(57)【要約】【課題】成膜後の下降途中でのウエハのカバーへの張り付きを防止する。【解決手段】ウエハ１を処理する処理室１１でウエハ１を保持する保持台２０と、ウエハ１を保持台２０に載置した際にウエハ１の周辺部と保持台２０のウエハ１の外側部分とを覆うカバー４０を備えた枚葉式コールドウオール形ＣＶＤ装置において、カバー４０の下面におけるウエハ１の外形線の内側と外側とに跨がる部分には複数個の凸部４５が周方向に等間隔に突設されている。【効果】ウエハとカバーとは微小面積の凸部で接触するだけなので、低圧下での成膜後に戻された大気圧によりウエハに上向きに作用する力と下向きに作用する力は殆ど等しくなり、成膜後のウエハの下降途中で、ウエハがカバーの下面に張り付くのを防止でき、保持台の下降に追従してウエハをカバーの下面から離脱させ、保持台の保持面に適正に保持させることができる。【選択図】      図４
2004214351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、この処理室において前記基板を保持する保持台と、前記基板を前記保持台に載置した際に前記基板の周辺部と前記保持台の前記基板の外側部分とを覆うカバーとを備えており、前記カバーの前記基板と対向する側における前記基板の外形線の内側と外側とに跨がる部分には、凸部またはテーパ部が配設されていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
基板を処理室に搬入するステップと、
前記基板の周辺部と前記基板を保持する保持台の前記基板の外側部分とを、前記基板と対向する側における前記基板の外形線の内側と外側とに跨がる部分に凸部またはテーパ部が配設されているカバーによって覆うステップと、
この状態で前記基板に処理を施すステップと、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、ＩＣが作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化膜や金属膜を形成するのに利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣの製造方法において、ウエハに酸化膜や金属膜を形成するのに、枚葉式コールドウオール形ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）が使用される場合がある。従来のこの種のＣＶＤ装置として、被処理基板としてのウエハを収容する処理室と、この処理室においてウエハを保持して加熱する保持台と、ウエハに処理ガスをシャワー状に吹き付けて供給するシャワーヘッドと、処理室を大気圧よりも若干低めに排気する排気口とを備えているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−４３３０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記したＣＶＤ装置によるＣＶＤ反応は圧力に対して依存性を持っており、ステップカバレッジや初期成膜特性等の点で異なる性質を示す場合がある。例えば、圧力が低い領域において表面反応が主になっている場合には、粒子の平均自由行程が長くなるために、アスペクト比の大きい溝にも良好なステップカバレッジをもって成膜することができるが、成膜に寄与する原料ガスの吸着確率が被成膜部分の表面状態（下地膜の種類）に依存することが多いために、成膜遅延時間（インキュベーションタイム）が長くなり易い。反対に、圧力が高い領域において気相反応が主に起こっている場合には、被成膜部分の表面状態への依存度が小さくなるために、成膜遅延時間が小さくなるが、反面、ステップカバレッジが劣る。
【０００５】
そこで、初期成膜を高い圧力をもって実行し、連続して低い圧力をもって膜厚を整えることにより、所望の膜質を得ることが考えられる。しかし、カバーをウエハの上に当接させた状態で圧力を低下させた後に、圧力を大気圧に戻した場合には、ウエハがカバーに張り付いてしまう現象が発生する。
【０００６】
本発明の目的は、カバーを設置した場合に基板のカバーへの張り付きを防止することができる基板処理技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための第一の手段は、基板を処理する処理室と、この処理室において前記基板を保持する保持台と、前記基板を前記保持台に載置した際に前記基板の周辺部と前記保持台の前記基板の外側部分とを覆うカバーとを備えており、前記カバーの前記基板と対向する側における前記基板の外形線の内側と外側とに跨がる部分には、凸部またはテーパ部が配設されていることを特徴とする基板処理装置、である。
課題を解決するための第二の手段は、基板を処理室に搬入するステップと、前記基板の周辺部と前記基板を保持する保持台の前記基板の外側部分とを、前記基板と対向する側における前記基板の外形線の内側と外側とに跨がる部分に凸部またはテーパ部が配設されているカバーによって覆うステップと、この状態で前記基板に処理を施すステップとを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法、である。
課題を解決するための第三の手段は、前記第一の手段または前記第二の手段において、前記処理の際に前記処理室の圧力が変動されることを特徴とする基板処理装置または半導体装置の製造方法、である。
課題を解決するための第四の手段は、前記第三の手段において、前記処理の際に第一の圧力で処理した後に第二の圧力よりも低い第二の圧力で処理することを特徴とする基板処理装置または半導体装置の製造方法、である。
課題を解決するための第五の手段は、前記第一の手段〜前記第四の手段において、前記処理が熱ＣＶＤ法によって前記基板の上に薄膜を形成する処理であることを特徴とする基板処理装置または半導体装置の製造方法、である。
課題を解決するための第六の手段は、前記第一の手段〜前記第五の手段において、前記カバーの凸部またはテーパ部は前記基板の表面から離間して設けられていることを特徴とする基板処理装置または半導体装置の製造方法、である。
課題を解決するための第七の手段は、前記第一の手段〜前記第六の手段において、前記カバーの凸部は少なくとも一箇所に設けられていることを特徴とする基板処理装置または半導体装置の製造方法、である。
課題を解決するための第八の手段は、前記第七の手段において、前記カバーの凸部は複数箇所に設けられていることを特徴とする基板処理装置または半導体装置の製造方法、である。
【０００８】
前記した第一の手段によれば、カバーと基板との接触面積はきわめて小さくなるために、ウエハがカバーに張り付いてしまうことはない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１０】
図１に示されているように、本発明に係る基板処理装置は、ＣＶＤ装置（枚葉式コールドウオール形ＣＶＤ装置）として構成されている。図１に示されているＣＶＤ装置１０は被処理基板としてのウエハ（半導体ウエハ）１を処理する処理室１１を形成した筐体１２を備えており、筐体１２は下側カップ１３と上側カップ１４とが組み合わされて下端面が閉塞し上端面が開口した円筒形状に形成されている。下側カップ１３の底壁の中心線上には挿通口１５が開設されており、挿通口１５には支持軸１６が垂直に挿通されている。支持軸１６はエアシリンダ装置等が使用された昇降駆動装置（図示せず）によって昇降される昇降板１７の上に垂直に立脚されており、下側カップ１３の底壁と昇降板１７との間には支持軸１６の昇降を許容しつつ処理室１１の気密を維持するベローズ１８が伸縮自在に介設されている。
【００１１】
支持軸１６の上端にはウエハ１よりも大径の円盤形状に形成された保持台２０が同心に配されて水平に固定されており、保持台２０は支持軸１６によって昇降されるようになっている。保持台２０の上面にはウエハ１を密着して保持する保持面２１が形成されている。保持台２０の内部にはヒータユニット２２が設置されており、ヒータユニット２２は保持面２１が保持したウエハ１を全体にわたって均一に、または、所定の温度分布に加熱するように構成されている。
【００１２】
下側カップ１３の底壁上には複数本のリフトピン２３が垂直方向上向きに突設されており、図１に示されているように、リフトピン２３は保持台２０が下降した状態において保持台２０に挿通することにより、保持面２１に保持されたウエハ１を持ち上げて保持面２１から浮かせるようになっている。
【００１３】
下側カップ１３の側壁の中間部にはゲートバルブ２５によって開閉されるウエハ搬入搬出口２４が水平方向に横長に開設されており、ウエハ搬入搬出口２４の大きさはウエハ１を処理室１１にウエハ移載装置（図示せず）によって搬入搬出し得るように設定されている。下側カップ１３の側壁の中間部におけるウエハ搬入搬出口２４と干渉しない部位には、排気口２６が処理室１１の内外を連通するように開設されており、排気口２６には処理室１１を大気圧未満に排気し得る排気装置（図示せず）が接続されている。
【００１４】
上側カップ１４には処理ガスを供給するシャワーヘッド３０が一体的に組み込まれている。すなわち、上側カップ１４の天井壁の中心にはガス導入口３１が開設されており、ガス導入口３１にはガス導入管３２が接続されている。ガス導入管３２には原料ガスやパージガス等の処理ガスを導入するガス供給装置（図示せず）が接続されている。上側カップ１４と下側カップ１３との間には円板形状に形成されたガス吹出プレート（以下、プレートという。）３３が、ガス導入口３１から間隔を置いて水平に挟み込まれて固定されており、プレート３３には複数個のガス吹出口（以下、吹出口という。）３４が上下を流通させるように開設されている。ガス溜め３５が上側カップ１４の天井壁下面とプレート３３の上面とが画成する内側空間によって形成されており、ガス溜め３５はガス導入口３１に導入された処理ガスを全体的に均等に拡散させて各吹出口３４から均等なシャワー状に吹き出させるようになっている。
【００１５】
下側カップ１３の側壁の内側には円筒形状の支持筒２７が同心円に突設されており、支持筒２７の中間部におけるウエハ搬入搬出口２４に対向する部位にはウエハ搬入搬出口２８が開設されている。支持筒２７の上端面にはカバー４０が水平に載置されている。カバー４０は円形リング形の平板形状に形成された本体４１を備えており、本体４１の外径は支持筒２７の外径よりも若干だけ大きめに設定され、本体４１の窓孔４２の内径はウエハ１の外径よりも若干だけ小さめに設定されている。本体４１の下面における周辺部には雌テーパ面からなる外側位置決め部４３が突設されており、外側位置決め部４３は支持筒２７の外周縁（エッジ）に係合することにより、カバー４０を支持筒２７に同心円にセルフアライメントさせるようになっている。本体４１の下面における外側位置決め部４３の内側には雌テーパ面からなる内側位置決め部４４が突設されており、内側位置決め部４４は保持台２０の外周縁（エッジ）に係合することにより、カバー４０を保持台２０に同心円にセルフアライメントさせるようになっている。本体４１の下面の窓孔４２の近傍には小平面面積の凸部４５が複数個（本実施の形態では三個）、周方向に等間隔に配列されて突設されており、複数個の凸部４５の高さはウエハ１の上面における周辺部に当接するように設定されている。本実施の形態ではカバー４０を保持台２０で支持してウエハ１の上面から極僅かに浮かせるように設定されている。すなわち、カバー４０のウエハと対向する側におけるウエハの外形線の内側と外側とに跨がる部分には、凸部が配設されている。
【００１６】
次に、前記構成に係るＣＶＤ装置の作用を説明することにより、本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法における成膜工程を説明する。
【００１７】
図１に示されているように、保持台２０が支持軸１６によって下限位置に下降されて、リフトピン２３が保持台２０に下から挿通した状態になると、ウエハ搬入搬出口２４がゲートバルブ２５によって開かれ、ウエハ移載装置によって搬送されて来たウエハ１が、ウエハ搬入搬出口２４、２８から搬入されて複数本のリフトピン２３の上端間に受け渡される。続いて、ウエハ搬入搬出口２４はゲートバルブ２５によって閉じられる。
【００１８】
次いで、保持台２０が支持軸１６によって上昇されると、リフトピン２３が保持台２０の下方に相対的に引き込まれるため、リフトピン２３の上のウエハ１は保持台２０の保持面２１に受け渡されて保持面２１に保持される。保持面２１に保持されたウエハ１はヒータユニット２２によって加熱される状態になる。
【００１９】
ウエハ１の上面がカバー４０の下面に一致する高さ以上に、保持台２０が支持軸１６によって上昇されると、カバー４０は支持筒２７の上面から保持台２０のウエハ１の上に相対的に受け渡される。この際に、カバー４０の下面はウエハ１の上面に複数個の凸部４５においてだけ当接した状態になっており、完全に密着した状態にはならない。
【００２０】
図３に示されているように、カバー４０を受け取った保持台２０は支持軸１６によってさらに上昇され、カバー４０の上面がプレート３３の下面に近接する高さにおいて停止される。
【００２１】
続いて、処理室１１が排気口２６を通じて排気される。排気口２６の排気量が安定した時点で、原料ガス３６がガス溜め３５にガス導入管３２によって導入される。原料ガス３６はガス溜め３５に作用する排気口２６の排気力によってガス溜め３５に流入して径方向外向きに放射状に拡散して、プレート３３に開設された複数個の吹出口３４からそれぞれが略均等な流れになってウエハ１に向かってシャワー状に吹き出す。吹出口３４群からシャワー状に吹き出した原料ガス３６は排気口２６の排気力によってウエハ１の外方に流れ、排気口２６に吸い込まれて排気されて行く。吹出口３４群からシャワー状に吹き出した原料ガス３６は、保持台２０の上に保持されたウエハ１の全面にわたって均等に接触することにより、ウエハ１の上に所望のＣＶＤ膜を熱ＣＶＤ法によって堆積させる。この際に、ウエハ１にはカバー４０が被せられているので、原料ガス３６はウエハ１の窓孔４２の露出面にだけ接触することになる。つまり、原料ガス３６が保持台２０の保持面２１等の表面に接触するのをカバー４０によって防止することができるので、保持台２０の表面に反応生成物等がステップカバレッジするのを防止することができる。
【００２２】
ここで、成膜ステップの初期においては、成膜が高い圧力をもって実施される。成膜が高い圧力下で実施されると、熱ＣＶＤ反応におけるウエハ１の表面状態への依存度が小さくなるために、成膜遅延時間が小さくなるが、反面、ステップカバレッジが劣る。そこで、高い圧力下での成膜が進むと、処理室１１の圧力が下降されて、成膜が低い圧力をもって連続して実施される。成膜が低い圧力下で実施されると、原料ガス３６の粒子の平均自由行程が長くなるために、アスペクト比の大きい溝にも良好なステップカバレッジをもって成膜することができる。このようにして、成膜ステップの初期において成膜を高い圧力をもって実施し、その後に成膜を低い圧力をもって実施すると、成膜遅延時間を小さくしつつ、ステップカバレッジの良好な成膜を形成することができる。
【００２３】
所望の膜がウエハ１に形成され所定の処理時間が経過すると、処理室１１の圧力が再び上昇される。続いて、保持台２０が支持軸１６によって下降されて行く。ウエハ１の上面がカバー４０の下面に一致する高さ以下に、保持台２０が支持軸１６によって下降されると、カバー４０は保持台２０の上から支持筒２７の上面へ相対的に受け渡される。このとき、カバー４０の下面はウエハ１の上面に複数個の凸部４５においてだけ当接することにより、完全に密着した状態になっていないので、ウエハ１はカバー４０の下面から離脱することができる。したがって、保持台２０の下降に伴って、ウエハ１はカバー４０から離脱して保持台２０の保持面２１に乗り移り、保持面２１に保持された状態で下降して行く。
【００２４】
保持台２０が下限位置に下降されると、図１に示されているように、ウエハ１はリフトピン２３によって保持面２１から浮かされ、ウエハ移載装置によってリフトピン２３の上から受け取られ、ウエハ搬入搬出口２４、２８から処理室１１の外部へ搬出される。以降、前述した作業が繰り返されることにより、所望の成膜工程がＣＶＤ装置１０によって枚葉処理されて行く。
【００２５】
ところで、図４（ａ）に示されているように、カバー４０の下面の窓孔４２の近傍に凸部４５が突設されていない場合には、成膜ステップ後のウエハ１の下降途中において、ウエハ１がカバー４０の下面に張り付いてしまう現象が発生する。すなわち、カバー４０の下面の窓孔４２の近傍に凸部４５が突設されていない場合には、ウエハ１の上面とカバー４０とが窓孔４２の周辺部の全体において当接状態になり、当該当接面間の空気層が成膜ステップの後期における低い圧力下において排気されることにより、ウエハ１の上面とカバー４０の下面とが真空吸着してしまうので、ウエハ１の窓孔４２の周辺部の上面はカバー４０の下面に張り付いてしまう。ウエハ１の窓孔４２の周辺部の上面がカバー４０の下面に真空吸着によって張り付くと、圧力によってウエハ１に上向きに作用する力が圧力によってウエハ１に下向きに作用する力よりも大きくなるために、ウエハ１の自重だけではウエハ１はカバー４０から離脱することができない。その結果、ウエハ１は保持台２０の下降に追従せずにカバー４０の下面に取り残されてしまう。ウエハ１を保持台２０に静電吸着チャック等によって吸着保持することにより、カバー４０に張り付いたウエハ１を保持台２０の下降に伴って強制的に離脱させることも考えられるが、万全ではない。
【００２６】
本実施の形態においては、カバー４０の下面の窓孔４２の近傍に凸部４５が突設されているので、成膜ステップ後のウエハ１の下降途中において、ウエハ１がカバー４０の下面に張り付く現象が発生することはない。すなわち、カバー４０の下面の窓孔４２の近傍に凸部４５が突設されている場合には、ウエハ１の上面とカバー４０とは凸部４５の極僅かの面積（点接触）だけで当接することにより、成膜ステップの後期における低い圧力下において排気されても、圧力によってウエハ１に上向きに作用する力と圧力によってウエハ１に下向きに作用する力とは殆ど等しくなるので、成膜ステップ後の下降途中において、ウエハ１の窓孔４２の周辺部の上面がカバー４０の下面に張り付いてしまう現象は、図４（ｂ）に示されているように起きない。このようにしてウエハ１がカバー４０の下面に張り付く現象は起きないので、ウエハ１は自重だけでもカバー４０から離脱することができる。したがって、ウエハ１は保持台２０の下降に追従してカバー４０の下面から離脱し、保持台２０の保持面２１に乗り移って適正に保持される。
【００２７】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２８】
１）  カバーの下面の窓孔の近傍に凸部を突設することにより、成膜ステップ後のウエハの下降途中において、ウエハがカバーの下面に張り付く現象が発生するのを防止することができるので、保持台の下降に追従してウエハをカバーの下面から離脱させ、保持台の保持面に適正に保持させることができる。
【００２９】
２）  成膜ステップ後の下降途中におけるウエハのカバーへの張り付き現象を防止することにより、張り付き現象に伴うウエハの損傷等の二次的障害の発生を防止することができるので、ＣＶＤ装置ひいてはＩＣの製造方法の製造歩留りの低下を防止することができる。
【００３０】
３）  成膜ステップ後の下降途中におけるウエハの保持台の保持面への移載を確保することにより、ＣＶＤ装置の運転停止を防止することができるので、ＣＶＤ装置ひいてはＩＣの製造方法の生産性を向上させることができる。
【００３１】
４）  成膜ステップの初期においては成膜を高い圧力をもって実施し、その後は成膜を低い圧力をもって連続して実施することにより、成膜遅延時間を小さくしつつ、ステップカバレッジの良好な成膜を形成することができるので、ＣＶＤ装置ひいてはＩＣの製造方法の品質や信頼性を向上させることができる。
【００３２】
図５は本発明の他の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す一部省略一部切断正面図である。図６は図５のＶＩ部を示す拡大断面図である。
【００３３】
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、カバー４０の下面と窓孔４２の内周とが交わるエッジ部にテーパ部４６が形成されている点である。すなわち、本実施の形態においても、カバーのウエハと対向する側におけるウエハの外形線の内側と外側とに跨がる部分には、テーパ部が配設されている。本実施の形態においても、ウエハ１の上面とカバー４０とはテーパ部４６において接触したとしても僅かの面積で接触するので、成膜ステップの後期における低い圧力下において排気された後の大気下であっても、圧力によってウエハ１に上向きに作用する力とウエハ１に下向きに作用する力とは殆ど等しくなり、ウエハ１の上面がカバー４０の下面に張り付いてしまう現象は起きない。したがって、ウエハ１は保持台２０の下降に追従してカバー４０の下面から離脱し、保持台２０の保持面２１に乗り移って適正に保持される。ちなみに、図示例では、ウエハ１をテーパ部４６に接触させなかったが、接触させてもよい。さらに、テーパ部は前記実施の形態のように凸または凹形に成形し、接触面積の低減とともに、圧力差軽減の助けとすることが望ましい。
【００３４】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００３５】
例えば、成膜ステップは初期成膜を高い圧力をもって実施し、その後の成膜を低い圧力をもって実施するように設定するに限らず、初期成膜を低い圧力をもって実施し、その後の成膜を高い圧力をもって実施するように設定してもよいし、成膜を圧力を変動させずに実施するように設定してもよい。
【００３６】
基板はウエハに限らず、ＬＣＤ装置（液晶表示装置）の製造工程におけるガラス基板やアレイ基板等の基板であってもよい。
【００３７】
本発明は、枚葉式コールドウオール形ＣＶＤ装置に限らず、減圧ＣＶＤ装置やプラズマＣＶＤ装置、さらには、ドライエッチング装置等の基板処理装置全般に適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、カバーを設置した場合に基板のカバーへの張り付きを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す正面断面図であり、ウエハ搬入搬出時を示している。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】その成膜中を示しており、（ａ）は正面断面、（ｂ）は（ａ）のｂ部の拡大断面図である。
【図４】張り付き現象を説明するための各正面断面図であり、（ａ）は比較例の場合を示しており、（ｂ）は本実施の形態の場合を示している。
【図５】本発明の他の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す一部省略一部切断正面図である。
【図６】図５のＶＩ部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（基板）、１０…ＣＶＤ装置（基板処理装置）、１１…処理室、１２…筐体、１３…下側カップ、１４…上側カップ、１５…挿通口、１６…支持軸、１７…昇降板、１８…ベローズ、２０…保持台、２１…保持面、２２…ヒータユニット、２３…リフトピン、２４…ウエハ搬入搬出口、２５…ゲートバルブ、２６…排気口、２７…支持筒、２８…ウエハ搬入搬出口、３０…シャワーヘッド、３１…ガス導入口、３２…ガス導入管、３３…ガス吹出プレート、３４…ガス吹出口、３５…ガス溜め、３６…原料ガス、４０…カバー、４１…本体、４２…窓孔、４３…外側位置決め部、４４…内側位置決め部、４５…凸部、４６…テーパ部。
【図１】
2004214351.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004214351.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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