(57)【要約】【課題】成膜装置によりサンプル基板に所望の膜の成膜する方法において、低コストかつ短時間で多くの条件の成膜を実施可能にした成膜方法及びその成膜装置を提供する。【解決手段】一部に開口部を設けたフォーカスリングで覆うことにより、サンプル基板の露出した個所のみに成膜する方法であって、前記フォーカスリングが任意の回転角で回転することにより、サンプル基板の任意の個所のみに成膜することが可能となり、前記フォーカスリングの回転と成膜とを複数回繰り返すことで、１枚のサンプル基板上の複数箇所に、それぞれ異なる成膜条件の成膜が可能となる成膜方法及びその成膜装置。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜装置により試料に所望の膜を成膜する方法において、一部に開口部を設けたフォーカスリングで試料を覆うことにより、試料の露出した個所のみに成膜することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記フォーカスリングは、任意の回転角で回転することにより、試料の任意の個所のみを成膜することが可能となることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
試料に成膜する成膜装置において、一部に開口部を設けたフォーカスリングを有することを特徴とする成膜装置。
【請求項４】
前記フォーカスリングを任意の回転角で回転させる手段を有することを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセス等の微細加工分野に適用される成膜方法と成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、数層〜数十層の立体構造を持っており、成膜、リソグラフィ、ドライエッチング、絶縁層や導電層の成膜、不純物注入、洗浄、等の各工程を繰り返しながら製造される。近年、高速、高集積、低電力などの高性能化のため、半導体デバイス１つあたりの製造コストとそのための試作ラインや条件出しのための実験等にかかる費用は増大の一途を辿っている。特に成膜工程は、これらの工程の最上流部に位置するものであり、各工程での実験や試作には必ずと言って良いほど欠かすことが出来ない。
【０００３】
成膜技術を大別すると真空成膜と常圧成膜がある。真空成膜には、一種または数種のガス分子をプラズマ中の高エネルギー粒子（電子などの）との衝突によって解離、励起、電離して生成される反応活性種を基板上で化学反応させて薄膜形成を行うプラズマＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、スパッタリングやイオンプレーティングと言われるプラズマ中のイオンなどによる物理的作用を用いた薄膜形成であるＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）がある。
どちらも一般に、低ガス圧におけるプラズマが用いられ、基板は比較的低い温度（常温〜５００℃）のままで薄膜形成が可能となるという特長を有する。一方、常圧成膜には、常圧ＣＶＤ法（大気圧ＣＶＤとも言う）や減圧ＣＶＤ法（ＬＰ−ＣＶＤ）という方式もあり、この場合、基板温度は７００℃〜１２００℃の高温が必要である。
【０００４】
以下、プラズマＣＶＤ法を例に説明する。図１は、従来の一般的なプラズマＣＶＤ装置を示した模式図である。プラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバー１の上部からガス供給口２によって適当なガスが供給され、ガス排気口３からターボ分子ポンプとロータリーポンプによって排気され、適当な圧力（数十〜数百Ｐａ）に制御される。チャンバー上部には電極４ががあり、プラズマ発生用の高周波電源５が接続され電力が供給され、プラズマ６が発生する。サンプル７は、ヒーター８を内蔵したステージ９の上に固定される。
【０００５】
プラズマＣＶＤ装置を使って成膜するには、作ろうとする膜の元素を含んだ分解しやすい気体を真空チャンバーに供給し、プラズマを生成することにより活性化し、化学反応により基板上に薄膜を成膜する。参考に、代表的な薄膜とその原料ガス、常圧ＣＶＤ、及びプラズマＣＶＤにおける基板温度（ステージの温度）を表１に示す。
【０００６】
【表１】
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半導体デバイスの製造におけるプラズマＣＶＤ装置は、単体金属膜、合金膜、アモルファスＳｉ膜、多結晶Ｓｉ膜、単結晶膜、窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化膜（ＳｉＯ2 ）、酸化窒化膜（ＳｉＯＮ）、リンドープ酸化膜など、極めて多様な膜の成膜に用いられ、プラズマＣＶＤは重要な技術である。
上記は、ある１層のみの成膜についての説明であるが、実際の半導体デバイスは、数層〜数十層の立体構造を持っており、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、絶縁層や導電層の成膜、不純物注入、洗浄、等の各工程を繰り返しながら製造される。
【非特許文献１】日刊工業新聞社．「超微細加工の基礎」．１６７〜２０２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、ＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等に見られる半導体デバイスの高集積化、微細化、高性能化が進展するに伴ない、半導体デバイス製造のための技術的要求がますます厳しくなってきている。それと同時に、高性能化のためにデバイス・チップの面積拡大によりＳｉウェハ基板が大口径化しており、半導体製造装置の価格高騰や、ウェハ、レジスト等の材料を大量に使用するためにコスト増を余儀なくされている。つまり、近年の半導体デバイスは技術的ハードルが高いため一つのデバイスを開発・製造するために、多くの実験や条件出しを必要とし、実験や条件出しにおけるウェハ１枚あたりコスト（材料費や時間）はより高くなってしまっている。
【０００８】
具体的に言えば、従来の成膜装置ではウェハ１枚に対し１つの条件でウェハ全面を成膜してしまうため、成膜条件の異なるウェハを作製するには、条件の数だけウェハと作業時間を必要とする。例えば、成膜後のリソグラフィやエッチングに対する膜の特性を調べる場合、リソグラフィやエッチングの条件は固定して、成膜条件のみをパラメータとして評価するので、大量にウェハを成膜する必要がある。このため、ウェハ、レジスト、エッチングガス等の材料費や、試料の準備や評価に要する時間等が膨大になり、コスト増になっている。
【０００９】
本発明は、以上のような従来技術の問題を解決するものであり、低コストかつ短時間で多くの実験を実施可能にした成膜方法及びその成膜装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、成膜装置により試料に所望の膜を成膜する方法において、一部に開口部を設けたフォーカスリングで試料を覆うことにより、試料の露出した個所のみに成膜することを特徴とする成膜方法である。
【００１１】
本発明の請求項２に係る発明は、前記フォーカスリングは、任意の回転角で回転することにより、試料の任意の個所のみを成膜することが可能となることを特徴とする請求項１記載の成膜方法である。
【００１２】
本発明の請求項３に係る発明は、試料に成膜する成膜装置において、一部に開口部を設けたフォーカスリングを有することを特徴とする成膜装置である。
【００１３】
本発明の請求項４に係る発明は、前記フォーカスリングを任意の回転角で回転させる手段を有することを特徴とする請求項３記載の成膜装置である。
【００１４】
成膜装置により試料に所望の膜を成膜する方法において、一部に開口部を設けたフォーカスリング（以下、特殊フォーカスリングと記す）で試料を覆うことにより、試料の露出した個所のみに成膜することを特徴とする成膜方法とその装置を提供する。この特殊フォーカスリングには、回転機構がついており、成膜と特殊フォーカスリングの回転を繰り返すことで、１枚の試料に複数条件の成膜が実施出来る。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の成膜方法及び成膜装置によれば、多くの条件による成膜を必要する成膜工程において、ウェハを成膜装置から取り出すことなく、１枚のウェハの複数箇所にそれぞれ異なる成膜条件を実施することが可能であり、成膜に要する時間の削減、使用するウェハ基板数の削減、さらにはその後のリソグラフィ実験やエッチング実験でのレジスト、現像液、エッチングガス等の材料、及びこれら実験に要する時間の削減が可能であり、費用と時間の劇的なコストダウンが可能である。
また、本発明の成膜装置は従来の成膜装置のサンプルステージに回転ユニットと特殊フォーカスリングを取りつけるだけなので、低コストかつ成膜自体のパフォーマンスを変えることなく一般的な成膜装置に適応可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、図を用いて詳細に説明する。従来及び本発明のプラズマＣＶＤ法による成膜方法と装置を説明する。図２は、従来の成膜装置のステージ部分の概要図である。図２（ａ）は、上面から見た平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の点線Ａ−Ａ’に沿った断面図である。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、まず、Ｓｉウェハ等のサンプル７は、ステージ９上に搬送される。サンプル７は、ステージ９上の所定の個所に単に置かれるだけか、装置によってはステージ７との伝熱を効果的に行なうため、機械的にステージ７に押しつけられるように固定される。この後、成膜プロセスが実施される。このような従来方式では、サンプル７のほぼ全面が成膜処理されるため、１つのサンプルにつき１つの条件しか処理出来ない。
【００１７】
次に、本発明による成膜方法と成膜装置を説明する。図３は、本発明のプラズマＣＶＤ法による成膜装置の概要図である。ステージ周辺部分以外の真空チャンバー、ガス系、高周波発振器などは、従来の装置と全く同じ構造である。図４に本発明の成膜装置のステージ周辺部分の概要図を示す。図４（ａ）は上面から見た平面図であり図４（ｂ）、（ｃ）は、図４（ａ）の点線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図である。
【００１８】
まず、Ｓｉウェハ等のサンプル７は、ステージ９上に搬送される（図４（ｂ））。次に上下アーム１２により、本発明に係わる、一部に開口部１３を設けた特殊フォーカスリング１０が下がり、サンプル７を固定する（図４（ｃ））。また、本発明の上下アーム１２は回転ユニット１１に連結されており、上下アーム１２と特殊フォーカスリング１０は任意の角度に回転することが可能になっている。この後、ある条件で成膜プロセスが実施されるが、成膜される個所は、特殊フォーカスリング１０の開口部１３によって、露出した部分のみである。
【００１９】
本発明の成膜装置では、成膜プロセスと特殊フォーカスリング１０の上下動、及び任意な一定角度の回転を交互に繰り返すことで、１つの試料の複数の位置に複数の条件で成膜することが可能である。また、開口部１３の大きさは、必要に応じて任意に決められる。
【００２０】
この発明の成膜方法では、被成膜材、原料ガスの材料は、成膜が可能であれば特に制限はない。また、プラズマＣＶＤ成膜装置のプラズマ発生方法は、平行平板型、容量結合型（ＣＣＰ）、誘導結合型（ＩＣＰ）、超高周波型（ＵＨＦ）、ＥＣＲ型、マイクロ波型、ヘリコン波型、表面波型、等の制限はなく、これら全てのプラズマ発生方式が使用可能である。さらに、常圧ＣＶＤ法や、減圧ＣＶ法、スパッタリングやイオンプレーティングなどのＰＶＤ法による成膜装置にも適用出来る。
【実施例１】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。まず、一般的な平行平板型プラズマＣＶＤ装置に回転ユニット及び特殊フォーカスリングを搭載した成膜装置を作製した。図３、４、５を用いて本発明の成膜装置について説明する。図３は、装置全体の概要図であり、図４（ａ）は、ステージ周辺部分を上面からみた平面図で、図４（ｂ）、（ｃ）は点線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図である。図５（ａ）はステージ周辺部の斜視図であり、図５（ｂ）は上面からみた平面図である。
【００２２】
図３に示すプラズマ源となる高周波発振器５は、周波数１３．５６ＭＨｚ、電力３００
Ｗを用いた。真空チャンバー１は、一般的な真空チャンバーで、プロセスガスの供給口２と排気口３があり、真空チャンバーの上部にはプラズマ発生用の電極４が接続されている。真空チャンバー下部にはサンプルが乗るステージ９がある。一般的な装置と異なる点は、ステージ９に回転ユニット１１と一部分にに開口部を設けた特殊フォーカスリング１０が装着されていることである。特殊フォーカスリング１０は、材料にアルミナを用いて作製し、図５（ｂ）に示すように、開口部１３は頂角が４３度の二等辺三角形とした。
また、図６（ａ）〜（ｄ）は、特殊フォーカスリング１０の一定角度の回転を示す説明図である。
【００２３】
ここから、図３〜図６により、本装置を用いて成膜を実施した例を示す。まず、サンプルには８インチＳｉウェハ（７２５μｍ厚、ミラー研磨、Ｐ型）を用いた。Ｓｉウェハは、本装置の搬送アームによりステージ上に置かれた。このとき、上下アーム及び特殊フォーカスリングは図４（ｂ）に示すように上がったままである。その後、上下アーム及び特殊フォーカスリングが下がりＳｉウェハは固定される。このときの特殊フォーカスリングの向きは図６（ａ）の位置である。
この状態でＳｉウェハ上に窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4）の成膜を実施した。このときの成膜条件は、圧力：１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）、ＲＦパワー：２５０Ｗ、ＮＨ3 ：４０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ4：５０ｓｃｃｍ、Ｈ2：１４５ｓｃｃｍ、ステージ温度２５０℃、成膜時間：１時間（膜厚約５００ｎｍ）とした。このとき，Ｓｉウェハは、特殊フォーカスリングの開口部から露出した個所のみがプラズマに曝され成膜された。
【００２４】
次に上下アームを上げ、回転ユニットにより特殊フォーカスリングを、図５（ａ）の矢印で示すように、左４５°回転し、上下アームを下げた。このときの特殊フォーカスリングの向きは図６（ｂ）の位置である。さらに成膜条件を一部変更し、窒化膜の成膜を実施した。このようにして、成膜と特殊フォーカスリングの左４５°回転を繰り返して、１枚のＳｉウェハの８箇所に成膜条件の異なる窒化膜を成膜した（図６（ｄ））。
【００２５】
その後、本発明の成膜装置からSiウェハを取り出し、Ｓｉウェハの８箇所の異なる窒化膜のドライエッチング耐性を調べた。エッチング条件は、ＣＦ4 ：２２ｓｃｃｍ、ＣＨ4 ：１５ｓｃｃｍ、Ａｒ：１５０ｓｃｃｍ、圧力：１０ｍＴｏｒｒ、ＲＦバイアス電極パワー：８５Ｗ、ＩＣＰプラズマ電極パワー：５００Ｗ、エッチング時間：分とした。このときのドライエッチング装置は、一般的なＩＣＰプラズマ放電方式のドライエッチング装置である。また、エッチング前後の窒化膜の膜厚測定にはエリプソメータを用いた。
【００２６】
実験結果を図７のグラフに示す。横軸は窒化膜を成膜する際の真空チャンバー及びステージの成膜温度、縦軸はドライエッチングにおける窒化膜のエッチングレートを示す。グラフ中の２本の線は、ドライエッチング時のバイアスパワーが１００Ｗ及び２００Ｗの場合である。この結果から、窒化膜の成膜温度が高い方がエッチング耐性が高く（エッチングレートが小さく）、また、エッチング時のバイアスパワーが大きい方がエッチング耐性が低く（エッチングレートが大きく）なることが分かった。
【００２７】
このように、従来の成膜装置では８枚の試料を用意して１枚ずつ異なる成膜条件の窒化膜を成膜しなければならない実験を、本発明の成膜装置を用いた実験では１枚のウェハで完了出来た。ウェハの材料費は８分の１に、成膜時の搬送や真空引きも１枚で済むため成膜に要する時間は約４分の１に、ドライエッチングに要する時間も１枚で済むことから約８分の１になり、実験に要する費用と時間を大幅に削減できる。
【００２８】
本実施例では、非常に簡単な実験を例に挙げたが、近年の高集積化・大口径化のためにより複雑なプロセスを経て準備されるサンプルを実験や評価する場合が多い。つまり、ある実験をするために用意する一枚のサンプルの価値（費用や時間）は膨大なものになるた
め、本発明の装置を用いることによる費用と時間の削減量は劇的なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来方式のプラズマＣＶＤ装置を示した模式図である。
【図２】（ａ）は、従来方式のプラズマＣＶＤ装置のステージ部分を模式的に示した平面図である。（ｂ）は、図２（ａ）の点線Ａ−Ａ’に沿った断面図である。
【図３】本発明のプラズマＣＶＤ法による成膜装置の概要図である。
【図４】（ａ）は、本発明の成膜装置のステージ周辺部分の平面図である。（ｂ）は、特殊フォーカスリングが上がった状態の、（ａ）の点線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図である。（ｃ）は、特殊フォーカスリングが下がった状態の、（ａ）の点線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図である。
【図５】（ａ）は、ステージ周辺部の斜視図である。（ｂ）は、上面からみた平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、特殊フォーカスリングの一定角度の回転を示す説明図である。
【図７】実施例１における、ドライエッチングによるエッチング耐性を調べた結果のグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１・・・真空チャンバー
２・・・ガス供給口
３・・・ガス排気口
４・・・電極
５・・・プラズマ発生用の高周波発振器
６・・・プラズマ
７・・・サンプル
８・・・ヒーター
９・・・ステージ
１０・・・特殊フォーカスリング
１１・・・回転ユニット
１２・・・上下アーム
１３・・・特殊フォーカスリングの開口部
【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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