(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に設置したホットプレート上に基板を載せ、該基板の温度を高低に制御しながらこれにＣＶＤやスパッタ或いは蒸着により成膜を施す方法に於いて、
上記ホットプレートは基板を吸着する静電チャック機構を備え、該静電チャックを作動させたときに、基板の温度が成膜時の最低温度となるようにホットプレートを制御しておき、
基板を高温で処理する場合には、静電チャック機構を不作動とすると共に、真空槽の外部に設けた赤外線ランプを作動させてその光を該真空槽に設けた透光窓を介して該基板へ照射し、基板を上記最低温度で処理する場合には、静電チャック機構を作動させると共に、前記赤外線ランプを不作動とすることを特徴とする真空成膜装置に於ける温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として半導体デバイスの成膜プロセスにおいて多段階に成膜温度制御を行うに適した温度可変真空成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体デバイスの成膜プロセスに於いて、成膜温度を変えて成膜処理するプロセスが多くあり、例えば、間欠的に成膜原料ガスを真空槽内へ導入して基板の所定の箇所に選択的に成膜するパルスＣＶＤ法による成膜の場合、真空槽内にＷＦ６ガスを導入して基板を４５０℃に加熱しながらシリコン還元を行ったのち該基板を３００℃に加熱しながらシラン還元を行ってＷ膜を熱ＣＶＤ法で成膜する場合、アルミニウムスパッタによるホール埋め込みを２００℃の低温でアルミニウム核用膜を成膜したのち４５０℃の高温でアルミニウムリフロースパッタする場合等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした温度を変えての成膜処理は、用意した異なる温度に設定した例えば２つの真空槽へ基板を移動させ、別々の真空槽で行うのが通常である。２つの真空槽を使用する理由は、成膜温度を制御する加熱手段が主として温度を変更するための時間即ち昇温・降温時間が１０〜４０分もかかるホットプレートであり、その温度変更時間が長いことを考慮すれば真空槽を複数使用することによる設備的コスト上昇があっても基板の処理量を増大させた方が有利であるためである。
【０００４】
加熱手段として、もう一つの代表的なものはＩＲランプ（赤外線ランプ）があり、これを真空槽の外部へ設け、該真空槽の石英の透光窓を介してＩＲ光を基板に当てて加熱することも行われているが、このＩＲランプ加熱手段は、基板の温度変化の応答性は良いが、成膜面に光を当てる場合、成膜が進むにつれ表面反射率が変わってくるため、基板温度が不安定になるという欠点があった。ウエハースラージを排し、成膜面の逆側すなわち基板の裏面よりＩＲランプを当てるという方法もあるが、装置構成が難しい。また、ＩＲランプの加熱では、熱ＣＶＤ法の成膜中に石英の透光窓が加熱されてそこに膜が形成され、光が入らなくなることや、基板の昇温特性は良いが降温特性（降温速度）は良好でなく、満足した温度制御を行えない欠点があった。
【０００５】
更に、ホットプレートやＩＲランプは、基板の昇温の熱源として設けられており、基板の降温については考慮されていないから、成膜装置には１枚の基板を加熱するためにこれら熱源を同時に設ける必要性がなくしかも温度制御の簡単化の点から、ホットプレート又はＩＲランプのいずれか一方を設けるのが一般である。
【０００６】
本発明は、成膜される基板の温度を同一の真空槽内で多段階に迅速に昇降可変できるとともに、基板温度の安定性の良い制御方法を提供すること、及びこの方法の実施に適した装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記の目的を達成すべく、真空槽内に設置したホットプレート上に基板を載せ、該基板の温度を高低に制御しながらこれにＣＶＤやスパッタ或いは蒸着により成膜を施す方法に於いて、上記ホットプレートは基板を吸着する静電チャック機構を備え、該静電チャックを作動させたときに、基板の温度が成膜時の最低温度となるようにホットプレートを制御しておき、基板を高温で処理する場合には、静電チャック機構を不作動とすると共に、真空槽の外部に設けた赤外線ランプを作動させてその光を該真空槽に設けた透光窓を介して該基板へ照射し、基板を上記最低温度で処理する場合には、静電チャック機構を作動させると共に、前記赤外線ランプを不作動とするようにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の方法の実施の態様を図１に示す成膜装置を使用して熱ＣＶＤにより成膜する方法を説明すると、同図に示す装置に於いて符号１は真空ポンプに接続された真空排気孔２を有する気密の真空槽で、該真空槽１の室内３の下方に冷却水が内部を循環するＳＵＳ製の水冷ステージ４を設け、該ステージ４の上にこれと一体に静電チャック機構５を備えたホットプレート６を取り付けした。該静電チャック機構５上にシリコンウエハ等の成膜処理されるべき基板７が適当な搬送手段により該真空槽１の外部から運び込まれて載置される。該静電チャック機構５及びホットプレート６は公知のもので、該静電チャック機構５は直流電流の通電により静電気を発生して該基板７を吸着する板状体で構成され、該ホットプレート６は直流若しくは交流の通電により発熱する発熱体で構成される。該基板７の板面全面と対向した上方に、図示してない原料ガス導入管から導入された原料ガスを該基板７に向けてシャワー状に噴出させるメッシュノズル８を設け、該メッシュノズル８及びその背後の真空槽１の室壁に設けた石英製の透光窓９を介して該真空槽１の外部の加熱ユニット１０の赤外線ランプ（ＩＲランプ）１１からの光が該基板７を照射してこれを加熱するようにした。該ホットプレート６の熱容量は、赤外線ランプ１１の熱容量よりも著しく大きいものを設けることが好ましい。尚、該赤外線ランプ１１は、設定パラメータで昇温速度を変えれるようにＰＩＤ制御するものとし、例えば目標の４００℃の９５％（３８０℃）まで３０秒で昇温出来るように制御される。
【０００９】
該メッシュノズル８からは成膜に必要とする原料ガスが交互に吹き出すように制御され、例えばＳｉＯ２のパターンを形成した該基板７を多段階に加熱してこれに例えばＷの選択ＣＶＤ即ち基板７の必要部分のみにＷの金属膜を成膜するＣＶＤに於いては、該メッシュノズル８から最初はＷＦ６ガスを導入してシリコン還元ＣＶＤを行い、次いでＷＦ６及びＳｉＨ４の混合ガスを導入してシラン還元ＣＶＤが行われる。この場合、該基板７は最初はシリコン還元ＣＶＤのため４５０℃の高温に制御され、次いでシラン還元ＣＶＤのために３００℃の低温に制御される。
【００１０】
この段階的な高温から低温に変化する温度制御を行うため、本発明ではホットプレート６を作動させながら赤外線ランプ１１を点滅するもので、ホットプレート６の温度を基板７の制御しようとする最低温度に設定しておき、それ以上に基板７の温度を上昇させるときは赤外線ランプ１１を用いるようにし、該ホットプレート６の熱容量が、赤外線ランプ１１から入ってくるものに比べ著しく大きいものであれば、ホットプレート６と赤外線ランプ１１を同時に作動させて基板７の温度を上昇させしかもホットプレート６の温度が変わらないようにすることが可能になる。そして、赤外線ランプ１１を切ると基板７の熱は速やかにホットプレート６に吸熱され、基板７はホットプレート６と同温になり、基板７の降温速度は赤外線ランプのみの場合に比べ著しく速くなる。
【００１１】
また、該ホットプレート６に静電チャック機構５を具備させておくことにより、基板７の昇温・降温速度がより一層迅速になる。即ち、基板７を高温にするためＩＲランプ１１を点灯した場合、静電チャック機構５を不作動にしておく。これにより基板７とホットプレート６との密着性が悪くなって基板７からホットプレート６への熱逃げが著しく阻害され、基板７の昇温速度は従来の赤外線ランプのみの場合と比べて同じ位に速くなる。しかも最初からある程度ホットプレート６により基板７が暖められているため、従来の赤外線ランプのみの場合よりも赤外線ランプ１１へ投入するパワーは少なくてすみ、そのため石英の透光窓９の温度上昇も小さくなり、熱ＣＶＤ時等の成膜時に該透光窓９に析出物が付着することが少なくなって効率よく基板７を照射できる。一方、降温の時は、赤外線ランプ１１を消灯し、静電チャック機構５を作動させる。これにより基板７はホットプレート６と密着状態になり、基板７の熱は速やかに温度の低いホットプレート６へ逃げ、目標とするホットプレート６の温度にまで従来のＩＲランプのみの場合に比べて著しく速く低下させることができる。
【００１２】
【実施例】
本発明の方法の実施例を図１に示した装置を使用してＳｉＯ２パターン付のシリコン基板７に選択ＣＶＤによりＷ膜を成膜する場合につき説明する。該基板７は直径８インチであり、ホール径１〜０．５ミクロンφの該パターン上にＷ膜を成膜することを目的とする。この成膜のために、該基板７の温度は４００℃まで昇温してＣＶＤ成膜を行い、その後３００℃まで降温して再度ＣＶＤ成膜することは従来と同様である。
ホットプレート６の投入電力を、静電チャック機構５を作動させたときに基板７の温度が３００℃になるように予め調節しておくと共に、赤外線ランプ１１の投入電力も予め調べてあった基板７を３００℃から４５０℃まで昇温させる電力に調整しておき、真空槽１内を１×１０−５Ｔｏｒｒに真空排気した。そして該基板７を静電チャック機構５が不作動で３００℃に加熱されたホットプレート６上に載置した後赤外線ランプ１１を点灯すると、該基板７は３０秒で４５０℃にまで昇温した。続いてＷＦ６ガスをメッシュノズル８から導入し、１０秒間該基板７を該ガスにさらしてシリコン還元ＣＶＤを行ったのち、赤外線ランプ１１を消灯すると共に静電チャック機構５を作動させた。該基板７は約３０秒でホットプレート６と同温度の３００℃になった。ここでＷＦ６ガス／ＳｉＨ４ガス＝２０／１０ｓｃｃｍを導入し、該基板７に３分間のシラン還元によるＷ膜の選択ＣＶＤを行ったのち、該基板７を真空槽１外へ搬出した。高温になるのは赤外線ランプ１１の照射を受ける基板７だけであり、それも短時間の照射で済むから透光窓９の温度を低温に維持でき、ＣＶＤにより該透光窓９に付着物が析出することを防止できるから透光量が安定し、正確で安定した温度制御を行え、その照射の無い室内３の器物の温度を低温となし得るためダストの原因となる器物への付着物の析出も防げる。
【００１３】
以上の工程に要した時間は図２にも示したように２５０秒であるが、これと同じ成膜工程を従来の図３に示したシリコン還元専用の真空槽Ｃとシラン還元専用の真空槽Ｄの２槽を備えた真空成膜装置を使用して行うと、図４に示すように３１０秒を要し、合計時間として６０秒短縮された。また、真空槽の占有時間は、従来のものが２１０秒であるのに対し、本発明の場合は２５０秒であるから４０秒長くなるが、この時間は真空槽をもう一つ増設することのコストと充分に見合う。図２、図４の曲線Ａ、Ｂは基板の温度変化状態である。
尚、この実施例で作製したＷ膜と、従来の図３の真空成膜装置で作製したＷ膜との間に膜特性的差は見られなかった。この実施例に於いて、基板７の温度が４５０℃になったときに赤外線ランプ１１を点灯しながら静電チャック機構５を作動させることを試みたところ、約５０秒後に３００℃になり、それ以上に温度上昇はしなかった。これは赤外線ランプ１１の熱がすべてホットプレート６に逃げてしまうためである。
静電チャック機構５を持たないホットプレート６上に上記実施例と同じ基板７を置き、上記実施例の場合と同様に赤外線ランプ１１を点灯して４５０℃に基板７の温度を上昇させ、シリコン還元したのち該赤外線ランプ１１を消灯し、３００℃に降温させてシラン還元することによりＷ膜の熱ＣＶＤを行った。この場合、４５０℃までは３０秒で上昇し、３００℃に降温させるには１８０秒を要した。この場合は、図３の従来の真空槽を２つ設けた真空成膜装置よりも９０秒長くなるが、これでも真空槽の数の少ない本発明の場合がコスト的に有利である。
【００１４】
以上の実施例は、理解のために熱ＣＶＤによる成膜法で説明したが、スパッタ法やエッチング法での基板温度を多段に制御した成膜にも適用できる。スパッタ法による成膜では、基板７と対向する位置に、図５に示したようにターゲット１２或いはＲＦ電極が設けられるが、この場合は基板７の側方の真空槽１の側壁にシャッター１３を備えた透光窓９を設けてその外方に赤外線ランプ１１が設けられる。また、上記の実施例では２段の温度制御の例を説明したが、多段の場合も同様で制御プロセスの最低温度にホットプレート６の温度を設定し、赤外線ランプ１１の電力制御で高温制御をすることにより、応答性のよい温度コントロールが可能である。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、真空槽内のホットプレート上に載せた基板の温度を高低に制御しながらこれに成膜を施す方法に於いて、成膜時の基板の最低温度を該ホットプレートにより制御し、該基板の温度を高温にするときに該ホットプレートによる加熱と該真空槽の外部の赤外線ランプの光の照射で行うようにしたので、基板に対し比較的迅速に多段階に昇降する温度制御を安定して行え、温度を変えての成膜を１つの真空槽により行なえるので設備が安価になり、基板以外への膜の付着を防止出来るので不良品の原因となるダストの発生が少なく、該ホットプレートに静電チャック機構を具備させてその作動を制御することにより特に降温特性が良好になって成膜時間が短縮される効果があり、請求項３の構成とすることにより本発明の方法を適切に実施できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の実施例の切断側面図
【図２】本発明の方法の実施例に於ける温度と時間の説明図
【図３】従来の装置の説明図
【図４】図３の装置を使用した場合の温度と時間の説明図
【図５】本発明の装置の他の実施例の切断側面図
【符号の説明】
１  真空槽                            ５  静電チャック機構      ６  ホットプレート
７  基板                ９  透光窓              １１  赤外線ランプ
【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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