JP4663110B2

JP4663110B2 - 処理装置

Info

Publication number: JP4663110B2
Application number: JP2000398507A
Authority: JP
Inventors: 澄田中; 雅之田中
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP2002198416A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理ガスを用いて被処理基板の処理を行う処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）に配線パターンを形成するために、あるいは配線間のホールを埋め込むために、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）等の金属あるいは金属化合物を堆積させて薄膜を形成している。
【０００３】
これらの中で、ブランケットＷ膜は、処理ガスとして例えばＷＦ_６（六フッ化タングステン）とＳｉＨ_４（シラン）またはＳｉＨ_２Ｃｌ_２（ジクロルシラン）等とを用いたＣＶＤ成膜法により形成される。
【０００４】
図１０は上記のＷ膜を成膜するＣＶＤ成膜装置の一例を示す図面である。このＣＶＤ成膜装置は、主として、チャンバー１０１と、チャンバー１０１内に設けられ、ウエハが載置される載置台１０２と、載置台１０２上に載置されたウエハの表面側に形成される処理空間１０３に処理ガスを供給するシャワーヘッド１０４と、載置台１０２の下方に設けられ、載置台１０２上に載置されたウエハに熱線を照射して加熱する熱線照射機構１０５と、ウエハを載置台上に押圧して保持するクランプリング１０６とを具備している。このような装置においては、載置台１０２上にウエハを載置し、クランプリング１０６でウエハを載置台１０２上に保持した状態で、熱線照射機構１０５によりウエハを加熱するとともに、ウエハ表面側の処理空間１０３にシャワーヘッド１０４から前述の処理ガスを供給してＷ膜の成膜処理を行う。この際、図に矢印で示すように、ウエハ裏面側からパージガスを供給することにより、クランプリング１０６とウエハとの間等から処理ガスが侵入してウエハ周縁および裏面側に成膜されることを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のＣＶＤ成膜装置では、プロセス時間を短縮してスループットを向上させるために成膜工程の後等に処理空間１０３の減圧を急速に行うと、処理空間１０３の圧力とウエハ裏面側から供給されるパージガスとの圧力差が急激に大きくなり、この圧力差によってウエハとクランプリング１０６との間から処理空間１０３に向けてパージガスの強い流れが生じ、クランプリング１０６等の部材にバタツキが生じることがある。このようにクランプリング１０６等の部材にバタツキが生じるとパーティクルや部材破損が発生するおそれがあった。また、上記のＣＶＤ成膜装置では処理空間１０３を急速に減圧することはできず、段階的に時間をかけて減圧しなければならず、スループットが悪くなる問題があった。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、被処理基板裏面側への処理ガスの侵入を十分に防止することができ、かつ、処理空間を急速に減圧する際の不都合が生じ難い処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、処理ガスを用いて被処理基板に処理を施す処理容器と、前記処理容器内に配置され、前記被処理基板が載置される載置台と、前記処理容器内の前記被処理基板の表面側に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記被処理基板の周縁を上方から押さえて前記載置台上に保持する環状の基板保持部材と、前記被処理基板の裏面側に形成される空間にパージガスを供給するパージガス供給手段と、前記基板保持部材によって規定される、前記パージガスを前記空間からその上方へ導くパージガス流路と、前記空間の圧力が前記処理容器内における前記空間の外側の圧力よりも所定値以上高くなった場合に、前記パージガスを前記空間から放出するガス放出機構とを具備し、前記ガス放出機構は、前記処理容器内における前記空間内外の圧力差が、前記パージガス流路を通流する前記パージガスにより前記基板保持部材が持ち上げられる値に達する前に前記パージガスを放出することを特徴とする処理装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の第２の観点によれば、処理ガスを用いて被処理基板に処理を施す処理容器と、前記処理容器内に配置され、前記被処理基板が載置される載置台と、前記被処理基板の表面側に形成される第１の空間に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記被処理基板の周縁を上方から押さえて保持する環状の基板保持部材と、前記被処理基板の裏面側に形成される第２の空間にパージガスを供給するパージガス供給手段と、前記基板保持部材によって規定される、前記パージガスを前記第２の空間から前記第１の空間へ導くパージガス流路と、前記第１の空間の下方かつ前記第２の空間の外側に形成される第３の空間を介して前記第１の空間を排気する排気手段と、前記第２の空間の圧力が前記第１の空間の圧力よりも所定値以上高くなった場合に、前記パージガスを前記第３の空間に放出するガス放出機構とを具備し、前記ガス放出機構は、前記第２の空間と前記第１の空間との圧力差が、前記パージガス流路を通流するパージガスにより前記基板保持部材が持ち上げられる値に達する前にパージガスを放出することを特徴とする処理装置が提供される。
【０００９】
本発明においては、前記空間の圧力が処理容器内における前記空間の外側の圧力よりも所定値以上高くなった場合に、前記パージガスを前記空間から放出するガス放出機構を具備することにより、前記被処理基板を処理する際には前記パージガスにより前記空間への処理ガスの侵入を防止しつつ、前記処理容器内を減圧する際には前記ガス放出機構により前記空間から前記パージガスを放出することができ、前記処理容器内における前記空間内外に大きな圧力差が生じないので、前記基板保持部材のバタツキ等の不都合を防止することができる。
【００１０】
上記第１および第２の観点の処理装置においては、前記基板保持部材の外周側を保持する支持部材をさらに具備し、前記パージガス流路は、前記基板保持部材および前記被処理基板の間を通る第１流路と、前記基板保持部材および前記支持部材の間を通る第２流路とを有することが好ましい。これにより成膜中に処理ガスが前記被処理基板周縁および裏面へ侵入することを確実に防止することが可能となる。
【００１１】
上記第１の観点の処理装置においては、前記ガス放出機構は、前記空間内の圧力が前記処理容器内における前記空間外の圧力よりも所定値以上高くなった場合に前記放出孔を開放状態にするバルブとを有する構成とすることができる。
【００１２】
また、上記第２の観点の処理装置においては、前記ガス放出機構は、前記第３の空間および前記第２の空間を連通するように設けられ、前記パージガスを放出する放出孔と、前記第２の空間の圧力が前記第３の空間の圧力よりも前記所定値以上高くなった場合に前記放出孔を開放状態にするバルブとを有する構成とすることができる。前記第３の空間は前記第１の空間に優先して減圧されるので、このような構成により減圧時に前記第２の空間の圧力が前記第１の空間の圧力よりも所定値以上高くなることが確実に防止される。
【００１３】
これらの場合に、前記ガス放出機構は、前記処理容器内における前記空間内外の圧力差、または、前記第２の空間と前記第３の空間との圧力差が、前記パージガス流路を通流する前記パージガスにより前記基板保持部材が持ち上げられる値に達する前に前記パージガスを放出することが好ましい。これにより急速に減圧時に、前記基板保持部材が持ち上げられてバタツキはじめる前に前記パージガスを確実に放出することができる。
【００１４】
また、前記ガス放出機構は、前記処理容器内における前記空間内外の圧力差、または、前記第２の空間と前記第３の空間との圧力差が、前記被処理基板に処理を施す際に前記パージガスが前記空間または前記第２の空間から流出することにより生じる圧力損失を超えてから前記パージガスを放出することが好ましい。これにより前記被処理基板に処理を施す際に、前記パージガスが前記空間または前記第２の空間から放出されることを防止することができる。
【００１５】
上記第１および第２の観点の処理装置において、前記処理容器内における前記空間の外側の圧力が前記空間の圧力よりも所定値以上高くなった場合に前記処理容器内における前記空間の外側の雰囲気を前記空間に導入するか、または、前記第３の空間の圧力が前記第２の空間の圧力よりも所定値以上高くなった場合に、前記第３の空間の雰囲気を前記第２の空間に導入するガス導入機構をさらに設けてもよい。これにより処理装置の誤動作や故障によって、前記処理容器内に異常に高い圧力差が発生して処理装置の部材が破損することを防止することができる。
【００１６】
この場合に、前記ガス導入機構は、前記処理容器内における前記空間の外側の雰囲気を前記空間内に導入する導入孔と、前記処理容器内における前記空間の圧力が前記空間の圧力よりも前記所定値以上大きい場合に前記導入孔を開放状態とするバルブとを有する構成、または、前記第３の空間の雰囲気を前記第２の空間に導入する導入孔と、前記第３の空間の圧力が前記第２の空間の圧力よりも前記所定値以上大きい場合に前記導入孔を開放状態とするバルブとを有する構成、とすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態に係るＣＶＤ成膜装置を模式的に示す断面図であり、図１は被処理基板である半導体ウエハＷ（以下、単にウエハＷという。）を載置台上に載置している状態を、図２はウエハＷをリフトピン上に支持している状態を示している。このＣＶＤ成膜装置はＷ膜を成膜するものである。
【００１８】
図１および図２に示すように、ＣＶＤ成膜装置１００は、例えばアルミニウム等により円筒状に形成されたチャンバー１を有しており、その上に蓋体２が設けられている。このチャンバー１内には、天井部分に開口が設けられた有蓋円筒状のシールドベース３がチャンバー１底部から立設されている。このシールドベース３の天井部に設けられた開口には、環状のアタッチメント４が配置されており、このアタッチメント４に支持されて、ウエハＷを載置する載置台５が設けられている。アタッチメント４と載置台５との間には隙間１１が設けられており、この隙間１１の上方に後述するクランプリング７が設けられている。このアタッチメント４は、クランプリング７の外周側を保持する支持部材としても機能する。また、シールドベース３の天壁とチャンバー１の内壁との間には、多数の孔部を有するバッフルプレート６が設けられている。このように構成されたチャンバー１内の、載置台５上に載置されたウエハＷの表面側には、後述するシャワーヘッド５０から処理ガスが供給される処理空間（第１の空間）１０が形成されている。この処理空間１０の下方には、シールドベース３、アタッチメント４および載置台５により囲まれたバックサイド空間（第２の空間）２３が形成され、このバックサイド空間２３の外側にはチャンバー１、シールドベース３およびバッフルプレート６で囲まれた排気空間（第３の空間）４６が形成されている。
【００１９】
バックサイド空間２３の載置台５下方には、ウエハＷを載置台５から持ち上げるためのリフトピン１６が例えば３本（図１にはこのうち２本を図示。）設けられており、このリフトピン１６は、保持部材２２を介して押し上げ棒１８に支持されていて、この押し上げ棒１８がアクチュエータ１９に連結している。リフトピン１６は、熱線を透過する材料、例えば石英により形成されている。
【００２０】
また、リフトピン１６と一体的に支持部材２０が設けられており、この支持部材２０は、アタッチメント４の孔部１２を貫通して、載置台５の上方に設けられた円環状のクランプリング７にスプリング（図示せず。）を介して連結されている。クランプリング７は、その下面内周部に、内周方向に向かって厚みが薄くなるようにテーパーが設けられており、ウエハＷ上に下降させることによりこの内周部がウエハＷの表面外周に当接し、クランプリング７の自重およびスプリング力によりウエハＷを下向きに押さえて載置台５上に保持するようになっている。
【００２１】
このような構成により、アクチュエータ１９が押し上げ棒１８を昇降させることによって、リフトピン１６とクランプリング７とは一体的に昇降する。リフトピン１６とクランプリング７とは、ウエハＷを受け渡しする際にはリフトピン１６が載置台５から所定長さ突出するまで上昇し（図２参照）、リフトピン１６上に支持されたウエハＷを載置台５上に載置する際にはリフトピン１６が載置台５に没入するとともにクランプリング７がウエハＷに当接して保持する位置まで下降する（図１参照）。
【００２２】
載置台５の真下のチャンバー１底部には、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓２４が気密に設けられており、その下方には、透過窓２４を囲むように箱状の加熱室２５が設けられている。この加熱室２５内には、ランプ２６が反射鏡をも兼ねる回転台２７に取付けられており、この回転台２７は、回転軸２８を介して加熱室２５の底部に設けられた回転モータ２９により回転されるようになっている。したがって、このランプ２６から放出された熱線は、透過窓２４を透過して載置台５の下面を照射してこれを加熱し得るようになっている。透過窓２４の上方には、透過窓２４の外周に沿うようにして筒状のリフレクタ１７が設けられ、ランプ２６からの熱線を効率よく載置台５に導くようになっている。
【００２３】
透過窓２４およびリフレクタ１７は、前述のシールドリング３によって囲まれたバックサイド空間２３内に設けられている。また、リフレクタ１７の基部には、一端がパージガス供給装置５９に接続され、他端がバックサイド空間２３に連通したパージガス導入経路３７が設けられている。このパージガス導入経路３７を介して、所定の成膜工程において、パージガス供給装置５９からバックサイド空間２３に、処理ガスと反応しない、例えばＡｒ、窒素ガス等の不活性ガスからなるパージガスが供給される。この際、バックサイド空間２３に供給されたパージガスは、図１およびクランプリング７近傍を拡大した図３に矢印で示すように、載置台５とアタッチメント４との間に設けられた隙間１１、ならびに、アタッチメント４の孔部１２からクランプリング７の下面に向けて流れ、クランプリング７およびアタッチメント４の間になされる第１流路１５を経由して処理空間１０に流出する流れと、クランプリング７およびウエハＷの間になされる第２流路１４を経由して処理空間１０に流出する流れとを形成する。このようなパージガスの流れを形成することにより、処理ガスがウエハＷの周縁部および裏面ならびにバックサイド空間２３に回り込んで余分な成膜作用を及ぼすことが防止される。
【００２４】
上記シールドベース３の側壁の内側には、ガス放出機構３０およびガス導入機構４０が設けられている。図４（ａ）はガス放出機構３０の縦断面図、図４（ｂ）はガス導入機構４０の縦断面図である
【００２５】
ガス放出機構３０は、シールドベース３の側壁に設けられた開口３４と、この開口３４を介して排気空間４６と連通する室をシールドベース３内側に形成するバルブボディー３２と、このバルブボディー３２の底面の３箇所に設けられた放出孔３３と、この放出孔３３よりも径の大きい弁体３１ａならびに軸部３１ｂを有し、それぞれの放出孔３３に挿通されたバルブ３５とを具備している。バルブ３５は、図１および図２に示すように、通常はその自重により弁体３１ａが放出孔３３を密閉し、処理ガスがバックサイド空間２３内に侵入することを防止するようになっている。ただし、後述する排気装置５８により排気空間４６を介して処理空間１０を減圧する際に、処理空間１０とともに減圧される排気空間４６の圧力がバックサイド空間２３の圧力よりも低くなると、その圧力差によって弁体３１ａは上方向の力を受けるようになり、この圧力差が所定値以上となるとバルブ３５は持ち上げられて放出孔３３を開放し、図６に示すようにバックサイド空間２３内のパージガスを排気空間４６に放出する。このように圧力差により受ける力と自重とのバランスにより動作するタイプのバルブ３５では、弁体３１ａの自重および面積を調節することにより作動する圧力差の大きさを制御することができる。
【００２６】
この際、処理空間１０とバックサイド空間２３との圧力差がクランプリング７を持ち上げるような値に達する前に、バルブ３５が作動することが好ましい。これにより処理空間１０を急速に減圧した場合に、処理空間１０とバックサイド空間２３との圧力差がクランプリング７を持ち上げる値となる前にパージガスを排気空間４６に放出して、クランプリング７のバタツキ等の不都合が生じることを確実に防止することができる。
【００２７】
また、成膜時にウエハＷ周縁部および裏面への処理ガスの侵入を十分に防止するためには、成膜時にパージガスが前述の第１流路１４および第２流路１５を介して処理空間１０に流出することにより通常生じる圧力損失でバルブ３５が作動しないようにすることが好ましい。この程度の圧力差でバルブ３５が作動したのでは、成膜時に十分な量のパージガスをバックサイド空間２３から処理空間１０へ流出させることができなくなり、また、バックサイド空間２３への処理ガスの侵入が頻発し、ウエハＷ周縁部および裏面の不所望な成膜によるパーティクル発生等の不具合が増大するおそれがある。
【００２８】
一方、ガス導入機構４０は、シールドベース３の側壁に設けられた開口４４と、この開口４４を介して排気空間４６と連通する室をシールドベース３内側に形成するバルブボディー４２と、このバルブボディー４２の天壁の３箇所に設けられた放出孔４３と、この放出孔４３よりも径の大きい弁体４１ａならびに軸部４１ｂを有し、それぞれの放出孔４３に挿通されたバルブ４５とを具備している。このバルブ４５は、通常は、図１および図２に示すように、その自重により弁体４１ａが放出孔４３を密閉し、処理ガスがバックサイド空間２３に侵入することを防止するようになっている。ただし、排気空間４６の圧力がバックサイド空間２３の圧力よりも高くなると、その圧力差によって弁体４１ａは上方向の力を受けるようになり、この圧力差が所定値以上となると持ち上げられて放出孔４３を開放し、図７に示すように排気空間４６の雰囲気をバックサイド空間２３に導入する。
【００２９】
図５は、図１のＡ−Ａ断面矢視図であり、シールドベース３におけるガス放出機構３０およびガス導入機構４０の配置状態を示している。このように、本実施形態では、シールドベース３の一方側に一対のガス放出機構３０およびガス導入機構４０を隣接して設けるとともに、シールドベース３の対向する他方側にガス放出機構３０およびガス導入機構４０をもう一対設けている。このように配置することで、ガス放出機構３０およびガス導入機構４０の動作によりチャンバー１内の圧力が不均一になることを防止することができる。
【００３０】
排気空間４６には、チャンバー１の底部の四隅に設けられた排気口３６を介して排気装置５８が接続されている。排気装置５８は、その排気量を調節する図示しないバルブを有しており、排気空間４６を介して処理空間１０内を排気することにより処理空間１０を所定の真空度に維持し得るようになっている。また、排気空間４６と処理空間１０との間には多数の孔部を有するバッフルプレート６が設けられているので、このようにして処理空間１０を減圧する際に、処理空間１０は排気空間４６よりも緩やかに減圧される。
【００３１】
チャンバー１の天井部には、処理ガス等を導入するためのシャワーヘッド５０が設けられている。このシャワーヘッド５０は、蓋体２に嵌合して形成されたシャワーベース５１を有しており、このシャワーベース５１の上部中央には、ガス導入口５５が設けられている。さらに、このガス導入口５５の下方に、２段の拡散プレート５２，５３が設けられており、これら拡散プレート５２，５３の下方に、シャワープレート５４が設けられている。ガス導入口５５にはチャンバー１内の処理空間１０へ処理ガス等を供給するガス供給機構６０が接続されている。
【００３２】
ガス供給機構６０は、ＣｌＦ_３ガス供給源６１、Ｎ_２ガス供給源６２、ＷＦ_６ガス供給源６３、Ａｒガス供給源６４、ＳｉＨ_４ガス供給源６５、Ｈ_２ガス供給源６６を有している。ＣｌＦ_３ガス供給源６１には、ガスライン６７が接続され、このガスライン６７にはマスフローコントローラ８１とその前後の開閉バルブ７４，８８とが設けられている。Ｎ_２ガス供給源６２には、ガスライン６８が接続され、このガスライン６８にはマスフローコントローラ８２とその前後の開閉バルブ７５，８９とが設けられている。ＷＦ_６ガス供給源６３には、ガスライン６９が接続されており、このガスライン６９の途中から分岐ライン７０が分岐している。そして、ガスライン６９にはマスフローコントローラ８３とその前後の開閉バルブ７６，９０とが設けられており、分岐ライン７０にはマスフローコントローラ８４とその前後の開閉バルブ７７，９１とが設けられている。この分岐ライン７０は後述するニュークリエーション工程に用いられ、その流量がより厳密に制御されるようになっている。Ａｒガス供給源６４には、ガスライン７１が接続され、このガスライン７１にはマスフローコントローラ８５とその前後の開閉バルブ７８，９２とが設けられている。そして、このガスライン７１に前記ガスライン６９および前記分岐ライン７０が合流するようになっており、ＡｒガスはＷＦ_６ガスのキャリアガスとして機能する。ＳｉＨ_４ガス供給源６５には、ガスライン７２が接続され、このガスライン７２にはマスフローコントローラ８６とその前後の開閉バルブ７９，９３とが設けられている。Ｈ_２ガス供給源６６には、ガスライン７３が接続され、このガスライン７３にはマスフローコントローラ８７とその前後の開閉バルブ８０，９４とが設けられている。そして、ガスライン６７，６８，７１，７２，７３はガスライン９５に接続され、このガスライン９５がガス導入口５５と接続されている。
【００３３】
以下、上記のように構成されるＣＶＤ成膜装置１００により、ウエハＷの表面にＷ膜を成膜する動作の一例を説明する。表１は、この例におけるウエハＷ搬入から搬出までのＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ１０における、処理空間の圧力とパージガス流量との変化を示す表である。
【００３４】
【表１】

【００３５】
まず、チャンバー１の側壁に設けられた図示しないゲートバルブを開いて搬送アームによりチャンバー１内にウエハＷを搬入し、リフトピン１６を載置台５から所定長さ突出するまで上昇させてウエハＷを受け取った後、搬送アームをチャンバー１から退出させ、ゲートバルブを閉じる。
【００３６】
この状態で、ガス供給機構６０およびパージガス供給装置５９からガスを供給せずに排気装置５８の排気バルブを全開にしてチャンバー内を急速に減圧し、チャンバー１内の圧力を到達圧力１００ｍＴｏｒｒの高真空状態とした後、リフトピン１６およびクランプリング７を下降させ、リフトピン１６を載置台５に没入させてウエハＷを載置台５上に載置するとともに、クランプリング７をウエハＷに当接して保持する位置まで下降させる（ＳＴＥＰ１）。このようにチャンバー内を高真空状態としてウエハＷの載置およびクランプリング７による保持を行うのは、ウエハＷが載置台５上で滑ることを防止するためである。また、加熱室２５内のランプ２６を点灯し、回転台２７を回転モータ２９により回転させながら熱線を放射させ、ウエハＷを所定の温度に加熱する。
【００３７】
次に、載置台５上に載置され、クランプリング７により保持されたウエハＷの表面にニュークリエーション膜を形成するため、排気装置５８の排気バルブの開度を下げるとともに、ガス供給機構６０のＮ_２ガス供給源６２、Ａｒガス供給源６４、ＳｉＨ_４ガス供給源６５およびＨ_２ガス供給源６６、ならびに、パージガス供給装置５９からそれぞれ所定の流量で処理ガスまたはパージガスの供給を開始し、処理空間１０内の圧力を５００Ｐａとする（ＳＴＥＰ２）。次いで、各ガスの流量を維持したままで、ＷＦ_６ガス供給源６３から分岐ライン７０を介して、高精度のマスフローコントローラー８４により厳密に流量を制御しつつ、後述する本成膜工程よりも少量のＷＦ_６ガスの供給を開始し（ＳＴＥＰ３）、この状態で下記式（１）に示すＳｉＨ_４還元反応を所定時間進行させ、ウエハＷ表面にニュークリエーション膜を形成する（ＳＴＥＰ４）。なお、前記ＳＴＥＰ３および前記ＳＴＥＰ４において、処理空間１０内の圧力は５００Ｐａを維持するようにする。
２ＷＦ_６＋３ＳｉＨ_４→２Ｗ＋３ＳｉＦ_４＋６Ｈ_２ ……… （１）
【００３８】
その後、ＷＦ_６ガスおよびＳｉＨ_４ガスの供給を停止し、その他のガスの供給量を維持した状態で、排気装置５８の排気バルブを全開にして処理空間１０内を急速に減圧し、ニュークリエーション膜を形成した後に残留した処理ガスを処理空間１０から一掃する（ＳＴＥＰ５）。
【００３９】
次に、以上のようにしてニュークリエーション膜の形成されたウエハＷの表面に、Ｗ成膜する本成膜工程を行う。まず、排気装置５８の排気バルブの開度を下げるとともに、キャリアガスとしてのＡｒガス、Ｈ_２ガス、Ｎ_２ガスおよびパージガスの流量をそれぞれ増大させ、処理空間１０内の圧力を１０６６６Ｐａに上昇させる（ＳＴＥＰ６）。次いで、ガス供給機構６０のＷＦ_６ガス供給源６３からメインデポ用のＷＦ_６ガスの供給を開始するとともに、Ａｒガス、Ｈ_２ガス、Ｎ_２ガスを減少させ、処理空間１０内をメインデポのための処理ガス雰囲気とし（ＳＴＥＰ７）、この状態で下記式（２）に示すＨ_２還元反応のＷ成膜を所定時間行う（ＳＴＥＰ８）。なお、前記ＳＴＥＰ７および前記ＳＴＥＰ８において、パージガスの流量および処理空間１０内の圧力は前記ＳＴＥＰ７と同様に維持するようにする。
ＷＦ_６＋３Ｈ_２→Ｗ＋６ＨＦ ……… （２）
【００４０】
本成膜を終了後、ウエハＷ取り出しに向けて、ＷＦ_６ガスおよびＳｉＨ_４ガスの供給を停止し、Ａｒガス、Ｈ_２ガス、Ｎ_２ガスおよびパージガスの供給を維持した状態で、排気装置５８の排気バルブを全開にしてチャンバー１内を急速に減圧し、本成膜終了後に残留した処理ガスを処理空間１０から一掃し（ＳＴＥＰ９）、その後全てのガスの供給を停止した状態で減圧を続けてチャンバー１内を高真空度状態とする（ＳＴＥＰ１０）。
【００４１】
この高真空度状態でリフトピン１６およびクランプリング７を上昇させ、クランプリング７によるウエハＷの保持を解除するとともに、リフトピン１６を載置台５から所定長さ突出させてウエハＷを搬送アームが受け取り可能な位置まで上昇させる。このようにチャンバー内を高真空状態としてウエハＷの保持を解除し、リフトピン１６で持ち上げるのは、ＳＴＥＰ１と同様にウエハＷが載置台５上で滑ることを防止するためである。
【００４２】
その後、パージガス、Ａｒガス等をチャンバー１内に導入し、ゲートバルブを開いてチャンバー１内に搬送アームを進入させ、リフトピン１６上のウエハＷを搬送アームで受け取り、搬送アームをチャンバー１から退出させることによりウエハＷを取り出して成膜動作を終了する。また、ウエハＷを取り出した後には、必要に応じてＣｌＦ_３ガスをチャンバー１内に供給する等してチャンバー１内のクリーニングを行う。
【００４３】
このようなプロセスでは、特に、上記ＳＴＥＰ５、上記ＳＴＥＰ９および上記ＳＴＥＰ１０において、排気装置５８のバルブを全開にして急速に減圧するため、処理空間１０および排気空間４６の圧力が急激に低下する。従来の装置ではこのような場合にバックサイド空間２３と処理空間１０との間に大きな圧力差が生じてクランプリング７のバタツキが発生していたが、本実施形態においては、この圧力差がクランプリング７のバタツキを発生させる大きさに達する前に、ガス放出機構３０がバックサイド空間２３からパージガスを排気空間４６に放出するので、クランプリング７のバタツキ等の不具合は生じない。また、ガス放出機構３０は、成膜時にパージガスが処理空間１０に流出することにより通常生じる圧力損失では動作しないので、上記ＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ４のニュークリエーション工程、および、上記ＳＴＥＰ６〜ＳＴＥＰ８の本成膜工程においてパージガスは放出されず、処理ガスのウエハＷ周縁部および裏面への侵入はパージガスにより十分に防止される。
【００４４】
また、従来の装置では、装置が誤動作したり故障した場合には、処理空間１０および排気空間４６内の圧力がバックサイド空間２３の圧力よりも極めて大きくなって、その圧力差によりＣＶＤ成膜装置１００を構成する部材が破損するおそれがあったが、本実施形態においてはガス導入機構４０が排気空間４６の雰囲気をバックサイド空間２３に導入することにより圧力差を緩和することができるので、このような圧力差に起因した部材の破損を防止することができる。
【００４５】
次に、上記ガス放出機構３０におけるバルブ３５の設計例について説明する。
ここでは代表的な実機のデータに基づいてバルブ３５を構成した場合について示す。
クランプリング７は、クランプリング７の自重と、クランプリング７と３本のリフトピン１６それぞれとを連結する３本のスプリングの力とにより、載置台５上のウエハＷを保持している。実機におけるクランプリング７の自重は０．９Ｎ、前記スプリングの力は計１５Ｎ、クランプリング７の面積Ａ＝０．０１８５ｍ^２であり、クランプリング７は０．９Ｎ＋１５Ｎ＝１５．９ＮでウエハＷを押さえている。したがって、処理空間１０とバックサイド空間２３との圧力差により、この１５．９Ｎよりも大きい力がクランプリング７の上方向に作用するとクランプリング７が持ち上げられてバタツキはじめるものと考えられる。このことから、この実機でクランプリング７がバタツキはじめる処理空間１０とバックサイド空間２３との圧力差の大きさΔＰ_１は、ΔＰ_１＝１５．９／０．０１８５＝８５９．５Ｐａと求めることができる。
【００４６】
また、実機のデータからは、成膜時にパージガスがバックサイド空間２３から処理空間１０に流出することにより生じる圧力損失ΔＰ_２は、ΔＰ_２≒１１３Ｐａと算出された。したがって、排気空間４６とバックサイド空間２３との圧力差がΔＰ_２以下の場合にパージガスが放出されると、成膜時にパージガスを十分に流すことができなくなる。
【００４７】
以上より、この実機ではバルブ３５が動作する圧力差Ｐを、ΔＰ_１＜Ｐ＜ΔＰ_２、すなわち１１３Ｐａ＜Ｐ＜８５９．５Ｐａとすることが好ましく、これにより成膜時にはパージガスによりウエハＷの周縁部および裏面側への処理ガスの侵入を効果的に防止しつつ、急速減圧時にクランプリング７に生じるバタツキを防止することができることが求められた。
【００４８】
この好ましい範囲の圧力差Ｐで動作するように、バルブ３５を構成した。ここでは、ガス放出機構３０の設置スペースの関係から弁体３１ａの外径は１４ｍｍとし、肉厚は１．５ｍｍとした。このように構成された弁体３１ａが動作する圧力差は１枚あたり１４３Ｐａと算出されたので、３枚の弁体３１ａを１つのバルブ３５に用いることにより、バルブ３５の動作する圧力を上記の好ましい範囲内の４２９Ｐａとすることができる。弁体３１ａは肉厚４．５ｍｍのものを１枚用いてもよいが、ここでは調整を容易にするために１．５ｍｍの弁体３１ａを３枚用いることとした。このように構成したバルブ３５をガス放出機構３０に用いることにより、成膜時にはパージガスによりバックサイド空間２３への処理ガスの侵入を防止しつつ、処理空間１０を減圧する際には前記バックサイド空間２３からパージガスを適切に放出してクランプリング７のバタツキを防止することができた。なお、ここでは実機の代表的なデータに基づいて構成されたバルブ３５の設計例を示したものであり、バルブ３５の動作する圧力差の好ましい範囲、および、バルブ３５の構成はこれらに限られるものではない。
【００４９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態ではガス放出機構３０およびガス導入機構４０は、いずれもシールドベース３の内側に突出するように設けたが、図８に示すガス放出機構３０′のようにシールドベース３の外側に突出するように設けてもよい。この場合には、図９に示すガス放出機構３０″のように横向きにバルブ３５′を設けてもよい。ただし、横向きにした場合にはバルブ３５′は自重により放出孔３３′を密閉することはできないので、バネ等によりバルブ３５′を放出孔３３′に押し当てて密閉する構成とする必要がある。また、上記ではガス放出機構３０およびガス導入機構４０は、いずれも放出孔３３，４３とバルブ３５，４５との組み合わせを３組有する構成としたが、これに限られるものではない。さらに、ガス放出機構３０およびガス導入機構４０の数、配置についても変更可能である。
【００５０】
また、上記実施形態では本発明をＷのＣＶＤ成膜について示したが、これに限らず、他の材料、例えばＡｌ、ＷＳｉ、Ｔｉ、ＴｉＮ等のＣＶＤ成膜に適用することができるし、また、ＣＶＤ以外の他のガス処理にも適用することができる。また、被処理基板はウエハに限られるものではなく、他の基板であってもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、前記空間の圧力が処理容器内における前記空間の外側の圧力よりも所定値以上高くなった場合に、前記パージガスを前記空間から放出するガス放出機構を具備することにより、前記被処理基板を処理する際には前記パージガスにより前記空間への処理ガスの侵入を防止しつつ、前記処理容器内を減圧する際には前記ガス放出機構により前記パージガスを前記空間から放出することができ、前記処理容器内における前記空間内外に大きな圧力差が生じないので、前記基板保持部材のバタツキ等の不都合が防止される。これにより成膜行程の後等に前記処理空間を急速に減圧することができるようになり、プロセス時間を短縮してスループットを向上することが実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣＶＤ成膜装置を模式的に示す断面図であって、ウエハＷを載置台上に載置している状態を示す図面。
【図２】図１に示したＣＶＤ成膜装置において、ウエハＷをリフトピン上に支持している状態を示す図面。
【図３】図１に示したＣＶＤ成膜装置のクランプリング近傍におけるパージガスの流れを説明するための拡大図。
【図４】ガス放出機構およびガス導入機構の縦断面図。
【図５】図１に示したＣＶＤ成膜装置のＡ−Ａ部分断面図
【図６】ガス放出機構がパージガスを放出している状態の拡大断面図。
【図７】ガス導入機構が排気空間から雰囲気を導入している状態の拡大断面図。
【図８】ガス放出機構の変形例を示す図面。
【図９】ガス放出機構の他の変形例を示す図面。
【図１０】従来のＣＶＤ成膜装置を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
１；チャンバー
２；蓋体
３；シールドベース
４；アタッチメント
５；載置台
６；バッフルプレート
７；クランプリング
１０；処理空間
１６；リフトピン
１７；リフレクタ
２０；支持部材
２３；バックサイド空間
２５；加熱室
３０；ガス放出機構
３１ａ；弁体
３１ｂ；軸部
３２；バルブボディー
３３；放出孔
３５；バルブ
３７；パージガス導入経路
４０；ガス導入機構
４１ａ；弁体
４１ｂ；軸部
４２；バルブボディー
４３；放出孔
４５；バルブ
４６；排気空間
５０；シャワーヘッド
５８；排気装置
５９；パージガス供給装置
６０；ガス供給機構
１００；ＣＶＤ成膜装置
Ｗ；半導体ウエハ

Claims

処理ガスを用いて被処理基板に処理を施す処理容器と、
前記処理容器内に配置され、前記被処理基板が載置される載置台と、
前記処理容器内の前記被処理基板の表面側に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記被処理基板の周縁を上方から押さえて前記載置台上に保持する環状の基板保持部材と、
前記被処理基板の裏面側に形成される空間にパージガスを供給するパージガス供給手段と、
前記基板保持部材によって規定される、前記パージガスを前記空間からその上方へ導くパージガス流路と、
前記空間の圧力が前記処理容器内における前記空間の外側の圧力よりも所定値以上高くなった場合に、前記パージガスを前記空間から放出するガス放出機構と
を具備し、
前記ガス放出機構は、前記処理容器内における前記空間内外の圧力差が、前記パージガス流路を通流する前記パージガスにより前記基板保持部材が持ち上げられる値に達する前に前記パージガスを放出することを特徴とする処理装置。
前記基板保持部材の外周側を保持する支持部材をさらに具備し、前記パージガス流路は、前記基板保持部材および前記被処理基板の間を通る第１流路と、前記基板保持部材および前記支持部材の間を通る第２流路とを有することを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
前記ガス放出機構は、前記パージガスを放出する放出孔と、前記処理容器内における前記空間内外の圧力差が所定値以上高くなった場合に前記放出孔を開放状態にするバルブとを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の処理装置。
前記ガス放出機構は、前記処理容器内における前記空間内外の圧力差が、前記被処理基板に処理を施す際に前記パージガスが前記空間から流出することにより生じる圧力損失の値を超えてから前記パージガスを放出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の処理装置。
前記処理容器内における前記空間の外側の圧力が前記空間の圧力よりも所定値以上高くなった場合に、前記処理容器内における前記空間の外側の雰囲気を前記空間内に導入するガス導入機構をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の処理装置。
前記ガス導入機構は、前記処理容器内における前記空間の外側の雰囲気を前記空間に導入する導入孔と、前記処理容器内における前記空間の外側の圧力が前記空間の圧力よりも前記所定値以上高くなった場合に前記導入孔を開放状態とするバルブとを有することを特徴とする請求項５に記載の処理装置。
処理ガスを用いて被処理基板に処理を施す処理容器と、
前記処理容器内に配置され、前記被処理基板が載置される載置台と、
前記被処理基板の表面側に形成される第１の空間に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記被処理基板の周縁を上方から押さえて保持する環状の基板保持部材と、
前記被処理基板の裏面側に形成される第２の空間にパージガスを供給するパージガス供給手段と、
前記基板保持部材によって規定される、前記パージガスを前記第２の空間から前記第１の空間へ導くパージガス流路と、
前記第１の空間の下方かつ前記第２の空間の外側に形成される第３の空間を介して前記第１の空間を排気する排気手段と、
前記第２の空間の圧力が前記第１の空間の圧力よりも所定値以上高くなった場合に、前記パージガスを前記第３の空間に放出するガス放出機構と
を具備し、
前記ガス放出機構は、前記第２の空間と前記第１の空間との圧力差が、前記パージガス流路を通流するパージガスにより前記基板保持部材が持ち上げられる値に達する前にパージガスを放出することを特徴とする処理装置。
前記基板保持部材の外周側を保持する支持部材をさらに具備し、前記パージガス流路は、前記基板保持部材および前記被処理基板の間を通る第１流路と、前記基板保持部材および前記支持部材の間を通る第２流路とを有することを特徴とする請求項７に記載の処理装置。
前記ガス放出機構は、前記第３の空間および前記第２の空間を連通するように設けられ、前記パージガスを放出する放出孔と、前記第２の空間の圧力が前記第３の空間の圧力よりも前記所定値以上高くなった場合に前記放出孔を開放状態にするバルブとを有することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の処理装置。
前記ガス放出機構は、前記第２の空間と前記第１の空間との圧力差が、処理ガスを用いて被処理基板に処理を施す際にパージガスが前記第２の空間から前記第１の空間に流出することにより生じる圧力損失を超えてからパージガスを放出することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の処理装置。
前記第３の空間の圧力が前記第２の空間の圧力よりも所定値以上高くなった場合に、前記第３の空間の雰囲気を前記第２の空間に導入するガス導入機構をさらに具備することを特徴とする請求項７から請求項１０に記載の処理装置。
前記ガス導入機構は、前記第３の空間と前記第２の空間とを連通するように設けられ、前記第３の空間の雰囲気を前記第２の空間に導入する導入孔と、前記第３の空間の圧力が前記第２の空間の圧力よりも前記所定値以上高くなった場合に前記導入孔を開放状態とするバルブとを有することを特徴とする請求項１１に記載の処理装置。