(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を載置する載置台を内部に有する処理室と、この載置台に対向する位置に前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部とを備えて前記被処理体の表面に金属膜或いは金属化合物膜を形成する成膜処理装置において、
前記ガス供給部は、前記処理室内にガスを放出する多数のガス孔を有するシャワーヘッドからなり、
前記シャワーヘッドを熱伝導性の良好な金属により形成すると共にその表面にアルミニウム酸化物を含有する膜を形成し、
前記シャワーヘッドの温度を所定温度に維持する手段を備え、
沸素化合物ガスからなるクリーニングガスを前記シャワーヘッドから前記処理室内に放出し、前記処理室内をクリーニングする手段を備えることを特徴とする成膜処理装置。
【請求項２】
被処理体を載置する載置台を内部に有する処理室と、この載置台に対向する位置に前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部とを備えて前記被処理体の表面に金属膜或いは金属化合物膜を形成する成膜処理装置において、
前記ガス供給部は、前記処理室内にガスを放出する多数のガス孔を有するシャワーヘッドからなり、
前記処理室を区画する区画壁を熱伝導性の良好な金属により形成すると共にその表面にアルミニウム酸化物を含有する膜を形成し、
前記区画壁の温度を所定温度に維持する手段を備え、
沸素化合物ガスからなるクリーニングガスを前記シャワーヘッドから前記処理室内に放出し、前記処理室内をクリーニングする手段を備えることを特徴とする成膜処理装置。
【請求項３】
前記熱伝導性の良好な金属は、アルミニウム合金であることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜処理装置。
【請求項４】
前記アルミニウム酸化物を含有する膜は、アルマイトであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成膜処理装置。
【請求項５】
前記沸素化合物は、ＣｌＦ３ であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の成膜処理装置。
【請求項６】
前記金属膜或いは金属化合物膜は、タングステン又はチタンを含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の成膜処理装置。
【請求項７】
前記所定温度に維持する手段は、水冷ジャケットであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の成膜処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば金属薄膜を形成する成膜処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路の製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ表面に配線パターンを形成するために或いは配線間等の凹部を埋め込むためにＷ（タングステン）、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＳｉ（チタンシリサイド）等の金属或いは金属化合物を堆積させて薄膜を形成することが行なわれている。
【０００３】
この種の金属薄膜の形成方法には、３つの方式、例えばＨ2 （水素）還元法、ＳｉＨ4 （シラン）還元法、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 （ジクロルシラン）還元法などが知られており、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 還元法は配線パターンを形成するために例えば還元ガスとしてジクロルシランを用いて６００℃程度の高温下にてＷやＷＳｉ（タングステンシリサイド）膜を形成する方法であり、ＳｉＨ4 還元法は、同じく配線パターンを形成するために、例えば還元ガスとしてシランを用いて先程よりも低い３７０〜４００℃の低温下にてＷやＷＳｉ膜を形成する方法である。
【０００４】
また、Ｈ2 還元法は、配線間の凹部のようなウエハ表面上の穴埋めのために、例えば還元ガスとして水素を用いて４００〜４３０℃程度の温度下でＷ膜を堆積させる方法である。
上記の場合、いずれも例えばＷＦ6（六フッ化タングステン）が使用される。
このような金属薄膜を形成する一般的な成膜処理装置は図３に示されており、例えばアルミニウム等により筒体状に成形された処理室２内には、例えば薄いカーボン素材或いはアルミ化合物により成形された載置台４が設けられており、この下方には、石英製の透過窓６を介してハロゲンランプ等の加熱手段８を配置している。
【０００５】
そして、加熱手段８からの熱線は透過窓６を透過して載置台４に至り、これを加熱し、この上に配置されている半導体ウエハＷを所定の温度に間接的に加熱維持する。これと同時に、載置台４の上方に設けたシャワーヘッド１０からはプロセスガスとして例えばＷＦ6やＳｉＨ4がウエハ表面上に均等に供給され、ウエ  ハ表面上にＷやＷＳｉ等の金属膜が形成されることになる。
この場合、金属膜は目的とするウエハ表面のみならず、処理室内の構造物、例えば処理室壁やシャワーヘッド表面或いは図示されないクランプリングなどのウエハ近傍の部材にも堆積することとなるが、この堆積物は剥離するとパーティクルとなってウエハの歩留まりの低下の原因となる。そのため、ウエハ所定枚数、例えば２５枚処理毎に、クリーニングガスとしてＣｌＦ3を流して内部構造物の 表面に付着した余分なＷやＷＳｉ等の堆積膜を除去することが行なわれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ウエハの搬入搬出にともなって処理室内へ僅かな水分も侵入してしまうが、このウエハの搬入搬出にともなって処理室内へ侵入した水分が分解し、発生した酸素がタングステンと酸化物を形成してしまい、これが特に高温に晒されることになるシャワーヘッド１０の下面に付着してしまう。
【０００７】
このタングステン酸化物は、安定な物質であり、ドライクリーニングに用いるＣｌＦ3ガスでは完全に除去できず、したがって、例えば１０００枚処理毎に、 装置全体を分解してウエットクリーニング処理を施さねばならず、このような大がかりなメンテナンス作業の頻度が多くなって装置稼働率を大幅に低下させる原因となっていた。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、シャワーヘッド等の表面に成膜付着防止膜を形成してウエットクリーニング作業の頻度を少なくすることができる成膜処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するために、被処理体を載置する載置台を内部に有する処理室と、この載置台に対向する位置に前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部とを備えて前記被処理体の表面に金属膜或いは金属化合物膜を形成する成膜処理装置において、前記ガス供給部は、前記処理室内にガスを放出する多数のガス孔を有するシャワーヘッドからなり、前記シャワーヘッドを熱伝導性の良好な金属により形成すると共にその表面にアルミニウム酸化物を含有する膜を形成し、前記シャワーヘッドの温度を所定温度に維持する手段を備え、沸素化合物ガスからなるクリーニングガスを前記シャワーヘッドから前記処理室内に放出し、前記処理室内をクリーニングする手段を備えることを特徴とする成膜処理装置である。
【００１０】
【作用】
本発明は、上述のように形成したので、成膜処理時において、処理室内の構造物の表面、特にガス供給部であるシャワーヘッドの載置台対向面に堆積する金属膜（金属化合物の膜も含む。以下同様）の量を大幅に減少させることができる。
従って、ウエットクリーニング等のメンテナンス作業の頻度を大幅に削減でき、装置稼働率を向上させることができる。
この場合、処理室内構造物、例えばガス供給部の構成材料を熱伝導性の良好な材料で形成し、且つこれに冷却手段を設けてガス供給部表面を冷却することにより、金属膜の堆積を更に抑制することができる。
【００１１】
また、成膜付着防止膜としては、酸化物、例えば石英、アルミナ、アルマイトを使用でき、特に、石英を用いると効率良く、金属膜の付着堆積を抑制することができる。
更には、処理室内の構造物として、例えば処理室を区画する壁を成膜の付着し難い上記した材料、例えばアルミナ等で構成するようにしてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る成膜処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る成膜処理装置の一実施例を示す断面図、図２は図１に示す装置のガス供給部を示す拡大断面図である。尚、図３に示す従来装置と同一部分については同一符号を付して説明する。
【００１３】
この成膜処理装置は、例えばアルミニウム等により円筒状或いは箱状に成形された処理室２を有しており、この処理室２内には、処理室底部より起立させた支柱１４上に、例えば断面Ｌ字状の保持部材１６を介して被処理体としての半導体ウエハＷを載置するための載置台４が設けられている。この支柱１４及び保持部材１６は、熱線透過性の材料、例えば石英により構成されており、また、載置台４は、厚さ１ｍｍ程度の例えばカーボン素材、アルミ化合物等により構成されている。
この載置台４の下方には、複数本、例えば３本のリフタピン１８が支持部材２０に対して上方へ起立させて設けられており、この支持部材２０を処理室底部に貫通して設けられた押し上げ棒２２により上下動させることにより、上記リフタピン１８を載置台４に貫通させて設けたリフタピン穴２４に挿通させてウエハＷを持ち上げ得るようになっている。
【００１４】
上記押し上げ棒２２の下端は、処理室２において内部の気密状態を保持するために伸縮可能なベローズ２６を介してアクチュエータ２８に接続されている。
上記載置台４の周縁部には、ウエハＷの周縁部を保持してこれを載置台４側へ固定するためのリング状のセラミック製クランプリング３０が設けられており、このクランプリング３０は、上記保持部材１６を遊嵌状態で貫通した支持棒３２を介して上記支持部材２０に連結されており、リフタピン１８と一体的に昇降するようになっている。ここで保持部材１６と支持部材２０との間の支持棒３２にはコイルバネ３３が介設されており、クランプリング３０等の降下を助け、且つウエハのクランプを確実ならしめている。これらのリフタピン１８、支持部材２０及び保持部材１６も石英等の熱線透過部材により構成されている。
【００１５】
また、載置台４の直下の処理室底部には、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓６が気密に設けられており、この下方には、透過窓６を囲むように箱状の加熱室３４が設けられている。この加熱室３４内には加熱手段として複数、例えば４つの加熱ランプ８が反射鏡も兼ねる回転台３６に取り付けられており、この回転台３６は、回転軸４０を介して加熱室３４の底部に設けた回転モータ３８により回転される。従って、この加熱ランプ８より放出された熱線は、透過窓６を透過して載置台４の下面を照射してこれを加熱し得るようになっている。
この加熱室３４の側壁には、この室内や透過窓６を冷却するための冷却エアを導入する冷却エア導入口４０及びこのエアを排出する冷却エア排出口４２が設けられている。
【００１６】
また、載置台４の外周側には、多数の整流孔４４を有するリング状の整流板４６が、上下方向に環状に成形された支持コラム４８により支持させて設けられている。整流板４６の内周側には、クランプリング３０の外周部と接触してこの下方にガスが流れないようにするリング状の石英製アタッチメント４７が設けられる。整流板４６の下方の底部には排気口５０が設けられ、この排気口５０には図示しない真空ポンプに接続された排気路５２が接続されており、処理室２内を所定の真空度（例えば１００Ｔｏｒｒ〜１０-6Ｔｏｒｒ）に維持し得るようになっている。
【００１７】
更に、処理室２を区画する区画壁５４には、これをざぐることにより形成さた処理室用冷却ジャケット５６が設けられており、このジャケットには、冷却水を導入する導入口５８及びこれを排出する排出口６０が設けられ、処理室２の内壁を冷却してここに堆積物が付着しないようにしている。
【００１８】
一方、上記載置台４と対向する処理室天井部には、処理ガスやクリーニングガス等の必要ガスを処理室２内へ導入するためのガス供給部６２が設けられている。具体的には、このガス供給部（シャワーヘッド）６２は、シャワーヘッド構造になされており、例えばアルミニウム等により円形箱状に成形されたヘッド本体６４を有し、この天井部にはガス導入口６６が設けられている。
このガス導入口６６には、ガス通路６８及び複数の分岐路を介してそれぞれＷＦ6やＳｉＨ4の処理ガス源７０、７２及びＣｌＦ3のクリーニングガス源７４   に接続されており、また、各分岐路にはそれぞれ流量制御弁７０Ａ、７２Ａ、７４Ａ及び開閉弁７０Ｂ、７２Ｂ、７４Ｂが介設されている。尚、還元ガスとしてＳｉＨ4に代えてＨ2ガスも用いることができる。
【００１９】
ヘッド本体６４の側壁には、この内部をリング状にざぐることにより形成され た冷却手段としての水冷ジャケット８０が設けられており、ヘッド本体６４の表面、特に載置台対向面側を冷却するようになっている。
ヘッド本体６４の下面である載置台対向面６４Ａには、ヘッド本体６４内へ供給されたガスを放出するための多数のガス孔７６が面内に均等に配置されており、ウエハ表面に亘って均等にガスを放出するようになっている。
【００２０】
そして、図２にも示すようにこの載置台対向面６４Ａには、成膜の付着し難い本発明の特長とする成膜付着防止膜７８が前面に亘って形成されており、膜が堆積し難いようになっている。この成膜付着防止膜７８としては、例えば石英（ＳｉＯ2）、アルミナ、或いはナトリウムを使用せずに処理形成したアルマイト等 の酸化物を用いることができ、製造コスト等を考慮すると好ましくは石英を用いる。本実施例では、この防止膜７８として石英が用いられる。石英の防止膜７８は、例えばアルミニウム製のヘッド本体６４を電極としたイオンプレーティング法により石英（ＳｉＯ2）の薄膜を形成することができるが、その製法はこれに 限定されるものではない。
【００２１】
防止膜７８の形成に際して、各ガス孔７６の直径Ｌ１は約１．１ｍｍ程度と比較的大きいのに対して、防止膜７８の厚みＬ２は約３〜５μｍ程と小さいので、ガス孔７６により閉塞される恐れはない。
ここで、成膜の付着を防止するためにヘッド本体６４全体を石英で形成することも考えられるが、この場合には、石英は熱伝導率が低いことから載置台対向面６４Ａを十分に冷却できなくなってこの部分が必要以上に加熱されてしまい、逆に多くの堆積物が付着して好ましくない。従って、冷却効率を考慮してヘッド本体６４は、上記したアルミニウムのように熱伝導性の良好な材料により形成することが好ましい。
【００２２】
また、ヘッド本体６４内には、多数のガス分散孔８２を有する２枚の拡散板８４、８６が上下２段に配設されており、ウエハ面に、より均等にガスを供給するようになっている。
【００２３】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
まず、ウエハ表面に金属膜の成膜処理を施す場合には、処理室２の区画壁に設けた図示しないゲートバルブを開いて搬送アームにより処理室２内にウエハＷを搬入し、リフタピン１８を押し上げることによりウエハＷをリフタピン１８側に受け渡す。そして、リフタピン１８を、押し上げ棒２２を下げることによって降下させ、ウエハＷを載置台４上に載置すると共に更に押し上げ棒２２を下げることによってウエハＷの周縁部をクランプリング３０で押圧してこれを固定する。
【００２４】
次に、処理ガス源７０、７２から処理ガスとしてＷＦ６，ＳｉＨ４をガス供給  部６２へ供給して混合し、これをヘッド本体６２の下面のガス孔６２から処理室２内へ均等に供給する。この時のガスの供給量は、例えばＷＦ６が５〜１００Ｓ ＣＣＭで、ＳｉＨ４が１０〜３００ＳＣＣＭである。これと同時に、排気口５０ から内部雰囲気を吸引排気することにより処理室内を所定の真空度、例えば１Ｔｏｒｒ〜５０Ｔｏｒｒの範囲内の値に設定し、且つ加熱室３４内の加熱ランプ８を回転させながら駆動し、熱エネルギを放射する。
【００２５】
放射された熱線は、透過窓６を透過した後、石英製の支持部材２０等も透過して載置台４の裏面を照射してこれを加熱する。この載置台４は、前述のように１ｍｍ程度と非常に薄いことから迅速に加熱され、従って、この上に載置してあるウエハＷを迅速に所定の温度まで加熱することができる。
供給された混合ガスは所定の化学反応を生じ、例えばタングステン膜がウエハ表面に堆積し、形成されることになる。この時、ウエハ面に対向するシャワーヘッド構造のヘッド本体６４の下面も比較的高温状態に晒されることから、この部分にも堆積膜が付着する傾向となる。
【００２６】
しかしながら、本実施例においてはこの部分に成膜付着防止膜７８を形成してあることから膜の付着を防止することができる。特に、膜の付着防止効果は、ウエハＷの搬入に伴って室内に導入されるウエハ表面上の水分が分解した結果生ずるＷＯｘ（タングステン酸化膜）等の金属酸化膜に対して効果的に発揮される。
このような成膜処理は、１枚のウエハを処理した後に、これを排出して新たな未処理のウエハを搬入して再度成膜を行なうといったようにウエハ１枚、１枚に対して枚葉で行なわれ、１バッチ、例えば２５枚ウエハを処理する毎に、処理室２内にクリーニングガスとしてＣｌＦ3を導入し、ヘッド本体６４の下面や処理 室２の区画壁内面等、処理室内の構造物の表面に付着した成膜をクリーニング除去する。ここでこのクリーニング処理において、金属膜（Ｗ）や金属シリサイド（ＷＳｉ）は、上記ＣｌＦ3により比較的容易に除去することができるが、金属 酸化膜（ＷＯX）は安定していることから除去が困難である。
【００２７】
しかしながら、本実施例においては、前述のように例えばＳｉＯ2よりなる成 膜付着防止膜７８を形成してあることから、金属酸化膜が付着し難くなっている。従って、多数のウエハの成膜処理を行なっても通常のＣｌＦ3等のクリーニン グガスを用いたドライクリーニングで済み、金属酸化膜の付着にともなう分解ウエットクリーニング作業の頻度を大幅に削減することができ、装置稼働率を大幅に向上させることができる。
【００２８】
特に、配線パターン形成用の成膜処理ではなく、ウエハ表面の凹凸の埋め込みを行なうブランケット処理の場合には、ウエハ１枚に対して８０００〜１００００Åの厚さの成膜を行なうことから、ヘッド本体６４の下面に付着する堆積物の量も多くなるが、その内、上述のようにＣｌＦ3ガスで除去することの困難な金 属酸化膜の付着量は防止膜７８の作用により非常に少ないことから、この場合にも、装置自体を分解して行なうウエットクリーニング作業の頻度を削減することができ、装置稼働率を向上させることができる。
【００２９】
従来装置と本発明装置の比較実験を行なったところ、従来装置において１０００枚のウエハの成膜処理を行なってヘッド本体の下面を観察したところ、黄色いタングステン酸化物が一面に形成されていたが、本発明装置において１５００枚のウエハの成膜処理を行なっても、ヘッド本体の下面にはタングステン酸化物はほとんど付着しておらず、初期状態を維持していることが判明した。
このように、ヘッド本体６４を効果的に冷却しつつその載置台対向面６４Ａに石英等よりなる成膜付着防止膜７８を形成しておくことにより、ＣｌＦ3ガス等 の通常のクリーニングガスでは除去が困難な金属酸化膜の付着を大幅に抑制することが可能となり、従って、大がかりな保守、点検作業であるウエット洗浄処理の頻度を大幅に低減させることができる。
【００３０】
上記実施例では、金属膜としてタングステン或いはタングステンシリサイドを成膜する場合について説明したが、これに限定されず、他の金属、例えばＴｉ（チタン）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＳｉ（チタンシリサイド）等を成膜する場合にも適用することができる。
また、この実施例ではヘッド本体６４の材料としてアルミニウムを用い、その載置台対向面６４Ａに成膜の付着し難い材料として例えば石英膜を被覆したが、このヘッド本体６４全体を成膜の付着し難い材料、例えばアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）で構成するようにしてもよい。
【００３１】
更には、成膜付着防止膜７８で被覆する箇所は、ヘッド本体の載置台対向面に限定されず、処理室内の他の構造物、例えば処理室を区画する区画壁の内面にも図１中の一点鎖線８８にて示すように形成するようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の成膜処理装置によれば次のように優れた作用効果を発揮することができる。
処理室内の構造物であるガス供給部、すなわちシャワーヘッドの載置台対向面の全面や処理室を区画する区画壁の表面に成膜付着防止膜を形成したので、ドライクリーニングでは除去し得ない金属酸化膜の成膜を抑制することができる。
従って、金属酸化膜を除去するために装置自体を分解して行なう大がかりなウエットクリーニング処理等のメンテナンス作業の頻度を少なくすることができるので、その分、装置稼働率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成膜処理装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示す装置のガス供給部を示す拡大断面図である。
【図３】金属薄膜を形成する一般的な成膜処理装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
２      処理室
４      載置台
６      透過窓
８      加熱手段（加熱ランプ）
１０    シャワーヘッド
１２    成膜処理装置
１８    リフタピン
２２    押し上げ棒
３０    クランプリング
３４    加熱室
５４    処理室の区画壁
６２    ガス供給部
６４    ヘッド本体
６４Ａ  載置台対向面
７０、７２  処理ガス源
７４    クリーニングガス源
７６    ガス孔
７８    成膜付着防止膜
８０    水冷ジャケット（冷却手段）
Ｗ      半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
0003835376.tif 000002
【図２】
0003835376.tif 000003
【図３】
0003835376.tif 000004