JPS62165320A - ウエ−ハ装着装置およびこれを利用するウエ−ハ上の薄膜生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、セラミックコーティングを施した導電材プレ
ートから成る半導体ウェー・・装着装置と、これを利用
して膜厚均一で異物混入のきわめて少ない高品質の薄膜
を半導体ウエーノ・上に生成する方法とに関するもので
ある。

〔従来の技術とその問題点〕

従来、高周波放電を利用してシリコンウェーハ上にアモ
ルファス窒化膜などを！ラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶ
Ｄ）させる工程において、前記ウェーハを装着支持する
装置として多数のカーピンプレートを平行間隔で対向配
置して構成した、？−トまだはサセプタと呼ばれる装置
がある。これは、対向するカーデフプレート間に高周波
電圧を印加しカーデフプレート間に電界を形成して、こ
れによシ上記のような薄膜（デポ膜）を形成するガス成
分を電離させ、ウェーハ表面上に付着堆積させるもので
ある。

このような従来のウェーハ装着装置のカーピンプレート
には、種々の欠点が認められる。その第１は、ウェーハ
上に成長されるデポ膜の膜厚が均一でないことである。

この不均一さは、１枚のウェーハ上の面内不均一さとし
ても現われ、まだ同じ、ｆ−）（−ｔたけサセプタ）を
使用して何回かデポ膜生成を行なう場合にバッチ間（ラ
ン・ツー・ラン）不均一さとしても現われる。

欠点の第２は、生成したデポ膜に異物粒子が付着混入し
、純度の高い（高品質の）薄膜が得られにくいという問
題である。これは、カーボンｙＩｐ−トの場合、高電圧
・高温等の影響下でプレート構成素材であるカーピン粒
子が離脱飛散し、デポ膜に付着混入するためであり、生
成デポ膜の品質を著しく損ない、歩留りを低下させるも
のである。サセプタのプレートとじては、カーダン以外
に例えばステンレス、ニッケルまたはアルミニウムなど
も使用されつるが、この場合でも異物のデポ膜への混入
が認められる。

これはプレート構成素材の粒子の飛散というよりは、前
回ランまでに電極プレート表面に付着した薄膜成分が後
続ランにおいて剥離し、フレークとして飛散混入するた
めである。このようなフレークは特にステンレスプレー
トの表面から剥離しやすいものである。

このような従来の問題点のうち、第１の膜厚不均一は特
に重大なものであるが、その主たる原因の１つと考えら
れるものは、対向プレート間の電界の不均一さである。

対向プレートは、高電圧を印加するため、導電材（カー
ぜン、ステンレス等々）でなければならないが、この対
向導電体間に他の物体が存在しないときは一様に均一な
電界が得られる。しかし、サセプタには本来数枚の半導
体（シリコンなど）ウェーハが間隔を置いて対向して装
着され、ウェーハと隣りのウェーハとの間隔には導電体
の表面が露出している。露出しているプレート面間とウ
ェーハで被われたプレート間とでは、ウェーハがこの場
合導電体に対し本質的には不導体であるため、電界に差
異を生じ、例えば１枚のウェーハについて見れば、その
中心部に作用する電界と周縁部（すなわちウェーハ間隔
に近接している部分）に作用する電界とでは強度が違っ
てくる。そのため、ウェーハ面上に一様なプラズマ放電
を維持することができず、デポ膜の生長厚に差異を生ず
る。

電界強度の差異のほか、電極（導電体）７°レートとこ
れに装着されたウェーハとの接触面における電気抵抗の
変動も膜厚不均一の原因と考えられる。ウェーハの裏面
は比較的粗い面になっており、微視的に見れば第６図に
示すように、ウェーハＷの裏面ａは無数の微小凹凸を有
している。同様に、導電体（カービン）プレー）Ｐの表
面すもこまかい凹凸の存在を免かれず、このような粗面
どうしａ、ｂの接触によって、その間の電気的接触条件
が場所によシ変化し、これが対向プレート間の電界に微
妙な影響を及ぼし、プラズマ放電状態を変化させるため
、ウェーハの表面に吸引堆積されるデポ膜の厚さを不均
一ならしめるものと考えられる。

こうして、デポ膜の膜厚不均一および異物混入は、製造
される半導体回路の信頼性ならびに歩留りを低下させる
ものであって、従来はこれを解決する有効な工業的方法
は見出されていなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記のよう々問題点を解消するためになされ
たもので、その目的とするところは、半導体ウエーノ・
上に生成される薄膜（デポ膜）を均一膜厚で異物混入の
極少なものとなしうるウェーハ装着装置を提供すること
にある。

本発明の他の目的は、上記のようなウェーハ装着装置を
プラズマ気相成長法に利用して、半導体ウエーノ・上に
膜厚均一で異物混入の極少な薄膜（デポ膜）を生成させ
る、生産性大なる方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため本発明は、カーがンプレートま
だはその他の導電材プレートの表面をアルミナまたはそ
の他のセラミックで一様な厚みにコーティングしてカー
トもしくはサセプタを構成するようにしたものである。

このようなが−トもしくはサセプタをプラズマ気相成長
法（ＰＥＣＶＤ）に利用すれば、導電材プレートは最初
から表面を硬質の、好適には研摩仕上げした、絶縁物で
被覆されているから、対向プレート間に生じる一様な高
周波電界はそこに半導体ウェーハを介在させたときも一
様性を乱されることがなく、またウエーノ・と絶縁物表
面との接触面においては電気抵抗の変動などを生じるこ
とがないから、常に対向プレート間に安定一様なプラズ
マ放電を維持することができ、半導体ウェーハ上に生成
されを薄膜（非晶質窒化膜、シリコン膜など）の膜厚を
均一なものならしめると共に、硬質絶縁物被覆を施した
導電材プレートからは粒子が離脱飛散することもなく、
また硬質絶縁物に付着する薄膜成分はフレークとして剥
離しにくいから、ウエーノ・上の薄膜への異物混入を極
少ならしめることができる。

〔発明の実施例〕

次に図面を参照して本発明の実施例について説明する。

まず第１図は本発明に係るウエーノ・装着装置の一実施
例を、その一部を切欠いて示す斜視図であり、第２図は
第１図ＩＩ−ＩＩ線における切断部端面図である。

全体を符号１で示す本発明のウエーノ・装着装置は、図
示の実施例において、６枚のセラミックコート・プレー
ト２を主要構成要素としている。各個のセラミックコー
ト・プレート２の具体的な構成は、第２図に拡大した部
分断面で示すように、導電材プレート３、好適にカービ
ンプレートの全表面をセラミックコート４で一様な厚さ
に被覆して成る。プレート２の上級部には、第２図およ
び第１図に示すように、ウェーハ着脱の便宜のため凹部
５が適宜間隔で形成され、その表面もセラミックコート
４で被われている。６，７は複数の導電材プレート２を
平行間隔で組立てるだめの組付はゲルト、８はスペーサ
である。セラミックコート・プレート２の対向表面には
、第１図に示すように、ウエーノ・Ｗを取付けるためマ
ウントビン９が突設されている。

本発明によれば、導電材プレート３の全表面に、次に述
べるような方法で、セラミックコート４が施されて絶縁
化されるほか、ゲルト６゜７、ス（−サ８、マウントビ
ン９などもすべてセラミックに準じる不導体製とするこ
とが好ましい。

プレート３を作るｉ電材としては、カービンのほか、ス
テンレス、ニッケル捷たはアルミニウムを用いることが
できる。

導電材プレート３にコーティングするセラミックとして
は、アルミナ（Ａｚ２ｏｓ）、酸化チタン（Ｔｉｅ、）
、窒化ケイ素（ＳｉＳＮ４）ｌまたは炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）を用いることができるが、Ａｌ３Ｏ．を用いるのが
好適であり、特にカーがンプレート３をＡｌ２Ｏ．被覆
（４）でコーティングするのが最も望ましい。

セラミックをコーティングする方法としては、プラズマ
溶射法またはロッド法を用いることができる。使用する
セラミックの純度は、コート４にピンホールの生成など
の不具合を避けるだめ９０％以上の純度であることが必
要であり、特に純度９９．６％以上のＡｌ２Ｏ３を用い
ることが望ましい。使用するセラミックの粒径は、１０
μｍ　〜１００μｍの範囲とすればよく、特にセラミッ
クコート４における気孔率の点から１０〜４４μｍとす
るのが望ましい。

形成されるセラミックコート４の厚みは１００〜５００
μｍの範囲とすればよいが、あまり厚くなるとカーぎン
プレート３に反りを生じる傾向が認められるので、実際
的には２５０〜３００μｍ厚の範囲とするのがよい。コ
ーティング完了後、セラミックコート４の表面を研摩仕
上げするのが好適である。こうして本発明のが一トもし
くはサセプタ（ウェーハ装着装置）を構成するプレート
２は、内部がカーがンプレート３などの導電材で、表面
が硬質の研摩仕上げした絶縁物（セラミックコート）４
で一様に被覆されたものとして得られる。導電材プレー
ト３は、後に第４図に説明するように、高周波電源に接
続しうるものとされる。

本発明のセラミックコート・プレート２は、第１図に示
したように、複数プレート２を所定平行間隔に組立てて
、第３図に略示するようなプラズマ気相成長装置におい
てウェーハ装着装置１として利用される。なお、第３図
には図示の便宜上ウェーハを示して力いが、ウェーハＷ
は第１図および第４図に示すように各プレート２の対向
表面にマウントピン９によって取付けられる。

第３図において、ウェーハ装着装置１は適宜反応管１１
内に出入可能に挿置される。反応管１１の一端は真空ポ
ンプ１３に適宜接続され、反応管１１の外周には電熱ヒ
ータなどの加熱体１２が配設される。反応管１１の他端
は開閉ドア１４を介して反応ガスソース１５に接続され
る。ＲＦは高周波電源である。高周波電源ＲＦは、第４
図に略示するように、各セラミックコート・プレート２
の導電材部分に接続され、対向プレート間ｒＣ高周波電
圧を印加する。

第３図のプラズマ気相成長装置の作用について説明する
。まず、ウエーノ・装着装置１を反応管１１外に引き出
して各プレート２の対向面にウェーハＷ（第４図参照）
を装着した後、この装着装置１を再び反応管内部に導入
し、ドア１４を気密に閉じ、真空ポンプ１３により反応
管内部を所定の減圧にする。その後、反応ガスソース１
５よ漫後述する非晶質薄膜を生成するのに必要な反応ガ
スを一定量反応管内に供給し、続いて高周波電源ＲＦよ
り高周波電圧を印加すると、ウェーハ装着装置１の相対
向しているプレート２間でプラズマ放電が形成され、さ
らに外部の加熱体１２によシ与えられる熱の作用と相俟
ってウェーハＷの表面上に所望の薄膜（デポ膜）が均一
厚で純度の高い高品質のものとして生成される。

この気相成長装置で生成され得るデポ膜としては、非晶
質の窒化膜（Ｓｔ、Ｎ４などＳ　１　ｘ　Ｎｙ　）、Ｓ
　ｉｏ、ｃ膜（Ｓｉｎ２など）、シリコン膜、ポリシリ
コン膜等々があるう 本発明によれば、カーがフプレート３上に硬質均一厚の
セラミックコート４を被覆して装着用のプレート２を構
成してあシ、セラミックコート４の表面は研摩仕上げし
であるから、前に従来技術に関し第６図で説明したよう
なウェーハＷとプレート２との接触不均一による電界変
動がなく、また対向プレート２間に形成される高周波電
界はもともと絶縁物セラミックを通してのものであるか
ら、そこへ半導体ウェーハを介在させても電界に影響を
与えることがなく、安定なプラズマ放電を維持すること
ができて均一膜厚のデポ膜を生成することができる。ま
た、従来のカー♂ンゾレー）Ｐ（第６図）のように、カ
ーノン面が露出していないから、高電圧・高温等により
カー２７粒子が飛散することが極めて少なく、異物混入
の極めて少ない高品質のデポ膜を生成することができる
。

このような本発明の効果を証するため、本発明に係るセ
ラミックコート・カーがンプレート２（第２図）と、従
来のカーノン面が露出しているカーノンプレー）Ｐ（第
６図）とをそれぞれ使用したウェーハ装着装置によって
、ウェーハ上に生成されるデポ膜の面内均一性と異物密
度とを試験した結果を表１に示す。

表　　１ 従来品　　　±７チ　　１．５８ケ指 本発明品　　　　　±２チ　　　　ｏ、１６ケ指従来品
はカーがンプレート、本発明品 はＡ／＝、０３をグラズマ溶射によシコートしたカーボ
ンジレート。

（注１）面内均一性は、６インチ・シリコンウェーハに
、前記第３図のような装 置を使ってＳｉ工Ｎアデポ膜を気相成長させ、第５図に
示すウェーハＷの面 内に×印で示す１７ケ所の測定ポイ ントにおけるデポ膜の膜厚を、光学 測定器であるナノス（ツクまたはエ リシソメータによシ測定し、その測　　　□定値を下記
式（１）　ｆ２）に導入して算出したものである。

なお、第５図においてＲ−１５０！ＩＩＩ＋＋１１（外
側の測定ポイントとエツジの 間隔）＝６＋ｍ、θ＝４５°である。

（注２）異物密度は、上記の如く生成したデポ膜（Ｓｉ
ｘＮア）の周辺６ｍｍ以内の全面積に対し、０．３μｍ
以上の大きさの異物ヲレーザースキャン型ノ’？−ティ
クルカウンタにより個数測定し、その 値を測定面積で除して得られたもの である。

こうして、本発明によれば、ウェーハ上に生成される薄
膜の面内均一性は従来技術に比し著しく向上したことが
認められ、また異物密度は大幅に減少し、極めて高品質
、高純度の薄膜の得られることが認められた。また、本
発明のセラミックコート・プレートは反復使用しても、
その露出面（セラミック）はカーノンの損耗に比し著し
くわずかな損耗しか受けず、従って各・ぐクチ間のラン
・ツー・シン均一性も良好に保持されることが認められ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミックコート・導電材プレー
トを使用したウェーハ装着装置の一部を切欠いて示す斜
視図、 第２図は第１図ｌｌ−Ｔｌ線におけるセラミックコート
・導電材プレートの一部切断拡大断面図、第３図は本発
明のウェーハ装着装置を利用するプラズマ気相成長装置
の概念図、 第４図は第３図における高周波電源と各導電材プレート
との接続を示す概念図、 第５図は本発明によシ生成された半導体ウェーハ上の薄
膜の試験法を説明する平面図、第６図は従来のカーがン
プレートとウェーハとの接触面を超拡大して示す部分断
面模式図である。 〔主要符号〕 Ｗ・・・ウェーハ ト・・ウェーハ装着装置 ２・・セラミックコート拳プレート ３・・・導を材プレート（カーがンプレート）４・・・
セラミックコート（アルミナコート）１１・・・反応管 １２・・加熱体 １３・・真空ポンプ １５・・・反応ガスソース ＲＦ・・・高周波電源 特許出願人　日本ニー・ニス・エム株式会社代理人弁哩
士　竹　　内　　澄　　夫 第３図 第４図 第５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カーボン、ステンレス、ニッケルまたはアルミニウ
   ムから成る導電材プレート（３）の表面に、Ａｌ＿２Ｏ
   ＿３、ＴｉＯ＿２、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＳｉＣから成る群
   から選ばれたセラミックコート（４）を約１００〜５０
   ０μｍ厚に被覆してセラミックコート・プレート（２）
   とし、複数枚のセラミックコート・プレート（２）を平
   行間隔で対向配置し、各対向するセラミックコート（４
   ）面上に半導体ウェーハを装着しうるようにして成るウ
   ェーハ装着装置。 ２、前記導電材プレートがカーボンプレートであり、前
   記セラミックコートが純度９０％以上のＡｌ＿２Ｏ＿３
   をプラズマ溶射して形成されたものである特許請求の範
   囲第１項記載のウェーハ装着装置。 ３、前記Ａｌ＿３Ｏ＿３は純度９９．６％以上で粒径１
   ０〜１００μｍのものをロッド状に固めたものをプラズ
   マ溶射する特許請求の範囲第２項記載のウエーハ装着装
   置。 ４、前記Ａｌ＿２Ｏ＿３の粒径が１０〜４４μｍであり
   、コート厚が２５０〜３００μｍである特許請求の範囲
   第３項記載のウェーハ装着装置。 ５、カーボン、ステンレス、ニッケルまたはアルミニウ
   ムから成る導電材プレートの表面に、Ａｌ＿２Ｏ＿３、
   ＴｉＯ＿２、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＳｉＣから成る群から選
   ばれたセラミックを約１００〜５００μｍ厚に被覆した
   セラミックコート・プレート複数枚を平行間隔で対向配
   置して成るウェーハ装着装置の各対向するセラミックコ
   ート上にシリコンまたはその他の半導体ウェーハを離間
   対向して装着し、 該ウェーハ装着装置を気密性の反応管内に 封入して反応管内を減圧し、 該反応管内に反応ガスを導入し、 前記封入されたウェーハ装置の導電材プレ ート部分に高周波電圧を印加すると共に反応管を外部か
   ら加熱して対向するセラミックコート・プレート間に安
   定一様なプラズマ放電を維持させ、 以って半導体ウェーハ表面に膜厚均一で異 物混入のきわめて少ない高品質の非晶質薄膜を生成させ
   ることを特徴とするウェーハ上の薄膜生成方法。