JPH02106036A - 選択性モニター方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、選択性モニター方法に関する。

（従来の技術） 一般に、半導体集積回路に金属薄膜を堆積させて配線等
を行なう技術として、長年の間、蒸着やスパッタリング
等の物理的気相成長方法（ＰＶＤ）が使用されてきた。

しかし、超ＬＳＩ等集積回路の高集積化・高速化・高密
度化に伴い、ゲート電極やコンタクト・ホールやスルー
・ホール等の形成の為に、多結晶ＳＬに比べ抵抗が１桁
以上低いｗ（タングステン）等の高融点金属の金属薄膜
を選択的に堆積させる技術が重要となってきている。

上記のように高融点金属を選択的に必要なだけの厚さの
薄膜を形成する技術として選択ＣＶＤ技術がある。この
ＣＶＤ技術では、良質の膜の形成に様々な方法が考えら
れている。例えば警護の形成には次のようなものがある
。気相のｖＦ、　（六弗化タングステン）を同相のＳＬ
　（シリコン）で還元するものがある。　この場合は、
Ｖ膜が堆積初期過程で形成されると、それ以後はほとん
ど堆積せず、今後プロセス的工夫が必要とされていた。

また、気相のＶＦ、を気相のＨ，（水素）で還元するも
のがある。この場合、堆積速度が小さく処理時間がかか
りプロセス的な工夫が必要とされていた。さらに、気相
のＷＦ、を気相のＳｉｎ、　（シラン）で還元するもの
がある。この場合、ＳｉＨ，は反応性が大きいため堆積
速度も大きい値が得られるが、堆積したり膜中にＳｉ原
子を取り込みやすく比抵抗が高くなり、プロセス的工夫
が必要とされていた。

さらにまた、被処理体である半導体ウェハの品種によっ
ては、被処理面の全面に対して選択的に膜付けする部分
の率（開口率）にかなりの差があり、プロセス的にもか
なりの差があった。

上記したように、高融点金属の選択ＣＶＤプロセスには
、様々なものがあり、より良質の薄膜の形成にはプロセ
ス的な工夫がされている。

（発明が解決しようとする課題） ここで、上記各プロセスを行なうに際しては、それぞれ
プロセス条件が異なるため、所望する膜が正確に選択成
長しているかのモニターの要望がある。例えば作業性の
向上や信頼性の向上から、被処理面の所望するところの
みに高融点金属が堆積しているかモニターしたいという
要望がある。

しかし、従来は、プロセス処理後、人間が目視で選択性
の確認を行なっていたため、確認時間が長くかかり、作
業性が低下するという問題点があった。また製造段階に
おいては、正確に選択成長がされなかった被処理基板を
後工程に流すことが考えられ、後工程処理に悪影響を与
え信頼性に欠けているという問題点があった。

この発明は上記点に対処してなされたもので、被処理面
の処理に対する選択性を処理中にモニターすることによ
り、作業性および信頼性の向上が得られる選択性のモニ
ター方法を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、被処理基板の被処理面上の所望する位置に
選択的に処理が行なわれているかモニターする方法にお
いて、上記処理中の上記被処理面からの放射輝度の変化
から選択性をモニターすることを特徴とする。

（作用効果） 処理中の被処理面からの放射輝度の変化から選択性をモ
ニターすることにより、作業時間の短縮ができ、また、
常にモニターできるので正確な処理が行なえ信頼性が向
上する効果が得られる。

（実施例） 以下、本発明方法を半導体製造工程の化学的気相成長に
による薄膜形成工程で１枚葉処理による高融点金属を選
択的な薄膜形成をモニターするものに適用した一実施例
につき図面を参照して説明する。

まず、薄膜形成を行なう選択ＣＶＤ装置の構成を説明す
る。

冷却水等で壁面を冷却可能で気密な円筒状ＡＱ（アルミ
ニウム）製反応チャンバの上方に、被処理基板例えば半
導体ウェハ■を、被処理面が下向きになる如く設置可能
な設置台■が設けられている。そして、この設置台■近
傍には、例えば半導体ウェハ■の外縁を用いて設置台■
に半導体ウェハ■を固定する如く、例えばエアシリンダ
等の昇降機構（イ）を備えた支持体■が設けられている
。そして、この支持体０の予め定められた位置に溝が設
けられていて、この溝に接触型の温度検知機構例えば熱
電対０が設けられている。即ち、上記支持体■で半導体
ウェハ■を設置台■に挟持する時、支持体（ハ）に設け
られた熱電対（０が半導体ウェハ（２）と接触するよう
に構成されている。上記熱電対０は、常温から６００℃
まで対応可能なアルメル・クロメルのにタイプのものが
望ましい。そして、設置台■の上方には石英ガラス製の
窓■を通して設置台■を例えば３００℃〜１０００℃に
加熱可能なＩＲシリンダｉｎｆｒａｒｅｄ　ｒａｙ　ｌ
ａｍｐ）　（８）が設けられている。そして、設置台■
近辺の反応チャンバ■上壁には、例えば２ケ所の排気口
■が設けられ、この排気口０には、反応チャンバ（１）
内を所望の圧力に減圧及び反応ガス等を排出可能な真空
ポンプ（１０）例えばターボ分子ポンプ等が接続されて
いる。

それから、反応チャンバ■下方に酸化系のガスである膜
成長用ガス例えばｗＦｒ、（六弗化タングステン）等を
流出する。多数の微小な流出口をもつ円環状の酸化系ガ
ス導入口（１１）が設けられ、同様に、還元系のガスで
あるキャリアガス例えばＨ２（水素）やＡｒ　（アルゴ
ン）等を流出する、多数の微小な流出口をもつ円環状の
還元系ガス導入口（１２）が設けられている。　これら
ガス導入口（１１゜１２）は流量制御機構（１３）例え
ばマス・フロー・コントローラ等を介してガス供給源に
接続されている。また、設置台■とガス導入口（１１，
１２）の間には、ガスの流れを制御するための例えばス
テッピングモータ等を使用した直線移動による移動機構
（図示せず）を備えた円板状制御板（１４）が設けられ
ている。

そして、円板状制御板（１４）の中心には、設置台■に
設置された半導体ウェハ■の中心に対応する如く軸方向
に直径例えば５■の円筒形の空間（１５）が設けられて
いる。また、この空間（１５）は１反応チャンバＯ〕外
下方に設けられた非接触型の温度検知機構例えばパイロ
メータ（１６）とレンズ（１７）等により気密を保持し
て接続している。上記パイロメータ（１６）は、半導体
ウェハ■の被処理面からの熱放射の放射輝度が温度に依
存することを利用したもので、被処理面に非接触で温度
を検知できる。

例えば、パイロメータ（１６）のレンズ（１７）を介し
て空間（１５）から設置台■に設置された半導体ウェハ
■のほぼ中心の直径例えば２〜３ａｌの部分の熱放射の
放射輝度により、温度検知できる。

二二で、パイロメータ（１６）で温度検知する際には、
被処理面の種類により放射率が異なるので、予め、対象
となる被処理面の放射率を認識しておく、このように定
めて被処理面への選択的な薄膜形成処理を行なうと、処
理中に形成する膜の放射率と、膜が形成される部分の放
射率の違いから、実際の温度は一定でも、パイロメータ
（１６）で検知する温度には変化がでる。このみかけ上
の温度の変化から選択性をモニターするようになってい
る。

そして１反応チャンバ（υの一側面に例えば昇降により
開閉可能なゲートバルブ（１８）を介して、半導体ウェ
ハ■を反応チャンバω内に搬入及び搬出するため、伸縮
回転自在にウェハ■を保持搬送するハンドアーム（１９
）と、ウェハ■を例えば２５枚程度収納したカセット（
２０）を載置して昇降可能な載置台（２１）を内蔵した
気密な搬送予備室（２２）が配設しである。

また、上記した熱電対■およびパイロメータ（１６）の
各温度検知機構により検知した結果による温度制御や、
膜形成装置の動作制御および設定制御は制御部（２３）
により制御される。

次に、上述した選択ＣＶＤ装置により半導体ウェハ■の
被処理面が例えば５ｉ（２４）と５１０２　（２５）の
パターン構造で、５Ｌ（２４）上にｗ（２６）を選択的
に気相成長をさせる方法と、この気相成長の選択性をモ
ニターする方法について説明する。

予備室（２２）の図示しない開閉口よりロボットハンド
又は人手により、例えば被処理半導体ウェハ■が２５枚
程度所定の間隔を設けて積載収納されたカセット（２０
）を、昇降可能な載置台（２１）上に載置する。この時
、ゲートバルブ（１８）は閉じた状態で、反応チャンバ
ω内は既に、真空ポンプ（１０）の働きで所望の低圧状
態となる様に減圧されている。そして、カセット（２０
）をセットした後、搬送予備室（２２）の図示しない開
閉口は気密となる如く閉じられ、図示しない真空ポンプ
で反応チャンバ■と同程度に減圧する。

次に、ゲートバルブ（１８）が開かれ、所望の低圧状態
を保ち、載置台（２１）の高さを調整することにより、
半導体ウェハ■を伸縮自在なハンドアーム（１９）で、
カセット（２０）から所望の１枚を取り出し、反応チャ
ンバ■内に搬入する。この時、支持体■が昇降機構に）
により下降していて、ウェハ■の被処理面を下向きに支
持体■上に載置する。そして、昇降機構に）で支持体０
を上昇し、ウェハ■を設置台■と支持体■で挟持し熱電
対０と半導体ウェハ■とが接触するように設置する。こ
の時既に、工Ｒランプ（ハ）で設置台■は加熱されてい
る。そこで、支持体■のウェハ■当接面は熱伝導率の低
いセラミック等で構成すると、ウェハ■の熱分布が一様
となり、処理ムラが防止できる。また、半導体ウェハ■
の設置台■への設置が終了すると、ハンドアーム（１９
）を搬送予備室（２２）内に収納し、ゲートバルブ（１
８）を閉じる。

次に、半導体ウェハ■の被処理面例えばウェハ■上面積
の数〜数十％をしめる５ｉ（２４）上へＷ（２６）膜を
堆積させる処理を開始する。又、処理中は。

反応チャンバω内を所望の低圧状態例えば１００〜２０
０ａｎＴｏｒｒに保つ如く真空ポンプ（１０）で常に排
気制御しておく。

まず、半導体ウェハ■の被処理面の温度をＩＲランプ■
で所望の温度帯例えば３７０℃程度となる如く急加熱す
る。この時、熱電対０では急加熱に追従できないので、
パイロメータ（１６）を用いて、被処理面から熱放射さ
れる放射輝度を検知して。

ウェハ■の温度を制御部（２３）により検知する。そし
て、この急加熱後、ウェハ■が所望の温度である例えば
３７０℃に安定した時に、ウェハ■の温度検知を、パイ
ロメータ（１６）から熱電対０に切換える。すなわち、
安定性の高い熱電対０で検知した温度により制御部（２
３）で温度調整を行なう。そして、ガス導入口（１１，
１２）から、流量制御機構（１３）で反応ガスを構成す
る膜成長用ガス例えばＷＦ、と還元ガス例えばＩ＋、を
所定量流出し、下式■に示すように、化学的気相成長を
行なう。

ＷＦ、　＋　３８．−＋　Ｗ　＋　６１１Ｆ↑　　　　
　　　　・・・■ここで、この処理に際し、選択性をモ
ニターする方法について説明する。

パイロメータ（１６）は、５Ｌ（２４）とＳｉＯ□（２
５）からなる被処理面の放射率を基準として温度を検知
している。この時、上記０式に示す処理を行なうと、　
５ｉ（２４）上にＷ（２６）が堆積するので、　５ｉ（
２４）とｗ（２６）の放射率の違いから、実際には熱電
対０により一定に温度制御されているにもかかわらず、
パイロメータ（１６）の検知温度は変化する。第１図は
パイロメータ（１６）で検知した温度で、■期間は第２
図（Ａ）に示すように１反応チャンバω内に処理ガスを
供給する前の値で、点線で示す熱電対■の検知温度とほ
ぼ同一である。■期間は、第２図（Ｂ）に示すように、
反応チャンバω内に処理ガスを供給し、５ｉ（２４）上
にＷ（２６）が堆積する初期過程であり、パイロメータ
（１６）の検知温度には変化がみられる。

■期間は、第２図（Ｃ）に示すように、第２図（Ｂ）で
の初期のＷ（２６）の堆積から処理終了時点までで、パ
イロメータ（１６）の検知温度はある一定の値でほぼ安
定している。

すなわち、■期間では、５Ｌ（２４）上にｖ（２６）が
堆積する過程のため、５ｉ（２４）とｖ（２６）の放射
率の変化からパイロメータ（１６）の検知温度が変化し
ている。　また、［相］期間では、Ｖ（２６）上にＶ（
２６）が堆積していくため、放射率の変化は起こらず、
パイロメータ（１６）の検知温度は一定である。また、
■期間での温度変化の割合は、被処理面の全面（Ｓｉ（
２４）　＋　５ｉＯｚ　（２５）　）に対して選択的に
膜付けする部分５Ｌ（２４）の率（開口率）によっても
変わってくる。

例えば開口率が小さい場合温度変化も小さく、開口率が
大きい場合、温度変化も大きくなる。

これらのことから選択性をモニターするには、例えば予
め■の期間でのパイロメータ（１６）の温度変化率を算
出しておく。そして、実際の処理中に起きるパイロメー
タ（１６）の検知温度と上記で算出した値とを比較する
。この比較で、パイロメータ（１６）の検知温度が所定
の誤差以内なら、選択性があると判断し、それ以外は選
択性がないことになる。（例えば第２図（Ｄ）のように
、５ｉ（２４）及びＳｕｎ。

（２５）上にす（２６）が堆積した場合、■期間の温度
変化は計算値より大幅に上まわることになる。

また、■期間では選択性があると判断されても■の安定
期で再びパイロメータ（１６）の検知温度が急激な変化
が起きた場合、何らかの原因で選択性がなくなったと判
断できる。

つまり、パイロメータの温度変化すなわち、被処理面の
熱放射の放射輝度の変化から選択性をモニターすること
ができる。

上記実施例では、膜成長用ガスにＷＦ、を用いてＨ２還
元により被処理面上にＶ膜を選択的に堆積させる例につ
いて説明したがこれに限定されるものではなく、例えば
還元ガスに５ｉ）１．ガスを用いて下式に示すような還
元によりＶ膜を被処理面上に選択的に堆積させても良い
。

２１ｉ１Ｆ、　＋　３Ｓｉ１１．−）　２１１　＋　３
ＳｉＦ　＋　６Ｈ，−・・■また、処理は化学的気相成
長処理に限定するものではなく、被処理面上の所望する
位置に選択的に処理するものなら何れでも良く例えばエ
ツチング処理などにも適宜応用できることは言うまでも
ない。

さらに、被処理面からの熱放射の放射輝度を検知するも
のは何れのものでも良くパイロメータに限定されるもの
ではない。

以上説明したようにこの実施例によれば、被処理基板の
被処理面上の所望する位置に選択的に処理が行なわれて
いるかのモニターを、処理中の被処理面からの放射輝度
の変化から上記選択性をモニターするので、所望する正
確な処理が行なわれたか判断でき信頼性を向上すること
ができる。また、処理中に選択性を判断できるので作業
時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を説明するため処理に際
しパイロメータの検知した温度変化を示す図、第２図は
第１図において処理過程を示す図。 第３図は第１図の処理を行なうＣＶＤ装置の構成図であ
る。 ２・・・半導体ウェハ　　　１６・・・パイロメータ２
４・・・５ｉ ２５・・・ＳｉＯ□ ２６・・・Ｗ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被処理基板の被処理面上の所望する位置に選択的に処理
   が行なわれているかモニターする方法において、上記処
   理中の上記被処理面からの放射輝度の変化から選択性を
   モニターすることを特徴とする選択性モニター方法。