(57)【要約】【課題】プラズマＣＶＤまたはプラズマＡＬＤにより導電性膜を成膜する際に被処理基板を静電吸着することができる基板保持機構およびそれを用いた成膜装置を提供する。【解決手段】基板保持機構は、誘電体で構成され、被処理基板を支持するステージと、ステージ内に設けられた吸着電極と、ステージを加熱するヒータとを備え、ジョンソン・ラーベック力により被処理基板がステージの表面に静電吸着され、ステージは、ステージの表面の被処理基板の外周に対応する位置に、被処理基板が密着され、導電性膜を成膜するための原料ガスが前記被処理基板の裏面側に回り込むことを阻止する機能を有する環状をなす密着領域と、ステージの表面の密着領域の外側の部分に環状に設けられた、原料ガスによる導電性デポ膜が蓄積可能な溝部とを有する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマＣＶＤまたはプラズマＡＬＤにより導電性膜を成膜する際に、被処理基板を保持する基板保持機構であって、
誘電体で構成され、被処理基板を支持するステージと、
前記ステージ内に設けられた、前記被処理基板を静電吸着するための吸着電極と、
前記ステージを加熱するヒータと、
を備え、
前記吸着電極に直流電圧が印加されることにより、ジョンソン・ラーベック力により前記被処理基板が前記ステージの表面に静電吸着され、
前記ステージは、
前記ステージの表面の被処理基板の外周に対応する位置に、前記被処理基板が密着され、前記導電性膜を成膜するための原料ガスが前記被処理基板の裏面側に回り込むことを阻止する機能を有する環状をなす密着領域と、
前記ステージの表面の前記密着領域の外側の部分に環状に設けられた、前記原料ガスによる導電性デポ膜が蓄積可能な溝部と、
を有する、基板保持機構。
【請求項２】
前記密着領域は、その幅が１０〜４０ｍｍである、請求項１に記載の基板保持機構。
【請求項３】
前記溝部は、前記密着領域からの深さが２０〜１００μｍであり、幅が０．５〜２ｍｍの範囲である、請求項１または請求項２に記載の基板保持機構。
【請求項４】
前記ヒータによる前記ステージの表面の温度は、２００℃以上である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の基板保持機構。
【請求項５】
前記ヒータによる前記ステージの表面の温度は、４００〜７００℃である、請求項４に記載の基板保持機構。
【請求項６】
前記ステージ前記密着領域の内側の部分は、凹部をなす吸着面であり、
前記被処理基板と前記吸着面との間の空間に伝熱用のバックサイドガスを供給するバックサイドガス供給機構をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板保持機構。
【請求項７】
前記バックサイドガス供給機構は、バックサイドガスのガス圧を２０〜１００Ｔｏｒｒに設定する、請求項６に記載の基板保持機構。
【請求項８】
前記吸着電極は、プラズマに対する接地電極として機能する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の基板保持機構。
【請求項９】
前記ステージを構成する誘電体は、成膜温度における体積抵抗率が１×１０９〜１×１０１２Ω・ｃｍ程度である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の基板保持機構。
【請求項１０】
前記誘電体はＡｌＮである、請求項９に記載の基板保持機構。
【請求項１１】
前記吸着電極から前記ステージに吸着された前記被処理基板の吸着面までの距離は、０．５〜１．５ｍｍである、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の基板保持機構。
【請求項１２】
前記吸着電極と、前記ステージの表面の前記密着領域よりも外側に形成される導電性デポ膜との間の距離は、前記吸着電極から前記ステージに吸着された前記被処理基板の吸着面までの距離よりも大きい、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の基板保持機構。
【請求項１３】
前記吸着電極の外側に、前記導電性デポ膜との間の距離が、前記吸着電極から前記ステージに吸着された前記被処理基板の吸着面までの距離よりも大きい、プラズマを広げるための補助電極をさらに有する、請求項１２に記載の基板保持機構。
【請求項１４】
前記ステージの底面の裏面側中央に下方に延びるように取り付けられた支持部材をさらに備える、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の基板保持機構。
【請求項１５】
プラズマＣＶＤまたはプラズマＡＬＤにより導電性膜を成膜する成膜装置であって、
成膜処理が行われるチャンバーと、
チャンバー内に設けられた請求項１から請求項１４の基板保持機構と、
前記導電性膜を成膜するためのガスをチャンバー内に導入するガス導入部と、
前記チャンバー内にプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記チャンバー内を排気する排気機構と、
を備える、成膜装置。
【請求項１６】
前記ガス導入部は、ガスをシャワー状に前記チャンバー内に導入するシャワーヘッドを有し、
前記プラズマ生成機構は、前記シャワーヘッドに高周波電力を印加する高周波電源を有する、請求項１５に記載の成膜装置。
【請求項１７】
前記導電性膜を成膜するためのガスとして、Ｔｉ原料ガスおよび還元ガスを用い、導電性膜としてＴｉ膜を成膜する、請求項１５または請求項１６に記載の成膜装置。
【請求項１８】
前記Ｔｉ原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガス、前記還元ガスとしてＨ２ガスを用いる、請求項１７に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板保持機構および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに対して、ドライエッチングやスパッタリング、プラズマＣＶＤ等のプラズマ処理が多用されている。
【０００３】
このような、プラズマ処理においては、被処理基板を保持するために、静電吸着を用いた静電チャックが多用されている（例えば特許文献１〜５）。
【０００４】
一方、プラズマＣＶＤやプラズマＡＬＤのような等方的な成膜手法により導電性の膜を成膜する場合は、被処理基板の保持面に原料ガスが回り込んで導電性デポ膜が堆積することにより、静電チャック機能が発揮されないことが懸念される。このため、プラズマＣＶＤやプラズマＡＬＤで導電性膜を成膜する場合は、静電チャックを用いずに基板載置台に基板を載置した状態でプラズマ処理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−６７６７３号公報
【特許文献２】特開平７−１３０８３０号公報
【特許文献３】特開平９−２６０４７２号公報
【特許文献４】特開２００３−２９７９１２号公報
【特許文献５】特開２００９−２１５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、プラズマＣＶＤまたはプラズマＡＬＤにより導電性膜を成膜する際に被処理基板を静電吸着することができる基板保持機構およびそれを用いた成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る基板保持機構は、プラズマＣＶＤまたはプラズマＡＬＤにより導電性膜を成膜する際に、被処理基板を保持する基板保持機構であって、誘電体で構成され、被処理基板を支持するステージと、前記ステージ内に設けられた、前記被処理基板を静電吸着するための吸着電極と、前記ステージを加熱するヒータと、を備え、前記吸着電極に直流電圧が印加されることにより、ジョンソン・ラーベック力により前記被処理基板が前記ステージの表面に静電吸着され、前記ステージは、前記ステージの表面の被処理基板の外周に対応する位置に、前記被処理基板が密着され、前記導電性膜を成膜するための原料ガスが前記被処理基板の裏面側に回り込むことを阻止する機能を有する環状をなす密着領域と、前記ステージの表面の前記密着領域の外側の部分に環状に設けられた、前記原料ガスによる導電性デポ膜が蓄積可能な溝部と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、プラズマＣＶＤまたはプラズマＡＬＤにより導電性膜を成膜する際に被処理基板を静電吸着することができる基板保持機構およびそれを用いた成膜装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係る基板保持機構を示す斜視図である。
【図２】一実施形態に係る基板保持機構を示す平面図である。
【図３】一実施形態に係る基板保持機構を示す断面図である。
【図４】一実施形態に係る基板保持機構の要部を拡大して示す断面図である。
【図５】他の実施形態に係る基板保持機構の一部を示す断面図である。
【図６】図５に示す他の実施形態に係る基板保持機構の変形例を示す断面図である。
【図７】図５に示す他の実施形態に係る基板保持機構の他の変形例を示す断面図である。
【図８】一実施形態に係る基板保持機構を適用した成膜装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して実施形態について説明する。
【００１１】
＜基板保持機構＞
最初に、一実施形態に係る基板保持機構について説明する。図１は一実施形態に係る基板保持機構を示す斜視図、図２はその平面図、図３はその断面図、図４はその要部を拡大して示す断面図である。
【００１２】
基板保持機構１は、プラズマＣＶＤまたはプラズマＡＬＤにより被処理基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）に導電性膜を成膜する成膜装置において、真空に保持されるチャンバー内でウエハを保持するものである。成膜する導電性膜としては、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ｗ膜、Ｎｉ膜等を挙げることができる。
【００１３】
基板保持機構１は、被処理基板であるウエハＷを載置（支持）するステージ２、およびステージ２の裏面側の中央に下方に延びるように取り付けられた支持部材３を有する
【００１４】
ステージ２は、誘電体、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックスからなる。ステージ２の内部には、その表面近傍部分に、ウエハＷを吸着電極１１が埋設されており、静電チャックを構成している。吸着電極１１は、例えばＭｏで形成され、例えばメッシュ状をなしている。吸着電極１１には給電線１３を介して直流電源１４が接続されており、吸着電極１１に直流電圧が印加されることによりウエハＷが静電吸着される。直流電源１４はスイッチ（図示せず）によりＯＮ・ＯＦＦ可能となっている。なお、吸着電極１１は、プラズマに対する接地電極としても機能する。
【００１５】
ステージ２内部の吸着電極１１の下方には、ヒータ１２が埋設されている。ヒータ１２には給電線１５を介してヒータ電源１６が接続されており、熱電対等の温度センサ（図示せず）の検出値に基づいてヒータ１２の出力が制御され、ステージ２の温度が制御される。
【００１６】
ステージ２の表面には、ウエハＷの外周に対応する位置に円環状をなし、ウエハＷが密着される密着領域２１が形成されている。密着領域２１は、導電性膜を成膜するための原料ガスがウエハＷ裏面側に回り込むことを阻止する機能を有する。これにより、ウエハ裏面に導電性デポ膜が形成されることを抑制することができる。そのような機能を発揮する観点から、密着領域２１の幅Ｘ１は１０〜４０ｍｍであることが好ましい。密着領域２１は、その外径がウエハＷの径より小さくなるように形成される。密着領域２１の外径がウエハＷの径よりも大きいと、デポがウエハＷ上に乗り上げてしまうからである。
【００１７】
密着領域２１の内側には、密着領域２１から、２０〜７０μｍ程度低く形成されて凹部をなすウエハＷを吸着する吸着面２２が形成されている。吸着面２２は、例えばエンボス加工が施されたエンボス面となっている。吸着面２２とウエハ裏面との間には空間２３が形成される。吸着面２２には、ガス導入口２４が形成されており、ガス供給源１８からガス供給路１７を介して供給されたバックサイドガスがガス導入口２４から空間２３内に供給されるようになっている。ガス供給源１８、ガス供給路１７、ガス導入口２４は、バックサイドガス供給機構を構成する。バックサイドガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）ガスのような熱伝導性の高いガスが用いられ、バックサイドガスを介してステージ２の熱がウエハＷに伝熱される。
【００１８】
バックサイドガスのガス圧は、２０〜１００Ｔｏｒｒと高く設定することが好ましい。これにより、リークするガス量を多くして、原料ガスのウエハＷ裏面への侵入を抑制することができる。
【００１９】
ステージ２の表面の、密着領域２１よりも外側の部分には、円環状に設けられた、導電性膜を成膜するための原料ガスによる導電性デポ膜が蓄積可能な溝部２５が形成されている。ステージ２の表面の密着領域２１よりも外側部分には導電性デポ膜が堆積されるが、図４に示すように、溝部２５を設けることにより、導電性デポ膜２８が溝部２５に蓄積される。このため、経時的に導電性デポ膜２８が増加しても、ウエハＷの移載ずれが生じた場合等に密着領域２１に導電性デポ膜が形成されることを抑制することができ、静電チャックの電荷の逃げを抑制することができる。そのような観点から、溝部２５の密着領域２１からの深さ（距離ｄ（図４参照））が２０〜１００μｍの範囲が好ましく、例えば５０μｍである。また、溝部２５の幅は０．５〜２ｍｍの範囲が好ましい。
【００２０】
ステージ２の表面の、溝部２５よりも外側の部分は、密着領域２１よりも高く形成され、ウエハＷをガイドするガイド部２６となっている。また、溝部２５からガイド部２６へ繋がる側壁部は、例えば、テーパー状である。
【００２１】
ステージ２の密着領域２１の外側部には、垂直方向に貫通するリフトピン挿通孔２７が形成されている。リフトピン挿通孔２７には、リフトピン（図示せず）が昇降可能に挿通され、ステージ２に対する受け渡しの際にウエハ載置面（密着領域２１の表面）からリフトピンが突出するようになっている。
【００２２】
被処理基板であるウエハＷのそりを有効に矯正する観点から、吸着電極１１への給電によりウエハＷをジョンソン・ラーベック力で吸着するようにする。ジョンソン・ラーベック力を用いたウエハＷの吸着は、ステージ２を構成する誘電体を、成膜温度での体積抵抗率が１×１０９〜１×１０１２Ω・ｃｍ程度として多少の導電性を持たせ、電荷の移動を可能として行われる。ジョンソン・ラーベック力を用いることにより、電荷の蓄積量を多くすることができ、クーロン力よりも高い吸着力を得ることができる。誘電体としてＡｌＮを用いることにより、上記範囲の体積抵抗率を得ることができ、ジョンソン・ラーベック力を有効に発揮させることができる。使用温度によっては、ＡｌＮに適宜の添加物を添加することによって、ジョンソン・ラーベック力が有効に発揮される体積抵抗率に調整することができる。ジョンソン・ラーベック力により効果的にウエハの吸着を行うためには、吸着電極１１からウエハＷの吸着面までの距離ａを、０．５〜１．５ｍｍとすることが好ましい。
【００２３】
ヒータ１２によるステージ２表面の温度、すなわちウエハＷの成膜温度は２００℃以上であることが好ましい。加熱温度２００℃以上の場合に被処理基板であるウエハＷのそりが大きくなりやすく、静電チャックとしての機能の必要性が高くなる。より好ましくは４００℃以上、さらには４００〜７００℃である。
【００２４】
図４に示すように、吸着電極１１は、密着領域２１よりも外側に形成される導電性デポ膜２８との間の距離ｂが、ウエハＷとの間の距離ａよりも大きくなる、すなわちｂ＞ａとなるように設けられることが好ましい。好適な一例として、ａが１ｍｍ、ｂが２ｍｍ以上である。これにより、導電性デポ膜２８へのリーク電流を効果的に抑制することができる。
【００２５】
また、上述したように、吸着電極１１はプラズマの接地電極としても機能するが、ｂ＞ａを満たすように吸着電極１１の直径が制限されるため、プラズマ領域も吸着電極１１の直径に対応するものとなる。したがって、プラズマ領域をより広げたい場合は、図５に示すように、吸着電極１１に電気的に接続するように、吸着電極１１の外側に補助電極１９を設ければよい。
【００２６】
このとき、補助電極１９は、吸着電極１１の下方の、導電性デポ膜２８から十分に離れた位置（すなわち、補助電極１９と導電性デポ膜２８との間の距離が距離ａより大きい位置（図４参照））に設けられる。また、図６のように、補助電極を一体化した吸着電極１１ａを設けてもよい。さらに、図７のように、補助電極１９のＯＮ・ＯＦＦをスイッチ１９ａで切り替えるようにしてもよい。
【００２７】
次に、以上のように構成される基板保持機構１の作用・効果について説明する。
ウエハ等の被処理基板に対してプラズマ処理を行う際には、従来から、被処理基板の吸着に静電チャックが用いられてきた。一方、プラズマＣＶＤやプラズマＡＬＤのような等方的な成膜手法により導電性膜を成膜する場合は、被処理基板の保持面に原料ガスが回り込んで導電性デポ膜が堆積し、静電チャックの機能が発揮されない場合が生じる。このため、静電チャック機能が発揮されないことが懸念される。このため、プラズマＣＶＤやプラズマＡＬＤにより導電性膜を成膜する場合には、静電チャックは用いられていなかった。
【００２８】
しかし、近時、デバイスの世代の進展ともなって、デバイスの変更や、新たなデバイス材料の採用により、ウエハがそりやすくなり、ウエハのそりにより、均一性の悪化やウエハとステージとの間のアーキング等が発生してしまう。
【００２９】
そこで、本実施形態では、プラズマＣＶＤやプラズマＡＬＤにより導電性膜を成膜する際に用いる基板保持機構において、被処理基板であるウエハＷを静電吸着可能とした。
【００３０】
すなわち、基板吸着機構１は、誘電体で構成され、ウエハＷを載置するステージ２と、ステージ内に設けられたウエハＷを静電吸着するための吸着電極１１とを有し、ジョンソン・ラーベック力によりウエハＷを吸着する。また、ステージ２は、その表面のウエハＷの外周に対応する位置に、ウエハＷが密着され、導電性膜を成膜するための原料ガスがウエハＷ裏面側に回り込むことを阻止する機能を有する円環状の密着領域２１を有する。さらに、ステージ２は、その表面の密着領域２１よりも外側の部分に円環状に設けられた、導電性膜を成膜するための原料ガスによる導電性デポ膜が蓄積可能な溝部２５を有する。
【００３１】
このように、ジョンソン・ラーベック力によりウエハＷの吸着力を高め、かつ、原料ガスのウエハＷ裏面側への回り込みを阻止する機能有する密着領域２１およびその外側の導電性デポ膜が蓄積可能な溝部２５を設けたので、ウエハＷ裏面への導電性デポ膜の形成を抑制できる。このため、プラズマＣＶＤやプラズマＡＬＤによる導電性膜の成膜において、リーク電流を生じ難くすることができ、ウエハＷを確実に静電吸着することができる。また、このようにジョンソン・ラーベック力による高い吸着力でウエハＷを静電吸着することができるので、ウエハＷにそりが生じた場合でも、そりを矯正した状態でウエハＷを吸着・保持することができる。
【００３２】
ウエハＷのそりは、ヒータ１２によるステージ２の加熱温度、すなわちウエハＷの成膜温度が２００℃以上で大きくなりやすいので、加熱温度が２００℃以上であることが好ましい。より好ましくは４００℃以上、さらには４００〜７００℃である。
【００３３】
密着領域２１は、幅Ｘ１が１０〜４０ｍｍであることが好ましい。これにより、原料ガスがウエハＷ裏面に回り込むことを抑制する効果を高めることができ、ウエハＷ裏面への導電性デポ膜の形成を効果的に抑制することができる。また、溝部２５の深さを２０〜１００μｍの範囲とし、溝部２５の幅を０．５〜２ｍｍの範囲とすることにより、密着領域２１に導電性デポ膜が形成されることを抑制する効果をより高めることができる。
【００３４】
また、ウエハＷの静電吸着の際に、ウエハＷ裏面側の空間２３内に導入される伝熱用のバックサイドガスのガス圧を３０〜７０Ｔｏｒｒと高く設定することにより、リークするガス量を多くして、原料ガスのウエハＷ裏面への侵入を一層効果的に抑制することができる。
【００３５】
さらに、吸着電極１１は、密着領域２１よりも外側に形成される導電性デポ膜２８との間の距離ｂとウエハＷとの間の距離ａとの関係が、ｂ＞ａとなるように設けられることが好ましい。これにより、導電性デポ膜２８へのリーク電流を効果的に抑制することができ、静電チャックの機能の低下を抑制することができる。
【００３６】
さらにまた、吸着電極１１をプラズマの接地電極としても機能させることにより、別個に接地電極を設ける必要がなく、電極および配線のスペースを小さくすることができる。
【００３７】
この場合に、プラズマ領域は、ｂ＞ａを満たすように形成される吸着電極１１の直径に制限されるが、吸着電極１１の外側の導電性デポ膜２８から十分に離れた位置に補助電極を設けることにより、プラズマ領域を広げることができる。
【００３８】
＜成膜装置＞
次に、一実施形態に係る基板保持機構を適用した成膜装置について説明する。
図８は、一実施形態に係る基板保持機構を適用した成膜装置を示す断面図である。
【００３９】
成膜装置１００は、平行平板電極に高周波電界を形成することによりプラズマＣＶＤまたはプラズマＡＬＤによりＴｉ膜を成膜するものである。
【００４０】
この成膜装置１００は、略円筒状をなす金属製のチャンバー１０１を有している。チャンバー１０１は、本体の底壁１０１ｂの中央部に形成された円形の穴１５０を覆うように下方に向けて突出する排気室１５１を有している。排気室１５１の側面には排気管１５２が接続されており、この排気管１５２には圧力制御バルブおよび真空ポンプを有する排気装置１５３が設けられている。この排気装置１５３により、チャンバー１０１内を排気するとともに、チャンバー１０１内の圧力を所定の圧力の減圧状態に制御することが可能となっている。
【００４１】
チャンバー１０１の側壁には、チャンバー１０１と隣接して設けられたウエハ搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１５７と、この搬入出口１５７を開閉するゲートバルブ１５８とが設けられている。
【００４２】
チャンバー１０１の内部には、被処理基板であるウエハＷを吸着・保持するための、一実施形態に係る基板載置機構１が設けられている。基板載置機構１は、上述した構成を有するので説明を省略する。基板保持機構１の支持部材３は、絶縁部材４を介して排気室１５１の底壁に取り付けられている。
【００４３】
チャンバー１０１の天壁１０１ａには、絶縁部材１０９を介して平行平板電極の上部電極としても機能するシャワーヘッド１１０が基板保持機構１のステージ２に対向するように設けられている。シャワーヘッド１１０は、ガス導入部として機能する。シャワーヘッド１１０は、ベース部材１１１とシャワープレート１１２とを有しており、シャワープレート１１２の外周部は、円環状をなす中間部材１１３を介してベース部材１１１にねじ止めされている。シャワープレート１１２は円板状をなし、その外周にフランジが形成されている。そして、ベース部材１１１とシャワープレート１１２との間にガス拡散空間１１４が形成されている。ベース部材１１１はその外周にフランジ部１１１ａが形成されており、このフランジ部１１１ａが絶縁部材１０９に支持されている。シャワープレート１１２は、サセプタ２に対向するガス吐出面１１８を有し、シャワープレート１１２には複数のガス吐出孔１１５が形成されている。ベース部材１１１の中央付近には一つのガス導入孔１１６が形成されている。ガス導入孔１１６には、後述するガス供給機構１２０のガス配管が接続され、ガス供給機構１２０から供給された処理ガスがシャワーヘッド１１０を介してチャンバー１０１内にシャワー状に導入される。
【００４４】
また、シャワーヘッド１１０のベース部材１１１には、シャワーヘッド１１０を加熱するためのヒータ１４７が設けられている。このヒータ１４７はヒータ電源（図示せず）から給電され、シャワーヘッド１１０を所望の温度に加熱する。ベース部材１１１の上部に形成された凹部には断熱部材１４９が設けられている。
【００４５】
ガス供給機構１２０は、ＴｉＣｌ４ガス供給源１２１、Ａｒガス供給源１２２、Ｈ２ガス供給源１２３、ＮＨ３ガス供給源１２４、およびＮ２ガス供給源１２５を有している。ＴｉＣｌ４ガスはＴｉ原料ガスとして用いられる。Ａｒガスは、プラズマ生成ガス、キャリアガスおよびパージガスとして用いられる。Ｈ２ガスは還元ガス、ＮＨ３ガスは窒化ガス、Ｎ２ガスはパージガスとして用いられる。
【００４６】
ＴｉＣｌ４ガス供給源１２１、Ａｒガス供給源１２２、Ｈ２ガス供給源１２３、ＮＨ３ガス供給源１２４、およびＮ２ガス供給源１２５には、それぞれＴｉＣｌ４ガス供給ライン１３１、Ａｒガス供給ライン１３２、Ｈ２ガス供給ライン１３３、ＮＨ３ガス供給ライン１３４、およびＮ２ガス供給ライン１３５が接続されている。そして、各ガスラインにはマスフローコントローラ１３７と、その前後の２つの開閉バルブ１３６とが設けられている。
【００４７】
Ａｒガス供給ライン１３２はＴｉＣｌ４ガス供給ライン３１に接続されて、ＮＨ３ガス供給ライン１３４およびＮ２ガス供給ライン１３５はＨ２ガス供給ライン１３３に接続されている。ＴｉＣｌ４ガス供給ライン１３１およびＨ２ガス供給ライン１３３はガス混合部１３８に接続され、そこで混合された混合ガスがガス配管１３９を介して上記ガス導入孔１１６に接続される。そして、混合ガスは、ガス導入孔１１６を経てガス拡散空間１１４に至り、シャワープレート１１２のガス吐出孔１１５を通ってチャンバー１０１内のウエハＷに向けてシャワー状に吐出される。
【００４８】
シャワーヘッド１１０には、整合器１４０を介して高周波電源１４１が接続されており、この高周波電源１４１からシャワーヘッド１１０に高周波電力が供給されるようになっている。シャワーヘッド１１０は平行平板電極の上部電極として機能する。一方、基板保持機構１のステージ２内に設けられた吸着電極１１は、平行平板電極の下部電極（接地電極）として機能する。したがって、シャワーヘッド１１０に高周波電力が供給されることによって、シャワーヘッド１１０と吸着電極１１との間に高周波電界が形成され、この高周波電界により、シャワーヘッド１１０から吐出された処理ガスがプラズマ化される。すなわち、高周波電源１４１はプラズマ生成機構として機能する。高周波電源１４１の周波数は２００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚに設定されることが好ましく、典型的には４５０ｋＨｚが用いられる。
【００４９】
成膜装置１００は、その構成部である基板保持機構１、バルブ１３６、マスフローコントローラ１３７、整合器１４０、高周波電源１４１等を制御する制御部１６０を有している。制御部１６０は、ＣＰＵ（コンピュータ）を有し、上記各構成部の制御を行う主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置を有している。記憶装置には、成膜装置１００で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされ、主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいて成膜装置１００に所定の処理を行わせるように制御する。
【００５０】
次に、以上のような成膜装置１００を用いて行われるＴｉ膜の成膜処理について説明する。
【００５１】
まず、チャンバー１０１内の圧力を調整した後、ゲートバルブ１５８を開にして、搬送室（図示せず）から搬入出口１５７を介してウエハＷをチャンバー１０１内へ搬入し、基板保持機構１の所定温度に保持されたステージ２の表面に載置する。そして、プラズマ生成ガスであるＡｒガス、還元ガスであるＨ２ガス、Ｔｉ原料ガスであるＴｉＣｌ４ガスを図示しないプリフローラインに流してプリフローを行う。次いで、ガス流量および圧力を同じに保ったまま成膜用のラインに切り替え、これらのガスを同時に、またはシーケンシャルにシャワーヘッド１１０を介してチャンバー１０１内に導入する。
【００５２】
そして、これらのガスの導入開始後、シャワーヘッド１１０に高周波電源４１から高周波電力を印加し、所定のタイミングでチャンバー１０１内にプラズマを生成する。それと同時に、直流電源１４から吸着電極１１に直流電圧を印加することにより、ウエハＷをステージ２にジョンソン・ラーベック力により静電吸着させる。
【００５３】
そして、同時にまたは所定のタイミングでシーケンシャルにＡｒガス、Ｈ２ガス、ＴｉＣｌ４ガスを導入しつつ、プラズマを継続的にまたは所定のタイミングで生成して、プラズマＣＶＤまたはプラズマＡＬＤにより、ウエハＷの表面にＴｉ膜を成膜する。すなわち、プラズマＣＶＤの場合は、Ａｒガス、Ｈ２ガス、ＴｉＣｌ４ガス、をチャンバー１０１内に導入しつつ、高周波電源４１により連続的にチャンバー１０１内にプラズマを生成する。また、プラズマＡＬＤの場合は、ＡｒガスおよびＮ２ガスを連続的に供給しつつ、ＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスを交互に供給し、例えば、Ｈ２ガスを供給するタイミングでプラズマを生成する。
【００５４】
このとき、ステージ２表面の温度（ウエハＷの成膜温度）は、３００〜７００℃の範囲とすることが可能である。好ましくは４００〜７００℃、より好ましくは５００〜６００℃である。
【００５５】
また、チャンバー１０１内の圧力は、プラズマダメージとＴｉ膜の面内均一性等により決定され、好ましい範囲は、１３．３〜１３３３Ｐａ（０．１〜１０Ｔｏｒｒ）である。
【００５６】
上述のような３００〜７００℃の成膜温度では、従来のように静電チャックを用いない場合は、ウエハＷにそりが生じ、ウエハＷのそりにより、均一性の悪化やウエハＷとステージとの間のアーキング等が発生してしまう。
【００５７】
これに対し、上記構成の基板保持機構１では、導電性膜であるＴｉ膜を成膜する場合に、導電性デポ膜がウエハＷの裏面に形成されることが抑制され、静電チャック機能を持たせることができる。そして、静電吸着力として吸着力の高いジョンソン・ラーベック力を用いるので、ウエハＷのそりを確実に矯正することができる。
【００５８】
＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【００５９】
例えば、上記実施形態では、基板保持機構１としてステージ２を支持する支持部材３を設けた例を示したが、支持部材３を設けずにステージ２を直接チャンバーの底部に設けてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、被処理基板である半導体ウエハをステージに載置した例を示したが、これに限らず、例えば、ステージ表面を下向きにして、その表面に被処理基板を支持し、静電吸着により吸着・保持するようにしてもよい。
【００６１】
さらに、被処理基板として半導体ウエハを用いた例を示したが、被処理基板はウエハに限らず、ＦＰＤ基板等の他の被処理基板であってもよい。被処理基板がＦＰＤ基板のような矩形状の場合は、密着領域や溝部は額縁状にすればよい。
【００６２】
さらにまた、上記成膜装置は例示に過ぎず、プラズマを用いた成膜装置であれば特に限定されない。プラズマ生成方式も任意である。
【符号の説明】
【００６３】
１；基板保持機構
２；ステージ
３；支持部材
１１，１１ａ；吸着電極
１２；ヒータ
１９；補助電極
２１；密着領域
２２；吸着面
２３；空間
２４；ガス導入口
２５；溝部
２８；導電性デポ膜
１００；成膜装置
１０１；チャンバー
１１０；シャワーヘッド
１２０；ガス供給機構
１４１；高周波電源
Ｗ；ウエハ（被処理基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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