(57)【要約】【課題】チャンバ内の温度を容易に制御できる半導体製造装置を提供する。【解決手段】成膜処理を行うためのチャンバと、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、チャンバ内へマイクロ波を導入する導波管と、チャンバに収容され、上面に半導体基板を載置するステージと、半導体基板から露出するステージの外周部を覆うカバーと、を備え、ステージは、高分子材料、磁性体材料又は低抵抗の非磁性体材料から選択される材料から構成され、カバーは、石英から構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜処理を行うためのチャンバと、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
前記チャンバ内へ前記マイクロ波を導入する導波管と、
前記チャンバに収容され、上面に前記半導体基板を載置するステージと、
前記半導体基板から露出する前記ステージの外周部を覆うカバーと、
を備え、
前記ステージは、高分子材料、磁性体材料又は低抵抗の非磁性体材料から選択される材料から構成され、前記カバーは、石英から構成されている半導体製造装置。
【請求項２】
成膜処理を行うためのチャンバと、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
前記チャンバ内へ前記マイクロ波を導入する導波管と、
前記チャンバに収容され、上面に前記半導体基板を載置するステージと、
前記半導体基板から露出する前記ステージの外周部を覆うカバーと、
を備え、
前記ステージは、前記マイクロ波により加熱可能な材料で構成され、前記カバーは、前記マイクロ波を透過する材料で構成されている半導体製造装置。
【請求項３】
前記カバーは、石英から構成される請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記ステージは、高分子材料、磁性体材料又は低抵抗の非磁性体材料から選択される材料から構成される請求項２又は請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記チャンバへガスを供給するガス供給系と、
前記ガスを複数の貫通孔から分散して供給するシャワープレートと、
前記供給されたガスのプラズマを生成する高周波電源と、
を備え、
前記マイクロ波は、前記シャワープレートと前記半導体基板との間から導入される請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記シャワープレートは、高分子材料、磁性体材料又は低抵抗の非磁性体材料から選択される材料から構成される請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記チャンバへガスを供給するガス供給系と、
前記チャンバ内上部に、前記半導体基板に対向して配置されたターゲットと、
前記供給されたガスのプラズマを生成する高周波電源と、
前記ターゲットと前記半導体基板との間に配置され、複数の貫通孔が形成されたコリメータと、
を備え、
前記マイクロ波は、前記コリメータと前記半導体基板との間から導入される請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記複数の貫通孔の内径が前記マイクロ波の半波長以下である請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置を製造する半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体製造装置、特に、半導体基板（以下、ウェハと記載する）上に金属膜や絶縁膜の成膜処理を行う成膜処理装置（例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置）では、ステージヒータ、或いは静電チャック（ＥＳＣ）の機能を有するステージヒータ上にウェハを載置し、該ウェハを加熱した状態で金属膜や絶縁膜を成膜する。
【０００３】
従来の成膜処理装置は、加熱用の抵抗やランプや、冷却用の溶媒を流すための配管や溝を備えており、チャンバ側壁、天板（Ｌｉｄ）、配管（例えば、ガス配管）等の温度を制御することができる構成となっている。また、従来の成膜処理装置では、抵抗加熱によりステージを加熱するものが主流であるが、マイクロ波をステージに照射してステージを加熱するものもある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−５６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の成膜処理装置では、シャワープレート、ステージ周りを反応性ガスから保護する為のカバー、ウェハのエッジ部に非成膜エリアを形成する為のカバー、安定な排気をさせる為のバッフル板などを直接、加熱・冷却する事ができない。このため、成膜時に、シャワープレート、ステージ周りを反応性ガスから保護する為のカバーリング、ウェハのエッジ部に非成膜エリアを形成する為のカバーなどにも金属膜や絶縁膜が成膜されてしまう。そして、このウェハ以外の箇所に成膜された金属膜や絶縁膜が剥がれ等によりダストとなり、半導体装置の歩留まりが低下する問題がある。
【０００６】
このため、従来の成膜処理装置では、ウェハ以外の箇所に成膜された金属膜を除去するために、定期的に反応性ガスをチャンバ内に導入し、金属膜と反応させ除去している。しかし、チャンバ内内に冷えた箇所がある場合、反応生成物が再付着しダストの原因となる。また、金属膜を除去するための工程が必要となるため生産性が低下したり、半導体装置の製造コストが増加したりする問題がある。
本実施形態は、チャンバ内の温度を容易に制御できる半導体製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る半導体製造装置は、成膜処理を行うためのチャンバと、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、チャンバ内へマイクロ波を導入する導波管と、チャンバに収容され、上面に半導体基板を載置するステージと、半導体基板から露出するステージの外周部を覆うカバーと、を備え、ステージは、高分子材料、磁性体材料又は低抵抗の非磁性体材料から選択される材料から構成され、カバーは、石英から構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る半導体製造装置の構成図。
【図２】第１の実施形態の変形例に係る半導体製造装置の構成図。
【図３】第２の実施形態に係る半導体製造装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体製造装置１（以下、半導体製造装置１と記載する）の構成図である。半導体製造装置１は、チャンバ１０と、ステージ２０と、カバーリング３０と、シャワープレート４０と、ガス供給手段５０と、ゲートバルブ６０と、真空引き手段７０と、マイクロ波発生装置８０と、導波管９０と、温度計１００と、圧力ゲージ１１０と、制御装置１２０と、を備える。
【００１０】
半導体製造装置１は、半導体基板Ｗ（以下、ウェハＷと記載する）上にタングステン（Ｗ）膜を形成するＷ−ＣＶＤ装置である。半導体装置１は、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガス（原料ガス）と水素（Ｈ２）ガス（還元ガス）をチャンバ１０内へ供給してウェハＷ表面にタングステン膜を形成する。
【００１１】
また、この半導体製造装置１では、ウェハＷをマイクロ波により加熱し、チャンバ１０内において、温度を上げたい箇所を、マイクロ波を吸収する材料（例えば、双極子を有する高分子材料、磁性体材料（例えば、ニッケル（Ｎｉ）、或いは、電気抵抗の低い非磁性体金属材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ））で構成し、温度を上げたくない箇所を、マイクロ波を透過する材料（例えば、石英）で構成している。以下、半導体製造装置１が備える各構成について説明する。
【００１２】
チャンバ１０は、成膜処理を行うための容器であり、気密性を保持できるように構成されている。チャンバ１０内部には、ステージ２０、カバーリング３０、シャワープレート４０が収容されている。チャンバ１０には、ウェハＷを搬入出するための第１の開口１０ａと、マイクロ波を導入するための第２の開口１０ｂと、温度を測定するための第３の開口１０ｃとが形成されている。なお、第２の開口１０ｂは、シャワープレート４０と、ステージ２０との間の位置に形成されている。また、第３の開口１０ｃには、石英等から構成される窓１１が設けられている。
【００１３】
ステージ２０は、上面２０ａにウェハＷを保持する。ステージ２０は、上述したマイクロ波を吸収する材料（例えば、双極子を有する高分子材料、磁性体材料、抵抗の低い非磁性体金属材料等）で構成される。ステージ２０を、マイクロ波の吸収により加熱することが可能な材料で構成することにより、裏面からもウェハＷを加熱することができる。結果、ウェハＷを効率よく加熱することができる。なお、裏面からマイクロ波を照射する場合は、ステージ２０を、マイクロ波を透過する材料で構成しても良い。
【００１４】
カバーリング３０は、ステージ２０周りを反応性ガスから保護する為のカバーである。カバーリング３０は、マイクロ波を透過する石英で構成され、ステージ２０の上面２０ａ上に保持されたウェハＷから露出するステージ２０の外周部を覆う。
【００１５】
カバーリング３０を石英で構成することで、カバーリング３０の温度を低くすることができる。このため、カバーリング３０にタングステン膜が形成されにくくなる。結果、ウェハＷ以外の箇所に成膜された金属膜の剥がれ等による半導体チップの歩留まり（イールド）低下を効果的に抑制することができる。
【００１６】
また、チャンバ１０内に堆積したタングステン膜を除去するためのドライクリーニングが不要、もしくはドライクリーニング回数を大幅に削減することができる。このため、半導体チップの生産性が向上する。また、半導体チップの製造コストの増加を抑制することができる。また、ドライクリーニングによる半導体製造装置１の劣化、例えば、チャンバ１０内の腐食、Ｏ−ｒｉｎｇの劣化等を低減することができる。
【００１７】
シャワープレート４０は、複数の貫通孔４０ａが形成された円形状のプレートであり、ガス供給手段５０から供給される原料ガス（ＷＦ６）及び還元ガス（Ｈ２）を拡散してチャンバ１０内へ導入する。なお、シャワープレート４０は、原料ガス（ＷＦ６）の吸着を抑制するため、電気抵抗の低い非磁性体材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ））で構成される。
【００１８】
ガス供給手段５０は、図示しないガス供給源に接続され、チャンバ１０内へ半導体チップの製造に必要な各種ガスを供給する。この実施形態では、タングステン膜を成膜するために必要な原料ガス（ＷＦ６）と還元ガス（Ｈ２）を供給する第１系統と、ドライクリーニングに必要なフッ素系ガス（例えば、ＣＦ４ガス、Ｃ２Ｆ６ガス、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス）や塩素系ガス（Ｃｌ２ガス、ＢＣｌ４ガス）とキャリアガス（例えば、Ａｒガス、Ｎ２ガス）を供給する第２系統を備える。
【００１９】
第１，第２の系統は、ガスの種類ごとに、ガス流量を制御するＭＦＣ（マスフローコントローラ）と、ガスの供給と遮断を行うバルブを備えている。
【００２０】
ゲートバルブ６０は、チャンバ１０の第１の開口１０ａを開閉する。ゲートバルブ６０は、チャンバ１０の側壁との対向面にチャンバ１０の気密を保持するためのＯ−Ｒｉｎｇ６１を有する。
【００２１】
真空引き手段７０は、真空引きポンプ７１と、スロットルバルブ７２と、一端側がチャンバ１０に接続され、他端側が真空引きポンプ７１に接続された真空配管７３とを備える。スロットルバルブ７２は、チャンバ１０と真空引きポンプ７１との間に配置され、真空配管７３のコンダクタンスを変化させることにより、チャンバ１０内の圧力を制御する。なお、真空引きポンプ７１の排気側は、図示しない除外装置に接続されている。
【００２２】
マイクロ波発生装置８０は、周波数が２．４５ＧＨｚ〜２５ＧＨｚ（ギガヘルツ）のマイクロ波を発生する。また、発生周波数を可変できるマイクロ波発生装置を用いることで、電気抵抗の低い非磁性体材料についても誘導加熱により加熱することができる。発生周波数帯の異なる２つのマイクロ波発生装置８０を備えるように構成してもよい。マイクロ波の周波数を変えることで、双極子を有する高分子材料、磁性体材料（例えば、ニッケル（Ｎｉ））、或いは、電気抵抗の低い非磁性体金属材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ））のいずれも加熱することができる。
【００２３】
導波管９０は、一端側がマイクロ波発生装置８０に接続され、他端側がチャンバ１０の第２の開口１０ｂに接続される。導波管９０は、マイクロ波発生装置８０で発生したマイクロ波を開口１０ｂからチャンバ１０内へ導入する。
【００２４】
温度計１００は、非接触型の温度計（例えば、放射温度計）であり、チャンバ１０の第３の開口１０ｃに設けられた窓１１から、ステージ２０の上面２０ａに載置されたウェハＷの温度を測定する。温度計１００は、測定した温度を制御装置１２０へ出力する。
【００２５】
圧力ゲージ１１０は、チャンバ１０内の圧力を測定する。圧力ゲージ１１０は、測定した圧力を制御装置１２０へ出力する。
【００２６】
制御装置１２０は、半導体製造装置１全体を制御する。制御装置１２０は、例えば、ゲートバルブ６０の開閉や、ガス供給手段５０が備えるＭＦＣ（マスフローコントローラ）及びバルブの動作を制御する。また、制御装置１２０は、圧力ゲージ１１０から出力される圧力に基づいてスロットルバルブ７２の開度を制御する。さらに、制御装置１２０は、温度計１００から出力される温度が４００℃となるようにマイクロ波発生装置８０の出力（Ｗａｔｔ数）を制御する。
【００２７】
以上のように、半導体製造装置１は、マイクロ波によりウェハＷを加熱し、チャンバ１０内において、温度を上げたい箇所（例えば、ステージ２０）を、マイクロ波を吸収する材料（例えば、双極子を有する高分子材料、磁性体材料、或いは、抵抗の低い非磁性体金属材料）で構成し、温度を上げたくない箇所（例えば、カバーリング３０）を、マイクロ波を透過する材料（例えば、石英）で構成している。
【００２８】
このため、カバーリング３０にタングステン膜が形成されにくくなる。結果、ウェハＷ以外の箇所に成膜された金属膜の剥がれ等による半導体チップの歩留まり（イールド）低下を効果的に抑制することができる。また、チャンバ１０内に堆積したタングステン膜を除去するためのドライクリーニングが不要、もしくはドライクリーニング回数を大幅に削減することができる。このため、半導体チップの生産性が向上する。また、半導体チップの製造コストの増加を抑制することができる。さらに、ドライクリーニングによる半導体製造装置１の劣化、例えば、チャンバ１０内の腐食、Ｏ−ｒｉｎｇの劣化等を低減することができる。さらに、抵抗加熱による加熱に比べて、加熱のために必要な電力量を低減することができる。
【００２９】
なお、上記説明では、タングステン（Ｗ）膜を成膜する半導体製造装置１について説明したが、タングステン膜以外の金属膜（例えば、Ａｌ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜）や絶縁膜（例えば、ＳｉＯ２膜）を成膜するＣＶＤ装置にも適用することができる。
【００３０】
（第１の実施形態の変形例）
図２は、第１の実施形態の変形例に係る半導体製造装置１Ａ（以下、半導体製造装置１Ａと記載する）の構成図である。半導体製造装置１Ａは、高周波（例えば、１３．５６ＭＨｚ（メガヘルツ））を発生するＲＦ電源（高周波電源）１３０と、シャワープレート４０とＲＦ電源１３０とを接続するＲＦケーブル１３１と、シャワープレート４０をチャンバ１０から電気的に絶縁された状態（フローティング状態）にするためのインシュレータ（絶縁体）１２とをさらに備え、チャンバ１０内へ供給されるガスをプラズマ化するＰＥ−ＣＶＤ装置である。なお、図１を参照して説明した構成と同一の構成には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００３１】
本実施形態のように、チャンバ１０内へ供給されるガスをプラズマ化する場合、プラズマが存在する領域（以下、プラズマ領域と記載する）と、マイクロ波が存在する領域（以下、マイクロ波領域と記載する）とを分離する必要がある。そこで、この半導体製造装置１Ａでは、シャワープレート４０に形成された複数の貫通孔４０ａの内径をマイクロ波の半波長以下としている。
【００３２】
シャワープレート４０に形成された複数の貫通孔４０ａの内径をマイクロ波の半波長以下とすることにより、シャワープレート４０内へのマイクロ波の回り込みを低減し、シャワープレート４０より上流側をプラズマ領域とし、シャワープレート４０より下流側をマイクロ波領域としている。その他の効果については、第１の実施形態に係る半導体製造装置１と同じである。
【００３３】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る半導体製造装置２（以下、単に半導体製造装置２と記載する）の構成図である。半導体製造装置２は、ウェハＷ上に金属膜を成膜するＰＶＤ装置である。以下、図３を参照して、半導体製造装置２の構成を説明するが、図１，図２を参照して説明した構成と同一の構成には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００３４】
半導体製造装置２は、チャンバ１０と、インシュレータ（絶縁体）１２Ａと、ステージ２０と、カバーリング３０と、ガス供給手段５０Ａと、ゲートバルブ６０と、真空引き手段７０Ａと、マイクロ波発生装置８０と、導波管９０と、温度計１００と、圧力ゲージ１１０と、制御装置１２０と、ＤＣケーブル１３２と、ターゲット１４０と、マグネット１５０、ＤＣ電源１６０と、コリメータ１７０と、を備える。
【００３５】
インシュレータ１２Ａは、チャンバ１０とターゲット１４０との間に配置され、ターゲット１４０をチャンバ１０から電気的に絶縁された状態（フローティング状態）にする絶縁体である。ＤＣケーブル１３２は、ターゲット１４０とＤＣ電源１６０とを接続する
【００３６】
ガス供給手段５０Ａは、図示しないガス供給源に接続され、チャンバ１０内へ半導体チップの製造に必要な各種ガスを供給する。この実施形態では、ガス供給手段５０Ａは、Ａｒガスをチャンバ１０内へ供給する。
【００３７】
真空引き手段７０Ａは、真空引きポンプ７１と、クライオポンプ７４と、一端側がチャンバ１０に接続され、他端側が真空引きポンプ７１に接続された真空配管７３とを備える。半導体製造装置２は、ＰＶＤにより成膜を行うため高真空度が必要とされる。このため、半導体製造装置２では、真空引きポンプ７１で低真空度まで粗挽きした後、クライオポンプ７４により、高真空度まで真空引きされる。
【００３８】
ターゲット１４０は、ステージ２０の上面２０ａに対向して配置される。ターゲット１４０は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ等の金属で構成される。マグネット１５０は、ターゲット１４０の裏面側に配置され、ターゲット１４０表面に形成されるプラズマの密度やウェハＷ上に成膜される金属膜の面内均一性を向上させる。
【００３９】
ＤＣ電源１６０は、ターゲット１４０に負の電圧を印可し、ターゲット１４０の表面近傍にＡｒイオンのプラズマを形成する。Ａｒイオンは、負にバイアスされたターゲット１４０表面に衝突して、ターゲット１４０を“スパッタ"する。ターゲット１４０から叩き出された原子もしくは分子は、ウェハＷ表面に堆積して、金属膜が形成される。
【００４０】
コリメータ１７０は、ターゲット１４０とステージ２０との間に設けられる。コリメータ１７０には、複数の貫通孔（スリット）１７０ａが形成されており、ターゲット１４０から飛来する原子もしくは分子のうち直進性の高いものだけが、この貫通孔１７０ａを通過する。
【００４１】
また、このコリメータ１７０に形成された貫通孔１７０ａの内径は、マイクロ波の半波長以下となっており、ターゲット１４０側へのマイクロ波の回り込みを防止し、ターゲット１４０表面に形成されるプラズマ領域と、マイクロ波が存在するマイクロ波領域とを分離する機能を有する。なお、この半導体製造装置２では、コリメータ１７０とステージ２０との間の位置にマイクロ波が導入される。
【００４２】
以上のように、半導体製造装置２では、ターゲット１４０とステージ２０との間にコリメータ１７０を備え、コリメータ１７０に形成された複数の貫通孔１７０ａの内径をマイクロ波の半波長以下とすることにより、ターゲット１４０側へのマイクロ波の回り込みを防止している。このため、コリメータ１７０より上流側をプラズマ領域とし、コリメータ１７０より下流側をマイクロ波領域とすることができる。その他の効果については、第１の実施形態に係る半導体製造装置１と同じである。
【００４３】
なお、ＰＶＤ装置の場合、温度による成膜のしやすさに違いはない。しかしながら、成膜される膜質は異なるため、温度によって膜応力等が変化する。このため、温度によってダストの発生量等が異なる。つまり、加熱したほうがダストの発生量等を抑えられるか、加熱しないほうがダストの発生量等を抑えられるかが成膜する膜種によって異なる。従って、本実施形態の場合、マイクロ波を吸収する材料とするか、マイクロ波を透過する材料とするかを成膜する膜種によって変えることが好ましい。マイクロ波を吸収する材料とするか、マイクロ波を透過する材料とするかを選択する対象としては、例えば、防着板、ステージ、カバーリング、コリメータ等がある。
【００４４】
また、上記説明では、金属膜を形成するＰＶＤ装置について説明したが、ＤＣ電源の代わりに、ＲＦ電源（高周波電源）を使用すれば、ウェハＷ上に絶縁膜を形成することもできる。
【００４５】
（その他の実施形態）
以上のように、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を変更しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形が、発明の範囲や要旨に含まれるのと同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１，１Ａ，２…半導体製造装置、１０…チャンバ、１１…窓、１２，１２Ａ…インシュレータ（絶縁体）、２０…ステージ、３０…カバーリング、４０…シャワープレート、５０，５０Ａ…ガス供給手段、６０…ゲートバルブ、７０，７０Ａ…真空引き手段、８０…マイクロ波発生装置、９０…導波管、１００…温度計、１１０…圧力ゲージ、１２０…制御装置、１３０…ＲＦ電源（高周波電源）、１３１…ＲＦケーブル、１３２…ＤＣケーブル、１４０…ターゲット、１５０…マグネット、１６０…ＤＣ電源、１７０…コリメータ、Ｗ…半導体基板（ウェハ）。
【図１】
2013159826.tif 000003
【図２】
2013159826.tif 000004
【図３】
2013159826.tif 000005