JP4419237B2 - 成膜装置及び被処理体の処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に薄膜を堆積させる成膜装置及び被処理体の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路の製造工程にあっては、被処理体である半導体ウエハの表面に成膜処理、酸化拡散処理、エッチング処理等の各種の処理が繰り返し行なわれる。ここで成膜処理を行なう枚葉式の従来の成膜装置について概略的に説明する。図７は従来の成膜装置を示す概略構成図、図８は図７中の一部を示す拡大図である。この成膜装置２は、底部の排気口６より真空引き可能になされた筒体状の処理容器４を有しており、この処理容器４内には加熱ヒータ８を有する載置台１０が設けられて、この載置台１０の上面の載置面に被処理体としての半導体ウエハＷを載置するようになっている。
【０００３】
また、この載置台１０の上側周縁部には、断面逆Ｌ字状になされたリング状のガイドリング部材１２が嵌め込まれている。このガイドリング部材１２の上部内周面は中心に向けて下向き傾斜されたテーパ面よりなるガイド面１４として構成され、ウエハＷを持ち上げて昇降させるリフタピン（図示せず）でウエハＷを載置する際の載置位置の位置ずれを防止するようになっている。このガイドリング部材１２は、図８にも示すように載置台１０の上部周縁部に非常に高い寸法精度で載置台１０の上面に密接するようにして取り付けられている。
また、この載置台１０に対向する天井部には、この処理容器４内へ成膜ガス等の必要なガスを導入するためのシャワーヘッド部１６が設けられており、これより導入した成膜ガスを反応させて、ウエハＷの表面に所定の膜を堆積させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようにガイドリング部材１２が寸法精度良く、載置台１０の上部周縁部に嵌め込まれているとはいえ、微視的に見れば図９に示すようにガイドリング部材１２の下面１２Ａと載置台１０の上面の載置面１０Ａとは点接触状態にならざるを得ないことから、これら両面１０Ａと１２Ａとの間に、幅Ｌ１が４μｍ程度の僅かな間隙１８が発生することは避けられなかった。
【０００５】
成膜時には図９に示すようにウエハＷの表面上に目的とする膜２０が付着するのみならず、載置台１０の表面やガイドリング部材１２の表面にも膜２２、２４が不要な膜として付着堆積してしまうが、上述したような間隙１８が発生すると間隙１８の入口側に特に成膜レートが高い部分が発生し、ここに膜厚のピーク部分２２Ａ、２４Ａが発生する原因となっていた。例えばウエハＷの表面の膜２０の目標とする膜厚が５００Å程度とすると、上記ピーク部分２２Ａ、２４Ａの膜厚はそれぞれ１０００Å程度となって略２倍の成膜レートで膜が堆積していた。
【０００６】
このため、ウエハＷに対する成膜処理を繰り返し行なっていると、上記膜のピーク部分２２Ａ、２４Ａが剥がれ落ちるなどして、パーティクル数が急激に増加するといった問題があった。図１０はこの時の状況を示すグラフであり、処理されたウエハ番号とパーティクル数との関係を示している。このグラフによれば、ウエハ処理枚数が４０枚程度を越えた当たりで、パーティクル数（０．２μｍ以上）が急激に増加しており、例えば良否判定基準３０個を大幅に上回ってしまっている。尚、ここではＴｉＮ膜をウエハＷ上に堆積した時の例を示している。
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、繰り返し成膜処理を行なってもパーティクルの発生を抑制することができる成膜装置及び被処理体の処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ガイドリング部材への膜の堆積について鋭意研究した結果、成膜ガスの分圧がある程度低くなった所に成膜レートのピーク値が存在することを発見し、これによりガイドリング部材の形状を、成膜ガスの分圧があえて低くなって、しかも膜が堆積しても剥がれ難いような形状とすれば、パーティクルの発生を抑制することができる、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。
【０００８】
請求項１に規定する発明は、真空引き可能になされた処理容器と、この処理容器内に設置されてその上面の載置面に被処理体を載置する載置台と、前記載置台の周縁部に前記被処理体の外周端よりも僅かに外方へ離間させて設けられて前記被処理体の載置時にこれを適正な載置位置へ案内するリング状のガイドリング本体を有するガイドリング部材とよりなる成膜装置において、前記ガイドリング本体の内周側を断面段部状に形成することにより前記ガイドリング本体の下面と前記載置台の載置面との間でパーティクル発生防止空間を設けるように構成する。
【０００９】
これにより、ガイドリング部材の奥まった領域であるパーティクル発生防止空間を区画する上下の壁面に膜が堆積することになり、この空間は堆積する膜の厚さに対して十分に大きく設定されているので、膜同士が接触することがなく、従って、膜の剥がれも生じ難いので、パーティクルが発生することを大幅に抑制することが可能となる。また、堆積した膜が壁面から剥がれたとしても、パーティクル発生防止空間の奥まった位置で膜剥がれが生ずることになるので、これが処理空間側に飛散することもないので、剥がれ落ちた膜がパーティクルとして被処理体の表面に付着することも防止することが可能となる。
【００１０】
この場合、請求項２に規定するように、例えば前記パーティクル発生防止空間の高さは、略０．２ｍｍ以上に設定されている。
また、請求項３に規定するように、例えば前記パーティクル発生防止空間の載置台半径への長さは、略２ｍｍ以上に設定されている。
本発明の関連技術は、上記ガイドリング部材の構造をクランプリング部材に適用したものであり、真空引き可能になされた処理容器と、この処理容器内に設置されてその上面の載置面に被処理体を載置する載置台と、前記被処理体の周縁部に接近及び離間可能に設けられて前記被処理体を前記載置台側へ押圧固定するリング状のクランプリング本体を有するクランプリング部材とよりなる成膜装置において、前記クランプリング本体の内周側を断面段部状に形成することにより前記クランプリング本体の下面と前記被処理体の上面との間でパーティクル発生防止空間を設けるように構成した。
この場合にも、前述したようなガイドリング部材の構造の場合と、同様な作用効果を発揮することが可能となる。
請求項４に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内で、被処理体を載置する際の位置ずれを防止するためのガイドリング部材を、その上側周縁部に設けた載置台上に前記被処理体を載置し、前記処理容器内へ成膜ガスを供給しつつ前記被処理体を所定の温度に加熱して前記被処理体の表面に薄膜を堆積させるようにした被処理体の処理方法において、前記ガイドリング部材の水平部分の内周側の下面と前記載置台の載置面との間にパーティクル発生防止空間を形成した状態で前記薄膜を堆積させるようにしたことを特徴とする被処理体の処理方法である。
この場合、例えば請求項５に記載されたように、前記パーティクル発生防止空間は、薄いリング状の空間である。
また、例えば請求項６に記載されたように、前記被処理体を複数枚処理した後に、前記載置台上に前記被処理体を載置していない状態で前記パーティクル発生防止空間を区画する面に付着している不要な膜を除去するクリーニングを行なう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る成膜装置及び被処理体の処理方法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は図１に示す載置台とガイドリング部材の一部を示す拡大断面図、図３は図２中のＡ部において膜が堆積した時の状態を示す拡大図である。尚、本実施例ではＴｉＮ膜を堆積する場合を例にとって説明する。
図示するように、この成膜装置３０は、例えばアルミニウム等により筒体状に成形された処理容器３２を有しており、この処理容器３２内には、底部より支柱３４を介して起立された、例えばＡｌＮ製の円柱状の載置台３６が設けられている。そして、この載置台３６内には、抵抗加熱ヒータ３８が埋め込まれており、この上面の載置面３６Ａ上に載置された被処理体としての半導体ウエハＷを所定の温度まで昇温し、維持するようになっている。
【００１２】
また、この載置台３６には、例えば３つのピン孔４０（図示例では２個のみ記す）が上下方向に貫通して形成されると共に、各ピン孔４０にはその基端部が共通に連結されたリフタピン４２が挿通されている。そして、このリフタピン４２の支持軸４４は、容器底部にベローズ４６を介して気密に貫通して上下動可能に設けられており、上記リフタピン４２を昇降させて、ウエハＷを持ち上げるために載置台３６の載置面３６Ａより上方へ出没可能になされている。
そして、この載置台３６に対向する容器天井部には、この処理容器３２内へ成膜ガス等の必要なガスを供給するためのシャワーヘッド４６が設けられており、これに導入された成膜ガス等の必要なガスを、下面の噴射面に形成した噴射孔４８より処理空間Ｓに噴出するようになっている。また、この処理容器３２には、この中に対してウエハＷの搬出入を行なうときに開閉されるゲートバルブ５０が設けられると共に、底部周辺部には、図示しない真空ポンプ等を介設した排気系に接続される排気口５２が設けられており、処理容器３２内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
【００１３】
そして、上記載置台３６の上側周縁部には、本発明の特徴とするガイドリング部材５４が設けられる。具体的には、このガイドリング部材５４は、断面逆Ｌ字状のリング部材よりなり、例えばＡｌ2 Ｏ3 などのセラミックや石英ガラスなどにより構成されて、載置台３６の上側周縁部に密接して嵌め込まれている。このガイドリング部材５４は、載置台３６の載置面３６Ａに当接する水平部分５６と載置台３６の側面と接触する垂直部分５８とよりなるガイドリング本体５９を有しており、上記水平部分５６の上部内周面は載置台３６の中心に向けて下向き傾斜されたテーパ面よりなるガイド面６０として構成され、前記リフタピン４２により支持されたウエハＷを降下させて載置面３６Ａ上に載置する際、ウエハＷが位置ずれしている場合には上記ガイド面６０によりウエハＷの位置ずれを修正してウエハＷを適正な載置位置へ案内するようになっている。
【００１４】
そして、上記ガイドリング本体５９の水平部分５６の内周側の下部には、細長く断面段部状になされたリング状の切り欠き６２（図２及び図３参照）が形成されており、この水平部分５６の下面５６Ａと載置台３６の載置面３６Ａとの間で断面が細長い長方形状のパーティクル発生防止空間６４を形成している。従って、このパーティクル発生防止空間６４は、全体ではガイドリング部材５４に沿って非常に薄いリング状の空間となっている。
【００１５】
ここで各部の寸法の一例について図３を参照して説明すると、ウエハＷの直径サイズに関係なく、ウエハＷが正確に中心に載置された時のウエハＷの外周端とガイドリング部材５４の水平部分５６の内周端との間の距離Ｌ３は０．５〜１．５ｍｍの範囲内、例えば１ｍｍ程度、上記水平部分５６の厚さＬ４は１．５〜３ｍｍの範囲内、例えば２ｍｍ程度、上記切り欠き６２の高さ、すなわち上記パーティクル発生防止空間６４の高さＬ５は０．２ｍｍ以上、例えば０．３ｍｍ程度（図示例では説明の都合上、空間６４を大きく記載している）、パーティクル発生防止空間６４の載置台半径方向の長さＬ６は２ｍｍ以上、例えば３ｍｍ程度である。この場合、この空間６４の断面の高さと長さの比、すなわち（Ｌ６）／（Ｌ５）は１０以上に設定するのが好ましい。尚、上記高さＬ５の０．２ｍｍは略加工限界長さである。
さて、以上のように構成された成膜装置を用いて、例えばＴｉＮ（チタンナイトライド）膜を成膜する場合を例にとって説明する。
【００１６】
まず、開放されたゲートバルブ５０を介して搬入される半導体ウエハＷをリフタピン４２で受け取り、このリフタピン４２を降下させることによりウエハＷを載置台３６の載置面３６Ａ上に載置する。この時、ウエハＷが位置ずれしている場合には、載置台３６の周縁部に嵌装してあるガイドリング部材５４のテーパ状のガイド面６０にウエハＷの外周端が接して位置ずれが補正され、ウエハＷは適正な位置に載置される。
このようにして、ウエハＷのロードが終了したならば、ウエハＷを所定のプロセス温度に昇温してこの温度に維持すると共に、処理容器３２内を真空引きしつつこれに成膜ガス等の所定のガスを流し、膜の堆積を行なう。
【００１７】
ここではガスとして例えばＴｉＣｌ4 、ＮＨ3 及びＮ2 を用いて、ＴｉＮ膜を堆積させる。また、ウエハサイズとしては８インチのものが用いられ、プロセス条件としては、ＴｉＣｌ4 の流量が２０ｓｃｃｍ程度、ＮＨ3 の流量が４００ｓｃｃｍ程度、Ｎ2 の流量が５０ｓｃｃｍ程度である。また、プロセス温度は６８０℃程度、プロセス圧力は４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）程度である。この成膜処理を例えば６０秒間程度行なうことにより、ウエハ表面上に目標値として５００Å程度の膜厚のＴｉＮ膜を堆積させる。
【００１８】
このような成膜処理を行なって行くと、図３に示すように、ウエハＷ上に必要とする膜６８が堆積するのみならず、載置面３６Ａやガイドリング部材５４の表面には不要な膜７０、７２が次第に堆積することになる。これらの不要な膜７０、７２は、ウエハＷの成膜処理枚数に比例して膜厚が増大して行くが、この場合、パーティクル発生防止空間６４の上下の壁面にも膜が堆積し、この内、原料ガスであるＴｉＣｌ4 の分圧が低くて成膜レートが高くなる部分にそれぞれの膜７０、７２のピーク部分７０Ａ、７２Ａが発生する。
【００１９】
この時のピーク部分７０Ａ、７２Ａは、ガイドリング部材５４の内周端から所定の距離Ｌ８、例えば２．８ｍｍ程度だけパーティクル発生防止空間６４内に奥まった位置に発生する。この理由について図４を参照して説明する。図４は原料ガスであるＴｉＣｌ4 ガスの流量と載置台上の成膜レートとの関係を示すグラフであり、ここではＴｉＣｌ4 ガスの流量以外の他のプロセス条件は先に述べたプロセス条件と同じである。このグラフから明らかなように、当初はＴｉＣｌ4 ガスの流量を少しずつ増加すると成膜レートは少しずつ増加するが、点Ｐ１の時（ＴｉＣｌ4 ガスの流量が略１０ｓｃｃｍ程度の時）にピークになった後に急激に低下し、あとは流量を増加しても成膜レートは低い値で一定となっている。前述のように、本発明ではＴｉＣｌ4 ガスの流量は２０ｓｃｃｍ程度であるので、それよりも流量が少なくて分圧が低い所で成膜のピーク点Ｐ１が生じている。
【００２０】
このように原料ガスであるＴｉＣｌ4 ガスの分圧が低くなっている部分は、図３においてパーティクル発生防止空間６４内にＴｉＣｌ4 ガスが拡散して、その分圧がある程度低くなった点、すなわち空間６４の先端よりもある程度奥まったところであり、これがために、例えば距離Ｌ８だけ空間６４内に奥まった位置に膜厚のピーク部分７０Ａ、７２Ａが発生することになる。尚、この距離Ｌ８は、プロセス条件やこの空間６４の高さＬ５の大きさ等によって変動するのは勿論である。また、この高さＬ５は、この成膜装置のクリーニングサイクルや成膜レート等を勘案して決めればよい。
【００２１】
この場合、ガイドリング本体５９の水平部分５６の下面を段部状に削ることによってパーティクル発生防止空間６４が形成されており、この空間６４の高さＬ５が成膜される膜厚に対して十分に大きな値である０．３ｍｍ程度に設定されているので、上記膜７０、７２のそれぞれのピーク部分７０Ａ、７２Ａが成長して大きくなっても、このピーク部分７０Ａ、７２Ａ同士が接触することはなく、従って、このピーク部分が剥がれ落ちないのでパーティクルの発生を抑制することが可能となる。
例えば１回の成膜操作でピーク部分７０Ａ、７２Ａにそれぞれ５００Å（０．０５μｍ）の膜厚の膜が堆積すると仮定すると、ウエハを１００枚処理した時には、膜厚は５μｍ（＝０．０５×１００）となり、２つのピーク部分７０Ａ、７２Ａを合計しても１０μｍとなる。ここで、空間６４の高さＬ５は０．３ｍｍ（＝３００μｍ）であるので上記１０μｍよりも遥かに大きくて余裕があり、両ピーク部分７０Ａ、７２Ａが接触することはない。尚、ある程度、ウエハ枚数を処理したならばクリーニング操作が行なわれるのは従来と同じである。
【００２２】
また、万一、膜７０、７２のピーク部分７０Ａ、７２Ａが壁面から剥がれ落ちたとしても、この剥がれ落ちた膜は、パーティクル発生防止空間６４内の奥まった部分に位置するので、これが処理空間Ｓ側へ拡散することもなく、従って、ウエハＷの表面にパーティクルとして付着することも阻止することができる。
ここで、上述したようなプロセス条件で１００枚のウエハに対して成膜処理を行なった時のパーティクルの評価を行なったので、その評価結果について図５を参照して説明する。
【００２３】
図５は半導体ウエハ１００枚について成膜処理を行なった時のパーティクル数（０．２μｍ以上）の変化を示すグラフであり、図５（Ａ）はパーティクル発生防止空間６４の奥行きの長さＬ６が８．８ｍｍの時、図５（Ｂ）は奥行きの長さＬ６が３．０ｍｍの時の結果をそれぞれ示している。このグラフから明らかなように、従来装置の評価結果を示す先の図１０に表われた結果と比較して、本発明装置の場合には、長さＬ６が８．８ｍｍの場合も３．０ｍｍの場合も共にパーティクル数は少なくて２〜３個程度であり、共に良否判定基準である３０個を大幅に下回っており、良好な結果を得られることが判明した。
【００２４】
上記実施例では、ガイドリング部材５４の内周部の下面を段部状に削り取ることによって、パーティクル発生防止空間６４を形成したが、これを、ウエハＷを載置台３６上に押圧固定するクランプリング部材に適用するようにしてもよい。図６はこのような本発明の他の実施例を示す成膜装置を示す構成図である。尚、図６中においては図１に示した部分と同一部分について同一符号を付してその説明を省略する。すなわち、ここでは、クランプリング部材７２は、円板リング状のクランプリング本体７４を有しており、リフタピン４２と共に昇降するようになっている。そして、このクランプリング本体７４の内周縁の下面でウエハＷの外周縁と当接し、ウエハＷを載置台３６側へ押圧固定するようになっている。そして、このクランプリング本体７４の内周端の下面側に、先に図３において説明したと同様な段部形状り切り欠きを形成し、ウエハ周縁部の表面との間でパーティクル発生防止空間７６を形成している。
【００２５】
この場合にも、図３等を参照して前述したと同様な作用を呈し、堆積した膜のピーク部分の剥がれを防止できるので、その分、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。
尚、以上の各実施例ではＴｉＮ膜を堆積する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、どのような膜を堆積させる成膜装置にも適用でき、例えばＷＮ（タングステンナイトライド）膜、ＳｉＯ2 膜等を成膜する成膜装置にも適用できるのは勿論である。
また、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等も用いることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の成膜装置及び被処理体の処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明によれば、ガイドリング部材、或いはクランプリング部材の奥まった領域であるパーティクル発生防止空間を区画する上下の壁面に膜が堆積することになり、この空間は堆積する膜の厚さに対して十分に大きく設定されているので、膜同士が接触することがなく、従って、膜の剥がれも生じ難いので、パーティクルが発生することを大幅に抑制することができる。また、堆積した膜が壁面から剥がれたとしても、パーティクル発生防止空間の奥まった位置で膜剥がれが生ずることになるので、これが処理空間側に飛散することもないので、剥がれ落ちた膜がパーティクルとして被処理体の表面に付着することも防止することができる。
【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】図１に示す載置台とガイドリング部材の一部を示す拡大断面図である。
【図３】図２中のＡ部において膜が堆積した時の状態を示す拡大図である。
【図４】原料ガスであるＴｉＣｌ4 ガスの流量と載置台上の成膜レートとの関係を示すグラフである。
【図５】半導体ウエハ１００枚について成膜処理を行なった時のパーティクル数（０．２μｍ以上）の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施例を示す成膜装置を示す構成図である。
【図７】従来の成膜装置を示す概略構成図である。
【図８】図７中の一部を示す拡大図である。
【図９】図７に示す成膜装置の一部を拡大した拡大図である。
【図１０】処理されたウエハ番号とパーティクル数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
３０ 成膜装置
３２ 処理容器
３６ 載置台
４６ シャワーヘッド
５４ ガイドリング部材
５６ 水平部分
５８ 垂直部分
５９ ガイドリング本体
６２ 切り欠き
６４，７６ パーティクル発生防止空間
７２ クランプリング部材
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に薄膜を堆積させる成膜装置及び被処理体の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路の製造工程にあっては、被処理体である半導体ウエハの表面に成膜処理、酸化拡散処理、エッチング処理等の各種の処理が繰り返し行なわれる。ここで成膜処理を行なう枚葉式の従来の成膜装置について概略的に説明する。図７は従来の成膜装置を示す概略構成図、図８は図７中の一部を示す拡大図である。この成膜装置２は、底部の排気口６より真空引き可能になされた筒体状の処理容器４を有しており、この処理容器４内には加熱ヒータ８を有する載置台１０が設けられて、この載置台１０の上面の載置面に被処理体としての半導体ウエハＷを載置するようになっている。
【０００３】
また、この載置台１０の上側周縁部には、断面逆Ｌ字状になされたリング状のガイドリング部材１２が嵌め込まれている。このガイドリング部材１２の上部内周面は中心に向けて下向き傾斜されたテーパ面よりなるガイド面１４として構成され、ウエハＷを持ち上げて昇降させるリフタピン（図示せず）でウエハＷを載置する際の載置位置の位置ずれを防止するようになっている。このガイドリング部材１２は、図８にも示すように載置台１０の上部周縁部に非常に高い寸法精度で載置台１０の上面に密接するようにして取り付けられている。
また、この載置台１０に対向する天井部には、この処理容器４内へ成膜ガス等の必要なガスを導入するためのシャワーヘッド部１６が設けられており、これより導入した成膜ガスを反応させて、ウエハＷの表面に所定の膜を堆積させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようにガイドリング部材１２が寸法精度良く、載置台１０の上部周縁部に嵌め込まれているとはいえ、微視的に見れば図９に示すようにガイドリング部材１２の下面１２Ａと載置台１０の上面の載置面１０Ａとは点接触状態にならざるを得ないことから、これら両面１０Ａと１２Ａとの間に、幅Ｌ１が４μｍ程度の僅かな間隙１８が発生することは避けられなかった。
【０００５】
成膜時には図９に示すようにウエハＷの表面上に目的とする膜２０が付着するのみならず、載置台１０の表面やガイドリング部材１２の表面にも膜２２、２４が不要な膜として付着堆積してしまうが、上述したような間隙１８が発生すると間隙１８の入口側に特に成膜レートが高い部分が発生し、ここに膜厚のピーク部分２２Ａ、２４Ａが発生する原因となっていた。例えばウエハＷの表面の膜２０の目標とする膜厚が５００Å程度とすると、上記ピーク部分２２Ａ、２４Ａの膜厚はそれぞれ１０００Å程度となって略２倍の成膜レートで膜が堆積していた。
【０００６】
このため、ウエハＷに対する成膜処理を繰り返し行なっていると、上記膜のピーク部分２２Ａ、２４Ａが剥がれ落ちるなどして、パーティクル数が急激に増加するといった問題があった。図１０はこの時の状況を示すグラフであり、処理されたウエハ番号とパーティクル数との関係を示している。このグラフによれば、ウエハ処理枚数が４０枚程度を越えた当たりで、パーティクル数（０．２μｍ以上）が急激に増加しており、例えば良否判定基準３０個を大幅に上回ってしまっている。尚、ここではＴｉＮ膜をウエハＷ上に堆積した時の例を示している。
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、繰り返し成膜処理を行なってもパーティクルの発生を抑制することができる成膜装置及び被処理体の処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ガイドリング部材への膜の堆積について鋭意研究した結果、成膜ガスの分圧がある程度低くなった所に成膜レートのピーク値が存在することを発見し、これによりガイドリング部材の形状を、成膜ガスの分圧があえて低くなって、しかも膜が堆積しても剥がれ難いような形状とすれば、パーティクルの発生を抑制することができる、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。
【０００８】
請求項１に規定する発明は、真空引き可能になされた処理容器と、この処理容器内に設置されてその上面の載置面に被処理体を載置する載置台と、前記載置台の周縁部に前記被処理体の外周端よりも僅かに外方へ離間させて設けられて前記被処理体の載置時にこれを適正な載置位置へ案内するリング状のガイドリング本体を有するガイドリング部材とよりなる成膜装置において、前記ガイドリング本体の内周側を断面段部状に形成することにより前記ガイドリング本体の下面と前記載置台の載置面との間でパーティクル発生防止空間を設けるように構成する。
【０００９】
これにより、ガイドリング部材の奥まった領域であるパーティクル発生防止空間を区画する上下の壁面に膜が堆積することになり、この空間は堆積する膜の厚さに対して十分に大きく設定されているので、膜同士が接触することがなく、従って、膜の剥がれも生じ難いので、パーティクルが発生することを大幅に抑制することが可能となる。また、堆積した膜が壁面から剥がれたとしても、パーティクル発生防止空間の奥まった位置で膜剥がれが生ずることになるので、これが処理空間側に飛散することもないので、剥がれ落ちた膜がパーティクルとして被処理体の表面に付着することも防止することが可能となる。
【００１０】
この場合、請求項２に規定するように、例えば前記パーティクル発生防止空間の高さは、略０．２ｍｍ以上に設定されている。
また、請求項３に規定するように、例えば前記パーティクル発生防止空間の載置台半径への長さは、略２ｍｍ以上に設定されている。
本発明の関連技術は、上記ガイドリング部材の構造をクランプリング部材に適用したものであり、真空引き可能になされた処理容器と、この処理容器内に設置されてその上面の載置面に被処理体を載置する載置台と、前記被処理体の周縁部に接近及び離間可能に設けられて前記被処理体を前記載置台側へ押圧固定するリング状のクランプリング本体を有するクランプリング部材とよりなる成膜装置において、前記クランプリング本体の内周側を断面段部状に形成することにより前記クランプリング本体の下面と前記被処理体の上面との間でパーティクル発生防止空間を設けるように構成した。
この場合にも、前述したようなガイドリング部材の構造の場合と、同様な作用効果を発揮することが可能となる。
請求項４に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内で、被処理体を載置する際の位置ずれを防止するためのガイドリング部材を、その上側周縁部に設けた載置台上に前記被処理体を載置し、前記処理容器内へ成膜ガスを供給しつつ前記被処理体を所定の温度に加熱して前記被処理体の表面に薄膜を堆積させるようにした被処理体の処理方法において、前記ガイドリング部材の水平部分の内周側の下面と前記載置台の載置面との間にパーティクル発生防止空間を形成した状態で前記薄膜を堆積させるようにしたことを特徴とする被処理体の処理方法である。
この場合、例えば請求項５に記載されたように、前記パーティクル発生防止空間は、薄いリング状の空間である。
また、例えば請求項６に記載されたように、前記被処理体を複数枚処理した後に、前記載置台上に前記被処理体を載置していない状態で前記パーティクル発生防止空間を区画する面に付着している不要な膜を除去するクリーニングを行なう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る成膜装置及び被処理体の処理方法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は図１に示す載置台とガイドリング部材の一部を示す拡大断面図、図３は図２中のＡ部において膜が堆積した時の状態を示す拡大図である。尚、本実施例ではＴｉＮ膜を堆積する場合を例にとって説明する。
図示するように、この成膜装置３０は、例えばアルミニウム等により筒体状に成形された処理容器３２を有しており、この処理容器３２内には、底部より支柱３４を介して起立された、例えばＡｌＮ製の円柱状の載置台３６が設けられている。そして、この載置台３６内には、抵抗加熱ヒータ３８が埋め込まれており、この上面の載置面３６Ａ上に載置された被処理体としての半導体ウエハＷを所定の温度まで昇温し、維持するようになっている。
【００１２】
また、この載置台３６には、例えば３つのピン孔４０（図示例では２個のみ記す）が上下方向に貫通して形成されると共に、各ピン孔４０にはその基端部が共通に連結されたリフタピン４２が挿通されている。そして、このリフタピン４２の支持軸４４は、容器底部にベローズ４６を介して気密に貫通して上下動可能に設けられており、上記リフタピン４２を昇降させて、ウエハＷを持ち上げるために載置台３６の載置面３６Ａより上方へ出没可能になされている。
そして、この載置台３６に対向する容器天井部には、この処理容器３２内へ成膜ガス等の必要なガスを供給するためのシャワーヘッド４６が設けられており、これに導入された成膜ガス等の必要なガスを、下面の噴射面に形成した噴射孔４８より処理空間Ｓに噴出するようになっている。また、この処理容器３２には、この中に対してウエハＷの搬出入を行なうときに開閉されるゲートバルブ５０が設けられると共に、底部周辺部には、図示しない真空ポンプ等を介設した排気系に接続される排気口５２が設けられており、処理容器３２内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
【００１３】
そして、上記載置台３６の上側周縁部には、本発明の特徴とするガイドリング部材５４が設けられる。具体的には、このガイドリング部材５４は、断面逆Ｌ字状のリング部材よりなり、例えばＡｌ2 Ｏ3 などのセラミックや石英ガラスなどにより構成されて、載置台３６の上側周縁部に密接して嵌め込まれている。このガイドリング部材５４は、載置台３６の載置面３６Ａに当接する水平部分５６と載置台３６の側面と接触する垂直部分５８とよりなるガイドリング本体５９を有しており、上記水平部分５６の上部内周面は載置台３６の中心に向けて下向き傾斜されたテーパ面よりなるガイド面６０として構成され、前記リフタピン４２により支持されたウエハＷを降下させて載置面３６Ａ上に載置する際、ウエハＷが位置ずれしている場合には上記ガイド面６０によりウエハＷの位置ずれを修正してウエハＷを適正な載置位置へ案内するようになっている。
【００１４】
そして、上記ガイドリング本体５９の水平部分５６の内周側の下部には、細長く断面段部状になされたリング状の切り欠き６２（図２及び図３参照）が形成されており、この水平部分５６の下面５６Ａと載置台３６の載置面３６Ａとの間で断面が細長い長方形状のパーティクル発生防止空間６４を形成している。従って、このパーティクル発生防止空間６４は、全体ではガイドリング部材５４に沿って非常に薄いリング状の空間となっている。
【００１５】
ここで各部の寸法の一例について図３を参照して説明すると、ウエハＷの直径サイズに関係なく、ウエハＷが正確に中心に載置された時のウエハＷの外周端とガイドリング部材５４の水平部分５６の内周端との間の距離Ｌ３は０．５〜１．５ｍｍの範囲内、例えば１ｍｍ程度、上記水平部分５６の厚さＬ４は１．５〜３ｍｍの範囲内、例えば２ｍｍ程度、上記切り欠き６２の高さ、すなわち上記パーティクル発生防止空間６４の高さＬ５は０．２ｍｍ以上、例えば０．３ｍｍ程度（図示例では説明の都合上、空間６４を大きく記載している）、パーティクル発生防止空間６４の載置台半径方向の長さＬ６は２ｍｍ以上、例えば３ｍｍ程度である。この場合、この空間６４の断面の高さと長さの比、すなわち（Ｌ６）／（Ｌ５）は１０以上に設定するのが好ましい。尚、上記高さＬ５の０．２ｍｍは略加工限界長さである。
さて、以上のように構成された成膜装置を用いて、例えばＴｉＮ（チタンナイトライド）膜を成膜する場合を例にとって説明する。
【００１６】
まず、開放されたゲートバルブ５０を介して搬入される半導体ウエハＷをリフタピン４２で受け取り、このリフタピン４２を降下させることによりウエハＷを載置台３６の載置面３６Ａ上に載置する。この時、ウエハＷが位置ずれしている場合には、載置台３６の周縁部に嵌装してあるガイドリング部材５４のテーパ状のガイド面６０にウエハＷの外周端が接して位置ずれが補正され、ウエハＷは適正な位置に載置される。
このようにして、ウエハＷのロードが終了したならば、ウエハＷを所定のプロセス温度に昇温してこの温度に維持すると共に、処理容器３２内を真空引きしつつこれに成膜ガス等の所定のガスを流し、膜の堆積を行なう。
【００１７】
ここではガスとして例えばＴｉＣｌ4 、ＮＨ3 及びＮ2 を用いて、ＴｉＮ膜を堆積させる。また、ウエハサイズとしては８インチのものが用いられ、プロセス条件としては、ＴｉＣｌ4 の流量が２０ｓｃｃｍ程度、ＮＨ3 の流量が４００ｓｃｃｍ程度、Ｎ2 の流量が５０ｓｃｃｍ程度である。また、プロセス温度は６８０℃程度、プロセス圧力は４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）程度である。この成膜処理を例えば６０秒間程度行なうことにより、ウエハ表面上に目標値として５００Å程度の膜厚のＴｉＮ膜を堆積させる。
【００１８】
このような成膜処理を行なって行くと、図３に示すように、ウエハＷ上に必要とする膜６８が堆積するのみならず、載置面３６Ａやガイドリング部材５４の表面には不要な膜７０、７２が次第に堆積することになる。これらの不要な膜７０、７２は、ウエハＷの成膜処理枚数に比例して膜厚が増大して行くが、この場合、パーティクル発生防止空間６４の上下の壁面にも膜が堆積し、この内、原料ガスであるＴｉＣｌ4 の分圧が低くて成膜レートが高くなる部分にそれぞれの膜７０、７２のピーク部分７０Ａ、７２Ａが発生する。
【００１９】
この時のピーク部分７０Ａ、７２Ａは、ガイドリング部材５４の内周端から所定の距離Ｌ８、例えば２．８ｍｍ程度だけパーティクル発生防止空間６４内に奥まった位置に発生する。この理由について図４を参照して説明する。図４は原料ガスであるＴｉＣｌ4 ガスの流量と載置台上の成膜レートとの関係を示すグラフであり、ここではＴｉＣｌ4 ガスの流量以外の他のプロセス条件は先に述べたプロセス条件と同じである。このグラフから明らかなように、当初はＴｉＣｌ4 ガスの流量を少しずつ増加すると成膜レートは少しずつ増加するが、点Ｐ１の時（ＴｉＣｌ4 ガスの流量が略１０ｓｃｃｍ程度の時）にピークになった後に急激に低下し、あとは流量を増加しても成膜レートは低い値で一定となっている。前述のように、本発明ではＴｉＣｌ4 ガスの流量は２０ｓｃｃｍ程度であるので、それよりも流量が少なくて分圧が低い所で成膜のピーク点Ｐ１が生じている。
【００２０】
このように原料ガスであるＴｉＣｌ4 ガスの分圧が低くなっている部分は、図３においてパーティクル発生防止空間６４内にＴｉＣｌ4 ガスが拡散して、その分圧がある程度低くなった点、すなわち空間６４の先端よりもある程度奥まったところであり、これがために、例えば距離Ｌ８だけ空間６４内に奥まった位置に膜厚のピーク部分７０Ａ、７２Ａが発生することになる。尚、この距離Ｌ８は、プロセス条件やこの空間６４の高さＬ５の大きさ等によって変動するのは勿論である。また、この高さＬ５は、この成膜装置のクリーニングサイクルや成膜レート等を勘案して決めればよい。
【００２１】
この場合、ガイドリング本体５９の水平部分５６の下面を段部状に削ることによってパーティクル発生防止空間６４が形成されており、この空間６４の高さＬ５が成膜される膜厚に対して十分に大きな値である０．３ｍｍ程度に設定されているので、上記膜７０、７２のそれぞれのピーク部分７０Ａ、７２Ａが成長して大きくなっても、このピーク部分７０Ａ、７２Ａ同士が接触することはなく、従って、このピーク部分が剥がれ落ちないのでパーティクルの発生を抑制することが可能となる。
例えば１回の成膜操作でピーク部分７０Ａ、７２Ａにそれぞれ５００Å（０．０５μｍ）の膜厚の膜が堆積すると仮定すると、ウエハを１００枚処理した時には、膜厚は５μｍ（＝０．０５×１００）となり、２つのピーク部分７０Ａ、７２Ａを合計しても１０μｍとなる。ここで、空間６４の高さＬ５は０．３ｍｍ（＝３００μｍ）であるので上記１０μｍよりも遥かに大きくて余裕があり、両ピーク部分７０Ａ、７２Ａが接触することはない。尚、ある程度、ウエハ枚数を処理したならばクリーニング操作が行なわれるのは従来と同じである。
【００２２】
また、万一、膜７０、７２のピーク部分７０Ａ、７２Ａが壁面から剥がれ落ちたとしても、この剥がれ落ちた膜は、パーティクル発生防止空間６４内の奥まった部分に位置するので、これが処理空間Ｓ側へ拡散することもなく、従って、ウエハＷの表面にパーティクルとして付着することも阻止することができる。
ここで、上述したようなプロセス条件で１００枚のウエハに対して成膜処理を行なった時のパーティクルの評価を行なったので、その評価結果について図５を参照して説明する。
【００２３】
図５は半導体ウエハ１００枚について成膜処理を行なった時のパーティクル数（０．２μｍ以上）の変化を示すグラフであり、図５（Ａ）はパーティクル発生防止空間６４の奥行きの長さＬ６が８．８ｍｍの時、図５（Ｂ）は奥行きの長さＬ６が３．０ｍｍの時の結果をそれぞれ示している。このグラフから明らかなように、従来装置の評価結果を示す先の図１０に表われた結果と比較して、本発明装置の場合には、長さＬ６が８．８ｍｍの場合も３．０ｍｍの場合も共にパーティクル数は少なくて２〜３個程度であり、共に良否判定基準である３０個を大幅に下回っており、良好な結果を得られることが判明した。
【００２４】
上記実施例では、ガイドリング部材５４の内周部の下面を段部状に削り取ることによって、パーティクル発生防止空間６４を形成したが、これを、ウエハＷを載置台３６上に押圧固定するクランプリング部材に適用するようにしてもよい。図６はこのような本発明の他の実施例を示す成膜装置を示す構成図である。尚、図６中においては図１に示した部分と同一部分について同一符号を付してその説明を省略する。すなわち、ここでは、クランプリング部材７２は、円板リング状のクランプリング本体７４を有しており、リフタピン４２と共に昇降するようになっている。そして、このクランプリング本体７４の内周縁の下面でウエハＷの外周縁と当接し、ウエハＷを載置台３６側へ押圧固定するようになっている。そして、このクランプリング本体７４の内周端の下面側に、先に図３において説明したと同様な段部形状り切り欠きを形成し、ウエハ周縁部の表面との間でパーティクル発生防止空間７６を形成している。
【００２５】
この場合にも、図３等を参照して前述したと同様な作用を呈し、堆積した膜のピーク部分の剥がれを防止できるので、その分、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。
尚、以上の各実施例ではＴｉＮ膜を堆積する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、どのような膜を堆積させる成膜装置にも適用でき、例えばＷＮ（タングステンナイトライド）膜、ＳｉＯ2 膜等を成膜する成膜装置にも適用できるのは勿論である。
また、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等も用いることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の成膜装置及び被処理体の処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明によれば、ガイドリング部材、或いはクランプリング部材の奥まった領域であるパーティクル発生防止空間を区画する上下の壁面に膜が堆積することになり、この空間は堆積する膜の厚さに対して十分に大きく設定されているので、膜同士が接触することがなく、従って、膜の剥がれも生じ難いので、パーティクルが発生することを大幅に抑制することができる。また、堆積した膜が壁面から剥がれたとしても、パーティクル発生防止空間の奥まった位置で膜剥がれが生ずることになるので、これが処理空間側に飛散することもないので、剥がれ落ちた膜がパーティクルとして被処理体の表面に付着することも防止することができる。
【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】図１に示す載置台とガイドリング部材の一部を示す拡大断面図である。
【図３】図２中のＡ部において膜が堆積した時の状態を示す拡大図である。
【図４】原料ガスであるＴｉＣｌ4 ガスの流量と載置台上の成膜レートとの関係を示すグラフである。
【図５】半導体ウエハ１００枚について成膜処理を行なった時のパーティクル数（０．２μｍ以上）の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施例を示す成膜装置を示す構成図である。
【図７】従来の成膜装置を示す概略構成図である。
【図８】図７中の一部を示す拡大図である。
【図９】図７に示す成膜装置の一部を拡大した拡大図である。
【図１０】処理されたウエハ番号とパーティクル数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
３０ 成膜装置
３２ 処理容器
３６ 載置台
４６ シャワーヘッド
５４ ガイドリング部材
５６ 水平部分
５８ 垂直部分
５９ ガイドリング本体
６２ 切り欠き
６４，７６ パーティクル発生防止空間
７２ クランプリング部材
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
Claims (6)
- 真空引き可能になされた処理容器と、この処理容器内に設置されてその上面の載置面に被処理体を載置する載置台と、前記載置台の周縁部に前記被処理体の外周端よりも僅かに外方へ離間させて設けられて前記被処理体の載置時にこれを適正な載置位置へ案内するリング状のガイドリング本体を有するガイドリング部材とよりなる成膜装置において、前記ガイドリング本体の内周側を断面段部状に形成することにより前記ガイドリング本体の下面と前記載置台の載置面との間でパーティクル発生防止空間を設けるように構成したことを特徴とする成膜装置。
- 前記パーティクル発生防止空間の高さは、略０．２ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
- 前記パーティクル発生防止空間の載置台半径への長さは、略２ｍｍ以上に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。
- 真空引き可能になされた処理容器内で、被処理体を載置する際の位置ずれを防止するためのガイドリング部材を、その上側周縁部に設けた載置台上に前記被処理体を載置し、前記処理容器内へ成膜ガスを供給しつつ前記被処理体を所定の温度に加熱して前記被処理体の表面に薄膜を堆積させるようにした被処理体の処理方法において、
前記ガイドリング部材の水平部分の内周側の下面と前記載置台の載置面との間にパーティクル発生防止空間を形成した状態で前記薄膜を堆積させるようにしたことを特徴とする被処理体の処理方法。 - 前記パーティクル発生防止空間は、薄いリング状の空間であることを特徴とする請求項４記載の被処理体の処理方法。
- 前記被処理体を複数枚処理した後に、前記載置台上に前記被処理体を載置していない状態で前記パーティクル発生防止空間を区画する面に付着している不要な膜を除去するクリーニングを行なうことを特徴とする請求項４又は５記載の被処理体の処理方法。
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