき膜の構成元素を含むプロセスガスをプロセス
チャンバ内に供給し、プロセスチャンバ内に供給された
プロセスガスをプラズマ化して膜を形成すると好まし
い。このようにすれば、プロセスガスがプラズマにより
分解されて基板上に所望の膜が形成される。また、膜を
形成する工程において、形成されるべき膜の構成元素を
含むプロセスガスをプロセスチャンバ内に供給し、基板
が載置されたステージを加熱して膜を形成すると好まし
い。このようにすれば、プロセスガスが熱分解されて、
基板上に所望の膜を形成することができる。しかも、い
ずれの場合においても、基板をステージ上に載置する前
に、基板は正に帯電されているため、ステージ及びステ
ージを保持するための治具から脱離する正イオンが基板
に到達するのを抑制できる。よって、基板上に堆積され
る膜が汚染されるのを防止できる。

【０００９】また、上記のプロセスガスは、ケイ素元素
を含むガスと、酸素元素を含むガス又は窒素元素を含む
ガスと、を含むと好ましい。このようにすれば、酸化ケ
イ素膜又はチッ化珪素膜を形成できるとともに、これら
の膜が汚染されるのを防止できる。

【００１０】さらに、帯電させる工程は、(ａ)プロセス
チャンバに搬送されるべき基板が通過できるよう設けら
れた搬送室に基板を搬送する工程と、(ｂ)搬送室におい
て、搬送室に搬送された基板を正に帯電させる工程と、
を含むと好適である。このようにすれば、プロセスチャ
ンバにより近い位置で基板を正に帯電させることが可能
となる。したがって、基板が確実に正に帯電した状態
で、基板をステージ上に載置できる。

【００１１】本発明に係る成膜装置は、基板上に膜を形
成する成膜装置であって、(ａ)プロセスチャンバと、
(ｂ)プロセスチャンバ内に設けられたステージと、(ｃ)
基板を正に帯電させる帯電手段と、(ｄ)基板をステージ
上に載置するための基板搬送部と、(ｅ)プロセスチャン
バ内にプロセスガスを供給するガス供給部と、を備え
る。この装置によれば、膜を形成する前に、基板を正に
帯電させることができる。

【００１２】上記の帯電手段は正イオンを発生するイオ
ン発生器を含むと好適である。このようなイオン発生器
を用いれば、基板を容易かつ確実に正に帯電させること
ができる。

【００１３】また、上記の成膜装置は、(ａ)基板が収容
される収容室と、(ｂ)収容室とプロセスチャンバとの間
に位置しており帯電手段が設けられた搬送室と、を更に
備えると好適である。

【００１４】また、上記の成膜装置は、プロセスガスを
プラズマ化する高周波電力をプロセスチャンバに対して
供給する高周波電源を更に備えると好ましく、基板が載
置されたステージの温度を調整する温度調整器を更に備
えると好ましい。ガス供給部は、ケイ素元素を含むガス
と、酸素元素を含むガス又は窒素元素を含むガスと、を
プロセスチャンバに供給できるよう構成されると好まし
い。このようにすれば、酸化ケイ素膜やチッ化珪素膜を
始めとする様々な膜を形成できる。しかも、基板をステ
ージ上に載置する前に、基板は正に帯電されているた
め、ステージ及びステージを保持するための治具から脱
離する正イオンが基板に到達するのを抑制できる。よっ
て、基板上に堆積される膜が汚染されるのを防止でき
る。

【００１５】基板搬送部は基板と接触する基板支持部を
有し、基板支持部は絶縁体で構成されると好適である。
このようにすれば、基板を確実に正に帯電された状態で
ステージ上に載置できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る成膜装置の好
適な実施形態について図面を参照しながら説明する。本
実施形態では、プラズマＣＶＤ装置、及び当該プラズマ
ＣＶＤ装置を用いた成膜方法について説明する。なお、
図面の説明においては、同一の要素には同一の符号を付
し、重複する説明は省略する。

【００１７】図１は、本実施形態によるプラズマＣＶＤ
装置の平面図である。図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿った
断面図である。図１及び図２を参照しながら、プラズマ
ＣＶＤ装置１を説明する。図１において、プラズマＣＶ
Ｄ装置１は、基板カセット収容部２、搬送室３、チャン
バ格納部４、高周波電源５、及びガス供給部６を有す
る。基板カセット収容部２及び搬送室３は、ゲート弁７
を介して設けられている。搬送室３及びチャンバ格納部
４は、ゲート弁８を介して設けられている。

【００１８】チャンバ格納部４はチャンバ４０を有す
る。チャンバ４０は基板Ｗが載置されるステージ４１を
有する。ステージ４１の基板載置面は、ＡｌＮやＡｌ₂
Ｏ₃といったＡｌ系の絶縁材料から構成されることがで
きる。また、ステージ４１は、図２に示す通り、ヒータ
４２を内蔵する。ヒータ４２には温度調整器４３が接続
され、温度調整器４３によりステージ４１の温度が調整
される。さらに、ステージ４１は接地されることができ
る。

【００１９】また、チャンバ４０は、図２に図示の通
り、シャワーヘッド４４を有する。シャワーヘッド４４
にはガス供給部６が接続されており、ガス供給部６から
シャワーヘッド４４に対してプロセスガスが供給され
る。プロセスガスは、チッ化珪素膜を堆積する場合に
は、シラン(ＳｉＨ₄)といったケイ素を含むガスと、窒
素(Ｎ ₂)ガス又はアンモニア(ＮＨ₃)ガスとを含むことが
できる。酸化ケイ素膜を堆積する場合には、プロセスガ
スは、シラン(ＳｉＨ₄)といったケイ素を含むガスと、
一酸化二窒素 (Ｎ₂Ｏ)ガスといった窒素を含むガスとを
含むことができる。シャワーヘッド４４に供給されたプ
ロセスガスは、シャワーヘッド４４が有する複数の貫通
孔を通して基板Ｗ上に均一に分配される。また、シャワ
ーヘッド４４には、高周波電源５が接続される。高周波
電源５からシャワーヘッド４４に対して高周波電力が供
給されると、チャンバ４０内にプラズマが発生する。プ
ラズマによりプロセスガスが分解され、基板Ｗ上に所定
の絶縁膜が堆積される。

【００２０】基板カセット収容部２には、基板Ｗが収納
される基板カセット９が保持される。また、基板カセッ
ト収容部２はロボット２０を有する。ロボット２０は、
基板Ｗの裏面に接して基板Ｗを吸着するチャック部２０
ａといった基板指示部と、チャック部を保持するととも
に伸縮自在に設けられたアーム部２０ｂとを有する。チ
ャック部２０ａは、アルミナ(Ａｌ₂Ｏ₃)又はＡｌＮとい
った絶縁体から構成される。ロボット２０は基板カセッ
ト９から基板Ｗを抜き出す。また、ロボット２０は基板
Ｗを基板カセット９に挿入する。

【００２１】搬送室３はロボット３０を有する。ロボッ
ト３０は、ロボット２０と同様に、チャック部３０ａ及
びアーム部３０ｂを有する。ロボット３０は、ロボット
２０から基板Ｗを受け取ってチャンバ４０に搬入する。
また、ロボット３０はチャンバ４０から基板Ｗを取り出
してロボット２０へ受け渡す。また、搬送室３は、正イ
オンを発生させるイオン発生器３１を有する。イオン発
生器３１は、例えば直流コロナ放電を利用して正イオン
を発生させる機器であることができる。図２に示す通
り、イオン発生器３１は、基板Ｗが通過する搬送路に面
して配置されている。また、イオン発生器３１は、その
イオン放出部が搬送中の基板面に対面するように配置さ
れていることが好ましい。このようにすれば、イオン発
生器３１から放出される正イオンは基板面に直接に到達
する。よって、基板Ｗを確実に正に帯電させることがで
きる。また、イオン発生器３１は、図１に示す通り、ゲ
ート弁７よりむしろゲート弁８の近くに設けられると好
ましい。これは次の理由による。正に帯電させた後、長
時間が経過してしまうと、正の電荷が中和されてしま
う。ゲート弁８の近くにイオン発生器３１を設ければ、
帯電された後より短い時間でチャンバ４０内に基板Ｗを
搬入できる。そのため、基板Ｗがステージ上に載置され
る際、基板Ｗが確実に正に帯電した状態とできる。

【００２２】以下、図３(ａ)〜(ｄ)を参照しながら、プ
ラズマＣＶＤ装置１を用いたチッ化珪素膜の成膜方法に
ついて説明する。チッ化珪素膜を堆積する際には、チッ
化珪素膜中に混入する水素を低減するため、基板Ｗの温
度を例えば５５０℃程度の高温とすると好ましい。以下
では、ステージの温度は、チッ化珪素膜の堆積工程中に
変化されることなく、常に５５０℃に保たれることとす
る。

【００２３】先ず、図３(ａ)を参照すると、チッ化珪素
膜が堆積されるべき基板Ｗが基板カセット９内に収めら
れている。ここで、基板Ｗは、例えば、シリコン(Ｓｉ)
基板であってよく、また、その上に酸化シリコン(Ｓｉ
Ｏ₂)膜といった絶縁膜が形成されたＳｉ基板であってよ
い。さらに、基板Ｗは、半導体集積回路を製造する過程
の途中にあるＳｉ基板であってもよい。次に、基板Ｗが
収められた基板カセット９が基板カセット収容部２に保
持される。

【００２４】基板カセット収容部２において、ロボット
２０は基板カセット９から基板Ｗを抜き出す。次に、ゲ
ート弁７が開き、基板Ｗは搬送室３の内部に搬入され
る。続いて、搬送室３の内部において、基板Ｗはロボッ
ト２０からロボット３０へ受け渡される。基板Ｗをロボ
ット３０に受け渡したロボット２０は、基板カセット収
容部２に戻り、ゲート弁７が閉まる。

【００２５】続いて、基板Ｗは、ロボット３０により移
動されて、イオン発生器３１の下方に位置する。ここ
で、イオン発生器３１から正イオンＰが放出され、図３
(ｂ)に示す通り、正イオンＰが基板Ｗに対して照射され
る。正イオンＰの照射により、基板Ｗが正に帯電され
る。正イオンＰが基板Ｗに照射される時間、及びイオン
発生器３１の動作条件は適宜決定されてよい。基板Ｗが
正に帯電された後、ゲート弁８が開き、基板Ｗはチャン
バ４０内へ搬入される。チャンバ４０内に搬入された基
板Ｗは、図３(ｃ)に示す通り、ステージ４１上に載置さ
れる。その後、ロボット３０は搬送室３に戻り、ゲート
弁８が閉まる。

【００２６】この後、ガス供給部６からチャンバ４０内
に所定の流量のＳｉＨ₄ガスとＮ₂ガスとが供給されると
ともに、シャワーヘッド４４に対して高周波電力が印加
される。高周波電力の印加によりチャンバ４０内にプラ
ズマが発生する。プラズマ中に含まれる高エネルギー粒
子によりＳｉＨ₄ガス及びＮ₂ガスが分解されて、図３
(ｄ)に示すように、基板Ｗ上にチッ化珪素膜Ｆが堆積さ
れる。このとき、チッ化珪素膜の主な堆積条件は、例え
ば、以下の通りとできる。・ＳｉＨ₄ガス供給量：１００ｓｃｃｍ・Ｎ₂ガス供給量：９０００ｓｃｃｍ・チャンバ内の圧力：８．０×１０²Ｐａ・ステージ温度：５５０℃ ・高周波電力：４２３Ｗ

【００２７】基板Ｗ上に堆積されるチッ化珪素膜Ｆの厚
さが所定の値となった後、高周波電力の印加を停止する
とともに、ＳｉＨ₄ガスとＮ₂ガスとの供給を停止する。
この後、ロボット３０がチャンバ４０から基板Ｗを取り
出して、ロボット２０に受け渡す。ロボット２０は基板
Ｗを基板カセット９に収納する。以上により、チッ化珪
素膜Ｆの成膜が終了する。

【００２８】以上のように、本実施形態のチッ化珪素膜
の成膜方法においては、基板Ｗが正に帯電されてチャン
バ４０内に搬入される。本発明者の知見によれば、上述
の通り、Ａｌ系の材料から成るステージを５００℃を超
える程度の温度に加熱すると、ＡｌがＡｌ³⁺といったＡ
ｌイオンとなってステージより脱離する。そのため、チ
ャンバ４０の雰囲気中、及びステージ４１上にはＡｌ³⁺
イオンが存在している。本実施形態のチッ化珪素膜の成
膜方法によれば、基板Ｗは正に帯電されてチャンバ４０
内に搬入されるため、基板ＷにＡｌ³⁺イオンが吸着され
るのが抑制される。したがって、基板ＷのＡｌによる汚
染が低減される。

【００２９】以上、実施形態を参照しながら、本発明に
係る成膜方法及び成膜装置を説明したが、本発明はこれ
に限られることなく、種々の変形が可能である。上記実
施形態においては、チッ化珪素膜を形成する場合につい
て説明したが、酸化ケイ素膜を形成する場合に本発明の
成膜方法を適用できることは言うまでもない。この場
合、珪素元素を含むガスとしては、ＳｉＨ₄ガスに限ら
ず、例えばテトラエチルオルソシリコン(Tetra Ethyl O
rso Silicon：ＴＥＯＳ)ガスを使用できる。酸素元素を
含むガスとしては、一酸化二窒素(Ｎ₂Ｏ)ガスを使用で
きる。酸素元素を含むガスとしてオゾン(Ｏ₃)ガスを用
いても構わない。

【００３０】さらに、例えば、タングステン(Ｗ)膜やチ
タン(Ｔｉ)膜といった金属膜、又はチッ化タングステン
(ＷＮ_x)膜やチッ化チタン(ＴｉＮ)膜といったチッ化金
属膜を基板Ｗ上に形成する場合にも、本発明に係る成膜
方法を適用できる。この場合には、プラズマＣＶＤ装置
１において、これらの膜の構成元素を含むプロセスガス
を六フッ化タングステン(ＷＦ₆)ガス及びＳｉＨ₄ガスを
ガス供給部６からチャンバ４０に対して供給できるよう
に変形する必要がある。

【００３１】さらにまた、Ａｌ、銅(Ｃｕ)、及びＳｉを
含む金属膜を基板Ｗ上に形成する場合についても、本発
明に係る成膜方法を適用できる。この場合、プラズマＣ
ＶＤ装置１は、Ａｌ、Ｃｕ、及びＳｉを構成元素として
含む固体原料をチャンバ４０内に有することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る成膜
方法及び成膜装置においては、基板を正に帯電した後
に、プロセスチャンバ内のステージ上に載置できる。そ
のため、ステージ及びステージを保持するための治具か
ら脱離する正イオンが基板に到達するのを抑制できる。
すなわち、ステージ及びステージを保持するための治具
を構成する構成元素が基板に到達するのを抑止できる成
膜方法及び成膜装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、実施形態によるプラズマＣＶＤ装置の
平面図である。

【図２】図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図であ
る。

【図３】図３(ａ)〜図３(ｄ)は、実施形態による成膜方
法を説明する図である。

【符号の説明】

１…プラズマＣＶＤ装置、２…基板カセット収容部、３
…搬送室、４…チャンバ格納部、５…高周波電源、６…
ガス供給部、７…ゲート弁、８…ゲート弁、９…基板カ
セット、２０…ロボット、２０ａ…チャック部、２０ｂ
…アーム部、３０…ロボット、３０ａ…チャック部、３
０ｂ…アーム部、３１…イオン発生器、４０…チャン
バ、４１…ステージ、４２…ヒータ、４３…温度調整
器、４４…シャワーヘッド。

フロントページの続き (72)発明者鈴木洋一千葉県成田市新泉14ー３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA13 AA14 BA40 DA02 FA01 GA12 JA10 KA23 KA41 KA46 LA15 4M104 AA01 BB02 BB04 BB14 BB18 BB30 BB33 DD43 DD44 EE14 EE17 HH20 5F045 AA06 AA08 BB14 DP02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に膜を形成する成膜方法であっ
て、基板を正に帯電させる工程と、前記帯電された基板をプロセスチャンバ内のステージ上
に載置する工程と、前記ステージ上に配置された基板に膜を形成する工程
と、を含む成膜方法。
【請求項２】前記帯電させる工程において、前記基板
に正イオンを照射する請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】前記膜を形成する工程において、形成されるべき膜の構成元素を含むプロセスガスを前記
プロセスチャンバ内に供給し、前記プロセスチャンバ内に供給された前記プロセスガス
をプラズマ化して膜を形成する請求項１又は２に記載の
成膜方法。
【請求項４】前記膜を形成する工程において、形成されるべき膜の構成元素を含むプロセスガスを前記
プロセスチャンバ内に供給し、前記基板が載置されたステージを加熱して膜を形成する
請求項１又は２に記載の成膜方法。
【請求項５】前記プロセスガスは、ケイ素元素を含む
ガスと、酸素元素を含むガス又は窒素元素を含むガス
と、を含む請求項３又は４に記載の成膜方法。
【請求項６】前記帯電させる工程は、前記プロセスチャンバに搬送されるべき前記基板が通過
できるよう設けられた搬送室に前記基板を搬送する工程
と、前記搬送室において、前記搬送室に搬送された前記基板
を正に帯電させる工程と、を含む請求項１〜５のいずれ
かに記載の成膜方法。
【請求項７】基板上に膜を形成する成膜装置であっ
て、プロセスチャンバと、前記プロセスチャンバ内に設けられたステージと、前記基板を正に帯電させる帯電手段と、前記基板を前記ステージ上に載置するための基板搬送部
と、前記形成されるべき膜の構成元素を含むプロセスガスを
前記プロセスチャンバ内に供給するガス供給部と、を備
える成膜装置。
【請求項８】前記帯電手段は正イオンを発生するイオ
ン発生器を含む請求項７記載の成膜装置。
【請求項９】基板が収容される収容室と、前記収容室と前記プロセスチャンバとの間に位置してお
り前記帯電手段が設けられた搬送室と、を更に備える請
求項７又は８に記載の成膜装置。
【請求項１０】前記プロセスガスをプラズマ化する高
周波電力を前記プロセスチャンバに対して供給する高周
波電源を更に備える請求項７〜９のいずれか記載の成膜
装置。
【請求項１１】前記基板が載置されたステージの温度
を調整する温度調整器を更に備える請求項７〜１０のい
ずれかに記載の成膜装置。
【請求項１２】前記ガス供給部は、ケイ素元素を含む
ガスと、酸素元素を含むガス又は窒素元素を含むガス
と、を前記プロセスチャンバに供給できるよう構成され
る請求項７〜１１のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１３】前記基板搬送部は前記基板と接触する
基板支持部を有し、前記基板支持部は絶縁体で構成され
る請求項７〜１２のいずれかに記載の成膜装置。