WO2006049125A1 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

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WO2006049125A1
WO2006049125A1 PCT/JP2005/020004 JP2005020004W WO2006049125A1 WO 2006049125 A1 WO2006049125 A1 WO 2006049125A1 JP 2005020004 W JP2005020004 W JP 2005020004W WO 2006049125 A1 WO2006049125 A1 WO 2006049125A1
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auxiliary heating
film
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PCT/JP2005/020004
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Toshihisa Nozawa
Kiyotaka Ishibashi
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Tokyo Electron Limited
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    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]

Definitions

  • the present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method for depositing a thin film on the surface of an object to be processed such as a semiconductor wafer by thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) or plasma CVD.
  • thermal CVD Chemical Vapor Deposition
  • plasma CVD plasma CVD
  • a thermal CVD process or a plasma CVD process using plasma is used as a film forming process for forming a thin film on a semiconductor wafer or the like.
  • a relatively low pressure of about 0.1 lmTorr (13.3 mPa) to several tens of mTorr (several Pa) is possible!
  • a plasma can be stably generated even in a high vacuum state. Therefore, a plasma processing apparatus that generates high-density plasma using microwaves tends to be used.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a conventional general microwave plasma processing apparatus.
  • the plasma processing apparatus 102 includes a processing container 104 that can be evacuated, and a mounting table 106 on which a semiconductor wafer W provided in the processing container 104 is mounted.
  • a heater 107 is provided inside the mounting table 106.
  • a ceiling plate 108 made of a disk-shaped aluminum nitride, quartz, or the like that transmits microwaves is airtightly provided on the ceiling portion facing the mounting table 106.
  • a disc-shaped planar antenna member 110 having a thickness of about several millimeters is provided on the upper surface or above the top plate 108.
  • a slow wave material 112 made of a dielectric is provided on the upper surface or the upper side of the planar antenna member 110.
  • a ceiling cooling jacket 114 having a cooling water passage through which cooling water flows is provided above the slow wave material 112.
  • the planar antenna member 110 is formed with a large number of microwave radiation holes 116 made of, for example, long groove-like through holes.
  • the microwave radiation holes 116 are generally arranged concentrically or in a spiral shape.
  • an inner cable 120 of the coaxial waveguide 118 is connected to the center of the planar antenna member 110 so that, for example, a 2.45 GHz microwave generated by a microwave generator (not shown) is guided. ing .
  • the microwaves are emitted from the microwave radiation holes 116 provided in the planar antenna member 110 while propagating radially in the radial direction of the antenna member 110, pass through the top plate 108, and enter the processing container 104. And introduced.
  • plasma is generated in the processing space S in the processing vessel 104 to which Ar gas or C F gas is supplied as processing gas.
  • a fluorocarbon (CF) film can be formed on the semiconductor wafer W heated to a predetermined temperature on the mounting table 106.
  • a guide ring for positioning the wafer and a focus ring for concentrating the plasma at the center are provided on the outer peripheral side of the semiconductor wafer W.
  • the in-plane uniformity of the film thickness of the deposited film formed on the wafer surface is very important for improving the product yield and the like.
  • the film thickness of this deposited film varies greatly depending on various factors such as process temperature and process pressure.
  • In-plane uniformity of the film thickness of the deposited film is to maintain a high in-plane uniformity of the wafer temperature during the process. It is particularly important to increase
  • the film processing is performed particularly on the periphery of the wafer.
  • the film thickness of the deposited film tends to be slightly thinner than the film thickness of the rest of the wafer. That is, the in-plane uniformity of the film thickness of the deposited film in the wafer surface tends to be inferior.
  • the reason for this may be that the amount of precursor (precursor) existing in the middle of the gas phase reaction is lower than the wafer central part above the wafer peripheral part during film formation.
  • An object of the present invention is to provide a film forming apparatus and a film forming method capable of greatly improving the in-plane uniformity of the film thickness of a deposited film.
  • the present invention includes a processing container in which the inside can be evacuated, a mounting table provided in the processing container for mounting the object to be processed, and a film forming gas in the processing container
  • a gas supply means for supplying a predetermined gas
  • a plasma forming means for generating plasma in the processing container
  • a heating means for heating the object to be processed
  • auxiliary heating means provided so as to be slightly separated from the periphery of the object to be processed via the object force gap, and control means for controlling the operation of the entire apparatus.
  • a film forming apparatus including the film forming device.
  • the auxiliary heating means heats the atmosphere located above the auxiliary heating means with little thermal influence on the object to be processed. This makes it possible to move the precursor, which is a relatively heavy molecule present in the atmosphere and contributes to film formation, to above the periphery of the object to be processed. As a result, a decrease in film thickness in the peripheral portion of the object to be processed that tends to decrease in thickness compared to the central portion is compensated, and a thin film having a sufficient thickness can be formed. That is, the in-plane uniformity of the film thickness can be maintained high.
  • the plasma forming means includes a planar antenna member for introducing a microwave into the processing container.
  • the surface of the auxiliary heating means is a protection made of yttria (Y ⁇ ).
  • a film is formed.
  • the plasma resistance is improved, i.e., the plasma is not scraped. Therefore, the generation of particles can be suppressed accordingly.
  • the gas supply means has an aluminum shower head.
  • the present invention provides a processing container in which the inside can be evacuated, a mounting table provided in the processing container for mounting an object to be processed, and a film forming gas into the processing container.
  • a gas supply means for supplying a predetermined gas
  • a heating means for heating the object to be processed
  • a peripheral part of the upper surface of the mounting table on the outer side of the peripheral part of the object to be processed.
  • a film forming apparatus comprising: an auxiliary heating unit provided so as to be slightly separated from a target object through a gap; and a control unit for controlling the operation of the entire apparatus.
  • the auxiliary heating means heats the atmosphere located above the auxiliary heating means that hardly affects the object to be processed. This makes it possible to move the precursor, which is a relatively heavy molecule existing in the atmosphere and contributes to film formation, to the upper part of the periphery of the object to be processed. As a result, a decrease in film thickness in the peripheral portion of the object to be processed that tends to decrease in thickness compared to the central portion is compensated, and a thin film having a sufficient thickness can be formed. That is, the in-plane uniformity of the film thickness can be maintained high.
  • the auxiliary heating means is formed in a ring shape.
  • the auxiliary heating means is formed by covering the entire resistance heater with a heat resistant material.
  • the upper surface of the auxiliary heating means is set to be equal to or lower than the horizontal level of the upper surface of the object to be processed placed on the mounting table.
  • the width of the gap is set within a range of 0.3 to 2. Omm.
  • control unit is configured to make the set temperature of the auxiliary heating unit higher than the set temperature of the heating unit.
  • the object to be processed is mounted on a mounting table provided inside a processing container that can be evacuated, and the processing object is heated to a predetermined temperature by a heating unit.
  • a film forming gas is supplied into the container and the film is processed on the surface of the object to be processed
  • the step of disposing auxiliary heating means on the periphery of the upper surface of the mounting table so as to be slightly spaced outside the periphery of the object to be processed via the object body force gap Setting the set temperature of the auxiliary heating means higher than the set temperature of the heating means, and moving the atmosphere located above the auxiliary heating means upward to the periphery of the object to be processed. It is the film-forming method characterized by having provided.
  • the auxiliary heating means heats the atmosphere located above the auxiliary heating means, which hardly affects the object to be processed, and exists in the atmosphere.
  • a precursor that is a relatively heavy molecule and contributes to film formation can be moved above the periphery of the object to be processed.
  • a decrease in film thickness in the peripheral portion of the object to be processed, which tends to decrease in thickness as compared with the central portion is compensated, and a thin film having a sufficient thickness can be formed. That is, the in-plane uniformity of the film thickness can be maintained high.
  • the object to be processed is mounted on a mounting table provided in a vacuum-evacuable processing container, and the object to be processed is heated to a predetermined temperature by a heating unit.
  • a film forming method in which a film forming gas is supplied into a container to perform a film forming process on the surface of the object to be processed, the peripheral part of the upper surface of the mounting table is disposed outside the peripheral part of the object to be processed.
  • the auxiliary heating means is disposed so as to be slightly separated through the object body force gap, and the set temperature of the auxiliary heating means is set higher than the set temperature of the heating means.
  • a computer-readable recording medium including a program for controlling a film forming method, the method comprising: moving an atmosphere located above to a position above a peripheral portion of the object to be processed.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a bottom view showing a shower head portion of a gas supply means.
  • FIG. 3 is a plan view showing the positional relationship between the object to be processed placed on the placing table and the auxiliary heating means.
  • FIG. 4 is a partially enlarged sectional view showing a part of the mounting table.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the behavior of the precursor on the mounting table.
  • FIG. 6A and FIG. 6B are schematic views showing the film thickness distribution of the film deposited on the wafer.
  • FIG. 7 is a graph showing changes in the amount of contamination when a protective film made of yttria is used.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a thermal CVD film forming apparatus to which the present invention is applied.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a conventional general plasma processing apparatus.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a bottom view showing the shower head portion of the gas supply means.
  • FIG. 3 is a plan view showing a positional relationship between the object to be processed placed on the placing table and the auxiliary heating means.
  • FIG. 4 is a partially enlarged sectional view showing a part of the mounting table.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the behavior of the precursor on the mounting table.
  • the film formation apparatus a plasma processing apparatus that forms plasma by microwaves and performs film formation by plasma CVD will be described.
  • a plasma processing apparatus 22 that is a film forming apparatus of the present embodiment has a processing container 24 that is entirely formed into a cylindrical shape.
  • the side wall and the bottom of the processing vessel 24 are made of a conductor such as aluminum and are grounded.
  • the inside of the processing vessel 24 is configured as a sealed processing space S, and plasma is formed in the processing space S.
  • a mounting table 26 for mounting, for example, a semiconductor wafer W as an object to be processed is accommodated on the upper surface.
  • the mounting table 26 is formed in a flat disk shape made of anodized aluminum or the like, for example. Alternatively, as will be described later, it can be formed by a ceramic such as A1N.
  • the mounting table 26 is supported by a support 28 made of, for example, aluminum, which stands up from the bottom of the processing container 24.
  • a gate valve 30 that opens and closes for loading / unloading a wafer into / from the inside of the processing container 24 is provided on the side wall of the processing container 24. Further, an exhaust port 32 is provided at the bottom of the processing container 24. An exhaust passage 34 to which a pressure control valve 35 and a vacuum pump 37 are sequentially connected is connected to the exhaust port 32. As a result, the inside of the processing vessel 24 can be evacuated to a predetermined pressure as required. [0033] Further, the ceiling of the processing container 24 is open (has an opening).
  • a top plate 36 that is permeable to microwaves is airtightly provided through a seal member 38 such as an O-ring.
  • the top plate 36 is made of a ceramic material such as Al 2 O 3, for example. Top plate 36 thickness
  • the length is set to about 20 mm, for example.
  • Plasma forming means 40 for generating plasma in the processing vessel 24 is provided on the top surface of the top plate 36.
  • the plasma forming means 40 has a disk-shaped planar antenna member 42 provided on the upper surface of the top plate 36.
  • a slow wave material 44 having a high dielectric constant characteristic is provided on the planar antenna member 42.
  • the substantially entire upper and side surfaces of the slow wave member 44 are covered with a waveguide box 46 made of a conductive hollow cylindrical container.
  • the flat antenna member 42 is configured as a bottom plate of the waveguide box 46 and faces the mounting table 26.
  • a cooling jacket 48 through which a coolant for cooling the wave guide box 46 flows is provided.
  • the peripheral portions of the waveguide box 46 and the planar antenna member 42 are both electrically connected to the processing container 24.
  • the outer tube 50A of the coaxial waveguide 50 is connected to the center of the upper surface of the waveguide box 46.
  • the internal cable 50B inside the coaxial waveguide 50 is connected to the central portion of the planar antenna member 42 through the through hole at the center of the slow wave member 44.
  • the coaxial waveguide 50 is connected via a mode converter 52 and a waveguide 54 to, for example, a 2.45 GHz microwave generator 56 having matching (not shown).
  • a 2.45 GHz microwave generator 56 having matching (not shown).
  • microwaves can be propagated to the planar antenna member 42.
  • the frequency of the microwave is not limited to 2.45 GHz, and may be another frequency, for example, 8.35 GHz.
  • the waveguide 54 a waveguide having a circular cross section or a rectangular cross section, or a coaxial waveguide can be used.
  • the slow wave material 44 having a high dielectric constant characteristic provided on the upper surface of the planar antenna member 42 in the waveguide box 46 acts to shorten the in-tube wavelength of the microwave by the wavelength shortening effect.
  • the slow wave material 44 for example, aluminum nitride or the like can be used.
  • the planar antenna member 42 corresponds to a 300 mm size wafer
  • the planar antenna member 42 is formed of a conductive material force having a diameter of S350 to 500 mm and a thickness of about 0.5 mm. More specifically, for example, a copper plate or aluminum plate force having a silver-plated surface can be formed.
  • the planar antenna member 42 has a number of microwave radiation holes 58 formed of, for example, long groove-like through holes. It is made.
  • the arrangement form of the microwave radiation holes 58 is not particularly limited. For example, they can be arranged concentrically, spirally, radially, and the like. Alternatively, it can be evenly distributed over the entire surface of the planar antenna member. Further, a set in which the two microwave radiation holes 58 are slightly separated and arranged in a substantially T shape may be arranged concentrically or spirally.
  • a gas supply means 60 for supplying a film forming gas or the like into the processing container 24 is provided above the mounting table 26.
  • the gas supply means 60 is formed in the middle of a gas flow path 62 formed in a lattice shape, a ring-shaped gas flow path 62A, and the gas flow path 62.
  • a shower head portion 66 having a large number of gas injection holes 64 is also provided. In this case, both ends of each grid-shaped gas flow path 62 are connected to a ring-shaped gas flow path 62A so that the gas can flow sufficiently through each gas flow path 62.
  • a large number of openings 68 are formed so as to escape in the vertical direction at positions avoiding the gas flow paths 62 and 62A. Through this opening 68, gas can flow in the vertical direction.
  • the entire shower head 66 can be formed of quartz, aluminum or the like in order to maintain durability in relation to the film forming gas.
  • a CF-based gas is used as the film forming gas, it is preferably formed of aluminum. In this case, since the CF-type gas fluorine and aluminum form a corrosion-resistant aluminum film on the surface of the shower head 66, the durability can be further improved.
  • a gas passage 70 extending to the outside is connected to the ring-shaped gas passage 62A.
  • This gas passage 70 is branched into a plurality of branch passages on the way, and each branch passage is connected to each gas source with an on-off valve 72 and a flow rate controller 74 such as a mass flow controller interposed therebetween.
  • the gas source for example, an Ar gas source 76A for storing Ar gas as an inert gas for plasma, an H gas source 76B for storing H gas, and a film forming gas
  • a C F gas source 76C that stores C F gas is used.
  • the shower head part 66 is provided in two upper and lower stages, and Ar gas and H gas are allowed to flow from one of them.
  • a configuration in which CF gas flows from the other side may be adopted.
  • a plurality of, for example, three lifting pins 78 (only two are shown in FIG. 1) for moving the wafer W up and down when the wafer W is loaded and unloaded are provided.
  • This rise The descending pin 78 is moved up and down by an elevating rod 82 provided so as to penetrate the bottom of the container via an extendable bellows 80.
  • the mounting table 26 is formed with a pin insertion hole 84 through which the elevating pin 78 is inserted.
  • the entire mounting table 26 is made of a heat-resistant material, for example, ceramic such as A1N.
  • a heating means 86 is provided in the heat resistant material.
  • the heating means 86 of the present embodiment includes a thin plate-like resistance heater 88 embedded over substantially the entire area of the mounting table 26.
  • the resistance heater 88 is connected to a heater power source 92 via a wiring 90 that passes through the column 28. Note that an electrostatic chuck that holds Ueno and W by suction can be provided on the mounting table 26.
  • the mounting table 26 formed as described above is provided with auxiliary heating means 94 that is a feature of the present invention.
  • the auxiliary heating means 94 is arranged on the periphery of the upper surface of the mounting table 26 so as to be slightly separated from the periphery of the wafer W via the gap 96.
  • the auxiliary heating means 94 of the present embodiment is formed in a ring shape so as to surround the periphery of the wafer W as shown in FIG.
  • the whole auxiliary heating means 94 is formed of a heat resistant material 98.
  • the heat resistant material 98 for example, a ceramic material made of A1N or SiC can be used.
  • a thin plate-like resistance heater 100 is embedded in the heat-resistant material 98.
  • the resistance heater 100 is connected to a heater power source 104 by a wiring 102 disposed through the mounting table 26 and the support column 28.
  • the heat-resistant material 98 is formed, for example, in a rectangular cross section.
  • a protective film 106 having durability against plasma and durability against plasma cleaning using a cleaning gas is formed on the entire surface of the heat resistant material 98.
  • yttria Y 2 O 3
  • Yttria is for example sprayed
  • the width H 3 of the auxiliary heating means 94 is about 20 mm, and the distance HI between the mounting table 26 and the top plate 36 is about 100 mm.
  • the width H2 of the gap 96 is such that the positioning accuracy when the wafer W is transferred, the distance at which the auxiliary heating means 94 does not affect the wafer itself, and the upper side of the auxiliary heating means 94 In consideration of the behavior of the precursor, for example, it is set within the range of 0.3 to 2. Omm . If the width H2 of the gap 96 is smaller than 0.3 mm, the wafer may not be transferred properly. On the other hand, if the width H2 of the gap 96 is larger than 2. Omm, there is a possibility that the precursor floating above the auxiliary heating means 94 cannot be floated to an appropriate position.
  • the upper surface of the auxiliary heating means 94 is set to have the same force as the horizontal level of the upper surface of the wafer W mounted on the mounting table 26 or less. That is, when the auxiliary heating means 94 is viewed in the horizontal direction from the upper surface of the wafer W, the auxiliary heating means 94 is set in such a state that it cannot be visually recognized. As a result, the upper surface of the peripheral portion of the wafer W does not receive radiant heat from the auxiliary heating means 94. Thereby, the thermal influence on the peripheral part of the wafer W from the auxiliary heating means 94 is suppressed as much as possible.
  • the overall operation of the plasma processing apparatus 22 is controlled by a control means 108 such as a microcomputer.
  • a computer program for performing this operation is stored in a storage medium 110 such as a flexible disc, CD (Compact Disc), or flash memory.
  • a storage medium 110 such as a flexible disc, CD (Compact Disc), or flash memory.
  • each gas supply and flow rate control, microwave supply and power control, temperature control of each heating means 86 and 94, process pressure control, etc. are performed. It's like! /
  • the semiconductor wafer W is accommodated in the processing container 24 via the gate valve 30 by a transfer arm (not shown).
  • the semiconductor wafer W is mounted on the mounting surface which is the upper surface of the mounting table 26 by moving the lifting pins 78 up and down.
  • the inside of the processing vessel 24 is maintained within a predetermined process pressure, for example, within a range of 0.01 to several Pa, and, for example, argon gas and film-forming gas (from the shower head portion 66 of the gas supply means 60 ( CF gas) is supplied while the flow rate is controlled.
  • a predetermined process pressure for example, within a range of 0.01 to several Pa
  • argon gas and film-forming gas from the shower head portion 66 of the gas supply means 60 ( CF gas) is supplied while the flow rate is controlled.
  • Microwaves generated by the living vessel 56 are supplied to the planar antenna member 42 via the waveguide 54 and the coaxial waveguide 50. Thereby, in the processing space S, a microwave whose wavelength is shortened by the action of the slow wave material 44 is introduced, and plasma is generated. Thereby, a predetermined plasma CVD process is performed. At this time, the wafer W on the mounting table 26 is heated by the heating means 8.
  • the resistance heater 88 of 6 maintains the predetermined process temperature substantially uniformly in the surface.
  • the microwave is introduced into the processing space S immediately below the planar antenna member 42 as described above.
  • This microwave excites argon gas into plasma, diffuses downward, and activates the CF gas, which is a film-forming gas, to produce active species.
  • the active species include argon gas, diffuses downward, and activates the CF gas, which is a film-forming gas, to produce active species.
  • a CF film is formed on the surface of the wafer W.
  • the force depending on the process temperature Generally, the wafer W receives radiant heat from the plasma generated in the processing space S. For this reason, the wafer W is heated not only by the heating means 86 but also by ion irradiation with the plasma force.
  • the gas in the processing space S diffuses substantially uniformly around the periphery of the wafer W while flowing down the processing space S, and is exhausted from the exhaust port 32 at the bottom of the container.
  • the film forming gas causes a gas phase reaction. This gas phase reaction is promoted by the active species. In the process of this gas phase reaction, a precursor made of a relatively heavy molecule such as CF is generated. This precursor is even more
  • the amount of 5 8 was about 300 sccm, and the process pressure was about 7 Pa (50 mTorr). Further, the set temperature of the heating means 86 of the mounting table 26 was about 380 ° C., and the set temperature of the auxiliary heating means 94 was about 400 ° C. which was higher than the set temperature of the calo heat means 86. At this time, the wafer temperature was about 350 ° C.
  • the precursor that promotes the deposition amount of the deposited film flows in the gas flow direction, but the trend is also defined by thermal diffusion.
  • precursors tend to gather in areas where the temperature is relatively low.
  • the temperature of the mounting table portion on the outer side of the wafer edge is relatively low.
  • the precursor has moved above the outer region of the wafer edge, which is a cold part.
  • the amount of film formation at the wafer peripheral portion is reduced and the in-plane uniformity of the film thickness is reduced as the precursor concentration is lowered in the region above the wafer peripheral portion. .
  • Auxiliary heating means 94 is provided so as to surround the periphery of the wafer w, with the wafer W force separated by a slight gap 96 without contacting the wafer W.
  • the temperature of the auxiliary heating means 94 was set slightly higher than that of the heating means 86 provided on the mounting table 26. As a result, as shown in FIG. 5, the atmosphere in the region Ml above the auxiliary heating means 94 was heated by the auxiliary heating means 94.
  • the atmosphere in the region Ml is heated to a higher temperature than in the case of the conventional apparatus, so that the precursor existing in the region Ml has a slight temperature above the periphery of the wafer W. It will move to the lower area M2.
  • the film formation amount in the peripheral portion of the wafer W is compensated. That is, it is possible to prevent the film formation amount from decreasing in the peripheral portion of the wafer W. This can prevent in-plane uniformity of the film thickness of the deposited film on the wafer from being lowered. That is, the concentration of the precursor in the region above the wafer W can be made substantially uniform by the action of the auxiliary heating means 94.
  • the auxiliary heating means 94 is arranged in a state in which the edge forces of Ueno and W are slightly separated. For this reason, the auxiliary heating means 94 has almost no effect of heating the peripheral portion (edge) of the wafer. That is, the auxiliary heating means 94 hardly affects the wafer W heated by the heating means 86 provided on the mounting table 26 in a state where the in-plane temperature uniformity is high. In other words, the auxiliary heating means 94 does not destroy the uniformity of the in-plane temperature of the wafer.
  • the upper surface of the auxiliary heating means 94 is set to be equal to or lower than the horizontal level of the upper surface of the wafer W so that the auxiliary heating means 94 cannot be seen from the upper surface of the wafer W.
  • the radiation heat to is almost completely cut off. For this reason, the thermal adverse effect of the auxiliary heating means 94 can be almost certainly eliminated.
  • FIG. 6A shows the film thickness distribution when the film is formed using the conventional apparatus
  • FIG. 6B shows the film thickness distribution when the film is formed using the apparatus of the present invention. In this case, both 300mm wafers were deposited.
  • the film thickness on the wafer center side is substantially constant.
  • the film thickness is rapidly decreasing at the periphery of the wafer. That is, the in-plane uniformity of film thickness is low.
  • the film thickness has started to decrease by about 20 mm from the wafer edge, and the final film thickness reduction ratio is about 10%.
  • the degree of film thickness reduction at the wafer peripheral portion is improved. It was confirmed that the final film thickness reduction ratio was suppressed to about 4%. That is, in the case of the apparatus of the present invention, it was confirmed that the in-plane uniformity of the film thickness of the deposited film formed on the upper surface of the wafer can be greatly improved.
  • cleaning gas is flowed into the processing container 24 periodically or every time a predetermined number of wafers are subjected to film forming processing, thereby removing an excessive adhesion film inside the container. A cleaning process is performed.
  • the protective film 106 made of yttria is formed on the entire surface of the auxiliary heating means 94, the resistance of the auxiliary heating means 94 against such plasma cleaning is increased. Particle generation (contamination amount) from can be effectively suppressed.
  • Fig. 7 is a graph showing the change in the amount of contamination when a protective film made of yttria is used.
  • the vertical axis represents the amount of contamination
  • the horizontal axis represents the pressure in the processing vessel.
  • the amount of contamination when a protective film made of alumina (A1 O) is used is also shown.
  • a protective film 106 is provided not only on the surface of the auxiliary heating means 94 but also on the top plate 36. It is preferably formed on the surface of the flange head portion 66 as well.
  • a plasma CVD film forming apparatus that generates plasma using microwaves is described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention introduces a plasma CVD film forming apparatus that generates plasma using a high frequency or a plasma generated outside the processing container 24 into the processing container 24. It can also be applied to the remote plasma CVD film forming apparatus.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a thermal CVD film forming apparatus to which the present invention is applied.
  • the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • auxiliary heating means 94 is provided on the periphery of the upper surface of the mounting table 26 so that the edge force of the wafer W is also slightly separated.
  • the plasma forming means 40 shown in FIG. 1 is not provided.
  • the shower head 66 of the gas supply means 60 is, for example, an ordinary aluminum one and is installed on the ceiling of the processing container 24. Even in such a case, the same effects as the embodiment described with reference to FIG. 1 can be obtained.
  • C F is used as a film forming gas for forming the CF film.
  • the seed is not limited to the CF film, and the present invention can be applied to the case where any other film type is formed.
  • the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and the present invention can also be applied to a glass substrate, an LCD substrate, and the like.

Abstract

　本発明は、内部が真空引き可能な処理容器と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記処理容器内へ成膜用ガスを含む所定のガスを供給するためのガス供給手段と、前記処理容器内でプラズマを立てるためのプラズマ形成手段と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記載置台の上面の周辺部に、前記被処理体の周辺部よりも外側で当該被処理体から隙間を介して僅かに離間するように設けられた補助加熱手段と、装置全体の動作を制御するための制御手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。

Description

明 細 書
成膜装置及び成膜方法
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熱 CVD (Chemical Vapor De position)やプラズマ CVDによって薄膜を堆積させる成膜装置及び成膜方法に関 する。
背景技術
[0002] 一般に、半導体製品の集積回路を形成するには、半導体ウェハ等の被処理体に 対して、成膜処理、改質処理、酸化拡散処理、エッチング処理等の各種の処理が行 われる。近年の半導体集積回路の更なる高密度化、高微細化、薄膜化及び製品歩 留まり向上の要請に応えるために、膜厚の面内均一性の向上が益々重要になって 、 る。
[0003] 半導体ウェハ等に薄膜を形成する成膜処理としては、熱 CVD処理やプラズマを利 用したプラズマ CVD処理が用いられている。特に、 0. lmTorr (13. 3mPa)〜数 10 mTorr (数 Pa)程度の比較的圧力が低!、高真空状態でも安定してプラズマを立てる ことができ、し力も比較的低温でも成膜処理ができることから、マイクロ波を用いて高 密度プラズマを発生させるプラズマ処理装置が使用される傾向にある。
[0004] このようなプラズマ処理装置は、特開平 3— 191073号公報、特開平 5— 343334 号公報、特開平 9— 181052号公報、特開 2001— 274142号公報などに開示され ている。ここで、マイクロ波を用いた一般的なマイクロ波プラズマ処理装置を図 9を参 照して概略的に説明する。図 9は、従来の一般的なマイクロ波プラズマ処理装置を示 す概略構成図である。
[0005] 図 9に示すように、このプラズマ処理装置 102は、真空引き可能になされた処理容 器 104と、処理容器 104内に設けられた半導体ウェハ Wを載置する載置台 106と、 を備えている。載置台 106の内部には加熱ヒータ 107が設けられている。載置台 106 に対向する天井部には、マイクロ波を透過する円板状の窒化アルミや石英等よりなる 天板 108が気密に設けられて 、る。 [0006] 天板 108の上面ないし上方には、厚さ数 mm程度の円板状の平面アンテナ部材 11 0が設けられて 、る。平面アンテナ部材 110の半径方向におけるマイクロ波の波長を 短縮するために、例えば誘電体よりなる遅波材 112が、平面アンテナ部材 110の上 面ないし上方に設置されている。遅波材 112の上方には、内部に冷却水が流れる冷 却水流路を有する天井冷却ジャケット 114が設けられている。これにより、遅波材 11 2等が冷却され得るようになって 、る。
[0007] 平面アンテナ部材 110には、多数の例えば長溝状の貫通孔よりなるマイクロ波放射 孔 116が形成されている。このマイクロ波放射孔 116は、一般的には、同心円状に配 置されたり螺旋状に配置されたりしている。また、平面アンテナ部材 110の中心部に は、同軸導波管 118の内部ケーブル 120が接続されて、図示されないマイクロ波発 生器によって発生された例えば 2. 45GHzのマイクロ波が導かれるようになつている 。これにより、マイクロ波は、アンテナ部材 110の半径方向へ放射状に伝搬されつつ 平面アンテナ部材 110に設けられたマイクロ波放射孔 116から放出され、天板 108を 透過して、処理容器 104の内部へと導入される。このマイクロ波によって、 Arガスや C F ガスが処理ガスとして供給される処理容器 104内の処理空間 Sにプラズマが立
5 8
てられ、載置台 106上の所定の温度に加熱された半導体ウェハ Wに例えばフッ化炭 素 (CF)膜が成膜され得る。なお、半導体ウェハ Wの外周側に、ウェハの位置決めを 行うガイドリングやプラズマを中央部に集中させるフォーカスリングが設けられる場合 もめる。
[0008] ところで、前述したように、ウェハ表面に形成される堆積膜の膜厚の面内均一性は 、製品の歩留まり向上等のために非常に重要である。この堆積膜の膜厚は、プロセス 温度やプロセス圧力等の種々の要因によって大きく変動する力 プロセス中のウェハ 温度の面内均一性を高く維持することが、堆積膜の膜厚の面内均一性を高めるため に特に重要である。
[0009] し力しながら、前述したようなプラズマ処理装置を用いて行われる成膜処理では、ゥ ェハ温度の面内均一性がある程度以上高く維持されても、特にウェハの周辺部にお ける堆積膜の膜厚が、ウェハのそれ以外の部分の膜厚よりも僅かに薄くなる傾向に ある。すなわち、ウェハ面内における堆積膜の膜厚の面内均一性が劣る傾向にある 。この理由は、成膜中におけるウェハ周辺部の上方において、気相反応途中のプリ カーサ（先駆物質)の存在量がウェハ中央部側と比較して少なくなる力 ではないか
、と考えられる。そして、ウェハサイズが大口径化してきた（直径 200mmから 300mm へ)現在の状況下にお ヽては、この問題の早期解決が望まれて ヽる。
発明の要旨
[0010] 本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたもの である。本発明の目的は、堆積膜の膜厚の面内均一性を大幅に向上させることがで きる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
[0011] 本件発明者は、プラズマ CVD処理中に発生するプリカーサの動向について鋭意 研究した。その結果、ウェハの周辺部の外側上方に存在するプリカーサは、当該ゥ ェハの周辺部の外側領域を加熱することによって、当該ウェハの周辺部の上方へと 移動する傾向がある、という知見を得た。そして、当該知見に基づいて、本件発明者 は本発明を想到するに至った。
[0012] 本発明は、内部が真空引き可能な処理容器と、被処理体を載置するために前記処 理容器内に設けられた載置台と、前記処理容器内へ成膜用ガスを含む所定のガス を供給するためのガス供給手段と、前記処理容器内でプラズマを立てるためのブラ ズマ形成手段と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記載置台の上面の 周辺部に、前記被処理体の周辺部よりも外側で当該被処理体力 隙間を介して僅か に離間するように設けられた補助加熱手段と、装置全体の動作を制御するための制 御手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
[0013] 本発明によれば、補助加熱手段が、被処理体に対してはほとんど熱的影響を与え ることなく、当該補助加熱手段の上方に位置する雰囲気を加熱する。これによつて、 当該雰囲気中に存在する比較的重い分子であって成膜に寄与するプリカーサを被 処理体の周辺部の上方へと移動させることができる。これにより、中央部分と比較して 膜厚が減少気味になる被処理体の周辺部における膜厚の減少が補償されて、十分 な厚さの薄膜が形成され得る。すなわち、膜厚の面内均一性が高く維持され得る。
[0014] 好ましくは、前記プラズマ形成手段は、前記処理容器内へマイクロ波を導入するた めの平面アンテナ部材を有する。 [0015] また、好ましくは、前記補助加熱手段の表面には、イットリア (Y Ο )よりなる保護
2 3
膜が形成されている。この場合、プラズマ耐性が向上する、すなわち、プラズマによる 削れがなくなる。従って、その分、パーティクルの発生を抑制することができる。
[0016] また、好ましくは、前記ガス供給手段は、アルミニウム製のシャワーヘッド部を有する
[0017] あるいは、本発明は、内部が真空引き可能な処理容器と、被処理体を載置するた めに前記処理容器内に設けられた載置台と、前記処理容器内へ成膜用ガスを含む 所定のガスを供給するためのガス供給手段と、前記被処理体を加熱するための加熱 手段と、前記載置台の上面の周辺部に、前記被処理体の周辺部よりも外側で当該被 処理体から隙間を介して僅かに離間するように設けられた補助加熱手段と、装置全 体の動作を制御するための制御手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
[0018] 本発明においても、補助加熱手段が、被処理体に対してはほとんど熱的影響を与 えることなぐ当該補助加熱手段の上方に位置する雰囲気を加熱する。これによつて 、当該雰囲気中に存在する比較的重い分子であって成膜に寄与するプリカーサを被 処理体の周辺部の上方へと移動させることができる。これにより、中央部分と比較して 膜厚が減少気味になる被処理体の周辺部における膜厚の減少が補償されて、十分 な厚さの薄膜が形成され得る。すなわち、膜厚の面内均一性が高く維持され得る。
[0019] 例えば、前記補助加熱手段は、リング状に形成されて!、る。
[0020] また、例えば、前記補助加熱手段は、抵抗加熱ヒータの全体を耐熱性材料で覆うこ とによって形成されている。
[0021] また、例えば、前記補助加熱手段の上面は、前記載置台上に載置される被処理体 の上面の水平レベル以下になるように設定されて!、る。
[0022] また、例えば、前記隙間の幅は、 0. 3〜2. Ommの範囲内に設定されている。
[0023] また、例えば、前記制御手段は、前記補助加熱手段の設定温度を前記加熱手段 の設定温度よりも高くするようになって ヽる。
[0024] あるいは、本発明は、真空引き可能な処理容器の内部に設けられた載置台上に被 処理体を載置し、加熱手段によって前記被処理体を所定の温度に加熱しつつ前記 処理容器内に成膜用ガスを供給して前記被処理体の表面に成膜処理を施すと ヽぅ 成膜方法において、前記載置台の上面の周辺部に、前記被処理体の周辺部よりも 外側で当該被処理体力 隙間を介して僅かに離間するように補助加熱手段を配置 する工程と、前記補助加熱手段の設定温度を前記加熱手段の設定温度よりも高く設 定して、前記補助加熱手段の上方に位置する雰囲気を前記被処理体の周辺部の上 方へと移動させる工程と、を備えたことを特徴とする成膜方法である。
[0025] 本発明によれば、補助加熱手段が、被処理体に対してはほとんど熱的影響を与え ることなぐ当該補助加熱手段の上方に位置する雰囲気を加熱して、当該雰囲気中 に存在する比較的重い分子であって成膜に寄与するプリカーサを被処理体の周辺 部の上方へと移動させることができる。これにより、中央部分と比較して膜厚が減少気 味になる被処理体の周辺部における膜厚の減少が補償されて、十分な厚さの薄膜 が形成され得る。すなわち、膜厚の面内均一性が高く維持され得る。
[0026] また、本発明は、真空引き可能な処理容器の内部に設けられた載置台上に被処理 体を載置し、加熱手段によって前記被処理体を所定の温度に加熱しつつ前記処理 容器内に成膜用ガスを供給して前記被処理体の表面に成膜処理を施すという成膜 方法において、前記載置台の上面の周辺部に、前記被処理体の周辺部よりも外側 で当該被処理体力 隙間を介して僅かに離間するように補助加熱手段を配置するェ 程と、前記補助加熱手段の設定温度を前記加熱手段の設定温度よりも高く設定して 、前記補助加熱手段の上方に位置する雰囲気を前記被処理体の周辺部の上方へと 移動させる工程と、を備えたことを特徴とする成膜方法を制御するプログラムを含むコ ンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
図面の簡単な説明
[0027] [図 1]図 1は、本発明に係る成膜装置の一実施の形態を示す構成図である。
[図 2]図 2は、ガス供給手段のシャワーヘッド部を示す下面図である。
[図 3]図 3は、載置台上に載置された被処理体と補助加熱手段との位置関係を示す 平面図である。
[図 4]図 4は、載置台の一部を示す部分拡大断面図である。
[図 5]図 5は、載置台上のプリカーサの挙動を説明するための模式図である。
[図 6]図 6A及び図 6Bは、ウェハ上に堆積した膜の膜厚の分布を示す模式図である。 [図 7]図 7は、イットリアよりなる保護膜を用いた時のコンタミ量の変化を示すグラフで ある。
[図 8]図 8は、本発明を適用した熱 CVD方式の成膜装置を示す概略断面図である。
[図 9]図 9は、従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。
発明を実施するための最良の形態
[0028] 以下に、本発明に係る成膜装置及び成膜方法の実施の形態を添付図面に基づい て詳述する。
[0029] 図 1は、本発明に係る成膜装置の一実施の形態を示す構成図である。図 2は、ガス 供給手段のシャワーヘッド部を示す下面図である。図 3は、載置台上に載置された被 処理体と補助加熱手段との位置関係を示す平面図である。図 4は、載置台の一部を 示す部分拡大断面図である。図 5は、載置台上のプリカーサの挙動を説明するため の模式図である。ここでは、成膜装置として、マイクロ波によりプラズマを形成してブラ ズマ CVDにより成膜を行うプラズマ処理装置が例として説明される。
[0030] 図 1に示すように、本実施の形態の成膜装置であるプラズマ処理装置 22は、全体 が筒体状に成形された処理容器 24を有している。処理容器 24の側壁や底部は、ァ ルミ-ゥム等の導体により構成され、接地されている。処理容器 24の内部は、密閉さ れた処理空間 Sとして構成され、この処理空間 S内にプラズマが形成されるようになつ ている。
[0031] 処理容器 24内には、上面に被処理体としての例えば半導体ウェハ Wを載置する 載置台 26が収容されている。載置台 26は、例えばアルマイト処理されたアルミニウム 等からなる平坦円板状に形成されている。あるいは、後述するように、 A1N等のセラミ ックにより形成され得る。載置台 26は、処理容器 24の底部より起立する例えばアルミ ニゥム等よりなる支柱 28に支持されている。
[0032] 処理容器 24の側壁には、処理容器 24の内部に対してウェハを搬入'搬出するた めに開閉するゲートバルブ 30が設けられている。また、処理容器 24の底部には、排 気口 32が設けられている。排気口 32には、圧力制御弁 35及び真空ポンプ 37が順 次介接された排気路 34が接続されている。これにより、必要に応じて、処理容器 24 内を所定の圧力まで真空引きできるようになつている。 [0033] また、処理容器 24の天井部は開口している（開口部を有している）。ここに、マイクロ 波に対しては透過性を有する天板 36が Oリング等のシール部材 38を介して気密に 設けられている。天板 36は、例えば Al O 等のセラミック材等よりなる。天板 36の厚
2 3
さは、耐圧性を考慮して、例えば 20mm程度に設定される。
[0034] そして、天板 36の上面に、処理容器 24内でプラズマを立てるためのプラズマ形成 手段 40が設けられている。具体的には、プラズマ形成手段 40は、天板 36の上面に 設けられた円板状の平面アンテナ部材 42を有している。平面アンテナ部材 42上に は、高誘電率特性を有する遅波材 44が設けられている。遅波材 44の上方及び側方 の略全面は、導電性の中空円筒状容器よりなる導波箱 46によって覆われている。平 面アンテナ部材 42は、導波箱 46の底板として構成され、載置台 26に対向している。 導波箱 46の上部には、これを冷却するための冷媒が流れる冷却ジャケット 48が設け られている。
[0035] 導波箱 46及び平面アンテナ部材 42の周辺部は、共に処理容器 24と導通されてい る。導波箱 46の上面の中心に、同軸導波管 50の外管 50Aが接続されている。同軸 導波管 50の内部の内部ケーブル 50Bは、遅波材 44の中心の貫通孔を通って、平面 アンテナ部材 42の中心部に接続されている。
[0036] 同軸導波管 50は、モード変換器 52及び導波管 54を介して、マッチング（図示せず )を有する例えば 2. 45GHzのマイクロ波発生器 56に接続されている。これにより、平 面アンテナ部材 42へマイクロ波を伝搬できるようになって 、る。マイクロ波の周波数 は、 2. 45GHzに限定されず、他の周波数、例えば 8. 35GHzなど、であってもよい 。導波管 54としては、断面円形或いは断面矩形の導波管や同軸導波管を用いること ができる。そして、導波箱 46内の、平面アンテナ部材 42の上面に設けられた高誘電 率特性を有する遅波材 44は、波長短縮効果によって、マイクロ波の管内波長を短く するように作用する。遅波材 44としては、例えば窒化アルミ等を用いることができる。
[0037] 平面アンテナ部材 42は、 300mmサイズのウェハに対応する場合には、例えば、直 径カ S350〜500mm、厚みが 0. 5mm程度の導電性材料力 構成される。より具体 的には、例えば表面が銀メツキされた銅板或いはアルミ板力も構成され得る。平面ァ ンテナ部材 42には、例えば長溝状の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射孔 58が形 成されている。マイクロ波放射孔 58の配置形態は、特に限定されない。例えば、同心 円状、螺旋状、放射状などに配置され得る。あるいは、平面アンテナ部材全面に均 一になるように分布され得る。また、 2個のマイクロ波放射孔 58を僅かに離間させて 略 Tの字状に配置してなる組を、同心円状あるいは渦巻状に配置してもよい。
[0038] また、載置台 26の上方には、処理容器 24内へ成膜用ガス等を供給するためのガ ス供給手段 60が設けられている。具体的には、ガス供給手段 60は、図 2に示すよう に、格子状に形成されたガス流路 62と、リング状のガス流路 62Aと、当該ガス流路 6 2の途中に形成された多数のガス噴射孔 64と、を有するシャワーヘッド部 66を備えて いる。この場合、格子状の各ガス流路 62の両端部力リング状のガス流路 62Aに接続 されており、各ガス流路 62には十分にガスが流され得るようになつている。また、シャ ヮーヘッド部 66には、上記各ガス流路 62、 62Aを避けるような位置に、上下方向に 抜ける多数の開口部 68が形成されている。この開口部 68を介して、上下方向にガス が流通できるようになつている。このようなシャワーヘッド部 66の全体は、成膜用ガス との関係で耐久性を維持するために、石英やアルミニウム等で形成され得る。特に、 成膜用ガスとして CF系ガスが用いられる場合には、アルミニウムで形成されることが 好ましい。この場合、 CF系ガスのフッ素とアルミニウムによって、耐食性のあるフツイ匕 アルミニウムの皮膜がシャワーヘッド部 66の表面に形成されるため、より耐久性を向 上させることができる。
[0039] 更に、リング状のガス流路 62Aには、外部に延びるガス路 70が接続されている。こ のガス路 70は、途中で複数の分岐路に分岐されて、各分岐路には開閉弁 72やマス フローコントローラのような流量制御器 74がそれぞれ介設されつつ各ガス源に接続さ れている。ここで、ガス源としては、プラズマ用の不活性ガスとして例えば Arガスを貯 留する Arガス源 76A、 H ガスを貯留する H ガス源 76B、及び、成膜用ガスとして
2 2
例えば C F ガスを貯留する C F ガス源 76Cが用いられている。尚、上記したよう
5 8 5 8
なシャワーヘッド部 66を上下 2段に設けて、その一方から Arガスと H ガスとを流し、
2
他方から C F ガスを流すような構成を採用してもよい。
5 8
[0040] また、載置台 26の下方には、ウェハ Wの搬出入時にウェハ Wを昇降させる複数、 例えば 3本、の昇降ピン 78 (図 1においては 2本のみ記す）が設けられている。この昇 降ピン 78は、伸縮可能なベローズ 80を介して容器底部を貫通するように設けられた 昇降ロッド 82によって昇降される。また、載置台 26には、昇降ピン 78を挿通させるた めのピン揷通孔 84が形成されている。
[0041] 載置台 26の全体は、耐熱材料、例えば A1N等のセラミック、により構成されている。
この耐熱材料中に、加熱手段 86が設けられている。本実施の形態の加熱手段 86は 、載置台 26の略全域に亘つて埋め込まれた薄板状の抵抗加熱ヒータ 88を有して ヽ る。この抵抗加熱ヒータ 88は、支柱 28内を通る配線 90を介して、ヒータ電源 92に接 続されている。尚、載置台 26上には、ウエノ、 Wを吸着保持する静電チャックが設けら れ得る。
[0042] 以上のように形成された載置台 26には、本発明の特徴である補助加熱手段 94が 設けられている。具体的には、補助加熱手段 94は、載置台 26の上面の周辺部に、 ウェハ Wの周辺部に対して外側に隙間 96を介して僅かに離間するように配置されて いる。本実施の形態の補助加熱手段 94は、図 3に示すように、ウェハ Wの周囲を囲 むようにリング状に成形されている。補助加熱手段 94の全体は、耐熱性材料 98によ り形成されている。この耐熱性材料 98としては、例えば、 A1Nや SiCよりなるセラミック 材料を用いることができる。そして、図 4に示すように、この耐熱性材料 98の中に、例 えば薄板状の抵抗加熱ヒータ 100が埋め込まれて 、る。この抵抗加熱ヒータ 100は、 載置台 26中及び支柱 28中を介して配設された配線 102によって、ヒータ電源 104に 接続されている。
[0043] また、耐熱性材料 98は、例えば断面長方形状に成形されて!ヽる。そして、耐熱性 材料 98の表面全体に、プラズマに対する耐久性及びクリーニングガスを用いたブラ ズマクリーニングに対する耐久性のある保護膜 106が形成されている。この保護膜 1 06としては、イットリア (Y O )を用いることができる。イットリアは、例えば溶射によつ
2 3
て耐熱性材料 98の表面全体に付着形成され得る。ここで、補助加熱手段 94の幅 H 3は 20mm程度であり、載置台 26と天板 36との距離 HIは 100mm程度である。
[0044] 一方、上記隙間 96の幅 H2は、ウェハ Wの移載時の位置決め精度、補助加熱手段 94がウェハ自体に熱的影響を与えないような距離、及び、この補助加熱手段 94の 上方のプリカーサの挙動を考慮して、例えば 0. 3〜2. Ommの範囲内に設定される 。上記隙間 96の幅 H2が 0. 3mmより小さいと、ウェハの移載が適正にできなくなる 恐れが生じる。一方、上記隙間 96の幅 H2が 2. Ommよりも大きいと、補助加熱手段 94の上方に浮遊するプリカーサを適正な位置に浮遊移動させることができなくなる恐 れがある。
[0045] 更に、補助加熱手段 94の上面は、載置台 26上に載置されるウェハ Wの上面の水 平レベルと同じ力、それ以下となるように設定される。すなわち、ウェハ Wの上面より 水平方向に補助加熱手段 94を見た場合、補助加熱手段 94を視認できな ヽような状 態に設定される。これにより、ウェハ Wの周辺部上面は、補助加熱手段 94からの輻 射熱を受けない。これにより、ウェハ Wの周辺部が補助加熱手段 94から受ける熱的 影響ができる限り抑制されている。
[0046] そして、このプラズマ処理装置 22の全体の動作は、例えばマイクロコンピュータ等よ りなる制御手段 108によって制御されるようになっている。この動作を行うコンピュータ のプログラムは、フレキシブノレディスクや CD (Compact Disc)やフラッシュメモリ等 の記憶媒体 110に記憶されている。具体的には、この制御手段 108からの指令によ り、各ガスの供給や流量制御、マイクロ波の供給や電力制御、各加熱手段 86、 94の 温度制御、プロセス圧力の制御等が行われるようになって!/、る。
[0047] 次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置 22を用いて行なわれる成膜方法 について説明する。
[0048] まず、ゲートバルブ 30を介して、半導体ウェハ Wが搬送アーム（図示せず）によって 処理容器 24内に収容される。昇降ピン 78を上下動させることによって、半導体ゥェ ハ Wは載置台 26の上面である載置面に載置される。
[0049] そして、処理容器 24内が所定のプロセス圧力、例えば 0. 01〜数 Paの範囲内に維 持されて、ガス供給手段 60のシャワーヘッド部 66から例えばアルゴンガスと成膜用 ガス (C F ガス）とがそれぞれ流量制御されつつ供給される。同時に、マイクロ波発
5 8
生器 56にて発生されたマイクロ波が、導波管 54及び同軸導波管 50を介して平面ァ ンテナ部材 42に供給される。これにより、処理空間 Sには、遅波材 44の作用によって 波長が短くされたマイクロ波が導入され、プラズマが発生される。これにより、所定の プラズマ CVD処理が行われる。尚、この時、載置台 26上のウェハ Wは、加熱手段 8 6の抵抗加熱ヒータ 88によって略面内均一に所定のプロセス温度に維持される。
[0050] ここで、マイクロ波は、前記したように、平面アンテナ部材 42の直下の処理空間 Sに 導入されている。このマイクロ波によってアルゴンガスが励起されてプラズマ化し、下 方に拡散し、成膜用ガスである C F ガスを活性化して活性種を作る。この活性種の
5 8
作用によって、ウェハ Wの表面に CF膜が形成される。
[0051] この場合、プロセス温度にもよる力 一般的には、ウェハ Wは処理空間 Sに生じたプ ラズマからの輻射熱を受ける。このため、ウェハ Wは加熱手段 86によって加熱される のみならず、上記プラズマ力 のイオン照射によっても加熱される。 処理空間 S内の ガスは、当該処理空間 Sを流下しつつウェハ Wの周辺部に略均等に拡散して、容器 底部の排気口 32から排気される。この際、成膜用ガスは気相反応を生じる。この気 相反応は、上記活性種によって促進される。この気相反応の過程において、比較的 重い分子である例えば C F 等よりなるプリカーサが生じる。このプリカーサが更に
4 6
反応して、 CF膜となって、ウェハ表面に堆積するのである。
[0052] この時のプロセス条件の一例は、 Arガスの流量が 500sccm程度、 C F ガスの流
5 8 量が 300sccm程度、プロセス圧力が 7Pa (50mTorr)程度であった。また、載置台 2 6の加熱手段 86の設定温度は 380°C程度、補助加熱手段 94の設定温度は上記カロ 熱手段 86の設定温度よりも高い 400°C程度であった。尚、この時のウェハ温度は 35 0°C程度であった。
[0053] ところで、堆積膜の成膜量を促進させることになるプリカーサは、ガスの流れ方向に 沿って流れることは勿論であるが、熱拡散によってもその動向が規定される。一般的 には、プリカーサは、比較的温度が低い領域に集まる傾向にある。このため、従来の 成膜装置にあっては、ウェハ温度の面内均一性を高く維持しても、ウェハエッジの外 側の載置台部分の温度が比較的低いために、ウェハ周辺部の上方のプリカーサが 低温部分であるウェハエッジの外側の領域の上方に移動してしまって 、た。そして、 この結果として、ウェハ周辺部の上方の領域にぉ 、てプリカーサの濃度が低くなつた 分だけ、ウェハ周辺部における成膜量が低下して膜厚の面内均一性を低下させてい た。
[0054] これに対して、本発明の本実施の形態の場合には、載置台 26の上面の周辺部に、 ウェハ wの周囲を囲むようにして、ウェハ Wに接することなくウェハ W力も僅かな隙間 96を隔てて、補助加熱手段 94が設けられた。そして、補助加熱手段 94の温度が載 置台 26に設けられた加熱手段 86よりも少し高く設定された。これにより、図 5に示す ように、補助加熱手段 94の上方の領域 Mlの雰囲気は補助加熱手段 94によってカロ 熱された。これにより、この領域 Mlの部分の雰囲気は、従来装置の場合よりも加熱さ れて温度が高い状態になるので、この領域 Mlに存在するプリカーサは、ウェハ Wの 周辺部の上方の温度が少し低い領域 M2へと移動することになる。この結果、ウェハ Wの周辺部における成膜量が補償される。すなわち、ウェハ Wの周辺部における成 膜量の低下が防止され得る。これにより、ウェハ上の堆積膜の膜厚の面内均一性の 低下が防止され得る。すなわち、補助加熱手段 94の作用により、ウェハ Wの上方の 領域におけるプリカーサの濃度が略均一化され得る。
[0055] 尚、ウェハ Wの周辺部よりも内側部分の上方の領域 M3には、十分な量のプリカ一 サが熱拡散によって存在して 、る。
[0056] 本実施の形態の場合、補助加熱手段 94は、ウエノ、 Wのエッジ力も僅かに離間した 状態に配置されている。このため、補助加熱手段 94には、ウェハの周辺部（エッジ） を加熱するという作用はほとんどない。すなわち、載置台 26に設けられた加熱手段 8 6によって面内温度均一性が高い状態で加熱されているウェハ Wに対して、補助加 熱手段 94が熱的に悪影響を与えることはほとんどない。換言すれば、補助加熱手段 94がウェハの面内温度の均一性を崩すことがない。特に、補助加熱手段 94の上面 をウェハ Wの上面の水平レベル以下に設定して、ウェハ Wの上面から補助加熱手段 94を視認できないような状態にしていることにより、補助加熱手段 94からウェハ上面 への輻射熱が略完全に遮断されている。このため、補助加熱手段 94の熱的な悪影 響を略確実になくすことができる。
[0057] ここで、ウェハ Wに堆積された堆積膜の膜厚分布につ 、て検討した。その検討結 果について説明する。図 6Aは、従来装置を用いて成膜した時の膜厚分布を示し、図 6Bは、本発明装置を用いて成膜した時の膜厚分布を示す。ここでは、共に 300mm サイズのウェハに対して成膜処理が行われた。
[0058] 図 6Aから明らかなように、従来装置の場合には、ウェハ中心側の膜厚は略一定で あるが、ウェハの周辺部において膜厚が急激に小さくなつている。すなわち、膜厚の 面内均一性は低い。この時、膜厚の低下は、ウェハエッジから略 20mm程度の位置 力も開始しており、最終的な膜厚低下の比率は 10%程度である。
[0059] これに対して、図 6Bに示すように、本発明装置の場合には、ウェハ周辺部における 膜厚低下の程度が改善されている。最終的な膜厚低下の比率は、 4%程度まで抑制 されることが確認できた。すなわち、本発明装置の場合には、ウェハ上面に形成され る堆積膜の膜厚の面内均一性が大幅に改善され得る、ということが確認できた。
[0060] また、この種の成膜装置では、定期的に或いは所定枚数のウェハを成膜処理する 毎に、処理容器 24内にクリーニングガスを流して、容器内部の余分な付着膜を除去 するクリーニング処理が行われる。この時、補助加熱手段 94の表面全体にイットリア よりなる保護膜 106が形成されていれば、そのようなプラズマクリーニングに対する補 助加熱手段 94の耐性が高くなつて 、るために、補助加熱手段 94からのパーティクル 発生 (コンタミ量)が効果的に抑制され得る。
[0061] ここで、イットリア (Y O )を保護膜 106として用いた時の効果について検討を行つ
2 3
た。その検討結果について説明する。ここでは、図 1に示す成膜装置が用いられ、載 置台 26に載置されたウェハ W上にセラミック板（50 X 50mm程度）が置かれた。この セラミック板としては、イットリアコートされたものとアルミナコートされたものとの 2種類 が用意され、それぞれに対して Arによるプラズマで照射が行われてスパッタされて、 ウエノ、 W上に堆積したイットリウム及びアルミニウムのコンタミ量が測定された。図 7は 、イットリアよりなる保護膜が用いられた時のコンタミ量の変化を示すグラフであり、縦 軸はコンタミ量、横軸は処理容器内の圧力を示している。比較例として、アルミナ (A1 O )よりなる保護膜が用いられた時のコンタミ量も示されている。
2 3
[0062] 図 7に示すように、保護膜がイットリアの場合もアルミナの場合も共に、圧力が高くな る程、発生するコンタミ量は少なくなる。しかし、同じ圧力下では、イットリアの場合は、 アルミナの場合よりも 2桁程度もコンタミ量が少なくなつている。その分だけ、イットリア を保護膜として用いると、コンタミ (パーティクル)の発生を抑制できることが確認でき た。
[0063] 尚、このような保護膜 106は、補助加熱手段 94の表面のみならず、天板 36ゃシャ ヮーヘッド部 66の表面にも形成されることが好ましい。
[0064] 前記の実施の形態では、マイクロ波を用いてプラズマを発生させるプラズマ CVD成 膜装置が例として説明されている。しかし、これに限定されず、本発明は、高周波を 用いてプラズマを発生させるようにしたプラズマ CVD成膜装置や、処理容器 24の外 で発生させたプラズマを処理容器 24内へ導入するようにしたリモートプラズマ CVD 成膜装置にも適用することができる。
[0065] 更には、本発明は、プラズマ CVD成膜装置に限定されず、プラズマを用いない熱 CVD成膜装置にも適用することができる。図 8は、本発明を適用した熱 CVD方式の 成膜装置を示す概略断面図を示す。図 8では、図 1に示す構成部分と同一構成部分 につ 、ては同一符号が付されて 、る。
[0066] 図 8に示す場合でも、載置台 26の上面の周辺部に、ウェハ Wのエッジ力も僅かに 離間するように補助加熱手段 94が設けられている。一方、この実施の形態の場合に は、図 1に示すプラズマ形成手段 40が設けられていない。また、ガス供給手段 60の シャワーヘッド部 66は、例えば通常のアルミニウム製のものが用いられて、処理容器 24の天井部に設置されている。このような場合でも、図 1を用いて説明した実施の形 態と同様な作用効果を奏することができる。
[0067] 尚、以上の実施の形態では、 CF膜を形成するための成膜用ガスとして C F を用
5 8 いた場合が例として説明されている力 これに限定されない。他の CF系ガス、例えば C F ガス、 C F ガス、 C F ガス等をも用いることができる。更に、形成される膜
3 6 4 6 4 8
種は、 CF膜に限定されず、他のあらゆる膜種を形成する場合についても本発明を適 用することができる。
[0068] また、被処理体としては、半導体ウェハに限定されず、ガラス基板、 LCD基板等に も本発明を適用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 内部が真空引き可能な処理容器と、
被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、
前記処理容器内へ成膜用ガスを含む所定のガスを供給するためのガス供給手段と 前記処理容器内でプラズマを立てるためのプラズマ形成手段と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記載置台の上面の周辺部に、前記被処理体の周辺部よりも外側で当該被処理 体力も隙間を介して僅かに離間するように設けられた補助加熱手段と、
装置全体の動作を制御するための制御手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
[2] 前記プラズマ形成手段は、前記処理容器内へマイクロ波を導入するための平面ァ ンテナ部材を有する
ことを特徴とする請求項 1に記載の成膜装置。
[3] 前記補助加熱手段の表面には、イットリア (Y O )よりなる保護膜が形成されてい
2 3
る
ことを特徴とする請求項 1または 2に記載の成膜装置。
[4] 前記ガス供給手段は、アルミニウム製のシャワーヘッド部を有する
ことを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の成膜装置。
[5] 内部が真空引き可能な処理容器と、
被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、
前記処理容器内へ成膜用ガスを含む所定のガスを供給するためのガス供給手段と 前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記載置台の上面の周辺部に、前記被処理体の周辺部よりも外側で当該被処理 体力も隙間を介して僅かに離間するように設けられた補助加熱手段と、
装置全体の動作を制御するための制御手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
[6] 前記補助加熱手段は、リング状に形成されて 、る
ことを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれかに記載の成膜装置。
[7] 前記補助加熱手段は、抵抗加熱ヒータの全体を耐熱性材料で覆うことによって形 成されている
ことを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれかに記載の成膜装置。
[8] 前記補助加熱手段の上面は、前記載置台上に載置される被処理体の上面の水平 レベル以下になるように設定されている
ことを特徴とする請求項 1乃至 7のいずれかに記載の成膜装置。
[9] 前記隙間の幅は、 0. 3〜2. Ommの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項 1乃至 8のいずれかに記載の成膜装置。
[10] 前記制御手段は、前記補助加熱手段の設定温度を前記加熱手段の設定温度より も高くするようになつている
ことを特徴とする請求項 1乃至 9のいずれかに記載の成膜装置。
[11] 真空引き可能な処理容器の内部に設けられた載置台上に被処理体を載置し、 加熱手段によって前記被処理体を所定の温度に加熱しつつ前記処理容器内に成 膜用ガスを供給して前記被処理体の表面に成膜処理を施す
という成膜方法において、
前記載置台の上面の周辺部に、前記被処理体の周辺部よりも外側で当該被処理 体力ゝら隙間を介して僅かに離間するように補助加熱手段を配置する工程と、 前記補助加熱手段の設定温度を前記加熱手段の設定温度よりも高く設定して、前 記補助加熱手段の上方に位置する雰囲気を前記被処理体の周辺部の上方へと移 動させる工程と、
を備えたことを特徴とする成膜方法。
[12] 真空引き可能な処理容器の内部に設けられた載置台上に被処理体を載置し、 加熱手段によって前記被処理体を所定の温度に加熱しつつ前記処理容器内に成 膜用ガスを供給して前記被処理体の表面に成膜処理を施す
という成膜方法において、
前記載置台の上面の周辺部に、前記被処理体の周辺部よりも外側で当該被処理 体力ゝら隙間を介して僅かに離間するように補助加熱手段を配置する工程と、 前記補助加熱手段の設定温度を前記加熱手段の設定温度よりも高く設定して、前 記補助加熱手段の上方に位置する雰囲気を前記被処理体の周辺部の上方へと移 動させる工程と、
を備えたことを特徴とする成膜方法
を制御するプログラムを含むコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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