【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は基板上のＣＶＤ薄膜形成
を行うためのＣＶＤリアクタ装置に係り、特に、基板の
所望する部分以外での薄膜形成を行わせず、デポ異物の
発生が少なく、チャンバクリーニングを必要としないた
め、スループットが高く装置稼働率の高い熱ＣＶＤに好
適なＣＶＤリアクタ装置に関する。さらに、基板表面上
での反応のみをリアルタイムにモニタでき、またチャン
バクリーニングによるモニタ装置へのダメージがなく長
期間の経時劣化なしに安定してモニタが可能な、自動運
転に適用し易く生産性に優れた熱ＣＶＤに好適なＣＶＤ
リアクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩの高集積化に伴い、ＬＳＩ製造工
程はより高度な技術が要求されるようになっている。例
えば、素子−配線間あるいは各配線間を接続する配線設
計の困難性が増大するという問題に対しては、その解決
手段として多層配線技術が不可欠な技術となっている。
この場合、下層配線と、層間絶縁膜を介してその上方に
配設した上層配線とを接続するために、必要に応じて、
絶縁膜に微細な導通孔(以下、スル−ホ−ルと呼ぶ)を設
け、このスル−ホ−ルを導体で穴埋めする方法が取られ
ている。
【０００３】このスル−ホ−ルを穴埋めする方法として
は、幾つかの方法が、知られているが、その中でもスル
−ホ−ル径が微細な場合にも穴埋め性の良好な方法の一
つとして、例えばタングステンのごとき金属の選択ＣＶ
Ｄ(Chemical Vapor Deposition: 化学的気相成長法)が
最も実用性ある方法として知られている。このタングス
テン(以下、Ｗと記す)のＣＶＤには、全面成膜により基
板全面に被覆性の好い膜を成膜しそのまま配線として用
いる場合と、選択成膜によりスル−ホ−ルの部分のみ穴
埋めしその上にＡl(アルミニウム)等の比抵抗の低い金
属材料を成膜する場合とがあるが、後者を例にとり以下
に述べる。
【０００４】Ｗの選択ＣＶＤは、250℃以上に加熱した
試料基板上に六フッ化タングステン(ＷＦ6)及び水素(Ｈ
2)あるいは(ＳiＨ4)の混合ガスを導入、接触させて、下
記のいずれかの反応により、下地金属(ここではアルミ
ニウムの場合を示す)上にＷ膜を成長させる方法であ
る。
【０００５】
【化１】 ＷＦ6＋２Ａl→Ｗ＋２ＡlＦ3 ＷＦ6＋３Ｈ2→Ｗ＋６ＨＦ ２ＷＦ6＋３ＳiＨ4→２Ｗ＋３ＳiＦ4＋３Ｈ2 ………
(化１) ここでは試料基板として、例えばシリコンウエハを用
い、このウエハ表面に下地金属としてＡlパタ−ンが形
成され、その上にＳiＯ2等の絶縁膜が形成され、しかも
この絶縁膜には下地金属を露出させているスル−ホ−ル
パタ−ンが形成されている場合を例にとった。
【０００６】この場合、ＳiＯ2等の絶縁膜上では、(化
１)の反応は起こらず、Ｗがスルーホール内に露出した
Ａl上にのみ選択的に成長し、スルーホールの穴埋めが
達成されることになる。なお、この種のＷの選択ＣＶＤ
に関連するものとしては、例えばジャーナル オブ エ
レクトロケミカル ソサイアティ、第131巻 (1984年) 1
427頁から1433頁 (J. Electrochem. Soc., 131, 1427
(1984))やＥＣＳ日本支部第一回シンポジウム(1988)
「超ＬＳＩ用ＣＶＤ技術」予稿集、第48頁から第65頁に
記載されている。
【０００７】なお、この種の従来技術としては特開昭64
-17424号公報、特開平4-226027号公報、特開平4-233221
号公報、特開平4-268724号公報、特開平4-294526号公報
等がある。
【０００８】一方、近年ＬＳＩの高度化が進むに従っ
て、設備投資金額の肥大化、製造工程の増大化等により
生産コストの上昇が著しくなっている。生産コストの低
減には、自動化による人件費削減が有効と考えられてお
り、自動化を行うための必須技術であるモニタリング技
術の開発が進められている。なお、ＬＳＩの自動化技術
に関連するものとしては、例えば、インテグレイティッ
ド プロセシング フォーマイクロエレクトロニクス
サイエンス アンド テクノロジー、 ＩＢＭジャーナ
ル オブ リサーチ アンド デベロップメント、第36
巻 (1993年) 233頁(”Integrated Processing for Micr
oelectoronics Sience and Technology", IBM J. Res.
Develop. Vol. 36(2) p.233(1992))に記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記に示した選択ＣＶ
Ｄ法は、ＬＳＩ配線の微細・多層化に対して有力な方法
であるが実用化する上での問題点も抱えている。それは
上記した選択的成膜における選択性は必ずしも完璧では
なく、膜が形成して欲しくないウエハの裏面にも金属が
成長することである。すなわち、ウエハを加熱するため
にリアクタ内に設けたサセプタは、ウエハと同じあるい
はそれ以上の温度に加熱されているため、ＣＶＤ原料ガ
スがその表面に接するだけで容易に膜形成が生ずる。さ
らに、ウエハの裏面は絶縁膜に覆われておらず活性なシ
リコン面が露出しているため、原料ガスが接触すると成
膜反応が進行するのである。このような不要な膜形成
は、大抵、接着性が弱く剥がれ易いため、ＣＶＤリアク
タ内の異物発生、発塵の原因となり、処理プロセスの歩
留低下を招く。さらに、この不要な膜形成は、選択ＣＶ
Ｄだけの問題ではなく、全面ＣＶＤにおけるＣＶＤリア
クタ内の異物発生、発塵による歩留り低下の原因にもな
っている。
【００１０】このため、近年の枚葉方式のコールドウォ
ール型のＣＶＤ装置では、ウエハ裏面に形成した膜のエ
ッチングやチャンバクリーニングを一枚毎に行なうこと
が主流になりつつある。ＣＶＤ前のリアクタ内の チャ
ンバクリーニングについては、1992年発行のConf. Pro
c. of Advanced Metallization for ULSI Applications
(1991, NJ & Tokyo；MRS)167〜172頁および249〜253頁
において記載されている。
【００１１】しかしながら、ＣＶＤ前のリアクタ内のチ
ャンバクリーニングは、チャンバ壁等、特にサセプター
等の加熱した部分へのプラズマダメージを与え、この場
合には上記のデポ異物ではなくリアクタ構成材料が分解
変質した異物を発生させるといった問題が新たに生ず
る。
【００１２】一方、前述したように生産コスト削減を目
的とした自動無人運転化を行うためのプロセスモニタリ
ング技術の開発が進められており、本発明が対象とする
ＣＶＤ工程では、主に質量分析計や発光分析計を用いた
反応ガスモニタや、赤外線放射温度計を用いたウエハ温
度モニタの適用が検討されている。しかし、従来のＣＶ
Ｄリアクタではウエハ裏面やＣＶＤリアクタ内での不要
な部分での膜形成が起こっているため正確なウエハ表面
上での反応をモニタすることは困難である。特に、選択
ＣＶＤではウエハ表面上での反応領域が極めて少なくウ
エハ裏面やＣＶＤリアクタ内での不要な部分での成膜反
応量の方が圧倒的に多いため、ウエハ表面上での反応を
モニタすることは実質的に不可能である。また、通常赤
外線放射温度計をウエハ温度のモニタに用いる場合に
は、特開平4-130746に述べられているように、赤外線を
検知部に伝達するための石英性の導光体や透過窓が使わ
れるが、従来のＣＶＤリアクタではチャンバクリーニン
グを行った際のプラズマダメージによる導光体や透過窓
の劣化に伴い赤外線の透過率が徐々に低下し、ウエハ温
度のモニタは実質的に不可能となる。
【００１３】本発明は、上記ウエハ裏面やＣＶＤリアク
タ内の不要な部分での膜形成が生じない、すなわち、チ
ャンバクリーニングを必要としない高スループット、高
稼働率のＣＶＤリアクタ装置を提供することを目的とす
る。さらに、本発明のＣＶＤリアクタと反応ガスモニタ
あるいはウエハ温度モニタを連結し、正確にウエハ表面
上での反応のみをリアルタイムにモニタし、長期間での
経時的なモニタ変動なしに安定してウエハ温度をモニタ
することにより、自動運転可能なＣＶＤリアクタ装置を
提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、リアクタ内で反応性ガスにより基板表面
にＣＶＤ反応膜を形成するＣＶＤリアクタ装置におい
て、上記リアクタ内に設置された上記基板表面側と上記
基板裏面側とに上記リアクタ内の空間を分離し、上記基
板表面側の空間に上記基板表面の大部分が接するように
上記基板表面の周辺部のみを抑えるための基板抑え部材
を有し、この基板抑え部材と上記基板表面周辺部の間に
僅かな隙間を設けて上記隙間のみを通して上記基板表面
側の空間と基板裏面側の空間を連通し、上記基板表面側
の空間のみに少なくともＣＶＤ原料ガスを含むガスを充
満し、かつ上記基板裏面側の空間にはＣＶＤ原料ガスを
含まない不活性ガス等の成膜に関与しないガスのみを上
記基板表面側の空間内の圧力よりも高い圧力になるよう
充満し、上記基板裏面側の空間に充満した上記ＣＶＤ原
料ガスを含まない不活性ガス等の成膜に関与しないガス
を、上記隙間から低い圧力側の上記基板表面側の空間に
流出させて上記基板表面側のＣＶＤ原料ガスが上記基板
裏面および上記基板表面周辺部に接することを抑え、上
記基板を所望の温度に加熱する手段を設け、上記基板表
面側のＣＶＤ原料ガスの接する上記リアクタ内壁の表面
温度を、上記基板表面を除いて、水冷等の冷却手段を用
いて成膜下限温度以下にした第１の構成を採用した。
【００１５】また、上記目的を達成するために、本発明
は、反応性ガスにより基板表面にＣＶＤ反応膜を形成す
るＣＶＤリアクタ装置において、上記基板表面側から反
応性ガスを基板表面上に供給するガス導入手段と、上記
基板表面の大部分が露出するように上記基板周辺部を抑
えるためのリング状あるいは額縁状の基板抑え部材と、
上記基板抑え部材を上下に移動させる基板抑え部材移動
手段と、上記基板抑え部材に固定され、上記基板裏面を
外側から引っかけて上記基板を引き上げるための複数個
の引き上げピンと、上記基板抑え部材の下方に位置し、
上記基板の外側で上記基板を囲むように上記基板抑え部
材と接触するリング状あるいは額縁状のストッパと、上
記基板抑え部材とストッパの接触部を気密シ−ルするシ
ール手段と、上記ストッパの内側に固定され、上記基板
が上記基板抑え部材により押し下げられたとき上記基板
を破損させることのない力で下方から押し上げて、自身
は下方に屈曲する複数個のバネ状の基板支持ピンと、及
び、上記反応性ガスが上記基板裏面側に流れ込むのを防
ぐため、上記基板裏面側の、上記ストッパの内壁面、上
記基板抑え部材の下面及び上記リアクタの底部で囲まれ
る空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を有
し、上記リアクタ外から移送されてきた上記基板を上記
リアクタ内に保持するとともに、上記反応性ガスによる
ＣＶＤ成膜領域を上記基板の周辺部を除く上記基板表面
のみに限定させて成膜するようにした第２の構成を採用
した。
【００１６】上記目的を達成するために、本発明は、上
記第２の構成において、上記基板表面を除いて、上記リ
アクタ内壁、上記ガス導入手段表面、上記基板抑え部材
の上面等の、反応性ガスの接する表面の温度を、水冷等
の冷却手段により成膜反応下限温度以下にしてある第３
の構成を採用した。
【００１７】上記目的を達成するために、本発明は、上
記第１の構成において、上記基板を加熱する手段が、上
記ＣＶＤリアクタ外部にあるランプ等の加熱光源からの
放射光を透過窓を通して上記基板へ直接照射する第４の
構成を採用した。
【００１８】上記目的を達成するために、本発明は、上
記第１の構成において、上記基板を加熱する手段が、上
記ＣＶＤリアクタ外部にあるランプ等の加熱光源からの
放射光を透過窓を通して照射し加熱されるサセプタを有
し、このサセプタを上記基板裏面側に設置して上記基板
に接触させて、サセプタから熱伝導および熱輻射させる
ようにした第５の構成を採用した。
【００１９】上記目的を達成するために、本発明は、上
記第５の構成において、上記サセプタが、上記基板より
も大きなサイズを有し、かつ、上記引き上げピンにより
上記基板のみ引き上げられるようにするため、上記基板
引上げピンの上下において上記基板引上げピンに接触し
ないための切欠き部が設けてあるとともに、上記基板支
持ピン上に設置してある第６の構成を採用した。
【００２０】上記目的を達成するために、本発明は、上
記第１の構成において、上記基板を加熱する手段が、上
記基板に接触して上記基板裏面側に設置し抵抗加熱等に
より加熱されるヒータステージより成り、基板へ熱伝導
及び熱輻射させるようにした第７の構成を採用した。
【００２１】上記目的を達成するために、本発明は、上
記第７の構成において、上記ヒータステージが、上記基
板よりも大きなサイズを有し、かつ、上記基板引き上げ
ピンにより上記基板のみ引き上げられるようにするた
め、上記基板引上げピンの上下において上記基板引上げ
ピンに接触しないための切欠き部を設けてあるととも
に、上記基板支持ピン上に設置してある第８の構成を採
用した。
【００２２】上記目的を達成するために、本発明は、上
記第１または第２の構成において、上記ＣＶＤリアクタ
を他の処理リアクタと連結させた第９の構成を採用し
た。
【００２３】上記目的を達成するために、本発明は、上
記第１または第２の構成において、上記ＣＶＤリアクタ
を反応ガスモニタと連結し、上記基板表面での反応のみ
をモニタできる機能を付加した第10の構成を採用した。
【００２４】上記目的を達成するために、本発明は、上
記第１または第２の構成において、上記ＣＶＤリアクタ
を基板温度モニタと連結し、経時変化なしに上記基板の
温度をモニタできる機能を付加した第11の構成を採用し
た。
【００２５】上記目的を達成するために、本発明は、上
記第１または第２の構成において、上記ＣＶＤリアクタ
を反応ガスモニタおよび基板温度モニタと連結し、上記
基板表面での反応のみをモニタすると共に経時変化なし
に基板温度をモニタできる機能を付加した第12の構成を
採用した。
【００２６】上記目的を達成するために、本発明は、上
記第10または第12の構成において、上記ＣＶＤリアクタ
に連結された反応ガスモニタが、上記ＣＶＤリアクタ内
のガスの一部を導入するガス導入管と差動排気された質
量分析計で構成されている第13の構成を採用した。
【００２７】上記目的を達成するために、本発明は、上
記第11または第12の構成において、上記ＣＶＤリアクタ
に連結された基板温度モニタが、上記基板裏面から放射
される赤外光を一端面側で受光して他端面側に伝達する
導光体と、該赤外光を取り込んで、その赤外光の強度を
検出するとともに、その検出結果から上記基板の温度を
算出する算出手段で構成されている第14の構成を採用し
た。
【００２８】上記目的を達成するために、本発明は、上
記第11または第12の構成において、上記ＣＶＤリアクタ
に連結された基板温度モニタが、上記ＣＶＤリアクタの
内部を大気と遮断すると共に上記基板裏面から放射され
る赤外光を上記ＣＶＤリアクタ外に取り出すための透過
窓と、該透過窓を透過した赤外光を集光するための集光
レンズと、該赤外光を取り込んで、その赤外光の強度を
検出するとともに、その検出結果から上記基板の温度を
算出する算出手段で構成されている第15の構成を採用し
た。
【００２９】
【作用】上記第１の構成により、シリコンウエハ等のウ
エハ表面の所望する部分のみに高選択でＣＶＤ膜を成長
させることができるため、スルーホールなどの微細接続
孔のＣＶＤ穴埋め処理において、成膜工程全般における
膜剥がれに起因する異物不良低減に多大の効果がある。
また、ＣＶＤ前のチャンバークリーニングが不要となる
ことから、スループットの向上が図れ、チャンバーから
の発塵も低減でき長時間の連続運転が可能になることか
ら稼働率が向上する。
【００３０】上記第２の構成により、選択性の低下を防
止するため、成膜の必要のないウエハの裏面、側面及び
ウエハ表面の端部に供給するガスの流路と成膜が必要な
ウエハ表面に供給するガスの流路を分け、かつウエハの
みがＣＶＤ反応の起こる温度以上にしてあり、かつウエ
ハの側面を通ってウエハ裏面に廻り込もうとする反応性
ガスがウエハ裏面側の不活性ガスによりパージされ、ウ
エハ側面や裏面に吸着できないので、ウエハの表面側に
流入されるＷＦ6やＳiＨ4等のＣＶＤ反応ガスは実質
上、ウエハ端部を固定するウエハ抑え部材より内側のウ
エハ表面部にしか吸着しない。
【００３１】上記第３の構成により、ウエハ以外ではＣ
ＶＤ反応の生ずる温度にはならないので、ＣＶＤ反応は
ウエハ表面側の所望する領域のみで起こり、ウエハ端
部、及びリアクタ内表面等で起こらない。このことは、
不必要なＣＶＤ反応が抑制されることを意味しており、
従来のウエハ全面の成膜における選択性を向上させるこ
とができる。
【００３２】上記第４の構成により、ウエハへの直接光
照射による場合は、ウエハ内の温度分布を均一にするた
めのランプ等の光学系の調整が難しい代わりにプロセス
中のウエハ温度を応答性良く変えることができる。
【００３３】上記第５あるいは６の構成においては、加
熱手段がＣＶＤリアクタ外部にあるランプ等の加熱光源
からの放射光を透過窓を通して照射し加熱されたウエハ
裏面側に設置しウエハに接触したサセプタからの熱伝導
及び熱輻射であることから、サセプタを用いた場合は温
度を変化させるのは難しいが比較的簡単に温度分布を均
一にすることができる。
【００３４】上記第７あるいは８の構成においては、加
熱手段がウエハに接触してウエハ裏面側に設置した抵抗
加熱等により加熱されたヒータステージからの熱伝導及
び熱輻射としていることから、ヒータステージを用いた
場合は温度を変化させるのは難しいが比較的簡単に温度
分布を均一にすることができる。
【００３５】上記第９の構成により、さらに、前処理室
等複数の処理室に対するウエハの搬送もできるため、将
来必要とされる薄膜成膜工程の複合化、連続自動運転化
に寄与できる。
【００３６】上記第10あるいは13の構成により、ウエハ
以外ではＣＶＤ反応の生ずる温度にはならず、ＣＶＤ反
応がウエハ表面側の所望する領域のみで起こるため、モ
ニタの対象が実際にデバイス製作上必要となる反応進行
モニタの情報を得た上で、リアルタイムのプロセス条件
制御や製品ウエハの品質保証が可能となり、プロセス中
のバラツキを低減できるため、自動運転化を推進し生産
性向上に寄与できる。
【００３７】上記第11あるいは14、あるいは15の構成に
より、ウエハ表面以外での不要な膜形成が起こらずチャ
ンバクリーニングを行う必要がなくなることから、プラ
ズマダメージによる温度モニタ部品の劣化に伴う経時変
化なしに上記基板の温度をモニタできるため、リアルタ
イムのプロセス条件制御や製品ウエハの品質保証が可能
となり、プロセス中のバラツキを低減できるため、自動
運転化を推進し生産性向上に寄与できる。
【００３８】上記第12の構成により、反応進行モニタと
温度をモニタが同時にモニタできるため、より精緻なリ
アルタイムのプロセス条件制御や製品ウエハの品質保証
が可能となり、プロセス中のバラツキを低減できるた
め、自動運転化を推進し生産性向上に寄与できる。
【００３９】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
いて説明する。
【００４０】〔実施例１〕図１は本発明の第１実施例に
おける第１のＣＶＤリアクタ(直接光照射)の要部の断面
を示す説明図である。
【００４１】図１に示すように、基板としてはシリコン
のウエハ２が用いられ、このウエハ２は、ウエハ２の表
面が上側に向けられ、リング状のウエハ抑え部材５によ
りウエハ２の上面周辺部が抑えられ、また、後述する、
３個のウエハ支持ピン６によりウエハ２の下面周辺部が
固定されてＣＶＤリアクタ(反応室)９の内部に設置され
ている。
【００４２】１は水冷機構を有するガスシャワ−で、ガ
スシャワ−１の吹き出し孔１ａよりＣＶＤガスがウエハ
２に吹き付けられ、該ＣＶＤガスは排気口から排気され
る。
【００４３】ウエハ抑え部材５は、その上面にウエハ引
き上げロッド３が固設され、このウエハ引き上げロッド
３はシリンダ機構からなる上下機構４ａ(４ｂはガスシ
ャワー上下機構、両者とも図中では省略してある)によ
って上下させられることにより上下に動かすことができ
る。また、ウエハ抑え部材５にはウエハ引き上げピン７
が３個取り付けられており、ウエハ抑え部材５を引き上
げることによりウエハ２は引き上げピン７の上に乗って
ウエハ抑え部材５と共に上方に持ち上げられる。
【００４４】ウエハ支持ピン６はバネ材からなり、ウエ
ハ抑え部材５が下方に降りてきたときのストッパを兼ね
るリアクタ底部リング部１０に固定されている。リアク
タ底部リング部１０のウエハ抑え部材５との接触面には
Ｏリングシール１１が設置され、接触面の気密を保持す
るようになっている。
【００４５】リアクタ９の外部下方には図示しない加熱
光源が設置され、この加熱光源によりリアクタ９下方の
光照射窓８を通してウエハ２は光照射加熱される。
【００４６】ウエハ２の下面、ウエハ抑え部材５の下
面、及び光照射窓８とストッパを兼ねるリアクタ底部リ
ング１０の内面により囲まれて空間Ｅuが構成され、こ
の空間Ｅuを不活性ガスで満たすための不活性ガス導入
パイプ１２が設けられている。
【００４７】次に、ウエハ２の支持部分について説明す
る。
【００４８】図２及び図３は第１のＣＶＤリアクタ装置
(光直接照射)におけるパージガス流路を示し、図２はウ
エハ引き上げピン７、ウエハ抑え部材５とウエハ２の位
置関係を示す断面斜視図、図３はウエハ支持ピン６ａ、
ウエハ抑え部材５とウエハ２の位置関係を示す断面斜視
図である。
【００４９】高選択性を確保するためには、前述したよ
うにウエハ表面以外でのＣＶＤ反応を抑制する必要があ
る。そのために、ウエハ２裏面を不活性なＡrガスによ
りパージすることによって、ＣＶＤガスがウエハ２裏面
に侵入しその部分で膜成長が起こることの抑制を図って
いる。ここでは、ウエハ引き上げピン７をウエハ抑え部
材５に溶接して一体化させてある。
【００５０】リアクタ底部リング部１０には、ウエハ抑
え部材リング５と接触する位置にＯリング１１が配設さ
れ、ウエハ２裏面部側の空間Ｅuとウエハ２表面部側の
空間Ｅoのシール性が向上されている。そして、図２及
び図３に示すように、パージＡrガスの流路をウエハ抑
えリング５に設けた隙間ｄ(例えば0.25mm)の突起５ａの
間に限定し、ウエハ２表面部側に供給されるＣＶＤガス
がウエハ２裏面側に廻り込む確率を小さくしてある。な
お、この効果については評価結果で後述する。
【００５１】図４は図３と異なる変形例を示すもので、
ウエハ引き上げピン、ウエハ抑え部材とウエハの位置関
係を示す断面斜視図で、この図において、６ｂはウエハ
支持ピンであり、その他の構成は前記実施例と同様であ
る。
【００５２】上述したウエハ２への直接光照射による加
熱方法とは異なる場合、すなわちウエハサセプタを用い
た第２のＣＶＤリアクタ装置の例を図５ないし図７に示
し、また、ヒータステージを用いた第３のＣＶＤリアク
タ装置の例を図８ないし図１０に示してあり、加熱手段
が異なる以外は全て図１と同様である。
【００５３】図５は第２のＣＶＤリアクタ装置を示す
図、図６及び図７は第２のＣＶＤリアクタ装置(サセプ
タ光照射)におけるパージガス流路を示し、図６はウエ
ハ引き上げピン７、ウエハ抑え部材５とウエハ２の位置
関係を示す断面斜視図、図７はウエハ支持ピン６、ウエ
ハ抑え部材５とウエハ２の位置関係を示す断面斜視図で
ある。
【００５４】これらの図において、１３はサセプタで、
サセプタ１３は、ＣＶＤリアクタ９外部にあるランプ等
の加熱光源からの放射光を光照射窓８を通して照射し加
熱される。このサセプタ１３はウエハ２裏面側に設置さ
れ、かつウエハ２に接触させられており、サセプタ１３
からウエハ２に熱伝導及び熱輻射させるようにしてあ
る。またサセプタ１３は、ウエハ２よりも大きなサイズ
を有し、かつ、基板引き上げピン７によりウエハ２のみ
引き上げられるよう基板引き上げピン７の上下において
ウエハ引き上げピン７に接触させないための切欠き部１
３ａが設けられてあるとともに、ウエハ支持ピン６上に
設置されている。なお、その他の構成は上記第１のＣＶ
Ｄリアクタ装置と同様である。
【００５５】図８は第３のＣＶＤリアクタ装置を示す説
明図、図９及び図１０は図８に示す第３のＣＶＤリアク
タ装置(ヒータステージ)におけるパージガス流路を示
し、図９はウエハ引き上げピン７、ウエハ押さえ部材５
とウエハ２の位置関係を示す断面斜視図、図１０はウエ
ハ支持ピン６、ウエハ抑え部材５とウエハ２の位置関係
を示す断面斜視図である。
【００５６】これらの図において、１４はヒータステー
ジで、ヒータステージ１４は抵抗加熱等により加熱され
る。ヒータステージ１４はウエハ２裏面側に設置され、
かつウエハ２に接触させられており、ヒータステージ１
４からウエハ２に熱伝導及び熱輻射させるようにしてあ
る。またヒータステージ１４は、ウエハ２よりも大きな
サイズを有し、かつ、基板引き上げピン７によりウエハ
２のみ引き上げられるよう基板引き上げピン７の上下に
おいてウエハ引き上げピン７に接触させないための切欠
き部１４ａが設けられてあるとともに、ウエハ支持ピン
６上に設置されている。この第３のＣＶＤリアクタ装置
の場合、前記第１、第２のＣＶＤリアクタ装置と異なり
光照射窓は設けらておらず、リアクタ９下方は閉鎖され
ている。なお、その他の構成は上記第１のＣＶＤリアク
タ装置と同様である。
【００５７】次に、本発明におけるＣＶＤリアクタ装置
を用い、Ｗ膜をウエハ２上のスル−ホ−ル内にのみ選択
的に成膜するための工程(図１２(ａ))及びウエハ全面に
成膜するための工程(図１２(ｂ))について説明する。
【００５８】図１１は実施例の実験を行うために使用し
たＣＶＤリアクタ装置を示す説明図、図１２(ａ)はＷ膜
をウエハ２上のスルーホール内にのみ選択的に成膜する
ための工程図、図１２(ｂ)はウエハ２全面に成膜するた
めの工程図、図１３ないし図１５には、それに伴うウエ
ハ２の搬送におけるＣＶＤリアクタ９内での上下機構の
位置関係を示す説明図である。
【００５９】ＣＶＤリアクタ装置は、図１１に示すよう
に、ウエハ搬送室１７を中心に、ゲート弁２４を介し
て、手前にロード／アンロード室１６、右に前処理室１
５、左にＣＶＤ室(ＣＶＤリアクタ)９を有する構成であ
る。ＣＶＤリアクタ９は、反応ガスのモニタの可能な四
重極質量分析計(ＱＭＳ)１８を備えている。１９はコン
ダクタンス調整バルブ、２０はターボ分子ポンプ、２１
はロータリーポンプ、２２はＲＦ電源、２３はＱＭＳ電
源本体、２４はゲートバルブ、２５はウエハフォークで
ある。
【００６０】図１２(ａ)、(ｂ)にて、成膜を行なう前に
まずＣＶＤリアクタ９に隣接して設けられている前処理
室１５において前処理を行なう。この前処理はウエハ２
表面を清浄にするために行う。すなわち、Ａlの自然酸
化膜を除去してＡl配線とＷ膜の接触抵抗を低減するた
め、及び絶縁膜表面に存在する金属性汚れや活性点を除
去あるいは安定化することにより絶縁膜上でのＷ膜の成
膜を防ぐために行う。図１２(ａ)の前処理では、ハロゲ
ンガスここではＢＣl3のプラズマでウエハを処理するこ
とにより達成される(S1〜S6)。一方、全面ＣＶＤにおい
ては、特に選択性を考慮する必要がないため、Ａrガス
のみのプラズマでウエハ２を処理することにより達成さ
れる(S21〜S26)。前処理後ウエハ２を大気に曝すことな
く、ＣＶＤリアクタ９に搬送する(S7、S27)。
【００６１】次に、搬送されたウエハ２をＣＶＤリアク
タ内で受取り固定する方法について、説明する。
【００６２】まず、図１３に示すように、ウエハ２は搬
送レベル(搬送面)Ｌで前処理室１５からウエハフォ−ク
２５に乗せられて反応室(ＣＶＤリアクタ)９内に水平搬
送される。次に、図１４に示すように、ガスシャワー１
とウエハ持ち上げロッド３を上下機構４ａと４ｂを用い
て上昇させることにより、ウエハ２はウエハ引き上げピ
ン７にウエハ２の端部の一部を支えられ搬送レベルＬよ
り引き上げられる。これによりウエハフォ−ク２５を反
応室９外部の所定の位置に戻すことが出来る。次に、図
１５に示すように、ガスシャワ−１とウエハ持ち上げロ
ッド３を下降させるとウエハ２はウエハ支持ピン６の上
に設置される。さらにウエハ持ち上げロッド３を下降さ
せると、ウエハ持ち上げロッド３に取り付けられたウエ
ハ抑え部材５がウエハ２の表面端部をバネ機構により押
圧し、ウエハ２を図１で示したごとく反応室９内に固定
設置することができる。なお、ここで使用したウエハ２
は、Ｓiウエハ上に形成したＡl配線上にプラズマＣＶＤ
等により絶縁膜(ＳiＯ2)を成膜した後、フォト・エッチ
ング工程により直径0.5μm(深さ1.2μｍ)のスルーホー
ルを多数個開口させたテストウエハを用いた。
【００６３】そして、ウエハ２を固定設置後、リアクタ
９内を十分真空排気した後(S8)、不活性ガスであるＡr
ガスを図１の不活性ガス導入パイプ１２及びガスシャワ
ー１よりそれぞれ流量50sccm、60sccm導入する(S9)。反
応室９内の圧力は排気量を調節することにより、2.7 Ｐ
aに保持する。なお、Ａrガスは前述したようにウエハ２
側面と裏面に反応性ガスが接触するのを防ぐため及び反
応性ガスを希釈してウエハ２表面での膜厚均一性を向上
するために用いる。
【００６４】次に加熱光源を点灯しウエハ２を230℃ま
で加熱した後(S10)、反応性ガスとしてＷＦ6ガスを５sc
cm、ＳiＨ4ガスを４sccmの流量でガスシャワー１よりウ
エハ２に吹きかける(S11)。これにより、Ｗ膜が、ウエ
ハ２のスル−ホ−ル上にのみ選択成膜し(S12)、スル−
ホ−ルを埋め込むことができるとともに、本実施例で用
いたウエハ２の側面及び裏面は、Ｓiが露出した活性な
表面で通常Ｗ膜が成膜する表面であるのにもかかわら
ず、本実施例ではウエハ２の側面及び裏面には全くＷ膜
が成膜しなかった。また、走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)に
よりウエハ表面の様子を観察したが、スルーホールには
十分良好にＷが埋め込まれているのが確認されたばかり
か、絶縁膜上には全くＷの粒子が観測されず、選択性が
極めて良好であることを確認した。
【００６５】次に、本発明によるＣＶＤリアクタ装置の
性能評価を行ったのでこれについて説明する。
【００６６】本発明ＣＶＤリアクタ装置の特徴であるウ
エハ２表面のみへの成膜が、実際にどの程度のレベルで
行なわれているのかを調べるために以下の性能評価を行
った。
【００６７】(１)本発明リアクタ内での反応量の評価 ウエハ２以外の部分でのＣＶＤ反応量を図１１に示した
四重極質量分析計(以下ＱＭＳと略す)１８を用いて評価
した。
【００６８】用いたサンプルは、全面成膜ではＳiベア
ウエハを用い、選択成膜では上記したスルーホール付ウ
エハを用い、成膜条件は全く同じに行なった。また、ウ
エハ上に全く成膜させないためのウエハとして、全面に
熱酸化によって形成したＳiＯ2付きのＳiウエハを用い
た。この熱酸化で形成したＳiＯ2表面は表面欠陥がな
く、原理的にはウエハ表面上で成膜する部分が全くない
ため、仮にＱＭＳ１８で反応が検出された場合にはウエ
ハ表面以外で反応した成分と考えられる。
【００６９】選択成膜では、図１２(a)に示したよう
に、前処理室１５でＢＣ13/Ａr＝５/100sccｍ（ＢＣ1
3、Ａrそれぞれの流量が、５sccｍ、100sccｍであるこ
とを表わす），1.3Ｐaの条件下において、150Ｗ，３min
のプラズマ処理を行った。ただし、ＢＣ13前処理後は、
加熱処理をさらに実施しないと成膜ラグタイムが増加す
る。そこでこのウエハをＣＶＤ室９に入れて350℃、３m
inの加熱処理をした後、ＣＶＤを実施した。選択性を確
保するためにＣＶＤガスの導入はＷＦ6を５sec先行させ
た後ＳiＨ4を流した。また全面成膜では、図１２(ｂ)に
示したプロセスで成膜した。さらに、熱酸化によって形
成したＳiＯ2上への空デポでは、前処理を行なわずに上
記選択成膜と同じＣＶＤ条件で行なった。
【００７０】まず、熱酸化膜によるＳiＯ2ウエハを用い
て、ＱＭＳ１８における分析管内の反応による反応ガス
成分あるいは電気的なノイズ成分を明らかにするため
に、ウエハ加熱を行なわず、すなわち成膜反応は全くな
くＣＶＤ原料ガスが分析管内に入った状態でのＳiＦ3＋
イオンの量をＱＭＳ１８により測定した。次に、ランプ
を点灯しウエハを230℃に加熱して、ＳiＦ3＋の量を測
定し、リアクタ９内での反応量を測定した。次に、比較
のためにＳiウエハ及び、選択性評価用ウエハを用い、
全面及び選択ＣＶＤ時のＳiＦ3＋量についても測定し
た。
【００７１】このようにして得たリアクタ９内のＣＶＤ
反応量を評価した結果を図１６に示してある．ところ
で、ＣＶＤ反応は次式のいずれかで表される。
【００７２】
【化２】 ＷＦ6＋２ＳiＨ4 ⇒ Ｗ＋２ＳiＨＦ3＋３Ｈ2 …… (化２)
【００７３】
【化３】 ２ＷＦ6＋３ＳiＨ4 ⇒ ２Ｗ＋３ＳiＦ4＋６Ｈ2 …… (化３) したがって、反応生成物ＳiＦ4あるいはＳiＨＦ3がイオ
ン化したＳiＦ3＋をモニタすることにより反応の有無を
判断することができる。図１６よりわかるように全面Ｃ
ＶＤでのＳiＦ3＋の相対ピーク強度が104、選択ＣＶＤ
時が5×102であるのに対し、ＳiＯ2ウエハでのピーク強
度は1.1であり、これはウエハ加熱無しの場合のピーク
強度１とほぼ等しくノイズレベルと考えられる。
【００７４】これにより、ウエハを除くリアクタの内
壁、ウエハ支持部等の、リアクタ内部での反応は、全面
ＣＶＤの場合のウエハでの反応量の１/104以下、選択Ｃ
ＶＤの場合のウエハ反応量の１/102以下に抑制されてい
ると言える。
【００７５】さらに上記の評価実験における成膜時のＳ
iＦ3＋ピーク強度の時間変化を図１７および図１８に示
してある。図１７は全面成膜時のＳiＦ3＋ピーク強度の
時間変化を示す説明図、図１８は選択成膜時のＳiＦ3＋
ピーク強度の時間変化を示す説明図である。選択成膜時
では、前処理を行なった後に加熱処理を行なっても成膜
開始までの遅れ時間が発生していることが分かる。
【００７６】(２)ウエハ裏面へのＡrガス供給量とウエ
ハ裏面への膜堆積の評価 図１９はウエハ２の裏面側に流すＡrガス供給量を変化
させた時のウエハ２裏面での膜堆積の状態を示す説明図
である。ここでは、ＣＶＤの条件が変化しないよう、ウ
エハシャワー１から流す希釈Ａrガス流量(Ａr(上)と略
記する)とウエハ２裏面に流すＡrガス供給量(Ａr(下)と
略記する)を合わせたトータルＡrガス流量が一定となる
流量条件で、ウエハ裏面へのＡrガス供給量を変化させ
た。
【００７７】この結果を示す図１９によると、ＣＶＤガ
スを導入した直後はＱＭＳ分析管内での反応分に相当す
るピーク強度の変化は観測されるが、時間の経過に伴っ
たウエハ２裏面側での成膜に対応するピーク強度の増加
分はほとんど検出されない。すなわち、Ａr(上)／Ａr
(下)＝60／50(sccm)の流量条件下ではウエハ２裏面側で
の膜堆積は観測されない。
【００７８】図２０、図２１は、流量条件を夫々、Ａr
(上)／Ａr(下)＝80／30(sccm)、Ａr(上)／Ａr(下)＝100
／10(sccm)とウエハ裏面側のＡrガスパージ量を減らし
ていった時のピーク強度の変化を示す説明図である。こ
の図２０及び図２１に示すように、ウェハ裏面側のＡr
ガスパージ量の低減に伴い、徐々に裏面側の堆積反応量
が増加している。この評価で用いたＳiＯ2付ウエハは熱
酸化によって形成したため、ウエハ裏面も完全にＳiＯ2
で覆われており、ＣＶＤ後に装置から取り出したウエハ
を目視した限りでは成膜した痕跡がなく、したがってウ
エハ裏面側の空間Ｅu において唯一高温となるウエハ支
持ピン６に成膜したものと予測される。
【００７９】上記の評価から、ある程度の流量で不活性
ガスによるパージを行なえば、本発明のＣＶＤリアクタ
装置では完全にウエハ裏面側への膜堆積が抑制されるこ
とが明らかとなった。ただし、Ａr流路断面積とＡr流量
から計算すると、ガス流量が５０(sccm)の時、ウエハ表
面にはウエハ抑え部材５とＳiウエハの隙間から約330ｍ
／secの勢いでＡrガスが流れることとなり、膜厚分布へ
の影響について次に検討した結果を述べる。
【００８０】 (３)ウエハ表面に成膜したＷ膜厚分布の評価 上記の評価において、Ａr(下)流量をある程度増加すれ
ば完全にウェハ裏面への膜堆積を抑えられることを示し
たがその反面、Ａr(下)流量を増加することによる膜厚
分布の低下が予測される。そこで、上記Ａr(下)流量の
影響を調べるため、全面ＣＶＤを行った。ここで、ウエ
ハ２はＳi基板を用い、プラズマ前処理は、全面成膜で
あるので図１２(b)に示したＡr100sccｍのみでスパッタ
エッチを実施し、成膜時間は20minとした。
【００８１】膜厚分布の測定は、触針式段差計により行
なった。Ｗの段差は、成膜後のＷ膜上にエレクトロワッ
クスでマスクし、Ｗ膜をＨ2Ｏ2でエッチングした後、ワ
ックスをトリクロロメタン(クロロホルム)により除去す
ることで、形成した。ワックスによるマスクの間隔は、
ウェハ周辺部は１mmとし、それ以外は20mmとした。
【００８２】図２２は全面成膜ウエハの膜厚分布のパー
ジＡrガス流量依存性を示す説明図である。横軸はオリ
フラに平行な軸におけるウエハ２中央からの距離を示
し、縦軸は膜厚分布の平均値に対するバラツキを示し
た。図２２から明らかなように、膜厚分布は、裏面Ａr
ガスの流量が増えるほど悪くなる傾向にあり、裏面Ａr
ガス流量10sccmで±２％、50sccmでは±８％(５インチ
ウエハ２において直径120mm以内の領域での膜厚分布の
標準偏差)となり、予想通り膜厚分布が低下した。しか
し、本実施例におけるウエハ２表面とウエハ押さえ部材
５間のＡr流出隙間がｄ=0.25mmあり、この隙間ｄのギャ
ップを小さくしてＡrパージ流量を減らすことにより、
膜厚分布の向上が図れるものと予測される。さらに、加
熱ランプの光照射強度分布によるウエハ２の温度分布の
影響も含んでおり、これらの改善によりさらに上記膜厚
分布を向上出来るものと考えられる。しかし、本実施例
はＷの選択ＣＶＤについて述べたが、プロセス条件(例
えば、ガス流量条件、リアクタ内圧力)が変わると最適
なギャップも変わって来るため、本実施例で示したｄ＝
0.25mmという値が特別な意味を持つ値ではない。
【００８３】図２３はウエハエッジ部の膜厚分布を示す
説明図である。ウエハ抑え部材５の端はウエハ２の端か
らおよそ1.3mmにあると考えられる。膜厚の分布はウエ
ハ端からおよそ２mmでほぼ完全に立ち上がっており、こ
のデータを見るかぎりウエハエッジ部でパージＡrによ
りＣＶＤガス濃度が薄くなりエッジ部の膜厚が薄くなる
という問題は生じてない。パージＡrのエッジ部のＷ膜
厚への影響は問題にならない程度であることが確認され
た。
【００８４】 (４)連続成膜における選択性破れの処理枚数依存性評価 本発明によるＣＶＤリアクタ装置では、ウエハ２表面以
外での不要な膜堆積が生じないことを既に示した。すな
わち、本ＣＶＤリアクタがチャンバクリーニングなしに
連続処理が可能であることを意味している。そこで、チ
ャンバのクリーニングなしに連続成膜を行った際のリア
クタ性能の劣化を加速的に評価した。成膜条件の詳細及
びウエハ２の流れについては図２５の表に示した。ここ
では、このリアクタ性能の劣化が、ウエハ２の連続処理
における熱酸化膜(以後ＳiＯ2と略す)上での選択性破れ
によるＷ粒子発生個数の増加であると定義した。ここで
は、１枚あたり通常の10倍の時間でＳiベアウエハを用
いて全面成膜したウエハ２を100枚連続で処理するとい
った加速的な処理を、ＳiＯ2上への選択成膜の間に入れ
評価し、全体で1011枚の成膜を行った。異物個数の測定
評価では、あらかじめ異物数の測定済みの熱酸化膜付き
ウエハ２を用いた。ＳiＯ2上デポでの成膜条件は、選択
成膜において成膜量が0.4μｍとなるような条件に設定
した。全面成膜にはＳiベアウエハを用い、Ｗ膜の接着
性を高めるためにＳi還元反応を1分間行った後ＳiＨ4還
元による全面成膜を20分行った。
【００８５】図２４は選択性の破れの成膜枚数依存性を
示す説明図である。横軸にチャンバのクリーニングをせ
ずに成膜を行った延べの成膜枚数及び積算成膜量を示
し、縦軸は全面成膜100枚毎に成膜処理を行った酸化膜
表面上の0.3μｍ以上の異物数を表す。図２４中、初期
値は成膜処理前の酸化膜上の異物数であり、ウエハ２に
よってバラツキはあるが、およそ２〜18個のレベルであ
った。これに対し、成膜後の異物数は20〜60個の値を示
し、ほぼ一定のレベルであった。この値はバックグラウ
ンドレベルとほぼ同じである。ここで云う、バックグラ
ウンドレベルとは、成膜による異物の付着ではなく、ウ
エハハンドリングやウエハ２をガスに曝すことにより生
じた異物数の平均値である。ウエハを真空ピンセットで
ウエハケースから別のウエハケースに移すウエハハンド
リングは１回、ガスに曝す処理については、実際の成膜
ガスで３回、Ａrガスで1回行った結果、バックグラウン
ドレベルは34個/ウエハであった。
【００８６】上記に対し、実際に成膜した場合の異物数
の平均値は48個/ウエハであった。従って、上記のバッ
クグラウンドレベルを差し引いた、すなわち純粋に成膜
によって付着したと考えられる発生異物数は14個／ウエ
ハとなり、５インチウエハ上におけるＬＳＩチップ数の
１／５程度であり、許容限度内と考えられる。さらに、
この値はウエハの処理枚数に依存せず概ね一定であるこ
とから、ＣＶＤリアクターのクリーニングなしでも異物
が増加しないことを示している。
【００８７】今回の加速的に行った連続成膜がクリーニ
ングを必要とせずに1000枚まで可能であったことを通常
の選択成膜プロセスでの処理枚数に置き換えると以下の
ようになる。ここでは、仮にウエハ面積の１／100の領
域への選択成膜を考える。加速試験での１枚の全面成膜
では、20分で1.2μｍの膜が堆積し、これは0.4μｍの膜
厚を２minで成膜する選択成膜に換算すれば、成膜量で3
00枚に、成膜時間で10枚に相当する。したがって、1000
枚の連続成膜は、成膜量で300000枚、成膜時間では1000
0枚の選択成膜がチャンバクリーニング無しに連続処理
できると見積もれる。上記の見積もりでは、ウエハ面積
の１／100の領域への選択成膜を仮定したが、実際の一
般に行われる微細スルーホールへのタングステン埋込み
を目的とした選択成膜では、微細スルーホールの開口面
積がウエハ面積の１／1000以下になることが推定され、
上記の見積もり以上の枚数において連続成膜できるもの
と考えられる。以上から、本発明によるＣＶＤリアクタ
装置が１枚毎のクリーニングを必要とせず、それに起因
するスループットの低下に対し十分な効果のあることが
確認できた。さらに、時間的制約上連続処理1000枚まで
しか評価出来なかったが、実験終了後のチャンバ内部を
目視観察した限りでは、なお継続的な連続処理が可能で
あると考えられる。
【００８８】以上、本発明の実施例を述べてきたが、本
発明は上述したＷの選択成膜の場合に限らず、Ａl、Ｍ
o、Ｃu等のメタルの選択ＣＶＤ工程に適用できる事はも
ちろん、ウエハの側面や裏面に成膜を望まないブランケ
ットＣＶＤ(全面ＣＶＤ)工程に対して、メタル膜、絶縁
膜、半導体膜の熱ＣＶＤ、さらに成膜反応の律速過程が
表面の熱反応である限りプラズマＣＶＤであっても適用
できることはもちろんである。
【００８９】〔実施例２〕次に、本発明によるＣＶＤリ
アクタ装置を用いた場合には、その特徴であるウエハ２
表面のみでしか反応しないことを活かして、成膜反応モ
ニタを接続することにより、従来には得られなかった効
果を調べた実施例を以下に述べる。すなわち、本発明に
よるＣＶＤリアクタ装置では、実際にデバイス製作上必
要となる情報が得られるため、リアルタイムにモニタし
て、このモニタデータをプロセス条件制御に利用した
り、または製品ウエハの品質保証に用いることにより、
プロセス中のバラツキ低減や、自動運転化の推進により
生産性向上に寄与できることを以下に示す。また、チャ
ンバクリーニングの必要がないことから、プラズマダメ
ージによる部品劣化に伴う経時変化がないため、温度モ
ニタを本発明のリアクタ装置へ適用した場合、プロセス
条件制御や製品ウエハの品質保証が可能となることも以
下に述べる。
【００９０】図２６は、本発明におけるＣＶＤリアクタ
装置の反応ガスモニタと制御系を連結した第２、第３の
実施例のＣＶＤ装置図である。
【００９１】本図は先に本発明のＣＶＤリアクタがウエ
ハ表面以外の不要な部分に成膜が起こらないことを説明
するために示した図１１とほぼ同じ構成であるが、本図
では図１１に加え、反応ガスモニタである四重極質量分
析計(ＱＭＳ)１８からのモニタデータを制御用コンピュ
ータ３５に伝達し、反応状態に応じてバルブ開閉制御ユ
ニットを用い、ガス(ＷＦ6)導入開閉バルブ３４の駆動
制御を行っている。さらに図２６では、所定のウエハ温
度に安定制御するために、ファイバーケーブル２７を経
由した赤外放射温度計２６からのウエハ温度モニタデー
タを用いて、ランプ制御電源３２によって加熱ランプ３
１の強度をコントロールしている。
【００９２】また、図２７は、本発明におけるＣＶＤリ
アクタ装置と制御系を連結した第４の実施例のＣＶＤ装
置図であるが、ウエハ温度モニタの方式がファイバーケ
ーブル２７を用いず、ウエハ加熱を図８に示すヒータス
テージ１４を用いて行った以外は図２６と同じ構成であ
る。
【００９３】先ず、成膜した後の個々のウエハ間におけ
る膜厚のバラツキが抑えられることを、Ｗ膜をウエハ全
面に成膜する工程を例にとって説明する。
【００９４】先のＳiＨ4ガスの還元反応とは異なり、こ
こで対象とするＨ2ガスの還元によるＣＶＤ反応は次式
のように表される。
【００９５】
【化４】ＷＦ6＋Ｈ2 ⇒ Ｗ＋６ＨＦ …… (化４) そこで、反応生成ガスであるＨＦをモニタすることによ
り、Ｗ膜の成長状況を把握することができる。図２８
(ａ)は、従来の反応ガスモニタを用いない場合のＣＶＤ
工程図であり、(ｂ)は本発明において反応ガスモニタを
用いた場合のＣＶＤ工程図である。従来方法の工程を説
明した図２８(ａ)は、先の図１２(ｂ)において示した工
程と還元ガスがＳiＨ4からＨ2に変わった事以外は殆ど
同じである。しかし、本発明の工程である図２８(ｂ)で
は、Ｗ成膜中に反応ガスモニタによりＨＦガスをＨＦ＋
としてモニタし、制御用コンピューター３５でＨＦ＋イ
オン強度を積算し、その積算量が最初に設定した値とな
ったところで、バルブ開閉ユニットおよび制御用コンピ
ューター３５によりガス導入開閉バルブ３４を閉じてＷ
Ｆ６の導入を停止することで、常に所望した成膜量が得
られるように制御している部分が、従来と異なってい
る。この成膜中の反応ガスをモニタした結果を図２９に
示す。
【００９６】図２９は、本発明の実施例におけるＣＶＤ
中のＨＦ+ピーク強度の時間変化を示した図であり、Ｗ
Ｆ6ガスを導入してもすぐには成膜反応は開始せず、あ
る程度の遅れ時間の後に反応が開始していることが分か
る。この遅れ時間を成膜遅れ時間と呼ぶ。さらに、予め
設定した値とイオン強度積分量が等しくなったところで
ＷＦ6ガスの導入を停止したが、速やかに反応が停止し
ていることも分かる。
【００９７】ここで、ＱＭＳ１８からのデータを受け取
っている制御用コンピューター３５では、実際にＷＦ６
ガスが導入される前からＨＦ+ピーク強度のノイズレベ
ルを算出するための測定を開始しており、ＷＦ６ガスが
導入された後のＨＦ+ピーク強度から上記ノイズを引い
た上で積分演算を行っている。本実施例における成膜反
応量に相当するイオン強度積分量を図２９の網掛け部分
に示した。
【００９８】本発明の膜厚バラツキを抑える効果を実証
するために、従来の単にＣＶＤ原料ガスの導入時間を成
膜時間として成膜した場合の膜厚バラツキと、本発明の
反応ガスモニタによる制御を行って成膜した場合の膜厚
バラツキを比較した。
【００９９】図３０は、成膜遅れ時間が変化するように
意図的に表面酸化膜エッチング前処理時間を変化させた
場合のウエハ上で、成膜時間を変化させた場合の成膜時
間と膜厚の関係を示す図であり、図３１は、上記と同じ
ものをイオン強度積分量と膜厚の関係に置き換えた場合
の図である。ここで、従来の成膜時間（原料ガスの導入
から停止までの時間を成膜時間とした）だけで膜厚を制
御しようとした場合には、図３０に示されたように、成
膜前のウエハ表面状態の違い（ここでは、エッチング前
処理時間の違い）により大きく膜厚が変動するのに対
し、本発明のイオン強度積分量による膜厚制御を行った
場合には、図３１に示されたように、約２％程度の精度
で膜厚バラツキが抑えられることが実証できた。
【０１００】次に、リアクタに温度モニタを導入した場
合、従来のリアクタに適用した場合と比較して、本発明
のリアクタではチャンバクリーニングの必要がないこと
から、プラズマダメージによる部品劣化に伴う経時変化
がないことを以下に述べる。〔実施例１〕において図
１、図５、図８に示したリアクタ構造に対して、ウエハ
温度モニタを連結するための改造を行った後の本発明の
ＣＶＤリアクタ装置の第１から第４の実施例のリアクタ
断面図を図３２から図３５に示した。
【０１０１】本発明のウエハ温度モニタでは、ウエハ裏
面からの赤外放射光を石英製ロッド２８で集光してリア
クタ外に導出する方法、及び直接赤外線透過窓３０を通
してレンズで集光する方法を用いた。
【０１０２】図３２及び図３３に示した光照射によるウ
エハ加熱では、石英製ロッド２８は直径1.5mmの石英棒
を１回曲げたものを用い、受光端部がＣＶＤの原料ガス
や反応生成ガス（図示せず）に接触することを防ぐため
のパージＡrガスの導入口１２に接続された管状の遮光
カバー２９により保護されている。また、この管状のカ
バーは温度測定のノイズとなる照射光が石英ロッド２８
の側面より入射することを防ぐ働きがある。石英製ロッ
ド２８は直径１mmのファイバーケーブル（図示せず）に
直接接続され、これにより、ウエハからの放射光は放射
温度計２６に伝送される。ここで得られたウエハ温度の
データは、放射温度計２６（図２６に示す）に接続され
たランプ制御電源３２に入力され、加熱ランプ３１から
の照射強度が所定のウエハ温度になるようにフィードバ
ック制御するのに用いられる。
【０１０３】また、図３4に示したヒータステージ１４
によるウエハ加熱では、加熱ランプ３１によるウエハ温
度モニタの配置上の制約がないことから直状の石英製ロ
ッド２８を用い、特に照射光によるノイズを抑える必要
性がないことから遮光カバーも設けていない。さらに、
ヒータステージ１４によるウエハ加熱による図３５に示
した方法では、石英製ロッド２８を用いずに、ウエハ裏
面からの赤外放射光を直接赤外線透過窓３０を通してレ
ンズで集光する方法を用いた。
【０１０４】次に図２９に示した成膜条件において、Ｈ
2ガスの還元によるＷの全面成膜を行い、その時に表示
される赤外線温度計２６の読みを処理枚数を追って変化
していく様子を図３６に示した。ここでは、同時に同じ
赤外線温度計２６を従来方式の市販装置に適用し、全く
同じ成膜条件でＷの全面成膜を行った時の赤外線温度計
２６の読みを比較して示した。ただし、従来方式の市販
装置では、本発明のリアクタとは異なり、ウエハ表面以
外にも成膜が起こるため、ウエハを１枚処理する度にチ
ャンバークリーニングを行った。
【０１０５】図３６から明らかなように、従来方式の市
販装置では１枚目（初期性能）の成膜後のチャンバクリ
ーニングからウエハ表示温度が低下し、４、５枚目まで
著しく、その後は緩やかな低下が観測されたのに対し、
本発明のリアクタ装置では、全くウエハ表示温度の低下
は見られなかった。従来方式での低下は、ウエハ２裏面
から放射される赤外光の集光面となる石英製ロッド２８
の端面が、チャンバクリーニング中のプラズマダメージ
によって徐々に粗くなり、集光効率が低下したためと考
えられる。実際にこの評価を行った後に石英製ロッド２
８の端面を目視したところ、本発明のリアクタ装置に導
入した石英製ロッド２８では全く劣化がなかったのに対
し、従来方式の石英製ロッド２８では端面部が白く曇っ
ているのが観測された。
【０１０６】さらに、上記で評価した赤外線温度計の初
期性能と、本発明のリアクタと従来のリアクタで２０枚
の成膜処理を行った後の性能を比較した。この結果を図
３７に示す。従来方式のリアクタ装置に導入した石英製
ロッド２８では、端面部が白く曇ったために集光効率が
低下したため実際のウエハ温度よりも低く表示するよう
になっただけではなく、端面部の表面の粗れにより、ウ
エハ裏面からの放射光以外からの散乱光を拾い易くなっ
たために測定下限温度が上昇している。これに対し、本
発明のリアクタ装置に接続した赤外放射温度計では、ウ
エハの処理後も初期性能と全く変わらない性能が得られ
ている。
【０１０７】上記のように、本発明のリアクタ装置では
チャンバクリーニングを必要としないため、リアクタ内
に導入したモニタに用いる部品がプラズマダメージによ
る劣化を伴わないため、経時変化なしに安定してプロセ
ス状態（ここではウエハ温度）をモニタすることが可能
となる。
【０１０８】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、シリコンウエハ表面の所望する部分のみに
高選択でＣＶＤ膜を成長させることができるため、スル
−ホ−ルなどの微細接続孔のＣＶＤ穴埋めが必要なＬＳ
Ｉや計算機等の多層プリント板等の多層配線の信頼性向
上に寄与することができる。また、ＣＶＤ反応室内部を
含め、不要な部分での膜形成を防止できるため、ＣＶＤ
成膜工程全般における膜剥がれに起因する異物不良低減
にも多大の効果が有る。またＣＶＤ前のチャンバークリ
ーニングが不要となることから、スループットの向上が
図れ、チャンバーからの発塵も低減でき長時間の連続運
転が可能になることから稼働率が向上する。
【０１０９】請求項２記載の発明によれば、選択性の低
下を防止するため、成膜の必要のないウエハの裏面、側
面及びウエハ表面の端部に供給するガスの流路と成膜が
必要なウエハ表面に供給するガスの流路を分け、かつウ
エハのみがＣＶＤ反応の起こる温度以上にしてあり、か
つウエハの側面を通ってウエハ裏面に廻り込もうとする
反応性ガスがウエハ裏面側の不活性ガスによりパージさ
れ、ウエハ側面や裏面に吸着できないので、ウエハの表
面側に流入されるＷＦ6やＳiＨ4等のＣＶＤ反応ガスは
実質上、ウエハ端部を固定するウエハ抑え部材より内側
のウエハ表面部にしか吸着しない。
【０１１０】請求項３記載の発明によれば、ウエハ以外
ではＣＶＤ反応の生ずる温度にはならないので、ＣＶＤ
反応はウエハ表面側の所望する領域のみで起こり、ウエ
ハ端部、及びリアクタ内表面等で起こらない。このこと
は、不必要なＣＶＤ反応が抑制されることを意味してお
り、従来のウエハ全面の成膜におけるウエハ表面以外の
リアクタ内壁やサセプタ表面で前記した反応によって生
じる活性物質の量を低減でき、結果として選択性を向上
させることができる。
【０１１１】請求項４記載の発明によれば、ウエハへの
直接光照射による場合は、プロセス中にウエハ温度を応
答性良く変えることができる。
【０１１２】請求項５、６及び７記載の発明によれば、
加熱手段がＣＶＤリアクタ外部にあるランプ等の加熱光
源からの放射光を透過窓を通して照射し加熱されたウエ
ハ裏面側に設置しウエハに接触したサセプタからの熱伝
導及び熱輻射であることから、比較的簡単に温度分布を
均一にさせやすいという特徴がある。
【０１１３】請求項８、９及び１０記載の発明によれ
ば、加熱手段がウエハに接触してウエハ裏面側に設置し
た抵抗加熱等により加熱されたヒータステージからの熱
伝導及び熱輻射としていることから、比較的簡単に温度
分布を均一にさせやすいという特徴がある。
【０１１４】請求項１１記載の発明によれば、さらに、
前処理室等複数の処理室に対するウエハの搬送もできる
ため、将来必要とされる薄膜成膜工程の複合化、連続自
動化に寄与するところ大である。
【０１１５】請求項１２及び１４記載の発明によれば、
実際にデバイス製作上必要となる情報のみを得、リアル
タイムにプロセス条件制御や製品ウエハの品質保証が可
能となり、プロセス中のバラツキを低減できるため、自
動運転化を推進し生産性向上に寄与できるという特徴が
ある。
【０１１６】請求項１２及び１５記載の発明によれば、
ウエハ以外ではＣＶＤ反応の生ずる温度にはならず、Ｃ
ＶＤ反応がウエハ表面側の所望する領域のみで起こるた
め、モニタの対象が実際にデバイス製作上必要となる反
応進行モニタの情報を得た上で、リアルタイムのプロセ
ス条件制御や製品ウエハの品質保証が可能となり、プロ
セス中のバラツキを低減できるため、自動運転化を推進
し生産性向上に寄与できるという特徴がある。
【０１１７】請求項１３、１６及び１７記載の発明によ
れば、ウエハ表面以外での不要な膜形成が起こらずチャ
ンバクリーニングを行う必要がなくなることから、プラ
ズマダメージによる温度モニタ部品の劣化に伴う経時変
化なしに上記基板の温度をモニタできるため、リアルタ
イムのプロセス条件制御や製品ウエハの品質保証が可能
となり、プロセス中のバラツキを低減できるため、自動
運転化を推進し生産性向上に寄与できるという特徴があ
る。
【０１１８】請求項１４記載の発明によれば、反応進行
モニタと温度をモニタが同時にモニタできるため、より
精緻なリアルタイムのプロセス条件制御や製品ウエハの
品質保証が可能となり、プロセス中のバラツキを低減で
きるため、自動運転化を推進し生産性向上に寄与できる
という特徴がある。
【図面の簡単な説明】【図１】本発明におけるＣＶＤリアクタ装置の第１の実
施例を示す断面図である。
【図２】第１のＣＶＤリアクタ装置におけるパージガス
流路での、ウエハ引き上げピン、ウエハ抑え部材とウエ
ハの位置関係を示す断面斜視図である。
【図３】第１のＣＶＤリアクタ装置におけるパージガス
流路での、ウエハ支持ピン、ウエハ抑え部材とウエハの
位置関係を示す断面斜視図である。
【図４】第１のＣＶＤリアクタ装置におけるパージガス
流路での、図３と異なるウエハ支持ピン、ウエハ抑え部
材とウエハの位置関係を示す断面斜視図である。
【図５】本発明におけるＣＶＤリアクタ装置の第２実施
例を示す断面図である。
【図６】第２のＣＶＤリアクタ装置におけるパージガス
流路での、ウエハ引き上げピン、ウエハ抑え部材とウエ
ハの位置関係を示す断面斜視図である。
【図７】第２のＣＶＤリアクタ装置におけるパージガス
流路での、ウエハ支持ピン、ウエハ抑え部材とウエハの
位置関係を示す断面斜視図である。
【図８】本発明におけるＣＶＤリアクタ装置の第３実施
例を示す断面図である。
【図９】第３のＣＶＤリアクタ装置におけるパージガス
流路での、ウエハ引き上げピン、ウエハ抑え部材とウエ
ハの位置関係を示す断面斜視図である。
【図１０】第３のＣＶＤリアクタ装置におけるパージガ
ス流路での、ウエハ支持ピン、ウエハ抑え部材とウエハ
の位置関係を示す断面斜視図である。
【図１１】本発明におけるＣＶＤ装置およびＱＭＳシス
テムを接続した概要図である。
【図１２】(ａ)は本発明の実施例の選択ＣＶＤにおける
工程図である。(ｂ)は本発明の実施例の全面ＣＶＤにお
ける工程図である。
【図１３】本発明のＣＶＤリアクタ装置における搬送方
法を示し、ＣＶＤリアクタにウエハフォークを挿入した
状態の説明図である。
【図１４】本発明のＣＶＤリアクタ装置における搬送方
法を示し、ウエハを引き上げた状態の説明図である。
【図１５】本発明のＣＶＤリアクタ装置における搬送方
法を示し、ＣＶＤ中あるいはその前後においてウエハを
下げた状態の説明図である。
【図１６】本発明のＣＶＤリアクタ内部での反応量の比
較を示す説明図である。
【図１７】本発明の実施例におけるＣＶＤ中のＳiＦ3+
ピーク強度の時間変化を示し、選択ＣＶＤを行った時の
説明図である。
【図１８】本発明の実施例におけるＣＶＤ中のＳiＦ3+
ピーク強度の時間変化を示し、全面ＣＶＤを行った時の
説明図である。
【図１９】本発明の実施例において、熱酸化膜付きウエ
ハ上でウエハ表面(上)側とウエハ裏面(下)側に流すパー
ジ用Ａrガスの流量を変化させた時のＣＶＤ中のＳiＦ3+
ピーク強度の時間変化を示し、Ａr(上)Ａr(下)＝60/50
(sccｍ)の時の説明図である。
【図２０】本発明の実施例において、熱酸化膜付きウエ
ハ上でウエハ表面(上)側とウエハ裏面(下)側に流すパー
ジ用Ａrガスの流量を変化させた時のＣＶＤ中のＳiＦ3+
ピーク強度の時間変化を示し、Ａr(上)Ａr(下)＝80/30
(sccｍ)の時の説明図である。
【図２１】本発明の実施例において、熱酸化膜付きウエ
ハ上でウエハ表面(上)側とウエハ裏面(下)側に流すパー
ジ用Ａrガスの流量を変化させた時のＣＶＤ中のＳiＦ3+
ピーク強度の時間変化を示し、Ａr(上)Ａr(下)＝100/10
(sccｍ)の時の説明図である。
【図２２】本発明の実施例におけるＷ膜厚分布の裏面パ
ージガス流量依存性を示した図である。
【図２３】本発明の実施例におけるウエハエッジ部での
Ｗ膜厚分布を示した図である。
【図２４】本発明の実施例において、チャンバークリー
ニングなしに連続的に処理を行った場合の選択性破れの
処理枚数依存性を示す説明図である。
【図２５】成膜条件の詳細及びウエハの流れを示す説明
図である。
【図２６】本発明におけるＣＶＤリアクタ装置のモニタ
と連結した第１の実施例のＣＶＤ装置図である。
【図２７】本発明におけるＣＶＤリアクタ装置のモニタ
と連結した第２の実施例のＣＶＤ装置図である。
【図２８】(ａ)は、従来の反応ガスモニタを用いない場
合のＣＶＤ工程図である。(ｂ)は本発明において反応ガ
スモニタを用いた場合のＣＶＤ工程図である。
【図２９】本発明の実施例におけるＣＶＤ中のＨＦ+ピ
ーク強度の時間変化を示した図である。
【図３０】本発明の実施例において、前処理時間を変化
させた場合のウエハ上で、成膜量を変えた際に、従来の
反応ガスモニタを用いない場合における成膜時間と膜厚
の関係を示す図である。
【図３１】本発明の実施例において、前処理時間を変化
させた場合のウエハ上で、成膜量を変えた際に、本発明
による反応ガスモニタを用いた場合におけるイオン強度
積分量と膜厚の関係を示す図である。
【図３２】本発明におけるＣＶＤリアクタ装置のモニタ
と連結した第１の実施例のＣＶＤリアクタの断面図であ
る。
【図３３】本発明におけるＣＶＤリアクタ装置のモニタ
と連結した第２の実施例のＣＶＤリアクタの断面図であ
る。
【図３４】本発明におけるＣＶＤリアクタ装置のモニタ
と連結した第３の実施例のＣＶＤリアクタの断面図であ
る。
【図３５】本発明におけるＣＶＤリアクタ装置のモニタ
と連結した第４の実施例のＣＶＤリアクタの断面図であ
る。は本発明の実施例の選択ＣＶＤにおける工程図であ
る。
【図３６】本発明の実施例において、本発明のリアクタ
と従来のリアクタでウエハを処理したのに伴う赤外放射
温度計によるウエハ温度計測での経時変化を比較して示
した図である。
【図３７】本発明の実施例において、本発明のリアクタ
と従来のリアクタでウエハを処理した後に、どのように
赤外放射温度計の性能特性が変化したかを比較して示し
た図である。
【符号の説明】 １…ガスシャワー、２…ウエハ、３…ウエハ引き上げロ
ッド、４ａ…ウエハ引上げロッド上下機構、４ｂ…ガス
シャワー上下機構、５…ウエハ抑え部材、６、６ａ…ウ
エハ支持ピン、７…ウエハ引き上げピン、８…光照射
窓、９…ＣＶＤリアクタ、１０…リアクタ底部リング
部、１１…Ｏリングシール、１２…不活性ガス導入パイ
プ、１３…ウエハサセプタ、１３ａ…切欠き部、１４…
ヒータステージ、１４ａ…切欠き部、１５…前処理室、
１６…ロード／アンロード室、１７…ウエハ搬送室、１
８…ＱＭＳ分析管、１９…コンダクタンス調整バルブ、
２０…ターボ分子ポンプ、２１…ロータリーポンプ、２
２…ＲＦ電源、２３…ＱＭＳ電源本体、２４…ゲートバ
ルブ、２５…ウエハフォーク、２６…赤外放射温度計、
２７…ファイバーケーブル、２８…石英製ロッド、２９
…遮光用カバー、３０…赤外線透過窓、３１…加熱ラン
プ、３２…ランプ制御電源、３３…ヒータ制御電源、３
４…ガス導入開閉バルブ、３５…制御用コンピュータ及
びバルブ開閉制御ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 憲宏 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 小林 秀 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 田村 直行 山口県下松市東豊井794番地株式会社日立 製作所笠戸工場内