WO2006022328A1

WO2006022328A1 - 成膜装置および成膜方法

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Publication number: WO2006022328A1
Application number: PCT/JP2005/015436
Authority: WO
Inventors: Tatsuya Handa; Yasushi Aiba
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Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2006-03-02
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Abstract

　成膜装置（２０）は、処理容器（２２）と、この容器内へ成膜ガスを含んだ処理ガスを供給するガス供給系と、容器内の雰囲気を排気する排気系とを備えている。処理容器内には、平板状の被処理体（Ｗ）を載置する載置面を有した載置台（４６）が設けられている。この載置台上の被処理体をヒータ（８０）で加熱するようになっている。被処理体の表面周辺部に対して当接／離間して、被処理体を載置台に対して押圧／解放するクランプ装置（５６）が設けられている。載置台の載置面には、被処理体の裏面との間でほぼ密閉された空間を形成して当該被処理体を差圧により一時的に吸着するための凹部（９４）を有する吸着構造（９２）が形成されている。

Description

明細書

成膜装置および成膜方法

技術分野

[0001] 本発明は、半導体ウェ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および成膜方法、並びに成膜装置を制御するコンピュータプログラムに関する。

背景技術

[0002] 一般に、半導体集積回路の製造工程においては、半導体ウェハ表面に配線バターンを形成するため、或ヽ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）、 Ta O (タンタルオキサイド)等の金属或!ヽ

2 5

は金属化合物の薄膜を形成することが行なわれている。それらの薄膜の内、比抵抗力、さぐ膜付け温度も小さくて済む等の理由力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は、原料ガスとして WF (六フッ化タングステン）を用い、これ

6

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、タングステンを堆積させて形成される。

[0003] 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、予めウェハ表面に形成されたバリヤ層上に上記タンダステン膜を堆積させる。ノリャ層としては、 Ti膜、 TiN膜、或いは両者の積層膜がウェハ表面に薄く且つ均一に形成される。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 WF (六フッ化タングステン)ガスと Hガ

6 2 スとを用いる。しかし、これらの成膜ガスを用いてノリャ層上に直接的にタングステン膜を形成しょうとすると、次のような問題がある。まず、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長い期間、すなわちインキュベーションタイムが生じて、処理のスループットが低下することがある。或いは、 WF中のフッ素がバリヤ層中へ

6

拡散して 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、という不都合がある。 [0004] そこで、例えば特開 2003— 193233号公報には、次のような成膜方法が開示されている。すなわち、 WFガスと Hガスとを用いて成膜する前に、 WFガスと Hよりも還

6 2 6 2 元'性の高いガス、例えばモノシラン（SiH )等のシラン系ガスとを用いてタングステン

4

の結晶核よりなる種付け膜 (seeding film)を非常に薄く形成しておく。次に、 WFガス

6 と Hガスとを供給して、種付け膜を起点としてその上から CVD (Chemical Vapor

2

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

[0005] 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に示すように、被処理体である半導体ウェハ Wは、載置台 2上に載置されている。この載置台 2は、図示しない真空引き可能になされた処理容器内に設置されている。ウェハ W表面の周辺部にクランプリング 4で当接させて、ウェハ Wを載置台 2に対して押圧することにより、ウェハ Wが横滑り等しないように保持されている。この状態で、まず図 10 (A)に示すように、成膜ガスとして WFガスと SiHガスと Hガスとを

6 4 2 同時に供給することにより、ウェハ W上に、第 1の薄膜であるタングステン結晶核よりなる種付け膜 6を形成する。次に、図 10 (B)に示すように、成膜ガスとして WFガスと

6

Hガスとを同時に供給して、種付け膜 6を起点として、より高い成膜レートで、第 2の

2

薄膜である金属タングステンよりなる主膜 8を形成する。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、載置台 2 の裏面側へ、ノックサイドガスとして不活性ガス、例えば Arガスが供給されている。

[0006] このように、種付け膜 6を起点として薄膜を堆積させて主膜 8を形成することにより、全体の成膜レートを高くできる。しかも、種付け膜 6がバリヤ機能を発揮するので、主膜 8の堆積時に WF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

6

る。

[0007] し力しながら、図 10 (B)で示す主膜 8を CVDにより堆積させる際、載置台 2の裏面側に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の下面とウェハ周辺部の上面との間の隙間 10の奥深くまで侵入してしまう。これは、そ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るものである。その結果、図 10 (B)に示すように、主膜 8 は、その外周縁 8A力種付け膜 6の外周縁 6Aを完全に覆って、更にその外側まで広がった状態で成膜されてしまう。このため、種付け膜 6の外周縁 6Aよりも外側のゥェハ外周部分 12は、過剰な量の WFガスのフッ素に晒されてアタックされることにな

6

る。また、この部分 12には種付け膜 6を介さずに直接的に主膜 8が形成されるので、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、という問題がある。

発明の開示

[0008] そこで、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、被処理体の周辺部に当接するクランプ装置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の薄膜が第 2の薄膜の形成領域よりも外側にまで形成されるようにして、（第 1の薄膜が形成されていない)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できるようにすることにある。

[0009] この目的を達成するために、本発明は、処理容器と、この処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、前記処理容器内に設けられ、平板状の被処理体を載置する載置面を有した載置台と、前記処理容器内へ成膜ガスを含んだ処理ガスを供給するガス供給系と、前記載置台上の被処理体を加熱するヒータと、前記被処理体の表面周辺部に対して当接 Z離間して、前記被処理体を前記載置台に対して押圧 Z解放するクランプ装置と、を備え、前記載置台の載置面に、前記被処理体の裏面との間でほぼ密閉された空間を形成して当該被処理体を差圧により一時的に吸着するための吸着構造が形成されてヽる、ことを特徴とする成膜装置を提供する。

この成膜装置によれば、被処理体の表面に第 1の薄膜と第 2の薄膜とを連続的に形成する場合において、クランプ装置を被処理体力離間させ、吸着構造を利用して被処理体を載置台上に吸着させた状態で第 1の薄膜を形成した後、クランプ装置で被処理体の周辺部を載置台に対して押圧した状態で第 2の薄膜を形成することができる。これにより、第 1の薄膜が第 2の薄膜の形成領域よりも外側にまで形成されるようにして、（第 1の薄膜が形成されて、な、)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できる。

[0010] より具体的には、この成膜装置は、 (a)前記処理容器内を大気圧よりも低い初期圧力まで減圧する工程と、

(b)前記被処理体の表面に第 1の薄膜を形成する工程であって、

(bl)前記処理容器内の圧力を、前記初期圧力よりも高く大気圧よりも低いプロセス圧力に調整することにより、前記被処理体力前記クランプ装置を離間させた状態で、前記被処理体を前記吸着構造を利用して前記載置台上に吸着させる副行程と、

(b2)前記載置台上に吸着された前記被処理体を加熱しつつ前記処理容器内へ第 1の前記処理ガスを供給して前記第 1の薄膜を形成する副行程と、

を含む行程と、

(c)前記第 1の薄膜上に第 2の薄膜を形成する工程であって、

(cl)前記クランプ装置を前記被処理体に当接させて、前記被処理体を前記載置台に対して押圧する副行程と、

(c2)前記載置台上に押圧された前記被処理体を加熱しつつ前記処理容器内へ第 2の前記処理ガスを供給して前記第 2の薄膜を形成する副行程と、

を含む行程と、

を実行するように、前記排気系、前記ガス供給系、前記ヒータおよび前記クランプ装置を制御する制御器を更に備えことができる。

また、本発明は、処理容器と、この処理容器内に設けられ、平板状の被処理体を載置する載置面を有した載置台と、前記被処理体の表面周辺部に対して当接 Z離間して、前記被処理体を前記載置台に対して押圧 Z解放するクランプ装置と、を備え、前記載置台の載置面に、前記被処理体の裏面との間でほぼ密閉された空間を形成して当該被処理体を差圧により一時的に吸着するための吸着構造が形成されている成膜装置を用いて、前記被処理体の表面に第 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、

(a)前記処理容器内を大気圧よりも低い初期圧力まで減圧する工程と、

(b)前記被処理体の表面に前記第 1の薄膜を形成する工程であって、

(bl)前記処理容器内の圧力を、前記初期圧力よりも高く大気圧よりも低いプロセス圧力に調整することにより、前記被処理体力前記クランプ装置を離間させた状態で、前記被処理体を前記吸着構造を利用して前記載置台上に吸着させる副行程と、 (b2)前記載置台上に吸着された前記被処理体を加熱しつつ前記処理容器内へ第 1の前記処理ガスを供給して前記第 1の薄膜を形成する副行程と、

を含む行程と、

(c)前記第 1の薄膜上に前記第 2の薄膜を形成する工程であって、

(c2)前記載置台上に押圧された前記被処理体を加熱しつつ前記処理容器内へ第

2の前記処理ガスを供給して前記第 2の薄膜を形成する副行程と、

を含む行程と、

を備えたことを特徴とする成膜方法を提供する。

さらに、本発明は、処理容器と、この処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、前記処理容器内に設けられ、平板状の被処理体を載置する載置面を有した載置台と、前記処理容器内へ成膜ガスを含んだ処理ガスを供給するガス供給系と、前記載置台上の被処理体を加熱するヒータと、前記被処理体の表面周辺部に対して当接 Z 離間して、前記被処理体を前記載置台に対して押圧 Z解放するクランプ装置と、を備え、前記載置台の載置面に、前記被処理体の裏面との間でほぼ密閉された空間を形成して当該被処理体を差圧により一時的に吸着するための吸着構造が形成されている成膜装置を用いて、前記被処理体の表面に第 1の薄膜と第 2の薄膜とを連続的に形成するために、

を含む行程と、

(c)前記第 1の薄膜上に前記第 2の薄膜を形成する工程であって、 (cl)前記クランプ装置を前記被処理体に当接させて、前記被処理体を前記載置台に対して押圧する副行程と、

を含む行程と、

を実行するように、前記排気系、前記ガス供給系、前記ヒータおよび前記クランプ装置を制御するプログラムを格納した記憶媒体を提供する。

[0013] 以上のように、クランプ装置を被処理体の周辺部に当接させることなぐ吸着構造を利用して被処理体を載置台上に吸着させた状態で第 1の薄膜を形成し、クランプ装置で被処理体の周辺部を載置台に対して押圧した状態で第 2の薄膜を形成することができる。これにより、第 1の薄膜が第 2の薄膜の形成領域よりも外側にまで形成されるようにして、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できる。図面の簡単な説明

[0014] [図 1]は、本発明による成膜装置の一実施形態を示す断面図である。

[図 2]は、図 1に示した成膜装置のクランプリングを示す底面図である。

[図 3]は、図 1に示した成膜装置の載置台を示す平面図である。

[図 4]は、図 3に示した載置台と、それに支持される被処理体とを示す部分拡大断面図である。

[図 5]は、本発明による成膜方法を (A)〜 (C)の工程順に説明するための部分拡大断面図である。

[図 6]は、図 1に示した成膜装置において、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 7]は、図 1に示した成膜装置において、半導体ウェハを降温させる際の温度変化を (A)ウェハ中心部および (B)ウェハ周辺部で示すグラフである。

[図 8]は、図 3に示した載置台の変形例を示す図である。

[図 9]は、図 3に示した載置台の載置面に形成される吸着構造の 3つの変形例を示す図である。

[図 10]は、従来の成膜方法を (A)〜 (B)の工程順に説明するための部分拡大断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0015] 以下に、本発明に係る成膜装置および成膜方法の実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図 1に示す本実施形態の成膜装置 20は、ヒータとして加熱ランプ 80を用いて高速昇温が可能な枚葉式の成膜装置である。この成膜装置 20は、例えばアルミニウムにより円筒状に成形された処理容器 22を備えている。この処理容器 22の天井部には、成膜ガスを含む処理ガスをこの処理容器 22内へ供給するガス供給系の一部を構成するシャワーヘッド 24が Oリング等のシール部材 26を介して取り付けられている。このシャワーヘッド 24は、例えばアルミニウムにより中空円柱状に成形されたヘッド本体 28を有している。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下方の処理空間 Sへ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いる。

[0016] 上記シャワーヘッド 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、本体 28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、ガス噴射孔 30から処理空間 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が用いられる。上記処理容器 22内の天井部にお、て、上記シャワーヘッド 24の側方には、ガス流を安定ィ匕させるために、例えば石英よりなるリング状のガス流安定ィ匕部材 32が配置されている。

[0017] 処理容器 22の側壁には、ウェハ 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が設けられている。処理容器 22は、このゲートバルブ Gを介して、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が形成されている。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内の雰囲気を圧力制御しつつ排出する排気系が構成されている。

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、る。この支持コラム 38の上部外周には、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の上端内周には、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、例えば石英よりなる環状のアタッチメント部材 44が取り付けられている。

[0018] 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が支持されている。

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 3. 5mm程度の薄板円板状に成形されている。載置台 46の上面は、これと略同一直径の被処理体である半導体ウェハ Wを載置するための載置面となっている。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。図 3にも示すように、この載置台 46 の外周縁には、周方向に略均等に間隔を置いて、リフトピンを通すための 3つのピン揷通部 48が形成されている。ここでは、各ピン揷通部 48は、外方へ開いた半円形状の切り欠きとして成形されて、る。

[0019] また、上記アタッチメント部材 44の内周縁には、載置台 46を支持する環状の係合段部 50が形成されている。係合段部 50には、載置台 46のピン揷通部 48に対応する位置に、同じくリフトピンを通すための 3つの切り欠き（図示せず）が形成されている。また、アタッチメント部材 44には、それらの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揷通させるための 3つのロッド揷通孔 52が形成されている。

そして、載置台 46の外側斜め下方には、 3本のリフトピン 54が上方へ起立させて設けられている。これらのリフトピン 54は、上述した載置台 46のピン揷通部 48およびァタツチメント部材 44の切り欠きを通じてウェハ Wのエッジを支持し、それらの上下動によりウェハ Wを昇降し得るようになって、る。

[0020] そして、載置台 46の外周付近には、これに載置されるウェハ Wを位置ずれしないように保持するためのクランプ装置 56が設けられる。このクランプ装置 56は、ウェハ W の直径よりも 1廻り大きな直径の薄いクランプリング 58を有している。このクランプリング 58は、ウェハ Wに対する金属汚染の恐れが非常に少なぐ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、る。図 2に示すように、クランプリング 58の下面内側には、微小な突起 60が周方向に間隔を隔てて均等に設けられている。クランプ装置 56は、そのリング 58を昇降させて、リング 58の突起 60をウェハ Wの表面周辺部に当接 Z離間させることにより、ウェハ Wを載置台 46に対して押圧 Z解放するようになっている。

[0021] クランプリング 58は、周方向に略等間隔で配置される 3本のシャフト部材 62に連結されている。これらのシャフト部材 62の下端部は、それぞれ、例えば石英製の筒 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可能に支持されている。各筒 64の下部外側には、クランプリング 58に対して水平方向外側へ延びる、例えば石英製のアーム部材 66が連結されている。各アーム部材 66は、例えば酸ィ匕アルミ- ゥム等のセラミックよりなる環状の保持板 68に連結されている。この保持板 68は、その一側下面に接続された、一本の垂直昇降ロッド 70によっ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ァクチユエータに接続されている。

[0022] 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、る。この透過窓 74の下方には、箱状のランプ容器 78が設けられている。このランプ容器 78内にはヒータとしての複数の加熱ランプ 80が、反射鏡も兼ねる回転台 82に取り付けられている。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!/、る。

また、処理容器 22内の底部であって、支持コラム 38の内側には、例えばアルミ-ゥムにより円筒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、半導体ウェハ 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いる。反射部材 84は、斜め下方より当たった加熱ランプ 80からの照射光を載置台 46の裏面側へ反射し得るようになつている。この反射部材 84の上端は、ァタツチメント部材 44の直下近傍まで延びている。反射部材 84の上部には、上記弹発部材用の筒 64を収容する 3つの収容空間 86が、周方向に間隔を置いて画成されている。

[0023] 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、ノックサイドガス供給系 88が設けられている。このバックサイドガス供給系 88は、載置台 46の下方の空間に連通された、図示しな、ガス源に通じるガス導入路 90を有し、このガス導入路 90を通じて Arガスを流量制御しつつ供給できるようになって!/、る。

[0024] 載置台 46の上面である載置面には、ウェハ Wをを差圧により一時的に吸着するための吸着構造 92が形成されている。図 3および図 4に示すように、この吸着構造 92 は、互いに同心に配置された複数の環状凹部 94として形成されている（図 3では、各凹部 94が斜線で示されている）。図 4において、各凹部 94は、例えば幅 W1が 3mm で深さ D1が 0. 3mm程度の矩形状断面を有している。これにより、各凹部 94は、ゥエノ、 Wの裏面との間でほぼ密閉された矩形状断面の空間を形成し得るようになっている。これらの凹部 94は、ウェハ Wによって覆われる載置面上の領域に略均一に、すなわち略等間隔で形成されている。凹部 94どうしの間の間隔 P1は例えば 5mm程度である。これらの数値は単に一例を示しただけであり、プロセス前後の圧力差ゃゥェハ裏面と載置面との間の気密性等に依存するウェハの吸着力および吸着時間等に応じて適宜決定すればょヽ。

[0025] そして、この成膜装置 20は、次に説明するような成膜方法を実行するように上記排気系、ガス供給系、加熱ランプ 80およびクランプ装置 56等を制御するコンピュータプログラムを保有する、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御器 100を備えている。この制御器 100は、例えば、そのようなプログラムを格納した記憶媒体（半導体メモリ、ハードディスクドライブ、 DVD等)から当該プログラムを読みとる。

そのような成膜方法について、図 5も参照して説明する。

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た後、第 2の薄膜形成工程において第 2の薄膜として CVDにより金属タングステンよりなる主膜をより高い成膜レートで形成する場合について説明する。本発明の特徴は、比較的短時間の第 1の薄膜形成工程を、吸着構造 92によりウエノ、 _Wを吸着保持した状態で行うことで、第 1の薄膜である種付け膜をウェハ表面の周辺部のより広い領域まで形成する点にある。

[0026] まず、開放されたゲートバルブ Gを通じて処理容器 22内へウエノ、 Wを搬入し、上昇しているリフトピン 54上に載せる。次に、リフトピン 54を降下させてウエノ、 Wを載置台 46の載置面上に載置する。ウェハ Wの表面には、前工程等において TiN膜等の下地膜力 S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、ウェハ Wの周辺部はまだクランプリング 58によって押圧されていない。

[0027] ゲートバルブ Gを閉じた後、まず排気系によって処理容器 22内を大気圧よりも低い初期圧力まで減圧する減圧工程を行う。この初期圧力は、第 1の薄膜形成工程におけるプロセス圧力より低い、例えば lOOOPa以下、好ましくは 13. 3Pa程度である。この際、載置台 46上のウェハ Wはクランプリング 58により押圧されていないので、載置面とウェハ Wの裏面との間の気密性は低ぐ吸着構造 92の各凹部 94内の雰囲気は処理容器 22内へ容易に洩れ出る。このため、各凹部 94内の圧力も処理容器 2 2内と同じ圧力になる。この時の減圧時間は、直前の処理容器 22内の圧力にもよる力例えば 4〜： L0秒程度である。

尚、減圧中にウェハ 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ておき、減圧が終了した時点でウェハ Wを降下させて図 5 (A)に示すような状態としてちょい。

[0028] 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、クランプ装置 56のクランプリング 58を僅かに下げて、これをウェハ Wの周辺部に当接されることなぐ僅かに離間させて停止する。この時のウェハ Wの表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、リング 58の突起 60の高さ L2は 20〜50 /ζ πι程度であり、クランプリング 58とウェハ Wの周辺部との水平方向の重なり幅 L3は 2〜4mm程度である。

まず、処理容器 22内を、上記初期圧力よりも高く大気圧よりも低いプロセス圧力まで減圧する。同時に、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、この上に載置してあるウェハ Wを迅速に所定の温度まで加熱することができる。

[0029] ウェハ Wがプロセス温度に達したならば、例えば成膜ガスである WFガスや SiHガ

6 4 スゃ Hガスを含む処理ガスをシャワーヘッド 24より処理容器 22内の処理空間 Sへ同

2

時に供給する。これにより、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処理を行う。この成膜処理中、ノックサイドガス供給系 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いる。これにより、当該空間内へ処理ガスが侵入して載置台 46の裏面や透過窓 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、上記プロセス圧力が 100〜12000Pa程度、プロセス温度が 300〜500°C程度、プロセス時間が 5〜60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!、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。一方、上述したようにクランプリング 58の下面とウェハ W表面との間の距離 L1は 4mm程度に設定され、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る。従って、種付け膜 6の外周縁 6Aは、ウェハ Wの周辺部に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の外周縁 6Aは、図 10 (A)に示す従来方法の場合よりも、ウェハ Wの半径方向外方へ大きく広がることになる。

[0030] この第 1の薄膜形成工程において、ウェハ Wは、吸着手段を構成する凹部 94により載置台 46上に吸着保持されているので、載置台 46上で横滑りするようなことはない。すなわち、ウエノ、 Wの裏面と凹部 94との間でほぼ密閉された空間を形成し、その空間内の圧力が、処理空間 S内のプロセス圧力よりも低くなつている。この差圧によりウェハ Wは載置面上に吸着保持される。

ただし、より高圧の処理空間 S内の雰囲気が、ウェハ Wの裏面と載置面との間から少しずつ凹部 94内に侵入してくるので、差圧は少しずつ少なくなつて吸着力が低下してくる。しかし、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、その程度の時間内であれば、十分な吸着力（差圧)が保たれるようになっている。

[0031] 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、クランプ装置 56のクランプリング 58をウェハ W表面の周辺部に当接させ、ウェハ Wを載置台 46に対して押圧して保持する。これにより、凹部 94内の圧力に関係なぐウェハ 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、成膜ガスである WFガスと Hガスを含む

6 2 処理ガスを供給し、 CVD成膜処理により、種付け膜 6を起点として第 2の薄膜であるタングステン金属膜が、より高い成膜レートで主膜 8として形成される。

この際にも、載置台 46の裏面側の空間には、ノックサイドガスとして Arガスが供給されている。この時のプロセス条件は、プロセス圧力力 000〜12000Pa程度、例えば 10666Pa (80Torr)、プロセス温度が例えば 300〜500°C程度、プロセス時間は形成すべき膜厚にもよるが、例えば 60sec程度である。

[0032] 図 5 (C)に示す第 2の薄膜形成工程では、クランプリング 58の下面とウェハ W表面との間の距離、すなわち隙間 96の高さは、図 5 (B)に示す第 1の薄膜形成工程の場合よりも遥かに短くなつている。このため、処理空間 S内の成膜ガスは、ノックサイドガスの効果もあって、この隙間 96内にほとんど侵入してくることができない。その結果、主膜 8の外周縁 8Aは、ウェハ Wの半径方向外方へはそれ程広がらずに形成されること〖こなる。換言すれば、主膜 8の外周縁 8Aは、種付け膜 6の外周縁 6Aよりも半径方向内側に位置することになる。

このため、図 10 (B)に示した従来の場合とは異なり、種付け膜 6の形成されていないウェハ周辺部の露出面力 WFガスのフッ素にアタックされてダメージを受けること

6

を防止することができる。また、この露出面の上記 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。

この第 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、ウェハ温度を降下させる力各凹部 94は載置面に略均一に分布して形成されているため、ウェハ W の温度をその面内均一性を維持した状態で低下させることができる。

[0033] ところで、本実施形態では第 1の薄膜形成工程で、成膜ガスとして WFガス、 SiH

6 4 ガスおよび H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

2

するようにした力これに限定されない。例えば、 WFガスと SiHガスとを交互に供給

6 4

することで、厚さが原子レベルな、し分子レベルの極めて薄、種付け膜を順次積層形成するようにしてもよい。このような膜形成方法を、いわゆる SFD (Sequential F1 ow Deposition)と称す。この SFD成膜の場合には、 1サイクルに 2〜10秒程度、例えば 6秒要し、これを数サイクル〜 10数サイクル程度行う。従って、全体の成膜時間は 60秒程度の短時間で済むので、吸着構造 92によりウェハ Wを十分に吸着保持した状態で行うことができる。

[0034] ここで、処理容器 22内の圧力を 10666Pa (80Torr)に設定した状態から減圧して lOOOPa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、その時の圧力変化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減圧すれば、処理容器 22内の圧力を lOOOPa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短くて済むことが確認できた。

[0035] また実際に、第 1の薄膜形成工程の処理を SFDで行い、この時にウエノ、 Wの滑りが発生した力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に設定した後、設定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秒間行っている。そして、この第 1の薄膜形成工程においてウェ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、減圧工程の設定時間が 5秒程度の時には、ウェハの滑りは発生したが、 6 秒以上である時には、ウエノ、 Wの滑りが発生しな、ことを確認できた。

[0036] ここで、図 8に示す吸着構造 92の変形例について説明する。図 8の吸着構造 92は、図 3に示した環状凹部 94どうしを連通させる複数の連通凹部 98を有している。各連通凹部 98は、載置台 46の直径方向に整列して配置されている。これにより、環状凹部 94どうしが連通されて、各環状凹部 94間の圧力差がなくなる。このため、第 1の薄膜形成工程におけるウェハ Wの吸着の均一性を向上させると共に、ウェハの降温時における温度の面内均一性を一層向上させることが可能となる。

[0037] 次に、第 2の薄膜形成工程を完了した後に、ウェハ搬出のためにウェハを降温させる際の温度分布の時間変化をシミュレートした結果（図 7)について説明する。図 7 (A )はウェハ中心部の温度変化を示し、図 7 (B)はウェハ周辺部の温度変化を示す。図中、曲線 A1、A2は図 3に示す載置台で処理したウェハ温度を示し、曲線 B1、B2は図 8に示す載置台で処理したウェハ温度を示す。

図 3の載置台の場合には、曲線 A1だけが最初、急激に温度が低下している力全体的にはウェ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いることが確認できた。また、図 8の載置台の場合には、曲線 Bl、 B2共に、最初から急激に温度が低下する同様な傾向を示し、ウェ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、曲線 Al、 A2の場合よりも更に良好であることが確認できた。

[0038] 本実施形態の吸着構造 92は、図 3又は図 8に示すような同心状に配置された環状凹部 94によって形成されるものには限定されない。例えば、図 9 (A)に示す連続した渦巻き状の凹部 94Aや、図 9 (B)に示す格子状に配置された複数の直線形凹部 94 B、或いは図 9 (C)に示す放射状に配置された複数の直線形凹部 94Cによって形成してちよい。

[0039] また、本実施形態では、第 1の薄膜用の成膜ガスにモノシラン (SiH )を用いたが、

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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、第 1の薄膜としてタンダステンの結晶核よりなる種付け膜を形成し、第 2の薄膜として金属タングステンよりなる主膜を形成する場合について説明したが、これにも限定されない。すなわち、平板状の被処理体の表面に第 1の薄膜と第 2の薄膜とを連続的に形成するような成膜を行う場合に本発明を適用することができる。

更に、本実施形態では、被処理体として半導体ウェハを例にとって説明したが、これにも限定されない。例えば、 LCD基板やガラス基板等の平板状の被処理体にも本発明を適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 処理容器と、

この処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、

前記処理容器内に設けられ、平板状の被処理体を載置する載置面を有した載置台と、

前記処理容器内へ成膜ガスを含んだ処理ガスを供給するガス供給系と、前記載置台上の被処理体を加熱するヒータと、

前記被処理体の表面周辺部に対して当接 Z離間して、前記被処理体を前記載置台に対して押圧 Z解放するクランプ装置と、

を備え、

前記載置台の載置面に、前記被処理体の裏面との間でほぼ密閉された空間を形成して当該被処理体を差圧により一時的に吸着するための吸着構造が形成されている、ことを特徴とする成膜装置。

[2] (a)前記処理容器内を大気圧よりも低！ヽ初期圧力まで減圧する工程と、

を含む行程と、

(c)前記第 1の薄膜上に第 2の薄膜を形成する工程であって、

を含む行程と、

を実行するように、前記排気系、前記ガス供給系、前記ヒータおよび前記クランプ装置を制御する制御器を更に備えた、ことを特徴とする請求項 1記載の成膜装置。

[3] 前記吸着構造は、前記載置台の載置面に形成された凹部を有する、ことを特徴とする請求項 1記載の成膜装置。

[4] 前記凹部は、前記被処理体によって覆われる前記載置面上の領域に略均一に分布して形成されて!ヽる、ことを特徴とする請求項 3記載の成膜装置。

[5] 前記載置台の載置面に、互いに同心に配置された複数の環状凹部が形成されている、ことを特徴とする請求項 3記載の成膜装置。

[6] 前記載置台の載置面に、前記環状凹部どうしを連通させる連通凹部がさらに形成されている、ことを特徴とする請求項 5記載の成膜装置。

[7] 前記載置台の載置面に、前記凹部が渦巻状に形成されている、ことを特徴とする請求項 3記載の成膜装置。

[8] 前記載置台の載置面に、格子状に配置された複数の直線形凹部が形成されている、ことを特徴とする請求項 3記載の成膜装置。

[9] 前記載置台の載置面に、放射状に配置された複数の直線形凹部が形成されている、ことを特徴とする請求項 3記載の成膜装置。

[10] 処理容器と、

この処理容器内に設けられ、平板状の被処理体を載置する載置面を有した載置台と、

を備え、

前記載置台の載置面に、前記被処理体の裏面との間でほぼ密閉された空間を形成して当該被処理体を差圧により一時的に吸着するための吸着構造が形成されている成膜装置を用いて、前記被処理体の表面に第 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ぉヽて、

を含む行程と、

を備えたことを特徴とする成膜方法。

[11] 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 10記載の成膜方法。

[12] 前記第 1の薄膜はタングステンの結晶核よりなる種付け膜であり、前記第 2の薄膜は金属タングステンよりなる主膜である、ことを特徴とする請求項 11記載の成膜方法

[13] 処理容器と、

この処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、

を備え、

前記載置台の載置面に、前記被処理体の裏面との間でほぼ密閉された空間を形成して当該被処理体を差圧により一時的に吸着するための吸着構造が形成されている成膜装置を用いて、前記被処理体の表面に第 1の薄膜と第 2の薄膜とを連続的に形成するために、

を含む行程と、

を実行するように、前記排気系、前記ガス供給系、前記ヒータおよび前記クランプ装置を制御するプログラムを格納した記憶媒体。