JP4147608B2 - 熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば金属薄膜、シリコン酸化膜、シリコン膜等を形成する熱処理装置に関する。
【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４５０℃程度の低温下にて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熱処理装置は図９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容器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。そして、半導体ウエハＷは、載置台４上に載置され、このウエハＷの周縁部は、昇降可能になされた例えば略リング状のクランプリング１０により押さえ込まれて載置台４上に固定される。この載置台４に対向させてシャワーヘッド１０を設けており、この下面には略均等に分布させて多数のガス噴射孔１２を形成している。
【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１３のガス噴射孔１２からはプロセスガスとして例えばＷＦ6やＨ2 等がウエハ表面上に均等に 供給され、ウエハ表面上にＷ等の金属膜が形成されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハに対する成膜処理においては、デバイスの電気的特性や歩留りの向上の観点からは、膜厚の面内均一性を高く維持しなければならない。上述のような装置構成において、シャワーヘッド１３のガス噴射孔１２から噴射された処理ガスは、下方に流れつつ均等に外側へ広がって行き、載置台４の外周下方に位置する排気口から排出されて行く。この場合、クランプリング１０の厚みが僅か数ｍｍ程度ではあるが、ウエハ周縁部において処理ガスの流れが僅かではあるが乱れていることは避けられない。このため、ウエハ周縁部における成膜の膜厚がウエハ中心部と比較して薄くなる傾向にあり、膜厚の均一性が劣るという問題があった。
【０００７】
特に、成膜速度が主にプロセス温度に依存する反応律速の条件下では、上記した膜厚の均一性はそれ程低下しないが、成膜速度が主にガス濃度に依存する供給律速の条件下では、ウエハ中心部の膜厚がその周縁部と比較して大きくなって膜厚の均一性を大きく低下させるという問題があった。このため、シャワーヘッドから供給する処理ガスの流量に分布を持たせることも種々行なわれているが、ガス流量と膜厚の関係は非常に微妙であり、最適なものが得られていないのが現状である。
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、シャワーヘッド部にガス供給量の適正な分布を持たせることにより、膜厚の面内均一性を向上させることができる熱処理装置を提供することにある。
【０００８】
【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容器と、前記被処理体の周縁部を押さえ込んで前記被処理体を前記載置台側へ固定するために昇降可能に設けられた被処理体押さえ部材と、前記被処理体を加熱する加熱部と、前記載置台に対向させて設けられて下面に多数のガス噴射孔が形成されたシャワーヘッド部とを有する熱処理装置において、前記シャワーヘッド部のガス噴射孔は、前記被処理体の平面よりも大きい範囲に亘って設けられ、前記シャワーヘッド部の下面については、前記被処理体押さえ部材に対向する部分を除いてその内側は、単位面積当たりのガス噴射量が略均一となるように設定され、前記被処理体押さえ部材に対向する部分の一部は、単位面積当たりのガス噴射量が前記ガス噴射量よりも多くなるように設定されるようにしたものである。
【０００９】
これにより、シャワーヘッド部からの単位面積当たりのガス噴射量は、被処理体押さえ部材の内周端に対応する部分よりも内側及び外周端に対応する部分よりも外側においては実質的に同一となり、また、被処理体押さえ部材に対応する部分の単位面積当たりのガス噴射量は多く設定されているので、これにより被処理体中央部における成膜が抑制されて全体的に膜厚の均一性を向上させることが可能となる。
【００１０】
この場合、単位面積当たりのガス噴射量を多くするためには、対応する部分のガス噴射孔の直径を他の部分のガス噴射孔の直径よりも大きくしたり、或いはガス噴射孔の直径は全面的に同じに設定して対応する部分のガス噴射孔の密度を多くすればよい。
また、被処理体押さえ部材にある程度の幅がある場合には、上記直径の大きなガス噴射孔は、被処理体押さえ部材の内周端に対応する部分に設けるのが膜厚均一性の向上の観点からは最も好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る熱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は本発明に係る熱処理装置の一実施例を示す断面図、図２は図１に示す装置のシャワーヘッド部と載置台の部分を示す拡大断面図、図３はシャワーヘッド部を示す平面図である。
【００１２】
本実施例では、熱処理装置として成膜処理装置を例にとって説明する。この成膜処理装置１４には、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容器１６を有しており、この処理容器１６内には、処理容器底部より起立させた円筒状のリフレクタ１８上に、例えば断面Ｌ字状の保持部材２０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２２が設けられている。この支柱１８及び保持部材２０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２２は、厚さ１ｍｍ程度の例えばカーボン素材、ＡｌＮなどのアルミ化合物等により構成されている。
この載置台２２の下方には、複数本、例えば３本のリフタピン２４が支持部材２６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２６を処理容器底部に貫通して設けられた押し上げ棒２８により上下動させることにより、上記リフタピン２４を載置台２２に貫通させて設けたリフタピン穴３０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。
【００１３】
上記押し上げ棒２８の下端は、処理容器１６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３２を介してアクチュエータ３４に接続されている。上記載置台２２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２２側へ固定するための被処理体押さえ部材３６が設けられる。この押さえ部材３６は、ウエハの輪郭形状に沿った例えば略リング状のセラミック製クランプリング３８を有しており、このクランプリング３８は、上記保持部材２０を遊嵌状態で貫通した支持棒４０を介して上記支持部材２６に連結されており、リフタピン２４と一体的に昇降するようになっている。ここで保持部材２０と支持部材２６との間の支持棒４０にはコイルバネ４２が介設されており、クランプリング３８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２４、支持部材２６及び保持部材２０も石英等の熱線透過部材により構成されている。
【００１４】
また、載置台２２の直下の処理容器底部には、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓４４が気密に設けられており、この下方には、透過窓４４を囲むように箱状の加熱室４６が設けられている。この加熱室４６内には加熱部として複数個の加熱ランプ４８が反射鏡も兼ねる回転台５０に取り付けられており、この回転台５０は、回転軸５２を介して加熱室４６の底部に設けた回転モータ５４により回転される。従って、この加熱ランプ４８より放出された熱線は、透過窓４４を透過して載置台２２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４６の側壁には、この室内や透過窓４４を冷却するための冷却エアを導入する冷却エア導入口５６及びこのエアを排出する冷却エア排出口５８が設けられている。
【００１５】
また、載置台２２の外周側には、多数の整流孔６０を有するリング状の整流板６２が、上下方向に環状に成形された支持コラム６４により支持させて設けられている。整流板６２の内周側には、クランプリング３８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６６が設けられる。整流板６２の下方の底部には排気口６８が設けられ、この排気口６８には図示しない真空ポンプに接続された排気路７０が接続されており、処理容器１６内を所定の真空度に維持し得るようになっている。また、処理容器１６の側壁には、ウエハを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ７２が設けられる。
【００１６】
一方、上記載置台２２と対向する処理容器天井部には、処理ガス等を処理容器１６内へ導入するために本発明の特徴とするシャワーヘッド部７４が設けられている。具体的には、このシャワーヘッド部７４は、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７６を有し、この天井部にはガス導入口７８が設けられている。
このガス導入口７８には、ガス通路を介して処理に必要なガス、例えばＷＦ6 、Ａｒ、ＳｉＨ4、Ｈ2 、Ｎ2 等のガス源が流量制御可能に接続されている。
ヘッド本体７６の下面であるガス噴射面７６Ａには、ヘッド本体７６内へ供給されたガスを放出するための多数のガス噴射孔８０が面内の略全体に配置されており、ウエハ表面に亘ってガスを放出するようになっている。
【００１７】
ここでガス噴射孔８０は、図２及び図３にも示すようにウエハＷの対向面よりも僅かに大きい範囲に亘って設けられており、しかも、被処理体押さえ部材３６のリング状のクランプリング３８に対向する部分の一部を除いて、その内側は、単位面積当たりのガス噴射量が略均一となるように設定され、クランプリング３８に対向する部分の一部は、単位面積当たりのガス噴射量が上記ガス噴射量よりも多くなるように設定されている。
具体的には、ガス噴射孔８０は、略格子状にウエハ面積よりも大きな範囲に亘って配列されており、リング状のクランプリング３８の略直上に位置するガス噴射孔８０Ａの直径Ｌ２は、その内側或いは外側のガス噴射孔８０の直径Ｌ１よりも僅かに大きく設定しており、この大口径ガス噴射孔８０Ａからのガス噴射量が多くなるようにしている。特に、この大口径ガス噴射孔８０Ａの直径及び位置は、後述するように膜厚の均一性に大きく関与し、この位置は好ましくはクランプリング３８の内周端３８Ａの略真上に対応させて設けるのがよい。
【００１８】
また、ウエハＷには、位置決め用切欠部として、ウエハ周辺部の一部を直線状に切断してなるオリエンテーションフラットや直径数ｍｍの半円状に切断してなるノッチ等が設けられるが、そのウエハＷの輪郭に対応させて大口径ガス噴射孔８０Ａを配列する。図３においては、右側の４つの大口径ガス噴射孔８０Ａａがウエハのオリエンテーションフラットに対応している。図示例では、説明の理解を容易にするために通常のガス噴射孔８０に対して大口径ガス噴射孔８０Ａの直径を数倍以上に大きく記載したが、実際の装置では、通常のガス噴射孔８０の直径Ｌ１に対して大口径ガス噴射孔８０Ａの直径は１．５倍程度である。具体的には、ウエハサイズが６〜１２インチ程度の場合には直径Ｌ１は１．０ｍｍ前後、直径Ｌ２は１．５ｍｍ前後であり、この時のガス噴射孔８０のピッチは３〜４ｍｍ程度であるので、ガス噴射孔８０，８０Ａは非常に多数設けられることになる。
【００１９】
また、図示例では大口径ガス噴射孔８０Ａは一列で配列されているが、これを２列或いはそれ以上の複数例で配列してもよい。
更に、クランプリング３８の厚みＷ１は２ｍｍ程度、幅Ｗ２は４０ｍｍ程度、ウエハ周縁部との重なり幅Ｗ３は１〜２ｍｍ程度であり、シャワーヘッド部７４とウエハＷ間の距離Ｈ１は２０ｍｍ前後である。また、ヘッド本体７６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。
【００２０】
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、ウエハ表面に例えばタングステンのような金属膜の成膜処理を施す場合には、処理容器１６の側壁に設けたゲートバルブ７２を開いて搬送アームにより処理容器１６内にウエハＷを搬入し、リフタピン２４を押し上げることによりウエハＷをリフタピン２４側に受け渡す。そして、リフタピン２４を、押し上げ棒２８を下げることによって降下させ、ウエハＷを載置台２２上に載置すると共に更に押し上げ棒２８を下げることによってウエハＷの周縁部を被処理体押さえ部材３６の一部であるクランプリング３８で押圧してこれを固定する。
【００２１】
次に、図示しない処理ガス源から処理ガスとしてＷＦ6，ＳｉＨ4，Ｈ2 等をシャワーヘッド部７４へ所定量ずつ供給して混合し、これをヘッド本体７６の下面のガス噴射孔８０，８０Ａから処理容器１６内へ略均等に供給する。これと同時に、排気口６８から内部雰囲気を吸引排気することにより処理容器１６内を所定の真空度、例えば２００Ｐａ〜１１０００Ｐａの範囲内の値に設定し、且つ加熱室４６内の加熱ランプ４８を回転させなが駆動し、熱エネルギを放射する。
【００２２】
放射された熱線は、透過窓４４を透過した後、石英製の支持部材２６等も透過して載置台２２の裏面を照射してこれを加熱する。この載置台２２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。
【００２３】
ここで、本実施例においては、シャワーヘッド部７４のガス噴射孔８０、８０Ａに関して、大口径ガス噴射孔８０Ａの内側及び外側に配置されたガス噴射孔８０からはそれぞれ所定量の均一なガス流量で噴射されるが、リング状のクランプリング３８の内周端３８Ａに対応させて設けた大口径ガス噴射孔８０Ａからは比較的多量のガスが放出されることになる。この結果、このクランプリング３８の内周側の処理ガスの濃度或いは、分圧が高められると同時に、大口径ガス噴射孔８０Ａから多量にガスが放出される分だけ内側の通常のガス噴射孔８０からのガス濃度或いは分圧が軽減されることになる。このため、ウエハ中心側の成膜が少し抑制されると同時にウエハ周縁部における成膜が少し促進されることになり、結果的に膜厚の均一性を向上させることが可能となる。
【００２４】
この場合、大口径ガス噴射孔８０Ａの外側にもある程度の範囲、例えば数ｃｍ程度に亘って通常のガス噴射孔８０を設けるようにするのが、膜厚均一性の向上の上から好ましい。この理由は、ウエハ面内における膜厚の均一性を向上させるためには、クランプリング３８の上面に対してもある程度の成膜を施す必要があるからである。
また、実際の成膜操作は、例えばタングステン膜は一般的には下地のＴｉＮ膜上に形成されるが、このタングステン膜の成膜は、本成膜操作と、本成膜操作時における成膜の選択性を排除するために本成膜操作に先立って短時間だけ行なわれる核成長成膜操作とがあるが、本装置例によると、核成長成膜と本成膜の両成膜操作において共に膜厚の面内均一性を向上させることが可能である。
【００２５】
次に、種々のシャワーヘッド部の構造について成膜の面内均一性の評価を行なったので、その説明を行なう。
評価するに際して、直径８インチ（直径２０ｃｍ）のウエハを用い、クランプリングによりウエハの周縁部の重なり幅Ｗ３（図２参照）が略１ｍｍ程度となるように押圧して保持した。この結果、クランプリング３８の内周端３８Ａ間の直径（図２参照）は１９８ｍｍとなる。
シャワーヘッド部の構造として図４に模式的に示すように６種類のものを用意した。その構造及び評価結果を表１及び図５に示す。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ実施例１〜３を示し、図４（Ｄ）〜（Ｆ）はそれぞれ比較例１〜３を示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
図４（Ａ）に示す実施例１のシャワーヘッド部は、半径Ｒが９９ｍｍ（直径１９８ｍｍ）の位置に、直径Ｌ２が１．３ｍｍの略リング状に大口径ガス噴射孔８０Ａを設け（オリエンテーションフラット部分は直線状に設ける）、他の略格子状に配列された通常のガス噴射孔８０の直径Ｌ１を１．１ｍｍに設定した。また、最外周のガス噴射孔８０の直径は２３０ｍｍである。
図４（Ｂ）に示す実施例２のシャワーヘッド部は、半径Ｒが９９ｍｍ（直径１９８ｍｍ）の位置に、直径Ｌ２が１．５ｍｍの大口径ガス噴射孔８０Ａを設け、他の通常のガス噴射孔８０の直径Ｌ１を上記と同じ１．１ｍｍに設定した。また、最外周のガス噴射孔８０の直径は２３０ｍｍである。
【００２８】
図４（Ｃ）に示す実施例３のシャワーヘッド部は、半径Ｒが９９ｍｍ（直径１９８ｍｍ）の位置に、直径Ｌ２が１．７ｍｍの大口径ガス噴射孔８０Ａを設け、他の通常のガス噴射孔８０の直径Ｌ１を上記と同じ１．１ｍｍに設定した。また、最外周のガス噴射孔８０の直径は２３０ｍｍである。
図４（Ｄ）に示す比較例１のシャワーヘッド部は、従来使用されていたものであり、直径Ｌ１が１．１ｍｍの通常のガス噴射孔８０を略格子状に均一に分散させて設けてあり、大口径ガス噴射孔は設けていない。また、最外周のガス噴射孔８０の直径は２３０ｍｍである。
【００２９】
図４（Ｅ）に示す比較例２のシャワーヘッド部は、直径Ｌ１を上記比較例１よりも小さい０．８ｍｍの通常のガス噴射孔８０を略格子状に均一に分散させて設けてあり、大口径ガス噴射孔は設けていない。また、最外周のガス噴射孔８０の直径は２３０ｍｍである。
図４（Ｆ）に示す比較例３のシャワーヘッド部は、半径Ｒが１００ｍｍ（直径２００ｍｍ）の位置に、直径Ｌ２が２．０ｍｍの大口径ガス噴射孔８０Ａを設け、その内側のみに直径Ｌ１を前述した各実施例と同じ１．１ｍｍに設定した通常のガス噴射孔８０を設けた。
尚、ウエハ及びシャワーヘッド間の距離は全て１７ｍｍに設定した。核成長成膜操作と本成膜操作を行なった時の成膜条件は表２に示されており、Ａｒガスをキャリアガスとして用い、Ｎ2 ガスを希釈ガスとして用いている。これらの成膜条件は、共に供給律速となる成膜条件である。
【００３０】
【表２】
【００３１】
図５は各実施例及び比較例のウエハ各部におけるシート抵抗（膜厚に反比例）を示しており、先の表１は、この測定結果をまとめたものである。図５にも示すように実施例１〜３の測定値は、ウエハ周縁部の値を含めてもそれ程大きな変動はなく、シート抵抗（膜厚）が略均一であることが判る。
具体的には、この図５に示す値をまとめた前記表１から明らかなように、本発明の実施例１〜３においては、核成長成膜操作の膜厚均一性は４．４３以下であり、また、本成膜操作の膜厚均一性は５．１６％以下であり、共に成膜速度は僅かに低下するが、膜厚均一性を大幅に向上させることができる。特に、実施例２及び３の場合には、膜厚の支配的要因となる本成膜操作における膜厚均一性はそれぞれ３．９４％及び４．２７％となって非常に優れており、実施例２の場合には最も好ましいことが判明する。
【００３２】
これに対して、比較例１に示すような従来用いていたシャワーヘッド部の場合には、本成膜操作及び核成長成膜操作における膜厚均一性がそれぞれ５．２５％及び１１．１８％であり、劣っている。そして、比較例２、３の場合には、核成長成膜操作における膜厚均一性は、比較例１よりも向上しているが、本成膜操作における膜厚均一性はそれぞれ６．９８％及び９．２７％となって比較例１よりもかなり劣っている。特に注意されたい点は、比較例３に示すように大口径ガス噴射孔を設けているが、その設置位置及び直径が本実施例１〜３の場合とは僅かに１ｍｍ程度だけ異なり、更に大口径ガス噴射孔８０Ａの外周に通常のガス噴射孔を設けない場合には、膜厚均一性が低下している点である。すなわち、大口径ガス噴射孔８０Ａの設定値及びこの直径等が非常に大きな要因となっている。
【００３３】
これにより、大口径ガス噴射孔８０Ａを、クランプリングの内周端の上方に位置精度良く、且つ孔径もそれ程大きくすることなく設けることにより、核成長成膜操作及び本成膜操作において共に膜厚の均一性を向上できることが判明する。ここで、大口径ガス噴射孔８０Ａの設置位置についてのより詳しい評価を行なったので、それについて説明する。
図６は大口径ガス噴射孔の位置を評価するためのウエハ表面上における膜厚の等高線を示し、図７は図６中のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線方向におけるシート抵抗（膜厚に反比例）を示すグラフである。
【００３４】
ここでは比較例３に用いたシャワーヘッド部に類似したシャワーヘッド部を用い、大口径ガス噴射孔８０Ａの直径を２ｍｍとし、このガス噴射孔８０Ａまでの半径ＲをＡ−Ａ線方向では９９．２ｍｍとし、Ｂ−Ｂ線方向では１０３ｍｍとして設定し、成膜を行なった。尚、大口径ガス噴射孔８０Ａの外周には、通常のガス噴射孔を設けていない。
この場合、図７から明らかなように大口径ガス噴射孔８０Ａの設定位置を、僅か３．８ｍｍ（＝１０３ｍｍ−９９．２ｍｍ）だけ移動しただけで、ウエハ周辺部における膜厚は、極端に変動しており、これからも大口径ガス噴射孔８０Ａの設置位置は、膜厚均一性の改善の上から非常に重要であることが判明する。尚、図６中における太い実線は膜厚の平均値の等高線を示し、＋は平均値より膜厚が厚い部分を示し、−は平均値より膜厚が薄い部分を示している。
【００３５】
上記実施例では、シャワーヘッド部７４における単位面積当たりのガス噴射量を多くする構成として、他の部分のガス噴射孔８０よりも直径の大きな大口径ガス噴射孔８０Ａを設けるようにしたが、これに限定されず、例えば図８に示すように単位面積当たりのガス噴射量を多くすべき部分のガス噴射孔８０Ｂの密度を高くして、結果的に単位面積当たりのガス噴射量を多くするようにしてもよく、この場合にも前述したと同様な作用効果を得ることができる。この場合、形成密度を上げたこのガス噴射孔８０Ｂの直径と、この周辺のガス噴射孔８０の直径は同じであり、同一ドリルで穿孔加工を行なうことができる。
【００３６】
尚、上記実施例にあっては、タングステン膜を成膜する場合を例にとって説明したが、他の材料の成膜、例えばＷＳｉ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉ、Ｓｉ、ＳｉＯ2 等の成膜にも適用し得るのは勿論である。また、熱処理装置の加熱部としては、ランプ加熱に限定されず、抵抗加熱を用いてもよい。更に、ウエハガスも８インチのものに限定されず、６インチ、１２インチ或いはそれ以上のウエハサイズにも適用し得るのは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体の平面よりも大きい範囲に亘ってガス噴射孔を設け、被処理体押さえ部材に対向する部分の一部、特に、被処理体押さえ部材の内周端に対応する部分の単位面積当たりのガス噴射量を他の部分よりも多くするようにしたので、膜厚が大きくなる傾向にある被処理体中央部の成膜量を抑制し、膜厚が小さくなる傾向にある成膜量を促進することができるので、全体としての膜厚の均一性を大幅に向上させることができる。
特に、処理ガスの濃度分布が成膜速度に対して支配的な要因となる供給律速条件下における膜厚の均一性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱処理装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示す装置のシャワーヘッド部と載置台の部分を示す拡大断面図である。
【図３】シャワーヘッド部を示す平面図である。
【図４】本発明装置の膜厚均一性を評価するために形成された複数のシャワーヘッド部を示す模式図である。
【図５】各実施例及び比較例のウエハ各部におけるシート抵抗（膜厚に反比例）を示すグラフである。
【図６】大口径ガス噴射孔の位置を評価するためのウエハ表面上における膜厚の等高線を示す図である。
【図７】図６中のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線方向におけるシート抵抗（膜厚に反比例）を示すグラフである。
【図８】本発明装置のシャワーヘッド部の変形例を示す平面図である。
【図９】一般的な熱処理装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１４ 成膜処理装置（熱処理装置）
１６ 処理容器
２２ 載置台
３６ 被処理体押さえ部材
３８ クランプリング
３８Ａ 内周端
４４ 透過窓
４８ 加熱ランプ（加熱部）
７４ シャワーヘッド部
７６ ヘッド本体
８０ ガス噴射孔
８０Ａ 大口径ガス噴射孔
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば金属薄膜、シリコン酸化膜、シリコン膜等を形成する熱処理装置に関する。
【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４５０℃程度の低温下にて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熱処理装置は図９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容器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。そして、半導体ウエハＷは、載置台４上に載置され、このウエハＷの周縁部は、昇降可能になされた例えば略リング状のクランプリング１０により押さえ込まれて載置台４上に固定される。この載置台４に対向させてシャワーヘッド１０を設けており、この下面には略均等に分布させて多数のガス噴射孔１２を形成している。
【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１３のガス噴射孔１２からはプロセスガスとして例えばＷＦ6やＨ2 等がウエハ表面上に均等に 供給され、ウエハ表面上にＷ等の金属膜が形成されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハに対する成膜処理においては、デバイスの電気的特性や歩留りの向上の観点からは、膜厚の面内均一性を高く維持しなければならない。上述のような装置構成において、シャワーヘッド１３のガス噴射孔１２から噴射された処理ガスは、下方に流れつつ均等に外側へ広がって行き、載置台４の外周下方に位置する排気口から排出されて行く。この場合、クランプリング１０の厚みが僅か数ｍｍ程度ではあるが、ウエハ周縁部において処理ガスの流れが僅かではあるが乱れていることは避けられない。このため、ウエハ周縁部における成膜の膜厚がウエハ中心部と比較して薄くなる傾向にあり、膜厚の均一性が劣るという問題があった。
【０００７】
特に、成膜速度が主にプロセス温度に依存する反応律速の条件下では、上記した膜厚の均一性はそれ程低下しないが、成膜速度が主にガス濃度に依存する供給律速の条件下では、ウエハ中心部の膜厚がその周縁部と比較して大きくなって膜厚の均一性を大きく低下させるという問題があった。このため、シャワーヘッドから供給する処理ガスの流量に分布を持たせることも種々行なわれているが、ガス流量と膜厚の関係は非常に微妙であり、最適なものが得られていないのが現状である。
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、シャワーヘッド部にガス供給量の適正な分布を持たせることにより、膜厚の面内均一性を向上させることができる熱処理装置を提供することにある。
【０００８】
【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容器と、前記被処理体の周縁部を押さえ込んで前記被処理体を前記載置台側へ固定するために昇降可能に設けられた被処理体押さえ部材と、前記被処理体を加熱する加熱部と、前記載置台に対向させて設けられて下面に多数のガス噴射孔が形成されたシャワーヘッド部とを有する熱処理装置において、前記シャワーヘッド部のガス噴射孔は、前記被処理体の平面よりも大きい範囲に亘って設けられ、前記シャワーヘッド部の下面については、前記被処理体押さえ部材に対向する部分を除いてその内側は、単位面積当たりのガス噴射量が略均一となるように設定され、前記被処理体押さえ部材に対向する部分の一部は、単位面積当たりのガス噴射量が前記ガス噴射量よりも多くなるように設定されるようにしたものである。
【０００９】
これにより、シャワーヘッド部からの単位面積当たりのガス噴射量は、被処理体押さえ部材の内周端に対応する部分よりも内側及び外周端に対応する部分よりも外側においては実質的に同一となり、また、被処理体押さえ部材に対応する部分の単位面積当たりのガス噴射量は多く設定されているので、これにより被処理体中央部における成膜が抑制されて全体的に膜厚の均一性を向上させることが可能となる。
【００１０】
この場合、単位面積当たりのガス噴射量を多くするためには、対応する部分のガス噴射孔の直径を他の部分のガス噴射孔の直径よりも大きくしたり、或いはガス噴射孔の直径は全面的に同じに設定して対応する部分のガス噴射孔の密度を多くすればよい。
また、被処理体押さえ部材にある程度の幅がある場合には、上記直径の大きなガス噴射孔は、被処理体押さえ部材の内周端に対応する部分に設けるのが膜厚均一性の向上の観点からは最も好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る熱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は本発明に係る熱処理装置の一実施例を示す断面図、図２は図１に示す装置のシャワーヘッド部と載置台の部分を示す拡大断面図、図３はシャワーヘッド部を示す平面図である。
【００１２】
本実施例では、熱処理装置として成膜処理装置を例にとって説明する。この成膜処理装置１４には、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容器１６を有しており、この処理容器１６内には、処理容器底部より起立させた円筒状のリフレクタ１８上に、例えば断面Ｌ字状の保持部材２０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２２が設けられている。この支柱１８及び保持部材２０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２２は、厚さ１ｍｍ程度の例えばカーボン素材、ＡｌＮなどのアルミ化合物等により構成されている。
この載置台２２の下方には、複数本、例えば３本のリフタピン２４が支持部材２６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２６を処理容器底部に貫通して設けられた押し上げ棒２８により上下動させることにより、上記リフタピン２４を載置台２２に貫通させて設けたリフタピン穴３０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。
【００１３】
上記押し上げ棒２８の下端は、処理容器１６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３２を介してアクチュエータ３４に接続されている。上記載置台２２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２２側へ固定するための被処理体押さえ部材３６が設けられる。この押さえ部材３６は、ウエハの輪郭形状に沿った例えば略リング状のセラミック製クランプリング３８を有しており、このクランプリング３８は、上記保持部材２０を遊嵌状態で貫通した支持棒４０を介して上記支持部材２６に連結されており、リフタピン２４と一体的に昇降するようになっている。ここで保持部材２０と支持部材２６との間の支持棒４０にはコイルバネ４２が介設されており、クランプリング３８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２４、支持部材２６及び保持部材２０も石英等の熱線透過部材により構成されている。
【００１４】
また、載置台２２の直下の処理容器底部には、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓４４が気密に設けられており、この下方には、透過窓４４を囲むように箱状の加熱室４６が設けられている。この加熱室４６内には加熱部として複数個の加熱ランプ４８が反射鏡も兼ねる回転台５０に取り付けられており、この回転台５０は、回転軸５２を介して加熱室４６の底部に設けた回転モータ５４により回転される。従って、この加熱ランプ４８より放出された熱線は、透過窓４４を透過して載置台２２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４６の側壁には、この室内や透過窓４４を冷却するための冷却エアを導入する冷却エア導入口５６及びこのエアを排出する冷却エア排出口５８が設けられている。
【００１５】
また、載置台２２の外周側には、多数の整流孔６０を有するリング状の整流板６２が、上下方向に環状に成形された支持コラム６４により支持させて設けられている。整流板６２の内周側には、クランプリング３８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６６が設けられる。整流板６２の下方の底部には排気口６８が設けられ、この排気口６８には図示しない真空ポンプに接続された排気路７０が接続されており、処理容器１６内を所定の真空度に維持し得るようになっている。また、処理容器１６の側壁には、ウエハを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ７２が設けられる。
【００１６】
一方、上記載置台２２と対向する処理容器天井部には、処理ガス等を処理容器１６内へ導入するために本発明の特徴とするシャワーヘッド部７４が設けられている。具体的には、このシャワーヘッド部７４は、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７６を有し、この天井部にはガス導入口７８が設けられている。
このガス導入口７８には、ガス通路を介して処理に必要なガス、例えばＷＦ6 、Ａｒ、ＳｉＨ4、Ｈ2 、Ｎ2 等のガス源が流量制御可能に接続されている。
ヘッド本体７６の下面であるガス噴射面７６Ａには、ヘッド本体７６内へ供給されたガスを放出するための多数のガス噴射孔８０が面内の略全体に配置されており、ウエハ表面に亘ってガスを放出するようになっている。
【００１７】
ここでガス噴射孔８０は、図２及び図３にも示すようにウエハＷの対向面よりも僅かに大きい範囲に亘って設けられており、しかも、被処理体押さえ部材３６のリング状のクランプリング３８に対向する部分の一部を除いて、その内側は、単位面積当たりのガス噴射量が略均一となるように設定され、クランプリング３８に対向する部分の一部は、単位面積当たりのガス噴射量が上記ガス噴射量よりも多くなるように設定されている。
具体的には、ガス噴射孔８０は、略格子状にウエハ面積よりも大きな範囲に亘って配列されており、リング状のクランプリング３８の略直上に位置するガス噴射孔８０Ａの直径Ｌ２は、その内側或いは外側のガス噴射孔８０の直径Ｌ１よりも僅かに大きく設定しており、この大口径ガス噴射孔８０Ａからのガス噴射量が多くなるようにしている。特に、この大口径ガス噴射孔８０Ａの直径及び位置は、後述するように膜厚の均一性に大きく関与し、この位置は好ましくはクランプリング３８の内周端３８Ａの略真上に対応させて設けるのがよい。
【００１８】
また、ウエハＷには、位置決め用切欠部として、ウエハ周辺部の一部を直線状に切断してなるオリエンテーションフラットや直径数ｍｍの半円状に切断してなるノッチ等が設けられるが、そのウエハＷの輪郭に対応させて大口径ガス噴射孔８０Ａを配列する。図３においては、右側の４つの大口径ガス噴射孔８０Ａａがウエハのオリエンテーションフラットに対応している。図示例では、説明の理解を容易にするために通常のガス噴射孔８０に対して大口径ガス噴射孔８０Ａの直径を数倍以上に大きく記載したが、実際の装置では、通常のガス噴射孔８０の直径Ｌ１に対して大口径ガス噴射孔８０Ａの直径は１．５倍程度である。具体的には、ウエハサイズが６〜１２インチ程度の場合には直径Ｌ１は１．０ｍｍ前後、直径Ｌ２は１．５ｍｍ前後であり、この時のガス噴射孔８０のピッチは３〜４ｍｍ程度であるので、ガス噴射孔８０，８０Ａは非常に多数設けられることになる。
【００１９】
また、図示例では大口径ガス噴射孔８０Ａは一列で配列されているが、これを２列或いはそれ以上の複数例で配列してもよい。
更に、クランプリング３８の厚みＷ１は２ｍｍ程度、幅Ｗ２は４０ｍｍ程度、ウエハ周縁部との重なり幅Ｗ３は１〜２ｍｍ程度であり、シャワーヘッド部７４とウエハＷ間の距離Ｈ１は２０ｍｍ前後である。また、ヘッド本体７６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。
【００２０】
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、ウエハ表面に例えばタングステンのような金属膜の成膜処理を施す場合には、処理容器１６の側壁に設けたゲートバルブ７２を開いて搬送アームにより処理容器１６内にウエハＷを搬入し、リフタピン２４を押し上げることによりウエハＷをリフタピン２４側に受け渡す。そして、リフタピン２４を、押し上げ棒２８を下げることによって降下させ、ウエハＷを載置台２２上に載置すると共に更に押し上げ棒２８を下げることによってウエハＷの周縁部を被処理体押さえ部材３６の一部であるクランプリング３８で押圧してこれを固定する。
【００２１】
次に、図示しない処理ガス源から処理ガスとしてＷＦ6，ＳｉＨ4，Ｈ2 等をシャワーヘッド部７４へ所定量ずつ供給して混合し、これをヘッド本体７６の下面のガス噴射孔８０，８０Ａから処理容器１６内へ略均等に供給する。これと同時に、排気口６８から内部雰囲気を吸引排気することにより処理容器１６内を所定の真空度、例えば２００Ｐａ〜１１０００Ｐａの範囲内の値に設定し、且つ加熱室４６内の加熱ランプ４８を回転させなが駆動し、熱エネルギを放射する。
【００２２】
放射された熱線は、透過窓４４を透過した後、石英製の支持部材２６等も透過して載置台２２の裏面を照射してこれを加熱する。この載置台２２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。
【００２３】
ここで、本実施例においては、シャワーヘッド部７４のガス噴射孔８０、８０Ａに関して、大口径ガス噴射孔８０Ａの内側及び外側に配置されたガス噴射孔８０からはそれぞれ所定量の均一なガス流量で噴射されるが、リング状のクランプリング３８の内周端３８Ａに対応させて設けた大口径ガス噴射孔８０Ａからは比較的多量のガスが放出されることになる。この結果、このクランプリング３８の内周側の処理ガスの濃度或いは、分圧が高められると同時に、大口径ガス噴射孔８０Ａから多量にガスが放出される分だけ内側の通常のガス噴射孔８０からのガス濃度或いは分圧が軽減されることになる。このため、ウエハ中心側の成膜が少し抑制されると同時にウエハ周縁部における成膜が少し促進されることになり、結果的に膜厚の均一性を向上させることが可能となる。
【００２４】
この場合、大口径ガス噴射孔８０Ａの外側にもある程度の範囲、例えば数ｃｍ程度に亘って通常のガス噴射孔８０を設けるようにするのが、膜厚均一性の向上の上から好ましい。この理由は、ウエハ面内における膜厚の均一性を向上させるためには、クランプリング３８の上面に対してもある程度の成膜を施す必要があるからである。
また、実際の成膜操作は、例えばタングステン膜は一般的には下地のＴｉＮ膜上に形成されるが、このタングステン膜の成膜は、本成膜操作と、本成膜操作時における成膜の選択性を排除するために本成膜操作に先立って短時間だけ行なわれる核成長成膜操作とがあるが、本装置例によると、核成長成膜と本成膜の両成膜操作において共に膜厚の面内均一性を向上させることが可能である。
【００２５】
次に、種々のシャワーヘッド部の構造について成膜の面内均一性の評価を行なったので、その説明を行なう。
評価するに際して、直径８インチ（直径２０ｃｍ）のウエハを用い、クランプリングによりウエハの周縁部の重なり幅Ｗ３（図２参照）が略１ｍｍ程度となるように押圧して保持した。この結果、クランプリング３８の内周端３８Ａ間の直径（図２参照）は１９８ｍｍとなる。
シャワーヘッド部の構造として図４に模式的に示すように６種類のものを用意した。その構造及び評価結果を表１及び図５に示す。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ実施例１〜３を示し、図４（Ｄ）〜（Ｆ）はそれぞれ比較例１〜３を示す。
【００２６】
【表１】
図４（Ａ）に示す実施例１のシャワーヘッド部は、半径Ｒが９９ｍｍ（直径１９８ｍｍ）の位置に、直径Ｌ２が１．３ｍｍの略リング状に大口径ガス噴射孔８０Ａを設け（オリエンテーションフラット部分は直線状に設ける）、他の略格子状に配列された通常のガス噴射孔８０の直径Ｌ１を１．１ｍｍに設定した。また、最外周のガス噴射孔８０の直径は２３０ｍｍである。
図４（Ｂ）に示す実施例２のシャワーヘッド部は、半径Ｒが９９ｍｍ（直径１９８ｍｍ）の位置に、直径Ｌ２が１．５ｍｍの大口径ガス噴射孔８０Ａを設け、他の通常のガス噴射孔８０の直径Ｌ１を上記と同じ１．１ｍｍに設定した。また、最外周のガス噴射孔８０の直径は２３０ｍｍである。
【００２８】
図４（Ｃ）に示す実施例３のシャワーヘッド部は、半径Ｒが９９ｍｍ（直径１９８ｍｍ）の位置に、直径Ｌ２が１．７ｍｍの大口径ガス噴射孔８０Ａを設け、他の通常のガス噴射孔８０の直径Ｌ１を上記と同じ１．１ｍｍに設定した。また、最外周のガス噴射孔８０の直径は２３０ｍｍである。
図４（Ｄ）に示す比較例１のシャワーヘッド部は、従来使用されていたものであり、直径Ｌ１が１．１ｍｍの通常のガス噴射孔８０を略格子状に均一に分散させて設けてあり、大口径ガス噴射孔は設けていない。また、最外周のガス噴射孔８０の直径は２３０ｍｍである。
【００２９】
図４（Ｅ）に示す比較例２のシャワーヘッド部は、直径Ｌ１を上記比較例１よりも小さい０．８ｍｍの通常のガス噴射孔８０を略格子状に均一に分散させて設けてあり、大口径ガス噴射孔は設けていない。また、最外周のガス噴射孔８０の直径は２３０ｍｍである。
図４（Ｆ）に示す比較例３のシャワーヘッド部は、半径Ｒが１００ｍｍ（直径２００ｍｍ）の位置に、直径Ｌ２が２．０ｍｍの大口径ガス噴射孔８０Ａを設け、その内側のみに直径Ｌ１を前述した各実施例と同じ１．１ｍｍに設定した通常のガス噴射孔８０を設けた。
尚、ウエハ及びシャワーヘッド間の距離は全て１７ｍｍに設定した。核成長成膜操作と本成膜操作を行なった時の成膜条件は表２に示されており、Ａｒガスをキャリアガスとして用い、Ｎ2 ガスを希釈ガスとして用いている。これらの成膜条件は、共に供給律速となる成膜条件である。
【００３０】
【表２】
図５は各実施例及び比較例のウエハ各部におけるシート抵抗（膜厚に反比例）を示しており、先の表１は、この測定結果をまとめたものである。図５にも示すように実施例１〜３の測定値は、ウエハ周縁部の値を含めてもそれ程大きな変動はなく、シート抵抗（膜厚）が略均一であることが判る。
具体的には、この図５に示す値をまとめた前記表１から明らかなように、本発明の実施例１〜３においては、核成長成膜操作の膜厚均一性は４．４３以下であり、また、本成膜操作の膜厚均一性は５．１６％以下であり、共に成膜速度は僅かに低下するが、膜厚均一性を大幅に向上させることができる。特に、実施例２及び３の場合には、膜厚の支配的要因となる本成膜操作における膜厚均一性はそれぞれ３．９４％及び４．２７％となって非常に優れており、実施例２の場合には最も好ましいことが判明する。
【００３２】
これに対して、比較例１に示すような従来用いていたシャワーヘッド部の場合には、本成膜操作及び核成長成膜操作における膜厚均一性がそれぞれ５．２５％及び１１．１８％であり、劣っている。そして、比較例２、３の場合には、核成長成膜操作における膜厚均一性は、比較例１よりも向上しているが、本成膜操作における膜厚均一性はそれぞれ６．９８％及び９．２７％となって比較例１よりもかなり劣っている。特に注意されたい点は、比較例３に示すように大口径ガス噴射孔を設けているが、その設置位置及び直径が本実施例１〜３の場合とは僅かに１ｍｍ程度だけ異なり、更に大口径ガス噴射孔８０Ａの外周に通常のガス噴射孔を設けない場合には、膜厚均一性が低下している点である。すなわち、大口径ガス噴射孔８０Ａの設定値及びこの直径等が非常に大きな要因となっている。
【００３３】
これにより、大口径ガス噴射孔８０Ａを、クランプリングの内周端の上方に位置精度良く、且つ孔径もそれ程大きくすることなく設けることにより、核成長成膜操作及び本成膜操作において共に膜厚の均一性を向上できることが判明する。ここで、大口径ガス噴射孔８０Ａの設置位置についてのより詳しい評価を行なったので、それについて説明する。
図６は大口径ガス噴射孔の位置を評価するためのウエハ表面上における膜厚の等高線を示し、図７は図６中のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線方向におけるシート抵抗（膜厚に反比例）を示すグラフである。
【００３４】
ここでは比較例３に用いたシャワーヘッド部に類似したシャワーヘッド部を用い、大口径ガス噴射孔８０Ａの直径を２ｍｍとし、このガス噴射孔８０Ａまでの半径ＲをＡ−Ａ線方向では９９．２ｍｍとし、Ｂ−Ｂ線方向では１０３ｍｍとして設定し、成膜を行なった。尚、大口径ガス噴射孔８０Ａの外周には、通常のガス噴射孔を設けていない。
この場合、図７から明らかなように大口径ガス噴射孔８０Ａの設定位置を、僅か３．８ｍｍ（＝１０３ｍｍ−９９．２ｍｍ）だけ移動しただけで、ウエハ周辺部における膜厚は、極端に変動しており、これからも大口径ガス噴射孔８０Ａの設置位置は、膜厚均一性の改善の上から非常に重要であることが判明する。尚、図６中における太い実線は膜厚の平均値の等高線を示し、＋は平均値より膜厚が厚い部分を示し、−は平均値より膜厚が薄い部分を示している。
【００３５】
上記実施例では、シャワーヘッド部７４における単位面積当たりのガス噴射量を多くする構成として、他の部分のガス噴射孔８０よりも直径の大きな大口径ガス噴射孔８０Ａを設けるようにしたが、これに限定されず、例えば図８に示すように単位面積当たりのガス噴射量を多くすべき部分のガス噴射孔８０Ｂの密度を高くして、結果的に単位面積当たりのガス噴射量を多くするようにしてもよく、この場合にも前述したと同様な作用効果を得ることができる。この場合、形成密度を上げたこのガス噴射孔８０Ｂの直径と、この周辺のガス噴射孔８０の直径は同じであり、同一ドリルで穿孔加工を行なうことができる。
【００３６】
尚、上記実施例にあっては、タングステン膜を成膜する場合を例にとって説明したが、他の材料の成膜、例えばＷＳｉ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉ、Ｓｉ、ＳｉＯ2 等の成膜にも適用し得るのは勿論である。また、熱処理装置の加熱部としては、ランプ加熱に限定されず、抵抗加熱を用いてもよい。更に、ウエハガスも８インチのものに限定されず、６インチ、１２インチ或いはそれ以上のウエハサイズにも適用し得るのは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体の平面よりも大きい範囲に亘ってガス噴射孔を設け、被処理体押さえ部材に対向する部分の一部、特に、被処理体押さえ部材の内周端に対応する部分の単位面積当たりのガス噴射量を他の部分よりも多くするようにしたので、膜厚が大きくなる傾向にある被処理体中央部の成膜量を抑制し、膜厚が小さくなる傾向にある成膜量を促進することができるので、全体としての膜厚の均一性を大幅に向上させることができる。
特に、処理ガスの濃度分布が成膜速度に対して支配的な要因となる供給律速条件下における膜厚の均一性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱処理装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示す装置のシャワーヘッド部と載置台の部分を示す拡大断面図である。
【図３】シャワーヘッド部を示す平面図である。
【図４】本発明装置の膜厚均一性を評価するために形成された複数のシャワーヘッド部を示す模式図である。
【図５】各実施例及び比較例のウエハ各部におけるシート抵抗（膜厚に反比例）を示すグラフである。
【図６】大口径ガス噴射孔の位置を評価するためのウエハ表面上における膜厚の等高線を示す図である。
【図７】図６中のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線方向におけるシート抵抗（膜厚に反比例）を示すグラフである。
【図８】本発明装置のシャワーヘッド部の変形例を示す平面図である。
【図９】一般的な熱処理装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１４ 成膜処理装置（熱処理装置）
１６ 処理容器
２２ 載置台
３６ 被処理体押さえ部材
３８ クランプリング
３８Ａ 内周端
４４ 透過窓
４８ 加熱ランプ（加熱部）
７４ シャワーヘッド部
７６ ヘッド本体
８０ ガス噴射孔
８０Ａ 大口径ガス噴射孔
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
Claims (6)
- 被処理体を載置する載置台を内部に有する処理容器と、前記被処理体の周縁部を押さえ込んで前記被処理体を前記載置台側へ固定するために昇降可能に設けられた被処理体押さえ部材と、前記被処理体を加熱する加熱部と、前記載置台に対向させて設けられて下面に多数のガス噴射孔が形成されたシャワーヘッド部とを有する熱処理装置において、
前記シャワーヘッド部のガス噴射孔は、前記被処理体の平面よりも大きい範囲に亘って設けられ、前記シャワーヘッド部の下面については、前記被処理体押さえ部材に対向する部分を除いてその内側は、単位面積当たりのガス噴射量が略均一となるように設定され、前記被処理体押さえ部材に対向する部分の一部は、単位面積当たりのガス噴射量が前記ガス噴射量よりも多くなるように設定されることを特徴とする熱処理装置。 - 前記被処理体押さえ部材に対向する部分の一部のガス噴射孔の直径は、前記被処理体押さえ部材に対向する部分よりも内側に位置するガス噴射孔の直径よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
- 前記被処理体押さえ部材に対向する部分の一部のガス噴射孔の密度は、前記被処理体押さえ部材に対向する部分よりも内側に位置するガス噴射孔の密度よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
- 被処理体を載置する載置台を内部に有する処理容器と、前記被処理体の周縁部を押さえ込んで前記被処理体を前記載置台側へ固定するために昇降可能に設けられた被処理体押さえ部材と、前記被処理体を加熱する加熱部と、前記載置台に対向させて設けられて下面に多数のガス噴射孔が形成されたシャワーヘッド部とを有する熱処理装置において、
前記シャワーヘッド部のガス噴射孔は、前記被処理体の平面よりも大きい範囲に亘って設けられ、前記被処理体押さえ部材に対向する部分を除いてその内側は、単位面積当たりのガス噴射量が略均一となるように設定されると共に、前記被処理体押さえ部材に対向する部分の一部のガス噴射孔の直径は、前記被処理体押さえ部材に対向する部分よりも内側に位置するガス噴射孔の直径よりも大きく設定されて、前記被処理体押さえ部材に対向する部分の一部は、単位面積当たりのガス噴射量が前記ガス噴射量よりも多くなるように設定されることを特徴とする熱処理装置。 - 被処理体を載置する載置台を内部に有する処理容器と、前記被処理体の周縁部を押さえ込んで前記被処理体を前記載置台側へ固定するために昇降可能に設けられた被処理体押さえ部材と、前記被処理体を加熱する加熱部と、前記載置台に対向させて設けられて下面に多数のガス噴射孔が形成されたシャワーヘッド部とを有する熱処理装置において、
前記シャワーヘッド部のガス噴射孔は、前記被処理体の平面よりも大きい範囲に亘って設けられ、前記被処理体押さえ部材に対向する部分を除いてその内側は、単位面積当たりのガス噴射量が略均一となるように設定されると共に、前記被処理体押さえ部材に対向する部分の一部のガス噴射孔の密度は、前記被処理体押さえ部材に対向する部分よりも内側に位置するガス噴射孔の密度よりも大きく設定されて、前記被処理体押さえ部材に対向する部分の一部は、単位面積当たりのガス噴射量が前記ガス噴射量よりも多くなるように設定されることを特徴とする熱処理装置。 - 前記被処理体押さえ部材はリング状に形成されており、前記直径の大きなガス噴射孔は、前記リング状の被処理体押さえ部材の内側の端部である内周端に対応させて直上に位置されていることを特徴とする請求項２又は４記載の熱処理装置。
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