JP4792719B2 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面にタングステン膜等の薄膜を形成する成膜装置及び成膜方法に関する。
一般に、半導体集積回路の製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ表面に配線パターンを形成するために或いは配線間等の凹部やコンタクト用の凹部を埋め込むためにＷ（タングステン）、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＳｉ（チタンシリサイド）、Ｃｕ（銅）、Ｔａ２ Ｏ５ （タンタルオキサイド）等の金属或いは金属化合物を堆積させて薄膜を形成することが行なわれている。そして、上記した各種の薄膜の内、比抵抗が小さく、膜付け温度も小さくて済む等の理由からタングステン膜が多用されている。この種のタングステン膜を形成するには、原料ガスとしてＷＦ６ （六フッ化タングステン）を用い、これを水素、シラン、ジクロルシラン等により還元することにより、タングステン膜を堆積させている。
上記タングステン膜を形成する場合には、密着性の向上、下層のシリコン層との反応の抑制等の理由から、ウエハ表面にＴｉ膜、ＴｉＮ膜、或いは両者の積層膜が下地膜となるバリヤ層として薄く且つ均一に形成されており、このバリヤ層上に上記タングステン膜を堆積させることになる。上記タングステン膜を形成するには、成膜レートが大きいことから一般的には成膜ガスとしてＷＦ６ （六フッ化タングステン）ガスとＨ２ ガスとを用いるが、これらの成膜ガスを用いてバリヤ層上に直接的にタングステン膜を形成しようとすると、成膜ガスを供給しているにもかかわらずに膜付きが生じない期間、すなわち長いインキュベーションタイムが生じてスループットが低下したり、或いはＷＦ６ 中のフッ素が下地のバリヤ層中へ拡散して下地のＴｉ（チタン）等と反応し、この部分が凸状に腫れ上がって集積回路素子の欠陥を引き起こす、という不都合があった。
そこで、この不都合を解消すべく、例えば特許文献１等に開示されているように、ＷＦ６ ガスとＨ２ ガスとを用いて成膜する前に、ＷＦ６ ガスと還元性の高いガス、例えばモノシラン（ＳｉＨ４ ）等のシラン系ガスとを用いてタングステンの結晶核よりなる種付け膜（核付け膜）を予め非常に薄く形成し、次に、ＷＦ６ ガスとＨ２ ガスとを供給して上記種付け層を起点としてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により膜付けを行うことにより主たるタングステン膜を形成するようにした成膜方法が提案されている。
この成膜方法について図１０を参照して簡単に説明する。
図１０は載置台上に半導体ウエハをクランプリングで保持した部分を示す拡大図である。図１０に示すように、被処理体である半導体ウエハＷは、図示しない真空引き可能になされた処理容器内の載置台２上に載置されており、この周辺部を円形リング状のクランプリング４で当接して押圧することにより、ウエハＷが横滑り等しないように保持している。この状態で、まず図１０（Ａ）に示すように、成膜ガスとして例えばＷＦ６ ガスとＳｉＨ４ ガスとＨ２ ガスとを同時に供給することにより、ウエハＷ上にタングステン結晶核よりなる薄い種付け層６を形成し、次に、図１０（Ｂ）に示すように、成膜ガスとして例えばＷＦ６ ガスとＨ２ ガスとを同時に供給して、上記種付け層６を起点として高い成膜レートでタングステン金属膜よりなる主膜８を形成するようになっている。そして、この一連の成膜工程では、上記成膜ガスが載置台２の裏面側に廻り込むことを防止するために、この載置台２の裏面側にはバックサイドとして不活性ガス、例えばここではＡｒガスが供給されている。
特開２００３−１９３２３３号公報
上述したように、例えば金属膜としてタングステン膜を形成する際に、種付け膜６を形成する工程と、この種付け膜６を起点として薄膜を堆積させて主膜８を形成する工程の２工程で行うことにより、全体の成膜レートを高くでき、しかも種付け膜６がバリヤ機能を発揮して主膜８の堆積時にＷＦ６ ガス中のフッ素が下地層のＴｉＮ膜等に拡散することを防止できる。
しかしながら、図１０（Ｂ）で示す主膜８をＣＶＤにより堆積させる場合、この時のプロセス圧力が、図１０（Ａ）に示す種付け膜６の形成時のプロセス圧力よりも高く設定されている等の理由により、載置台２の裏面側にＡｒガスのバックサイドガスを供給しているにもかかわらず、成膜ガスがクランプリング４の下面とウエハ周辺部の上面との間の隙間１０の奥深くまで侵入し、この結果、図１０（Ｂ）に示すように、主膜８の外周端８Ａは、この下層の種付け膜６の外周端６Ａを完全に覆ってその更に外側まで延びた状態で成膜されてしまう。そして、この主膜８の成膜時に、種付け膜６の外周端６Ａよりも更に外側のウエハ外周表面１２は、過剰な量のＷＦ６ ガスのフッ素に晒されてアタックされるのみならず、この部分には種付け膜６が形成されることなくウエハ表面に直接的に主膜８が形成されることになるので、フッ素が下地のバリヤ層へ拡散して下地のＴｉ等と反応し、この部分が凸状に膨れ上がってしまう、という問題があった。
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、種付け膜等の第１の薄膜を形成する際に、被処理体の周辺部を覆う機械的なクランプ手段を用いることなく被処理体を載置台上に保持させるようにし、もって、第１の薄膜の形成領域を第２の薄膜の形成領域よりも広くして被処理体の周辺部の隅々まで形成するようにし、被処理体の表面に第２の薄膜が直接的に接触することを防止して被処理体の周辺部の表面がフッ素によりアタックされることを阻止すると共に、この周辺部分にフッ素と金属の反応に伴う膨れ上がりが発生することを防止することができる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
請求項１に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器と、成膜処理が施される被処理体を載置する載置台と、前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記被処理体の周辺部に当接して前記被処理体を前記載置台側へ押圧して保持するために昇降可能になされたクランプ手段と、装置全体の動作を制御する制御手段と、を有する成膜装置において、前記載置台の載置面に、該載置面上に載置される前記被処理体を差圧により一時的に吸着して保持するための溝状吸着手段が形成されていることを特徴とする成膜装置である。
上記のように種付け膜等の第１の薄膜を形成する際は、機械的なクランプ手段を用いないで、溝状吸着手段を用いて被処理体を載置台上に保持し、この状態で第１の薄膜を形成し、主膜等の第２の薄膜を形成する際は、機械的なクランプ手段を用いて被処理体の周辺部を押圧してこれを載置台上に保持し、この状態で第２の薄膜を形成し、これにより、第１の薄膜の形成領域を第２の薄膜の形成領域よりも広くして被処理体の周辺部の隅々まで形成するようにし、被処理体の表面に第２の薄膜が直接的に接触することを防止して被処理体の周辺部の表面がフッ素によりアタックされることを阻止すると共に、この周辺部分にフッ素と金属の反応に伴う膨れ上がりが発生することを防止することができる。
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記制御手段は、前記処理容器内を第１の薄膜の成膜時のプロセス圧力よりも低い圧力まで真空引きし、次に前記処理容器内の圧力を前記第１の薄膜のプロセス圧力に設定することによって前記溝状吸着手段で前記被処理体を前記載置台上に保持すると同時に前記クランプ手段を上昇させて前記被処理体から離間させた状態で前記載置台上に載置されている前記被処理体の表面に前記第１の薄膜を形成し、次に前記クランプ手段を降下させて該クランプ手段で前記被処理体を保持した状態で第２の薄膜を形成するように制御する。
また、例えば請求項３に規定するように、前記溝状吸着手段は溝部よりなる。
また例えば請求項４に規定するように、前記溝部は、前記載置面であって前記被処理体によって覆われる領域に略均一に形成されている。
また、例えば請求項５に規定するように、前記溝部は同心円状に複数個形成されている。
また、例えば請求項６に規定するように、前記複数の溝部は連通溝部で連通されている。
また例えば請求項７に規定するように、前記溝部は渦巻状に形成されている。
また例えば請求項８に規定するように、前記溝部は、放射状、或いは格子状に形成されている。
請求項９に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器と、成膜処理が施される被処理体を載置する載置台と、前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記被処理体の周辺部に当接して前記被処理体を前記載置台側へ押圧して保持するために昇降可能になされたクランプ手段と、前記載置台の載置面上に載置される前記被処理体を差圧により吸着して保持するための溝状吸着手段と、装置全体の動作を制御する制御手段と、を有する成膜装置を用いて前記被処理体に第１の薄膜と第２の薄膜とを連続的に形成する成膜方法において、前記処理容器内を前記第１の薄膜の成膜時のプロセス圧力よりも低い圧力まで真空引きする減圧工程と、前記処理容器内の圧力を前記第１の薄膜のプロセス圧力に設定することによって前記溝状吸着手段で前記被処理体を前記載置台上に保持すると同時に前記クランプ手段を上昇させて前記被処理体から離間させた状態で前記載置台上に載置されている前記被処理体の表面に前記第１の薄膜を形成する第１の薄膜形成工程と、前記クランプ手段を降下させて該クランプ手段で前記被処理体を保持した状態で前記第２の薄膜を形成する第２の薄膜形成工程と、よりなることを特徴とする成膜方法である。
この場合、例えば請求項１０に規定するように、前記第１の薄膜は種付け膜であり、前記第２の薄膜は前記種付け膜上に形成される主膜である。
また例えば請求項１１に規定するように、前記第１及び第２の薄膜はそれぞれ金属タングステンよりなる。
本発明に係る成膜装置及び成膜方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
種付け膜等の第１の薄膜を形成する際は、機械的なクランプ手段を用いないで、溝状吸着手段を用いて被処理体を載置台上に保持し、この状態で第１の薄膜を形成し、主膜等の第２の薄膜を形成する際は、機械的なクランプ手段を用いて被処理体の周辺部を押圧してこれを載置台上に保持し、この状態で第２の薄膜を形成し、これにより、第１の薄膜の形成領域を第２の薄膜の形成領域よりも広くして被処理体の周辺部の隅々まで形成するようにし、被処理体の表面に第２の薄膜が直接的に接触することを防止して被処理体の周辺部の表面がフッ素によりアタックされることを阻止すると共に、この周辺部分にフッ素と金属の反応に伴う膨れ上がりが発生することを防止することができる。
以下に、本発明に係る成膜装置及び成膜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の一実施例を示す断面図、図２はクランプリングを示す下面図、図３は載置台を示す平面図、図４は載置台に支持される被処理体を示す部分拡大断面図である。
まず、本実施例では、成膜装置２０として加熱ランプを用いた高速昇温が可能な枚葉式の成膜装置を例にとって説明する。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を有している。この処理容器２２の天井部には、成膜用ガス等の処理ガスをこの処理容器２２内へ導入するためのガス供給手段としてシャワーヘッド部２４がＯリング等のシール部材２６を介して設けられている。具体的には、このシャワーヘッド部２４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２８を有し、このヘッド本体２８の下面であるガス噴出面には、ヘッド本体２８内へ供給されたガスを放出するための多数のガス噴出孔３０が面内に均等に配置されており、この下方の処理空間Ｓにガスを供給してウエハ表面に亘って均等にガスを放出するようになっている。
上記シャワーヘッド部２４は上記構成に限定されず、使用する処理ガスの種類に応じて種々の構造のものが採用される。例えばシャワーヘッド本体２８内でガスを混合させてはいけない場合には、この内部を複数の区画室に分割して各ガスを独立させて拡散させ、そして、ガス噴射孔３０を介して処理空間Ｓに供給された時に初めて混合させるようにした形式のシャワーヘッド部が用いられる。上記処理容器２２内の天井部において上記シャワーヘッド部２４の側方にはガス流を安定化させるために例えば石英よりなるリング状のガス流安定化部材３２が配置されている。
また、この処理容器２２の側壁には、この中へウエハＷを搬入、或いは搬出する際に開閉されるゲートバルブＧが設けられており、例えば真空引き可能になされたロードロック室や搬送室（図示せず）に連結されている。また、処理容器２２の底部の周辺部には、排気口３４が形成されており、この排気口３４には図示しない真空ポンプ等を介設した排気路３６が接続されて、処理容器２２内を圧力制御しつつ真空引きできるようになっている。そして、処理容器２２の底部からは、円筒状の支持コラム３８が起立させて設けられており、この支持コラム３８の上端の外周側には、下方向へのガス流を整える整流板４０が設けられている。また、この支持コラム３８の上端の内周側には、例えばアルミニウムよりなる環状の補助リング４２を介してその内側に、例えば石英よりなる同じく環状（リング状）に成形されたアタッチメント部材４４が支持させて設けられている。
そして、このアタッチメント部材４４の内側周縁部により載置台４６を支持するようになっている。具体的には、この載置台４６は、セラミックス、例えば窒化アルミニウムにより厚さが例えば３．５ｍｍ程度の薄板円板状に成形されており、この上面側にこれと略同一直径サイズの被処理体である半導体ウエハＷを載置し得るようになっている。尚、この載置台４６の上面の構造については後述する。この載置台４６の裏面は、照射光の吸収を高めるように黒色処理されている。そして、この載置台４６には、図３にも示すように、上記半導体ウエハＷの周辺のエッジ部に対応させて、この外周端部には周方向に沿って略均等に配置させて後述するリフトピンを通すための複数、図示例では３つのピン挿通部４８が形成されている。ここでは、各ピン挿通部４８は、外方へ解放された半円形状の切り欠きとして成形されている。
また、上記アタッチメント部材４４の内側周縁部には、所定の幅の係合段部５０が周方向に沿ってリング状に形成されており、この係合段部５０に載置台４６を保持させ、この載置台４６上に上記ウエハＷの全体を上下に重なるような状態で設置している。これにより、ウエハＷの周縁部における熱的不均衡を抑制するようになっている。
また、上記係合段部５０には、上記載置台４６に形成したピン挿通部４８に対応させた位置に、同じく後述するリフトピンを通すための３つの切り欠き（図示せず）が形成されており、このピン挿通部４８と切り欠きの位置が一致するようにして上記載置台４６が支持される。
また、上記アタッチメント部材４４には、上記切り欠きの位置に対応させて、後述するクランプリングを支持するロッド部材等を挿通させるためのロッド挿通孔５２がその周方向に沿って３つ形成されている。
そして、上記載置台４６の外側方向の斜め下方には、複数本、例えば３本のＬ字状になされたリフトピン５４が上方へ起立させて設けられており、このリフトピン５４を上下動させることにより、上記リフトピン５４を載置台４６に設けた３つの切り欠き状のピン挿通部４８及びアタッチメント部材４４に設けた切り欠き（図示せず）を通ってウエハＷのエッジを支持し、これを持ち上げ、或いは持ち下げ得るようになっている。
そして、上記載置台４６の外側には、これに載置されるウエハＷを位置ずれしないようにウエハＷを保持するためのクランプ手段５６が設けられる。具体的には、このクランプ手段５６は、クランプリング５８を有しており、このクランプリング５８は、上記ウエハＷの直径よりも１廻り大きな直径を有し、且つその厚さが薄くなされてリング状に成形されている。このクランプリング５８は、ウエハＷに対する金属汚染の恐れが非常に少なく、且つ耐熱性に優れてその熱伸縮量も小さな材料、例えば窒化アルミ等のセラミックにより形成されている。このクランプリング５８の内側周縁部の下面には、図２に示すように非常に小さく、且つ薄い突起６０がその周方向に沿って所定の間隔を隔てて均等に設けられており、この突起６０がウエハＷの周縁部の上面と接触してこれを下方向へ押圧することによりウエハＷを載置台４６側へ押さえ付けている。
このクランプリング５８はシャフト部材６２に連結され、このシャフト部材６２の下端部は、例えば石英製の弾発部材収容筒６４内に収容された弾発部材（図示せず）により弾性的に上下動するようになっている。上記シャフト部材６２は、クランプリング５８の周方向に沿って略等間隔で３つ設けられている。
また、この弾発部材収容筒６４の下部の外側には、例えば石英製のアーム部材６６が水平方向外方に向けて取り付け固定されている。そして、各アーム部材６６は、円形リング状に成形された例えば酸化アルミニウム等のセラミックよりなる保持板６８に連結されており、この保持板６８の一側の下面は、上下方向に延びる一本の昇降ロッド７０の上端に接合固定されて片持ち支持されている。この昇降ロッド７０の下端は、処理容器２２内の気密状態を保持するために伸縮可能なベローズ７２（図１参照）を介して図示しないアクチュエータに接続されている。
また、載置台４６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７４がＯリング等のシール部材７６を介して気密に設けられており、この下方には、透過窓７４を囲むように箱状のランプ室７８が設けられている。このランプ室７８内には加熱手段として複数の加熱ランプ８０が反射鏡も兼ねる回転台８２に取り付けられており、この回転台８２は回転可能になされる。従って、この加熱ランプ８０より放出された照射光（熱線）は、透過窓７４を透過して載置台４６の下面を照射してこれを加熱し得るようになっている。
また、処理容器２２内の底部であって、上記支持コラム３８の内側には、例えばアルミニウムにより円筒体状に成形された反射部材８４が設けられている。この反射部材８４の直径は、半導体ウエハＷの直径よりもやや大きく設定されており、その内側が鏡面仕上げされて、斜め下方よりこの鏡面に当たった照射光を載置台４６の裏面側へ反射し得るようになっている。この反射部材８４の上端は、上記アタッチメント部材４４の直下近傍まで延びている。そして、この反射部材８４の上部には、これを例えば矩形状に切り欠くことによって形成された部材収容空間８６が、その周方向に沿って所定の間隔で複数個、例えば３つ設けられている。そして、この部材収容空間８６内に上記弾発部材収容筒６４を略完全に収容している。
また、上記反射部材８４の下部には、載置台４６の下方の空間にバックサイドガスとして不活性ガス、例えばＡｒガスを導入するためのバックサイドガス供給手段８８が設けられている。具体的には、このバックサイドガス供給手段８８は、上記載置台４６の下方の空間に連通されたガス導入路９０を有しており、このガス導入路９０を図示しないガス源に接続して、Ａｒガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。
そして、上記載置台４６の上面である載置面に、本発明の特徴とする溝状吸着手段９２が設けられており、この載置面上に載置される半導体ウエハＷを差圧により一時的に吸着して比較的短時間だけ保持し得るようになっている。具体的には、図３及び図４に示すように、この溝状吸着手段９２は、同心円状に形成された複数の溝部９４を有しており、この溝部９４は、載置面であって、ウエハＷによって覆われる領域に略均一に形成されている。図３中では溝部９４は斜線で示されている。この溝部９４は断面矩形状に形成されており、各部の寸法に関しては、溝幅Ｗ１は例えば３ｍｍ程度に設定され、溝ピッチＰ１は例えば５ｍｍ程度に設定され、溝深さＤ１は例えば０．３ｍｍ程度に設定されている。これらの数値は単に一例を示しただけであり、ウエハの吸着力及び吸着時間は、プロセス前後の圧力差、ウエハ下面と載置面との間の気密性等に依存していることから、これらの必要とする吸着力及び吸着時間等に応じて上記各寸法を決定すればよい。そして、この装置全体の動作は例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段１００により制御される。
次に、以上のように構成された成膜装置を用いて行われる成膜方法について図５も参照して説明する。
図５は本発明方法の各工程を説明するための工程図である。ここでは、第１の薄膜形成工程において第１の薄膜としてタングステンの結晶核よりなる種付け膜を形成し、第２の薄膜形成工程において第２の薄膜としてＣＶＤにより成膜レートの高い金属タングステン膜を形成する場合について説明する。本発明の特徴は、第１の薄膜であるタングステンの核付け膜を形成する短時間の工程のみ溝状吸着手段９２によりウエハを吸着保持してこの核付け膜をウエハ表面の周辺部のより広い領域まで形成する点にある。
まず、ロードロックロック室、或いは搬送室内に収容されている未処理の半導体ウエハＷを、開放されたゲートバルブＧを介して処理容器２２内へ搬入し、リフトピン５４を押し上げた状態で上記ウエハＷをリフトピン５４側に受け渡す。そして、このリフトピン５４を、昇降ロッド７０を下げることによって降下させてウエハＷを持ち下げ、このウエハＷを載置台４６上に載置する。このウエハＷの表面には、前工程等においてＴｉＮ膜等の下地膜がバリヤ層として予め形成されている。この時の状態は図５（Ａ）に示されており、ウエハＷの周辺部はまだクランプリング５８（図１参照）によってはまた押圧されていない。
さて、この状態で減圧工程としてこの処理容器２２内を真空引きし、この処理容器２２内の圧力を第１の薄膜の成膜時のプロセス圧力より低い圧力まで真空引きする。この場合、例えば処理容器２２内の圧力が例えば１０００Ｐａ以下、好ましくは１３．３Ｐａ程度になるまで真空引きする。
この際、載置台４６の上面の載置面上にはウエハＷが載置されているが、このウエハＷはクランプリング５８により押圧保持されていないので、載置面とウエハＷの下面との間の気密性は非常に低く、従って、上記のように処理容器２２内の真空引きによって上記溝状吸着手段９２の各溝部９４内の雰囲気は載置面とウエハ下面との間の隙間を介して処理容器２２内へ容易に洩れ出ることにより、結果的に、この溝部９４内の圧力も処理容器２２内と同じ圧力、例えば１０００Ｐａ程度になる。この時の真空引き時間は、直前の処理容器２２内の圧力にもよるが、例えば４〜１０秒程度である。尚、この時、ウエハＷを載置面より僅かに上方へリフトアップした状態に維持し、真空引きが終了した時点にこのウエハＷを下方へ降下させて図５（Ａ）に示すような状態としてもよい。
このようにして、減圧工程が終了したならば、次に第１の薄膜形成工程へ移行する。この第１の薄膜形成工程では、図５（Ｂ）に示すように、クランプ手段５６のクランプリング５８を僅かに下げて、これをウエハＷの周辺部に当接されることなく、これより僅かな距離だけ上方に位置させて停止する。この時のウエハＷの上面とクランプリング５８の下面との間の距離Ｌ１は４ｍｍ程度である。尚、突起６０の高さＬ２は２０〜５０μｍ程度であり、クランプリング５８とウエハＷの周辺部との重なり距離Ｌ３は２〜４ｍｍ程度である。
まず、処理容器２２内を真空排気しつつランプ室７８内の加熱ランプ８０を点灯しながら回転させ、熱エネルギである照射光を放射する。放射された照射光は、透過窓７４を透過した後、載置台４６の裏面を照射してこれを加熱する。この載置台４６は非常に薄いことから迅速に加熱され、従って、この上に載置してあるウエハＷを迅速に所定の温度まで加熱することができる。
ウエハＷがプロセス温度に達したならば、処理ガスとして例えば成膜ガスであるＷＦ６ ガスやＳｉＨ４ ガスやＨ２ ガスをシャワーヘッド部２４より処理容器２２内の処理空間Ｓへ同時に供給し、第１の薄膜としてタングステンの結晶核よりなる種付け膜６を形成するＣＶＤ成膜処理を所定の時間行うことになる。この成膜処理中、バックサイドガス供給手段８８のガス導入路９０を介して載置台４６の下方の空間へはバックサイドガスとして例えばＡｒガスが流量制御しつつ供給されており、この空間内へ処理ガスが侵入して載置台４６の裏面（下面）や透過窓７４の上面に不要な膜が堆積することを防止している。
この時のプロセス条件は、プロセス圧力が５００〜４０００Ｐａ程度、プロセス温度が３００〜５００℃程度、プロセス時間が１０〜３０秒程度である。この際、上述のように、載置台４６の下方の空間へはＡｒガスがバックサイドガスとして供給されているので、この下方の空間への成膜ガスの廻り込みは略防止されるが、図５（Ｂ）に示すようにクランプリング５８の下面とウエハＷの周辺の上面との間の距離Ｌ１は、例えば４ｍｍ程度に設定されて、ここにかなり広い隙間９６が形成されていることから、処理空間Ｓ内の成膜ガスがこの隙間９６の中をかなり奥深くまで侵入することになり、従って、上記種付け膜６の端部６Ａは、ウエハＷの周辺部の端面の近傍まで広がって形成される。換言すれば、種付け膜６の端部６Ａは、図１０（Ａ）に示す従来方法の場合と比較すると明らかなように、ウエハＷの半径方向外方へ大きく広がることになる。
この成膜工程において、ウエハＷはクランプリング５８により押圧されていないので、このウエハＷが載置台４６上を横滑りする恐れが生ずるが、しかしながら、このウエハＷは溝上吸着手段９２により吸着保持されているので、ウエハＷが横滑りするようなことはない。すなわち、この成膜工程時には、溝部９４内の圧力よりもウエハＷの上方の処理空間Ｓにおける圧力の方が高くなっているので、これらの間の差圧によりウエハＷは載置面上に押圧されて保持され、ウエハＷが横滑りするのを防止することができる。
ただし、圧力の高い処理空間Ｓ内の雰囲気が、ウエハＷの下面と載置面との間の隙間を介して少しずつ圧力の低い溝部９４内に侵入してくるので、上記差圧は少しずつ少なくなって吸着力が劣ってくる。この場合、差圧が”ゼロ”になれば、理論的には吸着力も”ゼロ”になるが、この第１の薄膜形成工程のプロセス時間は上述したように３０秒程度の短時間であり、この短い成膜時間の期間では、上記差圧が”ゼロ”まで到達しないように設計されているので、ウエハＷが横滑り等することを防止することができる。
このようにして第１の薄膜形成工程が終了したならば、次に第２の薄膜形成工程へ移行する。この第２の薄膜形成工程では、図５（Ｃ）に示すように、クランプ手段５６のクランプリング５８を更に下げて、この下面をウエハＷの周辺部の上面に当接させて押下し、ウエハＷを載置台４６の載置面上に押圧して保持する。これにより、上記溝部９４内の圧力に関係なく、ウエハＷは完全に保持されてこれ以降の横滑りが防止される。
この状態で、第２の薄膜形成工程用の成膜ガス、ここではＷＦ６ ガスとＨ２ ガスとを供給し、ＣＶＤ成膜処理により第２の薄膜としてタングステン金属膜が上記種付け膜６を起点として高い成膜レートで成長して主膜８を形成する。
この際にも、載置台４６の裏面側の空間には、バックサイドガスとしてＡｒガスが供給されているのは勿論である。この時のプロセス条件は、プロセス圧力が例えば１０６６６Ｐａ（８０Ｔｏｒｒ）程度、プロセス温度が例えば３００〜５００℃程度、プロセス時間は、ここで形成すべき膜厚にもよるが、例えば６０ｓｅｃ程度である。
この図５（Ｃ）に示す場合には、クランプリング５８の下面と、ウエハＷの周辺部の上面との間の距離、すなわち隙間９６の高さは図５（Ｂ）に示す場合よりも遥かに短くなっているので、処理空間Ｓ内の成膜ガスは、Ａｒガスのバックサイドガスも供給されているため、この隙間９６内にほとんど侵入してくることができず、この結果、主膜８の端部８ＡはウエハＷの半径方向外方へはそれ程延びずに形成されることになる。換言すれば、図５（Ｃ）に示すように、主膜８の端部８Ａは、この下層の種付け膜６の端部６Ａよりも内側（ウエハ中心側）に位置することになる。
このため、従来方法で示した図１０（Ｂ）とは異なり、種付け膜６の形成されていないウエハ周辺部上面の露出面が、ＷＦ６ ガスのフッ素にアタックされないのでこの部分がダメージを受けることを防止することができる。またこの露出面のＴｉＮバリヤ層がフッ素と反応することも防止することができる。
また第２の薄膜形成工程が終了した後は、各ガスの供給を停止してウエハ搬出のためにウエハ温度を降下させるが、上記各溝部９４は載置面に略均一分布となるように形成されているため、ウエハの面内温度の均一性を略維持した状態でこの温度を低下させることができる。
また上記実施例では第１の薄膜形成工程で第１の薄膜として種付け膜６を形成する際、成膜ガスとしてＷＦ６ ガス、ＳｉＨ４ ガス及びＨ２ ガスをそれぞれ同時に供給してＣＶＤ成膜処理により種付け膜６を形成するようにしたが、これに限定されず、例えばＷＦ６ ガスとＳｉＨ４ ガスとを、それぞれの供給時の間にバキューム期間を介して交互に供給するようにして厚さが原子レベル、或いは分子レベルの極めて薄い種付け膜６を一層ずつ形成するようにしてもよい。尚、このような膜形成方法を、いわゆるＳＦＤ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｆｌｏｗ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と称す。このＳＦＤ成膜の場合には、１サイクルに例えば６秒程度要し、これを数サイクル〜１０数秒サイクル程度行うので、全体の成膜時間は６０秒程度の短時間で済み、この場合にも上記溝状吸着手段９２により十分にウエハＷを吸着保持することができる。
ここで、処理容器２２内の圧力を１０６６６Ｐａ（８０Ｔｏｒｒ）に設定した状態から真空引きして１０００Ｐａまで低下するまでにどの程度の時間を要するかについて確認を行った。図６はこのように処理容器内を真空引きした時の圧力の変化状態を示すグラフである。図６から明らかなように、処理容器２２内が１０６６６Ｐａの時には、４秒程度の僅かな時間だけ真空引きすれば、処理容器２２内の圧力を１０００Ｐａ以下にできることが確認できた。従って、第１の薄膜形成工程の直前に行う減圧工程に要する時間は非常に少なくて済むことが確認できた。
また実際に、第１の薄膜形成工程の処理をＳＦＤで行い、この時にウエハＷの滑りが発生したか否かの評価を行ったのでその時の評価結果を説明する。ここでは減圧工程を行う直前の処理容器２２内の圧力を１０６６６Ｐａに設定し、これより所定の時間だけ減圧工程を実施し、その後、第１の薄膜形成工程を５０秒間行っており、この第１の薄膜形成工程においてウエハの滑りが発生したか否かを検討している。評価実験の結果、上記減圧工程を５秒程度しか行っていない時には、ウエハの滑りは発生したが、減圧工程を６秒以上行った時には、ウエハＷの滑りが発生しないことを確認できた。
また図３に示す場合には、溝部９４は同心円状に形成されて各溝部９４間は区画分離されていたが、これに限定されず、図８に示す同心円状の溝部の変形例のように、同心円状の各溝部９４を載置台４６の半径方向に沿って形成された連通溝部９８により連通するようにしてもよい。これによれば、同心円状の各溝部９４が連通溝部９８を介して連通されるので、内周側の溝部９４内と外周側の溝部９４内との圧力差がなくなり、第１の薄膜形成工程においてウエハＷを面内均一に吸着保持できると共に、ウエハ降温時におけるウエハ温度の面内均一性を一層向上させることが可能となる。
次に、第２の薄膜形成工程を完了した後に、ウエハ搬出のためにウエハを降温させるが、このウエハ降温時の温度分布の様子をシミュレートして評価したので、その評価結果について説明する。図７はウエハを降温させる際の温度変化を示すグラフであり、図７（Ａ）はウエハ中心部の温度変化を示し、図７（Ｂ）はウエハ周辺部の温度変化を示す。そして、図中、曲線Ａ１、Ａ２は図３に示す載置台で処理したウエハ温度を示し、曲線Ｂ１、Ｂ２は図８に示す載置台で処理したウエハ温度を示す。曲線Ａ１、Ａ２に示すように図３に示す載置台の場合には、曲線Ａ１が最初、急激に温度が低下しているが、全体的にはウエハ面内において生ずる温度分布はある程度均一な状態に維持されており、良好であることが確認できた。
また、曲線Ｂ１、Ｂ２で示すように図８に示す載置台の場合には、共に、最初から急激に温度が低下して同様な傾向を示しており、ウエハ面内において生ずる温度分布は略均一な状態に維持されていることから、曲線Ａ１、Ａ２の場合よりも更に改善されており、非常に良好であることが確認できた。
更に、上記実施例では、溝部９４を同心円状に形成した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、どのような形状にしてもよく、例えば図９に示す溝部の変形例のように、溝部９４を渦巻き状に形成したり（図９（Ａ）参照）、溝部９４を格子状に形成したり（図９（Ｂ）参照）、溝部９４を放射状に形成したりしてもよい（図９（Ｃ）参照）。
また、ここでは第１の薄膜の形成時にモノシランを用いたが、これに代えてジシラン、ジクロルシラン等を用いてもよい。また更に、以上説明した実施例では、第１の薄膜形成工程で第１の薄膜としてタングステンの結晶核よりなる種付け膜を形成し、第２の薄膜形成工程で第２の薄膜として金属タングステン膜よりなる主膜を形成する場合について説明したが、これに限定されず、第１の薄膜を短時間で形成して、次に、連続的に第２の薄膜を形成するような態様の成膜方法を行う場合には、全て本発明装置及び本発明方法を適用することができる。
更に、本実施例では、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ＬＣＤ基板やガラス基板等にも適用することができる。
本発明に係る成膜装置の一実施例を示す断面図である。 クランプリングを示す下面図である。 載置台を示す平面図である。 載置台に支持される被処理体を示す部分拡大断面図である。 本発明方法の各工程を説明するための工程図である。 処理容器内を真空引きした時の圧力の変化状態を示すグラフである。 半導体ウエハを降温させる際の温度変化を示すグラフである。 同心円状の溝部の変形例を示す図である。 溝部の変形例を示す図である。 載置台上に半導体ウエハをクランプリングで保持した部分を示す拡大図である。
符号の説明
６ 種付け膜
８ 主膜
２０ 成膜装置
２２ 処理容器
２４ シャワーヘッド部（ガス供給手段）
４６ 載置台
５６ クランプ手段
５８ クランプリング
６０ 突起
７４ 透過窓
８０ 加熱ランプ（加熱手段）
８８ バックサイドガス供給手段
９２ 溝状吸着手段
９４ 溝部
９８ 連通溝部
１００ 制御手段
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (11)

  1. 真空引き可能になされた処理容器と、
    成膜処理が施される被処理体を載置する載置台と、
    前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、
    前記被処理体を加熱する加熱手段と、
    前記被処理体の周辺部に当接して前記被処理体を前記載置台側へ押圧して保持するために昇降可能になされたクランプ手段と、
    装置全体の動作を制御する制御手段と、
    を有する成膜装置において、
    前記載置台の載置面に、該載置面上に載置される前記被処理体を差圧により一時的に吸着して保持するための溝状吸着手段が形成されていることを特徴とする成膜装置。
  2. 前記制御手段は、前記処理容器内を第１の薄膜の成膜時のプロセス圧力よりも低い圧力まで真空引きし、次に前記処理容器内の圧力を前記第１の薄膜のプロセス圧力に設定することによって前記溝状吸着手段で前記被処理体を前記載置台上に保持すると同時に前記クランプ手段を上昇させて前記被処理体から離間させた状態で前記載置台上に載置されている前記被処理体の表面に前記第１の薄膜を形成し、次に前記クランプ手段を降下させて該クランプ手段で前記被処理体を保持した状態で第２の薄膜を形成するように制御することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
  3. 前記溝状吸着手段は溝部よりな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. 前記溝部は、前記載置面であって前記被処理体によって覆われる領域に略均一に形成されていることを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
  5. 前記溝部は同心円状に複数個形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の成膜装置。
  6. 前記複数の溝部は連通溝部で連通されていることを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
  7. 前記溝部は渦巻状に形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の成膜装置。
  8. 前記溝部は、放射状、或いは格子状に形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の成膜装置。
  9. 真空引き可能になされた処理容器と、
    成膜処理が施される被処理体を載置する載置台と、
    前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、
    前記被処理体を加熱する加熱手段と、
    前記被処理体の周辺部に当接して前記被処理体を前記載置台側へ押圧して保持するために昇降可能になされたクランプ手段と、
    前記載置台の載置面上に載置される前記被処理体を差圧により吸着して保持するための溝状吸着手段と、
    装置全体の動作を制御する制御手段と、
    を有する成膜装置を用いて前記被処理体に第１の薄膜と第２の薄膜とを連続的に形成する成膜方法において、
    前記処理容器内を前記第１の薄膜の成膜時のプロセス圧力よりも低い圧力まで真空引きする減圧工程と、
    前記処理容器内の圧力を前記第１の薄膜のプロセス圧力に設定することによって前記溝状吸着手段で前記被処理体を前記載置台上に保持すると同時に前記クランプ手段を上昇させて前記被処理体から離間させた状態で前記載置台上に載置されている前記被処理体の表面に前記第１の薄膜を形成する第１の薄膜形成工程と、
    前記クランプ手段を降下させて該クランプ手段で前記被処理体を保持した状態で前記第２の薄膜を形成する第２の薄膜形成工程と、
    よりなることを特徴とする成膜方法。
  10. 前記第１の薄膜は種付け膜であり、前記第２の薄膜は前記種付け膜上に形成される主膜であることを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
  11. 前記第１及び第２の薄膜はそれぞれ金属タングステンよりなることを特徴とする請求項９または１０記載の成膜方法。
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