JP5238688B2 - Ｃｖｄ成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空に保持された処理容器内で、載置台上に被処理基板を載置した状態で被処理基板を加熱しつつＣＶＤにより所定の膜を成膜するＣＶＤ成膜装置に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）に所定の膜を形成する成膜処理が施される。このような成膜処理としては化学蒸着法（ＣＶＤ）が多用されている。ＣＶＤにより成膜処理する場合には、処理容器内においてヒーターを埋設した載置台にウエハを載置し、ウエハを加熱しつつ処理容器内に所定の処理ガスを供給してウエハ表面での化学反応により成膜が行われる。この場合に、ウエハの均熱を得るために、載置台としてはウエハよりも大きな直径を有するものが用いられている（例えば、特開平１１−４０５１８号公報）。

このような成膜においては、通常、ウエハよりも載置台の温度のほうが高く、載置台の外周部（ウエハの載置されていない領域）の表面温度がウエハ温度よりも高温になるため、成膜に使用するガスの種類や成膜条件によっては、載置台の外周部の上部で原料ガスの分解が促進され、隣接するウエハの外周部に膜が厚くついてしまうという問題がある。

本発明の目的は、被処理基板の外周部で膜厚が厚くなるという不都合を生じさせることなく所定の膜を成膜することができるＣＶＤ成膜装置を提供することにある。

本発明によれば、被処理基板を加熱しつつ、被処理基板の表面で成膜用のガスを反応させてＣＶＤにより被処理基板上に所定の膜を成膜するＣＶＤ成膜装置であって、真空に保持可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置し、被処理基板よりも大径の載置台と、前記載置台に設けられ、被処理基板を加熱する加熱機構と、前記処理容器内に成膜用のガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内を真空排気する排気機構と、前記載置台における被処理基板の外側部分を覆うように設けられ、前記載置台から被処理基板の外側の領域への熱影響を緩和するカバー部材とを具備し、前記載置台はセラミックス製であり、前記カバー部材は、前記載置台と隣接する面の輻射率が前記載置台の輻射率よりも小さく、かつ０．３８以下であるＣＶＤ成膜装置が提供される。

上記ＣＶＤ成膜装置において、前記カバー部材は、少なくとも前記載置台と隣接する面を含む部分をタングステンで構成することができ、カバー部材をタングステン単体で構成することもできる。

上記ＣＶＤ成膜装置において、前記カバー部材は、被処理基板の外側を囲うように環状をなす構成であることが好ましい。また、前記カバー部材の厚みが１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、前記ガス供給機構が、１５０℃以下で分解し始める金属材料を原料として成膜用ガスを供給するものである場合に、本発明は特に有効である。

本発明によれば、載置台における被処理基板の外側部分を覆うように載置台から被処理基板の外側の領域への熱影響を緩和するカバー部材を設けるので、被処理基板の外側の領域での温度上昇を抑制することができ、被処理基板の外周部で膜厚が厚くなるという不都合を生じさせることなく所定の膜を成膜することができる。

なお、本発明において、「載置台から被処理基板の外側の領域への熱影響を緩和するカバー部材」とは、載置台から被処理基板の外側の領域（つまり被処理基板が存在していない領域）の温度上昇を抑制し、被処理基板の外側の領域の表面温度を被処理基板の温度に近づけることを目的とする部材をいう。

本発明の一実施形態に係るＣＶＤ成膜装置を示す断面図。 本発明の一実施形態に係るＣＶＤ成膜装置のエッジカバーリングが設けられている部分を拡大して示す断面図。 エッジカバーリングを設けない場合の載置台およびウエハの温度状態を説明するための模式図。 エッジカバーリングの構造等による効果の違いをシミュレーションするためのモデルを説明するための模式図。 エッジカバーリングにおけるＷ膜の膜厚とエッジカバーリング裏面の輻射率との関係を示す図。 Ｗ膜を形成したエッジカバーリングを用いた場合、Ｗ膜を形成しないエッジカバーリングを用いた場合、エッジカバーリングを用いない場合におけるシート抵抗の面内分布を示す図。 エッジカバーリングの温度とシート抵抗の均一性との関係を示す図。 エッジカバーリング裏面の輻射率とエッジカバーリングの温度との関係を示す図。 エッジカバーリングの厚さを変化させた場合におけるシート抵抗の面内分布を示す図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＣＶＤ成膜装置の概略構成を示す断面図であり、タングステン（Ｗ）膜を成膜するためのものである。

この成膜装置１００は、気密に構成された略円筒状の処理容器２１を有している。処理容器２１の底壁２１ｂの中央部には円形の開口部４２が形成されており、底壁２１ｂにはこの開口部４２と連通し、下方に向けて突出する排気室４３が設けられている。

処理容器２１内には被処理基板であるウエハＷを水平に載置するためのＡｌＮ等のセラミックスからなる載置台２２が設けられている。この載置台２２には抵抗加熱型のヒーター２５が埋め込まれており、このヒーター２５にヒーター電源２６から給電することにより載置台２２を加熱して、その熱で被処理基板であるウエハＷを加熱する。すなわち、載置台２２はステージヒータを構成している。載置台２２は成膜に都合の良い温度、例えばウエハＷを５００℃にする場合には、６７５℃程度に設定される。また、載置台２２は、排気室４３の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材２３により支持されている。

載置台２２はウエハＷよりも大きい径を有しており、その上面には、ウエハＷを収容するための座繰り部２２ａが環状に形成されている。載置台２２の座繰り部２２ａの外側には、エッジカバーリング２４が設けられている。すなわち、上述したように、例えばウエハＷを５００℃にする場合に載置台２２は６７５℃程度となっており、載置台２２が露出した状態ではウエハＷよりも外側の領域の温度がウエハＷの温度よりも高くなるから、載置台２２からウエハＷの外側の領域への熱影響を緩和するために載置台２２におけるウエハＷの外側部分を囲むようにエッジカバーリング２４を設ける。エッジカバーリング２４については後で詳細に説明する。

載置台２２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン４６が載置台２２の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ支持ピン４６は支持板４７に固定されている。そして、ウエハ支持ピン４６は、エアシリンダ等の駆動機構４８により支持板４７を介して昇降される。

処理容器２１の天壁２１ａには、シャワーヘッド３０が設けられている。このシャワーヘッド３０は、その下部に載置台２２に向けてガスを吐出するための多数のガス吐出孔３０ｂが形成されたシャワープレート３０ａを有している。シャワーヘッド３０の上壁にはシャワーヘッド３０内にガスを導入するガス導入口３０ｃが設けられており、このガス導入口３０ｃにＷ（ＣＯ）_６ガスを供給する配管３２が接続されている。また、シャワーヘッド３０の内部には拡散室３０ｄが形成されている。

配管３２の他端は、成膜原料である固体状のＷ（ＣＯ）_６原料Ｓが収容された成膜原料容器３３に挿入されている。成膜原料容器３３の周囲には加熱手段としてヒーター３３ａが設けられている。成膜原料容器３３には、キャリアガス配管３４が挿入され、キャリアガス供給源３５から配管３４を介してキャリアガスとして例えばＡｒガスを成膜原料容器３３に吹き込むことにより、成膜原料容器３３内の固体状のＷ（ＣＯ）_６原料Ｓがヒーター３３ａにより加熱されて昇華し、Ｗ（ＣＯ）_６ガスとなり、キャリアガスにキャリアされて配管３２を介してシャワーヘッド３０へ供給され、さらには処理容器２１へ供給される。

配管３４にはマスフローコントローラ３６とその前後のバルブ３７ａ，３７ｂが設けられている。また、配管３２には例えばＷ（ＣＯ）_６ガスの量に基づいてその流量を把握するための流量計６５とその前後バルブ３７ｃ，３７ｄが設けられている。

配管３２の流量計６５の下流側には、プリフローライン６１が接続され、このプリフローライン６１は後述する排気管４４に接続されており、原料ガスを処理容器２１内に安定に供給するため、所定時間排気するようになっている。さらに、プリフローライン６１には、Ｗ（ＣＯ）_６ガス配管３２との分岐部の直下流にバルブ６２が設けられている。

配管３２，３４，６１の周囲にはヒーター（図示せず）が設けられており、Ｗ（ＣＯ）_６ガスの固化しない温度、例えば２０〜１００℃、好ましくは２５〜６０℃に制御される。

また、配管３２の途中にはパージガス配管３８が接続され、このパージガス配管３８の他端はパージガス供給源３９に接続されている。パージガス供給源３９は、パージガスとして、例えばＡｒガス、Ｈｅガス、Ｎ_２ガス等の不活性ガスやＨ_２ガス等を供給可能となっている。このパージガスにより配管３２の残留成膜ガスの排気や処理容器２１内のパージを行う。なお、パージガス配管３８にはマスフローコントローラ４０およびその前後のバルブ４１ａ，４１ｂが設けられている。

なお、Ｗ膜の成膜に先立って、プリコートを行う場合もあり、その場合には、例えばＳｉ膜成膜−Ｗ膜成膜−Ｓｉ膜成膜を行い、これら成膜の間に窒化処理を施すため、Ｓｉ含有ガス、例えばＳｉＨ_４ガスを供給するＳｉ含有ガス供給機構、および窒化ガス、例えばＮＨ_３ガスを供給する窒化ガス供給機構を設ける。

上記排気室４３の側面には排気管４４が接続されており、この排気管４４には高速真空ポンプを含む排気装置４５が接続されている。そしてこの排気装置４５を作動させることにより処理容器２１内のガスが、排気室４３の空間４３ａ内へ均一に排出され、排気管４４を介して所定の真空度まで高速に減圧することが可能となっている。成膜処理の際には処理容器２１内の圧力は例えば０．１０〜６６６．７Ｐａとされる。

処理容器２１の側壁には、成膜装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口４９と、この搬入出口４９を開閉するゲートバルブ５０とが設けられている。

成膜装置１００はマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ９０を有しており、成膜装置１００の各構成部、例えば、マスフローコントローラ３６，４０、流量計６５、バルブ３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，４１ａ，４１ｂ，６２、ヒーター電源２６等は、プロセスコントローラ９０に接続されて制御される構成となっている。

また、プロセスコントローラ９０には、オペレータが成膜装置１００の各構成部を管理するためにコマンドの入力操作などを行うキーボードや、成膜装置１００の各構成部の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース９１が接続されている。

さらに、プロセスコントローラ９０には、成膜装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ９０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムすなわちレシピや、各種データベース等が格納された記憶部９２が接続されている。レシピは記憶部９２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスク等の固定的に設けられているものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース９１からの指示等にて任意のレシピを記憶部９２から呼び出してプロセスコントローラ９０に実行させることで、プロセスコントローラ９０の制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。

次に、上記エッジカバーリング２４について説明する。
図２は、載置台２２のエッジカバーリングが設けられている部分を拡大して示す断面図である。このエッジカバーリング２４は、上述したように、載置台２２からウエハＷの外側の領域への熱影響を緩和する機能を有している。そのような機能を発揮するために、少なくとも載置台２２との界面部分が載置台２２の構成材料よりも輻射率の小さい材料で構成されている。

図２の例では、母材２４ａとその表面に設けられた低輻射率膜２４ｂとを有している。低輻射率膜２４ｂはＣＶＤやＰＶＤ等の方法により成膜することができる。具体的には、母材２４ａは例えばシリコンで構成され、低輻射率膜２４ｂは例えばタングステン（Ｗ）膜で構成されている。

低輻射率膜２４ｂをＷ膜で構成する場合には、Ｗ膜は本質的に輻射率が低いため、載置台２２からの熱によるウエハＷの外側の領域の温度上昇を抑制することができる。すなわち、エッジカバーリング２４の少なくとも載置台２２との界面を輻射率の低いＷ膜とすることができ、これにより載置台２２からエッジカバーリング２４へ供給されるエネルギー量（熱量）を少なくして、エッジカバーリング２４自体の温度上昇を抑制することができる。このため、結果的にウエハＷの外側の領域の温度上昇が抑制される。

もちろん、エッジカバーリング２４はその温度上昇を緩和する機能を有していれば、このような構造に限るものではなく、例えばタングステン（Ｗ）単体で構成することもできる。

エッジカバーリング２４の厚みは１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。１ｍｍ未満になると、エッジカバーリングの厚みが薄いためエッジカバーリング２４の温度が上昇してウエハ外周部の膜厚が厚くなりやすく、膜厚の面内均一性が悪化しやすい。一方、３ｍｍを超えると、後述する図９からもわかるように、今度はウエハ外周部の膜厚が薄くなりやすく、やはり膜厚の面内均一性が悪化しやすくなる。

このように構成される成膜装置を用いてウエハ上にＷ膜を成膜する際には、まず、ウエハＷの成膜処理を行う前に、必要に応じてプリコートを行う。このプリコートは、所定の条件でＳｉ含有ガス供給機構（図示せず）によりＳｉＨ_４ガスのようなＳｉ含有ガスを供給して処理容器２１内にＳｉ膜を成膜し、次いで、窒化ガス供給機構（図示せず）によりＮＨ_３ガスのような窒化ガスを供給して窒化処理し、その後Ｗ（ＣＯ）_６ガスを供給してＷ膜を成膜し、さらに窒化処理を経てＳｉ膜の成膜を行う。その後、ダミーウエハを載置台２２に載置した状態でＷ（ＣＯ）_６ガスを供給して、載置台２２のウエハＷが載置されない領域とエッジカバーリング２４の表面にＷ膜を成膜する。

必要に応じてプリコートを行った後、Ｗ膜の成膜を行う。
まず、ゲートバルブ５０を開にして搬入出口４９からウエハＷを処理容器２１内に搬入し、載置台２２上に載置する。次いで、ヒーター２５により載置台２２を加熱してその熱によりウエハＷを加熱しつつ、排気装置４５の真空ポンプにより処理容器２１内を排気して、処理容器２１内の圧力を６．７Ｐａ以下に真空排気する。

次いで、バルブ３７ａ，３７ｂを開にして固体状のＷ（ＣＯ）_６原料Ｓが収容された成膜原料容器３３にキャリアガス供給源３５からキャリアガス、例えばＡｒガスを吹き込み、Ｗ（ＣＯ）_６原料Ｓをヒーター３３ａにより加熱して昇華させ、次いでバルブ３７ｃを開にして、生成したＷ（ＣＯ）_６ガスをキャリアガスによりキャリアさせる。そして、バルブ６２を開けて所定の時間のプリフローを行い、プリフローライン６１を通って排気し、Ｗ（ＣＯ）_６ガスの流量を安定させる。

次いで、バルブ６２を閉じると同時にバルブ３７ｄを開けて、Ｗ（ＣＯ）_６ガスを配管３２へ導入してガス導入口３０ｃからシャワーヘッド３０内の拡散室３０ｄに供給する。拡散室３０ｄに供給されたＷ（ＣＯ）_６ガスは拡散されて、シャワープレート３０ａのガス吐出孔３０ｂより処理容器２１内のウエハＷ表面に向けて均一に供給される。これにより、加熱されたウエハＷ表面でＷ（ＣＯ）_６が熱分解して生じたＷがウエハＷ上に堆積しＷ膜が形成される。

この際の処理容器２１内の圧力は上述したように０．１０〜６６６．７Ｐａとされる。圧力が６６６．７Ｐａを超えるとＷ膜の膜質が低下するおそれがあり、一方、０．１０Ｐａ未満では成膜レートが低くなりすぎる。また、Ｗ（ＣＯ）_６ガスのレジデンスタイムは、１００ｓｅｃ以下であることが好ましい。Ｗ（ＣＯ）_６ガス流量は、０．０１〜５Ｌ／ｍｉｎ程度が好ましい。

所定の膜厚のＷ膜が形成された時点で、バルブ３７ａ〜３７ｄを閉じてＷ（ＣＯ）_６ガスの供給を停止し、パージガス供給源３９からパージガスを処理容器２１内に導入してＷ（ＣＯ）_６ガスをパージし、ゲートバルブ５０を開にして搬入出口４９からウエハＷを搬出する。

このような成膜処理に際し、ウエハＷの温度は例えば５００℃に制御されるが、その温度を維持するためには、載置台２２を６７５℃に加熱する必要がある。この場合、載置台２２はウエハＷよりも大径であり、エッジカバーリングを設けずに単に載置台２２にウエハＷを載置した場合には、図３の模式図に示すように、温度Ｔ１が５００℃のウエハＷの外側に隣接して温度Ｔ２が６７５℃の載置台２２が存在することとなる。このように、ウエハＷと載置台２２との温度差が１７５℃もあるため、原料ガスであるＷ（ＣＯ）_６が分解して発生するＷ（ＣＯ）_５等の中間体の発生量が、ウエハＷの上方よりも載置台２２の上方で多くなると考えられる。このとき載置台２２の外周部で発生した中間体は隣接するウエハの外周部への成膜に大きく影響し、中間体の発生量が多い分ウエハＷの外周部の成膜量が増大してしまい、膜厚が不均一になってしまう。

特に、Ｗ（ＣＯ）_６ガスを用いた成膜の場合、Ｗ（ＣＯ）_６ガスが常圧下において１００℃から分解し始め、１５０℃を超えると分解が顕著になるという分解性が温度に敏感なガスであり、また処理容器２１内の圧力が低いので、載置台２２の輻射熱の影響を受けやすく、このような傾向が顕著となる。

これに対し、本実施形態では、載置台２２からウエハＷの外側の領域への熱影響を緩和する機能を有するエッジカバーリング２４を載置台２２上のウエハＷよりも外側部分を覆うように設けたので、載置台２２のウエハＷよりも外側の領域の温度上昇を抑制することができる。具体的には、エッジカバーリング２４を、少なくとも載置台２２との界面部分が載置台２２の構成材料よりも輻射率の小さい材料で構成することにより、載置台２２からエッジカバーリング２４へ供給されるエネルギー量（熱量）が少なくなり、エッジカバーリング２４自体の温度上昇が抑制される。このため、ウエハＷよりも外側の領域の温度をウエハＷの温度に近づけることができる。したがって、ＣＶＤの原料がＷ（ＣＯ）_６ガスのような１５０℃以下で分解し始めるような有機金属材料であっても、上記のような不都合が生じ難くなる。

この場合に、エッジカバーリング２４と載置台２２との界面部分の輻射率は０．３８以下であることが好ましい。また、エッジカバーリング２４の温度はウエハＷとの温度差が９０℃以内になるような温度であることが好ましい。より好適には、輻射率は０．２３以下、温度差は５０℃以下である。このような温度差を形成するためには、エッジカバーリング２４の材質および形状等を適宜設定すればよい。

特に、上述したように、エッジカバーリング２４を母材２４ａの表面に低輻射率膜２４ｂを形成してなる構成とすれば、載置台２２との界面部分に輻射率の低い膜が存在することとなるため、母材２４ａの材質にかかわらずエッジカバーリング２４の熱影響緩和機能を発揮させることができる。

母材２４ａとしてはシリコンを用いることができる。また、低輻射率膜２４ｂとしては反射率の高い金属系の膜、例えばＷ膜が好ましい。このような構成の場合にも、載置台２２との界面部分（この例の場合には低輻射率膜２４ｂ）の輻射率は０．３８以下であることが好ましい。また、エッジカバーリング２４の温度はウエハＷとの温度差が９０℃以内になるような温度であることが好ましい。より好適には、輻射率は０．２３以下、温度差は５０℃以下である。もちろん、エッジカバーリング２４をタングステン（Ｗ）単体で構成することもできる。

なお、載置台２２を構成するＡｌＮ等のセラミックス材料は、熱エネルギーの大きい赤外領域において１に近い輻射率を有するのに対し、低輻射率膜２４ｂとして用いるＷ膜の輻射率は０．１５程度であるから上述のように大きな効果が得られるが、母材を構成するシリコンの輻射率は０．３０〜０．７２程度、特に４００〜６８０℃の間では０．４３〜０．７２と載置台２２を構成するセラミックス材料よりも小さいから、エッジカバーリング２４をシリコン単体で構成してもある程度の効果を得ることができる。

次に、エッジカバーリング２４の構造等による効果の違いをシミュレーションにより求めた結果について説明する。
ここでは、図４に示すようなモデルを用いて熱収支バランス計算によりエッジカバーリングの温度を求めた。載置台の温度Ｔ_ｓｔｇ＝６７５℃、シャワーヘッドの温度Ｔ_ｓｈ＝５０℃とし、載置台からウエハおよびエッジカバーリングに向けて輻射されるエネルギー量（熱量）をＱ_１とし、ウエハおよびエッジカバーリングからシャワーヘッドに向けて輻射されるエネルギー量（熱量）をＱ_２とし、Ｑ_１＝Ｑ_２として、ステファン・ボルツマンの式を用いてエッジカバーリングの温度Ｔ_Ｅを求めた。また、成膜圧力が２０Ｐａ程度と低いのでガス伝熱は無視し、輻射伝熱のみを考慮した。

また、エッジカバーリング（ＥＣＲ）として、厚さ１ｍｍシリコン（輻射率ε_２ｆ：０．６５）を用い、載置台との間にＷ膜を形成しなかったもの、シリコンの裏面および載置台（輻射率ε_１＝０．８５）の表面のいずれか、または両方に厚さ５００ｎｍのＷ膜（輻射率ε_２ｂ＝０．１８）を形成したものを用いた場合についてシミュレーションした。シャワーヘッドの輻射率ε_３は０．６５とした。

なお、シミュレーションはエッジカバーリングとしてシリコンの上面に厚さ５００ｎｍのＷ膜が形成されているとして計算を行った。その結果を表１に示す。

表１に示すように、エッジカバーリングとしてシリコンのみを用いた場合（Ｎｏ．１）には、エッジカバーリングの温度は６１８．９℃であり、イニシャルの６７５℃から５６．１℃の低下であるが、シリコンの裏面または載置台の表面にＷ膜を形成する（Ｎｏ．２，３）ことにより５３０℃程度とウエハ温度に近いレベルまで低下させ得ることが導かれた。エッジカバーリングの裏面および載置台の表面にＷ膜を成膜した場合（Ｎｏ．４）には４７３．５℃とウエハ温度よりもむしろ低くなることが導かれた。

次に、エッジカバーリングのＷ膜の膜厚と輻射率との関係について実測した結果について説明する。図５は、横軸にＷ膜の膜厚をとり、縦軸に輻射率をとって、これらの関係を示すグラフである。この図に示すように、Ｗ膜の膜厚が１００ｎｍ以上あれば０．１５程度の低い輻射率で安定することがわかる。すなわち、Ｗ膜の低輻射率の効果を安定して得るためには、１００ｎｍ以上の膜厚を有していることが好ましい。

次に、厚さ１ｍｍのシリコン母材の裏面にＷ膜を５００ｎｍの厚さで形成したエッジカバーリングを用いた場合（試験１）、Ｗ膜を形成せずにシリコン母材のみのエッジカバーリングを用いた場合（試験２）、エッジカバーリングを用いない場合（試験３）について、実際にウエハ上にＷ膜を成膜した。

成膜については、予めプリコートを実施しておき、その後ウエハを搬送してＷ膜の本成膜を行った。
まずプリコートに際しては、最初に載置台温度４００℃でＳｉ膜を成膜し、次いで載置台温度を５５０℃に上昇させて１回目の窒化処理を行った後、Ｗ膜を成膜した。さらに載置台温度を６００℃に上昇させて２回目の窒化処理を行い、引き続き２回目のＳｉ膜の成膜を行った。さらに載置台温度を６８０℃に上昇させて３回目の窒化処理を行った。最後にダミーウエハを用いてＷ膜の成膜を行った。条件は以下の通りとした。

・プリコート条件
＜１回目のＳｉ膜成膜＞
載置台温度 ：４００℃
圧力 ：３２６．６Ｐａ
ガス流量 ：Ａｒ／ＳｉＨ_４＝６００／１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
成膜時間 ：６００ｓｅｃ
＜１回目の窒化処理＞
載置台温度 ：５５０℃
圧力 ：１３３．３Ｐａ
ガス流量 ：Ａｒ／ＮＨ_３＝５０／３１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理時間 ：６０ｓｅｃ
＜１回目のＷ膜成膜＞
載置台温度 ：５５０℃
容器温度 ：４１℃
圧力 ：６．７Ｐａ
ガス流量 ：キャリアＡｒ／希釈Ａｒ＝４０／３２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
成膜時間 ：６０ｓｅｃ
＜２回目の窒化処理＞
載置台温度 ：６００℃
圧力 ：１３３．３Ｐａ
ガス流量 ：Ａｒ／ＮＨ_３＝５０／３１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理時間 ：６０ｓｅｃ
＜２回目のＳｉ膜成膜＞
載置台温度 ：６００℃
圧力 ：３２６．６Ｐａ
ガス流量 ：Ａｒ／ＳｉＨ_４＝６００／１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
成膜時間 ：１８００ｓｅｃ
＜３回目の窒化処理＞
載置台温度 ：６８０℃
圧力 ：１３３．３Ｐａ
ガス流量 ：Ａｒ／ＮＨ_３＝５０／３１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理時間 ：６０ｓｅｃ
＜２回目のＷ成膜＞
※ダミーウエハを載置台上に載置した状態で行った。
載置台温度 ：６８０℃
容器温度 ：４１℃
圧力 ：２０Ｐａ
ガス流量 ：キャリアＡｒ／希釈Ａｒ＝９０／７００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
成膜時間 ：３００ｓｅｃ

このプリコートの後、Ｗ膜の本成膜を行った。この際の成膜条件を以下に示す。
・Ｗ膜の本成膜条件
載置台温度 ：６７５℃
容器温度 ：４１℃
圧力 ：２０Ｐａ
ガス流量 ：キャリアＡｒ／希釈Ａｒ＝９０／７００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
成膜時間 ：４８ｓｅｃ
膜厚 ：１０ｎｍ（設定）

試験１〜３によりウエハＷ上に成膜されたＷ膜のシート抵抗（Ｒｓ）を測定した。その結果を図６に示す。図６は横軸を中心からエッジに向かうウエハの位置とし、縦軸をＷ膜のシート抵抗をとって、シート抵抗の面内分布を示すグラフである。図６において縦軸のシート抵抗値はセンターのシート抵抗Ｒｓｃで規格化した値を用いている。また、シート抵抗の面内均一性（ＷｉＷＮＵ）は１σで試験１では５．９％、試験２では９．１％、試験３では１２．０％であった。シート抵抗はＷ膜の膜厚が厚くなるほど低下するから、シート抵抗の面内分布は膜厚の面内分布およびその前提としての温度の面内分布の指標であり、エッジカバーリングを設けることにより、膜厚均一性が改善され、特に、裏面にＷ膜を形成したエッジカバーリングを設けることにより、膜厚均一性が良好になることが確認される。これは、図６に示すように、ウエハ外周部の膜厚が厚くなることが緩和されたことによる。

このときのエッジカバーリングの温度は、試験１では５３０℃、試験２では６２０℃であった。エッジカバーリングを設けなかった試験３におけるエッジカバーリングの温度を載置台の温度である６７５℃として、エッジカバーリング温度とシート抵抗（Ｒｓ）の面内均一性との関係を求めた。その結果を図７に示す。図７は横軸をエッジカバーリングの温度とし、縦軸をシート抵抗の面内均一性として、これらの関係を示すグラフである。一般的なプロセス条件として、シート抵抗の面内均一性（ＷｉＷＮＵ）は１σで８％以下であることが要求されるが、図７より８％以下を達成するためにはエッジカバーリングの温度が５９０℃以下である必要があることがわかる。このときウエハ温度は５００℃であるので、エッジカバーリング２４と被処理基板であるウエハＷとの温度差を９０℃以内にする必要があることがわかる。

そこで、エッジカバーリングを所望の面内均一性が得られる５９０℃以下にするために必要な輻射率の検討を行った。ここでは上述した熱収支バランスを考慮したモデルによりエッジカバーリングの温度とエッジカバーリング裏面の輻射率との関係を見積もった。その結果を図８に示す。図８は横軸をエッジカバーリング裏面の輻射率とし、縦軸をエッジカバーリングの温度として、これらの関係を示すグラフである。図８から、エッジカバーリングの裏面の輻射率を０．３８以下とすることにより、エッジカバーリングの温度を５９０℃以下にして所望の均一性を得ることができることが確認された。

次に、エッジカバーリングの厚さの影響について試験した結果について説明する。上述の試験１では厚さ１ｍｍのシリコン母材に厚さ５００ｎｍのＷ膜を形成したエッジカバーリングを用いてＷ膜の成膜を行ったが、ここでは厚さ３ｍｍのシリコン母材に厚さ５００ｎｍのＷ膜を形成したエッジカバーリングを用いて成膜試験を行った（試験４）。成膜条件は上記試験１〜３と同様とした。成膜されたＷ膜のシート抵抗（Ｒｓ）を測定したところ、面内均一性（ＷｉＷＮＵ）は１σで６．５％であった。また、この際のシート抵抗の面内分布を図９に示す。図９は横軸を中心からエッジに向かうウエハ上の位置とし、縦軸をシート抵抗として、これらの関係を示すグラフである。図９には試験１の面内分布も併せて示している。

この図に示すように、エッジカバーリングの厚さにより、ウエハ外周部のシート抵抗（Ｒｓ）の挙動が変化しており、シリコン母材が３ｍｍまで厚くなるとウエハ外周部シート抵抗がむしろ上昇することがわかった。これは、エッジカバーリングにおいては、シャワーヘッド対向面の方が載置台隣接面よりも温度が低く、そのためエッジカバーリングの厚み方向に温度分布が生じ、この温度分布はエッジカバーリングが厚いほど大きくなるからである。

このことから、エッジカバーリングの厚さを調整することにより、ウエハ外周部でのシート抵抗（Ｒｓ）の変動、すなわち膜厚の変動をコントロールすることができ、より均一なシート抵抗分布（膜厚分布）を得ることができることが確認された。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず種々限定可能である。
例えば、上記実施形態では、エッジカバーリングとしてシリコン母材にＷ膜を形成したものを例示したが、これに限るものではなく、例えば、母材としてＳｉと比較的輻射率の近いＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ等を用い、Ｗ膜の代わりにＷに比較的放射率の近いＴａＮ膜、Ｔａ膜、ＴｉＮ膜、Ｔｉ膜を形成したものを用いることにより、上記条件と類似の条件で適用することができる。また、これら以外にも種々の材料を組み合わせて適用することが可能である。さらに、上記実施形態では母材に膜を形成したエッジカバーリングについて示したが、膜を載置台に形成してもよい。さらにまた、このような母材と膜を有する構造のものに限らず、単一構造のものであっても構わない。

また、上記実施形態ではＣＶＤによりＷ膜を成膜する成膜装置を例にとって示したが、これに限らず、他の膜をＣＶＤで成膜する装置であれば適用可能である。上記実施形態では、ＣＶＤの原料として１５０℃以下の温度で分解し始める有機金属材料であるＷ（ＣＯ）_６を用いた例を示したが、このような１５０℃以下の温度で分解し始める有機金属材料としては、Ｗ（ＣＯ）_６の他に、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４、Ｒｕ_３（ＣＯ）_１２、Ｔａ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_３［ＮＣ（ＣＨ_３）_３］、Ｔａ［ＮＣ（ＣＨ_３）_２Ｃ_２Ｈ_５］［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３、（ｈｆａｃ）Ｃｕ（ｔｍｖｓ）があり、これらを用いてＴｉ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｕを成膜する場合に有効である。さらに、被処理基板についても上記実施形態の半導体ウエハに限らず、液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイ用の基板等、他の基板が適用可能である

Claims (6)

1. 被処理基板を加熱しつつ、被処理基板の表面で成膜用のガスを反応させてＣＶＤにより被処理基板上に所定の膜を成膜するＣＶＤ成膜装置であって、
   真空に保持可能な処理容器と、
   前記処理容器内で被処理基板を載置し、被処理基板よりも大径の載置台と、
   前記載置台に設けられ、被処理基板を加熱する加熱機構と、
   前記処理容器内に成膜用のガスを供給するガス供給機構と、
   前記処理容器内を真空排気する排気機構と、
   前記載置台における被処理基板の外側部分を覆うように設けられ、前記載置台から被処理基板の外側の領域への熱影響を緩和するカバー部材と
   を具備し、
   前記載置台はセラミックス製であり、前記カバー部材は、前記載置台と隣接する面の輻射率が前記載置台の輻射率よりも小さく、かつ０．３８以下である、ＣＶＤ成膜装置。
2. 前記カバー部材は、少なくとも前記載置台と隣接する面を含む部分がタングステンで構成されている、請求項１に記載のＣＶＤ成膜装置。
3. 前記カバー部材は、タングステン単体で構成されている、請求項２に記載のＣＶＤ成膜装置。
4. 前記カバー部材は、被処理基板の外側を囲うように環状をなす、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＣＶＤ成膜装置。
5. 前記カバー部材の厚みが１ｍｍ以上３ｍｍ以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＣＶＤ成膜装置。
6. 前記ガス供給機構は、１５０℃以下で分解し始める金属材料を原料として成膜用ガスを供給する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＣＶＤ成膜装置。

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