JP2007242826A

JP2007242826A - 成膜装置及び成膜方法

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Publication number: JP2007242826A
Application number: JP2006062088A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Shimazu; 正嶋津; Hidenaru Kafuku; 秀考加福
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】膜質が良く且つ応力の高い膜を成膜可能な成膜装置及び成膜方法を提供する。
【解決手段】支持台４に載置された基板６に膜４１を成膜する際、静電吸着により基板６を支持台４のチャックプレート２１に吸着保持させ、基板６を吸着保持するチャックプレート２１の吸着面と共に、基板６を凸状又凹状に湾曲させ、基板６を湾曲させた状態で、基板６へ膜４１の成膜を行い、基板６への成膜後、チャックプレート２１の吸着面の湾曲を解除して、基板６の湾曲を解除する。
【選択図】図４

Description

本発明は、成膜装置に関し、例えば、半導体デバイスを構成する膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置等に好適なものである。

近年、半導体デバイスの動作速度の向上と共に、その駆動電流の低減も求められており、トランジスタ特性を改善する歪みＳｉ（珪素）は、その解決方法の１つであると考えられている。例えば、応力の高い窒化珪素膜等を基板上に成膜し、その膜を応力源として、Ｓｉに歪みを与えている。

特開平１１−８０９２８号公報

Ｓｉに歪みを与える際に成膜される窒化珪素膜等は、そのプロセス条件を調整することにより、高い応力を得るようにしている。しかしながら、プロセス条件を調整するだけでは、得られる応力に限界があり、所望の高い応力を得ることが困難であった。又、膜中に不純物をドープすることにより、高い応力を得る方法もあるが、不純物のドープにより膜質が低下する問題があった。つまり、膜質を損なうこと無く、応力の高い膜を得ることは難しいものであった。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、膜質が良く、かつ、応力の高い膜を成膜可能な成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る成膜装置は、
基板を静電吸着する支持台を備え、該支持台に吸着保持された前記基板に所定の膜を成膜する成膜装置であって、
前記支持台は、前記基板へ成膜を行う際、前記基板を吸着保持する面が、凸状又凹状に湾曲可能なものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る成膜装置は、
基板を静電吸着する支持台を備え、該支持台に吸着保持された前記基板に所定の膜を成膜する成膜装置であって、
前記支持台は、
前記基板を吸着保持する面が、凸状又凹状に湾曲可能な弾性を有する吸着保持部材と、
前記吸着保持部材の周縁部を固定する固定部材と、
前記吸着保持部材の中央部に接続された接続部材と、
前記基板への成膜を行う際、前記基板を前記吸着保持部材に吸着した後、前記接続部材を移動させて、前記吸着保持部材と共に前記基板を凸状又凹状に湾曲させる駆動手段とを有することを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る成膜装置は、
上記第２の発明に記載の成膜装置において、
前記吸着保持部材を、湾曲可能な厚さの誘電体から構成すると共に、該誘電体の内部に静電吸着のための電極部を埋設したことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る成膜装置は、
上記第２の発明に記載の成膜装置において、
前記吸着保持部材を、湾曲可能な厚さの金属から構成し、該金属を静電吸着のための電極部とすると共に、該金属の表面に誘電体層を形成したことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る成膜装置は、
上記第１乃至第４の発明のいずれかに記載の成膜装置において、
前記所定の膜は、基板に歪みを付与する膜であることを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る成膜方法は、
支持台に載置された基板に所定の膜を成膜する成膜方法であって、
静電吸着により前記基板を前記支持台に吸着保持させ、
前記基板を吸着保持する前記支持台の吸着面と共に、前記基板を凸状又凹状に湾曲させ、
前記基板を湾曲させた状態で、前記基板への成膜を行い、
前記基板への成膜後、前記支持台の吸着面の湾曲状態を解除して、前記基板の湾曲状態を解除することを特徴とする。

上記課題を解決する第７の発明に係る成膜方法は、
上記第６の発明に記載の成膜方法において、
前記所定の膜は、基板に歪みを付与する膜であることを特徴とする。

本発明によれば、基板を湾曲させた状態で、基板への成膜を行うので、プロセス条件を調整する必要がなくなり、膜質が良く、かつ、高い応力を有する膜が成膜可能となり、半導体デバイスの性能を向上させることができる。

本発明に係る成膜装置、成膜方法は、吸着表面が凸状、凹状に湾曲可能な静電チャック装置を有し、静電チャック装置に基板を吸着させた後、吸着表面と共に基板を凸状又は凹状に湾曲して成膜を行い、成膜後、その湾曲状態を元に戻すことにより、成膜した膜に高い応力を持たせるようにしたものである。以下、その具体的な構成を、図１〜図５を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る成膜装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
本発明に係る成膜装置は、図１に示すように、アルミニウム製の円筒状の真空チャンバ１の内部が処理室２として構成されるものであり、真空チャンバ１の上部開口部には、電磁波透過窓となるセラミクス製の円板状の天井板３が、開口部を塞ぐように配設されている。又、真空チャンバ１の下部には、支持台４が支持柱５を介して備えられ、半導体等の基板６が支持台４の上面に載置される。

天井板３の上部には、例えば、複数の円形リングからなる高周波アンテナ７が配置されており、高周波アンテナ７には、インピーダンスマッチングを行う整合器８を介して、プラズマ発生用の高周波電源９が接続されている。

又、真空チャンバ１には、処理室２内に所望のガスを導入するガスノズル１０ａ、１０ｂが設けられると共に排気口１１が設けられている。排気口１１は、図示しない真空排気系へ接続されており、この真空排気系を用いて、処理室２内を所望の圧力に制御している。

なお、詳細は後述するが、基板６を支持する支持台４には電極部が設けられており、この電極部に、ローパスフィルタ１２を介して、直流電源１３から所定の直流電圧を印加している。電極部に所定の直流電圧を印可すると、支持台４の表面に誘起される電荷により、支持台４に載置される基板６に逆極性の電荷が誘起されて、基板６と電極部との間の電位差によりクーロン力が発生し、そのクーロン力によって、基板６を支持台４の表面に、静電的に吸着保持することが可能となる（所謂、静電チャック装置）。

又、この電極部には、インピーダンスマッチングを行うための整合器１４を介して、バイアス用の交流電源１５も接続されており、電極部は、基板６にバイアス電力を印加するバイアス電極としても機能する。上記ローパスフィルタ１２は、この交流電源１５の交流分を遮断するフィルタとして機能している。

上記構成の成膜装置では、高周波電源９から高周波アンテナ７に高周波電力を供給することにより、高周波アンテナ７から天井板３を透過して電磁波が処理室２に入射され、入射された電磁波のエネルギーにより、ガスノズル１０ａ、１０ｂを介して処理室２内に導入されたガスをイオン化して、プラズマを発生させている。そして、発生させたプラズマを用いて、所望のプラズマ処理、例えば、エッチングやＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理を、基板６に施している。例えば、基板６上に窒化珪素膜を成膜する場合には、原料ガスとして、例えば、ＳｉＨ₄（シラン）等を供給し、窒化ガスとして、例えば、ＮＨ₃（アンモニア）、Ｎ₂（窒素）等を供給すればよい。

ここで、図２、図３を用いて、支持台４の構成を詳細に説明する。なお、図２は、支持台４の断面図、図３は、支持台４を構成するチャックプレート２１の構成を説明する図である。

図２に示すように、支持台４は、基板６を吸着保持する円板状のチャックプレート２１（吸着保持部材）と、下方側を支持柱５に固定され、チャックプレート２１の周縁部２１ａを下方側から支持する下部支持部材２２と、下部支持部材２２の周縁部２２ａの外周に固定され、チャックプレート２１の周縁部２１ａを上方側から固定するＬ字断面の上部固定部材２３と、下部支持部材２２の中央部の空間Ｓ１に配設されると共にチャックプレート２１の中央部下部に接続され、支持柱５側に配設されたチャック駆動機構２４（駆動手段）により鉛直方向に移動可能なロッド２５（接続部材）とを有する。なお、チャック駆動機構２４としては、例えば、空圧、油圧等の流体により駆動力を出力可能な空圧装置、油圧装置等や、電気的な作用により駆動力を出力可能なモータ等が用いられる。

チャックプレート２１では、チャックプレート２１の上面が上部固定部材２３の上面と略水平になるように、周縁部２１ａの厚さが他の部分より薄く形成されており、この周縁部２１ａが、固定部材となる下部支持部材２２と上部固定部材２３との間に挟持される構成である。そして、チャックプレート２１の中央部下部に接続されたロッド２５の鉛直方向の移動により、チャックプレート２１が、その接続部分（チャックプレート２１の中尾部分）を中心に、凸状又は凹状に湾曲可能となっている。なお、チャックプレート２１が凹状に湾曲する際、その変形を妨げないように、下部支持部材２２の中央部上面には凹部２２ｂが形成されて、周縁部２１ａ以外のチャックプレート２１の下方側の部分に、空間Ｓ２が形成された構成である。

本発明に係る成膜装置においては、支持台４を上記構成とすることで、チャックプレート２１が凸状又は凹状に湾曲可能であり、その湾曲量は、最も湾曲する中央部分において、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。このように、凸状、凹状に湾曲可能なチャックプレート２１の構成を、図３（ａ）、（ｂ）を用いて、その説明を行う。

図３（ａ）に示すように、静電チャック装置に通常用いられるＡｌ₂Ｏ₃（酸化アルミ）、ＡｌＮ（窒化アルミ）等の誘電体を、上記チャックプレート２１に用いる場合には、チャックプレート２１Ａにおける誘電体プレート３０の厚さを、弾性変形可能なように、通常より薄く形成し（例えば、通常の厚さの半分ほど）、その内部に、電極部となる伝導体アンテナ３１を埋設する構成とする。

又、図３（ｂ）に示すように、チャックプレート２１Ｂにおける金属プレート３２を、弾性変形可能な厚さのＡｌ（アルミニウム）等の金属で形成して、金属プレート３２自体を電極部とし、その上面に、誘電体となるＡｌ₂Ｏ₃（酸化アルミ）、ＡｌＮ（窒化アルミ）等の誘電体層３３を形成するようにしてもよい。この場合、金属プレート３２自体を電極部として機能させるため、上記支持台４における下部支持部材２２、上部固定部材２３、ロッド２５等には、絶縁性を持たせるようにする。

次に、上記支持台４を有する成膜装置における成膜の手順を、図４、図５を用いて説明する。

図４（ａ）〜（ｃ）は、成膜した膜に高い圧縮応力を発生させるため、基板６を凸状に湾曲させて成膜させる手順を示す図である。

具体的には、チャックプレート２１を湾曲させない状態で、Ｓｉ等の基板６をチャックプレート２１に載置し、静電吸着させる（図４（ａ）参照）。そして、基板６をチャックプレート２１に静電吸着させた後、チャック駆動装置２４を駆動させて、ロッド２５を鉛直上方に移動させ、チャックプレート２１を凸状に湾曲させると共に基板６も凸状に湾曲させる。この状態で、窒化珪素膜４１の成膜を行う（図４（ｂ）参照）。そして、成膜後、チャック駆動装置２４を駆動させて、ロッド２５を鉛直下方に移動させ、チャックプレート２１の湾曲状態を解除して、通常の平坦な形状に戻す（図４（ｃ）参照）。基板６は、基板自体の復元力により湾曲状態が解除され、平坦な形状に戻ろうとするため、成膜された窒化珪素膜４１自体に圧縮応力が働くことになる。従って、応力を得るためのプロセス調整を行う必要が無くなり、膜質を低下させることなく、高い圧縮応力の窒化珪素膜４１を得ることができる。そして、その結果、高い圧縮応力の窒化珪素膜４１により基板６へ歪みを付与することが可能となる。

又、図５（ａ）〜（ｃ）では、成膜した膜に高い引張り応力を発生させるため、図４（ａ）〜（ｃ）の場合とは逆に、基板６を凹状に湾曲させて成膜させている。

具体的には、チャックプレート２１を湾曲させない状態で、Ｓｉ等の基板６をチャックプレート２１に載置し、静電吸着させる（図５（ａ）参照）。そして、基板６をチャックプレート２１に静電吸着させた後、チャック駆動装置２４を駆動させて、ロッド２５を鉛直下方に移動させ、チャックプレート２１を凹状に湾曲させると共に基板６も凹状に湾曲させる。この状態で、窒化珪素４２膜の成膜を行う（図５（ｂ）参照）。そして、成膜後、チャック駆動装置２４を駆動させて、ロッド２５を鉛直上方に移動させ、チャックプレート２１の湾曲状態を解除して、通常の平坦な形状に戻す（図５（ｃ）参照）。基板６は、基板自体の復元力により湾曲状態が解除され、平坦な形状に戻ろうとするため、成膜された窒化珪素膜４２自体に引張り応力が働くことになる。従って、応力を得るためのプロセス調整を行う必要が無くなり、膜質を低下させることなく、高い引張り応力の窒化珪素膜４２を得ることができる。そして、その結果、高い引張り応力の窒化珪素膜４２により基板６へ歪みを付与することが可能となる。

なお、チャックプレート自体を当初から凸状又は凹状に湾曲して形成し、そのチャックプレートに基板を吸着させることで、基板を湾曲させる方法もあるが、チャックプレート自体が当初から湾曲して形成されたものは、基板の吸着保持に確実性がなく、基板の湾曲も確実に行えない場合があった。又、この場合、基板の湾曲量はチャックプレートの当初の湾曲形状により一律に決定され、所望の任意の湾曲量、即ち、成膜される膜に所望の任意の応力を発生させることは難しいものであった。

これに対して、本発明に係る成膜装置においては、基板６をチャックプレート２１に吸着保持した後、所望の形状に湾曲しているので、基板６が、チャックプレート２１に吸着ミスすることはなく、所望の形状に確実に湾曲可能である。更に、チャックプレート２１を凸状から凹状まで所望の任意の湾曲量に湾曲可能であるため、成膜される膜に所望の任意の応力を発生させることが可能である。

本発明に係る成膜装置においては、基板を吸着保持するチャックプレート自体を凸状、凹状に湾曲可能であるため、窒化珪素膜に限らず、基板上に成膜する膜に、圧縮応力から引張り応力まで、所望の大きさの応力を付与することが可能となる。

本発明に係る成膜装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。図１に示す成膜装置における支持台４の断面図である。図２に示す支持台４を構成するチャックプレート２１の構成を説明する図である。本発明に係る成膜装置における成膜の手順を説明する図である。本発明に係る成膜装置における成膜の手順を説明する図である。

符号の説明

４支持台
５支持柱
１３直流電源
２１、２１Ａ、２１Ｂチャックプレート
２２下部支持部材
２３上部固定部材
２４チャック駆動機構
２５ロッド
３０誘電体プレート
３１伝導体アンテナ
３２金属プレート
３３誘電体層

Claims

基板を静電吸着する支持台を備え、該支持台に吸着保持された前記基板に所定の膜を成膜する成膜装置であって、
前記支持台は、前記基板へ成膜を行う際、前記基板を吸着保持する面が、凸状又凹状に湾曲可能なものであることを特徴とする成膜装置。
基板を静電吸着する支持台を備え、該支持台に吸着保持された前記基板に所定の膜を成膜する成膜装置であって、
前記支持台は、
前記基板を吸着保持する面が、凸状又凹状に湾曲可能な弾性を有する吸着保持部材と、
前記吸着保持部材の周縁部を固定する固定部材と、
前記吸着保持部材の中央部に接続された接続部材と、
前記基板への成膜を行う際、前記基板を前記吸着保持部材に吸着した後、前記接続部材を移動させて、前記吸着保持部材と共に前記基板を凸状又凹状に湾曲させる駆動手段とを有することを特徴とする成膜装置。
請求項２に記載の成膜装置において、
前記吸着保持部材を、湾曲可能な厚さの誘電体から構成すると共に、該誘電体の内部に静電吸着のための電極部を埋設したことを特徴とする成膜装置。
請求項２に記載の成膜装置において、
前記吸着保持部材を、湾曲可能な厚さの金属から構成し、該金属を静電吸着のための電極部とすると共に、該金属の表面に誘電体層を形成したことを特徴とする成膜装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の成膜装置において、
前記所定の膜は、基板に歪みを付与する膜であることを特徴とする成膜装置。
支持台に載置された基板に所定の膜を成膜する成膜方法であって、
静電吸着により前記基板を前記支持台に吸着保持させ、
前記基板を吸着保持する前記支持台の吸着面と共に、前記基板を凸状又凹状に湾曲させ、
前記基板を湾曲させた状態で、前記基板への成膜を行い、
前記基板への成膜後、前記支持台の吸着面の湾曲状態を解除して、前記基板の湾曲状態を解除することを特徴とする成膜方法。
請求項６に記載の成膜方法において、
前記所定の膜は、基板に歪みを付与する膜であることを特徴とする成膜方法。